CN109768027A - 一种Micro-LED显示屏的结构和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Micro‑LED显示屏结构和制造方法，涉及显示器技术领域，包括设置于显示屏正面并由Micro‑LED芯片构成的显示阵列，所述显示阵列中每一行每一列的Micro‑LED芯片分别经金属线连接，且显示阵列的表面以及行和列的金属线之间分别设置有一层绝缘层；所述显示屏的背面设置有驱动芯片、金属焊盘以及若干条一端与驱动芯片相连接的背面金属走线，每条背面金属走线在功能上与正面的金属线一一对应；所述显示屏正面的的金属线和背面一一对应的背面金属走线经过孔方式连接并形成通路。有效克服Micro‑LED显示屏设计制造过程的转移和键合难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种Micro-LED显示屏结构和制造方法，涉及显示器技术领域。
背景技术
Micro-LED是指将传统的LED结构进行微小化，由于Micro-LED技术的亮度、寿命、对比度、反应时间、功耗、可视角度等各种性能都要优于LCD和OLED技术，加上其属于自发光、结构简单和极强的环境适应能力，已经被许多产家视为下一代显示技术而开始积极布局。
目前Micro-LED显示屏的结构主要为Micro-LED芯片与CMOS或TFT驱动背板的结合，通过转移和键合的方式将Micro-LED芯片整合于CMOS或TFT驱动背板上，以此形成一个完整的显示屏结构。但是Micro-LED的转移技术目前依然还是一个正在极力攻克的难题，并且Micro-LED的键合技术还需要不断的改进。总体而言，CMOS或TFT驱动背板的设计和制造以及Micro-LED芯片的转移和键合会使得开发过程更加复杂，开发成本更加高昂。
在以PM方式驱动的Micro-LED显示屏中，共阴共阳极金属引线需要另外引出并与***电路进行连接，以此实现***电路的驱动控制。在传统的大尺寸LED显示中，这些共阴极共阳极金属引线可直接制作于PCB上，但在Micro-LED显示，极小宽度的金属引线无法制作于PCB上。为解决此问题，可以将金属引线直接制作于显示屏上，但这会使其占用一定的非显示区域面积，此外，将驱动芯片热压于显示屏上也需占用一定的面积，两者均会使得显示屏的有效显示区域比例减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Micro-LED显示屏结构和制造方法，克服Micro-LED显示屏设计制造过程的转移和键合难题。
本发明的技术方案在于：一种Micro-LED显示屏结构，包括设置于显示屏正面并由Micro-LED芯片构成的显示阵列，所述显示阵列中每一行每一列的Micro-LED芯片分别经金属线连接，且显示阵列的表面以及行和列的金属线之间分别设置有一层绝缘层；所述显示屏的背面设置有驱动芯片、金属焊盘以及若干条一端与驱动芯片相连接的背面金属走线，每条背面金属走线在功能上与正面的金属线一一对应；所述显示屏正面的的金属线和背面一一对应的背面金属走线经过孔方式连接并形成通路。
进一步地，所述Micro-LED芯片构成的显示阵列为直接在其衬底上进行刻蚀并直接形成。
进一步地，所述衬底为玻璃基板并可供外延生长LED芯片，且衬底在外延生长和像素化后无需进行剥离。
进一步地，所述显示屏正面的每一行每一列的金属线只延伸至最***的Micro-LED芯片，且每一行的Micro-LED芯片和每一列的Micro-LED芯片的金属线交叠处设置有用于隔离的绝缘层。
进一步地，所述显示屏正面每一行的金属线为共阴极金属线，每一列的金属线为共阳极金属线，所述绝缘层为SiO2绝缘层。
进一步地，所述驱动芯片的尺寸小于显示阵列的面积，并经COG方式直接热压于玻璃基板的背面。
进一步地，所述过孔方式为在衬底的边沿进行刻蚀并最终形成正反面间的通孔。
进一步地，所述通孔经双面刻蚀形成并在通孔里面填充金属。
一种Micro-LED显示屏结构的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1：在玻璃基板上外延生长LED的各个功能层；
步骤S2：将外延生长完各个功能层的晶圆进行像素化，制成Micro-LED阵列，并在制作完成之后不进行玻璃基板的剥离，但对其进行减薄抛光；
步骤S3：在玻璃基板正面，对需要形成通孔的位置进行刻蚀，刻蚀深度为玻璃基板的一半厚度，形成倒圆台型凹槽，并在凹槽中填充金属；
步骤S4：在玻璃基板正面沉积一层SiO2绝缘层，并刻蚀出P极和N极欧姆接触区域以及通孔区域；
步骤S5：在玻璃基板正面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出共阳极金属线；
步骤S6：在玻璃基板正面再次沉积一层SiO2绝缘层，并刻蚀出N极欧姆接触区域以及通孔区域；
步骤S7：在玻璃基板正面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出共阴极金属线；
步骤S8：在玻璃基板的背面，对需要形成通孔的位置进行衬底的另一半深度的刻蚀，形成倒圆台型凹槽，并在凹槽中填充金属；
步骤S9：在玻璃基板背面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出背面金属走线以及金属Pad；
步骤S10：通过高精度Bonding设备将驱动芯片热压于玻璃基板背面。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明的Micro-LED显示屏结构和制造过程更加方便简单，技术更加成熟稳定，克服Micro-LED显示屏设计制造过程的转移和键合难题，并解决显示屏中金属引线和驱动芯片占据多余面积的问题。其能够在非转移非键合的条件下完成显示屏的制作，并且实现全屏显示，可大大降低产品的开发成本。本发明直接在衬底上制成所需的Micro-LED显示阵列，并在此的基础上直接做成驱动所需要的电极引线，只通过热压驱动芯片即可实现一个完整的显示屏，过程简单，技术成熟且成本低廉。另外，本发明的另一个优点是可实现显示屏的全屏显示，将驱动电极引线以及驱动芯片布置于显示屏背面，并通过玻璃钻孔的方式将正面和背面的金线引线进行连接，这样可以避免驱动电极引线和驱动芯片占用显示区域外的额外面积，达到全屏显示的效果。
附图说明
图1为本发明的Micro-LED显示屏的正视图；
图2为本发明的图1的A区放大图；
图3为本发明的Micro-LED显示屏的侧视图；
图4为本发明的图3的B区放大图；
图5是本发明实施例Micro-LED显示屏的俯视图；
图6是本发明实施例Micro-LED显示屏的背面图；
图中：1-驱动芯片，2-金属焊盘，3-背面金属走线，4-玻璃基板，5-通孔，6-共阴极金属线，7-共阳极金属线，8-第一SiO2绝缘层，9-第二SiO2绝缘层，10-LED芯片的N极凹槽部分。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图6
一种Micro-LED显示屏结构，包括设置于显示屏正面（玻璃基板正面）并由Micro-LED芯片构成的显示阵列，所述显示阵列中每一行每一列的Micro-LED芯片分别经金属线连接，且显示阵列的表面以及行和列的金属线之间分别设置有一层绝缘层；所述显示屏的背面设置有驱动芯片1、金属焊盘2以及若干条一端与驱动芯片相连接的背面金属走线3，每条背面金属走线在功能上与正面的金属线一一对应；所述显示屏正面的的金属线和背面一一对应的背面金属走线经过孔方式连接并形成通路。
本实施例中，采用蓝光Micro-LED芯片构成显示屏的显示阵列，绝缘层采用600nm厚的SiO2，金属线和背面金属走线采用具有较高稳定性和导电能力的金作为导线。每一行中含有480个Micro-LED芯片，每一列中含有128个Micro-LED芯片，图1中A区放大图部分为单个Micro-LED芯片。整个显示屏的芯片阵列上沉积有一层600nm厚的第一SiO2绝缘层8，通过此层SiO2绝缘层将每个相邻的Micro-LED芯片隔离，避免相邻间像素短路。
本实施例中，所述Micro-LED芯片构成的显示阵列为直接在其衬底上进行刻蚀并直接形成。
本实施例中，所述衬底为玻璃基板4并可供外延生长LED芯片，且衬底在外延生长和像素化后无需进行剥离。所述玻璃基板的材料为蓝宝石（Al2O3），用于外延生长蓝光LED以及作为金属线、背面金属走线和驱动芯片的载体。当然，蓝宝石衬底不作为本发明的唯一衬底材质，其他可供于生长LED的玻璃衬底均适用于本发明的目的。
本实施例中，所述过孔方式为在衬底的左边沿、右边沿以及下边沿进行刻蚀并最终形成正反面间的通孔5，所述通孔经双面刻蚀形成并在通孔里面填充金属，用于连接正面共阴极、共阳极金属线和背面金属走线。
本实施例中，所述显示屏正面的每一行每一列的金属线只延伸至最***的Micro-LED芯片，且每一行的Micro-LED芯片和每一列的Micro-LED芯片的金属线交叠处设置有用于隔离的第二SiO2绝缘层9。
本实施例中，所述驱动芯片的尺寸小于显示阵列的面积，并经COG方式直接热压于玻璃基板的背面。驱动芯片型号为Solomon Systech公司的SSD1352，同样的，该驱动芯片型号仅作为一种优选方案。
本实施例中，所述显示屏正面每一行的金属线为共阴极金属线6，每一列的金属线为共阳极金属线7。
本实施例中，图1中的共阴极金属线6与显示屏背面的背面金属走线的连接分为两部分，其中奇数行通过显示屏右边沿的通孔与显示屏背面的背面金属走线进行连接，偶数行通过左边沿的通孔与显示屏背面的背面金属走线进行连接。从图5中可以直观的看出。由于金属线本身存在着一定的电阻，因此越长的Micro-LED阴极到地端的金属线会带来越大的压降，从而导致Micro-LED两端的电压降低，最终使其发光亮度下降。因此将共阴极金属线进行左右两边隔行分配，这样隔行亮暗部分互补可使整体的亮度更加均匀。
本实施例中，图1中的共阳极金属线7全部通过显示屏下边沿的通孔与背面的背面金属走线进行连接，从图5可以直观的看出。第二SiO2绝缘层9（图5中9处于不同高度的同一层SiO2绝缘层，即第二SiO2绝缘层），其厚度为600nm，用于的行列金属线交叉处的隔离，防止阴极和阳极间形成短路。
本实施例中，采用的Micro-LED芯片结构为正装结构，需对GaN掺杂层进行深刻蚀，露出n-GaN层，因此在每个芯片上形成了凹槽，图2中10对应于此凹槽区域，在此区中同样沉积有SiO2绝缘层和共阴极金属线，以虚线表示。整个显示屏的俯视图如图5。值得注意的是，上述蓝光Micro-LED、SiO2绝缘层和金材料仅作为本实例中提供的一种优选方案，任何其他可发光的Micro-LED，适用于半导体工艺的绝缘材料和导电金属材料都应视为本发明的备选方案。
一种Micro-LED显示屏结构的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1：采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在玻璃基板上外延生长LED的各个功能层，包括GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层以及p-GaN层；
在p-GaN层上通过磁控溅射方法溅射一层氧化铟锡(ITO)透明导电层，用于增强阳极空穴的扩散能力；
蚀掉待露出的N极区域的ITO；
步骤S2：进行GaN掺杂层深刻蚀，露出n-GaN制作N区欧姆接触，在刻蚀到的n-GaN层基础上进行进一步的刻蚀，直至露出底部的玻璃基板，最后形成相互独立的Micro-LED像素阵列，并在制作完成之后不进行玻璃基板的剥离，但对其进行减薄抛光；
步骤S3：在玻璃基板正面，采用ICP-RIE深度刻蚀方法对需要形成通孔的位置进行刻蚀，刻蚀深度为玻璃基板的一半厚度，形成倒圆台型凹槽，并在凹槽中填充金属；
步骤S4：在玻璃基板正面沉积第一SiO2绝缘层，并刻蚀出P极和N极欧姆接触区域以及通孔区域；
步骤S5：在玻璃基板正面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出共阳极金属线；
步骤S6：在玻璃基板正面沉积第二SiO2绝缘层，并刻蚀出N极欧姆接触区域以及通孔区域；
步骤S7：在玻璃基板正面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出共阴极金属线；
步骤S8：在玻璃基板的背面，对需要形成通孔的位置进行衬底的另一半深度的刻蚀，形成倒圆台型凹槽，并在凹槽中填充金属；
步骤S9：在玻璃基板背面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出背面金属走线以及金属Pad；
步骤S10：采用FineTech公司的Lambda高精度Bonding设备将驱动芯片热压于玻璃基板背面，完成这个显示屏的制作。
本实施例中，为了表示出整个显示屏的结构，在图中均对行列Micro-LED芯片的个数进行了省略，以三点的省略号表示。值得提出的是，示意图仅为了更直观展示出本发明的中显示屏的结构，因此其几何尺寸比例不应作为实物尺寸的严格表征。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的一种Micro-LED显示屏结构和制造方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种Micro-LED显示屏结构，其特征在于，包括设置于显示屏正面并由Micro-LED芯片构成的显示阵列，所述显示阵列中每一行每一列的Micro-LED芯片分别经金属线连接，且显示阵列的表面以及行和列的金属线之间分别设置有一层绝缘层；所述显示屏的背面设置有驱动芯片、金属焊盘以及若干条一端与驱动芯片相连接的背面金属走线，每条背面金属走线在功能上与正面的金属线一一对应；所述显示屏正面的的金属线和背面一一对应的背面金属走线经过孔方式连接并形成通路。
2.根据权利要求1所述的一种Micro-LED显示屏结构，其特征在于，所述Micro-LED芯片构成的显示阵列为直接在其衬底上进行刻蚀并直接形成。
3.根据权利要求2所述的一种Micro-LED显示屏的结构，其特征在于，所述衬底为玻璃基板并可供外延生长LED芯片，且衬底在外延生长和像素化后无需进行剥离。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种Micro-LED显示屏结构，其特征在于，所述显示屏正面的每一行每一列的金属线只延伸至最***的Micro-LED芯片，且每一行的Micro-LED芯片和每一列的Micro-LED芯片的金属线交叠处设置有用于隔离的绝缘层。
5.根据权利要求4所述的一种Micro-LED显示屏的结构，其特征在于，所述显示屏正面每一行的金属线为共阴极金属线，每一列的金属线为共阳极金属线，所述绝缘层为SiO2绝缘层。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种Micro-LED显示屏结构，其特征在于，所述驱动芯片的尺寸小于显示阵列的面积，并经COG方式直接热压于玻璃基板的背面。
7.根据权利要求2或3所述的一种Micro-LED显示屏结构，其特征在于，所述过孔方式为在衬底的边沿进行刻蚀并最终形成正反面间的通孔。
8.根据权利要求7所述的一种Micro-LED显示屏结构，其特征在于，所述通孔经双面刻蚀形成并在通孔里面填充金属。
9.一种应用于权利要求3或8所述的一种Micro-LED显示屏结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在玻璃基板上外延生长LED的各个功能层；
步骤S2：将外延生长完各个功能层的晶圆进行像素化，制成Micro-LED阵列，并在制作完成之后不进行玻璃基板的剥离，但对其进行减薄抛光；
步骤S3：在玻璃基板正面，对需要形成通孔的位置进行刻蚀，刻蚀深度为玻璃基板的一半厚度，形成倒圆台型凹槽，并在凹槽中填充金属；
步骤S4：在玻璃基板正面沉积一层SiO2绝缘层，并刻蚀出P极和N极欧姆接触区域以及通孔区域；
步骤S5：在玻璃基板正面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出共阳极金属线；
步骤S6：在玻璃基板正面再次沉积一层SiO2绝缘层，并刻蚀出N极欧姆接触区域以及通孔区域；
步骤S7：在玻璃基板正面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出共阴极金属线；
步骤S8：在玻璃基板的背面，对需要形成通孔的位置进行衬底的另一半深度的刻蚀，形成倒圆台型凹槽，并在凹槽中填充金属；
步骤S9：在玻璃基板背面蒸镀一层金属，并利用设计好的掩模板刻蚀出背面金属走线以及金属Pad；
步骤S10：通过高精度Bonding设备将驱动芯片热压于玻璃基板背面。
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