CN105914200A - 一种可扩展型无源寻址led微显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可扩展型无源寻址LED微显示器件的结构和制备技术方案，所述的LED微显示器件包括LED微型像素阵列和无源寻址型硅基驱动基板。在LED阵列中实现行LED像素点的n电极互连，在硅基基板上实现列LED像素点的P电极互连。然后通过倒装焊接的方式实现LED阵列和硅基基板的键合。另外，通过在LED像素点的透明电极上涂覆全波段可见光二次辐射材料，使用红绿蓝对位分布式像素点滤色片覆盖，或使用单色二次辐射材料对位分布式涂覆；通过行列扫描寻址供电微LED像素点，获得蓝紫光辐射，激发二次辐射材料，获得全波段可见光，通过滤色片获得三原色，或者通过直接激发单色二次辐射材料获得，从而达到微显示的目的。这种方法制备出的微显示器件能够达到微型、低压低电流驱动、彩色显示、寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及平板显示的技术领域，更具体地，涉及一种可扩展型无源寻址LED微显示器件。
背景技术
显示技术是人类现代化进程中必不可少的一个陪伴者，它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。其经历了电子枪显示、液晶显示、等离子显示、OLED显示、LED显示等过程演变，同时也是从有效显示面积低、耗能、不安全向着轻便、有效面积大、节能和环保的形态进化。
目前现有的LED微型显示主要分为无源寻址型和有源寻址型两种。
无源寻址是通过ICP刻蚀深沟道至蓝宝石衬底层，将行与行之间的像素点进行隔离，然后通过行列金属条的方式对像素点的n、p电极进行互连。这种方式最大的工艺难点在于倾斜深沟道的刻蚀和列金属条的互连，深沟道的宽度过宽会造成行像素点分布稀松，影响分辨率；若深沟道宽度过窄，则很难刻蚀出倾斜度很大的斜坡，这样可能会导致列互连金属在深沟道处的断裂，影响器件的可靠性。而且，尽管可以采用SiO2作为介电绝缘层，但是行列之间依然存在很大的串扰。
有源寻址是将每一个LED微像素点与CMOS驱动晶体管通过倒装焊接的方式进行连接，从而实现对每一个像素点的单独控制。但是CMOS有源寻址驱动基板工艺过程异常复杂，且成本较高，很难制备成大尺寸阵列。
因此，需要开发出新的技术来实现低成本、大尺寸的LED微显示器的制备。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，该可扩展型无源寻址LED微显示器件通过倒装的方式实现LED微像素阵列和无源驱动硅基板的键合。而且，LED微像素阵列可以按照模块进行扩展，实现大尺寸的微显示器件。
本发明使用能够激发二次辐射材料的LED外延片作为一次辐射基体。于蓝紫色波段LED外延片的P型半导体层上制备出相互间电隔离的行列式分布像素点，并在像素点上制作出凸焊点，通过倒装焊接的方式与外部驱动电路连通；然后剥离LED外延片的衬底，于N型半导体层上制备出网状分布的透明电极，其行列式排布对应P型层上的像素点的行列式分布位置，并制备出金属电极与外部电路连通；然后在其透明电极上涂覆全波段可见光二次辐射材料，使用红绿蓝对位分布式像素点滤色片覆盖，或使用单色二次辐射材料对位分布式涂覆；通过被动寻址供电P型像素点和被动寻址供电N型对位区域，获得蓝紫光辐射，激发二次辐射材料，获得全波段可见光，通过滤色片获得三原色，或者直接激发单色二次辐射材料获得。从而达到微显示的目的。这种方法制备出的微显示器件能够达到微型、低压低电流驱动、彩色显示、寿命长等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案是：一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，包括LED微像素阵列和无源寻址型硅基驱动基板，所述LED微像素阵列和无源寻址型硅基驱动基板通过倒装焊接的方式实现键合，其中，
所述同一行的LED微像素阵列的n电极连接到同一条总线上，所述总线连接到两端的公用电极，行与行之间通过深沟道隔离开，所有p电极相互独立，并在LED微像素点上表面制作p欧姆接触电极和金属焊垫；
所述的无源驱动硅基板包括列互连的金属电极，并在与LED微像素点阵列对应的地方制备金属凸焊点。
进一步的，所述的LED微像素阵列依次为蓝宝石衬底、缓冲层、n-GaN层、GaN基多量子阱层、p-GaN层，透明电极层和SiO2钝化层，在LED微像素阵列的SiO2钝化层上开窗口并制备金属焊垫，并在LED像素的p电极和n电极区域沉积Cr/Pd/Au作为欧姆接触电极。
进一步的，行与行之间深沟道刻蚀到绝缘的蓝宝石衬底，深度在4~8um。
进一步的，所述的LED阵列可以作为一个模块进行扩展。
进一步的，LED微像素阵列的公用n电极为双侧电极。
进一步的，无源寻址型驱动硅基基板的倒装焊点为Sn或者In，通过回流方式形成焊球。
进一步的，所述的GaN基LED外延片的发光波段在100nm-480nm范围内，生长衬底可以是蓝宝石、硅、SiC、GaN、AlN等；所述的行列式分布像素点至少为两行两列4个像素点；所述的像素点的形状可以是任意可重复形状，优先选择圆形；所述的p欧姆接触电极可以是单层金属，可以是多层垒积，也可以是合金层，包含反射层。
进一步的，所述的LED微阵列的透明电极材料可以是ZnO、ITO、石墨烯或透过率大于零的金属或导电薄膜材料；优先选择石墨烯，单层优先；所述的网状透明电极，由纳米碳管、Ag纳米线等纺织在透明电极薄膜上，优先选择将Ag纳米线按照经纬纺织在石墨烯上，单根线直径小于500nm；所述的金属电极可以是单层金属，可以是多层垒积，可以是合金层。
进一步的，使用激光剥离技术去除蓝宝石衬底层，然后通过掩膜制备透明电极层。在透明电极上涂覆全波段二次辐射材料，覆盖三原色滤色片，或直接涂覆三原色单色二次辐射材料。
进一步的，所述的二次辐射材料可以是同种材料，可以是多种材料混合，可以是量子点材料，可以是全可见光波段材料，可以是单色波段材料。
与现有技术相比，有益效果是：
1、在芯片上进行行互连，在Si基板上进行列互连，然后将芯片和基板倒装焊接，从而实现像素点的行列互连。这样做一是将非平面上的列互连转换成平面上的列互连，不需要通过深沟道的的倾斜刻蚀来保证列互连的稳定性，二是将行列进行空间上的隔离，将少了行列之间的串扰。
2、外延片的价格很高，不易制备大尺寸的阵列芯片。但是硅片的价格便宜，而且这种基板制备工艺简单，可以使用6英寸、8英寸甚至12英寸的硅片制备大尺寸的基板。而阵列芯片可以作为一个模块进行扩展。例如一个10*10阵列的芯片，通过2*2的基板进行扩展，就可以将分辨率提高到20*20。
附图说明
图1是本发明LED微像素阵列的结构示意图。
图2是本发明无源寻址硅基基板示意图。
图3是本发明可扩展的无源寻址硅基基板结构示意图。
图4是本发明最终结构示意图。
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。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
选择生长性能均匀的蓝紫色波段LED外延片，具有蓝宝石衬底、n-GaN层1、GaN基多量子阱层2、p-GaN层3，并在LED像素的p-GaN层上形成ZnO或ITO薄膜，厚度在200nm-500nm。然后使用光刻胶涂覆，厚度在2um-3um间。通过光刻、ICP刻蚀等步骤形成像素点，像素点为圆柱形，直径为10um，间距为5um，高度为10um-20um，呈行列式排布，本实例中使用4行10列作为示意。如图1所示。然后在p电极区蒸镀Cr/Ag/Pd/Au混合金属层，厚度为20/200/40/200nm，其中Cr/Pd/Au作为电极，Ag层起反射作用。在n电极区域沉积Cr/Pd/Au作为欧姆接触电极
然后制备倒装焊接凸焊点，使用化学电镀方式进行金属填充，首先填充Cu层，通过控制电镀参数，获得8-15um的Cu（111）厚金属层，然后电镀填充金锡合金2-5um厚。然后去除光刻胶，再涂覆光刻胶保护好像素点上的金属柱4，去除其他区域的金属层。并且通过PECVD沉积SiO2作为钝化层5保护和隔离像素点上的金属柱。将金属柱4与驱动电路板6绑定，形成被动寻址供电驱动。最终结构示意图如图4所示。
在透明电极层7上涂覆二次辐射材料层8，获得可见光全波段光谱。对于如何获得三原色像素点，则使用滤色片9取得。对应每一个p-GaN层3上的像素点位上，在二次辐射层8上放置至少包含红绿蓝3个单元像素点10、11、12的可见光选择通过点。其他地方为可见光不通过区。然后使用共晶焊接，将电连接点与相应的驱动线路板连接起来。外面使用透明或不透明的绝缘保护胶13覆盖，露出像素点发光区10、11、12。整个微显示器件制备完成。如图3示意。其通过对n-GaN层上的透明导电电极导通形成n-GaN层的被动寻址供电。通过对p-GaN层上的像素点的被动寻址供电最终形成微显示的被动寻址点亮。通过被动寻址控制P电极可以更精确的驱动像素点，从而达到单个像素点亮度准确、像素点相互间不会串扰，通过被动寻址控制n电极可以防止整面供电时部分区域的失效。
本发明通过利用LED外延片的结构，制造出被动寻址与被动寻址配合工作的微显示器件，扩大了LED的应用范围，该技术将为近眼显示技术的发展做出贡献。
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 (10)
1.一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，包括LED微像素阵列和无源寻址型硅基驱动基板，所述LED微像素阵列和无源寻址型硅基驱动基板通过倒装焊接的方式实现键合，其特征在于，
所述同一行的LED微像素阵列的n电极连接到同一条总线上，所述总线连接到两端的公用电极，行与行之间通过深沟道隔离开，所有p电极相互独立，并在LED微像素点上表面制作p欧姆接触电极和金属焊垫；
所述的无源驱动硅基板包括列互连的金属电极，并在与LED微像素点阵列对应的地方制备金属凸焊点。
2.根据权利要求1所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：所述的LED微像素阵列依次为蓝宝石衬底、缓冲层、n-GaN层、GaN基多量子阱层、p-GaN层，透明电极层和SiO2钝化层，在LED微像素阵列的SiO2钝化层上开窗口并制备金属焊垫，并在LED像素的p电极和n电极区域沉积Cr/Pd/Au作为欧姆接触电极。
3.根据权利要求1所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：行与行之间深沟道刻蚀到绝缘的蓝宝石衬底，深度在4~8um。
4.根据权利要求1所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：所述的LED阵列可以作为一个模块进行扩展。
5.根据权利要求1所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：LED微像素阵列的公用n电极为双侧电极。
6.根据权利要求1所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：无源寻址型驱动硅基基板的倒装焊点为Sn或者In，通过回流方式形成焊球。
7.根据权利要求2所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：所述的GaN基LED外延片的发光波段在100nm-480nm范围内，生长衬底可以是蓝宝石、硅、SiC、GaN、AlN等；所述的行列式分布像素点至少为两行两列4个像素点；所述的像素点的形状可以是任意可重复形状，优先选择圆形；所述的p欧姆接触电极可以是单层金属，可以是多层垒积，也可以是合金层，包含反射层。
8.根据权利要求2所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：所述的LED微阵列的透明电极材料可以是ZnO、ITO、石墨烯或透过率大于零的金属或导电薄膜材料；优先选择石墨烯，单层优先；所述的网状透明电极，由纳米碳管、Ag纳米线等纺织在透明电极薄膜上，优先选择将Ag纳米线按照经纬纺织在石墨烯上，单根线直径小于500nm；所述的金属电极可以是单层金属，可以是多层垒积，可以是合金层。
9.根据权利要求1所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：在透明电极上涂覆全波段二次辐射材料，覆盖三原色滤色片，或直接涂覆三原色单色二次辐射材料。
10.根据权利要求9所述的一种可扩展型无源寻址LED微显示器件，其特征在于：所述的二次辐射材料可以是同种材料，可以是多种材料混合，可以是量子点材料，可以是全可见光波段材料，可以是单色波段材料。
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