TW202228309A

TW202228309A - 微型led顯示裝置

Info

Publication number: TW202228309A
Application number: TW109147205A
Authority: TW
Inventors: 吳智孟; 田建國; 林俊忠
Original assignee: 創新服務股份有限公司; 晶田科技有限公司
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2022-07-16

Abstract

本發明的微型LED顯示裝置，包括：一個色轉換層；一組微型LED附著該色轉換層，該組微型LED通電發射同色光經過色轉換層轉變顏色射出，每顆微型LED有一個N極墊與一個P極墊；一個電連接層包括：一組陰極電路，該陰極電路電連接N極墊；一組陽極電路，該陽極電路電連接P極墊；一組驅動IC，該驅動IC內部有一組導電體，該導電體將驅動IC第一表面的一個金屬墊與第二表面的一個銲墊連在一起，該金屬墊電連接陰極電路或陽極電路；以及，一塊電路基板電連接該組驅動IC的銲墊。如此，該電路基板經由驅動IC第二表面的銲墊連到第一表面部分的金屬墊，進行訊號及電源的導通作業，該驅動IC第一表面剩餘的金屬墊透過陰極、陽極二電路連接N極墊和P極墊，可以精密控制微型LED發光。同時，本發明的微型LED顯示裝置，能直接裁切合適尺寸的微型LED，不必經歷微型LED的單顆切割、巨量轉移、封裝等需高精度對位且繁雜的製作過程。

Description

微型LED顯示裝置

本發明涉及顯示領域，尤指一種微型LED顯示裝置。

通常，已知的LED顯示裝置會在一個承載基板（Substrate）上點膠，使一個發光二極體（Light-Emitting Diode，縮寫LED）固定在承載基板上。該LED以晶體或晶片呈現，前述的過程統稱固晶（Die Bonding）步驟。

代表正電性質的P極與代表負電性質的N極，暴露在LED的同一邊，各別覆蓋一團錫料（Solder）完成覆晶（Flip Chip）後固晶的步驟。覆晶式LED透過切割、固晶等封裝步驟，才能電連接一塊電路基板。

通常，以像素密度（Pixels Per Inch，縮寫PPI）來計量顯示裝置的精細程度。一般LED製作的螢幕，每英寸的像素值愈高，代表像素的點數愈多，螢幕的解析度愈高。然而，微型LED（Micro LED）的尺寸在100μm以下，大約是一般LED尺寸規格的1%，在顯示裝置的製作會遭遇下列問題：

例如，百萬顆微型LED從至少一片原生基板（如藍寶石基板或砷化鎵基板）巨量轉移到一片薄膜電晶體（Thin Film Transistor，縮寫TFT）玻璃基板或電路基板。傳統式機械或設備能夠轉移一般的LED，卻不適合體積較小的微型LED轉移。目前，同業仍舊致力於技術研發，企圖攻克巨量轉移的瓶頸。

其次，數量如此龐大的微型LED，電路基板的接點數量同樣龐大。想要在顯示裝置佈局像素密度高的微型LED，不僅導線拼接的電路複雜，相對增加精密控制的成本，也不利單顆微型LED的巨量轉移，導致LED顯示裝置的生產過程中，不良率一直居高不下。

因此，如何改善微型LED顯示裝置的弊端，就成為本發明亟待解決的課題。

鑒於此，本案發明人提出一種微型LED顯示裝置，主要目的之一在於：免除巨量轉移需針對LED進行單顆切割、排列、移轉、放置等高精度且繁雜的過程，既能快速組裝，又能解決傳統顯示裝置導線的連接問題。

本發明的微型LED顯示裝置，主要目的之一在於：簡化驅動IC與微型LED相連的複雜度，節省製作成本。

本發明的微型LED顯示裝置，主要目的之一在於：改善巨量的微型LED關於微型電極（即N極和P極）對接的精準度，提升顯示裝置的良率。

源於上述目的之達成，本發明的微型LED顯示裝置第一個實施例包括：一個色轉換層；一組微型LED附著該色轉換層，該組微型LED通電發射同色光經過色轉換層轉變顏色射出，每顆微型LED有一個N極墊與一個P極墊；一個電連接層包括：一組陰極電路，該陰極電路電連接N極墊；一組陽極電路，該陽極電路電連接P極墊；一組驅動IC，該驅動IC內部有一組導電體，該導電體將驅動IC第一表面的一個金屬墊與第二表面的一個銲墊連在一起，該金屬墊電連接陰極電路或陽極電路；以及，一塊電路基板電連接該組驅動IC的銲墊。

其中，該組陰極電路與該組陽極電路縱橫交錯、不相連。

再者，該電連接層包括：交錯排列的二組接腳，該接腳電連接陰極電路與N極墊。

另外，該色轉換層是量子點彩色濾光片。

本發明的微型LED顯示裝置第二個實施例包括：三組微型LED通電分別發射紅、綠、藍三色光，每顆微型LED有一個N極墊與一個P極墊；一個電連接層包括：一組陰極電路，該陰極電路電連接N極墊；一組陽極電路，該陽極電路電連接P極墊；一組驅動IC，該驅動IC內部有一組導電體，該導電體將驅動IC第一表面的一個金屬墊與第二表面的一個銲墊連在一起，該金屬墊電連接陰極電路或陽極電路；以及，一塊電路基板電連接該組驅動IC的銲墊。

如此，該電路基板經由驅動IC第二表面的銲墊連到第一表面部分的金屬墊，進行訊號及電源的導通作業，該驅動IC第一表面剩餘的金屬墊透過陰極、陽極二電路連接N極墊和P極墊，可以精密控制微型LED發光。

同時，本發明的微型LED顯示裝置，能直接裁切合適尺寸的微型LED，不必經歷微型LED的單顆切割、巨量轉移、封裝等需高精度對位且繁雜的製作過程。

其次，簡化驅動IC與微型LED相連的複雜度，用以節省製作成本。同時，改善巨量的微型LED關於微型電極（即N極和P極）對接的精準度，提升顯示裝置的良率。

接下來，參閱必要的圖式，詳細描述至少一個實施例的具體結構，使本發明的技術特徵和優點能夠淺顯易懂。但是，所述的實施例關於順序、形狀或尺寸，並非侷限本發明的保護範圍，先予說明。

請參閱第1至7圖，繪製微型LED顯示裝置10較佳的實施例，是由一組驅動晶體、至少一塊電路基板20與至少一組微型LED39組成。

在第1圖中，單顆驅動晶體有一個基座12，該基座12的第一表面13配置一組金屬墊15。該基座12的第二表面14在第一表面13背面。一組銲墊17設在第二表面14，該組銲墊17與金屬墊15彼此相對。透過直通矽晶穿孔（Through-Silicon Via，縮寫TSV）技術，一組導電體16形成於基座12的內部，每根導電體16將相應的金屬墊15和銲墊17連在一起，使基座12二面維持電連接的積體電路（Integrated Circuit，縮寫IC），所以驅動晶體又被稱為驅動IC 11。

從第2圖不難理解，一片原生基板30在一片晶體層31（譬如藍寶石）長出新結晶的外延層32，稱為半導體的磊晶（Epitaxy）技術。該外延層32通常是LED結構體，透過磊晶技術在晶體層31成長一個厚度。在本實施例，切割原生基板30的局部，捨棄多塊餘料34、35，取得尺寸合適的發光單元33。

如第3圖所示，該發光單元33耦接一個電連接層28，該電連接層28包括：二組接腳18、一組陰極電路24與一組陽極電路25，該組陰極電路24和該組陽極電路25縱橫交錯、彼此卻不相連。每個接腳18電連接陰極電路24，從發光單元33的單面顯示：左上方往右下方排列的一組接腳18恰好交錯於右上方向左下方排列的另組接腳18。因此，二組接腳18相互交錯的排列在該組陰極電路24上。

至於發光單元33耦接電連接層28的技術，種類繁多，譬如：光罩（Mask）或倍縮式光罩（Reticle）的光蝕刻技術進行電連接層28的佈局。此處所稱的光蝕刻技術，泛指生產或沉積多層不同材料的薄膜，這些薄膜層層相疊成為精密設計的電路。

在第4圖中，單顆驅動IC 11第一表面電連接局部的接腳18，使驅動IC 11與該組陰極電路24保持電連接關係。同顆驅動IC 11的第一表面電連接該組陽極電路25，故驅動IC 11第二表面14的銲墊17與發光單元33保持電性連接關係。

其中，該組微型LED 39自晶體層31往外生長成為外延層32，故外延層32對位放在驅動IC 11上。

如第5圖所示，每顆微型LED 39有一個N極墊36和一個P極墊37，對位放在驅動IC上。其中，該N極墊36接觸陰極電路24而能接收負極性的電流，該P極墊37觸及陽極電路25而能接收正極性的電流。因為銲墊17電連接電路基板20，所以發光單元33、電連接層28、驅動IC 11與電路基板20構築為電的迴路，供應微型LED 39發光所需的電力。

圖中，所述的電路基板20選自印刷電路板（Printed Circuit Board，縮寫PCB；或Printed Wire Board，縮寫PWB）、聚醯亞胺（Polyimide，簡稱PI）板與玻璃基板（Glass Substrate）之一。透過至少一條電源及訊號線21，使電路基板20連接至少一個控制器22。所述的控制器22可程式化，通過電連接層28操作驅動IC 11通電與否。

在第6圖中，利用雷射剝離（Laser Lift Off，縮寫LLO）技術使外延層32與晶體層分離，完成剝離作業，使該組微型LED 39仍舊對位附著驅動IC 11。

圖中，該組微型LED 39頂面布置一個色轉換層40，該色轉換層40是量子點彩色濾光片（Quantum Dot Color Filter，縮寫QDCF）。

在電路基板20的電力供應期間，該組微型LED 39順著發光方向41發出多束光入射至色轉換層40。該色轉換層40將顏色一致的光，轉換為紅、綠、藍（RGB）三色光，再射出微型LED顯示裝置10外面。故控制器22能夠校正微型LED 39的亮度，達成顯示裝置所需的色彩和亮度需求。

在第7圖中，該組陰極電路24順著X軸方向排列，彼此不相連。該組陽極電路25沿著Y軸方向排列，同樣是互不相連。即使單條陰極電路24通電多顆微型LED 39的N極墊36，這些微型LED 39也不會發光。同樣的，單條陽極電路25通電多顆微型LED 39的P極墊37，這些微型LED 39也不會發光。因此，陰極電路24與陽極電路25交集的微型LED 39能夠發光，以致整個微型LED顯示裝置的電路佈局，有助於單顆LED的電流或電壓控制。

如第8圖所示，倘若多個發光單元33合併在一起，代表微型LED顯示裝置的面積較大。根據前述的電路佈局，以並排的發光單元33電連接一組基座12的第一表面，電路基板與該組基座12的第二表面14的銲墊17電性相連，該組驅動IC 11同樣能控制單顆LED的電流或電壓。

假設，這些發光單元33合併後的PPI為180×180，而且每顆驅動IC 11的PPI為30×30。只要六顆驅動IC 11為一組，依對角方式配置在大面積的發光單元33上，就能操作整面微型LED顯示裝置，既簡單、又方便。

某些實施例，該微型LED顯示裝置沒有量子點彩色濾光片，而是將分別發出紅光、綠光與藍光的三組微型LED安裝在驅動IC，該驅動IC電連接電路基板成為電的迴路。當然，這項結構立足巨量轉移技術成熟後，色轉換層就不再重要。那麼，該微型LED顯示裝置捨棄色轉換層不用，還能節省一些製作成本，亦在本發明的容許範圍。

綜上所陳，本發明的微型LED顯示裝置具備幾項優點，逐一詳述如下：

第一、直接裁切合適尺寸的微型LED，不必經歷微型LED的單顆切割、巨量轉移、封裝等需高精度對位且繁雜的製作過程。

第二、簡化驅動IC與微型LED相連的複雜度，用來節省製作成本。

第三、改善巨量的微型LED關於微型電極（即N極和P極）對接的精準度，提升顯示裝置的良率。

所述的實施例旨在說明技術思想和特點，使熟習該項技藝人士瞭解本發明的內容並能據以實施。但是，所述的實施例不能限制本發明的請求項，舉凡依照前述技術內容所作的均等變化或修飾，仍應在本發明所涵蓋的專利範圍中。

10:微型LED顯示裝置 11:驅動IC 12:基座 13:第一表面 14:第二表面 15:金屬墊 16:導電體 17:銲墊 18:接腳 20:電路基板 21:電源及訊號線 22:控制器 24:陰極電路 25:陽極電路 28:電連接層 30:原生基板 31:晶體層 32:外延層 33:發光單元 34、35:餘料 36:N極墊 37:P極墊 39:微型LED 40:色轉換層 41:發光方向 X、Y:軸

第1圖是立體圖，繪製驅動IC的具體結構。第2圖也是立體圖，表現原生基板和發光單元的關係。第3圖是平面圖，顯示發光單元與電連接層的關係。第4圖是立體圖，描繪驅動IC與發光單元電性相連。第5圖是側視圖，描繪微型LED顯示裝置較佳實施例的雛型。第6圖亦為側視圖，顯示完整的微型LED顯示裝置。第7圖是電路佈局圖，顯示微型LED顯示裝置的電路。第8圖是平面圖，表現微型LED顯示裝置在大面積發光單元的應用。

10:微型LED顯示裝置

11:驅動IC

12:基座

15:金屬墊

16:導電體

17:銲墊

20:電路基板

21:電源及訊號線

22:控制器

24:陰極電路

25:陽極電路

28:電連接層

32:外延層

36:N極墊

37:P極墊

39:微型LED

40:色轉換層

41:發光方向

Claims

一種微型LED顯示裝置，包括：一個色轉換層（40）；一組微型LED（39）附著該色轉換層（40），該組微型LED（39）通電發射同色光經過色轉換層（40）轉變顏色射出，每顆微型LED（39）有一個N極墊（36）與一個P極墊（37）；一個電連接層（28）包括：一組陰極電路（24），該陰極電路（24）電連接N極墊（36）；一組陽極電路（25），該陽極電路（25）電連接P極墊（37）；一組驅動IC（11），該驅動IC（11）內部有一組導電體（16），該導電體（16）將驅動IC（11）第一表面（13）的一個金屬墊（15）與第二表面（14）的一個銲墊（17）連在一起，該金屬墊（15）電連接陰極電路（24）或陽極電路（25）；以及一塊電路基板（20）電連接該組驅動IC（11）的銲墊（17）。
如請求項1所述的微型LED顯示裝置，其中，該組陰極電路（24）與該組陽極電路（25）縱橫交錯、不相連。
如請求項1所述的微型LED顯示裝置，其中，該電連接層（28）包括：交錯排列的二組接腳（18），該接腳（18）電連接陰極電路（24）與N極墊（36）。
如請求項1所述的微型LED顯示裝置，其中，該色轉換層（40）是量子點彩色濾光片。
一種微型LED顯示裝置，包括：三組微型LED（39）通電分別發射紅、綠、藍三色光，每顆微型LED（39）有一個N極墊（36）與一個P極墊（37）；一個電連接層（28）包括：一組陰極電路（24），該陰極電路（24）電連接N極墊（36）；一組陽極電路（25），該陽極電路（25）電連接P極墊（37）；一組驅動IC（11），該驅動IC（11）內部有一組導電體（16），該導電體（16）將驅動IC（11）第一表面（13）的一個金屬墊（15）與第二表面（14）的一個銲墊（17）連在一起，該金屬墊（15）電連接陰極電路（24）或陽極電路（25）；以及一塊電路基板（20）電連接該組驅動IC（11）的銲墊（17）。
如請求項5所述的微型LED顯示裝置，其中，該組陰極電路（24）與該組陽極電路（25）縱橫交錯、不相連。
如請求項5所述的微型LED顯示裝置，其中，該電連接層（28）包括：交錯排列的二組接腳（18），該接腳（18）電連接陰極電路（24）與N極墊（36）。