使用微型LED和微型LED阵列的群组的显示器制造方法与流程

使用微型led和微型led阵列的群组的显示器制造方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术受益于2021年3月16日提交的美国临时专利申请no.63/161,859并要求其优先权，该专利申请全文通过引用并入。
技术领域
3.本公开的各方面总体上涉及发光结构，诸如用于各种类型的显示器和其它设备的发光元件的结构以及发光结构的制造方法。


背景技术：

4.显示器中的发光元件(例如，像素)的数量不断增加，以提供更好的用户体验并支持新应用。然而，从设计角度和制造两者的角度，增加发光元件的数量都是具有挑战性的。减小发光元件的尺寸实现增加设备中此类发光元件的密度。然而，制造大量和高密度的更小发光元件的有效和高效技术并不广泛可用。例如，制造更小的发光二极管(led)并将此类led包含到对性能和尺寸有严格要求的日益复杂的显示架构中是一项挑战。此外，还需要改进用于显示应用的发光元件的发光特性。
5.微型led显示技术需要高产量(throughput)像素转移技术。通常，代表红色、绿色和蓝色三原色的微型led依次转移到显示基板。微型led必须交错(interleave)，以提供全彩色显示。与该方案相关联的问题包括低产量、复杂的制造过程、缺陷、对准错误、“拾取和放置”可靠性、干扰问题、高成本、不良的显示质量等。需要实现基于led的显示器的改进的制造方法。


技术实现要素：

6.下面提供一个或多个方面的简化的发明内容，以便提供对这些方面的基本理解。本发明内容不是对所有设想到的方面的广泛概述，并且既不旨在确定所有方面的关键或重要元素，也不旨在划定任何或所有方面的范围。其目的是以简化的形式呈现一个或多个方面的一些概念，作为后面呈现的更详细描述的序言。
7.本文中公开了将一个或多个微型led集群转移到显示面板的方法。在一些实施例中，该方法可以包括将包括两个或更多个微型led的多个微型led集群制造或加载到基板上，将基板定位在第一位置，其中至少第一微型led集群与显示面板上的至少第一电连接器对准，将基板朝向显示面板降低以使得第一微型led集群接触第一电连接器，以及从基板释放第一微型led集群。
8.具有集成驱动电路的微型led集群也在本文中公开。该微型led集群可以包括多个微型led。集成驱动电路可以包括电互连，这些电互连被配置为与微型led中的一个或多个或多个微型led电耦合。
附图说明
9.附图仅示出了一些实施方式，因此不应被视为范围的限制。
10.图1a图示了根据一些实施例的显示系统的前视图以及显示系统的两个详细视图。
11.图1b图示了根据一些实施例的小芯片组件的分解图。
12.图1c图示了根据一些实施例的小芯片组件的分解图。
13.图2是根据一些实施例的具有光导控光学元件的显示系统的侧视图。
14.图3图示了根据一些实施例的、在led转移过程中能够发生的物理干扰。
15.图4图示了根据一些实施例的拾取和放置led转移系统的侧视图。
16.图5图示了根据一些实施例的减轻干扰的led转移系统的侧视图。
17.图6图示了根据一些实施例的选择性激光出射led转移系统的侧视图。
18.图7和8图示了根据一些实施例的子集素(sub-raxel)转移系统的侧视图。
19.图9图示了根据一些实施例其上设置有电连接的显示面板的截面图。
20.图10是根据本文中公开的一些实施例的、描述将子集素转移到显示面板的步骤的过程流程图。
具体实施方式
21.下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为仅限于本文中提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将发明的范围完全地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，层和区域的大小和相对大小可能被夸大。
22.将理解，虽然术语第一、第二、第三等在本文中可以被用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离本发明的教导。
23.空间相对性术语，诸如“在
……
下方”、“在
……
下面”、“下部”、“在
……
之下”、“在
……
上方”、“上部”等，可以在本文中用于便于描述以描述一个元件或特征与其他元件或特征的关系，如附图中所图示。应理解，空间相对术语旨在涵盖除图中描绘的定向之外使用或操作中的设备的不同定向。例如，如果将图中的设备翻转过来，则元件被描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”或“之下”。因此，示例性术语“在
……
下面”和“在
……
之下”能够涵盖上方和下方两者的定向。设备可以以其它方式定向(转动90度或以其它定向)并相应地解释本文中使用的空间相对性描述符。此外，还将理解，当层被称为在两层“之间”时，它能够是两层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
24.本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”、“该”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出的项目中的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。
25.可以理解，当元件或层被称为“在另一元件或层上”，“连接到”、“耦合到”另一元件或层，或者与另一元件或层“相邻”时，它能够直接在另一元件或层上，连接到、耦合到另一元件或层，或者与另一元件或层相邻，或者中间元件或层可以存在。相反，当一个元件被称为“直接在另一元件或层上”，“直接连接到”、“直接耦合到”另一元件或层，或者与另一元件或层“紧邻”时，不存在中间元件或层。同样，当“从”一个元件接收或提供光时，能够直接从该元件或从中间元件接收或提供光。另一方面，当“直接从”一个元件接收或提供光时，不存在中间元件。
26.本文中参照本发明实施例描述了截面图，这些截面图是本发明的理想化实施例(和中间结构)的示意图。因此，由于例如制造技术和/或公差，预期有图示的形状的变化。因此，本发明的实施例不应被解释为限于本文中所图示的区域的特定形状，而是包括由于例如制造引起的形状上的偏差。因此，图中所图示的区域本质上是示意性的，其形状不旨在图示设备区域的实际形状，也不旨在限制本发明的范围。
27.除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所普遍理解的含义相同的含义。将进一步理解，术语，例如常用词典中定义的术语，应被解释为具有与其在相关技术和/或本说明书上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。
28.与使用传统led显示器的类似产品相比，纳入微型led显示器的产品具有许多优点。例如，微型led(也称为mled或μled)通常提供比传统显示器更高分辨率、更低能耗的显示器，并且这些因素能够是消费者决定购买特定产品的核心。随着越来越多的产品寻求满足消费者需求并纳入微型led显示器，需要新的制造方法来弥合led晶片上的微型led密度的差异，以允许使用微型led的具有成本效益的显示器。已经开发了许多多道(multi-pass)转移过程，以分开的重叠步骤转移红色、绿色和蓝色子像素。为了产生全彩色像素，红色、绿色和蓝色子像素必须交错，这限制了发射体(emitter)的密度，并能够导致分开的转移步骤之间的干扰问题。这种干扰和先前已知的解决它们的方法会导致复杂的制造过程，这些过程能够很慢，并面临可能降低显示器质量的缺陷或其他不准确性的风险。
29.图1a图示了包括显示器100的显示系统，其从源(未示出)接收内容数据(例如，与图像、视频或两者相关联的数据)。参考在最右边圆圈中示出的显示器100的详细视图，多个发光元件135，诸如微型led，被布置成集群130(在此也称为“子集素(sub-raxels)”)，这些集群进一步布置成阵列(即集群)120(在此也称为“集素(raxel)”)。在一些实施例中，子集素130可以包括在显示器100内使用的每种颜色的微型led 135中的至少一个。例如，每个子集素130可以包括红色、绿色和/或蓝色微型led 135中的一个或多个。而如图1所示的子集素130被图示具有微型led135的3x3阵列，每个阵列中的三个分别是红色、绿色和蓝色的颜色发射体，微型led颜色的组合、其他尺寸和长宽比在不脱离本公开范围的情况下是可能的。
30.参考在左圆圈中所示的显示器100的详细视图，多个集素120被布置成集素阵列(即集群)125。在集素阵列125内，每个集素可以间隔开间距150。间距150可以跨阵列125的一个或多个维度是恒定的，或者能够跨集素阵列125的一个或多个维度而变化。此外，虽然集素120以网格布置显示，但其他配置也是可能的。例如，一个或多个行或列可以相对于一个或多个相邻的行或列被偏移或移位。
304g来实现对准。当基板302和微型led 304g降低到与显示面板308上的电连接器306g接触时，微型led 304g中的一个大体上足够接近电连接器306g中的每一个以附着到电连接器306g和/或设置在其上的可流动金属310以完成转移。
39.当一个或多个先前转移的微型led，例如微型led 304r，在第二或第三重叠转移步骤期间干扰诸如微型led 304g的后续颜色的微型led的对准和/或转移时，就出现挑战。先前放置的微型led 304r和微型led 304g之间的物理干扰可以阻碍微型led 304g接触对应的电连接器306g和/或设置在其上的可流动金属310，从而阻碍像素转移。
40.为了减轻这种物理干扰，可以实现拾取和放置系统，如图4所示的系统400。系统400不是像关于系统300所讨论的那样用多个单一颜色的微型led铺盖基板，而是依靠拾取和放置柄402将微型led 304g携带、对准和转移到显示面板308上。柄402包括突起412，其具有选定的间隔414以使得突起之间的距离对应于单一颜色的电连接器306之间的距离。突起412的高度(例如，突起从柄402延伸出的距离)可以基于要被转移的微型led的高度来进行选择。在一些实施例中，突起412的高度可以大于或等于将被放置在显示面板308上的最高的微型led的高度。这种突起412减轻了先前转移的微型led 304r和要被转移的微型led 304g之间的物理接触。
41.使用拾取和放置系统400的一个难点是，在突起412、微型led 304g和电连接器306g之间需要高度的对准精度。高精度对准通常是耗时的，并且可能需要复杂的装备。如果微型led 304g不在柄402的突起412上居中和/或如果柄402未与对应的电连接器306g精确对准，则微型led 304g可以在从电连接器306g的中心稍微平移的位置转移和/或可以相对于显示面板308倾斜。这种对准问题可能降低显示系统的输出图像质量。
42.图5示出了类似于关于图4所讨论的像素转移系统500。系统500不是提供带有延伸越过先前转移的像素的突起的拾取和放置柄，而是通过在先前放置的微型led 304r在转移过程期间预期对准的区域中、在基板302上的微型led 304g之间留出空间来工作。因此，要被转移的微型led 304g可以与对应的电连接器306g接触而没有物理干扰。如关于图3和4所讨论的对准问题和转移过程复杂性可能仍然发生在系统500中。
43.图6图示了另一像素转移系统600，该系统被配置为减轻先前转移的微型led 304r和要被转移的微型led 304g之间的物理干扰。系统600依靠真空中的重力下落和/或选择性激光出射来从基板302释放微型led 304g，同时微型led 304g与其对应的电连接器306g之间存在间隙。基板302被定位使得在微型led 304g和其对应的电连接器306g之间存在具有大于或等于先前转移的微型led 304r高度的间隙。静电转移力被施加到与电连接器306g对准的微型led 304g，并且微型led 304g中的一个或多个从基板302上脱落并落在对应的电连接器306g上，它们经由可流动金属310附着在该处。这种转移方法可能不准确，因为微型led能够在下降时发生位置变化。
44.图7示出了将多种颜色的微型led集群转移到显示面板的一步式(one step)、非重叠、直接接触式方法。转移系统700包括基板702，其可以是原生晶片或载体条带，其上设置有若干微型led集群，诸如微型led子集素716。在一些实施例中，基板702可以包括中间柄或面板。然后，微型led集群将从中间柄或面板转移到显示器上。如果基板702是原生晶片，则子集素716中的每一个可以被部分释放。每个子集素716可以包括两个或更多个微型led 704。在所示的示例中，每个子集素716分别包括至少一个红色、绿色和蓝色微型led 704r、
704g和704b。本领域技术人员将理解，微型led的颜色的其他组合和/或诸如2、4、5、6、9或更多的其它数量可以被包括在微型led子集素716中而不脱离本公开的范围。
45.例如子集素716a和716b的非相邻子集素716之间的间隔714可以对应于显示面板708上的电连接器706之间的距离。将理解的是，在间隔714内附接在基板702上的子集素可以被去除；然而，包括附加的子集素和更密集地封装基板702可以促进更快的微型led转移，因为在随后的转移接触步骤之间可以需要更少的基板702的移动。电连接器706可以包括多个分开的可流动金属区域710，每个区域被配置为接触单个微型led 704。
46.参考图9，示出其上具有电连接器906的显示面板系统900的详细视图。连接器906是连接器906的一个示例。显示面板708上的每个电连接器906可以包括多个金属区域920，这些区域920由电绝缘材料922彼此绝缘。一旦微型led集群(例如子集素)716和电连接器906之间进行接触，这两个部件可以使用热、压力和/或声波键合被键合在一起。键合可以由激光和/或其他能源辅助。
47.一旦微型led集群(例如子集素)被键合到电连接器，集群716就可以从基板702中完全释放。在一些实施例中，释放可以由激光、弹性体、声波或其它能量源辅助。然后将基板702远离显示面板708抬升并平移到显示面板708上方的新位置，如图8所示，新位置与图7所示的第一位置基本上不重叠。基板702在新位置上朝向显示面板708降低，使得仍然与基板702耦合的附加集群716被转移到对应的电连接器706上。值得注意的是，由于给定基板区域或位置的所有微型led的转移在一个步骤中发生，而不是需要每个颜色的微型led的多个重叠的转移步骤，因此先前转移的和要被转移的微型led之间没有物理干扰。因此，在将微型led转移到显示面板之前将多个微型led封装在一起消除了在显示面板的同一区域上的多个转移步骤的需求，并且消除上述物理干扰。减少转移步骤的数量并消除物理干扰允许简单、快速和具有成本效益的过程，诸如相对于图7和8描述的那些被用于创建高质量、对准良好的微型led显示器。
48.本说明书已经使用微型led集群716的转移其中集群被形成为子集素来作为示例。本领域技术人员将理解，相同的转移概念可以被应用于形成为集素的集群716从基板到显示器的转移，其中集素被理解为包括先前描述的多个子集素。本领域技术人员将理解，相同的转移概念可以被应用于形成为小芯片的集群716从基板到显示器的转移，其中小芯片被理解为包括如先前描述的电连接到微型ic的多个集素。
49.图10是将微型led从基板转移到显示面板的方法1000的过程流程图。方法1000以开始步骤1001开始然后前进到步骤1002，其可以包括将多个微型led集群制造或加载到载体基板上，每个微型led集群包括两个或更多个微型led。步骤1004包括将基板定位在第一位置，其中至少一个或多个第一微型led集群与显示面板上的至少一个或多个第一电连接器对准。然后在步骤1006，基板朝向显示面板降低，使得至少一个或多个第一微型led集群接触至少一个或多个第一电连接器。步骤1008包括从基板释放至少一个或多个第一微型led集群，从而将该至少一个或多个第一微型led集群转移到显示面板。在此步骤中，微型led集群的转移不限于单个微型led集群，而是可以包括两个或更多个微型led集群的转移。两个或更多个微型led集群的转移可以提高制造效率并降低显示器的制造成本。然后可以在步骤1010处将基板远离显示面板抬升。在步骤1012，基板可以相对于显示面板平移到新位置，使得基板的新位置与第一位置或完成了接触转移步骤的任何其他先前位置基本上不
重叠。在步骤1014，至少一个或多个第二微型led集群与显示面板上的至少一个或多个第二电连接器对准，然后在步骤1016，基板朝向显示面板降低，使得该至少一个或多个第二微型led集群接触至少一个或多个第二电连接器。在步骤1018，从基板释放该至少一个或多个第二微型led集群。如先前所讨论的，在此步骤，微型led集群的转移不限于单个微型led集群，而是可以包括两个或更多个微型led集群的转移。两个或更多个微型led集群的转移可以提高显示器的制造效率并降低制造成本。在步骤1020，该过程可以继续将提升基板和将基板平移到相对于显示面板的新(例如，第三或更多)位置，使得新位置与任何先前位置基本上不重叠。该过程在步骤1022完成。
50.上述内容是本发明的说明，不应被解释为对其的限制。尽管已经描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在示例性实施例中可以进行许多修改，而不会实质上偏离本发明的新颖教导和优点。
51.特征组合
52.上面描述的特征以及下面要求保护的特征可以以各种方式组合而不脱离本文的范围。以下列举的示例说明了一些可能的非限制性组合：
53.(a1)一种将多个微型led集群从基板转移到显示面板的方法包括：将多个微型led集群制造或加载到基板上，其中每个微型led集群包括两个或更多个微型led；将基板定位在第一位置，其中多个微型led集群中的第一微型led集群与设置在显示面板上的第一电连接器集群对准；将基板朝向显示面板移动，使得第一微型led集群接触第一电连接器；以及从基板释放第一微型led集群。
54.(a2)在(a1)的实施例中，微型led集群中的每一个包括被配置为发射第一颜色的微型led和被配置为发射第二颜色的微型led。
55.(a3)在实施例(a1)或(a2)中的任一个中，微型led集群中的每一个还包括被配置为发射第三颜色的微型led。
56.(a4)实施例(a1)-(a4)中的任一个还包括方法，该方法包括：将基板远离显示面板移动；相对于显示面板平移基板，使得基板定位在第二位置，其中第二位置与第一位置不重叠；将至少第二多个微型led集群与设置在显示面板上的至少第二多个电连接器对准；将基板朝向显示面板移动，使得第二多个微型led集群接触第二多个电连接器；以及从基板释放第二多个微型led集群。
57.(a5)在实施例(a1)
–
(a5)中的任一个中，微型led集群中的每一个还包括集成电路。
58.(b1)一种微型led集群，包括多个微型led，以及包括与多个微型led电耦合的电互连的集成电路。
59.(b2)在(b1)的实施例中，集成电路被键合到多个微型led。
60.(b3)在实施例(b1)或(b2)中的任一个中，集成电路是与多个微型led一起单片地形成的。
61.(b4)在实施例(b1)-(b4)中的任一个中，集成电路与显示面板上的电路耦合。
62.(b5)在实施例(b1)-(b5)中的任一个中，集成电路与被动式显示面板耦合。
63.(b6)实施例(b1)-(b6)中的任一个还包括与多个微型led耦合的微透镜。
64.(b7)实施例(b1)-(b7)中的任一个还包括与多个微型led耦合的多个微透镜。
65.相应地，根据上述描述和附图能够得出许多不同的实施例。将理解，完全描述和说明这些实施例的每个组合和子组合将是过度重复和令人困惑的。因此，本说明书，包括附图，应被解释为构成对本文中描述的实施例的所有组合和子组合以及制作和使用它们的方式和过程的完整书面描述，并且能够支持对任何此类组合或子组合的权利要求。

技术特征：
1.一种将多个微型led集群从基板转移到显示面板的方法，所述方法包括：将所述多个微型led集群制造或加载到所述基板上，其中每个微型led集群包括两个或更多个微型led；将所述基板定位在第一位置，其中所述多个微型led集群中的第一微型led集群与设置在所述显示面板上的第一电连接器集群对准；将所述基板朝向所述显示面板移动，使得所述第一微型led集群接触所述第一电连接器；以及从所述基板释放所述第一微型led集群。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微型led集群中的每个微型led集群包括被配置为发射第一颜色的微型led和被配置为发射第二颜色的微型led。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述微型led集群中的每个微型led集群还包括被配置为发射第三颜色的微型led。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述基板远离所述显示面板移动；相对于所述显示面板平移所述基板，使得所述基板被定位在第二位置，其中所述第二位置与所述第一位置不重叠；将至少第二多个微型led集群与设置在所述显示面板上的至少第二多个电连接器对准；将所述基板朝向所述显示面板移动，使得所述第二多个微型led集群接触所述第二多个电连接器；以及从所述基板释放所述第二多个微型led集群。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微型led集群中的每个微型led集群还包括集成电路。6.一种微型led集群，包括多个微型led和集成电路，其中，所述集成电路包括与所述多个微型led电耦合的电互连。7.根据权利要求6所述的微型led集群，其中，所述集成电路被键合到所述多个微型led。8.根据权利要求6所述的微型led集群，其中，所述集成电路是与所述多个微型led一起单片地形成的。9.根据权利要求6所述的微型led集群，其中，所述集成电路与显示面板上的电路耦合。10.根据权利要求6所述的微型led集群，其中，所述集成电路与被动式显示面板耦合。11.根据权利要求6所述的微型led集群，还包括与所述多个微型led耦合的微透镜。12.根据权利要求6所述的微型led集群，还包括与所述多个微型led耦合的多个微透镜。

技术总结
一种用于将一个或多个微型LED集群转移到显示面板的方法包括将包括两个或更多个微型LED的多个微型LED集群制造或加载到基板上，并且将该基板定位在第一位置。至少第一微型LED集群与显示面板上的至少第一电连接器对准。该方法还包括将基板朝向显示面板降低，使得第一微型LED集群接触第一电连接器，以及从基板释放第一微型LED集群。放第一微型LED集群。


技术研发人员：何刚
受保护的技术使用者：谷歌有限责任公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2023/10/8