TW202205659A - 具驅動ic的像素單元、包含該像素單元的發光裝置及其製法 - Google Patents
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Abstract
一種製法,包括:一片驅動積體電路晶圓具備多個控制電路;通電發出紅、綠與藍三色光的三顆微型LED為一組,多組微型LED堆疊在驅動積體電路晶圓,電連接相應的控制電路予以封裝;封裝後的驅動積體電路晶圓經雷射切割為多個驅動IC,該驅動IC的控制電路電連接單組微型LED,成為3D封裝堆疊構裝的一個像素單元;以及,多個像素單元轉移到單片顯示基板的電子線路予以串連,合組為單片式發光裝置,電連接多片顯示基板的電子線路組成多片式發光裝置。因此,本發明可製作具備驅動IC的像素單元,佔用顯示基板最小的表面積,提供極佳的填充率,具備透明區域最大化的優勢,成為透明顯示器的理想選擇。
Description
本發明涉及顯示器的技術領域,特別是指一種像素單元,本身具備一個驅動IC;一種發光裝置包含所述的像素單元;以及,一種製作方法,生產該像素單元與發光裝置的流程。
已知的顯示器包括,多個電路陣列(或稱主動陣列)控制的發光元件或像素。所述的電路陣列包含一個或以上的電晶體,以驅動器操作關聯的像素;以及,一個或以上的電容器用於顯示器多次更新的像素偏壓維持。
迄今,透過液晶系技術(即液晶顯示面板,原文縮寫LCD)和電漿系技術(即電漿顯示面板)兩種技術,讓顯示器擁有大尺寸與使用期限長的發光面板。然而,液晶顯示面板存在功率效率與方向性等問題,電漿顯示面板則有功率消耗和螢幕烙印等問題。
以有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,縮寫為OLED)為基礎開發出替代的技術,卻沒有得到令人滿意的成果。甚至,該OLED的使用期限較短,造成顯示器的閃爍問題,縮減頻繁更換的裝置(如智慧型手機)採用OLED製作顯示器的意願。
另外,所述的LCD、電漿顯示面板與OLED等技術,採用薄膜沉積技術製造的控制電路稱為薄膜電晶體(Thin-Film Transistor,縮寫為TFT)。譬如LCD藉由連續沉積原料的薄膜形成5到9個通道區,電連接控制電路的電晶體、電容器、電氣線路等組件。因此,根據TFT技術製造的控制電路成本非常昂貴。同時,TFT技術製作大尺寸主動陣列,需要大面積沉積薄膜的機器或設備,實質上增加製造的成本,成為少數的投資者能夠經營高成本TFT技術的門檻。
鑑於此,本案發明人提供一種製作方法,主要目的在於:採用製程、結構簡化的流程,有別於LCD、電漿顯示面板與OLED等技術,生產低成本、整合性高且量產率佳的發光裝置。
根據上述方法製作的發光裝置,主要目的之一在於:採取佔用顯示基板最小表面積的像素單元,提供極佳的填充率(Fill Ratio),具備透明區域最大化的優勢,成為透明顯示器的理想選擇,而且製作成本比TFT低廉,顯示效果大致相同於LCD、電漿顯示面板與OLED等技術。
根據上述方法製作的像素單元,主要目的之一在於:採用微型發光二極體(Light Emitting Diode,縮寫為LED)直接堆疊在驅動IC的結構,具備電連接的距離最短,以表面黏著技術(Surface Mount Technology,縮寫為SMT)將驅動IC附著在顯示基板,只要用簡易的串接線路就能操作每個微型LED發光,整合性比LCD、電漿顯示面板與OLED來得優異。
源於上述目的之達成,本發明的發光裝置製法,包括:一片驅動積體電路晶圓具備多個控制電路;通電發出紅、綠與藍三色光的三顆微型LED為一組,多組微型LED堆疊在驅動積體電路晶圓,電連接相應的控制電路予以封裝;封裝後的驅動積體電路晶圓經雷射切割為多個驅動IC,該驅動IC的控制電路電連接單組微型LED,成為3D封裝堆疊構裝的一個像素單元;以及,多個像素單元轉移到單片顯示基板的電子線路予以串連,合組為單片式發光裝置,電連接多片顯示基板的電子線路組成多片式發光裝置。
其中,所述的顯示基板是可撓式透明基板、可撓式非透明基板、玻璃基板與印刷電路板(Printed Circuit Board,縮寫PCB)之一。
本發明的像素單元,包括:一個驅動IC具備一個控制電路;通電發出紅、綠與藍三色光的三顆微型LED為一組,該組微型LED堆疊在驅動IC單面電連接控制電路;以及,一個樹脂成形部是透明的,其粘著該組微型LED與驅動IC可視的表面。
其中,該控制電路包括:單線資料時鐘恢復通信輸入的一個第二腳位與輸出的一個第五腳位;偵測且防止壞節點阻隔的一個第四腳位;一個脈寬調變器及資料鎖;以及,一個恆定電流驅動器。或者,該控制電路的多個上層銲墊在驅動IC單面,該控制電路的多個下層銲墊在驅動IC另面,相應的上層銲墊與下層銲墊藉由一個矽通孔保持電連接關係。
因此,本發明的像素單元選自下列實施例之一:
在第一實施例中,該微型LED底面的N極與P極,電連接驅動IC單面不同的上層銲墊,組成電的簡單迴路。
在第二實施例中,一條金屬線一端電連接微型LED頂面的N極,另端電連接控制電路,該控制電路電連接微型LED底面的P極,同樣能形成電的迴路。
在第三實施例中,該微型LED頂面的N極電連接一個ITO透明導電膜,該ITO透明導電膜電連接一根微型金屬柱,該微型金屬柱經由控制電路電連接微型LED底面的P極,也會形成電的迴路。
不同的是,第一實施例以樹脂成形部封住微型LED;第二實施例以樹脂成形部封住微型LED與金屬線;第三實施例的樹脂成形部粘著驅動IC與ITO透明導電膜,同時封住微型LED與微型金屬柱。
本發明的發光裝置,包括:多個像素單元,該像素單元有一組微型LED堆疊在一個驅動IC的單面,一個透明的樹脂成形部粘著微型LED與驅動IC可視的表面,該組微型LED電連接驅動IC的一個控制電路,通電可發出紅、綠與藍三色光;以及,一片顯示基板的一段電子線路,串連多個像素單元與一個模組連接器。其中,一個控制器電連接多個模組連接器,將多片顯示基板連在一起。
從製作方法的角度來看,本發明採用簡易的製程,生產結構簡易的發光裝置,不僅生產低成本,而且整合性高、量產率佳,較LCD、電漿顯示面板與OLED等技術更加優異。
在結構方面,本發明的發光裝置採取像素單元佔用顯示基板最小的表面積,提供極佳的填充率,具備透明區域最大化的優勢,不僅製作成本比TFT低廉,而且顯示效果大致相同LCD、電漿顯示面板與OLED等技術,成為透明顯示器的理想選擇。
其次,本發明的像素單元用微型LED直接堆疊在驅動IC,具備電連接的距離最短,以SMT技術將驅動IC附著在顯示基板,那麼顯示基板只要配製簡單的串接線路,就能操作各個微型LED發光,故整合性比先前技術更加優異。
為使本發明之目的、特徵和優點淺顯易懂,茲舉一個或以上較佳的實施例,配合所附的圖式詳細說明如下。
第1圖是流程圖,執行步驟一10、步驟二12、步驟三14到步驟四16,能夠製作本發明所稱的一種發光裝置。
其中,步驟一10是指:一片驅動積體電路晶圓具備多個控制電路。
步驟二12是指:通電發出紅、綠與藍三色光的三顆微型LED為一組,多組微型LED堆疊在驅動積體電路晶圓,電連接相應的控制電路予以封裝。
步驟三14是指:封裝後的驅動積體電路晶圓經雷射切割為多個驅動IC,該驅動IC的控制電路電連接單組微型LED,成為3D封裝堆疊構裝的一個像素單元。
至於步驟四16:多個像素單元轉移到單片顯示基板的電子線路予以串連,合組為單片式發光裝置,電連接多片顯示基板的電子線路組成多片式發光裝置。
具體而言,一片晶圓20(Wafer,見第2圖)雷射切割多顆微型LED 22(見第3圖)。該微型LED 22的尺寸在100μm以下,厚度縮減至50μm以下的微型LED 22,有別於普遍LED尺寸從100μm到1000μm,厚度由100μm至500μm的範圍。通電後,該微型LED 22發出紅色的光。
根據紅、綠與藍(RGB)三原色原則,還需要通電發出綠光的一款微型LED 22,以及射出藍光的另款微型LED 22,兩款微型LED 22可重複第2、3圖的流程生產製造出來。
從第4圖不難理解,所述的驅動積體電路晶圓24規劃多個陣列的方塊區域。每個方塊區域放大至第6圖的比例,可以看到多個上層銲墊31(Bond Pad)在驅動積體電路晶圓24的單面(或稱頂面),多個下層銲墊33(Bond Pad)在驅動積體電路晶圓24的另面(或稱底面)。
透過矽穿孔(Through Silicon Via,縮寫為TSV)製程,形成穿透驅動積體電路晶圓24的多個矽通孔38,該矽通孔38讓上層銲墊31與相應的下層銲墊33垂直互連,故上層銲墊31配合下層銲墊33成為控制電路的腳位,保持電連接關係。
在第4圖中,該微型LED 22與驅動積體電路晶圓24,採用一種3D封裝堆疊構裝技術予以封裝。在本實施例,對覆晶(Flip Chip)式微型LED 22執行晶片尺寸構裝(Chip Scale Package,縮寫為CSP)的封裝,依序執行下列流程:
步驟二a1):該驅動積體電路晶圓24接收微型LED 22的位置(見第6圖),點上些許的導電銀膠或錫膏;
步驟二a2):多顆(RGB)微型LED 22巨量轉移至驅動積體電路晶圓24的點膠(或點錫)位置;
步驟二a3):通過烘烤固化的固晶作業,致使垂直式微型LED 22的兩極(亦即N極34與P極36)銲接控制電路的上層銲墊31(見第6圖);以及
步驟二a4):進行樹脂封膠(Resin Molding)的烘烤作業,使微型LED 22固定在驅動積體電路晶圓24的單面(或稱頂面)。
第5、6圖顯示驅動積體電路晶圓封裝後,歷經雷射切割為多個像素單元30,完成步驟三的作業。
具體而言,該像素單元30包括:一個驅動IC 26具備一個控制電路40(見第7圖);RGB的三顆微型LED 22為一組,該組微型LED 22堆疊在驅動IC 26單面電連接控制電路40;以及,一個樹脂成形部32是透明的,其粘著該組微型LED 22與驅動IC 26可視的表面。
其中,該微型LED 22底面兩側的N極34與P極36,電連接該驅動IC 26單面不同的上層銲墊31,組成電的簡單迴路。因此,該驅動IC 26的控制電路40(見第7圖)電連接一組微型LED 22,成為單個3D封裝堆疊構裝的像素單元30。
該微型LED 22直接堆疊在驅動IC 26,具備電連接的距離最短。而且,該控制電路40其餘的上層銲墊31界定為一個第一腳位21、一個第二腳位23、一個第三腳位25、一個第四腳位27與一個第五腳位29,每個腳位經由矽通孔38電連接相應的下層銲墊33。
如第5、7圖所示,該第二腳位23是輸入端,該第五腳位29是輸出端,構成單線資料時鐘恢復通信,使每個驅動IC能夠串連做顯示資料通訊。該第四腳位27偵測任一驅動IC毀損,將毀損者排除迴路外,防止壞節點的阻隔,直接越過並進入下一個驅動IC 26,使後續的運作能夠順利進行。
至於第一腳位21,則是驅動IC 26的接地部位。另外,該第三腳位25供應所需的電力。
該控制電路40還包括:一個脈寬調變器及資料鎖42與一個恆定電流驅動器44,所述的恆定電流驅動器44電連接該組RGB微型LED 22,克服類比調光的波長改變、亮度不均等缺點。
第8圖是平面圖,表現多個像素單元30轉移到一片顯示基板52。以SMT技術將驅動IC附著在顯示基板52,那麼顯示基板52只要配製簡單的電子線路54,將全部的像素單元30串連在一起,電連接一個模組連接器56接通電力,就能成為一個發光裝置50,完成步驟四的作業。所述的發光裝置50是單片式,操作各個微型LED發光,具備優異的整合性。
第9圖也是平面圖,顯示一個控制器58電連接多個模組連接器56,將多片顯示基板52連在一起,合組為多片式發光裝置50,同樣能完成步驟四的作業。
因為像素單元30佔用顯示基板52最小的表面積,提供極佳的填充率,具備透明區域最大化的優勢,所以發光裝置50成為透明顯示器的理想選擇。
此處所稱的顯示基板52,泛指可撓式透明基板、可撓式非透明基板、玻璃基板與PCB電路板之一。
第10、11圖繪製像素單元60的第二實施例,製作流程不同於第一實施例:對垂直式微型LED 22進行晶片板(Chip On Board,縮寫為COB)封裝,依序執行下列流程:
步驟二b1):該驅動積體電路晶圓接收微型LED的位置,點上些許的導電銀膠或錫膏;
步驟二b2):多顆(RGB)微型LED 22巨量轉移至驅動積體電路晶圓的點膠(或點錫)位置;
步驟二b3):通過烘烤固化的固晶作業,致使垂直式微型LED 22的P極66銲接控制電路的接點;
步驟二b4):微型LED 22的N極64與控制電路的接點,點上些許的導電銀膠或錫膏;
步驟二b5):一條金屬線62的一端銲接微型LED 22的N極64點膠(或點錫)位置,另端銲接控制電路接點的點膠(或點錫)位置;以及
步驟二b6):進行樹脂封膠(Resin Molding)的烘烤作業,使微型LED 22固定在驅動積體電路晶圓的單面(或稱頂面)。
雷射切割封裝後的驅動積體電路晶圓,取得像素單元60,完成步驟三的作業。
在結構方面,該像素單元60的差異處在於:該金屬線62一端電連接微型LED 22頂面的N極64,另端電連接控制電路40(見第7圖),該控制電路40電連接微型LED 22底面的P極66,同樣會形成電的迴路。
此刻,該樹脂成形部32封住微型LED 22與金屬線62。
第12圖是平面圖,表現像素單元70的第三實施例,製作流程不同於第一實施例:對垂直式微型LED 22進行透明導電膜(譬如ITO)封裝,依序執行下列流程:
步驟二c1):該驅動積體電路晶圓接收微型LED 22的位置,點上些許的導電銀膠或錫膏;
步驟二c2):多顆(RGB)微型LED 22與多根微型金屬柱78巨量轉移至驅動積體電路晶圓的預定位置;
步驟二c3):通過烘烤固化的固晶作業,致使垂直式微型LED 22的P極76銲接控制電路的接點,該微型金屬柱78銲接控制電路的上層銲墊31而在微型LED 22的旁邊;以及
步驟二c4):一個ITO透明導電膜72附著樹脂成形的表面,以共陰方式連接微型LED 22的N極74和微型金屬柱78。
雷射切割封裝後的驅動積體電路晶圓,取得像素單元70,完成步驟三的作業。
在結構方面,該像素單元70的差異處在於:該微型LED 22頂面的N極74電連接ITO透明導電膜72,該ITO透明導電膜72電連接微型金屬柱78,該微型金屬柱78在微型LED 22旁邊,其經由控制電路40(見第7圖)電連接微型LED 22底面的P極76,也會形成電的迴路。
另外,該ITO透明導電膜72附著樹脂成形部32。該樹脂成形部32粘著驅動IC26與ITO透明導電膜72,同時封住微型LED 22與微型金屬柱78。
10:步驟一
12:步驟二
14:步驟三
16:步驟四
20:晶圓
21:第一腳位
22:微型LED
23:第二腳位
24:驅動積體電路晶圓
25:第三腳位
26:驅動IC
27:第四腳位
29:第五腳位
30、60、70:像素單元
31:上層銲墊
32:樹脂成形部
33:下層銲墊
34、64、74:N極
36、66、76:P極
38:矽通孔
40:控制電路
42:脈寬調變器及資料鎖
44:恆定電流驅動器
50:發光裝置
52:顯示基板
54:電子線路
56:模組連接器
58:控制器
62:金屬線
72:ITO透明導電膜
78:微型金屬柱
第1圖繪製本發明製作發光裝置的流程。
第2、3圖顯示晶圓形成微型LED的簡化過程。
第4圖表現微型LED堆疊在驅動積體電路晶圓上面。
第5、6圖依俯瞰與正視角度繪製本發明像素單元的第一實施例。
第7圖以功能區塊顯示驅動IC的控制電路。
第8圖表現單片式發光裝置。
第9圖繪製多片式發光裝置。
第10、11圖依立體和正視角度觀察本發明像素單元的第二實施例。
第12圖依正視角度顯示本發明像素單元的第三實施例。
22:微型LED
26:驅動IC
30:像素單元
31:上層銲墊
32:樹脂成形部
33:下層銲墊
34:N極
36:P極
38:矽通孔
Claims (10)
- 一種發光裝置的製法,包括: 一片驅動積體電路晶圓具備多個控制電路; 通電發出紅、綠與藍三色光的三顆微型LED為一組,多組微型LED堆疊在驅動積體電路晶圓,電連接相應的控制電路予以封裝; 封裝後的驅動積體電路晶圓經雷射切割為多個驅動IC,該驅動IC的控制電路電連接單組微型LED,成為3D封裝堆疊構裝的一個像素單元;以及 多個像素單元轉移到單片顯示基板的電子線路予以串連,合組為單片式發光裝置,電連接多片顯示基板的電子線路組成多片式發光裝置。
- 如請求項1所述發光裝置的製法,其中,所述的顯示基板是可撓式透明基板、可撓式非透明基板、玻璃基板與PCB電路板之一。
- 一種像素單元,包括: 一個驅動IC(26)具備一個控制電路(40); 通電發出紅、綠與藍三色光的三顆微型LED(22)為一組,該組微型LED(22)堆疊在驅動IC(26)單面電連接控制電路(40);以及 一個樹脂成形部(32)是透明的,其粘著該組微型LED(22)與驅動IC(26)可視的表面。
- 如請求項3所述的像素單元,其中,該控制電路(40)包括: 單線資料時鐘恢復通信輸入的一個第二腳位(23)與輸出的一個第五腳位(29); 偵測且防止壞節點阻隔的一個第四腳位(27); 一個脈寬調變器及資料鎖(42);以及 一個恆定電流驅動器(44)。
- 如請求項3所述的像素單元,其中,該控制電路(40)的多個上層銲墊(31)在驅動IC(26)單面,該控制電路(40)的多個下層銲墊(33)在驅動IC(26)另面,相應的上層銲墊(31)與下層銲墊(33)藉由一個矽通孔(38)保持電連接關係。
- 如請求項5所述的像素單元,其中,該微型LED(22)底面兩側是一個N極(34)與一個P極(36),電連接該驅動IC(26)單面的上層銲墊(31)。
- 如請求項5所述的像素單元,其中,該微型LED(22)底面的一個P極(66)電連接控制電路(40),一條金屬線(62)的一端電連接控制電路(40),另端電連接該微型LED(22)頂面的一個N極(64)。
- 如請求項5所述的像素單元,其中,該微型LED(22)底面的一個P極(76)電連接控制電路(40),頂面的一個N極(74)電連接樹脂成形部(32)附著一個ITO透明導電膜(72),該ITO透明導電膜(72)與控制電路(40)接觸微型LED(22)旁邊的一根微型金屬柱(78),該微型金屬柱(78)被樹脂成形部(32)封住。
- 一種發光裝置,包括: 多個像素單元(30),該像素單元(30)有一組微型LED(22)堆疊在一個驅動IC(26)的單面,一個透明的樹脂成形部(32)粘著微型LED(22)與驅動IC(26)可視的表面,該組微型LED(22)電連接驅動IC(26)的一個控制電路(40),通電可發出紅、綠與藍三色光;以及 一片顯示基板(52)的一段電子線路(54),串連多個像素單元(30)與一個模組連接器(56)。
- 如請求項9所述的發光裝置,其中,一個控制器(58)電連接多個模組連接器(56),將多片顯示基板(52)連在一起。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023197115A1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-10-19 | Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. | Display system |
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WO2023197115A1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-10-19 | Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. | Display system |
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