CN107240356B - 全彩led显示单元及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全彩LED显示单元及其制备方法。该全彩LED显示单元包括基板、IC芯片、透明介质层、第一LED芯片组、第二LED芯片组和第三LED芯片组，透明介质层设置在基板的第一表面上，第一LED芯片组中的第一LED芯片设置在第一表面上且被透明介质层覆盖，第二LED芯片组中的第二LED芯片设置在第一LED芯片组以上且被透明介质层覆盖，第三LED芯片组中的第三LED芯片设置在第二LED芯片组以上且被透明介质层覆盖，或设置在第四表面上，且各第一LED芯片、各第二LED芯片和各第三LED芯片均与IC芯片电连接，第一LED芯片、第二LED芯片和第三LED芯片的发光波长不同。

Description

全彩LED显示单元及其制备方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种全彩LED显示单元及其制备方法。

背景技术

目前，RGB三基色LED构成全彩LED显示阵列的主流方式有两种，一种是由三个独立的直插式LED构成，这种方式构成的全彩阵列，由于单颗LED尺寸及相邻LED间距均较大，多用于户外显示屏；另一种是将RGB三种LED晶粒并行排列封装在同一个基底上，以构成独立像素，这种方式构成的全彩LED阵列像素尺寸较小，像素间距可根据使用需求和环境调整，因此被广泛应用于室内高清显示屏。

近年来，LED显示凭借其优异的色彩表现，超长寿命和高效节能等优点吸引越来越多科研工作者和各大显示厂商的关注，人们希望将这种显示技术应用于更高密度更小间距的产品中，如电脑、手机、智能穿戴设备等，这势必要求LED芯片尺寸更小，如50μm或以下，每个像素尺寸在200μm或以下。在此情况下，上述第一种全彩LED阵列构建方式显然不适用，而采用第二种方式，会对LED晶粒制备工艺和LED芯片封装工艺提出更高的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种全彩LED显示单元及其制备方法，以解决现有技术中全彩LED显示单元难以实现超小尺寸像素且封装工艺难度大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种全彩LED显示单元，包括基板和IC芯片，全彩LED显示单元还包括：透明介质层，设置在基板的第一表面上，透明介质层的远离基板的表面为第四表面；第一LED芯片组，设置在第一表面上且被透明介质层覆盖，第一LED芯片组的远离第一表面的表面所在平面为第二表面；第二LED芯片组，设置在第二表面以上且被透明介质层覆盖，第一LED芯片组的远离第一表面的表面所在平面为第三表面；第三LED芯片组，设置在第三表面以上且被透明介质层覆盖，或设置在第四表面上，第一LED芯片组包括至少一个第一LED芯片，第二LED芯片组包括至少一个第二LED芯片，第三LED芯片组包括至少一个第三LED芯片，且各第一LED芯片、各第二LED芯片和各第三LED芯片均与IC芯片电连接，第一LED芯片、第二LED芯片和第三LED芯片的发光波长不同。

进一步地，透明介质层包括：第一透明介质层，覆盖于基板和第一LED芯片表面，第一透明介质层中具有第一连接孔，各第二LED芯片通过第一连接孔与IC芯片电连接；第二透明介质层，覆盖于第一透明介质层和第二LED芯片表面，第二透明介质层和第一透明介质层中具有第二连接孔，各第三LED芯片通过第二连接孔与IC芯片电连接。

进一步地，透明介质层还包括第三透明介质层，第三透明介质层覆盖于第二透明介质层和第三LED芯片表面，优选第一透明介质层、第二透明介质层和第三透明介质层的远离基板的一侧表面为平面。

进一步地，IC芯片位于基板的远离第一LED芯片的一侧，基板具有第三连接孔，第一LED芯片通过第三连接孔与IC芯片电连接，第二LED芯片通过第一连接孔和第三连接孔与IC芯片电连接，第三LED芯片通过第二连接孔和第三连接孔与IC芯片电连接。

进一步地，第一LED芯片包括沿远离基板的方向顺序设置的第一电极和第一子外延层，且全彩LED显示单元还包括：第一电极布线层，设置于基板与第一LED芯片之间，用于将第三连接孔与第一电极电连接；优选第二LED芯片包括沿远离基板的方向顺序设置的第二电极和第二子外延层，且全彩LED显示单元还包括：第二电极布线层，设置于第一透明介质层与第二LED芯片之间，用于将第一连接孔与第二电极电连接；优选第三LED芯片包括沿远离基板的方向顺序设置的第三电极和第三子外延层，且全彩LED显示单元还包括：第三电极布线层，设置于第二透明介质层与第三LED芯片之间，用于将第二连接孔与第三电极电连接。

进一步地，形成第一电极、第二电极和第三电极的材料为透明导电材料，且各自独立地优选为ITO、ZnO或石墨烯。

进一步地，第一LED芯片、第二LED芯片和第三LED芯片分别选自红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片；优选第一LED芯片为红色LED芯片，第二LED芯片为绿色LED芯片且第三LED芯片为蓝色LED芯片，或第二LED芯片为蓝色LED芯片且第三LED芯片为绿色LED芯片。

进一步地，全彩LED显示单元还包括TFT结构和TFT电极布线层，TFT结构与TFT电极布线层均设置于基板与第一LED芯片组之间，且TFT电极布线层设置于TFT结构的远离基板的一侧，TFT结构、各第一LED芯片、各第二LED芯片、各第三LED芯片和IC芯片均与TFT电极布线层电连接。

进一步地，基板靠近第一LED芯片组的一侧表面具有CMOS结构，全彩LED显示单元还包括CMOS电极布线层，CMOS电极布线层设置于CMOS结构与第一LED芯片组之间，且CMOS结构、各第一LED芯片、各第二LED芯片、各第三LED芯片和IC芯片均与CMOS电极布线层电连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的全彩LED显示单元的制备方法，包括以下步骤：S1，将第一LED芯片组设置于基板的一侧，并使第一LED芯片组的第一LED芯片与IC芯片电连接；S2，将第一透明介质材料覆盖于基板和第一LED芯片表面并固化形成第一透明介质层；S3，将第二LED芯片组设置于第一透明介质层的表面上，并使第二LED芯片组的第二LED芯片与IC芯片电连接；S4，将第二透明介质材料覆盖于第一透明介质层和第二LED芯片表面并固化形成第二透明介质层；S5，将第三LED芯片组设置于第二透明介质层的表面上，并使第三LED芯片组的第三LED芯片与IC芯片电连接。

进一步地，制备方法还包括以下步骤：在步骤S2之后，在第一透明介质层中形成第一连接孔，在步骤S3中，使各第二LED芯片通过第一连接孔与IC芯片电连接；在步骤S4之后，在第一透明介质层和第二透明介质层中形成第二连接孔，在步骤S5中，使各第三LED芯片通过第二连接孔与IC芯片电连接。

进一步地，步骤S1包括以下过程：S11，在第一衬底表面形成第一外延层，并在第一外延层上形成n个第一电极，将第一外延层分隔为与各第一电极一一对应的n个第一子外延层，以在第一衬底上形成n个第一LED芯片，n为大于0的整数；S12，在基板表面形成第一电极布线层，并将第一LED芯片的第一电极与第一电极布线层粘接；S13，当n＝1时，将第一衬底剥离，以将第一LED芯片组设置于基板的一侧，或当n＞1时，将第一衬底和m层第一子外延层剥离，以将第一LED芯片组设置于基板的一侧，0≤m＜n。

进一步地，步骤S3包括以下过程：S31，在第二衬底表面形成第二外延层，并在第二外延层上形成n个第二电极，将第二外延层分隔为与各第二电极一一对应的n个第二子外延层，以在第二衬底上得到n个第二LED芯片形成的第二LED芯片组，n为大于0的整数；S32，在第一透明介质层表面形成第二电极布线层，并将第二LED芯片的第二电极与第二电极布线层粘接；S33，当n＝1时，将第二衬底剥离，以将第二LED芯片组设置于第一透明介质层的表面上，或当n＞1时，将第二衬底和m层第二子外延层剥离，以将第二LED芯片组设置于第一透明介质层的表面上，0≤m＜n。

进一步地，步骤S5包括以下过程：S51，在第三衬底表面形成第三外延层，并在第三外延层上形成n个第三电极，将第三外延层分隔为与各第三电极一一对应的n层第三子外延层，以在第三衬底上形成n个第三基体结构，n为大于0的整数；S52，在第二透明介质层表面形成第三电极布线层，并将第三基体结构的具有第三电极的一侧与第三电极布线层粘接；S53，当n＝1时，将第三衬底从第三电极布线层表面剥离，以得到第二LED芯片，或当n＞1时，将第三衬底和m层第三子外延层从第三电极布线层表面剥离，以得到第三LED芯片，0≤m＜n。

进一步地，在步骤S5之后，制备方法还包括以下步骤：S6，将第三透明介质材料覆盖于第二透明介质层和第三LED芯片的表面并固化形成第三透明介质层。

进一步地，剥离为激光剥离。

应用本发明的技术方案，提供了一种包括透明基板和IC芯片的全彩LED显示单元，该全彩LED显示单元还包括顺序层叠的第一LED芯片、第一透明介质层、第二LED芯片、第二透明介质层和第三LED芯片，且第一LED芯片、第二LED芯片和第三LED芯片分别选自红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片，由于具有不同发光颜色的LED芯片被透明介质层分隔而位于不同层中，从而能够通过芯片转移技术将同一晶片上的芯片结构同时进行转移，进而通过三次转移工艺即得到具有RGB三种发光颜色的LED显示单元，上述LED显示单元不仅能够实现全彩发光，而且还能够通过在晶片上制备较小尺寸的基体结构，在转移工艺后使LED显示单元中的LED芯片具有超小尺寸，有效地缩小LED显示单元的像素尺寸；并且，每个显示单元均具有透明介质层作为保护，从而使LED显示单元能够具有更高的可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施方式所提供的一种全彩LED显示单元的立体透视图示意图；

图2示出了图1所示的全彩LED显示单元在x-z平面以及x-x’位置的截面示意图；

图3示出了图1所示的全彩LED显示单元中第二透明介质层上表面的俯视示意图；

图4示出了图1所示的全彩LED显示单元在y-z平面以及y-y’位置的截面示意图；

图5示出了图1所示的全彩LED显示单元中第一透明介质层上表面的俯视示意图；

图6示出了本申请实施方式所提供的全彩LED显示单元的制备方法的流程示意图；

图7示出了在本申请实施方式所提供的全彩LED显示单元的制备方法中，在第一衬底上形成n个第一LED芯片后的晶圆剖面结构示意图；

图8示出了将第一LED芯片组设置于透明基板的一侧后的基体剖面结构示意图；

图9示出了在图8所示的透明基板和第一LED芯片表面上形成第一透明介质层后的基体剖面结构示意图；

图10示出了在图9所示的第一透明介质层中形成第一连接孔，以及将第二LED芯片组设置于第一透明介质层的表面后的基体剖面结构示意图；

图11示出了在图10所示的第一透明介质层和第二LED芯片表面形成第二透明介质层后的基体剖面结构示意图；

图12示出了在图11所示的第一透明介质层和第二透明介质层中形成第二连接孔，以及将第三LED芯片组设置于第二透明介质层的表面后的基体剖面结构示意图；以及

图13示出了在图12所示的第二透明介质层和第三LED芯片表面形成第三透明介质层后的基体剖面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、基板；101、第一透明介质层；102、第二透明介质层；103、第三透明介质层；11、第一LED芯片；111、第一电极；112、第一电极布线层；113、第一子外延层；12、第二LED芯片；121、第二电极；122、第二电极布线层；123、第一连接孔；13、第三LED芯片；131、第三电极；132、第三电极布线层；133、第二连接孔；200、第一衬底。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中全彩LED显示单元难以实现超小尺寸像素且封装工艺难度大。本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种全彩LED显示单元，如图1至5所示，包括基板100和IC芯片(未在图中示出)，全彩LED显示单元还包括：透明介质层，设置在基板100的第一表面上，透明介质层的远离基板100的表面为第四表面；第一LED芯片组，设置在第一表面上且被透明介质层覆盖，第一LED芯片组的远离第一表面的表面所在平面为第二表面；第二LED芯片组，设置在第二表面以上且被透明介质层覆盖，第一LED芯片组的远离第一表面的表面所在平面为第三表面；第三LED芯片组，设置在第三表面以上且被透明介质层覆盖，或设置在第四表面上，第一LED芯片组包括至少一个第一LED芯片11，第二LED芯片组包括至少一个第二LED芯片12，第三LED芯片组包括至少一个第三LED芯片13，且各第一LED芯片11、各第二LED芯片12和各第三LED芯片13均与IC芯片电连接，第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13的发光波长不同。

上述全彩LED显示单元中由于具有不同发光颜色的LED芯片被透明介质层分隔而位于不同层中，从而能够通过芯片转移技术将同一晶片上的芯片结构同时进行转移，进而通过三次转移工艺即得到具有RGB三种发光颜色的LED显示单元，上述LED显示单元不仅能够实现全彩发光，而且还能够通过在晶片上制备较小尺寸的基体结构，在转移工艺后使LED显示单元中的LED芯片具有超小尺寸，有效地缩小LED显示单元的像素尺寸；并且，每个显示单元均具有透明介质层作为保护，从而使LED显示单元能够具有更高的可靠性。

在本发明的上述全彩LED显示单元中，基板100可以是透明材料，如树脂、聚酰亚胺、石英、玻璃、蓝宝石等，也可以是不透明材料，如常用的加了颜料的玻璃纤维、聚酰亚胺、Si等，其中，Si导电，其余材料绝缘；上述基板100可以设置为柔性材料，如柔性树脂、柔性聚酰亚胺、和柔性玻璃。透明介质层为绝缘材料，可以选自硅胶、玻璃纤维、聚酰亚胺和树脂等，本领域技术人员可以根据现有技术对上述透明介质层的种类进行合理选取。

上述第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13在垂直方向上的相对位置可以设置为完全重合、稍许偏差或三角排列等；并且，为了有效地实现全彩发光，优选地，上述第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13分别选自红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片；更为优选地，第一LED芯片11为红色LED芯片，第二LED芯片12为绿色LED芯片且第三LED芯片13为蓝色LED芯片，或第二LED芯片12为蓝色LED芯片且第三LED芯片13为绿色LED芯片。即上述第二LED芯片12和上述第三LED芯片13的发光颜色可以相互调换位置，而由于形成红光LED芯片的材料不透明，从而通过使上述第一LED芯片11为红光LED芯片能够避免遮光。

在本发明的上述全彩LED显示单元中，优选地，上述透明介质层包括：第一透明介质层101，覆盖于基板100和第一LED芯片11表面，第一透明介质层101中具有第一连接孔123，各第二LED芯片12通过第一连接孔123与IC芯片电连接；第二透明介质层102，覆盖于第一透明介质层101和第二LED芯片12表面，第二透明介质层102和第一透明介质层101中具有第二连接孔133，各第三LED芯片13通过第二连接孔133与IC芯片电连接。更为优选地，上述透明介质层还包括第三透明介质层103，第三透明介质层103覆盖于第二透明介质层102和第三LED芯片13表面。

在上述优选的实施方式中，通过在第一透明介质层101中形成第一连接孔123，能够通过在第一连接孔123中填充的导电材料使第二LED芯片12与IC芯片电连接；并且，通过在第二透明介质层102和第一透明介质层101中形成第二连接孔133，能够通过在第二连接孔133中填充的导电材料使第三LED芯片13与IC芯片电连接，相当于将第二LED芯片12和第三LED芯片13的导电引线延伸至与第一LED芯片11的导电引线位于的同一层中，从而简化了IC芯片与第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13之间的电连接，使结构更为简单。上述导电材料可以是金、铜、ITO、ZnO、焊锡、金锡合金、异方向导电胶等，本领域技术人员可以根据现有技术对上述导电材料进行合理选取一种或多种。

为了保证第一LED芯片组、第二LED芯片组和第三LED芯片组的平稳设置，优选地，上述第一透明介质层101、第二透明介质层102和第三透明介质层103的远离基板100的一侧表面为平面。上述优选的实施方式提高了全彩LED显示单元的显示效果和可靠性。

并且，优选地，IC芯片位于基板100的远离第一LED芯片11的一侧，基板100具有第三连接孔(未在图中示出)，第一LED芯片11通过第三连接孔与IC芯片电连接，第二LED芯片12通过第一连接孔123和第三连接孔与IC芯片电连接，第三LED芯片13通过第二连接孔133和第三连接孔与IC芯片电连接。

在上述优选的实施方式中，通过将IC芯片设置于基板100的远离芯片的一侧，并通过在基板100中形成第三连接孔，能够通过在第三连接孔中填充的导电材料使第一LED芯片11与IC芯片电连接，通过第一连接孔123和第三连接孔中填充的导电材料使第二LED芯片12与IC芯片电连接，通过第二连接孔133和第三连接孔中填充的导电材料使第三LED芯片13与IC芯片电连接，从而通过上述IC芯片同时驱动和控制第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13的发光，上述结构不需要再外加引线将IC芯片分别与第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13连接，从而不仅结构简单而且集成度高。

本领域技术人员可以根据现有技术对上述第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13的结构进行合理设置，上述第一LED芯片11可以包括沿远离基板100的方向顺序设置的第一电极111和第一子外延层113，上述第二LED芯片12包括沿远离基板100的方向顺序设置的第二电极121和第二子外延层，上述第三LED芯片13包括沿远离基板100的方向顺序设置的第三电极131和第三子外延层。

本领域技术人员还可以根据现有技术对上述第一电极111、第二电极121和第三电极131的种类进行合理选取，为了提高导电性能，优选地，形成上述第一电极111、第二电极121和第三电极131的材料为透明导电材料；更为优选地，形成上述第一电极111、第二电极121和第三电极131的材料独立地选自ITO、ZnO或石墨烯。

为了方便第一LED芯片11与IC芯片的电连接，优选地，上述全彩LED显示单元还包括：第一电极布线层112，设置于基板100与第一LED芯片11之间，用于将第三连接孔与第一电极111电连接；为了方便第二LED芯片12与IC芯片的电连接，优选地，第二电极布线层122，设置于第一透明介质层101与第二LED芯片12之间，用于将第一连接孔123与第二电极121电连接；并且，为了方便第三LED芯片13与IC芯片的电连接，第三电极布线层132，设置于第二透明介质层102与第三LED芯片13之间，用于将第二连接孔133与第三电极131电连接。

除了上述IC芯片与LED芯片通过电极布线层直接电连接进行驱动的方式，在本发明的上述全彩LED显示单元中，LED的驱动方式还可以为TFT驱动，即在绝缘基板上表面(贴LED那一面)形成TFT结构，再外接IC控制。此时，全彩LED显示单元还包括TFT结构和TFT电极布线层(未在图中示出)，TFT结构与TFT电极布线层均设置于基板100与第一LED芯片组之间，且TFT电极布线层设置于TFT结构的远离基板100的一侧，TFT结构、各第一LED芯片11、各第二LED芯片12、各第三LED芯片13和IC芯片均与TFT电极布线层电连接。

在本发明的上述全彩LED显示单元中，LED的驱动方式还可以为CMOS驱动，即在Si基板上形成CMOS结构，再外接IC控制。此时，基板100靠近第一LED芯片组的一侧表面具有CMOS结构(未在图中示出)，全彩LED显示单元还包括CMOS电极布线层(未在图中示出)，CMOS电极布线层设置于CMOS结构与第一LED芯片组之间，且CMOS结构、各第一LED芯片11、各第二LED芯片12、各第三LED芯片13和IC芯片均与CMOS电极布线层电连接。

根据本申请的另一个方面，提供了一种上述的全彩LED显示单元的制备方法，如图6所示，包括以下步骤：S1，将第一LED芯片组设置于基板100的一侧，并使第一LED芯片组的第一LED芯片11与IC芯片电连接；S2，将第一透明介质材料覆盖于基板100和第一LED芯片11表面并固化形成第一透明介质层101；S3，将第二LED芯片组设置于第一透明介质层101的表面上，并使第二LED芯片组的第二LED芯片12与IC芯片电连接；S4，将第二透明介质材料覆盖于第一透明介质层101和第二LED芯片12表面并固化形成第二透明介质层102；S5，将第三LED芯片组设置于第二透明介质层102的表面上，并使第三LED芯片组的第三LED芯片13与IC芯片电连接。

上述制备方法中由于通过芯片转移技术将同一晶片上的芯片结构同时进行转移，从而将具有不同发光颜色的LED芯片被透明介质层分隔而位于不同层中，进而通过三次转移工艺即得到具有RGB三种发光颜色的LED显示单元，上述LED显示单元不仅能够实现全彩发光，而且还能够通过在晶片上制备较小尺寸的基体结构，在转移工艺后使LED显示单元中的LED芯片具有超小尺寸，有效地缩小LED显示单元的像素尺寸；并且，每个显示单元均具有透明介质层作为保护，从而使LED显示单元能够具有更高的可靠性。

下面将结合图1至5更详细地描述根据本发明提供的全彩LED显示单元的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

首先，执行步骤S1：将第一LED芯片组设置于基板100的一侧，并使第一LED芯片组的第一LED芯片11与IC芯片电连接。通过上述IC芯片驱动和控制第一LED芯片11的发光。

在一种优选的实施方式中，上述步骤S1包括以下过程：S11，在第一衬底200表面形成第一外延层，并在第一外延层上形成n个第一电极111，将第一外延层分隔为与各第一电极111一一对应的n个第一子外延层113，以在第一衬底200上形成n个第一LED芯片11，n为大于0的整数，得到的结构如图7所示；S12，在基板100表面形成第一电极布线层112，并将第一LED芯片11的第一电极111与第一电极布线层112粘接；S13，当n＝1时，将第一衬底200剥离，以将第一LED芯片组设置于基板100的一侧，或当n＞1时，将第一衬底200和m层第一子外延层113剥离，以将第一LED芯片组设置于基板100的一侧，0≤m＜n，得到的结构如图8所示。

在上述优选的实施方式中，采用芯片转移技术将同一晶片上的芯片结构同时进行转移，从而通过一次转移工艺即能够将具有相同发光颜色的LED芯片设置于同一层中，进而简化了全彩LED显示单元的制备工艺。为了更为有效地实现第一衬底200的剥离，优选地，上述剥离工艺为激光剥离。

上述第一子外延层113之间的间距可设置为与显示屏像素间距相等，或者设置为显示屏像素间距的约数。若上述第一子外延层113之间的间距和LED显示屏像素间距相同，则可直接剥离整个第一衬底200，使第一LED芯片11固定于基板100上表面，该过程可重复，以使第一LED芯片11铺满整个基板100；若上述第一子外延层113之间的间距为LED显示屏像素间距的约数，则应将第一LED芯片11从第一衬底200表面间隔地(间隔距离＝显示屏像素间距)剥离，因而剥离掉的第一衬底200上仍留有LED，以重复该过程，直至第一衬底200上无第一LED芯片11且整个基板100铺满第一LED芯片11。

在执行完步骤S1之后，执行步骤S2：将第一透明介质材料覆盖于基板100和第一LED芯片11表面并固化形成第一透明介质层101，得到的结构如图9所示。上述第一透明介质层101用于将第一LED芯片11与其它颜色的LED芯片组分隔在不同层中。

在执行完步骤S2之后，执行步骤S3：将第二LED芯片组设置于第一透明介质层101的表面上，并使第二LED芯片组的第二LED芯片12与IC芯片电连接。上述IC芯片还能够驱动和控制第二LED芯片组发光。

在一种优选的实施方式中，上述步骤S3包括以下过程：S31，在第二衬底表面形成第二外延层，并在第二外延层上形成n个第二电极121，将第二外延层分隔为与各第二电极121一一对应的n个第二子外延层，以在第二衬底上得到n个第二LED芯片12形成的第二LED芯片组，n为大于0的整数；S32，在第一透明介质层101表面形成第二电极布线层122，并将第二LED芯片12的第二电极121与第二电极布线层122粘接；S33，当n＝1时，将第二衬底剥离，以将第二LED芯片组设置于第一透明介质层的表面上，或当n＞1时，将第二衬底和m层第二子外延层剥离，以将第二LED芯片组设置于第一透明介质层的表面上，0≤m＜n。同样地，上述第二子外延层之间的间距也可设置为与显示屏像素间距相等，或者设置为显示屏像素间距的约数。

在上述优选的实施方式中，进一步采用芯片转移技术将同一晶片上的芯片结构同时进行转移，从而通过第二次转移工艺将另一发光颜色的LED芯片设置于同一层中，进而简化了全彩LED显示单元的制备工艺。为了更为有效地实现第二衬底的剥离，优选地，上述剥离工艺为激光剥离。

在上述步骤S2之后，上述制备方法还可以包括以下步骤：在第一透明介质层101中形成第一连接孔123，此时，在上述步骤S3中，使各第二LED芯片12通过第一连接孔123与IC芯片电连接，得到的结构如图10所示。通过在第一透明介质层101中形成第一连接孔123，能够通过在第一连接孔123中填充的导电材料使第二LED芯片12与IC芯片电连接。

在执行完步骤S3之后，执行步骤S4：将第二透明介质材料覆盖于第一透明介质层101和第二LED芯片12表面并固化形成第二透明介质层102，得到的结构如图11所示。上述第二透明介质层102用于将第二LED芯片12与其它颜色的LED芯片组分隔在不同层中。

在执行完步骤S4之后，执行步骤S5：将第三LED芯片组设置于第二透明介质层102的表面上，并使第三LED芯片组的第三LED芯片13与IC芯片电连接。通过上述IC芯片以驱动和控制第三LED芯片13的发光。

在一种优选的实施方式中，上述步骤S5包括以下过程：S51，在第三衬底表面形成第三外延层，并在第三外延层上形成n个第三电极131，将第三外延层分隔为与各第三电极131一一对应的n层第三子外延层，以在第三衬底上形成n个第三基体结构，n为大于0的整数；S52，在第二透明介质层102表面形成第三电极布线层132，并将第三基体结构的具有第三电极131的一侧与第三电极布线层132粘接；S53，当n＝1时，将第三衬底从第三电极布线层132表面剥离，以得到第二LED芯片12，或当n＞1时，将第三衬底和m层第三子外延层从第三电极布线层132表面剥离，以得到第三LED芯片13，0≤m＜n。同样地，上述第三子外延层之间的间距也可设置为与显示屏像素间距相等，或者设置为显示屏像素间距的约数。

在上述优选的实施方式中，进一步采用芯片转移技术将同一晶片上的芯片结构同时进行转移，从而通过第三次转移工艺将另一发光颜色的LED芯片设置于同一层中，通过三次转移工艺即得到具有RGB三种发光颜色的LED显示单元，进而简化了全彩LED显示单元的制备工艺。为了更为有效地实现第三衬底的剥离，优选地，上述剥离工艺为激光剥离。

在步骤S4之后，上述制备方法还可以包括以下步骤：在第一透明介质层101和第二透明介质层102中形成第二连接孔133，此时，在上述步骤S5中，使各第三LED芯片13通过第二连接孔133与IC芯片电连接，得到的结构如图12所示。通过在第二透明介质层102和第一透明介质层101中形成第二连接孔133，能够通过在第二连接孔133中填充的导电材料使第三LED芯片13与IC芯片电连接。

在上述步骤S5之后，优选地，上述制备方法还包括以下步骤：S6，将第三透明介质材料覆盖于第二透明介质层102和第三LED芯片13的表面并固化形成第三透明介质层103，得到的结构如图13所示。上述第三透明介质层103用于将第三LED芯片13进行密封，以提高第三LED芯片13的可靠性。

上述第一透明介质层101、第二透明介质层102和第三透明介质层103的材料可以为现有技术中常用的透明绝缘材料，本领域技术人员可以根据现有技术对上述透明介质层的材料进行合理选取；并且，可以采用平坦化工艺使第一透明介质层101、第二透明介质层102和第三透明介质层103具有平坦表面，以保证各透明介质层表面上第一LED芯片11、第二LED芯片12和第三LED芯片13的平稳设置。

下面将结合实施例进一步说明本申请提供的全彩LED显示单元及其制备方法。

实施例1

首先，设计并加工基板100，使下表面具有必要的金属布线层，且内部具有必要的电气连接线，这些连接线和布线层将用于联通LED芯片和下表面的IC芯片。

采用LED制备工艺，分别在不同的晶圆衬底上制备正负电极在同一侧的红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片，以得到红光LED晶圆结构、绿光LED晶圆结构和蓝光LED晶圆结构。其中，红色LED芯片的制备工艺包括：在晶圆的第一衬底200表面形成第一子外延层113，并在第一子外延层113表面形成第一电极111，采用刻蚀或腐蚀等工艺分立各个LED芯片，从而得到具有的第一LED芯片11的尚未解理的红光LED晶圆结构，上述第一LED芯片11为红色LED芯片，如图6所示。

如图7所示，在基板100上设置第一电极布线层112，将红光LED晶圆结构与第一电极布线层112粘接；若红色LED芯片的间距与LED显示屏像素间距相同，则可直接剥离整个第一衬底200，使红光LED芯片固定于基板100上表面，该过程可重复，以使红色LED芯片铺满整个基板100；若红色LED芯片的间距为LED显示屏像素间距的约数，则应间隔地(间隔距离＝显示屏像素间距)剥离红光LED芯片，因而剥离掉的第一衬底200上仍留有红光LED芯片，以重复该过程，直至第一衬底200上无红光LED芯片且整个基板100铺满红光LED芯片。

如图8所示，在第一LED芯片11上覆盖一层透明介质材料并进行固化，得到第一透明介质层101，使其具有平坦的表面。

如图9所示，在第一透明介质层101内形成第一连接孔123，贯通至基板100，并设置第二电极布线层122，然后将绿光LED晶圆结构与第二电极布线层122粘接；若绿色LED芯片(即第二LED芯片12)的间距和LED显示屏像素间距相同，则可直接剥离整个衬底，使绿光LED芯片固定于第一透明介质层101上表面，该过程可重复，以使绿光LED芯片铺满整个上表面；若绿色LED芯片的间距为LED显示屏像素间距的约数，则应间隔地(间隔距离＝显示屏像素间距)剥离绿色LED芯片，因而剥离掉的衬底上上仍留有绿色LED芯片，以重复该过程，直至衬底上无绿色LED芯片且整个第一透明介质层101的上表面铺满绿色LED芯片。

如图10所示，在第二LED芯片12上覆盖一层透明介质材料并进行固化，得到第二透明介质层102，使其具有平坦的表面。

如图11所示，在第一透明介质层101和第二透明介质层102内形成第二连接孔133，贯通至基板100，并设置第三电极布线层132，然后将蓝光LED晶圆结构与第三电极布线层132粘接；若蓝色LED芯片(即第三LED芯片13)的间距和LED显示屏像素间距相同，则可直接剥离整个衬底，使蓝光LED芯片固定于第二透明介质层102上表面，该过程可重复，以使蓝光LED芯片铺满整个上表面。若蓝光LED芯片的间距为LED显示屏像素间距的约数，则应间隔地(间隔距离＝显示屏像素间距)剥离蓝光LED芯片，因而剥离掉的衬底上仍留有蓝光LED芯片，以重复该过程，直至衬底上无蓝光LED芯片且整个第二透明介质层102的上表面铺满蓝光LED芯片。

如图11所示，在第三LED芯片13上覆盖一层透明介质材料并进行固化，得到第三透明介质层103，使其具有平坦的表面。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：具有不同发光颜色的LED芯片被透明介质层分隔而位于不同层中，从而能够通过芯片转移技术将同一晶片上的芯片结构同时进行转移，进而通过三次转移工艺即得到具有RGB三种发光颜色的LED显示单元，上述LED显示单元不仅能够实现全彩发光，而且还能够通过在晶片上制备较小尺寸的基体结构，在转移工艺后使LED显示单元中的LED芯片具有超小尺寸，有效地缩小LED显示单元的像素尺寸；并且，每个显示单元均具有透明介质层作为保护，从而使LED显示单元能够具有更高的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种全彩LED显示单元，包括基板(100)和IC芯片，其特征在于，所述全彩LED显示单元还包括：

透明介质层，设置在所述基板(100)的第一表面上，所述透明介质层的远离所述基板(100)的表面为第四表面；

第一LED芯片组，设置在所述第一表面上且被所述透明介质层覆盖，所述第一LED芯片组的远离所述第一表面的表面所在平面为第二表面；

第二LED芯片组，设置在所述第二表面以上且被所述透明介质层覆盖，所述第二LED芯片组的远离所述第一表面的表面所在平面为第三表面；

第三LED芯片组，设置在所述第三表面以上且被所述透明介质层覆盖，或设置在所述第四表面上，

所述第一LED芯片组包括至少一个第一LED芯片(11)，所述第二LED芯片组包括至少一个第二LED芯片(12)，所述第三LED芯片组包括至少一个第三LED芯片(13)，且各所述第一LED芯片(11)、各所述第二LED芯片(12)和各所述第三LED芯片(13)均与所述IC芯片电连接，所述第一LED芯片(11)、所述第二LED芯片(12)和所述第三LED芯片(13)的发光波长不同，

所述全彩LED显示单元还包括：

TFT结构和TFT电极布线层，其中，所述TFT结构与所述TFT电极布线层均设置于所述基板(100)与所述第一LED芯片组之间，且所述TFT电极布线层设置于所述TFT结构的远离所述基板(100)的一侧，所述TFT结构、各所述第一LED芯片(11)、各所述第二LED芯片(12)、各所述第三LED芯片(13)和所述IC芯片均与所述TFT电极布线层电连接；

或

CMOS结构和CMOS电极布线层，其中，CMOS结构位于所述基板(100)靠近所述第一LED芯片组的一侧表面，所述CMOS电极布线层设置于所述CMOS结构与所述第一LED芯片组之间，且所述CMOS结构、各所述第一LED芯片(11)、各所述第二LED芯片(12)、各所述第三LED芯片(13)和所述IC芯片均与所述CMOS电极布线层电连接，

所述透明介质层包括：

第一透明介质层(101)，覆盖于所述基板(100)和所述第一LED芯片(11)表面，所述第一透明介质层(101)中具有第一连接孔(123)，各所述第二LED芯片(12)通过所述第一连接孔(123)与所述IC芯片电连接；

第二透明介质层(102)，覆盖于所述第一透明介质层(101)和所述第二LED芯片(12)表面，所述第二透明介质层(102)和所述第一透明介质层(101)中具有第二连接孔(133)，各所述第三LED芯片(13)通过所述第二连接孔(133)与所述IC芯片电连接，

所述IC芯片位于所述基板(100)的远离所述第一LED芯片(11)的一侧，所述基板(100)具有第三连接孔，所述第一LED芯片(11)通过所述第三连接孔与所述IC芯片电连接，所述第二LED芯片(12)通过所述第一连接孔(123)和所述第三连接孔与所述IC芯片电连接，所述第三LED芯片(13)通过所述第二连接孔(133)和所述第三连接孔与所述IC芯片电连接。

2.根据权利要求1所述的全彩LED显示单元，其特征在于，所述透明介质层还包括第三透明介质层(103)，所述第三透明介质层(103)覆盖于所述第二透明介质层(102)和所述第三LED芯片(13)表面，所述第一透明介质层(101)、所述第二透明介质层(102)和所述第三透明介质层(103)的远离所述基板(100)的一侧表面为平面。

3.根据权利要求1所述的全彩LED显示单元，其特征在于，所述第一LED芯片(11)包括沿远离所述基板(100)的方向顺序设置的第一电极(111)和第一子外延层(113)，且所述全彩LED显示单元还包括：

第一电极布线层(112)，设置于所述基板(100)与所述第一LED芯片(11)之间，用于将所述第三连接孔与所述第一电极(111)电连接；

所述第二LED芯片(12)包括沿远离所述基板(100)的方向顺序设置的第二电极(121)和第二子外延层，且所述全彩LED显示单元还包括：

第二电极布线层(122)，设置于所述第一透明介质层(101)与所述第二LED芯片(12)之间，用于将所述第一连接孔(123)与所述第二电极(121)电连接；

所述第三LED芯片(13)包括沿远离所述基板(100)的方向顺序设置的第三电极(131)和第三子外延层，且所述全彩LED显示单元还包括：

第三电极布线层(132)，设置于所述第二透明介质层(102)与所述第三LED芯片(13)之间，用于将所述第二连接孔(133)与所述第三电极(131)电连接。

4.根据权利要求3所述的全彩LED显示单元，其特征在于，形成所述第一电极(111)、所述第二电极(121)和所述第三电极(131)的材料为透明导电材料，且各自独立地为ITO、ZnO或石墨烯。

5.根据权利要求1所述的全彩LED显示单元，其特征在于，所述第一LED芯片(11)、所述第二LED芯片(12)和所述第三LED芯片(13)分别选自红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片；所述第一LED芯片(11)为红色LED芯片，所述第二LED芯片(12)为绿色LED芯片且所述第三LED芯片(13)为蓝色LED芯片，或所述第二LED芯片(12)为蓝色LED芯片且所述第三LED芯片(13)为绿色LED芯片。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的全彩LED显示单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将第一LED芯片组设置于基板(100)的一侧，并使所述第一LED芯片组的第一LED芯片(11)与IC芯片电连接；

S2，将第一透明介质材料覆盖于所述基板(100)和所述第一LED芯片(11)表面并固化形成第一透明介质层(101)；

S3，将第二LED芯片组设置于所述第一透明介质层(101)的表面上，并使所述第二LED芯片组的第二LED芯片(12)与所述IC芯片电连接；

S4，将第二透明介质材料覆盖于所述第一透明介质层(101)和所述第二LED芯片(12)表面并固化形成第二透明介质层(102)；

S5，将第三LED芯片组设置于所述第二透明介质层(102)的表面上，并使所述第三LED芯片组的第三LED芯片(13)与所述IC芯片电连接，

在所述步骤S2之后，在所述第一透明介质层(101)中形成第一连接孔(123)，在所述步骤S3中，使各所述第二LED芯片(12)通过所述第一连接孔(123)与所述IC芯片电连接；

在所述步骤S4之后，在所述第一透明介质层(101)和所述第二透明介质层(102)中形成第二连接孔(133)，在所述步骤S5中，使各所述第三LED芯片(13)通过所述第二连接孔(133)与所述IC芯片电连接。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下过程：

S11，在第一衬底(200)表面形成第一外延层，并在所述第一外延层上形成n个第一电极(111)，将所述第一外延层分隔为与各所述第一电极(111)一一对应的n个第一子外延层(113)，以在所述第一衬底(200)上形成n个第一LED芯片(11)，n为大于0的整数；

S12，在所述基板(100)表面形成第一电极布线层(112)，并将所述第一LED芯片(11)的所述第一电极(111)与所述第一电极布线层(112)粘接；

S13，当所述n＝1时，将所述第一衬底(200)剥离，以将第一LED芯片组设置于基板(100)的一侧，或

当所述n＞1时，将所述第一衬底(200)和m层所述第一子外延层(113)剥离，以将第一LED芯片组设置于基板(100)的一侧，0≤m＜n。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下过程：

S31，在第二衬底表面形成第二外延层，并在所述第二外延层上形成n个第二电极(121)，将所述第二外延层分隔为与各所述第二电极(121)一一对应的n个第二子外延层，以在所述第二衬底上得到n个第二LED芯片(12)形成的第二LED芯片组，n为大于0的整数；

S32，在所述第一透明介质层(101)表面形成第二电极布线层(122)，并将所述第二LED芯片(12)的所述第二电极(121)与所述第二电极布线层(122)粘接；

S33，当所述n＝1时，将所述第二衬底剥离，以将第二LED芯片组设置于所述第一透明介质层的表面上，或

当所述n＞1时，将所述第二衬底和m层所述第二子外延层剥离，以将第二LED芯片组设置于所述第一透明介质层的表面上，0≤m＜n。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下过程：

S51，在第三衬底表面形成第三外延层，并在所述第三外延层上形成n个第三电极(131)，将所述第三外延层分隔为与各所述第三电极(131)一一对应的n层第三子外延层，以在所述第三衬底上形成n个第三基体结构，n为大于0的整数；

S52，在所述第二透明介质层(102)表面形成第三电极布线层(132)，并将所述第三基体结构的具有所述第三电极(131)的一侧与所述第三电极布线层(132)粘接；

S53，当所述n＝1时，将所述第三衬底从所述第三电极布线层(132)表面剥离，以得到所述第二LED芯片(12)，或

当所述n＞1时，将所述第三衬底和m层所述第三子外延层从所述第三电极布线层(132)表面剥离，以得到所述第三LED芯片(13)，0≤m＜n。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5之后，所述制备方法还包括以下步骤：

S6，将第三透明介质材料覆盖于所述第二透明介质层(102)和所述第三LED芯片(13)的表面并固化形成第三透明介质层(103)。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述剥离为激光剥离。