CN107482030A - 微led器件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微LED器件及其制作方法，采用等离子体直接刻蚀外延片制作微米级的LED元件，无需转移LED元件，其中无需剥离衬底，而是直接在衬底内部开孔，形成通孔，作为负极的金属背板穿过通孔直接与外延片接触。而在制作衬底内的通孔时，采用纵向多次隐形切割和激光划片结合的方法，制作通孔，方法简单，操作方便。本发明设计了位于透明上盖板外周的金属触点作为正极，直接接通正、负极，可以实现点控LED元件的发光，从而无需在微米级的小尺寸LED元件进行打线及转移操作。

Description

微LED器件及其制作方法
技术领域
本发明属于微LED器件领域，尤其涉及一种采用外延级焊接方式制作微LED器件及其制作方法。
背景技术
目前的GaN芯片制造流程是先在外延片上罩出芯粒图形，然后再蚀刻镀出电极等。最后***出一个个单独的芯粒，以供使用。工艺流程长且复杂，随着工序的增多，相对异常风险也有增加。
目前常用显示器常为LCD显示器，更具优势的是OLED显示器，但其像素点距离均在毫米级别，无法实现微米级。而MicroLED可以将显示器的像素点距离降低至微米级。MicroLED显示器，即LED微缩化和矩阵化技术。指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列。Micro LED具有高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。
目前常用的Micro LED显示器的制程包括三大类：
（1）芯片级焊接，即将LED直接进行切割成微米等级的Micro LED chip(含磊晶薄膜和基板)，利用SMT技术或COB技术，将微米等级的Micro LED chip一颗一颗键接于显示基板上。
（2）外延级焊接，即在LED的磊晶薄膜层上用感应耦合等离子离子蚀刻(ICP)，直接形成微米等级的Micro-LED磊晶薄膜结构，此结构之固定间距即为显示像素所需的间距，再将LED晶圆(含磊晶层和基板)直接键接于驱动电路基板上，最后使用物理或化学机制剥离基板，仅剩4~5微米Micro-LED磊晶薄膜结构于驱动电路基板上形成显示像素。
（3）薄膜转移，即使用物理或化学机制剥离LED基板，以一暂时基板承载LED磊晶薄膜层，再利用感应耦合等离子离子蚀刻，形成微米等级的Micro-LED磊晶薄膜结构；或者，先利用感应耦合等离子离子蚀刻，形成微米等级的Micro-LED磊晶薄膜结构，再使用物理或化学机制剥离LED基板，以一暂时基板承载LED磊晶薄膜结构。最后，根据驱动电路基板上所需的显示划素点间距，利用具有选择性的转移治具，将Micro LED磊晶薄膜结构进行批量转移，键接于驱动电路基板上形成显示像素。
发明内容
本发明在其一方面公开了微LED器件，至少包括一衬底、间隔排列于衬底上的复数个LED元件，所述LED元件至少包括依次层叠的外延片和透明导电层，其特征在于：所述复数个LED元件共用一个衬底；所述衬底内部与LED元件对应位置具有复数个贯穿衬底的通孔；所述衬底的背面还具有金属背板，所述金属背板具有复数个与通孔对应的凸起，所述凸起***通孔内并与外延片电性导通；所述LED表面还置有一透明盖板，所述透明盖板包括透明上盖板、复数个导电垫块、复数个金属触点和复数个导电线，所述导电垫块位于透明上盖板下表面并与LED元件位置对应，所述金属触点位于透明上盖板下表面的外周，所述导电线连接导电垫块和金属触点；所述透明盖板和金属背板接入电源后，将电流注入LED元件内，使LED元件发射一定波长的光并穿过透明盖板发射。
所述外延片为P-I-N结构，至少包括依次层叠的N型层、发光层和P型层。
所述通孔的深度大于或等于所述衬底的厚度。
所述金属触点、导电线、导电垫块、LED元件、凸起的数目相同。
所述金属背板为一体结构，所述复数个LED元件共用一个金属背板。
所述金属背板由复数个电性隔离的子金属背板组成，所述每个子金属背板与一个LED元件对应；所述金属触点、导电线、导电垫块、LED元件、子金属背板、凸起的数目相同。
所述金属背板的结构为金或铬或铂或钛或镍单层结构或者任意几种形成的多层结构。
所述金属触点的结构为金或铬或铂或钛或镍单层结构或者任意几种形成的多层结构。
所述导电垫块、导电线、透明导电层材料相同，均为氧化铟锡或氧化锌或铟锌氧化物。
所述透明上盖板的材料为玻璃或者蓝宝石。
所述LED元件的宽度为80~100微米。
本发明在另一方面，还提供了制作上述微LED器件的制作方法，具体包括以下步骤：
S1、提供一衬底；
S2、于所述衬底上沉积外延片；
S3、于所述外延片表面镀制透明导电层；
S4、由所述透明导电层的顶部刻蚀至外延片底部，形成复数个间隔排列的LED元件，每一LED元件包括依次层叠的外延层和透明导电层；
S5、减薄所述衬底；
S6、于所述衬底内部采用激光于靠近LED元件一侧的衬底内部纵向进行多次隐形切割，形成与LED元件位置对应的改质柱；
S7、采用激光在所述衬底背面表面与改质柱对应位置进行划片，在所述衬底内形成贯穿衬底的通孔；
S8、对所述通孔的侧壁进行干法刻蚀，使通孔的侧壁平滑；
S9、在所述衬底背面镀制金属背板；
S10、提供一透明盖板，所述透明盖板包括透明上盖板、复数个导电垫块、复数个金属触点和复数个导电线，所述导电垫块位于透明上盖板下表面并与LED元件位置对应，所述金属触点位于透明上盖板下表面的外周，所述导电线连接导电垫块和金属触点；
S11、将所述透明盖板置于LED元件表面，经键合后通过退火熔合使所述盖板与LED元件紧密结合，所述透明盖板和金属背板接入电源后，将电流注入LED元件内，使LED元件发射一定波长的光并穿过透明盖板发射。
优选的，所述步骤S4中的刻蚀方法为等离子体刻蚀。
优选的，所述步骤S6中采用激光由LED元件的底部向衬底背面纵向进行3次隐形切割。
优选的，所述导电垫块与透明导电层退火熔合的温度范围为400~600℃。
本发明提供一种采用外延级焊接方式制作微LED器件的方法，采用等离子体直接刻蚀外延片制作微米级的LED元件，无需转移LED元件，其中无需剥离衬底，而是直接在衬底内部开孔，形成通孔，作为负极的金属背板穿过通孔直接与外延片电性接触。而在制作衬底内的通孔时，采用纵向多次隐形切割和激光划片结合的方法，制作通孔，方法简单，操作方便。本发明设计了位于透明上盖板外周的金属触点作为正极，直接接通正、负极，可以实现点控LED元件的发光，从而无需在微米级的小尺寸LED元件进行打线及转移操作。该微LED器件中，每一个进行触点对应一个LED元件和一个子金属背板，因此，相当于LED元件并联结构，可以单独控制单个LED元件的发光。
附图说明
图1为本发明之实施例一之微LED器件侧视结构示意图。
图2为本发明之实施例一之微LED器件俯视结构示意图。
图3为本发明之实施例一之透明盖板仰视结构示意图。
图4为本发明之实施例一之微LED器件仰视结构示意图。
图5为本发明之实施例一之微LED器件制作方法流程示意图。
图6为本发明之实施例二之微LED器件侧视结构示意图。
具体实施方式
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1
参看附图1，本发明在其一方面公开了微LED器件，至少包括一衬底10、间隔排列于衬底10上的复数个LED元件，复数个LED元件共用一个衬底10，并周期性排列于衬底10上（如图2所示），衬底10内部与LED元件对应位置具有复数个贯穿衬底的通孔12，衬底10的背面还具有金属背板40，金属背板40具有复数个与通孔12对应的凸起41，凸起41***通孔12内并与外延片20电性导通，LED元件表面还置有一透明盖板50。衬底10材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅等，可以为图形化衬底，也可以为平片衬底，本实施例优选图形化蓝宝石衬底。
其中，LED元件至少包括依次层叠的外延片20和透明导电层30，外延片20为P-I-N结构，至少包括依次层叠的N型层、发光层和P型层，其材料根据外延片的发光颜色需要而定，例如n-GaN/InGaN/p-GaN为蓝光外延片，LED元件的宽度为80~100微米，该尺寸小于常规白光照明LED的尺寸，因此当其应用于LED显示器时，像素更高。透明导电层30起到电流扩展的作用，其材料为氧化铟锡或者氧化锌或铟锌氧化物，本实施中优选为氧化铟锡（ITO）。通孔12的深度大于或等于微LED器件衬底10的厚度，本实施例中优选通孔12的深度等于微LED器件衬底10的厚度。相对应地，凸起41的高度和直径与通孔12的深度和直径一致。金属背板40为一体结构，复数个LED元件共用一个金属背板40。一体结构的金属背板40在制作时，制程较为简单，只需一步制程即可完成，其材料为金属，例如金或铬或铂或钛或镍，结构可以为前述一种金属形成的单层结构或者任意几种形成的多层结构，本实施例中可选用导电性较好的金单层结构，也可以为由金/铬/铂/钛/镍层叠而成的多层结构。本发明中衬底10无需移除，而是采用在衬底10内开孔的方式，让金属背板40的凸起41与外延层20电性接触，注入电流。
参看附图1、3和4，透明盖板50由透明的上盖板51、复数个导电垫块52、金属触点53和导电线54组成。具体的，上盖板51的尺寸大于衬底10的尺寸，形状相同，例如均为常规使用的圆形（具体参看附图4）。透明上盖板51为透明材料制成，例如玻璃或者蓝宝石，本实施例中优选采用玻璃，目的是使LED元件发射的光线可以穿透透明上盖板51，实现微LED器件的发光。
导电垫块52位于上盖板51的下表面，其与LED元件匹配对应，包括位置对应和数目对应，即导电垫块52的数目与LED元件一致。导电垫块52可以为金属或者氧化铟锡、氧化锌或者铟锌氧化物材料制成，本实施例中优选为与透明导电层30的材料相同的氧化铟锡，两者通过键合，可以增强粘附的牢固性。导电垫块52的尺寸可以等于、小于或大于透明导电层30的尺寸，具体可以根据需要设定，本实施例两者的尺寸相同，例如宽度为80-100微米，便于后续的键合。
金属触点53分布于上盖板51的外周，每一个金属触点53对应一个LED元件，因此两者的数目相同，其材料为金属，例如金或铬或铂或钛或镍，结构可以为前述一种金属形成的单层结构或者任意几种形成的多层结构，本实施例中可选用导电性较好的金单层结构，也可以为由金/铬/铂/钛/镍层叠而成的多层结构。每一个金属触点53和金属背板40中的一个凸起41构成LED的元件的正、负极，为LED元件注入电流，使其发光。
为使金属触点53与导电垫块52电性接通，两者之间采用导电线54连接，导电线54的材料可以为金属，也可以为氧化铟锡或者氧化锌或者铟锌氧化物，由于后续导电垫块52与透明导电层30键合时，导电线54同时也与透明导电层30熔合，因此本实施例中优选导电线54的材料为氧化铟锡。为了将LED元件应用于显示器使用，本发明中在LED元件的背面设计金属背板40作为负极，在其正面设计金属触点53作为正极，当金属背板40和金属触点53与外源电源接通后，电流注入LED元件内，使其发射一定波长的光线，供显示器使用。
参看附图5，为制作上述的微LED器件，本发明提供了其制作方法，具体包括以下步骤：
S1、提供一衬底10；
S2、于衬底10上沉积外延片20；
S3、于外延片20表面镀制透明导电层30；
S4、由透明导电层30的顶部刻蚀至外延片20底部，形成复数个间隔排列的LED元件；LED元件包括依次层叠的外延层20和透明导电层30；刻蚀方法采用等离子体刻蚀；
S5、减薄衬底10；
S6、于衬底10内部采用激光于靠近LED元件一侧的衬底10内部纵向进行多次隐形切割，具体地由LED元件的底部向衬底10背面纵向进行3次隐形切割，形成与LED元件位置对应的改质柱11；改质柱11即为材料性质改变了的蓝宝石，进行多次激光切割的目的是为了在后续的激光划片时，可以比较容易地将衬底开孔，形成通孔12；
S7、采用激光在衬底10背面表面与改质柱11对应位置进行划片，在衬底10内形成贯穿衬底的通孔12；改质柱11的材料从通孔12中释放出来；
S8、对通孔12的侧壁进行干法刻蚀，使通孔12的侧壁平滑。平滑的通孔12侧壁更便于后续的制作金属背板40的制程；
S9、在衬底背面镀制金属背板40；可以采用溅镀法或蒸镀法或化学镀膜法制作金属背板40；
S10、提供一透明盖板50，透明盖板50包括透明上盖板51、复数个导电垫块52、复数个金属触点53和复数个导电线54，导电垫块42位于透明上盖板51下表面并与LED元件位置对应，金属触点53位于透明上盖板51下表面的外周，导电线54连接导电垫块52和金属触点53；
S11、将透明盖板50置于LED元件表面，经键合后通过退火熔合使透明盖板50与LED元件紧密结合，透明盖板50和金属背板40接入电源后，将电流注入LED元件内，使LED元件发射一定波长的光并穿过透明盖板50发射，退火的温度优选为400~600℃。
本发明提供一种采用外延级焊接方式制作微LED器件的方法，采用等离子体直接刻蚀外延片制作微米级的LED元件，无需转移LED元件，其中无需剥离衬底10，而是直接在衬底10内部开孔，形成通孔12，作为负极的金属背板40穿过通孔12直接与外延片20电性接触。而在制作衬底10内的通孔12时，采用纵向多次隐形切割和激光划片结合的方法，制作通孔12，方法简单，操作方便。本发明设计了位于透明上盖板51外周的金属触点53作为正极，直接接通正、负极，LED元件即可进行发光，从而无需在微米级的小尺寸LED元件进行打线操作。
实施例2
参看附图6，本实施例中，为了使微LED器件的散热效果更好，金属背板40可以设置成由复数个电性隔离的子金属背板42组成。每一子金属背板42与每一LED元件、导电垫块52、金属触点53、导电线54对应，数目相同。
该微LED器件中，每一个金属触点53对应一个LED元件和一个子金属背板42，因此，相当于LED元件并联结构，可以单独控制单个LED元件的发光。
应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.微LED器件，至少包括一衬底、间隔排列于衬底上的复数个LED元件，所述LED元件至少包括依次层叠的外延片和透明导电层，其特征在于：
所述复数个LED元件共用一个衬底；
所述衬底内部与LED元件对应位置具有复数个贯穿衬底的通孔；
所述衬底的背面还具有金属背板，所述金属背板具有复数个与通孔对应的凸起，所述凸起***通孔内并与外延片电性导通；
所述LED表面还置有一透明盖板，所述透明盖板包括透明上盖板、复数个导电垫块、复数个金属触点和复数个导电线，所述导电垫块位于透明上盖板下表面并与LED元件位置对应，所述金属触点位于透明上盖板下表面的外周，所述导电线连接导电垫块和金属触点；
所述透明盖板和金属背板接入电源后，将电流注入LED元件内，使LED元件发射一定波长的光并穿过透明盖板发射。
2.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述外延片为P-I-N结构，至少包括依次层叠的N型层、发光层和P型层。
3.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述通孔的深度大于或等于所述衬底的厚度。
4.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述金属触点、导电线、导电垫块、LED元件、凸起的数目相同。
5.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述金属背板为一体结构，所述复数个LED元件共用一个金属背板。
6.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述金属背板由复数个电性隔离的子金属背板组成，所述每个子金属背板与一个LED元件对应。
7.根据权利要求6所述的微LED器件，其特征在于：所述金属触点、导电线、导电垫块、LED元件、子金属背板、凸起的数目相同。
8.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述金属背板为金或铬或铂或钛或镍单层结构或者任意几种形成的多层结构。
9.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述金属触点为金或铬或铂或钛或镍单层结构或者任意几种形成的多层结构。
10.根据权利要求1所述的微LED器件，其特征在于：所述导电垫块、导电线、透明导电层材料相同，均为氧化铟锡或者氧化锌或者铟锌氧化物。
11.根据权利要求1所述的一种微LED器件，其特征在于：所述透明上盖板的材料为玻璃或者蓝宝石。
12.根据权利要求1所述的一种微LED器件，其特征在于：所述LED元件的宽度为80~100微米。
13.微LED器件的制作方法，具体方法步骤如下：
S1、提供一衬底；
S2、于所述衬底上沉积外延片；
S3、于所述外延片表面镀制透明导电层；
S4、由所述透明导电层的顶部刻蚀至外延片底部，形成复数个间隔排列的LED元件，每一所述LED元件包括依次层叠的外延层和透明导电层；
S5、减薄所述衬底；
S6、于所述衬底内部采用激光于靠近LED元件一侧的衬底内部纵向进行多次隐形切割，形成与LED元件位置对应的改质柱；
S7、采用激光在所述衬底背面表面与改质柱对应位置进行划片，在所述衬底内形成贯穿衬底的通孔；
S8、对所述通孔的侧壁进行干法刻蚀，使通孔的侧壁平滑；
S9、在所述衬底背面镀制金属背板；
S10、提供一透明盖板，所述透明盖板包括透明上盖板、复数个导电垫块、复数个金属触点和复数个导电线，所述导电垫块位于透明上盖板下表面并与LED元件位置对应，所述金属触点位于透明上盖板下表面的外周，所述导电线连接导电垫块和金属触点；
S11、将所述透明盖板置于LED元件表面，经键合后通过退火熔合使所述盖板与LED元件电性结合，所述透明盖板和金属背板接入电源后，将电流注入LED元件内，使LED元件发射一定波长的光并穿过透明盖板发射。
14.根据权利要求13所述的微LED器件的制作方法，其特征在于：所述步骤S4中的刻蚀方法为等离子体刻蚀。
15.根据权利要求13所述的微LED器件的制作方法，其特征在于：于衬底内部采用激光由LED元件的底部向衬底背面纵向进行3次隐形切割，形成与LED元件位置对应的改质柱。
16.根据权利要求13所述的微LED器件的制作方法，其特征在于：所述步骤S11中所述导电垫块与透明导电层退火熔合的温度范围为400~600℃。
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