CN109479354B - 微led阵列显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微LED阵列显示装置。所公开的微LED阵列显示装置包括：微LED面板，其包括多个微LED像素；CMOS背板，其包括与各个微LED像素对应的多个CMOS单元，以单独驱动各个微LED像素；凸块，在微LED像素和CMOS单元面对面配置的状态下，电性连接各个微LED像素和与各个微LED像素对应的CMOS单元，并且，利用上述凸块以使形成在上述CMOS背板上的各个上述CMOS单元与各个上述微LED像素对应的方式进行倒装焊接，从而单独控制上述微LED像素。

Description

微LED阵列显示装置
技术领域
本发明涉及一种微LED阵列显示装置，更具体地，涉及一种如下的微LED阵列显示装置，其为在制造LED芯片时在蚀刻工艺中将多个微LED像素排列在一个微LED面板上，并且利用凸块(bumps)将处于该状态的微LED面板倒装焊接在CMOS背板(Backplane)上，从而以能够单独驱动微LED像素的方式构成，由此可以用作微显示器。
背景技术
在低功耗和环境友好性方面，对发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的需求正在激增，并且不仅广泛适用于照明装置或液晶显示器(LCD)的背光，而且还适用于显示装置。
LED作为将电能转换为光的固态元件的一种，基本上利用以下的原理：包括介于两个掺杂层的，即n型半导体层与p型半导体层之间的有源层，而在两个掺杂层之间施加电压时，电子和空穴注入至有源层之后，在有源层内进行复合来产生光。由于LED可以在相对低的电压下驱动的同时具有高能效率，因此LED释放少量的热量。LED能够以多种类型制造，在如上所述的多种类型中，尤其，作为用于制造微LED阵列显示装置的类型，有在一个晶圆(wafer)上形成多个微LED像素的类型。如此，在一个晶圆上形成多个微LED像素来制造微LED阵列显示装置时，以往通过芯片制造工艺在各像素形成p极和n极的两个端子之后，沿信号线的纵横轴进行排列来驱动。在这种情况下，由于担当对微LED像素进行信号控制的元件应单独形成在周边区域，因此，微LED阵列显示器的尺寸增加，并且沿纵横轴阵列的数据线应通过引线键合与微LED像素相连接，因此使该工艺变得复杂且不便。
并且，在一个基板上形成多个微LED像素时，由于在一个基板上形成用于发射红色光、绿色光以及蓝色光的结构物时受到技术上的限制，所以在微LED阵列显示装置中使用LED光源时，以往存在只能以单色来体现的困难。因此，本技术领域需要一种用于解决这种问题的方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明要解决的问题是提供一种微LED阵列显示装置，其为在制造微LED阵列显示装置时，为了消除用于连接微LED像素和各种数据线的引线键合工作的复杂和不便，并能够单独控制各个微LED像素，利用凸块将各个微LED像素对应地倒装焊接(flip chipbonding)到形成在CMOS背板上的各个CMOS单元。
本发明要解决的另一个问题是提供一种微LED阵列显示装置，其为在一个基板上形成多个微LED像素时，为了克服在基板上形成用于发射红色光、绿色光以及蓝色光的结构时产生的困难，而倒装焊接在CMOS背板上。
技术方案
根据用于解决上述问题的本发明的一方面的微LED阵列显示装置，其特征在于，包括：微LED面板，其包括多个微LED像素；CMOS背板，其包括与各个上述微LED像素对应的多个CMOS单元，以单独驱动各个上述微LED像素；凸块，在上述微LED像素和上述CMOS单元面对面配置的状态下，电性连接各个上述微LED像素和与各个上述微LED像素对应的CMOS单元，并且，利用上述凸块以使形成在上述CMOS背板上的各个上述CMOS单元与各个上述微LED像素对应的方式进行倒装焊接，从而单独控制上述微LED像素。
根据一个实施例，上述微LED像素通过在基板上依次生长第一导电型半导体层、有源层以及第二导电型半导体层之后被蚀刻而形成，上述微LED像素的垂直结构依次包括第一导电型半导体层、有源层以及第二导电型半导体层，对于未形成上述微LED像素的部分而言，有源层以及第二导电型半导体层被去除而使第一导电型半导体层露出。
根据一个实施例，在未形成上述微LED像素的部分的第一导电型半导体层上以与上述微LED像素隔开的方式形成有第一导电型金属层。
根据一个实施例，上述第一导电型金属层在上述第一导电型半导体层上沿着上述微LED面板的外围形成。
根据一个实施例，上述第一导电型金属层的高度与上述微LED像素的高度相同。
根据一个实施例，上述第一导电型金属层用作上述微LED像素的公共电极。
根据一个实施例，上述CMOS背板包括以与上述第一导电型金属层对应的方式形成的公共单元，上述第一导电型金属层和上述公共单元通过公共凸块来实现电性连接。
根据一个实施例，上述第一导电型是n型，上述第二导电型是p型。
根据一个实施例，上述基板由蓝宝石、SiC、Si、玻璃以及ZnO中的任一种来形成。
根据一个实施例，上述凸块形成在各个上述CMOS单元，并且加热就会融化，从而使得各个上述CMOS单元和与各个上述CMOS单元对应的微LED像素实现电性连接。
根据本发明的另一方面而实现全彩色的微LED阵列显示装置，其特征在于，包括：第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板，上述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板分别包括多个微LED像素，并且发射不同波段的光；单个CMOS背板，其包括与各个上述微LED像素对应的多个CMOS单元，以单独驱动上述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的各个微LED像素；凸块，其在上述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的微LED像素和上述CMOS单元面对面配置的状态下，电性连接上述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的各个微LED像素和与上述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的各个微LED像素对应的CMOS单元，并且，利用上述凸块以使形成在上述CMOS背板上的各个上述CMOS单元与上述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的各个上述微LED像素对应的方式进行倒装焊接，从而单独控制上述微LED像素。
有益效果
本发明提供一种利用凸块将各个微LED像素对应地倒装焊接到形成在CMOS背板上的各个CMOS单元的新概念微LED阵列显示装置，从而消除了在现有的工艺中用于连接微LED像素和各种数据线的引线键合工作的复杂和不便，并能够单独控制各个微LED像素。而且，利用凸块将分别发射红色光、绿色光以及蓝色光的多个微LED面板倒装焊接在单个CMOS背板，并且利用光学系统使这三种颜色聚集在一个区域，从而可以实现全彩色，因此，可以克服以往在一个基板上形成多个微LED像素时，在基板上形成用于发射红色光、绿色光以及蓝色光的结构时产生的技术上的困难。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施例的微LED阵列显示装置的微LED面板100的一例的图。
图2是示出在根据本发明一个实施例的微LED阵列显示装置中用于单独驱动图1中的微LED面板100和微LED面板100上的各个微LED像素的、包括多个CMOS单元(CMOS cells)的CMOS背板200的图。
图3是示出为了利用凸块300来电性连接图2中的微LED面板100和CMOS背板200，将凸块300配置在CMOS背板200上的状态的图。
图4是示出在图3中的配置有凸块300的CMOS背板200上面对面配置微LED面板100来电性连接微LED面板100上的各个微LED像素和CMOS背板200上的CMOS单元的状态的图。
图5是示出如下状态的附图，即为了根据本发明一个实施例实现全彩色(fullcolor)，而分别制作红色、绿色以及蓝色各自的微LED面板1100、1200、1300、以及为了将上述面板电性连接到对应的各个CMOS单元而在单个CMOS背板2000上形成CMOS单元区域2100、2200、2300，且在CMOS单元上配置凸块3000。
图6是示出利用凸块3000将图5中的红色、绿色以及蓝色各自的微LED面板1100、1200、1300电性连接在单个CMOS背板2000的状态的图。
图7是用于简要说明根据本发明一个实施例而实现全彩色的微LED阵列显示装置的驱动的图。
具体实施方式
本发明涉及一种微LED阵列显示装置，其为通过台面蚀刻工艺(MESA etching)对微LED像素进行阵列且将微LED像素倒装焊接在CMOS背板上，从而能够适用于头戴式显示器(Head Mounted Display，HMD)或平视显示器(Head Up Display，HUD)之类的微型显示器(Micro Display)。本发明中，在制造LED芯片时通过台面蚀刻工艺对微LED像素进行排列，并且倒装焊接在CMOS背板上，以便能够单独驱动。并且，本发明中，将具有红色、绿色以及蓝色的三种元件，即微LED面板排列在CMOS背板上，从而也可以实现全彩色。
以下，将参照附图对本发明的优选实施例进行说明。附图以及实施例被简化而示出，使得本领域技术人员能够容易地理解本发明，因此附图以及实施例不应被解释为限制本发明的范围。
图1是示出根据本发明一个实施例的微LED阵列显示装置的微LED面板100的一例的图，图2是示出在根据本一个实施例的微LED阵列显示装置中用于单独驱动图1中的微LED面板100和微LED面板100上的各个微LED像素的、包括多个CMOS单元的CMOS背板200的图，图3是示出为了利用凸块300来电性连接图2的微LED面板100和CMOS背板，将凸块300配置在CMOS背板200上的状态的图，图4是示出在3中的配置有凸块300的CMOS背板200上面对面配置微LED面板100来电性连接微LED面板100上的各个微LED像素和CMOS背板200上的CMOS单元的状态的图。
首先，将参照图1至图4对根据本发明一个实施例的微LED阵列显示装置进行说明。根据本发明一个实施例的微LED阵列显示装置包括微LED面板100、CMOS背板200以及凸块300。微LED面板100包括多个微LED像素130，CMOS背板200包括与各个微LED像素130对应的多个CMOS单元230，以单独驱动各个微LED像素130。并且，凸块300在微LED像素130和CMOS单元230面对面配置的状态下，电性连接各个微LED像素130和与各个微LED像素130对应的CMOS单元230。在本说明书中，为了方便起见，分别用附图标记130和230来表示微LED像素中的一个微LED像素以及CMOS单元中的一个CMOS单元。通过如上的结构，利用凸块300以使形成在CMOS背板200上的各个CMOS单元230与各个微LED像素130对应的方式进行倒装焊接，从而上述微LED阵列显示装置单独控制微LED像素130。
微LED面板100在基板110上依次生长第一导电型半导体层132、有源层134以及第二导电型半导体层136之后被蚀刻。因此，微LED面板100上的微像素130通过上述过程而形成，对于各个微LED像素130的垂直结构而言，在基板110上包括第一导电型半导体层132、有源层134以及第二导电型半导体层136。基板110可以由蓝宝石、SiC、Si、玻璃以及ZnO中的任一种来形成。并且，第一导电型半导体层132可以是n型半导体层，第二导电型半导体层136可以是p型半导体层。有源层134是在施加电源时来自第一导电型半导体层132和第二导电型半导体层136的电子和空穴复合的区域。
在微LED面板100中，对于蚀刻的部分，即未形成微LED像素130的部分120而言，第二导电型半导体层136和有源层134被去除，而使第一导电型半导体层132露出。如此，在微LED面板100中未形成微LED像素130的部分120的第一导电型半导体层132上，以与微LED像素130隔开的方式形成有第一导电型金属层140。第一导电型金属层140形成为在第一导电型半导体层132上沿着微LED面板100的外围具有规定的宽度。第一导电型金属层140的高度大体上与微LED像素130的高度相同。第一导电型金属层140通过凸块300与CMOS背板200电性连接，从而第一导电型金属层140用作微LED像素130的公共电极。例如，第一导电型金属层140可以是公共接地。
CMOS背板200包括用于单独驱动各个微LED像素130的多个CMOS单元230。各个CMOS单元230通过凸块330电性连接在对应的微LED像素。各个CMOS单元230是用于单独驱动对应的微LED像素的集成电路。对于CMOS背板200而言，例如，可以是有源矩阵(Active Matrix，AM)面板，因此，各个CMOS单元230可以是包括两个晶体管和一个电容的像素驱动电路，当利用凸块300将微LED面板100倒装焊接在CMOS背板200时，作为等效电路可以具有在上述像素驱动电路的晶体管的漏极端子与公共接地端子(例如，附图标记240)之间配置各个微LED像素的形态。
CMOS背板200包括形成在与第一导电型金属层140对应的位置的公共单元240，第一导电型金属层140和公共单元240通过公共凸块340来实现电性连接。本说明书中，术语凸块300包括用于分别电性连接各个CMOS单元和各个微LED像素的凸块330以及用于电性连接第一导电型金属层140和公共单元240的公共凸块340。
如图3所示，使处于凸块330及公共凸块340配置在各个CMOS单元230上部的状态的CMOS背板200与微LED面板100面对面，并且在将CMOS单元230以一对一对应的方式紧贴于微LED像素130之后，一旦进行加热，凸块330及公共凸块340就会融化，由此，各个CMOS单元230和与各个CMOS单元230对应的微LED像素130如图4所示，处于电性连接的状态。
其次，将参照图5及图6对通过上述LED排列显示装置来实现全彩色(full color)的实施例进行说明。图5是示出如下状态的附图，即为了根据本发明一个实施例实现全彩色，而分别制作发射红色光、绿色光以及蓝色光的微LED面板1100、1200、1300、以及为了将形成在上述微LED面板的微LED像素电性连接在对应的各个CMOS单元而在单个CMOS背板2000上形成CMOS单元区域2100、2200、2300，且在CMOS单元上配置凸块3000；图6是示出利用凸块3000将图5中的红色、绿色以及蓝色各自的微LED面板1100、1200、1300电性连接在单个CMOS背板2000的状态的图。
如图所示，用于实现全彩色的微LED阵列显示装置包括第一微LED面板1100、第二微LED面板1200以及第三微LED面板1300，上述面板分别包括排列的多个微LED像素。第一微LED面板1100、第二微LED面板1200以及第三微LED面板1300分别发射不同波段的光。例如，第一微LED面板1100发射红色光、第二微LED面板1200发射绿色光，并且第三微LED面板1300发射蓝色光。而且，用于实现全彩色的微LED阵列显示装置包括单个CMOS背板2000，以单独驱动第一微LED面板1100、第二微LED面板1200以及第三微LED面板1300中的各个微LED像素。单个CMOS背板2000包括与第一微LED面板1100、第二微LED面板1200以及第三微LED面板1300中的各个微LED像素对应的多个CMOS单元。在单个CMOS背板2000形成有与各个微LED面板1100、1200、1300对应的CMOS单元区域2100、2200、2300，以便能够配置微LED面板1100、1200、1300，由此各个微LED面板1100、1200、1300倒装焊接在CMOS单元区域2100、2200、2300。为了通过将微LED面板1100、1200、1300倒装焊接在单个CMOS背板2000来电性连接各个CMOS单元和各个微LED像素，在各个CMOS单元区域2100、2200、2300以与各个微LED面板1100、1200、1300中的多个微LED像素对应的方式形成有多个CMOS单元。如上所述的各个CMOS单元和各个微LED像素通过凸块3000来实现电性连接。微LED面板1100、1200、1300倒装焊接在单个CMOS背板2000的过程与通过参照图1至图4来说明的微LED面板倒装焊接在CMOS背板200的过程相同。
并且，在单个CMOS背板2000上的各个CMOS单元区域2100、2200、2300形成有公共单元，如上所述的公共单元通过公共凸块与各个微LED面板1100、1200、1300的第一导电型金属层电性连接。
如前所述，在制造微LED时，由于技术上难以在一个基板上形成用于发射红色光、绿色光、蓝色光的结构物，因此，如在本发明中那样，将分别独立制造且发射不同波段的光，即红色光、绿色光、蓝色光的多个微LED面板倒装焊接在单个CMOS背板2000，并且利用光学系统使三种颜色聚集在一个区域，从而可以实现全彩色。并且，不仅可以消除在如以往一样通过引线键合来连接LED芯片和用于负责对这些LED芯片的控制而沿着纵横轴延伸的各种数据线时产生的不便或困难，而且不需要如以往一样在LED芯片的外部区域单独设置用于负责LED芯片的信号控制的元件，因此具有可以减少整个显示装置的尺寸的优点。
最后，图7是用于简要说明根据本发明一个实施例而实现全彩色的微LED阵列显示装置的驱动的图，如图7所示，根据本发明一个实施例的微LED阵列显示装置的驱动通过驱动IC 700的控制信号来实现。来自驱动IC 700的控制信号通过形成在CMOS背板2000的CMOS单元，即CMOS集成电路而供应至各个微LED像素。来自驱动IC 700的控制信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，上述数字信号也可以是脉冲宽度调制(PWM)信号。

Claims (16)

1.一种微LED阵列显示装置，其特征在于，
包括：
微LED面板，其包括多个微LED像素，所述微LED像素通过在基板上依次生长第一导电型半导体层、有源层以及第二导电型半导体层之后被蚀刻而形成；
CMOS背板，其包括与各个所述微LED像素对应的多个CMOS单元；以及
凸块，在所述微LED像素和所述CMOS单元面对面配置的状态下，电性连接各个所述微LED像素和与各个所述微LED像素对应的CMOS单元，
并且，利用所述凸块以使形成在所述CMOS背板上的各个所述CMOS单元与各个所述微LED像素对应的方式进行倒装焊接，从而单独控制所述微LED像素，
对于在所述微LED面板中未形成所述微LED像素的部分而言，所述有源层及所述第二导电型半导体层被去除而使所述第一导电型半导体层露出，并且，在露出的所述第一导电型半导体层上以与所述微LED像素隔开的方式形成有第一导电型金属层，
所述CMOS背板包括以与所述第一导电型金属层对应的方式形成的公共单元，
露出的所述第一导电型半导体层、所述第一导电型金属层及所述公共单元在同一个垂直线上。
2.根据权利要求1所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一导电型金属层在所述第一导电型半导体层上沿着所述微LED面板的外围形成。
3.根据权利要求1所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一导电型金属层的高度与所述微LED像素的高度相同。
4.根据权利要求1所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一导电型金属层用作所述微LED像素的公共电极。
5.根据权利要求1所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一导电型金属层和所述公共单元通过公共凸块来实现电性连接。
6.根据权利要求1所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一导电型是n型，所述第二导电型是p型。
7.根据权利要求1所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述基板由蓝宝石、SiC、Si、玻璃以及ZnO中的任一种来形成。
8.根据权利要求1所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述凸块形成在各个所述CMOS单元，并且加热就会融化，从而使得各个所述CMOS单元和与各个所述CMOS单元对应的微LED像素实现电性连接。
9.一种微LED阵列显示装置，其为用于实现全彩色的微LED阵列显示装置，其特征在于，包括：
第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板，所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板分别包括多个微LED像素，并且发射不同波段的光；
单个CMOS背板，其包括与各个所述微LED像素对应的多个CMOS单元；以及
凸块，其在所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的微LED像素和所述CMOS单元面对面配置的状态下，电性连接所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的各个微LED像素和与所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的各个微LED像素对应的CMOS单元，
并且，利用所述凸块以使形成在所述CMOS背板上的各个所述CMOS单元与所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的各个微LED像素对应的方式进行倒装焊接，从而单独控制所述微LED像素，
所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中的微LED像素通过在基板上依次生长第一导电型半导体层、有源层以及第二导电型半导体层之后被蚀刻而形成，
对于在所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中未形成微LED像素的部分而言，所述有源层及所述第二导电型半导体层被去除而使所述第一导电型半导体层露出，并且，在露出的所述第一导电型半导体层上以与所述微LED像素隔开的方式形成有第一导电型金属层，
所述单个CMOS背板包括以与所述第一微LED面板、第二微LED面板及第三微LED面板各自的所述第一导电型金属层对应的方式形成的公共单元，
所述第一微LED面板、第二微LED面板以及第三微LED面板中，露出的所述第一导电型半导体层、所述第一导电型金属层及所述公共单元在同一个垂直线上。
10.根据权利要求9所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自的第一导电型金属层在所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自的第一导电型半导体层上沿着所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自的外围形成。
11.根据权利要求9所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自的第一导电型金属层的高度与所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自中的微LED像素的高度相同。
12.根据权利要求9所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自的第一导电型金属层用作所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自中的微LED像素的公共电极。
13.根据权利要求9所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自的第一导电型金属层和与所述第一微LED面板、第二微LED面板、第三微LED面板各自的第一导电型金属层对应的公共像素通过公共凸块来实现电性连接。
14.根据权利要求9所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述第一导电型是n型，所述第二导电型是p型。
15.根据权利要求9所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述基板由蓝宝石、SiC、Si、玻璃以及ZnO中的任一种来形成。
16.根据权利要求9所述的微LED阵列显示装置，其特征在于，
所述凸块形成在各个所述CMOS单元，并且加热就会融化，从而使得各个所述CMOS单元和与各个所述CMOS单元对应的微LED像素实现电性连接。
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