TWI658301B - 顯示裝置 - Google Patents

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TWI658301B
TWI658301B TW106145199A TW106145199A TWI658301B TW I658301 B TWI658301 B TW I658301B TW 106145199 A TW106145199 A TW 106145199A TW 106145199 A TW106145199 A TW 106145199A TW I658301 B TWI658301 B TW I658301B
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吳明憲
方彥翔
林建中
高明哲
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財團法人工業技術研究院
聚積科技股份有限公司
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Abstract

一種顯示裝置，包括線路基板、多個畫素以及遮光層。畫素包括多個發光元件。發光元件配置於線路基板上並與線路基板電性連接。畫素中的多個發光元件沿著排列方向排列。遮光層位於線路基板上且具有多個畫素開口。畫素位於對應的一個畫素開口內。遮光層包括多個沿著排列方向延伸的第一遮光圖案以及與第一遮光圖案連接的多個第二遮光圖案。第二遮光圖案的延伸方向與第一遮光圖案的延伸方向不同。第一遮光圖案的厚度大於或等於第二遮光圖案的厚度。

Description

顯示裝置
本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種具有較佳顯示品質及良率的顯示裝置。
發光二極體(light emitting diode；LED)具有諸如壽命長、體積小、高抗震性、低熱產生及低功率消耗等優點，因此已被廣泛應用於家用及各種設備中的指示器或光源。近年來，發光二極體已朝多色彩及高亮度發展，因此其應用領域已擴展至大型戶外看板、交通號誌燈及相關領域。在未來，發光二極體甚至可能成為兼具省電及環保功能的主要照明光源。
一般具有發光二極體的顯示裝置中，通常可以藉由表面安裝元件(surface mount devices；SMD)技術或晶片直接封裝(chip on board；COB)技術將發光二極體配置於線路基板上。然而，在表面安裝元件技術中，通常會將至少一組紅光、綠光以及藍光的發光元件封裝至一個支架內，而當上述的紅光、綠光或藍光發光元件與像素邊界的距離不同時，就會產生色差，因而造成顯示品質的低落。另外，在晶片直接封裝技術中，若原本的發光元件失 效或效能低落，則由於發光元件的晶片較小且缺乏可拾取的結構，因此則較難採用重工(rework)的方式進行原位置換，因而造成顯示裝置的良率降低。而為了提升顯示裝置的良率，方法之一是一開始就提供多餘的發光元件，但會耗費過多的成本。因此，為了追求更高層次的畫質表現，如何進一步提升顯示裝置的良率及顯示品質，且又不會耗費過多的成本，實已成目前亟欲解決的課題。
本發明一實施例提供一種顯示裝置，其具有較佳的顯示品質及良率。
本發明一實施例的顯示裝置，其包括線路基板、多個畫素以及遮光層。畫素包括多個發光元件，其中發光元件配置於線路基板上並與線路基板電性連接，且畫素中的多個發光元件沿著排列方向排列。遮光層位於線路基板上且具有多個畫素開口，畫素位於對應的一個畫素開口內。遮光層包括多個沿著排列方向延伸的第一遮光圖案以及與第一遮光圖案連接的多個第二遮光圖案。第二遮光圖案的延伸方向與第一遮光圖案的延伸方向不同。第一遮光圖案的具有第一厚度，第二遮光圖案的具有第二厚度，且第一厚度大於或等於第二厚度。
本發明一實施例的顯示裝置，其包括線路基板、遮光層以及發光元件。線路基板具有第一表面。遮光層位於第一表面上 且具有遮光頂面，且遮光頂面與第一表面之間具有第一厚度。發光元件配置於第一表面上且具有出光頂面，且出光頂面與第一表面之間具有出光高度，發光元件的與遮光層之間具有元件間距，且元件間距對第一厚度與出光高度之間的差值的比值大於0.66。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在附圖中，為了清楚起見，放大或縮小了部分的元件或膜層的尺寸。並且，在說明書中所表示的數值，可以包括所述數值以及在本領域中具有通常知識者可接受的偏差範圍內的偏差值。上述偏差值可以是於製造過程或量測過程的一個或多個標準偏差(Standard Deviation)，或是於計算或換算過程因採用位數的多寡、四捨五入或經由誤差傳遞(Error Propagation)等其他因素所產生的計算誤差。
100、200、300‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧線路基板
110a‧‧‧第一表面
111‧‧‧連接墊
111a‧‧‧連接墊最大寬度
111b‧‧‧第一端
111c‧‧‧第二端
112‧‧‧導電連接件
120‧‧‧發光元件
120a‧‧‧排列方向
120b‧‧‧出光頂面
120c‧‧‧元件寬度
120d‧‧‧主軸光線
121‧‧‧第一發光元件
121a‧‧‧第一距離
122‧‧‧第二發光元件
122a‧‧‧第二距離
123‧‧‧第三發光元件
123a‧‧‧第三距離
124‧‧‧修補發光元件
125‧‧‧失效或效能低落的發光元件
130、330‧‧‧遮光層
130a‧‧‧畫素開口
131、331‧‧‧第一遮光圖案
132、332‧‧‧第二遮光圖案
140、240‧‧‧封裝層
140a、240a‧‧‧封裝頂面
PU、PU’、PU”‧‧‧畫素
L‧‧‧光線
A‧‧‧元件間距
B‧‧‧出光高度
C‧‧‧第一厚度
C'‧‧‧第二厚度
E‧‧‧封裝厚度
F‧‧‧畫素間距
G‧‧‧表面粗糙度
W‧‧‧元件長度
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種顯示裝置的部分上視示意圖。
圖1B是沿圖1A中的I-I’剖線的剖面示意圖。
圖1C是沿圖1A中的II-II’剖線的剖面示意圖。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種顯示裝置的部分剖面示意圖。
圖3是依照本發明的第三實施例的一種顯示裝置的部分上視示意圖。
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種顯示裝置的部分上視示意圖。圖1B是沿圖1A中的I-I’剖線的剖面示意圖。圖1C是沿圖1A中的II-II’剖線的剖面示意圖。為求清晰，圖1A省略繪示了部分的膜層。
請同時參照圖1A至圖1C，本實施例的顯示裝置100包括線路基板110、多個畫素PU、遮光層130以及封裝層140。多個畫素PU、遮光層130以及封裝層140配置於線路基板110的第一表面110a上，且封裝層140覆蓋遮光層130以及畫素PU。
畫素PU包括多個發光元件120。在本實施例中，畫素PU可以包括第一發光元件121、第二發光元件122以及第三發光元件123。第一發光元件121、第二發光元件122以及第三發光元件123可以發出不同顏色的光，且第一發光元件121、第二發光元件122以及第三發光元件123沿著排列方向120a排列。舉例而言，第一發光元件121可以發出紅色光，第二發光元件122可以發出綠色光，第三發光元件123可以發出藍色光，且第一發光元件121、第二發光元件122以及第三發光元件123的排列方向120a大致上平行於Y方向，但本發明不限於此。
發光元件120配置於線路基板110上並與線路基板110 電性連接。具體而言，線路基板110可以具有多組連接墊111，且發光元件120對應於其中一組連接墊111配置。在本實施例中，發光元件120可以覆晶接合(flip chip bonding)的方式藉由導電連接件112電性連接至對應的連接墊111。導電連接件112例如為焊球，但本發明不限於此。在本實施例中，在排列方向120a上，各個發光元件120具有對應的元件寬度120c，各組連接墊111具有對應的連接墊最大寬度111a，且前述的連接墊最大寬度111a大於兩倍的前述的元件寬度120c。除此之外，在排列方向120a上，各組連接墊111具有相對的第一端111b與第二端111c，發光元件120配置於第一端111b與第二端111c的其中之一。以圖1A所繪示的實施例為例，發光元件120僅配置於對應的一組連接墊111的第一端111b。如此一來，在各組連接墊111上，未配置發光元件120的另一端(如1A所繪示的實施例中的第二端111c)可以預留作為修補的用途。
在本實施例中，各組連接墊111可以為兩個T字型的導電結構，但本發明不限於此。在其他實施例中，各組連接墊111也可以為兩個條狀的導電結構。
遮光層130包括多個第一遮光圖案131以及多個第二遮光圖案132。第一遮光圖案131沿著排列方向120a延伸，且第二遮光圖案132的延伸方向與第一遮光圖案131的延伸方向不同。第一遮光圖案131的具有第一厚度C，第二遮光圖案132的具有第二厚度C’，且第一厚度C大於或等於第二厚度C’。第一遮光圖 案131與第二遮光圖案132相連接，以構成多個畫素開口130a，且畫素PU分別位於對應的畫素開口130a內。遮光層130可以遮擋畫素開口130a內的發光元件120所發出的光線。在本實施例中，遮光層130的材質可以包括具有遮光性的防焊材料，但本發明不限於此。
在本實施例中，各個畫素PU分別位於對應的一個畫素開口130a內，但本發明不限於此。在其他實施例中，可以是多個畫素PU位於對應的一個畫素開口130a內。其他可行的實施例中，畫素開口130a內也可以不具有畫素PU，而不具有畫素PU的畫素開口130a可以用於對位、測試或其他適宜的製程。
在本實施例中，第一遮光圖案131的延伸方向與第二遮光圖案132的延伸方向不同，且相鄰的兩個第一遮光圖案131之間具有多個第二遮光圖案132。在一些實施例中，第一遮光圖案131的延伸方向與第二遮光圖案132的延伸方向大致上垂直。舉例而言，第一遮光圖案131大致上是平行於Y方向延伸，第二遮光圖案132大致上是平行於X方向延伸，但本發明不限於此。
在同一個畫素PU中，發光元件120與對應的第二遮光圖案132之間的距離彼此不同。舉例而言，在同一個畫素PU中，對應於相同的第二遮光圖案132，第一發光元件121與第二遮光圖案132的距離為第一距離121a，第二發光元件122與第二遮光圖案132的距離為第二距離122a，第三發光元件123與第二遮光圖案132的距離為第三距離123a，且第一距離121a、第二距離122a與 第三距離123a彼此不相同。在本實施例中，第三距離123a大於第二距離122a，且第二距離122a大於第一距離121a，但本發明不限於此。
一般而言，在第二遮光圖案132兩側的相鄰兩個畫素PU中，第一發光元件121、第二發光元件122以及第三發光元件123可以具有相同的排列方式。也就是說，在上述相鄰兩個畫素PU中，其第一發光元件121、第二發光元件122以及第三發光元件123都是延著排列方向120a排列。換句話說，在第二遮光圖案132兩側的具有相同發光顏色的兩個發光元件120之間，至少具有一個第二遮光圖案132以及其他兩個發光顏色相異的發光元件120。舉例來說，在第二遮光圖案132兩側的兩個第一發光元件121之間，至少具有一個第二遮光圖案132、一個第二發光元件122以及一個第三發光元件123。或是，在第二遮光圖案132兩側的兩個第二發光元件122之間，至少具有一個第二遮光圖案132、一個第一發光元件121以及一個第三發光元件123。或是，在第二遮光圖案132兩側的兩個第三發光元件123之間，至少具有一個第二遮光圖案132、一個第一發光元件121以及一個第二發光元件122。並且，由於各個發光元件120的出光頂面120b與第一表面110a之間的出光高度B小於第二遮光圖案132的第二厚度C’。因此，藉由上述的配置方式以及高度/厚度關係，可以降低在第二遮光圖案132兩側的相鄰兩個畫素PU之間的串光。並且，由於第二遮光圖案132的第二厚度C’小於或等於第一遮光圖案131的第一 厚度C，也可以降低顯示裝置100在排列方向120a上的色差。
在同一個畫素PU中，發光元件120與對應的第一遮光圖案131之間的元件間距A彼此相同。舉例而言，在同一個畫素PU中，對應於相同的第一遮光圖案131，元件間距A可以是第一發光元件121與第一遮光圖案131之間的距離，或是第二發光元件122與第一遮光圖案131之間的距離，或是第三發光元件123與第一遮光圖案131之間的距離。因此，可以降低顯示裝置100在垂直於排列方向120a的方向(即，X方向)上的色偏。
相鄰的第一遮光圖案131的中線所構成的畫素間距F，封裝層140的封裝頂面140a與線路基板110的第一表面110a之間具有封裝厚度E。根據幾何的比例關係可知當畫素間距F對封裝厚度E與出光高度B之間的差值的比值大於兩倍的元件間距A對第一厚度C與出光高度B之間的差值的比值時，從發光元件120的出光面120b的正中心法線120d上所發出的光線L(即，主軸光線(Chief Ray))無法跨越第一遮光圖案131達到垂直於排列方向120a的方向(即，X方向)上的任一側，借此達到降低串光的效果，即具有以下的方程式(1-1)來表示：
如此一來，可以降低在第一遮光圖案131兩側的相鄰兩個畫素PU之間的光線L產生的串光的現象。
以微發光二極體(micro LED；μLED)作為發光元件120 為例，發光元件120在垂直於排列方向120a上的元件長度W可以至少是5微米(micrometer；μm)。另外，相鄰的第一遮光圖案131的中線所構成的畫素間距F最大可以是2000微米。並且，第一遮光圖案131的第一厚度C最小可以是10.1微米。以及，發光元件120的出光高度B最大可以是10微米。而在前述的相關尺寸之下，藉由相似三角型的比例關係可以使元件間距A對第一厚度C與出光高度B之間的差值的比值小於5000，即具有以下的方程式(1-2)來表示：
另外，一般而言，封裝層140的材質例如是選自包括環氧樹脂(epoxy)、矽氧樹脂(silicone)及其化合物其中之一，且封裝層140的折射率(Refractive Index)介於1.4至1.8。發光元件120的主軸光L有部份會被全反射(total reflection)困在封裝層140內部，為了使主軸光L不再進一步被第一遮光圖案131阻擋，在經由司乃耳定律(Snell’s Law)的推導下，可以使元件間距A對第一厚度C與出光高度B之間的差值的比值大於0.66，即具有以下的方程式(2)來表示：
除此之外，在上述的條件之下，封裝層140的封裝厚度E可以小於或等於1506.61微米，以降低第一遮光圖案131兩側的相 鄰兩個發光元件120之間產生串光的可能。
在本實施例中，部分的畫素PU(如：畫素PU’)可以更包括修補發光元件124，配置於相同的一組連接墊111上的修補發光元件124及發光元件125具有相同的發光顏色，且前述的修補發光元件124的位置與前述的發光元件125的位置不同。舉例而言，於畫素PU’中，於相同的一組連接墊111上，前述的發光元件125配置於連接墊111的第一端111b，而前述的修補發光元件124配置於連接墊111的第二端111c。在顯示裝置100的製作過程中，作為修補用途的修補發光元件124可以在發光元件125失效或效能低落的情況下，藉由與發光元件125相同或相似的配置方式直接配置於連接墊111的第二端111c。如此一來，顯示裝置100可以藉由重工而具有較佳的良率。
值得注意的是，在圖1A所繪示的實施例中，具有修補發光元件124的畫素PU’、PU”的數量是以兩個為例，且修補發光元件124的數量是以兩個為例，但本發明對於具有修補發光元件124的畫素的數量以及修補發光元件124的數量並不加以限制。並且，在一些實施方式中，失效或效能低落的發光元件可以被移除(例如：圖1A中，相較於其他的畫素PU中的第二發光元件122，於紙面最右下的畫素PU”不具有類似的第二發光元件122，而具有修補發光元件124)，以降低失效或效能低落的發光元件可能會產生進一步的損壞。
修補發光元件124的配置方式與於相同的一組連接墊111 上的發光元件125類似。也就是說，修補發光元件124與畫素PU’、PU”中的其他的多個發光元件120沿著排列方向120a排列。並且，相較於其他發光元件120與第一遮光圖案131之間的距離(即，元件間距A)，修補發光元件124與第一遮光圖案131之間的距離(即，元件間距A)與上述的距離(即，元件間距A)基本上相同。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種顯示裝置的部分剖面示意圖。在此必須說明的是，圖2的實施例沿用圖1A至圖1C的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明，關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
請同時參照圖2，本實施例的顯示裝置200與圖1A至圖1C的實施例的顯示裝置100相似，兩者的差異在於：封裝層240的封裝頂面240a為粗糙面。在第一表面110a的法線方向(即，Z方向)上，封裝頂面240a的最高處與最低處之間的距離為表面粗糙度G，且封裝層240的封裝厚度E大於十倍的表面粗糙度G。如此一來，可以降低顯示裝置200的霧度(haze)，因而可以提升顯示裝置200的顯示品質。
一般而言，可以藉由粗糙面來降低全反射以增加出光效率，然而，過於粗糙的表面會造成輝度(luminance)分布零亂，致使裝置上的影像在特定視角時產生破碎感，因此需要適中的霧度。在本實施例中，可以藉由將封裝層240的封裝厚度E大於十 倍的表面粗糙度G，以降低全反射而增加出光效率，且可使顯示裝置200具有良好的顯示品質。
圖3是依照本發明的第三實施例的一種顯示裝置的部分上視示意圖。在此必須說明的是，圖3的實施例沿用圖1A至圖1C的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明，關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
請同時參照圖3，本實施例的顯示裝置300與圖1A至圖1C的實施例的顯示裝置100相似，兩者的差異在於：第一遮光圖案331的延伸方向與第二遮光圖案332的延伸方向不同，且相鄰的兩個第二遮光圖案332之間具有多個第一遮光圖案331。在一些實施例中，第一遮光圖案331的延伸方向與第二遮光圖案332的延伸方向大致上垂直。舉例而言，第一遮光圖案331大致上是平行於Y方向延伸，第二遮光圖案332大致上是平行於X方向延伸。
綜上所述，在本發明的顯示裝置的多個畫素中，各個畫素的多個發光元件沿著排列方向排列，第一遮光圖案沿著排列方向延伸，第二遮光圖案的延伸方向與第一遮光圖案的延伸方向不同，且第一遮光圖案的厚度大於或等於第二遮光圖案的的厚度。如此一來，在垂直於排列方向上，顯示裝置的出光效率與視角可以增加。並且，在排列方向上，可以降低顯示裝置的色差。另外，藉由第一遮光圖案及/或第二遮光圖案的配置也可以降低畫素間的串光。因此，顯示裝置具有較佳的顯示品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (19)

  1. 一種顯示裝置，包括：線路基板，具有第一表面；遮光層，位於所述第一表面上且具有遮光頂面，且所述遮光頂面與所述第一表面之間具有第一厚度；以及發光元件，配置於所述第一表面上且具有出光頂面，且所述出光頂面與所述第一表面之間具有出光高度，所述發光元件的與所述遮光層之間具有元件間距，且所述元件間距對所述第一厚度與所述出光高度之間的差值的比值大於0.66。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中所述第一厚度大於所述出光高度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中所述元件間距對所述第一厚度與所述出光高度之間的差值的比值小於5000。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，更包括：封裝層，覆蓋於所述遮光層以及所述發光元件上，所述封裝層具有封裝頂面，且所述封裝頂面與所述第一表面之間具有封裝厚度，其中所述封裝厚度大於所述第一厚度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的顯示裝置，其中位於所述發光元件相對兩側的所述遮光層具有畫素間距，其中所述畫素間距對所述封裝厚度與所述出光高度之間的差值的比值大於兩倍的所述元件間距對所述第一厚度與所述出光高度之間的差值的比值。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的顯示裝置，其中所述封裝層的所述封裝頂面的具有表面粗糙度，且所述封裝厚度大於十倍的所述表面粗糙度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中：所述發光元件的數量為多個，且所述多個發光元件構成多個畫素；所述多個發光元件與所述線路基板電性連接，且所述多個畫素中的所述多個發光元件沿著排列方向排列；以及所述遮光層具有多個畫素開口，其中所述多個畫素位於所述多個畫素開口其中之一內，所述遮光層包括多個沿著所述排列方向延伸的第一遮光圖案以及與所述多個第一遮光圖案連接的多個第二遮光圖案，而所述多個第二遮光圖案的延伸方向與所述多個第一遮光圖案的延伸方向不同，所述多個第一遮光圖案的具有所述第一厚度，所述多個第二遮光圖案的具有第二厚度，且所述第一厚度大於所述第二厚度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中所述線路基板具有多組連接墊，所述多個發光元件對應於所述多組連接墊的其中之一配置，其中在所述排列方向上，各個所述多個發光元件具有元件寬度，各個所述多組連接墊具有連接墊最大寬度，且所述連接墊最大寬度大於兩倍的所述元件寬度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的顯示裝置，其中所述多個畫素的其中之一更包括：至少一個修補發光元件，對應於所述多組連接墊的其中之一配置，其中配置於相同的所述多組連接墊上的所述至少一個修補發光元件及所述多個發光元件的其中之一具有相同的發光顏色。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中配置於相同的所述多組連接墊上的所述至少一個修補發光元件及所述多個發光元件的其中之一與對應的所述多個第一遮光圖案之間具有相同的間距。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中相鄰的所述多個第一遮光圖案之間具有多個所述多個第二遮光圖案。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中相鄰的所述多個第二遮光圖案之間具有多個所述多個第一遮光圖案。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中所述第一厚度及所述第二厚度大於所述出光高度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的顯示裝置，其中所述元件間距對所述第一厚度與所述出光高度之間的差值的比值小於5000。
  15. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，更包括：封裝層，覆蓋於所述遮光層以及所述多個發光元件上，所述封裝層具有封裝頂面，且所述封裝頂面與所述第一表面之間具有封裝厚度，其中所述封裝厚度大於所述第一厚度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的顯示裝置，其中相鄰的所述多個第一遮光圖案之間具有畫素間距，所述多個發光元件與對應的所述多個第一遮光圖案之間具有所述元件間距，且所述畫素間距對所述封裝厚度與所述出光高度之間的差值的比值大於兩倍的所述元件間距對所述第一厚度與所述出光高度之間的差值的比值。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的顯示裝置，其中所述封裝層的所述封裝頂面具有表面粗糙度，且所述封裝厚度大於十倍的所述表面粗糙度。
  18. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中所述多個發光元件與對應的所述第二遮光圖案之間的距離彼此不同。
  19. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中所述遮光層材質包括防焊材料。
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