CN111540819A - 一种球形led芯片及其制造方法、显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球形LED芯片及其制造方法、显示面板，其中球形LED芯片包括第一电极，环绕所述第一电极且带有磁性的第二电极，设置在所述第一电极的外侧的第一绝缘保护层，所述第一绝缘保护层与所述第二电极组成用于包裹所述第一电极且外轮廓为球形的LED外壳。流体组装的巨量转移方式将LED芯片转移到背板上时，球形LED外壳在流体组装中通过第二电极的磁性定位，精准的与背板上的位置进行吸引定位，并采用球形能实现平顺的位置调整，从而代替长方形或圆柱体的LED芯片，实现巨量精准转移。

Description

一种球形LED芯片及其制造方法、显示面板
技术领域
本发明涉及显示设备领域，尤其涉及的是一种球形LED芯片及其制造方法、显示面板。
背景技术
Micro-LED是新一代的显示技术。与现有的液晶显示相比具有更高的光电效率，更高的亮度，更高的对比度，以及更低的功耗，且还能结合柔性面板实现柔性显示。与传统的LED芯片相比，具有相同的发光原理，但单个LED芯片的尺度小于20μm，使得其制备难度大大提高。制备过程中，巨量转移技术是关键。目前巨量转移技术主要包括静电转移、微印和流体组装等。
巨量转移技术是把单个小LED芯片装配到衬底上形成LED显示面板，现有采用流体组装的过程为：利用刷桶在衬底上滚动，使得LED芯片置于液体悬浮液中，通过流体力，让LED芯片落入衬底上的对应的位置，而传统LED芯片均为长方体或圆柱体结构，长方形或圆柱体的LED芯片由于带有直边或转折角，在流体力的作用下方向不易调整，在到达衬底位置时并不能准确对位，难以实现巨量精准转移，影响装配效率。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种球形LED芯片及其制造方法、显示面板，其中，球形LED外壳在流体组装中通过第二电极的磁性定位，精准的与衬底上的位置进行吸引定位，并采用球形能实现平顺的位置调整，从而代替长方形或圆柱体的LED芯片，实现巨量精准转移，提高了装配效率。
本发明的技术方案如下：
一种球形LED芯片，其中，包括第一电极，环绕所述第一电极且带有磁性的第二电极，设置在所述第一电极的外侧的第一绝缘保护层，所述第一绝缘保护层与所述第二电极组成用于包裹所述第一电极且外轮廓为球形的LED外壳。
进一步，所述第一电极沿球形轮廓的中轴线设置，所述第一电极与所述第二电极之间设置有第二绝缘保护层。
进一步，所述第一电极所在的中轴线相垂直的平面上，所述第二电极的正投影为环形。
进一步，所述环形为多边环形或圆环形。
进一步，还包括有位于所述LED外壳的腔体内且依次设置的第一半导体层、发光层、第二半导体层；所述第一半导体层与所述第一电极相接触，所述第二半导体层与所述第二电极相接触。
进一步，所述第二绝缘保护层延伸设置在所述第一电极与所述发光层、所述第二半导体层之间。
一种显示面板，其中，包括背板，设置在背板上若干如上所述的球形LED芯片，在背板上设置有用于与第一电极相连接的第一金属垫，在背板上设置有用于与所述第二电极相连接的第二金属垫，所述第二金属上带有与所述第二电极相反的磁性。
进一步，所述背板上设置有若干个凹槽，所述凹槽用于容纳所述球形LED芯片。
进一步，所述第二电极根据像素的不同颜色设置为不同的图案，所述第二金属垫设置成与所述第二电极相匹配的图案。
一种球形LED芯片的制造方法，其中，包括步骤：
在衬底上形成外延层，所述外延层包括从下至上依次叠加的第一半导体层、发光层、第二半导体层；
通过干蚀刻工艺在外延层上蚀刻出第一个半球，并蚀刻出第一电极孔；
沉积绝缘保护层；
对绝缘层进行蚀刻出第二电极位；
在第一电极孔内镀上第一电极，并在第二电极位上镀上带磁性的第二电极；
将衬底剥离，在朝向衬底的一侧通过干蚀刻工艺蚀刻出第二个半球；
在第二个半球上沉积绝缘保护层。
与现有技术相比，本发明提出的一种球形LED芯片及其制造方法、显示面板，其中LED芯片通过第一绝缘保护层与所述第二电极组成轮廓为球形的LED外壳，包裹所述第一电极，并使第一电极和第二电极分开，实现LED芯片的供电，将LED设置成球形，因此出光面必定为球面，球面的LED外壳作为出光面有利于减少LED芯片内部的全反射，因此可以提升光提取效率。由于LED芯片为球形结构，所以可以在背板上设置与LED芯片大小对应的安装位，通过流体组装的巨量转移方式将LED芯片转移到背板上时，球形LED外壳在流体组装中通过第二电极的磁性定位，精准的与背板上的位置进行吸引定位，并采用球形能实现平顺的位置调整，从而代替长方形或圆柱体的LED芯片，实现巨量精准转移。由于对不同颜色的LED芯片的第二电极进行了不同图案化的磁性电极设计，所以可以在与进行转移时与背板的对应位置进行精确的对位，提升转移良率。
附图说明
图1为本发明一种球形LED芯片的实施例的剖视图；
图2为本发明一种球形LED芯片的实施例的第二电极的正投影示意图；
图3为本发明一种显示面板的实施例的剖视图；
图4为本发明流体组装的巨量转移方式的原理图；
图5为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S100完成后的结构图；
图6为本发明一种球形LED芯片的制造方法中蚀刻出第一个半球后的结构图；
图7为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S200完成后的结构图；
图8为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S300完成后的结构图；
图9为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S400完成后的结构图；
图10为本发明一种球形LED芯片的制造方法中镀上第一电极后的结构图；
图11为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S500完成后的结构图；
图12为本发明一种球形LED芯片的制造方法中步骤S600中粘接完成后的结构图；
图13为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S600中将衬底剥离的结构图；
图14为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S600完成后的结构图；
图15为本发明一种球形LED芯片的制造方法中的步骤S700完成后的结构图。
图中各标号：100、球形LED芯片；110、第一电极；120、第二电极；130、第一绝缘保护层；140、第二绝缘保护层；150、第一半导体层；151、发光层；152、第二半导体层；200、背板；210、第一金属垫；220、第二金属垫；230、凹槽；300、衬底；310、第一个半球；320、第一电极孔；330、第二电极位；340、第二个半球；350、粘接材料；360、粘接基板；370、绝缘保护层。
具体实施方式
本发明提供了一种球形LED芯片及其制造方法、显示面板，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种球形LED芯片，包括第一电极110，在第一电极110外侧环绕有第二电极120，第一电极110与第二电极120间隔一段距离设置，所述第二电极120带有磁性，用于在流体组装进行巨量转移的过程中LED芯片吸附到背板上，在所述第一电极110的外侧设置有第一绝缘保护层130，所述第一绝缘保护层130与所述第二电极120组成LED外壳，LED外壳的外轮廓为球形，LED外壳包裹所述第一电极110，即LED外壳内形成内腔，所述第一电极110位于内腔中。易于想到的是，所述LED外壳的外轮廓也可以为半球形。LED外壳也作为LED芯片的出光面，用于LED芯片的导光。易于想到的是，所述LED外壳的外轮廓为半球形，或第一电极的底面开设为平面的球形，或第一电极的底面与及与底面所对的顶面均开设为平面的球形；还可以是在所述LED外壳的外轮廓上且位于第一电极的左右两侧开设为平面的球形。
本方案中的球形LED芯片通过第一绝缘保护层130与所述第二电极120组成轮廓为球形的LED外壳，包裹所述第一电极110，并使第一电极110和第二电极120分开，实现球形LED芯片的供电，将LED设置成球形，因此出光面必定为球面，球面的LED外壳作为出光面有利于减少LED芯片内部的全反射，因此可以提升光提取效率。由于LED芯片为球形结构，所以可以在背板上设置与LED芯片大小对应的安装位，通过流体组装的巨量转移方式将LED芯片转移到背板上时，球形LED外壳在流体组装中通过第二电极120的磁性定位，精准的与背板上的位置进行吸引定位，并采用球形能实现平顺的位置调整，从而代替长方形或圆柱体的LED芯片，实现巨量精准转移。
如图1所示，本实施例中的具体结构为：所述第一电极110沿所述LED壳体的球形轮廓的中轴线设置，所述第一电极110可设置为圆柱，方柱或多边形柱，所述第一电极110的底部露出在所述LED壳体的球形轮廓的底部，所述第一电极110与所述第二电极120之间设置有第二绝缘保护层140，即第二电极120到第一电极110的底部这部分设置成第二绝缘保护层140，所述第二绝缘保护层140把第一电极110和第二电极120分隔开，所述第二绝缘保护层140和所述第二电极120作为LED壳体的球形轮廓的下部分，第一绝缘保护层130作为LED壳体的球形轮廓的上部分，其占有的LED壳体的球形轮廓的表面积大小可根据实际设计需要调整。易于想到的是，第一电极还可设置在沿所述LED壳体的球形轮廓的中轴线的平行方向上，第一电极与球形轮廓的中轴线偏移一段距离，同样能实现本方案的功能。在所述第一电极110所在的中轴线相垂直的平面上，如图2所示，所述第二绝缘保护层140的正投影为环形，所述第一电极110的底部投影位于环形的中间位置。这样外侧的第二电极120带都磁性，所以LED壳体的外表面一周均带有磁性，这样在利用磁性进行LED芯片的安装时，可使第一电极110始终位于中心位置，第二电极120通过磁性吸引力进行位置调整，实现精准定位。本实施中的所述环形为多边环形或圆环形，如三角环形(图2中a-2)、四边环形(图2中a-1)或圆环形(图2中a-3)，易于想到的是，还可以为其他环形，如花边环形等。
如图1所示，还包括有位于所述LED外壳的腔体内且依次设置的第一半导体层150、发光层151、第二半导体层152；从下至上依次为第二半导体层152，发光层151，及第一半导体层150，所述第一半导体层150与所述第一电极110相接触，所述第二半导体层152与所述第二电极120相接触，这样通过第一电极110实现对第一半导体导通，通过第二电极120实现对第二半导体导通，这样第二半导体层152，及第一半导体层150的作用下，实现发光层151的发光。
所述第二绝缘保护层140延伸设置在所述第一电极110与所述发光层151、第一电极110与所述第二半导体层152之间，具体为：所述第二绝缘保护层140延伸至所述LED外壳的腔体内并贴附在所述第一电极110的外壁表面，使第一电极110与所述第二绝缘保护层140分隔开，第一电极110与所述发光层151分隔开；第一电极110的上表面露出，使上表面与位于上方的第一半导体层150相导通。这样形成完整的球形LED芯片100。
如图3所示，本实施例中还提出一种显示面板，包括背板200，在背板200上固定设置有若干如上所述的球形LED芯片100，在背板200上的每个LED芯片的安装位置上固定设置有第一金属垫210，所述第一金属垫210用于与球形LED芯片100的第一电极110相连接，在背板200上的每个LED芯片的安装位置上固定设置有第二金属垫220，第二金属垫220用于与第二电极120相连接，所述第二金属垫220上带有与所述第二电极120相反的磁性。第一金属垫210和第二金属垫220在背板200内延伸设置并用于连接外部的控制电路，第一金属垫210和第二金属垫220在背板200内间隔设置。
如图4所示，微缩制程技术和巨量转移技术是Micro-LED转移过程的核心过程，其中微缩制程技术就是将传统LED晶体薄膜进行微缩化、阵列化、薄膜化。巨量转移技术就是将微缩化、阵列化的LED晶体薄膜批量转移到电路板。本实施例中需要将小于100微米的微型球形LED芯片进行矩阵排列，再利用巨量转移技术将其批量转移到背板，进行封装，形成一整块LED面板。
如图4中b-1所示，在本发明方案的显示器组装拼接过程中，将大量如上所述球形LED芯片100放于液体环境中得到悬浮液，背板200上的第二金属垫220在上电后，第二金属垫220具有与所述第二电极120相反的磁性，在悬浮液流动时，如图4中b-2所示，通过磁性吸附作用使第二电极120和第二金属垫220相互吸附，从而使球形LED芯片100精确的对位到背板200的安装位置。当悬浮液中的球形LED芯片100的第二电极120与第二金属垫220进行相吸，球形LED芯片100由于其平滑的外表面，使其能在悬浮液中进行平滑调整，这样利于球形LED芯片100自动调整位置到背板200的安装位置。
如图3、图4所示，所述背板200上设置有若干个凹槽230，所述凹槽230为半球形凹槽，所述凹槽230用于容纳所述球形LED芯片100；所述凹槽230还可以是三分之一球形凹槽及其他用于球形LED芯片100定位的弧形凹槽。这样使球形LED芯片100固定在凹槽230中，一是使球形LED芯片100在背板200上内准确定位，二是使球形LED芯片100的固定更牢固。所述第一金属垫210与所述第二金属垫220均位与凹槽230内，第一金属垫210与球形LED芯片100的第一电极110的接触点位于凹槽230底部，第二金属垫220与球形LED芯片100的第二电极120的接触点位于凹槽230的侧面，这样便于与球形LED芯片100直接连通。
由于像素由R、G、B三种不同颜色的LED芯片组成，所述第二电极120根据像素的不同颜色设置为不同的图案，如上述的环形图案，所述第二金属垫220设置成与所述第二电极120相匹配的图案，如环形图案。如代表红色(R)的球形LED芯片100的第二电极120在所述第一电极110所在的中轴线相垂直的平面上的正投影为四边环形；代表绿色(G)的球形LED芯片100的第二电极120在所述第一电极110所在的中轴线相垂直的平面上的正投影为三角环形；代表蓝色(B)的球形LED芯片100的第二电极120在所述第一电极110所在的中轴线相垂直的平面上的正投影为圆环形。通过将R、G、B三种不同颜色的球形LED芯片100的第二电极120设置成不同图案，且背板200上用于安装R、G、B三种不同颜色的凹槽230的第二金属垫220设置对应的图案。在通过悬浮液转移组装时，由于R、G、B三种不同颜色的球形LED芯片100的第二电极120包括三种不同电极图案，不同图案之间由于重合度较小，相互之间的吸附力也小，当出现错误匹配，通过振动即可使错误匹配的球形LED芯片100脱离背板200并重新吸附，达到提高良率的效果。
易于想到的，由于像素由R、G、B三种不同颜色的球形LED芯片100组成，所以在转移的时候，可以通过将R、G、B三种不同颜色的球形LED芯片100做成不同大小的规格，且背板200上设置与R、G、B三种不同颜色的球形LED芯片100的大小对应的凹槽230。在通过悬浮液转移组装时，由于R、G、B三种不同颜色的球形LED芯片100大小不同，然后从最大的球形LED芯片100开始转移。例如，先转移最大的红色球形LED芯片100，然后第二大的绿色球形LED芯片100，然后最小的蓝色球形LED芯片100，当然R、G、B的三种球形LED芯片100大小可以自由设置。
在本发明方案中，由于LED芯片为球形结构，所以可以在背板200上设置与球形LED芯片100大小对应的半球形的凹槽230，这有利于通过流体组装的巨量转移方式将球形LED芯片100转移到背板200上；此外，由于对球形LED芯片100的第二电极120进行了图案化的磁性电极设计，所以可以在对led进行转移时进行精确的对位，提升转移良率。
本方案还包括一种球形LED芯片的制造方法，包括步骤：
S100、在衬底上形成外延层，所述外延层包括从下至上依次叠加的第一半导体层、发光层、第二半导体层。
如图5所示，具体的，衬底300位于最下层，在衬底300上设置外延层，包括在衬底300上从下至上依次叠加的第一半导体层150、发光层151、第二半导体层152，形成四层结构。
S200、通过干蚀刻工艺在外延层上蚀刻出第一个半球，并蚀刻出第一电极孔。
如图6、图7所示，具体的，第一个半球310包括第二半导体层152和部分发光层151，在第一半球的顶端蚀刻出第一电极孔320。
S300、沉积绝缘保护层。
如图8所示，具体的，绝缘保护层370覆盖第一个半球310的外表面和第一电极孔320的内壁。
S400、对绝缘层进行蚀刻出第二电极位。
如图9所示，具体的，在第一个半球310的外表面上靠下端的位置蚀刻出第二电极位330。
S500、在第一电极孔内镀上第一电极，并在第二电极位上镀上带磁性的第二电极。
如图10、图11所示，第一电极孔320内镀上第一电极110，第二电极位330上镀上带磁性的第二电极120。
S600、将衬底剥离，在朝向衬底的一侧通过干蚀刻工艺蚀刻出第二个半球。
如图12、图13、图14所示，具体为：通过粘接材料350将带有底衬的第一半导体层150、发光层151、及形成的第一个半球310转到粘接基板360上，使第一个半球310朝向下方，再将衬底300剥离，使第一半导体层150露出，在朝向衬底300的一侧通过干蚀刻工艺蚀刻出第二个半球340，露出第一半导体层150以及另一部分的发光层151。
S700、在第二个半球上沉积绝缘保护层。
如图15所示，具体为：在第一半导体层150以及另一部分的发光层151上沉积绝缘保护层370，最后剥离粘接材料350，这样形成球形LED芯片100。
综上所述，与现有技术相比，本发明提出的一种球形LED芯片，其中LED芯片通过第一绝缘保护层与所述第二电极组成轮廓为球形的LED外壳，包裹所述第一电极，并使第一电极和第二电极分开，实现LED芯片的供电，将LED设置成球形，因此出光面必定为球面，球面的LED外壳作为出光面有利于减少LED芯片内部的全反射，因此可以提升光提取效率。由于LED芯片为球形结构，所以可以在背板上设置与LED芯片大小对应的半球形凹槽，通过流体组装的巨量转移方式将LED芯片转移到背板上时，球形LED外壳在流体组装中通过第二电极的磁性定位，精准的与衬底上的位置进行吸引定位，并采用球形能实现平顺的位置调整，从而代替长方形或圆柱体的LED芯片，实现巨量精准转移。由于对不同颜色的LED芯片的第二电极进行了不同图案化的磁性电极设计，所以可以在与进行转移时与背板的对应位置进行精确的对位，提升转移良率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种球形LED芯片，其特征在于，包括第一电极，环绕所述第一电极且带有磁性的第二电极，设置在所述第一电极的外侧的第一绝缘保护层，所述第一绝缘保护层与所述第二电极组成用于包裹所述第一电极且外轮廓为球形的LED外壳。
2.根据权利要求1所述的球形LED芯片，其特征在于，所述第一电极沿球形轮廓的中轴线设置，所述第一电极与所述第二电极之间设置有第二绝缘保护层。
3.根据权利要求2所述的球形LED芯片，其特征在于，在所述第一电极所在的中轴线相垂直的平面上，所述第二电极的正投影为环形。
4.根据权利要求3所述的球形LED芯片，其特征在于，所述环形为多边环形或圆环形。
5.根据权利要求2所述的球形LED芯片，其特征在于，还包括有位于所述LED外壳的腔体内且依次设置的第一半导体层、发光层、第二半导体层；所述第一半导体层与所述第一电极相接触，所述第二半导体层与所述第二电极相接触。
6.根据权利要求5所述的球形LED芯片，其特征在于，所述第二绝缘保护层延伸设置在所述第一电极与所述发光层、所述第二半导体层之间。
7.一种显示面板，其特征在于，包括背板，设置在背板上若干如权利要求1-6任一所述的球形LED芯片，在背板上设置有用于与第一电极相连接的第一金属垫，在背板上设置有用于与所述第二电极相连接的第二金属垫，所述第二金属垫上带有与所述第二电极相反的磁性。
8.根据权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述背板上设置有若干个凹槽，所述凹槽用于容纳所述球形LED芯片。
9.根据权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述第二电极根据像素的不同颜色设置为不同的图案，所述第二金属垫设置成与所述第二电极相匹配的图案。
10.一种球形LED芯片的制造方法，其特征在于，包括步骤：
在衬底上形成外延层，所述外延层包括从下至上依次叠加的第一半导体层、发光层、第二半导体层；
通过干蚀刻工艺在外延层上蚀刻出第一个半球，并蚀刻出第一电极孔；
沉积绝缘保护层；
对绝缘层进行蚀刻出第二电极位；
在第一电极孔内镀上第一电极，并在第二电极位上镀上带磁性的第二电极；
将衬底剥离，在朝向衬底的一侧通过干蚀刻工艺蚀刻出第二个半球；
在第二个半球上沉积绝缘保护层。
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