CN114725149B - micro-LED显示矩阵制备方法及micro-LED显示矩阵 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种micro‑LED显示矩阵制备方法，包括：获取半导体材料层；半导体材料层用于形成micro‑LED阵列，包括依次设置的第一类型半导体、第二类型半导体以及第一衬底；在半导体材料层制备与第一类型半导体接触的第一电极；将制备完第一电极的半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使第二类型半导体无衬底覆盖；在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极，得到micro‑LED显示矩阵；其中，第一电极用于连接micro‑LED阵列中同一行/列的micro‑LED单元，第二电极用于连接micro‑LED阵列中同一列/行的micro‑LED单元；避免了现有单片集成方案需要将金属触点对准键合的难点，改变了巨量转移方案带来的芯片间距空隙过大和TFT背板的电流耐受问题，显著提升中型显示屏的亮度。
Description
技术领域
本申请涉及半导体工艺技术领域，特别是涉及一种micro-LED显示矩阵制备方法及micro-LED显示矩阵。
背景技术
微型发光二极管(micro light emitting diode，micro-LED)阵列器件是指在同一基底上集成的微尺寸(长边在100微米以内)LED像素的二维阵列，其应用领域广泛，如显示设备、可见光通讯、车载及航空航天抬头显示等。目前micro-LED显示屏的制备方法主要包括巨量转移和单片集成两种方案。
单片集成是指在密集排列的LED矩阵区域层面，将金属触点对准键合到驱动上的一种方案，具备更高密度的集成度。但对于车载、航空航天等抬头显示类型的中型超高亮度(几万～几十万cd/m2)显示屏幕(1英寸～8英寸)的应用需求，对准键合的精度要求极高，制造成本高昂，因此目前的产品主要方案是巨量转移。巨量转移技术主要利用玻璃基驱动背板，将每颗micro-LED与驱动背板电极进行焊接连通，一般有效发光单元和发光单元的空白间距尺寸接近，甚至空白间距远大于发光单元，且受限于TFT(Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管)类玻璃基驱动背板对电流密度的承载能力以及像素较低，造成发光密度不足。
发明内容
基于此，有必要针对目前中型显示屏无法突破超高亮度的问题，提供一种micro-LED显示矩阵制备方法及micro-LED显示矩阵，改变巨量转移带来的芯片间距空隙过大和TFT背板的电流耐受问题，显著提升中型显示屏的亮度。
一种micro-LED显示矩阵制备方法，所述制备方法包括：
获取半导体材料层；所述半导体材料层用于形成micro-LED阵列，包括依次设置的第一类型半导体、第二类型半导体以及第一衬底；
在所述半导体材料层制备与所述第一类型半导体接触的第一电极；
将制备完所述第一电极的半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使所述第二类型半导体无衬底覆盖；
在所述半导体材料层制备与所述第二类型半导体接触的第二电极，得到micro-LED显示矩阵；其中，所述第一电极用于连接所述micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元，所述第二电极用于连接所述micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元。
在其中一个实施例中，所述第一电极包括第一接触电极与第一增强电极，所述在所述半导体材料层制备与所述第一类型半导体接触的第一电极，包括：
在所述半导体材料层表面形成与第一类型半导体接触的第一接触电极层；
将所述第一接触电极层进行图形化刻蚀，以获得两个以上的触点电极；
对所述触点电极沉积所述第一增强电极，以使同一行/列的micro-LED单元进行串联。
在其中一个实施例中，所述第一电极还包括第一反射层，所述在所述半导体材料层制备与所述第一类型半导体接触的第一电极，还包括：
在所述第一增强电极设置所述第一反射层。
在其中一个实施例中，所述将制备完所述第一电极的半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使所述第二类型半导体无衬底覆盖，包括：
将制备的所述第一电极与第二衬底键合，去除第一衬底。
在其中一个实施例中，所述将制备的所述第一电极与第二衬底键合，包括：
在所述第一增强电极依次形成第一绝缘层与第一键合层，在所述第二衬底依次形成第二绝缘层与第二键合层；
将所述第一键合层与所述第二键合层进行键合。
在其中一个实施例中，所述在所述半导体材料层制备与所述第二类型半导体接触的第二电极，包括：
将去除第一衬底的所述半导体材料层进行图形化刻蚀，得到所述micro-LED阵列；所述micro-LED阵列包括两个以上的micro-LED单元；
将同一列/行的micro-LED单元通过制备与所述第二类型半导体接触的所述第二电极进行串联。
在其中一个实施例中，在所述将去除第一衬底的所述半导体材料层进行图形化刻蚀，得到所述micro-LED阵列之后，以及在将同一列/行的micro-LED单元通过制备与所述第二类型半导体接触的所述第二电极进行串联之前，还包括：
将图形化刻蚀后的所述半导体材料层进行绝缘钝化处理。
在其中一个实施例中，所述第二电极由透明材料制成。
在其中一个实施例中，所述第一电极、所述第二电极分别用于通过打线封装与驱动IC连接。
在其中一个实施例中，提供一种micro-LED显示矩阵，所述micro-LED显示矩阵根据上述的方法制作得到。
上述micro-LED显示矩阵制备方法及micro-LED显示矩阵，通过在用于形成micro-LED阵列的半导体材料层两侧，分别制备得到与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接的第一电极，以及与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接的第二电极，既避免了现有单片集成方案需要将金属触点对准键合的难点，也改变了巨量转移方案带来的芯片间距空隙过大和TFT背板的电流耐受问题，显著提升中型显示屏的亮度。
附图说明
图1-4为一实施例中micro-LED显示矩阵制备方法的流程图；
图5为一实施例中micro-LED显示矩阵的截面示意图；
图6为一实施例中micro-LED显示矩阵的空间结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
微型发光二极管(micro light emitting diode，micro-LED)阵列器件是指在同一基底上集成的微尺寸LED(light emitting diode)像素的二维阵列，其应用领域广泛，如显示设备、可见光通讯、车载及航空航天抬头显示等。目前Micro-LED显示屏的制备方法主要包括巨量转移和单片集成两种方案。
单片集成技术(Monolithic Integration)主要适用于高PPI(Pixels Per Inch，像素密度)的可穿戴和微型显示领域，如枪瞄、夜夜视、HUD(Head Up Display，抬头显示)、HMD(Helmet Mounted Display，头盔显示)等。单片集成是指通过特殊工艺将不同材料体系、器件体系的结构进行器件层面的整合，在密集排列的LED矩阵区域层面，将金属触点对准键合到驱动上的一种方案，具备更高密度的集成度。例如，采用键合技术将氮化镓micro-LED器件整合到硅基CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)电路上，实现带有驱动的Micro-LED显示矩阵。目前，单片集成技术形成的微显示屏最高亮度可以达到百万cd/m2，但由于对准键合的精度要求极高，且LED器件尺寸和厚度均在微米量级，基于良率控制，该技术下的显示屏尺寸基本在1英寸以下。对于车载、航空航天等抬头显示类型的中型超高亮度(几万～几十万cd/m2)显示屏幕(1英寸～8英寸)的应用需求，基于单片集成的方案制造成本高昂，主要方案是采用巨量转移。
巨量转移技术(Mass transfer)主要适用于PPI相对低的领域，如手表、手机、高清大屏等，主要利用玻璃基驱动背板，将每颗Micro-LED与驱动背板电极进行焊接连通，一般有效发光单元和发光单元的空白间距尺寸接近，甚至空白间距远大于发光单元，造成发光密度较低。目前巨量转移技术形成的手表、电极等产品最高亮度大多在2000cd/m2以内，虽然较LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示屏)、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)存在亮度上巨大优势且能满足对应产品需求，但距离中型超高亮度显示屏幕需求还存在差距，难以实现高像素密度，高开口率且万级cd/m2及更高的亮度。其亮度主要受限于TFT(Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管)类玻璃基驱动背板对电流密度的承载能力以及像素较低，发光密度不足。
因此，针对目前中型显示屏无法突破超高亮度的问题，本申请的目的在于提供一种基于单片集成的micro-LED显示矩阵制备方法，以及采用被动驱动方案形成的垂直结构Micro-LED显示矩阵。本申请的micro-LED显示矩阵通过将单片集成方案的微型显示转化为中型显示，在超高亮度显示性能上，通过垂直结构的Micro-LED芯片获得最佳的电流扩展和像素密度，由于这种结构改变了巨量转移带来的芯片间距空隙过大和TFT背板的电流耐受问题，同时又可以不受CMOS单片集成的屏幕尺寸限制问题，因此能够显著提升中型显示屏的亮度。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种micro-LED显示矩阵制备方法，包括：
步骤100：获取半导体材料层。
其中，半导体材料层为制备Micro-LED器件的材料层，用于形成micro-LED阵列，micro-LED阵列由两个以上的micro-LED单元(器件)组成。半导体材料层包括依次设置的第一类型半导体、第二类型半导体以及第一衬底。可以理解，在对半导体材料层进行图形化刻蚀得到micro-LED阵列之后，则micro-LED阵列中的各micro-LED单元也均包括依次设置的第一类型半导体、第二类型半导体以及第一衬底。具体地，第一类型半导体用于制备micro-LED单元的第一极，第二类型半导体用于制备micro-LED单元的第二极。根据LED结构原理，第一类型半导体与第二类型半导体均可以是N型半导体/P型半导体，但不是相同的半导体层。例如，当第一类型半导体为P型半导体/N型半导体时，第二类型半导体为N型半导体/P型半导体，在本申请中均以第一类型半导体为P型半导体，micro-LED单元的第一极为P极(阳极)，第二类型半导体为N型半导体，micro-LED单元的第二极为N极(阴极)进行解释说明。
此外，在其他实施例中，半导体材料层还可包括缓冲层、量子阱以及缓冲层。例如，在一个实施例中，半导体材料层包括依次设置的介质层、第一类型半导体、量子阱、第二类型半导体、缓冲层以及第一衬底。
进一步地，半导体材料层的材料也并不唯一，可以是由三五族材料的化合物及其多元合金组成的化合物半导体晶圆，主要的半导体材料包括GaN、InGaN、AlGaN等。对应地，以半导体材料为GaN为例，P型半导体为p-GaN层，量子阱为MQW(Metallic Quantum Well，金属量子阱)，N型半导体为n-GaN层，第一衬底可以是蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓等材质的衬底。
步骤200：在半导体材料层制备与第一类型半导体接触的第一电极。
其中，第一电极是用于连接micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元。具体地，本申请制备的micro-LED显示矩阵采用被动驱动方案，由驱动原理可知，被动驱动方案为外部驱动电路对micro-LED阵列的N极和P极施加行列动态扫描信号来实现不同功能的显示。则需先在半导体材料层制备与第一类型半导体接触的第一电极，以实现对micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元的第一极的驱动。其中，第一极具体可以是micro-LED单元的N极或P极，并不固定，需以第一类型半导体的类型确定。
进一步地，在半导体材料层制备与第一类型半导体接触的第一电极的过程并不唯一，可以是根据在半导体材料层进行图形化刻蚀得到micro-LED阵列的同样图形，通过热蒸发、化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式，直接在半导体材料层形成图形化的第一电极。可以理解，图形化的第一电极与micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元连接。在其他实施例中，为了使第一类型半导体与电极之间的电流输入输出效率更高，步骤200还可以是包括：在半导体材料层表面形成与第一类型半导体接触的第一接触电极层；将第一接触电极层进行图形化刻蚀，以获得两个以上的触点电极；对触点电极沉积第一增强电极，以使同一行/列的micro-LED单元进行串联。通过增加第一接触电极层使第一类型半导体与第一增强电极之间形成欧姆接触，能有效降低面电阻和体电阻。
步骤300：将制备完第一电极的半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使第二类型半导体无衬底覆盖。
具体地，步骤200的在半导体材料层制备与第一类型半导体接触的第一电极之后，形成的结构为依次设置的第一电极、第一类型半导体、第二类型半导体以及第一衬底。则在进行步骤400的在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极之前，需要半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使第二类型半导体无衬底覆盖。在一个实施例中，步骤300包括：将制备的第一电极与第二衬底键合，去除第一衬底。其中，将制备的第一电极与第二衬底键合的过程，可包括在第一增强电极依次形成第一绝缘层与第一键合层，在第二衬底依次形成第二绝缘层与第二键合层；将第一键合层与第二键合层进行键合。
步骤400：在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极，得到micro-LED显示矩阵。
与制备上述第一电极的被动驱动原理类似，第二电极是用于连接micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元。可以理解，在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极，以实现对micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元的第二极施加行列动态扫描信号来实现不同功能的显示。同样地，第二极具体可以是micro-LED单元的N极或P极，并不固定，需以第二类型半导体的类型确定。
进一步地，在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极的过程并不唯一，同样可以是根据图形化刻蚀得到micro-LED阵列的同样图形，直接通过热蒸发、化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式，在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极。可以理解，图形化的第二电极与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接。也可以是先通过热蒸发、化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式，在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极层，再根据micro-LED阵列的图形对第二电极层进行图形化刻蚀，得与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接的第二电极。
在一个实施例中，步骤400包括：将去除第一衬底的半导体材料层进行图形化刻蚀，得到micro-LED阵列；micro-LED阵列包括两个以上的micro-LED单元；将同一列/行的micro-LED单元通过制备与第二类型半导体接触的第二电极进行串联。
上述micro-LED显示矩阵制备方法，通过在用于形成micro-LED阵列的半导体材料层两侧，分别制备得到与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接的第一电极，以及与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接的第二电极，既避免了现有单片集成方案需要将金属触点对准键合的难点，也改变了巨量转移方案带来的芯片间距空隙过大和TFT背板的电流耐受问题，显著提升中型显示屏的亮度。
在一个实施例中，第一电极包括第一接触电极与第一增强电极。则如图2所示，步骤200包括：
步骤210：在半导体材料层表面形成与第一类型半导体接触的第一接触电极层。
具体地，第一接触电极层即第一类型半导体与第一增强电极之间形成的欧姆接触层。第一接触电极层使用的材料与制作工艺并不唯一，例如可以是通过热蒸发、化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式，将ITO(氧化铟锡)等N型氧化物半导体在半导体材料层表面形成第一接触电极层，厚度可设置为10～100nm。也可以是采用镍金叠层金属导体经过高温合金后在半导体材料层表面形成第一接触电极层，镍金叠层中镍层与金层的厚度设置并不固定，以具体制备时器件需求确定，例如本实施例中镍层厚度设置为1nm，金层厚度设置为10nm。另外，高温合金时的设定条件也并不固定，例如可以是在温度为550℃、氮气氛围下保持15分钟，将镍金叠层金属导体制成第一接触电极层。
步骤220：将第一接触电极层进行图形化刻蚀，以获得两个以上的触点电极。
具体地，在制备得到第一接触电极层后，需将第一接触电极层进行图形化刻蚀，以获得两个以上的触点电极。将第一接触电极层进行图形化刻蚀时，可以是与在半导体材料层进行图形化刻蚀得到micro-LED阵列的图形相同，也可以不同，只需保证在将半导体材料层进行图形化刻蚀得到micro-LED阵列后，micro-LED阵列中的micro-LED单元均对应连接一个接触电极即可。具体可以是同一行/列的micro-LED单元均对应连接同一个接触电极，也可以是各micro-LED单元均对应连接一个接触电极。举例说明，当接触电极连接同一列的micro-LED单元时，则可以是将接触电极做成长条形接触电极，长条形接触电极的长度可大于整列micro-LED单元的长度，长条形接触电极的宽度可小于整列micro-LED单元的宽度；当接触电极至连接一个micro-LED单元，则接触电极可以制作成尺寸小于或等于micro-LED单元。
步骤230：对触点电极沉积第一增强电极，以使同一行/列的micro-LED单元进行串联。
具体地，第一增强电极的制备方式并不唯一，例如可以是通过热蒸发、化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式制备得到。另外，第一增强电极的材料可以是采用金属薄膜，例如，可以是采用金属Al薄膜制备得到，金属Al薄膜厚度也可根据具体制备时器件需求确定，如可设置为1um。需要特别指出的是，第一增强电极是根据图形化得到接触电极的同样方式沉积得到，可以理解为在micro-LED阵列中的同一行/列的micro-LED单元均对应连接同一个接触电极时，第一增强电极是在各接触电极的表面以同样的图形制备得到，可将micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元进行串联。
在一个实施例中，第一电极还包括第一反射层，步骤200还包括：在第一增强电极设置第一反射层。具体地，在制备得到第一增强电极后，可在第一增强电极表面增加第一反射层，如布拉格反射层或者金属反射镜。在本实施例中，通过增加反射层，利用对目标波长增强反射达到提升micro-LED显示矩阵亮度的效果。
在一个实施例中，将制备完第一电极的半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使第二类型半导体无衬底覆盖，包括：将制备的第一电极与第二衬底键合，去除第一衬底。
在步骤200制备完第一电极之后，形成的结构为依次设置的第一增强电极、第一接触电极、第一类型半导体、第二类型半导体以及第一衬底。则在进行步骤400的在半导体材料层制备与第二类型半导体接触的第二电极之前，需要半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使第二类型半导体无衬底覆盖。
具体地，需先在第一电极侧增加第二衬底作为支撑，再将覆盖在第二类型半导体侧的第一衬底去除。其中，第二衬底的材料选取可以与第一衬底相同，也可以不同，并不唯一，例如可以是刚性材料，玻璃、蓝宝石、硅、PCB板等；也可以是柔性材料，PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、PI(PolyimideFilm，聚酰亚胺薄膜)等其他有机物膜层。
在第一电极侧增加第二衬底作为支撑的方式并不唯一，例如在一个实施例中，如图3所示，将制备的第一电极与第二衬底键合的步骤包括：步骤310：在第一增强电极依次形成第一绝缘层与第一键合层，在第二衬底依次形成第二绝缘层与第二键合层。具体地，第一绝缘层与第二绝缘层可以是采用相同方法制成，也可以不同，例如可以是通过化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式制备得到的氧化硅薄膜。增加绝缘层的目的使得第二衬底作为支撑时不存在电气导通等漏电情况。同样，第一键合层与第二键合层可以是采用相同方法制成，也可以不同，例如可以是通过化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式得到，键合层材料可以是金属材料，例如金、锡等；也可以是非金属材料，例如SU8、AB胶等有机物。步骤320：将第一键合层与第二键合层进行键合。具体地，第一键合层与第二键合层进行键合时，键合条件并不固定，可根据实际键合时的材料选取与器件需求确定，例如本实施例中的键合条件可以是将温度设置为130～300℃，压力设置为100Mbar到10000Mbar。
进一步地，在增加第二衬底作为支撑后，去除第一衬底的方式并不唯一，可根据材料进行选择。例如，蓝宝石材料可以采用激光剥离去除。若为硅衬底、碳化硅、氮化镓、砷化镓衬底则可采用物理研磨减薄，或化学药液干法或湿法腐蚀去除。
在一个实施例中，如图4所示，步骤400包括：
步骤410：将去除第一衬底的半导体材料层进行图形化刻蚀，得到micro-LED阵列；micro-LED阵列包括两个以上的micro-LED单元。
具体地，在去除第一衬底之后，以及制备第二电极之前，还需在半导体材料层上定义像素图形，得到micro-LED阵列，即发光单元。可以理解，像素由发光单元自身尺寸与发光单元间距确定。相较于巨量转移方案，本申请通过单片集成图形刻蚀的方式micro-LED单元之间的间距可以更小，降低布线与发光单元面积的损耗，发光密度更大，具有更高的开孔率。例如，在一实施例中，60um像素尺寸下本申请发光单元可以实现55um*55um大小，而传统巨量转移方案，60um像素尺寸发光单元在15um*15um～40um*40um区间。其中，在半导体材料层上定义像素图形得到micro-LED阵列可以是通过图形化刻蚀得到，即通过等离子刻蚀等半导体芯片加工方式实现。具体刻蚀的图形大小，即刻蚀得到的micro-LED单元的尺寸大小由半导体材料层的尺寸以及所需像素决定，另外，形状可以是圆柱、梯形、三角等常见结构。
步骤420：将同一列/行的micro-LED单元通过制备与第二类型半导体接触的第二电极进行串联。
具体地，第二电极可以是将micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元串联起来，即第一电极与第二电极在micro-LED阵列两侧形成横纵垂直连接的结构。基于此结构与布线方式制备的micro-LED显示矩阵电流扩散能力强，可以实现大电流及超大电流(100～1000mA/cm2)驱动下工作。
进一步地，第二电极的材料一般为金属，例如可以采用金属Al。在完成micro-LED阵列的绝缘钝化后，对第二电极进行制备方式并不唯一，例如可以是通过热蒸发、化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积等方式制备得到，厚度可设置为1um。特别地，第二电极是根据图形化得到micro-LED阵列的同样方式沉积得到，可以理解为在micro-LED阵列中的同一列/行的micro-LED单元上制备得到第二电极，将micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元进行串联。举例说明，当第二电极连接同一行的micro-LED单元时，则可以是将第二电极图形化制备成长条形第二电极，长条形第二电极的长度可大于整行micro-LED单元的长度，以方便与外部驱动单元的连接，长条形第二电极的宽度可小于或等于整行micro-LED单元的宽度。
在一个实施例中，第二电极由透明材料或半透明材料制成。如铟锡氧化物、氧化锌等透明导电薄膜，通过将第二电极采用透明或半透明材料制成，可有效避免遮挡micro-LED单元的光的发出，达到提升micro-LED显示矩阵亮度的效果。
在其他实施例中，在采用半导体材料层制备micro-LED显示矩阵时，在其第一类型半导体与第一电极接触的表面，以及第二类型半导体与第二电极接触的表面，均具有粗糙晶胞结构，以获取更高的亮度。
进一步地，在一个实施例中，步骤S410之后，步骤S420之前，还包括：将图形化刻蚀后的半导体材料层进行绝缘钝化处理。可以理解，完成像素定义后，各micro-LED单元之间存在空白间距，需通过增加绝缘层再钝化的方式充填平整。制备绝缘钝化层的方式并不唯一，可以是通过氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料进行单层或叠对覆盖，也可以是采用SU8、PI等有机材料的涂敷。
在其他实施例中，对半导体材料层进行图形化刻蚀，得到micro-LED阵列，以及对micro-LED阵列中各micro-LED单元之间的空白间距进行绝缘钝化处理的步骤，也可以是在步骤200的在半导体材料层制备与第一类型半导体接触的第一电极之前完成，则第一电极根据与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元接触制成。
在一个实施例中，第一电极与第二电极分别用于通过打线封装与驱动IC(Integrated Circuit)连接。具体地，第一电极与第二电极使用金属丝(金线、铝线等)或利用热压或超声能源等，完成与驱动IC连接，实现micro-LED显示矩阵的被动驱动方案。其中，驱动IC芯片可以是集成到Micro-LED显示矩阵的第二衬底上，也可以是外接到其他载体后进行二次互联，可以是采用一个驱动IC芯片，也可以是多个驱动IC芯片。在本实施例中，采用的被动驱动方案摆脱CMOS的尺寸限制，能够获得中型显示尺寸的超高亮度显示屏。
在一个实施例中，提供一种micro-LED显示矩阵，如图5所示，包括依次设置的支撑衬底层10、第一电极层20、micro-LED单元层30以及第二电极层50，还包括填充在micro-LED单元层30的空间间距的绝缘层40。
具体地，micro-LED显示矩阵根据上述实施例中任意一种micro-LED显示矩阵制备方法制作得到。以其中一个实施例为例进行制备步骤说明，包括：
第一步：选择目标化合物半导体晶圆(半导体材料层)，比如三五族材料，包括常见的砷化镓材料与氮化镓材料体系，以一种氮化镓LED材料为例，主要包括第一衬底，N型氮化镓(第二类型半导体)，量子阱MQW，P型氮化镓(第一类型半导体)。其中，第一衬底可采用如蓝宝石、碳化硅、氮化镓、硅等材料制成。
第二步：在目标化合物半导体晶圆的表面进行第一电极(第一电极层20)制备，第一电极包括第一接触电极层以及增强电极。
以前述氮化镓LED材料为例，先在P型氮化镓表面形成欧姆接触的第一接触电极层。第一接触电极层可以是通过热蒸发、溅射等方式沉积ITO等氧化物半导体制成，厚度设置为10～100nm。也可以是经过高温合金(氮气氛围下，550℃，15分钟)后形成的镍金叠层金属导体，镍层厚度设置为1nm，金层厚度设置为10nm。然后将上述形成的第一接触电极层根据像素需求进行纵或横图形化阵列，得到两个以上的接触电极。并通过热蒸发、溅射等方式进行图形化金属薄膜(如金属Al)制备，厚度可设置为1um，完成增强电极沉积。如图6所示，制备完成后的各第一电极层20分别与micro-LED阵列中同一行的micro-LED单元的P极实现连接。
第三步：在完成增强电极的化合物半导体晶圆上进行绝缘和衬底转移材料制备，经过化学沉积、溅射等方式制备第一绝缘层后沉积第一键合层，该第一键合层可以是金属，如金、锡等，也可以是非金属，如SU8、AB胶等有机物等。第一绝缘层可以是氧化硅薄膜。
第四步：在支撑衬底层10(第二衬底)上按第三步所述方案进行衬底转移材料制备，在支撑衬底层10制备第二绝缘层后沉积第二键合层。该支撑衬底层10可以是刚性的，如玻璃、蓝宝石、硅、PCB板等，也可以是柔性的，如PDMS、PI等其他有机物膜层。
第五步：将完成衬底转移材料制备的化合物半导体晶圆和支撑衬底层10进行键合，键合条件一般为130～300℃，键合压力在100Mbar到10000Mbar。键合后将化合物衬底(第一衬底)进行去除，该去除方法可以是物理的，如研磨减薄，可以是化学的，如干法或湿法腐蚀等。
第六步：在完成衬底去除的化合物半导体上定义像素图形，得到micro-LED阵列，即micro-LED单元层30。该方案通过半导体芯片加工步骤实现，如等离子体刻蚀。
第七步：在得到micro-LED单元层30后进行绝缘钝化处理，通过增加绝缘层40将micro-LED单元之间存在空白间距填充好，再钝化平整。绝缘钝化层可以是氧化硅、氮化硅、氧化铝等的单层或叠对，也可以是SU8、PI等有机材料的涂敷。
第八步：在完成钝化的micro-LED单元层30图形化制备第二电极层50。该电极一般为金属电极，例如金属Al，可通过热蒸发、溅射等方案进行衬底，厚度可设置为1um。如图6所示，第二电极的图形化与第一电极的图形化实现纵横垂直分布，制备完成后的各第二电极层50分别与micro-LED阵列中同一列的micro-LED单元的N极实现连接。
在本实施例中，通过在用于形成micro-LED阵列的半导体材料层两侧，分别制备得到与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接的第一电极层，以及与micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元连接的第二电极层，既避免了现有单片集成方案需要将金属触点对准键合的难点，也改变了巨量转移方案带来的芯片间距空隙过大和TFT背板的电流耐受问题，显著提升中型显示屏(1英寸～8英寸)的亮度，可以获得超过5000cd/m2以上的显示亮度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
获取半导体材料层；所述半导体材料层用于形成micro-LED阵列，包括依次设置的第一类型半导体、第二类型半导体以及第一衬底；
在所述半导体材料层制备与所述第一类型半导体接触的第一电极；
将制备完所述第一电极的半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使所述第二类型半导体无衬底覆盖；
在所述半导体材料层制备与所述第二类型半导体接触的第二电极，得到micro-LED显示矩阵；其中，所述第一电极用于连接所述micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元，为长度大于所述micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元的长度的长条形电极，所述第二电极用于连接所述micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元，为长度大于所述micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元的长度的长条形电极；超出所述micro-LED阵列中同一行/列的micro-LED单元的第一电极的长度部分、以及超出所述micro-LED阵列中同一列/行的micro-LED单元的第二电极的长度部分均用于与外部驱动单元连接，以实现所述micro-LED显示矩阵的被动驱动。
2.根据权利要求1所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述第一电极包括第一接触电极与第一增强电极，所述在所述半导体材料层制备与所述第一类型半导体接触的第一电极，包括：
在所述半导体材料层表面形成与第一类型半导体接触的第一接触电极层；
将所述第一接触电极层进行图形化刻蚀，以获得两个以上的触点电极；
对所述触点电极沉积所述第一增强电极，以使同一行/列的micro-LED单元进行串联。
3.根据权利要求2所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述第一电极还包括第一反射层，所述在所述半导体材料层制备与所述第一类型半导体接触的第一电极，还包括：
在所述第一增强电极设置所述第一反射层。
4.根据权利要求2所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述将制备完所述第一电极的半导体材料层进行第二电极制备预处理，以使所述第二类型半导体无衬底覆盖，包括：
将制备的所述第一电极与第二衬底键合，去除第一衬底。
5.根据权利要求4所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述将制备的所述第一电极与第二衬底键合，包括：
在所述第一增强电极依次形成第一绝缘层与第一键合层，在所述第二衬底依次形成第二绝缘层与第二键合层；
将所述第一键合层与所述第二键合层进行键合。
6.根据权利要求4所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述在所述半导体材料层制备与所述第二类型半导体接触的第二电极，包括：
将去除第一衬底的所述半导体材料层进行图形化刻蚀，得到所述micro-LED阵列；所述micro-LED阵列包括两个以上的micro-LED单元；
将同一列/行的micro-LED单元通过制备与所述第二类型半导体接触的所述第二电极进行串联。
7.根据权利要求6所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，在所述将去除第一衬底的所述半导体材料层进行图形化刻蚀，得到所述micro-LED阵列之后，以及在将同一列/行的micro-LED单元通过制备与所述第二类型半导体接触的所述第二电极进行串联之前，还包括：
将图形化刻蚀后的所述半导体材料层进行绝缘钝化处理。
8.根据权利要求6所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述第二电极由透明材料制成。
9.根据权利要求1所述的micro-LED显示矩阵制备方法，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极分别用于通过打线封装与所述外部驱动单元连接。
10.一种micro-LED显示矩阵，其特征在于，所述micro-LED显示矩阵根据权利要求1-9任意一项所述的方法制作得到。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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