TW201841359A - 顯示裝置、發光二極體晶片及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本申請涉及一種發光二極體晶片，包括第一半導體層和第二半導體層，第一半導體層和第二半導體層上下層疊設置；第一半導體層和第二半導體層分別具有外露的上表面；以及電極，電極分別設置在第一半導體層和第二半導體層外露的上表面上，電極沿垂直於所述上表面的方向上具有第一凹部。本申請的發光二極體晶片，電極上設置有第一凹部。藉由第一凹部產生的毛細作用，可將焊料吸入至第一凹部內，增加焊料和電極的接觸面積，可達到提高焊接強度的作用。本申請還涉及一種發光二極體晶片的製備方法以及顯示裝置。

Description

顯示裝置、發光二極體晶片及其製備方法
本申請涉及顯示技術領域，特別是涉及一種顯示裝置、發光二極體晶片及其製備方法。
隨著發光二極體LED（Light Emitting Diode）晶片製程技術的日益進步，使得以LED作為圖元的LED顯示技術成為可能。在製備LED顯示裝置的製程中，需要將陣列分佈的LED晶片批量轉移至驅動背板上，再將LED晶片焊接在驅動背板上。目前微米級的LED晶片漸漸成為LED顯示裝置中的主流。由於Micro-LED（Micro-Light Emitting Diode，微發光二極體）晶片的電極尺寸很小，導致有效焊接面積也很小。因此，Micro-LED晶片的電極與驅動背板焊接後的強度，會直接影響Micro-LED顯示裝置的可靠性。
現有技術中，為增加Micro-LED晶片和驅動背板間的焊接強度，一般會藉由焊料的選用來達到增加焊接強度的目的。例如採用金錫合金、焊錫等材料。但在電極面積小的情況下，焊接的結合力仍然不足。
基於此，本申請提供了一種顯示裝置、發光二極體晶片及其製備方法，能夠利用毛細作用增加電極與焊料的接觸，提高電極和驅動背板之間的焊接強度。
本申請的技術方案如下：
一種發光二極體晶片，包括：第一半導體層和第二半導體層，所述第一半導體層和所述第二半導體層上下層疊設置，所述第一半導體層和所述第二半導體層分別具有外露的上表面；以及電極，所述電極分別設置在所述第一半導體層和所述第二半導體層外露的所述上表面上，所述電極具有第一凹部。
上述發光二極體晶片的所述電極，設置有第一凹部。焊料液化後，藉由所述第一凹部產生的毛細作用，將焊料吸入至所述第一凹部內，增加焊料和所述電極的接觸面積，可達到提高焊接強度的作用。
在其中一個實施例中，所述第一凹部的內側面與所述第一半導體層的所述上表面呈第一夾角，所述第一夾角範圍為30度-90度。
在其中一個實施例中，所述電極還具有第二凹部，所述第二凹部與所述第一凹部並列設置或互為嵌套結構；所述第二凹部的內表面與所述第一半導體層的所述上表面呈第二夾角，所述第二夾角範圍為30度-90度。
在其中一個實施例中，所述第二凹部圍繞在所述第一凹部的外部；所述第一凹部和所述第二凹部為同心圓環。
在其中一個實施例中，所述第一凹部的開口寬度小於所述第一凹部的深度。
在其中一個實施例中，所述第二凹部的開口寬度和所述第一凹部的開口寬度的差值的一半小於所述第二凹部的深度。
本申請還涉及一種發光二極體晶片的製備方法，包括：形成上下層疊設置的第一半導體層和第二半導體層；蝕刻所述第一半導體層，將所述第二半導體層的一部分暴露出來；在所述第一半導體層和所述第二半導體層的暴露部分沉積電極；以及蝕刻所述電極，形成第一凹部。
在其中一個實施例中，所述形成上下層疊設置的第一半導體層和第二半導體層，具體包括：在基板上依次形成緩衝層、第二半導體層、主動區和第一半導體層；所述蝕刻所述第一半導體層，將所述第二半導體層的一部分暴露出來，具體包括：蝕刻所述第一半導體層和所述主動區，將所述第二半導體層的一部分暴露出來。
本申請還涉及一種顯示裝置，包括：驅動電路基板；以及一個或多個如上所述的發光二極體晶片，所述一個或多個發光二極體晶片呈陣列分佈；所述發光二極體晶片的所述電極與所述驅動電路基板固定連接，以使所述發光二極體晶片陣列與所述驅動電路基板電連接。
在其中一個實施例中，所述電極的所述第一凹部沿垂直於所述驅動電路基板的方向上具有一定深度。
本申請的發光二極體晶片的電極，至少設置有第一凹部。並且第一凹部的結構有助於增加電極的毛細作用，使得焊料液化後，能夠藉由第一凹部產生的毛細作用將焊料吸入至電極內部，增加焊料和所述電極的接觸面積，可達到提高焊接強度的作用。
下面結合附圖對本申請的具體實施方式做詳細的說明。
圖1是根據本申請一實施例的發光二極體的結構示意圖。圖2是圖1所示的發光二極體沿A-A剖面線的截面結構示意圖。參見圖1和圖2，發光二極體晶片100包括第一半導體層110和第二半導體層120。所述第一半導體層110為所述發光二極體晶片100的p型半導體層，所述第二半導體層120為所述發光二極體晶片100的n型半導體層。所述第一半導體層110和所述第二半導體層120構成所述發光二極體晶片100的核心部分。所述第一半導體層110和所述第二半導體層120之間具有主動層130。所述主動層130可以為膜層厚度較薄的量子阱主動層，以減小所述主動區130對光子的重吸收作用。
所述發光二極體晶片100可以是GaP（磷化鎵）基發光二極體、GaN（氮化鎵）基發光二極體或ZnO（氧化鋅）基發光二極體中的任意一種。在一實施例中，所述發光二極體晶片100為GaN基發光二極體晶片。所述第一半導體層110為p-GaN層，所述第二半導體層120為n-GaN層。
如圖2所示，所述發光二極體晶片100還包括基板150。所述基板150的材料可以是Si（矽）、SiC（碳化矽）、GaN、ZnO以及藍寶石基板中的其中一種。
如圖2所示，所述發光二極體晶片100還包括緩衝層140。所述緩衝層140設置在所述基板150和所述第二半導體層120之間。所述緩衝層140能夠與所述基板150具有良好的浸潤性，並有利於成核。在一個實施例中，所述緩衝層140的材料為GaN。
在一實施例中，所述發光二極體晶片為微發光二極體晶片，其尺寸範圍為1-100微米。
參見圖1和圖2，所述第一半導體層110和所述第二半導體層120可以上下層疊設置。所述第一半導體層110和所述第二半導體層120分別具有外露的上表面。在所述第一半導體層110和所述第二半導體層120外露的所述上表面上分別設置有電極200。所述第二半導體層120的一部分可以藉由蝕刻被暴露出來，在暴露的所述上表面上設置有所述電極200。
在一實施例中，所述電極200具有第一凹部210。所述第一凹部210沿垂直於所述第一半導體層110和所述第二半導體層120的所述上表面的方向上設置。
本申請的發光二極體晶片100的所述電極200，設置有第一凹部210。焊料液化後，藉由所述第一凹部210產生的毛細作用，將焊料吸入至所述第一凹部210內，增加焊料和所述電極的接觸面積，達到提高焊接強度的作用。
在一實施例中，所述第一凹部210的內側面與所述第一半導體層110的上表面呈第一夾角θ1 ，所述第一夾角θ1 的範圍為30度-90度。其中，所述第一凹部210的內側面與所述第一半導體層110的上表面形成的第一夾角θ1的角度可以與所述第一凹部210的內側面與所述第二半導體層120的上表面形成的夾角的角度不同。
需要理解的是，第一夾角θ1小於焊料和第一凹部210的內表面的接觸角時，有利於第一凹部210產生毛細作用，以將焊料吸入所述第一凹部210中。即便所述發光二極體晶片100為微米級尺寸，所述電極200上的第一凹部210尺寸很小，也能使焊料流進所述電極200的凹入部分，從而增加焊接強度。所述第一夾角θ1 在30度-90度範圍內，可以滿足大多數焊料的要求，保證焊料能夠流進所述電極200的第一凹部201內。
在一實施例中，所述第一凹部210的開口寬度W小於所述第一凹部210的深度H。所述第一凹部210為孔徑相對較小的細長結構時，毛細作用越明顯，焊料越容易進入所述第一凹部210內。
在一實施例中，所述電極200不僅具有所述第一凹部210，所述電極200還可以具有第二凹部220。所述第二凹部的內表面與所述第一半導體層的上表面呈呈第二夾角θ2 ，所述第二夾角θ2的範圍為30度-90度。其中，所述第二凹部220的內側面與所述第一半導體層110的上表面形成的第二夾角θ2的角度可以與所述第二凹部220的內側面與所述第二半導體層120的上表面形成的夾角的角度不同。藉由所述電極200的第二凹部220，可以進一步增加焊料流入所述電極200內的能力。
所述第二凹部220可以與所述第一凹部210同方向並列設置。所述第一凹部210和所述第二凹部220的橫截面形狀不限於圓形、方形、矩形、任意四邊形、或其他多邊形等形狀。所述第二凹部220也可以是與所述第一凹部210互為嵌套的結構。為方便製備，所述第二凹部220可以圍繞在所述第一凹部210的外部，與所述第一凹部210之間具有一定間隙。
在一實施例中，所述第一凹部210和所述第二凹部220為同心圓環。
在一實施例中，所述第二凹部220的開口寬度和所述第一凹部210的開口寬度的差值的一半小於所述第二凹部220的深度，以使得所述第一凹部210和所述第二凹部220的孔徑差值小於所述第二凹部220的深度，從而達到增加毛細作用，使焊料較容易地進入所述第一凹部210和所述第二凹部220之間的間隙內。
在一實施例中，所述電極200除了所述第一凹部210和所述第二凹部220之外還可以設置有多個凹部。多個凹部之間可以是並列排布，也可以是互為嵌套的結構，還可以呈迷宮式結構分佈，以盡可能的提高電極200和焊料的接觸。
為實現上述發光二極體結構，所述發光二極體晶片100的製備方法可以包括：先在所述基板150上依次形成所述緩衝層140、所述第二半導體層120、所述主動區130和所述第一半導體層110；然後蝕刻所述第一半導體層110和所述主動區130，將所述第二半導體層120的一部分暴露出來；在所述第一半導體層110和所述第二半導體層120的暴露部分沉積所述電極200；最後，蝕刻所述電極200，形成所述第一凹部210。
在一實施例中，所述發光二極體晶片的製備方法還可以包括：蝕刻所述電極200，形成第二凹部220。
在一實施例中，可以採用光刻製程圖形化所述電極200，形成所述第一凹部210。
在一實施例中，也可以採用光刻製程圖形化所述電極200，形成所述第二凹部220。
圖3是本申請一實施例的顯示裝置的結構示意圖。如圖3所示，本申請還涉及一種顯示裝置300。所述顯示裝置300包括：驅動電路基板310和一個或多個呈陣列分佈的發光二極體晶片100。所述發光二極體晶片100的所述電極200與所述驅動電路基板310固定連接，以使所述發光二極體晶片100陣列與所述驅動電路基板310電連接。
在一實施例中，所述電極200具有第一凹部210，所述第一凹部210沿垂直於所述驅動電路基板310的方向上具有一定深度，以使所述第一凹部210在所述電極200上形成空洞結構或槽狀結構。在一實施例中，所述第一凹部210的開口寬度W小於所述第一凹部210的深度H（參見圖2），以使所述第一凹部210為孔徑相對較小的細長結構，從而增強毛細作用，便於焊料較容易地進入所述第一凹部210內。
本申請的顯示裝置300採用了圖形化的電極200，藉由在電極200上設置第一凹部210，增加了電極200與焊料的接觸，提高了發光二極體晶片100的焊接強度，增強了顯示裝置300的可靠性。
在一實施例中，發光二極體晶片100可以發出紅光、綠光或藍光中的其中一種顏色的光。
以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本申請的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本申請的專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域具有通常知識者來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本申請的保護範圍。因此，本申請的保護範圍應以所附權利要求為准。
100‧‧‧發光二極體晶片
110‧‧‧第一半導體層
120‧‧‧第二半導體層
130‧‧‧主動區
140‧‧‧緩衝層
150‧‧‧基板
200‧‧‧電極
210‧‧‧第一凹部
220‧‧‧第二凹部
300‧‧‧顯示裝置
310‧‧‧驅動電路基板
W‧‧‧寬度
H‧‧‧深度
θ1‧‧‧第一夾角
θ2‧‧‧第二夾角
為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對於本領域具有通常知識者而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。 圖1為根據本申請一實施例的發光二極體的結構示意圖； 圖2為圖1所示的發光二極體沿A-A剖面線的截面結構示意圖； 圖3是根據本申請一實施例的顯示裝置的結構示意圖。

Claims (10)

  1. 一種發光二極體晶片，包括： 第一半導體層和第二半導體層，所述第一半導體層和所述第二半導體層上下層疊設置，所述第一半導體層和所述第二半導體層分別具有外露的上表面；以及 電極，所述電極分別設置在所述第一半導體層和所述第二半導體層外露的所述上表面上，所述電極具有第一凹部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中，所述第一凹部的內側面與所述第一半導體層的所述上表面呈第一夾角，所述第一夾角範圍為30度-90度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中， 所述電極還具有第二凹部，所述第二凹部與所述第一凹部並列設置或互為嵌套結構； 所述第二凹部的內表面與所述第一半導體層的所述上表面呈第二夾角，所述第二夾角範圍為30度-90度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體晶片，其中，所述第二凹部圍繞在所述第一凹部的外部，所述第一凹部和所述第二凹部為同心圓環。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶片，其中，所述第一凹部的開口寬度小於所述第一凹部的深度。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體晶片，其中，所述第二凹部的開口寬度和所述第一凹部的開口寬度的差值的一半小於所述第二凹部的深度。
  7. 一種發光二極體晶片的製備方法，包括： 形成上下層疊設置的第一半導體層和第二半導體層； 蝕刻所述第一半導體層，將所述第二半導體層的一部分暴露出來； 在所述第一半導體層和所述第二半導體層的暴露部分沉積電極；以及 蝕刻所述電極，形成第一凹部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶片的製備方法，其中，所述形成上下層疊設置的第一半導體層和第二半導體層，包括： 在基板上依次形成緩衝層、第二半導體層、主動區和第一半導體層； 所述蝕刻所述第一半導體層，將所述第二半導體層的一部分暴露出來，包括： 蝕刻所述第一半導體層和所述主動區，將所述第二半導體層的一部分暴露出來。
  9. 一種顯示裝置，其中，包括： 驅動電路基板；以及 一個或多個如權利要求1至6中任一項所述的發光二極體晶片，所述一個或多個發光二極體晶片呈陣列分佈； 所述發光二極體晶片的所述電極與所述驅動電路基板固定連接，以使所述發光二極體晶片陣列與所述驅動電路基板電連接。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中，所述電極的所述第一凹部沿垂直於所述驅動電路基板的方向上具有一定深度。
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