CN107393428B - 无电极遮光的发光二极管显示器的结构及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无电极遮光的发光二极管显示器的结构及其工艺，提供外延层并于其上形成透明导电层以接合至基板，刻蚀外延层以形成镀有金属薄膜的芯片于透明导电层上，在基板上形成导电通道且其两端设有导通金属块，并形成第一金属件于芯片的金属薄膜及导通金属块上，以连接不同导电通道上的芯片，接着形成第二金属件在导通金属块的第一金属件上，以使二金属件能与芯片上的第一金属件位在同一平面，以完成一种高亮度、高解析度的无电极遮光的发光二极管显示器的结构。
Description
技术领域
本发明是关于一种发光二极管显示器的结构及其工艺，特别是一种无电极遮光的发光二极管显示器的结构及其工艺。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的出现，使其发光原理以及结构不同于传统光源，LED具有耗电量低、元件寿命长、发光反应快速等优点，搭配小体积的优点，可以大量生产以及配合应用需求，以制成极小或阵列式的组件，在现今市场的应用相当普及。
传统的LED显示器制作外延层于基板上，并将阴极、阳极分别制作在外延层及基板的两侧，虽具有良好的电流分布，但容易会造成LED显示器封装面积增加，进而又发展一种覆晶式(Flip Chip)的LED显示器。覆晶式LED显示器使外延层中的P型半导体及N型半导体曝露在外延层的一侧，以使阴极、阳极制作在外延层的同一侧上，因此可以使用覆晶式的封装，以直接将设置有阴极、阳极的LED显示器覆盖在一封装焊料上，藉此可以免除传统金属拉线的需求，以提升LED显示器的可靠性。
然而，使用覆晶式的LED显示器发光，在向上输出时，容易被上方的基材吸收，使得光无法穿透基材以输出到LED显示器外部，因此覆晶式LED显示器虽具有封装上的优点，但容易导致光输出强度降低，且现今LED显示器中，利用覆晶式的贴合会因为贴合间距过大，容易使解析度受限，而其它的LED显示器制作方式则是皆无法做到出光面无电极遮光的效益，进而造成目前大多数的LED显示器是利用背光模块，产生体积大且效益差的缺点。
有鉴于此，本发明为了解决传统LED显示器的缺失，进而提供一种无电极遮光的发光二极管显示器的结构及其工艺，以克服间距大、亮度不高的缺失。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种无电极遮光的发光二极管显示器的结构及其工艺，所制作的无电极遮光的LED阵列具有小间距、高亮度及高解析度，并且不需要有背光模块，利用光刻工艺可以定义发光区，也不需要经由取放(Pick and Place)工艺，即可大幅提升LED显示器的解析度。
本发明的另一目的在提供一种无电极遮光的发光二极管显示器的结构及其工艺，可以应用在穿戴装置、各种仪器、工具机显示仪表、军用设备显示器上、光学显示装置、激光二极管、交通号志、数据储存设备、通信设备、照明设备等各种需要产生亮度的仪器上。
为了达到上述目的，本发明提供一种无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，首先提供一外延层，以形成一透明导电层在外延层上，再利用透明导电层接合至一基板，以使透明导电层位在基板及外延层之间，对外延层进行刻蚀以形成多个芯片，这些芯片间隔排列在透明导电层上，并在芯片上表面镀上一金属薄膜，接着移除部分的透明导电层以形成多条导电通道在基板上，且使这些芯片排列在导电通道上，分别设置一导通金属块在每一导电通道的两端，形成多个第一金属件在这些芯片的金属薄膜上及导通金属块上，使每一第一金属件连接不同导电通道上的芯片，形成多个第二金属件在导通金属块的第一金属件上，以使导通金属块上的第二金属件与芯片上的第一金属件位在同一平面。
另外，本发明亦提供一种无电极遮光的发光二极管显示器结构，包含有多条导电通道间隔排列设置在基板上，多个芯片间隔设置在每一导电通道上，多个导通金属块中每二导通金属块分别设置在每一导电通道的两端，多个第一金属件与导电通道相垂直，并设置在芯片及导通金属块上，以串接芯片形成电连接，多个第二金属件设置在导通金属块的第一金属件上，以使导通金属块上的第二金属件与芯片上的第一金属件位在同一平面。
在本发明中，透明导电层通过镀膜方式形成在外延层上；透明导电层利用胶贴合方式接合至基板；外延层经由台面刻蚀方式进行刻蚀；移除部分透明导电层通过刻蚀进行移除，以形成导电通道在基板上。
在本发明中，芯片上表面的金属薄膜面积小于芯片上表面面积。
在本发明中，在芯片及导通金属块上形成第一金属件前，先进行光刻胶涂布，并经光罩曝光、显影，以去除不必要的光刻胶，并将芯片上表面金属薄膜及导通金属块的部分上表面露出。
在本发明中，芯片及导通金属块各自更包含一光刻胶层，包覆在芯片及导通金属块的周围，而未包覆住芯片上的金属薄膜及导通金属块的部分上表面。
底下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中发光二极管显示器结构的俯视示意图。
图2为本发明中发光二极管显示器结构中部分结构的剖面示意图。
图3为本发明中发光二极管显示器的工艺的步骤流程图。
图4a～图4i为本发明制作发光二极管显示器结构的各步骤结构示意图。
附图标号：
10 发光二极管显示器结构
12 基板
14a、14b、14c、14d 导电通道
16 芯片
162 金属薄膜
18 导通金属块
20 光刻胶层
22 第一金属件
24 第二金属件
26 外延层
28 透明导电层
具体实施方式
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，本领域相关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，都属于本发明的保护的范围。
本发明设计及制作一高亮度、高解析度、且出光面无电极遮光的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)显示器，通过贴合、光刻及刻蚀技术，定义出发光元件及电极，可以不需通过取放工艺，以及所产生的结构也与传统LED显示器不同。
首先，请参照本发明图1及图2所示，一种无电极遮光的发光二极管显示器结构10，包含有一基板12，其上设置有多条间隔排列的导电通道14a～14d，例如本实施例以四导电通道14a、14b、14c、14d为例，但不以此数量为限制，每一条导电通道14a、14b、14c、14d上设有多个间隔设置的芯片16，芯片16的上表面更具有一金属薄膜162，且每一条导电通道14a、14b、14c、14d的两端分别设置一导通金属块18，在芯片16及导通金属块18的周围各自包覆有一光刻胶层20，但光刻胶层20并未包覆住芯片16上的金属薄膜162，以及并未包覆住导通金属块18的部分上表面，多个第一金属件22与导电通道14a、14b、14c、14d相垂直，并设置在多个芯片16及多个导通金属块18上，第一金属件22设置在芯片16的金属薄膜162上，以将导电通道14a上的一芯片16、导电通道14b上的一芯片16、导电通道14c上的一芯片16及导电通道14d上的一芯片16串接，以形成电连接，第一金属件22则是设置在导通金属块18上并未被光刻胶层20所覆盖的地方，多个第二金属件24设置在导通金属块18的第一金属件22上，以使导通金属块18上的第二金属件24可以与设置在芯片16上的第一金属件22位在同一平面。
承接上段，在本实施例中，上述的金属薄膜162、第一金属件22及第二金属件24为钛/金(Ti/Au)或此些金属的组合，本发明不以此为限制，且串接芯片16的第一金属件22为发光二极管显示器结构10中的n-metal，而导通金属块18上的第一金属件22结合第二金属件24为发光二极管显示器结构10中的p-metal，导电通道14a～14d为金属氧化物、二维导电材料或金属氧化物与二维导电材料的组合，本实施例先以金属氧化物为例说明，但不以此为发明的限制，光刻胶层20为透明的光刻胶，基板12为可见光可穿透的基板，例如蓝宝石(sapphire)基板，但本发明不以蓝宝石基板为限制，基板12亦可为玻璃(glass)基板，本发明也不限制上述各元件的形状、大小及数量。
说明完本发明无电极遮光的发光二极管显示器结构后，接续说明形成此一结构的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，请参照本发明图3所示。首先，如步骤S10所示，并请同时参照本发明的图4a，提供一外延层26，并形成一透明导电层28在外延层26上，在本实施例中通过镀膜方式使透明导电层28形成于外延层26上，例如电子束蒸镀的方式，但不以此为限制。如步骤S12所示，并请同时参照本发明的图4b，利用透明导电层28接合至一基板12，以使透明导电层28位在基板12及外延层26间，在本实施例中，透明导电层28利用胶贴合的方式接合至基板12。如步骤S14所示，并请再同时参照本发明的图4c，从图4c开始，换个角度由上往下看，此一步骤开始对图4b的外延层26进行刻蚀，以形成多个芯片16，这些多个芯片16间隔排列在透明导电层28上，在本实施例中，外延层26经由台面刻蚀(Mesa Etching)的方式以进行刻蚀。如步骤S16所示，并请同时参照本发明的图4d，在这些间隔排列的芯片16上表面各自镀上一金属薄膜162，且芯片16上的金属薄膜162的面积会小于芯片16的上表面面积。如步骤S18所示，并请同时参照本发明的图4e，移除部分透明导电层28，以形成多条导电通道14a～14d在基板12上，在本实施例中以形成导电通道14a、14b、14c、14d为例，且多个芯片16也排列在这些导电通道14a、14b、14c、14d上，在本实施例中，通过刻蚀以进行部分透明导电层28的移除，例如使用盐酸等酸性溶液，藉此形成导电通道14a～14d。如步骤S20所示，并请同时参照本发明的图4f，分别设置一导通金属块18在每一导电通道14a～14d的两端，在本实施例中导电通道14a、14b、14c、14d的两端皆设有一导通金属块18。
承接上段，如步骤S22所示，并请同时参照本发明的图4g及图4h，对这些芯片16及导通金属块18先进行光刻胶涂布，并经光罩曝光、显影以去除不必要的光刻胶，以将这些芯片16上表面的金属薄膜162及导通金属块18的部分上表面露出，且在芯片16及导通金属块18的周围其余部分形成一光刻胶层20，此一光刻胶层20在显影后不可去除，以保护及固定住芯片16及导通金属块18，接着在这些芯片16及导通金属块18上形成一图1案化光刻胶层(图中未示)，并进行第一次的光刻刻蚀，并以图1案化光刻胶层为光掩膜形成多个第一金属件22在这些芯片16的金属薄膜162上以及导通金属块18上，而第一金属件22则可以用于连接不同导电通道14a、14b、14c、14d上的芯片16。如步骤S24所示，并请同时参照本发明的图4i及图2，再对所有导通金属块18上形成图2案化光刻胶层(图中未示)，并进行第二次的光刻刻蚀，并以图2案化光刻胶层为光掩膜形成多个第二金属件24在原本导通金属块18的第一金属件22上，以使导通金属块18上的第二金属件24与芯片16上的第一金属件22位在同一平面。
通过本发明无电极遮光的发光二极管显示器的工艺所形成的结构，直接在外延层上镀制透明导电层，并直接转移到基板进行刻蚀工艺，利用刻蚀透明导电层定义出元件及导线，通过刻蚀后透明导电层作为导线，并且在上面设有多个芯片，接着再利用热固性高分子的光刻胶进行绝缘处理，接着利用光刻刻蚀定义出电极区并镀电极以完成工艺。本发明所生产的LED显示器结构的优点具有高解析度、高亮度、出光面没有电极遮光，并且具有对比高以及可耐恶劣环境的优点，因此用在各种仪器中，皆比传统LED显示器具有竞争力。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围。
Claims (11)
1.一种无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，包含下列步骤：
提供一外延层，形成一透明导电层于该外延层上；
利用该透明导电层接合至一基板，以使该透明导电层位于该基板及该外延层间；
对该外延层进行刻蚀，以形成多个芯片，其间隔排列在该透明导电层上；
于该多个芯片上表面镀上一金属薄膜；
移除部分该透明导电层，以形成多条导电通道于该基板上，且使该多个芯片排列于该多个导电通道上；
分别设置一导通金属块于每一该导电通道的两端，该导电通道为金属氧化物、二维导电材料或该金属氧化物与该二维导电材料的组合；
形成多个第一金属件在该多个芯片的该金属薄膜上及该多个导通金属块上，使每一该第一金属件连接不同该导电通道上的该芯片；及
形成多个第二金属件在该多个导通金属块的该第一金属件上，以使该多个导通金属块上的该第二金属件与该多个芯片上的该第一金属件位在同一平面；
该金属薄膜、该第一金属件及该第二金属件为钛、金或此些金属的组合，该芯片上表面的该金属薄膜面积小于该芯片上表面面积。
2.如权利要求1所述的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，该透明导电层通过镀膜方式形成在该外延层上。
3.如权利要求1所述的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，该透明导电层利用胶贴合方式接合至该基板。
4.如权利要求1所述的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，该外延层经由台面刻蚀方式进行刻蚀。
5.如权利要求1所述的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，移除部分该透明导电层通过刻蚀进行移除，以形成该多个导电通道于该基板上。
6.如权利要求1所述的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，该多个芯片及该多个导通金属块上形成该多个第一金属件前，先对该多个芯片及该多个导通金属块进行光刻胶涂布，并经光罩曝光、显影，以去除不必要的光刻胶，以将该多个芯片上表面的该金属薄膜及该多个导通金属块的部分上表面露出。
7.如权利要求1所述的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，该基板为可见光可穿透的基板。
8.如权利要求1所述的无电极遮光的发光二极管显示器的工艺，其特征在于，该透明导电层为金属氧化物、二维导电材料或该金属氧化物与该二维导电材料的组合。
9.一种无电极遮光的发光二极管显示器结构，其特征在于，包含：
一基板；
多条导电通道，其间隔排列设置于该基板上，该导电通道为金属氧化物、二维导电材料或该金属氧化物与该二维导电材料的组合；
多个芯片，其间隔设置于每一该导电通道上；
多个导通金属块，其中每二该导通金属块分别设置在每一该导电通道的两端；
多个第一金属件，其与该导电通道相垂直，并设置于该多个芯片及该多个导通金属块上，以串接该多个芯片形成电连接；
多个第二金属件，其设置于该多个导通金属块的该第一金属件上，以使该多个导通金属块上的该第二金属件与该芯片上的该第一金属件位在同一平面；以及
一金属薄膜，其位于该芯片的上表面，该金属薄膜、该第一金属件及该第二金属件为钛、金或此些金属的组合，该芯片上表面的该金属薄膜面积小于该芯片上表面面积。
10.如权利要求9所述的无电极遮光的发光二极管显示器结构，其特征在于，该芯片及该导通金属块各自更包含一光刻胶层，其包覆于该芯片及该导通金属块的周围，而未包覆住该芯片上的该金属薄膜及该导通金属块的部分上表面。
11.如权利要求9所述的无电极遮光的发光二极管显示器结构，其特征在于，该基板为可见光可穿透的基板。
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