微型发光二极管显示面板的制作方法

1.本发明涉及一种显示面板，尤其涉及一种微型发光二极管显示面板。


背景技术：

2.随着光电技术的演进，固态光源(如发光二极管)已广泛应用于各领域，例如道路照明、大型户外广告牌、交通号志灯等。近期更发展出一种微型发光二极管(micro led)显示面板，其以微型发光二极管作为显示面板中的子像素，使得每一个子像素都可以单独驱动发光。将这些可主动发光的微型发光二极管所发出的光束组合成图像的显示面板即为微型发光二极管显示面板。相较于非主动发光的显示面板，可主动发光的微型发光二极管显示面板具有较高的亮度、对比度、色彩饱和度等优点，因此在显示器的应用上备受期待。
3.此外，相较于有机发光二极管(oled)，微型发光二极管具有较高的寿命、可靠度以及较低的可稳定发光电流。因此，微型发光二极管可改善oled以pwm低频调光来因应高电流发光时所造成的视觉闪频现象。
4.然而，由于微型发光二极管在尺寸微缩时伴随的一些技术问题，例如制程中的许多因素所造成微型发光二极管在结构上产生不同程度的缺陷，仍使得每个芯片的发光效能不一致。在一般的显示亮度下，发光效能不一致的问题可以藉由调整这些芯片的操作电流加以解决。然而当亮度需求极低时，微型发光二极管被设定在极低电流下操作，仍可能出现发光不稳定的现象。从显示面板的视觉体验而言，即是整体亮度不均匀的问题。因此，如何使微型发光二极管显示面板在极低电流下具备较高的亮度均匀性，是本领域技术人员的研究重点之一。


技术实现要素：

5.本发明提供一种微型发光二极管显示面板，能够在低显示亮度下提高发光均匀性。
6.本发明的微型发光二极管显示面板包括多个像素结构。所述多个像素结构各包括至少一子像素。所述至少一子像素用以发出多个亮度区间的光。各所述至少一子像素包括第一微型发光芯片以及第二微型发光芯片。第一微型发光芯片具有第一发光面积，并依据第一操作电流区间发出对应于第一亮度区间的光。第二微型发光芯片具有小于第一发光面积的第二发光面积，并依据第二操作电流区间发出对应于第二亮度区间的光，且第二亮度区间的灰阶值低于第一亮度区间的灰阶值。第一微型发光芯片以及第二微型发光芯片具有相同的发光颜色，且当两者发光时，第二微型发光芯片比第一微型发光芯片具有较小的亮度对电流曲线斜率。
7.基于上述，微型发光二极管显示面板的子像素包括第一微型发光芯片以及第二微型发光芯片，且第一微型发光芯片的第一发光面积大于第二微型发光芯片的第二发光面积。如此一来，基于设定的灰阶值或亮度值，微型发光二极管显示面板的子像素能够利用第一微型发光芯片以及第二微型发光芯片提供不同亮度区间的光，从而提高微型发光二极管
显示面板的发光均匀性。
8.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
9.图1是依据本发明一实施例所示出的微型发光二极管显示面板的示意图；
10.图2是依据本发明一实施例所示出的操作电流、亮度与线性区的关系示意图；
11.图3是依据本发明一实施例所示出的操作电流与亮度的关系示意图；
12.图4是依据图3所示出的操作电流与亮度对电流曲线斜率的关系示意图；
13.图5是依据本发明一实施例所示出的电流密度与外部量子效率的关系示意图；
14.图6是依据本发明一实施例所示出的子像素的示意图；
15.图7是依据本发明再一实施例所示出的子像素的示意图；
16.图8是依据本发明另一实施例所示出的微型发光二极管显示面板的示意图。
17.附图标记说明
18.100、200：微型发光二极管显示面板
19.a1、a2、a2’、a2”、a3：发光面积
20.ce1、ce2：eqe曲线
21.cr1、cr2、cr3：操作电流区间
22.cv1、cv2、cv3：曲线
23.lr1、lr2、lr3：线性区间
24.dr1、dr2：电流密度区间
25.dv1、dv2：基准值
26.ir1、ir2、ir3：亮度区间
27.ll1、ll2：电连接结构
28.p1、p2：像素结构
29.sg1、sg2：区段
30.sl1、sl2：亮度对电流曲线斜率
31.sp1、sp2、sp3：子像素
32.uc1、uc1-1、uc1-2、cu1-3：第一微型发光芯片
33.uc2、uc2-1、uc2-2、cu2-3：第二微型发光芯片
34.uc3：第三微型发光芯片
具体实施方式
35.本发明的部分实施例接下来将会配合附图来详细描述，以下的描述所引用的组件符号，当不同附图出现相同的组件符号将视为相同或相似的组件。这些实施例只是本发明的一部分，并未揭示所有本发明的可实施方式。更确切的说，这些实施例只是本发明的权利要求中的范例。
36.在附图中，各附图示出的是特定实施例中所使用的方法、结构或材料的通常性特征。然而，这些附图不应被解释为界定或限制由这些实施例所涵盖的范围或性质。举例来
说，为了清楚起见，各膜层、区域或结构的相对尺寸、厚度及位置可能缩小或放大。
37.本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名不同组件或区别不同实施例或范围，而并非用来限制组件数量上的上限或下限，也并非用以限定组件的制造顺序或设置顺序。
38.请参考图1与图2。图1是依据本发明一实施例所示出的微型发光二极管显示面板的示意图，图2是依据本发明一实施例所示出的操作电流、亮度与线性区的关系示意图。在本实施例中，微型发光二极管显示面板100至少包括像素结构p1。像素结构p1至少包括子像素sp1。像素结构p1被操作以发出多个亮度区间的光。
39.在本实施例中，子像素sp1包括第一微型发光芯片uc1以及第二微型发光芯片uc2。第一微型发光芯片uc1以及第二微型发光芯片uc2分别是微型发光二极管(micro led)芯片。第一微型发光芯片uc1具有发光面积a1。第一微型发光芯片uc1可依据图2中的第一操作电流区间cr1发出对应于第一亮度区间ir1的光。第二微型发光芯片uc2具有发光面积a2，且发光面积a2小于发光面积a1。第二微型发光芯片uc2可依据第二操作电流区间cr2发出对应于第二亮度区间ir2的光。第一微型发光芯片uc1以及第二微型发光芯片uc2具有相同的发光颜色。
40.如图2所示，在本实施例中，第一亮度区间ir1不同于第二亮度区间ir2，也就是两个亮度区间彼此互不重叠。此外，第二亮度区间ir2的灰阶值低于第一亮度区间ir1的灰阶值。
41.具体来说，子像素sp1是藉由微型发光二极管显示面板100的像素驱动电路(例如但不限于晶体管)或是集成电路控制芯片而被控制以第一微型发光芯片uc1或是第二微型发光芯片uc2来发出第一亮度区间ir1或第二亮度区间ir2的光。在各自对应的亮度区间内，第一微型发光芯片uc1与第二微型发光芯片uc2根据需要的实际亮度而分别被控制在第一操作电流区间cr1以及第二操作电流区间cr2内运作。
42.为了便于说明，本实施例的像素结构以及子像素的数量以1个为例。然本发明的像素结构的数量可以是一个或多个，并不以本实施例为限。
43.举例来说，图2中示出3条曲线cv1、cv2、cv3。其中曲线cv1、cv2可分别代表第一微型发光芯片uc1以及第二微型发光芯片uc2的操作电流以及亮度的变化趋势。但本实施例可以包含更多微型发光芯片，例如曲线cv3可代表发光面积比发光面积a2更小的微型发光芯片。
44.在曲线cv1中，当第一微型发光芯片uc1在第一操作电流区间cr1内操作时，其操作电流与亮度会呈现线性正比关系，即线性区间lr1。同样的，在曲线cv2中，当第二微型发光芯片uc2在第二操作电流区间cr2内操作时，亮度区间ir2则对应线性区间lr2。
45.基于要显示的灰阶值(亮度)，微型发光二极管显示面板100的子像素sp1能够利用第一微型发光芯片uc1以及第二微型发光芯片uc2提供不同亮度区间的光。对于第二微型发光芯片uc2而言，亮度区间ir2的电流被控制在操作电流区间cr2，也就是线性区间lr2；反之，如果以第一微型发光芯片uc1在亮度区间ir2发光，则其操作电流会低于其线性区间lr1。这意味着在同一个亮度区间ir2下，第二微型发光芯片uc2在操作电流区间cr2内的亮度随操作电流的变化趋势，相较第一微型发光芯片uc1更为线性可控制(亮度区间ir2下，第一微型发光芯片uc1已不在适当的操作电流区间cr1内)。因此，在低灰阶值的需求下，第二
微型发光芯片uc2被选择以进行线性的亮度控制。
46.一并参照图6，进一步以曲线cv3为例，在一些实施例中，子像素sp1可以包含第三微型发光芯片uc3，且此处假设第三微型发光芯片uc3的操作电流以及亮度的变化趋势系对应图2中的曲线cv3。对于第三微型发光芯片uc3而言，操作电流在操作电流区间cr3对应亮度区间ir3，且曲线cv3在亮度区间ir3对应线性区间lr3。也就是说，在操作电流区间cr3的范围内，第三微型发光芯片uc3的操作电流与亮度的变化趋势会呈现线性正比关系。因此，基于第三微型发光芯片uc3可依亮度区间ir3的需求而在线性区间lr3内操作，子像素sp1可以在亮度区间ir3内满足相对较线性可控的目的。
47.在图2中，曲线cv1、cv2、cv3所各自对应的亮度区间互不重叠。然而，由于每个芯片实际对应的线性区间(例如lr1与lr2)可能出现重叠，故在一些实施例中，第一亮度区间ir1与第二亮度区间ir2、第三亮度区间ir3也可以部分重叠。因此，针对不同的发光需求，第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2与第三微型发光芯片uc3亦有可能在某个亮度区间下同时发光。简言之，本发明并不限制每个微型发光芯片的操作电流区间仅能对应一个亮度区间。
48.在本实施例中，第二微型发光芯片uc2的发光面积a2被设计为小于或等于第一微型发光芯片uc1的发光面积a1的70％，以使第一亮度区间ir1与第二亮度区间ir2有较大程度的区隔。然而，前述面积比例可依实际情况适应性调整，并非实施本发明的必要条件。
49.请同时参考图1以及图3，图3是依据本发明一实施例所示出的操作电流与亮度的关系示意图。在本实施例中，图3示出了子像素sp1的第一微型发光芯片uc1的操作电流与亮度的关系(如，菱形标记)以及子像素sp1的第二微型发光芯片uc2的操作电流与亮度的关系(如，三角形标记)。
50.请同时参考图1、图3以及图4。图4是依据图3所示出的操作电流与亮度对电流曲线斜率的关系示意图。图4示出了子像素sp1的第一微型发光芯片uc1的操作电流与亮度对电流曲线斜率sl1的关系(如，菱形标记)、以及第二微型发光芯片uc2的操作电流与亮度对电流曲线斜率sl2的关系(如，三角形标记)。图4所示的亮度对电流曲线斜率sl1、sl2的数值是由图3所示的多个亮度相对于操作电流的斜率来产生。详细来说，在图3中取相邻的二个数值点，并以二个数值点的亮度差值除以操作电流的差值，即可得到在该操作电流下的斜率值。对图3中所有相邻的二个数值点重复上述计算，即可得到图4的关系图。因此，图4可以被视为是图3的微分结果。由于第一微型发光芯片uc1具有较大的发光面积a1，故在相同的操作电流下，第一微型发光芯片uc1具有更高的亮度，且其亮度对电流曲线斜率sl1也大于第二微型发光芯片uc2的亮度对电流曲线斜率sl2。
51.应注意的是，如图4所示，亮度对电流曲线斜率sl1、sl2越接近峰值，可观察到亮度对电流曲线斜率sl1、sl2的变动幅度较小。此处，针对变动较小的峰值区域，选择亮度对电流曲线斜率sl1大于基准值dv1、亮度对电流曲线斜率sl2大于基准值dv2，其中基准值dv1大于基准值dv2。基准值dv1与dv2的意义在于，在亮度对电流曲线斜率sl1、sl2接近峰值(基准值以上)的情况下，第一微型发光芯片uc1以及第二微型发光芯片uc2两者的亮度对于操作电流的敏感度是足够的，且相对于其他操作电流区段呈现线性正比关系(即，亮度随着电流增加而稳定增加)。如图4所示，第二微型发光芯片uc2的亮度对电流曲线斜率sl2的数值在较低的操作电流下达到其基准值dv2以上。换言之，相较于第一微型发光芯片uc1，第二微型
发光芯片uc2具有较低的稳定操作电流。
52.在此结合图2说明，可以合理推知，在相同的操作电流下，由于面积较小的第二微型发光芯片uc2具有较高的操作电流密度，故第二微型发光芯片uc2能够提早进入其峰值区域。
53.另外说明的是，线性区间lr1、lr2、lr3所对应的操作电流区间cr1、cr2、cr3的下限值也是随着微型发光芯片的发光面积缩小而依序降低，此一趋势与前述图4所示出的规律相符。利用此一特性，假设子像素sp1需要发出灰阶值对应亮度区间ir2的光时，可以利用第二微型发光芯片uc2取代第一微型发光芯片uc1，并将第二微型发光芯片uc2控制在操作电流区间cr2，也就是线性区间lr2内发光。
54.请同时参考图1、图2以及图5，图5是依据本发明一实施例所示出的操作电流密度与外部量子效率(external quantum efficiency，eqe)的关系示意图。图5示出了子像素sp11的第一微型发光芯片uc1的eqe曲线ce1以及第二微型发光芯片uc2的eqe曲线ce2。eqe曲线ce1与ce2分别表示出第一微型发光芯片uc1与第二微型发光芯片uc2在发光时的外部量子效率(external quantum efficiency，eqe)随操作电流密度的变化关系。由于制程等因素影响，即使是材质与制程相同的微型发光芯片，其eqe也会因为不同尺寸而有不同的曲线变化趋势。举例来说，侧壁效应(side-wall effect)的存在会导致侧壁的表面积比例较高的小面积芯片的eqe降低。因此，具有较小发光面积a2的第二微型发光芯片uc2随着电流密度增加而提升的幅度小于第一微型发光芯片uc1的幅度。这也是第二微型发光芯片uc2适于发出较低亮度区间的光的原因。
55.在一些实施例中，第一微型发光芯片uc1可在电流密度dr1的范围内操作，第二微型发光芯片uc2可在电流密度dr2的范围内操作，且电流密度dr1大于电流密度dr2。在一实施例中，电流密度dr1与dr2的区间可以2.5a/cm2(安培/平方厘米)为分界，但不以此为限。详细来说，在电流密度区间dr2中，第一微型发光芯片uc1以及第二微型发光芯片uc2的eqe的变化幅度有所差异，即第二微型发光芯片uc2的eqe随着电流密度增加的提升幅度较平缓。当第二微型发光芯片uc2在电流密度区间dr2操作时，由于其eqe曲线ce2所对应的区段sg2相较第一微型发光芯片uc1在电流密度区间dr2的趋势(如虚线示出)更为平缓，使得第二微型发光芯片uc2更容易对应低灰阶值的需求来调整亮度。另一方面，在高灰阶值的区间，第一微型发光芯片uc1可以在电流密度dr1下操作，且其eqe曲线ce1对应区段sg1。换句话说，在特定的灰阶值设定下，第二微型发光芯片uc2虽具有较小的发光面积a2，但其操作电流密度可能小于第一微型发光芯片uc1的操作电流密度。
56.如同上述，第二微型发光芯片uc2在电流密度区间dr2中的eqe曲线ce2随着电流密度增加的幅度较小。可以理解为，当输入至第二微型发光芯片uc2的电流增加时，受限于外部量子效率的增幅较低，故其实际亮度的提升速度也较慢(即，对应到的灰阶值区间的跨度较小)。利用这样的特性，当亮度的需求处在较低的范围时，对应每一阶的灰阶值设定，第二微型发光芯片uc2的操作电流可允许相对较宽的调整区间，不需要如第一微型发光芯片uc1密集地切分输入的电流值。藉由本实施例的配置，子像素sp1可以在不同灰阶值设定下达成亮度均匀性，同时避免极低亮度下不易通过调整电流来准确控制的问题。
57.在本实施例中，第一微型发光芯片uc1在操作电流区间cr1的电流值大于或等于第一电流阈值。第二微型发光芯片uc2在操作电流区间cr2的电流值大于或等于第二电流阈
值，且第一电流阈值大于第二电流阈值。也就是说，第二微型发光芯片uc2能够在较低的操作电流区间cr2进行相较第一微型发光芯片uc1线性而稳定的亮度调整。
58.与前述说明相同的是，因应更低的灰阶值需求，也可以进一步配置第三微型发光芯片uc3(如图6)，且第三微型发光芯片uc3的发光面积a3小于第二微型发光芯片uc2的发光面积a2。关于利用微型发光芯片的发光面积与外部量子效率的差异来对应不同灰阶值设定的说明已如前述，此处不再重述。
59.请同时参考图2以及图6，图6是依据本发明一实施例所示出的子像素的示意图。图6的实施例与图1的实施例的差别在于，子像素sp1包括第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3。在本实施例中，第一微型发光芯片uc1具有发光面积a1。第二微型发光芯片uc2具有发光面积a2。第三微型发光芯片uc3具有发光面积a3。
60.在本实施例中，发光面积a3不同于发光面积a1以及发光面积a2。如图2所示，第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3可分别依据不同的操作电流区间来发出不同亮度区间的光。详细而言，第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3分别依据操作电流区间cr1、cr2以及cr3来发出对应于亮度区间ir1、ir2以及ir3的光。以本实施例为例，在子像素sp1中，第三微型发光芯片uc3的操作电流与亮度区间ir1、ir2的操作电流可以不同。虽然图2所示出的亮度区间ir1、ir2以及ir3是完全不重叠的。但依据第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3的实际特性，操作电流区间cr1、cr2以及cr3可能如图2般部分重叠。因此，亮度区间ir1、ir2以及ir3也可能会彼此部分重叠。根据不同的应用需求，第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3并不限于只分别对应单一亮度区间。举例来说，第二微型发光芯片uc2除了对应亮度区间ir2以外，也可以被设计在灰阶值位于亮度区间ir1时与第一微型发光芯片uc1一起发光。
61.在本实施例中，第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3连接至电连接结构ll1、ll2。举例来说，第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3可通过电连接结构ll1来接收操作电流，通过电连接结构ll2连接至参考电源(例如是接地)。第一微型发光芯片uc1、第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3可以依据实际的电路与封装设计来排列。
62.请同时参考图2以及图7，图7是依据本发明再一实施例所示出的子像素的示意图。在本实施例中，第三微型发光芯片uc3的发光面积a3与第二微型发光芯片uc2的发光面积a2大致相同。因此，第三微型发光芯片uc3所发出的光的亮度区间会与第二微型发光芯片uc2所发出的光的亮度区间大致相同。举例来说，第一微型发光芯片uc1依据操作电流区间cr1来发出对应于亮度区间ir1的光。第二微型发光芯片uc2以及第三微型发光芯片uc3会依据操作电流区间cr2来发出对应于亮度区间ir2的光，或依据操作电流区间cr3来发出对应于亮度区间ir3的光。
63.此外，虽然图2中的亮度区间ir1、ir2是根据控制设定而彼此紧密相邻，然而基于微型发光芯片的设计需求或制程上的种种限制，第一微型发光芯片uc1与第二微型发光芯片uc2的线性区间lr1、lr2所实际对应的亮度可能未能如图2般地涵盖所有灰阶值范围。换言之，二个芯片所适于对应的灰阶值范围之间可能存在空窗。因此，图6和图7所示的第三微型发光芯片uc3除了可被对应图2的亮度区间ir3以外，也可以用于弥补上述亮度区间的空
窗。举例来说，第三微型发光芯片uc3除了对应亮度区间ir3以外，也可以在亮度区间ir1和/或ir2发光，并且分别具有不同的操作电流。
64.在未绘出的一些实施例中，第三微型发光芯片uc3的发光面积a3可以被设计大于第二微型发光芯片uc2的发光面积a2。例如，第三微型发光芯片uc3的发光面积a3也可以大于或等于第一微型发光芯片uc1的发光面积a1。
65.请参考图8，图8是依据本发明另一实施例所示出的微型发光二极管显示面板的示意图。在本实施例中，微型发光二极管显示面板200至少包括像素结构p2。像素结构p2包括子像素sp1、sp2、sp3。在本实施例中，子像素sp1、sp2、sp3的发光颜色彼此不同，例如红色光、绿色光与蓝色光，但不以此为限。
66.在本实施例中，子像素sp1、sp2、sp3的架构大致上相似图1所示的子像素sp1。因此，子像素sp1、sp2、sp3分别可以被操作以发出多个亮度区间的光。子像素sp1、sp2、sp3中的任意两个子像素的第一亮度区间或第二亮度区间可部分不重叠。举例来说，子像素sp1的第一亮度区间ir1与第二亮度区间ir2所对应的灰阶值范围分别是101～255以及0～100，而子像素sp2的第一亮度区间ir1与第二亮度区间ir2所对应的灰阶值范围则分别是131～255以及0～130，但不以此为限。换句话说，虽然子像素sp1的第一微型发光芯片uc1-1、第二微型发光芯片uc2-1以及子像素sp2的第一微型发光芯片uc1-2、第二微型发光芯片uc2-2都分别根据两个灰阶值范围的设定各自发光，但它们所对应的灰阶值范围可能不同。同理，子像素sp3可分别利用第一微型发光芯片uc1-3与第二微型发光芯片uc2-3发出对应于第一亮度区间与第二亮度区间的灰阶值范围的光，且此处的灰阶值范围也可以和子像素sp1、sp2有所不同。
67.请同时参考图2以及图8，在本实施例中，假设在极低灰阶值的需求下，第一微型发光芯片uc1-1、uc1-2、uc1-3因为操作电流过低而发生亮度不均匀的情况。此时，第二微型发光芯片uc2-1、uc2-2、uc2-3分别对应前述灰阶值需求而被启动。应注意的是，由于不同颜色光的子像素sp1、sp2、sp3在材料特性、制造过程或是人眼感受度均有差异，故第二微型发光芯片uc2-1、uc2-2、uc2-3的曲线cv2也会有所不同；此处为求方便说明，并未分别绘出所有子像素的曲线cv2。基于此处提到的原因，第二微型发光芯片uc2-1、uc2-2、uc2-3的发光面积a2、a2’、a2”也会基于不完全相同的曲线cv2而被调整、并且在各自的操作电流区间cr2之下操作。此处，子像素sp1、sp2、sp3中的任意两个子像素的第二微型发光芯片的发光面积a2、a2’、a2”可以彼此不同。举例来说，发光面积a2”被调整以小于发光面积a2’；发光面积a2’被调整以小于发光面积a2。
68.综上所述，本发明的微型发光二极管显示面板包括像素结构。像素结构的子像素各包括第一微型发光芯片以及第二微型发光芯片。第一微型发光芯片的第一发光面积大于第二微型发光芯片的第二发光面积。相较于第一微型发光芯片，第二微型发光芯片具有较小的亮度对电流曲线斜率。如此一来，基于要显示的灰阶值或亮度值，微型发光二极管显示面板的子像素能够利用第一微型发光芯片以及第二微型发光芯片提供不同亮度区间的光以提高微型发光二极管显示面板的发光均匀性。
69.虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。