CN114023866A - 一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体发光器件技术领域，公开了一种汽车照明用Mini‑LED芯片阵列及其制造方法。本发明中Mini‑LED芯片阵列、阻挡层阵列均置于驱动面板上，Mini‑LED芯片阵列包括若干个规则排布的蓝光倒装Mini‑LED芯片，阻挡层阵列包括若干个阻挡层，阻挡层为空腔结构，每个空腔结构中放置有一个蓝光倒装Mini‑LED芯片，每个空腔结构中填充有荧光粉胶，且荧光粉胶覆盖蓝光倒装Mini‑LED芯片，蓝光倒装Mini‑LED芯片的至少部分侧壁出光经阻挡层反射和折射后沿垂直方向出射。本发明能够降低Mini‑LED芯片相互间的串扰，并能够显著提高分辨率。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光器件技术领域，更具体地，涉及一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diodes，LED)通常由三族氮化物半导体制成，能直接将电能转换为光能。因其具有寿命长、效率高、能耗低、适应性强、稳定性高、响应速度快等优点，被广泛用于照明和显示领域。近年来，由于新能源汽车、自动驾驶、智能汽车等热点及发展趋势，对具有高亮度和高分辨率的汽车照明用LED的需求日益增长。相较于传统的汽车大灯(卤素灯、氙气灯)，LED正在成为汽车照明新的发展趋势，因为它体积小、响应快、也更加节能环保。
然而，LED近似朗伯光源，即光在各个方向均有发射，且光强度随观察方向与面源法线之间的夹角θ的变化遵守余弦规律。而出于照明和驾驶安全考虑，汽车前照灯照明要求光线集中，分辨率高。因此如何有效降低相邻像素之间光线相互串扰问题，提高分辨率，防止产生眩光，是当前的一个技术难题。
发明内容
本发明通过提供一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列及其制造方法，解决现有技术中Mini-LED芯片相互间的串扰问题。
本发明提供一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列，包括：驱动面板、阻挡层阵列、Mini-LED芯片阵列和荧光粉胶；
所述Mini-LED芯片阵列、所述阻挡层阵列均置于所述驱动面板上；所述Mini-LED芯片阵列包括若干个规则排布的蓝光倒装Mini-LED芯片；所述阻挡层阵列包括若干个阻挡层，所述阻挡层为空腔结构；每个所述空腔结构中放置有一个所述蓝光倒装Mini-LED芯片，每个所述空腔结构中填充有所述荧光粉胶，且所述荧光粉胶覆盖所述蓝光倒装Mini-LED芯片；所述蓝光倒装Mini-LED芯片的至少部分侧壁出光经所述阻挡层反射和折射后沿垂直方向出射。
优选的，所述阻挡层采用折射率高于1的材料制备而成。
优选的，所述阻挡层采用SiO2、TiO2、Ta2O5、Si、MoS2或Nb2O5中的一种材料制备而成。
优选的，所述荧光粉胶由荧光粉和硅胶混合而成。
优选的，所述蓝光倒装Mini-LED芯片自下而上依次包括：图形化蓝宝石衬底、GaN缓冲层、u-GaN层、n-GaN层、InGaN/GaN超晶格应力释放层、InGaN/GaN多量子阱层、p-AlGaN电子阻挡层、p-GaN层、ITO透明导电电极、DBR反射层、n电极层和p电极层。
优选的，所述阻挡层为矩形框空腔结构，所述矩形框空腔结构的壁厚为2～4μm，所述蓝光倒装Mini-LED芯片的上表面比所述矩形框空腔结构的上表面低10～15μm，所述蓝光倒装Mini-LED芯片在四周方向上与所述矩形框空腔结构的间隔均为2～5μm。
优选的，所述蓝光倒装Mini-LED芯片的长度为100～150μm，宽度为100～150μm，厚度为6～8μm。
优选的，所述驱动面板为集成了有源矩阵薄膜晶体管TFT的硅基板，所述驱动面板控制所述Mini-LED芯片阵列中位于不同位置处的所述蓝光倒装Mini-LED芯片的开闭实现发光模式的切换。
另一方面，本发明提供上述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、在驱动面板上溅射一层薄膜；
步骤2、在所述薄膜上旋涂光刻胶，使所述光刻胶均匀地分布在整个薄膜表面；采用激光在所述光刻胶的表面进行光刻，形成阻挡层空腔图案；显影后对所述薄膜进行刻蚀，形成阻挡层阵列；
步骤3、将若干个蓝光倒装Mini-LED芯片依次键合到所述驱动面板上，每个所述蓝光倒装Mini-LED芯片置于一个作为阻挡层的空腔结构的中心位置处，形成Mini-LED芯片阵列；
步骤4、在每个所述空腔结构中填充荧光粉胶，使得所述蓝光倒装Mini-LED芯片浸没在所述荧光粉胶中；加热固化所述荧光粉胶后得到汽车照明用Mini-LED芯片阵列。
优选的，所述步骤1中，所述薄膜的厚度为16～23μm。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在发明中，将蓝光倒装Mini-LED芯片置于驱动面板上，阻挡层位于每个蓝光倒装Mini-LED芯片的周围，并与蓝光倒装Mini-LED芯片之间形成腔体结构，腔体结构中填充有荧光粉胶，荧光粉胶将蓝光倒装Mini-LED芯片浸没，蓝光倒装Mini-LED芯片的至少部分侧壁出光经阻挡层反射和折射后沿垂直方向出射。Mini-LED像素化阵列配合驱动面板，通过控制不同蓝光倒装Mini-LED芯片的开闭，可以实现发光模式的切换，如切换远近灯，适用于汽车照明。本发明提供的是一种新的降低Mini-LED芯片相互间的串扰的设计，阻挡层采用高折射率材料制备而成，会在阻挡层外壁和空气界面处发生反射，从而实现光的阻挡。同时，Mini-LED芯片侧壁的光一部分会经过反射和折射改变传播路径垂直射出，能够提高光线利用率。此外，本发明中的阻挡层还充当了模具的作用，能够简化制造工艺。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列中蓝光倒装Mini-LED芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列的制造流程图；
图4为通过Lighttools仿真软件仿真的无阻挡层的Mini-LED芯片阵列的光线分布图以及本发明实施例提供的汽车照明用Mini-LED芯片阵列的光线分布图；
图5为通过Lighttools仿真软件仿真的无阻挡层的Mini-LED芯片阵列的强度辐照图以及本发明实施例提供的汽车照明用Mini-LED芯片阵列的强度辐照图；
图6为通过Lighttools仿真软件仿真的无阻挡层的Mini-LED芯片阵列的配光曲线图以及本发明实施例提供的汽车照明用Mini-LED芯片阵列的配光曲线图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
实施例1提供一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列，包括：驱动面板、阻挡层阵列、Mini-LED芯片阵列和荧光粉胶；所述Mini-LED芯片阵列、所述阻挡层阵列均置于所述驱动面板上；所述Mini-LED芯片阵列包括若干个规则排布的蓝光倒装Mini-LED芯片；所述阻挡层阵列包括若干个阻挡层，所述阻挡层为空腔结构；每个所述空腔结构中放置有一个所述蓝光倒装Mini-LED芯片，每个所述空腔结构中填充有所述荧光粉胶，且所述荧光粉胶覆盖所述蓝光倒装Mini-LED芯片；所述蓝光倒装Mini-LED芯片的至少部分侧壁出光经所述阻挡层反射和折射后沿垂直方向出射。
其中，所述阻挡层采用折射率高于1的材料制备而成。例如，所述阻挡层采用SiO2、TiO2、Ta2O5、Si、MoS2或Nb2O5中的一种材料制备而成。所述驱动面板控制所述Mini-LED芯片阵列中位于不同位置处的所述蓝光倒装Mini-LED芯片的开闭实现发光模式的切换。
实施例2：
实施例2提供一种如实施例1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、在驱动面板上溅射一层薄膜；
步骤2、在所述薄膜上旋涂光刻胶，使所述光刻胶均匀地分布在整个薄膜表面；采用激光在所述光刻胶的表面进行光刻，形成阻挡层空腔图案；显影后对所述薄膜进行刻蚀，形成阻挡层阵列；
步骤3、将若干个蓝光倒装Mini-LED芯片依次键合到所述驱动面板上，每个所述蓝光倒装Mini-LED芯片置于一个作为阻挡层的空腔结构的中心位置处，形成Mini-LED芯片阵列；
步骤4、在每个所述空腔结构中填充荧光粉胶，使得所述蓝光倒装Mini-LED芯片浸没在所述荧光粉胶中；加热固化所述荧光粉胶后得到汽车照明用Mini-LED芯片阵列。
下面对本发明做进一步的说明。
参见图1，本发明提供的一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列，包括：
(1)驱动面板1；
(2)Mini-LED芯片阵列，所述Mini-LED芯片阵列包括若干个规则排布的蓝光倒装Mini-LED芯片3，并置于所述驱动面板1上；
(3)阻挡层阵列，所述阻挡层阵列包括若干个阻挡层2，所述阻挡层2为空腔结构，所述阻挡层2置于每个所述蓝光倒装Mini-LED芯片3的周围，并与所述蓝光倒装Mini-LED芯片3之间形成腔体结构；
(4)荧光粉胶4，所述荧光粉胶4由荧光粉和硅胶混合而成，所述荧光粉胶4填充于所述蓝光倒装Mini-LED芯片3与所述阻挡层2形成的的腔体结构中，所述荧光粉胶4覆盖所述蓝光倒装Mini-LED芯片3。
如图2所示，所述蓝光倒装Mini-LED芯片自下而上依次包括：图形化蓝宝石衬底5、GaN缓冲层6、u-GaN层7、n-GaN层8、InGaN/GaN超晶格应力释放层9、InGaN/GaN多量子阱层10、p-AlGaN电子阻挡层11、p-GaN层12、ITO透明导电电极13、DBR反射层14、n电极15、p电极16。
所述蓝光倒装Mini-LED芯片3的长度为100～150μm，宽度为100～150μm，厚度为6～8μm。
所述阻挡层2为矩形框空腔结构，所述矩形框空腔结构的壁厚为2～4μm，所述蓝光倒装Mini-LED芯片3的上表面比所述矩形框空腔结构的上表面低10～15μm，所述蓝光倒装Mini-LED芯片3在四周方向上与所述矩形框空腔结构的间隔均为2～5μm。
所述阻挡层2也充当模具的作用，所述荧光粉胶4以保形涂覆的方式注入所述阻挡层的空腔内，将所述蓝光倒装Mini-LED芯片3完全浸没。
所述驱动面板1为集成了有源矩阵薄膜晶体管(TFT)的硅基板，所述蓝光倒装Mini-LED芯片3与所述驱动面板1上的驱动电路精准对位，所述驱动面板1可驱动所述蓝光倒装Mini-LED芯片3。
以阻挡层的材料采用SiO2为例，参见图3，本发明提供的用于汽车照明的LED芯片阵列的制造方法，包括下列步骤：
(1)获取驱动面板，采用溅射法在所述驱动面板上溅射薄膜，薄膜材料为SiO2，厚度16～23μm，参见图3(a)。
(2)在所述驱动面板的表面旋涂光刻胶，使所述光刻胶均匀的分布在整个薄膜表面，进行光刻，显影后进行刻蚀，形成矩形框阻挡层空腔阵列，薄壁厚度2～4μm，参见图3(b)。
(3)制备或获取具有完整结构的蓝光倒装Mini-LED芯片，每个所述蓝光倒装Mini-LED芯片的长度为100～150μm，宽度为100～150μm，厚度为6～8μm，将其键合到所述驱动面板上矩形框阻挡层空腔中心位置，并确保与阻挡层四周间隔2～5μm，参见3(c)。
(4)在所述蓝光倒装Mini-LED芯片与所述阻挡层形成的腔体结构中填充荧光粉胶，至此所述用于汽车照明的LED芯片阵列制造完成，参见图3(d)。
本发明的效果评价及性能检测如下：
图4为通过Lighttools仿真软件仿真的无阻挡层的Mini-LED芯片阵列以及本发明提供的具有阻挡层的Mini-LED芯片阵列的光线分布图。具体的，图4(a)、图4(b)、图4(c)分别对应无阻挡层、具有SiO2阻挡层、具有Si阻挡层的LED芯片阵列的光线分布图。由图4可知，无阻挡层的Mini-LED芯片侧壁出射的光线数量多，而侧壁出光会引起串扰现象，严重影响发光质量，而采用阻挡层的Mini-LED芯片的侧壁出光经过阻挡层的折射和反射，使光线主要沿垂直方向出射，显著减小了Mini-LED芯片的发光串扰现象，提高了分辨率。其中，具有Si阻挡层的效果最好，具有SiO2阻挡层的效果次之。这是由于Si的折射率高于SiO2，而折射率越高，其与空气的折射率差异越大，界面处越容易发生反射，因此Si阻挡层的效果好于SiO2阻挡层的效果。即制备阻挡层采用的材料的折射率越高，Mini-LED芯片侧壁发出的光线会越多的在阻挡层外壁和空气界面处发生反射，阻挡效果越好。
图5为通过Lighttools仿真软件仿真的无阻挡层的Mini-LED芯片阵列以及本发明提供的具有阻挡层的Mini-LED芯片阵列的强度辐照图。具体的，图5(a)、图5(b)、图5(c)分别对应无阻挡层、具有SiO2阻挡层、具有Si阻挡层的LED芯片阵列的强度辐照图。由图5可知，无阻挡层的Mini-LED芯片阵列发光强度不均，光线向四周出射，而采用阻挡层的Mini-LED芯片阵列发光强度更加均匀，更加集中。其中，具有Si阻挡层的效果最好，具有SiO2阻挡层的效果次之。
图6为通过Lighttools仿真软件仿真的无阻挡层的Mini-LED芯片阵列以及本发明提供的具有阻挡层的Mini-LED芯片阵列的配光曲线图。由图6可知，无阻挡层的Mini-LED芯片阵列发光近似朗伯发射，沿各个方向均有光线射出，而采用阻挡层的Mini-LED芯片阵列发光主要沿垂直方向，光线更加集中。其中，具有Si阻挡层的效果最好，具有SiO2阻挡层的效果次之。
本发明实施例提供的一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列及其制造方法至少包括如下技术效果：
(1)在本发明中，Mini-LED像素化阵列配合驱动面板，通过控制不同蓝光倒装Mini-LED芯片的开闭，实现发光模式的切换。例如，所有蓝光倒装Mini-LED芯片都开启时切换为远光灯，只有特定位置的一部分蓝光倒装Mini-LED芯片开启时切换为近光灯。
(2)本发明通过设置阻挡层可使光线主要沿垂直于驱动面板方向出射，降低了LED芯片相互间的串扰现象，同时能够显著提高分辨率。与现有的其他方案相比，本发明中侧壁的光线一部分会经过反射和折射改变传播路径垂直射出，提高了光线利用率；此外，相较于用于吸收侧面光线的深色胶材，本发明采用的Si等材料稳定性更好。
(3)在本发明中，阻挡层除了充当光线阻挡层外，还能作为荧光粉胶涂覆的模具，使整个蓝光倒装Mini-LED芯片浸没在荧光粉胶中，激发荧光粉发出白光。即本发明能够简化制造工艺，涂覆荧光粉胶不需要再额外提供模具。一方面，阻挡层可以防止光互相串扰；另一方面，阻挡层是一个空腔结构，荧光粉胶涂覆是液体，并未固化，空腔结构充当了模具的作用，使得荧光粉胶均匀覆盖Mini-LED芯片，从而实现发白光。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，包括：驱动面板、阻挡层阵列、Mini-LED芯片阵列和荧光粉胶；
所述Mini-LED芯片阵列、所述阻挡层阵列均置于所述驱动面板上；所述Mini-LED芯片阵列包括若干个规则排布的蓝光倒装Mini-LED芯片；所述阻挡层阵列包括若干个阻挡层，所述阻挡层为空腔结构；每个所述空腔结构中放置有一个所述蓝光倒装Mini-LED芯片，每个所述空腔结构中填充有所述荧光粉胶，且所述荧光粉胶覆盖所述蓝光倒装Mini-LED芯片；所述蓝光倒装Mini-LED芯片的至少部分侧壁出光经所述阻挡层反射和折射后沿垂直方向出射。
2.根据权利要求1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，所述阻挡层采用折射率高于1的材料制备而成。
3.根据权利要求1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，所述阻挡层采用SiO2、TiO2、Ta2O5、Si、MoS2或Nb2O5中的一种材料制备而成。
4.根据权利要求1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，所述荧光粉胶由荧光粉和硅胶混合而成。
5.根据权利要求1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，所述蓝光倒装Mini-LED芯片自下而上依次包括：图形化蓝宝石衬底、GaN缓冲层、u-GaN层、n-GaN层、InGaN/GaN超晶格应力释放层、InGaN/GaN多量子阱层、p-AlGaN电子阻挡层、p-GaN层、ITO透明导电电极、DBR反射层、n电极层和p电极层。
6.根据权利要求1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，所述阻挡层为矩形框空腔结构，所述矩形框空腔结构的壁厚为2～4μm，所述蓝光倒装Mini-LED芯片的上表面比所述矩形框空腔结构的上表面低10～15μm，所述蓝光倒装Mini-LED芯片在四周方向上与所述矩形框空腔结构的间隔均为2～5μm。
7.根据权利要求1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，所述蓝光倒装Mini-LED芯片的长度为100～150μm，宽度为100～150μm，厚度为6～8μm。
8.根据权利要求1所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列，其特征在于，所述驱动面板为集成了有源矩阵薄膜晶体管TFT的硅基板，所述驱动面板控制所述Mini-LED芯片阵列中位于不同位置处的所述蓝光倒装Mini-LED芯片的开闭实现发光模式的切换。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在驱动面板上溅射一层薄膜；
步骤2、在所述薄膜上旋涂光刻胶，使所述光刻胶均匀地分布在整个薄膜表面；采用激光在所述光刻胶的表面进行光刻，形成阻挡层空腔图案；显影后对所述薄膜进行刻蚀，形成阻挡层阵列；
步骤3、将若干个蓝光倒装Mini-LED芯片依次键合到所述驱动面板上，每个所述蓝光倒装Mini-LED芯片置于一个作为阻挡层的空腔结构的中心位置处，形成Mini-LED芯片阵列；
步骤4、在每个所述空腔结构中填充荧光粉胶，使得所述蓝光倒装Mini-LED芯片浸没在所述荧光粉胶中；加热固化所述荧光粉胶后得到汽车照明用Mini-LED芯片阵列。
10.根据权利要求9所述的汽车照明用Mini-LED芯片阵列的制造方法，其特征在于，所述步骤1中，所述薄膜的厚度为16～23μm。
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