CN113644058B - 一种背光型Mini LED芯片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背光型Mini LED芯片及其制造方法，根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个芯片的背光反射层上光刻与预设排列方式形状对应的光栅，能够控制Mini LED芯片的光型，并且芯片的光栅形状与芯片预设排列方式对应，能够增加芯片分区，相当于增加芯片的排列密度，保证目视分辨率体验增大，增加人眼感知分辨度，从而提高芯片显示效果；通过调整光栅的宽度改变芯片垂直出光与侧出光的比例，从而调整芯片的出光角度和出光强度，进一步提高Mini LED芯片的控制效果和显示效果。

Description

一种背光型Mini LED芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED制造领域，特别涉及一种背光型Mini LED芯片及其制造方法。
背景技术
目前，直下式Mini LED背光可以有效提升LCD的色彩和对比度表现，成为未来LCD背光的主要形式。
但是这种直下式的LED背光形式，对LED芯片的要求也有所不同。现有的背光MiniLED，一般为完全背面出光或者是完全侧面出光，若将其作为直下式Mini LED背光，存在光型控制困难、模组匹配调试繁琐且显示效果较差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供了一种背光型Mini LED芯片及其制造方法，能够提高背光型Mini LED芯片的控制效果和显示效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种背光型Mini LED芯片制造方法，包括步骤：
根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个所述芯片的背光反射膜层上光刻与所述预设排列方式形状对应的光栅；
通过调整光栅的宽度改变所述芯片垂直出光与侧出光的比例，得到具有光栅的Mini LED芯片。
为了解决上述技术问题，本发明采用另一种的技术方案为：
一种背光型Mini LED芯片，包括背面遮光反射层、衬底层、倒装芯片；
所述背面遮光反射层位于所述衬底层一端；
所述倒装芯片位于所述衬底层远离所述背面遮光反射层的一端；
所述背面遮光反射层中包含与Mini LED芯片预设排列方式形状对应的光栅。
本发明的有益效果在于：根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个芯片的背光反射层上光刻与预设排列方式形状对应的光栅，能够控制Mini LED芯片的光型，并且芯片的光栅形状与芯片预设排列方式对应，能够增加芯片分区，相当于增加芯片的排列密度，保证目视分辨率体验增大，增加人眼感知分辨度，从而提高芯片显示效果；通过调整光栅的宽度改变芯片垂直出光与侧出光的比例，从而调整芯片的出光角度和出光强度，进一步提高Mini LED芯片的控制效果和显示效果。
附图说明
图1为本发明实施例的一种背光型Mini LED芯片制造方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种背光型Mini LED芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种背光型Mini LED芯片矩阵排列且光栅为十字型的示意图；
图4为本发明实施例的一种背光型Mini LED芯片矩阵排列且光栅为口字型的示意图；
图5为本发明实施例的一种背光型Mini LED芯片菱形排列且光栅为X型的示意图；
标号说明：
1、背面反射膜层；2、衬底层；3、倒装芯片；4、芯片焊接结合电极；5、光栅；6、芯片间隙侧出光区域。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1、图3至图5，本发明实施例提供了一种背光型Mini LED芯片制造方法，包括步骤：
根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个所述芯片的背光反射膜层上光刻与所述预设排列方式形状对应的光栅；
通过调整光栅的宽度改变所述芯片垂直出光与侧出光的比例，得到具有光栅的Mini LED芯片。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个芯片的背光反射层上光刻与预设排列方式形状对应的光栅，能够控制Mini LED芯片的光型，并且芯片的光栅形状与芯片预设排列方式对应，能够增加芯片分区，相当于增加芯片的排列密度，保证目视分辨率体验增大，增加人眼感知分辨度，从而提高芯片显示效果；通过调整光栅的宽度改变芯片垂直出光与侧出光的比例，从而调整芯片的出光角度和出光强度，进一步提高Mini LED芯片的控制效果和显示效果。
进一步地，所述预设排列方式形状对应的光栅包括：
若所述预设排列方式为矩形矩阵排列，则光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者所述光栅为以所述芯片中心点为中心的口字型光栅；
若所述预设排列方式为菱形阵列排列，则光栅为芯片两个对角线的连线。
由上述描述可知，若芯片的预设排列方式为矩形矩阵排列，光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者为以芯片中心点为中心的口字型光栅，若预设排列方式为菱形阵列排列，光栅为芯片两个对角线的连线，因此芯片内的分割与芯片排列保持水平一致，光刻光栅后目视分辨率体验增大，相当排列密度增加，能够提高人眼目视感受的分辨度。
进一步地，所述通过调整光栅的宽度改变所述芯片垂直出光与侧出光的比例包括：
判断芯片的侧出光是否大于垂直出光，若是，则增加光栅的宽度，否则，减少光栅的宽度。
由上述描述可知，当芯片侧面出光偏多，即芯片正上方亮度偏低时可以增加光栅宽度，尤其适用于高密度高像素背光；当芯片侧面出光偏少，可以减少芯片光栅宽度，从而调整侧面光和正面光的比例，将整体出光一致性调整到均匀。
进一步地，所述根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个所述芯片的背光反射膜层上光刻与所述预设排列方式形状对应的光栅包括：
在衬底层的一端生长氮化镓基外延片；
在所述氮化镓基外延片远离所述衬底层的一端加工倒装芯片，得到晶圆；
对所述晶圆的衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端进行精抛，使用背对位方法对光刻板和精抛后的晶圆的已有图形进行对位；
对所述对位后的晶圆进行曝光和显影，将所述预设排列方式形状对应的光栅图形通过光刻胶转移到所述衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端；
按预设材料顺序对所述衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端进行金属溅射蒸镀，将所述光栅图形对应位置的金属进行剥离去除，得到光刻后的背光反射膜层。
由上述描述可知，由于正装芯片，正面电极朝上会遮掉部分光，发光效率降低，因此在外延片远离衬底层的一端加工倒装芯片，能够提高芯片的发光效率；使用光刻背对位的方法能够准确地进行晶圆对位，并且通过曝光、显影、光栅图形的转移、背光反射膜层的金属蒸镀和光栅位置的金属剥离，能够在背光反射膜层上实现光栅光刻，提高显示效率。
进一步地，所述预设材料顺序依次为：镍、银、镍、钛钨、镍和钛钨。
由上述描述可知，按照镍、银、镍、钛钨、镍和钛钨的顺序进行金属蒸镀，因此光栅本身是反光的，不会导致芯片光衰，提高显示效率。
进一步地，所述使用背对位方法对光刻板和精抛后的晶圆的已有图形进行对位包括：
在所述晶圆正面预留金属对位图形，通过反光从所述晶圆的背面看到所述金属对位图形，进行光刻板与所述晶圆的已有图形的对位。
由上述描述可知，通过反光能够从晶圆的背面看到正面预留的金属对位图形，从而进行光刻板与所述晶圆的已有图形的背对位，以便于后续光栅的光刻。
进一步地，所述得到具有光栅的Mini LED芯片之前包括：
将所述芯片按照预设间距进行切割，并将切割后的所述芯片按照所述预设排列方式排列。
由上述描述可知，将芯片按照预设间距进行切割并按照预设排列方式进行排列，芯片间的间隙即可形成侧出光区域，结合芯片垂直出光能够提高显示效率。
请参照图2，本发明另一实施例提供了一种背光型Mini LED芯片，包括背面遮光反射层、衬底层、倒装芯片；
所述背面遮光反射层位于所述衬底层一端；
所述倒装芯片位于所述衬底层远离所述背面遮光反射层的一端；
所述背面遮光反射层中包含与Mini LED芯片预设排列方式形状对应的光栅。
由上述描述可知，根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个芯片的背光反射层上光刻与预设排列方式形状对应的光栅，能够控制Mini LED芯片的光型，并且芯片的光栅形状与芯片预设排列方式对应，能够增加芯片分区，相当于增加芯片的排列密度，保证目视分辨率体验增大，增加人眼感知分辨度，从而提高芯片显示效果；通过调整光栅的宽度改变芯片垂直出光与侧出光的比例，从而调整芯片的出光角度和出光强度，进一步提高MiniLED芯片的控制效果和显示效果。
进一步地，所述Mini LED芯片预设排列方式包含矩形矩阵排列或者菱形阵列排列，所述Mini LED芯片之间的间隔为100um-15000um。
由上述描述可知，将芯片按照预设间距进行切割并按照预设排列方式进行排列，芯片间的间隙即可形成侧出光区域，结合芯片垂直出光能够提高显示效率。
进一步地，若所述Mini LED芯片预设排列方式为矩形矩阵排列，则光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者所述光栅为以所述芯片中心点为中心的口字型光栅；
若所述Mini LED芯片预设排列方式为菱形阵列排列，则光栅为芯片两个对角线的连线；
所述光栅的宽度为2～200um。
由上述描述可知，若芯片的预设排列方式为矩形矩阵排列，光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者为以芯片中心点为中心的口字型光栅，若预设排列方式为菱形阵列排列，光栅为芯片两个对角线的连线，因此芯片内的分割与芯片排列保持水平一致，光刻光栅后目视分辨率体验增大，相当排列密度增加，能够提高人眼目视感受的分辨度。
实施例一
请参照图1、图3至图5，一种背光型Mini LED芯片制造方法，包括步骤：
S1、根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个所述芯片的背光反射膜层1上光刻与所述预设排列方式形状对应的光栅5。
S11、在衬底层2的一端生长氮化镓基外延片。
S12、在所述氮化镓基外延片远离所述衬底层2的一端加工倒装芯片3，得到晶圆，其中，倒装芯片远离外延片的一端包含两个芯片电极4。
S13、对所述晶圆的衬底层2远离所述氮化镓基外延片的一端进行精抛，使用背对位方法对光刻板和精抛后的晶圆的已有图形进行对位。
其中，所述使用背对位方法对光刻板和精抛后的晶圆的已有图形进行对位包括：
在所述晶圆正面预留金属对位图形，通过反光从所述晶圆的背面看到所述金属对位图形，进行光刻板与所述晶圆的已有图形的对位。
S14、对所述对位后的晶圆进行曝光和显影，将所述预设排列方式形状对应的光栅图形通过光刻胶转移到所述衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端。
S15、按预设材料顺序对所述衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端进行金属溅射蒸镀，将所述光栅图形对应位置的金属进行剥离去除，得到光刻后的背光反射膜层1；其中预设材料顺序依次为：镍、银、镍、钛钨、镍和钛钨。
其中，所述预设排列方式形状对应的光栅5包括：
若所述预设排列方式为矩形矩阵排列，则光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者所述光栅为以所述芯片中心点为中心的口字型光栅；
若所述预设排列方式为菱形阵列排列，则光栅为芯片两个对角线的连线。
具体的，请参照图3至图5，排列方式为矩阵时，光栅为十字型或者口字型，芯片内的分割与芯片排列保持水平一致，分割后目视分辨率体验增大，由于分区增多，相当矩形像素排列密度增加。光栅的缝隙和芯片的两侧是出光面，相比没有光栅，增加了出光部分。菱形排列时X型光栅与芯片排列方向一致，也是增加了出光部分，对原有的出光区间进行了细分，相当于菱形像素排列密度增加。上述密度增加效应都是集成在一颗背光芯片内的。
S2、通过调整光栅的宽度改变所述芯片垂直出光与侧出光的比例，得到具有光栅的Mini LED芯片。
S21、判断芯片的侧出光是否大于垂直出光，若是，则增加光栅的宽度，否则，减少光栅的宽度。
具体的，当芯片侧面出光偏多，芯片正上方亮度偏低时可以将光栅开大，尤其适用于高密度高像素背光。当芯片侧面出光偏少，通过将芯片光栅开小，可以将整体的出光一致性调整到均匀。芯片总发光强度固定，光栅开的越大，侧面光越少，正面光越多，通过光栅开关大小，即可调整侧面光和正面光的比例。光栅本身是反光的，不会导致芯片光衰。
S22、将所述芯片按照预设间距进行切割，并将切割后的所述芯片按照所述预设排列方式排列，得到芯片间隙侧出光区域6。
使用此结构的Mini LED芯片，通过控制光刻板设计尺寸即可实现光栅开口大小的调节，进而实现芯片正面和侧面出光比例的调节，具备出光形状、范围、出光强度分布可调节的优点，更利于基板上芯片排列的设计，同时可以减少基板上光学元件，如导光板、扩散板的需求。经过光栅处理后的Mini LED列阵，因光栅将出光范围进行了细化分区，其人眼目视感受的分辨度要好于无光栅芯片。
实施例二
请参照图3和图4，本实施例提供了Mini LED预设排列方式为矩形矩阵排列时的芯片制造方法：
1.1、基于氮化镓基外延片加工200*200um的倒装芯片，其主要特质为具备芯片电极用于与基板结合，芯片结构与外延层在Al2O3衬底层的正面。
2.1、将上述制作好的晶圆减薄到150um，对衬底层背面进行精抛光，将其粗糙度降低到Ra<0.5um。
3.1、在已完成精抛的衬底背面进行光刻作业，在晶圆正面预留GaN对位图形和金属对位图形，因金属反光，可以从背面看到金属对位图形，进而实现背对位。使用背对位方式完成光刻板与晶圆已有图形的对位，然后进行曝光、显影，将预先设计好的光栅图形通过光刻胶转移到衬底背面。除背光遮光反射层之外的其他芯片结构与倒装芯片基本一致，已在步骤1.1完成全部加工。
4.1、使用金属溅射设备按顺序进行金属溅射蒸镀，材料及顺序如下：镍1nm、银200nm、镍50nm、钛钨200nm、镍60nm、钛钨200nm。
5.1、使用金属剥离工艺将步骤3.1预留的光栅位置的金属剥离去除。
6.1、使用金刚石砂轮切割机将芯片按照预设的间距进行切割，将芯片与芯片分离。
7.1、对于背光光源排列矩阵为正方形或矩形的矩阵，预设的光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者，光栅为以芯片中心点为中心的口字型光栅，光栅宽度为2um～200um。制作好光栅的芯片通过一定间距排列后，批次焊接到基板上，制成背光模组，其中间距根据背光源需求的亮度及导光板设计决定，一般为100um-15000um。
实施例三
请参照图5，本实施例提供了Mini LED预设排列方式为菱形阵列排列时的芯片制造方法：
1.2、基于氮化镓基外延片加工300*300um的倒装芯片，其主要特质为具备芯片电极用于与基板结合，芯片结构与外延层在Al2O3衬底层的正面。
2.2、将上述制作好的晶圆减薄到200um，对衬底层背面进行精抛光，将其粗糙度降低到Ra<0.3um。
3.2、使用RPD光学镀膜机蒸镀分布式布拉格反射镜膜层组，反射镜为氧化硅与氧化钛或氧化硅与氧化铪的交替组合，总计为47层或23对组。有效反射波长范围为380nm-780nm。
4.2、在已完成精抛的衬底背面进行光刻作业，使用背对位方式完成光刻板与晶圆已有图形的对位，然后进行曝光、显影，将预先设计好的光栅图形通过光刻胶转移到衬底背面。
5.2、使用ICP刻蚀设备按照预留的光栅位置，把光栅图形内的分布式布拉格反射镜膜层刻蚀去除，刻蚀完成后去除光刻胶。
6.2、使用1064nm激光，采用穿透布拉格反射镜膜层在氧化铝衬底内聚焦的方式切割，将芯片按照预设的间距进行分离。
7.2、对于背光光源排列为菱形阵列，预设的光栅为芯片两个对角线的连线，宽度为2um～200um。制作好光栅的芯片通过一定间距排列后，批次焊接到基板上，制成背光模组，间距一般为100um-15000um，根据背光源需求的亮度及导光板设计决定。
实施例四
请参照图2至图5，一种背光型Mini LED芯片，包括背面遮光反射层、衬底层、倒装芯片；
所述背面遮光反射层位于所述衬底层一端；
所述倒装芯片位于所述衬底层远离所述背面遮光反射层的一端；
所述背面遮光反射层中包含与Mini LED芯片预设排列方式形状对应的光栅。
在本实施例中，所述Mini LED芯片预设排列方式包含矩形矩阵排列或者菱形阵列排列，所述Mini LED芯片之间的间隔为100um-15000um。
若所述Mini LED芯片预设排列方式为矩形矩阵排列，则光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者所述光栅为以所述芯片中心点为中心的口字型光栅；
若所述Mini LED芯片预设排列方式为菱形阵列排列，则光栅为芯片两个对角线的连线；
所述光栅的宽度为2～200um。
综上所述，本发明提供的一种背光型Mini LED芯片及其制造方法，根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个芯片的背光反射层上光刻与预设排列方式形状对应的光栅，能够控制Mini LED芯片的光型，并且芯片的光栅形状与芯片预设排列方式对应，能够增加芯片分区，相当于增加芯片的排列密度，保证目视分辨率体验增大，增加人眼感知分辨度，从而提高芯片显示效果；通过调整光栅的宽度改变芯片垂直出光与侧出光的比例，从而调整芯片的出光角度和出光强度，进一步提高Mini LED芯片的控制效果和显示效果；因此本发明的Mini LED芯片能够通过控制光刻板设计尺寸即可实现光栅开口大小的调节，进而实现芯片正面和侧面出光比例的调节，从而调节出光形状、范围和出光强度分布。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种背光型Mini LED芯片制造方法，其特征在于，包括步骤：
根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个所述芯片的背光反射膜层上光刻与所述预设排列方式形状对应的光栅；
通过调整光栅的宽度改变所述芯片垂直出光与侧出光的比例，得到具有光栅的MiniLED芯片；
所述得到具有光栅的Mini LED芯片之前包括：
将所述芯片按照预设间距进行切割，并将切割后的所述芯片按照所述预设排列方式排列；
所述预设排列方式形状对应的光栅包括：
若所述预设排列方式为矩形矩阵排列，则光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者所述光栅为以所述芯片中心点为中心的口字型光栅；
若所述预设排列方式为菱形阵列排列，则光栅为芯片两个对角线的连线。
2.根据权利要求1所述的一种背光型Mini LED芯片制造方法，其特征在于，所述通过调整光栅的宽度改变所述芯片垂直出光与侧出光的比例包括：
判断芯片的侧出光是否大于垂直出光，若是，则增加光栅的宽度，否则，减少光栅的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种背光型Mini LED芯片制造方法，其特征在于，所述根据Mini LED芯片的预设排列方式在每一个所述芯片的背光反射膜层上光刻与所述预设排列方式形状对应的光栅包括：
在衬底层的一端生长氮化镓基外延片；
在所述氮化镓基外延片远离所述衬底层的一端加工倒装芯片，得到晶圆；
对所述晶圆的衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端进行精抛，使用背对位方法对光刻板和精抛后的晶圆的已有图形进行对位；
对所述对位后的晶圆进行曝光和显影，将所述预设排列方式形状对应的光栅图形通过光刻胶转移到所述衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端；
按预设材料顺序对所述衬底层远离所述氮化镓基外延片的一端进行金属溅射蒸镀，将所述光栅图形对应位置的金属进行剥离去除，得到光刻后的背光反射膜层。
4.根据权利要求3所述的一种背光型Mini LED芯片制造方法，其特征在于，所述预设材料顺序依次为：镍、银、镍、钛钨、镍和钛钨。
5.根据权利要求3所述的一种背光型Mini LED芯片制造方法，其特征在于，所述使用背对位方法对光刻板和精抛后的晶圆的已有图形进行对位包括：
在所述晶圆正面预留金属对位图形，通过反光从所述晶圆的背面看到所述金属对位图形，进行光刻板与所述晶圆的已有图形的对位。
6.一种背光型Mini LED芯片，其特征在于，包括背面遮光反射层、衬底层、倒装芯片；
所述背面遮光反射层位于所述衬底层一端；
所述倒装芯片位于所述衬底层远离所述背面遮光反射层的一端；
所述背面遮光反射层中包含与Mini LED芯片预设排列方式形状对应的光栅；
所述Mini LED芯片之间的间距为预设间距，所述Mini LED芯片按照预设排列方式排列；
所述Mini LED芯片预设排列方式包含矩形矩阵排列或者菱形阵列排列，所述Mini LED芯片之间的间隔为100um-15000um。
7.根据权利要求6所述的一种背光型Mini LED芯片，其特征在于，若所述Mini LED芯片预设排列方式为矩形矩阵排列，则光栅为垂直于芯片四边且相交于芯片中心点的十字线，或者所述光栅为以所述芯片中心点为中心的口字型光栅；
若所述Mini LED芯片预设排列方式为菱形阵列排列，则光栅为芯片两个对角线的连线；
所述光栅的宽度为2～200um。
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