显示器制造微组装系统的制作方法
背景
诸如虚拟现实(vr)、增强现实(ar)和/或混合现实(mr)设备的现代电子设备可以包括带有发光二极管(led)的显示器。这些led中的一个或更多个可以设置在发光结构上，并且显示器可以包括由多个相邻发光结构形成的光组件(lightassembly)。在这些显示器的制造过程中，可以使用拾取工具或精细定位工具将发光结构物理地放置在背板上，并且随后将其键合(bond)到背板上。
传统显示器制造技术有其缺点。显示器组装系统通常无法检测或补偿发光结构一侧上的光发射器和发光结构另一侧上的相应电互连部(interconnect)之间的空间偏移，其中光组件由发光结构组成。这些空间偏移会导致电互连部无法与发光结构所键合的背板的相应背板触点进行任何物理接触。这可能导致相应发射器的电气故障。
概述
本文的实施例通过提供一种显示器制造组装系统来解决这些和其他问题，该显示器制造组装系统具有与拾取头耦合的具有6个自由度(6dof)的拾取工具，该拾取头具有至少部分透明的粘合元件，发光结构可以粘合到该粘合元件上，以便在显示器制造过程中拾取和放置。实施例还包括与拾取工具和拾取头耦合的触达传感器(touchdownsensor)，该触达传感器允许感测沿向上方向施加到拾取头的力。
根据本公开的示例组装系统包括拾取头，该拾取头具有设置在透明表面上的粘合元件。粘合元件的粘合性足以使粘合元件能够粘合到发光结构上，以从制造基板上拾取发光结构并将发光结构放置在背板上，并且粘合元件是至少部分透明的。该组装系统还包括与拾取头耦合并被配置为以6个自由度(6dof)定位拾取头的拾取工具，以及与拾取工具和拾取头耦合并被配置为感测在基本垂直于拾取头的透明表面的向上方向上施加到拾取头的力的触达传感器。
在一些实施例中，拾取头可以耐受至少150℃的热量而不丧失功能。
在一些实施例中，拾取工具被配置成在发光结构的电触点被键合到背板的键合过程(bondingprocess)中将发光结构压到背板。
在一些实施例中，显示器组装系统还包括测试组件，该测试组件被配置为在发光结构被放置到背板上之后并且在键合过程之前，通过经由背板上的电触点激活发光结构的光发射器来测试发光结构和背板之间的电连接性。
在一些实施例中，显示器组装系统还包括处理器和照相机，其中处理器被配置成：使照相机捕获激活的光发射器的一个或更多个图像；至少部分地基于该一个或更多个图像，确定拾取头在键合过程中将发光结构压到背板的角度；并且使得拾取工具在键合过程中以所确定的角度将发光结构压到背板。
在一些实施例中，处理器被配置成使得拾取工具至少部分地基于由触达传感器感测到的移动数据以所确定的角度将发光结构压到背板。
在一些实施例中，显示器组装系统还包括定位工具，该定位工具具有基本平坦的工作表面，并且可操作以在基本平坦的工作表面设置在其中的平面内移动基本平坦的工作表面。
在一些实施例中，显示器组装系统包括计算机系统，该计算机系统被配置为：从第一照相机获得第一图像，该第一图像指示发光结构上的一个或更多个光发射器的位置；从第二照相机获得第二图像，该第二图像指示发光结构上的一个或更多个电触点的位置；以及基于第一图像和第二图像，确定一个或更多个光发射器相对于一个或更多个电触点的位置。
在一些实施例中，显示器组装系统包括计算机系统，该计算机系统被配置为至少部分地基于一个或更多个光发射器相对于一个或更多个电触点的所确定的位置来将发光结构对准背板。
根据描述，显示器组装的示例方法包括使用具有拾取工具的拾取头从制造基板拾取发光结构并将发光结构放置在背板上。拾取工具被配置为以6个自由度(6dof)操纵拾取头，并且拾取头包括设置在透明表面上的粘合元件。从制造基板拾取发光结构包括将粘合元件粘合到发光结构上，并且粘合元件是至少部分透明的。该方法还包括在发光结构的电触点被键合到背板的键合过程中，用拾取头将发光结构压到背板。与拾取工具和拾取头耦合的触达传感器感测在向上方向上施加到拾取头的力，该向上方向基本上垂直于拾取头的透明表面。
在一些实施例中，显示器组装的方法还包括，在将发光结构放置到背板上之后并且在键合过程之前，通过经由背板上的电触点激活发光结构的光发射器来测试发光结构和背板之间的电连接性。
在一些实施例中，显示器组装的方法还包括使照相机捕获激活的光发射器的一个或更多个图像；至少部分地基于一个或更多个图像，确定拾取头在键合过程中将发光结构压到背板的角度；以及使拾取工具在键合过程中以所确定的角度将发光结构压到背板。
在一些实施例中，使拾取工具以所确定的角度将发光结构压到背板至少部分地基于由触达传感器感测到的移动数据。
在一些实施例中，显示器组装的方法还包括获得指示发光结构上的一个或更多个光发射器的位置的第一图像，其中第一图像是相对于粘合元件从拾取头的透明表面后面的视点捕获的；获得指示发光结构上的一个或更多个电互连部的位置的第二图像；以及基于第一图像和第二图像，确定一个或更多个光发射器相对于一个或更多个电互连部的位置。
在一些实施例中，显示器组装的方法还包括在键合过程之前，至少部分地基于一个或更多个光发射器相对于一个或更多个电互连部的所确定的位置，将发光结构对准背板。
在一些实施例中，显示器组装的方法还包括获得背板的一个或更多个背板触点的至少一个图像；以及确定背板的一个或更多个背板触点相对于背板的位置；其中将发光结构对准背板还至少部分地基于背板的一个或更多个背板触点的所确定的位置。
在一些实施例中，显示器组装的方法还包括获得第二发光结构的至少一个图像；以及确定发光结构的发射器和第二发光结构的发射器之间的距离；其中将发光结构对准背板还至少部分地基于发光结构的发射器和第二发光结构的发射器之间的所确定的距离。
根据描述，示例性非暂时性计算机可读介质包括体现在其上的用于组装显示器的指令。该指令当由计算机系统执行时使得计算机系统：使用具有拾取工具的拾取头从制造基板拾取发光结构并将发光结构放置在背板上，其中拾取工具被配置为以6个自由度(6dof)操纵拾取头，拾取头包括设置在透明表面上的粘合元件，从制造基板拾取发光结构包括将粘合元件粘合到发光结构上，并且粘合元件是至少部分透明的。该指令还使得计算机系统在发光结构的电触点被键合到背板的键合过程中使拾取头将发光结构压到背板，其中与拾取工具和拾取头耦合的触达传感器感测在基本垂直于拾取头的透明表面的向上方向上施加到拾取头的力。
附图简述
参考以下附图描述说明性实施例。
图1是示出根据一些实施例的显示器组装系统的各种部件的框图。
图2是根据实施例的显示器组装系统的透视图。
图3a是根据一个实施例的发光结构的截面图。
图3b是根据实施例的发光结构的透视图。
图4a-图4c是根据实施例的拾取头133及其部分的透视图和截面图。
图5a-图5c是拾取头、发光结构和载体基板的部分的透视图；示出了根据实施例的拾取的过程和发光结构。
图6a-图6c是根据实施例的拾取头、选定的发光结构和其他部件的部分的截面图，示出了在“点灯”测试(“lights-on”test，lot)期间的主动光学对准。
图7a-图7d是可以确定发光结构和背板的特征的各种空间偏移的过程的简化截面图示。
图8是根据实施例的组装显示器的方法的流程图。
图9是根据实施例的led的示例的截面图。
附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域技术人员从以下描述中将容易认识到，在不脱离本公开的原理或本公开中所推崇的益处的情况下，可以采用所示结构和方法的替代实施例。包括两个或三个相互正交的轴(例如，xy轴、xz轴、yz轴和/或xyz轴)的坐标系已经被包括在一些附图中，以帮助说明这些附图中所示的部件相对于其他附图可以如何定向。
在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后用短划线和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的各个部件。如果说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。此外，在附图可以示出相同类型的多个部件和/或特征的情况下，在一些情况下，可以仅标记一部分部件和/或特征，以避免附图中的混乱。
详细描述
现在将参照附图描述几个说明性实施例，附图形成了说明书的一部分。虽然下面描述了可以实现本公开的一个或更多个方面的特定实施例，但是可以使用其他实施例，并且可以在不脱离本公开的范围或所附权利要求的精神的情况下进行各种修改。
本文参照附图描述实施例，其中相同的附图标记表示相同的或功能相似的元件。另外，在附图中，每个附图标记的最左边的数字对应于第一次使用该附图标记的附图。
如本文所用，微led(或“μled”)可以指具有线性尺寸小于50μm、小于20μm或小于10μm的有源发光区域的led。例如，线性尺寸可以小到2μm或4μm。如图3b和其他地方所示，发光结构可以包括多个微led(和/或其他发射器)。
进一步注意到，本文的实施例总体上涉及微组装系统(microassemblysystem)。换句话说，实施例能够(1)组装特征尺寸在微米级(micron-scale)范围内的部件，(2)组装具有微米级(micro-scale)精度和准确度的中尺度部件(mesoscalecomponent)，或者(3)两者兼有。也就是说，本文提供的技术可以扩展到除微组装系统之外的制造系统。
如前所述，ar、vr、mr和其他设备可以包括带有微led的显示器。这些显示器的制造通常可以不同于较大显示器的制造，并且可以涉及用于组装光组件的拾取和放置技术，发光结构被放置在显示器基板或背板上，并且随后被键合到显示器基板或背板上。显示器还可以利用反射镜来扫描光组件，操纵从光组件发射的光以在输出端形成图像。
图1是示出根据一些实施例的显示器组装系统100的各种部件的框图。应当理解，图1是作为示例提供的。实施例不限于此。例如，根据期望的功能，替代实施例可以组合、分离、添加、省略、重新排列或以其他方式改变显示器组装系统100的部件。如本文所述，显示器组装系统100可被配置成制造微led显示器。
如图所示，显示器组装系统100可以包括精细定位工具105、粗略定位工具110、“点灯测试”(lot)单元139和视觉系统120。这些各种部件可以与计算机系统125通信(通信链路由双端箭头示出)，计算机系统125可以安排(orchestrate)各种系统的功能和/或与系统通信以协调显示器制造。
精细定位工具105可以包括触达传感器131和拾取头133。(如同本文的其他部件一样，精细定位工具105可以包括未示出的其他部件。)这里，精细定位工具105(也称为“拾取工具”(put)或“拾取和放置工具”)可以从载体基板上取出发光结构，并将它们放置在背板上，以形成显示器的光组件。
为此，精细定位工具105可以利用拾取头133。如下文进一步详细描述的，拾取头133可以包括设置在基本平坦的表面上的粘合部分，其被配置为粘合到切单的(singulated)发光结构，并将其放置在光组件的背板上用于lot和键合。在一些实施例中，拾取头133可以使用一个或更多个磁体和/或其他耦合装置与精细定位工具105可拆卸地耦合。
如下文进一步详细描述的，触达传感器131可用于帮助确定施加到拾取头133的压力的量。这样，触达传感器131可以帮助确保精细定位工具105在制造过程中的特定时间内在发光结构上施加特定压力。这在粘合过程中特别有用，在粘合过程中，热膨胀会导致各种部件以不同的方式膨胀。触达传感器131然后可以帮助确保精细定位工具105适于施加恒定压力，称为“保持压力(holdpressure)”。更具体地，从触达传感器131获得的数据可以实时(或接近实时)获得，基于从触达传感器131接收的信息，创建“闭环”功能，其中精细定位工具105的移动可以是迭代的。
在一些实施例中，触达传感器131可以提供倾斜(tip-tilt)信息。也就是说，触达传感器131可以在三个接触点(例如，彼此成120°角)处测量拾取头133上的压力，以帮助不仅确定由拾取头133接收的向上的力，而且确定角度力(angularforce)。(可以通过测量拾取头133的移动来测量该力。)该角度力信息可用于计算发光结构与背板的平行度。此处，该信息可以作为反馈来被提供，以创建允许精细定位工具105补偿任何倾斜失准的“闭环”。在一些情况下，触达传感器131可以首先用于在键合之前补偿倾斜失准，然后以前述方式进一步用于在键合期间产生恒定的保持压力。
根据实施例，这些接触点可以通过一种或更多种压力感测技术(包括压电感测、激光干涉测量法等)来测量压力。根据所使用的技术，触达传感器131的精度可以相对较高。例如，利用激光干涉测量法，触达传感器131能够检测10nm-12nm内的移动。在其他实施例中，触达传感器131的精度可以更高或更低。
在一些实施例中，精细定位工具105可以以6个自由度(6dof)操纵拾取头133。也就是说，精细定位工具105可以操纵拾取头133(以及与其耦合的任何发光结构)在三个垂直轴上向前/向后(波动(surge))、向上/向下(起伏(heave))、向左/向右(摇摆(sway))平移，以及围绕三个垂直轴的旋转：偏航(法向轴)、俯仰(横轴)和滚动(纵轴)。在一些实施例中，精细定位工具105可以被配置成在6dof的子集中操纵拾取头133。
精细定位工具105可以以超过其他工具的精确度来操纵拾取头133(以及与其耦合的任何发光结构)。(因此精细定位工具105具有“精细”定位能力。)在一些实施例中，例如，精度可以在200nm内。其他实施例可以具有公差水平大于或小于该公差水平的精细定位工具105。
根据本文的实施例，精细定位工具105可以承受相对高的温度，以使得精细定位工具105能够在键合过程中使用，在该键合过程中，耦合到拾取头133的发光结构被键合到背板。在一些实施例中，例如，包括拾取头133的精细定位工具105、触达传感器131和被配置为操纵拾取头133的任何机器人，能够承受高达150℃的热量而不损失定位精度。在一些实施例中，精细定位工具105可以包括一个或更多个热屏蔽件(heatshield)，以帮助确保精细定位工具105的一个或更多个子部件在键合过程中隔热。一旦发光结构被键合到背板，精细定位工具105就可以将拾取头133与发光结构分离。
显示器组装系统100可以进一步包括粗略定位工具110，其可以包括子部件，例如xy工作台135、put(例如，精细定位工具105)的z轴、lot单元139的z轴和旋转工作台141。和图1所示的其他部件一样，粗略定位工具110可以包括图1所示的任何数量的子部件。
这里，xy工作台135可以包括基本平坦的工作表面136，该工作表面136被配置为在xy平面中移动显示器组装系统100的一个或更多个部件。该移动可被认为不如精细定位工具105精确(因此粗略定位工具110命名为“粗略”)。在一些实施例中，例如，精度可以在10μm以内。在其他实施方案中，xy工作台135的移动的公差可能大于或小于此。
各种部件可以在z方向移动。这可以包括例如put137的两个z轴，如图1所示。这两个z轴包括(1)第一轴，其能够在z方向上与键合视觉系统(例如，如图2所示和下面描述的put137的俯视照相机(top-viewcamera))一起移动put137，以及(2)第二轴，其能够与put137本身分离地移动键合视觉系统，允许键合视觉系统在z方向(例如，从put137的拾取头到工作表面，例如旋转工作台上的背板)上改变其焦点。附加地或替代地，一个或更多个伺服系统可用于移动lot单元115(例如，lot单元139的一个z轴)。
如下面进一步详细描述的，粗略定位工具110可以包括多个旋转工作台141。(也就是说，根据期望的功能，一些实施例可以仅包括单个旋转工作台141，或者不包括旋转工作台141。)这些旋转工作台141可以在xy工作台135的xy平面内旋转放置在其上的物品(例如载体基板和/或背板，在其上可以设置一个或更多个发光结构)。这些旋转工作台141中的一个或更多个可以被加热(如加热工作台143所示)。这种加热可以提供将发光结构键合到背板上所需的热量。在一些实施例中，例如，加热工作台143可以将放置在其上的部件加热到250℃-270℃。下面提供了关于粗略定位工具110的附加细节。
lot单元139可用于执行lot(“点灯测试”)，在该测试中，发光结构的一个或更多个发射器可被激活，以确定发射器和背板上相应的背板触点之间是否已经进行了适当的电连接，和/或确定发光结构的一个或更多个发射器是否有缺陷。
探针卡(probecard)145可以由lot单元115使用，以提供到位于背板上的发光结构的电连接。也就是说，探针卡145可以包括一个或更多个探针，这些探针可以与背板上的一个或更多个相应的电接触垫(contactpad)接触。(在一些实施例中，这些相应的电接触垫可以被制造并专门用于lot测试。)如果发光结构正确地位于背板上，背板上的一个或更多个相应的电接触垫可以与发光结构上的相应的一个或更多个发射器电连接。微控制器147可用于在lot期间向背板上的发光结构的一个或更多个发射器提供电信号，并且能够单独寻址发光结构的每个发射器。微定位器149可用于正确定位探针卡145，使得探针卡145的探针在lot期间与背板上的电接触垫正确电接触。
lot单元115的视觉系统151可用于验证受lot影响的发光结构的发射器的功能和/或帮助确定探针卡145的探针与背板的相应电接触垫正确电接触。在一些实施例中，视觉系统151可以包括闭环照相机，能够提供发光结构的实时图像。然后，这些图像可用于操纵微定位器149，以确保探针卡145的探针正确对准并与背板的电接触垫电接触。附加地或替代地，可以在lot期间拍摄发光结构的图像，以确定发光结构的哪些发射器正在被激活。lot单元115的各种部件(以及lot期间发光结构的发射器)可以由电源153供电。
根据期望的功能，显示器组装系统100的视觉系统120可以包括位于显示器组装系统100的一个或更多个位置的一个或更多个照相机。一个或更多个照相机可以是闭环的(例如，能够以迭代方式基于来自图像的信息提供可用于定位工具(例如，精细定位工具105、探针卡145等)的实时和/或近实时图像)，或是“前馈的(feedforward)”(例如，能够提供可在图像捕获之后用于工具放置的图像)。如下面进一步详细讨论的，关于图2，根据期望的功能，这些一个或更多个照相机可以包括一个或更多个俯视照相机和/或底视照相机(bottom-viewcamera)。这些一个或更多个照相机可用于视觉伺服(visualservoing)155(以帮助确定显示器组装系统100的各种工具和/或由其操纵的物品的放置)和/或lot验证157(以帮助确定受lot影响的发光结构的一个或更多个发射器是否被正确激活)。
精细定位工具105、粗略定位工具110、lot单元115和/或视觉系统120可与计算机系统125通信地耦合，计算机系统125可用于在这些不同部件中的每一个的功能控制下控制功能。附加地或替代地，一些控制功能可以由fpga芯片处理。然而，可以注意到，各个部件可以具有不同程度的功能，并且可以包括与之结合的计算机系统。应当注意，在计算机系统125中示出的部件仅意味着提供计算机系统125的各种部件的概括说明，其中的任何一个或全部可以被适当地使用。因此，图9宽泛地示出了如何以相对分离或相对更集成的方式实现单个系统元件。此外，可以注意到，图9所示的部件可以位于单个设备中和/或分布在各种设备(例如所示的部件)中，这些设备可以设置在不同的物理或地理位置。计算机系统125可以包括例如服务器、台式机、膝上型电脑/笔记本、平板电脑、智能电话、专用硬件和/或另一个这样的计算设备。
计算机系统125被示为包括硬件元件，这些硬件元件可以通过总线(未示出)电耦合或者可以以其他方式适当地通信。硬件元件可以包括处理器159，其可以包括但不限于一个或更多个通用处理器、一个或更多个专用处理器(例如数字信号处理芯片、图形加速处理器等)和/或其他处理结构，其可以被配置为执行(或使得计算机系统125和/或显示器组装系统100执行)本文描述的一个或更多个方法。计算机系统125还可以包括一个或更多个输入设备161，其可以包括但不限于鼠标、键盘、照相机、麦克风等；和一个或更多个输出设备165，其可以包括但不限于显示设备、打印机等。
计算机系统125可以进一步包括一个或更多个非暂时性存储设备163(和/或与一个或更多个非暂时性存储设备163通信)，其可以包括但不限于本地和/或网络可访问储存器，和/或可以包括但不限于磁盘驱动器、驱动器阵列、光存储设备、固态存储设备(例如，随机存取存储器(ram)和/或只读存储器(rom))，它们中的任何一个可以是可编程的、可闪存更新的等。这种存储设备可以被配置成实现任何适当的数据存储，包括但不限于各种文件系统、数据库结构等。
计算机系统125还可以包括通信接口173，其可以包括有线通信技术和/或由无线通信接口管理和控制的无线通信技术(在一些实施例中)的支持。通信接口173可以包括调制解调器、(无线或有线)网卡、红外通信设备、无线和/或通信设备和/或通信芯片组(例如，
在许多实施例中，计算机系统125将进一步包括存储器167，其可以包括ram和/或rom设备。被示为位于存储器167内的软件元件可以包括操作系统169、设备驱动器、可执行库和/或其他代码，例如应用171，其可以包括由各种实施例提供的计算机程序，和/或可以被设计成实现由其他实施例提供的方法和/或配置系统，如本文所述。关于本文讨论的方法描述的一个或更多个过程可以被实现为(例如，临时)存储在存储器167中并且可由计算机系统125(和/或计算机系统125内的处理器159)执行的代码和/或指令；在一个方面，这样的代码和/或指令可以用于配置和/或适配通用计算机(或其他设备)以根据所描述的方法执行一个或更多个操作。
一组这些指令和/或代码可以存储在非暂时性计算机可读存储介质上，例如上述存储设备163。在一些情况下，存储介质可以结合在计算机系统(例如计算机系统125)中。在其他实施例中，存储介质可以与计算机系统分离(例如，诸如光盘的可移动介质)，和/或提供在安装包中，使得存储介质可以用于对其上存储有指令/代码的通用计算机进行编程、配置和/或适配。这些指令可以采取可执行代码的形式，其可以由计算机系统125(例如，由处理器159)执行，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，其在编译和/或安装在计算机系统125上时(例如，使用各种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)，然后采取可执行代码的形式。
图2是根据实施例的显示器组装系统100的透视图。这里，示出了图1的显示器组装系统100的各种部件。一些部件，例如精细定位工具105和lot视觉系统151，从上部200悬挂下来。其他部件可以设置在包括粗略定位工具110的下部。
如前所述，精细定位工具105可以以6dof操作。另外，xy工作台135可用于在xy平面内移动其上的部件，以根据需要将它们定位在精细定位工具105下方。例如，xy工作台135可以将旋转工作台141中的任一个定位在精细定位工具105下方。精细定位工具105可以操纵拾取头133和触达传感器131(这里，示出了附接到拾取头133的三个感测部件(或“弯曲器(bender)”)，并且旋转工作台141(和/或显示器组装系统100的其他部件)可以沿着z方向移动，以拾取和/或放置旋转工作台141上的物品。当物品(例如，发光结构)耦合到拾取头133时，底视照相机210(其可以是图1的视觉系统120的视觉伺服子部件155的一部分)可以用于从拾取头133下方的视角对物品成像。此外，如上所述，键合视觉系统230可以定位在精细定位工具105内，提供能够从上方观察由拾取头133操纵的对象的俯视照相机。如下面进一步详细描述的，因为拾取头133可以是至少部分透明的，这可以使得键合视觉系统230能够从拾取头133上方的视角捕获物品的图像，这可以有助于物品的正确操纵和对准。如图1所示，一个或更多个旋转工作台141可以被加热，以使得设置在其上的部件(例如，一个或更多个发光结构和背板)能够键合。
图2还示出了可在lot期间使用的部件。这里，背板220设置在旋转工作台141(未标记)上。lot探针卡145电耦合到背板220，并由包括lot微定位器149的部件保持就位，微定位器149可以与背板220设置在其上的旋转工作台分离，并可以用于在lot期间帮助定位lot探针卡145。lot视觉系统151可以包括具有闭环功能的照相机，提供lot探针卡145和背板220的图像，以帮助使lot微定位器149能够正确定位lot探针卡145。在lot期间，lot探针卡145可以使发光结构的某些发射器被激活，并且lot视觉系统151可以用于捕获发射器的图像，以验证功能。附加地或替代地，如下面更详细地讨论的，精细定位工具105可以在lot期间用于主动光学对准，其中在键合之前，精细定位工具105的俯视照相机可以用于捕获激活的发射器的图像，并操纵相应的发光结构以确保发射器的最佳亮度。
图3a是根据一个实施例的发光结构310的截面图，其可以包括微led晶片(die)。发光结构310可以包括半导体元件312、键合垫(bondingpad)314和电互连部316等。在一些实施例中，半导体元件312可以包括通过外延生长(外延)或其他制造方法制成的半导体材料，例如氮化镓(gan)、砷化镓(gaas)等。当发光结构310在lot和键合期间安装到背板上时，电互连部316用于将键合垫314(其用作发光结构310的电触点)电连接到相应的背板触点。发光结构310的尺寸可以根据期望的功能、制造工艺和/或其他因素而变化。
电互连部316可以以凸块或微凸块的形式提供，用于发光结构310到电导体的互连。电触点可以布置在发光结构310的表面上，并且可以形成在半导体元件312中的微led的p触点和n触点的顶部上，微led可以布置在半导体元件312的与发光表面320相反的接触表面318上。电互连部316和键合垫314可以由金属(例如，铜(cu)、锡(sn)和/或其他金属)制成。在一些实施例中，用于发射器的单个电互连部316(例如，微led的阳极)可以位于发射器附近(例如，在与发射器的发光表面相反的表面上)，并且另一个电互连部316(例如，微led的阴极)可以与发光结构中的其他发射器电连接，形成公共电互连部316，其可以位于别处(例如，在发光结构310的端部)。
图3b是根据实施例的发光结构310的透视图。这里，发光结构310包括具有两行偏移的发射器323的晶片(根据期望的功能，其可以在所得显示器中实际上构成单个输出行)。也就是说，行可以被偏移，以在所得显示器中提供更紧凑的水平(或垂直)输出间距。另外，如图3b所示，电互连部316可以稍微偏离相应的发射器323。下面描述了关于这种潜在空间偏移的其他细节。
可以注意到，替代实施例可以不同于图3b所示的实施例。例如，发射器323可以不同地布置在发光结构310上，发光结构310可以具有不同的形状，发射器323可以有更多或更少的行(仅包括单个行)，发射器323可以每个具有两个触点(例如，而不是在多个发射器323之间共享公共电触点)，和/或可以有更多或更少的发射器323(仅包括单个发射器323)，等等。本领域普通技术人员将意识到其他这样的变化。
可以注意到，图3a和图3b是出于说明目的而提供的简化图。发光结构310的实施例可以包括未在图3a和图3b或本文的其他附图中明确示出的附加特征。例如，实施例可以包括一个或更多个突起或台面，其可以帮助引导由发光结构310产生的光。一些实施例可以包括位于接触表面318上的一个或更多个台面。在这样的实施例中，电互连部316可以位于台面上或台面附近。其他实施例可以包括位于发光表面320上的一个或更多个台面。
图4a-图4c是根据实施例的拾取头133及其部分的透视图和截面图。在该实施例中，拾取头133包括透明平面材料410和触达传感器触点415。透明平面材料410可以包括基本透明的材料(例如玻璃)(使得俯视照相机(未示出)能够通过透明平面表面410捕获图像(例如，包括实时馈送视频))和基本平坦的材料(使得拾取头133能够更容易地拾取和放置具有基本平坦表面的物品)。
如图4b所示，粘合元件420可以与透明平面材料410的接触部分430耦合。接触部分430和粘合元件420可以设置在俯视照相机的视场内，以使俯视照相机能够捕获接触部分430和粘合元件420的至少一部分的图像。
如图4c的截面图所示，粘合元件420可以耦合到透明平面材料410的接触部分430的底面440。粘合元件420本身可以包括能够粘合到物品(例如发光结构310)的聚合物，以从载体基板上拾取物品并将它们放置在背板和/或其他基板上。粘合元件420也可以是至少部分透明的，使得俯视照相机能够捕获耦合到其上的发光结构310(未示出)的顶部的图像。面向相反方向(即，朝向底面440)的底视照相机(例如图2的底视照相机210)可以附加地或替代地捕获与其耦合的物品的底部的图像。粘合元件420的粘附可能是由于粘合元件420的物理纹理和/或化学组成。
图5a-图5c示出了根据实施例的拾取头133的拾取功能。作为制造过程的一部分，多个发光结构310可以在切单(singulation)后位于载体基板510上，如图5a所示。使用精细定位工具105的俯视照相机，从多个发光结构310中选择发光结构310-1。使用精细定位工具105的6dof可操作性(并且使用自上而下的照相机(top-downcamera)来提供视觉反馈)，精细定位工具105可以操纵拾取头133以将粘合元件420与选定的发光结构310-1对准。(虽然仅示出了xy平移和z旋转，但是对齐也可以包括x和y旋转，以确保粘合元件与xy平面对齐。)拾取头133可以进一步被配置为照亮粘合元件420和/或选定的发光结构310-1。
一旦对准，拾取头133可被降低(例如，在-z方向上)，以使粘合元件420与选定的发光结构310-1物理接触，如图5b所示。更具体地，粘合元件420的下表面可以降低以粘合到选定的发光结构310-1的上表面(例如，发光表面320)。精细定位工具105的触达传感器131可用于帮助确保向选定的发光结构310-1施加足够量的压力，以确保与粘合元件420的适当粘合耦合，而不损坏选定的发光结构310-1。
如图5c所示，拾取头133然后可以被提升(例如，在z方向上)，以从载体基板510抬升粘合元件420和选定的发光结构310-1。在一些实施例中，载体基板510上可以有至少部分粘合层(未示出)，该粘合层将发光结构310粘合到载体基板510。粘合层的这些部分可以被故意留下(例如，在蚀刻工艺去除粘合层的其他部分之后)，以帮助确保发光结构320保持在载体基板510上的适当位置。这样，粘合元件420的粘合力可以克服载体基板510上的粘合层的剩余部分的任何粘合力，以允许选定的发光结构310-1从载体基板510去耦，如图5c所示。
图6a-图6c是根据实施例的透明平面材料410、粘合元件420、选定的发光结构310-1和其他部件的截面图，示出了lot期间的主动光学对准。类似于图5c，图6a示出了选定的发光结构310-1与载体基板510的去耦。
图6b示出了选定的发光结构310-1如何与背板220上的特征对准。更具体地，操纵拾取头133，使得选定的发光结构310-1的电互连部316与背板220的相应背板触点610对准。
如图6c所示，拾取头133随后下降(在-z方向上)，使得选定的发光结构310-1的电互连部316与背板触点610物理接触。在一些实施例中，键合可以在lot之前进行。然而，在其他实施例中，拾取头133可以用于在键合之前执行lot。此外，在将选定的发光结构310-1键合到背板220之前，拾取头133可用于在lot期间执行主动光学对准。拾取头133可用于在lot和/或键合过程中向选定的发光结构310-1施加压力(如图所示，在-z方向上)。
对于主动光学对准，不仅可以使用lot来测试选定的发光结构310-1的一个或更多个发射器323之间的导电性，而且拾取头133可以旋转选定的发光结构310-1，以帮助确保发射器323的光620在其中的最佳方向性。例如，在主动光学对准期间，俯视照相机可以被配置成捕获一个或更多个激活的光发射器323的一个或更多个图像。使用这些图像作为输入，拾取头133可以旋转选定的发光结构310-1(例如，如图6c所示围绕x轴，和/或围绕y轴)，以从俯视照相机的角度优化光620的亮度。亮度的优化可以包括，例如，最大化亮度、确保亮度在预定范围内或高于亮度阈值、和/或实现选定的发光结构310-1的多个发射器323和/或多个发光结构310上的发射器323之间的阈值量的亮度均匀性。不同的阈值和/或公差可以应用于不同的发射器，这可以基于发射器发射的颜色。确定选定的发光结构310-1将被键合到背板220的最佳角度可以进一步基于来自触达传感器的输入数据，其可以提供关于拾取头133的角度信息。一旦精细定位工具105将选定的发光结构310-1操纵到最佳角度(或在该角度的阈值内)，精细定位工具105可进一步用于在键合过程中将选定的发光结构310-1保持在适当的位置。如本文别处所示，精细定位工具105能够在键合过程中承受高温，以帮助确保在键合过程中不会对伺服系统和/或精细定位工具105的其他部件造成损坏。
图7a-图7d是可以确定选定的发光结构310-1和背板220的特征的各种空间偏移的过程的简化截面图示。
如图7a所示，并且如前所述，俯视照相机710(例如，键合视觉系统230)可以被配置为在选定的发光结构310-1耦合到粘合元件420之前、之后或同时捕获选定的发光结构310-1的图像。在一些实施例中，由于透明平面材料410和粘合元件420都是至少部分透明的，所以能够实现这种能力。这样，关于发射器323，由俯视照相机710捕获的图像可以指示发射器323相对于选定的发光结构310-1的位置。(在一些实施例中，包括微led的发射器323的位置可以由微led的p触点的位置来确定。)此外，因为选定的发光结构310本身可以是至少部分透明的，所以键合垫314也可以在由俯视照相机710捕获的图像中可见。这样，可以确定发射器中心线720和键合垫中心线730之间的空间偏移。然而，键合垫314可能不是透明的。因此，确定电互连部316相对于键合垫314设置在哪里，可能无法从由俯视照相机710捕获的图像中确定。
另一方面，底视照相机210可以被配置成从与俯视照相机710的视角基本相反的视角捕获选定的发光结构310-1的图像。这样，底视照相机210可以捕获电互连部316和键合垫314的图像，以允许确定电互连部中心线740和键合垫中心线730之间的空间偏移。
确定了发射器中心线720和键合垫中心线730之间的空间偏移，并且确定了电互连部中心线740和键合垫中心线730之间的偏移，然后可以确定发射器中心线720和电互连部中心线740之间的空间偏移。例如，这可以由计算机系统125自动确定，或者根据期望的功能，通过某种级别的用户输入来确定。
图7b示出了俯视照相机710可以如何单独捕获背板220的背板触点610的图像。利用该信息，背板触点中心线750的位置(例如，相对于背板220和/或其他特征——例如，其拐角、边缘、其他触点等)可以被确定。
图7c示出了在lot和/或键合过程中，选定的发光结构310-1如何与背板触点610对准。因为发射器中心线720和电互连部中心线740之间的偏移是已知的，并且背板触点中心线750是已知的，所以俯视照相机710可以用于确定和/或调整键合偏移760，以帮助确保满足各种条件和/或公差。这样的条件可以包括，例如，确保电互连部316和背板触点610之间的至少最小接触量。其他条件可能与发射器323相关。
图7d是示出根据实施例的中心到中心发射器距离770的截面图。根据由背板220和多个发光结构310组成的显示器的光组件的一些实施例，可能希望相邻发光结构310的发射器323之间的中心到中心发射器距离770在一定公差内相对均匀。根据一些实施例，例如，在发射器宽度约为3μm-5μm的情况下，可能希望确保该测量的均匀性等于或小于1μm，以避免显示器中不期望的视觉效果(模糊、视觉伪像等)。(替代实施例可以具有更高或更低的公差。)
如上所述，俯视照相机710可以帮助确保正确的xy对准(位移和旋转)，并且拾取头133可以用于确保在lot和/或键合过程中保持这种对准。另外，精细定位工具105的触达传感器131可用于帮助确保适当的z位移和旋转。在一些实施例中，可能希望用不同的z位移偏移来偏移不同的颜色。例如，在一些实施例中，可能希望将发射蓝光和绿光的发光结构的发射器323定位在距背板220在z方向上基本相同的距离处。然而，对于红色发射器，可能希望将它们定位在比蓝色和绿色发射器的距离短500nm的距离处。触达传感器131可用于在键合和/或lot期间帮助确定各种发光结构310(例如，不同颜色的发光结构310)在z方向上距背板220的适当距离。
图8是根据实施例组装显示器的方法800的流程图。替代实施例可以添加、分离、重新排列和/或以其他方式改变图8所示的块的功能。本领域普通技术人员将认识到这种改变。用于执行该方法的装置可以包括计算机系统的硬件和/或软件部件，包括图1的计算机系统125。
在框810，该功能包括使用具有拾取工具的拾取头从制造基板拾取发光结构并将发光结构放置在背板上。这里，拾取工具被配置为以6个自由度(6dof)操纵拾取头，拾取头可以耐受至少150℃的热量而不丧失功能，拾取头包括设置在透明表面上的粘合元件，从制造基板拾取发光结构包括将粘合元件粘合到发光结构上，并且粘合元件是至少部分透明的。如前所述，这些不同的特征能够实现期望的功能，例如主动光学对准、空间偏移确定等。
在框820，方法800还包括在发光结构的电触点被键合到背板的键合过程中，用拾取头将发光结构压到背板，其中与拾取工具和拾取头耦合的触达传感器感测在向上方向上施加到拾取头的力，该向上方向基本上垂直于拾取头的透明表面(例如，在图5a-图7a的z方向上)。在一些实施例中，方法800可以进一步包括在键合过程中用加热旋转工作台加热发光结构和背板。
根据实施例，方法800可以包括一个或更多个附加功能，这取决于期望的功能。例如，方法800可以进一步包括，在将发光结构放置到背板上之后并且在键合过程之前，通过经由背板上的电触点激活发光结构的光发射器来测试发光结构和背板之间的电连接性。如本文的实施例中所示，该测试可以包括lot，其可以涉及lot单元115的一个或更多个部件(例如，如图1所示)。如本文的实施例中所指出的，发光结构相对于背板的调节和对准能力可以允许主动光学对准。这样，方法800可以进一步包括使照相机(例如，俯视照相机、lot视觉系统等)捕获激活的光发射器的一个或更多个图像，至少部分地基于一个或更多个图像来确定拾取头在键合过程中将发光结构压到背板的角度，并且使得拾取工具在键合过程中以所确定的角度将发光结构压到背板。如前所述，拾取头按压发光结构的角度可以通过确定发光结构键合到背板的最佳角度来被确定。这可能取决于来自发光结构的一个或更多个发射器的光发射的方向。此外，如前所述，这种优化可以取决于最大化亮度、确保亮度落在特定范围内或高于特定阈值、帮助确保亮度均匀性等的期望功能。
在一些实施例中，使拾取工具以所确定的角度将发光结构压到背板可以至少部分地基于由触达传感器感测到的移动数据。如本文所指出的，触达传感器可以包括多个压力和/或距离传感器，这些传感器可以帮助确定拾取工具相对于背板所处的角度。激活的发射器的各种图像可以在各种角度被捕获，并且可以(根据期望的功能)从这些各种角度中选择最佳角度。触达传感器可以有助于确保拾取工具在lot和/或键合期间保持所需的角度。
在一些实施例中，如前所述，方法800可以另外包括用于确定空间偏移的功能。例如，方法800可以进一步包括获得指示发光结构上的一个或更多个光发射器的位置的第一图像。第一图像可以相对于粘合元件从拾取头的透明表面后面的视点(例如，从俯视照相机)捕获。该方法可以进一步包括(例如，从底视照相机)获得指示发光结构上的一个或更多个电互连部的位置的第二图像；以及基于第一图像和第二图像，确定一个或更多个光发射器相对于一个或更多个电互连部的位置。在一些实施例中，方法800可以进一步包括在键合过程之前，至少部分地基于一个或更多个光发射器相对于一个或更多个电互连部的所确定的位置，将发光结构对准背板。附加地或替代地，该方法可以包括获得背板的一个或更多个背板触点的至少一个图像，并确定背板的一个或更多个背板触点相对于背板的位置。在这种情况下，将发光结构对准背板可以进一步至少部分地基于背板的一个或更多个背板触点的所确定的位置。附加地或替代地，该信息可以用于帮助确保中心到中心的发射器距离和/或其他公差。这样，方法800可以进一步包括获得第二发光结构的至少一个图像，并且确定发光结构的发射器和第二发光结构的发射器之间的距离。然后，将发光结构对准背板可以进一步至少部分地基于发光结构的发射器和第二发光结构的发射器之间的所确定的距离。
图9是根据一些实施例的示例led900的截面图，该示例led900可以结合到如本文所述的发光结构310中。led900可以是微led，其可以具有线性尺寸小于50μm、小于20μm或小于10μm的有源发光区域906。例如，线性尺寸可以小到2μm或4μm。它们的小尺寸使得显示系统能够具有包括三个微led(红色微led、绿色微led和蓝色微led)的单个像素。它们的小尺寸也使微led重量轻，使它们特别适合用于可穿戴显示系统，如手表和计算眼镜。尽管图9中仅示出了一个led900，但是可以在发光结构中同时形成多个led，如图3b所示。
led900包括半导体结构等部件。半导体结构包括半导体层902和904以及位于半导体层902和904之间的发光层906。例如，led900可以包括半导体结构，其中发光层906是夹在p型氮化镓层和n型氮化镓层之间的氮化铟镓层。在一些实施例中，半导体层902是p型半导体，而半导体层904是n型半导体。在一些实施例中，半导体层902是n型半导体，而半导体层904是p型半导体。
半导体层902和904分别可操作地耦合到电触点908和910(其可以对应于发光结构310的电互连部316，如图3a所示)。电触点908和910通常由导电材料(例如金属材料)制成。在图9的示例中，电触点908和910都位于半导体结构的顶面上，使得当led900安装在包括控制电路的基板上时，它们都能够支撑led900。然而，在一些实施例中，电触点可以位于半导体结构的相反的表面上。
发光层906包括一个或更多个量子阱，当在电触点908和910之间施加电压时，量子阱输出光916。为了定向光916的输出，半导体结构可以形成为能够使光916准直/近准直(quasi-collimation)的各种形状(例如抛物面形、圆柱形或圆锥形)中的任何一种。这种形状在本文被称为“台面”形状；准直和近准直在本文统称为“准直”。准直导致光输出亮度增加。
在图9的示例中，台面914对应于抛物面形状，其引导光916朝向并穿过半导体结构的发光表面912。更具体地，发光层906近似位于抛物面的焦点处，使得一些发射光在全内反射的临界角内从抛物面内壁向发光表面912反射。
在一些实施例中，台面形状还具有可容纳电触点的截断顶部。在图9的示例中，台面914对应于抛物面形状，其具有容纳电触点908的截顶。基部918指的是不包括在台面914中的半导体结构部分。
为了能够进一步准直光916，可以在发光表面912上形成光学元件920。在图9的示例中，光学元件920是微透镜。如下文将更详细描述的，光学元件920可以由弹性材料或光致抗蚀剂形成。
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(例如向观看者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看者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。
本公开的实施例的前述描述为了说明的目的被提出；它并不意图为无遗漏的或将本公开限制到所公开的精确形式。相关领域中的技术人员可以认识到，按照上面的公开，许多修改和变化是可能的。
本描述的一些部分从对信息的操作的算法和符号表示方面描述了本公开的实施例。数据处理领域的技术人员通常使用这些算法描述和表示来向本领域的其他技术人员有效地传达他们工作的实质。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为将由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，在不失一般性的情况下，将操作的这些布置称为模块有时也被证明是方便的。所描述的操作和它们的相关模块可以体现在软件、固件和/或硬件中。
可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现所描述的步骤、操作或过程。在一些实施例中，利用包括包含计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，计算机程序代码可以由计算机处理器执行，用于执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。
本公开的实施例也可以涉及用于执行所描述操作的装置。该装置可以为所需目的而专门构造，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中，或者任何类型的适于存储电子指令的介质中，其可以耦合到计算机系统总线。此外，说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计来提高计算能力的架构。
本公开的实施例也可以涉及由本文所述的计算过程产生的产品。这样的产品可以包括由计算过程产生的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形的计算机可读介质上且可以包括计算机程序产品或本文所述的其他数据组合的任何实施例。
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，意图是本公开的范围不由该详细描述限制，而是由在基于其的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图对本公开的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本公开的范围。
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