一种降低像素光学串扰的Micro-LED显示器件的制作方法

一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件
技术领域
1.本实用新型实施例涉及micro
‑
led技术领域，尤其涉及一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件。


背景技术：

2.led是一种近似朗伯体的光源，其发光强度随发散角呈余弦函数变化规律，而发光亮度与发散角无关。micro
‑
led作为一种微缩化、薄膜化、阵列化的led 器件，其发光强度和亮度同样遵循朗伯分布规律。随着micro
‑
led的像素尺寸日渐缩小和阵列数目的增多，相邻以及相近像素间的光学串扰成为一大问题，如图1所示，micro
‑
led发光元件发出的光为发散光且遵循朗伯分布规律，相邻或者相近的发光元件之间发出的发射光会发生光串扰。光学串扰会使得原本处于关闭状态的像素受周围开启状态像素的影响而呈现非黑色情况，从而影响 micro
‑
led显示器件的对比度、饱和度、色纯度等重要指标。
3.目前，针对micro
‑
led像素间光学串扰的抑制方法有结构优化设计、非相干波动光学调控和几何光学调控。几何光学调控的做法是通过芯片的塑形来改变micro
‑
led所产生光束的光场分布，常用做法有侧壁塑形和将矩形led设计成其他多边形，这些做法需要较为复杂的工艺流程或异化芯片结构。
4.综上所示，在实际生产过程中，如何降低micro
‑
led的像素串扰成为研究热点。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型实施例提供一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件，用于解决micro
‑
led像素串扰的问题。
6.本实用新型实施例提供了一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件，包括：
7.阵列基板；
8.位于所述阵列基板一侧的发光结构，所述发光结构包括多个micro
‑
led发光元件，所述micro
‑
led发光元件与所述阵列基板绑定连接；所述发光结构包括氮化镓基外延层，所述氮化镓基外延层包括叠层设置的基底和发光功能层，所述基底位于所述发光功能层远离所述阵列基板的一侧；
9.位于所述基底远离所述阵列基板一侧的薄膜单元，所述薄膜单元在所述基底所在平面上的垂直投影覆盖所述micro
‑
led发光元件在所述基底所在平面上的垂直投影；
10.其中，所述薄膜单元包括n个薄膜，第i个薄膜和第j个薄膜依次位于所述 micro
‑
led发光元件的出光路径上；其中，1≤i<j≤n，n≥2且i、j和n均为整数；所述micro
‑
led发光元件的出光光线经所述第i个薄膜后与所述基底所在平面的夹角为α1，所述micro
‑
led发光元件的出光光线经所述第j个薄膜后与所述基底所在平面的夹角为α2，α1＜α2。
11.可选的，所述薄膜单元包括甲薄膜单元，所述甲薄膜单元包括多个子薄膜单元，所述子薄膜单元与所述micro
‑
led发光元件一一对应，且每个所述子薄膜单元在所述基底所在平面上的垂直投影覆盖与其对应设置的所述micro
‑
led 发光元件在所述基底所在平面
上的垂直投影；
12.所述子薄膜单元包括多个甲薄膜；沿第一方向，同一所述子薄膜单元中任意两个所述甲薄膜中，靠近所述micro
‑
led发光元件中心一侧的甲薄膜的折射率大于远离所述micro
‑
led发光元件中心一侧的甲薄膜的折射率；其中，所述出光方向在所述第一方向上存在分量，且所述第一方向与所述基底所在平面平行。
13.可选的，所述薄膜单元包括乙薄膜单元；
14.所述乙薄膜单元包括多个乙薄膜；沿第二方向，第一乙薄膜位于所述乙薄膜单元中其余任一乙薄膜靠近所述micro
‑
led发光元件的一侧，所述第一乙薄膜的折射率大于所述基底的折射率；沿所述第二方向，任意两个所述乙薄膜中，靠近所述micro
‑
led发光元件一侧的乙薄膜的折射率小于远离所述micro
‑
led 发光元件一侧的乙薄膜的折射率；其中，所述出光方向在所述第二方向上存在分量，且所述第二方向与所述基底所在平面垂直。
15.可选的，所述基底靠近所述薄膜单元一侧的表面为非平面。
16.可选的，所述micro
‑
led发光元件包括第一电极和第二电极；
17.所述发光结构还包括钝化层，所述钝化层位于所述发光功能层远离所述基底的一侧且所述钝化层中设置有开孔，所述钝化层覆盖所述micro
‑
led发光元件且所述开孔暴露所述第一电极和所述第二电极；
18.所述micro
‑
led显示器件还包括第一连接焊点和第二连接焊点，所述第一电极通过所述第一连接焊点与所述阵列基板绑定连接，所述第二电极通过所述第二连接焊点与所述阵列基板电连接。
19.可选的，所述发光功能层包括电流扩散层、p型氮化镓层、多量子阱结构以及n型氮化镓层；
20.所述电流扩散层分别与p型氮化镓层和所述第一电极接触，所述n型氮化镓层与所述第二电极接触；
21.所述多量子阱结构的发光光谱为近紫外到红光。
22.本实用新型实施例提供的降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件，通过在倒装结构的micro
‑
led背面相应位置制备渐变折射率薄膜阵列，利用渐变折射率薄膜对倒装micro
‑
led器件出射的发散光进行折射，以较低工艺复杂度的平面微光学器件、通过几何光学调控改变micro
‑
led像素发散光的传播方向，能够有效降低micro
‑
led器件相邻、相近像素间的光学串扰，进而提高 micro
‑
led显示器件的显示对比度。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为现有技术中的micro
‑
led显示器件光束传播及串扰示意图；
25.图2为本实用新型实施提供的一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件的结构示意图及光束调控示意图；
26.图3为本实用新型实施提供的另一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件的结构示意图；
27.图4为本实用新型实施提供的一种薄膜单元光束调控示意图；
28.图5为本实用新型实施提供的另一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件的结构示意图；
29.图6为本实用新型实施提供的另一种薄膜单元光束调控示意图；
30.图7为本实用新型实施提供的另一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件的结构示意图；
31.图8为本实用新型实施提供的另一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件的结构示意图；
32.图9为本实用新型实施提供的一种降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件制备方法的流程示意图。
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。
34.图2是本实用新型实施提供的一种降低像素光学串扰的micro
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led显示器件的结构示意图及光束调控示意图，如图2所示，显示器件包括：阵列基板1；位于阵列基板1一侧的发光结构2，发光结构2包括多个micro
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led发光元件， micro
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led发光元件与阵列基板1绑定连接；发光结构包括氮化镓基外延层，氮化镓基外延层包括叠层设置的基底21和发光功能层22，基底21位于发光功能层22远离阵列基板1的一侧。可选的，micro
‑
led发光元件的台面结构尺寸 l满足1μm≤l≤50μm。
35.显示器件包括还包括位于基底21远离阵列基板1一侧的薄膜单元3，薄膜单元3在基底21所在平面上的垂直投影覆盖micro
‑
led发光元件在基底21所在平面上的垂直投影。
36.示例性的，阵列基板1为micro
‑
led显示器件的驱动基板，用来控制输出驱动信号，将发光结构2与阵列基板1电连接，阵列基板1上的驱动信号可以输入到发光结构2，驱动发光结构2中的多个micro
‑
led发光元件发光。
37.其中，薄膜单元3包括n个薄膜，第i个薄膜和第j个薄膜依次位于 micro
‑
led发光元件的出光路径上；其中，1≤i<j≤n，n≥2且i、j和n均为整数；micro
‑
led发光元件的出光光线经第i个薄膜后与基底所在平面的夹角为α1，micro
‑
led发光元件的出光光线经第j个薄膜后与所述基底所在平面的夹角为α2，α1＜α2。
38.示例性的，发光结构2中基底21表面的薄膜单元3的折射率是渐变的，依照折射定律，光在不同折射率介质中会改变原有入射角度，而在多层渐变折射率膜中能够多次改变传播方向。采用渐变折射率材料制备的光学系统，能用较少的光学元件有目的的改变光线传播路径。薄膜单元3又包含n个薄膜，其中， n≥2且n为整数，micro
‑
led发光元件的出光光线经过多个薄膜，由靠近 micro
‑
led发光元件中心的薄膜到远离micro
‑
led发光元件中心的薄膜，出光光线与基底所在平面的夹角依次递增，渐变折射率的薄膜单元3可以对 micro
‑
led发光元件发出的光线进行几何调控。
39.通过在发光元件出光侧覆盖折射率渐变的薄膜单元，可以对发光元件发出的发射
光进行折射，通过几何光学方式改变原有传播路径，获得新的调控光束 62，如图2所示。需要指出的是，由于micro
‑
led器件光束的发散角度较大，如半角度为60
°
，在考虑渐变折射率薄膜的焦距和厚度之间的平衡后，渐变折射率薄膜对角度较大的边缘光束几何调控能力有限，但由于朗伯分布规律中的光强呈余弦函数分部，角度越大(0
°‑
90
°
)其光强越小，因而渐变折射率薄膜能够有效降低相邻相近间的像素光学串扰，进而提高显示效果。
40.薄膜单元的多个薄膜的折射率渐变方向可以为径向或者轴向，下面首先以薄膜单元的多个薄膜折射率径向渐变为例进行说明。
41.可选的，薄膜单元可以包括甲薄膜单元，甲薄膜单元包括多个子薄膜单元，子薄膜单元与micro
‑
led发光元件一一对应，且每个子薄膜单元在基底所在平面上的垂直投影覆盖与其对应设置的micro
‑
led发光元件在基底所在平面上的垂直投影。
42.子薄膜单元包括多个甲薄膜；沿第一方向，同一子薄膜单元中任意两个甲薄膜中，靠近micro
‑
led发光元件中心一侧的甲薄膜的折射率大于远离 micro
‑
led发光元件一侧的甲薄膜的折射率。其中，出光方向在第一方向上存在分量，且第一方向与所述基底所在平面平行。
43.示例性的，薄膜单元的甲薄膜单元折射率分布可以是径向递减的，与基底平行的方向为径向，本技术实施例所指径向为发射光在基底所在平面的分量，即第一方向。如图3所示，甲薄膜单元又包括第一子薄膜单元311，第二子薄膜单元312和第三子薄膜单元313，此处仅是为了举例说明，本技术实施例对 micro
‑
led发光元件的个数和子薄膜单元的个数不进行限定。如图3所示，每个子报名单元都是相对独立的，即多个子薄膜单元之间的多个甲薄膜的折射率变化是不连续、相对独立的，图3只是展示薄膜单元的结构，本实用新型实施例对子薄膜单元中的甲薄膜数量不进行限定。第一子薄膜单元中位于最靠近 micro
‑
led发光元件中心的位置的一甲薄膜折射率最大，越远离micro
‑
led发光元件中心的甲薄膜其折射率越小，且远离micro
‑
led发光元件中心一侧的甲薄膜的折射率大于空气的折射率。当发射光的光线从靠近micro
‑
led发光元件中心一侧的甲薄膜进入到相邻远离micro
‑
led发光元件中心一侧的甲薄膜时，出射角大于入射角，对发射光有聚拢效果。光线穿过的甲薄膜越多，聚拢效果越明显，如图4所示，为一种薄膜单元对发射光光束的调控示意图，此处以甲薄膜单元为例进行说明，发散光透过甲薄膜单元，光线先经过靠近micro
‑
led 发光元件中心一侧的甲薄膜，然后进入相邻远离micro
‑
led发光元件中心一侧的甲薄膜，发生折射，由于由靠近micro
‑
led发光元件中心向两侧方向，甲薄膜单元的折射率也越来越小，发生的折射效果越明显，对光束的聚拢效果也越来越好。本技术实施例提供的薄膜单元可有效聚拢micro
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led发光元件的发射光，降低micro
‑
led显示器件相邻、相近像素间的光学串扰，进而提高器件的对比度。
44.然后以薄膜单元的折射率轴向递增为例进行说明。
45.可选的，薄膜单元还包括乙薄膜单元，乙薄膜单元包括多个乙薄膜；沿第二方向，第一乙薄膜位于乙薄膜单元中其余任一乙薄膜靠近micro
‑
led发光元件的一侧，第一乙薄膜的折射率大于基底的折射率；沿第二方向，任意两个乙薄膜中，靠近micro
‑
led发光元件一侧的乙薄膜的折射率小于远离micro
‑
led 发光元件一侧的乙薄膜的折射率。其中，所述出光方向在所述第二方向上存在分量，且所述第二方向与所述基底所在平面垂直。
46.示例性的，薄膜单元的乙薄膜单元折射率分布是轴向递增的，与基底垂直的方向
为轴向，本技术实施例所指轴向为发射光在基底垂直面的分量，即第二方向。如图5所示，薄膜单元3的乙薄膜单元包括多个乙薄膜，其中，第一乙薄膜321位于最靠近micro
‑
led发光元件的位置。第一乙薄膜321的折射率大于基底21的折射率，越远离micro
‑
led发光元件的乙薄膜其折射率越大。如图 6所示，为另一种薄膜单元对发射光光束的调控示意图，此处以乙薄膜单元为例进行说明，第一乙薄膜会稍微聚拢发射光，使得发射光有所收敛，变得没有原来发散，越远离发光源的乙薄膜其折射率越大，对发射光的收敛效果也越好，发射光穿透乙薄膜单元的过程是一个逐渐收敛的过程。理想状态下，micro
‑
led 发光元件的发射光透过乙薄膜单元可以变成平行的光束，考虑到实际生产过程的成本、体积等问题，可以在不同折射率的薄膜材料和厚度之间做出平衡。
47.综上所述，通过在径向上或者轴向上设置薄膜单元的折射率向外递增，有效降低相邻相近间的像素光学串扰，进而提高显示效果。
48.可选的，micro
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led发光元件可以包括第一电极41和第二电极42，如图7 所示。
49.发光结构2还包括钝化层25，钝化层25位于发光功能层22远离基底21的一侧且钝化层25中设置有开孔，钝化层25覆盖micro
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led发光元件且开孔暴露第一电极41和第二电极42；
50.micro
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led显示器件还包括第一连接焊点51和第二连接焊点52，第一电极 41通过第一连接焊点51与阵列基板1绑定连接，第二电极42通过第二连接焊点52与阵列基板1电连接。
51.示例性的，在第一电极41和第二电极42分别输入电信号，可驱动micro
‑
led 发光元件发光。钝化层25可以为氮化硅薄膜或者氧化铝薄膜，在micro
‑
led发光元件表面覆盖钝化层25可以降低器件的漏电流和提高光输出效率，同时增强器件表面的抗机械磨损能力，然后再在对应位置开孔露出第一电极41和第二电极42区域用于电路导通。在钝化层25的开孔处制备有连接焊点，连接焊点可以为铜、铟单质或者铜锡合金等具有高导电率的金属焊点，其中，常用的为铟球焊点。将金属焊点与驱动基板的电极压合，驱动基板的驱动方式可采用有源驱动寻址驱动，如2t1c结构；或者采用无源驱动，即行列线路直接连接到每个像素电极的驱动方式；或者采用半有源寻址驱动，即只采用单晶体管并结合无源驱动的驱动方式。
52.可选的，发光结构可以包括氮化镓基外延层，氮化镓基外延层主要包括基底和发光功能层，如图8所示，发光功能层22可以包括电流扩散层221、p型氮化镓层222、多量子阱结构223以及n型氮化镓层224；电流扩散层221分别与p型氮化镓层222和第一电极41接触，n型氮化镓层224与第二电极42接触；多量子阱结构223的发光光谱可以为近紫外到红光。其中，电流扩散层可以与p型氮化镓层形成欧姆接触，降低p型氮化镓层与电极的接触电阻，进而提高micro
‑
led显示器件的能量转化效率。
53.可选的，基底靠近薄膜单元一侧的表面可以为非平面。其中，micro
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led 发光元件的基底可以为50μm左右的蓝宝石衬底，基底靠近薄膜单元一侧的表面可以为粗糙表面，可以在减薄后再进行粗化处理，既能够起到机械支撑作用又可以打破光的全反射，并提高micro
‑
led显示器件的外量子效率。
54.基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种降低像素光学串扰的micro
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led显示器件的制备方法，图9为一种降低像素光学串扰的 micro
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led显示器件制备
方法的流程示意图，可用于制备本实用新型实施例提供的降低像素光学串扰的micro
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led显示器件，本实用新型实施例提供的降低像素光学串扰的micro
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led显示器件的制备方法包括：
55.s110、提供阵列基板。
56.s120、提供发光结构，发光结构包括多个micro
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led发光元件；发光结构包括氮化镓基外延层，氮化镓基外延层包括叠层设置的基底和发光功能层，基底位于发光功能层远离阵列基板的一侧。
57.s130、以发光功能层朝向阵列基板的一侧绑定连接micro
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led发光元件与阵列基板。
58.s140、在基底远离阵列基板的一侧制备薄膜单元，薄膜单元在基底所在平面上的垂直投影覆盖micro
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led发光元件在基底所在平面上的垂直投影。
59.其中，所述薄膜单元包括n个薄膜，第i个薄膜和第j个薄膜依次位于所述 micro
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led发光元件的出光路径上；其中，1≤i<j≤n，n≥2且i、j和n均为整数；所述micro
‑
led发光元件的出光光线经所述第i个薄膜后与所述基底所在平面的夹角为α1，所述micro
‑
led发光元件的出光光线经所述第j个薄膜后与所述基底所在平面的夹角为α2，α1＜α2。
60.下面对如何制备折射率渐变的薄膜单元进行说明。
61.首先对如何在径向方向上制备折射率渐变的薄膜单元进行说明。
62.可选的，薄膜单元包括甲薄膜单元，甲薄膜单元包括多个子薄膜单元；子薄膜单元与micro
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led发光元件一一对应，且每个子薄膜单元在基底所在平面上的垂直投影覆盖与其对应设置的micro
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led发光元件在基底所在平面上的垂直投影；
63.在基板远离阵列基板的一侧制备薄膜单元，包括：
64.在基板远离阵列基板的一侧且与每个micro
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led发光元件对应的位置制备多个甲薄膜，子薄膜单元包括多个甲薄膜；沿第一方向，同一子薄膜单元中任意两个甲薄膜中，靠近micro
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led发光元件中心一侧的甲薄膜的折射率大于远离micro
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led发光元件中心一侧的甲薄膜的折射率；其中，出光方向在第一方向上存在分量，且第一方向与基底所在平面平行。
65.接下来对如何在轴向方向上制备折射率渐变的薄膜单元进行说明。
66.可选的，薄膜单元包括乙薄膜单元；
67.在基板远离阵列基板的一侧制备薄膜单元，包括：
68.在基板远离阵列基板的一侧制备多个乙薄膜，乙薄膜单元包括多个乙薄膜；沿第二方向，第一乙薄膜位于乙薄膜单元中其余任一乙薄膜靠近micro
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led发光元件的一侧，第一乙薄膜的折射率大于基底的折射率；沿第二方向，任意两个乙薄膜中，靠近micro
‑
led发光元件一侧的乙薄膜的折射率小于远离 micro
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led发光元件一侧的乙薄膜的折射率；其中，出光方向在第二方向上存在分量，且第二方向与基底所在平面垂直。
69.综上所述，通过在径向上或者轴向上制备折射率渐变的薄膜单元，有效降低相邻相近间的像素光学串扰，进而提高显示效果。
70.示例性的，包括多个micro
‑
led发光元件的发光结构可选取发光光谱为近紫外到红光的氮化镓基外延层，采用半导体制备工艺制备发光结构，主要工艺包括刻蚀获取台面阵列、制备电流扩散层并退火形成欧姆接触、沉积电极金属用于电流注入。
71.可选的，micro
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led发光元件靠近阵列基板一侧制备钝化层进行钝化处理，钝化层可以选择氮化硅或者氧化铝薄膜，采用沉积的工艺，钝化层的目的是降低器件的漏电流和提高光输出效率，同时增强器件表面的抗机械磨损能力，再通过刻蚀方式在对应位置开孔用于电路导通。
72.钝化层开孔暴露电极制备区域，然后在开孔处制备金属焊点，其材质包括铜、铟单质或者铜锡合金等，其中常用的金属焊点为铟，制备获得铟焊盘后还需要通过热回流工艺回流获得铟球焊点。通过控制倒装键合的压力和温度，将金属焊点与驱动基板的电极压合，驱动基板的驱动方式可采用有源驱动寻址驱动、无源驱动或者半有源寻址驱动，本实用新型实施例对此不进行限定。
73.可选的，在基板远离阵列基板的一侧制备薄膜单元之前，还包括：对基板远离阵列基板的一侧表面进行粗化处理，以使基底靠近薄膜单元一侧的表面形成非平面。
74.示例性的，通过研磨对micro
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led显示器件的基底进行减薄，保留50um 左右的基底，其中，可选择蓝宝石作为基底。然后，进行粗化处理，这样既能够起到机械支撑作用又可以打破光的全反射，进而提高外量子效率。在减薄粗化的衬底背面，通过离子交换、薄膜沉积等工艺，制备折射率渐变的薄膜阵列。
75.本实用新型实施例提供的降低像素光学串扰的micro
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led显示器件的制备方法可制备本实用新型任意实施例提供的降低像素光学串扰的micro
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led显示器件，具备实现降低像素光学串扰的micro
‑
led显示器件相应的结构和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本实用新型任意实施例所提供的降低像素光学串扰的micro
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led显示器件。
76.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，本实用新型的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。