CN214176028U - MicroLED显示面板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种MicroLED显示面板，包括：驱动晶圆和MicroLED器件；驱动晶圆具有相对的第一表面和第二表面，驱动晶圆临近第一表面的区域分布有驱动电路；第二表面与驱动电路之间设置有多个硅通孔，硅通孔中填充有互连层；MicroLED器件位于驱动晶圆的第二表面一侧；MicroLED器件通过互连层与驱动电路电连接。本实用新型为一种类BSI图像传感器制程,使高应力的MicroLED器件位于驱动晶圆的第二表面一侧，即使高应力的MicroLED器件远离驱动电路，避免了MicroLED器件(例如GaN层)的热膨胀等应力直接施予驱动电路造成损伤,进而提高可靠度。

Description

MicroLED显示面板

技术领域

本实用新型属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种MicroLED显示面板。

背景技术

MicroLED(Micro light emitting diode，微型发光二极管)显示是继液晶显示与OLED显示之后新出现的下一代显示技术。MicroLED显示采用尺寸在几微米至几十微米之间的LED发光芯片(MicroLED芯片)作为像素单元，一颗一颗紧密地排列成阵列，每颗芯片都能独立地被驱动点亮发出光线。MicroLED显示具有自发光、高效、长寿命、超高分辨率等诸多优点。MicroLED显示的应用产品从AR/VR等近眼显示，到对耗电量极为敏感的可穿戴设备、移动装置，以及到100吋以上的超大屏幕显示，都是MicroLED显示的潜在应用领域。

MicroLED(也称为MicroLED，mLED或μLED)。μLED显示面板的制作包括两种传统架构做法。第一种，直接贴附(键合)μLED单晶粒或芯片在驱动晶圆靠近驱动电路的一侧表面上，μLED单晶粒或芯片中包含的GaN层具有高应力直接作用在驱动电路上，易造成驱动电路塌陷进而失效。第二种，在驱动晶圆靠近驱动电路的一侧表面上直接做外延结构层层(LED磊晶层)。LED磊晶层包括高应力的GaN堆叠层，高应力易造成驱动电路劈裂进而失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种MicroLED显示面板，避免驱动电路的损伤，提高可靠度。

本实用新型提供一种MicroLED显示面板，包括：驱动晶圆和MicroLED器件；所述驱动晶圆具有相对的第一表面和第二表面，所述驱动晶圆临近所述第一表面的区域分布有驱动电路；所述第二表面与所述驱动电路之间设置有多个硅通孔，所述硅通孔中填充有互连层；所述MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧；所述MicroLED器件通过所述互连层与所述驱动电路电连接。

进一步的，所述MicroLED器件包括MicroLED晶圆、MicroLED芯片块或阵列分布的MicroLED芯片粒。

进一步的，所述驱动晶圆的所述第二表面与所述MicroLED芯片块或阵列分布的所述MicroLED芯片粒之间形成有隔离层，所述硅通孔还贯穿所述隔离层。

进一步的，所述MicroLED晶圆包括依次位于所述驱动晶圆的所述第二表面上的生长衬底、Ga基层和外延结构层，所述硅通孔还贯穿所述生长衬底。

进一步的，所述生长衬底包括SiC衬底或蓝宝石衬底；所述Ga基层包括N型GaN层或N型GaAs层；所述外延结构层包括量子阱层、P型GaN层或P型GaAs层。

进一步的，所述驱动晶圆包括驱动衬底，所述驱动衬底为(111)晶面的硅衬底。

进一步的，还包括：载片晶圆；所述载片晶圆与所述驱动晶圆的所述第一表面键合。

进一步的，还包括：

绝缘层，所述绝缘层覆盖所述载片晶圆远离所述驱动晶圆的一侧表面以及侧壁表面；

引出孔，所述引出孔贯穿所述绝缘层和所述载片晶圆；

引出金属层，所述引出金属层填充所述引出孔并与所述驱动电路电连接。

进一步的，还包括：

绝缘层，所述绝缘层覆盖所述载片晶圆远离所述驱动晶圆的一侧表面以及侧壁表面；

再分布金属层，所述再分布金属层覆盖位于所述载片晶圆侧壁上的所述绝缘层，覆盖所述载片晶圆远离所述驱动晶圆的一侧两端的所述绝缘层，以及覆盖所述驱动晶圆的所述第一表面上所述载片晶圆周侧的表面，位于所述第一表面上的所述再分布金属层与所述驱动电路电连接。

进一步的，所述载片晶圆的材质包括Si、Al₂O₃、AlN、PCB、Cu或石墨烯中的至少一种。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供一种MicroLED显示面板，MicroLED显示面板包括：驱动晶圆和MicroLED器件；所述驱动晶圆具有相对的第一表面和第二表面，所述驱动晶圆临近所述第一表面的区域分布有驱动电路；所述第二表面与所述驱动电路之间设置有多个硅通孔，所述硅通孔中填充有互连层；所述MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧；所述MicroLED器件通过所述互连层与所述驱动电路电连接。本实用新型为一种类BSI(Backside illumination，背照式)图像传感器制程工艺,使高应力的MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧，即使高应力的MicroLED器件远离驱动电路，避免了MicroLED器件(例如GaN层)的热膨胀等应力直接施予驱动电路造成损伤,进而提高产品可靠度。

附图说明

图1a为本实用新型实施例的第一种MicroLED显示面板引出孔出线方式的结构示意图。

图1b为本实用新型实施例的第一种MicroLED显示面板再分布金属层出线方式的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的第二种MicroLED显示面板示意图。

图3为本实用新型实施例的第三种MicroLED显示面板示意图。

图4为本实用新型实施例的MicroLED显示面板形成方法流程示意图。

图5至图12为本实用新型实施例的MicroLED显示面板形成方法各步骤示意图。

其中，附图标记如下：

10-载片晶圆；20-驱动晶圆；201-驱动电路；V₁-硅通孔；30-隔离层；40-互连层；51-MicroLED芯片粒；52-MicroLED芯片块；53-MicroLED晶圆；53a-生长衬底；53b-Ga基层；53c-外延结构层；60-绝缘层；70-引出金属层；80-绝缘层；90-再分布金属层。

具体实施方式

基于上述研究，本实用新型实施例提供了一种MicroLED显示面板。以下结合附图和具体实施例对本实用新型进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型实施例提供了一种MicroLED显示面板，包括：驱动晶圆和MicroLED器件；所述驱动晶圆具有相对的第一表面和第二表面，所述驱动晶圆临近所述第一表面的区域分布有驱动电路；所述第二表面与所述驱动电路之间设置有多个硅通孔，所述硅通孔中填充有互连层；所述MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧；所述MicroLED器件通过所述互连层与所述驱动电路电连接。

具体的，所述MicroLED器件包括MicroLED晶圆、MicroLED芯片块或阵列分布的MicroLED芯片粒。

如图1a、图1b和图2所示，MicroLED显示面板包括驱动晶圆20和MicroLED器件；图1a和图1b中所述MicroLED器件为阵列分布的MicroLED芯片粒(单个芯片)51；图2中所述MicroLED器件为MicroLED芯片块52。所述驱动晶圆20具有相对的第一表面f₁和第二表面f₂，所述驱动晶圆20临近所述第一表面f₁的区域分布有驱动电路201；所述第二表面f₂与所述驱动电路201之间设置有多个硅通孔，所述硅通孔中填充有互连层40。所述驱动晶圆20的所述第二表面f₂与所述MicroLED芯片块或阵列分布的所述MicroLED芯片粒之间形成有隔离层30，所述硅通孔还贯穿所述隔离层。图1a和图1b中每个MicroLED芯片粒51通过硅通孔中的互连层40与驱动电路201电连接。图2中MicroLED芯片块52为未划片切割的多个MicroLED芯片的集合，MicroLED芯片块52中的MicroLED芯片通过硅通孔中的互连层40与驱动电路201电连接。

驱动晶圆20包括驱动衬底(未示出)和位于驱动衬底上的驱动电路201。驱动衬底上方形成一个或多个介电层，诸如二氧化硅(SiO₂)层。驱动电路201的布线和/或触点可以形成在一个或多个介电层中或之上。驱动衬底可为半导体衬底，诸如非晶半导体衬底，多晶半导体衬底或单晶半导体衬底。半导体衬底例如为硅衬底；较佳的，所述驱动衬底为(111)晶面的硅衬底，单晶结构强度高，单晶晶格整体稳定，对于后续沉积的生长衬底(例如SiC)以及外延结构层，或者隔离层以及MicroLED器件提供较佳支持。

驱动电路201用于控制MicroLED芯片上的数百万个像素，从而在MicroLED显示面板上呈现图像。每个驱动电路可以包括单个半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，薄膜晶体管(TFT)，高电子迁移率晶体管(HEMT)，异质结双极晶体管(HBT)，金属-半导体FET(MESFET)或金属-绝缘体-半导体FET(MISFET)或包括两个或多个上述任何类型设备的集成电路。

MicroLED芯片的示例包括基于GaN的UV/蓝色/绿色MicroLED，基于AlInGaP的红色/橙色MicroLED以及基于GaAs或InP的红外(IR)MicroLED。MicroLED可获得光场显示器所需的高密度。MicroLED也称为mLED或μLED，它们可以提供更好的性能，包括亮度和能效，比其他显示技术例如液晶显示(LCD)技术或有机LED(OLED)技术高。

驱动电路201可以被配置为提供适当的信号，电压和/或电流，以便驱动或操作MicroLED芯片(例如选择发光元件，控制设置或控制亮度等)。驱动电路201可以被配置为驱动单个MicroLED芯片或多个MicroLED芯片的形式。在一些实施方式中，可以存在一对一的对应关系，其中一个驱动电路201可以用于驱动或操作相应的MicroLED芯片。在其他实施方式中，可以存在一对多的对应关系，其中一个驱动电路201可以用于驱动或操作多个MicroLED芯片。MicroLED芯片产生一种或多种颜色的光。MicroLED芯片可发出红色、绿色和蓝色光。

MicroLED显示面板还包括：载片晶圆10；所述载片晶圆10与所述驱动晶圆20的所述第一表面f₁键合。在垂直于所述载片晶圆10的上下表面的截面上，所述载片晶圆10呈倒梯形或矩形。所述载片晶圆10的材质包括Si、Al₂O₃、AlN、PCB、Cu或石墨烯中的至少一种。

图1a示出了第一种MicroLED显示面板引出孔出线方式的结构示意图。图1b示出了第一种MicroLED显示面板再分布金属层出线方式的结构示意图。

如图1a所示，MicroLED显示面板还包括：绝缘层60，所述绝缘层60覆盖所述载片晶圆10远离所述驱动晶圆20的一侧表面以及侧壁表面；引出孔，所述引出孔贯穿所述绝缘层60和所述载片晶圆10。引出金属层70，所述引出金属层70填充所述引出孔并与所述驱动电路201电连接，本实施例通过引出孔出线方式将驱动电路201的电信号引出。

如图1b所示，MicroLED显示面板还包括：绝缘层80，所述绝缘层80覆盖所述载片晶圆10远离所述驱动晶圆20的一侧表面以及侧壁表面；再分布金属层90，所述再分布金属层90可覆盖位于载片晶圆10侧壁上的绝缘层80，覆盖载片晶圆10底部(远离所述驱动晶圆20的一侧)两端的绝缘层80，以及覆盖驱动晶圆20的第一表面f₁上载片晶圆10周侧的表面，位于第一表面f₁上的所述再分布金属层90与驱动电路201电连接，本实施例通过再分布金属层方式将驱动电路201的电信号引出。

图1a、图1b和图2所示的实施例中，阵列分布的MicroLED芯片粒(单个芯片)51或MicroLED芯片块52位于驱动晶圆20的第二表面f₂一侧；驱动电路201与MicroLED芯片粒51或MicroLED芯片块52之间有驱动衬底和隔离层30，MicroLED器件通过硅通孔中的互连层40与驱动电路201电连接，使高应力的MicroLED芯片粒51或MicroLED芯片块52远离驱动电路201，避免了MicroLED器件(例如GaN层)的热膨胀等应力直接施予驱动电路造成损伤,进而提高可靠度。

如图3所示，MicroLED显示面板包括驱动晶圆20和MicroLED器件；图3中所述MicroLED器件为MicroLED晶圆53。图3中的驱动晶圆20和载片晶圆10的部分与上述介绍图1a、图1b和图2中的相同，不再赘述。本实施例中，所述驱动晶圆20的所述第二表面f₂上形成有MicroLED晶圆53，所述MicroLED晶圆53包括依次位于所述驱动晶圆20的所述第二表面f₂上的生长衬底53a、Ga基层53b和外延结构层53c，所述硅通孔还贯穿所述生长衬底53a。所述生长衬底53a包括SiC衬底或蓝宝石衬底；所述Ga基层53b包括N型GaN层或N型GaAs层；所述外延结构层53c包括量子阱层、P型GaN层或P型GaAs层。本实施例通过硅通孔中的互连层40，使得MicroLED晶圆53中的每一颗MicroLED芯片的电极分别与驱动晶圆20上的驱动电路201实现电连接，从而每颗MicroLED芯片的像素均能够被驱动；即通过硅通孔中的互连层40，使驱动电路201为MicroLED芯片提供像素驱动。

图3所示的实施例中，MicroLED晶圆53位于驱动晶圆20的第二表面f₂一侧；驱动电路201与MicroLED晶圆53之间有驱动衬底,MicroLED晶圆53通过互连层40与驱动电路201电连接，使高应力的MicroLED晶圆53远离驱动电路201，避免了MicroLED晶圆53(例如GaN层)的热膨胀等应力直接施予驱动电路造成损伤,进而提高可靠度。

应当理解，图1b中示出了第一种MicroLED显示面板采用再分布金属层90出线方式的结构示意图。图2中第二种MicroLED显示面板，所述MicroLED器件为MicroLED芯片块52。图3中第三种MicroLED显示面板，所述MicroLED器件为MicroLED晶圆53。第二种MicroLED显示面板和第三种MicroLED显示面板也均可采用再分布金属层出线方式，再分布金属层的出线方式与图1b中第一种MicroLED显示面板介绍的相同，不再赘述。

本实用新型实施例还提供了一种MicroLED显示面板的形成方法，如图4所示，包括：

步骤S1、提供驱动晶圆，所述驱动晶圆具有相对的第一表面和第二表面，所述驱动晶圆临近所述第一表面的区域分布有驱动电路；

步骤S2、形成多个硅通孔，所述硅通孔从所述第二表面贯穿部分厚度的所述驱动晶圆，所述硅通孔位于所述驱动电路上方；

步骤S3、形成互连层，所述互连层填充所述硅通孔并与所述驱动电路电连接；

步骤S4、形成MicroLED器件，所述MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧；所述MicroLED器件与所述互连层电连接。

下面结合图5至图12详细介绍本实用新型实施例的MicroLED显示面板的形成方法各步骤。

如图5所示，提供驱动晶圆20，所述驱动晶圆20具有相对的第一表面f₁和初始表面f₀，所述驱动晶圆20临近所述第一表面f₁的区域分布有驱动电路201。

如图6和图7所示，将所述驱动晶圆20的所述第一表面f₁与载片晶圆10键合。将所述驱动晶圆20的所述初始表面f₀一侧减薄，所述驱动晶圆20减薄后的表面为第二表面f₂。

如图8所示，在减薄后的所述驱动晶圆20上形成硅通孔V₁，所述硅通孔V₁从所述第二表面f₂贯穿部分厚度的所述驱动晶圆20，所述硅通孔V₁位于所述驱动电路201上方。可采用干法刻蚀的方法形成所述硅通孔V₁。

如图9所示，形成隔离层30，所述隔离层30至少覆盖第二表面f₂；较佳的，绝缘层还可覆盖所述硅通孔V₁的侧壁。示例性的，所述隔离层30例如为氧化硅层。

如图10所示，形成互连层40，所述互连层40填充所述硅通孔V₁并与所述驱动电路201电连接。在隔离层30和互连层40上方形成MicroLED芯片粒51，形成MicroLED芯片粒51为后制程,可采用贴晶黏附方式黏附。所述MicroLED芯片粒51与所述互连层40电连接；MicroLED芯片也称为mLED或μLED。

接着，如图1a所示，在载片晶圆10上形成倒角，使在垂直于所述载片晶圆10的上下表面的截面上，所述载片晶圆10呈倒梯形。替换实施例中，所述载片晶圆10的截面图形也可呈矩形。形成倒角可采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法形成。在所述载片晶圆10远离所述驱动晶圆20的一侧表面以及侧壁表面形成绝缘层60；形成引出孔，所述引出孔贯穿所述绝缘层60和所述载片晶圆10；形成引出金属层70，所述引出金属层70填充所述引出孔并与所述驱动电路201电连接。通过引出金属层70将驱动电路201的信号引出，方便与外部电连接。

图2所示的MicroLED显示面板的形成方法，如图9和图2所示，形成互连层40，所述互连层40填充所述硅通孔V₁并与所述驱动电路201电连接。形成MicroLED芯片块52，所述MicroLED芯片块52与所述互连层40电连接。

图3所示的MicroLED显示面板的形成方法，接图8，如图11所示，形成生长衬底53a，所述生长衬底53a覆盖所述驱动晶圆20的所述第二表面f₂。具体的，可在硅通孔V₁中形成填充层，所述填充层优选流动性好的有机溶剂BARC(Bottom Anti ReflectiveCoating，底部抗反射涂层)。形成覆盖驱动晶圆20的第二表面f₂和填充层上表面的生长衬底53a，刻蚀生长衬底53a形成位于硅通孔V₁正上方的开口，所述开口贯穿所述生长衬底53a并与所述硅通孔连通，也可理解为所述硅通孔V₁向上延伸至生长衬底53a的上表面，即硅通孔V₁贯穿所述生长衬底53a和部分厚度的驱动晶圆20。接着，去除硅通孔V₁中的填充层。

如图12所示，形成互连层40，所述互连层40填充所述硅通孔V₁并与所述驱动电路201电连接。在所述生长衬底53a上形成Ga基层53b，接着在Ga基层53b上形成外延结构层53c。Ga基层53b上具有与所述互连层40对应分布的焊盘(未示出)，所述焊盘与所述互连层40电连接。Ga基层53b例如为N型GaN层，外延结构层53c可包括量子阱层、P型GaN层等多层结构。

如图12和图3所示，在载片晶圆10上形成倒角以及引出金属层70，参照图1中MicroLED显示面板的形成方法，不再赘述。MicroLED晶圆53形成在驱动晶圆20上，MicroLED晶圆53上包括若干MicroLED芯片。通过硅通孔中的互连层40，使得MicroLED晶圆53中的每一颗MicroLED芯片的电极分别与驱动晶圆20上的驱动电路201实现电连接，从而每颗MicroLED芯片均能够被驱动。每个MicroLED芯片可具有两个触点：一个通过硅通孔中的互连层40连接到驱动电路201，另一个连接到地(即公共电极)。

综上所述，本实用新型提供一种MicroLED显示面板，MicroLED显示面板包括：驱动晶圆和MicroLED器件；所述驱动晶圆具有相对的第一表面和第二表面，所述驱动晶圆临近所述第一表面的区域分布有驱动电路；所述第二表面与所述驱动电路之间设置有多个硅通孔，所述硅通孔中填充有互连层；所述MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧；所述MicroLED器件通过所述互连层与所述驱动电路电连接。本实用新型为一种类BSI(Backside illumination，背照式)图像传感器制程工艺,使高应力的MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧，即使高应力的MicroLED器件远离驱动电路，避免了MicroLED器件(例如GaN层)的热膨胀等应力直接施予驱动电路造成损伤,进而提高产品可靠度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种MicroLED显示面板，其特征在于，包括：驱动晶圆和MicroLED器件；所述驱动晶圆具有相对的第一表面和第二表面，所述驱动晶圆临近所述第一表面的区域分布有驱动电路；所述第二表面与所述驱动电路之间设置有多个硅通孔，所述硅通孔中填充有互连层；所述MicroLED器件位于所述驱动晶圆的所述第二表面一侧；所述MicroLED器件通过所述互连层与所述驱动电路电连接。

2.如权利要求1所述的MicroLED显示面板，其特征在于，所述MicroLED器件包括MicroLED晶圆、MicroLED芯片块或阵列分布的MicroLED芯片粒。

3.如权利要求2所述的MicroLED显示面板，其特征在于，所述驱动晶圆的所述第二表面与所述MicroLED芯片块或阵列分布的所述MicroLED芯片粒之间形成有隔离层，所述硅通孔还贯穿所述隔离层。

4.如权利要求2所述的MicroLED显示面板，其特征在于，所述MicroLED晶圆包括依次位于所述驱动晶圆的所述第二表面上的生长衬底、Ga基层和外延结构层，所述硅通孔还贯穿所述生长衬底。

5.如权利要求4所述的MicroLED显示面板，其特征在于，所述生长衬底包括SiC衬底或蓝宝石衬底；所述Ga基层包括N型GaN层或N型GaAs层；所述外延结构层包括量子阱层、P型GaN层或P型GaAs层。

6.如权利要求1至5任意一项所述的MicroLED显示面板，其特征在于，所述驱动晶圆包括驱动衬底，所述驱动衬底为(111)晶面的硅衬底。

7.如权利要求1至5任意一项所述的MicroLED显示面板，其特征在于，还包括：载片晶圆；所述载片晶圆与所述驱动晶圆的所述第一表面键合。

8.如权利要求7所述的MicroLED显示面板，其特征在于，还包括：

绝缘层，所述绝缘层覆盖所述载片晶圆远离所述驱动晶圆的一侧表面以及侧壁表面；

引出孔，所述引出孔贯穿所述绝缘层和所述载片晶圆；

引出金属层，所述引出金属层填充所述引出孔并与所述驱动电路电连接。

9.如权利要求7所述的MicroLED显示面板，其特征在于，还包括：

绝缘层，所述绝缘层覆盖所述载片晶圆远离所述驱动晶圆的一侧表面以及侧壁表面；

再分布金属层，所述再分布金属层覆盖位于所述载片晶圆侧壁上的所述绝缘层，覆盖所述载片晶圆远离所述驱动晶圆的一侧两端的所述绝缘层，以及覆盖所述驱动晶圆的所述第一表面上所述载片晶圆周侧的表面，位于所述第一表面上的所述再分布金属层与所述驱动电路电连接。

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