CN112117297A - 全彩色Micro LED阵列结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全彩色Micro LED阵列结构，包括一块驱动电路板和至少一个显示单元，显示单元通过电学连接结构与驱动电路板电性连接；显示单元包括由多个像素单元组成的像素单元阵列，像素单元包括LED外延片、制备在LED外延片上由多个Micro LED组成的Micro LED阵列和用于将相邻两个Micro LED隔离开的光隔离结构。本发明通过将多个像素单元组成面积较大的显示单元，利用现有LED贴片机或者SMT设备将显示单元转移到驱动电路板上，克服Micro LED因尺寸太小无法使用现有LED贴片机或者SMT设备的缺陷，并且本发明具有均匀性好、可避免像素坏点，且生产成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种全彩色Micro LED阵列结构及其制备方法。
背景技术
基于LED的显示技术相比于LCD和OLED具有功耗低、对比性高、寿命长等优势。然而受制备工艺的制约，LED显示产品的像素间距很难做小，尤其是100μm以下的像素间距，因此LED显示产品常应用于大屏显示，如体育馆、车站、商场或外屏幕等大屏幕。像电视、电脑显示器、手机屏幕、手表屏幕等对像素要求较高的应用场景，主要还是采用LCD和OLED显示技术。
Micro LED通常指芯片尺寸小于100μm的阵列芯片，被称为是继LCD和OLED之后的下一代显示技术。由于Micro LED尺寸太小无法使用现有的LED贴片机或者SMT设备进行操作。另外，目前常采用单片集成工艺制备Micro LED，但是其成本过高、均匀性差且像素坏点不可避免，无法应用于实际产品。
发明内容
本发明旨在解决Micro LED因尺寸太小无法使用现有的LED贴片机或者SMT设备进行操作的技术问题，提供一种全彩色Micro LED阵列结构及其制备方法，将多个Micro LED组成像素单元，再将多个像素单元组成面积较大的显示单元，以便利用现有LED贴片机或者SMT设备将显示单元转移到驱动电路板上，克服Micro LED因为尺寸太小无法使用现有LED贴片机或者SMT设备的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供一种全彩色Micro LED阵列结构，包括：一块驱动电路板和至少一个显示单元，显示单元通过电学连接结构与驱动电路板电性连接；显示单元包括由多个像素单元组成的像素单元阵列，像素单元包括LED外延片、制备在LED外延片上由多个Micro LED组成的Micro LED阵列和用于将相邻两个Micro LED隔离开的光隔离结构。
优选地，Micro LED包括用于发出光束的发光单元、用于改变光束颜色的光转化层和用于滤除未经光转化层改变的光束的滤光层。
优选地，发光单元、光转化层和滤光层依次层叠制备于LED外延片上，光隔离结构制备于LED外延片上且位于发光单元的两侧。
优选地，发光单元制备于LED外延片的一面，光转化层制备于LED外延片的另一面，滤光层制备于光转化层的下方，光隔离结构LED外延片上且位于滤光层的两侧。
优选地，LED外延片包括依次层叠的P层、N层和衬底层。
优选地，发光单元由衬底层制备，在P层上制备有P电极，在N层上制备有N电极。
优选地，以引线键合、BGA或锡焊的方式形成电学连接结构。
优选地，光转化层的材料为荧光粉或量子点。
优选地，滤光层为滤光膜、超材料或光子晶体。
优选地，光隔离结构为金属膜、硅胶或纳米颗粒。
本发明提供还一种全彩色Micro LED阵列结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、在LED外延片上制备Micro LED阵列和光隔离结构，组成像素单元阵列；
S2、对LED外延片进行划片，将像素单元阵列分割成多个独立的显示单元；
S3、将多个独立的显示单元转移到驱动电路板上，与驱动电路板进行电性连接。
优选地，步骤S1具体包括如下步骤：
S110：采用半导体工艺在LED外延片上制备彼此间隔的发光单元，以及，在LED外延片的P层上制备P电极，在LED外延片的N层上制备N电极；
S120：对LED外延片的衬底层进行减薄；
S130：在发光单元上沿发光方向依次制备光转化层和滤光层；
S140：在LED外延片上位于两个滤光层之间制备光隔离结构。
优选地，在步骤S2之后，还包括如下步骤：
S210、对显示单元进行光电性能检测，剔除带有坏点的显示单元。
优选地，步骤S3具体包括如下步骤：
S310、在驱动电路板上设置电极阵列；
S320、利用LED贴片机或者SMT设备将通过光电性能检测的显示单元转移到驱动电路板上，采用引线键合、BGA或锡焊的方式，将电极阵列与P电极、N电极进行电性连接。
本发明能够取得以下技术效果：
1、本发明将多个Micro LED组成像素单元，再将多个像素单元组成面积较大的显示单元，以便能够利用LED贴片机或者SMT设备进行操作，将显示单元转移到驱动电路板上，从而克服Micro LED因为尺寸太小无法使用现有LED贴片机或者SMT设备的缺陷。
2、本发明提供的全彩色Micro LED阵列结构的其制备方法，可以降低Micro LED的制备成本。
3、通过对划片分割后的显示单元进行光电性能检测，可以剔除带有坏点的显示单元，提高均匀性，减小坏点率。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的全彩色Micro LED阵列结构的整体结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的显示单元的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的一种像素单元的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的另一种像素单元的结构示意图；
图5是根据本发明一个实施例的全彩色Micro LED阵列结构的制备方法的流程示意图；
图6-图13是根据本发明一个实施例的全彩色Micro LED阵列结构的制备过程示意图。
其中的附图标记包括：
图1-图4中：驱动电路板1、电极阵列101、显示单元2、电学连接结构3、像素单元4、LED外延片401、第一发光单元402、第一光转化层403、第一滤光层404、光隔离结构405、第二发光单元406、第二光转化层407、第二滤光层408、第三发光单元409、第三光转化层410、第三滤光层411。
图6-图13中：P层501、N层502、衬底层503、P电极504、N电极505、发光单元6、光转化层7、滤光层8、光隔离结构9、显示单元10、驱动电路板11、电极阵列12。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将对本发明实施例提供的全彩色Micro LED阵列结构进行详细说明。
图1示出了根据本发明一个实施例的全彩色Micro LED阵列结构的整体结构。
如图1所示，本发明实施例提供的全彩色Micro LED阵列结构，包括：驱动电路板1、显示单元2和电学连接结构3，显示单元2的数量为至少一个，多个显示单元组成显示单元阵列，电学连接结构3的数量与显示单元2的数量相同，多个显示单元2分别通过对应的电学连接结构3与驱动电路板1电性连接。
在本发明的一个示例中，驱动电路板1采用PCB电路板、TFT电路板或CMOS驱动电路板。
在本发明的另一个示例中，电学连接结构3通过引线键合、BGA(Ball Grid Array，球栅阵列封装)或锡焊的方式形成。也就是说，显示单元2通过引线键合、BGA或锡焊的方式连接在驱动电路板1电性连接。
图2示出了根据本发明一个实施例的显示单元的结构。
如图2所示，显示单元2包括多个像素单元4，多个像素单元4按照m×n阵列排布，其中m、n为≥1的整数，从而组成像素单元阵列，即一个显示单元2由多个像素单元4形成的像素单元阵列组成。
每个像素单元4分别包括k个Micro LED，k为≥1的整数，k个Micro LED形成MicroLED阵列，即一个像素单元4由多个Micro LED形成的Micro LED阵列组成。
由于单个Micro LED的尺寸小于100μm，无法使用LED贴片机或者SMT设备将其转移到驱动电路板上，针对此问题，本发明将多个Micro LED集成为显示单元，以达到LED贴片机或者SMT设备的操作尺寸要求，使LED贴片机或者SMT设备能够对显示单元进行操作，将其转移到驱动电路板1上。
更为具体地，本发明是将多个Micro LED组成像素单元，像素单元的尺寸通常为100μm×100μm或小于100μm×100μm，再将多个像素单元组成显示单元，显示单元的尺寸通常在100μm×100μm到1000μm×1000μm之间。实际上显示单元是由Micro LED阵列组成，每个Micro LED的尺寸小于100μm，而Micro LED阵列的尺寸能够达到1000μm×1000μm，从而形成面积较大的显示单元2。
由于像素单元4由多个Micro LED组成，各个Micro LED的发光波长可以相同也可以不同，在各个Micro LED的发光波长不同时，发出的是不同颜色的光，构成全彩色显示。
为了防止相邻的两个Micro LED发出的光相互干扰，在相邻的两个Micro LED之间设置光隔离结构，将相邻的两个Micro LED隔离开。光隔离结构可以为金属膜、硅胶或纳米颗粒等结构。
Micro LED包括发光单元、光转化层和滤光层。发光单元用于发光，通常发出的光为紫光或蓝光，发光单元由LED外延片制备而成。光转化层用于将发光单元发出的光转化为另一种颜色，光转化层可以为荧光粉或量子点等材料，采用旋涂、喷涂、光刻、刻划、印刷等方法制备。滤光层的波长与发光单元的波长相对应，用于将发光单元发出的未经光转化层转化的原始颜色的光滤除掉，使Micro LED最终只能显示光转化层转化后的颜色。滤光层为滤光膜、超材料或光子晶体等结构。
例如：光转化层能够将发光单元所发出的蓝光在转化为绿光，由于光转化层不能完全将蓝光转化为绿光，一部分光还是蓝光，因此需要借助滤光层的功能将这部分未转化为绿光的蓝光滤除，使Micro LED最终只能显示绿光。
对于发光单元不同的发光方向，像素单元在结构布置上也不相同。下面以像素单元包括三个Micro LED为例对两种像素单元的结构进行详细说明。
图3是根据本发明一个实施例的一种像素单元的结构。
如图3所示，像素单元包括第一Micro LED、第二Micro LED和第三Micro LED，第一Micro LED包括第一发光单元402、第一光转化层403和第一滤光层404，第二Micro LED包括第二发光单元406、第二光转化层407和第二滤光层408，第三Micro LED包括第三发光单元409、第三光转化层410和第三滤光层411，第一发光单元402、第二发光单元406和第三发光单元409共同由同一LED外延片401制备，位于LED外延片401上，第一发光单元402、第二发光单元406和第三发光单元409的发光波长相同，用于发出同一种颜色的光；第一光转化层403制备于第一发光单元402的上方，第一滤光层404制备于第一光转化层403的上方，第二光转化层407制备于第二发光单元406的上方，第二滤光层408制备于第二光转化层407的上方，第三光转化层410制备于第三发光单元409的上方，第三滤光层411制备于第三光转化层410的上方；第一光转化层403、第二光转化层407和第三光转化层410用于将第一发光单元402、第二发光单元406和第三发光单元409发出的光转化为同一种颜色或不同的颜色；第一滤光层404、第二滤光层408和第三滤光层411用于滤除第一发光单元402、第二发光单元406和第三发光单元409发出的未经转化的原始颜色的光。
在LED外延片401上位于第一发光单元402、第二发光单元406和第三发光单元409的两侧分别制备有光隔离结构405，使第一发光单元402、第二发光单元406和第三发光单元409发出的光互不干扰。
在图3所示的像素单元结构中，三个发光单元的发光方向为背向LED外延片401，因此将三个光转化层和三个滤光层制备于三个发光单元上，即三个光转化层和三个滤光层与三个发光单元位于LED外延片401的同一面。
图4是根据本发明一个实施例的另一种像素单元的结构。
在图4所示的像素单元中，第一发光单元402、第二发光单元406和第三发光单元409分别制备于LED外延片401的一面，且发光方向为朝向LED外延片401，则需要将第一光转化层403和第一滤光层404制备于LED外延片401的另一面对应于第一发光单元402的位置，将第二光转化层407和第二滤光层408制备于LED外延片401的另一面对应于第二发光单元406的位置，以及将第三光转化层410和第三滤光层411制备于LED外延片401的另一面对应于第三发光单元409的位置。第一滤光层404、第二滤光层408和第三滤光层411分别位于第一光转化层403、第二光转化层407和第三光转化层410的下方。光隔离结构405制备于LED外延片401上，分别位于第一滤光层404、第二滤光层408和第三滤光层411的两侧。
上述内容详细说明了，本发明实施例提供的全彩色Micro LED阵列结构。与该结构相同，本发明还提供一种全彩色Micro LED阵列结构的制备方法。
图5示出了根据本发明一个实施例的全彩色Micro LED阵列结构的制备方法的流程。
如图5所示，本发明实施例提供的全彩色Micro LED阵列结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、在LED外延片上制备Micro LED阵列和光隔离结构，组成像素单元阵列。
像素单元阵列由多个像素单元组成，每个像素单元由多个Micro LED组成，相邻的两个Micro LED通过光隔离结构隔离开。在对LED外延片进行划片后，将像素单元阵列分割成多个独立的显示单元，即每个独立的显示单元由多个Micro LED组成，显示单元的面积能够达到满足现有LED贴片设备或者SMT设备对芯片的尺寸要求。
步骤S1具体包括如下步骤：
S110：采用半导体工艺在LED外延片上制备彼此间隔的发光单元，以及，在LED外延片的P层上制备P电极，在LED外延片的N层上制备N电极。
半导体工艺为光刻、刻蚀、镀膜等常规的半导体工艺。
在驱动电路板上制备有电极阵列，每个像素单元的P电极和N电极的位置与电极阵列的位置相对应，当LED贴片设备或者SMT设备将显示单元转移到驱动电路板上，P电极和N电极与驱动电路板的电极阵列接触。
S120：对LED外延片的衬底层进行减薄。
S130：在发光单元上沿发光方向依次制备光转化层和滤光层。
根据发光单元的发光方向，发光单元、光转化层和滤光层可以位于LED外延片的同一面或者光转化层和滤光层位于LED外延片的同一面，发光单元位于LED外延片的另一面。
S140：在LED外延片上位于两个滤光层之间制备光隔离结构。
光隔离结构能够将相邻的两个Micro LED隔离开，避免发光干扰。
S2、对LED外延片进行划片，将像素单元阵列分割成多个独立的显示单元。
在将像素单元阵列分割成多个独立的显示单元之后，还包括如下步骤：
S210、对显示单元进行光电性能检测，剔除带有坏点的显示单元。
利用自动化光电检测设备对显示单元的发光波长、强度、效率、工作电流、电压等参数进行测试；将性能相近的显示单元分为一类，将坏点剔除。
S3、将多个独立的显示单元转移到驱动电路板上，与驱动电路板进行电性连接。
步骤S3具体包括如下步骤：
S310、在驱动电路板上设置电极阵列；
S320、利用LED贴片机或者SMT设备将通过光电性能检测的显示单元转移到驱动电路板上，采用引线键合、BGA或锡焊的方式，将电极阵列与P电极、N电极进行电性连接。
下面结合图6-图13对本发明实施例提供的全彩色Micro LED阵列结构的制备过程进行详细说明。
如图6所示，先提供一个LED外延片，LED外延片包括P层501、N层502和衬底层503。
如图7所示，利用光刻、ICP、镀膜等常规半导体工艺在衬底层503上制备发光单元6，发光单元6之间彼此隔离；在P层501上制备P电极504，在N层502上制备N电极505。
如图8所示，对衬底层503进行减薄。
如图9所示，在衬底层503的下方与发光单元6对应的位置依次制备多个光转化层7，光转化层7可以是一种颜色，也可以是多种颜色。
如图10所示，在光转化层的下方制备滤光层8，滤光层8与发光单元6波长相对应，滤除发光单元未经转化的原始颜色的光；在发光单元6之间制备光隔离结构9。
如图11所示，利用划片技术对有LED外延片进行分割，分割后形成独立的显示单元10。
利用自动化光电检测设备对显示单元的发光波长、强度、效率、工作电流、电压等参数进行测试；将性能相近的显示单元分为一类，将坏点剔除。
如图12所示，提供一个驱动电路板11，在驱动电路板11的上表面设置电极阵列12，电极阵列12中电极的位置与显示单元中Micro LED的P电极504和N电机505的位置相对应。
如图13所示，利用LED贴片机或者SMT设备，将显示单元10转移到驱动电路板11上，利用锡焊等技术实现显示单元10与驱动电路板11的电性连接。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (14)
1.一种全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，包括：一块驱动电路板和至少一个显示单元，所述显示单元通过电学连接结构与所述驱动电路板电性连接；所述显示单元包括由多个像素单元组成的像素单元阵列，所述像素单元包括LED外延片、制备在所述LED外延片上由多个Micro LED组成的Micro LED阵列和用于将相邻两个Micro LED隔离开的光隔离结构。
2.根据权利要求1所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述Micro LED包括用于发出光束的发光单元、用于改变所述光束颜色的光转化层和用于滤除未经所述光转化层改变的光束的滤光层。
3.根据权利要求2所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述发光单元、所述光转化层和所述滤光层依次层叠制备于所述LED外延片上，所述光隔离结构制备于所述LED外延片上且位于所述发光单元的两侧。
4.根据权利要求2所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述发光单元制备于所述LED外延片的一面，所述光转化层制备于所述LED外延片的另一面，所述滤光层制备于所述光转化层的下方，所述光隔离结构所述LED外延片上且位于所述滤光层的两侧。
5.根据权利要求3或4所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述LED外延片包括依次层叠的P层、N层和衬底层。
6.根据权利要求5所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述发光单元由所述衬底层制备，在所述P层上制备有P电极，在所述N层上制备有N电极。
7.根据权利要求6所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，以引线键合、BGA或锡焊的方式形成所述电学连接结构。
8.根据权利要求6所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述光转化层的材料为荧光粉或量子点。
9.根据权利要求6所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述滤光层为滤光膜、超材料或光子晶体。
10.根据权利要求6所述的全彩色Micro LED阵列结构，其特征在于，所述光隔离结构为金属膜、硅胶或纳米颗粒。
11.一种全彩色Micro LED阵列结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在LED外延片上制备Micro LED阵列和光隔离结构，组成像素单元阵列；
S2、对所述LED外延片进行划片，将所述像素单元阵列分割成多个独立的显示单元；
S3、将多个独立的显示单元转移到驱动电路板上，与驱动电路板进行电性连接。
12.根据权利要求11所述的全彩色Micro LED阵列结构的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括如下步骤：
S110：采用半导体工艺在所述LED外延片上制备彼此间隔的发光单元，以及，在所述LED外延片的P层上制备P电极，在所述LED外延片的N层上制备N电极；
S120：对LED外延片的衬底层进行减薄；
S130：在所述发光单元上沿发光方向依次制备光转化层和滤光层；
S140：在所述LED外延片上位于两个滤光层之间制备光隔离结构。
13.根据权利要求11所述的全彩色Micro LED阵列结构的制备方法，其特征在于，在步骤S2之后，还包括如下步骤：
S210、对显示单元进行光电性能检测，剔除带有坏点的显示单元。
14.根据权利要求13所述的全彩色Micro LED阵列结构的制备方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：
S310、在所述驱动电路板上设置电极阵列；
S320、利用LED贴片机或者SMT设备将通过光电性能检测的显示单元转移到所述驱动电路板上，采用引线键合、BGA或锡焊的方式，将所述电极阵列与所述P电极、所述N电极进行电性连接。
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