TW201909407A - 包含具有彩色發光二極體之發射像素的透明主動矩陣顯示器 - Google Patents

包含具有彩色發光二極體之發射像素的透明主動矩陣顯示器 Download PDF

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Abstract

本發明之領域係為顯示器的領域，其包括透明板(1)和由佈設在該板上的發光二極體組成的像素之矩陣陣列。在依據本發明的顯示器中，各個像素為電子組件(10)，其包括以三個不同光譜發射的三重態的三個發光二極體(11-13)和四個電接點(14-17)，各個發光二極體具有專用電控制接點(14-16)，該三個二極體具有一電接點(17)，該電接點對該三個發光二極體是共同的，由像素之矩陣陣列所占據的面積為小於透明基板之面積的數量級。在第一變體中，像素(20)包括六個二極體，而在第二變體中，像素(40)包括十二個二極體。因此，使得像素之擺放便利。適配控制電子設備以使得減少控制線列及直行的數目。顯示器的透明度因此增加。

Description

包含具有彩色發光二極體之發射像素的透明主動矩陣顯示器
本發明之領域為允許影像或資訊仿佛疊加於外側上來顯示的透明觀看裝置之領域。特別的是，他們可在車用(automotive)或航空(aeronautical)領域中使用。
透明顯示器包括由成組的導電線列(line)及直行(column)所定址的發射色彩像素之矩陣陣列。線列的和直行的各個交叉包括像素和其定址的電子設備，如能在圖1中所見。
為了螢幕留存良好的透明度，對於線列、直行、像素及關聯的電子設備之組合件來說，佔據僅螢幕的一小部分是足夠的。
發射像素可為發光二極體或LED，其呈現若干個益處。特別值得一提的是，他們的實質發射功率、小覆蓋區(footprint)以及高可靠度。
在此情形中，控制或定址電子設備包括在薄層中生成的多個電晶體。連接到線列與直行之至少一者儲存視訊資訊。連接到電源供應(power supply)以及到發光二極體的第二電晶體控制通過該二極體的電流。此電晶體可被定位於該二極體之下以致減少由二極體之矩陣陣列所占據的面積。
用以生成此透明LED螢幕的最簡方式係繪示於圖1，其繪示著擺放在透明基板1上的螢幕之部分視圖。定址線列2及直行3之各個交叉包括單一發光二極體。為了生成彩色顯示器，使用三個不同類型的二極體4、5及6，各者分別以紅色、藍色及綠色來發射。
此類型的螢幕具有兩個明顯的缺陷。若所欲的是生成「全高清(full-HD)」螢幕，此螢幕必需包括1080條線列以及1920條直行。接著，各個彩色像素包括三個基本發光二極體。因此，該螢幕包括大於6百萬個發光二極體。若二極體取放機器(pick-and-place machine)每小時能夠擺放60000個組件，則因此其需要多於100個取放小時來生成透明顯示器。
進一步而言，用以由取放方法處置的組件在尺寸上係非常的小。典型地，發光二極體之維度在100微米的範圍。因此，這些組件要在大面積之上處置和正確地定位是困難的。進一步而言，他們易於在需要設定接合組件(其亦提供電傳導)的熱化過程期間移動。
依據本發明的透明顯示器對於克服先前缺點大有助益。具體而言，發光二極體被組配在一起成為至少RGB(紅-綠-藍)三重態(triplet)，各個三重態組成色彩像素。因此，減少了要被擺放的組件之數目，減少了其尺寸以及減少了定址線列及直行之數目。顯示器的生產時間更短，且更簡單、更可靠及更透明的來生產。
更具體而言，本發明的一個課題為包括透明板和佈設在該板上的發光二極體組成的像素之矩陣陣列的顯示器，其特徵在於各個像素為包括以三個不同光譜發射的三個發光二極體之三重態和四個電接點的電子組件，該三個發光二極體係在同一個基板上生產，各個發光二極體具有專用電控制接點，該三個二極體具有電接點，該電接點對於該三個發光二極體是共同的，由像素之矩陣陣列所占的面積係小於透明板之面積的數量級(order of magnitude)。
有益的是，各個電子組件包括兩個三重態的三個發光二極體與七個電接點，各個發光二極體具有專用電控制接點，該兩個三重態的三個發光二極體係在同一個基板上生產，六個二極體具有電接點，該電接點對於該六個發光二極體是共同的，由像素之矩陣陣列所占的面積係小於該透明板之面積的數量級。
有益的是，各個電子組件包括四個三重態的三個發光二極體與十三個電接點，該四個三重態的三個發光二極體係在同一個基板上生產，各個發光二極體具有專用的電控制接點，十二個二極體具有電接點，該電接點對於該十二個發光二極體是共同的，由像素之矩陣陣列所占的面積係小於該透明板之面積的數量級。
有益地，該基板係由藍寶石、矽碳化物或矽作成。
有益地，該透明板包括成組的控制線列和成組的控制直行，對於各個三重態的二極體，藉由取樣及保持電路(sample-and-hold circuit)，該第一電控制接點被連結至第一線列，該第二電控制接點被連結至第二線列，該第三電控制接點被連結至該第一線列且連結至第二線列。
有益地，該透明板包括成組的控制線列和成組的控制直行。
該第一三重態的二極體皆被連結至第一控制直行、第二控制直行及第三控制直行以及連結至第一控制線列。
該第二三重態的二極體皆被連結至該第一控制直行、該第二控制直行及該第三控制直行以及連結至第二控制線列。
該第三三重態的二極體藉由第一三重態的取樣及保持電路而皆被連結至該第一控制直行、該第二控制直行以及該第三控制直行以及連結至該第一控制線列及第三控制線列。
該第四三重態的二極體藉由第二三重態的取樣及保持電路而皆被連結至該第一控制直行、該第二控制直行以及該第三控制直行以及連結至該第二控制線列及第三控制線列。
有益地，各個取樣及保持電路係由該第三線列以及由該第三控制直行其中一者所控制。
有益地，該電子組件之擺放表面的面積在三重態的二極體的情形中約為300微米乘300微米，在兩個三重態的情形中約為300微米乘600微米以及在四個三重態的發光二極體的情形中600微米乘600微米。
本發明亦關於用於生產像是如上所界定的顯示器的製程，其特徵在於該製程包括將電子組件接合至接合墊的步驟，接著劑係為導電的、各向同性的(isotropic)以及焊膏類型的。
有益地，在一個變形實施例中，該接合步驟係藉由各向異性導電膜類型接合膜來實現，接著劑為各向異性的，其由包括導電微珠(microbead)的絕緣媒體組成。
圖2繪示依據本發明的三重態的發光二極體。其採取電子組件10的形式。此組件包括三個發光二極體11、12及13，其分別以紅色、綠色及藍色來發射。藉由範例的方式，這些發光二極體與生俱來地發射各種色彩或藉由經由燐光體(phosphor)或經由量子點(quantum dot)其一者轉換發射各種色彩。特別是，色彩藍色可藉由直接發射獲得或從經由來自紫外線發射輻射的合適的燐光體或量子點轉換造成。
此三個二極體係在同一個基板上生產。藉由範例的方式，此基板可由藍寶石、矽碳化物或矽作成。
在圖2中，藉由非限制的範例，將該些發光二極體對齊。此組件亦包括四個電接點14、15、16及17。各個發光二極體具有專用電控制接點，該三個二極體具有共同電氣的電源供應接點17。因此，相對三個個別二極體，該組件包括兩個更少的接點。各個二極體之尺寸約為80 µm × 120 µm。各個接點或凸塊(bump)之維度約為30 µm × 80 µm。各別組件之尺寸約為300 µm × 300 µm。此尺寸係接近用於擺放電子組件的工業標準且允許取放作業(pick-and-place operation)被除以三同時使其更直截了當的。
圖3繪示此組件之第一變形實施例。電子組件20包括二個三重態的三個發光二極體21、22及23與31、32及33和七個電接點24～26、34～36及27，各個發光二極體具有專用電控制接點，六個二極體具有電接點27，該電接點對於該六個發光二極體是共同的。圖3的發光二極體的和電接點的幾何擺放係藉由範例的方式給定。因此，相對六個個別二極體，該組件包括五個更少的接點。各別組件之尺寸約為600 µm × 300 µm。前面的取放時間現除以二。
圖4繪示此組件之第二變形實施例。電子組件40包括四個三重態的三個發光二極體41～43、51～53、61～63以及71～73及13個電接點44～46、54～56、64～66、74～76以及47，各個發光二極體具有專用電控制接點，十二個二極體具有電接點47，該電接點對於該十二個發光二極體是共同的。圖4的發光二極體的和電接點的幾何擺放係藉由範例的方式給定。各別組件之尺寸約為600 µm × 600 µm。因此，相對十二個個別二極體，該組件包括十一個更少的接點。此類型的組件允許彩色螢幕之取放時間除以十二。對於全高清螢幕，必需擺放518400基本組件，其能在每小時擺放60000個組件的快速取放機器上在8.64小時中達成。
如能在圖5中所見(其繪示依據本發明的螢幕之部分視圖)，此類型的組件40使得以在於典型地為主動矩陣1之玻璃的面積的10%之級數的藍寶石基板上的發光二極體之面積上減少來生產大尺寸之螢幕是可能的。在圖5的情形中，每毫米植入組件。
圖6繪示發光二極體300之控制電子設備。此被擺放在各種線列200與直行100之交叉附近的透明板上。
其包括兩個電氣電源供應平面，如傳統的在圖6上之參考的「VDD」和「VSS」以及兩個控制電晶體400及450。第一電晶體400被連接至控制直行100及連接至控制線列200。其驅動電晶體450，該電晶體450控制發光二極體300。
LED控制裝置可使用大數目的電晶體來生產以改善顯示器的效能。例如： 　　- 可添加電晶體來補償在二極體之間或電晶體之間的電特性以使得補償臨界電壓(threshold voltage)； 　　- 可添加「重置(RESET)」電晶體460，如在圖7中所繪示的。在此圖中使用的參考與在先前圖中的相同。此電晶體係連接至「重置」線列250，連接至電晶體450以及連接至電源供應面VSS。其允許二極體啟動時間被減少，以使得允許在當於黑暗環境中使用顯示器時在光的發射上的減少。
為了控制三重態的發光二極體，一個控制線列和一個控制直行可被分配給各個發光二極體，給定總共有六條導電控制線。然而，在依據本發明的三重態的二極體的情形中，可藉由單一控制線列和三個控制直行來實現控制，給定總共有僅四條導電控制線。
需要用於依據本發明驅動三重態的二極體的導電線之數目可被進一步減少，如可以在圖8之電路圖中所見的。在此情形中，RGB LED三重態可由僅二條線列210及220與單一直行110所控制，給定有三條導電線。
電子裝置係如下。第一二極體301像是在圖6中所述係如傳統的由具有兩個電晶體的電子設備所控制，電晶體401被連結至線列210及連結至直行110。同樣地，第二二極體302係如傳統的由具有兩個電晶體的電子設備所控制，電晶體402被連結至線列220及連結至直行110。第三二極體303亦包括具有兩個電晶體的控制電子設備，但電晶體403被連結至由直行110及線列220所控制的電晶體470。因此，藉由電晶體402及470，二極體被連接至控制直行110及被連接至兩條控制線列210及220。
三重態的操作係如下。線列210啟動二極體301，接著線列220啟動二極體302。最後，線列210及220之同時動作啟動二極體303。直行110在兩條線列210及220之同時啟動期間持有對應至二極體303的資訊，接著在僅啟動第一線列210期間持有對應至二極體301的資訊和在僅啟動線列220期間持有對應至二極體302的資訊。
在線列及直行之數目上的減少允許主動矩陣之金屬面積被減少，因而促進顯示器之透明性 (transparency)。
可將之前的原理放置到對電子組件供應電源上，電子組件包括四個三重態的三二極體。在此情形中，電源供應電路包含兩條線列及四條直行。
在一個變形的實施例中，藉由三條控制線列及三條控制直行來供應電源給包括十二個二極體的組件是可能的。對應的電子控制電路之圖係繪示於圖9中。其包括三條線列210、211及212與三條直行110、111及112。
第一三重態的二極體301、302及303皆被連結至第一控制直行110、第二控制直行111及第三控制直行112以及連結至第一控制線列210。
該第二三重態的二極體304、305及306皆被連結至第一控制直行110、第二控制直行111及第三控制直行112以及連結至第二控制線列212。
該第三三重態的二極體311、312及313藉由第一三重態的取樣及保持電路471、472及473而皆被連結至第一控制直行110、第二控制直行111以及第三控制直行112以及連結至第一控制線列210及第三控制線列211。各個取樣及保持電路被連結至直行、被連結至線列211以及被連結至驅動對應二極體的電晶體。因此，取樣及保持電路471被連結至直行110、被連結至線列211以及被連結至驅動二極體311的電晶體411。
第四三重態的二極體314、315及316藉由第二三重態的取樣及保持電路474、475及476而皆被連結至第一控制直行110、第二控制直行111以及第三控制直行112以及連結至第二控制線列212及第三控制線列211。
包括取樣及保持電路的二極體311到316係在二極體301到306之前被有系統地啟動。在單獨啟動線列210之前同時啟動線列210及211，且同樣地，在單獨啟動線列212之前同時啟動線列211及212。
在於圖9之電子定址電路之圖10中繪示的一個變形實施例中，取樣及保持電路電晶體471到476係相異地連接。各個取樣及保持電路被連結至第一控制電晶體、被連結至線列211以及被連結至驅動對應二極體的第二電晶體。因此，取樣及保持電路471被連結至電晶體411、被連結至線列211以及被連結至驅動二極體311的第二電晶體。
在控制於取樣及保持電路中具有串聯的兩個電晶體的二極體之所有情形中，最電性接近直行的電晶體必需在最後被截止(turn off)以使得減少發光二極體線列耦合(emitting diode-line coupling)。
定位於組件下面的透明基板之電極的部分可能為反射的使得促進由發光二極體對使用者發射之光的放射。對於依據本發明的組件之控制電子設備的面積較佳的是完全由組件本身遮蔽以使得最佳化顯示器的透射。
依據本發明的組件可藉由導電接著劑被擺放在包括控制線列及直行以及關聯的控制電子設備的透明板上。
在圖11中繪示的第一實施例中，組件80之接點81藉由導電接著劑之焊墊83被附接至控制電子設備85之接點82。在此圖及下一個圖中，控制電子設備係以簡化的方式來繪示。在圖11及下一個圖中，並未繪示發光二極體。此導電接著劑為各向同性的。此為焊膏(solder paste)的或等效類型的。藉由範例的方式，其藉由網版印刷(screen-printing)且接著熱固化(heat-cured)而被擺放在主動矩陣之接點上。
在圖12中繪示的第二實施例中，組件80之接點81藉由導電接著劑之單一焊墊83被附接至控制電子設備85之接點82。此導電接著劑為各向異性的。其包含絕緣媒體，該絕緣媒體包括分離的導電元件84。這些元件可為以金或以另一金屬塗佈的微珠。如上所述，各個焊墊可藉由網版印刷來放置。亦可能使用包含金屬塗佈的微珠的附著條(adhesive strip)，該條帶是各向異性導電膜(ACF; anisotropic conductive film)類型的。此接著劑係接著被條狀層壓(strip-laminated)到玻璃上。這些各種接著劑為熱、紫外線或壓力固化的。
這些裝設方法可被應用到包括三重態的發光二極體的組件或應用到兩三重態或四三重態。進一步而言，對於使用於接合的材料較佳的是為不透明的以使得減少傳播至控制電晶體的光量，該控制電晶體之操作可以被此光中斷。
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧定址線列
3‧‧‧定址直行
4‧‧‧二極體
5‧‧‧二極體
6‧‧‧二極體
10‧‧‧電子組件
11‧‧‧發光二極體
12‧‧‧發光二極體
13‧‧‧發光二極體
14‧‧‧電接點
15‧‧‧電接點
16‧‧‧電接點
17‧‧‧電接點
20‧‧‧電子組件
21‧‧‧發光二極體
22‧‧‧發光二極體
23‧‧‧發光二極體
24‧‧‧電接點
25‧‧‧電接點
26‧‧‧電接點
27‧‧‧電接點
31‧‧‧發光二極體
32‧‧‧發光二極體
33‧‧‧發光二極體
34‧‧‧電接點
35‧‧‧電接點
36‧‧‧電接點
40‧‧‧電接點
41‧‧‧發光二極體
42‧‧‧發光二極體
43‧‧‧發光二極體
44‧‧‧電接點
45‧‧‧電接點
46‧‧‧電接點
47‧‧‧電接點
51‧‧‧發光二極體
52‧‧‧發光二極體
53‧‧‧發光二極體
54‧‧‧電接點
55‧‧‧電接點
56‧‧‧電接點
61‧‧‧發光二極體
62‧‧‧發光二極體
63‧‧‧發光二極體
64‧‧‧電接點
65‧‧‧電接點
66‧‧‧電接點
71‧‧‧發光二極體
72‧‧‧發光二極體
73‧‧‧發光二極體
74‧‧‧電接點
75‧‧‧電接點
76‧‧‧電接點
80‧‧‧組件
81‧‧‧接點
82‧‧‧接點
83‧‧‧焊墊
84‧‧‧分離的導電元件
85‧‧‧控制電子設備
100‧‧‧直行
110‧‧‧直行
111‧‧‧直行
112‧‧‧直行
200‧‧‧線列
210‧‧‧線列
211‧‧‧線列
212‧‧‧線列
220‧‧‧線列
250‧‧‧重置線列
300‧‧‧發光二極體
301‧‧‧二極體
302‧‧‧二極體
303‧‧‧二極體
304‧‧‧二極體
305‧‧‧二極體
306‧‧‧二極體
311‧‧‧二極體
312‧‧‧二極體
313‧‧‧二極體
314‧‧‧二極體
315‧‧‧二極體
316‧‧‧二極體
400‧‧‧控制電晶體
401‧‧‧電晶體
402‧‧‧電晶體
403‧‧‧電晶體
411‧‧‧電晶體
412‧‧‧電晶體
413‧‧‧電晶體
414‧‧‧電晶體
415‧‧‧電晶體
416‧‧‧電晶體
450‧‧‧控制電晶體
470‧‧‧電晶體
471‧‧‧取樣及保持電路
472‧‧‧取樣及保持電路
473‧‧‧取樣及保持電路
474‧‧‧取樣及保持電路
475‧‧‧取樣及保持電路
476‧‧‧取樣及保持電路
本發明在讀入藉由非限定範例的方式以及借助於所附的圖所給定的下列說明上將被較佳地理解且其它益處將變得明顯，其中： 　　如上所述的圖1繪示依據先前技術的透明螢幕； 　　圖2繪示依據本發明的三重態的發光二極體； 　　圖3繪示依據本發明的兩個三重態的發光二極體； 　　圖4繪示依據本發明的四個三重態的發光二極體； 　　圖5繪示在透明螢幕上具有四個三重態的二極體之的組件的擺放； 　　圖6繪示發光二極體之電控制電路； 　　圖7繪示圖6的電控制電路的變體； 　　圖8繪示依據本發明的三重態的發光二極體的電控制電路； 　　圖9繪示依據本發明的四個三重態的發光二極體的電控制電路； 　　圖10繪示圖9的電控制電路的變體； 　　圖11繪示依據本發明將LED組件裝設在他們的透明基板上； 　　圖12繪示裝設圖11之組件的變體。

Claims (12)

  1. 一種顯示器，包括透明板(1)和由佈設在該板上的發光二極體組成的像素之矩陣陣列，其特徵在於各個像素為包括以三個不同光譜發射的三個發光二極體(11-13)之三重態和四個電接點(14-17)的電子組件(10)，該三個發光二極體係在同一個基板上生產，各個發光二極體具有專用電控制接點(14-16)，該三個二極體具有電接點(17)，該電接點對該三個發光二極體是共同的，由該像素之矩陣陣列所占的面積係小於該透明板之面積的數量級。
  2. 依據申請專利範圍第1項的顯示器，其中各個電子組件(20)包括二個三重態的三發光二極體(21-23, 31-33)與七個電接點(24-27, 34-36)，該二個三重態的三發光二極體係在同一個基板上生產，各個發光二極體具有專用的電控制接點(24-26，34-36)，該六個二極體具有電接點(27)，該電接點對該六個發光二極體是共同的，由該像素之矩陣陣列所占的面積係小於該透明板之面積的數量級。
  3. 依據申請專利範圍第2項的顯示器，其中各個電子組件(40)包括四個三重態的三發光二極體(41-43, 51-53, 61-63, 71-73)與十三個電接點(44-47, 54-56, 64-66, 74-76)，該四個三重態的三發光二極體係在同一個基板上生產，各個發光二極體具有專用的電控制接點(44-46, 54-56, 64-66, 74-76)，該十二個二極體具有電接點(47)，該電接點對該十二個發光二極體是共同的，由該像素之矩陣陣列所占的面積係小於該透明板之面積的數量級。
  4. 依據在前的申請專利範圍之任一項的顯示器，其中該基板係由藍寶石、矽碳化物或矽作成。
  5. 依據在前的申請專利範圍之任一項的顯示器，其中，該透明板包括成組的控制線列(210, 220)和成組的控制直行(110)，對於各個三重態的二極體，藉由取樣及保持電路，該第一電控制接點被連結至第一線列(210)，該第二電控制接點被連結至第二線列(220)，該第三電控制接點被連結至該第一線列以及連結至該第二線列。
  6. 依據申請專利範圍第3項的顯示器，其中，該透明板包括成組的控制線列(210, 211, 212)和成組的控制直行(110, 111, 112)， 　　該第一三重態的二極體(301-303)皆被連結至第一控制直行(110)、第二控制直行(111)及第三控制直行(112)以及連結至第一控制線列(210)； 　　該第二三重態的二極體(304-306)皆被連結至該第一控制直行(110)、該第二控制直行(111)及該第三控制直行(112)以及連結至第二控制線列(212)； 　　該第三三重態的二極體(311-313)藉由第一三重態的取樣及保持電路(471-473)而皆被連結至該第一控制直行(110)、該第二控制直行(111)以及該第三控制直行(112)和該第一控制線列(210)及被連結至第三控制線列(211)； 　　第四三重態的二極體(314-316)藉由第二三重態的取樣及保持電路(474-476)而皆被連結至該第一控制直行(110)、該第二控制直行(111)以及該第三控制直行(112)以及連結至該第二控制線列(212)及該第三控制線列(211)。
  7. 依據申請專利範圍第6項的顯示器，其中各個取樣及保持電路係由該第三線列和由該第三控制直行其中一者所控制。
  8. 依據申請專利範圍第1項的顯示器，其中該電子組件(10)之該擺放表面的面積約為300微米乘300微米。
  9. 依據申請專利範圍第2項的顯示器，其中該電子組件(20)之該擺放表面的面積約為300微米乘600微米。
  10. 依據申請專利範圍第3項的顯示器，其中該電子組件(40)之該擺放表面的面積約為600微米乘600微米。
  11. 一種用於生產顯示器的製程，該顯示器依據在前申請專利範圍之任一項，其特徵在於其包括將電子組件接合至接合墊(83)的步驟，該接著劑為導電的、各向同性的以及焊膏類型的。
  12. 一種用於生產顯示器的製程，該顯示器依據申請專利範圍第1到10項之任一項，其特徵在於其包括藉由各向異性導電膜類型接合膜(83)來接合電子組件的步驟，該接著劑為各向異性的、其由包括導電微珠(84)的絕緣介質組成。
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