半导体器件数组之分配控制的装置及方法与流程

相关专利申请的交叉引用

本申请要求的优先权为2017年1月27日提交的美国临时专利申请案62/451,630，标题为“半导体器件数组分配控制的装置及方法(apparatusandmethodfordistributedcontrolofasemiconductordevicearray)”，并通过引用将其完整纳入。本申请进一步过引用完整纳入2015年11月12日提交的美国专利号码9,633,883，标题为“半导体器件转移的方法及装置(methodandapparatusfortransferofsemiconductordevices)”。

背景技术：

一般来说，现代的显示器可通过oled或led来发光。使用oled发光显示器时，oled通过oled驱动器芯片控制(也可简称为“oled驱动器”或“控制器”)。oled驱动器是一种电流控制集成电路(ic)，控制并驱动电流通过oled像素(或自oled像素灌电流)。通过oled驱动器来驱动的电流量通常介于在每个像素是数百微安培到每个像素数毫安培之区间。一般来说，oled驱动器设计用来对数千个到成千上万个像素识别地址并加以控制，因为大多数图像显示器都有许多像素。例如，即使是一个很小的96x128像素显示器都有10,000多个个别区域要控制，而许多大的基本显示器可能轻易就有250k到2m+之间的像素。尽管如此，由于设计对象的市场之故，oled驱动器非常小。在某些情况下，oled驱动器的横向尺寸可以小到2毫米x10到15毫米，且高度尺寸可以小于1毫米厚。虽然尺寸小，oled驱动器底部侧可有数百个引脚，以此控制连接的像素。

此外，oled驱动器通常具有标准接口，可使用标准计算机装置通过该接口控制oled驱动器。使用该接口可在单一系统中校正驱动器的输出(如调整亮度一致、色彩平衡度等)，并同步多个驱动器。再者，oled驱动器相对不贵，目前每个售价只有1.00美元左右。

led驱动器芯片用来驱动led发光显示器，且有点类似oled驱动器。相较于oled驱动器的尺寸，led驱动器一般来说较大，且进一步设计来向led传递大量电流(如在10毫安培到数百毫安培之间)。因为led应用的电流量会影响其亮度，在典型的数组中，如果led数量较少，就必需非常亮。即使所选择的led驱动器可调光成非常低的电流，led驱动器通常仍然较大，因为要设计成可以从很低变成很高的电流量。举例来说，在一个矩阵中，可以控制48个像素到甚至1200个像素的led驱动器大小可能是7毫米x7毫米x2毫米。文中所述led驱动器目前售价可能是每个约5美元。led驱动器的尺寸和售价未受到oled显示控制器之类的大量低价市场的大幅影响。

技术实现要素：

本专利申请提供了一种微尺寸半导体芯片(例如被设想用在显示器背光装置中的未封装(如裸晶)微尺寸led)，与更常用的led相比极小且极薄，更易于在显示器中安装。举例来说，未封装微尺寸led裸晶的厚度(例如，裸晶在表面上延伸的高度)可能介于约12微米到约400微米之间，而微尺寸led裸晶的横向尺寸可能介于约20微米到约800微米之间。再者，现在的微尺寸led裸晶比起较大较常被使用的led是更加便宜的。

尽管有尺寸上的差异，微尺寸led仍可处理较大较常使用led的电流区间(如10到20毫安培)。然而，从与微尺寸led相关尺寸及成本节约角度来看，在一般应使用更少较大led的显示器或发光电路中，有可能安装数百到数千或更多个微尺寸led。在使用数量更多微尺寸led的情况下，单个led不需要特别亮，因为微尺寸led群组在一起就会非常亮。再者，与较大的led相比，最小化亮度时，微尺寸led使用时间更长，且更节能。举例来说，微尺寸led供电使用的电流可在微安培到10毫安培以下之间。此等低电流程度与oled驱动器的能量配合良好。因此，在一个实施例中，使用oled驱动器来驱动微尺寸led时，oled拥有的特征、规模经济及尺寸方面与微尺寸led可以互补，从而获得一般难见的优异led发光控制分辨率。然而，在另一个实施例中，使用led驱动器也可获得类似结果，而事实上，较小的led驱动器可以制造，且可能非常适合驱动低电流给并联或矩阵的大量或小量led。

从上述信息及发现的优点来看，本专利申请描述了一种led数组分配控制的独特控制方案。

附图说明

具体实施方式参考附图阐述。在图中，参考编号最左边的数字识别该参考编号首次在其中出现的附图。相同参考编号在不同附图中的使用表示相似或相同的项目。再者，附图可视为提供每个附图中个别零件相对尺寸的大略描绘。然而，附图并未按照比例，因此，无论是在个别附图中还是在不同附图之间，个别零件的相对尺寸都可能与所描绘的有所不同。尤其是，有些附图可能将零件画成某种尺寸或形状，但为了清楚说明，其他附图则可能将零件描绘成更大比例或不同形状。

图1是根据本申请一个实施例绘制的一个驱动器芯片示意图。

图2是根据本申请一个实施例绘制的一个驱动器芯片比例示意图

具体实施方式

概述

本专利申请是关于一种用于控制led数组分配控制方案的方法和装置。该数组的led可以是任何大小，包括但不限于微尺寸led，且可以分组控制，一组可以小到1个led、或2个led、或3个led、或4个led或更多个led。也就是说，用于使显示器发光时，可在该数组中分配多个oled或led驱动器(“控制器”)，布置于led并与其相连，以使每个驱动器都可驱动一个或多个的成组led。根据本专利申请，在装置(如显示器)中实施前述驱动器时，可提供更小、更便宜、更快且更有可变动性的系统用于控制led数组。

根据本专利申请，在一个实施例中，设想在led数组分配控制中将控制器芯片用作led驱动器，可具有下列属性之一个或更多：

-可作为裸晶使用，如同“倒装芯片”安装，使用直接转移系统粘晶，直接转移系统是如一个或多个直接转移裸晶的机器及/或实施方法，如在前述美国专利号码9,633,883中所公开。

ο加以钝化芯片，以防止在电路衬底到接触垫之间的电子零件短路

ο特定接触垫放置，以利于重复、连续的电路布局

ο可直接以焊锡、各向异性导电薄膜(“acf”或z-轴粘着剂)或类似材料粘晶于该电路衬底

-可以无需外部零件来定义该芯片的行为

ο在一个实施例中，无需被动零件来设置电流限值、定义芯片地址或稳定电源

-可具有输出缓存设计，允许在下一帧数据将时钟信号输入(转移)到芯片时显示一帧数据

ο一个信号可在一个或多个通信线内编码，以使得切换至下一个缓存(在协议细节中)

-可控制约3到16个具有6到16比特调光分辨率的led(虽然这些并非其限数)

ο作为rgb、rgbw或w(发光或背光)控制

ο一个或多个通道可支持定义出厂校正偏移，可在操作期间调整输入数据大小，以使主机在大数组间不需要担心校正亮度的问题

ο高深度分辨率使最大输出校正及偏移可得到一些额外的比特

ο一个或多个信道，该信道可分别由电流控制，最大电流由受控led的峰值效率决定(如一个微尺寸led约1到4毫安培)

ο一个或多个信道，该信道可限制每一个脉冲电流，以在其调光区间都能以接近led峰值效率点操作

-可以耐受12v操作，以承受导致电压朝远端大幅下降的大量操作

-通信速率可足以与数千个控制器通信，并同时维持高帧率

ο高达240hz的刷新率

ο每个控制器高达48比特

ο单一网络中4096个控制器(可能足以作为100”电视背光，10毫米led间距)

ο50mbps串行通信

ο芯片地址可由该网络的位置表明，其中一个芯片自接收到的帧数据移除一定数量的数据比特，然后将该数据比特传到该网络中的下一个芯片。执行以下这个步骤可能有所帮助：维持由每一个输出引脚驱动的器件在少量，将地址比特从数据总线排除，并将地址解码逻辑从芯片设计排除。整个网络都是串联连接。

ο通信协议

ο启动帧(缓冲区交换)

ο校正储存模式(任选)

ο1线、2线、及3线设计，然而，本领域技术人员可能意识到，可能有可达到类似结果的其他协议

-可有7到12或更多个引脚的芯片设计(示例见内插影像1及图1)

ο电源(12v)

οled阴极1

οled阴极2

οled阴极3

οled阴极n或x-y(任选)

οgnd

ο接收数据输入(来自主机或前一个芯片的帧数据)

ο接收数据输出(缓冲输出到下一个芯片)

ο时钟信号输入(任选)

ο时钟信号输出(任选)

ο传递数据输出(诊断/状态数据到主机或下一个芯片)(任选)

ο传递数据输入(来自前一个芯片的诊断/状态数据)(任选)

ο总裸晶尺寸可以是约0.75毫米x0.75毫米，以实现1毫米间距的led灯串设计

ο接触垫尺寸可以是约75到100平方微米，接触垫间距可以是约75到100微米

ο引脚可巧妙布局，以支持在单一电路衬底层上连续电路复制(没有信号跨越其他信号，从一个芯片移动到下一个芯片)。

影像1：串联连接到led组的控制器芯片示意图

在一个实施例中，led控制芯片(如以上述之类)可分配在其自身的led数组中，且可连接到相同的电源及数据线。具有这样分配的控制器的led数组可提供更大的能力来调整led数组大小，以定制适合大量不同显示器尺寸。

在一个实施例中，具有控制器的led数组可以“灯串”形式形成。灯串可以是受控制的led电路条(因此称为灯串)，该电路条可依所欲长度裁切，并布局成数列，以制造任何尺寸的电视背光。因此，电路条可包括沿着电路条长条分配的oled控制器或led控制器，中间有一组或多组led散布。以此，led的控制可依预先确定的背光尺寸轻易地调整大小。再者，灯串电路可具有通过其长条的数个电源迹线及一些数据信号，且控制器个别地连接到沿着该电路条的独特led段。灯串可使用美国专利申请号码14/939,896所揭露的机器及/或方法制造。

在一个装有灯串的显示器装置的实施例中，多个led灯串条可横或竖放置于显示屏后面，这样可大幅简化制造过程。也就是一串灯串连续地有间距或无间距布局在其间，其中每一个灯串都被裁切成对特定显示器装置的适用长度，可最小化传统大型电路的昂贵加工需求。

如上所示，安装有led数组且有控制器布局在led间的显示器装置提供led的分配控制，因此，控制电路大小可与led大小一致，使不同尺寸的显示器设计模块化。示例参见影像2至4及图2。

影像2：连接到多个led的主机控制器芯片示意图

影像3：连接到多个led的控制器芯片示意图(可代表灯串)

影像4：led旁2毫米间距分隔的12信道led驱动器显微影像。本驱动器用于高电流，约50毫安培。然而，预定使用的单个微尺寸led一般使用1到5毫安培，因此，芯片可以更小。芯片可进一步定制供直接转移放置，例如，将所有信号接触移动到边缘并增加接触垫尺寸，同步缩小制程尺寸，所以整个芯片可以是约700x700微米或更小。此处显示的芯片约1.6x1.6毫米。

再者，灯串可以是不同间距的长条(led间的距离)，在制造不同质量的电视时使用。作为非限制性示例，一个显示器装置的实施例可包括带有间距40毫米的led条，而该条可以是40毫米中心到中心的间隔，或该条可有10毫米led间距，即是条数的4倍(与40毫米间距分隔相较)，以生产更高质量的背光，该背光也比40毫米的示例还薄，因为显示器的灯光扩散器厚度是40毫米的1/4，因为led间距是40毫米版的1/4距离。

同时，举例来说，在一个使用led数组的显示器装置实施例中，其中单个led的亮度可控制，lcd显示器的动态区间(led背光或侧光)可增加到可与oled电视动态电容相匹敌的程度。例如，这种显示器可能具有更黑的黑色及更亮的白色，而这是oled显示器无法产生的。一般而言，led之间的间距越小，局部调光能力可能更准确。有时候动态区间对lcd来说是个问题，原因是lcd的快门不能够完全屏蔽光线，导致了一些露光或辉光。然而，有了oled显示器，oled提供最小光源，使显示器在关掉时变得全黑。因此，分配led数组的控制使得单个背光可以关掉，就不会有光通过快门露出。

一种显示器装置，例如电视或计算机或电话屏幕可整合显示器的背光控制与影像数据及计时控制器，使得背光可与显示器协调，以处理复杂的局部调光，并提供效率改善。因此，显示器制造商不需要只为了增加一些信道就重新设计大且/或贵的pcb及电路。相反的，本发明所公布分配控制器的led数组可容易地在背光框中增加更多及/或更长的灯串条。主机控制功能可因此变得更加简单，并可基于驱动器安排的软件定义发送数据给在相同数据总线上的更多led驱动器。

实施例

a：一种半导体装置数组，包含：排列于一数组中的多个第一半导体器件；及分配在该多个第一半导体器件的该数组之间的多个第二半导体器件，该第二半导体器件的每一个都与该第一半导体器件的至少一个互连，且该第二半导体器件分别被配置用作至少一个该第一半导体器件的控制器。

b：根据a段所述的半导体器件数组，其中所述多个第一半导体器件是led。

c：根据a至b段所述的任一半导体器件数组，其中所述led是微尺寸led。

d：根据a至c段所述的任一半导体器件数组，其中所述多个第二半导体器件是控制器。

e：根据a至d段所述的任一半导体器件数组，其中所述控制器是oled控制器。

f：根据a至e段所述的任一半导体器件数组，其中所述多个第一半导体器件是微尺寸led。

g：根据a至f段所述的任一半导体器件数组，其中所述多个第二半导体器件是控制器芯片，包括一个或多个下列属性：

·作为裸晶使用，该裸晶如同“倒装芯片”，使用直接转移系统粘晶

ο加以钝化，以防止电路衬底到接触垫间的该控制器电子零件短路

ο特定接触垫放置，以利于重复、连续电路布局

ο直接以焊锡、各向异性导电薄膜(“acf”或z-轴粘着剂)或类似材料粘晶于所述电路衬底

·无需外部零件来定义该控制器的行为

ο无需被动零件来设置电流限值、定义控制器地址或稳定电源

·输出缓存设计，允许在下一帧数据将时钟信号输入(转移)到芯片时显示一帧数据

ο可在一个或多个通信线编码一个信号，以使得切换至后续的缓存

·控制约3到16个有6到16比特调光分辨率的led

ο作为rgb、rgbw或w(发光或背光)控制

ο一个或多个信道，支持原始校正偏移定义，可在操作期间调整输入数据之大小，以使主机不会在该半导体器件数组间校正亮度

ο高深度分辨率，以使最大输出校正及偏移得到额外的比特

ο一个或多个信道，该信道分别由电流控制，最大电流由受控led的峰值效率点决定

ο一个或多个信道，该信道可限制每一个脉冲电流，以在其分别的调光区间都能以接近led峰值效率点操作

·耐受12v操作，以承受导致电压朝远端大幅下降的大量操作

·通信速率可足以与数千个控制器通信，并同时维持高帧率

ο高达240hz的刷新率

ο每个控制器高达48比特

ο单一网络中4096个控制器

ο50mbps串行通信

ο控制器地址由该半导体器件数组中的位置表明，其中一个控制器自接收到的帧数据移除一定量的数据比特，然后将该数据比特传到该半导体器件数组中的下一个控制器

·通信协议

ο启动帧(缓冲区交换)

ο校正储存模式(任选)

ο1线、2线、及3线设计

·7到12引脚控制器设计

ο电源(12v)

οled阴极1

οled阴极2

οled阴极3

ο任选led阴极n

οgnd

ο接收数据输入(来自主机或前一个控制器的帧数据)

ο接收数据输出(缓存输出到下一个控制器)

ο时钟信号输入(任选)

ο时钟信号输出(任选)

ο传递数据输出(诊断/状态数据到主机或下一个控制器)

ο传递数据输入(来自前一个控制器的诊断/状态数据)

ο尺寸约0.75毫米x0.75毫米

ο接触垫尺寸约75到100平方微米，接触垫间距约75到100微米

ο引脚可巧妙布局，以支持在单一电路衬底层上连续电路复制，其中没有信号跨越其他信号，从一个第一控制器移动到一个后续的控制器。

h：根据a到g段所述的任一半导体器件数组，其中该多个第一半导体器件及多个第二半导体器件按串联布置。

i：一种形成半导体器件数组的方法，该数组包括：安排在一个数组中的多个第一半导体器件，及分配在该多个第一半导体器件该数组间的多个第二半导体器件，每一个该第二半导体器件都跟该第一半导体器件的至少一个互连，且该第二半导体器件分别被配置用作该第一半导体器件的至少一个的控制器，所述方法包含：转移该多个第一半导体器件至一个电路；及转移该多个第二半导体器件至该电路。

j：根据i段所述的方法，其中该多个第一半导体器件转移或该多个第二半导体器件转移的至少一个是以直接转移程序从衬底转移到所述电路进行。

k：根据i至j任一段所述的方法，其中该多个第二半导体器件转移包括将该多个第二半导体器件附着于靠近一对第一半导体器件的放置位置之间。

l：根据i至k任一段所述的方法，其中该多个第一半导体器件及该多个第二半导体器件被转移到一个电路，以串联连接。

m：根据i至l任一段所述的方法，其中该电路可藉由在线性方向上持续延展该第一半导体器件及该第二半导体器件的互连串在尺寸上扩展。

n：一种显示器件，其包含：一个led数组的一个分配控制电路。

o：根据n段所述的显示器件，其中该显示器件是电视、电话、平板、计算机屏幕或电子显示器之一。

p：根据n至o任一段所述的显示器件，其中该分配控制电路包括：该led数组及一串互连led驱动器芯片。

q：根据n至p任一段所述的显示器件，其中每一个led驱动器芯片都经配置以控制1到12个led。

r：根据n至q任一段所述的显示器件，其中该led数组由具有串联连接的led电路串连续列形成。

s：根据n至r任一段所述的显示器件，其中该led数组的控制分配在多个驱动器芯片之间，该驱动器芯片交替穿插于该led之间，使得显示器数据从驱动器芯片传到驱动器芯片，而每一个驱动器芯片都使用该显示器数据的一部分来控制一个或多个led的发光。

t：根据n至s任一段所述的显示器件，其中该led为微尺寸led。

结论

尽管数种实施例以特定结构特征及/或方法动作的语言描述，但应当知道，权利要求不应仅限于该特定特征或动作。相反，该特定特征及动作应作为实施权利要求的示例性形式而公开。