CN114335056A - 半导体微显示阵列及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种半导体微显示阵列及其制造方法。该微显示阵列包括衬底、若干LED发光器件、若干遮光元件，各所述的LED发光器件之间均设有隔离沟槽，各所述的遮光元件分别对应设置在相邻两个LED发光器件之间，且若干所述的遮光元件之间的区域形成若干个分别与各所述的LED发光器件的底面对应的出光开口。本申请在LED发光器件的出光侧间隔设置遮光元件，同时在LED发光器件的底面对应位置处开设出光开口，使LED发光器件的侧表面出射的光线被遮挡，从而避免形成串扰。

Description

半导体微显示阵列及其制造方法

技术领域

本发明属于半导体微显示技术领域，特别涉及一种半导体微显示阵列及其制造方法。

背景技术

Micro-LED（Micro Light Emitting Diode）显示技术是最新一代的显示技术，也是最近几年显示技术领域的研究热点。Micro-LED完全采用固态半导体制成技术生产，具有尺寸小、功耗低、反应速度快、对比度大、色彩饱和度高等优点，其像素尺寸多在百微米量级以下。

由于半导体微显示器件的每个LED器件都能够单独控制和关闭，使得其能够获得纯黑画面以及更好的对比度。然而在每个LED器件的发光区域，其发光和显示的效果并不均匀，其会呈现图1所示的显示效果，这使得当阵列式LED显示装置点亮像素时，像素间ISO（Isolation）台阶及周边像素的ISO台阶会被LED像素发光区域发出的光串扰“照亮”，影响显示效果，可能出现发光不均（mura）等不良现象。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术中的微显示阵列的发光效果不均匀和干扰光问题。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种半导体微显示阵列，包括衬底、若干LED发光器件、若干遮光元件，各所述的LED发光器件之间均设有隔离沟槽，各所述的遮光元件分别对应设置在相邻两个LED发光器件之间，且若干所述的遮光元件之间的区域分别限定若干个与各所述的LED发光器件的底面对应的出光开口的大小。

上述方案的优点是：通过在LED发光器件的出光侧上制作遮光元件（BM，BlackMatrix），达到遮挡非发光区域的效果，进而实现了优化环形干扰光的问题，从而提高显示成像的质量。

在一种可能的实现方式中，各所述的遮光元件夹在所述的衬底与所述的LED发光器件之间。

在一种可能的实现方式中，所述的遮光元件与所述的衬底之间还设置有粘合层。

在一种可能的实现方式中，所述的粘合层为苯并环丁烯树脂材料。

在一种可能的实现方式中，各所述的隔离沟槽内还设有填充材料。

在一种可能的实现方式中，所述的LED发光器件设置在所述的衬底的一侧表面，所述的遮光元件设置在所述的衬底的另一侧表面。

在一种可能的实现方式中，所述的遮光元件的宽度为d，所述的隔离沟槽的槽底宽度为c，d≥c。

在一种可能的实现方式中，所述的遮光元件填充在所述的隔离沟槽内。

在一种可能的实现方式中，所述的LED发光器件的结构呈梯形。

本申请还提供了第二种技术方案，该方案是一种半导体微显示阵列的制造方法。包括下述步骤：

（1）提供一晶圆，所述的晶圆具有一原始衬底以及形成在所述的原始衬底上的若干阵列排布的LED发光器件，若干LED发光器件之间开设有隔离沟槽；

（2）在所述的LED发光器件背离所述的原始衬底的一侧安装一临时衬底；

（3）去除所述的原始衬底，使所述的LED发光器件的底面暴露；

（4）在各所述的隔离沟槽内制作填充材料，并在所述的深色吸光材料上制作遮光元件，所述的遮光元件位于各所述的LED发光器件之间，且若干个所述的遮光元件分别在所述的LED发光器件的底面限定出光开口；

（5）在所述的遮光元件的另一侧结合一最终衬底；

（6）去除所述的临时衬底。

在一种可能的实现方式中，在所述的步骤（2）中，分别对所述的LED发光器件的顶面和临时衬底涂布临时键合胶层，并将所述的临时衬底临时键合在所述的LED发光器件的顶面一侧。

在一种可能的实现方式中，所述的临时键合胶层采用苯并环丁烯材料制作。

在一种可能的实现方式中，所述的步骤（5）中，通过苯并环丁烯胶将所述的最终衬底粘合在所述的遮光元件上。

附图说明

附图1为改进前微显示阵列的实际发光效果照片；

附图2为本申请的一个实施例中，制造方法步骤（1）的示意图；

附图3、4为本申请的一个实施例中，制造方法步骤（2）的示意图；

附图5为本申请的一个实施例中，制造方法步骤（3）的示意图；

附图6为本申请的一个实施例中，制造方法步骤（4）的示意图；

附图7为本申请的一个实施例中，制造方法步骤（5）的示意图；

附图8为本申请的一个实施例中，制造方法步骤（6）的示意图，同时也是该实施例中微显示阵列的结构示意图；

附图9为本申请的一个实施例中微显示阵列的截面示意图；

附图10为本申请的一个实施例中微显示阵列的截面示意图；

其中：11、原始衬底；12、临时衬底；13、最终衬底；20、LED发光器件；21、顶面；22、底面；23、侧表面；30、遮光元件；40、粘合层；41、临时键合胶层；50、隔离沟槽。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明，其中本说明书中所述的“上”、“下”位置关系分别与附图2中的上、下方对应，附图2中的下方为微显示阵列的出光方向。

此外，本申请中，凡是出现“顶部”、“底部”、“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，都是用来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的相对位置关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

本申请的实施例揭示了一种微显示阵列，以及一种制造该微显示阵列的方法。该微显示阵列与驱动电路结合后可以共同组成微显示装置，应用于AR/VR眼镜、手机、平板、电视、电脑等电子设备当中。

附图2-8为本申请的一个实施例，在本实施例中给出了半导体微显示阵列的制造方法和根据该制造方法获得的半导体微显示阵列。

以下将结合附图对本申请的制造方法各步骤进行介绍，其包括：

步骤（1），提供一晶圆，参见图2，该晶圆具有一原始衬底11以及形成在原始衬底11上表面上的若干个呈行列排布的LED发光器件20，若干个LED发光器件20之间被若干隔离沟槽50分隔成若干个彼此隔离的岛部。该原始衬底11可以是Si衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底等，原始衬底的选择主要从与器件的晶格匹配、热失配、成本等角度考量，选择合适的衬底。该LED发光器件可以选用Micro-LED、Mini-LED等。LED发光器件20的顶面21宽度为a，底面22宽度为b，LED 发光器件20的高度为h，b>a，使LED 发光器件20整体呈梯形，隔离沟槽50的槽底宽度为c,c>0。

步骤（2），参见图3、4，在LED发光器件20的顶面安装一临时衬底12。在本申请的一个实施例中，通过在LED发光器件20的顶面21以及在临时衬底12的下表面分别涂布临时键合胶层41，能够更容易使临时衬底12与LED发光器件结合。然后，通过加压方式将临时衬底12临时键合在LED发光器件20的顶面21一侧。在一个实施例中，临时衬底可选用Si、蓝宝石、玻璃、SiC等衬底。

步骤（3），参见附图5，去除原始衬底11，使LED发光器件20的底面22暴露。

步骤（4），参见附图6，在隔离沟槽50内制作填充材料，填充材料可以为透明或不透明的有机胶或树脂材料，一般来说填充材料只需要起到基础填充作用即可满足要求，本申请的优选实施例中，填充材料还可以选用可以减少对光的折射、散射吸收作用的材料。

填充材料制作好之后，在LED发光器件层的下方制作遮光层，并在遮光层上刻蚀形成若干出光开口，各出光开口的位置分别与各LED发光器件20的底面22相对，而在各LED发光器件20之间则形成遮光元件30，如图所示，遮光元件30位于深色吸光材料的下方，遮光元件30的宽度为d，且d≧c。具体来说，各遮光元件30分别位于LED发光器件20所在的外延层的下方，并在多个LED发光器件之间形成相互遮挡，防止LED发光器件侧表面的光线非出光区域发射。在本申请的一个实施例中，遮光元件30可以选用深色有机胶，黑度值越高越优，有机胶可选光刻胶、以及树脂等材料。遮光元件30的厚度为H。遮光元件30的设计参数可参考现有LCD显示器所用BM的参数，透过率与膜层厚度相关，厚度H≤h，透过率≤50%。

步骤（5），参见图7，在遮光元件30的下方结合一最终衬底13，该最终衬底13会作为微显示阵列的衬底进行后续的工艺加工。该最终衬底13为透明衬底，可选用Si、蓝宝石、玻璃、SiC等常见的衬底材料，最终衬底会形成显示阵列的出光面。在一个实施例中，是在最终衬底13上先涂布苯并环丁烯胶，再将最终衬底13粘合在遮光元件30上，并采用永久键合方式使二者固定。

步骤（6），去除临时衬底12，使LED发光器件20的顶部暴露，形成图8所示的底发光微显示阵列。在一个实施例中，上述临时键合胶层41采用BCB（苯并环丁烯）材料制作。相应的，在步骤（6）中，可以通过BCB解键合的方式去除临时键合胶层41和临时衬底12。

通过上述制造步骤，可以看到本申请在LED发光器件的出光侧间隔设置遮光元件，同时在LED发光器件的底面对应位置处开设出光开口，使LED发光器件的侧表面出射的光线被遮挡，从而避免形成串扰。

通过上述实施例中的制造方法获得的微显示阵列的结构如附图8所示，可以看出：微显示阵列包括衬底（即上述制造方法中的最终衬底13）、若干LED发光器件20、若干遮光元件30。各LED发光器件20之间均设有隔离沟槽50，LED发光器件20被隔离沟槽50分割形成多个截面呈梯形的岛部。各所述的遮光元件30分别对应设置在相邻两个LED发光器件20之间，且若干所述的遮光元件30之间的空白区域形成分别对应若干个所述的LED发光器件20的出光开口。LED发光器件20发出的光线会经过出光开口从衬底13一侧向外出射，而在出光开口之外的区域会形成暗区。

LED发光器件20包括顶面21、底面22以及连接顶面21和底面22的多个侧表面23。设计时应满足，遮光元件30的宽度d≥隔离沟槽50的宽度c。出光开口的大小决定着LED发光器件20的像素大小和发光面积大小。在图8所示的实施例中，d=c，出光开口刚好与LED发光器件的底面大小相等，使LED发光器件的光线能够全部透过出光开口从衬底13的一侧出射。在其他实施例中，出光开口还可以略小于LED发光器件20的底面，而遮光元件的边缘可以延伸至LED发光器件20的下方，即d大于c，遮挡LED发光器件边缘的杂光，特别是遮光元件可以延伸至梯形LED发光器件的侧表面23在底面22上的投影处，这样可以将经过侧表面23反射再出射的光完全遮住。

在上述实施例中，各所述的遮光元件30位于所述的衬底13与所述的LED发光器件20之间。所述的遮光元件30与所述的衬底13之间还设置有透明的BCB粘合层40。

综上所述，本申请是通过在LED发光器件的发光侧，制作遮光元件阻挡因像素间串扰引起的非发光区域被“照亮”发出的光。所采用的具体工艺方法是先制作临时衬底，然后将原始衬底去掉，再制作遮光元件，并在更换一个新衬底。本申请可解决LED发光器件点亮时“照亮”其他非发光区域带来的杂散光。

图9是本申请变形结构，在该实施例中，微显示阵列同样是底发光器件，所述的LED发光器件20设置在原始衬底11的上表面，遮光元件30设置在原始衬底11的下表面，遮光元件30之间的空白区域形成LED发光器件的出光开口。与前述实施例不同的是，该遮光元件30直接涂布在原始衬底11的下表面上，不需要经过安装临时衬底和去除临时衬底等步骤就可以加工完成。与前述实施例类似的，遮光元件30可以通过在衬底11的下表面涂布遮光层，再通过刻蚀方法，在遮光层表面开设出光开口，从而形成所述的遮光元件。

图10是本申请给出的另一种方案，该显示阵列同样是底发光器件，不同之处在于，该显示阵列当中，包括原始衬底11和LED发光器件20，而所述的遮光元件30选用黑色有机胶或黑色树脂材料填充在所述的隔离沟槽内，遮光元件30具有很好的光吸收作用，可以将LED发光器件侧表面23处的出光吸收，避免照亮相邻LED发光器件。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (11)

1.一种半导体微显示阵列，其特征在于：包括衬底（11、13）、若干LED发光器件（20）、若干遮光元件（30），各所述的LED发光器件（20）之间均设有隔离沟槽（50），各所述的遮光元件（30）分别对应设置在相邻两个LED发光器件（20）之间，且若干所述的遮光元件（30）之间的区域分别限定若干个与各所述的LED发光器件（20）的底面（22）对应的出光开口的大小。

2.根据权利要求1所述的半导体微显示阵列，其特征在于：各所述的遮光元件（30）夹在所述的衬底（13）与所述的LED发光器件（20）之间。

3.根据权利要求2所述的半导体微显示阵列，其特征在于：所述的遮光元件（30）与所述的衬底（13）之间还设置有粘合层（40）。

4.根据权利要求3所述的半导体微显示阵列，其特征在于：所述的粘合层（40）为苯并环丁烯树脂材料。

5.根据权利要求2所述的半导体微显示阵列，其特征在于：各所述的隔离沟槽（50）内还设有填充材料。

6.根据权利要求1所述的半导体微显示阵列，其特征在于：所述的LED发光器件（20）设置在所述的衬底（11）的一侧表面，所述的遮光元件（30）设置在所述的衬底（11）的另一侧表面。

7.根据权利要求1或6所述的半导体微显示阵列，其特征在于：所述的遮光元件（30）的宽度为d，所述的隔离沟槽（50）的槽底宽度为c，d≥c。

8.一种半导体微显示阵列的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一晶圆，所述的晶圆具有一原始衬底（11）以及形成在所述的原始衬底（11）上的若干阵列排布的LED发光器件（20），若干LED发光器件（20）之间开设有隔离沟槽（50）；

在所述的LED发光器件（20）背离所述的原始衬底（11）的一侧安装一临时衬底（12）；

去除所述的原始衬底（11），使所述的LED发光器件（20）的底面（22）暴露；

在各所述的隔离沟槽（50）内制作填充材料，并在所述的深色吸光材料上制作遮光元件（30），所述的遮光元件（30）位于各所述的LED发光器件（20）之间，且若干个所述的遮光元件（30）分别在所述的LED发光器件（20）的底面（22）限定出光开口；

在所述的遮光元件（30）的另一侧结合一最终衬底（13）；

去除所述的临时衬底（12）。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：在所述的步骤（2）中，分别对所述的LED发光器件（20）的顶面（21）和临时衬底（12）涂布临时键合胶层（41），并将所述的临时衬底（12）临时键合在所述的LED发光器件（20）的顶面（21）一侧。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述的临时键合胶层（41）采用苯并环丁烯材料制作。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于：所述的步骤（5）中，通过苯并环丁烯胶将所述的最终衬底（13）粘合在所述的遮光元件（30）上。

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