TWI771904B

TWI771904B - 像素單元

Info

Publication number: TWI771904B
Application number: TW110104844A
Authority: TW
Inventors: 吳智孟
Original assignee: 創新服務股份有限公司
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-07-21
Also published as: TW202232750A

Abstract

一種像素單元，包括：一組銲墊；一個或以上的電極焊接或固晶於對應的銲墊；一顆或以上的微型LED焊接或固晶於對應的銲墊，該微型LED周邊塗佈一個光阻層，該光阻層不遮蔽微型LED的頂面；一個外殼直接或間接包住光阻層與電極的周圍，使微型LED和電極的頂面露出外殼；以及，一層導電膜形成於外殼的表面，該導電膜內側的一個電路布局面電連接微型LED與電極的頂面。如此，本發明的像素單元以微小體積的微型LED佔用顯示裝置最小的表面積，不僅填充率較佳，而且銲墊是微型LED與電極的共面電接觸點，能直接結合顯示裝置的驅動電路，減少配電線材數量。

Description

像素單元

本發明涉及影像顯示的領域，特別是指一種像素單元，其能電連接一個顯示裝置。

已知的顯示裝置包括：液晶系技術（即液晶顯示面板，原文縮寫LCD）和電漿系技術（即電漿顯示面板）兩種技術，讓顯示器擁有大尺寸與使用期限長的發光面板。然而，液晶顯示面板存在功率效率與方向性等問題，電漿顯示面板則有功率消耗和螢幕烙印等問題。

以有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，縮寫為OLED）為基礎開發的替代技術，迄今仍未得到令人滿意的成果。甚至，該OLED的使用期限較短，造成顯示器的閃爍問題，降低智慧型手機採用OLED製作顯示器的意願。

另外，所述的LCD、電漿顯示面板與OLED等技術，採用薄膜沉積技術製造的控制電路稱為薄膜電晶體（Thin-Film Transistor，縮寫為TFT）。譬如LCD藉由連續沉積原料的薄膜形成5到9個通道區，電連接控制電路的電晶體、電容器、電氣線路等組件，故依TFT技術製造的控制電路成本非常昂貴。同時，TFT技術製作大尺寸主動陣列，需要大面積沉積薄膜的機器或設備，實質上增加製造的成本，成為少數的投資者能夠經營高成本TFT技術的門檻。

因此，本案發明人致力於低成本、整合性高且量產率佳的發光裝置研究，並申請中國第202010849066.3號、美國第16/999,086號以及台灣第109125291號等國專利，在案可稽。

然而，本案發明人不因此自滿，仍舊持續相關領域的技術研究，發明一種像素單元，其主要目的在於：延續前述的研究方向，實現微小體積的微型LED，佔用顯示裝置最小的表面積，不僅具備影像完整的像素，而且填充率較佳。

本發明的像素單元製法，其主要目的在於：導電膜配合電極將電流導向銲墊，生產多個電連接點的像素單元，故銲墊是微型LED與電極的共面電接觸點，能夠直接地結合顯示裝置的驅動電路，減少配電的線材數量。

源於上述目的之達成，本發明的像素單元，包括：一組銲墊；一個或以上的電極焊接或固晶於對應的銲墊；一顆或以上的微型LED焊接或固晶於對應的銲墊，該微型LED周邊塗佈一個光阻層，該光阻層不遮蔽微型LED的頂面；一個外殼直接或間接包住光阻層與電極，使微型LED和電極的頂面露出外殼；以及，一層導電膜形成於外殼的表面，該導電膜內側的一個電路布局面電連接微型LED與電極的頂面。

如此，本發明的像素單元，延續前述的研究方向，實現微小體積的微型LED，佔用顯示裝置最小的表面積，不僅具備影像完整的像素，而且填充率較佳。其次，導電膜配合電極將電流導向銲墊，生產多個電連接點的像素單元，故銲墊是微型LED與電極的共面電接觸點，能夠直接地結合顯示裝置的驅動電路，減少配電的線材數量。

為使本發明之目的、特徵和優點淺顯易懂，茲舉一個或以上較佳的實施例，配合所附的圖式詳細說明如下。

在第1圖中，從一項微點膠10步驟開始，歷經巨量轉移11、回流貼焊12、光阻成型13、濺鍍14和蝕刻15等程序，到一項切割16步驟為止，完成本發明的第一流程，取得大量的像素單元。第2〜9圖顯示元件到成品的具體結構，有助於第一流程的瞭解。通過第10圖的剖視角度，探索一個像素單元17的內部構造。

如第1、2圖所示，透過至少一個移動設備（圖未示），在一片基板20佈置一些接著物21，完成微點膠10步驟。該接著物21在基板20的部位是預先設置的。

在本實施例，該基板20是具備導電特性的金屬板，如銅板。當然，其他具備導電特性的板片，亦能充當基板20使用。

此處所稱的接著物21，泛指錫膏與銀膠之一，或是其他具備導電性的銲料。

如第1、3圖所示，在巨量轉移11步驟中，單次轉移若干LED組30與多顆電極32到基板20的接著物21上。

其中，單顆電極32和LED組30聚在一起。每個LED組30是由三顆微型LED 31所組成，每顆微型LED 31的體積是一般LED（原文Light-Emitting Diode）體積的1/100。通電後，這些微型LED 31分別發射紅、綠、藍（R、G、B）光。

此處所稱的轉移，泛指一個移動平台22的底面配置多根柱23。在本實施例，四根柱23排成正方形視為一組。當移動平台22沿著高度方向執行升降運動，每組柱23的端面能夠附著三顆微型LED 31與單顆電極32。在移動平台22順著水平方向位移，每組柱23帶動LED組30和電極32來到基板20上方。俟移動平台22再次升降運動後，該柱23離開LED組30或電極32，該LED組30或電極32粘著基板20的接著物21。

如第1、4圖所示，進行回流貼焊12步驟，透過接著物21的加熱固化手段，使LED組30和電極32固定在基板20的單面。

此處所稱的加熱固化，泛指接著物21被回流焊接（Reflow）技術熔化並冷卻為貼附部25（見第6圖），該貼附部25是固體，足以讓微型LED 31與電極32緊密貼合（或附著）在基板20表面。因此，所述的回流貼焊12步驟，又稱固晶流程。

光阻成型13流程分成前、後步驟進行。前半部的流程中，除了頂面以外，該微型LED 31的周圍表面形成一個光阻層28。

此處所稱的光阻層28，泛指光阻劑歷經曝光顯影的變化，保留在微型LED 31表面的物體。由於微型LED 31的頂面發光，其底面接觸貼附部25（見第6圖），只能用噴塗設備將光阻劑塗佈在微型LED 31周圍的表面形成光阻層28。

如第1、5圖所示，光阻成型13步驟的後半段，透過一體成型手段，以不導電材料構成一層成形部24結合基板20的單面。同時，該成形部24包裹微型LED 31的光阻層28（見第6圖）與電極32周圍，使微型LED 31和電極32的頂面露出成形部24。

在本實施例，所述的成形部24通常會採用熱固性塑料，譬如人造樹脂（Epoxy Resin）、環氧樹脂（Epoxy）等。藉由不導電的熱固性塑料製作成形部24自然是絕緣的。

如第1、6圖所示，在成形部24、LED組30和電極32的表面濺鍍一層導電膜40，該導電膜40內側具備一個電路布局面41，該電路布局面41電連接微型LED 31與電極32的頂面，完成濺鍍14步驟。

此處所稱的濺鍍（Sputter Deposition∕Coating），泛指電漿體高能量的離子撞擊固體靶（Target）或源（Source）的原子，該原子離開固體進入氣體的物理過程。根據電子學的知識或技術人員的經驗，濺鍍亦稱濺射（Sputtering），屬於氣相沉積技術之一。

此處所稱的導電膜40，其成分包括：氧化銦錫（ITO）或摻錫氧化銦。由於氧化銦錫是銦（III族）氧化物（In ₂O ₃）與錫（IV族）氧化物（SnO ₂）的混合物，在薄膜狀態具備無色的透明特性，故導電膜40是透明的。

如第1、7、8圖所示，蝕刻14步驟之標的，區分為基板20與導電膜40二對象。

此處所稱的蝕刻，泛指酸性、腐蝕性或有研磨效能的物質，在固體的表面達成刻印或移除之目的。比方說，透過電漿的解離，形成離子與物質表面進行化學反應或是物理轟擊，屬於非等向性蝕刻（又稱乾式蝕刻）。或者，物質和化學液體進行化學反應，屬於等向性蝕刻（亦稱濕式蝕刻）。

在第7圖中，通過蝕刻的手段，該導電膜40形成相交的多條第一紋路42和第二紋路43，從而在導電膜40表面規劃若干方格區域。

在第8圖中，通過蝕刻的手段，該基板20（見第7圖）去除多餘的部分形成多組銲墊26，該銲墊26連接貼附部25（見第10圖）而保留在成形部24的表面。

如第1、7、9、10圖所示，依第一、第二紋路42、43方向，以雷射手段精準的切開導電膜40和成形部24，取得大量的像素單元17成品，完成切割15步驟。此刻，四片銲墊26為一組，配合電路布局面41電連接微型LED 31與電極32，共同組成像素單元17的電路。同時，該成形部24分成多個外殼27，這些外殼27的數量等於像素單元17的數量，每個外殼27是不導電的，包覆電性相連的LED組30和電極32。

從第9、10圖來看，該像素單元17的內部結構包括：一組銲墊26；一個電極32電連接該組銲墊26之一；三顆分別發射紅、綠、藍（R、G、B）光的微型LED 31為一個LED組30，該LED組30電連接其他的銲墊26，每顆微型LED 31周邊塗佈一個光阻層28，該光阻層28不遮蔽微型LED 31的頂面；一個不導電的外殼27包住光阻層28與電極32周圍，使LED組30和電極32的頂面露出外殼27；以及，一層導電膜40形成於外殼27、LED組30和電極32的表面，該導電膜40內側的一個電路布局面41電連接微型LED 31與電極32的頂面。

在電路方面，該微型LED 31隸屬p型或n型半導體，該半導體具備p、n二個電極。假設，該微型LED 31的n電極通過貼附部25電連接銲墊26，以微型LED 31的p電極電連接導電膜40的電路布局面41，該電路布局面41經由電極32電連接另一個銲墊26。

使用時，該像素單元17的銲墊26電連接一個顯示裝置（圖未示），負極電流經銲墊26傳輸至微型LED 31的n電極，正極電流通過電極32與電路布局面41輸出至微型LED 31的p電極。通電後，該微型LED 31發射紅、綠、藍（R、G、B）光之一。

在本實施例，該光阻層28是黑色的，吸收所有的光，不反射任何顏色的光。該微型LED 31的光入射透明的導電膜40，產生正確的顏色或趨近於真實的顏色。如此，該顯示裝置具備微型LED 31的數量愈多，代表顯示裝置的解析度愈高。同時，該微型LED 31發射正確的光色，或是趨近於真實顏色，代表影像接近真實的物體。

根據第一流程，該像素單元17的優點：首先，該像素單元17擁有紅、綠、藍（R、G、B）三色光的微型LED 31，不僅具備影像完整的像素（Pixel），而且微型LED 31的體積微小，使像素單元17佔用顯示裝置的表面積最小，深具較佳的填充率。

其次，該銲墊26是微型LED 31與電極32的共面電接觸點，能夠直接地結合顯示裝置的驅動電路。

再者，第一流程完成大量的微型LED 31製作，產生多個電連接點的像素單元17，減少配電的線材數量。

第11圖是流程圖，描繪本發明的第二流程，從一項基板成型50步驟開始，歷經微點膠51、巨量轉移52、回流貼焊53、光阻成型54、濺鍍55和蝕刻56等程序，到切割57步驟為止，取得功能相同於第一流程的像素單元。第12〜16圖顯示部分元件的具體結構，有助於第二流程的瞭解。通過第17圖的剖視角度，探索像素單元67的內部構造。

如第11〜13圖所示，透過形成手段60，以不導電材料構成的成形部61結合於基板20的單面，完成基板成型50步驟。採用三個槽62搭配一個孔63的排列模式，順著厚度方向凹陷於成形部61。在本實施例，該槽62是方形，該孔63是圓的，二者不會貫穿基板20。換句話說，所述的基板20封住槽62與孔63的底部。

此處所稱的形成手段60，泛指一體成型或是射出成型等技術之一。

所述的不導電材料，通常是指人造樹脂（Epoxy Resin）、環氧樹脂（Epoxy）等熱固性塑料，具備不導電特性。因此，該成形部61是絕緣的。

利用移動設備（圖未示）運送接著物佈置在槽62或孔63底部的基板20表面，完成微點膠51步驟。所述的接著物是錫膏、銀膠或其他具備導電性的銲料。所述的基板20是銅板，或其他具備導電特性的板片。

如第11、14圖所示，單次轉移若干LED組30與多顆電極33經過基板20的槽62與孔63落在接著物上面，完成巨量轉移52步驟。因為三個槽62與一個孔63聚在一起，所以三顆微型LED 31構成單一LED組30和單顆電極33也聚在一起。當然，每顆微型LED 41的體積是一般LED體積的1/100，通電發射紅光、綠光或藍光。

在本實施例，該電極33是圓柱體，符合孔63的造型，卻不同於前述的矩形體。

此處所稱的轉移，利用移動平台22的柱23（請參考第3圖）搬運LED組30和電極33，故不予贅述。

該接著物被回流焊接技術熔化，冷卻為固態的貼附部25，使微型LED 31與電極33貼附在基板20表面，完成回流貼焊53步驟。

光阻成型54前半段的流程，該微型LED 31與槽62的壁面維持一個距離，允許光阻劑塗佈微型LED 31的周圍，讓一個光阻層28形成於微型LED 31的周圍表面，卻不遮蔽微型LED 31的頂面。必要時，利用一個刷具刮除微型LED 31頂面的光阻劑，在本發明的容許範圍內。

至於光阻劑如何成為光阻層28，請參考前面的說明，於此不再贅述。

光阻成型54步驟的後半段流程，則是讓填隙劑無氣泡地注入微型LED 31與槽壁的空隙，以及孔63的壁面至電極33的空隙，進而成為不導電的一個填隙部64。同時，該填隙部64包裹光阻層28，該微型LED 31頂面的電極端露出填隙部64。當然，該填隙部64也能圍住電極33周邊，卻不會覆蓋電極33的頂面。如此，該微型LED 31和電極33的頂面就會露出成形部61與填隙部64。

如第11、15圖所示，在LED組30、電極33、成形部61和填隙部64的表面濺鍍單層導電膜40，該導電膜40內側的電路布局面41電連接微型LED 31與電極33的頂面，完成濺鍍55步驟。

如第11、16圖所示，蝕刻56步驟之標的區分為二：一為基板20，一為導電膜40。通過蝕刻的手段，在導電膜40形成多條相交的第一、第二紋路42、43，並規劃若干方格區域。

通過蝕刻的手段，該基板20去除多餘部分形成多組銲墊26（參閱第8圖），該銲墊26連接貼附部25（見第17圖）而保留在成形部61的表面。

如第11、16、17圖所示，依第一、第二紋路42、43方向，以雷射手段精準的切開導電膜40和成形部61，取得大量具備外殼66的像素單元67，完成切割57步驟。該像素單元67大致相同於第一流程的像素單元，故外殼66還是擁有不導電特性，差異處在於：多了填隙部64，相對改變外殼66、微型LED 31與電極33的聯結關係。

從第17圖來看，該像素單元67的結構包括：一組銲墊26；一個電極33電連接該組銲墊26之一；三顆分別發射紅、綠、藍光的微型LED 31為一個LED組30，該LED組30電連接其他的銲墊26，每顆微型LED 31周邊塗佈一個光阻層28，該光阻層28不遮蔽微型LED 31的頂面；一個不導電的外殼66形成多組槽62與多個孔63，該槽62接收相應的微型LED 31，該微型LED 31電連接的銲墊26封住槽62底部，該孔63接收電極33，該電極33電連接的銲墊26封住孔63底部；多個填隙部64，該填隙部64填補微型LED 31與槽62的空隙，使外殼66間接包住光阻層28，抑或填補電極33和孔63的空隙，使外殼66間接包住電極33周圍，使微型LED 31和電極33的頂面露出填隙部64和外殼66；以及，一層導電膜40形成於外殼66、LED組30、電極33和填隙部64的表面，該導電膜40內側一個電路布局面41電連接微型LED 31與電極33的頂面。

使用時，該像素單元67同樣具備：

一、用三個微型LED 31發射紅、綠、藍三色混成白光，不僅具備影像完整的像素，而且微型LED 31微小的體積，使像素單元67佔用顯示裝置的表面積最小，深具較佳的填充率。

二、該銲墊26是微型LED 31與電極33的共面電接觸點，能夠直接地結合顯示裝置的驅動電路。

三、第二流程完成大量的微型LED 31製作，產生多個電連接點的像素單元67，減少配電的線材數量。

在某些實施例中，該像素單元包括：一組銲墊；一個或以上的電極焊接或固晶於對應的銲墊；一顆或以上的微型LED焊接或固晶於對應的銲墊，該微型LED周邊塗佈一個光阻層，該光阻層不遮蔽微型LED的頂面；一個外殼直接或間接包住光阻層與電極，使微型LED和電極的頂面露出外殼；以及，一層導電膜形成於外殼的表面，該導電膜內側的一個電路布局面電連接微型LED與電極的頂面。

無論LED組是由同色光的多顆發射微型LED組成，或是分別發射紅、綠、藍光的三顆微型LED組成，該外殼直接或間接包住LED組的光阻層與電極，同樣能讓像素單元達到相同目的與功效。

10、51:微點膠 11、52:巨量轉移 12、53:回流貼焊 13、54:光阻成型 14、55:濺鍍 15、56:蝕刻 16、57:切割 17、67:像素單元 20:基板 21:接著物 22:移動平台 23:柱 24、61:成形部 25:貼附部 26:銲墊 27、66:外殼 28:光阻層 30:LED組 31:微型LED 32、33:電極 40:導電膜 41:電路布局面 42:第一紋路 43:第二紋路 50:基板成型 60:形成手段 62:槽 63:孔 64:填隙部

第1圖繪製本發明製作像素單元的第一流程。第2〜9圖顯示第一流程從元件到成品的具體結構。第10圖表現第一流程製作像素單元的內部構造。第11圖繪製本發明製作像素單元的第二流程。第12〜16圖顯示第二流程局部的構成。第17圖表現第二流程製作像素單元的內部構造。

10:微點膠

11:巨量轉移

12:回流貼焊

13:光阻成型

14:濺鍍

15:蝕刻

16:切割

Claims

一種像素單元，包括：一組銲墊(26)；一個或以上的電極(32或33)焊接或固晶於對應的銲墊(26)；一顆或以上的微型LED(31)焊接或固晶於對應的銲墊(26)，該微型LED(31)周邊塗佈一個光阻層(28)，該光阻層(28)不遮蔽微型LED(31)的頂面；一個外殼(27或66)直接或間接包住光阻層(28)與電極(32或33)，使微型LED(31)和電極(32)的頂面露出外殼(27或66)；以及一層導電膜(40)形成於外殼(27或66)的表面，該導電膜(40)內側的一個電路布局面(41)電連接微型LED(31)與電極(32或33)的頂面；其中，該外殼(66)具備一個或以上的槽(62)，該槽(62)接收微型LED(31)，不導電的一個填隙部(64)填補槽(62)與微型LED(31)的空隙。
一種像素單元，包括：一組銲墊(26)；一個或以上的電極(32或33)焊接或固晶於對應的銲墊(26)；一顆或以上的微型LED(31)焊接或固晶於對應的銲墊(26)，該微型LED(31)周邊塗佈一個光阻層(28)，該光阻層(28)不遮蔽微型LED(31)的頂面；一個外殼(27或66)直接或間接包住光阻層(28)與電極(32或33)，使微型LED(31)和電極(32)的頂面露出外殼(27或66)；以及一層導電膜(40)形成於外殼(27或66)的表面，該導電膜(40)內側的一個電路布局面(41)電連接微型LED(31)與電極(32或33)的頂面；其中，該外殼(66)具備一個或以上的孔(63)，該孔(63)接收電極(33)，不導電的一個填隙部(64)填補孔(63)和電極(33)的空隙。
如請求項1或2所述的像素單元，其中，多顆發射同色光的微型LED(31)為一個LED組(30)，該外殼(27或66)直接或間接包住LED組(30)的光阻層(28)與電極(32或33)。
如請求項1或2所述的像素單元，其中，三顆分別發射紅、綠、藍光的微型LED(31)為一個LED組(30)，該外殼(27或66)直接或間接包住LED組(30)的光阻層(28)與電極(32或33)。
如請求項1或2所述的像素單元，其中，一個貼附部(25)是導電的，該貼附部(25)使銲墊(26)與微型LED(31)維持電連接關係。
如請求項1或2所述的像素單元，其中，一個貼附部(25)是導電的，該貼附部(25)使銲墊(26)與電極(32)維持電連接關係。