CN113629095B - 发光显示装置以及发光显示装置的制作方法 - Google Patents

发光显示装置以及发光显示装置的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种发光显示装置及发光显示装置的制作方法，其中所述发光显示装置包括量子点发光芯片以及驱动基板。所述量子点发光芯片包括一体成型制成的微发光二极管芯片及对应所述微发光二极管芯片上的量子点层，所述微发光二极管芯片包括依次层叠设置的第一电极、外延片以及第二电极，所述第一电极与所述第二电极设置在所述外延片的两相对应的表面上。所述量子点发光芯片的所述第二电极电性连接在所述驱动基板上的至少一电极区上，增加微发光二极管芯片(QD‑miniLED)的散热效果，并有望应用于大功率的发光显示器件中。

Description

发光显示装置以及发光显示装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种发光显示装置的技术领域，尤指一种发光显示装置以及发光显示装置的制作方法。
背景技术
随着LED微缩化技术的发展，微米(μm)或纳米(nm)尺寸级别的LED受到了光电显示领域的极大关注。特别地，miniLED(迷你发光二极管)显示技术发展非常迅速，既可以作为LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)的蓝色背光源，也可以使用三种颜色的miniLED直接进行显示。由于miniLED直显技术涉及到红、绿、蓝三种颜色芯片的微缩化与固晶等工艺，相应的像素设计和制程难度也较大。量子点(quantum dot,QD)作为一种优异的色转换材料，若以蓝光miniLED作为背光，利用高能量的蓝光激发红或绿量子点产生相应的红光或绿光，则可以实现色转换。这种QD-miniLED显示技术相对miniLED直显而言，只需要蓝色miniLED芯片，再结合量子点色转换层，就可以实现全彩化，故对于芯片的制作、面板设计及其后续制程相对简单。
根据量子点在器件中的位置不同，QD-miniLED器件结构有多种，比较具有代表性的是量子点彩膜(QDCF)结构以及量子点芯片(QD on chip)。QDCF结构中的量子点和miniLED是分开在做两块玻璃基板上，它们之间有一定间隙。然而，量子点芯片1的结构相对QDCF结构而言，量子点和miniLED芯片12两者集成在同一块玻璃基板上，结构相对简单，如图1所示。由于量子点层11直接与miniLED芯片12接触并设置在基板13上，由于P电极121和N电极122在芯片12的同一侧(水平结构)，电流会发生横向流动，容易产生电流密度不均导致miniLED芯片12局部高温。因此量子点芯片1受到miniLED芯片12发热的影响会较大。再者，如图1的miniLED芯片12是先固晶再沉积量子点层11，由于量子点层11利用喷涂或点胶或丝网印刷工艺沉积的精度较差，很难精确的沉积在miniLED芯片12上，即miniLED芯片12外的区域会分布多余的量子点层11，故会浪费材料，同时影响光的取出。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种发光显示装置以及制作发光显示装置的方法，通过垂直结构的量子点发光芯片(QD-miniLED)，增加微发光二极管芯片的散热效果，并有望应用于大功率的发光显示装置中。
为达到本发明前述目的，本发明提供一种发光显示装置，包括量子点发光芯片以及驱动基板。所述量子点发光芯片包括一体成型制成的微发光二极管芯片及对应所述微发光二极管芯片上的量子点层，所述微发光二极管芯片包括依次层叠设置的第一电极、外延片以及第二电极，所述第一电极与所述第二电极设置在所述外延片的两相对应的表面上。所述量子点发光芯片的所述第二电极电性连接在所述驱动基板上的至少一电极区上。
优选地，所述量子点层的四周边缘与所述微发光二极管芯片的四周边缘齐平设置。
优选地，所述驱动基板还包括衬底基板及设置在所述衬底基板上的呈阵列分布的多个驱动电路单元，每一所述驱动电路单元包括二个所述电极区，使每一所述驱动电路单元对应地固接在每一所述微发光二极管芯片的所述第一电极上。
优选地，还包括涂布在所述量子点层上的透明封装体，所述量子点层包括多个量子点粒子以及量子点填料。
本发明还提供一种发光显示装置的制作方法，包括以下步骤:
提供衬底，在所述衬底上制作外延片，在所述外延片一侧表面上形成图案化的第一电极；
键合导电衬底，将具有所述第一电极的所述外延片转移键合到所述导电衬底，以形成阵列分布的多个微发光二极管芯片；
激光剥离所述外延片的所述衬底，使所述衬底界面处与所述外延片气化分解而剥离；以及
涂布量子点层在所述微发光二极管芯片上，并切割成单颗量子点发光芯片。
优选地，所述外延片通过金属有机化合物气相沉积或分子束外延工艺在所述衬底制成，所述第一电极以光刻、刻蚀工艺在所述外延片上形成。
优选地，在键合导电衬底的步骤中，通过300-500摄氏度高温热压工艺实现，其中在形成所述多个微发光二极管芯片前，还包括在所述导电衬底通过光刻、刻蚀工艺形成第二电极，使所述第一电极与所述第二电极形成在每一所述外延片的两相对应的表面上。
优选地，还包括将所述单颗量子点发光芯片通过打件或异性导电胶工艺转移到驱动基板上。
优选地，还包括电性连接所述驱动基板上的至少一电极区，通过加热或加压等工艺将所述单颗量子点发光芯片的所述第一电极与所述驱动基板上的所述电极区结合，使所述量子点发光芯片连接在所述驱动基板上。
优选地，还包括将透明封装胶体通过喷涂等工艺覆盖在各所述量子点发光芯片上。
本发明还具有以下功效，本发明垂直结构的量子点发光芯片(QD-miniLED)，第一电极(P电极)和第二电极(N电极)分别位于外延片上下两侧表面，使得电流几乎全部垂直流过外延片的，横向电流极少，因此电流分布均匀，可以避免局部高温，产生的热量也较少。同时，本实施例垂直结构的微发光二极管芯片采用高导热率的导电衬底(Cu)，其散热面积大且导热率高，也有利于发光显示装置的散热。再者，本实施例量子点发光芯片的制作方法采用先涂布量子点层在微发光二极管芯片(LED)后才固接在驱动基板(固晶工艺)上，这种方法直接将量子点层均匀分布在微发光二极管芯片大晶圆上，再切割成单颗小LED，最后再固晶，如此可以精准地将量子点层沉积在LED区域，有效节省昂贵的量子点材料，降低发光显示装置成本。
附图说明
为了更清楚地说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简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有平面结构的量子点芯片的示意图；
图2是本发明垂直结构的发光显示装置的示意图；
图3是本发明晶片键合及激光剥离的流程示意图；
图4是本发明发光显示装置的制作方法的方块图；及
图5A至图5C是本发明每一量子点发光芯片转移到驱动基板上的结构示意图。
具体实施方式
在具体实施方式中提及“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的不同位置出现的相同用语并非必然被限制为相同的实施方式，而应当理解为与其它实施例互为独立的或备选的实施方式。在本发明提供的实施例所公开的技术方案启示下，本领域的普通技术人员应理解本发明所描述的实施例可具有其他符合本发明构思的技术方案结合或变化。
请参照图2所示，其为本发明垂直结构的发光显示装置的示意图。如图所示，本发明提供一种发光显示装置100，包括量子点发光芯片150以及驱动基板170。所述量子点发光芯片150包括一体成型制成的微发光二极管芯片110及对应所述微发光二极管芯片110上的量子点层130。在此所述的一体成型的量子点发光芯片150是指先涂布量子点130于微发光二极管芯片110上后才进行固晶工艺，详细制作方法容下所述。
所述微发光二极管芯片110包括依次层叠设置的第一电极112、外延片114以及第二电极116。所述第一电极112(P电极)与所述第二电极116(N电极)设置在所述外延片114的两相对应的表面上，具体的，P电极112和N电极116分别位于外延片114的上下两侧表面，使得电流几乎全部垂直流过外延片114，横向流动的电流极少，因此电流分布均匀，可以避免局部高温，产生的热量也较少。同时，本实施例垂直结构的微发光二极管芯片110采用高导热率的导电衬底(Cu)，其散热面积大且导热率高，也有利于发光显示装置100的散热，因此能够增加微发光二极管芯片110的散热效果，并有望应用于大功率的发光显示装置100中。
所述量子点发光芯片150的所述第二电极116电性连接在所述驱动基板170(TFT玻璃背板)上的至少一电极区182/184上(图5A)。请一并参考图5A所示，所述驱动基板170还包括衬底基板172及设置在所述衬底基板172上的呈阵列分布的多个驱动电路单元180，具体的，在本实施例中，驱动基板170可以由刻蚀工艺形成，具有金属线路(图略)和驱动电路单元180(例如场效应晶体管、电容等)，用于驱动量子点发光芯片150发光。驱动基板170可以包括单层线路或多层线路，但並不限定。如图2所示的每一所述驱动电路单元180包括二个所述电极区182、184，使每一所述驱动电路单元180对应地固接在每一所述微发光二极管芯片110的所述第一电极112上。每一微发光二极管芯片110由对应的所述驱动电路单元180控制，以使所述外延片114(例如氮化鎵(GaN))产生的光线在所述量子点层130散射出光。
须说明的是，由于量子点层130可以均匀分布在微发光二极管芯片110大晶圆上，再切割成单颗小LED，最后再固晶。因此，所述量子点层130的四周边缘与所述微发光二极管芯片110的四周边缘齐平设置，从而精准地将量子点层130沉积在微发光二极管芯片110区域，有效节省昂贵的量子点层130材料，降低发光显示装置100成本。
所述量子点层130包括多个量子点粒子132以及量子点填料134。量子点粒子132的直径约为5～6纳米，激发后会发出波长较长的光，例如橘光或红光；量子点粒子132的直径约为2～3纳米，激发后会发出波长较短的光，例如蓝光或绿光。因此，便可利用不同尺寸的量子点粒子132，取得不同颜色的光。量子点粒子132发光效率高，量子点粒子132效率高达90％。量子点粒子132可以具有不同粒径或不同材质的复合材料。量子点粒子132的材料例如为硫化铜铟(CIS)、银铟硫(AgInS)、锌铜铟硫(ZCIS)、铜铟镓硫(CIGS)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化硼(BN)、氧化锌(ZnO)等。量子点填料134包括例如聚合物材料或是烟雾状二氧化硅之填料。聚合物材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚间苯二甲酸乙二酯(PEN)、聚苯乙烯(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙酸乙烯酯(PVAC)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚羧酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、环氧树脂(epoxy)或硅胶(sil icone)或上述的组合。
在一实施例中，还包括涂布在所述量子点层130上的透明封装体(图略)，以阻隔空气中的水氧或杂质等，以提高发光显示装置100的信赖性。具体的，透明封装体的材料可以是环氧树脂、聚酰亚胺等透明的封装材料，并不限定。
请一并参考图3及图4所示，本发明还提供一种发光显示装置100的制作方法，包括以下步骤:
步骤S10,提供衬底P1，在所述衬底P1上制作外延片P2(100)，在所述外延片P2一侧表面上形成图案化的第一电极112(P电极)。在步骤S10中,虽然对衬底P1的材料等没有特别的限制，但是至少需要具有能够承受后续的加热处理的耐热性，例如可以使用玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等。在本实施例中，所述衬底P1优选为蓝宝石衬底(sapphiresubstrate)。所述外延片P2通过金属有机化合物气相沉积(MOCVD)或分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)等工艺在所述衬底P1上制成，所述第一电极112以光刻(photoresist)、刻蚀等工艺在所述外延片P2上形成。
步骤S20,键合导电衬底P2，将具有所述第一电极112的所述外延片P2转移键合到所述导电衬底P3，以形成阵列分布的多个微发光二极管芯片110。在步骤S20中,所述导电衬底P3优选为Cu衬底(Cu substrate)，在键合导电衬底P3的步骤中，通过300-500摄氏度高温热压工艺实现芯片键合(wafer bonding)制作。本步骤中，在形成所述多个微发光二极管芯片110前，还包括在所述导电衬底P3通过光刻(photoresist)、刻蚀等工艺形成第二电极116(N电极)，使所述第一电极112与所述第二电极116形成在所述外延片P2的两相对应的表面上。
步骤S30,激光P4剥离所述外延片P2的所述衬底P1，使所述衬底P1界面处与所述外延片P2气化分解而剥离。在步骤S30中,激光剥离(laser lift-off)，通过激光P4透过蓝宝石衬底P1辐射界面处的GaN材料，使其气化分解实现所述衬底P1剥离。在本实施例中，通过芯片键合技术与激光剥离技术相结合，将GaN基的外延片P2从蓝宝石衬底P1转移到其他高导电率、高热岛率的衬底，即导电衬底P3(Cu)。由于导电衬底P3的散热面积大且导热率高，也有利于微发光二极管芯片110的散热，因此能够增加微发光二极管芯片110的散热效果，并有望应用于大功率的发光显示装置100中。
步骤S40,涂布量子点层130在所述微发光二极管芯片110上，并切割成单颗量子点发光芯片150(miniLED chip)。在步骤S40中,单颗量子点发光芯片150的制作，采用先涂布量子点层130在微发光二极管芯片110(LED)后才固接在驱动基板170(固晶工艺)上，这种方法直接将量子点层130均匀分布在微发光二极管芯片110大晶圆上，再切割成单颗小LED，最后再固晶，如此可以精准地将量子点层130沉积在微发光二极管芯片110区域，有效节省昂贵的量子点层130材料，降低发光显示装置100成本。
请一并参考图5A至图5C所示，其为每一量子点发光芯片150转移到驱动基板170上的结构示意图。如图所示，当完成单颗量子点发光芯片150后，还包括将所述单颗量子点发光芯片150通过打件(SMT/SMD)或异性导电胶(ACF)工艺200转移到驱动基板170(TFT玻璃背板)上，如此可在每一量子点发光芯片150上实现红、绿、蓝单独光色发光，或两种光色同时发光，或三种光色同时发光的效果。在图5C中，也可以不设置量子点层130，使量子点发光芯片150单独发白光，视需要而改变。所述驱动基板170还包括衬底基板172及设置在所述衬底基板172上的呈阵列分布的多个驱动电路单元180，具体的，每一量子点发光芯片150还包括电性连接所述驱动基板170上的至少一电极区182/184，通过加热或加压等工艺将所述单颗量子点发光芯片150的所述第一电极112与所述驱动基板170上的所述电极区182/184结合，使所述量子点发光芯片150牢固地连接在所述驱动基板170上以完成固晶作業。
在本实施例中，还包括将透明封装胶体(图略)通过喷涂等工艺覆盖在各所述量子点发光芯片150上，以阻隔空气中的水氧或杂质等，以提高发光显示装置100的信赖性。具体的，透明封装体的材料可以是环氧树脂、聚酰亚胺等透明的封装材料，并不限定。最后，把外接硬件(IC芯片等)采用例如COF绑定(Bonding)在驱动基板170的相应位置，最后才得到发光显示装置100。
综上所述，虽然本发明结合其具体实施例而被描述，应该理解的是，许多替代、修改及变化对于那些本领域的技术人员将是显而易见的。因此，其意在包含落入所附权利要求书的范围内的所有替代、修改及变化。

Claims (9)

1.一种发光显示装置，其特征在于，包括：
量子点发光芯片，包括一体成型制成的微发光二极管芯片及对应所述微发光二极管芯片上的量子点层，所述微发光二极管芯片包括依次层叠设置的第一电极、外延片以及第二电极，所述第一电极与所述第二电极设置在所述外延片的两相对应的表面上，所述第一电极、所述外延片与所述第二电极为垂直层迭结构；以及
驱动基板，所述量子点发光芯片的所述第二电极电性连接在所述驱动基板上的至少一电极区上，所述驱动基板还包括衬底基板及设置在所述衬底基板上的呈阵列分布的多个驱动电路单元，每一所述驱动电路单元包括二个所述电极区，使每一所述驱动电路单元对应地固接在每一所述微发光二极管芯片的所述第一电极上。
2.如权利要求1所述发光显示装置，其特征在于，其中，所述量子点层的四周边缘与所述微发光二极管芯片的四周边缘齐平设置。
3.如权利要求1所述发光显示装置，其特征在于，还包括涂布在所述量子点层上的透明封装体，所述量子点层包括多个量子点粒子以及量子点填料。
4.一种发光显示装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤:
提供衬底，在所述衬底上制作外延片，在所述外延片一侧表面上形成图案化的第一电极；
键合导电衬底，将具有所述第一电极的所述外延片转移键合到所述导电衬底，以形成阵列分布的多个微发光二极管芯片，其中在形成所述多个微发光二极管芯片前，还包括在所述导电衬底通过光刻、刻蚀工艺形成第二电极，使所述第一电极与所述第二电极形成在每一所述外延片的两相对应的表面上；
激光剥离所述外延片的所述衬底，使所述衬底界面处与所述外延片气化分解而剥离；以及
涂布量子点层在所述微发光二极管芯片上，并切割成单颗量子点发光芯片。
5.如权利要求4所述发光显示装置的制作方法，其特征在于，所述外延片通过金属有机化合物气相沉积或分子束外延工艺在所述衬底制成，所述第一电极以光刻、刻蚀工艺在所述外延片上形成。
6.如权利要求4所述发光显示装置的制作方法，其特征在于，在键合导电衬底的步骤中，通过300-500摄氏度高温热压工艺实现。
7.如权利要求6所述发光显示装置的制作方法，其特征在于，还包括将所述单颗量子点发光芯片通过打件或异性导电胶工艺转移到驱动基板上。
8.如权利要求7所述发光显示装置的制作方法，其特征在于，还包括电性连接所述驱动基板上的至少一电极区，通过加热或加压工艺将所述单颗量子点发光芯片的所述第一电极与所述驱动基板上的所述电极区结合，使所述量子点发光芯片连接在所述驱动基板上。
9.如权利要求8所述发光显示装置的制作方法，其特征在于，还包括将透明封装胶体通过喷涂工艺覆盖在各所述量子点发光芯片上。
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