CN118156256A - 一种led阵列装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED阵列装置及其制造方法,LED阵列装置包括驱动底板、柔性膜和多个垂直结构LED,驱动底板的外侧面上设有第一电极;柔性膜粘结在驱动底板的外侧面上,柔性膜的内侧面设有透光的第二电极,第二电极与所述第一电极相对设置并具有电极交叠区;各个所述垂直结构LED夹设在所述驱动底板和柔性膜之间并处在相应的电极交叠区之内,垂直结构LED的内侧面设有第三电极,第三电极与第一电极构成导电;垂直结构LED的外侧面设有第四电极,第四电极与第二电极构成导电。这种LED阵列装置不仅抗弯折性好,且可靠性好,可避免在生产、运输、使用过程中出现故障,而且易于加工制造,可以在顶部线路制作出较为复杂的线路图案。
Description
技术领域
本发明涉及半导体显示技术领域,具体涉及一种LED阵列装置及其制造方法。
背景技术
LED阵列装置以LED作为可控发光的阵列单元,其可直接作为显示器、或作为液晶显示器的动态背光,以实现高亮度、高对比度的显示效果。
垂直结构LED是两个电极(P极、N极)分别设置在LED两个面的LED。LED阵列装置一般依照阵列将巨量LED设置在驱动底板上。在LED阵列装置中采用垂直结构LED, LED无需按特定角度进行设置,因而可大幅度降低其制造难度。
然而,垂直结构LED的一个电极与驱动底板上的电路(如焊盘)形成底部的导电连接,而另一个电极则处于顶部,需要构建跨越到LED的顶部线路(包括透明电极)才能形成完整的驱动电路,而由于垂直结构LED的厚度较大(2~200μm),再加上焊接、绑定导致其顶部凹凸不平,构建跨越到LED的顶部线路一般存在较大的工艺难度。
在现有技术中,在驱动底板上设置垂直结构LED之后,一般需设置一定的平坦化层(如平坦漆层),然后在平坦化层上通过镀膜、光刻等技术形成顶部线路,还需在平坦化层上开孔以便于顶部线路与驱动底板形成电路连接,由此其制造过程非常复杂,而且由于其顶部凹凸不平,导致其顶部线路的图案精度非常低,因而很难制作为较复杂的线路图案。另外,平坦化层与垂直结构LED之间存在接缝,应力、应变容易在接缝位置集中而导致顶部线路断裂,因此这种LED阵列装置的抗弯折性也非常差,且由于垂直结构LED的突出,其在受到外物碰撞、摩擦作用时其顶部线路也容易损坏。因此,这种结构的LED阵列装置,其顶部线路不仅难以加工,且在生产、运输、使用过程中非常容易出现故障,可靠性不好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种LED阵列装置及其制造方法,这种LED阵列装置不仅可靠性好,且易于加工制造,能够降低LED电路的设计难度,在顶部线路制作出较为复杂的线路图案。采用的技术方案如下:
一种LED阵列装置,包括驱动底板和多个垂直结构LED,驱动底板的外侧面上设有第一电极,其特征在于:所述LED阵列装置还包括柔性膜,柔性膜粘结在所述驱动底板的外侧面上,柔性膜的内侧面设有透光的第二电极,第二电极与所述第一电极相对设置并具有电极交叠区;各个所述垂直结构LED夹设在所述驱动底板和柔性膜之间并处在相应的电极交叠区之内,垂直结构LED的内侧面设有第三电极,第三电极与第一电极构成导电;垂直结构LED的外侧面设有第四电极,第四电极与第二电极构成导电。
上述LED阵列装置通过在驱动底板的外侧设置带有透光第二电极的柔性膜,并将多个垂直结构LED夹设在驱动底板和柔性膜之间,使各个垂直结构LED外侧的第四电极与第二电极形成导电,由此构成LED阵列装置的电路;而柔性膜可依靠其自身的形变来克服垂直结构LED导致的凹凸不平形貌,并做为第二电极的支撑,以保证第二电极能够顺利地引出,而且将第二电极及其相关的电路设置在柔性膜上,不容易出现断裂的问题;同时柔性膜将驱动电路密封在其内部,还可形成对驱动电路的保护。另外,柔性膜还可带有一定的驱动电路,由此降低对驱动底板上的驱动电路设计的复杂性。
所述驱动底板可以为有部分显示驱动线路(第一驱动线路)的印刷电路板、玻璃板或塑料板(如聚酰亚胺膜),所述第一电极为第一驱动线路的输出端,第一电极一般按阵列进行排布。所述第一驱动线路可以是静态驱动、动态驱动或有源驱动的垂直结构LED显示驱动线路,例如:当所述驱动底板为印刷电路板时,可以在电路板上设置垂直结构LED静态驱动或动态驱动的第一驱动线路,其连接到各个第一电极,而第一电极可以是电路板上的金属焊盘。当所述驱动底板为玻璃板或塑料膜时,所述第一驱动线路可以是有源驱动电路,有源驱动电路是基于薄膜晶体管(TFT,包括α-Si、多晶硅、IGZO等类型的TFT)的驱动电路,用于垂直结构LED显示驱动的有源驱动电路一般是大电流驱动电路(类似于OLED的有源驱动,允许输出较大的电流),其可独立控制各第一电极的输出电流或电压来控制其垂直结构LED的发光。当所述驱动底板为玻璃板或塑料膜时,所述第一电极可以是金属或非金属的裸露导体区或导体块。
所述柔性膜也可设置部分显示驱动线路,即第二驱动线路,所述第二电极为第二驱动线路的输出端。例如:当第一驱动线路为垂直结构LED动态驱动的行驱动线路时,第二驱动线路可以是一起构成垂直结构LED动态驱动的列驱动线路;而当第一驱动线路为有源驱动电路时,第二电极可以是各LED共用的公共电极,而第二驱动线路可以是用于加强公共电极导电性的辅助线路或导电膜层。
所述垂直结构LED可以是基于GaAs、GaP、SiC、GaN等半导体的垂直结构LED晶片(或膜片),可通过现有的垂直结构LED制造工艺进行制造。例如:其发光半导体层(如P型层、N型层、量子阱层)一般在外延基底(如蓝宝石)上外延生长而成的,最后通过剥离工艺(如激光剥离)从外延基底上剥离出来。垂直结构LED晶片的P极和N极分别处于膜片结构相对的两个面,其中,作为出光面的一个面为所述第四电极(一般为N极),另外一个面则为所述第三电极(一般为P极)。
一般地,所述第三电极可以是半导体层的裸露面或适合焊接的较薄金属镀层,如厚度为5nm~1000nm的金、银、铜、锌、铁及其合金的薄镀层,这种垂直结构LED的整体厚度一般为1~20μm。除此之外,第三电极还可以是键合在上述半导体层上的较厚导体基板,如金属板、导电硅基板,由此垂直结构LED的整体厚度可以超过100μm。
所述垂直结构LED的尺寸可以是5~500μm(根据阵列单元间距等因素进行选择),其形状可以是方形、圆形等多种形状。
作为本发明的优选方案,所述柔性膜的局部位置被相应的所述垂直结构LED顶起,柔性膜与驱动底板之间在所述垂直结构LED的邻近区域形成具有间隙的间隙区。一般可认为,在垂直结构LED邻近的柔性膜凸起的区域为间隙区,垂直结构LED邻近的间隙是由柔性膜依照其本身抵抗弯曲的性能而从垂直结构LED顶部横向延伸形成的;或者,也可认为垂直结构LED邻近的间隙是柔性膜的变形存在限度而不会完全依照垂直结构LED边缘发生弯曲形成的。垂直结构LED顶起柔性膜,使柔性膜张紧在各个垂直结构LED的顶部,相当于柔性膜向驱动底板一侧施加一定的压力,从而使第四电极与第二电极之间保持有压力,从而保证其导电的可靠性,基于柔性膜的横向延伸能够在垂直结构LED的邻近形成所述间隙区,垂直结构LED邻近的间隙区可以自动避免第一电极、第二电极之间的接触短路。
作为本发明进一步的优选方案,所述电极交叠区与所述间隙区存在重叠区域。电极交叠区与间隙区存在重叠区域,即电极交叠区较宽,其不仅包括垂直结构LED的投影区域,且延伸到垂直结构LED的投影区域之外。在垂直结构LED邻近的间隙区之内,第一电极、第二电极虽然存在重叠,但不会相互接触短路。将电极交叠区设置得较宽,在制造时,垂直结构LED可处于电极交叠区之内的任何位置而无需严格对位,有利于降低LED阵列装置的制造难度。
作为本发明进一步的一种优选方案,所述柔性膜通过粘合胶与所述驱动底板粘结;第一电极与第二电极之间通过填充在所述间隙区内的粘合胶粘紧。由此,粘合胶在垂直方向保持有拉应力,用于保持柔性膜的变形,以使垂直结构LED被压紧而第二、四电极保持良好的导电。
作为本发明更进一步的优选方案,所述粘合胶还夹合在所述第四电极与所述第二电极之间,粘合胶内混合有导电颗粒,导电颗粒被第四电极和第二电极夹紧而构成第四电极与第二电极之间的导电连接。
具体地,所述导电颗粒可以是导电金属颗粒或碳颗粒,其尺寸一般不大于垂直结构LED厚度的1/2,一般可优选其颗粒尺寸比垂直结构LED厚度小一个数量级以上,例如:所述导电颗粒可以是比垂直结构LED厚度(微米级别)小一个数量级的纳米级别尺寸。因此可以被第四电极和第二电极夹紧以保证其导电连接,而在间隙区一般不会被夹紧而使第一电极、第二电极发生短路。上述导电颗粒一般可以与粘合胶预先混合,然后随同粘合胶施加到驱动底板上。
作为本发明再更进一步的优选方案,所述粘合胶还包括绝缘垫隔颗粒,绝缘垫隔颗粒被夹合在垂直结构LED之外的区域,以进一步使柔性膜与驱动底板保持间隙。由此增加绝缘垫隔颗粒,避免由于存在过大跨距而导致第一电极、第二电极的短路。
具体地,所述绝缘垫隔颗粒的尺寸可以优选为垂直结构LED厚度的0.2~0.8倍的塑料、玻璃、绝缘硅等质材的微球或微棒,其处于垂直结构LED之外的区域,尤其可以是镶嵌在垂直结构LED之间的区域,以进一步使柔性膜与驱动底板保持间隙。所述绝缘颗粒也可以与粘合胶预先混合,然后随同粘合胶施加到驱动底板上,并通过一定的刮胶方法,将其从垂直结构LED的顶部刮掉(避免其处于垂直结构LED的顶部)。
作为本发明进一步的另一种优选方案,所述间隙区保留有负压腔体。由此,可使得所述柔性膜被大气压压紧在垂直结构LED上。
作为本发明的一种优选方案,所述第二电极的表面还设有软质导电涂层。具体地,所述软质导电涂层可以是设置在第二电极之上的导电聚合物涂层(如PEDOT:PSS)或是其他导电胶层(如导电亚克力),由此,当柔性膜压在垂直结构LED上时,第二电极与第四电极可形成更良好的导电。
作为本发明的另一种优选方案,所述垂直结构LED的第四电极设有导电凸起。具体地,所述导电凸起可以是设置在第四电极上的金属凸点,如金凸点、锡合金凸点。导电凸起可保证第四电极与第二电极的良好接触。
作为本发明的优选方案,所述柔性膜具有形变结构,形变结构包括与相应的多个所述垂直结构LED相对应的凸起。由此,柔性膜容易通过自身的形变来适应多个垂直结构LED在不同位置的凸起,可使得多个垂直结构LED的第四电极与柔性膜的第二电极均保持良好接触。
作为本发明的一种优选方案,所述柔性膜为厚度不大于0.4mm的塑料膜。具体地,所述柔性膜可以是厚度不大于0.4mm的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、CPI(透明聚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)等塑料膜。具体地,为了提高柔软性以更好适应多个垂直结构LED凸起,优选所述塑料膜的厚度不大于0.3mm,尤其是不大于0.2mm,例如:可以选取厚度为0.05~0.2mm的塑料膜。一般地,优选所述塑料膜为无色透明塑料膜,或者,其也可以是具有光学扩散作用的白色透光塑料膜。
作为本发明的另一种优选方案,所述柔性膜为厚度不大于0.2mm的透明玻璃膜。一般来说,厚度不大于0.2mm,尤其是不大于0.1mm的透明玻璃膜也具有一定的柔软性,由此可适应多个垂直结构LED凸起。柔性膜为玻璃膜,其耐热性更好,因而更容易在柔性膜上通过高温工艺加工形成性能更好的第二电极及所需的驱动线路。
作为本发明的优选方案,所述第二电极为由透明导电氧化物薄膜形成的透明电极。具体地,所述透明导电氧化物薄膜可以是氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)、氧化铟锌镓(IGZO)等具有导电性和较高透明度的膜层,由此第二电极具有导电性好、透明度高的优点。
作为本发明的优选方案,所述第二电极是由纳米银线涂层构成的透明电极,能够避免柔性膜被垂直结构LED顶压时第二电极出现断裂,使得这种垂直结构LED显示器的良率更高。
作为本发明的优选方案,每一阵列单元设有固定数量的垂直结构LED,尤其是每一阵列单元设置一个垂直结构LED。一般地,每个所述电极交叠区与一个阵列单元相对应,由此每个电极交叠区设有固定数量的垂直结构LED,尤其是一个垂直结构LED。
作为本发明的优选方案,每一阵列单元设有多个垂直结构LED,所述垂直结构LED在不同的阵列单元中呈现为随机分布。即是,不同阵列单元或电极交叠区内的垂直结构LED,其数量不一定一样(但可以具有统计特征,如符合泊松分布),位置分布也不一定一样。由此,垂直结构LED随机分布,更容易通过自粘附、自组装等方式将垂直结构LED设置到电极交叠区上,其有望获得更高的制造效率。
作为本发明再更进一步的优选方案,所述垂直结构LED在其电极交叠区之内呈现为松散分布。松散分布,可认为在电极交叠区之内,垂直结构LED之间存在间隙而不是紧密排布,例如:垂直结构LED的投影面积可以为电极交叠区面积的30%~70%。由此可避免垂直结构LED聚集导致柔性膜被拱起而无法压紧其靠中间的垂直结构LED。
作为本发明的优选方案,所述驱动底板设有第一驱动线路,所述第一电极为第一驱动线路的输出端。
作为本发明的优选方案,所述柔性膜设有第二驱动线路,所述第二电极为第二驱动线路的输出端。
作为本发明进一步的优选方案,所述第二驱动线路为由延展性高于第二电极的导体层构成。具体地,所述导体层可以是延展性良好的金属膜,尤其是铜膜(优选厚度不小于1μm),其一般通过磁控溅射、电镀等技术成膜,并通过光刻等技术形成所需的线路图案。除此之外,所述导体层也可以是由低阻导电胶,如银胶印刷而成的线路层。通过加入低阻线路,可以减少或消除柔性膜在弯曲变形时其电路发生断裂的概率,保证其导电性。
作为本发明的一种优选方案,所述第一电极为焊盘,所述垂直结构LED的第三电极通过焊接金属层(如锡合金)焊接在第一电极上。由此,垂直结构LED与驱动底板的连接更加坚固且导电性更好。在后续的加工工序中不容易发生移位,保证制造的良率。
作为本发明的另一种优选方案,所述垂直结构LED的第三电极通过压紧方式与第一电极构成导电连接。
作为本发明的另一种优选方案,所述垂直结构LED的第三电极通过导电胶层粘合在第一电极上。由此,垂直结构LED可通过粘贴方法直接粘贴第一电极上,而可以避免焊接工艺,第一电极也无需设计为焊盘,其制造更方便。
作为本发明的优选方案,所述驱动底板采用柔性膜。由此,LED阵列装置不仅可以做成柔性装置。将垂直结构LED压紧时,驱动底板和柔性膜都发生形变,而不是形变完全发生在柔性膜上,其应力分布更均匀,可提高LED阵列装置的耐久性。
本发明还提供上述LED阵列装置的制造方法,其特征在于包括如下步骤:
(1) 在驱动底板的外侧面上设置多个第一电极,再将多个垂直结构LED设置到驱动底板的外侧面,并使各个垂直结构LED内侧面上的第三电极分别与相应的第一电极构成导电;
(2) 先在驱动底板的外侧面上施加粘合胶,并将柔性膜与驱动底板对位,使柔性膜上的第二电极与驱动底板上的第一电极构成电极交叠区,再将柔性膜压紧到驱动底板上,使柔性膜通过粘合胶与驱动底板粘结,并施加压力以使柔性膜被所述垂直结构LED顶紧,使柔性膜上的第二电极与垂直结构LED的第四电极构成导电;
(3)使所述粘合胶固化;
(4)所述柔性膜在粘合胶的粘力下保持其被所述垂直结构LED顶紧的状态。
其中,所述驱动底板可以预先设计有溢流孔(如通孔)或溢流通道,使得在步骤(2)、(3)中,施加在驱动底板多余的粘合胶(假设在步骤(2)施加了充足的胶液)从溢流孔或溢流通道流走,保证最后的胶层厚度能够使柔性膜有效地顶紧垂直结构LED,例如:最后的胶层平均厚度小于垂直结构LED的厚度。所述驱动底板也可以不需预先设计溢流孔或溢流通道,而在步骤(2)中通过对施胶量的控制,使得板面上的粘合胶在固化之后,其平均厚度小于垂直结构LED的厚度,以保证最终柔性膜能有效地顶紧垂直结构LED。
作为本发明的一种优选方案,所述粘合胶为双组份胶,其在所述步骤(3)中通过常温下自然反应而发生固化。
作为本发明的另一种优选方案,所述粘合胶为热固胶,其在所述步骤(3)中通过加热发生反应而发生固化。
作为本发明的另一种优选方案,所述粘合胶为热熔胶,其在所述步骤(2)中先加热融化为液态,以便于将柔性膜压紧到驱动底板上而使柔性膜上的第二电极与垂直结构LED的第四电极构成导电;其在所述步骤(3)中通过冷却固化。
作为本发明的优选方案,在所述步骤(2)中,采用柔性压板(如硅胶、泡棉压板)压合在柔性膜之上来实现所述的压力。采用柔性压板对柔性膜施加压力时,其可自适应各处垂直结构LED的凸起,使柔性膜被压紧到每个垂直结构LED上。
作为本发明的一种优选方案,在所述步骤(3)中,保持所述压力的情况下使所述粘合胶固化;在所述步骤(4)中,撤去所述压力,所述柔性膜在粘合胶的粘力下保持其被所述垂直结构LED顶紧的状态。
作为本发明的另一种优选方案,所述步骤(2)中所述粘合胶在所述电极交叠区留空;在负压环境下将柔性膜压紧到驱动底板上并使其形成粘合,所述粘合胶留空的区域形成负压腔体,使得柔性膜被大气压紧在垂直结构LED上;所述步骤(4)中,撤去负压环境,所述负压腔体被外部大气压紧而使得柔性膜在电极交叠区的部位产生并保持凹入状态,其使第二电极被压紧在第四电极之上而构成导电。
上述步骤无需在保压的条件下使粘合胶固化,由此其制造效率更高。一般来说,所述粘合胶可以选择可固化的胶材,如双组份胶、热熔胶、紫外固化胶、热固胶,其可以在步骤(3)之后进行固化。除此之外,所述粘合胶还可以是不干胶,其无需在步骤(3)之后进行固化。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
(1) 这种LED阵列装置通过在驱动底板的外侧设置带有透光第二电极的柔性膜,并将多个垂直结构LED夹设在驱动底板和柔性膜之间,使各个垂直结构LED外侧的第四电极与第二电极形成导电,构成LED阵列装置的电路;而柔性膜可依靠其自身的形变来克服垂直结构LED导致的凹凸不平形貌,并做为第二电极的支撑,保证第二电极能够顺利地引出,而且将第二电极及其相关的电路设置在柔性膜上,不容易断裂;
(2) 这种LED阵列装置基于柔性膜的横向延伸,至少能够在垂直结构LED邻近形成间隙区,自动避免第一电极、第二电极的短路;
(3) 柔性膜还可带有一定的驱动电路,由此降低驱动底板上驱动电路设计的复杂性;柔性膜将驱动电路密封在其内部,还可形成驱动电路的保护;
附图说明
图1是本发明优选实施方式实施例一提供的LED阵列装置的结构示意图。
图2是图1所示LED阵列装置的局部放大图。
图3是图2的全剖视图。
图4是本发明优选实施方式实施例一提供的LED阵列装置的制造方法的过程示意图。
图5是本发明优选实施方式实施例二提供的LED阵列装置的局部剖视图。
图6是本发明优选实施方式实施例三提供的LED阵列装置的局部剖视图。
图7是本发明优选实施方式实施例四提供的LED阵列装置的局部剖视图。
图8是本发明优选实施方式实施例五提供的LED阵列装置的局部剖视图。
图9是本发明优选实施方式实施例六提供的LED阵列装置的局部放大图。
图10是图9的全剖视图。
图11是本发明优选实施方式实施例七提供的LED阵列装置的局部放大图。
图12是图11的全剖视图。
图13是本发明优选实施方式实施例八提供的LED阵列装置的局部放大图。
图14是图12的全剖视图。
图15是本发明优选实施方式实施例八提供的LED阵列装置的制造方法的过程示意图。
图16是本发明优选实施方式实施例九提供的LED阵列装置的局部剖视图。
具体实施方式
实施例
如图1-图3所示,这种LED阵列装置,包括驱动底板1、柔性膜2和多个垂直结构LED3,驱动底板1的外侧面上设有第一电极10;柔性膜2粘结在驱动底板1的外侧面上,柔性膜2的内侧面设有透光的第二电极20,第二电极20与第一电极10相对设置并具有多个电极交叠区100;所述LED阵列装置具有构成阵列的多个阵列单元50,电极交叠区100与阵列单元50相对应,每一电极交叠区100设有一个垂直结构LED3,垂直结构LED3夹设在驱动底板1和柔性膜2之间,垂直结构LED3的内侧面设有第三电极30,第三电极30与第一电极10构成导电;垂直结构LED3的外侧面设有第四电极31,第四电极31与第二电极20构成导电。
在本实施例中,驱动底板1设有第一驱动线路11,第一电极10为第一驱动线路11的输出端;柔性膜2设有第二驱动线路21,第二驱动线路21为由延展性高于第二电极20的导体层构成,第二电极20为第二驱动线路21的输出端。导体层可以是延展性良好的金属膜,尤其是铜膜(优选厚度不小于1μm),其一般通过磁控溅射、电镀等技术成膜,并通过光刻等技术形成所需的线路图案。除此之外,导体层也可以是由低阻导电胶,如银胶印刷而成的线路层。通过加入低阻线路,可以减少或消除柔性膜2在弯曲变形时其电路发生断裂的概率,保证其导电性。
驱动底板1可以为有部分显示驱动线路(第一驱动线路11)的印刷电路板、玻璃板或塑料板(如聚酰亚胺膜),第一电极10为第一驱动线路11的输出端,第一电极10一般按阵列单元50进行排布。第一驱动线路11可以是静态驱动、动态驱动或有源驱动的垂直结构LED3显示驱动线路,例如:当驱动底板1为印刷电路板时,可以在电路板上设置垂直结构LED3静态驱动或动态驱动的第一驱动线路11,其连接到各个第一电极10,而第一电极10可以是电路板上的金属焊盘。当驱动底板1为玻璃板或塑料膜时,第一驱动线路11可以是有源驱动电路,有源驱动电路是基于薄膜晶体管(TFT,包括α-Si、多晶硅、IGZO等类型的TFT)的驱动电路,用于垂直结构LED3显示驱动的有源驱动电路一般是电流驱动电路(类似于OLED的有源驱动),其可独立控制各第一电极10的输出电流来控制其垂直结构LED3的发光而形成显示画面。当驱动底板1为玻璃板或塑料膜时,第一电极10可以是金属或非金属的裸露导体区或导体块。
柔性膜2也可设置部分显示驱动线路,即第二驱动线路21,第二电极20为第二驱动线路21的输出端。例如:当第一驱动线路11为垂直结构LED3动态驱动的行驱动线路时,第二驱动线路21可以是一起构成垂直结构LED3动态驱动的列驱动线路;而当第一驱动线路11为有源驱动电路时,第二电极20可以是各阵列单元50共用的公共电极,而第二驱动线路21可以是用于加强公共电极导电性的辅助线路或导电膜层。
垂直结构LED3可以是基于GaAs、GaP、SiC、GaN等半导体的垂直结构LED3晶片(或膜片),可通过现有的垂直结构LED3制造工艺进行制造。例如:其发光半导体层(如P型层、N型层、量子阱层)一般在外延基底(如蓝宝石)上外延生长而成的,最后通过剥离工艺(如激光剥离)从外延基底上剥离出来。垂直结构LED3晶片的P极和N极分别处于膜片结构相对的两个面,其中,作为出光面的一个面为第四电极31(一般为N极),另外一个面则为第三电极30(一般为P极)。
在本实施例中,柔性膜2的局部位置被相应的垂直结构LED3顶起,柔性膜2与驱动底板1之间在垂直结构LED3的邻近区域形成具有间隙的间隙区200,电极交叠区100与间隙区200存在重叠区域。在垂直结构LED3邻近的柔性膜2凸起的区域为间隙区200,垂直结构LED3邻近的间隙是由柔性膜2依照其本身抵抗弯曲的性能而从垂直结构LED3顶部横向延伸形成的;或者,也可认为垂直结构LED3邻近的间隙是柔性膜2的变形存在限度而不会完全依照垂直结构LED3边缘发生弯曲形成的。垂直结构LED3顶起柔性膜2,使柔性膜2张紧在各个垂直结构LED3的顶部,相当于柔性膜2向驱动底板1一侧施加一定的压力,从而使第四电极31与第二电极20之间保持有压力,从而保证其导电,基于柔性膜2的横向延伸能够在垂直结构LED3邻近形成间隙区200,垂直结构LED3邻近的间隙区200可自动避免第一电极10、第二电极20之间的接触短路。电极交叠区100与间隙区200存在重叠区域,即电极交叠区100较宽,其不仅包括垂直结构LED3的所占区域,且延伸到垂直结构LED3的邻近区域。在垂直结构LED3邻近的间隙区200之内,第一电极10、第二电极20虽然存在重叠,但不会相互接触短路。将电极交叠区100设置得较宽,在制造时,垂直结构LED3可处于电极交叠区100之内的任何位置而无需严格对位,有利于降低LED阵列装置的制造难度。
在本实施例中,柔性膜2通过粘合胶300与驱动底板1粘结;第一电极10与第二电极20之间通过填充在间隙区200内的粘合胶300粘紧。由此,粘合胶300在垂直方向保持有拉应力,用于保持柔性膜2的变形,以使垂直结构LED3被压紧而第二、四电极保持良好的导电。
在本实施例中,第三电极30可以是半导体层的裸露面或较薄的金属镀层,如厚度为5nm~1000nm的金、银、铜、锌、铁及其合金的薄镀层,这种垂直结构LED3的整体厚度一般为1~20μm。除此之外,第三电极30还可以是键合在上述半导体层上的较厚导体基板,如金属板、导电硅基板,由此垂直结构LED3的整体厚度可以超过100μm。
在本实施例中,垂直结构LED3的尺寸可以是5~500μm(根据阵列单元间距等因素进行选择),其形状可以是方形、圆形等多种形状。
在本实施例中,柔性膜2为厚度不大于0.4mm的塑料膜。具体地,柔性膜2可以是厚度不大于0.4mm的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、CPI(透明聚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)等塑料膜。具体地,为了提高柔软性以更好适应多个垂直结构LED3凸起,优选所述塑料膜的厚度不大于0.3mm,尤其是不大于0.2mm,例如:可以选取厚度为0.05~0.2mm的塑料膜。一般地,优选所述塑料膜为无色透明塑料膜,或者,其也可以是具有光学扩散作用的白色透光塑料膜。柔性膜2为厚度不大于0.2mm的透明玻璃膜。一般来说,厚度不大于0.2mm,尤其是不大于0.1mm的透明玻璃膜也具有一定的柔软性,由此可适应多个垂直结构LED3凸起。柔性膜2为玻璃膜,其耐热性更好,因而更容易在柔性膜2上通过高温工艺加工形成性能更好的第二电极20及所需的驱动线路。
在本实施例中,第一电极10为焊盘,垂直结构LED3的第三电极30通过焊接金属层13焊接在第一电极10上。由此,垂直结构LED3与驱动底板1的连接更加坚固且导电性更好。在后续的加工工序中不容易发生移位,保证制造的良率。
在本实施例中,在本实施例中,第二电极20是由纳米银线涂层构成的透明电极,能够避免柔性膜2被垂直结构LED3顶压时第二电极20出现断裂,使得这种垂直结构LED3显示器的良率更高。
参考图4,本实施例提供的LED阵列装置的制造方法,包括如下步骤:
(1) 在驱动底板1的外侧面上设置多个第一电极10,再将多个垂直结构LED3设置到驱动底板1的外侧面,并使各个垂直结构LED3内侧面上的第三电极30分别与相应的第一电极10构成导电;
(2)先在驱动底板1的外侧面上设置粘合胶300,并将柔性膜2与驱动底板1对位,使柔性膜2上的第二电极20与驱动底板1上的第一电极10构成电极交叠区100,再将柔性膜2压紧到驱动底板1上,使柔性膜2通过粘合胶300与驱动底板1粘结,并施加压力以使柔性膜2被垂直结构LED3顶紧,使第二电极20与垂直结构LED3的第四电极31构成导电;
(3)在保持压力的情况下使粘合胶300固化;
(4)撤去压力,柔性膜2在粘合胶300的粘力下保持其对垂直结构LED3的压紧状态。
其中,驱动底板1可以预先设计有溢流孔(如通孔)或溢流通道,使得在步骤(2)、(3)中,施加在驱动底板1多余的粘合胶300(假设在步骤(2)施加了充足的胶液)从溢流孔或溢流通道流走,保证最后的胶层厚度能够使柔性膜2有效地顶紧垂直结构LED3,例如:最后的胶层平均厚度小于垂直结构LED3的厚度。驱动底板1也可以不需预先设计溢流孔或溢流通道,而在步骤(2)中通过对施胶量的控制,使得板面上的粘合胶300在固化之后,其平均厚度小于垂直结构LED3的厚度,以保证最终柔性膜2能有效地顶紧垂直结构LED3。
在本实施例中,在所述步骤(2)中,采用柔性压板60(如硅胶、泡棉压板)压合在柔性膜2上来实现所述的压力。采用柔性压板60对柔性膜2施加压力时,其可自适应各处垂直结构LED3的凸起,使柔性膜2被压紧到每个垂直结构LED3上。
在本实施例中,粘合胶300为双组份胶,其在所述步骤(3)中通过常温下自然反应而发生固化;或者,粘合胶300为热固胶,其在所述步骤(3)中通过加热发生反应而发生固化;或者,粘合胶300为热熔胶,其在所述步骤(2)中先加热融化为液态, 以便于将柔性膜2压紧到驱动底板1上而使柔性膜2上的第二电极20与垂直结构LED3的第四电极31构成导电;其在所述步骤(3)中通过冷却固化。
实施例
参考图5,在其他部分均与实施例一相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,垂直结构LED3的第四电极31设有导电凸起311。导电凸起311可以是设置在第四电极31上的金属凸点,如锡合金凸点。导电凸起311可保证第四电极31与第二电极20的良好接触。
实施例
参考图6,在其他部分均与实施例一相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,第二电极20的表面还设有软质导电涂层202。具体地,软质导电涂层202可以是设置在第二电极20之上的导电聚合物涂层(如PEDOT:PSS)或是其他导电胶层32(如导电亚克力),由此,当柔性膜2压在垂直结构LED3上时,第二电极20与第四电极31可形成更良好的导电。
实施例
参考图7,在其他部分均与实施例一相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,粘合胶300还夹合在第四电极31与第二电极20之间,粘合胶300内混合有导电颗粒301,导电颗粒301被第四电极31和第二电极20夹紧而构成第四电极31与第二电极20之间的导电。
导电颗粒301可以是导电金属颗粒或碳颗粒,其尺寸一般不大于垂直结构LED3厚度的1/2,一般可优选其颗粒尺寸比垂直结构LED3厚度小一个数量级以上,例如:导电颗粒301可以是比垂直结构LED3厚度(微米级别)小一个数量级的纳米级别尺寸。因此可以被第四电极31和第二电极20夹紧以保证其导电连接,而在间隙区200一般不会被夹紧而使第一电极10、第二电极20发生短路。上述导电颗粒301一般可以与粘合胶300预先混合,然后随同粘合胶300施加到驱动底板1上。
实施例
参考图8,在其他部分均与实施例四相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,驱动底板1采用柔性膜。由此,所述LED阵列装置不仅可以做成柔性装置,将垂直结构LED3压紧时,驱动底板1和柔性膜2都发生形变,而不是形变完全发生在柔性膜2上,其应力分布更均匀,可提高LED阵列装置的耐久性。
实施例
参考图9-10,在其他部分均与实施例一相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,每一电极交叠区100设有多个垂直结构LED3,多个垂直结构LED3在其电极交叠区100之内呈现为随机分布。由此,容易通过自粘附、自组装等方式将垂直结构LED3设置到电极交叠区100上,其制造效率更高。随机分布即不同电极交叠区100(阵列单元50)的垂直结构LED3,其数量不一样(但可以具有统计特征,如符合高斯分布),位置分布也不一样。垂直结构LED3随机分布,更容易通过自粘附、自组装等方式将垂直结构LED3设置到电极交叠区100上,其制造效率更高。
在本实施例中,柔性膜2具有形变结构,形变结构包括与相应的多个垂直结构LED3相对应的凸起。由此,柔性膜2容易通过自身的形变来适应多个垂直结构LED3在不同位置的凸起,可使得多个垂直结构LED3的第四电极31与柔性膜2的第二电极20均保持良好接触。
实施例
参考图11-12,在其他部分均与实施例六相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,粘合胶300还包括绝缘垫隔颗粒302,绝缘垫隔颗粒302被夹合在垂直结构LED3之外的区域,以进一步使柔性膜2与驱动底板1保持间隙。由此增加绝缘垫隔颗粒302,避免由于存在过大跨距而导致第一电极10、第二电极20的短路。
绝缘垫隔颗粒302的尺寸可以优选为垂直结构LED3厚度的0.2~0.8倍的塑料、玻璃、绝缘硅等质材的微球或微棒,其处于垂直结构LED3之外的区域,尤其可以是镶嵌在垂直结构LED3之间的区域,以进一步使柔性膜2与驱动底板1保持间隙。绝缘垫隔颗粒302也可以与粘合胶300预先混合,然后随同粘合胶300施加到驱动底板1上,并通过一定的刮胶方法,将其从垂直结构LED3的顶部挂落(避免其处于垂直结构LED3的顶部)。
实施例
参考图13-15,在其他部分均与实施例六相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,间隙区200保留有负压腔体201。由此,可使得柔性膜2被大气压压紧在垂直结构LED3上。
本实施例提供的LED阵列装置的制造方法中,所述步骤(2)中粘合胶300在电极交叠区100留空;在负压环境下将柔性膜2压紧到驱动底板1上并使其形成粘合,粘合胶300留空的区域形成负压腔体201,使得柔性膜2被大气压紧在垂直结构LED3上;所述步骤(4)中,撤去负压环境,负压腔体201在外部被大气压紧而使得柔性膜2在电极交叠区100的部位产生并保持凹入状态,其使第二电极20被压紧在第四电极31之上而构成导电。
上述步骤无需在保压的条件下使粘合胶300固化,由此其制造效率更高。一般来说,粘合胶300可以选择可固化的胶材,如双组份胶、热熔胶、紫外固化胶、热固胶,其可以在步骤(3)之后进行固化。除此之外,粘合胶300还可以是不干胶,其无需在步骤(3)之后进行固化。
实施例
参考图16,在其他部分均与实施例七相同的情况下,其区别在于:在本实施例中,垂直结构LED3的第三电极30通过导电胶层32粘合在第一电极10上,并且垂直结构LED3的第三电极30通过大气压紧方式与第一电极10构成导电连接。由此,垂直结构LED3可通过粘贴方法直接粘贴第一电极10上,而可以避免焊接工艺,第一电极10也无需设计为焊盘,其制造更方便。
在本实施例中,驱动底板1采用柔性膜。由此,所述LED阵列装置不仅可以做成柔性装置,将垂直结构LED3压紧时,驱动底板1和柔性膜2都发生形变,而不是形变完全发生在柔性膜2上,其应力分布更均匀,可提高LED阵列装置的耐久性。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其各部分名称等可以不同,凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (22)
1.一种LED阵列装置,包括驱动底板和多个垂直结构LED,驱动底板的外侧面上设有第一电极;其特征在于:所述LED阵列装置还包括柔性膜,柔性膜粘结在所述驱动底板的外侧面上,柔性膜的内侧面设有透光的第二电极,第二电极与所述第一电极相对设置并具有电极交叠区;各个所述垂直结构LED夹设在所述驱动底板和柔性膜之间并处在相应的电极交叠区之内,垂直结构LED的内侧面设有第三电极,第三电极与第一电极构成导电;垂直结构LED的外侧面设有第四电极,第四电极与第二电极构成导电。
2.根据权利要求1所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述柔性膜的局部位置被相应的所述垂直结构LED顶起,柔性膜与驱动底板之间在所述垂直结构LED的邻近区域形成具有间隙的间隙区。
3.根据权利要求2所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述电极交叠区与所述间隙区存在重叠区域。
4.根据权利要求2所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述第一电极与第二电极之间通过填充在所述间隙区内的粘合胶粘紧。
5.根据权利要求4所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述粘合胶还夹合在所述第四电极与第二电极之间,粘合胶内混合有导电颗粒,导电颗粒被第四电极和第二电极夹紧而构成第四电极与第二电极之间的导电。
6.根据权利要求5所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述粘合胶还包括绝缘垫隔颗粒,绝缘垫隔颗粒被夹合在垂直结构LED之外的区域,以进一步使柔性膜与驱动底板保持间隙。
7.根据权利要求2所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述间隙区保留有负压腔体。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述第二电极的表面还设有软质导电涂层。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述垂直结构LED的第四电极设有导电凸起。
10.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述柔性膜具有形变结构,形变结构包括与相应的多个所述垂直结构LED相对应的凸起。
11.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述第二电极为由透明导电氧化物薄膜形成的透明电极;或者,所述第二电极是由纳米银线涂层构成的透明电极。
12.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:每一阵列单元设有固定数量的垂直结构LED。
13.根据权利要求12所述的一种LED阵列装置,其特征在于:每一阵列单元设有一个垂直结构LED。
14.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:每一阵列单元设有多个垂直结构LED,所述垂直结构LED在其电极交叠区之内呈现为随机分布。
15.根据权利要求14所述的一种LED阵列装置,其特征在于所述垂直结构LED在其电极交叠区之内呈现为松散分布。
16.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述驱动底板设有第一驱动线路,所述第一电极为第一驱动线路的输出端;所述柔性膜设有第二驱动线路,所述第二电极为第二驱动线路的输出端,所述第二驱动线路为由延展性高于第二电极的导体层构成。
17.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述第一电极为焊盘,所述垂直结构LED的第三电极通过焊接金属层焊接在第一电极上;或者,所述垂直结构LED的第三电极通过压紧方式与第一电极构成导电连接;或者,所述垂直结构LED的第三电极通过导电胶层粘合在第一电极上。
18.根据权利要求1-7任一项所述的一种LED阵列装置,其特征在于:所述驱动底板采用柔性膜。
19.一种LED显示装置的制造方法,其特征在于包括如下步骤:
(1) 在驱动底板的外侧面上设置多个第一电极,再将多个垂直结构LED设置到驱动底板的外侧面,并使各个垂直结构LED内侧面上的第三电极分别与相应的第一电极构成导电;
(2) 先在驱动底板的外侧面上施加粘合胶,并将柔性膜与驱动底板对位,使柔性膜上的第二电极与驱动底板上的第一电极构成电极交叠区,再将柔性膜压紧到驱动底板上,使柔性膜通过粘合胶与驱动底板粘结,并施加压力以使柔性膜被所述垂直结构LED顶紧,使柔性膜上的第二电极与垂直结构LED的第四电极构成导电;
(3)使所述粘合胶固化;
(4)所述柔性膜在粘合胶的粘力下保持其被所述垂直结构LED顶紧的状态。
20.根据权利要求19所述的一种LED显示装置的制造方法,其特征在于:所述粘合胶为双组份胶,其在所述步骤(3)中通过常温下自然反应而发生固化;或者,所述粘合胶为热固胶,其在所述步骤(3)中通过加热发生反应而发生固化;或者,所述粘合胶为热熔胶,其在所述步骤(2)中先加热融化为液态,以便于将柔性膜压紧到驱动底板上而使柔性膜上的第二电极与垂直结构LED的第四电极构成导电;其在所述步骤(3)中通过冷却固化。
21.根据权利要求19所述的一种LED显示装置的制造方法,其特征在于:在所述步骤(2)中,采用柔性压板压合在所述柔性膜之上来实现所述的压力;在所述步骤(3)中,保持所述压力的情况下使所述粘合胶固化;在所述步骤(4)中,撤去所述压力,所述柔性膜在粘合胶的粘力下保持其被所述垂直结构LED顶紧的状态。
22.根据权利要求19所述的一种LED显示装置的制造方法,其特征在于:所述步骤(2)中所述粘合胶在所述电极交叠区留空;在负压环境下将柔性膜压紧到驱动底板上并使其形成粘合,所述粘合胶留空的区域形成负压腔体,使得柔性膜被大气压紧在垂直结构LED上;所述步骤(4)中,撤去负压环境,负压腔体在外部被大气压紧而使得柔性膜在电极交叠区的部位产生并保持凹入状态,其使第二电极被压紧在第四电极之上而构成导电。
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