CN115428146A - 包含多个像素和子像素的表面安装器件 - Google Patents

Abstract

披露了发光表面安装器件及其制造方法，该发光表面安装器件包括形成多色像素和白色像素的发射器阵列，其中，这些多色像素具有与该阵列中的白色像素至少基本上相同的整体像素高度和宽度。由此，增强了视觉一致性。像素包括比如LED等发射器，这些发射器表面安装到基板以形成微阵列。微阵列可以被组装成易于修复的发射器分块，这些发射器分块可以被组装成多分块视频显示器。

Description

包含多个像素和子像素的表面安装器件

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年4月21日提交的名称为“Surface Mount Device(SMD)Containing a Plurality of Pixels and Sub-Pixels of at Least Red,Green,Blue,and White[包含至少红色、绿色、蓝色和白色的多个像素和子像素的表面安装器件(SMD)]”的美国临时专利申请序列号63/012,984的优先权权益，该美国临时专利申请通过引用以其全文并入本文。

技术领域

本披露内容总体上涉及LED封装领域。具体地，本披露内容涉及包含至少红色、绿色、蓝色和白色的多个像素和子像素的表面安装器件(SMD)的实施例。

背景技术

随着分辨率的提高和像素间距的缩小，使用发光二极管(LED)作为其光源的视频显示器面临着重大挑战。另外，不仅会因为间距缩小而存在物理挑战，当模块化分块彼此邻接时，小间距还会产生这样的问题，即安装过程中很可能造成物理损坏。显示模块的牢固性和可修复性非常重要，但这两个属性通常需要相互折衷。

为了使显示器最终可修复，每个具有LED阵列的电路板都由单个像素(或者甚至子像素)SMD LED封装构成。在一个示例中，在电路板上的100×100像素阵列中，可以使用100×100个RGB SMD LED。这允许在不影响阵列的其余部分的情况下替换单个损坏的像素。在极端示例中，假设每个像素由红色、绿色和蓝色各至少一个构成，则阵列可以使用300×300个单独的子像素SMD。如果即使单个子像素被损坏，也可以在不影响其他子像素的情况下对其进行替换。这两种描述的方法已在LED行业中使用了20多年。

为了使显示器尽可能牢固，通常能在LED阵列的顶部看到灌封化合物的使用。LED阵列可以像在先前的示例中一样由单独的SMD像素制成，也可以是如图7所示的其中二极管芯片直接键合到电路板上的板上芯片(COB)工艺。在这两种情况下，可以使自流平环氧树脂或硅树脂布满整个阵列上方，以令该阵列变得坚硬且牢固。这使得阵列的正面非常耐用，能够承受适度的冲击和刮划。然而，阵列的拐角和边缘仍然容易受到冲击，并且如果发生冲击，灌封材料的机械特性通常会损坏一群RGB像素而不是单个像素。进一步地，由于灌封材料的本质是固化粘合剂，通常不可能(或不能以合理的方式、在商业上不可能)修复损坏的像素。进一步地，如果实际上像素可以被修复，则不能以不明显的重新施加方式重新施加灌封材料(即，经修复的表面看起来与阵列的其余部分不同)。这意味着如果100×100像素阵列中的单个像素被损坏，则整个阵列将变得无法使用。这进一步意味着只要有一个损坏的像素就需要丢弃9,999个好的像素。这是非常低效、浪费且对环境有害的。这些传统技术的另一个缺点是，当将多个阵列放置在一起以形成较大的显示器时，邻接阵列的边缘可能相当明显，类似于建筑/构建材料分块间的灌浆线。

创建其中像素间极其靠近的显示器的另一个障碍是，实现用于将所需数量的红色、绿色、蓝色(并且可能还有白色或其他子像素颜色)子像素固定到阵列中的PCB上的焊点数量即使是对于最快的自动化机器来说也非常耗时。另外，当屏幕分辨率下的像素间距小于人类视觉敏锐度时，也可能没有必要在每个单一像素位置都具有所有子像素元素。这可以类似于半色调打印，其中子像素颜色以已知模式间隔开，从而创建在从一定距离观看时可感知的图像。许多LCD或OLED监视器将子像素布置在非线性阵列中，或者添加另一种颜色以帮助进行像素的特殊布置或帮助实现显示器的可实现色域。

鉴于这些挑战，在本领域中仍然需要易于可配置且可修复的模块化解决方案来创建用于创建分块LED显示器并且特别是较大的视频墙型LED显示器的LED分块。

发明内容

为了解决现有技术设计呈现出的挑战，在一些实施例中，一种发光表面安装器件包括自发光像素的微阵列，该自发光像素的微阵列具有至少一个白色发射器，该白色发射器的大小被确定为在高度和宽度上与相邻像素的一组多色发射器基本上相等。微阵列至少包括两个水平像素和两个垂直像素。这些像素中的至少两个各自优选地包括一个白色发射器，并且至少两个像素各自优选地包括所述多色发射器，这些多色发射器可以是形成一组子像素的红色/绿色/蓝色发射器。在一些替代方案中，该器件可以包括微阵列基板，其中每个发射器表面安装在该微阵列基板上。在其他替代方案中，该器件可以包括：微阵列基板，其中每个多色发射器直接键合到该微阵列基板；以及白色发射器基板，其中白色发射器直接键合到该白色发射器基板。在后一种实施例中，白色发射器基板也可以直接键合到微阵列基板。

在其他实施例中，一种发光表面安装器件包括2×2像素微阵列，该微阵列中的一行由红色LED、绿色LED和蓝色LED各一个形成的第一像素和单个白色LED形成的第二像素组成，并且其中另一行由单个白色LED形成的第一像素和红色LED、绿色LED和蓝色LED各一个形成的第二像素组成。每个像素具有相同的总高度和宽度。可替代地，使用其他发射器类型，比如，OLED、PLED、AMOLED、LCD或LEC。

所披露的器件的进一步的方面和特征包括该器件可选地配置为BGA封装、QFN封装或PLCC封装之一。在一些实施例中，在发射器上方设置透光封装层。在一个优选实施例中，单个所描述的发光表面安装器件不大于5mm×5mm。

在进一步的实施例中，所披露的发光表面安装器件在分块基板上以阵列配置，以便形成发光分块。在其他所披露的实施例中，这种发光分块可以组装成阵列以形成视频显示墙。

现有技术设计呈现出的挑战还通过所披露的制造发光微阵列的方法来解决，该方法可以包括以下步骤：配置由多组多色发射器构成并具有整体组合高度和宽度r的多个多色像素，将这些多色像素表面安装到微阵列基板，配置具有与每个多色像素的高度和宽度基本上相同的整体高度和宽度的多个白色发射器，以及将这些白色发射器表面安装到与多色像素相邻的微阵列基板以形成具有交替的多色像素和白色像素的微阵列。在一些实施例中，制造发光微阵列的方法可以进一步包括：首先将白色发射器表面安装到单独的基板，然后将具有所述这些白色发射器的单独的基板分别表面安装到微阵列基板上。在其他实施例中，制造发光微阵列的方法可以进一步包括：在将发射器表面安装到微阵列基板之后，将这些发射器封装在透光保护层中。

附图说明

为了说明本披露内容的目的，附图示出了本披露内容的一个或多个实施例的方面。然而，应该理解的是，本披露内容不限于附图中所示的精确布置和手段，在附图中：

图1是根据本披露内容的实施例的LED分块的部分示意性平面图。

图2是根据本披露内容的实施例的微阵列的示意性平面图。

图3是根据本披露内容的实施例的微阵列的示意性截面视图。

图4是根据本披露内容的另一实施例的微阵列的示意性截面视图。

图5是展示了在本披露内容的实施例中应用的普通成人的视觉敏锐度的图。

图6是根据本披露内容的使用由本文披露的微阵列构成的分块的LED显示器的正视图。

图7是现有技术LED分块的示例的部分示意性平面图。

具体实施方式

本文披露的实施例使用RGB(N)+W(红色/绿色/蓝色/(其他可能的颜色)+白色)像素的微阵列以减轻对于比使用传统技术在商业上可行的更多RGB像素组的需求，并且提供了更牢固且耐用的阵列以促进由于部件故障或物理损坏而需要进行的发光二极管(LED)阵列和电路板的修复。虽然RGB和白色LED像素是常见的构造，并且因此在本文中用于说明目的，但是本披露内容的原理同样可适用于使用多色像素的任何类型的发射器，无论是RGBLED类型的发射器、其他发射器类型(例如，作为非限制性示例，有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、有源矩阵发光二极管(AMOLED)、液晶显示器(LCD)或发光电化学电池(LEC))或其他多色像素组合(例如，具有四种或五种颜色的多原色像素，作为非限制性示例，比如，RGBY、RGBM、RGBC或RGBYC)都可适用。因此，本披露内容和所附权利要求的范围不限于说明性的RGB LED示例。

图1展示了根据本披露内容的一个实施例的分块100的一部分，该分块包括安装在适当的主分块基板104上的微阵列102的阵列，该主分块基板可以是例如印刷电路板(PCB)或其他适当的基板。用作主分块基板104的合适基板的示例包括标准PCB材料(比如，FR4)、柔性电路材料或箔、导电织物、导电玻璃或金属电路板。如沿着分块基板104的边缘的箭头X和Y所指示的，分块100可以根据需要在X、Y每个方向上延伸以形成用于特定应用的期望分块大小。例如，分块大小可以包括微阵列102的10×10阵列、或100×100阵列、或介于两者之间的更小或更大的任何大小。应当注意，对于定位在较大的分块阵列100边缘的微阵列102，到分块基板104边缘的间距将是相邻微阵列102之间的间距的一半，以便在多个分块100邻接以形成视频面板时提供视觉上连续的外观。进一步的间距考虑将在下文进行讨论。

单独的微阵列102的实施例的细节在图2、图3和图4中示出。如图2所示，微阵列基板106上安装了八个LED，这八个LED形成四个像素，换言之，形成构成单个微阵列102的2×2像素阵列。在该示例中，两个像素包括红色LED 110、绿色LED 112、蓝色LED 114中的每一个，并且两个像素包括单个白色LED 116。在一个实施例中，LED 110、112、114和116中的每一个都直接键合到基板106，如图3所示。在另一个实施例中，RGB LED 110、112和114直接键合到基板106，但是W LED 116形成在单独的基板120上并然后键合到基板106，如图4所示。例如，W LED 116本身可以形成为具有较小的蓝色发射器(管芯)以激发比如磷光体等发光物质的SMD封装，该发光物质覆盖LED 116的整个或几乎整个指定区域，以便提供适当大小的白色照明区域，如下所述。在又另一个实施例中，RGB LED 110、112和114本身表面安装到单独的基板上，然后该基板键合到基板106。基板106可以包括本身由FR4材料或类似材料制成的标准PCB，或者可以是比如蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓等晶片基板材料。如本领域公知的，基板106可以包括多个层，该多个层包括例如陶瓷层122、金属互连层124和包括比如导热垫和阴极等元件的下层126。

在本文披露的实施例的另一个优点中，可以单独地用LED上方的透光保护封装层128封装微阵列，如图3所示。用于封装层128的材料的示例包括硅树脂或环氧树脂/灌封化合物或共形涂层(比如聚对二甲苯、对二甲苯、丙烯酸、硅树脂、聚氨酯或漆)。另外，可以可选地在整个微阵列上方或者在单独的或成组的发射器上方设置透镜130(例如，环氧树脂或硅树脂透镜)，如图4所示。在一些实施例中，封装层128可以与透镜130一起使用。

本文描述的实施例很容易适用于不同类型的表面安装封装，该封装可能最适合于特定应用。例如，本文披露的实施例可以被提供为球栅阵列(BGA)封装、各种类型的扁平无引线封装(比如，方形扁平无引线(QFN)封装)或各种芯片载体封装(比如，带引线的塑料芯片载体(PLCC)封装)。

本文披露的实施例的一个特征是白色LED 116的大小(即，整体轮廓(高度和宽度)尺寸)与RGB LED 110、112和114组合在一起的大小(组合高度和宽度)至少基本上相同，以便在所有照明条件下提供平滑且一致的视觉外观。这意味着在各种实施例中，多色像素的组合高度和组合宽度以及白色像素的高度和宽度如果不完全相同的话，彼此的差异不超过约1％至约20％。(在加/减0％以内即为大小完全相同)。在一些实施例中，多色像素的组合高度和组合宽度在白色像素的高度和宽度的约5％至约10％以内。

微阵列102的间距和大小可以基于观察者的视觉敏锐度来确定。成人的典型视觉敏锐度大小为1弧分，或每度大约2个像素，如图5所示。通常，微阵列的大小应该被选择为使得观看者无法感知到微阵列的边界。在确定微阵列102的大小时要考虑的参数包括阵列大小，该阵列大小要足够大以产生耐用性和牢固性的提高，但又要足够小以实现PCB上的阵列的修复。

如图5中所反映的，观看者到屏幕的距离将与理想的阵列大小直接相关，而通常像素间距也是基于该距离来选择的。在一个示例中，可以根据本披露内容使用具有子像素和像素的微阵列102的阵列形成100×100像素阵列，这些子像素和像素在小至2×2、大至16×16的阵列中，使得微阵列大小不需要超过5mm×5mm。在2×2微阵列的情况下，SMD的覆盖区比单个RGB SMD像素牢固四倍，但它仍足够小，使得其可以以在商业上合理的方式被替换以修复阵列。而且，它也小到足以在视觉敏锐度内，使得观察者将无法看到非常大的阵列中的物理图案或缝隙(换言之，非常大的显示器正面的“质地”看上去将是一致的)。

在一个示例中，微阵列102的尺寸可以是大约5mm或小于5mm或更小。在一些实施例中，对于5×5mm微阵列，单个像素大小可以在大约2×2mm至大约2.4×2.4mm的范围内。作为说明性示例，白色LED 116可以包括6504开尔文或2700开尔文的LED。本文披露的实施例的另一个特征是，每个微阵列102可以单独封装，如图3所示。因此，当一个微阵列上的LED发生故障时，只需替换该特定微阵列。然后，替换微阵列提供与现有微阵列更一致的外观，因为封装层的任何变化都在每个微阵列内。同样，单个LED故障仅需要替换单个微阵列，例如，在一个实施例中，仅替换八个LED，因此与现有设计相比效率更高且浪费更少。

图6展示了如本文披露的包括微阵列102的视频显示器或视频显示器的一部分的示例。在该实施例中，视频显示器140包括分块100的阵列，其中每个分块由微阵列102的阵列构成。在该示例中，仅出于说明目的，示出了六个分块100，每个分块包括十六个微阵列102。如本领域技术人员将理解的，典型的现实世界装置将包括大得多的阵列。

除上述阵列大小外，如上文所解释的，本文披露的实施例不仅使用RGB组来形成像素。在至少一种色温中添加白色像素116来代替RGB组。换言之，本披露内容的实施例不是添加另一种子像素颜色并试图进一步减小子像素间距，而是用较少但具有不同颜色部件来替换三个子像素。这有助于提高效率，并且还可以为视频显示器产生一致的平场白点。

本文披露的实施例包括：

·包括自发光像素的微阵列的表面安装器件，这些自发光像素的微阵列包括至少一个白色发射器，该白色发射器的大小被确定为在面积上与相邻像素的一组红色/绿色/蓝色发射器基本上相等，其中，该阵列至少具有2个水平像素和2个垂直像素。

·包含多个像素和至少红色、绿色、蓝色和白色子像素的表面安装器件。

·表面安装器件，其中，该器件被配置为与表面安装技术工艺一起使用。

·表面安装器件，其中，该器件包括RGB+W发射器的微阵列，使得该微阵列不大于5mm×5mm。

以上是对本披露内容的说明性实施例的详细描述。应当注意，在本说明书和所附权利要求中，除非另有明确陈述或指示，否则比如在短语“X、Y和Z中至少一个”和“X、Y和Z中的一个或多个”中使用的连词应当被视为意味着连词列表中的每个项目可以以任何数量存在而不包括列表中的每个其他项目，或者可以以任何数量与连词列表中的任何或所有其他(一个或多个)项目组合，其他项目中的每一个也可以以任何数量存在。应用该一般规则，上述示例中的连词列表由X、Y和Z组成的连词短语应分别涵盖：X中的一个或多个；Y中的一个或多个；Z中的一个或多个；X中的一个或多个和Y中的一个或多个；Y中的一个或多个和Z中的一个或多个；X中的一个或多个和Z中的一个或多个；以及X中的一个或多个、Y中的一个或多个和Z中的一个或多个。

在不背离本披露内容的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和添加。上述各个实施例中的每个实施例的特征可以适当地与所描述的其他实施例的特征组合，以便在相关联的新实施例中提供多种特征组合。此外，虽然上文描述了多个不同的实施例，但本文所描述的仅仅是对本披露内容原理的说明性应用。另外，尽管本文中的特定方法可以被说明和/或描述为以特定顺序执行，但是该顺序在普通技术内高度可变，以便实现本披露内容的各方面。相应地，此描述仅旨在是示例性的，并且不以其他方式限制本披露内容的范围。

以上已经披露并且在附图中展示了多个示例性实施例。本领域的技术人员将理解的是，可以对本文明确披露的内容进行各种更改、省略和添加，而不背离本披露内容的精神和范围。

Claims (19)

1.一种发光表面安装器件，所述发光表面安装器件包括自发光像素的微阵列，所述自发光像素的微阵列包括至少一个白色发射器，所述白色发射器的高度和宽度的大小被确定为至少基本上等于相邻像素的一组多色发射器的组合高度和宽度，其中，所述微阵列至少包括2个水平像素和2个垂直像素。

2.如权利要求1所述的发光表面安装器件，其中，至少两个所述像素各自包括所述一个白色发射器，并且至少两个所述像素各自包括形成一组子像素的所述多色发射器。

3.如权利要求1或权利要求2所述的发光表面安装器件，进一步包括微阵列基板，其中每个所述发射器表面安装在所述微阵列基板上。

4.如权利要求1或权利要求2所述的发光表面安装器件，进一步包括：微阵列基板，其中每个所述多色发射器直接键合到所述微阵列基板；以及白色发射器基板，其中所述白色发射器直接键合到所述白色发射器基板，并且其中，所述白色发射器基板直接键合到所述微阵列基板。

5.如任一前述权利要求所述的发光表面安装器件，其中，所述白色发射器包括白色LED，并且所述多色发射器包括红色、绿色和蓝色LED的组合。

6.一种发光表面安装器件，所述发光表面安装器件包括2×2像素微阵列，所述微阵列中的一行由红色LED、绿色LED和蓝色LED各一个形成的第一像素和单个白色LED形成的第二像素组成，并且所述微阵列中的另一行由单个白色LED形成的第一像素和红色LED、绿色LED和蓝色LED各一个形成的第二像素组成。

7.如权利要求6所述的发光表面安装器件，其中，每个所述像素具有至少基本上相等的总高度和宽度。

8.如前述权利要求1至5和权利要求7中任一项所述的发光表面安装器件，其中，每个像素的所述总高度和宽度的差异不超过所述微阵列中的每个其他像素的总高度和宽度的约1％至20％。

9.如权利要求8所述的发光表面安装器件，其中，每个像素的所述总高度和宽度的差异不超过所述微阵列中的每个其他像素的总高度和宽度的约5％至10％。

10.如任一前述权利要求所述的发光表面安装器件，其中，所述器件被配置为BGA封装、QFN封装或PLCC封装之一。

11.如任一前述权利要求所述的发光表面安装器件，其中，所述器件不大于5mm×5mm。

12.如任一前述权利要求所述的发光表面安装器件，进一步包括透光封装层，所述透光封装层在所述微阵列基板上的发射器或LED上方。

13.一种发光分块，所述发光分块包括根据任一前述权利要求所述的发光表面安装器件的阵列。

14.一种视频显示墙，所述视频显示墙包括根据权利要求13所述的发光分块的阵列。

15.一种制造发光微阵列的方法，所述方法包括：

配置多个多色像素，每个像素包括多个不同颜色的发射器并且具有整体高度和宽度；

将所述多色像素表面安装到微阵列基板；

配置多个白色发射器，每个所述白色发射器具有与每个所述多色像素的高度和宽度基本上相同的整体高度和宽度；以及

将所述白色发射器表面安装到与所述多色像素相邻的微阵列基板以形成具有交替的多色像素和白色像素的微阵列。

16.如权利要求15所述的制造发光微阵列的方法，其中，所述表面安装所述白色发射器包括：首先将所述白色发射器表面安装到单独的基板，并且接着将具有所述白色发射器的单独的基板分别表面安装到所述微阵列基板上。

17.如权利要求15或权利要求16所述的制造发光微阵列的方法，进一步包括在将所述发射器表面安装到所述微阵列基板之后，将所述发射器封装在透光保护层中。

18.如权利要求15、16或17中任一项所述的制造发光微阵列的方法，其中，所述发射器被配置为使得所述微阵列不大于5mm×5mm。

19.如任一前述权利要求所述的发光表面安装器件或制造发光微阵列的方法，其中，所述发射器包括LED、OLED、PLED、AMOLED、LCD或LEC中的至少一种。

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