CN107078132B - 硅基彩色iled显示器 - Google Patents

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Abstract

一种制造显示器中使用的图像生成器的方法，该方法包括：制造多个分立的ILED阵列芯片，ILED阵列芯片包括多个ILED发射器，ILED发射器被配置为产生具有相同波长的光，并且其中，多个ILED阵列芯片中的每一者被配置为产生具有多个波长之一的光；将多个分立的ILED阵列芯片放置在载体基板上，使得来自相邻芯片的多个ILED发射器形成显示器的像素；并且将多个ILED阵列芯片的第一表面接合至驱动器底板，使得多个ILED阵列芯片的电触点与驱动器底板电连通，其中，驱动器底板包括用于驱动ILED阵列芯片的电子器件。

Description

硅基彩色ILED显示器
技术领域
本发明涉及光学显示模块。具体地，本发明涉及但是不限于ILED RGB彩色显示模块，该ILED RGB彩色显示模块涉及形成ILED显示装置的非硅红色、蓝色和绿色LED发射器的混合集成。示例性发射器可安装在直接使用合适的3D封装集成法集成的硅驱动电路上。
背景技术
新类别的显示技术被称为ILED(无机发光二极管)显示器，可替换更常见的LCD(液晶显示器)和OLED(有机发光二极管)显示器。由于ILED显示器与标准LED内在相同并且具有其全部优势，ILED显示器不具有LCD或者OLED显示器的任何消极质量。它将具有高质量的黑色输出、高质量的白色输出、无抖动、高质量的均匀性、长寿命、极低的功率消耗、可预测的色彩伽马、快速响应率和可忽略的闪烁。
投影显示技术的范围从大面积投影显示器(屏幕显示器)至微型的微显示器(诸如，平视成像显示器)。
投影显示器通常由4个组件组成：光源、成像引擎、驱动器和光学路径。光源为成像引擎提供输入光。成像引擎然后操纵光以产生图像。驱动器指示成像引擎应该如何产生所需图像-即，哪个像素应该接通或断开。最终，光学路径将放大、收缩或者以其他方式控制图像，使得其按照用于预期应用的系统所指定的。
针对投影所需的光可以产生为连续的发射带(卤素、荧光灯泡、白色LED)或者在分立带(RGB LED、激光源)中。成像引擎选项包括数字光处理(DLP)、电扫描镜、液晶显示器(LCD)或者硅基液晶(LCOS)。例如，在LCD中，启用引擎是液晶加上一系列滤光片以控制光色。然而，LCD显示器需要通常由一系列LED器件和漫射器构成的背光以提供均匀照明。类似地，对于大型LED显示器(体育场/商城屏幕)，使用以标准SMT格式封装的大面积ILED芯片组合光源和成像引擎。在上述实例中，驱动器是电子控制设备(以有源底板或者硅控制器芯片的形式)，该电子控制设备基于(从图形处理单元推测地)输入数据判定要激活的像素。
在显示器规模大小的另一方是微型显示器。在这些装置中，或是极小图像或是极小成像系统成为目标。在其他平视类型的显示器需要小成像系统的同时，极小图像可用在视网膜投影显示器中(诸如，用在谷歌眼镜中)。在包括上述所列的这种装置中已经采用一系列图像引擎和光源。现今的商业兴趣是OLED技术。OLED技术可与大型ILED显示器匹敌，其中，光源和成像引擎是相同的。然而，不能够制造等同于ILED的大规模显示器的制造方法仍然能够制造等同于LCD技术的具有250+ppi高分辨率显示器。如与上述显示器一样，OLED显示器的驱动器可以是有源底板或者硅控制器芯片。
针对例如15μm以下的像素节距的微型显示器实现较高分辨率像素，OLED和LCD这两种类型的显示器都存在着显著缺点。例如，OLED具有受限的分辨率，因为阴影掩模制造工艺将分辨率限制为<300ppi。克服这个问题的方法包括针对R、B和G芯片pentile排列发射器设计配置以将OLED显示器的分辨率提高到300+ppi。这个设计克服与利用OLED的阴影掩模制造相关的分辨率问题并且消除有关TFT的均匀性以产生整体平滑的零缺陷图像。
存在其他方法通过单片阵列制造方法实现较高分辨率显示器。单片用于指的是与另一个不可分割并且由较大块形成的元件。术语“单片阵列”指的是发光器件，该发光器件具有在同一材料上制造并且物理连接的数个能够寻址的发射区域。单片阵列为无机LED器件所特有并且不是由OLED材料形成。这是由于两个LED类型制造中的差异。无机LED使用“自上而下”的方法进行制造。在这个方法中，起始点是单个半导体材料，从该半导体材料制造LED。如果多个发光区域之间的物理接触保持到制造过程结束(即，半导体材料没有分离)，则可以说单片阵列已经产生。单片ILED阵列芯片是其中形成多个发射区域的单个半导体材料。这与发光器件在允许它们一致地调换的物理互连上的组装不同。
相反，有机LED通过“自下而上”的方法制造。这通过在靶衬底上以重复层沉积有机材料而发生。因为OLED器件不从单个半导体材料开始，所以成品器件不能被认为是单片。应注意，在某些公开物中，可指代单片OLED。然而，这与OLED器件直接地在驱动电路上的集成(通常，CMOS)相关。在这种情况下，已经由“自上而下”方法形成的底板或者CMOS芯片是单片并且OLED材料已经与此集成以形成单片元件。
单片ILED器件的制造是必须的，因为需要避免10μm以下的尺度的芯片制造和微定位。实例可以包括芯片的制造，例如包含在>1mm×1mm单芯片上的160×120单独能够寻址的像素。基于大单片ILED芯片的显示器具有内在的挑战。首先，因为ILED器件从单个半导体材料开始，所以单片ILED阵列芯片仅可产生单一波长的光。此外，单片ILED阵列器件的制造产生与产量相关的问题。当制造ILED器件时，会有多个故障的器件。当制造单个器件时，那么仅丢弃故障的器件。然而，对于单片ILED阵列芯片，故障器件将导致丢弃整个单芯片。在上述160×120单片阵列的实例中，单一器件的故障导致丢弃19200个发射器-大部分发射器可能是有作用的。这基于所使用的材料和制造质量导致较低产量。
重要的是注意与ILED和OLED器件相关的独特挑战。至于ILED阵列芯片的制造，特征尺寸1μm(或者使用纳米压印平版技术的更小的特征尺寸)的制造是能实现的。然而，取放或微型组装尺寸小于10×10μm2(100μm2)的ILED器件的能力保持非常显著的挑战。至于OLED器件，由于与所使用的沉积工艺相关的阴影掩蔽和其他影响，形成尺寸小于10μm的器件的能力是有挑战的。然而，因为OLED器件可以直接制造在靶控制器件(诸如，CMOS或者TFT底板)上，因此在制造之后，不要求取放器件。OLED可以是白色的并且使用滤光片。
用于LED技术的US 8557616B2提出了用于硅基高分辨率有源矩阵单色显示器的单片方法。在这个文献中，单个ILED材料与驱动器电路集成并且导致产生单一颜色的器件。
发明内容
本发明力图克服当前微型显示器中的缺点。本发明提供了针对布置在底板驱动器上的多个单片ILED阵列芯片的方法和设备，每个单片ILED阵列芯片为图像生成器的多个相邻像素提供ILED发射器。
如本文中使用的，术语“图像生成器”包含为多个像素提供光的一系列ILED(或者μILED)阵列芯片。ILED阵列芯片包括多个ILED发射器，可以是单片并且可生成全部为单一颜色的光。ILED阵列芯片的每个ILED发射器将光提供至图像生成器的相邻像素中的一个。图像生成器可被认为是提供显示器的光源和图像引擎的单一器件。
基于上述，发明人认识到了对于制造从ILED器件制造的高分辨率的微型显示器的需求，其提供了15μm以下的节距并且不遭受与单片ILED相关的产量问题。由于ILED平台的使用，其不遭受与OLED器件相关的寿命、老化或者分辨率问题。在本发明中，公开了使用混合微型组装技术从小的ILED阵列芯片制造的高像素分辨率显示器。
本发明与显示技术和光学图像引擎相关，其结合无机LED光源和控制电子设备以接通/断开显示器的每个像素。具体地，可能与投影显示器相关，在投影显示器中图像在距光源和图像形成引擎的一距离处产生。投影显示技术范围从大面积投影显示器(屏幕显示器)至微型的微显示器(诸如，平视成像显示器)。
本发明力图克服当前微型显示器结构中的缺点。本发明导致有机LED内在改善，优于无机LED。这些包括增加的稳定性、增加的功率效率和增加的亮度。
发明人已经确定需要形成使用适当无线互连接合方法将用于连接在背面上的红色、绿色和蓝色发射源的异质材料结合至IC驱动器电路的全色显示模块。无线直接接合方法消除对焊线、焊料凸起/倒装技术的需要，因此简化互连。
本文公开的是用于具有相关的驱动电子器件的彩色显示器的新颖的ILED图像生成器。公开的是使用无机LED(ILED)实现高分辨率像素图像引擎的方法。具体地，公开的方法是用于布置每个具有多个发射器的特定形状的ILED阵列芯片以形成具有最小填充系数损失的高密度显示器。还公开了ILED阵列芯片的设计。
图像生成器根据应用要求可以是单色的或者多波长。这个设计提供了特别适于近眼和微型投影仪(pico-projector)应用的超高密度LED光源。
根据本发明的一方面，提供了制造显示器中使用的图像生成器的方法，该方法包括：制造包括多个ILED发射器的多个分立的ILED阵列芯片，多个ILED发射器被配置为产生具有相同波长的光，并且其中，多个ILED阵列芯片中的每一者被配置为产生具有多个波长中的一个的光；将多个分立的ILED阵列芯片定位在载体基板上，使得来自相邻芯片的多个ILED发射器形成显示器的像素；并且将多个ILED阵列芯片的第一表面接合至驱动器底板，使得多个ILED阵列芯片的电触点与驱动器底板电连通，其中，驱动器底板包括用于驱动ILED阵列芯片的电子器件。
可选地，在第一步骤中，将配置为发射具有第一波长的光的ILED阵列芯片放置在载体基板上，并且其中，在第二步骤中，将配置为发射具有第二波长的光的ILED阵列芯片放置在载体基板上。
可选地，驱动器底板由硅片、TFT底板或者其他ILED驱动器电子器件形成。
可选地，该方法进一步包括移除载体基板。
可选地，载体基板基本上是透明的，并且其中，ILED阵列芯片的发光面面向载体基板，ILED阵列芯片的电触点位于ILED阵列芯片的与发光面相对的一侧。
可选地，载体基板是用于图像生成器的罩玻璃。
可选地，载体基板包括玻璃、塑料材料或者另一透明材料。
可选地，载体基板是柔性的或者刚性的。
可选地，载体基板包括被配置为操纵从图像生成器发射的光的一个或多个光学元件。
可选地，多个ILED阵列芯片使用胶接合至载体基板，并且可选地，其中，胶是透明的。
可选地，多个ILED阵列芯片包括被配置为产生红光、绿光或者蓝光中的每一者的至少一个ILED阵列芯片。
可选地，该方法进一步包括将多个ILED阵列芯片形成为能够镶嵌式铺装的三角形、矩形、六边形或者任何其他几何形状中的一个。
可选地，该方法进一步包括在多个ILED阵列芯片的角处形成多个ILED发射器。
可选地，该方法进一步包括在图像生成器的角处接合多个ILED阵列芯片中的至少一个。
可选地，使用直接接合互连将ILED阵列芯片接合至驱动器底板。
可选地，该方法进一步包括将电连通提供至驱动器电子器件，使得多个能够寻址的像素被定义，其中，每个能够寻址的像素包括来自多个相邻ILED阵列芯片中的至少一个ILED发射器。
可选地，驱动器底板包括有源底板。
可选地，有源底板利用非晶硅(a-Si)或者低温多晶硅(LTPS)或者金属氧化物(MO-TFT)制造。
可选地，ILED发射器是微型ILED发射器。
根据本发明的一方面，提供了如上所述制造的显示器中使用的图像生成器。
根据本发明的一方面，提供了包括上述一个或多个图像生成器的显示器。
根据本发明的一方面，提供了包括多个ILED发射器的ILED阵列芯片，ILED阵列芯片适合用在ILED图像生成器中，ILED图像生成器包括被放置在载体基板上的多个分立的ILED阵列芯片，使得来自相邻芯片的多个ILED发射器形成显示器的像素。
可选地，ILED发射器包括微型ILED发射器。
在第一方面中，根据本发明，提供了制造能够寻址的LED阵列芯片的方法，该方法包括：制造包括一个或多个发射器的多个LED芯片，每个LED芯片被配置为产生红光、绿光或者蓝光中的一个；将多个LED芯片的第一表面接合至驱动器，使得多个LED芯片的电触点与驱动器电连通，其中，驱动器包括用于驱动LED芯片的电子器件。
可选地，该方法进一步包括将LED芯片接合至载体基板，使得多个LED芯片的电触点在LED的与第一表面相对的第二表面上并且将LED芯片的第二表面接合至驱动器。
可选地，驱动器由硅片、TFT底板或者LED驱动器电子器件的另一实施方式形成。
可选地，该方法进一步包括移除载体基板。
可选地，载体基板是透明的或者不透明的。
可选地，载体基板是用于能够寻址的LED阵列芯片的罩玻璃。
可选地，载体基板包括玻璃、塑料材料或者另一透明材料。
可选地，载体基板是柔性的或者刚性的。
可选地，载体基板包括被配置为操纵从能够寻址的LED阵列芯片发射的光的一个或多个光学元件。
可选地，多个LED芯片中的每一者的发光面被接合至载体基板。
可选地，多个LED芯片使用胶接合至载体基板，并且可选地，其中，胶是透明的。
可选地，多个LED芯片包括被配置为产生红光、绿光或者蓝光中的每一者的至少一个LED芯片。
可选地，该方法进一步包括将LED阵列芯片形成为能够镶嵌式铺装的三角形、矩形、六边形或者任何其他有角的几何形状中的一个。
可选地，该方法进一步包括在LED阵列芯片的角处接合多个LED芯片中的至少一个。
可选地，使用直接接合互连将LED芯片接合至硅片。
可选地，该方法进一步包括将电连通提供至驱动器电子器件，使得多个能够寻址的像素被定义，其中，每个能够寻址的像素包括来自LED阵列芯片中的每一者的至少一个LED芯片。
可选地，硅片包括有源底板。
可选地，有源底板利用非晶硅(a-Si)或者低温多晶硅(LTPS)或者金属氧化物(MO-TFT)制造。
在第二方面中，根据本发明，提供了根据上述方法制造的能够寻址的LED阵列芯片。
在第三方面中，根据本发明，提供了包括上述多个能够寻址的LED阵列芯片的微型图像引擎。
附图说明
图1是包含6个μLED像素的六边形芯片的实例；
图2示出了具有RGB(白色)像素的平铺LED芯片；
图3示出了穿过图像引擎的横截面AB；
图4示出了最小显示器像素大小并且依赖于ILED阵列布局和封装密度的图像；
图5a示出了来自三角形芯片的RGB像素；
图5b示出了来自正方形芯片的R、G、B、G像素；
图6示出了具有集成的硅驱动电路a)具有用于ILED的玻璃载体和b)没有玻璃载体的ILED图像引擎平台。通过举例的方式呈现了3像素彩色显示；
图7提供了图像引擎组装工艺的概述；
图7a从顶视图和侧视图示出了初始材料(红色、绿色和蓝色的LED晶片)；
图7b从顶视图和侧视图示出了在晶片上制造的蓝色ILED器件；
图7c从顶视图和侧视图示出了在载体基板上微型组装的蓝色ILED器件；
图7d从顶视图和侧视图示出了在载体基板上微型组装的红色、绿色和蓝色ILED器件；
图7e从顶视图和侧视图示出了接合至电子控制设备的红色、绿色和蓝色ILED器件以形成图像引擎；
图7f示出了可选移除载体基板之后的图像引擎；
图8给出了以器件水平的可能的互连图的概述；以及
图9示出了微型ILED的示意图。
具体实施方式
公开的方法和设备涉及制造用于超高分辨率应用的无机光发射器。具体地，本发明涉及的方法是集成由异质材料的高密度红、绿和蓝ILED发射器(子像素)组成的硅基ILED显示器并且紧接着与包含集成的IC驱动/复接电路的硅基板随后集成直接结合在安装平台上。ILED发射器可包括μLED。方法和设备还涉及光源经由多个可能平台直接集成至驱动器底板的应用。
因此，存在以下需求：形成结合红色、绿色和蓝色发射源的异质材料的全色微型图像引擎以形成高密度像素并且直接集成至结合薄膜晶体管(TFT)和用于扫描和数据线控制的分立的充电电容器的底板。
具体地，ILED布置可基于高性能阵列芯片的组装和安装，以形成像素或者子像素并且最终形成用于显示器的图像引擎。这实现了使用小的单片阵列芯片形成用于显示器的发射器的大阵列。这还实现了基于ILED材料制造微型显示器而不需要操纵以及互连芯片(其会对微型组装技术造成重要挑战)。
公开的是实现微型显示器的高分辨率图像引擎的方法，该方法通过以下手段实现：1)制造不同形状的高性能的ILED(例如，μLED)阵列芯片，WO 2004/097947(US 7,518,149)；2)将ILED阵列芯片微型组装为适当配置结构的能力，以形成其中芯片被小节距地平铺在一起(tile together)的镶嵌图案，并且3)该嵌镶图案与电子控制设备的互连。在可替换方法中，嵌镶图案可直接形成在控制器器件(诸如，CMOS或者TFT底板)上或者形成在随后与控制器器件集成的载体基板上。芯片的形状允许使用较小的芯片尺寸构造一系列节距一致的芯片。可以实现不同的配置并且相应的组成像素规定像素的质量和颜色。
作为在基板或者控制器器件上创建ILED阵列芯片的阵列的方法，微型组装方法可包括冲压过程、真空、压电致动的、油墨转移、激光辅助、自组装和/或磁性转移。
以下概述与用于制造ILED图像生成器的方法相关的步骤的详细说明。图7a至图7f提供了与每个步骤相关的图像。所描述的方法是针对安装在CMOS驱动器电路上的RGB显示器。针对与我们的驱动器电路的结合或者在单片或者其他颜色变化的生产中可要求该方法的变化。方法中的这种变化还被本发明覆盖。
1)将要使用的起始材料是半导体晶片。针对R、G、B显示器，要求三个半导体晶片，一个半导体晶片处于一种颜色。
2)单片ILED阵列芯片在半导体晶片中进行制造。ILED阵列芯片在基板上的布局取决于目标显示器的布局。
3)来自单一颜色晶片的单片ILED阵列芯片使用合适的微型组装方法被组装在载体基板上。用于ILED阵列芯片的接触垫面向远离基板。
4)针对来自不同颜色的晶片的ILED阵列芯片留出空间
5)来自其他晶片的单片ILED阵列芯片被微型组装在载体基板上。
6)用于ILED阵列芯片的触点连接至驱动器器件的接触垫。由于所有的ILED阵列芯片在载体基板上，这可以在单个步骤中完成。
7)载体基板从ILED阵列器件移除。
应当注意的是，显示器的最终图像生成器不是单片。更准确地描述为一系列小单片ILED阵列芯片。这基本上将该器件与单片ILED阵列(其中，从单一芯片制造光源)和与单片驱动电路集成的OLED器件两者区分。
讨论数个ILED阵列芯片形状和配置。最简单的格式是具有多个ILED发射器(总计高达4个ILED发射器，其中在每个角具有一个ILED发射器)的正方形ILED阵列芯片。当这些芯片平铺时，它们形成具有相应的像素阵列的N×M芯片阵列，其中，每个像素包括来自多个相邻ILED阵列芯片的发射器。
显示器像素由ILED发射器构成形成，一个ILED发射器来自多个相邻单芯片的角。当不同波长的芯片在相邻位置中平铺时，然后可以形成由4个发射器元件(例如，红色、绿色、蓝色、绿色像素配置)组成的白色像素。第二绿色补偿绿色LED材料中当前固有的较低效率。ILED阵列芯片中不是所有的角必须具有发射器像素。例如，可以使用3个角处的发射器和第四角的n触点或者非有源区域的正方形芯片形成RGB阵列。
在示例性方法和设备中，参见图2，由于材料的使用效率最大化，可在3个像素白色元件的形成中使用三角形或者六边形阵列芯片。这可以导致红色、绿色、蓝色像素。图2示出了已经使用以上讨论的一个或多个组装技术安装在基板上的多个ILED阵列芯片。在一个配置中，可以由(2×(Dp+De)+Sc)定义显示器像素的最小尺寸(×min)(其与显示器分辨率相关)，其中：
·Dp是ILED(例如，μILED)发射器的直径；
·Sc是载体上的ILED阵列芯片之间的节距；以及
·De是ILED发射器距芯片边缘的距离。
图4中示出了其进一步的示图。
芯片与驱动器底板的接触将取决于控制器电路的设计。可能的是，显示器像素中的发射器的所有p触点(阳极)可以连接在一起。尽管这些单片ILED阵列芯片可与另一ILED发射器共享n触点，这将不来自同一显示器像素。因此，可以通过驱动与另一ILED阵列芯片共享的p触点产生从显示器子像素输出的光。图8给出了以器件水平的互连方案的概述。为了照亮蓝色像素，电压被施加至用于红色、绿色和蓝色子像素的p触点。用于蓝色子像素的n触点然后接地，这将导致只有蓝色器件照亮。
芯片的一些描述元素如下：
1.将设计ILED阵列芯片使得每个芯片存在多于一个发射区域，即，该芯片是一个阵列。
2.每个芯片将有一个或多个n触点。
3.如图2所示，整个图像生成器的高分辨率像素包括来自多个ILED芯片的数个发射器。
4.该设计将允许一个芯片上包括多个发射器子像素的ILED阵列芯片被放置为很接近于相邻ILED阵列芯片，使得相邻芯片上的发射器可一起形成单个显示器像素。该设计将旨在能够使芯片、像素和/或发射器之间的节距在显示器不变。
5.ILED阵列芯片可以按照包括但不限于三角形、正方形、五边形或者六边形的多个形状进行制造。在示例性方法和设备中，ILED阵列芯片是能够镶嵌式铺装的形状。
6.发射器可放置在具有特定形状的ILED阵列芯片的角处或者角附近。这可使相邻芯片上的发射器之间的距离最小化(如图4中的De所示)
7.针对彩色显示器，白色像素可以由具有不同波长发射的ILED阵列芯片的相邻定位来形成。
8.形成白色像素的相邻像素可单独连接或者连接在一起。这与第2点相关-每个发射器可具有其自身的n触点(可单独寻址的)或者发射器可与同一芯片(即，矩阵寻址)上的另一发射器共享n触点。
9.可经由每个发射器的p触点处、每个发射器的n触点处或者这两者的混合处的电流和/或电压控制整个光输出。
10.多波长显示器中的颜色的比例可由芯片设计和芯片的放置来决定。芯片设计和放置将规定白色像素中的像素的数量。
通过举例的方式，公开了几个显示器组装过程。这些显示器组装过程强调本发明中描述的方法如何可与显示器行业中当前使用的标准工艺流程结合。可以如下总结这些显示器组装过程。
·第一显示器组装过程公开了与用于控制电路的主流TFT制造过程一致的方法。在这个方法中，其上安装有ILED阵列芯片的载体基板是制造过程的标准部件(诸如，玻璃罩)并且作为标准TFT组装过程的一部分，出现互连至驱动器电子器件(诸如，底板)。在这个平台中，载体基板在组装之后保持显示器的一部分，并且TFT和载体基板一起形成显示器的骨干。
·第二显示器组装过程包括将ILED阵列芯片安装在用作载体的临时基板上，然后通过合适的接合方法将载体附接至显示器的驱动器电子器件。然后可以移除临时基板，留下安装在CMOS上的ILED阵列芯片。在这个平台中，驱动器电子器件形成显示器的骨干并且与CMOS上的微型显示器相关。
·在第三流程中，驱动器电子器件是分立电子芯片并且被组装到载体基板上。它们随后与ILED阵列芯片互连。在这种方法中，载体基板是永久的并且形成显示器的骨干。
应注意，在示例性方法和设备中基板可以是永久的，具体地，倘若基板对于ILED阵列芯片发射的波长是透明的(例如，玻璃基板)。基板然后可形成显示器的外表面。
应当注意的是，对于上述所有流程，ILED阵列芯片安装到无源矩阵阵列上，使得有源部件远离发射器也是可能的并且其被本发明所覆盖。
公开的显示器组装过程结合通过微型组装方法组装的高分辨率ILED阵列芯片阵列设计，使它们与TFT集成和制造兼容。在示例性方法中，用于上述第一和核心的过程流程与以上描述的方法非常相同。主要区别是元件(TFT对CMOS)和最终形成因素(载体上或者载体外)。
本文中公开了这种组装的实例。产生的阵列芯片包括放置的多个ILED阵列芯片使得像素由相邻芯片的发射器形成，然后在最终显示器的部件上进行组装。然后这与包含TFT控制电路的TFT平面底板互连。使用非晶硅(a-Si TFT)、金属氧化物(MO-TFT)或者低温多晶硅(LTPS-TFT)的TFT将电流提供至ILED，从而控制它们的相应亮度。
公开的方法和设备包括显示器组装过程，该显示器组装过程部署可以适应于LCD/TFT制造线的单元生成线的微型组装过程，即，利用相应的微型组装过程步骤替换聚酰亚氨/衬垫/液晶注入/玻璃夹层/偏振器。用于IC放置的模块化生产、各向异性导电膜(ACF)层压和带状线缆对于OLED或者ILED技术将是不可知论的。该技术被认为是对于制造TFT线路是不足以破坏的。优势是不像LCD/TFT底板，微型ILED/TFT设计不遭受由于对背光的需要导致的填充因数损失。最终组装金属边框组件和封装移除对背光的需求。
在示例性方法和设备中，ILED阵列芯片被特别设计成可以很接近地组装多个颜色芯片以基本上生产直接在驱动器底板上的高密度白色显示像素。包含显示器阵列中的ILED阵列芯片和TFT底板的图像引擎然后可以与控制器IC结合并且通过ACF/FPC线缆连接至PCB母板。
在第二显示器组装过程中，高分辨率ILED阵列芯片被直接安装在合适的透明基板上，该透明基板面朝上，即，ILED阵列芯片的发射表面面向透明基板。透明基板可以暂时的或者永久的被固定至ILED阵列芯片。ILED阵列芯片然后使用合适的无线互连接合方法连接至驱动器底板和IC控制器。无线直接接合方法消除对焊线、焊料凸起/倒装技术的需要，因此简化互连。
在形成互连的示例性方法和设备中，每个芯片的氧化硅或者氮化物表面之间形成共价键室温键。直接结合的特征在于：在芯片表面之间具有很高的键能，这包括在芯片之间形成有效电连接的金属图案。利用这种技术，这些电连接的低电阻能够实现更好的功率效率并且减少模块的总功率消耗。
通常，电子控制设备不是透明的。在背光式LCD显示器中使用的有源底板的情况下，做出重大努力以使控制电路的尺寸最小化。这允许光的最大量穿过像素而不被电路阻断和浪费。在示例性方法和设备中，可以使用无源矩阵驱动方案。在无源矩阵驱动方案中，阳极和阴极控制线被布置为彼此垂直。发射器(在这种情况下，ILED阵列芯片)被安装使得ILED阵列芯片可以通过对于阳极和阴极线的合适选择而选择性地照明。驱动器电路位于远离光发射和传输区域。这种布置的益处是简化驱动器电路并且增加显示器的透明度。然而，由于必须驱动的电流穿过多个像素以及相关损失，这种方法在阵列的尺寸方面受到限制。
用于图像引擎的小ILED阵列芯片的使用大大减少与大单片阵列芯片的产量损失相关的问题。当发射器出故障时，必须丢弃单片ILED芯片。在小ILED阵列芯片中，丢弃芯片导致材料的小损失。至于大单片阵列，故障的发射器导致丢弃具有大量操作材料的芯片，并且因此导致明显的产量损失。还允许基于光输出性能的ILED阵列芯片的框并(binning)，并且因此提供更均匀且不太复杂的控制器电路。光源直接集成在驱动器底板上并且对于较高的密度互连、具有更好性能和可靠性的最小的容量封装具有多个竞争优势。
公开的方法和设备也可包括无源矩阵。这个益处包括以下可能性：透明显示器将允许光以最小的破坏穿过显示器。这种概念可以应用于增强现实系统或者显示隐形透镜。
本文中使用以下定义：
载体基板：涵盖了ILED芯片被微型组装在其上的基板片。载体基板可以是可以使用的暂时的或者永久的透明载体基板。
驱动器：在其上发现电子控制设备和/或相关触点的材料。这可以是具有驱动器电子器件的硅片、TFT底板或者显示技术中使用的其他形式的控制器。
显示像素：包含显示器的用户看到的RGB像素。
显示子像素：由单一颜色形成并且可选地由单一发射器形成的显示器像素的小单元。
发射器：包含显示器像素的最大的基本构件块并且可以是微型ILED光源。发射器可以在包括多个发射器的微型ILED芯片上。尽管发射器可包括单一LED器件或者一簇LED器件，但是发射器可不包括能够单独寻址的更小的部件。
簇：包含不可以单独寻址的一组发射器。
ILED芯片：包含仅具有一个功能部件(簇或者发射器)的LED器件(包括ILED芯片)。注意：这可不同于ILED阵列芯片，其中，LED可被单独寻址。LED芯片可包含μLED发射器、微型HBD发射器或者另一类型的小LED发射器。
ILED阵列芯片：包含LED芯片，该LED芯片包含多于一个单独能够寻址的发光区域。
如图9所示，ILED发射器可以是微型ILED发射器，图9示出了与WO 2004/097947(US7,518,149)中提出的相似的微型ILED结构900，其具有高抽取效率并且因为它的形状输出准平行光。图3中示出了这种微型ILED 900，其中，基板902具有位于其上的半导体外延层904。外延层904被成形为台面906。活跃(或者发光)层908被围绕在台面结构906中。台面906在与光传输或者发射面910相对的一侧具有截顶顶部。台面906还具有近抛物线形状以形成在器件内生成或检测光的反射外壳。箭头912示出了从活跃层908发射的光如何以足以逃出LED器件900的角度(即，在全内反射的角度内)朝向光出射面910反射离开台面906的壁。
本文中公开的方法和设备可以按照以下编号的项进行定义：
1.一种能够寻址的微型图像引擎，包括：
a.使用微型组装技术平铺ILED阵列芯片以形成微型显示器阵列的高分辨率显示器像素
b.显示器像素包括一个或多个ILED发射器
c.ILED阵列芯片包括一个或多个ILED光发射器
d.单一ILED阵列芯片可与多于一个显示器像素共享发射器，使得相邻的显示器像素可使用来自同一微型ILED阵列芯片的不同发射器。
2.根据项1，其中，ILED阵列芯片具有一个或多个波长。
3.根据项1，其中，材料是GaN、GaAs、GaP或者任何其他发光半导体材料。
4.根据项1，其中，单独的ILED阵列芯片使用微型组装方法进行组装。
5.根据项1，其中，ILED阵列芯片之间的间隔<100μm。
6.根据项1，其中，光由激光二极管、VCSEL、RCLED或者任何其他形式的发光半导体生成。
(模块)
7.一种能够寻址的阵列微型显示模块，包括：
a.ILED阵列芯片平铺在一起以形成高分辨率的像素阵列
b.驱动器电子器件基于入射信息决定要被照明的发射器
c.驱动器与ILED阵列芯片之间的互连方法。
8.一种微型组装制造平台，包括：
i.ILED阵列包括一系列高性能的ILED阵列芯片
ii.暂时的或者永久的载体平台
iii.使用微型组装方法将ILED阵列直接集成至驱动器或者直接接合以制造ILED图像生成器的方法。
iv.制造ILED阵列芯片和准备组装至载体平台的微型组装的底板电路的方法。
9.根据项7，其中，驱动器是由低温多晶硅(LTPS)组成的有源底板
10.根据项7，其中，驱动器是非晶硅(a-Si)类型。
11.根据项7，其中，驱动器经由接触线和控制器芯片被远离定位的。
12.根据项7，其中，驱动器是CMOS芯片。
13.根据项7，其中，互连方法经由焊球。
14.根据项7，其中，互连经由直接接合互连类型工艺发生。
15.根据项7，其中，互连经由金属对金属类型工艺发生。
(ILED阵列芯片)
16.一种ILED阵列芯片，包括：
a.ILED阵列芯片，具有多于一个能够寻址的发射区域；
b.ILED阵列芯片，具有ILED发射器放置在角处的三角形、正方形、六边形或者其他形状的配置。
17.发射器的数量可与设计中的角的数量相关。例如，正方形芯片可具有4个发射器，五边形可具有5个发射器，六边形可具有6个发射器，等等。
18.ILED阵列芯片的形状与显示器像素设计相关并且基于LED制造过程的规范不是任意选择的。
19.ILED阵列芯片可将发射器贡献于多于一个的显示器像素。
20.ILED阵列芯片在每个角中可具有多于一个像素以允许冗余。
21.发射区域可由于LED、激光器、VCSEL、RCLED或者其他发光半导体结构。
22.阵列的发射器以μLED、HBD的形式或者小发射器的任何其他形式。
23.ILED阵列芯片可使用矩阵寻址方案驱动。
24.ILED阵列芯片可使用单独的寻址方案驱动。
25.用于单独的ILED芯片上的发射器的p触点可连接在一起使得通过p触点处的偏置和共享的n触点的偏置控制照明。
(组装过程)
26.一种高密度显示器件的制造方法，包括一些或者所有以下步骤：
·小的ILED阵列芯片以预选形状制造。通常，μLED发射器将在形状的角处。
·ILED阵列芯片将由具有相关的p触点和1个或更多个n触点的多个发射器组成。
·像素化ILED阵列芯片被安装在载体基板上并且利用胶或者其他接合材料保持。每次放置单一颜色/晶片类型。采取随后步骤直至所需所有颜色/芯片被放置在基板上。
·用于芯片的电触点将面向远离载体基板。
·基板可以是透明的或者不透明的。胶可以是可移动的或者不可移动的。可移动的胶必须用于不透明基板。
·以上这种布置形成器件的图像引擎部件。
·载体基板然后与驱动器电子器件互连。这可经由倒装式安装至硅片发生，在硅片上已经使用直接接合互连(DBI)工艺或者其他类似工艺制造驱动器芯片。
·将设计ILED裸片和硅片，以致垫片是兼容的并且根据需要，合适的金属装饰将通过DBI工艺涂覆于两侧
·如果需要，在此点处现在可以移除载体基板。现在移除透明的载体晶片。
·可替换地，载体基板可用于集成用于器件性能的任何其他的部件。这些可包括但不限于光学器件或者电气部件。
·结合的ILED/硅结构现在被切成小方块-产生单一芯片颜色微型显示器
27.根据项26，其中，作为标准显示器制造过程的一部分，ILED芯片互连至驱动器
28.根据项26，其中，显示器的罩玻璃用作载体基板。
29.根据项26，其中，驱动器是有源底板类型器件。
30.根据项26，其中，有源底板利用非晶硅(a-Si)或者低温多晶硅(LTPS)或者金属氧化物(MO-TFT)进行制造
(载体基板)
31.载体基板可以是玻璃、塑料或者另一透明材料。
32.载体基板可以是刚性的或者柔性的。
33.载体基板可以是永久的或者可移除的。
34.载体基板可包含其他光学部件以进一步操纵光。
(一般性能)
35.从显示器输出的光大于50cd/m2
36.显示器中的像素之间的节距小于100μm。
37.显示器的尺寸可从16×16像素至2560×2480像素的范围，但不限于此。
38.显示器中的每个发射器可消耗的电流在1nA与1A之间。
39.一种微型组装制造平台，包括以下几项
i.ILED阵列，包括一系列高性能的ILED芯片
ii.暂时的或者永久的载体平台
iii.使用微型组装方法将ILED阵列直接集成至驱动器或者直接接合以制造ILED图像引擎的方法。
iv.制造ILED芯片和准备组装至载体平台的微型组装的底板电路的方法。
40.微型组装制造平台由以下几项组成
a.使用微型组装工艺平铺ILED阵列芯片以形成较大的阵列
b.驱动器电子器件用于控制阵列中的发射器。
c.用于将ILED阵列和驱动器互连的方法。
41.一种ILED阵列芯片包括
a.ILED阵列芯片，具有多于一个能够寻址的发射区域。
b.ILED阵列芯片，具有ILED发射器放置在角处的三角形、正方形、六边形或者其他形状的配置。
c.发射器的数量可与设计中的角的数量相关。例如，正方形芯片可具有4个发射器，五边形可具有5个发射器，六边形可具有6个发射器，等等。
d.ILED阵列芯片是单一波长或者多波长。
e.每个ILED阵列芯片可将发射器贡献于多于1个显示器像素。
42.载体基板可用作一个制造平台的一部分，使得：
a.ILED阵列芯片在与驱动器接口之前可安装在暂时的或者永久的载体基板上。
b.在与控制器电子器件接口之后，载体基板载体基板可移除或者可不移除。
c.载体基板可包含微型光学器件以增强ILED器件的性能。
d.微型光学器件可直接安装在ILED阵列芯片的光出射面以提高它们的性能。
e.微型光学器件可在ILED的光出射面上通过冲压、光刻或者其他工艺生成。
f.光吸收材料可放置在芯片之间以提高像素的对比。g.热导电材料可放置在芯片之间用于器件的热管理。
h.热导电层可用在器件的N侧以增强热管理。
i.ILED阵列芯片可使用有源的或者矩阵寻址方案驱动。
j.互连层可从多于1个ILED阵列芯片中寻址发射器。
k.用于每个LED的p触点在与控制器芯片相同的一侧。
l.用于每个LED的n触点可在与控制器芯片相同或者不同的一侧。
m.通过发射器的电流可经由p触点、n触点或者两者的混合进行控制。
43.控制器/组件
a.存在安装在单一控制器芯片上的多于1个ILED芯片。
b.驱动器电子器件可以处于有源底板的形式。
c.驱动器电子器件可以处于CMOS芯片的形式
d.驱动器电子器件可以处于用于无源矩阵驱动方案的控制线形式。
e.有源底板可以处于LTPS的形式
f.有源底板可以处于a-Si的形式。
44.在组件的另一实施方式中，用于核心器件的电触点可轨迹化至用于连接的点。这个轨迹化可以是金属的或者诸如导电氧化物的其他类型。然后这些可终止在安装垫中，该安装垫将允许电子控制设备的连接。45.从显示器输出的光大于50cd/m2
46.显示器中的像素之间的节距小于100μm。
47.显示器的尺寸可从16×16像素至2560×2480像素的范围，但不限于此。

Claims (23)

1.一种制造显示器中使用的图像生成器的方法，所述方法包括：
制造多个分立的无机发光二极管ILED阵列芯片，每个分立的ILED阵列芯片具有多于一个的单独能够寻址的发光区域并且包括多个ILED发射器的单片阵列，多个所述ILED发射器被配置为产生具有相同波长的光，多个分立的所述ILED阵列芯片中的不同的分立的ILED阵列芯片被配置为产生不同波长的光；
将多个分立的所述ILED阵列芯片放置在载体基板上以通过来自多个分立的所述ILED阵列芯片的相邻芯片的ILED发射器形成所述显示器的像素，来自多个分立的所述ILED阵列芯片的所述ILED发射器被配置为共同地为所述像素产生不同波长的光，其中形成所述像素的所述ILED发射器共享阳极；并且
将形成所述像素的多个分立的所述ILED阵列芯片的第一表面接合至驱动器底板，使得多个分立的所述ILED阵列芯片的电触点与所述驱动器底板电通信，其中所述驱动器底板包括用于驱动多个分立的所述ILED阵列芯片的电子器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一微型组装过程中，被配置为发射具有第一波长的光的分立的ILED阵列芯片被放置在所述载体基板上，并且其中，在第二微型组装过程中，被配置为发射具有第二波长的光的分立的ILED阵列芯片被放置在所述载体基板上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动器底板包括硅片、TFT底板或者ILED驱动器电子器件。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：从结合到所述驱动器底板的多个分立的所述ILED阵列芯片移除所述载体基板。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体基板基本上是透明的，并且其中，分立的所述ILED阵列芯片的发光面面向所述载体基板，分立的所述ILED阵列芯片的所述电触点位于分立的所述ILED阵列芯片的与所述发光面相对的一侧。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述载体基板是用于所述图像生成器的罩玻璃。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述载体基板包含玻璃、塑料材料或者透明材料。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体基板是柔性的或者是刚性的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体基板包括被配置为操纵从所述图像生成器发射的光的一个或多个光学元件。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，多个分立的所述ILED阵列芯片使用结合材料结合至所述载体基板。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，多个分立的所述ILED阵列芯片包括被配置为产生红光、绿光或者蓝光中的每一者的至少一个分立的ILED阵列芯片。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将多个分立的所述ILED阵列芯片形成为能够镶嵌式铺装的几何形状。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在多个分立的所述ILED阵列芯片的角处形成多个所述ILED发射器。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在所述图像生成器的角处接合多个分立的所述ILED阵列芯片中的至少一者。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，使用直接接合互连将分立的所述ILED阵列芯片接合至所述驱动器底板。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：提供至所述电子器件的电连通，以定义多个能够寻址的像素，其中，每个所述能够寻址的像素包括来自多个相邻的分立的ILED阵列芯片的至少一个ILED发射器。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动器底板包括有源底板。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述有源底板是利用非晶硅(a-Si)或者低温多晶硅(LTPS)或者金属氧化物(MO-TFT)制造的。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ILED发射器是微型ILED发射器。
20.一种在显示器中使用的图像生成器，所述图像生成器包括：
多个分立的无机发光二极管ILED阵列芯片，多个分立的所述ILED阵列芯片中的不同的分立的ILED阵列芯片被配置为产生具有不同波长的光，每个分立的ILED阵列芯片具有多于一个的单独能够寻址的发光区域并且包括多个ILED发射器的单片阵列，所述多个ILED发射器被配置为产生具有相同波长的光；以及
结合到多个分立的所述ILED阵列芯片的驱动器底板，所述驱动器底板连接到多个分立的所述ILED阵列芯片以利用来自多个分立的所述ILED阵列芯片的相邻芯片的多个ILED发射器形成所述显示器的像素，来自多个分立的所述ILED阵列芯片的相邻芯片的所述多个ILED发射器各自产生具有不同波长的光，其中形成所述像素的所述多个ILED发射器共享阳极。
21.根据权利要求20所述的图像生成器，其中，所述多个ILED发射器包括微型ILED发射器。
22.根据权利要求20所述的图像生成器，还包括载体基板，所述载体基板面向多个分立的所述ILED阵列芯片的发光面，所述发光面位于多个分立的所述ILED阵列芯片上的电触点的相对的一侧上，所述发光面将所述驱动器底板联接到多个分立的所述ILED阵列芯片。
23.一种显示器，所述显示器包括：
多个分立的无机发光二极管ILED阵列芯片，多个分立的所述ILED阵列芯片中的不同的分立的ILED阵列芯片被配置为产生具有不同波长的光，每个分立的ILED阵列芯片具有多于一个的单独能够寻址的发光区域并且包括多个ILED发射器的单片阵列，所述多个ILED发射器被配置为产生具有相同波长的光；以及
结合到多个分立的所述ILED阵列芯片的驱动器底板，所述驱动器底板连接到多个分立的所述ILED阵列芯片以利用来自多个分立的所述ILED阵列芯片的相邻芯片的多个ILED发射器形成所述显示器的像素，来自多个分立的所述ILED阵列芯片的相邻芯片的所述多个ILED发射器各自产生具有不同波长的光，其中形成所述像素的所述多个ILED发射器共享阳极。
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