CN104465692A

CN104465692A - 一种led全彩显示阵列及其制作方法

Info

Publication number: CN104465692A
Application number: CN201410736198.XA
Authority: CN
Inventors: 李璟; 杨华; 薛斌; 谢海忠; 王国宏; 王军喜; 李晋闽
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: CN104465692B

Abstract

本发明提供了一种LED全彩显示阵列及其制作方法，所述显示阵列包括：制作在透明面板上的导光层，所述导光层包括阵列图形和通道图形；蓝光LED超小芯片阵列，其粘接在所述透明面板上，且与所述导光层的通道图形连接；制作在透明面板上的第一反射镜，所述第一反射镜制作在透明面板上除导光层和蓝光LED超小芯片阵列之外的位置；第二反射镜，其制作在所述第一反射镜和导光层之上；其中，所述蓝光LED超小芯片阵列的光通过所述导光层上的通道图形导到所述导光层上的阵列图形而放大。本发明LED发光点间距可调，可以将点间距缩小到500um以下，极大地节约了LED全彩显示阵列的制作成本，同时简化了制作工艺。

Description

一种LED全彩显示阵列及其制作方法

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，尤其涉及一种低成本超小点距LED全彩显示阵列及其制作方法

背景技术

LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用LED发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕，LED显示屏以可靠性高、亮度高、使用寿命长、环境适应能力强、耐冲击、性能稳定等特点，将成为平板显示领域的主流产品。

随着LED芯片制造、集成封装、显示控制和工艺技术的不断进步，高清LED显示产品将引领LED显示的发展趋势。LED小点间距显示产品具有亮度高、整体无拼缝、寿命长、高效节能、响应时间短、大视角等优势，预计高清LED显示产品将在未来爆发式增长。

实现高清显示的关键技术是缩小显示屏的发光像素，目前比较好的方法如图1所示，在面板上制备行控制线和列数据线，行列金属线条之间用绝缘层隔离，在行列金属线条的交叉处，通过光刻工艺露出后序压焊芯片电极的位置，在此阵列上通过倒装焊工艺将红、绿、蓝倒装芯片固晶在行控制线和列数据线的交叉位置，最后通过控制引向面板四周的行控制线和列数据线，在面板的正面显示全彩图像。

LED芯片的大小、芯片间距、行列金属线条的位置和宽度以及固晶精度决定由红、绿和蓝光芯片组成的一个全彩像素点的尺寸无法小于700um×700um。此外，红、绿和蓝光倒装小芯片制作工艺复杂、成本高、成品率低。对面板上行和列金属线之间的电绝缘层的绝缘性能、耐机械压力和电冲击性能要求极高，此电绝缘层会由于压焊芯片造成行线与列线间的短路，使该交叉点处的芯片无法点亮。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种低成本超小点距LED全彩显示阵列的制作方法，不仅可以将LED全彩显示阵列的像素尺寸缩小到500um×500um以下，而且制作LED芯片阵列工艺简单、成本低、成品率高，不存在芯片无法点亮、短路和断路现象。

(二)技术方案

本发明提供了一种LED全彩显示阵列，包括：

制作在透明面板上的导光层，所述导光层包括阵列图形和通道图形；

蓝光LED超小芯片阵列，其粘接在所述透明面板上，且与所述导光层的通道图形连接；

制作在透明面板上的第一反射镜，所述第一反射镜制作在透明面板上除导光层和蓝光LED超小芯片阵列之外的位置；

第二反射镜，其制作在所述第一反射镜和导光层之上；

其中，所述蓝光LED超小芯片阵列的光通过所述导光层上的通道图形导到所述导光层上的阵列图形而放大。

本发明还提供了一种如上所述的LED全彩显示阵列的制作方法，其包括：

制作蓝光LED超小芯片阵列；

在透明面板上制作第一反射镜和导光层；

将所述蓝光LED超小芯片阵列粘接在所述透明面板上；

制作第二反射镜。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明提供的一种低成本超小点距LED全彩显示阵列的制作方法，具有以下有益效果：

(1)采用蓝光超小LED芯片阵列，通过导光胶将光引导到透明面板上，在透明面板上进行放大和颜色转换。透明面板上的LED发光阵列点间距可调，可以将LED全彩显示阵列的点间距缩小到500um以下；

(2)无需单独制备红、绿和蓝光倒装芯片，直接制备工艺简单、体积小的蓝光超小LED芯片阵列，其中每个芯片边长50um～200um，发光芯片体积缩小，极大地节约了LED全彩显示阵列的制作成本，同时也简化了制作工艺。在透明面板上涂敷红色荧光粉和绿色荧光粉将蓝光转换成红光和绿光；

(3)无需在面板上制作行列金属引线，并在两者之间制备工艺难度较大的电绝缘层，不会发生由于电绝缘层性能劣化或受损引起LED芯片短路现象，提高了LED全彩显示阵列的成品率。

附图说明

图1是现有技术制备的小间距全彩LED显示阵列示意图；

图2是本发明中超小LED芯片阵列的结构示意图；

图3是根据本发明制备的低成本超小间距全彩LED显示阵列示意图；

图4是本发明制备的低成本超小间距全彩LED显示阵列中的第一反射镜图形(黑色阴影部分)；

图5是本发明制备的低成本超小间距全彩LED显示阵列沿AA/截面的剖视图。

[主要元件]：

1-衬底； 2-N-GaN； 3-多量子阱MQW；

4-P-GaN； 5-P电极； 6-N电极；

7-蓝光LED超小芯片阵列8-透明面板； 9-第一反射镜；

10-1：导光胶图形(正方形图形部分)；

10-2：连接导光胶图形与蓝光LED超小芯片阵列7之间的导光胶通道；

11：m行×m列阵列中的正方形像素；

12-第二反射镜；

13-红色荧光粉；

14-绿色荧光粉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种制备低成本超小间距全彩LED显示阵列的方法。请参阅图2、图3和图4所示，本实施例包括如下步骤：

步骤1：制作蓝光LED超小芯片阵列(参阅图2)。在蓝宝石衬底1上依次生长N型氮化镓N-GaN2、多量子阱MQW 3和P型氮化镓P-GaN 4，形成LED外延材料结构。对此LED外延材料结构进行感应耦合等离子体ICP刻蚀，刻蚀掉部分P-GaN4和MQW3，形成N-GaN相连的m行×n列蓝光LED超小芯片阵列结构，其中，m为大于1的正整数，所述n为可以等于1的正整数。其中，每个超小芯片为正方形或长方形，边长范围为50um～200um。在每个LED超小芯片结构的P-GaN 4上表面制作P电极5，并在阵列中每行一侧制作共同的N电极6，形成蓝光LED超小芯片阵列7。为了节约蓝光超小芯片阵列的面积，这个阵列中所有芯片可以共用一个N电极(阴极)或几个芯片一组共用一个N电极(阴极)，这个阵列中的每个芯片的P电极(阳极)分别引出电极。这个蓝光LED超小芯片阵列7相当于源阵列，通过后序的导光胶图形将LED发出的光引导和放大到目标阵列11。

蓝光LED超小芯片阵列7的多个分立的P电极5作为后序驱动控制电路的数据线电极，蓝光LED超小芯片阵列7的N电极6作为后序驱动控制电流的控制线电极。

步骤2：在另一张绝缘透明面板8上制作第一反射镜9和低吸收的导光胶图形10(参阅图3和图4)。具体步骤：(1)制作第一反射镜9。在透明面板8上先沉积高反射率的金属反射膜或光学反射膜，再通过光刻腐蚀工艺将正方形图形11组成的x行×y列阵列里面的反射镜薄膜去掉，x，y为正整数，只留下由正方形图形组成的x行×y列阵列外面的反射镜薄膜，正方形图形组成的x行×y列阵列(也可以行列像素数不相等)中像素个数的总数与蓝光超小芯片阵列中的芯片总数相等；(2)制作导光胶图形10。导光胶图形10由两部分组成，一部分是x行×y列导光胶阵列图形10-1，其制作在正方形图形11上面，另一部分导光胶通路10-2，该导光胶通路10-2连接导光胶阵列图形10-1和透明面板8上的蓝光LED超小芯片阵列7预留位置。该导光胶通路10-2位于透明面板8上的正方形图形11以外区域，根据蓝光超小芯片阵列在透明面板8上的位置以及蓝光超小芯片阵列中的芯片数量决定最优化的通路设计。第一反射镜9位于导光胶图形的周边。在透明面板8和第一反射镜9上涂敷导光胶，通过光刻腐蚀工艺去掉导光胶阵列10-1和导光胶通路10-2以外导光胶，形成导光胶图形。导光胶图形的作用是将LED超小芯片阵列7的光引导到透明面板8上在由正方形图形11组成的x行×y列阵列上放大。导光胶图形10-1周边的光可以被与它相邻的第一反射镜9反射回导光胶。透明面板上的LED发光阵列点间距可根据设计任意调整，可以将LED全彩显示阵列的点间距缩小到500um以下。

此步骤中，高反射率的金属可以是Ag、Al，或者薄层金属Ti、Cr、Ni与Ag、Al的复合金属膜层。金属厚度1～5um。高反射率的光学膜可以是SiO₂与Ta₂O₅的多层复合高反膜或SiO₂与TiO₂的多层复合高反膜，薄膜厚度1～5um。沉积工艺可以是热蒸发、电子束蒸发、溅射等工艺。导光胶可以是低吸收光的树脂、硅胶或其他聚合物。厚度与反射镜9相当。透明面板可以是玻璃、蓝宝石或透明树脂材料。

步骤3：步骤1中的蓝光LED超小芯片阵列7对准所述绝缘透明面板8上的蓝光LED超小芯片阵列7预留位置，通过透明胶将其粘接，使得所述蓝光LED超小芯片阵列7与所述导光胶通道图形10-2相连接。蓝光LED超小芯片阵列7发出的光通过导光胶通道图形被引导到导光胶阵列图形10-1并放大。

步骤4：在反射镜9以及导光胶10上再制备第二反射镜12。此反射镜的材料和制备工艺与第一反射镜9完全相同，只是反射镜图形不同。此第二反射镜12整体覆盖在第一反射镜9和导光胶10上面，通过光刻腐蚀工艺去掉在蓝光LED超小芯片阵列7上面的膜层，露出蓝光LED超小芯片阵列7，便于蓝光LED超小芯片阵列7的电极与后序的驱动控制电路相连。

步骤5：在透明面板8的背面涂敷红色荧光粉和绿色荧光粉(参阅图4)。对准正面的正方形图形11组成的x行×y列阵列中的每列管芯，分别涂覆红色荧光粉13、绿色荧光粉14和不涂荧光粉。红色荧光粉激发蓝光LED发出红光，绿色荧光粉激发蓝光LED发出绿光光，于是形成按列依次排布的红、绿、蓝LED管芯。

具体做法是：在透明面板背面放置mask模版，模版上有一列列镂空列线条，模版与透明面板正面的每列管芯对准，每隔两列管芯的距离有一条镂空列线。先在镂空列线中喷涂红色荧光粉，200度固化后再将mask模板平移到相邻的一列管芯对准，再对镂空列线中喷涂绿色荧光粉，200度固化绿色荧光粉。

本发明还提供了一种LED全彩显示阵列，包括：

第二反射镜，其制作在所述第一反射镜和导光层之上；

其中，所述透明面板背面还涂覆有荧光粉。

其中，所述蓝光LED超小芯片阵列中每行共用一个N电极。

其中，所述蓝光LED超小芯片阵列中的每个芯片尺寸范围为50um～200um。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种LED全彩显示阵列，包括：

第二反射镜，其制作在所述第一反射镜和导光层之上；

2.如权利要求1所述的LED全彩显示阵列，其中，所述透明面板背面还涂覆有荧光粉。

3.如权利要求1所述的LED全彩显示阵列，其中，所述蓝光LED超小芯片阵列中所有芯片共用一个N电极或几个一组共用一个N电极。

4.如权利要求1所述的LED全彩显示阵列，其中，所述蓝光LED超小芯片阵列为n行×m列阵列，n和m为正整数。

5.如权利要求1所述的LED全彩显示阵列，其中，导光层阵列图形是由正方形图形组成的x行×y列阵列，x，y为正整数，其中，该阵列图图形中的正方形图形的总数与所述蓝光LED超小芯片阵列中的芯片总数相等。

6.如权利要求1所述的LED全彩显示阵列，其中，所述蓝光LED超小芯片阵列中的每个芯片为正方形或长方形，边长范围为50um～200um。

7.一种如权利要求1所述的LED全彩显示阵列的制作方法，其包括：

制作蓝光LED超小芯片阵列；

在透明面板上制作第一反射镜和导光层；

将所述蓝光LED超小芯片阵列粘接在所述透明面板上；

制作第二反射镜。

8.如权利要求7所述的制作方法，其中，所述制作蓝光LED超小芯片阵列包括：

在衬底上依次生长N型氮化镓、多量子阱材料和P型氮化镓；

刻蚀掉部分多量子阱材料和P型氮化镓，形成由N型氮化镓相连的芯片阵列；

在所述芯片阵列的每个芯片的P型氮化镓表面制作P电极，并在阵列每行一侧制作共用的N电极，形成蓝光LED超小芯片阵列。

9.如权利要求7所述的制作方法，其中，所述在透明面板上制作第一反射镜和导光层包括：

在透明面板上沉积高反射率材料，并刻蚀形成正方形阵列图形，保留所述正方形阵列图形之外的高反射率材料，形成第一反射镜；

在透明面板上涂覆导光胶，刻蚀掉除所述正方形阵列图形和通道图形之外的导光胶，形成导光层。

10.如权利要求7所述的制作方法，其中，所述制作第二反射镜包括：

在透明面板上沉积高反射率材料，并刻蚀掉蓝光LED超小芯片阵列上面的高反射率材料，形成第二反射镜。