CN111344862A

CN111344862A - 微型发光二极管的条带到背板上的组装

Info

Publication number: CN111344862A
Application number: CN201880073657.7A
Authority: CN
Inventors: 赛琳·克莱尔·奥耶
Original assignee: Facebook Technologies LLC
Current assignee: Meta Platforms Technologies LLC
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-06-26
Also published as: WO2019108325A1; US20190162374A1; US10989376B2; TW201931588A; TWI791693B

Abstract

实施例涉及通过将μLED器件的条带组装到背板上而不是单独拾取每个μLED器件并将其放置到背板上来制造显示设备。第一μLED器件的条带耦合到背板上的一组互连部。然后，从第一μLED器件的条带移除第一制造衬底。产生另一种颜色(例如，绿色)的第二μLED器件的条带被附接到第二制造衬底。第二μLED器件的条带耦合到背板上的另一组互连部。可以对产生又一种颜色(例如，蓝色)的第三μLED器件的条带重复该过程。在附接第二和第三μLED器件之后，通过基于激光的剥离(LLO)方法同时移除第二和第三μLED器件上的制造衬底。

Description

微型发光二极管的条带到背板上的组装

背景

本公开总体上涉及组装微型LED(μLED)，并且具体地涉及使用μLED器件的条带来制造显示设备。

例如用于虚拟现实(VR)系统的HMD，通常包括向观看者的眼睛发射光的电子显示器，以及位于显示器和眼睛之间的光学块。光学块包括光学部件，该光学部件接收从电子显示器发射的光，并调节光的定向，使得电子显示器出现在离用户一个或更多个特定焦距处。诸如发光二极管(LED)的发光器件被用于电子显示面板中，以发射用于图像产生的光。

生产μLED阵列的传统方法包括拾取单个μLED器件，将其放置在芯片上，并将μLED器件绑定到芯片上。这种薄器件需要开发一种基于聚合物粘合或印模(stamp)的特殊微装配流程，这种流程既昂贵又耗时。

概述

实施例涉及通过将微型发光二极管(μLED)的条带(strip)耦合到背板上来制造发光二极管组件。附接有第一制造衬底(fabrication substrate)的μLED的第一条带的电触点耦合到背板上的第一互连部。在耦合电触点之后，从μLED的第一条带移除制造衬底。μLED的第二条带与第二制造衬底附接，耦合到背板上的第二互连部。在耦合μLED的第二条带之后，从μLED的第二条带移除第二制造衬底。

在一个实施例中，附接有第三制造衬底的μLED的第三条带耦合到背板上的第三互连部。在耦合μLED的第三条带之后，从μLED的第三条带移除第三制造衬底。

实施例还涉及使用整体组装方法的发光二极管组件的组装流程。附接有制造衬底的第一μLED器件的条带与背板上的互连部耦合。附接到互连部的条带的电极共享第一电触点，该第一电触点向红色μLED器件的条带提供第一电压。未附接到互连部的其他电极共享第二电触点，该第二电触点提供高于或低于第一电压的第二电压。

在涉及方法和发光二极管(LED)的所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，其中在一个权利要求类别(例如方法)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如LED、系统、计算机程序产品、存储介质)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅出于形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面的权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并且可以被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。

在实施例中，一种制造发光二极管组件的方法可以包括：

将附接有第一制造衬底的第一发光二极管(LED)条带的电触点耦合到背板上的第一互连部；

响应于耦合电触点，从第一LED条带移除制造衬底；

将附接有第二制造衬底的第二LED条带耦合到背板上的第二互连部；和

响应于耦合第二LED条带，从第二LED条带移除第二制造衬底。

在实施例中，一种方法可以包括：

将附接有第三制造衬底的第三LED条带耦合到背板上的第三互连部；和

响应于耦合第三LED条带，从第三LED条带移除第三制造衬底。

第二制造衬底和第三制造衬底可以由蓝宝石制成。

可以使用激光剥离(LLO)同时移除第二制造衬底和第三制造衬底。

通过温度和压缩(TC)键合，可以将第一LED条带的电触点附接到背板上的第一互连部，并且可以将第二LED条带的电触点附接到背板上的第二互连部。

第一制造衬底可以由GaAs制成。

移除第一制造衬底可以包括：

通过化学湿法蚀刻来蚀刻第一制造衬底。

第一LED条带和第二LED条带中的每一个可以包括微型LED。

在根据本发明的实施例中，一种发光二极管(LED)组件可以包括：

背板；

背板上的第一LED的条带，第一LED共享电触点，以在第一LED的两端提供第一电压，第一LED中的每一个具有用于向第一LED中的每一个提供高于或低于第一电压的第二电压的另一电触点；以及背板上与第一LED的条带相邻的第二LED的条带，第二LED共享电触点，以在第二LED的两端提供第一电压，第二LED中的每一个具有用于向第二LED中的每一个提供高于或低于第一电压的第三电压的另一电触点。

第二LED的条带可以与第一LED的条带平行。

在根据本发明的实施例中，一种LED组件可以包括背板上与第二LED的条带相邻的第三LED的条带，该第三LED的条带共享电触点，以在第三LED的两端提供第一电压，第三LED中的每一个具有用于向第三LED中的每一个提供高于或低于第一电压的第四电压的另一电触点。

第一LED和第二LED可以是微型LED。

第一LED的条带和第二LED的条带可以发射相同颜色的光。

LED组件可以包括三个以上LED条带，包括第一LED的条带和第二LED的条带。

在根据本发明的实施例中，一个或更多个计算机可读非暂时性存储介质可以体现软件，该软件在被执行时可操作来执行根据本发明或任何上述实施例的方法或在根据本发明或任何上述实施例的LED组件中可操作。

在根据本发明的实施例中，一种系统可以包括：一个或更多个处理器；以及耦合到处理器并包括可由处理器执行的指令的至少一个存储器，当执行指令时处理器可操作来执行根据本发明或任何上述实施例的方法或在根据本发明或任何上述实施例的LED组件中可操作。

在根据本发明的实施例中，优选地包括计算机可读非暂时性存储介质的一种计算机程序产品，当在数据处理系统上执行时可操作来执行根据本发明或任何上述实施例的方法或在根据本发明或任何上述实施例的LED组件中可操作。

附图简述

图1A是根据一个实施例的背板和背板上的互连部的平面图。

图1B是根据一个实施例的横截面图，其示出了沿着图1A的线A-A’截取的背板、互连部。

图2示出了根据一个实施例的通过互连部与红色μLED器件的条带附接的背板。

图3示出了根据一个实施例的附接有图2中红色μLED器件的条带的背板，并且移除了该条带的制造衬底。

图4示出了根据一个实施例的附接有附加绿色μLED器件的条带的背板。

图5示出了根据一个实施例的附接有蓝色μLED器件的条带的背板。

图6示出了根据一个实施例的背板，该背板附接有红色、蓝色和绿色μLED器件的条带，而没有制造衬底。

图7是示出根据一个实施例的制造μLED器件阵列的过程的流程图。

图8是示出根据一个实施例的显示系统的示意图，该显示系统使用μLED器件阵列将图像投影到投影屏幕上。

附图仅出于说明的目的描绘了本发明的各种实施例。

详细描述

实施例涉及一种制造显示设备的方法，该方法通过将μLED器件的条带组装到背板上，而不是单独拾取每个μLED器件并将其放置到背板上。产生一种颜色(例如，红色)的第一μLED器件的条带被附接到第一制造衬底。第一μLED器件的条带耦合到背板上的一组互连部。然后，从第一μLED器件的条带移除第一制造衬底。产生相同或另一种颜色(例如，红色或绿色)的第二μLED器件的条带被附接到第二制造衬底。第二μLED器件的条带耦合到背板上的另一组互连部。可以对产生相同或又一种颜色(例如，红色、绿色或蓝色)的第三μLED器件的条带重复该过程。在附接第二和第三μLED器件之后，如果第二和第三μLED器件上的制造衬底是蓝宝石，则通过基于激光的剥离(LLO)方法同时移除第二和第三μLED器件上的制造衬底。本文描述的制造衬底是指在其上制造μLED器件的条带的材料。制造衬底可以经受沉积工艺、蚀刻工艺和加热工艺中的一种或更多种，以形成μLED器件的条带。在μLED器件的条带被转移到临时载体衬底或背板之前，制造衬底还可以为μLED器件的条带提供结构支撑。这使得在使用原本可能损坏或断裂μLED器件的方法(例如，真空拾取和放置)来拾取、放置和键合μLED器件时，无需额外的结构支撑就能实现更容易的接近。当附接有μLED器件条带的衬底被键合到背板之后被移除时，只有μLED器件保留在背板上。

本文的背板指的是具有用于固定μLED器件和用于向μLED器件提供电流的互连部的衬底。μLED器件通常放置在作为它们的最终目标衬底的背板上。

图1A是根据一个实施例的背板100及其互连部110的平面图。互连部110可以是凸块(bump)的形式，并且连接到μLED器件的电极，以向μLED器件提供电流。为此，互连部110连接到在背板100上或背板100中延伸的导线(未示出)。互连部110可以包括连接到p电极的互连部110A和连接到n电极的互连部110B。在其他实施例中，仅p电极被提供作为背板100上的互连部110，而导线可以连接到分离线(separate line)的一侧，以用作公共负电压源(即，地)。互连部110可以由导电材料(例如铜、铜合金和银)制成。

如图1A所示，互连部110沿着彼此平行延伸的直线形成。然而，在其他实施例中，互连部可以沿着曲线或一些随机线形成。

背板100是一个足够坚硬的衬底，从而为μLED器件提供支撑。背板100可以由硅或其他材料形成，在背板100上或背板100中具有导线，以提供电流来开启μLED器件。背板100还可以包括诸如晶体管和电容的电路部件(未示出)，以操作μLED器件。

图1B是示出根据一个实施例的沿着图1A的线A-A’截取的背板100、互连部110的横截面图。一行行的互连部110A、110B跨背板110延伸，并从背板100的顶表面突出。

图2示出了根据一个实施例的附接有红色μLED器件200的背板100。红色μLED器件200制造在制造衬底205上，制造衬底205可以是GaAs。红色μLED器件200的主体210可以例如通过使用化学气相沉积(CVD)在制造衬底205上生长各种材料层来被制造。红色μLED器件200还包括电极215。在一个实施例中，每个μLED器件200包括p电极和n电极，而在其他实施例中，每个μLED器件可以具有单独的p电极，但是通过μLED器件的主体共享n电极，反之亦然。

通过例如热压(TC)键合，将红色μLED器件200的电极215连接到背板100的互连部110。

图3示出了根据一个实施例的附接有图2中的红色μLED器件200的条带并且移除了制造衬底205的背板100。一旦红色μLED 200的条带被安装到背板100上，附接有红色μLED器件的主体210的制造衬底205就是不必要的，因为背板100为红色μLED器件的主体210提供支撑。

在一个或更多个实施例中，通过蚀刻从红色μLED器件200的条带移除背板100。因此，背板100和互连部110的未与红色μLED器件200的条带附接的部分被抗蚀剂材料层覆盖，以防止蚀刻介质负面影响这些部件的特性。在施加抗蚀剂材料层之后，用蚀刻介质处理附接有红色μLED器件200的条带的背板100。基于诸如所使用的蚀刻介质、蚀刻介质的温度和蚀刻持续时间等因素来选择抗蚀剂材料。当背板100浸入蚀刻介质的化学浴(chemicalbath)中时，制造衬底200被选择性地从红色μLED器件200的条带移除，暴露μLED器件的主体210。

图4示出了根据一个实施例的附接有邻近且平行于红色μLED器件400的条带的附加绿色μLED器件400的条带的背板100。绿色μLED器件400制造在制造衬底405上，制造衬底405可以是诸如蓝宝石的透明衬底。绿色μLED器件400的主体410可以例如通过使用例如化学气相沉积(CVD)在制造衬底405上生长各种材料层来被制造。主体410可以包括InGaN，铟的比例被调节以产生与绿光相关的带隙。因为蓝宝石和InGaN之间由于它们的晶体结构而存在高晶格失配，所以可以在制造衬底405和主体410之间放置GaN缓冲区(图4中未示出)，以减少晶格失配。

绿色μLED器件400还包括电极415。在一个实施例中，每个μLED器件400包括p电极和n电极，而在其他实施例中，每个μLED器件可以具有单独的p电极，但是通过μLED器件的主体共享n电极，反之亦然。通过例如温度和压力(TC)键合，将绿色μLED器件400的电极415连接到背板100的互连部110。

绿色μLED的条带与背板100的一部分附接，与红色μLED的条带相邻且平行。绿色μLED器件400的电极415与主体410附接，主体410与蓝宝石405附接。通过例如温度和压力(TC)键合，将绿色μLED器件400的电极415连接到背板100的互连部110。图5示出了根据一个实施例的附接有蓝色μLED器件500的条带的背板，该蓝色μLED器件500的条带邻近且平行于μLED器件200、400的条带。背板100附接有红色μLED器件200的条带，制造衬底205被蚀刻掉，并且主体210被暴露。背板100也附接到邻近且平行于红色μLED器件200的条带的绿色μLED器件400的条带。蓝色μLED 500的条带与背板100的一部分附接，与红色μLED器件200的条带和绿色μLED器件400的条带相邻。蓝色μLED器件500的条带可以以与制造绿色μLED器件400的条带相同的方式被制造。例如，可以通过使用化学气相沉积(CVD)在制造衬底505上生长各种材料层来制造主体510。主体510可以包括InGaN，铟的比例被调节以产生与蓝光相关的带隙。因为蓝宝石和InGaN之间由于它们的晶体结构而存在高晶格失配，所以可以在制造衬底505和主体510之间放置GaN缓冲区(图5中未示出)，以减少晶格失配。

蓝色μLED器件500的电极515附接到主体510。主体410附接有制造衬底505，制造衬底505可以是蓝宝石。通过例如热压(TC)键合，将蓝色μLED器件500的电极515连接到背板100的互连部110。

图6示出了根据一个实施例的背板100，其附接有红色、蓝色和绿色μLED器件的条带，而没有制造衬底。与制造衬底405附接的绿色μLED器件400的条带和与制造衬底505附接的蓝色μLED器件500的条带相邻且平行。蓝色μLED器件500和绿色μLED器件400的条带与红色μLED器件200的条带相邻且平行，制造衬底205被蚀刻掉。

使用激光剥离(LLO)方法移除附接有绿色μLED器件400的条带的制造衬底405和附接有蓝色μLED器件500的条带的制造衬底505。高功率紫外脉冲激光器从最靠近制造衬底405和505的表面同时照射绿色μLED器件400的条带和蓝色μLED器件500的条带。制造衬底405和505可以是透明的蓝宝石，并且不吸收来自激光器的光。来自激光器的光穿过制造衬底层405和505，但被GaN缓冲区吸收。由于高功率，GaN缓冲区发生热分解，蓝宝石和GaN缓冲区之间的交界面被烧蚀。当制造衬底405和505从GaN缓冲区分离时，制造衬底405和505同时从主体410和510被提起。在制造衬底405和505被移除之后，μLED器件阵列600保留有耦合到不同颜色的μLED器件的三个条带的背板100。

图7是示出根据一个实施例的制造μLED器件阵列的过程的流程图。附接有第一制造衬底(例如，GaAs)的LED(例如，红色LED)第一条带的电触点被耦合700到背板上的第一互连部。

从LED的第一条带移除705第一制造衬底。LED(例如，绿色LED)的第二条带的电触点与第二制造衬底(例如，蓝宝石)耦合710到背板上的第二互连部。

LED(蓝色LED)的第三条带的电触点与第三制造衬底(例如，蓝宝石)耦合715到背板上的第三互连部。从LED的第二条带和第三条带移除720第二制造衬底和第三制造衬底。第二制造衬底和第三制造衬底可以同时或顺序地被移除。

上面参考图7描述的过程仅仅是说明性的。在其他实施例中，第一制造衬底也可以与第二和第三制造衬底一起被移除，而不是首先被移除。在其他实施例中，第二制造衬底可以在μLED器件的第三条带耦合到背板之前被移除。在其他实施例中，可以重复耦合附接有制造衬底的μLED器件的条带并移除制造衬底的过程，并且可以有多于三个μLED器件的条带耦合到背板。

图8是示出根据一个实施例的显示系统的示意图，该显示系统使用μLED器件阵列600将图像投影到投影屏幕810上。该系统可以包括μLED器件阵列600、控制器800、微机电系统(MEMS)反射镜805和投影屏幕801等部件。

如上面参考图6所述，μLED器件阵列600可以具有红色、绿色和蓝色μLED器件的条带。在一些实施例中，μLED器件阵列600可以具有发射不同颜色(例如，黄色)的光的附加μLED器件的条带。例如，μLED器件的每个条带可以具有1028个μLED器件，使得μLED器件阵列600中总共有1028×3个μLED器件。

控制器800生成信号815来控制μLED器件阵列600。控制器800可以从外部主计算机系统、移动设备或计算系统或者能够提供图像内容的任何其他硬件平台接收输入。输入数据部分地控制信号815，该信号815确定提供给在μLED器件阵列600的背板100上或背板100中延伸的导线的电压。通过改变施加到μLED器件阵列600的不同部分的电压量，μLED器件阵列600可以产生显示的组合。控制器还生成信号820来控制MEMS反射镜805，使得来自μLED器件阵列600的光825被反射镜805反射。调整MEMS反射镜805，使得反射光830投射到投影屏幕810上。控制器800在控制MEMS反射镜805的同时改变μLED器件阵列600的激活和亮度，使得图像以光栅方式形成在投影屏幕810上。

在一些实施例中，μLED器件阵列600、反射镜805和投影屏幕810位于近眼设备(NED)中。本发明的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来被实现。人工现实是在呈现给用户之前以某种方式被调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界)内容组合的所生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，且其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观众产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)的应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联。可以在各种平台(包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观众提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。

在说明书中使用的语言主要出于可读性和指导性的目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制发明的主题。因此，意图是本专利权的范围不受该详细描述限制，而是受基于此的申请所发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开内容意图对本专利权的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本专利权的范围。

Claims

1.一种制造发光二极管组件的方法，包括：

响应于耦合所述电触点，从所述第一LED条带移除所述制造衬底；

将附接有第二制造衬底的第二LED条带耦合到所述背板上的第二互连部；和

响应于耦合所述第二LED条带，从所述第二LED条带移除所述第二制造衬底。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将附接有第三制造衬底的第三LED条带耦合到所述背板上的第三互连部；和

响应于耦合所述第三LED条带，从所述第三LED条带移除所述第三制造衬底。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二制造衬底和所述第三制造衬底由蓝宝石制成。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，使用激光剥离(LLO)同时移除所述第二制造衬底和所述第三制造衬底。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过温度和压缩(TC)键合，将所述第一LED条带的电触点附接到所述背板上的第一互连部，并且将所述第二LED条带的电触点附接到所述背板上的第二互连部。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一制造衬底由GaAs制成。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，移除所述第一制造衬底包括：

通过化学湿法蚀刻来蚀刻所述第一制造衬底。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一LED条带和所述第二LED条带中的每一个包括微型LED。

9.一种发光二极管(LED)组件，包括：

背板；

所述背板上的第一LED的条带，所述第一LED共享电触点，以在所述第一LED的两端提供第一电压，所述第一LED中的每一个具有用于向所述第一LED中的每一个提供高于或低于所述第一电压的第二电压的另一电触点；和

所述背板上与所述第一LED的条带相邻的第二LED的条带，所述第二LED共享电触点，以在所述第二LED的两端提供所述第一电压，所述第二LED中的每一个具有用于向所述第二LED中的每一个提供高于或低于所述第一电压的第三电压的另一电触点。

10.根据权利要求9所述的LED组件，其中，所述第二LED的条带平行于所述第一LED的条带。

11.根据权利要求10所述的LED组件，还包括所述背板上与所述第二LED的条带相邻的第三LED的条带，所述第三LED的条带共享电触点，以在所述第三LED的两端提供所述第一电压，所述第三LED中的每一个具有用于向所述第三LED中的每一个提供高于或低于所述第一电压的第四电压的另一电触点。

12.根据权利要求9所述的LED组件，其中，所述第一LED和所述第二LED是微型LED。

13.根据权利要求9所述的LED组件，其中，所述第一LED的条带和所述第二LED的条带发射相同颜色的光。

14.根据权利要求9所述的LED组件，其中，所述LED组件包括三个以上LED条带，包括所述第一LED的条带和所述第二LED的条带。

15.一种制造发光二极管组件的方法，包括：

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

将附接有第三制造衬底的第二LED条带耦合到所述背板上的第三互连部；和

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二制造衬底和所述第三制造衬底由蓝宝石制成。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，使用激光剥离(LLO)同时移除所述第二制造衬底和所述第三制造衬底。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，通过温度和压缩(TC)键合，将所述第一LED条带的电触点附接到所述背板上的第一互连部，并且将所述第二LED条带的电触点附接到所述背板上的第二互连部。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中，所述第一制造衬底由GaAs制成。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，移除所述第一制造衬底包括：

通过化学湿法蚀刻来蚀刻所述第一制造衬底。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的方法，其中，所述第一LED条带和所述第二LED条带中的每一个包括微型LED。

23.一种发光二极管(LED)组件，包括：

背板；

24.根据权利要求23所述的LED组件，其中，所述第二LED的条带平行于所述第一LED的条带。

25.根据权利要求24所述的LED组件，还包括所述背板上与所述第二LED的条带相邻的第三LED的条带，所述第三LED的条带共享电触点，以在所述第三LED的两端提供所述第一电压，所述第三LED中的每一个具有用于向所述第三LED中的每一个提供高于或低于所述第一电压的第四电压的另一电触点。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的LED组件，其中，所述第一LED和所述第二LED是微型LED。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的LED组件，其中，所述第一LED的条带和所述第二LED的条带发射相同颜色的光。

28.根据权利要求23至27中任一项所述的LED组件，其中，所述LED组件包括三个以上LED条带，包括所述第一LED的条带和所述第二LED的条带。