CN114927511A - 单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro‑LED芯片及其制作方法。所述Micro‑LED芯片包括层叠设置的第一LED芯片阵列和第二LED芯片阵列，所述第一LED芯片阵列包括多个正装结构的第一LED芯片，所述第二LED芯片阵列包括多个倒装结构的第二LED芯片；设置在第一LED芯片阵列与第二LED芯片阵列之间的驱动阵列，所述驱动阵列包括多个驱动单元，所述驱动单元集成在所述Micro‑LED芯片的像素原位，并且每一第一LED芯片、每一第二LED芯片分别与相应的驱动单元电连接。本发明通过正装与倒装芯片交替排列降低了在可以减小LED芯片间距，提高显示屏的分辨率，从而使得显示效果更佳细腻。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件结构及其制作方法，例如，单片集成的多色Micro-LED显示器件结构及其制作方法。
背景技术
与薄膜晶体管(TFT)技术结合的有源矩阵液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器在当今的商业电子设备中变得越来越受欢迎。这些显示器广泛用于膝上型个人计算机、智能手机和个人数字助理。数百万像素一起在显示器上创建图像。TFT充当开关来单独地接通和关断每个像素，从而使像素变亮或变暗，这允许方便且有效地控制每个像素和整个显示器。
然而，常规的LCD显示器遭受低光效率，引起高功耗和有限的电池操作时间。有机发光二极管面临可靠性低、烧屏等问题。
Micro-LED显示利用微米尺寸(一般小于50um)无机LED器件作为发光像素，来实现主动发光矩阵式显示。从显示技术原理来讲，Micro-LED与有机发光二极管(OLED)、量子点发光二极管(QLED)都属于主动发光式显示技术。但与OLED、QLED显示技术不同，Micro-LED显示发光性能优异、寿命长，其产业化所面临的主要是集成工艺及其相关材料的问题。
然而，数千甚至数百万个微型LED与像素驱动器电路阵列的集成非常具有挑战性。已经提出了各种制作方法。其中一个方法提出，在一个衬底上制造控制电路，并且在分离的衬底上制造LED。将LED转移到中间衬底上并且移除原始衬底。然后拾取中间衬底上的LED，并且利用控制电路将LED一次一个或一次几个地放置在衬底上。然而，该制造工艺效率低且成本高。另外，还不存在用于大规模转移微型LED的现有制造工具。本发明涉及半导体器件结构及其制作方法，为解决上述问题提供解决思路。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片及其制作方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片，包括：
层叠设置的第一LED芯片阵列和第二LED芯片阵列，所述第一LED芯片阵列包括多个正装结构的第一LED芯片，所述第二LED芯片阵列包括多个倒装结构的第二LED芯片；
设置在第一LED芯片阵列与第二LED芯片阵列之间的驱动阵列，所述驱动阵列包括多个驱动单元，所述驱动单元集成在所述Micro-LED芯片的像素原位，并且每一第一LED芯片、每一第二LED芯片分别与相应的驱动单元电连接。
本发明实施例还提供了所述的单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片的制作方法，包括制作第一LED芯片阵列的步骤和制作第二LED芯片阵列的步骤；以及，所述制作方法还包括：
在第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第一绝缘层，并在第一绝缘层上设置多个第一窗口，用于使每一第一LED芯片的两个电极露出；
在第一绝缘层上设置驱动阵列，所述驱动阵列包括多个第一驱动单元和多个第二驱动单元，并使每一第一LED芯片的一个电极与相应一第一驱动单元的一个电极电连接；
在驱动阵列远离第一绝缘层的一侧表面上形成第二绝缘层，并在第二绝缘层上设置多个第二窗口，以至少使多个第二驱动单元的一个电极露出；
将第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面与第二绝缘层贴合，并使每一第二LED芯片的一个电极与相应一第二驱动单元的一个电极电连接。
本发明实施例还提供了所述的单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片的制作方法，包括制作第一LED芯片阵列的步骤和制作第二LED芯片阵列的步骤；以及，所述制作方法还包括：
在第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第一绝缘层，并在第一绝缘层上设置多个第一窗口，用于使每一第一LED芯片的两个电极露出；
在第一绝缘层上设置驱动阵列，所述驱动阵列包括多个第一驱动单元和多个第二驱动单元，并使每一第一LED芯片的一个电极与相应一第一驱动单元的一个电极电连接；
在第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第二绝缘层，并在第二绝缘层上设置多个第二窗口，用于使每一第二LED芯片的两个电极露出；
将驱动阵列远离第一绝缘层的一个表面与第二绝缘层贴合，并使每一第二LED芯片的一个电极与相应一第二驱动单元的一个电极电连接。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片，通过正装与倒装芯片交替排列，降低了LED芯片的间距，提高了显示屏的分辨率，使从而使得显示效果更加细腻，同时，本发明实施例提供的一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片，针对不同发光材料采用原始衬底并引入量子点实现波长转换，避免了衬底失配引起的应力问题，提高了产品的可靠性，为降低在制造LED显示屏模块时进行巨量转移的技术难度提供解决思路。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种本发明实施例提供的一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED器件的剖面图；
图2是沿图1中的虚线形成的截面结构的俯视图；
图3是沿图1中的虚线形成的截面结构的仰视图；
图4是本发明实施例2的一种本发明实施例提供的一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED器件的剖面图；
图5是沿图4中的虚线形成的截面结构的俯视图；
图6是沿图4中的虚线形成的截面结构的仰视图；
图7是本发明实施例3的一种本发明实施例提供的一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED器件剖面图；
图8是沿图7中的虚线形成的截面结构的俯视图；
图9是沿图7中的虚线形成的截面结构的仰视图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研亢和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
micro-LED目前面临的挑战即为三色LED的巨量转移问题，本发明采用正装与倒装芯片交替排列的方案，可有效降低转移时可能产生的难以对准、良率等问题，以及，MicroLED的单个尺寸较小，利用倒装形式时可能存在精度问题，而利用量子点的波长转换功能，可以调试发光波长。
现有技术中公开的包含叠层设置的薄膜晶体管阵列和发光LED阵列的显示模块的技术方案中，为了实现三色显示，常采用的方案是将蓝绿光三色LED依次堆叠，所述第一LED堆叠件产生的光透过所述第二LED堆叠件和所述第三LED堆叠件而向外部发出，而蓝绿光的发光材料在非发光波段存在光吸收的现象，如绿光LED将会吸收蓝光，本发明实施例通过将正装与倒装芯片交替排列并与晶体管薄膜阵列配合，同时配合波长转换的方法，可以减少光吸收现象，从而实现三色显示。
现有技术中的堆叠方案还可能存在因材料不同而导致的应力失配问题，而本发明通过正装与倒装芯片交替排列，可以从该角度上可提升产品的可靠性，另外，叠层LED的器件中的控制电路一般采用一层LED、一层控制电路的做法，而本发明利用薄膜晶体管驱动放在两个叠层的LED阵列之间，同时控制两层LED阵列的发光，降低了工艺成本，同时，相较于其他的多叠层设置的LED，本发明所采用的正装、倒装交替排列设置的LED，从侧面看，可以避免不同发光有源区的有源层错开，这是因为本发明中的有源层更加接近；还有一些现有技术多采用过孔工艺等，而本发明所采用的倒装工艺更为简单，可以节约工艺成本。
本发明实施例提供了一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片，包括：
层叠设置的第一LED芯片阵列和第二LED芯片阵列，所述第一LED芯片阵列包括多个正装结构的第一LED芯片，所述第二LED芯片阵列包括多个倒装结构的第二LED芯片；
设置在第一LED芯片阵列与第二LED芯片阵列之间的驱动阵列，所述驱动阵列包括多个驱动单元，所述驱动单元集成在所述Micro-LED芯片的像素原位，并且每一第一LED芯片、每一第二LED芯片分别与相应的驱动单元电连接。
在一具体的实施例中，所述驱动阵列包括薄膜晶体管阵列，每一驱动单元包括至少一个薄膜晶体管。
在一具体的实施例中，所述的Micro-LED芯片还包括：
第一绝缘层，设置在薄膜晶体管阵列与第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面之间，
第二绝缘层，设置在薄膜晶体管阵列与第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面之间；
所述薄膜晶体管阵列包括：
与第一LED芯片阵列配合的多个第一薄膜晶体管，
与第二LED芯片阵列配合的多个第二薄膜晶体管；
所述第一绝缘层上开设有多个第一窗口，每一第一LED芯片的一个电极通过一第一窗口与相应的一第一薄膜晶体管的一个电极电连接；
所述第二绝缘层上开设有多个第二窗口，每一第二LED芯片的一个电极通过一第二窗口与相应的一第二薄膜晶体管的一个电极电连接。
在一具体的实施例中，所述的薄膜晶体管的材料可以为MoS2、碳纳米管、IGZO或其他薄膜晶体管材料，生长所述的第一LED芯片阵列和第二LED芯片阵列的衬底可以为蓝宝石、碳化硅或其他三五族化合物衬底等。
在一具体的实施例中，每一第一LED芯片的另一电极与相应一第二LED芯片的另一电极电连接。
在一具体的实施例中，每一第一LED芯片的两个电极均从相应第一窗口处露出。
在一具体的实施例中，每一第二LED芯片的两个电极均从相应第二窗口处露出。
在一具体的实施例中，所述第一绝缘层覆盖于第一LED芯片阵列分布有电极的一侧表面或薄膜晶体管阵列的第一面，所述第二绝缘层覆盖于第二LED芯片阵列分布有电极的一侧表面或薄膜晶体管阵列的第二面，所述第二面与第一面相背设置。
在一具体的实施例中，每一第一LED芯片的P电极从相应的第一窗口中透过并与对应第一薄膜晶体管的漏极电连接；以及
每一第二LED芯片的P电极从相应的第二窗口中透过并与对应第二薄膜晶体管的漏极电连接，或者，每一第二薄膜晶体管的漏极从相应的第二窗口中透过并与对应第二LED芯片的P电极电连接。
在一具体的实施例中，所述薄膜晶体管阵列中位于同一行的多个薄膜晶体管的栅电极还与相应地一栅电极控制线连接，位于同一列的多个薄膜晶体管的源电极还与相应地一源电极控制线连接。
在一具体的实施例中，所述第一LED芯片与第二LED芯片的出光方向相同。
在一具体的实施例中，所述第一LED芯片阵列还包括覆盖在所述第一LED芯片出光面上的第一波长转换层，所述第二LED芯片阵列还包括覆盖在所述第二LED芯片出光面上的第二波长转换层。
在一具体的实施例中，所述第一波长转换层和第二波长转换层均可以是量子点材料层，例如，所述量子点材料层能够将蓝光转换成红光。
在一具体的实施例中，所述第一LED芯片和第二LED芯片可以分别为不同材料体系的LED芯片，所述第一LED芯片和第二LED芯片的材料体系均可以为GaN、InGaN、GaP、GaAsP、GaAs、GaAsInP、GaAlAs其中一种，例如，所述第一LED芯片可以为GaN基的蓝光LED芯片，所述第二LED芯片为InGaN基绿光LED芯片，所述量子点材料层可以是CdSe/CdTe量子点薄膜等。
本发明实施例还提供了所述的单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片的制作方法，包括制作第一LED芯片阵列的步骤和制作第二LED芯片阵列的步骤；以及，所述制作方法还包括：
在第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第一绝缘层，并在第一绝缘层上设置多个第一窗口，用于使每一第一LED芯片的两个电极露出；
在第一绝缘层上设置驱动阵列，所述驱动阵列包括多个第一驱动单元和多个第二驱动单元，并使每一第一LED芯片的一个电极与相应一第一驱动单元的一个电极电连接；
在驱动阵列远离第一绝缘层的一侧表面上形成第二绝缘层，并在第二绝缘层上设置多个第二窗口，以至少使多个第二驱动单元的一个电极露出；
将第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面与第二绝缘层贴合，并使每一第二LED芯片的一个电极与相应一第二驱动单元的一个电极电连接。
本发明实施例还提供了所述的单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片的制作方法，包括制作第一LED芯片阵列的步骤和制作第二LED芯片阵列的步骤；以及，所述制作方法还包括：
在第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第一绝缘层，并在第一绝缘层上设置多个第一窗口，用于使每一第一LED芯片的两个电极露出；
在第一绝缘层上设置驱动阵列，所述驱动阵列包括多个第一驱动单元和多个第二驱动单元，并使每一第一LED芯片的一个电极与相应一第一驱动单元的一个电极电连接；
在第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第二绝缘层，并在第二绝缘层上设置多个第二窗口，用于使每一第二LED芯片的两个电极露出；
将驱动阵列远离第一绝缘层的一个表面与第二绝缘层贴合，并使每一第二LED芯片的一个电极与相应一第二驱动单元的一个电极电连接。
如下将结合附图和具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例中所采用的半导体制备工艺和设备均可以本领域技术人呢员已知的，其中所涉及的具体的工艺参数等不作具体的限定，其中的第一、第二等仅用于区别其中的部分结构，而非用于限定该器件的结构。
实施例1
请同时参阅图1、图2和图3，其中，图1是本发明一典型实施案例中提供的一种Micro-LED器件的结构示意图，图2是沿图1中的虚线位置的截面结构的俯视图，图3是沿图1中的虚线位置的截面结构的仰视图，一种Micro-LED器件，包括第一基板1，设置在第一基板上的第一LED芯片阵列2，第二基板3，设置在第二基板3上的第二LED芯片阵列4，以及，设置在第一LED芯片阵列2和第二LED芯片阵列4之间的薄膜晶体管阵列5(即前述的驱动阵列，下同)，所述薄膜晶体管阵列包括第一部分薄膜晶体管(即前述的第一薄膜晶体管，下同)和第二部分薄膜晶体管(即前述的第二薄膜晶体管，下同)，其中，所述第一部分薄膜晶体管和第一LED芯片阵列2连接并用于控制第一LED芯片阵列的LED，所述第二部分薄膜晶体管和第二LED芯片阵列4连接并用于控制第二LED芯片阵列的LED。
在本实施例中，所述第一LED芯片阵列为正装结构的LED芯片，其出光方向为具有电极一侧出光，所述第二LED芯片阵列为倒装结构的LED芯片，其出光方向为该第二LED芯片阵列的外延衬底一侧(即与电极背对的一侧)。
在本实施例中，所述第一LED芯片阵列2包括多个第一LED芯片、覆盖在第一LED芯片的第一表面的第一P电极22、第一绝缘层23、第一N电极24以及设置在第一N电极24和第一绝缘层23表面的第一金属焊垫25，所述第一金属焊垫25与第一N电极24电连接。
在本实施例中，所述第二芯片阵列4包括多个第二LED芯片、覆盖在第二LED芯片的第二表面的第二P电极42、第二绝缘层43、第二N电极44以及设置在第二N电极44和第二绝缘层43表面的第二金属焊垫45。
在本实施例中，所述薄膜晶体管阵列包括第一部分薄膜晶体管、第二部分薄膜晶体管以及栅控制线53与源控制线54，所述第一部分薄膜晶体管包括第一栅电极511、第一源电极512、第一漏电极513、第一栅绝缘层514、第一有源区515、连接所述第一漏电极513与第一P电极22的连接金属516，所述第二部分薄膜晶体管包括第二栅电极521、第二源电极522、第二漏电极523、第二栅绝缘层524、第二有源区525，其中，所述第一部分薄膜晶体管和第二部分薄膜晶体管间隔排布。
在本实施例中，所述第一LED芯片阵列的第一绝缘层23上的第一金属焊垫25与所述第二LED芯片阵列的第二绝缘层43上的第二金属焊垫45通过第一凸点焊球46连接；所述第一LED芯片阵列的第一P电极22与第一部分薄膜晶体管中的第一漏电极513通过连接金属516一一对应连接；所述第二LED芯片阵列的第二P电极42与第二部分薄膜晶体管中的第二漏电极523通过第二凸点焊球连接。
在本实施例中，所述薄膜晶体管阵列中的栅电极通过栅控制线53控制，每行栅控制线53与该行的薄膜晶体管阵列中的所有栅电极相连，并在栅控制线53尾端通过外接焊垫531接入外部控制电源，所述薄膜晶体管阵列中的所有源电极通过源控制线54控制，每列源控制线54与该列的薄膜晶体管阵列中的所有源电极相连，并在源控制线尾端通过外接焊垫541接入外部控制电源，其中，外接焊垫251设置在第一绝缘层23上的第一金属焊垫213上，该LED器件通过该外接焊垫251接入外部驱动电源。
在本实施例中，所述第一LED芯片阵列为蓝光LED芯片，所述第二LED芯片阵列为红光LED芯片。
在本实施例中，所述第一P电极和第二P电极均可以是透明电极，所述连接金属、第一凸点焊球、第二凸点焊球、第一金属焊垫、第二金属焊垫、外接焊垫、有源区、源电极、漏电极和栅电极等均可以是本领域技术人员已知的，其具体的结构、材质、尺寸等均可以根据具体情况进行调整，在此不做具体的限定。
以下详细说明本发明实施例1的Micro-LED器件的制作方法，具体包括如下步骤：
(1)在蓝宝石基板上制作第一LED芯片阵列，并在第一LED芯片阵列上形成第一绝缘层23、第一金属焊垫25、外接焊垫251以及薄膜晶体管阵列；
步骤S1：通过光刻、刻蚀等工艺，将外延结构层加工形成第一LED芯片阵列；
步骤S2：采用溅射配合光刻及腐蚀工艺在第一LED芯片阵列的P极表面(即前述第一表面，下同)制备第一P电极22和第一N电极24；该第一P电极22的材质可以为氧化铟锡(ITO)等，所述第一N电极24的材质可以为钛、铝、镍、金等的金属组合或是其他；
步骤S3：通过使用化学气相沉积管式炉等设备，以在高温条件下生长的高温二氧化硅层形成第一绝缘层23，然后再通过光刻及腐蚀工艺将第一绝缘层23制作成预设的图形，以至少暴露所述第一P电极22、第一N电极24的局部；
步骤S4：在第一绝缘层23上通过溅射配合光刻腐蚀工艺生长背栅电极511、521(即前述第一栅电极511、第二栅电极521)和栅控制线53，在背栅电极上对应生长一层栅绝缘层514、524(即前述第一栅绝缘层514、第二栅绝缘层524，下同)，并通过转移的方法将二硫化钼作为有源区转移至与背栅电极(即前述栅电极或第一、第二栅电极、下同)511、521对应的相应位置，最后通过溅射、光刻蚀的方式生长与有源区配合的源、漏电极，并用连接金属516将第一LED芯片阵列的第一P电极与第一部分薄膜晶体管的漏电极相连，以及，以源控制线54将位于同一列的薄膜晶体管阵列的源电极进行连接，以栅控制线53经位于同一行的薄膜晶体管阵列的栅电极进行连接；
步骤S5：以溅射配合光刻以及剥离工艺，在第一N电极24及部分第一绝缘层23的上面形成第一金属焊垫213，该第一金属焊垫213的材质可以为铝或其他金属；
步骤S6：以电子束蒸发配合光刻及剥离工艺，同时在第一金属焊垫25上制备出外接焊垫251，在栅控制线、源控制线末端制备出外接焊垫531、541；
(2)在蓝宝石基板2上制作第二LED芯片阵列，并在第二LED芯片阵列的P极表面(即前述第二表面)上形成第二绝缘层43、第二金属焊垫45、凸点焊球：
步骤S1：通过光刻、刻蚀等工艺，将外延结构层加工形成第二LED芯片阵列；
步骤S2：采用溅射配合光刻及腐蚀工艺在第二LED芯片阵列的P极表面制备第二P电极42和第二N电极44，该第二P电极42的材质可以为氧化铟锡(ITO)等，第二N电极44的材料可以为钛、铝、镍、金，或是其他；
步骤S3：通过使用化学气相沉积管式炉等设备，以在高温条件下生长的高温二氧化硅层形成第二绝缘层43，然后再通过光刻及腐蚀工艺将第二绝缘层43制作成预设的图形，以至少暴露所述第二P电极42、第二N电极44的局部；
步骤S4：以溅射配合光刻以及剥离工艺，在第二N电极44及部分第二绝缘层43的上面形成第二金属焊垫45，该第二金属焊垫45的材质可以为铝或其他金属；
步骤S5：通过光刻及电镀等工艺在第二金属焊垫45和第二P电极42的上表面凸点焊球，
(3)将第二LED芯片阵列倒装连接在第一LED芯片阵列上，使第一金属焊垫25与第二金属焊垫45、薄膜晶体管阵列的第二部分薄膜晶体管的漏电极与经凸点焊球连接，使该倒装连接可以是采用加压加热后再加超声的邦定键合等方法实现。
实施例2：
本实施例中的一种Micro-LED器件的结构与实施例1中的器件结构基本相同，本实施例中的第一LED芯片阵列为蓝光LED芯片，该第二LED芯片阵列为绿光LED芯片，本实施例与实施例1的不同之处在于：在部分蓝光LED的P电极上沉积有量子点材料层26，所述量子点材料层26可实现波长转换，从而使该区域发出红光，进而得到发三色光(红、绿、蓝)的LED器件。
一种Micro-LED器件的制作方法，具体包括如下步骤：
(1)在蓝宝石基板1上制作第一LED芯片阵列，并在该第一LED芯片阵列上形成第一绝缘层23、第一金属焊垫25、外接焊垫251以及薄膜晶体管阵列；
步骤S1：通过光刻、刻蚀等工艺，将外延结构层加工形成第一LED芯片阵列；
步骤S2：在第一LED芯片阵列的P极表面(即前述第一表面，下同)制备第一P电极22和第一N电极24，以及，通过在第一LED芯片阵列的第一P电极22上沉积彩色转换的CdSe/CdTe量子点材料层26，所述CdSe/CdTe量子点材料层26可以实现发射波长转换，所述CdSe/CdTe量子点材料层26覆盖所述第一P电极22的部分；
制备第一P电极22、第一N电极24的方法可以为溅射配合光刻及腐蚀工艺等，该第一P电极22的材质可以为氧化铟锡(ITO)等，所述第一N电极24的材质可以为钛、铝、镍、金等的金属组合或是其他；。
步骤S3：通过使用化学气相沉积管式炉等设备，以在高温条件下生长的高温二氧化硅层形成第一绝缘层23，然后再通过光刻及腐蚀工艺将第一绝缘层23制作成预设的图形，以至少暴露所述第一P电极22、第一N电极24、CdSe/CdTe量子点材料层26的局部；
步骤S4：通过溅射配合光刻腐蚀等工艺在第一绝缘层23上生长背栅电极511、521和栅控制线53，在背栅电极上对应生长一层栅绝缘层514、524，并通过转移的方法将二硫化钼作为有源区转移至与背栅电极511、521相应的位置，最后通过溅射、光刻蚀的方式，生长与有源区配合的源、漏电极，并用连接金属516将第一LED芯片阵列的第一P电极与第一部分薄膜晶体管的漏电极相连，以及，以源控制线54将位于同一列的薄膜晶体管阵列的源电极进行连接，以栅控制线53经位于同一行的薄膜晶体管阵列的栅电极进行连接；
步骤S5：以溅射配合光刻以及剥离工艺，在第一N电极24及部分第一绝缘层23的上面形成第一金属焊垫213，该第一金属焊垫213的材质为铝或其他金属；
步骤S6：以电子束蒸发配合光刻及剥离工艺，同时在第一金属焊垫25上制备出外接焊垫251，在栅控制线、源控制线末端制备出外接焊垫531、541；
(2)在蓝宝石基板上制作第二LED芯片阵列，并在该第二LED芯片阵列的P极表面(即前述第二表面)上形成第二绝缘层43、第二金属焊垫45、凸点焊球：
步骤S1：通过光刻、刻蚀等工艺，将外延结构层加工形成第二LED芯片阵列；
步骤S2：采用溅射配合光刻及腐蚀工艺在第二LED芯片阵列的P极表面制备第二P电极42和第二N电极44，该第二P电极42的材质可以为氧化铟锡(ITO)等，第二N电极44的材料可以为钛、铝、镍、金，或是其他；
步骤S3：通过使用化学气相沉积管式炉等设备，以在高温条件下生长的高温二氧化硅层形成第二绝缘层43，然后再通过光刻及腐蚀工艺将第二绝缘层43制作成预设的图形，以至少暴露所述第二P电极42、第二N电极44的局部；
步骤S4：以溅射配合光刻以及剥离工艺，在第二N电极44及部分第二绝缘层43的上面形成第二金属焊垫45，该第二金属焊垫45的材质可以为铝或其他金属；
步骤S5：通过光刻及电镀等工艺在第二金属焊垫45和第二P电极42的上表面凸点焊球；
(3)将第二LED芯片阵列倒装连接在第一LED芯片阵列上，使第一金属焊垫25与第二金属焊垫45、薄膜晶体管阵列的第二部分薄膜晶体管的漏电极与经凸点焊球连接，使该倒装连接可以是采用加压加热后再加超声的邦定键合等方法实现。
实施例3：
请参阅图7-图9，本实施例中的一种Micro-LED器件的结构与实施例1中的器件结构基本相同，该第一LED芯片阵列为蓝光LED芯片，该第二LED芯片阵列为绿光LED芯片，本实施例中的第二LED芯片阵列朝向第一LED芯片阵列的一侧表面还设置量子点材料层26，所述量子点材料层26可实现波长转换，从而使该LED器件发三色光。
一种Micro-LED器件的制作方法，具体包括如下步骤：
(1)在蓝宝石基板上制作第一LED芯片阵列，并在该第一LED芯片阵列上形成第一绝缘层、第一金属焊垫25、外接焊垫251以及薄膜晶体管阵列；
步骤S1：通过光刻、刻蚀等工艺，将外延结构层加工形成第一LED芯片阵列；
步骤S2：采用溅射配合光刻及腐蚀等工艺在第一LED芯片阵列的P极表面(即前述第一表面，下同)制备第一P电极22和第一N电极24；该第一P电极22的材质可以为氧化铟锡(ITO)等，所述第一N电极24的材质可以为钛、铝、镍、金等的金属组合或是其他；
步骤S3：通过使用化学气相沉积管式炉等设备，以在高温条件下生长的高温二氧化硅层形成第一绝缘层23，然后再通过光刻及腐蚀工艺将第一绝缘层23制作成预设的图形，以至少暴露所述第一P电极22、第一N电极24的局部；
步骤S4：通过溅射配合光刻腐蚀等工艺在第一绝缘层23上生长背栅电极511、521(即前述第一栅电极511、第二栅电极521)和栅控制线53，在背栅电极上对应生长一层栅绝缘层514、524(即前述第一栅绝缘层514、第二栅绝缘层524)，并通过转移的方法将二硫化钼作为有源区转移至与背栅电极511、521对应的相应位置，最后通过溅射、光刻蚀的方式生长与有源区配合的源、漏电极，并用金属将第一LED芯片阵列的第一P电极与第一部分薄膜晶体管的漏电极相连，以及，以源控制线54将位于同一列的薄膜晶体管阵列的源电极进行连接，以栅控制线53经位于同一行的薄膜晶体管阵列的栅电极进行连接；
步骤S5：以溅射配合光刻以及剥离工艺，在第一N电极24及部分第一绝缘层23的上面形成第一金属焊垫213，该第一金属焊垫213的材质可以为铝或其他金属；
步骤S6：以电子束蒸发配合光刻及剥离工艺，同时在第一金属焊垫25上制备出外接焊垫251，在栅控制线、源控制线末端制备出外接焊垫531、541；
(2)在蓝宝石基板2上制作第二LED芯片阵列，并在第二LED芯片阵列上形成的P极表面(即前述第二表面)上形成第二绝缘层43、第二金属焊垫45、凸点焊球和量子点材料层26：
步骤S1：通过光刻、刻蚀等工艺，将外延结构层加工形成第二LED芯片阵列；
步骤S2：采用溅射配合光刻及腐蚀等工艺在第二LED芯片阵列的P极表面制备第二P电极42和第二N电极44，该第二P电极42的材质可以为氧化铟锡(ITO)等，第二N电极44的材料可以为钛、铝、镍、金，或是其他；
步骤S3：通过使用化学气相沉积管式炉等设备，以在高温条件下生长的高温二氧化硅层形成第二绝缘层43，然后再通过光刻及腐蚀工艺将第二绝缘层43制作成预设的图形，以至少暴露所述第二P电极42、第二N电极44的局部；以及，在第二绝缘层43的选定位置上沉积形成彩色转换CdSe/CdTe量子点材料层26，使得倒装后的第一LED芯片阵列的部分LED实现发射波长转换；
步骤S4：以溅射配合光刻以及剥离工艺，在第二N电极44及部分第二绝缘层43的上面形成第二金属焊垫45，该第二金属焊垫45的材质可以为铝或其他金属；
步骤S5：通过光刻及电镀等工艺在第二金属焊垫45和第二P电极42的上表面凸点焊球，
(3)将第二LED芯片阵列倒装连接在第一LED芯片阵列上，使第一金属焊垫25与第二金属焊垫45、薄膜晶体管阵列的第二部分薄膜晶体管的漏电极与经凸点焊球连接，使该倒装连接可以是采用加压加热后再加超声的邦定键合等方法实现。
需要说明的是，以上实施例仅是示例性的，其主要用于解释和说明本发明实施例中的一种Micro-LED器件的结构和制备工艺，应理解的，本发明中的第一绝缘层、第二绝缘层以及薄膜晶体管等当然还可以采用本领域技术人员已知的其他方式进行制作，在此不再一一赘述。
本发明实施例提供的一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片，通过正装与倒装芯片交替排列，降低了LED芯片的间距，提高了显示屏的分辨率，使从而使得显示效果更加细腻，同时，本发明实施例提供的一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片，针对不同发光材料采用原始衬底并引入量子点实现波长转换，避免了衬底失配引起的应力问题，提高了产品的可靠性，为降低在制造LED显示屏模块时进行巨量转移的技术难度提供解决思路。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片，其特征在于，包括：
层叠设置的第一LED芯片阵列和第二LED芯片阵列，所述第一LED芯片阵列包括多个正装结构的第一LED芯片，所述第二LED芯片阵列包括多个倒装结构的第二LED芯片；
设置在第一LED芯片阵列与第二LED芯片阵列之间的驱动阵列，所述驱动阵列包括多个驱动单元，所述驱动单元集成在所述Micro-LED芯片的像素原位，并且每一第一LED芯片、每一第二LED芯片分别与相应的驱动单元电连接。
2.根据权利要求1所述的Micro-LED芯片，其特征在于：所述驱动阵列包括薄膜晶体管阵列，每一驱动单元包括至少一个薄膜晶体管。
3.根据权利要求2所述的Micro-LED芯片，其特征在于，还包括：
第一绝缘层，设置在薄膜晶体管阵列与第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面之间，
第二绝缘层，设置在薄膜晶体管阵列与第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面之间；
所述薄膜晶体管阵列包括：
与第一LED芯片阵列配合的多个第一薄膜晶体管，
与第二LED芯片阵列配合的多个第二薄膜晶体管；
所述第一绝缘层上开设有多个第一窗口，每一第一LED芯片的一个电极通过一第一窗口与相应的一第一薄膜晶体管的一个电极电连接；
所述第二绝缘层上开设有多个第二窗口，每一第二LED芯片的一个电极通过一第二窗口与相应的一第二薄膜晶体管的一个电极电连接。
4.根据权利要求3所述的Micro-LED芯片，其特征在于：每一第一LED芯片的另一电极与相应一第二LED芯片的另一电极电连接；和/或，每一第一LED芯片的两个电极均从相应第一窗口处露出；和/或，每一第二LED芯片的两个电极均从相应第二窗口处露出。
5.根据权利要求3所述的Micro-LED芯片，其特征在于：所述第一绝缘层覆盖于第一LED芯片阵列分布有电极的一侧表面或薄膜晶体管阵列的第一面，所述第二绝缘层覆盖于第二LED芯片阵列分布有电极的一侧表面或薄膜晶体管阵列的第二面，所述第二面与第一面相背设置。
6.根据权利要求3所述的Micro-LED芯片，其特征在于：
每一第一LED芯片的P电极从相应的第一窗口中透过并与对应第一薄膜晶体管的漏极电连接；以及
每一第二LED芯片的P电极从相应的第二窗口中透过并与对应第二薄膜晶体管的漏极电连接，或者，每一第二薄膜晶体管的漏极从相应的第二窗口中透过并与对应第二LED芯片的P电极电连接。
7.根据权利要求3所述的Micro-LED芯片，其特征在于：所述薄膜晶体管阵列中位于同一行的多个薄膜晶体管的栅电极还与相应地一栅电极控制线连接，位于同一列的多个薄膜晶体管的源电极还与相应地一源电极控制线连接。
8.根据权利要求1所述的Micro-LED芯片，其特征在于：所述第一LED芯片与第二LED芯片的出光方向相同；
和/或，所述第一LED芯片阵列还包括覆盖在所述第一LED芯片出光面上的第一波长转换层，所述第二LED芯片阵列还包括覆盖在所述第二LED芯片出光面上的第二波长转换层。
9.如权利要求1-8中任一项所述的单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片的制作方法，包括制作第一LED芯片阵列的步骤和制作第二LED芯片阵列的步骤；其特征在于，所述制作方法还包括：
在第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第一绝缘层，并在第一绝缘层上设置多个第一窗口，用于使每一第一LED芯片的两个电极露出；
在第一绝缘层上设置驱动阵列，所述驱动阵列包括多个第一驱动单元和多个第二驱动单元，并使每一第一LED芯片的一个电极与相应一第一驱动单元的一个电极电连接；
在驱动阵列远离第一绝缘层的一侧表面上形成第二绝缘层，并在第二绝缘层上设置多个第二窗口，以至少使多个第二驱动单元的一个电极露出；
将第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面与第二绝缘层贴合，并使每一第二LED芯片的一个电极与相应一第二驱动单元的一个电极电连接。
10.如权利要求1-8中任一项所述的单片集成大面积多色高分辨显示的Micro-LED芯片的制作方法，包括制作第一LED芯片阵列的步骤和制作第二LED芯片阵列的步骤；其特征在于，所述制作方法还包括：
在第一LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第一绝缘层，并在第一绝缘层上设置多个第一窗口，用于使每一第一LED芯片的两个电极露出；
在第一绝缘层上设置驱动阵列，所述驱动阵列包括多个第一驱动单元和多个第二驱动单元，并使每一第一LED芯片的一个电极与相应一第一驱动单元的一个电极电连接；
在第二LED芯片阵列具有电极的一侧表面上形成第二绝缘层，并在第二绝缘层上设置多个第二窗口，用于使每一第二LED芯片的两个电极露出；
将驱动阵列远离第一绝缘层的一个表面与第二绝缘层贴合，并使每一第二LED芯片的一个电极与相应一第二驱动单元的一个电极电连接。
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