制備晶圓級全彩led顯示陣列的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法。該方法包括：步驟A，在襯底上生長GaN材料，制備GaN外延片；步驟B，通過深刻蝕工藝在所述GaN外延片上形成多個獨立的LED結(jié)構(gòu)；以及步驟F，對準(zhǔn)不同列的LED結(jié)構(gòu)，在藍(lán)寶石襯底背面涂敷不同熒光粉，以形成紅、綠、藍(lán)LED芯片，從而形成晶圓級全彩LED顯示陣列。本發(fā)明制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法由逐列涂覆的熒光粉直接在LED藍(lán)寶石wafer上實現(xiàn)全彩顯示，從而實現(xiàn)了晶圓級LED顯示陣列的像素尺寸小于500um。
【專利說明】制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用LED發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成大面積顯示屏幕，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還具有可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價格性能比高、使用成本低以及大面積顯示等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]LED以往一般用于室內(nèi)外超大屏幕顯示，目前在體育設(shè)施、宣傳廣告、舞臺舞美、會議場所等方面都有較多的應(yīng)用。未來LED顯示技術(shù)可能會應(yīng)用于對畫質(zhì)要求較高的專業(yè)領(lǐng)域，隨著成本的下降逐漸進(jìn)入普通家用市場。未來主要的發(fā)展趨勢包括兩個方向:更高畫質(zhì)和高清(更大的像素數(shù)量和更小的像素尺寸)、更低成本和更優(yōu)效率。
[0004]實現(xiàn)高清顯示的關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)超小發(fā)光像素，需要更小尺寸的LEDRGB全彩發(fā)光單元。圖1是現(xiàn)有技術(shù)全彩LED顯示陣列示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)全彩LED顯示陣列中的全彩LED封裝單元結(jié)構(gòu)圖。請參照圖1和圖2，目前RGB全彩封裝單元的尺寸為1mm* 1_，采用的是紅、綠、藍(lán)三顆正裝LED芯片通過固晶和打線工藝封裝到PCB版上，PCB板再通過導(dǎo)電通孔工藝將三種芯片的電極從背面引出，形成一個全彩LED封裝單元。此全彩LED封裝單元再通過COB (chip on board)封裝工藝壓焊到COB平板上,通過COB平板上的行列布線形成點陣LED顯示屏。
[0005]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中， 申請人:發(fā)現(xiàn):由于焊料工藝、固晶機(jī)對位精度以及導(dǎo)電通孔孔徑的限制，使得LED RGB全彩封裝單元尺寸小型化受到限制。直接影響到最終LED屏像素分辨率，從而全彩LED屏的像素尺寸無法減小，最小尺寸只能為Imm左右。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法，以減小全彩LED屏的尺寸。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法。該方法包括:步驟A，在襯底上生長GaN材料，制備GaN外延片；步驟B，通過深刻蝕工藝在GaN外延片上形成多個獨立的LED結(jié)構(gòu)；以及步驟F，對準(zhǔn)不同列的LED結(jié)構(gòu)，在藍(lán)寶石襯底背面涂敷不同熒光粉，以形成紅、綠、藍(lán)LED芯片，從而形成晶圓級全彩LED顯示陣列。
[0010](三)有益效果
[0011]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法具有以下有益效果:
[0012](I)由逐列涂覆的熒光粉直接在LED藍(lán)寶石wafer上實現(xiàn)全彩顯示，從而實現(xiàn)了晶圓級LED顯示陣列的像素尺寸小于500um ；
[0013](2)無需通過COB工藝將一個個封裝好的全彩RGB封裝單元集成組成陣列，只需涂覆熒光粉即可，大大簡化了晶圓級全彩LED顯示陣列的制備工藝；
[0014](3)紅、綠、藍(lán)三種芯片的正負(fù)電極引線分別對應(yīng)顯示屏的數(shù)據(jù)線和控制線，可以通過LED芯片制備工藝過程中的金屬化和鈍化工藝實現(xiàn)，進(jìn)一步簡化了制備工藝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)全彩LED顯示陣列示意圖；
[0016]圖2是現(xiàn)有技術(shù)全彩LED顯示陣列中的全彩LED封裝單元結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例制備晶圓級全彩LED顯示陣列方法的流程圖；
[0018]圖4是依照圖3所示 方法制備的晶圓級全彩LED顯示陣列的示意圖；
[0019]圖5-1是圖4所示晶圓級全彩LED顯示陣列沿AA'截面的剖視圖；
[0020]圖5-2是圖4所示晶圓級全彩LED顯示陣列沿BB'截面的剖視圖。
[0021][主要元件]:
[0022]1-藍(lán)寶石襯底； 2-GaN緩沖層； 3_不摻雜GaN層；
[0023]4-N-GaN ；5_ 多量子井層；6-P-GaN ；
[0024]7-第一層 SiO2 ； 8-P 電極；9-N 電極；
[0025]10-第二層SiO2; 11-數(shù)據(jù)線電極；12-紅色熒光粉；
[0026]13-綠色熒光粉。
【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]本發(fā)明制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法中，組成LED顯示陣列的全彩LED封裝單元不是由紅、綠和藍(lán)三顆獨立芯片組成，而是通過藍(lán)光芯片上分別涂敷紅色和綠色熒光粉形成紅光芯片和綠光芯片，它們與藍(lán)光芯片共同組成一個全彩RGB封裝單元，從而可以減小全彩LED屏的像素尺寸，簡化制備工藝。
[0029]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例制備晶圓級全彩LED顯示陣列方法的流程圖。圖4是依照圖3所示方法制備的晶圓級全彩LED顯示陣列的示意圖。圖5-1是圖4所示晶圓級全彩LED顯示陣列沿AA'截面的剖視圖。圖5-2是圖4所示晶圓級全彩LED顯示陣列沿BB'截面的剖視圖。請參閱圖3、圖4、圖5-1、圖5-2所示,本實施例包括如下步驟:[0030]步驟A:在襯底I上生長GaN材料，制備GaN外延片；
[0031]本實施例中，襯底I為藍(lán)寶石襯底，但本發(fā)明并不以此為限，該襯底還可以為SiC、
S1、GaN 等。
[0032]生長GaN材料采用現(xiàn)有技術(shù)方法，典型的方法為:采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法，在襯底I上依次生長I μ m的低溫GaN緩沖層2、I μ m的不摻雜GaN層3、
3μ m的N-GaN層4、150nm的多量子阱發(fā)光層5和300nm的P-GaN層6，形成GaN外延片，其中所述襯底I為藍(lán)寶石。
[0033]步驟B，對GaN外延片進(jìn)行ICP深刻蝕工藝，在GaN外延片上形成多個獨立的LED結(jié)構(gòu)；
[0034]該步驟B又包括:
[0035]子步驟BI，在GaN外延片上采用PECVD (等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積法)淀積SiO2薄膜，作為ICP深刻蝕的掩膜；
[0036]本子步驟中，PECVD的各項參數(shù)為:溫度為300°C，功率40?70W，壓力500?700mtorr, N20800 ?IOOOsccm, SiH4400 ?600sccm, N2400 ?600sccm,薄膜厚度
5000-10000A，時間 13 ?26min ；
[0037]子步驟B2，在SiO2薄膜上涂敷光刻膠，光刻腐蝕SiO2,露出ICP深刻蝕的跑道位置，跑道將GaN外延片分割成多個獨立的LED結(jié)構(gòu)；
[0038]經(jīng)由ICP深刻蝕形成的多個獨立的LED結(jié)構(gòu)為正方形或長方形，它們在整個基片上按行列整齊排布；
[0039]子步驟B3，對GaN外延片進(jìn)行ICP深刻蝕，刻蝕掉跑道中的GaN材料，露出藍(lán)寶石襯底。
[0040]本子步驟中，ICP深刻蝕的各項參數(shù)為:刻蝕氣體為Cl2、BCl3、Ar2，其中Cl2流量為30-100sccm, BCl3 流量為 10_20sccm，Ar2 流量為 15_25sccm ;刻蝕功率為 400-700W ;射頻功率為100-200W ;刻蝕時間為20?40min ;刻蝕深度7um。
[0041]步驟C，對多個獨立的LED結(jié)構(gòu)進(jìn)行ICP臺面刻蝕，形成多個獨立的正裝LED芯片(未制備PN電極、未切割)；
[0042]該步驟C又包括:
[0043]子步驟Cl，繼續(xù)以SiO2為掩膜對多個獨立的LED結(jié)構(gòu)進(jìn)行臺面刻蝕，采用ICP刻蝕每個獨立的LED結(jié)構(gòu)的一側(cè)位置，刻蝕掉一側(cè)的P-GaN和量子阱，形成臺面41，后續(xù)在臺面上制備N電極；
[0044]該臺面41的刻蝕深度1200nm?1600nm，刻蝕時間為10_15min，去除SiO2掩膜(采用氫氟酸腐蝕)；
[0045]子步驟C2，刻蝕了臺面和跑道的GaN外延片上，繼續(xù)采用PECVD淀積一層SiO2薄膜作為第一絕緣層7，薄膜厚度8000?15000 A。涂敷光刻膠，光刻腐蝕SiO2，在每個獨立的正裝LED芯片的內(nèi)部側(cè)壁和外部側(cè)壁都覆蓋SiO2作為絕緣保護(hù)。
[0046]步驟D，制作正裝LED芯片的P電極和晶圓級全彩LED顯示陣列的控制線電極；
[0047]將每行正裝LED芯片的P電極相連從基片兩側(cè)引出形成晶圓級全彩LED顯示陣列的控制線電極。本發(fā)明中正裝LED芯片的P電極和晶圓級全彩LED顯示陣列的控制線電極采用光刻和蒸鍍工藝可以同步制備出來。選用負(fù)型光刻膠L-300光刻出P電極8(未經(jīng)臺面刻蝕的那部分材料結(jié)構(gòu))和每行P電極相連的部分，采用電子束蒸發(fā)法蒸鍍金屬NiAgPtAu( 10/1500/400/20()0A )，剝離光刻膠后形成每個正裝LED器件的P電極8和晶圓級全彩LED顯示陣列的控制線電極。
[0048]步驟E，制作正裝LED芯片的N電極和晶圓級全彩LED顯示陣列的數(shù)據(jù)線電極；
[0049]該步驟E又包括:
[0050]子步驟El，選用負(fù)型光刻膠L-300在臺面41位置光刻N(yùn)電極9 ;
[0051]采用電子束蒸發(fā)法蒸鍍金屬Cr/Pt/Au ( 500/500/1 5000 A )，剝離后形成N電極9 ；
[0052]子步驟E2，在已制備好正裝LED芯片PN電極的基片上繼續(xù)采用PECVD淀積一層SiO2薄膜作為第二絕緣層10，薄膜厚度8000?15000 涂敷光刻膠，光刻腐蝕SiO2,露出N電極，以便下步每列N電極之間串連形成數(shù)據(jù)線電極；
[0053]第二層絕緣層10的作用是保護(hù)LED陣列中的P電極和每行的控制線電極，防止與后續(xù)制備的列數(shù)據(jù)線電極短路。
[0054]子步驟E3:選用負(fù)型光刻膠L-300光刻晶圓級全彩LED顯示陣列的數(shù)據(jù)線電極11，在跑道中光刻出晶圓級全彩LED顯示陣列中的列線，并與每列上管芯中的N電極相連。采用電子束蒸發(fā)法蒸鍍金屬Cr/Pt/Au ( 500/500/5000A)，剝離后形成LED陣列的數(shù)據(jù)線11。
[0055]步驟F，對準(zhǔn)不同列的正裝LED芯片，在藍(lán)寶石襯底背面涂敷不同熒光粉，形成紅、綠、藍(lán)LED芯片，從而形成晶圓級全彩LED顯示陣列。
[0056]該步驟F又包括:
[0057]子步驟Fl，對藍(lán)寶石襯底背面進(jìn)行減薄拋光；
[0058]子步驟F2，在減薄拋光后的藍(lán)寶石襯底背面，對準(zhǔn)正面的每列管芯，分別涂覆紅色熒光粉、綠色熒光粉和不涂熒光粉。紅色熒光粉激發(fā)藍(lán)光LED發(fā)出紅光，綠色熒光粉激發(fā)藍(lán)光LED發(fā)出綠光光，于是形成按列依次排布的紅、綠、藍(lán)LED管芯。
[0059]具體做法是:在藍(lán)寶石襯底背面放置mask模版，模版上有一列列鏤空列線條，模版與藍(lán)寶石襯底正面的每列管芯對準(zhǔn)，每隔兩列管芯的距離有一條鏤空列線。先在鏤空列線中噴涂紅色熒光粉12，200度固化后再將mask模板平移到相鄰的一列管芯對準(zhǔn)，再對鏤空列線中噴涂綠色熒光粉13，200度固化綠色熒光粉。
[0060]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法有了清楚的認(rèn)識。
[0061]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如:
[0062](I)各色熒光粉固化的溫度可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定；
[0063](2)制備P電極，N電極的材料和方法可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定。
[0064]綜上所述，通過本發(fā)明方法制備的晶圓級全彩LED顯示陣列，不僅像素尺寸小于500um，而且沒有芯片的固晶、打線工藝以及COB封裝工藝，大大降低了成本，提高了可靠性。
[0065]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備晶圓級全彩LED顯示陣列的方法，其特征在于，包括: 步驟A，在襯底上生長GaN材料，制備GaN外延片； 步驟B，通過深刻蝕工藝在所述GaN外延片上形成多個獨立的LED結(jié)構(gòu)；以及步驟F，對準(zhǔn)不同列的LED結(jié)構(gòu)，在藍(lán)寶石襯底背面涂敷不同熒光粉，以形成紅、綠、藍(lán)LED芯片，從而形成晶圓級全彩LED顯示陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟F包括: 子步驟F1，對所述襯底的背面進(jìn)行減薄拋光； 子步驟F2，在減薄拋光后的襯底背面，對準(zhǔn)正面的每列管芯，依次分別涂覆紅色熒光粉、涂覆綠色熒光粉和不涂熒光粉，從而形成按列依次排布的所述紅、綠、藍(lán)LED管芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述子步驟F2具體包括: 在所述襯底背面放置模版，該模版上有一列列鏤空列線條，模版與每列管芯對準(zhǔn)，每隔兩列管芯的距離有一 條鏤空列線； 在鏤空列線中噴涂紅色熒光粉，并通過加熱固化所述紅色熒光粉； 將所述模板平移到相鄰的一列管芯對準(zhǔn)，再對鏤空列線中噴涂綠色熒光粉，并通過加熱固化所述綠色熒光粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟F之前還包括: 步驟C，對多個獨立的LED結(jié)構(gòu)進(jìn)行ICP臺面刻蝕，形成多個獨立的正裝LED芯片； 步驟D，制作所述正裝LED芯片的P電極和所述晶圓級全彩LED顯示陣列的控制線電極； 步驟E，制作所述正裝LED芯片的N電極和所述晶圓級全彩LED顯示陣列的數(shù)據(jù)線電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟C包括: 子步驟Cl，對多個獨立的LED結(jié)構(gòu)進(jìn)行臺面刻蝕，在每個獨立的LED結(jié)構(gòu)的一側(cè)位置，形成臺面； 子步驟C2，在刻蝕了臺面和跑道的GaN外延片上，淀積一層SiO2薄膜作為第一絕緣層，涂敷光刻膠，光亥IJ腐蝕SiO2，在每個獨立的正裝LED芯片的內(nèi)部偵彳壁和外部側(cè)壁都覆蓋SiO2作為絕緣保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟D包括:選用光刻膠光刻出P電極和每行P電極相連的部分，沉積金屬電極材料，剝離光刻膠后形成每個正裝LED器件的P電極和晶圓級全彩LED顯示陣列的控制線電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟E包括: 子步驟E1，選用光刻膠在臺面位置光刻N(yùn)電極； 子步驟E2，淀積一層SiO2薄膜作為第二絕緣層，涂敷光刻膠，光刻腐蝕SiO2，露出N電極； 子步驟E3:選用光刻膠光刻晶圓級全彩LED顯示陣列的數(shù)據(jù)線電極，在跑道中光刻出LED陣列中的列線，并與每列上正裝LED芯片中的N電極相連，沉積金屬電極材料，剝離光刻膠后形成晶圓級全彩LED顯示陣列的數(shù)據(jù)線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟A包括:在襯底上依次生長低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、N-GaN層、多量子阱發(fā)光層和P-GaN層，形成GaN外延片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟B包括: 子步驟BI，在GaN外延片上淀積SiO2薄膜，作為ICP深刻蝕的掩膜； 子步驟B2，在SiO2薄膜上涂敷光刻膠，光刻腐蝕SiO2,露出ICP深刻蝕的跑道位置，跑道將GaN外延片分割成多個獨立的LED結(jié)構(gòu)； 子步驟B3，對GaN外延片進(jìn)行ICP深刻蝕，刻蝕掉跑道中的GaN材料，露出藍(lán)寶石襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述襯底選自于以下襯底中的一種:藍(lán)寶石 、SiC、S1、GaN。
【文檔編號】H01L33/50GK103579461SQ201310553763
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】李璟, 楊華, 薛斌, 王國宏, 王軍喜, 李晉閩 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所