CN205104491U - 一种超高密度led显示器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超高密度LED显示器件，包括基板以及封装于基板上的LED芯片阵列，芯片阵列包括若干均匀间隔排布的LED芯片。本实用新型采用扇出型晶圆级封装工艺(Fan-Out？Wafer-Level？Package，FOWLP)，减小了封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；各LED芯片为结构和发光波段相同的同种LED芯片，通过在LED芯片上利用芯片自身发光固化的方式分别涂敷红光、绿光和蓝光荧光粉，使其分别发红光、绿光以及蓝光，从而保证各LED芯片在使用过程中的光衰减一致，改善显示屏的显色性能；本实用新型可以实现像素点间距小于1mm乃至小于0.1mm，实现LED显示器件的高集成度、高分辨率、光色一致性更好等性能，在室内高密度显示屏、投影、可穿戴式显示器件方面有重要的应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED显示技术领域，特别是涉及一种超高密度LED显示器件。
背景技术
LED显示器件，主要是由LED点阵组成，通过控制各色LED，如红色、蓝色、白色、绿色LED等的亮、灭来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。由于LED工作电压低(仅1.5～3.6V)，能主动发光且有一定亮度，亮度又能通过电压(或电流)调节，本身耐冲击、抗振动，寿命长达10万小时，所以在大型的显示设备中，尚无其他的显示方式能与LED显示方式匹敌。
然而，现有LED技术显示屏存在有如下缺陷：
1.LED显示屏的点光源元件采用贴片式或直插式LED器件组装在基板上，单个点光源体积较大，像素点间距较大，要实现1mm以下的像素节距，对SMD器件封装的要求较高，封装成本大幅提高，不利于LED显示屏在数字及微型显示领域的广泛应用。
2.各像素点采用不同半导体材料的LED芯片，其光衰和电压漂移特性不一致，从而在使用过程中发生颜色漂移，影响屏幕图像的显示效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种具有高集成度、高分辨率、光色一致性更好的超高密度LED显示器件。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种超高密度LED显示器件，包括复数个LED发光芯片，芯片上设有通过自身发光固化的方式涂敷的光转换材料。
进一步，芯片与芯片之间通过模塑料进行光隔离。
优选的，所述模塑料材料为热塑性聚邻苯二甲酰胺，热固性环氧树脂等高反射率材料。
其中，在不同LED芯片上可设有多于1种颜色的通过自身发光固化的方式涂敷的光转换材料，所述LED芯片单元为结构和发光波段相同的同种LED芯片单元。
进一步，所述光转换材料为荧光粉与环氧树脂胶或硅胶混合物。
或者，所述光转换材料为量子点荧光材料与环氧树脂胶或硅胶混合物。
相较于现有技术，本实用新型具有以下优点和有益效果：
采用扇出式晶片级封装(Fan-OutWafer-LevelPackage，FOWLP)可以缩小芯片间距和封装面积，提高显示器件的分辨率。
采用结构与发光波段相同的芯片可以使得光衰减一致，提高显示屏的色彩一致性。
荧光粉采用芯片自身发光固化的方式进行涂覆，可以使得色坐标稳定性、色彩饱和度提高。
芯片与芯片之间填充具有高反射性的模塑料可以防止相邻芯片之间的光扩散发生，提高显示的分辨率和对比度。
在封装中集成驱动芯片，可以进一步解决显示密度提升时驱动电路所占面积需要缩小的问题。
附图说明
图1是本实用新型LED器件的结构示意图；
图2是本实用新型实施例1的LED芯片结构示意图；
图3(a)，3(b)，3(c)，3(d)是本实用新型扇出式晶圆级封装的流程图；
图4是本实用新型实施例2的LED芯片封装结构示意图；
图5是本实用新型实施例3的LED芯片封装结构示意图；
图6是本实用新型实施例4的LED芯片封装结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的超高密度LED显示器件作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明。
本实用新型的核心思想在于，提供一种超高密度LED显示器件，包括基板以及封装于基板上的LED芯片阵列。本实用新型采用扇出式晶圆级封装，减小了封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；各LED芯片为结构和发光波段均相同的同种LED芯片，通过在LED芯片上分别涂敷红光及绿光和蓝光荧光粉，使其分别发红光、绿光以及蓝光，从而保证各LED芯片在使用过程中的光衰减一致，改善显示屏的显色性能；芯片与芯片之间用模塑料进行隔离，这样可以防止相邻芯片之间的光扩散发生，改善光性能。本实用新型可以实现像素点间距小于1mm乃至小于0.1mm，实现LED显示器件的高集成度、高分辨率等性能，在室内高密度显示屏、投影、可穿戴式显示器件方面有重要的应用。
请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的超高密度LED显示器件，如图1所示，本实用新型实施例提供的超高密度LED显示器件结构包括：
1、基板1，所述LED芯片阵列采用扇出式晶圆级封装(FOWLP，fan-outwafer1evelpackaging)或倒装封装于基板上。
2、LED芯片2，所述LED芯片阵列是由结构和发光波段均相同的LED芯片组成，它们与基板1接触并进行电连接。
3、光转换材料301，302和303，分别为红光荧光粉、绿光荧光粉和蓝光荧光粉，所述红光荧光粉、绿光荧光粉、蓝光荧光粉利用芯片自身发光固化的方式分别涂覆在所述LED芯片的表面及四周。
所述LED显示器件的制程主要包括以下步骤：
(1)准备一基板，将芯片阵列设置到基板上，并且在芯片周边设置不透光材料以实现芯片与芯片之间的光隔离；在芯片设置到基板之前或之后，于基板上设置通孔及金属布线层；
(2)将荧光粉通过芯片自身发光固化的方式设置在该LED芯片阵列上。
以下通过多个实施例说明LED显示器件的具体结构：
实施例1：
请参阅图1，其是本实用新型的超高密度LED显示器件的示意图，包含8x8个像素点，每个像素点由3个单元组成，其中1是基板，2是LED发光芯片，301，302和303分别红色、绿色和蓝色光转换材料。请参阅图2，图2是本实用新型实施例1的单个像素点中一个单元中的LED芯片的结构示意图，该LED芯片阵列采用扇出式晶圆级封装形式。201为模塑料，2为LED芯片，LED芯片表面设有P型欧姆接触层202和N型欧姆接触层203，金属电极204分别设置在P型欧姆接触层202和N型欧姆接触层203表面，钝化层205设置在两个电极之间及旁边用来避免两电极直接接触造成的短路问题，在金属电极表面设置金属布线层206，在模塑料内部设置通孔207，用于发光芯片与外部驱动电路的连接，另外，模塑料中还设置有散热通道211，与发光芯片相对的模塑料的另一面还设置有金属布线层208，用于连接外部驱动控制电路，以及散热板212。在金属布线层206以及钝化层205表面上涂覆有硅胶层209用于增加荧光粉层与芯片的粘附力，荧光粉层210。
以下详细说明本实用新型实施例LED器件的具体制造方法：
步骤(1)包含如下步骤：
步骤(1.1)在一块载板301上粘贴胶带302，胶带的上表面用于粘贴芯片，如图3(a)。
步骤(1.2)将测试良好的芯片2有电极一面向下粘贴到胶带302上，如图3(b)。
步骤(1.3)用模塑料303对芯片以及芯片之间的空隙进行覆盖填充，如图3(c)；然后将其放入烘箱中进行固化，烘箱的温度设定为175℃左右，时间为7小时左右；固化完成以后将载板301和胶带302从系统中剥离，如图3(d)。
步骤(1.4)采用刻蚀的方法在模塑料201中形成通孔207，并且进行孔金属化。具体包括如下步骤：
步骤(1.4.1)采用刻蚀的方法在模塑料201中形成通孔207和211。
步骤(1.4.2)通过PECVD沉积氧化层，通过MOCVD沉积金属粘附层/阻挡层/种子层。并通过电化学反应往通孔中沉积金属层。
步骤(1.4.3)通过化学机械抛光或研磨和刻蚀去除平坦表面上的金属。
步骤(1.5)：在模塑料上下表面设置金属布线层，并使芯片表面电极与模塑料上表面布线层相连，并通过通孔与模塑料下表面布线层电性连接。
步骤(1.5.1)：在LED芯片表面制备P型欧姆接触层202和N型欧姆接触层203，制备方法为溅射配合光刻及腐蚀工艺。
步骤(1.5.2)：以电子束蒸发配合光刻及剥离工艺，分别在P型欧姆接触层202和N型欧姆接触层203表面制备出金属电极204。
步骤(1.5.3)：在P型欧姆接触层202和N型欧姆接触层203表面的两个金属电极之间以及电极旁边制备钝化层205。通过使用化学气相沉积管式炉，在高温条件下生长二氧化硅层形成钝化层，然后再通过光刻及腐蚀工艺将绝缘层制成预设的图形。
步骤(1.5.4)：在模塑料上表面设置金属布线层206与芯片表面电极204相连，在模塑料下表面设置布线层208，并通过导电通孔207与模塑料上表面布线层206电性连接。
步骤(1.5.5)：在模塑料下表面沉积散热层212，与模塑料中的散热通道211相连。
步骤(2)将荧光粉通过芯片自身发光固化的方式设置在该LED芯片阵列上：
步骤(2.1)：准备红色荧光粉、绿色荧光粉和蓝色荧光粉，并将荧光粉与硅胶按照所需以一定的比例混合。
步骤(2.2)：用钢网作为掩膜露出芯片表面，覆盖芯片四周，将硅胶209预涂覆到LED芯片表面，在150℃下进行固化一个小时。
步骤(2.3)：将红色荧光粉210涂覆到具有硅胶预涂覆层209的LED芯片上，在40℃下进行烘干，并选择性点亮第一批LED芯片利用LED芯片自身发光进行固化。并将荧光粉涂层放置到热的去离子水中，实现仅在第一批点亮的芯片表面覆盖红色荧光粉，再进行烘烤。
步骤(2.4)：将绿色荧光粉涂覆到具有硅胶预涂覆层的LED芯片上，在40℃下进行烘干，并选择性点亮第二批LED芯片利用LED芯片自身发光进行固化。并将荧光粉涂层放置到热的去离子水中，实现仅在第二批点亮的芯片表面覆盖绿色荧光粉，再进行烘烤。
步骤(2.5)：将蓝色荧光粉涂覆到具有硅胶预涂覆层的LED芯片上，在40℃下进行烘干，并选择性点亮第三批LED芯片利用LED芯片自身发光进行固化。并将荧光粉涂层放置到热的去离子水中，实现仅在第三批点亮的芯片表面覆盖蓝色荧光粉，再进行烘烤。
实施例2：
请参阅图4，图4是本实用新型实施例2的基板上倒装LED芯片的结构示意图。图4是本实用新型实施例2的单个像素点中一个单元中的LED芯片的结构示意图，该LED芯片阵列采用倒装封装形式。401为基板，在LED芯片2的表面设置P极高反射层402和N极高反射层403，在高反射层的表面分别设置金属电极404，在两金属电极之间及旁边设置钝化层405，用来避免两金属电极直接接触造成的短路问题，在基板401表面设置有双布线层分别是408和410，在金属布线层408上设置有凸点下金属层407，焊球凸点406用于连接芯片与基板。基板中刻蚀有通孔409用于连接发光芯片与控制电路，芯片与芯片之间设置有光隔离层411，芯片表面涂覆有硅胶412，荧光粉413。散热板414设置在与LED芯片相对的基板的另一面。
以下详细说明本实用新型实施例2中LED器件的具体制造方法：
步骤(1)包含如下步骤：
步骤(1.1)：在基板中设置通孔，并且进行孔金属化。
步骤(1.1.1)：采用刻蚀的方法在基板401中进行打孔，并且进行孔金属化。
步骤(1.1.2)采用刻蚀的方法在基板401中形成通孔409。
步骤(1.1.3)：通过PECVD沉积氧化层，通过MOCVD沉积金属粘附层/阻挡层/种子层。并通过电化学反应往通孔中沉积金属层。
步骤(1.1.4)：通过化学机械抛光或研磨和刻蚀去除平坦表面上的金属。
步骤(1.2)：以溅射配合光刻和腐蚀工艺，在基板上表面设置金属布线层408，下表面设置金属布线410，并使基板上下表面布线层相连通过通孔409实现电性连接。
步骤(1.3)：以电子束蒸发配合光刻及剥离工艺，在金属布线层408上形成凸点下金属层407，在基板下表面沉积散热焊盘414。
步骤(1.4)：在LED芯片上形成P极高反射欧姆接触层402和N极欧姆接触层403，金属电极404，钝化层405和凸点焊球406，将芯片倒装焊接到基板上：
步骤(1.4.1)：在LED芯片2表面制备P极高反射层402和N极高反射层403，制备方法为溅射配合光刻及腐蚀工艺。
步骤(1.4.2)：在P极高反射层402和N极高反射层403表面制备金属金属电极404，该金属电极404材质可以为铝或其它金属。
步骤(1.4.3)：以溅射配合光刻和腐蚀工艺，在两电极之间制备钝化层405。
步骤(1.4.4)：在该芯片的金属电极404表面通过电镀工艺形成凸点焊球406，该凸点焊球406的材质可以是金等单一金属，也可以是多层材料或合金。
步骤(1.4.5)：将该LED芯片倒装到基板401上，使该LED芯片的凸点焊球406与基板上的凸点下金属层407相连。该倒装连接可以是加压加热后再加超声的邦定键合方法。
步骤(1.5)：LED芯片与LED芯片之间设置不透光材料进行光隔离：将不透光材料411涂覆于整个基板上超过芯片2高度，然后通过刮除的方法使芯片表面露出实现对芯片与芯片之间的光隔离；然后将其放入烘箱中进行固化，烘箱的温度设定为175℃左右，时间为7小时左右。
步骤(2)将荧光粉通过芯片自身发光固化的方式设置在该LED芯片阵列上：
步骤(2.1)：准备红色荧光粉、绿色荧光粉和蓝色荧光粉，并将荧光粉与硅胶按照所需以一定的比例混合。
步骤(2.2)：用钢网作为掩膜露出芯片表面，覆盖芯片四周，将硅胶412预涂覆到LED芯片2表面，在150℃下进行固化一个小时。
步骤(2.3)：将红色荧光粉413涂覆到具有硅胶预涂覆层412的LED芯片上，在40℃下进行烘干，并选择性点亮第一批LED芯片利用LED芯片自身发光进行固化。并将荧光粉涂层放置到热的去离子水中，实现仅在第一批点亮的芯片表面覆盖红色荧光粉，再进行烘烤。
步骤(2.4)：将绿色荧光粉涂覆到具有硅胶预涂覆层的LED芯片上，在40℃下进行烘干，并选择性点亮第二批LED芯片利用LED芯片自身发光进行固化。并将荧光粉涂层放置到热的去离子水中，实现仅在第二批点亮的芯片表面覆盖绿色荧光粉，再进行烘烤。
步骤(2.5)：将蓝色荧光粉涂覆到具有硅胶预涂覆层的LED芯片上，在40℃下进行烘干，并选择性点亮第三批LED芯片利用LED芯片自身发光进行固化。并将荧光粉涂层放置到热的去离子水中，实现仅在第三批点亮的芯片表面覆盖蓝色荧光粉，再进行烘烤。
实施例3：
请参阅图5，图5是本实用新型实施例3的LED芯片的结构示意图，该LED芯片阵列采用扇出式晶圆级封装形式。201为模塑料，2为LED芯片，LED芯片表面设有P型欧姆接触层202和N型欧姆接触层203，金属电极204分别设置在P型欧姆接触层202和N型欧姆接触层203表面，钝化层205设置在两个电极之间用来避免两电极直接接触造成的短路问题，在金属电极表面设置金属布线层206，在模塑料内部设置通孔207用于发光芯片与外部驱动电路的连接，与发光芯片相对的模塑料的另一面还设置有金属布线层208。209为硅胶，用于增加荧光粉与芯片之间的粘附力。210为荧光粉，511为凸点下金属层，焊球凸点512用来连接LED芯片与外部驱动电路513，514为底部填充材料环氧树脂材料。
以下详细说明本实用新型实施例LED器件的具体制造方法：
与实施例1不同的是，本实施例未设置散热通道211和散热焊盘212。
步骤(1)具体步骤如下：
步骤(1.1)～(1.5)与实施例1中的步骤(1.1)～(1.5)相同。
步骤(1.6)在金属布线层508表面设置凸点下金属层511。
步骤(1.7)将IC芯片513通过凸点焊球512倒装焊接到基板背面，从而使LED发光器件与外部驱动电路连接起来，其中凸点焊球是通过电镀工艺制得。步骤(1.8)利用滴涂法将包封胶514滴涂到IC芯片513的表面及芯片与基板的空隙中，然后再通过热固化处理变硬，固化时间为30min，固化温度为150℃，实现对芯片及相关元件的包封及保护。
步骤(2)与实施例1中的(2)一致。
实施例4：
请参阅图6，图6是本实用新型实施例4的基板上倒装LED芯片的结构示意图。401为基板，在LED芯片2的表面设置P极高反射层402和N极高反射层403，在高反射层的表面分别设置金属电极404，在两金属电极之间设置钝化层405，用来避免两金属电极直接接触造成的短路问题，在基板401表面设置有双布线层408和410，在金属布线层408上设置有凸点下金属层407，焊球凸点406用于连接芯片与基板。基板中刻蚀有通孔409用于连接发光芯片与控制电路，芯片与芯片之间设置有光隔离层411，芯片表面涂覆有硅胶412，荧光粉413。在金属布线层设置有凸点下金属层614，LED发光单元通过焊球凸点615与外部驱动电路616相连，617为底部填充材料。
以下详细说明本实用新型实施例LED器件的具体制造方法：
与实施例2不同的是，本实施例未设置散热焊盘414，除此之外，步骤(1)具体步骤如下：
步骤(1.1)～(1.5)与实施例2中的步骤(1.1)～(1.5)相同。
步骤(1.6)在金属布线层410的表面设置凸点下金属层614。
步骤(1.7)将IC芯片通过凸点焊球615倒装焊接到基板背面，从而使LED发光器件与外部驱动电路616连接起来，其中焊球凸点是通过电镀工艺制得。步骤(1.8)将环氧树脂底部填充材料617注入到IC芯片616的一条或两条边，底部填充材料617材料流动并填充IC芯片和基板之间的空隙。然后再通过热固化处理变硬，固化时间为30min，固化温度为150℃，实现对芯片及相关元件的包封及保护。
步骤(2)实施例2中的(2)一致。
综上所述，本实用新型提供了一种超高密度LED显示器件，包括基板以及封装于基板上的LED芯片阵列，芯片阵列包括若干均匀间隔排布的LED芯片。本实用新型采用扇出型晶圆级封装工艺，减小了封装面积，提高了LED显示屏的分辨率；各LED芯片为结构和发光波段相同的同种LED芯片，通过在LED芯片上利用芯片自身发光固化的方式分别涂敷红光、绿光和蓝光荧光粉，使其分别发红光、绿光以及蓝光，从而保证各LED芯片在使用过程中的光衰减一致，改善显示屏的显色性能；本实用新型可以实现像素点间距小于1mm乃至小于0.1mm，实现LED显示器件的高集成度、高分辨率等性能，在室内高密度显示屏、投影、可穿戴式显示器件方面有重要的应用。
本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。
Claims (8)
1.一种超高密度LED显示器件，其特征在于此LED显示器件包含有复数个LED发光芯片，芯片上设有通过自身发光固化的方式涂敷的光转换材料。
2.根据权利要求1所述的一种超高密度LED显示器件，其特征在于：芯片与芯片之间通过模塑料进行光隔离。
3.根据权利要求2所述的一种超高密度LED显示器件，其特征在于，模塑料材料为热塑性聚邻苯二甲酰胺，热固性环氧树脂等高反射率材料。
4.根据权利要求1所述的一种超高密度LED显示器件，其特征在于：在不同LED芯片上设有多于1种颜色的通过自身发光固化的方式涂敷的光转换材料。
5.根据权利要求1所述的一种超高密度LED显示器件，其特征在于，所述LED芯片单元为结构和发光波段相同的同种LED芯片单元。
6.根据权利要求1所述的一种超高密度LED显示器件，其特征在于，所述芯片的衬底为蓝宝石衬底。
7.根据权利要求1所述的一种超高密度LED显示器件，其特征在于：光转换材料为荧光粉与环氧树脂胶或硅胶混合物。
8.根据权利要求1所述的一种超高密度LED显示器件，其特征在于：光转换材料为量子点荧光材料与环氧树脂胶或硅胶混合物。
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