CN113937126A - 基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Micro‑LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，包括透明基板，若干列电极，带镂空孔阵列的透明介质层，行电极、Micro‑LED芯片和控制模块；所述列电极平行设置于所述透明基板表面，所述透明介质层设置于所述列电极阵列表面，所示行电极平行设置于所述介质层表面，与所述列电极绝缘且垂直交错；所述镂空阵列设置在行电极与列电极之间；所述镂空孔中还设有金属Pad1和金属Pad2；所述Micro‑LED芯片的阴极键合在暴露镂空处的金属Pad1上，所述Micro‑LED芯片的阳极键合在暴露镂空处的金属Pad2上；所述控制模块与行电级和列电级分别连接。本发明Micro‑LED显示尺寸小，分辨率、对比度和亮度高，应用于车载显示可有效地提高驾驶的安全性和方便程度。
Description
技术领域
本发明涉及车载透明显示技术领域，具体涉及一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件及其制备方法。
背景技术
车载透明显示是指驾驶员在驾驶过程中无需转移视线即可从挡风玻璃或车窗玻璃上查看仪表盘信息、道路信息以及交通信息等，并且不影响正常驾驶，同时也可用于其他车窗，使乘车人能进行娱乐休闲活动且不影响驾驶员的安全行驶，是未来车载显示的重要研究领域。现有技术中，车载透明显示主要由电子元件、显示元件、控制元件等组成的电子显示设备，而显示元件能够实现图像、字符形式映射到汽车前挡玻璃，是实现车载透明显示的重要元件之一。目前，现有相关技术中通常采用投影设备或系统将汽车行驶过程中仪表盘的时速、油量、发动机转速、道路信息等重要信息投射到前挡风玻璃上。然而现有技术中的显示方案，，在场景突然改变时，投影显示成像效果差；同时投影车载显示的结构复杂、安装不美观、抗震效果差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件及其制备方法，有效的解决了传统车载显示装置的缺点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，包括透明基板，若干列电极，带镂空孔阵列的透明介质层，行电极、Micro-LED芯片和控制模块；所述列电极平行设置于所述透明基板表面，所述透明介质层设置于所述列电极阵列表面，所示行电极平行设置于所述介质层表面，与所述列电极绝缘且垂直交错；所述镂空阵列设置在行电极与列电极之间；所述镂空孔中还设有金属Pad1和金属Pad2；所述Micro-LED芯片的阴极键合在暴露镂空处的金属Pad1上，所述Micro-LED芯片的阳极键合在暴露镂空处的金属Pad2上；所述控制模块与行电级和列电级分别连接。
进一步的，所述行电级和列电极，均由若干条状的透明电极组成，相邻电极之间的距离大于Micro-LED芯片的尺寸，每根电极的宽度大于Micro-LED芯片阴极的尺寸，小于或等于Micro-LED芯片的尺寸。
进一步的，所述列电极平行等间距设置于所述透明基板表面；所示行电极平行等间距设置于所述介质层表面，与所述列电极绝缘且垂直交错。
进一步的，所述透明介质层的宽度大于行电极和所述列电极相交的宽度，小于所述列电极的长度；所述透明介质层的长度大于行电极和列电极相交的长度，小于行电极的长度。
进一步的，所述镂空孔阵列由若干个为方形或圆形的镂空孔组成，垂直方向设置在金属Pad1和金属Pad2表面，其中心点与金属Pad1和金属Pad2对称中心点重合，水平方向设置在所述行电极之间，且相邻行电极之间仅设置一排镂空状的小孔，所述镂空孔的尺寸大于或等于所述相邻金属Pad1和金属Pad2的尺寸之和，小于相邻行电极之间和相邻列电极之间的距离。
进一步的，所述金属Pad1和金属Pad2形状均为矩形或圆形，其尺寸相同，尺寸之和小于或等于所述镂空孔的面积。
进一步的，所述控制模块对所述列电极与所述行电极进行扫描，控制Micro-LED芯片点亮或熄灭。
进一步的，所述列电极和所述行电极由ITO、AZO、Ag纳米线、Ag量子点中的一种或两者及以上组合而成；所述金属Pad1和金属Pad2由Ag、Al、Al/W中的一种或两者以上的组合。
进一步的，所述透明介质层的厚度为10nm-3μm，构成面状层结构的介质层的材料包含SiO2、Ta2O5、AlN、Al2O3、Si3N4、BN、TiO2中的一种或者两种及其以上的组合。
一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件的制备方法，包括以下步骤：
S11：对透明基板进行划片，清洗，烘干；
S12:利用喷墨打印或光刻工艺在透明基板表面制作列电极；
S13:利用磁控溅射或电子束蒸发在透明基板上制作两个小尺寸相同的金属Pad1和金属Pad2；
S14:利用绑定技术将列电极与金属Pad1绑定作为Micro-LED芯片的阴极键合位；
S15:利用磁控溅射或电子束蒸发在列电极表面制备带镂空孔阵列的透明介质层；
S16:利用喷墨打印或光刻工艺在所述透明介质层表面制作行电极；
S17:利用绑定技术将行电极与金属Pad2绑定作为Micro-LED芯片的阳极键合位；
S18:利用键合技术将Micro-LED芯片阴极和阳极分别与金属Pad1和金属Pad2对位键合；
S19:通过控制模块控制行电极和列电极，实现Micro-LED的车载透明显示。
透明基板11、列电极12、金属Pad1 18、金属Pad2 19、带镂空孔14、阵列的透明介质13、Micro-LED芯片16、行电极15、控制模块17。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明Micro-LED器件高亮度、高分辨率、功耗低、寿命长、成像速度快、图像清晰的优点，在驾驶过程中，场景突然改变时Micro-LED显示能快速的调节亮度，不会影响驾驶员查看信息，保证了驾驶的安全性
2、本发明Micro-LED器件体积小，质量轻，不会过多的增加汽车总重量，保证了驾驶的安全性；同时具有良好的抗震效果，适合于各种路况的驾驶；
3、本发明Micro-LED器件尺寸小，结构简单，贴在前窗玻璃或其他窗玻璃，减少复杂的投射系统，就可将图像、字符等信息投射到车窗玻璃而实现透明显示。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明一实施例中制备过程示意图；
图3是本发明制备方法流程图；
图中，11-透明基板、12-列电极、13-阵列的透明介质、14-带镂空孔、15-行电极，16-Micro-LED芯片、17-控制模块，18-金属Pad1 、19-金属Pad2 、。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，包括一透明基板11、列电极12、金属Pad1 18、金属Pad2 19、带镂空孔14、阵列的透明介质13、Micro-LED芯片16、行电极15、控制模块17；列电极12平行设置于透明基板11表面，透明介质层13设置于所述列电极阵列表面，行电极15平行设置于透明介质层13表面，与所述列电极绝缘且垂直交错；所述镂空阵列设置在行电极与列电极之间；所述镂空孔中还设有金属Pad1和金属Pad2；所述Micro-LED芯片的阴极键合在暴露镂空处的金属Pad1上，所述Micro-LED芯片的阳极键合在暴露镂空处的金属Pad2上；所述控制模块与行电级和列电级分别连接。
参考图2，在本实施例中，还提供一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件的制备方法，包括以下步骤：
S11：提供一透明基板11，对该基板进行划片，清洗，烘干；
S12：利用喷墨打印或光刻工艺在所述透明基板11表面制作所述列电极12；
优选的，列电极由若干条状的透明电极组成，相邻电极之间的距离大于Micro-LED芯片的尺寸，每根电极的宽度大于Micro-LED芯片阴极的尺寸，小于或等于Micro-LED芯片的尺寸。所述列电极由ITO、AZO、Ag纳米线、Ag量子点中的一种或两者及以上组合而成。
本实施例中，优选的，优采用光刻工艺制备ITO列电极，具体工艺如下：
将所需尺寸的ITO玻璃基板进行划片后置于玻璃清洗液Win-10 的水溶液中（体积比为Win-10 : DI 水= 3 : 97），利用频率为32KHz 的超声机清洗15min，喷淋2min后，再置于玻璃清洗液Win-41 的水溶液中（体积比为Win-41 : DI 水= 5 : 95），利用频率为40KHz的超声机清洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min 后，再利用频率为28KHz 的超声机在DI纯净水中清洗10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min。利用旋涂工艺将RZJ-304光刻胶转移至洁净的ITO玻璃基片表面，110℃保温25min；在光强为4 .4mW/cm2光刻机上曝光11秒，浓度为3%的RZX-3038溶液显影；固化后，体积比为50 : ( 3-9 ) : 50的盐酸、硝酸与水的混合溶液加热至50-60℃喷淋刻蚀；丙酮溶液去除光刻胶，在透明基板11表面形成列电极12；
S13：利用磁控溅射或电子束蒸发在透明基板上制作两个小尺寸金属Pad1 18和金属Pad2 19；
优选的，金属Pad1 18和金属Pad2 19形状为矩形或圆形，其尺寸相同，尺寸之和小于或等于所述镂空孔的面积。所述金属Pad1和金属Pad2的厚度相同，为500nm-3μm，可由Ag、Al、Al/W 中的一种或两者以上的金属组成。
本实施例中，优选的，采用磁控溅射制备带有若干个圆形金属Pad，首先经过光刻工艺在基板形成图案化的光刻掩膜层，接着放到磁控溅射设备的腔体内溅射厚度为500nm-3μm的金属Pad，待金属沉积完成后，用丙酮溶液剥离光刻胶，在透明基板上形成金属Pad1和金属Pad2。
S14：利用绑定技术将列电极与金属Pad1绑定作为Micro-LED芯片的阴极键合位；具体工艺如下：利用高速自动固晶机，通过热键合技术，以及三步镀膜工艺整平基板金属焊片高度，将金属Pad1 绑定在列电极12上。
S15：利用磁控溅射或电子束蒸发在所述列电极表面制备带镂空孔14阵列的透明介质层13；
优选的，透明介质层13包含镂空孔14阵列的面状层结构，所述透明介质层的宽度大于所述行电极和所述列电极相交的宽度，小于所述列电极的长度；所述透明介质层的长度大于所述行电极和所述列电极相交的长度，小于所述行电极的长度。所述镂空孔阵列可由若干个为方形或圆形的镂空孔14组成，所述镂空阵列的垂直方向设置在金属Pad1 18和金属Pad2 19表面，其中心点与金属Pad1和金属Pad2对称中心点重合，所述镂空阵列的水平方向设置在所述行电极之间，且相邻行电极之间仅设置一排镂空状的小孔，所述镂空孔的尺寸大于或等于所述相邻金属Pad1和金属Pad2的尺寸之和，小于相邻行电极之间和相邻列电极之间的距离。所述透明介质层13的厚度为10nm-3μm，构成面状层结构的介质层的材料包含SiO2、Ta2O5、AlN、Al2O3、Si3N4、BN、TiO2中的一种或者两种及其以上的组合。
本实施例中，优选的，采用磁控溅射制备带有若干个镂空孔的透明SiO2介质层，其中，SiO2介质层的厚度为2μm，镂空孔的形状为方形，尺寸大于列电极的宽度，小于相邻列电极之间的间距。（具体如图2中的S15所示）
S16：利用喷墨打印或光刻工艺在所述透明介质层表面制作所述行电极15。
优选的，所述行电极由若干条状的透明电极组成，相邻电极之间的距离大于Micro-LED芯片的尺寸，每根电极的宽度大于Micro-LED芯片阳极的尺寸，小于或等于Micro-LED芯片的尺寸。所述行电极可由ITO、AZO、Ag纳米线、Ag量子点中的一种或两者及以上组合而成；
在本实施例中，优选的，选喷墨打印工艺制备Ag纳米线作为行电极。具体工艺如下：采用50微米的喷头，根据喷墨打印工艺参数，利用型号为Jetlab2打印机将Ag纳米线的墨水按设置工艺参数打印至透明介质层13表面，经300℃保温10min，形成行电极15。
S17：利用绑定技术将行电极与金属Pad2绑定作为Micro-LED芯片的阳极键合位；具体工艺如下：利用高速自动固晶机，通过热键合技术，以及三步镀膜工艺整平基板金属焊片高度，将镂空处15的金属Pad2 绑定在行电极15上。
S18：提供正装或倒装结构的Micro-LED芯片16，利用键合技术将芯片阴极和阳极分别与金属Pad1 18和金属Pad2 19对位键合。具体工艺如下：利用高速自动固晶机，通过热键合技术，以及三步镀膜工艺整平基板金属焊片高度，将Micro-LED芯片16的阴极接触电极绑定在镂空孔处的列电极12上，芯片阳极接触电极绑定在行电极15上。采用SET FC300键合设备，通过高精度对位的热压键合技术，将Micro-LED芯片16的阴极和阳极分别键合在镂空处的金属Pad1 18和金属Pad2 19上。（如图2中的S18所示）
S19提供一控制模块17，控制行电极15和列电极12，实现Micro-LED的车载透明显示。
在本实施例中，工作流程图如图3所示，其中控制模块的工作原理如下：
控制模块中171控制行电极15，172控制列电极12，形成控制矩阵。所示扫描控制模块是利用数字逻辑电路实现Micro-LED的扫描驱动。
启动扫描控制模块171、172时，同一行Micro-LED在同一时刻导通就是行扫描，对扫描行接低电平，非扫描行接高电平，扫描行上的被选择像素点在被施加高于阈值电压的正向驱动电压后开始发光，非扫描行上的像素点截止；同一列Micro-LED在同一时刻导通就是列扫描，对扫描列接低电平，非扫描列接高电平，扫描列上的被选择像素点在被施加高于阈值电压的正向驱动电压后开始发光，非扫描列上的像素点截止。当行扫描时，列控制；列扫描时，行控制，所述扫描驱动能够简化驱动电路，对驱动行列的扫描控制，实现像素矩阵的动态扫描显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，包括透明基板，若干列电极，带镂空孔阵列的透明介质层，行电极、Micro-LED芯片和控制模块；所述列电极平行设置于所述透明基板表面，所述带镂空孔阵列的透明介质层设置于所述列电极阵列表面，所示行电极平行设置于带镂空孔阵列的透明介质层表面，与所述列电极绝缘且垂直交错；所述镂空阵列设置在行电极与列电极之间；所述镂空孔中还设有金属Pad1和金属Pad2；所述Micro-LED芯片的阴极键合在暴露镂空处的金属Pad1上，所述Micro-LED芯片的阳极键合在暴露镂空处的金属Pad2上；所述控制模块与行电级和列电级分别连接。
2.根据权利要求1所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述行电级和列电极，均由若干条状的透明电极组成，相邻电极之间的距离大于Micro-LED芯片的尺寸，每根电极的宽度大于Micro-LED芯片阴极的尺寸，小于或等于Micro-LED芯片的尺寸。
3.根据权利要求2所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述列电极平行等间距设置于所述透明基板表面；所示行电极平行等间距设置于所述介质层表面，与所述列电极绝缘且垂直交错。
4.根据权利要求1所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述透明介质层的宽度大于行电极和所述列电极相交的宽度，小于所述列电极的长度；所述透明介质层的长度大于行电极和列电极相交的长度，小于行电极的长度。
5.根据权利要求1所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述镂空孔阵列由若干个为方形或圆形的镂空孔组成，垂直方向设置在金属Pad1和金属Pad2表面，其中心点与金属Pad1和金属Pad2对称中心点重合，水平方向设置在所述行电极之间，且相邻行电极之间仅设置一排镂空状的小孔，所述镂空孔的尺寸大于或等于所述相邻金属Pad1和金属Pad2的尺寸之和，小于相邻行电极之间和相邻列电极之间的距离。
6.根据权利要求1所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述金属Pad1和金属Pad2形状均为矩形或圆形，其尺寸相同，尺寸之和小于或等于所述镂空孔的面积。
7.根据权利要求1所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述控制模块对所述列电极与所述行电极进行扫描，控制Micro-LED芯片点亮或熄灭。
8.根据权利要求1所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述列电极和所述行电极由ITO、AZO、Ag纳米线、Ag量子点中的一种或两者及以上组合而成；所述金属Pad1和金属Pad2由Ag、Al、Al/W中的一种或两者以上的组合。
9.根据权利要求1所述的基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件，其特征在于，所述透明介质层的厚度为10nm-3μm，构成面状层结构的介质层的材料包含SiO2、Ta2O5、AlN、Al2O3、Si3N4、BN、TiO2中的一种或者两种及其以上的组合。
10.一种基于Micro-LED芯片键合技术的车载透明显示器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11：对透明基板进行划片，清洗，烘干；
S12:利用喷墨打印或光刻工艺在透明基板表面制作列电极；
S13:利用磁控溅射或电子束蒸发在透明基板上制作两个小尺寸相同的金属Pad1和金属Pad2；
S14:利用绑定技术将列电极与金属Pad1绑定作为Micro-LED芯片的阴极键合位；
S15:利用磁控溅射或电子束蒸发在列电极表面制备带镂空孔阵列的透明介质层；
S16:利用喷墨打印或光刻工艺在所述透明介质层表面制作行电极；
S17:利用绑定技术将行电极与金属Pad2绑定作为Micro-LED芯片的阳极键合位；
S18:利用键合技术将Micro-LED芯片阴极和阳极分别与金属Pad1和金属Pad2对位键合；
S19:通过控制模块控制行电极和列电极，实现Micro-LED的车载透明显示。
11.透明基板11、列电极12、金属Pad1 18、金属Pad2 19、带镂空孔14、阵列的透明介质13、Micro-LED芯片16、行电极15、控制模块17。
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