TWI733643B - 共陰極微型發光二極體顯示結構及其顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
一種共陰極微型發光二極體顯示結構，包含透光基板或透光保護層、多個發光單元、多個波長轉換單元，及多個反射單元。發光單元彼此間隔且陣列地形成在透光基板或透光保護層一側，並能透過其p型電極及n型電極以覆晶方式直接電連接電路板。波長轉換單元對應發光單元地設置在透光保護層反向發光單元的出光面，每一個波長轉換單元的波長轉換層能將對應的微型發光二極體發出的原始光轉換成不同波長的光，每一個反射單元包括位在出光面的反射壁，反射壁界定出位在各微型發光二極體上的反射腔，並具有位在反射腔內的內反射面，內反射面與出光面之位在反射腔內的夾角大於90度。此外，本發明還提供一種包含前述顯示結構及具有對應驅動電路的電路板的顯示裝置。
Description
本發明是有關於一種微型發光二極體顯示結構及其顯示裝置，特別是指一種具有共陰極微型發光二極體顯示結構及其顯示裝置。
發光二極體由於具有體積小、高亮度、壽命長、發熱量低，以及省電等優點，因此，已成為照明及光源的主流。其中，微型發光二極體(Micro LED)，相較於傳統的發光二極體晶粒，除了可保有發光二極體晶粒高亮度、高效率、高可靠度等優點之外，由於其晶粒尺寸更已微縮至一般發光二極體晶粒的1/10以下，因此，在相同的晶粒面積下可具有更高的出光效率，且單位面積的晶粒數量可大幅提升，而可更進一步應用於薄型、高效及可撓式顯示器等，因此，微型發光二極體也成為新一代發光二極體發展的主流。
然而，微型發光二極體雖然具有因尺寸微縮所帶來的優勢，但也因為其尺寸的微型化及應用時所需的巨額數量，使得巨量轉移成為目前微型發光二極體於商業化應用的一個重要瓶頸。
此外，將現有微型發光二極體應用在顯示器時，容易因為發光二極體的大角度出光分布而造成顯示器光損耗問題。
因此，本發明的目的，即在提供一種共陰極微型發光二極體顯示結構。
於是，本發明共陰極微型發光二極體顯示結構，能直接與一電路板電連接，並包含一透光保護層、多個發光單元、多個波長轉換單元，及多個反射單元。
該等發光單元彼此間隔且陣列地形成在該透光保護層上，每一個該發光單元包括一形成在該透光保護層的一表面的n型半導體層、三個彼此間隔地形成在該n型半導體層上的發光層、三個分別對應形成在該等發光層上的p型半導體層，及一電極組，每一個該發光層與相應的該n型半導體層及該p型半導體層共同定義出一微型發光二極體，該等微型發光二極體能發出相同波長的原始光，該電極組具有三分別對應位在該等p型半導體層上的p型電極，及一位在該n型半導體層上的n型電極，能透過該等發光單元中的該等p型電極及該等n型電極以覆晶方式直接電連接該電路板。
該等波長轉換單元分別對應該等發光單元地設置在該透光保護層反向該等發光單元的一出光面，每一個該波長轉換單元包括二分別位在其中二個該微型發光二極體上方的波長轉換層，該波長轉換層能將對應的該微型發光二極體發出的該原始光轉換成不同波長的光。
該等反射單元分別對應該等發光單元設置，每一個反射單元包括一設置在該透光保護層的該出光面的反射壁，該反射壁界定出三分別對應該等微型發光二極體周圍圍繞而位在其上方的反射腔，並具有三分別位在該反射腔內的內反射面，每一個該內反射面與該出光面之位在該反射腔內的夾角大於90度。
此外，本發明的另一目的，即在提供一種顯示裝置。
於是，本發明顯示裝置包含前述的共陰極微型發光二極體顯示結構，及電路板。該電路板包括一與該共陰極微型發光二極體顯示結構電連接的驅動電路，及多個電晶體，該驅動電路具有多條彼此間隔且同向延伸的掃描線，及多條彼此間隔且由垂直該等掃描線之方向延伸的驅動線，該等掃描線與該等驅動線電連接該電晶體，該等電晶體分別電連接該等微型發光二極體。
本發明的功效在於：在原生基板(該透光基板)上製得多數共陰極的發光單元，便能直接利用覆晶封裝方式將該等發光單元的n型電極與p型電極與該電路板電連接，而得到用於顯示的微型發光二極體顯示裝置，在製作過程無須進行微型發光二極體的巨量轉移，因此，可避免現有須要將各自獨立形成於該原生基板的微型發光二極體進行巨量轉移後才可應用於不同的顯示器的製程瓶頸的問題；此外，配合讓該內反射面與該出光面的夾角大於90度，能讓該等微型發光二極體的出光能經該反射壁的反射而具有高指向性而不易有大角度出光，解決現有微型發光二極體大角度光分部應用於顯示器造成光損耗的問題。
有關本發明之相關技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。此外，要說明的是，本發明圖式僅為表示元件間的結構及/或位置相對關係，與各元件的實際尺寸並不相關。
參閱圖1至圖4，本發明共陰極微型發光二極體顯示結構2的一實施例，能直接與一電路板3電連接，其包含一透光保護層20、一設置在該透光保護層20一側的透光基板21、多個設置在該透光基板21反向該透光保護層20一側的發光單元22、多個設置在該透光保護層20反向該等發光單元22一側的波長轉換單元23、多個對應該等發光單元22設置的反射單元24、多個設置在該等波長轉換單元23上的濾波單元25，及一設置在該等波長轉換單元23上的透光蓋板26。
具體地說，該透光基板21為用於磊晶以形成該等發光單元22的原生基板，選自藍寶石，或氮化鎵等透光性佳或可大面積製作的矽基板且易於磊晶的半導體材料，在本實施例中，為了不影響該等發光單元22的出光性，該透光基板21的構成材料為選用藍寶石，但不限於此。
該等發光單元22彼此間隔且陣列地排列在該透光基板21上，每一個該發光單元22包括一形成在該透光基板21表面的n型半導體層221、三個彼此間隔地形成在該n型半導體層221表面的發光層222、三個分別對應形成在該等發光層222表面的p型半導體層223，及一電極組224。其中，該等發光單元22的n型半導體層221、發光層222、p型半導體層223為經由相同製程而得且為相同材料。
要說明的是，在本實施例中，該n型半導體層221為一體成形地形成在該透光基板21上，也就是說，每一個該發光單元22的該n型半導體層為彼此相連而一體成形。
其中，每一個該發光層222的長、寬尺寸不大於100μm，較佳為介於10~20μm且該n型半導體層221、相應的每一個該發光層222及該p型半導體層223共同定義出一微型發光二極體220，因此，在本實施例中每一個該發光單元22會包含三個微型發光二極體220。
前述的該n型半導體層221、該等發光層222，及該等p型半導體層223為一般發光二極體(LED)的使用材料，可依據所需發出的光色選擇相應的半導體材料並可具有不同的膜層堆疊結構。此外，該等發光單元22還可依據需求及設計，藉由製程控制而令該等發光單元22所包含的微型發光二極體220的數量相同或不同。在本實施例中，是以每一個該發光單元22具有數量相同的微型發光二極體220，且該等微型發光二極體20發出相同波長的原始光為例做說明，其中，該原始光為波長介於440nm~490nm的藍光。
每一個該發光單元22中的該電極組224用於供該發光單元22的該等微型發光二極體220對外電連接，具有三分別對應位在該等p型半導體層223上的p型電極2242，及一位在該n型半導體層221上的n型電極2241。每一個該p型電極2242具有一由金屬氧化物構成的透明導電層2243，及一由金屬或合金金屬構成的電極層2244，該透明導電層2243形成於該p型半導層223的頂面，該電極層2244形成在該透明導電層2243上。該透明導電層2243可選自ITO(In
2O
3：Sn)、IZO(ZnO：In)、AZO(ZnO：Al
2O
3)等材料，該等n型電極2241及該等電極層2242選自導電性良好的金屬或合金金屬，例如Au、In、Cu、Cu/Sn等，且可視需求而為單層或多層結構。
該等波長轉換單元23分別對應該等發光單元22地設置在該透光保護層20反向該等發光單元22的一出光面201，每一個該波長轉換單元23包括二分別位在其中二個該微型發光二極體220上方的波長轉換層231，該波長轉換層231具有多個能將對應的該微型發光二極體220發出的該原始光激發而轉換成不同波長的量子點，其中，該等量子點能選自例如硒化鎘、硫化鎘、硒化鋅，或鈣鈦礦的其中至少一組合，且該等量子點可視需求而有不同的尺寸。在本實施例中，該等波長轉換層231中的該等量子點分別能將該原始光轉換成波長介於610nm~720nm的紅光，及波長介於500nm~600nm的綠光，使得每一個該發光單元22具有能發出紅光、綠光，及藍光三色的該等微型發光二極體220；其中，構成該透光保護層20的材料可為有機或無機材料，且厚度為≦2μm，主要是用以保護該等波長轉換單元23。
該等反射單元24分別對應該等發光單元22設置，每一個反射單元24包括一設置在該透光保護層20的該出光面201上的反射壁241，及一設置在該n型半導體層221上的反射層242，也就是說，該反射壁241與該反射層242是分別位在該透光保護層20的兩相反側。具體地說，該反射壁241界定出三對應該等微型發光二極體220周圍圍繞而位在其上方的反射腔243，並具有三分別位在該反射腔243內的內反射面240，每一個該內反射面240與該出光面201之位在該反射腔243內的夾角大於90度，而該反射層242覆蓋每一個該發光單元22中的該等微型發光二極體220，並讓該n型電極2241與該等p型電極2242部分露出，以便與該電路板3電連接。
詳細地說，該等波長轉換層231是分別設置在其中兩個該反射腔243內，使對應的該內反射面240圍繞該等波長轉換層231，用以反射該等波長轉換層231轉換而成的紅光與綠光，而剩下的該反射腔243則是直接位在發出藍光的該微型發光二極體220上方，用以反射藍光，使經該反射壁241反射的紅光、綠光，及藍光形成高指向性光源。
在本實施例中，該等發光單元22中的該等反射壁241與該等反射層242均可進一步具有曲面、凹凸的表面微結構，或布拉格反射(DBR)結構以增進其反射效率，且構成該等反射壁241與等反射層242的材料可為金屬、金屬氧化物，或金屬與金屬氧化物之組合，也可為高低折射率差異之氮化物或複合氧化物材料，例如SiNx/SiOx或SiO2/TiO2形成的分散式布拉格反射器，在本實施例中，是以二氧化矽(SiO
2)/鋁(Al)/二氧化矽(SiO
2)的複合材料為例作說明，但不以此為限。
本發明讓該反射壁241透過結構設計及材料的選用使其具有寬波長範圍的反射，以能反射所有波長的光，並配合讓該內反射面240與該出光面210的夾角大於90度，使得該反射壁241圍繞出呈下窄上寬的態樣，不僅可將該等波長轉換層231限制在該反射壁241內，且可同時反射藍光波長及激發後的轉換光波長(紅光與綠光)，還能讓該等微型發光二極體220的出光能經該反射壁241的反射而具有高指向性而不易有大角度出光，再透過設置具波長選擇性而能用以反射藍光的該反射層242，進一步讓該等微型發光二極體220發出的藍光能透過該反射層242反射而由該出光面210出光，以提高整體出光量。
該等濾波單元25分別設置在該等波長轉換單元23上，每一個該濾波單元25包括一設置在該等波長轉換層231上的長波長濾波層251、二設置在該長波長濾波層251而分別對應位在該等波長轉換層231上方的濾光片252，及多個分別設置在該等濾光片252周圍的吸光材料253。該長波長濾波層251主要是用以反射該微型發光二極體220的該原始光，也就是反射未被該等波長轉換層231色轉化的藍光，並配合該等濾光片252的設置，從而使經該等波長轉換層231轉換產生的紅光與綠光更為純淨，該等吸光材料253能避免鄰近的光彼此干擾，此外，透過該長波長濾波層251的設置還能讓該反射壁241的高度降低而達到相同色轉換效率，更能減少該等量子點的使用量，該透光蓋板26覆蓋在該等波長轉換單元23，用以保護各層結構。
本發明共陰極微型發光二極體顯示結構2與該電路板3的接合是直接透過該等p型電極2242及該等n型電極2241以覆晶方式直接電連接貼合至該電路板3而不需透過巨量轉移，從而構成一顯示裝置。
配合參閱圖5，本發明共陰極微型發光二極體顯示結構2也可在製程過程中，將該透光基板21移除，而在移除該透光基板21後，直接在該n型半導體層221上設置該透光保護層20。更詳細地說，在製程過程中，是在該透光基板21上形成該等發光單元22與對應的該等反射層242後，便直接電連接貼合至該電路板3，而移除該透光基板21，隨後在該n型半導體層221上分別設置該透光保護層20、該反射單元24的該反射壁241，及該波長轉換單元23等結構。
該電路板3包括一與該共陰極微型發光二極體顯示結構2電連接的驅動電路31，及多個電晶體32，該驅動電路31具有多條彼此間隔且同向延伸的掃描線311，及多條彼此間隔且由垂直該等掃描線311之方向延伸的驅動線312，該等掃描線311與該等驅動線312電連接該等電晶體32，該等電晶體32分別電連接該等微型發光二極體220。
詳細地說，在本實施例中，該等電晶體32是使用P型電晶體為例做說明，因此，其電連接方式是將與驅動IC電連接的該等驅動線312與該等電晶體32的源極(S)電連接用以提供電流驅動，將該等電晶體32的閘極(G)與該等掃描線311電連接用於接收時序訊號以控制該等電晶體32的導通狀態，該等微型發光二極體220的正極與該等電晶體32的汲極(D)電連接，而負極則與一接地線路電連接，藉此可利用該等電晶體32依據列時序信號，而驅動電流依序提供至各微型發光二極體220，以驅動各微型發光二極體220。要說明的是，該等電晶體32是使用N型電晶體時，其電連接方式則為該等驅動線312與該電晶體32的汲極(D)電連接、該微型發光二極體220的正極則與該電晶體32的源極(S)電連接。
此外，要說明的是，前述採用N型電晶體或P型電晶體主要是取決於該電路板3的基板與背板技術，舉例來說，若使用玻璃作為基板，當其為 非晶矽(Amorphous Si)時，僅可使用N型薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)，而當其為 低溫多晶矽(LTPS)時，則N型薄膜電晶體(TFT)與P型薄膜電晶體(TFT)可擇一使用；當使用矽作為基板，則可使用N型電晶體或是P型電晶體。
參閱圖7，圖7顯示出本發明共陰極微型發光二極體顯示結構2的該等電極組224的另一種態樣，除了與前述電極組224的態樣不同之外，還包含有三對應覆蓋該等微型發光二極體220的絕緣層225。
具體地說，在圖7的該電極組224中，該透明導電層2243形成在該p型半導體層223的頂面，並令該p型半導層223頂面的部分邊緣區域對外裸露，該電極層2244具有一形成在該透明導電層2243的表面周緣的環形電極部2246及一形成在該p型半導體層223裸露的表面並與該環形電極部2246連接的檢測電極部2247。此態樣的該電極組224利用該環形電極部2246及透明導電層2243的配合，可令該p型電極2242的電流分散更均勻，而藉由位於邊緣的該檢測電極部2247則可易於對外電連接以檢測相應的該微型發光二極體220，而可提升該等微型發光二極體220的檢測便利性。
該等絕緣層225對應形成在每一個該微型發光二極體220，且每一個該絕緣層225會覆蓋相應的該微型發光二極體220的n型半導體層221、該發光層222、該p型半導體層223及該透明導電層2243的側周面並延伸至該透明導電層2243及該p型半導體層223裸露表面的邊緣，且部分的該電極層2244會延伸至該絕緣層225的部分表面。
綜上所述，本發明共陰極微型發光二極體顯示結構2在原生基板(該透光基板21)上製得多數共陰極(共n型電極2241)的發光單元22，且每個發光單元22包含多數微型發光二極體220後，即直接利用覆晶封裝方式將該等發光單元22的n型電極224與p型電極2242分別與該電路板3的驅動電路31及該等電晶體32電連接，便可得到用於顯示的微型發光二極體顯示裝置，在製作過程無須進行微型發光二極體220的巨量轉移，因此，可避免現有須要將各自獨立形成於該原生基板的微型發光二極體進行巨量轉移後才可應用於不同的顯示器的製程瓶頸的問題，而可更廣泛的應用至不同的顯示領域；此外，配合讓該內反射面240與該出光面210的夾角大於90度，能讓該等微型發光二極體220的出光能經該反射壁241的反射而具有高指向性而不易有大角度出光，解決現有微型發光二極體大角度光分部應用於顯示器造成光損耗的問題，再透過設置該反射層242進一步讓該等微型發光二極體220發出的光能透過該反射層242反射而由該出光面210出光，以提高整體出光量；再者，透過該長波長濾波層251的配合能讓該反射壁241的高度降低便能達到相同色轉換效率，更能減少該等量子點的使用量，故確實可達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
2:共陰極微型發光二極體顯示結構
20:透光保護層
201:出光面
21:透光基板
22:發光單元
220:微型發光二極體
221:n型半導體層
222:發光層
223:p型半導體層
224:電極組
2241:n型電極
2242:p型電極
2243:透明導電層
2244:電極層
2246:環形電極部
2247:檢測電極部
225:絕緣層
23:波長轉換單元
231:波長轉換層
24:反射單元
240:內反射面
241:反射壁
242:反射層
243:反射腔
25:濾波單元
251:長波長濾波層
252:濾光片
253:吸光材料
26:透光蓋板
3:電路板
31:驅動電路
311:掃描線
312:驅動線
32:電晶體
θ:夾角
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一俯視圖，說明本發明共陰極微型發光二極體顯示結構的一實施例省略多個波長轉換單元與多個反射單元的俯視結構； 圖2是一剖視側視圖，輔助說明沿圖1之II-II割面線的剖視結構； 圖3是一剖視側視圖，說明本發明共陰極微型發光二極體顯示結構的該實施例； 圖4是一剖視側視圖，說明本發明顯示裝置的一實施例； 圖5是一剖視側視圖，說明本發明顯示裝置的該實施例沒有設置一透光基板的態樣； 圖6是一電路示意圖，說明本發明顯示裝置的該實施例的電路結構；及 圖7是一俯視圖說明本發明共陰極微型發光二極體顯示結構的該實施例的該等電極組的另一種態樣。
2:共陰極微型發光二極體顯示結構
20:透光保護層
201:出光面
21:透光基板
220:微型發光二極體
221:n型半導體層
2241:n型電極
2242:p型電極
2243:透明導電層
2444:電極層
23:波長轉換單元
231:波長轉換層
24:反射單元
240:內反射面
241:反射壁
242:反射層
243:反射腔
25:濾波單元
251:長波長濾波層
252:濾光片
253:吸光材料
26:透光蓋板
3:電路板
θ:夾角
Claims (16)
- 一種共陰極微型發光二極體顯示結構，能直接與一電路板電連接，該共陰極微型發光二極體顯示結構包含： 一透光保護層； 多個發光單元，彼此間隔且陣列地形成在該透光保護層一側，每一個該發光單元包括一形成在該透光保護層的該側的n型半導體層、三個彼此間隔地形成在該n型半導體層上的發光層、三個分別對應形成在該等發光層上的p型半導體層，及一電極組，每一個該發光層與相應的該n型半導體層及該p型半導體層共同定義出一微型發光二極體，該等微型發光二極體能發出相同波長的原始光，該電極組具有三分別對應位在該等p型半導體層上的p型電極，及一位在該n型半導體層上的n型電極，能透過該等發光單元中的該等p型電極及該等n型電極以覆晶方式直接電連接該電路板； 多個波長轉換單元，分別對應該等發光單元地設置在該透光保護層反向該等發光單元的一出光面，每一個該波長轉換單元包括二分別位在其中二個該微型發光二極體上方的波長轉換層，該波長轉換層能將對應的該微型發光二極體發出的該原始光轉換成不同波長的光；及 多個反射單元，分別對應該等發光單元設置，每一個反射單元包括一設置在該透光保護層的該出光面的反射壁，該反射壁界定出三分別對應該等微型發光二極體周圍圍繞而位在其上方的反射腔，並具有三分別位在該反射腔內的內反射面，每一個該內反射面與該出光面之位在該反射腔內的夾角大於90度。
- 如請求項1所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，還包含一設置在該n型半導體層與該透光保護層之間的透光基板。
- 如請求項1所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，還包含多個分別設置在該等波長轉換單元上的濾波單元，每一個該濾波單元包括一設置在該等波長轉換層上的長波長濾波層，用以反射該微型發光二極體的該原始光。
- 如請求項3所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，每一個該濾波單元還包括二設置在該長波長濾波層而分別對應位在該等波長轉換層上方的濾光片。
- 如請求項4所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，還包含一設置在該等濾光片上，並覆蓋該等波長轉換單元的透光蓋板。
- 如請求項1所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，每一個該反射單元還包括一設置在該n型半導體層而覆蓋每一個該發光單元中的該等微型發光二極體，並讓該n型電極與該等p型電極部分露出的反射層。
- 如請求項6所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，該等反射壁與該等反射層具有布拉格反射結構。
- 如請求項7所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，構成該等反射壁與等反射層的材料為金屬、金屬氧化物，或金屬與金屬氧化物之組合。
- 如請求項1所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，該等微型發光二極體發出的該原始光為波長介於440nm~490nm的藍光。
- 如請求項1所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，該等波長轉換層分別能將該原始光轉換成波長介於610nm~720nm的紅光，及波長介於500nm~600nm的綠光。
- 如請求項1所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，每一個該發光層的長、寬尺寸分別不大於100μm。
- 如請求項11所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，每一個該發光層的長、寬尺寸分別介於10~20μm。
- 如請求項1所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，每一個該p型電極具有一透明導電層，及一電極層，該透明導電層形成於該p型半導層的頂面，該電極層形成在該透明導電層上。
- 如請求項13所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，該透明導電層令該p型半導層頂面的部分邊緣區域對外裸露，該電極層具有一形成於該透明導電層的表面周緣的環形電極部，及一形成於該p型半導體層裸露的表面並與該環形電極部連接的檢測電極部。
- 如請求項14所述的共陰極微型發光二極體顯示結構，其中，每一個該發光單元還包括三對應覆蓋該等微型發光二極體的絕緣層，每一個該絕緣層覆蓋該n型半導體層、該發光層及該透明導電層的側周面並延伸至該透明導電層及該p型半導體層裸露的頂面的邊緣，且該電極層延伸至該絕緣層的部分表面。
- 一種顯示裝置，包含： 一如請求項1至15所述的共陰極微型發光二極體顯示結構；及 該電路板，包括一與該共陰極微型發光二極體顯示結構電連接的驅動電路，及多個電晶體，該驅動電路具有多條彼此間隔且同向延伸的掃描線，及多條彼此間隔且由垂直該等掃描線之方向延伸的驅動線，該等掃描線與該等驅動線電連接該等電晶體，該等電晶體分別電連接該等微型發光二極體。
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