TWI791693B

TWI791693B - 製造發光二極體組件的方法及發光二極體組件

Info

Publication number: TWI791693B
Application number: TW107142568A
Authority: TW
Inventors: 席琳克萊爾奧耶
Original assignee: 美商元平台技術有限公司
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2023-02-11
Also published as: TW201931588A; CN111344862A; US10989376B2; WO2019108325A1; US20190162374A1

Abstract

實施例涉及通過將μLED的條帶組裝到背板上而不是單獨地拾取每個μLED並將其放置在背板上來製造顯示裝置。第一μLED條耦合到背板上的一組連接點。然後，從第一μLED條移除第一製造基板。將另一種顏色（例如，綠色）的第二μLED條連接到第二製造基板。第二μLED條耦合到背板上的另一組連接點。可以對第三μLED條重複該過程，產生另一種顏色（例如，藍色）。在連接第二和第三μLED條之後，經由雷射剝離（LLO）方法同時去除第二和第三μLED條上的製造基板。

Description

製造發光二極體組件的方法及發光二極體組件

本發明涉及組裝微LED(μLED)，並且特別是關於使用μLED的條帶來製造顯示裝置。

諸如用於虛擬現實(VR)系統的HMD通常包括向觀看者的眼睛發光的電子顯示器，以及位於顯示器和眼睛之間的光學區塊。光學區塊包括接收從電子顯示器發射的光的光學組件，並調整光的方向，使得電子顯示器出現在距用戶一個或多個特定焦距處。諸如發光二極體(LED)的發光裝置用於電子顯示面板中以發光用於圖像產生。

製造μLED陣列的傳統方法包括拾取單獨的μLED，將其放置在晶片上，以及將μLED綁定到晶片上。這種薄裝置需要基於聚合物黏附或壓印來開發特定的微裝配流程，這是昂貴且耗時的。

實施例涉及通過將微發光二極體(μLED)條耦合到背板上來製造發光二極體組件。附接有第一製造基板的第一μLED條的電接觸點耦合到背板上的第一連接點。在耦合電接觸點之後，從第一條μLED移除製造基板。第二條μLED附接有第二製造基板，第二製造基板耦合到背板上的第二連接點。在耦合第二條μLED之後，從第二條μLED移除第二製造基板。

在一個實施例中，與第三製造基板附接的第三條μLED耦合到背板上的第三連接點。在耦合第三條μLED之後，從第三條μLED移除第三製造基板。

實施例還涉及使用單片組裝方法的發光二極體組件的組裝流程。附接有製造基板的第一μLED條與背板上的連接點耦合。連接到連接點的μLED條的電極共享第一電接觸點，第一電接觸點向紅色μLED條提供第一電壓。未連接到連接點的其他電極共享第二電接觸點，第二電接觸點提供高於或低於第一電壓的第二電壓。

100:背板

110:連接點

110A:連接點

110B:連接點

200:紅色μLED條

205:製造基板

210:主體

215:電極

400:綠色μLED條

405:製造基板

410:主體

415:電極

500:藍色μLED條

505:製造基板

510:主體

515:電極

600:μLED陣列

800:控制器

805:MEMS鏡

810:投影銀幕

815:信號

820:信號

825:光

830:反射光

圖1A為繪示根據本發明的一個實施例的背板和背板上的連接點的平面圖。

圖1B為繪示根據本發明的一個實施例，沿圖1A中的線A-A'截取的連接點的背板橫截面圖。

圖2為繪示根據本發明的一個實施例，經由連接點附接有一條紅色μLED器件的背板。

圖3為繪示根據本發明的一個實施例，圖2中的紅色μLED條所連接的背板，其製造基板被移除。

圖4為繪示根據本發明的一個實施例，附接有另一綠色μLED條的背板。

圖5為繪示根據本發明的一個實施例，附接有另一藍色μLED條的背板。

圖6為繪示根據本發明的一個實施例的背板，其附接有紅色、藍色和綠色μLED條，而沒有製造基板。

圖7為繪示根據本發明的一個實施例，製造μLED陣列的過程的流程圖。

圖8為繪示根據本發明的一個實施例，使用μLED陣列將圖像投影到投影銀幕上的顯示系統的示意圖。

附圖僅出於說明的目的描繪了本發明的各種實施例。

實施例涉及通過將μLED條組裝到背板上而不是單獨地拾取每個μLED並將其放置在背板上來製造顯示裝置的方法。產生一種顏色(例如，紅色)的第一μLED條附著到第一製造基板。第一μLED條耦合到背板上的一組連接點。然後，從第一μLED條移除第一製造基板。產生相同或另一種顏色(例如，紅色或綠色)的第二μLED條附接到第二製造基板。第二μLED條耦合到背板上的另一組連接點。對於產生相同或另一種顏色(例如，紅色、綠色或藍色)的第三μLED條，可以重複該過程。在連接第二和第三μLED之後，如果第二和第三μLED上的製造基板是藍寶石，則通過基於雷射的剝離(LLO)方法同時去除第二和第三μLED上的製造基板。這裡描述的製造基板指的是在其上製造一條μLED的材料。製造基板可以經受沉積製程，蝕刻製程和加熱製程中的一個或多個，以形成μLED條。在μLED條被轉移到臨時載體基板或背板之前，製造基板還可以為μLED條提供結構支撐。這使得在使用可能損壞或破壞μLED時可無需額外結構支撐的方法(例如，真空拾取和放置)的μLED的拾取、放置和結合時更容易接近。當黏合到背板上時，附著有μLED條的基板被移除時，只有μLED保留在背板上。

這裡的背板指的是具有連接點的基板，用於保護μLED和向μLED 提供電流。μLED通常作為其最終目標基板放置在背板上。

圖1A是根據一個實施例的背板100及其連接點110的平面圖。連接點110可以是凸塊的形式並且連接到μLED的電極以向μLED提供電流。為此目的，連接點110連接到在背板100上或在背板100中延伸的導線(未示出)。連接點110可以包括連接到p電極的連接點110A和連接到n電極的連接點110B。在其他實施例中，僅在背板100上提供p電極作為連接點110，而導電線可以連接到分離線的一側以用作公共負電壓源(即接地)。連接點110可以由導電材料製成，例如銅、銅合金和銀。

如圖1A所示，連接點110沿著彼此平行延伸的直線形成。然而，在其他實施例中，連接點可以沿著曲線或一些隨機線形成。

背板100是足夠剛性的基板，以為μLED提供支撐。背板100可以由矽或其他材料形成，在背板100上或背板100中具有導電線以提供電流以接通μLED。背板100還可以包括電路組件(未示出)，例如晶體管和電容，以操作μLED。

圖1B是示出背板100的截面圖，沿圖1的線A-A'截取的連接點110。參照圖1A，根據一個實施例，連接點110A、110B延伸穿過背板110並從背板100的頂表面突出。

圖2示出了根據一個實施例的附接有一條紅色μLED條200的背板100。紅色μLED條200設置於製造基板205上，製造基板205可以是GaAs。例如，可以通過使用化學氣相沉積(CVD)在製造基板205上生長各種材料層來製造紅色μLED條200的主體210。紅色μLED條200還包括電極215。在一個實施例中，每個μLED 200包括p電極和n電極，而在其他實施例中，每個μLED可以具有單獨的p電極但是共享n-電極。電極穿過μLED的主體，反之亦然。

紅色μLED條200的電極215通過例如加熱加壓(TC)黏合連接到背板100的連接點110。

圖3示出了附接有圖1中的紅色μLED條200的背板100。根據一個實施例，圖2中所示的製造基板205被移除。一旦紅色μLED條200安裝到背板100上，就不需要與紅色μLED的主體210連接的製造基板205，因為背板100為紅色μLED的主體210提供支撐。

在一個或多個實施例中，通過蝕刻從紅色μLED條200移除背板100。因此，背板100的部分和未與紅色μLED條200連接的連接點110被一層抗蝕劑材料覆蓋，以防止蝕刻介質對這些部件的性能產生負面影響。在施加一層抗蝕劑材料之後，用蝕刻介質處理附著有紅色μLED條200的背板100。基於諸如所使用的蝕刻介質，蝕刻介質的溫度和蝕刻的持續時間的因素來選擇抗蝕劑材料。當背板100浸入蝕刻介質的化學浴中時，選擇性地從紅色μLED條200移除製造基板200，從而暴露μLED條的主體210。

圖4示出了根據一個實施例的背板100，其附接有與紅色μLED條200相鄰並平行的附加的綠色μLED條400。綠色μLED條400設置於製造基板405上，製造基板405可以是透明基板，例如藍寶石。例如，可以通過使用例如化學氣相沉積(CVD)在製造基板405上生長各種材料層來製造綠色μLED條400的主體410。主體410可以包括InGaN，其中調整銦的比率以產生與綠光相關聯的帶隙。因為藍寶石和InGaN之間由於它們的晶體結構而存在高的晶格失配，所以可以在製造基板405和主體410之間放置GaN緩衝器(圖4中未示出)以減少晶格失配。

綠色μLED條400還包括電極415。在一個實施例中，每個μLED 400包括p電極和n電極，而在其他實施例中，每個μLED可以具有單獨的p電極但是共享n-電極。電極穿過μLED的主體，反之亦然。綠色μLED 400的電極415通過例如加熱加壓(TC)黏合連接到背板100的連接點110。

綠色μLED條附接有背板100的一部分，該背板100與紅色μLED條相鄰並平行。綠色μLED條400的電極415與主體410連接，主體410與藍寶石405連接。綠色μLED條400的電極415通過例如加熱加壓(TC)黏合和連接到背板100的連接點110。圖5示出了根據一個實施例的背板，其附接有與μLED條200、400相鄰並平行的藍色μLED條500。背板100與紅色μLED條200連接，其中蝕刻掉製造基板205並暴露主體210。背板100還附接到綠色μLED條400，鄰近並平行於紅色μLED條200。藍色μLED條500附接有背板100的與紅色μLED條200相鄰的部分。可以以製造綠色μLED條400的相同方式製造藍色μLED條500。例如，可以經由使用化學氣相沉積(CVD)在製造基板505上生長各種材料層來製造主體510。主體510可以包括InGaN，其中調整銦的比率以產生與藍光相關聯的帶隙。因為藍寶石和InGaN之間由於它們的晶體結構而存在高的晶格失配，所以可以在製造基板505和主體510之間放置GaN緩衝器(圖5中未示出)以減少晶格失配。

藍色μLED條500的電極515附接到主體510。主體410附接有製造基板505，製造基板505可以是藍寶石。藍色μLED條500的電極515經由例如熱壓(TC)黏合連接到背板100的連接點110。

圖6示出了根據一個實施例的背板100，其附接有紅色、藍色和綠色μLED條，而沒有製造基板。與製造基板405連接的綠色μLED條400與製造基板505連接的藍色μLED條500相鄰並平行。藍色和綠色μLED條400、500與紅色μLED條200相鄰且平行，且蝕刻掉了一部分的製造基板205。

使用雷射剝離(LLO)方法移除附接有綠色μLED條400的製造基板405和附接有藍色μLED條500的製造基板505。高功率紫外脈衝雷射器同時從最接近製造基板405、505的表面照射綠色μLED條400和藍色μLED條500。製造基板405、505可以是透明的藍寶石，不吸收雷射的光。來自雷射器的光穿過製造基板405、505，但被GaN緩衝器吸收。由於高功率，GaN緩衝層存在熱分解，並且燒蝕藍寶石和GaN緩衝層之間的界面。當製造基板405、505與GaN緩衝器分離時，製造基板405、505同時從主體410和510上抬起。在移除製造基板405、505之後，保留μLED陣列600，其中背板100耦合到三條不同顏色的μLED條。

圖7是示出根據一個實施例的製造μLED陣列的過程的流程圖。參見步驟700，與第一製造基板(例如，GaAs)連接的第一條LED條(例如，紅色LED條)的電接觸點耦合700到背板上的第一連接點。

參見步驟705，從第一LED條移除第一製造基板。然後參見步驟710，第二條LED條(例如，綠色LED條)的電接觸點與第二製造基板(例如，藍寶石)耦合710到背板上的第二連接點。

參見步驟715，第三條LED條(藍色LED條)的電接觸點與第三製造基板(例如，藍寶石)耦合到背板上的第三連接點。然後參見步驟720，從第二和第三LED條移除第二和第三製造基板。可以同時或順序地移除第二和第三製造基板。

上面圖7描述的過程僅僅是說明性的。在其他實施例中，第一製造基板也可以與第二和第三製造基板一起被移除，而不是首先被移除。在其他實施例中，可以在第三條μLED條耦合到背板之前移除第二製造基板。在其他實施例中，可以重複耦合附接有製造基板的μLED條並移除製造基板的製程，並且可以有多於三個μLED條耦合到背板。

圖8是示出根據一個實施例的使用μLED陣列600將圖像投影到投影銀幕810上的顯示系統的示意圖。除了其他組件之外，該系統可以包括μLED陣列600、控制器800、微機電系統(MEMS)鏡805和投影銀幕801。

μLED陣列600可以具有紅色、綠色和藍色μLED條，如上面圖1所述。在一些實施例中，μLED 600的陣列可具有附加的μLED條，其發射不同顏色的光(例如，黃色)。每個μLED條可以具有例如1028個μLED，使得在μLED陣列600中總共有1028×3個μLED。

控制器800產生信號815以控制μLED 600的陣列。控制器800可以從外部主計算機系統，移動設備或計算系統或能夠提供圖像內容的任何其他硬件平台接收輸入。輸入數據可部分地控制信號815，信號815提供給在μLED陣列600的背板100上或內部延伸的導線的電壓。經由改變施加到μLED陣列600的不同部分的電壓，可以經由μLED陣列600來創建顯示器的組合。控制器還生成信號820以控制MEMS鏡805，使得來自μLED陣列600的光825被MEMS鏡805反射。調整MEMS鏡805，使得反射光830投射到投影螢幕810上。控制器800改變μLED陣列600的激活和亮度，同時控制MEMS鏡805，使得在投影銀幕810上形成光柵圖像。

在一些實施例中，μLED陣列600、MEMS鏡805和投影銀幕810在近眼設備(NED)中。本發明的實施例可以包括人工現實係統或者與人工現實係統結合實施。人工現實是在呈現給用戶之前已經以某種方式調整的現實形式，其可以包括例如虛擬現實(VR)、增強現實(AR)、混合現實(MR)、或其某些組合和/或衍生物。人工現實內容可以包括與捕獲的(例如，真實世界)內容組合而生成的內容。人造現實內容可以包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某種組合，並且其中的任何一個可以在單個頻道或多個頻道中呈現(諸如向觀看者產生三維效果的立體視訊)。另外，在一些實施例中，人工現實還可以與應用、產品、附件、服務或其某種組合相關聯，其用於例如在人造現實中創建和/或以其他方式使用(例如，執行)人工現實中的活動。提供人工現實內容的人工現實係統可以在各種平台上實現，包括連接到主計算機系統的頭戴式顯示器(HMD)、獨立HMD、移動裝置備或計算系統，或任何其他能夠支持的硬體平台，向一個或多個觀眾提供人工現實內容。

說明書中使用的語言主要是出於可讀性和指導目的而選擇，並且不用以限制本發明的主題。因此，專利權的範圍不受該詳細描述的限制，而是基於此處的請求項的限制。因此，實施方式的公開內容旨在說明而非限制專利權的範圍，其在以下權利要求中闡述。

800‧‧‧控制器

805‧‧‧MEMS鏡

810‧‧‧投影銀幕

815‧‧‧信號

820‧‧‧信號

825‧‧‧光

830‧‧‧反射光

Claims

一種製造發光二極體組件的方法，包括：將連接有一第一製造基板的一第一發光二極體(LED)條的多個第一p電極結合到在一背板上沿著一第一線延伸的第一列連接點，其中所述多個第一p電極在遠離該第一發光二極體條的一主體且朝向該背板的方向上延伸，該第一發光二極體條被配置為發射一第一顏色的光且共享一第一n電極；回應於結合所述多個第一p電極，從該第一發光二極體條移除該第一製造基板；將連接有一第二製造基板的一第二發光二極體條的多個第二p電極結合到在該背板上沿著與該第一列間隔開的一第二線延伸的第二列連接點，其中所述多個第二p電極在遠離該第二發光二極體條的一主體且朝向該背板的方向上延伸，該第二發光二極體條被配置為發射與該第一顏色不同的一第二顏色的光且共享一第二n電極；以及回應於結合所述多個第二p電極，從該第二發光二極體條移除該第二製造基板。
如請求項1所述的方法，更包含：將連接有一第三製造基板的一第三發光二極體條的多個第三p電極結合到在該背板上的沿著與該第一列和該第二列間隔開的一第三線延伸第三列連接點，其中所述多個第三p電極在遠離該第三發光二極體條的一主體且朝向該背板的方向上延伸；以及回應於結合所述多個第三p電極，從該第三發光二極體條移除該第三製造基板。
如請求項2所述的方法，其中該第二製造基板和該第三製造基板由藍寶石製成。
如請求項3所述的方法，其中該第二製造基板和該第三製造基板係使用雷射剝離(LLO)同步地移除。
如請求項1所述的方法，其中該第一發光二極體條的所述多個第一p電極附接到該背板上的該第一列連接點以及該第二發光二極體條的所述多個第二p電極附接到該背板上的該第二列連接點，係經由加溫加壓(TC)黏合。
如請求項1所述的方法，其中該第一製造基板由砷化鎵(GaAs)製成。
如請求項6所述的方法，其中移除該第一製造基板包含：通過化學濕蝕刻法蝕刻該第一製造基板。
如請求項1所述的方法，其中該第一發光二極體條和該第二發光二極體條的每一個包含複數個微發光二極體。