CN114551656A - 一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，在衬底上制备Micro LED芯片，将芯片研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对芯片进行衬底剥离，因此相较于现有技术中对芯片晶圆进行整面剥离，剥离难度小、良率高。在透明基板上制作与芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，因此转换装置是在透明基板上独立制作的，相较于现有技术中在衬底层上加工转换层，将全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合，能够提高制作效率。并且转换装置使用量子点‑量子点保护层‑金属反射层‑金属隔离层的组合结构，可以在全彩色Micro LED显示时提升出光强度、消除光色间串扰。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法。
背景技术
现有的全彩色Micro LED显示有两种方案：第一种是RGB单颗巨量转移，将大量的独立RGB LED芯片分别转移到同一个基板内；第二种是基于单色Micro LED，在其芯片上使用量子点进行转换。
但是现有的全彩色显示方案中，第一种巨量转移方式其效率始终得不到提升，且其单个像素的尺寸受到转移装置的局限；第二种基于单色Micro LED结合量子点的方式其显示效果常受到衬底剥离和颜色串扰问题的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，能够解决衬底剥离困难和光色串扰的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，包括步骤：
在衬底上制备Micro LED芯片，将所述芯片进行研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对所述芯片进行衬底剥离，得到集成式单色Micro LED模组基底；
在透明基板上制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在所述量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层，得到全彩色量子点转换装置；
将所述全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合，得到彩色Micro LED显示芯片模组。
本发明的有益效果在于：在衬底上制备Micro LED芯片，将芯片研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对芯片进行衬底剥离，因此相较于现有技术中对芯片晶圆进行整面剥离，剥离难度小、良率高。在透明基板上制作与芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，因此转换装置是在透明基板上独立制作的，相较于现有技术中在衬底层上加工转换层，将全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合，能够提高制作效率。并且转换装置使用量子点-量子点保护层-金属反射层-金属隔离层的组合结构，可以在全彩色Micro LED显示时提升出光强度、消除光色间串扰。
附图说明
图1为本发明实施例的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法的流程图；
图2为集成式GaN基单色Micro LED芯片的结构示意图；
图3为彩色Micro LED显示芯片模组结构的示意图；
图4为传统的全彩色集成式Micro LED转换结构的示意图；
标号说明：
1、衬底；2、氮化镓集成芯片的单个子像素单元；3、子像素焊盘；4、2*2子像素单元组成的像素；5、驱动基板；6、焊接材料；7、集成式单色Micro LED模组基底；8、透明粘合剂；9、中间绝缘覆盖层；10、金属间隔层；11、金属反射层；12、量子点保护层；13绿色量子点光色转换物；14、透明基板；15、红色量子点光色转换物；16、隔光层；17、量子点。
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至图3，本发明实施例提供了一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，包括步骤：
在衬底上制备Micro LED芯片，将所述芯片进行研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对所述芯片进行衬底剥离，得到集成式单色Micro LED模组基底；
在透明基板上制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在所述量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层，得到全彩色量子点转换装置；
将所述全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合，得到彩色Micro LED显示芯片模组。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在衬底上制备Micro LED芯片，将芯片研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对芯片进行衬底剥离，因此相较于现有技术中对芯片晶圆进行整面剥离，剥离难度小、良率高。在透明基板上制作与芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，因此转换装置是在透明基板上独立制作的，相较于现有技术中在衬底层上加工转换层，将全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合，能够提高制作效率。并且转换装置使用量子点-量子点保护层-金属反射层-金属隔离层的组合结构，可以在全彩色Micro LED显示时提升出光强度、消除光色间串扰。
进一步地，所述在衬底上制备Micro LED芯片包括：
在衬底上生长氮化镓基外延层，基于所述氮化镓基外延层制作氮化镓集成芯片的单个子像素单元以及子像素焊盘。
由上述描述可知，基于氮化镓基外延层制作芯片的单个子像素单元与子像素焊盘，便于后续基于子像素焊盘进行芯片与驱动装置的焊接。
进一步地，所述在衬底上制备Micro LED芯片还包括：
将所述Micro LED芯片中的四个按矩阵排列的子像素单元作为一个像素，所述像素中子像素的颜色比例为蓝色：红色：绿色＝1：1：2。
由上述描述可知，将四个矩阵排列的子像素单元作为一个像素并且子像素颜色的比例为蓝色：红色：绿色＝1：1：2，便于后续得到彩色Micro LED。
进一步地，将所述芯片进行研磨切割后倒装焊接在驱动基板上包括：
对所述芯片进行研磨切割后，将已研磨切割的芯片倒装；
将倒装芯片预设的pad界面通过焊接材料与驱动基板结合。
由上述描述可知，将芯片切割后焊接在驱动基板上，便于后续进行衬底剥离，因此后续衬底剥离的工艺简单、良品率高，且去除衬底可有效消除光串扰现象，提升显示芯片的整体显示效果。
进一步地，所述在透明基板上制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位包括：
在透明基板上使用光刻制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的图形，通过刻蚀得到量子点孔位。
由上述描述可知，在透明基板上刻蚀与所述芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，可以与集成式基底芯片像素对应，使用集成式基底芯片的发光激发量子点。
进一步地，在所述量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层包括：
按照所述子像素的颜色比例，在所述量子点孔位中旋涂三原色中除第一颜色之外的其余两种颜色的量子点光色转换物，所述第一颜色为所述Micro LED芯片的外延层颜色；
使用显影液去除多余的量子点光色转换物；
使用原子层沉积法在所述量子点光色转换物上方沉积氧化铝量子点保护层。
由上述描述可知，在透明基底上制作量子点后使用原子层沉积法沉积氧化铝量子点保护层，能够提高量子点的寿命。
进一步地，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层包括：
在所述量子点保护层上覆盖金属反射层，将所述金属反射层在所述量子点孔位中心的位置开孔；
在所述金属反射层上方位于量子点孔位之间的位置制备金属间隔层。
由上述描述可知，在量子点的保护层上覆盖金属反射层，反射层在量子点中心位置开孔，孔内通过基底芯片发光激发量子点，孔外有金属反射层隔离串扰。在金属反射层上制作金属隔离层，能够进一步防止侧面串扰。
进一步地，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层之后包括：
在所述金属反射层和所述金属间隔层的上方均匀覆盖中间绝缘覆盖层；
在所述中间绝缘覆盖层的凹槽内填充透明粘合剂。
由上述描述可知，在金属反射层和金属隔离层上沉积中间绝缘覆盖层，此层即可以保护金属、也可以防止金属导致集成式基底芯片短路。
进一步地，将所述全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合包括：
将所述全彩色量子点转换装置倒置，将所述全彩色量子点转换装置涂有所述透明粘合剂的位置与集成式单色Micro LED模组基底的子像素单元对齐粘合。
由上述描述可知，使用透明绝缘粘和剂将光色转换层与集成式基底芯片剥离衬底后漏出的部分连接，因此转换装置和芯片模组独立制备，能够提升了转换装置的加工良率以及模组芯片的制造良率。
本发明上述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，适用于在全彩色Micro LED显示时提升出光强度、消除光色间串扰、提升模组的绝缘能力、提升模组散热能力并且提升量子点寿命，以下通过具体的实施方式进行说明：
实施例一
请参照图1至图3，一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，包括步骤：
S1、在衬底上制备Micro LED芯片，将所述芯片进行研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对所述芯片进行衬底剥离，得到集成式单色Micro LED模组基底。
S11、在衬底上生长氮化镓基外延层，基于所述氮化镓基外延层制作氮化镓集成芯片的单个子像素单元以及子像素焊盘。
具体的，在本实施例中，集成式GaN基单色Micro LED芯片包括衬底、氮化镓(GaN)集成芯片的单个子像素和子像素焊接焊盘。
其中，将所述Micro LED芯片中的四个按矩阵排列的子像素单元作为一个像素，所述像素中子像素的颜色比例为蓝色：红色：绿色＝1：1：2。
具体的，由衬底、基于GaN外延层制作的GaN集成芯片的单个子像素、子像素上的焊盘、预设的2*2总计4个子像素能够构成一个全彩色像素的单色基底。
在本实施例中，将芯片在衬底上制备完成后，按照4个单元为一个像素，预留1蓝、1红、2绿的排布。进行芯片研磨、切割加工。
S12、对所述芯片进行研磨切割后，将已研磨切割的芯片倒装，将倒装芯片预设的pad界面通过焊接材料与驱动基板结合，得到集成式单色Micro LED模组基底。
具体的，制备完成芯片后将其倒装焊接到驱动基板，芯片通过预留的pad界面及焊接材料与驱动基板结合。然后在基板上对单个芯片进行衬底剥离，使其漏出GaN。上述制备完成的产出称之为集成式单色Micro LED模组基底。
为消除串扰问题必须将芯片的衬底层进行剥离，但是现有的晶圆剥离方式对晶圆的平整度要求太高，且激光剥离过程良率低。而本实施例中使用单颗显示芯片剥离的方式，解决了晶圆整面剥离的难题。
S2、在透明基板上制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在所述量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层，得到全彩色量子点转换装置。
S21、在透明基板上使用光刻制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的图形，通过刻蚀得到量子点孔位。
具体的，在光色转换方面，设计了在芯片剥离后的GaN面制备量子点转换层的方案，量子点转换层的制备为单独加工，使用玻璃、亚克力、聚合物薄膜等透明基板，在基板上制作量子点孔位。
S22、按照所述子像素的颜色比例，在所述量子点孔位中旋涂三原色中除第一颜色之外的其余两种颜色的量子点光色转换物，所述第一颜色为所述Micro LED芯片的外延层颜色；使用显影液去除多余的量子点光色转换物；使用原子层沉积法在所述量子点光色转换物上方沉积氧化铝量子点保护层。
在本实施例中，光色转换物可以是量子点胶水或小颗粒荧光粉，Micro LED芯片的外延层颜色为蓝色。在基板上按照预设的2*2区划制备红、绿色的量子点光色转换物的量子点孔位，这些量子点光色转换物使用蓝色或近蓝色激发，激发波长范围为450～475nm。
具体的，依次序制作红色、绿色量子点：先依据孔位旋涂红色量子点胶水，使用曝光方式进行图形制作，使用显影液将不需要的量子点去除，使用原子层沉积法(Atomiclayer deposition，ALD)方式沉积氧化铝保护层。再依据孔位旋涂绿色量子点胶水，使用曝光方式进行图形制作，使用显影液将不需要的量子点去除，使用ALD方式沉积氧化铝保护层。
S23、在所述量子点保护层上覆盖金属反射层，将所述金属反射层在所述量子点孔位中心的位置开孔。
具体的，在本实施例中，使用具备反射性的金属如铝、铂制备金属反射层，覆盖上述量子点保护层，并将金属反射层在量子点孔位中心的位置开孔，孔内通过基底芯片发光激发量子点，孔外有金属反射层隔离串扰。即金属反射层起到了增强出光强度和隔离光串扰的功能。
S24、在所述金属反射层上方位于量子点孔位之间的位置制备金属间隔层。
具体的，在金属反射层上、量子点之间的位置制作金属间隔层，金属间隔层起到了防止光串扰的功能。
S25、在所述金属反射层和所述金属间隔层的上方均匀覆盖中间绝缘覆盖层；在所述中间绝缘覆盖层的凹槽内填充透明粘合剂。
具体的，在上述芯片上制备中间绝缘覆盖层，材料可以是氧化硅或氧化铝。在中间绝缘覆盖层的凹槽内填充透明绝缘粘合剂，用以和剥离衬底之后的芯片连接。上述制备完成的产出称之为全彩色量子点转换装置。
S3、将所述全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合，得到彩色Micro LED显示芯片模组。
将制备好的全彩色量子点转换装置倒置，与集成式单色Micro LED模组基底的GaN预留面对接，对接的定位依据是全彩色量子点转换装置上留出的涂有透明粘合剂的蓝色通孔与集成式单色Micro LED模组基底的子像素单元处的蓝色预留电极位置对准。使用光色转换模块的透明粘合剂与集成式GaN基单色Micro LED芯片剥离衬底后的GaN面结合并烘干，得到彩色Micro LED显示芯片模组。
请参照图4，相较于传统的全彩色集成式Micro LED转换结构，本实施例中去除了衬底，且去除方式是先将芯片切割后焊接在驱动基板上，再进行衬底剥离；设计了全新结构的光色转换模块，此模块是在芯片外独立加工再组合到芯片上的，不是基于芯片的衬底层进行加工。并且本实施例的光色转换模块，使用量子点-保护层-反射层-隔离层-绝缘层的组合结构，可以在全彩色Micro LED显示时提升出光强度、消除光色间串扰、提升模组的绝缘能力、提升模组散热能力、提升量子点寿命。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，提供了具体的应用场景：
步骤1、使用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)设备在蓝宝石衬底上生长的GaN基外延片作为基底，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀GaN表面制作N型层、蒸镀导电层、沉积绝缘层、蒸镀金属电极等工艺，制作出集成式Micro LED芯片晶圆。
步骤2、将上述晶圆进行研磨、抛光、切割制作成集成式Micro LED芯片，如图2所示。
步骤3、将上述芯片通过焊接材料焊接到驱动基板上，芯片的焊接面是芯片电极，焊接后芯片电极面在下方，与驱动基板结合，衬底面在上方。
步骤4、在上述结合物的芯片衬底面使用激光将芯片的衬底进行剥离。加工完成后出现驱动基板、焊接材料和集成式单色Micro LED模组基底，且已经组合在一起。这时剥离后漏出的GaN面朝上，如图3所示。
步骤5、在透明基板上使用光刻制作图形，使用ICP进行刻蚀，制作出量子点的位置。
步骤6、按照设计好的全彩色像素位置，即图3中量子点的位置，使用光刻法制备红色量子点，并使用ALD在其表面制作保护层。
步骤7、按照设计好的全彩色像素位置，即图3中量子点的位置，使用光刻法制备绿色量子点，并使用ALD在其表面制作保护层。
步骤8、制作金属反射层：在量子点保护层上先进行涂胶和光刻，再使用金属蒸镀的方式蒸镀金属铝铜合金，之后进行金属剥离，在预定位置留下金属铝铜合金。此层在量子点中心位置是无金属即透光的，在其他位置都是有金属的，金属在量子点面形成反射增强量子点出光强度，在无量子点的一层隔绝了其他光线，避免了光串扰。
步骤9、在金属反射层上制作金属隔离层：先进行涂胶和光刻，再使用金属蒸镀的方式蒸镀金属铝铜合金，之后进行金属剥离，在预定位置留下金属铝铜合金。此层保留的金属主要是用来防止像素之间光串扰，起到了挡光墙的作用。
步骤10、在上述制作金属隔离层上继续沉积中间绝缘覆盖层：使用ALD沉积氧化铝作为覆盖层的材料。
步骤11、在上述制备完成的量子点位置的凹处喷涂透明粘合剂。
步骤12、使步骤11中喷涂好粘合剂的面与步骤4制作好的芯片剥离后漏出的GaN面结合，组合后的整体即为彩色Micro LED显示芯片模组。
综上所述，本发明提供的在衬底上制备Micro LED芯片，将芯片研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对芯片进行衬底剥离，因此相较于现有技术中对芯片晶圆进行整面剥离，剥离难度小、良率高，其中，将芯片中的四个矩阵排列的子像素单元作为一个像素并且子像素颜色的比例为蓝色：红色：绿色＝1：1：2，得到集成式单色Micro LED模组基底。在透明基板上制作与芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，因此转换装置是在透明基板上独立制作的，相较于现有技术中在衬底层上加工转换层，能够提高制作效率。并且转换装置使用量子点-量子点保护层-金属反射层-金属隔离层-中间绝缘覆盖层的组合结构，可以在全彩色Micro LED显示时提升出光强度、消除光色间串扰、保护金属并且防止金属导致集成式基底芯片短路。使用透明绝缘粘和剂将光色转换层与集成式基底芯片剥离衬底后漏出的部分连接，因此转换装置和芯片模组独立制备，能够提升了转换装置的加工良率以及模组芯片的制造良率。
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 (9)
1.一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，包括步骤：
在衬底上制备Micro LED芯片，将所述芯片进行研磨切割后倒装焊接在驱动基板上，对所述芯片进行衬底剥离，得到集成式单色Micro LED模组基底；
在透明基板上制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位，在所述量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层，得到全彩色量子点转换装置；
将所述全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合，得到彩色Micro LED显示芯片模组。
2.根据权利要求1所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，所述在衬底上制备Micro LED芯片包括：
在衬底上生长氮化镓基外延层，基于所述氮化镓基外延层制作氮化镓集成芯片的单个子像素单元以及子像素焊盘。
3.根据权利要求1所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，所述在衬底上制备Micro LED芯片还包括：
将所述Micro LED芯片中的四个按矩阵排列的子像素单元作为一个像素，所述像素中子像素的颜色比例为蓝色：红色：绿色＝1：1：2。
4.根据权利要求1所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，将所述芯片进行研磨切割后倒装焊接在驱动基板上包括：
对所述芯片进行研磨切割后，将已研磨切割的芯片倒装；
将倒装芯片预设的pad界面通过焊接材料与驱动基板结合。
5.根据权利要求1所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，所述在透明基板上制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的量子点孔位包括：
在透明基板上使用光刻制作与所述芯片的子像素单元位置相对应的图形，通过刻蚀得到量子点孔位。
6.根据权利要求3所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，在所述量子点孔位中填充量子点光色转换物并沉积量子点保护层包括：
按照所述子像素的颜色比例，在所述量子点孔位中旋涂三原色中除第一颜色之外的其余两种颜色的量子点光色转换物，所述第一颜色为所述Micro LED芯片的外延层颜色；
使用显影液去除多余的量子点光色转换物；
使用原子层沉积法在所述量子点光色转换物上方沉积氧化铝量子点保护层。
7.根据权利要求1所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层包括：
在所述量子点保护层上覆盖金属反射层，将所述金属反射层在所述量子点孔位中心的位置开孔；
在所述金属反射层上方位于量子点孔位之间的位置制备金属间隔层。
8.根据权利要求1所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，在所述量子点保护层上方位于量子点孔位之间的位置依次制备金属反射层和金属间隔层之后包括：
在所述金属反射层和所述金属间隔层的上方均匀覆盖中间绝缘覆盖层；
在所述中间绝缘覆盖层的凹槽内填充透明粘合剂。
9.根据权利要求8所述的一种彩色Micro LED显示芯片模组的制造方法，其特征在于，将所述全彩色量子点转换装置倒置后与所述集成式单色Micro LED模组基底对齐粘合包括：
将所述全彩色量子点转换装置倒置，将所述全彩色量子点转换装置涂有所述透明粘合剂的位置与集成式单色Micro LED模组基底的子像素单元对齐粘合。
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