TWI744024B - 一種微型發光二極體顯示器的晶粒結構 - Google Patents

Abstract

本發明為一種微型發光二極體顯示器的晶粒結構，其包含一封裝載板、至少一發光二極體元件、至少一金氧半場效電晶體(MOSFET)與一連接線路，其中該至少一發光二極體元件與該至少一金氧半場效電晶體位於該封裝載板上，且該至少一金氧半場效電晶體分別具有一共極連接一輸入電壓的源極、一連接至一主控制電路的閘極與一汲極，該至少一發光二極體元件的一端藉由該連接線路連接該至少一汲極，而該至少一發光二極體元件的另一端獨立連接一源極驅動(Source Drive)電路，據此，本發明為讓該至少一金氧半場效電晶體設置於該封裝載板上而整合於晶粒結構內，可以達到較佳的散熱效果，而滿足高密度與高亮度的使用需求。

Description

一種微型發光二極體顯示器的晶粒結構

本發明有關於微型發光二極體顯示器，尤其有關於微型發光二極體顯示器的晶粒結構。

微型發光二極體（Micro LED）顯示器，如美國公告第US10062675B2號等等。每一個微發光二極體都是單一個體，都可視為獨立的發光模組，由於具有自發光的顯示特性，且結構相當簡單，沒有背光元件，具有低能耗、高亮度的特性可解決目前顯示器的耗電與亮度問題，極具發展前景。

請再參閱「圖1」與「圖2」所示，微型發光二極體顯示器的驅動電路大致可分為共陰極驅動 (如圖1所示)與共陽極驅動(如圖2所示)兩種。如圖1所示的共陰極驅動方式，微型發光二極體在形成發光二極體陣列1(LED array)之後，相鄰位置且不同顏色(通常是R、G、B各一)的發光二極體作為同一個像素2，並共極連接一N通道MOSFET (NMOS)3，N通道MOSFET 3可以控制電流是否通過，而同一個像素2的發光二極體則由不同的源極驅動(Source Drive)IC 4控制不同顏色發光二極體的通過電流量(電子流)，以控制不同顏色發光二極體的發光亮度，因而透過混光方式即可以讓像素以全彩的方式顯示。而如圖2所示的共陽極驅動方式，一個像素2為共極連接一P通道MOSFET (PMOS)5，P通道MOSFET 5可以控制電流是否通過，而不同顏色發光二極體同樣由不同的源極驅動(Source Drive)IC 4控制不同顏色發光二極體的通過電流量(電子流)。

如上所述的驅動結構，控制電流是否通過的N通道MOSFET 3或P通道MOSFET 5 為整合於一閘極驅動IC，且該閘極驅動IC為集成電路，當微型發光二極體有高密度與高亮度的使用需求時，該閘極驅動IC會需要乘載高電流，也就是說該閘極驅動IC需要較大的晶粒(die)尺寸，因此該閘極驅動IC的閘極通道(Gate channel)的數量不能太多，否則會有散熱與良率的問題，其會導致需要多個該閘極驅動IC而導致成本高昂。

爰此，本發明之主要目的在於揭露一種適用於高密度與高亮度的微型發光二極體的晶粒結構。

本發明為一種微型發光二極體顯示器的晶粒結構，供連接一輸入電壓、一主控制電路與一源極驅動(Source Drive)電路，其包含一封裝載板、至少一發光二極體元件、至少一金氧半場效電晶體(MOSFET)以及一連接線路。

其中，該至少一發光二極體元件位於該封裝載板上，該至少一金氧半場效電晶體位於該封裝載板上，且該至少一金氧半場效電晶體分別具有一源極、一閘極與一汲極，該至少一源極共極連接該輸入電壓，該至少一閘極連接至該主控制電路。而該至少一發光二極體元件的一端藉由該連接線路連接該至少一汲極，且該至少一發光二極體元件的另一端獨立連接該源極驅動電路。

據此，本發明為整合金氧半場效電晶體(MOSFET)於晶粒結構內，並透過該主控制電路進行控制MOSFET的開關，可節省閘極驅動IC的成本。又傳統集成的MOSFET電路為分散至每一晶粒內，每一晶粒內的MOSFET僅需乘載單一晶粒內的發光二極體元件所需的電流，即每一晶粒內的MOSFET乘載的電流相對較小，更可透過該封裝板散熱，因此散熱良好，可滿足微型發光二極體有高密度與高亮度的使用需求。

為俾使  貴委員對本發明之特徵、目的及功效，有著更加深入之瞭解與認同，茲列舉一較佳實施例並配合圖式說明如後：

請參閱「圖3」、「圖4A」與「圖4B」所示，本發明為一種微型發光二極體顯示器的晶粒結構，供連接一輸入電壓20、一主控制電路30與一源極驅動(Source Drive)電路40，其包含一封裝載板50、至少一發光二極體元件60、至少一金氧半場效電晶體70(MOSFET)以及一連接線路80。如「圖3」所示的圖式，該至少一金氧半場效電晶體70為一個，而該至少一發光二極體元件60為三個且分別以紅光(R)二極體、綠光(G)二極體與藍光(B)二極體為例加以說明，在實際實施時，該至少一發光二極體元件60可以為單個或單一顏色或特定的顏色，端賴實際的使用需求而決定。

其中，該至少一發光二極體元件60位於該封裝載板50上，且該至少一金氧半場效電晶體70位於該封裝載板50上，並該至少一金氧半場效電晶體70分別具有一源極71、一閘極72與一汲極73，該至少一源極71共極連接該輸入電壓20，該至少一閘極72連接至該主控制電路30。而該至少一發光二極體元件60的一端藉由該連接線路80連接該至少一汲極73，且該至少一發光二極體元件60的另一端獨立連接該源極驅動電路40。在實際實施時，每一該發光二極體元件60可以藉由一第一接電線路81獨立連接該源極驅動電路40；而每一該閘極72則可藉由一第二接電線路82與該主控制電路30連接。

在實際結構上，一實施例如「圖4A」與「圖4B」所示，該至少一發光二極體元件60與該至少一金氧半場效電晶體70可以為覆晶連接於該封裝載板50上，而該連接線路80為以電鍍銅製程製成，更明確的說，該連接線路80可以電鍍銅製程取代傳統的打線製程，以快速量產化。而連接該輸入電壓20、該主控制電路30與該源極驅動(Source Drive)電路40所需的接點與線路為設置於該封裝載板50上，為屬於封裝製程的一部份，在此不多加敘述。另為了個別保護每一該至少一發光二極體元件60免受靜電的破壞，於「圖3」所示的電路結構，該閘極72與該源極71之間可以連接一靜電保護二極體90，藉此可降低寄生電容的影響而提升畫質，並可優化亮度及消耗電力速度，提升電力的使用效率。

請參閱「圖5」所示，為本發明另一晶粒結構電路示意圖。其中該至少一發光二極體元件60可以為複數個且具有不同的顏色並分組形成複數畫素91，該複數畫素91為A×B矩陣排列(如圖5所示為2×2矩陣)，而該至少一金氧半場效電晶體70具有A個，且同一列的該發光二極體元件60為連接至同一個該金氧半場效電晶體70的該汲極73。也就是說，同一列的該發光二極體元件60為共同使用同一個該金氧半場效電晶體70，藉以節省使用成本。而在其他實施例中，亦可以設計同一行的該發光二極體元件60共同使用同一個該金氧半場效電晶體70，或者讓特定數量矩陣排列的該發光二極體元件60，如2×2矩陣或3×3矩陣內的該發光二極體元件60共同使用同一個該金氧半場效電晶體70。只要簡單的改變電路接線設計即可達成。又同樣的，每一該金氧半場效電晶體70的該閘極72與該源極71之間連接一靜電保護二極體90，藉以降低寄生電容的影響。

以下列舉幾個本發明可行的實施例，該些實施例僅為本發明的部分實施方式，並不對本發明的實施方式形成限制。

請參閱「圖6」所示，為本發明的第一實施例的電路示意圖，於本實施例中，為共陰極驅動方式。該至少一發光二極體元件60為複數個且具有不同的顏色並分組形成複數矩陣排列的畫素，且該至少一金氧半場效電晶體70為使用N通道MOSFET，且該至少一金氧半場效電晶體70的數量相同於該至少一發光二極體元件60的數量，並該複數發光二極體元件60為一對一連接至對應的該金氧半場效電晶體70。

請參閱「圖7」所示，為本發明的第二實施例的電路示意圖，於本實施例中，為與第一實施例類似，但改為共陽極驅動方式。同樣的，該至少一發光二極體元件60為複數個且具有不同的顏色並分組形成複數矩陣排列的畫素，且該至少一金氧半場效電晶體70A為使用P通道MOSFET，且該至少一金氧半場效電晶體70A的數量相同於該至少一發光二極體元件60的數量，並該複數發光二極體元件60為一對一連接至對應的該金氧半場效電晶體70A。

請參閱「圖8」所示，為本發明的第三實施例的電路示意圖，於本實施例中，為以第一實施例為基礎，為共陰極驅動方式，並加上靜電破獲 (ESD) 保護。其中該第一接電線路81與一接地端93之間連接一靜電保護二極體90。

請參閱「圖9」所示，為本發明的第四實施例的電路示意圖，於本實施例中，為以第一實施例為基礎，為共陰極驅動方式，並加上靜電破獲 (ESD) 保護。其中每一該發光二極體元件60並聯一靜電保護二極體90。

請參閱「圖10」所示，為本發明的第五實施例的電路示意圖，為共陰極驅動方式。其中該至少一發光二極體元件60為複數個且具有不同的顏色並分組形成複數矩陣排列的畫素91，且該至少一金氧半場效電晶體70的數量相同於該複數畫素91的數量，並同一該畫素91的該複數發光二極體元件60為連接至對應該畫素91的該金氧半場效電晶體70。

請參閱「圖11」所示，為本發明的第六實施例的電路示意圖，於本實施例中，為以第五實施例為基礎，為共陰極驅動方式，並加上靜電破獲 (ESD) 保護。其中每一該金氧半場效電晶體70的該閘極72與該源極71之間連接一靜電保護二極體90。

請參閱「圖12」所示，為本發明的第七實施例的電路示意圖，於本實施例中，為以第五實施例為基礎，為共陰極驅動方式，並加上靜電破獲 (ESD) 保護。其中該第二接電線路82與一接地端93之間連接一靜電保護二極體90。

如上所述，本發明的特點至少包含：

1.讓該至少一金氧半場效電晶體設置於該封裝載板上而分散設置於各晶粒結構內，每一晶粒內的MOSFET僅需乘載單一晶粒內的發光二極體元件所需的電流，即每一晶粒內的MOSFET乘載的電流相對較小，更可透過該封裝板散熱，因此散熱良好，可滿足微型發光二極體高密度(Dot pitch ＜0.5mm)或高亮度(＞1000 nits)的使用需求。

2.整合該靜電保護二極體於晶粒結構內，可降低寄生電容的影響而提升畫質，並可優化亮度及消耗電力速度，提升電力的使用效率。

3.不需要傳統的閘極驅動IC，可改由該主控制電路控制閘極的開關，以解省成本。

4.可使用電鍍銅製程，降低成本，生產速度可加快，可靠度提升，且不需要打線(Wire bonding)或銅柱元件。

習知 1:發光二極體陣列 2:像素 3:N通道MOSFET 4:源極驅動IC 5:P通道MOSFET 本發明 20:輸入電壓 30:主控制電路 40:源極驅動電路 50:封裝載板 60:發光二極體元件 70、70A:金氧半場效電晶體 71:源極 72:閘極 73:汲極 80:連接線路 81:第一接電線路 82:第二接電線路 90:靜電保護二極體 91:畫素 93:接地端

圖1，為習知共陰極驅動方式電路示意圖。 圖2，為習知共陽極驅動方式電路示意圖。 圖3，為本發明晶粒結構電路示意圖。 圖4A，為本發明晶粒結構俯視示意圖。 圖4B，為本發明晶粒結構側視示意圖。 圖5，為本發明另一晶粒結構電路示意圖。 圖6，第一實施例的電路示意圖。 圖7，第二實施例的電路示意圖。 圖8，第三實施例的電路示意圖。 圖9，第四實施例的電路示意圖。 圖10，第五實施例的電路示意圖。 圖11，第六實施例的電路示意圖。 圖12，第七實施例的電路示意圖。

20:輸入電壓

30:主控制電路

40:源極驅動電路

60:發光二極體元件

70:金氧半場效電晶體

71:源極

72:閘極

73:汲極

80:連接線路

81:第一接電線路

82:第二接電線路

90:靜電保護二極體

Claims (14)

1. 一種微型發光二極體顯示器的晶粒結構，供連接一輸入電壓、一主控制電路與一源極驅動電路，其包含： 一封裝載板； 至少一發光二極體元件，該至少一發光二極體元件位於該封裝載板上； 至少一金氧半場效電晶體，該至少一金氧半場效電晶體位於該封裝載板上，且該至少一金氧半場效電晶體分別具有一共極連接該輸入電壓的源極、一連接至該主控制電路的閘極與一汲極；以及 一連接線路，該至少一發光二極體元件的一端藉由該連接線路連接該至少一汲極，而該至少一發光二極體元件的另一端獨立連接該源極驅動電路。
2. 如請求項1所述的晶粒結構，其中該至少一金氧半場效電晶體為一個。
3. 如請求項2所述的晶粒結構，其中該閘極與該源極之間連接一靜電保護二極體。
4. 如請求項2所述的晶粒結構，其中該至少一發光二極體元件為三個且分別為紅光二極體、綠光二極體與藍光二極體。
5. 如請求項4所述的晶粒結構，其中該閘極與該源極之間連接一靜電保護二極體。
6. 如請求項1所述的晶粒結構，其中該至少一發光二極體元件與該至少一金氧半場效電晶體為覆晶連接於該封裝載板上，而該連接線路為以電鍍銅製程製成。
7. 如請求項1所述的晶粒結構，其中該至少一發光二極體元件為複數個且具有不同的顏色並分組形成複數畫素，該複數畫素為A×B矩陣排列，而該至少一金氧半場效電晶體具有A個，且同一列的該發光二極體元件為連接至同一個該金氧半場效電晶體的該汲極。
8. 如請求項7所述的晶粒結構，其中每一該金氧半場效電晶體的該閘極與該源極之間連接一靜電保護二極體。
9. 如請求項1所述的晶粒結構，其中該至少一發光二極體元件為複數個且具有不同的顏色並分組形成複數矩陣排列的畫素，且該至少一金氧半場效電晶體的數量相同於該至少一發光二極體元件的數量，並該複數發光二極體元件為一對一連接至對應的該金氧半場效電晶體。
10. 如請求項9所述的晶粒結構，其中每一該發光二極體元件藉由一第一接電線路獨立連接該源極驅動電路，該第一接電線路與一接地端之間連接一靜電保護二極體。
11. 如請求項9所述的晶粒結構，其中每一該發光二極體元件並聯一靜電保護二極體。
12. 如請求項1所述的晶粒結構，其中該至少一發光二極體元件為複數個且具有不同的顏色並分組形成複數矩陣排列的畫素，且該至少一金氧半場效電晶體的數量相同於該複數畫素的數量，並同一該畫素的該複數發光二極體元件為連接至對應該畫素的該金氧半場效電晶體。
13. 如請求項12所述的晶粒結構，其中每一該金氧半場效電晶體的該閘極與該源極之間連接一靜電保護二極體。
14. 如請求項12所述的晶粒結構，其中每一該閘極藉由一第二接電線路與該主控制電路連接，且該第二接電線路與一接地端之間連接一靜電保護二極體。

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