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LED显示器，所述显示器包括：透明显示器衬底；显示器电路，其具有至少部分地形成在所述透明显示器衬底上的共同层中的第一不透明显示器电极和第二不透明显示器电极；多个像素，每个像素包括连接到所述显示器电路的一组主要无机LED及未连接到所述显示器电路的一组冗余无机LED，其中所述冗余无机LED中的每个能够电连接到所述显示器电路以替换是所述主要无机LED中的一个的对应有缺陷的LED，其中：每个主要及冗余无机LED形成于与所述透明显示器衬底相异且分离的同质衬底中或同质衬底上；每个主要无机LED在分别连接到所述第一不透明显示器电极和所述第二不透明显示器电极的相应LED的同一侧上具有第一不透明LED电极和第二不透明LED电极；每个冗余无机LED在所述相应LED的同一侧上具有第一不透明冗余电极和第二不透明冗余电极，并且所述第一不透明LED电极未连接到所述第一不透明显示器电极；以及所述主要无机LED和所述冗余无机LED位于所述透明显示器衬底上，以及所述第一不透明LED电极，所述第二不透明LED电极，所述第一不透明显示器电极，所述第二不透明显示器电极，所述第一不透明冗余电极以及所述第二不透明冗余电极中的每一个整体上是不透明的。...

【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LED显示器，所述显示器包括：透明显示器衬底；显示器电路，其具有至少部分地形成在所述透明显示器衬底上的共同层中的第一不透明显示器电极和第二不透明显示器电极；多个像素，每个像素包括连接到所述显示器电路的一组主要无机LED及未连接到所述显示器电路的一组冗余无机LED，其中所述冗余无机LED中的每个能够电连接到所述显示器电路以替换是所述主要无机LED中的一个的对应有缺陷的LED，其中：每个主要及冗余无机LED形成于与所述透明显示器衬底相异且分离的同质衬底中或同质衬底上；每个主要无机LED在分别连接到所述第一不透明显示器电极和所述第二不透明显示器电极的相应LED的同一侧上具有第一不透明LED电极和第二不透明LED电极；每个冗余无机LED在所述相应LED的同一侧上具有第一不透明冗余电极和第二不透明冗余电极，并且所述第一不透明LED电极未连接到所述第一不透明显示器电极；以及所述主要无机LED和所述冗余无机LED位于所述透明显示器衬底上，以及所述第一不透明LED电极，所述第二不透明LED电极，所述第一不透明显示器电极，所述第二不透明显示器电极，所述第一不透明冗余电极以及所述第二不透明冗余电极中的每一个整体上是不透明的。2.根据权利要求1所述的显示器，其包括电连接到所述显示器电路的冗余LED。3.根据权利要求1所述的显示器，其包括将冗余LED电连接到所述显示器电路的导电跨接线。4.一种无机发光二极管LED显示器，所述显示器包括：透明显示器衬底；显示器电路，其具有至少部分地形成在所述透明显示器衬底上的共同层中的第一不透明显示器电极和第二不透明显示器电极；电连接到所述第一不透明电极和第二不透明电极的多个像素，每个像素包括一组主要无机LED及一组冗余无机LED，其中：每个主要及冗余无机LED形成于与所述透明显示器衬底相异且分离的同质衬底中或同质衬底上；每个主要无机LED在分别连接到所述第一不透明显示器电极和第二不透明显示器电极的相应LED的同一侧上具有第一不透明LED电极和第二不透明LED电极；每个冗余无机LED在所述相应LED的同一侧上具有第一不透明冗余电极和第二不透明冗余电极；所述主要无机LED和所述冗余无机LED位于所述透明显示器衬底上，所述冗余组中的每个无机LED与电阻器串联连接以形成LED-电阻器对，且每个LED-电阻器对与所述主要组中的无机LED并联布线；以及所述第一不透明LED电极，所述第二不透明LED电极，所述第一不透明显示器电极，所述第二不透明显示器电极，所述第一不透明冗余电极以及所述第二不透明冗余电极中的每一个是完全不透明的。5.一种无机发光二极管LED显示器，所述显示器包括：透明显示器衬底；显示器电路，其具有至少部分地形成在所述透明显示器衬底上的共同层中的第一不透明显示器电极和第二不透明显示器电极；电连接到所述第一不透明电极和第二不透明电极的多个像素，每个像素包括一组主要无机LED及一组冗余无机LED，其中：每个主要及冗余无机LED形成于与所述透明显示器衬底相异且分离的同质衬底中或同质衬底上；每个主要无机LED在分别连接到所述第一不透明显示器电极和所述第二不透明显示器电极的相应LED的同一侧上具有第一不透明LED电极和第二不透明LED电极；每个冗余无机LED在所述相应LED的同一侧上具有第一不透明冗余电极和第二不透明冗余电极；所述主要无机LED和所述冗余无机LED位于所述透明显示器衬底上，所述冗余组中的每个无机LED与二极管串联连接以形成LED-二极管对，且每个LED-二极管对与所述主要组中的无机LED并联布线；以及所述第一不透明LED电极，所述第二不透明LED电极，所述第一不透明显示器电极，所述第二不透明显示器电极，所述第一不透明冗余电极以及所述第二不透明冗余电极中的每一个是完全不透明的。6.根据权利要求1所述的显示器，其中：所述组主要无机LED包括多个发射红色光的红色无机LED、多个发射绿色光的绿色无机LED、及多个发射蓝色光的蓝色无机LED，以及所述组冗余无机LED包括多个冗余的发射红色光的红色无机LED、多个冗余的发射绿色光的绿色无机LED、及多个冗余的发射蓝色光的蓝色无机LED。7.根据权利要求1所述的显示器，其中所述组主要无机LED包括多个发射黄色光的黄色无机LED；且所述组冗余无机LED包括多个冗余的发射黄色光的黄色无机LED。8.根据权利要求1所述的显示器，其中所述组主要无机LED及所述组冗余无机LED直接位于所述透明显示器衬底上。9.根据权利要求1所述的显示器，其中每一像素包括电连接到相应像素中的每一无机LED的无机集成电路。10.根据权利要求1所述的显示器，其中每一像素包括主要微型集成电路及冗余微型集成电路。11.根据权利要求1所述的显示器，其中所述透明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。12.根据权利要求1所述的显示器，其中每一无机LED具有从2μm到5μm、从5μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的宽度。13.根据权利要求1所述的显示器，其中每一无机LED具有从2μm到5μm、从5μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的长度。14.根据权利要求1所述的显示器，其中每一无机LED具有从2μm到5μm、从4μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的高度。15.根据权利要求1所述的显示器，其中透明显示器衬底具有针对可见光大于或等于50％、80％、90％或95％的透明度。16.根据权利要求1所述的显示器，其中所述显示器衬底具有包含所述组主要无机LED及所述组冗余无机LED的连续显示器衬底区域，每一LED具有发光区域，且LED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。17.根据权利要求16所述的显示器，其中所述LED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八分之一、十分之一、二十分之一、五十分之一、百分之一、五百分之一、千分之一、两千分之一或万分之一。18.根据权利要求1所述的显示器，其中所述组冗余无机LED的子集连接到相应的第一和第二不透明电极。19.一种多模式显示器，其包括：直视平板显示器中的显示器衬底；第一发射式无机微型LED显示器，其形成于所述显示器衬底的表面上方；以及第二显示器，其形成于所述显示器衬底的所述表面上方，所述第二显示器是不同于所述第一发射式微型LED显示器的类型；其中：所述第一显示器的一个或多个像素在空间上位于与所述显示器衬底的所述表面平行的方向上的所述第二显示器的两个以上的像素之间，所述第一显示器和所述第二显示器是独立显示器，使得所述第一显示器和所述第二显示器可独立操作以显示不同的显示器图像，所述第一显示器中的每个无机发光二极管具有与所述显示器衬底相异且分离并与任何其他无机发光二极管的所述LED衬底分离的LED衬底，以及所述第一发射式微型LED显示器中的每个无机发光二极管的所述发光面积比所述第二显示器的所述像素中的每一个的所述面积小至少10倍。20.根据权利要求19所述的多模式显示器，其中所述第二显示器是非发射反射式显示器。21.根据权利要求20所述的多模式显示器，其中所述第二显示器是电泳或基于MEM的显示器。22.根据权利要求19所述的多模式显示器，其中所述第一显示器包括多个第一像素且所述第二显示器包括多个第二像素，其中所述多个第一像素中的每一个小于所述多个第二像素中的每一个。23.根据权利要求19所述的多模式显示器，其包括用于在所述第一显示器与所述第二显示器之间切换的控制器。24.根据权利要求19所述的多模式显示器，其包括蜂窝式电话、智能电话或平板计算装置。25.根据权利要求19所述的多模式显示器，其中所述第一显示器与所述第二显示器位于所述显示器衬底的不同部分上方。26.根据权利要求19所述的多模式显示器，其中所述第一显示器及所述第二显示器位于所述显示器衬底的同一部分上方。27.根据权利要求26所述的多模式显示器，其中所述第一显示器位于所述第二显示器的至少一部分的顶部上在所述第二显示器的与所述显示器衬底相对的一侧上。28.根据权利要求26所述的多模式显示器，其中所述第一显示器的光控制元件散布在具有所述第二显示器的光控制元件的所述显示器衬底上。29.根据权利要求19所述的多模式显示器，其中所述微型LED形成于与所述显示器衬底相异且分离的同质衬底中。30.根据权利要求19所述的多模式显示器，其中所述第一显示器及所述第二显示器形成于所述显示器衬底上。31.根据权利要求28所述的多模式显示器，其中所述第一显示器位于所述显示器衬底的第一侧上且所述第二显示器位于所述显示器衬底的与所述第一侧相对的第二侧上。32.根据权利要求19所述的多模式显示器，其中所述第二显示器位于所述显示器衬底上，且所述第一显示器位于微型LED显示器衬底上，所述微型LED显示器衬底与所述显示器衬底分离并位于所述显示器衬底上方。33.根据权利要求19所述的显示器，其中所述显示器衬底具有从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。34.根据权利要求19所述的显示器，其中每个微型LED具有从2μm到5μm、从5μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的宽度。35.根据权利要求19所述的显示器，其中每个微型LED具有从2μm到5μm、从5μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的长度。36.根据权利要求19所述的显示器，其中每个微型LED具有从2μm到5μm、从4μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的高度。37.根据权利要求19所述的显示器，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。38.根据权利要求19所述的显示器，其中每个微型LED在所述相应微型LED的同一侧上具有阳极及阴极，并且相应光发射器的所述阳极与阴极水平分离达一水平距离，其中所述水平距离是从100nm到500nm、从500nm到1微米、从1微米到20微米、从20微米到50微米或从50微米到100微米。39.一种微型LED显示器，其包括：显示器衬底，其是至少部分透明的；色彩转换结构阵列，其安置于所述显示器衬底上，每个色彩转换结构包括色彩转换材料，所述色彩转换材料将相对较高频率的光转换为相对较低频率的光；以及微型LED阵列，其与所述色彩转换结构分离，所述微型LED阵列中的每个微型LED安置于所述色彩转换结构阵列中的所述色彩转换结构中的对应一者上，并与之直接接触，借此所述色彩转换结构位于所述微型LED和所述显示器衬底之间。40.根据权利要求39所述的显示器，其中所述显示器衬底包括凹部阵列，所述色彩转换材料位于所述凹部中。41.根据权利要求40所述的显示器，其中所述凹部填充有所述色彩转换材料。42.根据权利要求39所述的显示器，其中所述微型LED安置于所述色彩转换材料上在所述色彩转换材料的与所述显示器衬底相对的一侧上，使得从所述微型LED发射的光的大部分或全部向下穿过所述色彩转换材料及所述显示器衬底而发射。43.根据权利要求39所述的显示器，其包括基本上覆盖所述微型LED的与所述显示器衬底相对的一侧的一个或多个反射结构，使得所述微型LED将所发射光朝向所述显示器衬底反射。44.根据权利要求43所述的显示器，其中所述一个或多个反射结构包括阵列连接金属或微型LED触点。45.一种微型LED显示器，其包括：显示器衬底；微型LED阵列，其位于所述显示器衬底上且与所述显示器衬底接触；以及色彩转换结构阵列，其与所述微型LED结构分离，所述色彩转换结构阵列中的每一色彩转换结构直接安置于所述微型LED阵列中的所述微型LED中的对应一者上，借此所述色彩转换结构位于所述微型LED和所述显示器衬底之间，其中每一色彩转换结构包括色彩转换材料，所述色彩转换材料将相对较高频率的光转换为相对较低频率的光。46.根据权利要求45所述的显示器，其中所述色彩转换材料安置于所述微型LED的顶部上或至少部分地环绕所述微型LED在所述微型LED的与所述显示器衬底相对的一侧上。47.根据权利要求39所述的显示器，其中所述色彩转换材料包括选自由以下各项组成的群组的至少一个部件：包括含磷光体凝胶或含磷光体树脂、磷光体陶瓷或单晶磷光体。48.根据权利要求39所述的显示器，其中所述色彩转换材料是直接带隙半导体的芯片。49.根据权利要求39所述的显示器，其中所述色彩转换材料至少部分地环绕所述微型LED。50.根据权利要求39所述的显示器，其包括所述显示器衬底上的补充镜结构。51.根据权利要求39所述的显示器，其中每个微型LED具有与所述显示器衬底分离的LED衬底。52.根据权利要求39所述的显示器，其中所述微型LED形成于与所述显示器衬底相异且分离的同质衬底中。53.根据权利要求39所述的显示器，其中所述显示器衬底具有从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0.5mm到1mm、从1mm到5mm、从5mm到10mm或从10mm到20mm的厚度。54.根据权利要求39所述的显示器，其中每个微型LED具有从2μm到5μm、从5μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的宽度。55.根据权利要求39所述的显示器，其中每个微型LED具有从2μm到5μm、从5μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的长度。56.根据权利要求39所述的显示器，其中每个微型LED具有从2μm到5μm、从4μm到10μm、从10μm到20μm或从20μm到50μm的高度。57.根据权利要求39所述的显示器，其中每个微型LED具有安置在所述相应微型LED的同一侧上的阳极及阴极。58.根据权利要求57所述的显示器，其中相应光发射器的所述阳极与阴极水平分离达一水平距离，其中所述水平距离是从100nm到500nm、从500nm到1微米、从1微米到20微米、从20微米到50微米或从50微米到100微米。59.根据权利要求39所述的显示器，其包括安置在所述显示器衬底的同一侧上的一个或多个电极，并且其中所述微型LED电连接到所述一个或多个电极。60.根据权利要求39所述的显示器，其包括安置在所述显示器衬底的同一侧上的一个或多个控制电路，并且其中每个微型LED电连接到所述控制电路中的一个...

【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