CN219658728U - 一种Micro LED显示器件和Micro LED芯片 - Google Patents

一种Micro LED显示器件和Micro LED芯片 Download PDF

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徐志伟
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Abstract

本实用新型提供了一种MicroLED显示器件和MicroLED芯片，其中，MicroLED显示器件包括MicroLED芯片和CMOS驱动芯片，MicroLED芯片包括依次堆叠的第一绝缘层、第一ITO膜层以及所述MicroLED芯片与CMOS驱动芯片键合后分割出的若干像素点，第一绝缘层中分布多个P电极金属柱，CMOS驱动芯片包括若干正电极金属层，每一正电极金属层分别与若干的P电极金属柱电连接，以使MicroLED芯片与CMOS驱动芯片键合；若干像素点间隔设置在第一ITO膜层上，正电极金属层与像素点一一对应设置。MicroLED芯片在与CMOS驱动芯片做像素对准键合工艺时，在像素点分割出来之前，先通过多个P电极金属柱与CMOS驱动芯片进行无差别的粗对准键合，因此，对准精度要求可以降低至200μm，大大降低了像素对准键合工艺的制作难度。

Description

一种Micro LED显示器件和Micro LED芯片
技术领域
本实用新型涉及半导体光电技术领域，尤其涉及一种Micro LED显示器件和MicroLED芯片。
背景技术
Micro LED(MicroLight Emitting Diode，微发光二极管)显示技术是将传统的LED结构进行微缩化和阵列化，并采用CMOS集成电路工艺制作驱动芯片，来实现对每一个像素点的定址控制和单独驱动的显示技术。目前Micro LED显示，因其具有高解析度、低功耗、高亮度、高对比、高色彩饱和度、反应速度快、厚度薄、寿命长等特性，已被定义为显示领域中的终极显示。尤其是Micro LED有源矩阵微显示屏，特别适合近眼信息提示类AR、运动光学显示、HUD抬头显示、以及嵌入式微投影等应用。
但是，用于微显示的Micro LED芯片像素尺寸非常小，只有几微米，尤其是用于AR眼镜显示的Micro LED芯片像素更是小至4μm以下，而这么小的尺寸，在LED芯片与CMOS驱动芯片做像素对准键合工艺时，存在极高的对准精度要求，即对准精度要求在0.5μm以内，制作难度极大。
实用新型内容
本实用新型提供一种Micro LED显示器件和Micro LED芯片，解决了现有的在LED芯片与CMOS驱动芯片做像素对准键合工艺时制作难度大的技术问题。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种Micro LED显示器件，包括Micro LED芯片和CMOS驱动芯片，所述Micro LED芯片包括依次堆叠的第一绝缘层、第一ITO膜层以及所述Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合后分割出的若干像素点，所述第一绝缘层中分布多个P电极金属柱，所述CMOS驱动芯片包括若干正电极金属层，每一所述正电极金属层分别与若干的所述P电极金属柱电连接，以使所述Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合；
所述的若干像素点间隔设置在所述第一ITO膜层上，所述正电极金属层与所述像素点一一对应设置。
较佳地，所述第一绝缘层上形成若干个周期性排列的凹孔，所述凹孔贯穿所述第一绝缘层，所述P电极金属柱位于所述凹孔中。
较佳地，所述凹孔的尺寸为纳米级，且若干的所述凹孔呈周期性排布，若干的所述P电极金属柱呈光子晶体结构状排布。
较佳地，所述Micro LED芯片的表面和侧面均沉积第二绝缘层，若干的所述LED像素点之间通过所述第二绝缘层隔开；所述像素点表面的第二绝缘层上开设窗口，所述窗口贯穿该第二绝缘层至所述像素点；
所述Micro LED芯片的表面和侧面均沉积第二ITO膜层，所述第二ITO膜层位于所述第二绝缘层的外侧；
所述第一ITO膜层的表面形成N电极金属导电层，若干的所述像素点的N-GaN层分别通过所述N电极金属导电层与所述CMOS驱动芯片上的负电极金属层连接。
较佳地，所述CMOS驱动芯片包括基板和设置在所述基板上的电路层，所述电路层朝向所述Micro LED芯片；所述电路层包括间隔设置的若干的所述正电极金属层和所述负电极金属层，所述正电极金属层位于所述负电极金属层的内侧。
较佳地，所述像素点包括沿远离所述第一ITO膜层方向上依次堆叠的P-GaN层、发光层和N-GaN层。
本实用新型还提供一种Micro LED芯片，所述芯片还包括依次堆叠的外延片、ITO膜层和绝缘层，所述绝缘层中分布多个P电极金属柱。
较佳地，多个所述P电极金属柱呈光子晶体结构状排布。
较佳地，所述绝缘层上形成若干个周期性排列的凹孔，所述凹孔贯穿所述绝缘层，所述P电极金属柱位于所述凹孔中。
较佳地，所述凹孔的尺寸为纳米级，且若干的所述凹孔呈周期性排布。
较佳地，所述外延片包括生长衬底以及形成于所述生长衬底上的外延发光层，所述外延发光层包括沿远离所述生长衬底方向上依次堆叠的N-GaN层、发光层和P-GaN层，所述P-GaN层的表面蒸镀或溅射有所述ITO膜层。
与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：
本实用新型提供的Micro LED芯片在与CMOS驱动芯片做像素对准键合工艺时，在像素点分割出来之前，先通过多个P电极金属柱与CMOS驱动芯片进行无差别的粗对准键合，因此，对准精度要求可以降低至200μm，大大降低了像素对准键合工艺的制作难度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1至图3是本实用新型实施例2提供的Micro LED芯片的制备流程图；
图4是本实用新型实施例1提供的Micro LED芯片的正面图；
图5是本实用新型实施例4提供的Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合的结构示意图；
图6是本实用新型实施例4提供的去除生长衬底后的结构示意图；
图7是本实用新型实施例4提供的减薄N-GaN层后的结构示意图；
图8是本实用新型实施例4提供的分割出若干像素点的结构示意图；
图9是本实用新型实施例4提供的若干的LED像素点之间通过第二绝缘层隔开的结构示意图；
图10是本实用新型根据实施例4提供的制备方法制备的Micro LED显示器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
实施例1
请参考图3，本实施例提供一种Micro LED芯片，包括依次堆叠的外延片、第一ITO膜层5和第一绝缘层6，Micro LED芯片的P电极包括多个形成在第一绝缘层6中的P电极金属柱7。
外延片属于本领域的成熟技术，因此，可根据具体需求选择对应的外延片，本实施例对外延片的具体构造不做限制。在本实施例中，外延片包括生长衬底1以及形成于所述生长衬底1上的外延发光层，所述外延发光层包括沿远离所述生长衬底1方向上依次堆叠的N-GaN层2、发光层3和P-GaN层4，所述P-GaN层4的表面蒸镀或溅射所述第一ITO膜层5。
本实施例提供的Micro LED芯片在与CMOS驱动芯片做像素对准键合工艺时，在像素点分割出来之前，先通过多个P电极金属柱7与CMOS驱动芯片上的若干正电极金属层进行无差别的进行粗对准键合，对准精度要求可以降低至200μm，大大降低了键合工艺的制作难度。在Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合之后，再分割出若干个像素点，像素点与CMOS驱动芯片的正电极金属层一一对应，且每个像素点随机拥有多个P电极金属柱7。
在本实施例中，若干的所述P电极金属柱7呈光子晶体结构状排布，可以提高LED芯片发光效率。
在本实施例中，第一绝缘层6上形成若干个周期性排列的凹孔，凹孔垂直贯穿第一绝缘层6，即凹孔既贯穿第一绝缘层6的表面，又贯穿至第一ITO膜层5。所述P电极金属柱7位于所述凹孔中，且P电极金属柱7的一端与第一ITO膜层5接触，另一端与第一绝缘层6的表面齐平。在Micro LED芯片与CMOS驱动芯片进行键合时，P电极金属柱7与CMOS驱动芯片的正电极金属层焊接。
在本实施例中，所述凹孔为圆形孔，其尺寸为纳米级，且若干的所述凹孔呈周期性排布。
实施例2
上述实施例1所述的Micro LED芯片的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤一、用化学药液将外延片清洗干净，通过溅射工艺，在外延片表面溅射一层第一ITO膜层5，第一ITO厚度为10～200nm，请参考图1。
具体的，外延片包括生长衬底1以及形成于所述生长衬底1上的外延发光层，所述外延发光层包括沿远离所述生长衬底1方向上依次堆叠的N-GaN层2、发光层3和P-GaN层4，所述P-GaN层4的表面蒸镀或溅射所述第一ITO膜层5。
步骤二、在第一ITO膜层5表面沉积第一绝缘层6，请参考图2。
第一绝缘层6为SiO2或Si3N4，厚度为0.1～3μm。
步骤三、在第一绝缘层6表面旋涂光刻胶，然后对光刻胶进行图形化处理，以在第一绝缘层6表面形成图像化的光刻胶；以所述图形化的光刻胶为掩模，对第一绝缘层6进行刻蚀，以在第一绝缘层6中形成纳米级别尺寸且周期性排布的圆形凹孔。
在光刻工艺中，掩膜版上的图形被投影在光刻胶上，激发光化学反应，再经过烘烤和显影后形成光刻胶图形。
然后再通过干法刻蚀，将光刻胶图形转移到第一绝缘层6上，即将第一绝缘层6进行图形化，形成纳米级别尺寸且周期性排布的圆形凹孔。
步骤四、在所述凹孔中蒸镀金属层，以形成P电极金属柱7。
步骤五、去除剩余的光刻胶(蒸镀金属层工艺中需要光刻胶做掩膜，因此，需要将光刻胶去除)，形成具有周期性排布的光子晶体结构状的金属柱7，请参考图3和图4。
实施例3
请参考图10，本实施例提供一种Micro LED显示器件，包括Micro LED芯片和CMOS驱动芯片20：
所述Micro LED芯片包括依次堆叠的第一绝缘层6、第一ITO膜层5和以及所述Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合后分割出的若干像素点，Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合方式为：在第一绝缘层中形成多个P电极金属柱，CMOS驱动芯片包括若干正电极金属层，每一所述正电极金属层分别与若干的所述P电极金属柱电连接，以实现所述Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合。
当Micro LED芯片与CMOS驱动芯片键合后，再分割出若干像素点，若干的像素点间隔设置在所述第一ITO膜层5上。
所述像素点包括沿远离所述第一ITO膜层5方向上依次堆叠的P-GaN层4、发光层3和N-GaN层2。
第一绝缘层6上形成若干个周期性排列的凹孔，凹孔垂直贯穿第一绝缘层6，即凹孔既贯穿第一绝缘层6的表面，又贯穿至第一ITO膜层5。较佳地，凹孔为圆形孔，其尺寸为纳米级，且若干的所述凹孔呈周期性排布。
所述凹孔中设有P电极金属柱7，每一所述像素点随机拥有若干个所述P电极金属柱7。
CMOS驱动芯片20包括基板和设置在所述基板上的电路层，所述电路层朝向所述Micro LED芯片；所述电路层包括通过绝缘胶间隔设置的若干的正电极金属层202和负电极金属层201，具体的，通过光刻和干法刻蚀在绝缘胶上开出若干分别用于形成正电极金属层202和负电极金属层201的安装孔，正电极金属层202和负电极金属层201通过蒸镀方式形成在安装孔中。所述正电极金属层202位于所述负电极金属层201的内侧。
在本实施例中，CMOS驱动芯片20的若干正电极金属层202与若干的所述像素点是一一对应的，每一个像素点与其对应的正电极金属层202正对齐，且每一所述正电极金属层202分别与若干的所述P电极金属柱7焊接。
在本实施例中，所述Micro LED芯片的表面和侧面均沉积第二绝缘层9，若干的所述LED像素点之间通过所述第二绝缘层9隔开。所述像素点表面的第二绝缘层9上开设窗口10，所述窗口10贯穿该第二绝缘层9至所述像素点的N-GaN层2。窗口10可以减少光的损耗，提高光的输出效率。
所述Micro LED芯片的表面和侧面均沉积第二ITO膜层11，所述第二ITO膜层11位于所述第二绝缘层9的外侧。
所述第一ITO膜层5的表面形成N电极金属导电层12，若干的所述像素点的N-GaN层2分别通过所述N电极金属导电层12与所述CMOS驱动芯片20上的负电极金属层201连接形成并联。
实施例4
上述实施例3提供的Micro LED显示器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供一外延片，用化学药液将外延片清洗干净。外延片包括生长衬底1以及形成于所述生长衬底1上的外延发光层，所述外延发光层包括沿远离所述生长衬底1方向上依次堆叠的N-GaN层2、发光层3和P-GaN层4。
S2、通过溅射工艺，在外延片表面溅射一层第一ITO膜层5，第一ITO膜层5的厚度为10～200nm，请参考图1；
S3、在第一ITO膜层5表面沉积第一绝缘层6，请参考图2。
第一绝缘层6为SiO2或Si3N4，厚度为0.1～3μm。
S4、在第一绝缘层6表面旋涂光刻胶，然后对光刻胶进行图形化处理，以在第一绝缘层6表面形成图像化的光刻胶；以所述图形化的光刻胶为掩模，对第一绝缘层6进行刻蚀，以在第一绝缘层6中形成纳米级别尺寸且周期性排布的圆形凹孔。
在光刻工艺中，掩膜版上的图形被投影在光刻胶上，激发光化学反应，再经过烘烤和显影后形成光刻胶图形。
然后再通过干法刻蚀，将光刻胶图形转移到第一绝缘层6上，即将第一绝缘层6进行图形化，形成纳米级别尺寸且周期性排布的圆形凹孔。
S5、在所述凹孔中蒸镀金属层，以形成P电极金属柱7。并去除剩余的光刻胶(蒸镀金属层工艺中需要光刻胶做掩膜，因此，需要将光刻胶去除)，形成具有周期性排布的光子晶体结构状的金属柱7，请参考图3和图4。至此，Micro LED芯片已初步制备完成。
S6、将Micro LED芯片与CMOS驱动芯片20进行键合，具体的，将所述P电极金属柱7与所述CMOS驱动芯片20上的正电极金属层202连接，请参考图5。
S7、键合后，通过激光剥离或化学剥离工艺将所述外延片的所述生长衬底1去除，请参考图6。
S8、通过抛光工艺或ICP刻蚀工艺，将所述N-GaN层2减薄，请参考图7；
S9、通过CMOS芯片上的mark点进行光刻工艺和干法刻蚀工艺，将所述外延片分割出若干LED像素点，请参考图8，具体步骤包括：
通过CMOS芯片上的mark点对外延片进行光刻和干法刻蚀，形成分割槽8，分割槽8贯穿所述N-GaN层2、发光层3和P-GaN层4，以形成多个LED像素点，每个LED像素点与对应的所述正电极金属层202正对齐，并且每个所述LED像素点的P-GaN层4随机拥有若干个所述P电极金属柱7。
S10、在所述Micro LED芯片的表面和侧面均沉积第二绝缘层9，将若干的所述LED像素点之间通过所述第二绝缘层9隔开。
S11、通过光刻工艺和干法刻蚀工艺，在所述N-GaN层2表面的第二绝缘层9开窗口10，所述窗口10贯穿该第二绝缘层9至所述N-GaN层2，请参考图9。
S12、在所述Micro LED芯片的表面和侧面依次沉积第二ITO膜层11，请参考图10。
S13、在所述第一ITO膜层5的表面形成N电极金属导电层12，若干的所述像素点的N-GaN层2分别通过若干的所述N电极金属导电层12与所述CMOS驱动芯片20上的负电极金属层201连接形成并联。
在本实用新型中，Micro LED芯片的P电极由若干个周期性排列的光子晶体状的金属柱组成，做对准键合工艺时，可以无差别的进行粗对准键合，降低制作难度；在进行像素分割后，每个像素点上可以随机分配到若干个光子晶体状的金属柱，这种金属柱可以提高LED芯片的外量子效率，增加亮度。另外像素间虽然有金属柱，但也是隔开的，并不会导致像素间短路。这一巧妙的设计，大大降低了对准键合工艺的难度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种MicroLED显示器件，其特征在于，包括MicroLED芯片和CMOS驱动芯片，所述MicroLED芯片包括依次堆叠的第一绝缘层、第一ITO膜层以及所述MicroLED芯片与CMOS驱动芯片键合后分割出的若干像素点，所述第一绝缘层中分布多个P电极金属柱，所述CMOS驱动芯片包括若干正电极金属层，每一所述正电极金属层分别与若干的所述P电极金属柱电连接，以使所述MicroLED芯片与CMOS驱动芯片键合；
所述的若干像素点间隔设置在所述第一ITO膜层上，所述正电极金属层与所述像素点一一对应设置。
2.根据权利要求1所述的MicroLED显示器件，其特征在于，所述第一绝缘层上形成若干个周期性排列的凹孔，所述凹孔贯穿所述第一绝缘层，所述P电极金属柱位于所述凹孔中。
3.根据权利要求2所述的MicroLED显示器件，其特征在于，所述凹孔的尺寸为纳米级，且若干的所述凹孔呈周期性排布，若干的所述P电极金属柱呈光子晶体结构状排布。
4.根据权利要求1所述的MicroLED显示器件，其特征在于，所述Micro LED芯片的表面和侧面均沉积第二绝缘层，若干的所述LED像素点之间通过所述第二绝缘层隔开；所述像素点表面的第二绝缘层上开设窗口，所述窗口贯穿该第二绝缘层至所述像素点；
所述MicroLED芯片的表面和侧面均沉积第二ITO膜层，所述第二ITO膜层位于所述第二绝缘层的外侧；
所述第一ITO膜层的表面形成N电极金属导电层，若干的所述像素点的N-GaN层分别通过所述N电极金属导电层与所述CMOS驱动芯片上的负电极金属层连接。
5.根据权利要求4所述的MicroLED显示器件，其特征在于，所述CMOS驱动芯片包括基板和设置在所述基板上的电路层，所述电路层朝向所述Micro LED芯片；所述电路层包括间隔设置的若干的所述正电极金属层和所述负电极金属层，所述正电极金属层位于所述负电极金属层的内侧。
6.根据权利要求1所述的MicroLED显示器件，其特征在于，所述像素点包括沿远离所述第一ITO膜层方向上依次堆叠的P-GaN层、发光层和N-GaN层。
7.一种MicroLED芯片，其特征在于，所述芯片还包括依次堆叠的外延片、ITO膜层和绝缘层，所述绝缘层中分布多个P电极金属柱。
8.根据权利要求7所述的MicroLED芯片，其特征在于，多个所述P电极金属柱呈光子晶体结构状排布。
9.根据权利要求7所述的MicroLED芯片，其特征在于，所述绝缘层上形成若干个周期性排列的凹孔，所述凹孔贯穿所述绝缘层，所述P电极金属柱位于所述凹孔中。
10.根据权利要求9所述的MicroLED芯片，其特征在于，所述凹孔的尺寸为纳米级，且若干的所述凹孔呈周期性排布。
11.根据权利要求7所述的MicroLED芯片，其特征在于，所述外延片包括生长衬底以及形成于所述生长衬底上的外延发光层，所述外延发光层包括沿远离所述生长衬底方向上依次堆叠的N-GaN层、发光层和P-GaN层，所述P-GaN层的表面蒸镀或溅射有所述ITO膜层。
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