CN105720146B - 一种大面积电极led阵列制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大面积LED阵列制备方法，包括：附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列经过多次扩晶达到所需要求间隔后，直接一次性与相应的设计衬底进行电极连接，再通过外围电路驱动整个排列在衬底上的LED阵列，实现大面积LED阵列的制备。其中，LED器件结构包括单电极和双电极结构，根据LED器件结构的不同，其相应的设计衬底和连接方式也不同。本发明所实施的晶圆级别的LED阵列制备方案，很大程度上提高了LED阵列的显示分辨率，增加在各应用中的生产灵活性，能很好的满足显示需求。虽然单个LED阵列制作成本可能较高，但是一旦实现量产，在量产的同时省去了单个LED单元的封装步骤，成本将会大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及LED阵列显示器制备领域，更具体地，涉及一种大面积电极LED阵列制备方法。
背景技术
LED显示屏幕，作为新的媒体，运动的发光图文，更容易吸引人的注意力，信息量大，随时更新，有着非常好的广告和告示效果。LED屏比霓虹灯更加简单，容易安装和使用，效果变化更多，可以随时更新内容，是很好的户内外发视觉媒体。LED屏幕属于高科技电子产品，价格比较高，以前集中在政府和单位中使用。技术不断进步，价格不断降低，组装和维护更加简单。小型的LED条屏，因为价格便宜，安装和使用简单，慢慢被大众接受，逐步走进大小店铺，应用更加大众化，逐步开始普及。
LED显示屏幕，基本构成单元主要包括以下几个：显示单元板，电源，控制卡，控制单元。而显示单元板主要是由LED阵列构成，LED阵列由很多个LED发光点用树脂或者塑料封装起来的。根据LED显示屏工作环境(户内和户外)不同，其每个LED发光点的发光强度和相邻两个LED间隔也不同。
传统的LED阵列的制作和生产是采用一定量的独立封装好了的LED单元模组或者整体封装好了的模组拼接而成。独立封装的LED单元封装方式包括引脚式封装，平面式封装，表贴封装，食人鱼封装，功率型封装等。这些封装虽然能使单个LED工作方式和环境可以灵活选择，但是将一定量的独立封装的LED按矩阵排列构成LED显示屏时，由于独立封装的每个LED单元具有一定的体积，导致相邻两个LED的间隔无法最小化，使得LED显示屏的分辨率无法进一步提高，进而导致显示效果变差。采取整体塑封方式封装的LED阵列虽然能在一定程度上减小相邻两个LED间隔，提高LED显示屏的分辨率和显示效果，但是通常整体塑封的LED阵列的间隔是固定的，是由塑封模具决定的。同时，使用以上两种方法生产LED阵列的生产过程是逐个将LED单元放置在相应的LED阵列的像素中，在制造和生产大屏幕LED阵列显示器中，生产效率就显得较为低下。
发明内容
为克服上述现有技术中生产LED阵列显示器的两种传统方法灵活性低，生产效率较低，显示分辨率较低的缺点，本发明提出一种大面积电极LED阵列制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种大面积电极LED阵列制备方法，包括大面积单电极LED制备方式和大面积双电极LED制备方式，包括：
附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列经过多次扩晶达到所需要求间隔后，直接一次性与相应的设计衬底进行电极连接，再通过外围电路驱动整个排列在衬底上的LED晶圆阵列，实现大面积LED阵列的制备。其中，LED器件结构包括单电极和双电极结构，根据LED器件结构的不同，其相应的设计衬底和连接方式也不同。
上述方案的具体为：
大面积单电极LED制备方式，其过程为：对附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列进行多次扩晶达到所需要求间隔后，基于用户设计的衬底，在对应的焊盘区域点上银胶或喷上焊锡，将扩晶后的LED晶圆阵列的每个LED晶圆的底部电极与衬底上的焊盘区域进行校准，校准后直接将LED晶圆阵列和衬底压合，再将压合后的LED晶圆阵列和衬底置于恒温箱中使银胶或者焊锡固化，固化后去除蓝膜或UV膜，再将导电薄膜上的焊盘与衬底上的LED晶圆阵列进行校准，校准后直接压合；
大面积双电极LED制备方式，其过程为：对附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列进行多次扩晶达到所需要求间隔后，基于用户设计的衬底，将扩晶后的LED晶圆阵列的每个LED晶圆的底部电极与衬底上的焊盘区域进行校准，校准后直接将LED晶圆阵列和衬底压合，再将压合后的LED晶圆阵列和衬底置于恒温箱中使银胶或者焊锡固化，固化后去除蓝膜或UV膜。
优选的，所述衬底和导电薄膜的材料为硅片或PCB板。
优选的，在制备大面积单电极LED阵列时，其衬底的焊盘区域刻蚀有若干条等间隔的列金属线，导电薄膜上刻蚀有与列金属线数量相同的等间隔行金属线，行金属线与列金属线垂直；各金属线上开设有若干个等间隔的开窗区域，其开窗区域点有银胶或喷有焊锡；相邻列金属线的间隔与相邻行金属线的间隔相等。
优选的，在制备大面积双电极LED阵列时，其衬底的焊盘区域刻蚀有垂直的行金属线和列金属线，行金属线和列金属线交叉部分由隔离薄膜隔离，且行金属线与列金属线的数量相等，相邻列金属线的间隔与相邻行金属线的间隔相等，各金属线上开设有若干个等间隔的开窗区域，其开窗区域点有银胶或喷有焊锡。
优选的，所述金属线的线宽，相邻金属线的间隔、开窗区域的间隔和面积大小能够根据所需LED晶圆体积的大小和阵列的间隔要求而相应改变。
优选的，所述列金属线和行金属线的材料为导体材料，该导体材料可以为铝，铜或者其他导体材料。
上述所用LED晶圆阵列中的LED晶圆功率，发光波长，体积不做限制。即LED晶圆可以是可见光LED，也可以是不可见光LED。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明的一种大面积电极LED阵列制备方法，所属技术领域为平板显示和LED阵列显示器制备领域，所要解决的问题是克服传统LED阵列显示屏的分辨率较低，散热性能较差，并且制备和生产效率较低的缺点。
本发明采取LED晶圆级阵列的制备方案，采用并扩展扩晶技术-多次扩晶技术，并且，根据LED器件结构电极分布不同，设计并实施了一种对于单电极LED晶圆连接底部电极的衬底和一种连接顶部电极的导电薄膜，对于双电极LED晶圆在其电极分布面连接正电极和负电极的衬底。该实施方案高效生产LED阵列，可以根据不同的应用需求灵活设计。
利用本发明实施的大面积LED阵列制备方案，可以提高LED阵列的生产效率，由于采用了对于单电极的衬底和导电薄膜将单电极LED阵列的每个LED单元的两个电极进行接触，对于双电极的衬底将双电极LED阵列的分布在同一侧的两个电极进行连接接触，散热性能得到很大的提升，而且，本发明所实施的晶圆级别的LED阵列制备方案，很大程度上提高了LED阵列的显示分辨率，增加在各应用中的生产灵活性，能很好的满足显示需求。虽然单个LED阵列制作成本可能较高，但是一旦实现量产，在量产的同时省去了单个LED单元的封装步骤，成本将会大大降低。
附图说明
图1为典型单电极和双电极LED晶圆的示意图。
图2为扩晶示意图。
图3为单个单电极LED晶圆与衬底电气连接的侧视图。
图4 为单个双电极LED晶圆与衬底电气连接的侧视图。
图5为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种大面积单电极LED阵列制备方法，具体实施内容和方法如下：
典型的LED晶圆结构包括单电极结构和双电极结构，图1为典型单电极LED晶圆和双电极LED晶圆的结构示意图，对于单电极，如图1（a），其P电极位于晶圆的上方，N电极层位于晶圆的底部，也可N电极位于晶圆的上方，P电极层位于晶圆的下方；对于双电极，如图1（b），其P电极和N电极位于LED晶圆的一侧。根据LED的特性，在PN电极间施加一个导通电压和导通电流时，该LED晶圆就可以正常工作(发光)。该导通电压和电流的大小由该LED晶圆的材料构成决定，不同材料构成的LED晶圆的功率，发光强度一般也不相同。
本实施例所采用的LED阵列是由生产LED晶圆的公司提供的附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列。由于LED晶圆公司提供的粘附在LED晶圆阵列间隔较小，为了使LED阵列能够在后续与衬底以及导电薄膜压合步骤中与衬底上的电极接触点更好的结合，所以要根据衬底上电极接触点的位置和相邻电极接触点的间隔大小做扩晶处理。由于一般LED蓝膜或者UV膜的延展性有限，导致粘附在蓝膜或UV膜上的LED晶圆阵列单次扩晶间隔很小。为了使LED晶圆阵列能够与衬底上对应的LED晶圆电极接触点完美结合，可对附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列做多次扩晶——翻膜——扩晶处理，直至扩晶得到的LED晶圆阵列排列规格(位置，间隔)能够与衬底上的电极接触点的位置和间隔相当，扩晶示意图如图2所示。
本发明实施的一种大面积单电极LED阵列的单个LED像素与衬底和导电薄膜的连接示意图如图3所示，经过多次扩晶处理后，人为控制的将蓝膜或者UV膜与单电极LED晶圆阵列的电极面粘合，以方便直接将附着在蓝膜或这UV膜上的单电极LED晶圆阵列底部与衬底结合。衬底表面铺有对应的连接导线和与扩晶后的阵列等间隔等面积的接触焊盘，以便对衬底上的焊盘进行喷锡或点胶（导电银胶），再在一定的环境下，将单电极LED晶圆阵列电极直接对准衬底上的焊盘压合。从而实现大面积单电极LED阵列的每个LED像素的底部电极与衬底上焊盘的连接。压合固化后，通过紫外照射与LED阵列上方电极粘合的蓝膜或UV膜，待蓝膜或UV膜脱落后，将相应设计的导电薄膜在一定条件下通过焊锡连接或者直接压合连接，实现导电薄膜与LED晶圆阵列每个LED像素的上电极的连接。这样，大面积LED晶圆阵列显示系统建立完毕，接下来只要将外部驱动电路的各输出驱动口分别连接衬底和导电薄膜上的金属导线，就可以实现整个LED晶圆的显示功能。相对于传统的LED阵列显示器，该实施方案的LED器件工作时散热性能大大提高，而且，LED阵列的间隔大小可在扩晶工序中灵活调整，衬底和导电薄膜的设计也可以人为调整设计，可以更好的满足人们的设计需求。
图4所示为一个双电极LED晶圆与衬底电气连接的侧视图，在扩晶处理中，人为控制的将蓝膜或UV膜与双电极LED晶圆阵列的底部粘合，以便使得LED的双电极朝下，实现与衬底的结合。同样的，衬底上面铺满或蚀刻与双电极LED阵列相对应的焊盘，并在焊盘上喷锡或点胶，在一定的条件下，直接将附着在蓝膜或UV膜上的LED晶圆阵列与衬底对准结合，固化后，再用紫外照射将蓝膜或者UV膜脱落去除。这样就使LED晶圆阵列转移到衬底上并与衬底进行结合，以便外部电进行驱动。
本发明所实施的一系列步骤流程图如图5所示。首先，将LED晶圆生产商提供的附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列经过多次扩晶达到所需要求间隔后，对于单电极LED阵列，在对应的设计衬底上的焊盘区域点上银胶或者喷上焊锡，在一定的条件下，将扩晶后的LED晶圆阵列的每个LED晶圆的底部电极与衬底上的点胶或者喷锡后的焊盘区域校准后，直接将LED晶圆阵列和衬底压合，再将压合后的LED晶圆阵列和衬底置于恒温箱中使银胶或者焊锡固化，固化后去除蓝膜或UV膜，再将导电薄膜上的焊盘区域与衬底上的LED晶圆阵列校准，校准后直接在一定的条件下压合。
对于双电极阵列，直接将扩晶后的LED晶圆阵列的每个LED晶圆的电极与衬底上的焊盘区域校准后相结合，再去除蓝膜或UV膜。这样，就将原来粘附在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列扩大间隙后直接大面积转移至相应的衬底与衬底或导电薄膜进行连接，并能通过外部扫描驱动电路对本发明实施阵列进行扫描驱动，实现大面积LED阵列的制备。
根据双电极LED晶圆外延结构的阴阳电极分布在LED晶圆同一面的特点，与大面积LED阵列进行电气连接的衬底。在衬底的表面镀有相应的LED晶圆阴阳电极接触的金属薄膜，并在衬底表面的每一个LED阴阳电极接触点镀上焊料，再在一定的环境下，将之前扩晶后的LED阵列直接一次性精确对准相应的衬底上的焊接区域，从而实现大面积的LED阵列直接与外界衬底进行物理和电气连接的目的。在扩晶步骤时，需要将附在蓝膜上的双电极LED晶圆包含电极的一面朝上，这样才能够实现LED阵列的每个晶圆的电极与衬底上的金属焊盘精确的结合，并且LED晶圆电极与衬底上的金属焊盘结合后能将发光面朝上。对于双电极LED器件结构，其衬底上有分为编号为1，2，3，…，10的10条行金属线和编号为a，b，c，…，j的列金属线，十条行金属线和十条列金属线分别蚀刻在衬底的表面，行金属线和列金属线交叉部分由二氧化硅薄膜隔离，这样使得行列金属线不会产生物理和电气连接。在每条行金属线的等间隔一定的区域上做开窗处理，也就是将每条行列线上的开出一些等间距一定区域的接触区域，并在行列金属线交叉部分和列线上开窗区域镀上一定厚度的焊料，以便与扩晶后的LED阵列在一定的条件下进行相应的电极接触，从而实现LED阵列的每个单元与外部电路进行物理和电气连接的目的，方便外部驱动电路进行扫描独立寻址驱动每个LED单元工作发光。
根据单电极LED器件的电极分布在LED器件的顶部和底部，本发明设计并提出了连接大面积LED阵列的底部电极的衬底和连接顶部电极的导电薄膜。衬底材料为二氧化硅或者FR4材料PCB，在衬底表面上刻蚀着10条编号为a，b，c，…，j的列金属线，在每条列金属线上设置有10个开窗区域，10个开窗区域是等间隔设置的。开窗区域都可在一定的温度环境下，用点胶机点上导电银胶，或者用喷锡机喷上焊锡，以便一次性将之前扩晶得到的LED阵列直接压合在衬底上，在压合步骤中，LED阵列中每个LED单元要严格与衬底上点胶处或者喷锡处精确对准，LED阵列中任意相邻两个LED的间隔也要与衬底上的任意相邻两个开窗区域的间隔一致，这样才能保证LED阵列中的每个LED单元的电极与相应的衬底上的开窗区域相结合，从而达到衬底上每列LED都能够与所在列金属线建立物理和电气连接的目的，进而外部电路能够通过行列扫描方式驱动本发明实施的LED阵列。本发明所实施LED阵列导电薄膜上设有对应衬底的规格和衬底上列金属线的数目相等的行金属线，本发明实施的LED阵列导电薄膜包括编号为1,2，3...10共10条行线，在单电极LED阵列与衬底压合连接后，将原来黏在LED阵列上的蓝膜去除，在一定条件下，将该导电薄膜直接对准压合与LED阵列的顶部电极相结合，这样实现了LED阵列与衬底，导电薄膜的集成。将外部电路的驱动输出分别连接至衬底和导电薄膜的金属线上，则可以实现对该集成LED阵列的扫描驱动。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大面积电极LED阵列制备方法，其特征在于，包括大面积单电极LED阵列制备方式和大面积双电极LED阵列制备方式，具体为：
大面积单电极LED阵列制备方式，其过程为：对附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列进行多次扩晶达到所需要求间隔后，基于用户设计的衬底，在对应的焊盘区域点上银胶或喷上焊锡，将扩晶后的LED晶圆阵列的每个LED晶圆的底部电极与衬底上的焊盘区域进行校准，校准后直接将LED晶圆阵列和衬底压合，再将压合后的LED晶圆阵列和衬底置于恒温箱中使银胶或者焊锡固化，固化后去除蓝膜或UV膜，再将导电薄膜上的焊盘与衬底上的LED晶圆阵列进行校准，校准后直接压合；
大面积双电极LED阵列制备方式，其过程为：对附着在蓝膜或者UV膜上的LED晶圆阵列进行多次扩晶达到所需要求间隔后，基于用户设计的衬底，将扩晶后的LED晶圆阵列的每个LED晶圆的底部电极与衬底上的焊盘区域进行校准，校准后直接将LED晶圆阵列和衬底压合，再将压合后的LED晶圆阵列和衬底置于恒温箱中使银胶或者焊锡固化，固化后去除蓝膜或UV膜。
2.根据权利要求1所述的大面积电极LED阵列制备方法，其特征在于，所述衬底和导电薄膜的材料为硅片或PCB板。
3.根据权利要求1所述的大面积电极LED阵列制备方法，其特征在于，在制备大面积单电极LED阵列时，其衬底的焊盘区域刻蚀有若干条等间隔的列金属线，导电薄膜上刻蚀有与列金属线数量相同的等间隔行金属线，行金属线与列金属线垂直；各金属线上开设有若干个等间隔的开窗区域，其开窗区域点有银胶或喷有焊锡；相邻列金属线的间隔与相邻行金属线的间隔相等。
4.根据权利要求1所述的大面积电极LED阵列制备方法，其特征在于，在制备大面积双电极LED阵列时，其衬底的焊盘区域刻蚀有垂直的行金属线和列金属线，行金属线和列金属线交叉部分由隔离薄膜隔离，且行金属线与列金属线的数量相等，相邻列金属线的间隔与相邻行金属线的间隔相等，各金属线上开设有若干个等间隔的开窗区域，其开窗区域点有银胶或喷有焊锡。
5.根据权利要求3或4所述的大面积电极LED阵列制备方法，其特征在于，所述金属线的线宽，相邻金属线的间隔、开窗区域的间隔和面积大小能够根据所需LED晶圆体积的大小和阵列的间隔要求而相应改变。
6.根据权利要求5所述的大面积电极LED阵列制备方法，其特征在于，所述列金属线和行金属线的材料为导体材料。
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