CN114946025A - 通过有源矩阵发光的Micro-LED显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示器，包括具有μLED的多个电子芯片(10)以及用于控制所述芯片的有源矩阵(40)，该有源矩阵安装在透明滑块(2)上，每个芯片包括多个发光二极管(13)，每个芯片包括基板(11)，基板(11)包括对μLED公用的电极(12)，并且在其上部部分上包括μLED以及μLED的电控制触点(14)。显示器包括：‑一个或多个电源平面(20)，布置在支撑板(1)的上表面上；‑多个电子芯片，第一导电元件(30)提供在每个芯片的公共电极与电源平面之间的电连接；‑承载有源矩阵的透明滑块(2)，第二导电元件(31)提供在电子芯片的电触点与用于控制有源矩阵的电触点(41)之间的电连接。

Description

通过有源矩阵发光的Micro-LED显示器

背景技术

本发明的领域是平板显示器。目前，存在两种主要类型的显示技术。第一种技术在于实现由照明恒定的发光二极管或“LED”照明的液晶矩阵。液晶单元充当空间强度调制器以形成图像。

第二种技术在于实现由有机材料或“OLED”制成的发光二极管矩阵，以直接形成图像。更准确地，图像的基本彩色像素由以三种不同颜色发光的三个二极管组成，这三种颜色通常是绿色、红色和蓝色。在该技术中，OLED充当光源和调制器。

OLED主要使用具有发光二极管的功能特性的薄层的堆叠体来产生，所述薄层例如用于提供电子的n型掺杂层、用于提供空穴的p型掺杂层和用于发射光子的本征复合层。这些薄层在真空下沉积或通过喷墨直接沉积在晶体管矩阵上，晶体管矩阵的功能是控制电流，并且因此控制在图像的每个点处在OLED中发出的光的强度。在接下来的描述中，这个电子矩阵将被称为有源矩阵。

近年来出现了第三种非常有前途的技术：μLED或无机发光二极管。这些二极管被称为μLED，因为它们的尺寸非常小，大约100微米。

在这项最新技术中，发光二极管不再沉积在有源矩阵上的薄层中。这些发光二极管是最常由蓝宝石、硅或碳化硅制成的分立部件，它们被转移并且在后部连接到支撑有源矩阵的玻璃板。这些μLED然后以与OLED相同的方式充当光源和调制器。

在具有有源矩阵的有机或无机LED的显示设备中，优选在与有源矩阵相对的一侧进行发光。这样，构成LED的控制设备的有源矩阵的行、列和晶体管不会阻碍光的传输。然后发光器的整个表面用于发射光。

然而，这要求LED的触点位于与其发光面相对的面上。这种布置在实现方式中存在许多困难。

在其中LED是转移到有源矩阵的分立部件的显示设备的情况下，用于在蓝宝石或硅基板上产生LED的方法提供了发光表面自然与触点位于同一侧的部件。

在所有情况下，产生包括在与电触点相对的一侧的发光的彩色分量需要减薄或去除初始基板。

这种去除或减薄对于允许光的传输是必要的，例如当基板由硅制成时。这种去除或减薄对于允许在发光侧产生颜色转换层也是必要的，例如当基板由蓝宝石或硅制成时。这导致在获得最终部件之前将LED多次转移到各种基板，该最终部件的触点位于有源矩阵的一侧并且其发光区域通过颜色转换层位于相对侧。

这些多个基板减薄或转移操作是昂贵的。它们具有随机的产量。它们使部件易碎并且限制可用于将LED结合和连接到有源矩阵的方法的温度和压力。

因此，具有通过有源矩阵发光的LED的显示器解决方案存在较少的生产困难。

发明内容

根据本发明的μLED显示器落入该上下文中，即，通过有源矩阵发光的显示器的上下文中。本发明的目的有三层：

-限制在其基板上产生LED的步骤数量。这样就没有必要在其发光面上产生触点；

-减少在有源矩阵与LED之间的触点数量；

-减少分布在用作有源矩阵的支撑板的玻璃板上方的电源数量。具体地，经由与有源矩阵相对的面的电源优先通过移动到设备的该面的导电平面。

因此，本发明的主题是一种μLED显示器，包括具有μLED的多个电子芯片以及用于控制具有μLED的芯片的有源矩阵，有源矩阵安装在透明滑块上，具有μLED的每个芯片包括多个发光二极管，具有μLED的每个芯片包括基板，基板在其下部部分上包括用作公共电极的导电表面，并且在其上部部分上包括μLED以及μLED的电控制触点，其特征在于，显示器按照以下顺序至少包括：

-支撑板，包括下表面和上表面；

-一个或多个第一电源平面，布置在支撑板的上表面上；

-多个第一导电元件；

-多个电子芯片，第一导电元件提供在每个芯片的公共电极与第一电源平面之间的电连接；

-多个第二导电元件，每个第二导电元件布置在用于控制电子芯片的电触点上；

-承载有源矩阵的透明滑块，每个第二导电元件提供在电子芯片的电触点与用于控制有源矩阵的电触点之间的电连接。

有利地，电源平面对于所有的电子芯片是公共的。

有利地，第二电源平面布置在支撑板的下表面上。

有利地，第二电源平面通过导电过孔电连接到支撑板的上表面，导电过孔提供在第一电源平面与第二电源平面之间的电连接。

有利地，散热元件附接在支撑板下方。

有利地，第三电源平面布置在支撑板的下表面上，第三电源平面通过导电过孔电连接到金属连接盘或导电连接盘，金属连接盘或导电连接盘独立于第一电平面或第二电平面，并且放置在支撑板的上表面上，多个第三导电元件提供在每个过孔与用于有源矩阵的电源的电触点之间的电连接。

有利地，支撑板是包括多个电绝缘的导电层的多层印刷电路。

有利地，支撑板包括隔间，电子芯片插入到隔间中。

有利地，支撑板包括布置在每个过孔上的第一导电焊盘，过孔的高度等于电子芯片的高度。

有利地，透明滑块包括面向每个过孔布置的第二导电焊盘，过孔的高度等于电子芯片的高度。

有利地，支撑板是透明的，电源平面是包括布置在μLED下方的导电焊盘的网格。

有利地，支撑板是由玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的。

有利地，网格被覆盖有吸光材料。

有利地，将第一电源平面与承载有源矩阵的透明滑块分离的空间被填充有透明或不透明的绝缘材料料。

有利地，芯片都是相同的，每个芯片包括至少三个发光二极管，每个发光二极管以与其他两个发光二极管的频谱带不同的频谱带进行发光。

有利地，芯片为至少三种类型，芯片具有至少三种类型，每种类型的芯片包括一个或多个相同的发光二极管，其中一种类型的芯片的发光二极管以与其他两种类型的芯片的发光二极管的频谱带不同的频谱带进行发光。

附图说明

本发明的其他特征、细节和优点将通过阅读参考附图给出的描述而变得明显，这些附图分别以示例的方式给出，其中：

图1示出了根据本发明的具有发光二极管的电子芯片的截面图。

图2示出了根据本发明的包括电源平面的μLED显示器的第一实施例的局部截面图；

图3示出了根据本发明的包括两个电源平面的μLED显示器的第二实施例的局部截面图；

图4示出了根据本发明的半透明显示器的电源平面的局部俯视图。

具体实施方式

根据本发明的显示器由具有μLED的电子芯片的矩阵或拼接组成。图1示出了该显示器的具有μLED的电子芯片10的截面图。该芯片包括基板11，该基板11包括下表面和上表面。优选地，基板是导电的并且自然地包括导电下表面12，只要该背表面没有被氧化或者氧化层可以被处理以促进形成电触点，该导电下表面12就将充当所有二极管的公共电极。基板通常由掺杂硅制成。上表面承载发光μLED 13以及发光μLED 13的控制触点14，一个触点与每个二极管相关联。对于每个二极管13，电控制触点14被布置为在所述二极管旁边，以便不覆盖所述二极管的表面。来自二极管的光的发射在该图1和后续图中用箭头表示。它们与控制触点位于同一侧。

取决于相关联的发光二极管，存在各种类型的芯片。第一类型的芯片包括一个或多个二极管三元组。每个三元组由三个发光二极管构成，每个发光二极管以与其他两个发光二极管的频谱带不同的频谱带进行发光。通常，一个二极管发射红光，第二个二极管发射绿光，并且第三个二极管发射蓝光。每个三元组对应于成像器的彩色像素。

第二种类型的芯片仅包括以相同的频谱带进行发光的二极管。取决于芯片的各自二极管的发光颜色，存在三种类型的芯片。例如，第一类型的芯片包括发射红光的二极管，第二类型的芯片包括发射绿光的二极管，并且第三类型的芯片包括发射蓝光的二极管。通过以周期性拼接适当地并置不同类型的芯片，创建了像素，每个像素都包括不同颜色的发光二极管的三元组。

电子芯片的尺寸与显示器的像素处于同一数量级，即几百微米。芯片通常具有简单的几何形状(例如，矩形、正方形、三角形、菱形、梯形或六边形)，以便实现周期性拼接。

图2示出了根据本发明的μLED显示器A的第一实施例的局部截面图。在该视图中，示出了两个芯片10。显示器按照以下顺序至少包括：

-支撑板1，包括下表面和上表面；

-一个或多个第一电源平面20，布置在支撑板1的上表面上；

-多个第一导电元件30；

-多个电子芯片10(如上限定)，第一导电元件30提供在每个芯片的公共电极与第一电源平面20之间的电连接；

-多个第二导电元件31，每个第二导电元件布置在用于控制电子芯片的电触点上；

-承载有源矩阵40的透明滑块2，每个第二导电元件31提供在电子芯片的电触点与用于控制有源矩阵40的电触点41之间的电连接。

支撑板1可以由适合于承载金属导体的各种材料制成。通过非限制性示例，可以提及玻璃、环氧树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯(已知其首字母缩写为“PET”)。如果材料的厚度足够薄，则该材料可以是刚性或柔性的(如PET一样)。如果显示器是透明的，则支撑板必须由透明材料(例如，玻璃或PET)制成。透明显示器可以在外部叠加地显示图像。

电源平面可以由任何类型的导电材料制成。优选使用电阻率非常低的金属，例如铜或铝。

如果显示器是不透明的，则优选使与电极接触的触点连接盘(contact land)外部的电源平面的金属变暗，以便减少显示器对环境光的反射。如果显示器是透明的，则必须尽可能减少电源平面的占用面积。为此目的，如图4所示，金属平面20可以是被组织成行和列的网格21，该网格包括位于电极处的安装连接盘22，使得该网格允许外部光通过。以同样的方式，可以使该网格变暗以便减少杂散光。

为了减少相对于显示器中心的接入电阻(access resistance)，导电平面可以放置在支撑板的两个表面上，其中金属孔面向每个μLED。这些金属孔或过孔具有两个功能：

-在显示器的整个表面上方实现均匀且一致的电压分布；

-去除每个芯片处生成的热量。在后一种情况下，散热元件可以接合到背表面。然后，过孔用作芯片与该散热器之间的热导管。

第一导电元件30和第二导电元件31优选地由导电粘合剂制成。这可以是各向同性的或各向异性的。导电粘合剂可以是固体的，其呈包含层压到导电平面上的小尺寸导电元件的粘合剂条带的形式，或者呈包含小尺寸导电元件的糊状物(paste)的形式。导电元件可以是金属薄片或金属球，或覆盖有金属薄层的绝缘球。例如，可以通过使用注射器发放糊状物或通过丝网印刷，将糊状物放置在LED上或在LED的精确位置处的导电平面上。

为了降低在导电平面与有源矩阵上的金属轨道之间短路的风险，用绝缘材料(例如，树脂或粘合剂)填充LED之间的空间可能是有利的。这种材料可以是透明的或不透明的黑色，以便将芯片与μLED光学隔离。该空间的填充可以在添加导电平面之前、期间或之后进行。

众所周知，为了给二极管供电，需要有正电源电压(通常称为VDD)和负电源电压(通常以接地GND或以VSS标识)，发射光所需要的电流经由正电源电压和负电源电压流动。

在电源平面中的高接入阻抗会导致导电平面中的电压降。该电压降强制使用显著高于LED和晶体管的最低电源电压的电源电压，并且因此会导致功耗过大。两个电源平面可以位于支撑板的上表面上。也可以将它们布置在支撑板的两个表面上。

图3示出了根据本发明的采用电源平面的这种布置的μLED显示器A的一个实施例的局部截面图。在该视图中，示出了两个芯片。各种附图标记与图2中的视图相同。

在该配置中，电源平面23布置在支撑板1的下表面上。该电源平面23通过导电过孔24电连接到金属连接盘或导电连接盘，该金属连接盘或导电连接盘独立于第一电平面或第二电平面并且放置在支撑板的上表面，多个第三导电元件32在每个过孔24与用于有源矩阵40的电源的电触点42之间提供电连接。

然后将其中一个电压直接连接到同一芯片上所有μLED公共的电极。第二电压连接到有源矩阵上的μLED的所有控制晶体管的漏极或源极。因此，有必要在整个设备上分布两个电源。

然而，当在有源矩阵上以厚度小于1μm的薄层生产电源平面时，很难获得具有低接入阻抗的电源平面。

优选使用具有支撑多个电绝缘的金属层(例如，多层印刷电路)的可能性的支撑板。支撑μLED的芯片还需要在有源矩阵上显著间隔开，以便为有源矩阵上与电源平面接触的区域释放空间。

进行接触操作的困难是由于有源矩阵上的触点与芯片背表面上的硅上的触点不在同一高度，如图3所示，其中导电元件31和32的高度不同。四种技术解决方案可以补偿这种高度差异。

第一种解决方案在于使用不同体积的各向同性导电粘合剂，这取决于粘合剂是放置在用于有源矩阵的电源平面的接触焊盘上，还是放置在用于LED的背表面上的硅的电源平面的接触焊盘上。

第二种解决方案在于使用印刷电路，该印刷电路包括在LED的位置处形成的空腔和在每个空腔的底部处的金属电极，以便容纳用于在硅上进行接触的导电元件。用于有源矩阵的电源的触点放置在印刷电路的上表面上，如图3所示。这允许相同的导电元件用于两种类型的触点或两个电源平面。

第三种解决方案在于在印刷电路上放置金属垫片，这增加了相对于印刷电路的表面的额外厚度。这些垫片面向用于有源矩阵的接触区放置。

第四种解决方案在于在玻璃板上放置金属元件，金属元件的厚度与硅的厚度相同，并且连接到用于有源矩阵的电源平面。这些分布在有源矩阵上方的金属元件一侧连接到玻璃上的电源平面，并且另一侧连接到用于印刷电路的一个电源平面的接触区。在后一种情况下，玻璃上的金属焊盘可以同时连接，并且具有与支撑μLED的芯片相同的接触解决方案。它们可以是与用于支撑μLED的厚度相同厚度的掺杂硅焊盘。

Claims (18)

1.一种μLED显示器，包括具有μLED的多个电子芯片(10)以及用于控制具有μLED的所述芯片的有源矩阵(40)，所述有源矩阵安装在透明滑块(2)上，具有μLED的每个芯片(10)包括多个发光二极管(13)，具有μLED的每个芯片包括基板(11)，所述基板(11)在其下部部分上包括用作公共电极的导电表面(12)，并且在其上部部分上包括所述μLED(13)以及所述μLED(13)各自的电控制触点(14)，其特征在于，所述显示器按照以下顺序至少包括：

-支撑板(1)，包括下表面和上表面；

-一个或多个第一电源平面(20)，布置在所述支撑板的所述上表面上；

-多个第一导电元件(30)；

-所述多个电子芯片(10)，第一导电元件提供在每个芯片的所述公共电极与第一电源平面之间的电连接；

-多个第二导电元件(31)，每个第二导电元件布置在用于控制电子芯片的电触点上；

-承载所述有源矩阵(40)的所述透明滑块(2)，每个第二导电元件提供在电子芯片的电触点与用于控制所述有源矩阵的电触点(41)之间的电连接。

2.根据权利要求1所述的μLED显示器，其特征在于，所述电源平面对于所有的所述电子芯片是公共的。

3.根据权利要求1所述的μLED显示器，其特征在于，第二电源平面布置在所述支撑板的所述下表面上。

4.根据权利要求3所述的μLED显示器，其特征在于，所述第二电源平面通过导电过孔电连接到所述支撑板的所述上表面，所述导电过孔提供在所述第一电源平面与所述第二电源平面之间的电连接。

5.根据权利要求3所述的μLED显示器，其特征在于，散热元件附接在所述支撑板下方。

6.根据权利要求1所述的μLED显示器，其特征在于，第三电源平面(23)布置在所述支撑板的所述下表面上，所述第三电源平面通过导电过孔(24)电连接到金属连接盘或导电连接盘，所述金属连接盘或导电连接盘独立于所述第一电平面或所述第二电平面，并且放置在所述支撑板的所述上表面上，多个第三导电元件(32)提供在每个过孔与用于所述有源矩阵的电源的电触点之间的电连接。

7.根据权利要求6所述的μLED显示器，其特征在于，所述支撑板是包括多个电绝缘的导电层的多层印刷电路。

8.根据权利要求6所述的μLED显示器，其特征在于，所述支撑板包括隔间，所述电子芯片插入到所述隔间中。

9.根据权利要求6所述的μLED显示器，其特征在于，所述支撑板包括布置在每个过孔上的第一导电焊盘，所述过孔的高度等于所述电子芯片的高度。

10.根据权利要求6所述的μLED显示器，其特征在于，所述透明滑块包括面向每个过孔布置的第二导电焊盘，所述过孔的高度等于所述电子芯片的高度。

11.根据权利要求1至5中的一项所述的μLED显示器，其特征在于，所述支撑板是透明的，所述电源平面是包括布置在所述μLED下方的导电焊盘(22)的网格(21)。

12.根据权利要求11所述的μLED显示器，其特征在于，所述支撑板是由玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的。

13.根据权利要求11所述的μLED显示器，其特征在于，所述网格被覆盖有吸光材料。

14.根据前述权利要求中的一项所述的μLED显示器，其特征在于，将所述第一电源平面与承载所述有源矩阵的所述透明滑块分离的空间被填充有绝缘材料。

15.根据权利要求14所述的μLED显示器，其特征在于，所述绝缘材料是透明的。

16.根据权利要求14所述的μLED显示器，其特征在于，所述绝缘材料是不透明的。

17.根据前述权利要求中的一项所述的μLED显示器，其特征在于，所述芯片都是相同的，每个芯片包括至少三个发光二极管，每个发光二极管以与其他两个发光二极管的频谱带不同的频谱带进行发光。

18.根据权利要求1至16中的一项所述的μLED显示器，其特征在于，所述芯片具有至少三种类型，每种类型的芯片包括多个相同的发光二极管，其中一种类型的芯片的所述发光二极管以与其他两种类型的芯片的所述发光二极管的频谱带不同的频谱带进行发光。

Images