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

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

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

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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）。
5. 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。
6. 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）。
7. 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）。
8. 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。
9. 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）。
10. 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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