CN116598401A - 一种显示灯板、led芯片及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片的加工方法，包括以下步骤：制备下衬底层；制备上倒装层；将下衬底层和上倒装层键合加工形成加工初胚；去除加工初胚上的临时衬底层和截止层；将N极金属层和P极金属层布置在加工初胚上；对加工初胚进行切割处理，以形成若干个单体的LED芯片，通过在三氧化二铝层底面上蒸镀设置黑色薄膜层，可以降低三氧化二铝层底面的通透反光，通过牺牲部分的出光亮度，从而可以降低像素颗粒感，解决了三氧化二铝衬底的高透光性导致出光观感较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片制造技术领域，具体涉及一种显示灯板、LED芯片及其加工方法。
背景技术
Mini&Micro LED芯片是实现电光转换功能的半导体器件，由外延片经过半导体芯片制程加工而成。其外延制程则是将金属有机化合物输送至适当温度的异质或同质衬底上，通过化学反应生长出特定光电性质的半导体薄膜材料。
目前Mini&Micro LED芯片，业界也普遍达成共识是红绿蓝LED芯片均采用倒装结构的芯片。采用Mini&Micro LED芯片的微间距显示屏是目前LED显示屏中的高端产品，具有自发光、低功耗、高亮度、高刷新、超高解析度和色彩饱和度等优点，且还具有响应快速、长寿命和无缝拼接等优良特性。
传统Mini&Micro LED芯片制造中，通常采用蓝宝石(三氧化二铝)作为衬底，透明的衬底使得LED芯片发光具有高亮度性能，且芯片表面无遮挡，现有技术中，显示灯板采用传统Mini&Micro LED芯片使用时，如图20所示，导致显示灯板使用时可以明显观察到像素点颗粒感，影响用户体验感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片的加工方法，用于解决现有技术中三氧化二铝衬底的高透光性导致出光观感较差的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种LED芯片的加工方法，包括以下步骤：
制备下衬底层，所述下衬底层由黑色薄膜层、三氧化二铝层和二氧化硅层一自下至上依次层叠组成；
制备上倒装层，所述上倒装层由临时衬底层、截止层、GaAs接触层、外延层和二氧化硅层二自下至上依次层叠组成；
将下衬底层和上倒装层键合加工形成加工初胚；
去除所述加工初胚上的所述临时衬底层和所述截止层；
将N极金属层和P极金属层布置在所述加工初胚上，所述N极金属层沉积在所述外延层上，所述P极金属层沉积在所述GaAs接触层上，且所述N极金属层和所述P极金属层通过沉积金属层包裹连接；
对所述加工初胚进行切割处理，以形成若干个单体的LED芯片。
作为本发明进一步的方案：制备所述下衬底层时，所述黑色薄膜层采用黑色金属靶材在所述三氧化二铝层底面上蒸镀形成。
作为本发明进一步的方案：制备所述上倒装层时，所述截止层、所述GaAs接触层、所述外延层和所述二氧化硅层二层叠组成所述临时衬底层加工表面的外延结构。
作为本发明进一步的方案：所述下衬底层和所述上倒装层键合加工时，所述二氧化硅层一和所述二氧化硅层二键合连接成透光层。
一种LED芯片，采用上述的LED芯片的加工方法制得，包括：
下衬底层，所述下衬底层由黑色薄膜层、三氧化二铝层和二氧化硅层一自下至上依次层叠组成；
外延层，所述外延层底面设置有二氧化硅层二，且通过所述二氧化硅层二将所述外延层键合连接在所述下衬底层上；
N极金属层和P极金属层，所述N极金属层和所述P极金属层间隔设置在所述外延层顶面处，且所述N极金属层沉积在所述外延层上，所述P极金属层沉积在GaAs接触层上，所述GaAs接触层层叠设置在所述外延层的顶面上；
其中，所述N极金属层和所述P极金属层通过沉积金属层导通连接。
作为本发明进一步的方案：所述P极金属层的外侧面凸出于所述N极金属层的外侧面。
作为本发明进一步的方案：所述黑色薄膜层采用黑色金属靶材制得。
作为本发明进一步的方案：所述外延层为GaN发光层。
一种显示灯板，包括基板和固定于所述基板的多个显示单元，每个所述显示单元包括多个LED芯片，所述LED芯片为上述的LED芯片的加工方法制得的LED芯片。
本发明的有益效果：
(1)本发明LED芯片的加工方法，通过将上倒装层和下衬底层键合加工成加工初胚，便于倒装制得LED芯片，N极金属层和P极金属层通电后，外延层可以发出蓝光或红光或绿光，GaAs接触层可以吸收外延层发生的颜色光，由于二氧化硅层二和二氧化硅层一在外延层的侧面底面形成透光层，进而将发生的颜色光透射至蓝宝石(三氧化二铝层)上，通过在三氧化二铝层底面上蒸镀设置黑色薄膜层，可以降低三氧化二铝层底面的通透反光，通过牺牲部分的出光亮度，从而可以降低像素颗粒感，解决了三氧化二铝衬底的高透光性导致出光观感较差的问题；
(2)本发明LED芯片，包括下衬底层、外延层、N极金属层和P极金属层，下衬底层由黑色薄膜层、三氧化二铝层和二氧化硅层一自下至上依次层叠组成，通过在三氧化二铝层衬底面上设置黑色薄膜层，可以降低三氧化二铝层底面的通透反光，通过牺牲部分的出光亮度，从而可以降低像素颗粒感；
(3)本发明显示灯板，包括基板和固定于基板的多个显示单元，每个显示单元包括多个LED芯片，显示灯板采用本申请的LED芯片使用时，在OM显微镜下观察，显示灯板无明显像素点颗粒感，无Mura效应，且具有更好的视觉一致性，有良好的可视角度和均匀性，具备超强显示效果，从而提升显示灯板的竞争力。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明LED芯片的结构示意图；
图2是本发明LED芯片的加工方法的上倒装层结构示意图；
图3是本发明LED芯片的加工方法的下衬底层结构示意图；
图4是本发明LED芯片的加工方法的上倒装层和下衬底层键合形成加工初胚示意图；
图5是图4中的加工初胚上剥离临时衬底和截止层状态示意图；
图6是图5中的加工初胚上设置二氧化硅层三和光刻胶层状态示意图；
图7是图6中的加工初胚N极光刻和蚀刻状态示意图；
图8是图7中的加工初胚P极光刻状态示意图；
图9是图8中的加工初胚P极蒸镀和剥离状态示意图；
图10是图9中的加工初胚N极光刻状态示意图；
图11是图10中的加工初胚N极蒸镀和剥离状态示意图；
图12是图11中的加工初胚的GaAs接触层蚀刻前状态示意图；
图13是图12中的加工初胚的GaAs接触层蚀刻后状态示意图；
图14是图13中的加工初胚沉积和曝光状态示意图；
图15是图14中的加工初胚蚀刻状态示意图；
图16是图15中的加工初胚沉积状态示意图；
图17是图16中的加工初胚光刻前状态示意图；
图18是图17中的加工初胚光刻后状态示意图；
图19是图18中的加工初胚N极和P极蒸镀和剥离示意图；
图20是现有技术中显示灯板在OM显微镜下示意图；
图21是本发明显示灯板在OM显微镜下示意图。
图中：1、下衬底层；10、三氧化二铝层；11、二氧化硅层一；12、黑色薄膜层；2、上倒装层；20、临时衬底层；21、截止层；22、GaAs接触层；23、外延层；24、二氧化硅层二；3、二氧化硅层三；4、光刻胶层；5、N极金属层；6、P极金属层；7、沉积金属层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，“多个”“若干”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明为一种LED芯片的加工方法，包括以下步骤：
(1)如图3所示，制备下衬底层1，下衬底层1由黑色薄膜层12、三氧化二铝层10和二氧化硅层一11自下至上依次层叠组成，以使黑色薄膜层12可以采用黑色金属靶材在三氧化二铝层10底面上蒸镀形成，二氧化硅层一11层作为键合透光层设置在三氧化二铝层10顶面上。
(2)如图2所示，制备上倒装层2，上倒装层2由临时衬底层20、截止层21、GaAs接触层22、外延层23和二氧化硅层二24自下至上依次层叠组成，其中，截止层21、GaAs接触层22、外延层23和二氧化硅层二24层叠组成临时衬底层20加工表面的外延结构。
(3)如图4所示，将下衬底层1和上倒装层2键合加工形成加工初胚，键合加工时，二氧化硅层一11和二氧化硅层二24键合连接成透光层，透光层起到增透镜的作用，可以增加发光层产生光线的穿透率，同时可以减少光线的反射损失，增强出光效率。
(4)如图5所示，去除加工初胚上的临时衬底层20和截止层21，临时衬底层20可以采用GaAs(砷化镓)作为红光临时基础，便于就行倒装芯片加工，截止层21可以采用AlGaInP(磷砷化镓)作为发光基础，通过剥离临时衬底层20和截止层21，便于后续在外延层23上加工形成电极。
(5)如图1所示，将N极金属层5和P极金属层6布置在加工初胚上，N极金属层5沉积在外延层23上，P极金属层6沉积在GaAs接触层22上，且N极金属层5和P极金属层6通过沉积金属层7包裹连接，N极金属层5和P极金属层6通电后，外延层23可以发出蓝光或红光或绿光，GaAs接触层22可以吸收外延层23发生的颜色光，由于二氧化硅层二24和二氧化硅层一11在外延层23的侧面底面形成透光层，进而将发生的颜色光透射至蓝宝石(三氧化二铝层10)上，通过在三氧化二铝层10底面上蒸镀设置黑色薄膜层12，可以降低三氧化二铝层10底面的通透反光，通过牺牲部分的出光亮度，从而可以降低像素颗粒感。因此，本实施例的技术方案能够解决相关技术中的三氧化二铝衬底的高透光性导致出光观感较差的问题；
(6)对加工初胚进行切割处理，以形成若干个单体的LED芯片，切割形成的若干个单体的LED芯片便于应用设置在显示灯板上，使得提升显示灯板观察质感。
上诉的将N极金属层5和P极金属层6布置在加工初胚上，具体步骤如下：
(1)加工初胚上的临时衬底层20和截止层21剥离后，如图6所示，在加工初胚顶面上采用沉积工艺设置二氧化硅层三3，并在二氧化硅层三3表面上采用涂覆工艺设置光刻胶层4。
(2)如图7所示，采用N-Mesa光刻工艺和蚀刻工艺处理加工初胚，在外延层23上形成间隔安装孔，以暴露多个外延层23的部分区域。
(3)如图8所示，采用P-pad光刻工艺，对多个外延层23的部分暴露区域就行刻蚀，以对外延层23的部分暴露区域减薄处理。
(4)如图9所示，采用P-metal蒸镀工艺，以使外延层23间隔安装孔内以及光刻胶层4上蒸镀沉积形成N极金属层5。
(5)如图10所示，采用剥离工艺和N-pad光刻工艺，剥离去除GaAs接触层22表面上的二氧化硅层三3，并在GaAs接触层22上形成间隔安装孔，以暴露多个GaAs接触层22的部分区域。
(6)如图11所示，采用N-metal蒸镀工艺，以使GaAs接触层22间隔安装孔内以及光刻胶层4上蒸镀沉积形成P极金属层6。
(7)如图12所示，采用剥离工艺，剥离去除光刻胶层4层，以暴露N极金属层5和P极金属层6。
(8)如图13所示，采用剥离工艺和GaAs蚀刻工艺，以使P极金属层6宽度与GaAs接触层22宽度蚀刻一致。
(9)如图14所示，采用Mesa曝光工艺，制作外延层23上的划片道图形。
(10)如图15所示，采用Mesa蚀刻工艺，在外延层23上间隔设置多个切割划片道，并暴露出二氧化硅层二24部分区域。
(11)如图16所示，采用ISO沉积工艺，沿外延层23表面轮廓沉积氧化硅层。
(12)如图17所示，采用ISO光刻工艺，包裹在N极金属层5和P极金属层6表面的光刻胶层4蚀刻处理，以使得N极金属层5和P极金属层6上方暴露蚀刻孔。
(13)如图18所示，采用ICP蚀刻工艺，以蚀刻去除N极金属层5和P极金属层6之间多余的光刻胶层4。
(14)如图19所示，采用蒸镀工艺，以完成N极金属层5和P极金属层6之间导通连接的沉积金属层7设置。
(15)如图1所示，采用剥离工艺和光刻工艺，去除多余的沉积金属层7和光刻胶层4，以制得LED芯片。
如图1所示，本发明还提供一种LED芯片，采用上述的LED芯片的加工方法制得，包括下衬底层1、外延层23、N极金属层5和P极金属层6，下衬底层1由黑色薄膜层12、三氧化二铝层10和二氧化硅层一11自下至上依次层叠组成，外延层23底面设置有二氧化硅层二24，且通过二氧化硅层二24将外延层23键合连接在下衬底层1上，N极金属层5和P极金属层6间隔设置在外延层23顶面处，且N极金属层5沉积在外延层23上，P极金属层6沉积在GaAs接触层22上，GaAs接触层22层叠设置在外延层23的顶面上，其中，N极金属层5和P极金属层6通过沉积金属层7导通连接。
通过在三氧化二铝层10衬底面上设置黑色薄膜层12，可以降低三氧化二铝层10底面的通透反光，通过牺牲部分的出光亮度，从而可以降低像素颗粒感。
本技术方案中，如图1所示，P极金属层6的外侧面凸出于N极金属层5的外侧面，有助于增强LED芯片的发光效果。
本技术方案中，如图1所示，黑色薄膜层12采用黑色金属靶材制得，以使LED芯片视觉一致性表现较好。
本技术方案中，如图1所示，外延层23为GaN发光层，外延层23可以发出蓝光或红光或绿光。
本发明还提供了一种显示灯板，包括基板和固定于基板的多个显示单元，每个显示单元包括多个LED芯片，LED芯片为上述的LED芯片的加工方法制得的LED芯片，如图21所示，显示灯板采用本申请的LED芯片使用时，在OM显微镜下观察，显示灯板无明显像素点颗粒感，无Mura效应，且具有更好的视觉一致性，有良好的可视角度和均匀性，具备超强显示效果，从而提升显示灯板的竞争力。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种LED芯片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备下衬底层(1)，所述下衬底层(1)由黑色薄膜层(12)、三氧化二铝层(10)和二氧化硅层一(11)自下至上依次层叠组成；
制备上倒装层(2)，所述上倒装层(2)由临时衬底层(20)、截止层(21)、GaAs接触层(22)、外延层(23)和二氧化硅层二(24)自下至上依次层叠组成；
将下衬底层(1)和上倒装层(2)键合加工形成加工初胚；
去除所述加工初胚上的所述临时衬底层(20)和所述截止层(21)；
将N极金属层(5)和P极金属层(6)布置在所述加工初胚上，所述N极金属层(5)沉积在所述外延层(23)上，所述P极金属层(6)沉积在所述GaAs接触层(22)上，且所述N极金属层(5)和所述P极金属层(6)通过沉积金属层(7)包裹连接；
对所述加工初胚进行切割处理，以形成若干个单体的LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种LED芯片的加工方法，其特征在于，制备所述下衬底层(1)时，所述黑色薄膜层(12)采用黑色金属靶材在所述三氧化二铝层(10)底面上蒸镀形成。
3.根据权利要求1所述的一种LED芯片的加工方法，其特征在于，制备所述上倒装层(2)时，所述截止层(21)、所述GaAs接触层(22)、所述外延层(23)和所述二氧化硅层二(24)层叠组成所述临时衬底层(20)加工表面的外延结构。
4.根据权利要求1所述的一种LED芯片的加工方法，其特征在于，所述下衬底层(1)和所述上倒装层(2)键合加工时，所述二氧化硅层一(11)和所述二氧化硅层二(24)键合连接成透光层。
5.一种LED芯片，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的LED芯片的加工方法制得，包括：
下衬底层(1)，所述下衬底层(1)由黑色薄膜层(12)、三氧化二铝层(10)和二氧化硅层一(11)自下至上依次层叠组成；
外延层(23)，所述外延层(23)底面设置有二氧化硅层二(24)，且通过所述二氧化硅层二(24)将所述外延层(23)键合连接在所述下衬底层(1)上；
N极金属层(5)和P极金属层(6)，所述N极金属层(5)和所述P极金属层(6)间隔设置在所述外延层(23)顶面处，且所述N极金属层(5)沉积在所述外延层(23)上，所述P极金属层(6)沉积在GaAs接触层(22)上，所述GaAs接触层(22)层叠设置在所述外延层(23)的顶面上；
其中，所述N极金属层(5)和所述P极金属层(6)通过沉积金属层(7)导通连接。
6.根据权利要求5所述的一种LED芯片，其特征在于，所述P极金属层(6)的外侧面凸出于所述N极金属层(5)的外侧面。
7.根据权利要求5所述的一种LED芯片，其特征在于，所述黑色薄膜层(12)采用黑色金属靶材制得。
8.根据权利要求5所述的一种LED芯片，其特征在于，所述外延层(23)为GaN发光层。
9.一种显示灯板，包括基板和固定于所述基板的多个显示单元，每个所述显示单元包括多个LED芯片，其特征在于，所述LED芯片为权利要求1至4中任一项所述的LED芯片的加工方法制得的LED芯片。
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