CN210668417U - 一种超高分辨率微显示屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超高分辨率微显示屏，包括：驱动背板，所述的驱动背板上设置有多个金属垫，所述的驱动背板中形成有电路结构，多个所述的金属垫与所述电路结构形成电连接；多个LED单元，多个所述LED单元位于所述的驱动背板上，且与所述的金属垫形成电连接；多个隔离柱，设置在所述的驱动背板上，且所述的隔离柱在多个所述的LED单元之间形成分隔；多个所述的隔离柱之间的区域被填充有导电焊料，所述的LED单元至少部分嵌入在所述的导电焊料之中。本实用新型的微显示屏的LED单元嵌入在导电焊料之中，具有较高的焊接粘结力，可提高显示屏的可靠性和稳定性。

Description

一种超高分辨率微显示屏

技术领域

本实用新型属于微显示技术领域，特别涉及一种Micro-LED显示屏。

背景技术

随着VR/AR（虚拟现实/增强现实）产业的迅速发展使得适用于VR/AR的显示芯片迎来了一个高速增长期。有鉴于VR/AR系统目前多以头戴式设备实现，因此适合于这些设备的显示必须是微显示芯片，一般对角线尺寸在1英寸以内，大多是在0.6-0.7英寸。目前的微显示芯片包括了LCOS、Micro-OLED以及Micro-LED三种，然而在面对AR应用时，LCOS和Micro-OLED芯片的亮度还难以达到实际需求，因此适用于AR系统的显示芯片将主要以Micro-LED微显示芯片为主。Micro-LED即LED微缩技术，是指将传统LED阵列化、微缩化后定址巨量转移到电路基板上，形成超小间距LED，将毫米级别的LED长度进一步微缩到微米级，以达到超高像素、超高解析率，理论上能够适应各种尺寸屏幕的技术。

现有技术中Micro-LED微显示的实现方法包括了巨量转移和倒装焊两种技术路线，然而目前巨量转移和倒装焊的良率都非常的低，还无法满足Micro-LED微显示芯片的量产需求。此外，目前的Micro-LED微显示大多采用Si晶元衬底上制备的AM驱动电路，成本也相对居高不下。

CN107799545A公开了一种微显示半导体装置，其需要采用精确地方法将矩阵基板与LED外延基材对位压合，该工艺对于对位精度要求高，因对位导致的像素缺陷较多。

CN108997425A公开了另一种技术路线，即通过逐层沉积的方法，直接将LED功能材料层逐层制作在硅基驱动电路背板上，然后通过蚀刻LED功能材料层，并在蚀刻区填充隔离材料形成多个独立的芯片结构，然而显示屏容易存在焊接不良等缺陷。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种分辨率高、LED单元结合力强的微显示屏。

为了实现上述实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：一种超高分辨率微显示屏，包括：

驱动背板，所述的驱动背板上设置有多个金属垫，所述的驱动背板中形成有电路结构，多个所述的金属垫与所述电路结构形成电连接；

多个LED单元，多个所述LED单元位于所述的驱动背板上，且与所述的金属垫形成电连接；

多个隔离柱，设置在所述的驱动背板上，且所述的隔离柱在多个所述的LED单元之间形成分隔；多个所述的隔离柱之间的区域被填充有导电焊料，所述的LED单元至少部分嵌入在所述的导电焊料之中。

上述技术方案中，优选的，所述的LED单元具有P型半导体层、发光层、N型半导体层，且所述的N型半导体层的高度低于所述的隔离柱的高度。

更进一步优选的，所述的LED单元的外周侧以及所述的隔离柱的顶部被绝缘层覆盖，所述的N型半导体被一透明导电层覆盖。

上述技术方案中，更进一步优选的，所述的LED单元的最长边的长度小于等于相邻的两个所述的隔离柱之间的距离。

上述技术方案中，更进一步优选的，所述的LED单元的N型半导体层的横截面积小于所述的发光层的横截面积小于所述的P型半导体层的横截面积。

上述技术方案中，更进一步优选的，所述的导电焊料包括设置在所述的金属垫上的第一焊料和生长在所述的LED单元底部的第二焊料。

上述技术方案中，更进一步优选的，所述的第一焊料和第二焊料均为金属焊料，且所述的第一焊料、第二焊料与所述的金属垫形成共晶体。

上述技术方案中，更进一步优选的，所述的第一焊料为Sn或In或Ag。

上述技术方案中，更进一步优选的，所述的隔离柱的材料为高硬度金属材料。

本实用新型与现有技术相比获得如下有益效果：本实用新型的微显示屏，其LED单元嵌入在导电焊料之中，因此可形成对LED单元稳定的包裹，提高焊接的粘结力，增加产品的稳定性和可靠性。

附图说明

附图1为本实用新型的制造工艺的流程图；

附图2-附图13是本实用新型实施例的微显示屏的制造工艺中所形成的器件的部分结构示意图；

附图14为本实用新型的微显示屏的部分结构图；

其中：10、驱动背板；11、金属垫；12、Mark区；13、隔离区；20、隔离柱；31、第一焊料；32、第二焊料；4、LED单元；40、LED发光结构；41、N型半导体层；42、发光层；43、P型半导体层；44、衬底；45、LED外延片；51、第一绝缘层；52、第二绝缘层；60、透明导电层。

具体实施方式

为详细说明实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对实用新型的各种示例性实施例或实施方式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离实用新型构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。

除非另有说明，否则示出的示例性实施例将被理解为提供可以在实践中实现实用新型构思的一些方式的不同细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离实用新型构思的情况下，不同实施例的特征、组件、模块、层、膜、面板、区域和/或方面等可以另外组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中，为了清楚性和/或描述性的目的，可以夸大元件的尺寸和相对尺寸。当示例性实施例可以不同地实施时，可以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的元件。

当诸如层的元件被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。然而，当元件或层被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。为此，术语“连接”可以指具有或不具有中间元件的物理连接、电连接和/或流体连接。

虽然在此可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种类型的元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语用于将一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被命名为第二元件。

为了描述性目的，可以在此使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释在此使用的空间相对描述语。

在此使用的术语是出于描述特定实施例的目的，而不意图进行限制。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个(种/者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如在此使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似的术语而不是作为程度的术语，如此，它们被用来解释将由本领域普通技术人员认识到的测量值、计算值和/或提供值的固有偏差。

在此参照作为理想化示例性实施例和/或中间结构的示意图的剖视图和/或分解图示来描述各种示例性实施例。如此，将预期出现例如由制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，在此公开的示例性实施例不应被解释为局限于具体示出的区域的形状，而是将包括由例如制造导致的形状上的偏差。以这种方式，附图中示出的区域可以在本质上是示意性的，并且这些区域的形状可以不反映装置的区域的实际形状，如此，不必意图进行限制。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开作为其一部分的领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想的或过于形式化的含义进行解释。

本实施例提供了一种超高分辨率微显示屏的制造工艺，附图1为该工艺的主要流程示意图，图2至14显示了上述制造工艺的过程。图14为最终获得的成品微显示屏的截面图，可以看到通过本实用新型的制造工艺得到的微显示屏包括驱动背板10、设置在驱动背板10上的多个金属垫11、多个隔离柱20、填充在多个隔离柱20之间的第一焊料31和第二焊料32、镶嵌在导电焊料中的多个LED单元4、绝缘层51/52以及透明导电层60。

根据本实用新型的实施方案的制造工艺，微显示屏的制造过程如下：

参照图2，提供一硅基驱动背板10，该驱动背板10的内部设置有多个驱动电路结构单元以及多个导电电极等，驱动背板10的上表面部分区域覆盖多个金属垫11，每个驱动电路结构单元至少对应一个所述金属垫，金属垫11与驱动电路以及导电电极导电连接，驱动背板10上其余区域还开设有若干窗口（12/13），这些窗口一部分与特征图形（mark区12）对应、一部分与用于隔离多个金属垫的隔离区13对应。

参照图3，在驱动背板10的mark区和隔离区分别设置隔离柱20，多个隔离柱20将驱动背板10分隔成多个芯片区，隔离柱20的材料可以选用SiO₂、SiN、Cr、Pt、等硬度较高的金属，或者可以选择以上几种材料组合的多层结构，隔离柱20的材料需要能够耐受CMP（化学机械抛光Chemical Mechanical Polishing）以及ICP（感应耦合等离子体蚀刻法Inductively Coupled Plasma）处理。Mark区的隔离柱的图形与Mark图形的尺寸完全一致。

参见图4所示，在驱动背板10上设置一层第一焊料31，第一焊料31选取导电焊料，以金属焊料为优选，如Sn、In、Ag等。

参见图5所示，采用CMP工艺去除隔离柱顶部的第一焊料31。

参见图6所示，提供一LED外延片45，该LED外延片45包括衬底44和依次生长在衬底44上的N型半导体层41、发光层42、P型半导体层43以及第二焊料32层，其中N型半导体层的材料为N-GaN，P型半导体层的材料为P-GaN，发光层的材料为MQW，第二焊料32也优先选用金属焊料，特别是优选与第一焊料相同的材料。由于N型半导体层后面的工序中会被部分抛光，因此N型半导体层的厚度应大于P型半导体层的厚度。

参见图7所示，将LED外延片45与驱动背板10进行免对位压合，使P型半导体层43与隔离柱20微接触。压合可在常温下进行，或在120摄氏度以下的加热状态下进行，由于LED外延片45整片压合在驱动背板10上，因此压合过程无需精确瞄准或对位，具有较高的工艺包容度，实施过程简单。

参见图8，去除LED外延片45的衬底44，根据驱动背板10上的mark区进行对位曝光、显影，并采用ICP工艺使LED图形化，在多个隔离柱20的上方形成V型沟槽，使LED外延片被分割成多个梯形的LED发光结构40，LED发光结构包括N型半导体层、发光层和P型半导体层。LED发光结构40完全落在芯片区之内，且LED发光结构40的最长边略小于相邻两个隔离柱之间的距离，即保证LED发光结构40与隔离柱20之间能够存在一个能够让导电焊料进入的间隙。

参见图10，在LED发光结构40上形成第一绝缘层51，第一绝缘层51可以通过PECVD（ 等离子体增强化学的气相沉积法）生长一层SiO₂，也可以通过ALD（原子层沉积法）沉积一层Al₂O₃实现。

参见图11，将多个LED发光结构40与驱动背板10整体进行加热加压，使LED发光结构有部分浸入在导电焊料内，并保证LED发光结构的发光层42的高度低于隔离柱20的高度，以此保证在后续的抛光过程中N型半导体层和发光层能够被保留在LED发光结构中。上述加热加压的温度优选的控制在120-130摄氏度，且加热加压过程中应保证导电焊料与金属垫完全共晶，在冷却后导电焊料与金属垫能够形成共晶体，从而对LED发光结构进行有力的支撑。

参见图12，在整体加热加压后，通过CMP去除部分N型半导体功能材料，形成LED单元4。

参见图13，在驱动背板10表面设置第二绝缘层52，同时图形化，使LED单元4的N型半导体层裸露，而N型半导体层以外的区域被第二绝缘层52覆盖。第二绝缘层52可选用与第一绝缘层51相同的膜材料，也可以选择不同的膜材料制作。

参见图14，最后，在第二绝缘层52上形成覆盖N型半导体功能材料层出光侧的透明导电膜60。透明导电膜60的材料可选ITO、ZnO或图形化的金属材料。

图14给出了根据本实用新型的实施方案的微显示屏的一部分结构示意图，该微显示屏可在二维平面内以阵列形式向两个方向延伸，形成具有一定尺寸的LED微显示屏。参照图14所示，微显示屏包括：

驱动背板10，驱动背板中形成有电路结构、金属电极等，驱动背板10的上表面设置有多个金属垫11，这些金属垫11与所述电路结构形成电连接。

多个隔离柱20，以图形化方法设置在驱动背板上，且多个隔离柱将驱动背板上分成多个区域，两个隔离柱之间形成一个用于放置LED的芯片区。

多个LED单元4，LED单元4包括与第二焊料导电接触的P型半导体层43、设置在P型半导体层43之上的发光层42、设置在发光层42之上的N型半导体层41，各所述LED单元4分别位于驱动背板10上的多个芯片区内，且P型半导体层43与金属垫11形成电连接，P型半导体层43的横截面积大于发光层42的横截面积，发光层42的横截面积大于N型半导体层41的横截面积，形成一个上窄下宽的梯形结构，LED单元的P型半导体层43的尺寸小于等于金属垫11的尺寸，也就是说LED单元的最长边应当小于两个相邻的隔离柱20之间的距离，这使得LED单元与隔离柱之间形成可供焊料进入的间隙。

导电焊料，填充在各芯片区内，并且形成燕尾槽结构，多个LED单元4嵌在导电焊料之中，即导电焊料包裹在LED单元的外侧，以对其进行稳定的支撑，提高了焊接的粘结力，在后续的应用过程中，能够保证LED单元与驱动背板始终接触良好，不会发生掉焊或脱落等问题。

驱动背板10为硅基驱动背板，除此之外，还可以采用glass材料等。驱动背板10中的电路结构包括驱动电路、控制电路、电极等，参见附图2所示，驱动背板10的表面预先设置多个金属垫11和窗口，窗口部分在wafer bonding前预设多个隔离柱，然后通过将LED外延片整片免对位压合的方式bonding在驱动背板上。

导电焊料包括设置在所述的金属垫11上的第一焊料31和设置在LED单元底部的第二焊料32，优选的，第一焊料31和第二焊料32均为金属焊料，并且最好为同一种焊料。当LED发光结构40形成之后，在对LED发光结构与驱动背板进行整体压合的时候，可以使导电焊料与金属垫在加热情况下完全共晶，这样在导电焊料冷却后会与金属垫形成共晶体，从而使LED单元被金属共晶体包裹，提高焊接的粘结力，在后续的使用或制程工艺中使微显示屏具有更稳定的表现性能。

此外，为保证第二次CMP过程中，LED单元仍能够保留足够的N型半导体功能材料，在对LED发光结构进行整体加热加压时，应保证部分N型半导体层41和全部的发光层42的高度应低于隔离柱20的高度。

LED单元4的外周侧以及隔离柱的顶部被绝缘层覆盖，包括覆盖在LED单元4的周面上的第一绝缘层51和覆盖在隔离柱20的顶部的第二绝缘层52，而N型半导体层41的上表面裸露并与透明导电层60或非透明导电网格层导电接触，该透明导电层60用于连接驱动背板的阴极电极。

Claims (9)

1.一种超高分辨率微显示屏，包括：

驱动背板，所述的驱动背板上设置有多个金属垫，所述的驱动背板中形成有电路结构，多个所述的金属垫与所述电路结构形成电连接；

多个LED单元，多个所述LED单元位于所述的驱动背板上，且与所述的金属垫形成电连接；

多个隔离柱，设置在所述的驱动背板上，且所述的隔离柱在多个所述的LED单元之间形成分隔；其特征在于：多个所述的隔离柱之间的区域被填充有导电焊料，所述的LED单元至少部分嵌入在所述的导电焊料之中。

2.根据权利要求1所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的LED单元具有P型半导体层、发光层、N型半导体层，且所述的N型半导体层的高度低于所述的隔离柱的高度。

3.根据权利要求2所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的LED单元的外周侧以及所述的隔离柱的顶部被绝缘层覆盖，所述的N型半导体被一透明导电层覆盖。

4.根据权利要求2所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的LED单元的最长边的长度小于等于相邻的两个所述的隔离柱之间的距离。

5.根据权利要求4所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的LED单元的N型半导体层的横截面积小于所述的发光层的横截面积小于所述的P型半导体层的横截面积。

6.根据权利要求1所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的导电焊料包括设置在所述的金属垫上的第一焊料和生长在所述的LED单元底部的第二焊料。

7.根据权利要求6所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的第一焊料和第二焊料均为金属焊料，且所述的第一焊料、第二焊料与所述的金属垫形成共晶体。

8.根据权利要求6或7所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的第一焊料为Sn或In或Ag。

9.根据权利要求1所述的一种超高分辨率微显示屏，其特征在于：所述的隔离柱的材料为高硬度金属材料。

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