CN102214651A - 一种led像素单元器件结构及其制备方法 - Google Patents

一种led像素单元器件结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED像素单元器件结构，将由同一衬底连接但电学隔离的三个LED芯片单元倒装封装在一起，减小了器件封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；且各LED芯片单元的结构完全相同，通过在其上分别形成R、G、B滤色膜，使其分别发出红光、绿光及蓝光，从而保证在使用过程中，各LED芯片单元的衰减一致，提高了显示屏的色彩一致性；本发明还公开了一种上述结构的制备方法，将LED模块倒装在导热基板上，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了LED的出光效率，节省了封装空间，实现了LED封装尺寸进一步小型化与集成化。

Description

一种LED像素单元器件结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及一种LED像素单元器件结构及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出颜色为红(R)、橙、黄、绿(G)、青、蓝(B)、紫的光。
随着超高亮度LED的技术逐渐成熟，价格不断下降，并且由于其采用三基色发光、色还原性好、耗电量低，再加上寿命长、短小轻薄、环保等优势，LED已逐渐取代CCFL背光源，在液晶显示领域显示出了巨大的潜力。
由于亮度低，以往的LED作为背光源的使用只能限制在小型显示器上，随着半导体技术的快速发展，加上封装设计的新概念，LED的亮度和效率得以显著提高，LED背光源的应用范围更加广泛。
LED全彩显示屏是一种通过控制RGB半导体发光二极管的显示方式，由很多个RGB三色的发光二极管组成，每个像素组合均有RGB二极管，靠每组像素灯的亮灭来显示不同颜色的全彩画面。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
现有技术中，一般将红(R)、绿(G)、蓝(B)的LED以数组方式排列在屏幕的后方，用以提供白光，经由改变LED的排列方式，可提高最高最白的光线。然而，由于LED的光源由不同颜色所排列组合而成，LED的排列方式若有细微变化，则可能会改变屏幕颜色或减少亮度。
并且，由于现有技术中，红(R)、绿(G)、蓝(B)的LED一般是单独封装后再排列在一起的，因此封装结构不紧凑，LED芯片单元之间的距离较大。
裸芯片技术(主要有板上芯片封装技术和倒装片技术两种形式)虽然可以将RGB三色LED封装在一起，通过减小器件封装面积来提高显示屏的分辨率，但是该技术能提高的分辨率的程度非常有限。
此外，虽然LED显示屏的使用初期，一般都应该能够保证色彩的一致性，然而，随着使用过程中LED管的衰减、RGB半导体器件本身具有的个体差异、以及LED生产工艺的差异，将会导致每颗LED管的衰减曲线不同，从而造成随着使用时间的增长，显示屏的色彩一致性越来越差。
因此，如何提供一种高性能的能发射RGB三基色的LED器件，已成为目前业界亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED像素单元器件结构及其制备方法，以提LED像素单元器件的整体性能。
为解决上述问题，本发明提出一种LED像素单元器件结构，用于发射RGB三基色光，包括：
LED模块，所述LED模块包括三个LED芯片单元，所述三个LED芯片单元由同一衬底连接，但相互之间电学隔离；
导热基板，其上具有金属互联结构，所述LED模块倒置于所述金属互联结构上，所述三个LED芯片单元的电极与所述金属互联结构固定连接；
荧光粉，覆盖在所述倒置后的LED模块的衬底上，在所述荧光粉的配合作用下，所述LED芯片单元发出白光；
滤色膜，包括红色滤色膜、绿色滤色膜以及蓝色滤色膜，所述红色滤色膜、绿色滤色膜以及蓝色滤色膜覆盖在所述荧光粉上，且分别对应一个LED芯片单元；
反光杯，位于所述导热基板上，且所述LED模块位于所述反光杯内；
透明硅胶，位于所述反光杯内，将所述LED模块密封在所述反光杯内。
可选的，所述LED芯片单元为蓝光LED芯片单元。
可选的，所述荧光粉为钇铝石榴石荧光粉。
可选的，所述LED芯片单元包括：衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述N型电子注入层上制备有N型电极。
可选的，所述P型电极及所述N型电极与所述金属互联结构固定连接。
可选的，所述衬底为蓝宝石衬底。
可选的，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
可选的，所述各LED芯片单元之间设置有电隔离沟槽，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。
同时，为解决上述问题，本发明还提出一种上述LED像素单元器件结构的制备方法，该方法包括如下步骤：
制备所述LED模块，其中，所述LED模块上覆盖有所述荧光粉，所述荧光粉上覆盖有所述滤色膜；
准备所述导热基板；
将所述LED模块倒置于所述导热基板上，所述三个LED芯片单元的电极与所述金属互联结构固定连接；
在所述导热基板上安装反光杯；以及
点胶，将透明硅胶注入至所述反光杯内。
可选的，所述制备LED模块具体包括如下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上依次生长低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层；
依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、电子阻挡层、多量子阱有源层、N型电子注入层以及低温缓冲层，形成电隔离沟槽；
依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、所述电子阻挡层以及所述多量子阱有源层，形成一台柱面，并露出所述N型电子注入层；
在露出的N型电子注入层上制备N型电极，并在所述P型电极金属全发射层上制备P型电极；
涂敷荧光粉，所述荧光粉覆盖所述衬底的底面；
安装滤色膜，所述滤色膜覆盖所述荧光粉；
划片，形成多个LED模块，其中每个LED模块包括3个LED芯片单元，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。
可选的，所述LED芯片单元为蓝光LED芯片单元。
可选的，所述荧光粉为钇铝石榴石荧光粉。
可选的，所述衬底为蓝宝石衬底。
可选的，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
与现有技术相比，本发明提供的LED像素单元器件结构通过将由同一衬底连接但在电学上完全隔离的三个LED芯片单元封装在一起，从而减小了器件封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；并且三个LED芯片单元的结构完全相同，通过在其上分别形成R、G、B滤色膜，使其分别发出红光、绿光及蓝光，从而保证在使用过程中，各LED芯片单元的衰减一致，提高了显示屏的色彩一致性；同时，所述LED像素单元器件结构采用倒装结构，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了LED的出光效率，节省了封装空间，实现了LED封装尺寸进一步小型化与集成化。
与现有技术相比，本发明提供的LED像素单元器件结构的制备方法，将LED模块倒装在导热基板，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了LED的出光效率，节省了封装空间，实现了LED封装尺寸进一步小型化与集成化；并且所述LED模块包括由同一衬底连接但在电学上完全隔离的三个LED芯片单元，通过在其上分别形成R、G、B滤色膜，使其分别发出红光、绿光及蓝光，从而减小了器件封装面积，提高了LED显示屏的分辨率，且保证在使用过程中，各LED芯片单元的衰减一致，提高了显示屏的色彩一致性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的LED像素单元器件结构的剖面图；
图2A至图2G为本发明实施例提供的LED像素单元器件结构制备方法中各步骤对应的器件剖面图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED像素单元器件结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种LED像素单元器件结构，将由同一衬底连接但在电学上完全隔离的三个LED芯片单元采用倒装结构封装在一起，从而减小了器件封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；并且三个LED芯片单元的结构完全相同，通过在其上分别形成R、G、B滤色膜，使其分别发出红光、绿光及蓝光，从而保证在使用过程中，各LED芯片单元的衰减一致，提高了显示屏的色彩一致性；同时，还提供一种LED像素单元器件结构的制备方法，将LED模块倒装在导热基板，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了LED的出光效率，节省了封装空间，实现了LED封装尺寸进一步小型化与集成化。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的LED像素单元器件结构的剖面图，如图1所示，本发明实施例提供的LED像素单元器件结构包括：
LED模块，所述LED模块包括三个LED芯片单元120，所述三个LED芯片单元120由同一衬底连接，但相互之间电学隔离；
导热基板110，其上具有金属互联结构111，所述LED模块倒置于所述金属互联结构111上，所述三个LED芯片单元120的电极与所述金属互联结构111固定连接；
荧光粉130，覆盖在所述倒置后的LED模块的衬底上，在所述荧光粉130的配合作用下，所述LED芯片单元120发出白光；
滤色膜，包括红色滤色膜141、绿色滤色膜142以及蓝色滤色膜143，所述红色滤色膜141、绿色滤色膜142以及蓝色滤色膜143覆盖在所述荧光粉130上，且分别对应一个LED芯片单元120；由于所述红色滤色膜141只允许红光通过，所述绿色滤色膜142只允许绿光通过，所述蓝色滤色膜143只允许蓝光通过，因此在所述滤色膜的作用下，所述LED模块发出RGB三基色光；
反光杯160，位于所述导热基板110上，且所述LED模块位于所述反光杯160内；
透明硅胶150，位于所述反光杯160内，将所述LED模块密封在所述反光杯160内。
本发明实施例提供的LED像素单元器件结构通过将由同一衬底连接但在电学上完全隔离的三个LED芯片单元采用倒装结构封装在一起，从而减小了器件封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；并且三个LED芯片单元的结构完全相同，通过在其上分别形成R、G、B滤色膜，使其分别发出红光、绿光及蓝光，从而保证在使用过程中，各LED芯片单元的衰减一致，提高了显示屏的色彩一致性。
进一步地，所述LED芯片单元120为蓝光LED芯片单元。其中，所述LED芯片单元120包括：衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述N型电子注入层上制备有N型电极。在本发明的一个具体实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
进一步地，所述荧光粉130为钇铝石榴石荧光粉。
进一步地，所述P型电极及所述N型电极与所述金属互联结构111固定连接。
进一步地，所述各LED芯片单元120之间设置有电隔离沟槽，各LED芯片单元120之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。
请继续参考图2A至图2G，图2A至图2G为本发明实施例提供的LED像素单元器件结构制备方法中各步骤对应的器件剖面图，结合图2A至图2G，本发明实施例提供的LED像素单元器件结构的制备方法包括如下步骤：
步骤一：制备所述LED模块，其中，所述LED模块上覆盖有所述荧光粉，所述荧光粉上覆盖有所述滤色膜；具体包括以下步骤：
提供衬底121；
在所述衬底121上依次生长低温缓冲层122、N型电子注入层123、多量子阱有源层124、电子阻挡层125、P型空穴注入层126以及P型电极金属全发射层127，如图2A所示；
依次刻蚀所述P型电极金属全发射层127、P型空穴注入层126、电子阻挡层125、多量子阱有源层124、N型电子注入层123以及低温缓冲层122，形成电隔离沟槽128；
依次刻蚀所述P型电极金属全发射层127、P型空穴注入层126、电子阻挡层125以及多量子阱有源层124，形成一台柱面129，并露出所述N型电子注入层123；该步骤完成后的器件剖面示意图如图2B所示；
在露出的N型电子注入层123上制备N型电极130b，并在所述P型电极金属全发射层127上制备P型电极130a，如图2C所示；
涂敷荧光粉130，所述荧光粉130覆盖所述衬底121的底面，如图2D所示；其中，所述荧光粉130为钇铝石榴石荧光粉，在所述荧光粉130的配合作用下，所述LED芯片单元发出白光；
安装滤色膜，所述滤色膜覆盖所述荧光粉130；其中，所述滤色膜包括红色滤色膜141、绿色滤色膜142以及蓝色滤色膜143，所述红色滤色膜141、绿色滤色膜142以及蓝色滤色膜143覆盖在所述荧光粉130上，且分别对应一个LED芯片单元120，如图2E所示；由于所述红色滤色膜141只允许红光通过，所述绿色滤色膜142只允许绿光通过，所述蓝色滤色膜143只允许蓝光通过，因此在所述滤色膜的作用下，所述LED模块发出RGB三基色光；
划片，形成多个LED模块，其中每个LED模块包括3个LED芯片单元120，各LED芯片单元120之间通过所述电隔离沟槽128实现电学隔离；该步骤完成后的器件剖面示意图如图2F所示。
步骤二：准备所述导热基板；
步骤三：将所述LED模块倒置于所述导热基板110上，所述三个LED芯片单元120的电极与所述金属互联结构111固定连接；具体地，所述P型电极130a及所述N型电极130b与所述金属互联结构111固定连接。
步骤四：在所述导热基板110上安装反光杯160，所述LED模块位于所述反光杯160内；
步骤五：点胶，将透明硅胶150注入至所述反光杯160内，将所述LED模块密封在所述反光杯160内；该步骤完成后的器件剖面结构图如图2G所示。
进一步地，所述LED芯片单元120为蓝光LED芯片单元。其中，所述LED芯片单元120包括：衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述N型电子注入层上制备有N型电极。在本发明的一个具体实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
综上所述，本发明提供了一种LED像素单元器件结构，将由同一衬底连接但在电学上完全隔离的三个LED芯片单元采用倒装结构封装在一起，从而减小了器件封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；并且三个LED芯片单元的结构完全相同，通过在其上分别形成R、G、B滤色膜，使其分别发出红光、绿光及蓝光，从而保证在使用过程中，各LED芯片单元的衰减一致，提高了显示屏的色彩一致性；同时，本发明还提供了一种LED像素单元器件结构的制备方法，将LED模块倒装在导热基板，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了LED的出光效率，节省了封装空间，实现了LED封装尺寸进一步小型化与集成化。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种LED像素单元器件结构，用于发射RGB三基色光，其特征在于，包括：
LED模块，所述LED模块包括三个LED芯片单元，所述三个LED芯片单元由同一衬底连接，但相互之间电学隔离；
导热基板，其上具有金属互联结构，所述LED模块倒置于所述金属互联结构上，所述三个LED芯片单元的电极与所述金属互联结构固定连接；
荧光粉，覆盖在所述倒置后的LED模块的衬底上，在所述荧光粉的配合作用下，所述LED芯片单元发出白光；
滤色膜，包括红色滤色膜、绿色滤色膜以及蓝色滤色膜，所述红色滤色膜、绿色滤色膜以及蓝色滤色膜覆盖在所述荧光粉上，且分别对应一个LED芯片单元；
反光杯，位于所述导热基板上，且所述LED模块位于所述反光杯内；
透明硅胶，位于所述反光杯内，将所述LED模块密封在所述反光杯内。
2.如权利要求1所述的LED像素单元器件结构，其特征在于，所述LED芯片单元为蓝光LED芯片单元。
3.如权利要求2所述的LED像素单元器件结构，其特征在于，所述荧光粉为钇铝石榴石荧光粉。
4.如权利要求2所述的LED像素单元器件结构，其特征在于，所述LED芯片单元包括：衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述N型电子注入层上制备有N型电极。
5.如权利要求4所述的LED像素单元器件结构，其特征在于，所述P型电极及所述N型电极与所述金属互联结构固定连接。
6.如权利要求4所述的LED像素单元器件结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
7.如权利要求4所述的LED像素单元器件结构，其特征在于，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
8.如权利要求1所述的LED像素单元器件结构，其特征在于，所述各LED芯片单元之间设置有电隔离沟槽，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。
9.一种如权利要求1所述的LED像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备所述LED模块，其中，所述LED模块上覆盖有所述荧光粉，所述荧光粉上覆盖有所述滤色膜；
准备所述导热基板；
将所述LED模块倒置于所述导热基板上，所述三个LED芯片单元的电极与所述金属互联结构固定连接；
在所述导热基板上安装反光杯；以及
点胶，将透明硅胶注入至所述反光杯内。
10.如权利要求9所述的LED像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备LED模块具体包括如下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上依次生长低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层；
依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、电子阻挡层、多量子阱有源层、N型电子注入层以及低温缓冲层，形成电隔离沟槽；
依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、所述电子阻挡层以及所述多量子阱有源层，形成一台柱面，并露出所述N型电子注入层；
在露出的N型电子注入层上制备N型电极，并在所述P型电极金属全发射层上制备P型电极；
涂敷荧光粉，所述荧光粉覆盖所述衬底的底面；
安装滤色膜，所述滤色膜覆盖所述荧光粉；
划片，形成多个LED模块，其中每个LED模块包括3个LED芯片单元，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。
11.如权利要求10所述的LED像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，所述LED芯片单元为蓝光LED芯片单元。
12.如权利要求10所述的LED像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，所述荧光粉为钇铝石榴石荧光粉。
13.如权利要求10所述的LED像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
14.如权利要求10所述的LED像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
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