微组装LED显示器制造技术

本发明专利技术涉及微组装LED显示器。所揭示技术提供使用微型LED阵列的微组装微型LED显示器及照明元件，所述微型LED过小(例如，具有10μm到50μm的宽度或直径的微型LED)、众多或易碎而无法通过常规手段来组装。所揭示技术提供使用微转印印刷技术组装的微型LED显示器及照明元件。所述微型LED可制备于同质衬底上且印刷到显示器衬底(例如，塑料、金属、玻璃或其它材料)，借此避免在所述显示器衬底上制造所述微型LED。在某些实施例中，所述显示器衬底是透明的及/或柔性的。

Micro-assembled LED Display

【技术实现步骤摘要】
微组装LED显示器分案申请的相关信息本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2015年6月18日、申请号为PCT/EP2015/063709的国际申请进入中国后专利技术名称为“微组装LED显示器”的第201580042604.5号专利技术专利申请案。相关申请案本申请案主张以下美国临时专利申请案的优先权及权益：2014年6月18日提出申请的标题为“微组装LED显示器及照明元件(MicroAssembledLEDDisplaysandLightingElements)”的第62/014,077号美国临时专利申请案；2014年7月20日提出申请的标题为“微组装LED显示器及照明元件”第62/026,695号美国临时专利申请案；2014年7月27日提出申请的标题为“微组装LED显示器及照明元件”的第62/029,533号美国临时专利申请案；2014年9月25日提出申请的标题为“经由微转移印刷组装的微型LED显示器的互连构架优点(InterconnectionArchitecturesAdvantageousforMicro-LEDDisplaysAssembledviaMicroTransferPrinting)”的第62/055,485号美国临时专利申请案；2014年9月26日提出申请的标题为“经由微转移印刷组装的微型LED显示器的互连构架优点”的第62/056,419号美国临时专利申请案；2014年3月10日提出申请的标题为“具有底部发射无机微尺度发光二极管的无源矩阵显示器(PassiveMatrixDisplaywithBottomEmittingInorganicMicroScaleLightEmittingDiodes)”的第62/131,230号美国临时专利申请案；2015年4月16日提出申请的标题为“微组装微型LED显示器及照明元件(MicroAssembledMicroLEDDisplaysandLightingElements)”的第62/148,603号美国临时专利申请案；及2015年6月1日提出申请的标题为“微组装微型LED显示器及照明元件”的第62/169,531号美国临时专利申请案，所述美国临时专利申请案中的每一者的内容以全文引用的方式并入本文中。
本文中描述以过小、过多或过于易碎而无法通过常规手段组装的微型LED阵列为特征的微组装无机发光二极管(即，微型LED)显示器及照明元件。
技术介绍
平板显示器通常构造有分布于扁平衬底表面上方的光发射器阵列。除等离子电视外，发射式平板显示器通常依赖于(i)具有由液晶及彩色滤光器提供的像素光控制的背光(例如，液晶显示器)、(ii)有机彩色光发射器(例如，有机发光二极管显示器)，或(iii)具有彩色滤光器的有机白色光发射器(例如，白色有机发光二极管显示器)。重要地，所有这三种平板显示器技术均是区域发射器，即，每一像素的整个区域填充有光发射器或光控制器。这些显示器中的大部分是依赖于形成于衬底上的局部电路以控制像素的有源矩阵显示器。这些电路(针对液晶显示器的单个晶体管及针对有机发光二极管显示器的两个或多于两个晶体管)在衬底上需要显著区域，这减少可用于光发射的区域。有机发光二极管显示器通常具有60％填充因数(还称作为有源发光区域或孔径比)，且液晶显示器可取决于显示器大小及分辨率而具有甚至更大填充因数。无机发光二极管(LED)通常是使用需要使用各种化学品及材料的半导体过程而制造。此制造方法需要使用在高温制造过程期间不熔化的刚性衬底(例如，蓝宝石衬底或硅衬底)。在将LED制作于刚性衬底上之后，通常将晶片切割以形成用于显示器中的个别LED。显示器中的早期LED应用包含具有数值LED显示器的手持式计算器。最近，LED已经集成为显示器的背光。将LED集成于较大显示器(例如显示器面板)中涉及对显示器面板中的每一个别LED的复杂布线。将LED用于显示器(例如RGBLED显示器)中继续呈现众多挑战，包含增加的复杂性、有限的显示格式、增加的制造成本及减小的制造合格率。举例来说，具有分辨率1280×720的显示器包含921,600个像素。针对RGBLED显示器，每一像素通常必须在每一像素中包含三个LED(红色、绿色及蓝色LED)。因此，显示器在此实例中必须使用2,764,800个LED。在一些情形中，所有这些LED必须布置于对角线测量为数英寸的显示器中。这些LED不仅必须较小，而且所述LED必须布置成具有适当布线及驱动电路的阵列。此外，用于形成每一色彩的LED的材料不同。针对RGB显示器视需要在制造期间布置不同色彩LED是极其困难的。半导体芯片或裸片自动化组装设备通常使用真空操作放置头(例如真空抓持器或取放工具)以拾取装置并将装置应用于衬底。使用此技术来拾取及放置超薄且小型装置是困难的。此外，LED通常在微型LED的不同面上形成有端子。这些垂直LED在互连过程期间在电隔离阳极及阴极方面遇到挑战。此需要在(例如)LED显示器的机器人组装中在端子之间沉积垂直绝缘体。举例来说，如果一个端子位于底部上且一个端子位于顶部上，那么端子在x-y平面中占据相同空间且需要稳健绝缘体。在LED的两个端子之间面板级形成垂直电绝缘向显示器添加额外步骤及层，从而在显示器应用中添加增加的复杂性。出于这些原因以及其它原因，为消费者提供高分辨率RGBLED显示器是困难且昂贵的。因此，需要使用提供低成本制造、经改善合格率及经改善系统可靠性的LED来制造显示器的系统及方法。
技术实现思路
本文中描述以过小、过多或过于易碎而无法通过常规手段组装的微型LED阵列(例如，微型LED具有0.5μm到50μm的宽度、长度、高度及/或直径；例如，1μm到50μm的宽度、5μm到500μm的长度及0.5μm到50μm的高度)为特征的微组装无机发光二极管(例如，微型LED)显示器及照明元件。确切来说，这些显示器是使用微转移印刷技术组装。所述微型LED可使用高温制造技术制备于同质衬底上且被印刷到非同质显示器衬底(例如，与微型LED原本制成于其上的同质衬底分离且相异的聚合物、塑料、树脂、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、金属、金属箔、玻璃以及蓝宝石、透明材料或柔性材料)，借此避免将所述微型LED制造于所述显示器衬底上，所述显示器衬底除其它事项外还无法耐受构造半导体元件所需的温度。经微转移印刷的微型LED是明亮的(例如，从300W/cm2到700W/cm2的强度)且实现低电力消耗。显示器可利用透明的(例如，塑料、蓝宝石、或玻璃)衬底，且可经制成为轻量或柔性或者两者。由于所述微型LED占据显示器区域的小部分，且由于所述微型LED布线可是细或透明的，因此显示器自身可是透明或半透明的。显示器可从前侧、背侧或两侧发射光。在一些实施例中，显示器在一侧上具有粘附层，从而产生贴纸状显示器。稀疏分布的微型LED允许包含微型传感器、电力收获装置、姿势传感器(接触式及非接触式两者)、图像捕获装置等新功能。显示器还可包含微转移印刷的微型集成电路，所述微型集成电路提供CMOS性能及(在一些实施例中)嵌入式存储器(例如，非易失性存储器)。LED像素的有源发光区域是小的且相对于其中半导体材料占据整个显示器面板或其大量部分的常规显示器而占据最小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机发光二极管，其括：导电层，其具有顶部表面和底部表面；无机发光层，其直接安置于所述导电层的所述顶部表面的一部分上且与之接触，所述导电层包括延伸超过所述无机发光层的边缘的悬臂延伸部；第一金属端子，其直接安置于所述无机发光层的一部分上且与之接触，并且延伸并覆盖所述无机发光层的不同边缘的至少一部分，并且延伸并覆盖所述导电层的边缘的至少一部分，使得所述第一金属端子延伸到与所述导电层的所述底部表面重合的平面，其中所述第一金属端子不与所述导电层直接电接触；第二金属端子，其直接安置于所述导电层的所述悬臂延伸部上且与之接触，并且直接延伸并覆盖所述导电层的另一边缘的至少一部分，使得所述第二金属端子延伸到与所述导电层的所述底部表面重合的所述平面，其中所述第一金属端子和所述第二金属端子各自是至少部分反射性的，并且在所述第一金属端子和所述第二金属端子之间提供的电流致使所述无机发光层穿过所述导电层发光，使得所述无机发光二极管是向下发射的水平无机发光二极管；以及经图案化电介质层，其直接安置于所述无机发光层和所述导电层中的至少一部分上且与之接触，其中：所述电介质层将所述第一金属端子与所述第二金属端子电隔离，并将所述第一金属端子与所述导电层电隔离，所述无机发光二极管具有其上仅部分地安置了所述第一和第二金属端子的一侧，并且所述第一和第二金属端子在所述侧上分开达从1μm到10μm的水平距离，所述无机发光二极管具有从1μm到10μm的宽度，所述无机发光二极管具有大于或等于2μm的长度，且所述长度小于或等于20μm，所述长度大于所述宽度，所述长度是在与所述水平距离相同的方向上测量的，所述宽度是在与所述长度垂直的方向且与所述长度相同的平面上测量的，以及所述长度大于所述水平距离并跨越所述第一和第二金属端子。...

【技术特征摘要】
2014.06.18 US 62/014,077;2014.07.20 US 62/026,695;1.一种无机发光二极管，其括：导电层，其具有顶部表面和底部表面；无机发光层，其直接安置于所述导电层的所述顶部表面的一部分上且与之接触，所述导电层包括延伸超过所述无机发光层的边缘的悬臂延伸部；第一金属端子，其直接安置于所述无机发光层的一部分上且与之接触，并且延伸并覆盖所述无机发光层的不同边缘的至少一部分，并且延伸并覆盖所述导电层的边缘的至少一部分，使得所述第一金属端子延伸到与所述导电层的所述底部表面重合的平面，其中所述第一金属端子不与所述导电层直接电接触；第二金属端子，其直接安置于所述导电层的所述悬臂延伸部上且与之接触，并且直接延伸并覆盖所述导电层的另一边缘的至少一部分，使得所述第二金属端子延伸到与所述导电层的所述底部表面重合的所述平面，其中所述第一金属端子和所述第二金属端子各自是至少部分反射性的，并且在所述第一金属端子和所述第二金属端子之间提供的电流致使所述无机发光层穿过所述导电层发光，使得所述无机发光二极管是向下发射的水平无机发光二极管；以及经图案化电介质层，其直接安置于所述无机发光层和所述导电层中的至少一部分上且与之接触，其中：所述电介质层将所述第一金属端子与所述第二金属端子电隔离，并将所述第一金属端子与所述导电层电隔离，所述无机发光二极管具有其上仅部分地安置了所述第一和第二金属端子的一侧，并且所述第一和第二金属端子在所述侧上分开达从1μm到10μm的水平距离，所述无机发光二极管具有从1μm到10μm的宽度，所述无机发光二极管具有大于或等于2μm的长度，且所述长度小于或等于20μm，所述长度大于所述宽度，所述长度是在与所述水平距离相同的方向上测量的，所述宽度是在与所述长度垂直的方向且与所述长度相同的平面上测量的，以及所述长度大于所述水平距离并跨越所述第一和第二金属端子。2.根据权利要求1所述的无机发光二极管，所述无机发光二极管具有从0.5μm到2μm、从2μm到5μm或从5μm到10μm的高度。3.根据权利要求1所述的无机发光二极管，其中所述第一金属端子的表面与第二金属端子的表面共享一平面。4.根据权利要求1所述的无机发光二极管，其中所述第一和第二金属端子覆盖大于或等于50％且小于100％的所述无机发光二极管的所述横向占用面积。5.根据权利要求1所述的无机发光二极管，其中所述横向导电层包括选自由以下各项组成的群组的至少一个部件：金属镜、电介质镜、高折射率半导体及对从所述发光二极管发射的所述光基本上透明的半导体，借此形成向上发射显示器。6.根据权利要求1所述的无机发光二极管，其中所述横向导电层包括选自由以下各项组成的群组的至少一个部件：对从所述发光二极管发射的所述光基本上透明的半导体、透明导电氧化物及薄金属网。7.根据权利要求1所述的无机发光二极管，其中所述第一和第二金属端子是透明的。8.根据权利要求1所述的无机发光二极管，其中所述第一和第二金属端子包括选自由以下各项组成的群组的至少一个部件：碳纳米管膜、铝、银、金、镍、铂及钛。9.一种无机发光二极管显示器，其包括多个根据权利要求1所述的无机发光二极管，其中所述无机发光二极管安置于具有与所述衬底相邻的所述导电层的衬底上，并且所述第一金属端子和第二金属端子分别电连接到安置于所述衬底上的第一互连件和第二互连件。10.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其中所述衬底是具有从5微米到10微米、从10微米到50微米、从50微米到100微米、从100微米到200微米、从200微米到500微米、从500微米到0.5mm、从0.5mm到1mm、从1mm到5mm、从5mm到10mm或从10mm到20mm的厚度的显示器衬底。11.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其中所述显示器的分辨率是120×90、1440×1080、1920×1080、1280×720、3840×2160、7680×4320或15360×8640。12.根据权利要求11所述的无机发光二极管显示器，其包括多个光学反射结构，其中所述多个光学反射结构中的光学反射结构与所述第一金属端子位于所述多个发光二极管中的对应发光二极管的同一侧上。13.根据权利要求11所述的无机发光二极管显示器，其包括多个光学反射结构，每个光学反射结构位于所述多个发光二极管中的对应发光二极管下方在所述发光二极管的与所述第一金属端子相对的一侧上。14.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其包括：多个第一互连件，每个第一互连件电连接到对应发光二极管的所述第一金属端子；以及多个第二互连件，每个第二互连件电连接到对应发光二极管的所述第二金属端子，其中所述多个第一互连件及所述多个第二互连件位于所述第一面上。15.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其中所述多个发光二极管中的每个无机发光二极管的所述第一互连件和所述第二互连件处于单个金属层中。16.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其包括绝缘体，所述绝缘体安置于所述多个发光二极管中的每个无机发光二极管的所述第一互连件或所述第二互连件上方或下方，且其中所述多个发光二极管中的每个无机发光二极管的第一互连件通过所述绝缘体中的多个通孔的一通孔电耦合到多个列电极中的一个列电极，每个通孔与所述多个发光二极管中的一发光二极管相关联。17.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其中所述多个发光二极管中的每个无机发光二极管的所述第一互连件和所述第二互连件具有互连宽度，并且以大于所述互连宽度的距离且大于所述水平距离的距离间隔开。18.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其中所述显示器衬底是选自由以下各项组成的群组的部件：聚合物、塑料、树脂、聚酰亚胺、PEN、PET、金属、金属箔、玻璃、半导体及蓝宝石。19.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其中显示器衬底具有针对可见光大于或等于50％的透明度。20.根据权利要求9所述的无机发光二极管显示器，其中所述显示器衬底具有包含所述多个发光二极管的连续显示器衬底区域，所述多个发光二极管中的每个发光二极管具有发光区域，且所述多个发光二极管的组合发光区域小于或等于所述连续显示器衬底区域的四分之一。21.根据权利要求20所述的无机发光二极管显示器，其中所述多个发光二极管的所述组合发光区域小于或等于所述连续显示器衬底区域的千分之一。22.根据权利要求1所述的无机发光二极管显示器，其中所述无机发光二极管的所述长度大于或等于其宽度的两倍。23.根据权利要求1所述的无机发光二极管显示器，其中所述无机发光层包括单一材料组成。24.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·鲍尔，马修·梅特，戴维·高梅兹，萨瓦托瑞·波纳菲德，戴维·尼博格，艾林·菲修鲁，卡尔·普利维特，
申请(专利权)人：艾克斯瑟乐普林特有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰,IE