CN109148676A - 一种高密度微显示led器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高密度微显示LED器件，包括固定基板、第一基板、垂直结构的LED芯片和第二基板，第一基板设于固定基板上，第一基板上设有多个电路层，每个电路层之间相互绝缘，电路层的下层与固定基板连接，LED芯片包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片，每颗LED芯片按顺序连接在一个电路层的上层上；第二基板上依次设有透明导电层和焊料层，所述焊料层连接在LED芯片的阴电极上。本发明通过焊料层和透明导电层将第二基板连接在红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极上，实现LED芯片的共阴控制，可以缩小芯片与芯片之间的间距，提升LED器件和显示屏幕的分辨率。相应地，本发明还提供了一种高密度微显示LED器件的制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种高密度微显示LED器件及其制作方法。
背景技术
LED具有亮度高、工作电压低、功耗小、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定等一系列优点，在照明、显示等领域应用广泛。LED显示屏自上世纪八十年代后期在全球迅速兴起，并得到了迅猛发展。进入新世纪后，LED显示屏的技术和产业都取得了长足的发展。
LED显示屏是一种新型的信息显示媒体，它是利用红、绿、蓝三色发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕，具有发光效率高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高、组态灵活、色彩丰富等特点。为提高LED显示屏的分辨率，就必须减少红、绿、蓝三色LED芯片之间的间距，从而使单位面积上的像素点尽量的增加。
图1是现有RGB显示LED器件的示意图，现有的RGB显示LED器件采用正装LED芯片作为光源，需要通过打线来将LED芯片的电流引到固定基板上，由于金线占用了一部分的空间，使得LED芯片间的间距较大，从而增加了RGB显示LED器件的体积，进而降低LED显示屏的分辨率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高密度微显示LED器件，LED芯片间的间距小，每颗LED芯片可以分开进行单独控制。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高密度微显示LED器件的制作方法，减少LED芯片间的间距，使每颗LED芯片可以分开进行单独控制。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高密度微显示LED器件，包括：
固定基板；
设于固定基板上的第一基板，所述第一基板上设有多个电路层，所述电路层包括上层、下层以及贯穿第一基板并连接上层和下层的连接层，每个电路层之间相互绝缘，其中，电路层的下层与固定基板连接；
垂直结构的LED芯片，LED芯片包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片，每颗LED芯片按顺序连接在一个电路层的上层上；
第二基板，所述第二基板上依次设有透明导电层和焊料层，所述焊料层连接在LED芯片的阴电极上。
作为上述方案的改进，所述蓝光LED芯片、绿光LED芯片和红光LED芯片的结构相同，其中，蓝光LED芯片包括支撑层，依次设于支撑层上的焊接金属层、扩散阻挡层、金属反射层、第一欧姆接触层、外延层和第二欧姆接触层，其中，第二欧姆接触层为蓝光LED芯片的阴电极。
作为上述方案的改进，所述第二基板为透明基板。
相应地，本发明还提供了一种高密度微显示LED器件的制作方法，包括：
在第一基板上形成多个电路层，所述电路层包括上层、下层以及贯穿第一基板并连接上层和下层的连接层；
将垂直结构的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片按顺序连接在电路层上；
在第二基板上依次形成透明导电层和焊料层；
将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极连接在焊料层上；
将电路层的下层连接在固定基板上，从而形成高密度微显示LED器件。
作为上述方案的改进，采用bonding技术将将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极焊接在焊料层上，以将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极进行共阴连接。
作为上述方案的改进，所述第二基板为透明基板。
作为上述方案的改进，所述电路层的制作方法包括：
在第一基板上形成多个通孔；
在第一基板上沉积金属，在第一基板的背面形成下层、在通孔内形成连接层、以及在第一基板表面形成上层；
其中，每个电路层相互绝缘，以实现红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片的单独控制。
作为上述方案的改进，所述红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的结构相同，其中，蓝光LED芯片的制作方法包括：
在衬底上依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层；
在第二半导体层上依次形成第一欧姆接触层、金属反射层、扩散阻挡层、焊接金属层和支撑层；
去除衬底，将第一半导体层裸露出来；
在第一半导体层上形成第二欧姆接触层，得到LED晶圆；
对所述LED晶圆进行切割，形成单个的LED芯片；
其中，第二欧姆接触层为蓝光LED芯片的阴电极。
作为上述方案的改进，在形成第二欧姆接触层之前，还包括：对第一半导体层进行粗化，使第一半导体层的表面形成粗糙结构。
作为上述方案的改进，采用叠层金属沉积的方法在扩散阻挡层上形成焊接金属层。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明高密度微显示LED器件将垂直结构的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片按顺序连接在第一基板的电路层上，由于每颗芯片对应设置在一个电路层上，因此红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片可以分开进行单独控制，此外，本发明通过焊料层和透明导电层将第二基板连接在红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极上，实现LED芯片的共阴控制，因此不需要对LED芯片进行打线，进而不需要在固定基板上预留打线的区域，因此可以缩小芯片与芯片之间的间距，提升LED器件和显示屏幕的分辨率。
附图说明
图1是现有RGB显示LED器件的示意图；
图2是本发明高密度微显示LED器件的结构示意图；
图3是本发明高密度微显示LED器件的制作流程图；
图3a是本发明第一基板和电路层的示意图；
图3b是本发明蓝光LED芯片的结构示意图；
图3c是本发明第二基板、焊料层和透明导电层的示意图；
图3d是本发明红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极连接在焊料层上的示意图。
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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图2，本发明提供的一种高密度微显示LED器件，包括固定基板203、第一基板201、垂直结构的LED芯片100和第二基板301。
第一基板201设于固定基板203上，第一基板201上设有多个电路层202，电路层202包括上层、下层以及贯穿第一基板201并连接上层和下层的连接层，每个电路层202之间相互绝缘，电路层202的下层与固定基板203连接；LED芯片100包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片，每颗LED芯片按顺序连接在一个电路层202的上层上；第二基板301上依次设有透明导电302层和焊料层303，所述焊料层303连接在LED芯片100的阴电极上。
本发明高密度微显示LED器件将垂直结构的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片按顺序连接在第一基板的电路层上，由于每颗芯片对应设置在一个电路层上，因此红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片可以分开进行单独控制，此外，本发明通过焊料层和透明导电层将第二基板连接在红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极上，实现LED芯片的共阴控制，因此不需要对LED芯片进行打线，进而不需要在固定基板上预留打线的区域，因此可以缩小芯片与芯片之间的间距，提升LED器件和显示屏幕的分辨率。
本发明蓝光LED芯片、绿光LED芯片和红光LED芯片的结构相同。其中，蓝光LED芯片100包括支撑层110，依次设于支撑层110上的焊接金属层109、扩散阻挡层108、金属反射层107、第一欧姆接触层106、外延层和第二欧姆接触层111，其中，第二欧姆接触层111为蓝光LED芯片的阴电极，与焊料层303形成连接。
具体的，金属支持层110焊接在电路层202的上层上，透明导电层302通过焊料层303连接在第二欧姆接触层111上，从而将第二基板301固定在LED芯片100的阴电极上，实现LED芯片的共阴连接。
本发明的外延层依次包括第一半导体层103、有源层104和第二半导体成105，其中，第二欧姆接触层111设置在第一半导体层103上。为了提高LED芯片的出光效率，第一半导体层103靠近第二欧姆接触层111的一侧具有粗糙的表面。本发明的第一半导体层103为N型氮化镓基层，有源层104为MQW量子阱层，第二半导体层105为P型氮化镓基层。
优选的，金属反射层107由Al、Ag、Pt、Au和Ti中的一种或几种制成，金属反射层107的厚度为100nm-500nm。优选的，扩散阻挡层108由Ti、Pt、Au和W中的一种或几种制成，以防止金属反射层中的金属离子扩散而形成漏电流，影响LED芯片的性能。
为了进一步防止金属反射层107的金属扩散，所述扩散阻挡层108延伸至金属反射层107的侧壁上。
所述焊接金属层109由Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co和Ti中的一种或多几种制成，焊接金属层109的厚度为100nm-500nm。
所述支撑层110由Ni、Cu、Au、Mo、Co中的一种或几种制成，支撑层110的厚度为40μm-500μm。
为了提高本发明LED器件的出光效率，所述第二基板301为透明基板。此外，本发明通过透明导电层301将LED芯片100连接在第二基板301上，从而使注入到LED芯片100上的电流更加均匀。
为了保证第一基板201上的电路层202能够相互绝缘，使连接在电路层202上的LED芯片100可以分开独立控制，本发明的第一基板201为陶瓷基板或玻璃基板。此外，本发明的LED芯片100还可以通过电路层202将热量传导到第一基板201上，提高芯片的散热效果，延长芯片的寿命。与一般器件的结构相比，由于本发明电路层的上层设置在第一基板的表面，电路层的下层设置在第一基板的背面，而连接层贯穿了第一基板并将上层和下层连接在一起，从而增加了电路层与第一基板的接触面积，进而提高散热效果。
参见图3，图3是本发明高密度微显示LED器件的制作流程图，本发明还提供了一种高密度微显示LED器件的制作方法，包括以下步骤：
S101、在第一基板上形成多个电路层，所述电路层包括上层、下层以及贯穿第一基板并连接上层和下层的连接层。
参见图3a，采用激光灼烧或者湿法腐蚀方法在第一基板201上形成多个通孔，然后采用电镀或者化学镀沉积的方法在第一基板201上沉积金属，形成电路层202。其中，电路层202包括设置在第一基板201表面的上层、设置在第一基板202背面的下层、以及设置在通孔内并连接上层和下层的连接层。每个电路层202之间相互绝缘。
为了保证第一基板上的电路层能够相互绝缘，使连接在电路层上的LED芯片可以分开独立控制，本发明的第一基板为陶瓷基板或玻璃基板。此外，本发明的LED芯片还可以通过电路层将热量传导到第一基板上，提高芯片的散热效果，延长芯片的寿命。与一般器件的结构相比，由于本发明电路层的上层设置在第一基板的表面，电路层的下层设置在第一基板的背面，而连接层贯穿了第一基板并将上层和下层连接在一起，从而增加了电路层与第一基板的接触面积，进而提高散热效果。
S102、将垂直结构的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片按顺序连接在电路层上。
参见图3b，本发明的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片结构相同，其中，红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片均包括支撑层110，依次设于支撑层110上的焊接金属层109、扩散阻挡层108、金属反射层107、第一欧姆接触层106、第二半导体层105、有源层104、第一半导体层103和第二欧姆接触层111，其中，第二欧姆接触层111为蓝光LED芯片的阴电极。
具体的，蓝光LED芯片的制作方法包括以下步骤：
S201、在衬底上依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层。
本发明衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料。优选的，所述衬底为蓝宝石衬底。
采用金属有机物化学气相沉积方法在衬底上依次生长第一半导体层、有源层和第二半导体层。其中，第一半导体层为N型氮化镓基层，有源层为MQW量子阱层，第二半导体层为P型氮化镓基层。
需要说明的是，衬底和第一半导体层之间还设有缓冲层。
在衬底上依次形成缓冲层、N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层、第一欧姆接触层、金属反射层和扩散阻挡层。
S202、在第二半导体层上依次形成第一欧姆接触层、金属反射层、扩散阻挡层、焊接金属层和支撑层。
采用蒸镀或者溅射的方式在第二半导体层上沉积形成第一欧姆接触层，并在第一欧姆接触层上沉积层次金属反射层，同时，在氮气的环境下高温退火，形成欧姆接触，并且在退火中逐步释放金属反射层的内应力，增加结合强度。
采用磁控溅射的方法在金属反射层上沉积形成扩散阻挡层。
优选的，金属反射层由Al、Ag、Pt、Au和Ti中的一种或几种制成，金属反射层的厚度为100nm-500nm。优选的，扩散阻挡层由Ti、Pt、Au和W中的一种或几种制成，以防止金属反射层中的金属离子扩散而形成漏电流，影响LED芯片的性能。为了进一步防止金属反射层的金属扩散，所述扩散阻挡层108延伸至金属反射层的侧壁上。
采用蒸镀或者溅射的方法在扩散阻挡层上沉积形成焊接金属层，同时采用叠层金属沉积的方法消除金属间的内应力。
采用电镀、化学镀以及热压bonding的方法将支撑层与焊接金属层形成连接。需要说明的是，bonding是芯片生产工艺中一种打线的方式，一般用于封装前将芯片内部电路用金线与封装管脚连接。
所述焊接金属层由Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co和Ti中的一种或多几种制成，焊接金属层的厚度为100nm-500nm。
所述支撑层由Ni、Cu、Au、Mo、Co中的一种或几种制成，支撑层的厚度为40μm-500μm。
203、去除衬底，将第一半导体层裸露出来。
采用准分子激光、湿法腐蚀或机械研磨的方式将衬底与缓冲层分离，清洗分离后的缓冲层表面，用以去除残留的Ga金属及其氧化物。
采用电感耦合等离子体(ICP)的方法去除缓冲层，将第一半导体层裸露出来。
为了提高芯片的出光效率，在第一半导体层裸露出来之后，还包括：对第一半导体层进行粗化，使第一半导体层形成粗糙的表面。具体的，采用KOH、NaOH、Ba(OH)2中的一种或几种溶液对N型氮化镓层进行表面腐蚀，并利用波长为200nm-600nm的光辐射来辅助腐蚀，以形成粗糙的表面。
204、在第一半导体层上形成第二欧姆接触层，得到LED晶圆。
采用蒸镀或者溅射的方式在第一半导体层上沉积形成第二欧姆接触层，得到LED晶圆。所述第二欧姆接触层为透明结构，并作为蓝光LED芯片的阴电极。
205、对所述LED晶圆进行切割，形成单个的LED芯片。
S103、在第二基板上依次形成透明导电层和焊料层。
参见图3c，采用电子束蒸发方法在第二基板301上形成透明导电层302，然后在透明导电层302上涂覆一层焊料层303。
具体的，透明导电层302用于将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极形成导电连接，实现多个LED芯片的共阴控制。焊料层303用于辅助透明导电层302与第二欧姆接触层111形成导电连接。优选的，透明导电层的材质为铟锡氧化物，但不限于此。
为了提高本发明LED器件的出光效率，所述第二基板为透明基板。此外，本发明通过透明导电层将LED芯片连接在第二基板上，从而使注入到LED芯片上的电流更加均匀。
需要说明的是，步骤S101、S102和S103的顺序可以互换。
S104、将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极连接在焊料层上。
参见图3d，将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极连接在焊料层303上，以将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片固定在第二基板上。
具体的，采用bonding技术将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极连接在焊料层，实现红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的共阴控制。
S105、将电路层的下层连接在固定基板上，从而形成高密度微显示LED器件。
参见图2，将电路层202的下层焊接在固定基板203上，从而形成高密度微显示LED器件。
本发明将垂直结构的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片按顺序连接在第一基板的电路层上，由于每颗芯片对应设置在一个电路层上，因此红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片可以分开进行单独控制，此外，本发明通过焊料层和透明导电层将第二基板连接在红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极上，实现LED芯片的共阴控制，因此不需要对LED芯片进行打线，进而不需要在固定基板上预留打线的区域，因此可以缩小芯片与芯片之间的间距，提升LED器件和显示屏幕的分辨率。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种高密度微显示LED器件，其特征在于，包括：
固定基板；
设于固定基板上的第一基板，所述第一基板上设有多个电路层，所述电路层包括上层、下层以及贯穿第一基板并连接上层和下层的连接层，每个电路层之间相互绝缘，其中，电路层的下层与固定基板连接；
垂直结构的LED芯片，LED芯片包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片，每颗LED芯片按顺序连接在一个电路层的上层上；
第二基板，所述第二基板上依次设有透明导电层和焊料层，所述焊料层连接在LED芯片的阴电极上。
2.如权利要求1所述的高密度微显示LED器件，其特征在于，所述蓝光LED芯片、绿光LED芯片和红光LED芯片的结构相同，其中，蓝光LED芯片包括支撑层，依次设于支撑层上的焊接金属层、扩散阻挡层、金属反射层、第一欧姆接触层、外延层和第二欧姆接触层，其中，第二欧姆接触层为蓝光LED芯片的阴电极。
3.如权利要求1所述的高密度微显示LED器件，其特征在于，所述第二基板为透明基板。
4.一种高密度微显示LED器件的制作方法，其特征在于，包括：
在第一基板上形成多个电路层，所述电路层包括上层、下层以及贯穿第一基板并连接上层和下层的连接层；
将垂直结构的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片按顺序连接在电路层上；
在第二基板上依次形成透明导电层和焊料层；
将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极连接在焊料层上；
将电路层的下层连接在固定基板上，从而形成高密度微显示LED器件。
5.如权利要求4所述的高密度微显示LED器件的制作方法，其特征在于，采用bonding技术将将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极焊接在焊料层上，以将红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的阴电极进行共阴连接。
6.如权利要求5所述的高密度微显示LED器件的制作方法，其特征在于，所述第二基板为透明基板。
7.如权利要求4所述的高密度微显示LED器件的制作方法，其特征在于，所述电路层的制作方法包括：
在第一基板上形成多个通孔；
在第一基板上沉积金属，在第一基板的背面形成下层、在通孔内形成连接层、以及在第一基板表面形成上层；
其中，每个电路层相互绝缘，以实现红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片的单独控制。
8.如权利要求4所述的高密度微显示LED器件的制作方法，其特征在于，所述红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的结构相同，其中，蓝光LED芯片的制作方法包括：
在衬底上依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层；
在第二半导体层上依次形成第一欧姆接触层、金属反射层、扩散阻挡层、焊接金属层和支撑层；
去除衬底，将第一半导体层裸露出来；
在第一半导体层上形成第二欧姆接触层，得到LED晶圆；
对所述LED晶圆进行切割，形成单个的LED芯片；
其中，第二欧姆接触层为蓝光LED芯片的阴电极。
9.如权利要求8所述的高密度微显示LED器件的制作方法，其特征在于，在形成第二欧姆接触层之前，还包括：对第一半导体层进行粗化，使第一半导体层的表面形成粗糙结构。
10.如权利要求8所述的高密度微显示LED器件的制作方法，其特征在于，采用叠层金属沉积的方法在扩散阻挡层上形成焊接金属层。
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