TWI770709B - 具有發光元件修復介面的顯示幕及其修復方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於修復發光元件顯示幕的系統及方法。如果在子畫素中檢測到缺陷發光元件，則子畫素修復介面將隔斷缺陷發光元件。修復介面可以是具有n個選擇性熔斷的導電修復節點的並聯修復介面，其並聯連接矩陣的控制線。或者，修復介面可以是具有m個修復節點的串聯修復介面，其可選擇性地連接以繞過相鄰的(缺陷)串聯發光元件。如果子畫素發光元件並聯連接，並且檢測到缺陷低阻抗發光元件，則並聯修復介面熔斷以斷開缺陷發光元件與矩陣控制線之間的連接。如果子畫素包括串聯的發光元件，並且檢測到高阻抗發光元件，則串聯修復介面形成繞過缺陷發光元件的連接。

Description

具有發光元件修復介面的顯示幕及其修復方法
本發明通常涉及顯示技術，更具體地說，涉及設計具有冗餘機制及修復特性的無機微發光二極體(μLED)顯示幕。
彩色顯示幕由發射分別對應可見光的紅色、綠色和藍色的三種波長光的三種子畫素組成，稱為紅綠藍(Red-Green-Blue，RGB)顯示幕。畫素的RGB元件以系統的方式被打開和關閉，以附加產生可見光譜的顏色。有幾種以不同的方式生成RGB圖像的顯示幕類型。液晶顯示幕(Liquid Crystal Display，LCD)是最流行的技術，其藉由白色光源(通常是螢光粉製得的白色LED)發光，穿過子畫素的濾光片，來產生RGB圖像。白光波長的一部分被吸收，另一部分穿過濾光片透射。有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示幕藉由在有機發光材料內的畫素級別直接發射每個波長的光來產生RGB光。另一種顯示技術是微型LED顯示幕，使用微型無機LED在畫素級別直接發光。
對於LCD、OLED和微型LED顯示幕，光控制閥(用於LCD)或發光元件(用於OLED和微型LED)的陣列排列在有序陣列中的。對於高清晰度(High Definition，HD)顯示幕，陣列由1920*1080畫素組成，對於超高清晰度(Ultra High Definition，UHD)4K顯示幕和8K顯示幕，陣列大小分別增加至3840*2160和7680*4320畫素。有兩種用於顯示幕的控制電路，一 個是主動矩陣(Active Matrix，AM)電路，另一個是被動矩陣(Passive Matrix，PM)電路。在主動矩陣(AM)電路中，每個子畫素具有一個或複數個控制電晶體。而在被動矩陣(PM)電路中，每個單獨的子畫素由被動矩陣(PM)電路中的外部驅動IC驅動。對於高清、超高、8K顯示幕，由於一個顯示幕中畫素數量龐大，被動矩陣陣列需要大量的驅動晶片。因此，對於典型的HD、UHD和8K顯示幕，通常採用主動矩陣畫素。相反，使用微型LED的LCD背光單元(Backlight Module，BLU)，其可能具有幾百至10000個本地調光區域，可以合理地使用被動矩陣驅動來限制複雜性和成本。
圖1是用於LCD顯示幕的典型子畫素驅動電路的示意圖(習知技術)。掃描陣列時，開關電晶體(Sw-Tr)打開，藉由設置存儲電容器(Cst)上的電壓寫入資料。存儲電容器(Cst)將液晶(CLC)保持在寫入的資料(電壓)上，而該資料又決定了由子畫素傳輸的光的量。開關電晶體只在寫入時消耗功率。假設存儲電容器和液晶單元的洩漏電流可忽略不計，則畫素電路除了在切換(資料寫入)期間之外不消耗功率。對於液晶顯示幕來說，主要的功耗模式是背光單元(BLU)，它產生由LCD單元控制的白光。
圖2A和2B分別描述了驅動電路與LED的典型LED畫素和相關聯的電流/電壓(IV)特性(習知技術)。與LCD顯示幕不同，OLED和微型LED顯示幕是自發光裝置，LED被施加恒定電流以發光。圖像資料藉由資料線作為電壓提供，藉由開關電晶體(Sw-Tr)施加到驅動電晶體(Dr-Tr)的柵極。資料電壓(Vst)存儲在存儲電容器(Cst)中，該電容器將Dr-Tr的柵-源電壓(Vgs)保持在一個恒定值，進而控制Dr-Tr的電導，從而控制通過LED的電流。
通過串聯的電晶體和二極體的供電電壓VDD下降，而每個裝置的下降百分比取決於它們各自的IV特性。如圖2B所示，LED1和LED2可能具有 不同的IV特性，其中LED1具有較低的開啟電壓。因此，對於圖2A的畫素電路，通過LED1(VS1)的電壓低於LED2(VS2)的電壓。在亮起條件下電晶體和LED的功耗分別為ID *(VDD-VS)和ILED *VS，其中ID和ILED相等。與用於LCD顯示幕的畫素電路不同，主動矩陣(AM)OLED或微型LED畫素電路在開關電晶體關閉後繼續消耗功率。功率被用來從LED產生光，但是驅動電晶體也消耗了總功率的很大一部分。
大面積顯示幕通常在玻璃或塑膠基板上製造，其畫素控制電路使用薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)技術製成，例如低溫多晶矽(Low Temperature Poly-Silicon，LTPS)或銦鎵鋅氧化物(indium gallium zinc oxide，IGZO)。TFT電晶體是在低於基板熔化溫度的溫度下製造的，並使用大面積光刻工具製造，這對電晶體的尺寸和性能產生了一些限制。用矽製造的CMOS電晶體具有超過600平方釐米/伏秒(cm2/(V．s))的場效應遷移率，而LTPS遷移率可以是80-100，而IGZO遷移率通常在10到20之間。TFT電晶體在摻雜啟動方面具有相對較高的可變性，因此選擇的工作點的閾值電壓應為1至5V，以防止過大的截止電流。TFT技術的這些實際局限性迫使顯示幕電路使用相對較高的10V及更高的工作電壓，同時由於低遷移率會增加導通電阻，因此還會在TFT中消耗大量功率。
對於玻璃上的典型AM OLED裝置，VDD大於10V，OLED的開啟電壓約為5V。在該種配置(VDD=10V，OLED以5V開啟)下，約50%的功率由驅動電晶體消耗，其餘50%為OLED供電以產生光。對於同一畫素電路，用微型LED代替OLED，因為微型LED的導通電壓較低，約為3V，電晶體消耗更多的功率(約70%)。一種平衡驅動電晶體及微型LED功耗的方法為降低VDD。然，此選項僅限於TFT電路，因為較低的電壓驅動要求降低TFT閾值電壓，這可能導致洩漏電流出現不可接受的高可變性。
如果可以使用畫素電路降低微型LED-AM顯示面板的驅動電晶體功耗，同時保持與OLED顯示幕相同的TFT結構和電路，那將是有利的。
如果存在允許修復的LED畫素電路，以克服導致不工作畫素的常見缺陷，那將是有利的。為此，如果畫素包括並聯的冗餘LED以補償缺漏或未連接的LED，並且可選地斷開短路的LED，將是有利的。可替代地，如果畫素修復結構可以在缺陷(開路)部位附近分流電流將是有利的。
本文描述的是直徑在10到150μm之間的微型發光二極體(LED)結構，其適合大面積陣列的流體組裝以製造高解析度的紅-綠-藍(RGB)顯示器。微型LED的製造工藝與藉由習知金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)生長技術生產的基於氮化鎵(GaN)的藍/綠色LED和基於磷化鋁鎵銦(AlGaInP)的紅色LED相容。所得的微型LED具有電極結構，該電極結構可在流體組裝之後電性和物理結合顯示基板中的陣列接觸點以形成主動或被動矩陣顯示器。所公開的微型LED結構能夠在不改變微型LED的結構的情況下在滿足不同顯示要求的範圍內改變畫素亮度，從而不影響流體組裝工藝的產量和可靠性。
在此公開的是發光二極體(LED)畫素驅動電路，其可以用於修復導致畫素不工作的一些常見缺陷。一個電路使用並聯的冗餘LED來補償缺漏或未連接的LED，從而有效地提高了組裝良率。第二個電路將LED串聯連接以增加畫素工作電壓，因此TFT電路中的功耗更少，從而提高了顯示幕效率。對於串聯連接，缺漏或未連接的LED會導致電路出現故障，因此使用修復結構在缺陷位置附近分流電流。對於並聯連接的LED，短路的LED會將電源電壓降至接地，從而防止其他功能LED發光。因此，修復結構是鐳射熔斷器，用於斷開缺陷位置。
因此，提供了一種用於修復發光元件顯示幕的方法。該方法提供具有發光元件控制線的矩陣(列和行)的基板。該方法形成具有修復介面的發光元件子畫素的陣列，所述修復介面電性連接所述控制線的矩陣。例如，子畫素可能負責產生紅/綠/藍(RGB)畫素中的藍光。該方法採用發光元件填充所述子畫素。如果在子畫素中檢測到缺陷發光元件，則該方法使子畫素修復介面能夠隔離缺陷發光元件。所述修復介面可以是與所述矩陣的控制線並聯連接且具有n個選擇性熔斷的導電修復節點的並聯修復介面。或者，所述修復介面可以是選擇性地連接以繞過相鄰的(缺陷)串聯發光元件且具有m個修復節點的串聯修復介面。
一方面，在採用發光元件填充子畫素之前，該方法形成覆蓋基板的頂表面的介電層。在介電層中形成阱，每個阱用於接收一個發光元件。如果隨後需要修復，則在介電層中形成通孔以暴露每個修復介面。在一些其他方面，修復節點形成在介電層頂表面上。
例如，在一個方面，採用在所述矩陣的第一控制線和第二控制線之間並聯電性連接的n個發光元件填充所述子畫素；並且在子畫素之一中檢測低阻抗缺陷發光元件或短路元件。然後，並聯修復介面熔斷以斷開缺陷發光元件與矩陣控制線之間的電連接。
在另一個示例中，形成發光元件子畫素的陣列包括配置用於在矩陣的第一控制線和第二控制線之間的m個發光元件的串聯連接的子畫素。如果在子畫素中檢測到高阻抗缺陷(即，損壞或缺漏)的發光元件，則串聯修復介面形成繞過該缺陷發光元件的電連接。
下面提供上述方法的附加細節以及具有修復介面的發光元件顯示幕。
A1-C3:畫素
A1a、A1b、A1c:子畫素
400、404、604:第一接觸點
402、406、504、506、600:修復節點
403、508、610:第一控制線
405、407、608:第二接觸點
409、510、612:第二控制線
412:基板頂表面
410:介電層
414:阱
416:發光元件
418:通孔
500、502:發光元件接觸點
408:並聯修復介面
602:第一部分
606:第二部分
圖1係用於LCD顯示幕的典型子畫素驅動電路的示意圖(習知技術)。
圖2A與2B分別描繪了典型的LED畫素以及驅動電路和LED的相關電流/電壓(IV)特性(習知技術)。
圖3係描繪具有發光元件修復介面的顯示幕的示意性框圖。
圖4A係並聯連接矩陣的控制線(行)且具有n個選擇性熔斷的導電修復節點的並聯修復介面的俯視圖，圖4B至圖4D是並聯連接矩陣的控制線(行)且具有n個選擇性熔斷的導電修復節點的並聯修復介面的局部剖視圖。
圖5A係示出了具有垂直發光元件的並聯修復介面的使用的俯視圖，圖5B至圖5D係示出了具有垂直發光元件的並聯修復介面的使用的局部剖視圖。
圖6A係串聯修復介面的俯視圖，圖6B至圖6E是串聯修復介面的局部剖視圖。
圖7係並聯的冗餘機制結構的示意圖。
圖8A與圖8B分別是使用兩個串聯LED的LED驅動電路的示意圖和相關的IV特性。
圖9係描繪使用串聯連接的微型LED的子畫素的修復結構的示意圖。
圖10A至10D描繪了圖6C的子畫素的製造中的步驟的相關平面圖及部分截面圖。
圖11A至圖11E係描繪開路缺陷的一些潛在原因的局部剖視圖。
圖12A與圖12B分別是表面貼裝和豎直LED的局部截面圖。
圖13A與13B分別係適用於表面貼裝LED抓取置放或巨量轉移沉積方法的並聯修復介面的平面圖和局部截面圖。
圖14係適用於表面貼裝抓取置放或巨量轉移沉積方法的一系列修復介面的平面圖。
圖15係可用於修復局部調光背光單元(BLU)中的開路的開路修復結構的示意圖。
圖16係示出用於修復發光元件顯示幕的方法的流程圖。
美國專利9,825,202和10,418,527已經報導了使用無機LED和在顯示幕底板上的流體組裝來製造微型發光二極體(μLED或微型LED)顯示幕的一般方法，這些專利藉由引用結合在此。特別地，美國專利9,825,202在圖17的說明中描述了製造合適的顯示幕底板的工藝流程，而在圖16的說明中呈現了流體組裝的幾何要求。
圖3係描繪具有發光元件修復介面的顯示幕的示意性框圖。顯示幕300包括具有頂表面(示出在隨後的附圖中)的基板和導電控制線(列和行)的矩陣。為簡單起見，僅示出行線1、2和3以及列線A、B和C。顯示幕通常可以包含數百萬個畫素，如背景部分中所述。因此，畫素A1至C3被示出，其中畫素藉由其相交的矩陣控制線來識別。每個畫素包括複數個子畫素。代表所有畫素的畫素A1包括子畫素A1a、A1b和A1c，例如可能對應於紅色、綠色和藍色(RGB)的發光波長顏色。然而，所述顯示幕不限於每個畫素的任何特定數目的子畫素。例如，已知具有紅色、綠色、藍色和黃色的子畫素顏色的畫素。每個子畫素用於接收複數個發光元件，如下面更詳細描述的。如本文中所使用的，術語“畫素”和“子畫素”可以指被配置為接收發光元件的顯示幕和連接電路的區域。即，畫素或子畫素可以指代顯示幕的由發光元件填充之前或之後的區域。
選擇性分隔的修復介面與每個子畫素相關聯，電連接相應的矩陣的控制線，如下面更詳細所示。如圖3所示，修復介面A1a1與子畫素A1a相關聯，修復介面A1b1與子畫素A1b相關聯，且修復介面A1c1與子畫素A1c相關聯。
圖4A係並聯連接矩陣的控制線(行)且具有n個選擇性熔斷的導電修復節點的並聯修復介面的俯視圖，圖4B至圖4D是並聯連接矩陣的控制線(行)且具有n個選擇性熔斷的導電修復節點的並聯修復介面的局部剖視圖。在此示例中，n等於2，但n不限於任何特定的整數值(大於1)。這些示例還針對表面貼裝發光元件，其中該發光元件具有兩個電極，兩個電極均安裝在其底表面(向下面向基底頂表面的表面(見圖12A))上。在這個方面，第一接觸點400和404以及修復節點402和406形成在基板頂表面上。修復節點402和406電性連接對應矩陣的第一控制線403(行)。子畫素還包括形成在基板頂表面上的n個發光元件第二接觸點405和407，分別與發光元件第一接觸點400和404相關聯，且電性連接相應矩陣的第二控制線409。
如圖4B和圖4C所示，顯示幕可進一步包括覆蓋基板頂表面412的介電層410。在介電層410中形成阱414，每個阱形成為接收發光元件416。介電層410中的通孔418暴露修復節點402和406。修復節點406由於缺陷發光元件416而熔斷打開。圖4C的修復節點402保持閉合，以將接觸點400與行403連接(見圖4A)。如下所述，在一些變型中亦可使用垂直發光元件以在介電層的頂表面上形成修復節點也是可能的。
圖4D描繪了一種變型，其中表面貼裝發光元件在沒有介電層阱的幫助下被組裝在基板的頂表面412上。如圖4B中所示，由於缺陷發光元件416，修復節點406被熔斷開。
圖5A係示出了具有垂直發光元件的並聯修復介面的使用的俯視圖，圖5B至圖5D是示出了具有垂直發光元件的並聯修復介面的使用的局部剖視圖。垂直發光元件在其頂表面上具有一個電極，而在其底表面上具有一個電極(參見圖12B)。如圖5A所示，n個(例如2個)發光元件接觸點500和502電性連接並聯修復介面408的相應的修復節點504和506。如下所述，從列線到發光元件的頂表面的接觸點形成在顯示幕的不同層上。
如圖5B-5D所示，介電層410覆蓋基板頂表面412，且在介電層中形成阱414以接收發光元件。發光元件接觸點500和502形成在基板頂表面412上，並連接矩陣的第一控制線508。相應的第二發光元件接觸點510形成在介電層的頂表面上，並連接矩陣的相應控制線。修復節點可電連接如圖5B所示矩陣的第一控制線508，或者第二控制線510，如圖5C和5D所示。因此，修復節點可形成在基板頂表面或介電層頂表面上。
圖5B描繪了形成在具有通孔418的基板頂表面上的電開放修復節點504。圖5C描繪了形成在基板頂表面上但連接電介質頂表面接觸點510的開放修復節點514。圖5D描繪了形成在介電頂表面上並連接頂表面接觸點510的開放修復節點514。
在任何上述並聯修復介面變型中，如果檢測到低(低於平均值或預定值)阻抗缺陷發光元件，則與該缺陷發光元件關聯的修復節點將電熔斷開以使缺陷發光元件與矩陣控制線斷開連接。如本文所使用的，低阻抗缺陷發光元件也可以指產生電短路的一塊材料或發光元件。
圖6A是串聯修復介面的俯視圖，圖6B至圖6E是串聯修復介面的局部剖視圖。在另一方面，所述顯示幕包括具有m個修復節點的串聯修復介面，其可選擇性地連接以繞過相鄰的串聯連接的發光元件。在這些示例中，m等於3，但是對m的值沒有明確限制，只要它是大於1的整數即 可。圖6A描繪了被配置為接收3個串聯連接的發光元件的子畫素。在此配置中，存在與每個發光元件關聯的修復節點。例如，修復節點600具有電連接相應的發光元件第一接觸點604的第一部分602和電連接發光元件第二接觸點608的第二部分606，其中第一部分可選擇性地連接第二部分。發光元件的第一接觸點(例如接觸點604)可操作地連接相應的矩陣的第一控制線610。如本文所使用的，術語“可操作地連接”定義為直接電連接或藉由中間元件間接電連接。發光元件的第二接觸點(例如接觸點608)可操作地連接矩陣的相應第二控制線612。在圖6E的變型的情況下，應當理解，修復節點形成在覆蓋的介電層上。
如圖6B中明確示出，發光元件第一接觸點604和第二接觸點608以及(開放的)修復節點600形成在基板頂表面412上。在一些方面，例如在圖6C中，顯示幕包括覆蓋基板頂表面412的介電層410。介電層410中的阱414用於接收發光元件。發光元件第一和第二接觸點604和608，以及(斷開的)修復節點600再次形成在基板頂表面412上。該變型還包括暴露修復節點600的通孔418。
在圖6D和6E中，垂直發光元件變型，發光元件416具有位於介電層410的頂表面上的部分608。在圖6D中(開放)修復節點600形成在基板頂表面412上。在圖6E中(開放)修復節點600形成在介電層410的頂表面上。
在上述任何系列的修復介面中，如果檢測到缺陷發光元件，並且該缺陷被理解為高(高於平均值或預定值)阻抗發光元件或缺漏發光元件，則第一部分電連接第二部分以繞過缺陷發光元件。高阻抗缺陷發光元件在本文中定義為失效或缺漏發光元件。
微型LED係一種發光元件，由金屬有機氣相沉積(MOCVD)晶圓製成，例如用於製造普通照明LED(例如燈泡)的晶圓，這使得每個裝 置的成本非常低，但同時也帶來了一些微型LED技術特有的問題。在先申請16/406,080中已經詳盡地描述了用於微型LED的流體組裝的結構。對於在普通照明中使用，裝置最重要的特性是每個生成的光子的成本低，以最大程度地降低每個燈泡的成本。該種限制導致LED製造實踐使用稱為分級技術的過程來處理過程的可變性和缺陷。簡而言之，分級技術過程包括包裝後測試每個LED並將每個裝置放在具有相似效率和發光波長特性的可比較組中，同時丟棄有缺陷的裝置。分級技術工藝使MOCVD製造更便宜，因為減少了缺陷並降低了工藝控制方法和成本。由典型的GaN基的MOCVD晶片製造的40μm的微型LED的最新特性表明，有0.25%的裝置短路，而0.75%的裝置開路。對於圖2A的子畫素設計，該兩個缺陷都導致顯示幕產品無法接受的暗子畫素。
不幸的是，LED分級技術對於識別和丟棄有缺陷的微型LED並不實用。微型LED沒有包裝，且非常小的裝置和電極尺寸使裝置備處理和功能測試變得困難。由於一個UHD至少需要2480萬個微型LED(3x3840x2160)，因此測試時間將是天文數字。因此，需要新的結構和方法來防止有缺陷的微型LED殺死子畫素。如在先專利US10,516,084以及16/595,623和16/693,674中所描述的，可以去除有缺陷的微型LED並將其替換，但是機械取放工具的購買和操作昂貴。更加希望具有簡單的電路方法，以使用已經為顯示幕工業開發的技術來修復最常見的子畫素缺陷類型。
為了製造微型LED顯示幕，需要在藍寶石基板(藍寶石上的GaN，用於發出藍光和綠光)和/或GaAs基板(GaAs上的AlGaAsP，用於發出紅光)上製造微型LED晶片，然後將其轉移到第二個基板上以製作顯示幕。第二基板可以是內置控制電路的Si晶片(或晶片)，也可以是具有薄膜電晶體的玻璃或柔性塑膠的基板。幾種缺陷類別可能會導致斷路。微型LED 可能缺少電極或接觸點，從而無法連接基板電路。在流體組裝的情況下，某個位置可能會被顆粒或破裂的微型LED阻塞。在抓取置放巨量轉移的情況下，一個位置可能沒有微型LED，因為無法成功地將其抓取到傳輸工具或微型LED可能會由於用於將微型LED綁定到顯示幕的壓印動作而損壞。
圖7是並聯的冗餘機制結構的示意圖。任何最終的LED陣列都可能包括在LED製造過程和顯示幕組裝過程中產生的缺陷。在上面的示例中，有0.25%的位置短路而0.75%的位置開路，子畫素的成品率是1-PS-PO或99%。為了最小化或消除缺陷修復步驟，本文描述了冗餘機制結構以補償缺陷。一種冗餘機制結構將兩個(或更多)微型LED並聯連接，如圖7所示。如果一個微型LED開路或缺漏，則另一個微型LED接收2倍的電流，並且亮度提高至大約2倍。但是，對於這種並聯連接的裝置，任何短路的微型LED都必須加以處理，因為流經短路位置的電流會阻止其他良好位置達到導通電壓。對於具有冗餘機制的一般情況，子畫素產量為(1-PS)N*(1-PO N)，其中N是並聯的微型LED的數量。在N=2的情況下，子畫素成品率的樣本缺陷率從99%增至99.5%。
為了修復短路位置，實施鐳射熔絲結構以將缺陷位置與電路斷開，例如如圖4B所示。在這種情況下，所述結構被製成以採用US 10,516,084中所述的流體組裝方法捕獲盤狀微型LED於阱中。有被層間電介質410隔開的兩個金屬層，並且該頂部介電層可以是聚合物材料被圖案化以形成捕獲結構從而捕獲微型LED。列線藉由電晶體(未示出)連接至VDD，並且行線連接至VSS。因此，製造的微型LED具有連接LED陽極的中心電極和連接陰極的外環電極。並聯連接的每個分支在互連線之一上都有一個視窗(通孔)，因此可以在下面的金屬線上進行鐳射切割，以斷開短路的微型LED。鐳射熔斷器已在半導體行業中廣泛用於修復存儲晶片和精密調整電阻器的鐳射修整，因此此處無需介紹設備。
顯示幕完成後，功能測試將對所有子畫素通電，並記錄每個暗點或弱點的位置。藉由測量每個缺陷位置的電流，可以確定故障是由於微型LED短路還是斷開造成的。在並聯連接由於短路而失敗的情況下，熱成像或光學成像可以確定哪個微型LED有缺陷，並切斷適當的鐳射熔斷器。如果切斷了錯誤的熔斷器，亦可使用下面所述的導電墨水修復劑來修復熔斷器。
圖8A與圖8B分別係使用兩個串聯LED的LED驅動電路的示意圖和相關的IV特性。解決與使用單個微型LED相關的驅動電晶體中過大功耗的簡單解決方案是，藉由在串聯連接中添加更多微型LED來重新分配VDD壓降，從而在LED兩端壓降更多的電壓以產生發光。參考圖8B，串聯連接的微型LED的開啟電壓是每個裝置的開啟電壓之和，約為6V。在這種情況下，將VDD設置為10V，則驅動電晶體和微型LED的功耗分別為40%和60%。採用這種配置的微型LED顯示幕與每個子畫素只有一個微型LED的電路相比所消耗的功率要少30%以產生相同的亮度。
短路的微型LED不會影響子畫素的合格率，因為該電路將恢復為圖2A的單個LED電路。如果一個微型LED位置短路，則功能性微型LED會收到VS的電壓降，而驅動電晶體具有VDD-VS的電壓降。僅具有一個工作的微型LED的子畫素中驅動電晶體的功耗增加，並且在給定電壓下，發光輸出約為具有兩個功能性微型LED的子畫素的50%。當顯示幕完成時，可以藉由De-mura工藝來補償修復的子畫素中的這種發光變化。De-mura測量顯示幕的亮度並調整每個子畫素的驅動電流，以產生最佳的亮度和色域。
圖9係描繪使用串聯連接的微型LED的子畫素的修復結構的示意圖。在由於LED缺陷或缺少微型LED而導致其中一個微型LED位置打開的缺陷情況下，串聯燈串中的其他功能性微型LED無法工作。對於此類缺陷，可以藉由短路有缺陷的微型LED位置來修復子畫素。圖9示出了用於 修復具有串聯連接的兩個微型LED的子畫素中的開路缺陷的電路佈局。在子畫素中內建置具有開口的三個焊點，所述開口允許使用印刷的導電墨水在兩個焊點之間進行選擇性連接。如果微型LED位置1斷開，則可以藉由在焊點1和焊點2之間沉積導電材料來連接它們。導電油墨可在載體溶劑中包含多種材料，例如銀奈米顆粒或奈米線，銅奈米顆粒、石墨烯、石墨或多壁碳奈米管。實際上，將要連接的兩個電極以小間隙放置在堤結構內部以容納墨滴。該修復工具在顯示幕行業中很常見，為簡潔起見，這裡不再討論。如果微型LED位置2斷開，則連接焊點2和3。
串聯的子畫素可以具有兩個或複數個微型LED取決於LED的開啟電壓和可從提供VDD源的驅動電路獲得的電壓。圖6A示出了具有三個微型LED的串聯電路的佈局圖以及用於在開路附近分流的適當的修復結構。圖6C是示出行和列電極以及阱結構中正確組裝的微型LED的佈置的截面圖。在這種情況下，列電極藉由驅動電晶體(未示出)連接VDD，且行電極連接VSS。
圖10A至10D描繪了圖6C的子畫素的製造中的步驟的相關平面圖和部分截面圖。在諸如玻璃或聚醯亞胺的合適基板1000上，首先使用低溫多晶矽或IGZO工藝來製造TFT控制結構，並且用絕緣體覆蓋電晶體。在TFT製造之後，沉積鋁或銅的第一金屬層1002並對其進行圖案化以形成將藉由控制TFT連接至VSS的列線(圖10A)。沉積合適的電介質1004，例如SiO2或聚醯亞胺(polyimide)，並開設合適的接觸點以在第一和第二金屬層之間形成連接(圖10B)。然後，沉積第二金屬互連層並對其進行圖案化以連接行(圖10C)。這是將與微型LED層形成電連接的層，因此選擇可以形成低溫焊點的在基板上的電極和微型LED很重要。通常，基板電極是銅、金或諸如錫合金的焊料材料，並且微型LED電極是焊料。在這種情況下，第二金屬電極連接驅動電晶體的源極，以驅動作為中心接觸點的微 型LED陽極。最後一步是沉積並圖案化介電層，該介電層將用作用以捕獲流體元件中的微型LED的捕獲位點，同時修復位置上方的視窗(通孔)被開設以為印刷導體提供進入電極的通道(圖10D)。修復位置上方的視窗充當用以在乾燥和退火時限制導電油墨的作用的堤岸結構，因此它必須足夠大以適合噴墨印表機的墨滴尺寸。另一方面，窗口必須小於微型LED，以防止在流體組裝過程中捕獲微型LED。
圖11A至圖11E是描繪開路缺陷的一些潛在原因局部剖視圖。最常見的缺陷是空阱，其中流體組裝過程未能在給定位置組裝微型LED。在這種情況下，可以藉由在阱結構中印刷導電材料以連接陰極和陽極電極來修復開路，如圖11A所示。然，通常最好使用修復結構對所有開路缺陷採用標準修復，因此所有修復的印刷導體數量均相同。其他缺陷，例如微塵粒子(圖11B)，傾斜的微型LED(圖11C)，斷裂的微型LED(圖11D)或具有工藝缺陷的微型LED，例如缺少電極(圖11E)，如圖所示都需要單獨的修復位置。
圖12A與圖12B分別係表面貼裝和豎直LED的局部截面圖。根據與陽極和陰極的接觸點的佈置，可以用兩種不同的結構製造微型LED。如上所述，在一個表面上具有兩個接觸點的微型LED稱為表面貼裝LED。在US 9,825,202中已經描述了這種體系結構，並且在申請號16/406,080中更詳細地描述了該體系結構。製造在LED的頂表面上具有陰極連接而在底表面上具有陽極連接的微型LED是可能的，例如如圖5C或圖6D所示。兩種架構的器件直徑通常為10至150μm，厚度為3至7μm。在一些方面，裝置包括龍骨或柱1200，其在流體沉積中有用。
對於豎直微型LED，製造順序變更以形成在微型LED裝配之後與LED建立連接的金屬互連。對於所示示例，頂部連接的是陰極，但也可以 組裝微型LED，以使陽極連接最後形成。藉由使用適當的電路變更，針對表面貼裝微型LED的兩種修復結構均可與豎直微型LED一起使用。
兩個並聯的微型LED可包括熔斷結構用以修復短路缺陷。如果在阱層中針對表面貼裝(圖4A)或豎直(圖5A)微型LED開設了適當的視窗面，則熔斷結構亦可形成在下方電極中。對於豎直微型LED，亦可在電介質頂面上形成熔斷結構(圖5D)。
對於串聯的豎直微型LED，分流修復節點可用於修復開路缺陷，例如，如圖6C所示。豎直微型LED還可以與頂部電極形成並聯修復節點連接(例如，圖6E)，如此可避免阱層中的開口會干擾流體組裝，但會失去堤岸效應，因此導電油墨覆蓋的面積可能更大，控制得亦不太好。
圖13A與13B分別是適用於表面貼裝LED抓取置放或巨量轉移沉積方法的並聯修復介面的平面圖和局部截面圖。
圖14係適用於表面貼裝抓取置放或大巨量轉移沉積方法的一系列修復介面的平面圖。
圖15係可用於修復局部調光背光單元(BLU)中的開路的開路修復結構的示意圖。LCD顯示幕使用局部調光背光源，以產生具有改善對比度的高動態範圍(HDR)顯示幕。該系統使用較低解析度的顯示圖像來驅動背光，因此每個區域都有適合所顯示圖像的亮度。對於該系統，通常使用不帶TFT的基板，依靠外部驅動晶片來控制提供給每個區域的電流。在這種情況下，TFT沒有壓降，並且選擇串聯的微型LED數量以匹配驅動器晶片提供的VDD。根據BLU中區域的數量和所需的亮度，有幾個並聯的串聯燈串。根據產品要求有許多可能的組合，因此呈現一個典型示例來說明這種情況。圖15所示的局部調光區域具有6個串聯串，每個串聯串由8個微型LED組成，以VDD為24V工作，串聯串並聯連接以形成一個區域。可以看出，如果一個微型LED短路了，串聯燈串工作只損失一小部分照明區 域。因為BLU有光擴散器和增亮膜以重新分配光，所以一個暗的微型LED不會對顯示圖像造成問題。另一方面，斷開位置會導致整列變暗，從而在顯示圖像中產生不可接受的暗線。因此，分流修復電路也可用於修復基於微型LED的局部調光背光中的開路缺陷。在上面呈現的術語中，每串串聯的微型LED都可以視為顯示幕子畫素。
圖16係示出用於修復發光元件顯示幕的方法的流程圖。儘管為清楚起見，該方法被描述為一系列編號的步驟，但是編號不一定指示步驟的順序。應當理解，這些步驟中的一些可以被跳過，並行地執行或者在不需要維持嚴格的順序要求的情況下執行。然而，通常，該方法遵循所描繪步驟的數位順序。該方法開始於步驟1600。
步驟1602提供具有發光元件控制線的矩陣的基板。步驟1604形成具有修復介面的發光元件子畫素的陣列，其電性連接控制線的矩陣。步驟1606採用發光元件填充子畫素。步驟1608檢測第一子畫素中的缺陷發光元件，且步驟1610啟動第一子畫素修復介面以隔離缺陷發光元件。
一方面，在步驟1606中用發光元件填充子畫素之前，步驟1605a形成覆蓋基板頂表面的介電層。步驟1605b在介電層中形成阱，其中每個阱被配置為接收一個發光元件。步驟1605c在介電層中形成暴露每個修復介面的複數個通孔。
在步驟1604中形成具有修復介面的發光元件子畫素的陣列包括形成具有與矩陣的控制線並聯連接的n個選擇性可熔導電修復節點的並聯修復介面，或具有m個修復節點的串聯修復介面，可以選擇性地連接以繞過相鄰的串聯發光元件。
例如，如果步驟1606用在矩陣的第一控制線和第二控制線之間並聯電連接的n個發光元件來填充子畫素，且步驟1608檢測低阻抗缺陷發光 元件或產生短路的元件，則步驟1610使並聯修復介面能夠熔斷缺陷發光元件和矩陣控制線之間的電連接。
如果步驟1604為矩陣的第一控制線和第二控制線之間的m個發光元件的串聯連接配置子畫素，則步驟1608檢測到諸如高阻抗缺陷發光元件(失效或缺漏發光元件)的缺陷發光元件，則步驟1610使串聯修復介面能夠形成繞過缺陷發光元件的電連接。
在子畫素級別提供了發光元件顯示幕子畫素修復及冗餘機制介面。已經呈現了特定電路佈局、幾何形狀和明確的處理步驟的示例以說明本發明。然，本發明不僅限於該等示例。所屬領域具有通常知識者將想到本發明的其他變型與實施例。
400、404:第一接觸點
402、406:修復節點
403:第一控制線
405、407:第二接觸點
408:並聯修復介面
409:第二控制線
412:基板頂表面

Claims (18)

  1. 一種具有發光元件修復介面的顯示幕，其改良在於，該顯示幕包括：具有頂表面的基板；導電控制線的矩陣；發光元件畫素的陣列，每個發光元件畫素包括複數個子畫素；每個子畫素用於接收複數個發光元件；以及與每個子畫素對應的選擇性隔斷的修復介面，電性連接所述矩陣的相應控制線；所述修復介面選自：與所述矩陣的控制線並聯連接且具有n個選擇性熔斷的導電修復節點的並聯修復介面，以及選擇性地連接以繞過相鄰的串聯發光元件且具有m個修復節點的串聯修復介面。
  2. 如請求項1所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述顯示幕進一步包括：覆蓋所述基板頂表面的介電層；所述介電層中的阱，每個阱用於接收一個發光元件；以及介電層中的通孔暴露出每一個修復介面。
  3. 如請求項1所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述修復介面是並聯修復介面；且其中每個子畫素包括n個發光元件第一接觸點，每個第一接觸點電性連接所述並聯修復介面的相應修復節點。
  4. 如請求項3所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述發光元件第一接觸點和修復節點形成在所述基板頂表面上；其中所述修復節點電性連接所述矩陣的相應第一控制線；且其中每個子畫素還包括形成在所述基板頂表面上的n個發光元件第二接觸點，分別與發光元件第一接觸點相對應且電性連接所述矩陣的相應第二控制線。
  5. 如請求項3所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述顯示幕進一步包括：覆蓋所述基板頂表面的介電層； 所述介電層中的阱，每個阱用於接收一個發光元件；其中所述發光元件第一接觸點形成在所述基板頂表面上；其中所述修復節點電性連接所述矩陣的相應第一控制線；且其中每個子畫素還包括形成在所述介電層的頂表面上的n個發光元件第二接觸點，分別與發光元件第一接觸點相對應且電性連接所述矩陣的相應第二控制線。
  6. 如請求項5所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述修復節點形成在選自所述基板頂表面和所述介電層頂表面的一表面上。
  7. 如請求項1所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述修復介面是串聯修復介面，其中每個子畫素包括：與每個發光元件相關聯的修復節點，每個修復節點具有電性連接相應的發光元件第一接觸點的第一部分和電性連接所述發光元件第二接觸點的第二部分，其中所述第一部分可選擇性地連接所述第二部分。
  8. 如請求項7所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述發光元件第一接觸點、所述發光元件第二接觸點以及所述修復節點形成在所述基板頂表面上。
  9. 如請求項7所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述顯示幕進一步包括：覆蓋所述基板頂表面的介電層；所述介電層中的阱，每個阱用於接收一個發光元件；其中所述發光元件第二接觸點形成在所述介電層的頂表面上。
  10. 如請求項9所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述修復節點形成在選自所述基板頂表面和所述介電層頂表面中的一表面上。
  11. 如請求項1所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述顯示幕進一步包括：填充所述子畫素中的複數個發光元件。
  12. 如請求項11所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述發光元件選自表面貼裝發光元件和垂直發光元件。
  13. 如請求項3所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述修復節點電性連接所述矩陣的相應第一控制線；其中每個子畫素還包括n個發光元件第二接觸點，分別與發光元件第一接觸點相對應且電性連接所述矩陣相應的第二控制線；所述顯示幕還包括：填充每個子畫素中的n個發光元件，包括位於第一子畫素的低阻抗缺陷的第一發光元件，其中低阻抗缺陷的發光元件是產生電短路的元件；以及其中與第一子畫素相關聯的第一修復節點被電熔斷，以將有缺陷的第一發光元件與所述第一控制線斷開。
  14. 如請求項7所述的具有發光元件修復介面的顯示幕，其中，所述顯示幕進一步包括：填充第一子畫素中的高阻抗缺陷發光元件，其中所述高阻抗缺陷發光元件是選失效發光元件和缺漏發光元件組成的組；以及其中與所述缺陷發光元件相關聯的第一修復節點包括電性連接所述第二部分以繞過所述缺陷發光元件的第一部分。
  15. 一種修復發光元件顯示幕的方法，其改良在於，所述方法包括：提供具有發光元件控制線的矩陣的基板；形成具有修復介面的發光元件子畫素的陣列，所述修復介面電性連接所述控制線的矩陣；採用發光元件填充所述子畫素；在第一子畫素中檢測缺陷發光元件；以及啟用第一子畫素修復介面以隔斷所述缺陷發光元件；形成具有修復介面的發光元件子畫素的陣列的步驟包括形成修復介面，所述修復介面選自：與所述矩陣的控制線並聯連接且具有n個選擇性熔斷的導電 修復節點的並聯修復介面，以及選擇性地連接以繞過相鄰的串聯發光元件且具有m個修復節點的串聯修復介面。
  16. 如請求項15所述的修復發光元件顯示幕的方法，其中，所述方法進一步包括：採用發光元件填充所述子畫素之前，形成覆蓋所述基板的頂表面的介電層；在所述介電層中形成複數個阱，每個阱用於接收一個發光元件；以及在所述介電層中形成複數個通孔以露出每個修復介面。
  17. 如請求項15所述的修復發光元件顯示幕的方法，其中，採用發光元件填充所述子畫素包括：採用在所述矩陣的第一控制線和第二控制線之間並聯電性連接的n個發光元件填充所述子畫素；其中在第一子畫素中檢測缺陷發光元件包括檢測低阻抗缺陷發光元件，其中低阻抗發光元件是產生電短路的元件；且其中啟用所述修復介面包括啟用並聯修復介面以熔斷所述缺陷發光元件和矩陣控制線之間的電連接。
  18. 如請求項15所述的修復發光元件顯示幕的方法，其中，形成發光元件子畫素的陣列包括配置用於在矩陣的第一控制線和第二控制線之間的m個發光元件的串聯連接的子畫素；其中，在所述第一子畫素中檢測缺陷發光元件包括檢測高阻抗缺陷發光元件，所述高阻抗缺陷發光元件選失效發光元件和缺漏發光元件組成的組；以及其中啟用所述修復介面包括啟用串聯修復介面以形成繞過缺陷發光元件的電連接。
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