CN110391264A - 电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子装置，其包括基板、多个薄膜晶体管以及多个发光二极管元件。薄膜晶体管设置于基板表面，各个薄膜晶体管分别包括源极、栅极、漏极以及通道区，其中通道区位于漏极与源极之间并具有通道长度与通道宽度，且通道宽度大于通道长度。发光二极管元件在基板上成一阵列设置，其中发光二极管元件分别电连接于薄膜晶体管的至少其中一个，且薄膜晶体管是用来作为所电连接的所述发光二极管元件的驱动元件。

Description

电子装置

技术领域

本发明涉及一种电子装置，特别涉及一种包括发光二极管的电子装置。

背景技术

发光二极管元件具有耗电量低、元件寿命长、反应速度快等优点，再加上其体积小、耐震动、适合量产，容易配合需求制成极小或阵列式的装置，因此发光二极管元件已普遍使用于信息、通讯及消费性电子产品及各样显示设备上。业界目前的研发方向之一是希望能分别控制阵列式排列的发光二极管元件，然而，此研发方向面临的难题是必须同时考虑小尺寸发光二极管元件与控制元件的设置问题，并且必须兼顾发光二极管元件排列的密度，以不影响显示设备的分辨率或整体亮度均匀性。

发明内容

在一实施例中，本发明提供了一种电子装置，其包括一基板、多个薄膜晶体管以及多个发光二极管元件。薄膜晶体管设置于基板表面，各个薄膜晶体管分别包括一源极、一栅极、一漏极以及一通道区，其中通道区位于漏极与源极之间并具有一通道长度与一通道宽度，且通道宽度大于通道长度。多个发光二极管元件在基板上呈一阵列设置，其中发光二极管元件分别电连接于薄膜晶体管的至少其中一个，且薄膜晶体管是用来作为所电连接的所述发光二极管元件的驱动元件。

附图说明

图1为本发明电子装置的俯视示意图。

图2为本发明电子装置第一实施例的发光二极管元件与驱动电路的局部放大示意图。

图3为本发明电子装置第一实施例的发光二极管元件的剖面示意图。

图4为本发明电子装置第一实施例的驱动电路的等效电路示意图。

图5为本发明电子装置第一实施例的薄膜晶体管的局部俯视示意图。

图6为本发明电子装置第一实施例应用为背光源的剖面示意图。

图7到图9为本发明发光二极管元件的封装结构的变化形的剖面示意图。

图10为本发明发光二极管元件的封装结构的另一变化形的俯视示意图。

图11为本发明电子装置的第二实施例的局部等效电路图。

附图标记说明：102-封装基板；104、106-导线层；108-封装材料；110-连接垫；112-支架；114、Dd1、Dd2-导线；116-磷光粉；C1、C2、C3-LED芯片；CE1、CE2-补偿元件；CST-储存元件；D1-第一方向；D2-第二方向；DCT-驱动电路；DF-扩散片；DP-显示设备；DT-驱动元件；ED-电子装置；HUE-外框；L1-通道长度；LCC-液晶显示面板；LE、LE1、LE2、LE3、LE4-发光二极管元件；OF-光学膜层；PT-间距；S1-尺寸长度；S2-间隔距离；SST-信号储存元件；ST-开关元件；SUB-基板；T1-栅极；T2-源极；T3-漏极；T4-通道区；TFT-薄膜晶体管；VDD-供电压；W1-通道宽度；X、Y-方向。

具体实施方式

下文结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述，且为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下文各附图为可能为简化的示意图，且其中的元件可能并非按比例绘制。并且，附图中的各元件的数量与尺寸仅为示意，并非用于限制本发明的范围。

本发明通篇说明书与所附的权利要求中会使用某些词汇来指称特定元件。本领域技术人员应理解，电子设备制造商可能会以不同的名称来指称相同的元件，且本文并未意图区分那些功能相同但名称不同的元件。当在本说明书中使用术语"包括"、"包含"和/或"具有"时，其指定了所述特征、区域、步骤、操作和/或元件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、区域、步骤、操作、元件和/或其组合的存在或增加。当诸如层或区域的元件被称为在另一元件(或其变型)"上"或延伸到另一元件"上"时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者两者之间还可以存在插入的元件。另一方面，当称一元件"直接在"另一元件(或其变型)上或者"直接"延伸到另一元件"上"时，两者间不存在插入元件。并且，当一元件被称作"耦接"到另一元件(或其变型)时，它可以直接连接到另一元件或通过一或多个元件间接地连接(例如电连接)到另一元件。

须说明的是，下文中不同实施例所提供的技术方案可相互替换、组合或混合使用，以在未违反本发明精神的情况下构成另一实施例。

请参考图1到图6，图1为本发明电子装置的俯视示意图，图2为本发明电子装置第一实施例的发光二极管元件与驱动电路的局部放大示意图，图3为本发明电子装置的第一实施例的发光二极管元件的剖面示意图，图4为本发明电子装置第一实施例的驱动电路的等效电路示意图，图5为本发明电子装置第一实施例的薄膜晶体管的局部俯视示意图，而图6为本发明电子装置第一实施例应用为背光源的剖面示意图。如图1所示，本发明提供了一种电子装置ED，其包括一基板SUB、多个驱动电路DCT以及多个发光二极管元件LE。基板SUB为任何适合的刚性或软性基板，例如可为玻璃基板、石英基板或蓝宝石基板等硬质基板，或包含聚亚酰胺材料(polyimide,PI)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)或聚对苯二甲酸乙二酯材料(polyethylene terephthalate,PET)等可挠式基板，但不限于此。发光二极管元件LE在本实施例中是指封装有至少一个发光二极管芯片的发光二极管封装体，例如为微型发光二极管(mini light emitting diode,mini LED)元件，其封装体的尺寸例如为约100微米(micrometer,μm)到1000微米，但不以此为限，上述封装体的尺寸是指发光二极管元件LE在一方向上(例如方向X)的尺寸长度S1。于本实施例中，发光二极管封装体意指在发光二极管芯片的出光侧设置有封装胶。此封装胶可保护发光二极管芯片，或是增加取光效率。在其他实施例中，发光二极管元件LE可为未经封装的发光二极管芯片。在其他实施例中，发光二极管元件LE可为以硅晶圆为载板的发光二极管模块。发光二极管元件LE可封装有一种或两种以上的LED芯片，如图2所示，本实施例的发光二极管元件LE可包含三个LED芯片C1、C2、C3，能分别产生不同颜色的光线，然而本发明并不以此为限，在其他实施例中，发光二极管元件LE可以只封装有一个或两个LED芯片，或是可封装有更多数量的LED芯片，且并不限制所封装的LED芯片为相同或不同颜色的芯片。在本实施例中，LED芯片C1、C2、C3举例为分别能产生红光、蓝光与绿光的芯片，但不以此为限。请参考图3所示的发光二极管元件LE剖面示意图，其中图3只绘示出一个LED芯片C1以作为示意。发光二极管元件LE可包含封装基板102，封装基板102表面与内部可设置有导线层104、106。本实施例的LED芯片C1、C2、C3是以导电垫朝下(face down)的方式设置在封装基板102上，可藉由连接垫110或锡球等适合的材料与封装基板102表面的导线层104、106电连接。此外，发光二极管元件LE还可包含封装材料108，覆盖LED芯片C1、C2、C3与封装基板102的表面，封装材料108的材料举例为环氧基树脂(epoxy based resin)或硅氧树脂(silicone)，但不以此为限。本发明所使用的发光二极管元件LE并不限于图2与图3所绘示的结构，其他任何合适的发光二极管封装结构都可应用于本发明中，后文将在变化实施例中举例介绍其他的发光二极管封装结构。

请再参考图1、图2，并同时参考图4与图5，本实施例的多个发光二极管元件LE是以阵列形式设置在基板SUB上，并可藉由连接垫而电连接形成在基板SUB表面的驱动电路DCT。各驱动电路DCT是形成于基板SUB表面并分别包含至少一个薄膜晶体管TFT，因此在图1与图2中驱动电路DCT是以薄膜晶体管的符号表示，然而驱动电路DCT可包含不只一个薄膜晶体管TFT，且可以还包含其他的电性元件，例如电容。单一发光二极管元件LE可电连接于一个或多个驱动电路DCT，例如如图2系以电连接于三个驱动电路DCT为例。由于各发光二极管元件LE分别电连接于驱动电路DCT中的至少一个薄膜晶体管TFT，因此本实施例的电子装置ED包含多个薄膜晶体管TFT形成于基板SUB表面，而基板SUB可称为薄膜晶体管基板或主动式基板。在此设计下，薄膜晶体管TFT是用来作为所电连接的发光二极管元件LE的驱动元件，换句话说，排成阵列的发光二极管元件LE可分别被所电连接的薄膜晶体管TFT驱动，以同时或不同时发光。在某些实施例中，一个薄膜晶体管TFT或一个驱动电路DCT也可同时电连接两个以上的发光二极管元件LE，可同时控制所电连接的多个发光二极管元件LE。再者，由于本实施例的各发光二极管元件LE封装了能产生不同颜色光线的LED芯片C1、C2、C3，因此薄膜晶体管TFT可控制所电连接的发光二极管元件LE分别产生不同颜色的光线，也就是控制不同的LED芯片C1、C2、C3产生光线。就薄膜晶体管TFT的结构而言，各薄膜晶体管TFT分别包含栅极T1、源极T2、漏极T3、通道区T4以与门极氧化层，分别由膜层所构成。举例而言，栅极T1、源极T2、漏极T3可由金属层所构成，例如包括镁(Mg)、钙(Ca)、铝(Al)、银(Ag)、钨(W)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钛(Ti)或上述材料的合金或多层膜结构所构成的金属层，通道区T4可由半导体膜层所构成，例如包含多晶硅、非晶硅、单晶硅、氧化物半导体材料或其他适合的半导体材料。在平行于基板SUB表面的一第一方向D1上，通道区T4至少有一部份位于源极T2与漏极T3之间，并且，在第一方向D1上，源极T2与漏极T3之间的最短距离定义为薄膜晶体管TFT的通道长度L1，而在垂直于通道长度L1方向(也就是第一方向D1)的一第二方向D2上，源极T2与漏极T3与通道区重迭的长度定义为薄膜晶体管TFT的通道宽度W1。本发明定义薄膜晶体管TFT的通道宽度W1对通道长度L1的比值为宽长比R，其中宽长比R大于100％，也就是说本发明各薄膜晶体管TFT的通道宽度W1大于各通道长度L1。薄膜晶体管TFT的定电流公式如下：

Id＝1/2Cox*u*(W/L)*(|Vgs|-|Vth|)²

其中Id表示薄膜晶体管TFT的漏极电流，Cox表示由氧化层条件所影响的晶体管电容、u表示反转层载体移动率，Vgs表示栅极/源极跨压，Vth表示临界电压，而W/L即为前述薄膜晶体管TFT的宽长比R。因为本发明薄膜晶体管TFT的宽长比R大于100％，因此在不需要较大栅极/源极跨压Vgs的情况下就可以有较大的漏极电流Id。在此情况下，可以设计薄膜晶体管TFT的漏极/源极跨压Vds较小，例如使漏极/源极跨压Vds与供电压VDD相比的比值可以较低。由上述可知，本发明设计使薄膜晶体管TFT的通道宽度W1大于通道长度L1可以提升薄膜晶体管TFT的整体效率，在较低的栅极/源极跨压Vgs与漏极/源极跨压Vds时仍能提供较大的漏极电流Id，使所电连接的发光二极管元件LE产生较大亮度的光线。

根据本实施例，各驱动电路DCT还可选择性的包含信号储存元件SST以及一个以上的补偿元件设置在基板SUB表面。信号储存元件SST例如可以为电容或其他储存元件，电连接其中一个薄膜晶体管TFT的栅极T1，信号储存元件SST可经由导线Dd1、Dd2接收控制信号或数据信号。本实施例的驱动电路DCT举例包含补偿元件CE1、CE2，分别电连接薄膜晶体管TFT的源极T2端与漏极T3端，补偿元件CE1、CE2可以调整薄膜晶体管TFT最后输出驱动电路DCT的电流或功率，藉此以平衡整个基板SUB不同区域的驱动电路DCT的输出电流与功率，或均匀化各发光二极管元件LE的发光亮度。在某些实施例中，基板SUB上不同的驱动电路DCT可具有不完全相同数量或电路设计的补偿电路，这些补偿电路可以电连接所对应的薄膜晶体管TFT的源极T2或漏极T3，或是电连接驱动电路DCT中的其他元件。

请再参考图1，本发明的各薄膜晶体管TFT分别设置在相邻两个发光二极管元件LE之间，且在垂直于基板SUB表面的方向上，于相邻两个发光二极管元件LE之间会暴露至少部分的薄膜晶体管TFT，也就是说在垂直于基板SUB表面的方向上薄膜晶体管TFT不会完全被相邻两个发光二极管元件LE所遮蔽。在方向X上，相邻两个发光二极管元件LE之间的距离定义为一间隔距离S2，而发光二极管元件LE在方向X上的尺寸长度S1与间隔距离S2的总和定义为一间距PT，且发光二极管元件LE在方向X上的尺寸长度S1小于间距PT的0.9倍。在某些实施例中，发光二极管元件LE在方向X上的尺寸长度S1还可大于间距PT的0.1倍。在某些实施例中，发光二极管元件LE在另一方向Y上的尺寸长度也可小于间距的0.9倍，但不以此为限。本实施例的间距PT的范围为0.1毫米(millimeter)到10毫米，但不以此为限。在上述间距PT与尺寸长度S1的大小设计下，相邻两个发光二极管元件LE之间有足够的空间可以设置一个或多个驱动电路DCT，或有足够的空间设置具有较大通道宽度W1的薄膜晶体管TFT，使得驱动电路DCT中的薄膜晶体管TFT的宽长比R可以大于100％，亦即能设置效率较高的薄膜晶体管TFT。

本实施例的电子装置ED可以用来作为非自发光显示设备或显示面板的背光源。请参考图6，电子装置ED例如还可包括扩散片DF与一层或多层光学膜层OF设置在基板SUB上，并覆盖住基板SUB表面的发光二极管元件LE，电子装置ED还可包括外框HUE，其中基板SUB设置固定于外框HUE中，扩散片DF与光学膜层OF可以设置在外框HUE内或外框HUE上，因此，电子装置ED可构成具有均匀发光效果的背光模块。当电子装置ED应用于显示设备DP中，其可设置在非自发光面板的入光侧，例如设置在液晶显示面板LCC的入光侧，以提供液晶显示面板LCC显示影像所需的背光源，但本发明并不以此为限。在某些实施例中，电子装置ED本身可以为一显示设备，不用另外包含一显示面板设置在基板SUB上方便可以显示影像。

本发明的电子装置并不以上述实施例为限。下文将继续揭示本发明的其它实施例或变化形，为了简化说明并突显各实施例或变化形之间的差异，下文中使用相同标号标注相同元件，并不再对重复部分作赘述。此外，本发明后续实施例中各膜层材料与厚度及制程步骤的条件皆可参考第一实施例，因此不再赘述。

请参考图7到图10，图7到图10为本发明发光二极管元件LE的封装结构的变化形。本发明所使用的发光二极管元件LE的结构并不限于图2与图3所示，还可以具有其他封装结构或不同数量的LED芯片，其中在图7到图9中，仅绘示一个LED芯片作为表示，并不用来限制实际封装的LED芯片数量。请参考图7，图7所示的发光二极管元件LE1与图3所示结构的差异主要在于发光二极管元件LE1的LED芯片C1是以导电垫朝上(face up)的方式设置在封装基板102表面，LED芯片C1表面的导电垫可分别藉由导线114而电连接封装基板102表面的导线层104、106。请参考图8，在发光二极管元件LE2中，LED芯片C1可设置在支架112的腔体内，并藉由导线114而电连接设置在支架112中的导线层104、106。此外，支架112的腔体内可设置封装材料108以覆盖并保护LED芯片C1。请参考图9，图9中的LED芯片C1是以导电垫朝下的方式封装，且封装材料108直接覆盖包围LED芯片C1的外围以形成封装结构，并暴露出连接垫110，不需支架或封装基板。请参考图10，其绘示出发光二极管元件另一变化形的俯视示意图。发光二极管元件LE4的封装结构包含两个LED芯片C2、C3，其中LED芯片C2可发出蓝光，而LED芯片C3可发出绿光。发光二极管元件LE4的封装结构另包含磷光粉116，例如为红色磷光粉，当蓝光或绿光照射到磷光粉116时，可以将部分蓝光或绿光转换成红光，因此发光二极管元件LE4可以产生由绿光、蓝光与红光混合而成的白光。在另一变化形中，本发明的发光二极管元件可以封装单一颗蓝光LED芯片，并在封装结构中包含黄色磷光粉，使得发光二极管元件最终可以产生白色光线。在另一变化形中，本发明的发光二极管元件可以封装单一颗蓝光LED芯片，并在封装结构中包含不同粒径的量子点，使得发光二极管元件最终可以产生不同颜色的光线。在另一变化形中，本发明的发光二极管元件可以在发光二极管芯片的出光侧设置量子点。上述各种封装结构的发光二极管元件或其他适合的发光二极管元件都可应用在本发明的各种实施例与变化形中，不再赘述。

图11所示为本发明电子装置的第二实施例的局部等效电路图。请同时参考图11与图1，在第二实施例中，本发明电子装置ED本身即作为一显示设备，由于发光二极管元件LE可个别受薄膜晶体管TFT驱动而在不同时间发出不同颜色的光线，因此各发光二极管元件LE可分别当作显示设备的一个像素或子像素。在此设计下，电子装置ED可另外包括多条数据线DL与多条扫描线SL，两者互相接错设置定义出像素/子像素，并分别电连接于像素/子像素中的薄膜晶体管TFT与发光二极管元件LE。各子像素的驱动电路DCT可参考图11，驱动电路DCT可以另包含开关元件ST与储存元件CST。开关元件ST举例为另一薄膜晶体管，其栅极电连接扫描线SL，源极电连接数据线DL，漏极电连接储存元件CST与当作驱动元件DT的薄膜晶体管TFT的栅极T1。换句话说，各开关元件ST分别电连接其中一条信号线DL、其中一条扫描线SL以及其中一个发光二极管元件LE。储存元件CST举例为电容，一端电连接开关元件ST，而另一端可以接地。在本实施例中，电子装置ED还可选择性的包含其他光学膜片、屏蔽或保护板设置在基板SUB上，以保护基板SUB上的发光二极管元件LE与驱动电路DCT。

由上述可知，本发明电子装置中的发光二极管元件呈阵列设置在TFT基板上，各发光二极管元件分别电连接一或多个薄膜晶体管驱动元件，且薄膜晶体管驱动元件的通道宽长比大于100％，可以提供较良好的晶体管效率，使得发光二极管元件在相对较低的供应电压下也可以有良好的发光效率。另一方面，本发明发光二极管元件的间距有特定的设计比例，所以设置在发光二极管元件之间的薄膜晶体管有较多的设置空间。如此一来，可避免发光二极管元件接合到基板上时压伤薄膜晶体管，或可使薄膜晶体管具有较大的通道宽度，因而能提高通道宽长比。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子装置，其特征在于，包括：

一基板；

多个薄膜晶体管，设置于所述基板表面，各个所述薄膜晶体管分别包括一源极、一栅极、一漏极以及一通道区，所述通道区位于所述漏极与所述源极之间并具有一通道长度与一通道宽度，且所述通道宽度大于所述通道长度；以及

多个发光二极管元件，呈一阵列设置在所述基板上，其中所述发光二极管元件分别电连接所述薄膜晶体管的至少其中一个，所述薄膜晶体管是用来作为所电连接的所述发光二极管元件的驱动元件。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述薄膜晶体管分别位于相邻两个所述发光二极管元件之间，且在垂直于所述基板表面的方向上，于相邻两个所述发光二极管元件之间暴露出至少部分的所述薄膜晶体管。

3.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于，在一方向上，相邻两个所述发光二极管元件之间的距离定义为一间隔距离，在所述方向上，所述发光二极管的尺寸长度与所述间隔距离的总和定义为一间距，且所述发光二极管元件在所述方向上的尺寸长度小于所述间距的0.9倍。

4.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于，所述发光二极管元件在所述方向上的尺寸长度大于所述间距的0.1倍。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述发光二极管元件为封装有至少一发光二极管芯片的一发光二极管封装体。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述发光二极管元件可分别被所电连接的所述薄膜晶体管驱动，以同时或不同时发光。

7.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述发光二极管元件分别封装有两种以上的发光二极管芯片，所述薄膜晶体管可控制所电连接的所述发光二极管元件分别产生不同颜色的光线。

8.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还包括多个信号储存元件设置在所述基板表面，所述信号储存元件分别电连接所述薄膜晶体管的其中一个的栅极。

9.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还包括多个补偿电路设置在所述基板表面，所述补偿电路分别电连接所述薄膜晶体管的其中一个的所述源极或所述漏极。

10.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还包括一显示面板，所述显示面板设置于所述基板的一侧，且所述发光二极管元件是用来作为所述显示面板的背光源。