MicroLED显示面板及其形成方法与流程

microled显示面板及其形成方法
技术领域
1.本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种microled显示面板及其形成方法。


背景技术：

2.microled(micro light emitting diode，微型发光二极管)显示是继液晶显示与oled显示之后新出现的下一代显示技术。microled显示采用尺寸在几微米至几十微米之间的led发光芯片(microled芯片)作为像素单元，一颗一颗紧密地排列成阵列，每颗芯片都能独立地被驱动点亮发出光线。microled(也称为microled，mled或μled)。
3.目前的microled显示面板光学匹配性欠佳，显示面板的出光效率不理想，光提取效率有待进一步提升。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种microled显示面板及其形成方法，提高显示面板的光学匹配性，从而提高出光效率，使出射光线聚焦更集中，图像显示更清晰，提升光提取效率。
5.本发明提供一种microled显示面板，包括：驱动晶圆、microled芯片单元和微透镜阵列；所述驱动晶圆与所述microled芯片单元键合；所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜，所述微透镜呈半球形，且其球形表面一侧面向所述microled芯片单元。
6.进一步的，所述驱动晶圆包括驱动电极；所述microled芯片单元包括阵列分布的芯片粒，每个所述芯片粒上分布有相互分离的共享电极和芯片电极，每个所述芯片粒上的所述共享电极电连接。
7.进一步的，所述共享电极和所述芯片电极分别与所述驱动电极通过键合接触或第一导电胶电实现连接。
8.进一步的，所述驱动电极位于所述驱动晶圆靠近所述microled芯片单元的一侧表面，所述驱动电极包括若干分别与所述芯片电极对应电连接的第一电极。
9.进一步的，所述驱动电极包括第二电极，所述第二电极与其中一个所述共享电极电连接，且其位于其中一个所述共享电极的下方。
10.进一步的，所述驱动电极包括第三电极，所述第三电极与其中一个所述共享电极电连接，且其位于所述microled芯片单元在所述驱动晶圆上的投影以外的区域。
11.进一步的，所述microled芯片单元与所述微透镜阵列之间形成有光学胶层；其中，所述光学胶层的折射率范围为1.10～1.25。
12.进一步的，所述microled芯片单元还包括：光学膜层和位于所述光学膜层上的衬底，所述阵列分布的芯片粒形成于所述衬底上；其中，所述光学膜层的折射率范围为1.35～1.55。
13.进一步的，一个所述芯片粒至少对应一个所述微透镜，且每个所述芯片粒对应的所述微透镜的周圈套设有准直管；其中，所述准直管的材质包括钨、铝、白色光阻剂或黑色
光阻剂中的任意一种。
14.进一步的，所述微透镜的折射率范围为1.80～2.00；所述微透镜阵列远离所述microled芯片单元的一侧形成有基板和/或抗反射膜层，所述基板的折射率范围为1.80～2.00，所述基板的厚度范围为150μm～700μm。
15.本发明还一种microled显示面板的形成方法，包括：
16.提供微透镜阵列，所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜，且所述微透镜呈半球形；
17.在所述微透镜阵列上方形成microled芯片单元，所述微透镜的球形表面一侧面向所述microled芯片单元；
18.提供驱动晶圆，将所述microled芯片单元与所述驱动晶圆进行键合。
19.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
20.本发明提供一种microled显示面板及其形成方法，显示面板包括：驱动晶圆、microled芯片单元和微透镜阵列；所述驱动晶圆与所述microled芯片单元键合，所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜，所述微透镜呈半球形，所述微透镜的球形表面一侧面向所述microled芯片单元。如此一来，所述microled芯片单元发出的光束照射至所述微透镜的球形表面折射后汇聚，microled芯片单元与微透镜阵列实现更好的光学匹配，从而提高出光效率，使出射光线聚焦更集中，图像显示更清晰，提升光提取效率。
附图说明
21.图1a为本实施例的第一种microled显示面板无准直管的示意图。
22.图1b为本实施例的第一种microled显示面板有准直管的示意图。
23.图2a为本实施例的第二种microled显示面板无准直管的示意图。
24.图2b为本实施例的第二种microled显示面板有准直管的示意图。
25.图3为本实施例的一种microled芯片单元示意图。
26.图4为本实施例的第三种microled显示面板示意图。
27.图5a为本实施例的第四种microled显示面板无准直管的示意图。
28.图5b为本实施例的第四种microled显示面板有准直管的示意图。
29.图6为本实施例的microled显示面板形成方法流程示意图。
30.图7至图11为本实施例的microled显示面板形成方法各步骤示意图。
31.图12a为采用准直管和倒置型微透镜阵列的出光示意图。
32.图12b为采用准直管和正型微透镜阵列的出光示意图。
33.图12c为采用准直管以及无微透镜阵列的出光示意图。
34.其中，附图标记如下：
35.10
‑
驱动晶圆；11
‑
驱动电极；11a
‑
第一电极；11b
‑
第二电极；11c
‑
第三电极；20
‑
microled芯片单元；21
‑
衬底；22
‑
芯片粒；23
‑
芯片电极；24a、24b
‑
共享电极；25
‑
光学膜层；31
‑
坝部；32
‑
光学胶层；33
‑
微透镜阵列；34
‑
基板；35
‑
抗反射膜层；36
‑
准直管；41
‑
第一导电胶；42
‑
第二导电胶；43
‑
绝缘层。
具体实施方式
36.基于上述研究，本发明实施例提供了一种microled显示面板及其形成方法。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
37.本发明实施例提供了一种microled显示面板，包括：驱动晶圆、microled芯片单元和微透镜阵列；所述驱动晶圆与所述microled芯片单元键合；所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜，所述微透镜呈半球形，所述微透镜的球形表面一侧面向所述microled芯片单元。
38.图1a为本发明实施例的第一种microled显示面板无准直管示意图。如图1所示，microled显示面板，包括：驱动晶圆10、microled芯片单元和微透镜阵列；所述驱动晶圆10与所述microled芯片单元键合，所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜33，所述微透镜33呈半球形，所述微透镜33的球形表面一侧面向所述microled芯片单元。所述半球形可理解为：标准半圆球形、超半球形、抛物线形、凸面形中的至少一个，和/或包括表面纹理。
39.所述微透镜33呈半球形，所述微透镜33的球形表面一侧面向所述microled芯片单元，即上平下半圆弧的微透镜阵列，将microled芯片单元中的各芯片粒22(像素)发出光线汇聚，例如汇聚到a区域；即所述microled芯片单元发出的光束照射至所述微透镜的球形表面折射后汇聚，microled芯片单元与微透镜阵列实现更好的光学匹配，改变其出射角度，增加了出光的强度，减少侧边出光，不会造成芯片粒(像素)间光的互相干扰，避免芯片粒(像素)出射光照射至上半圆弧下平的微透镜阵列时出现的光线发散，不集中，呈扇形分布的问题。同时，microled显示面板的顶部为平整表面，便于组装擦拭。
40.所述microled芯片单元包括光学膜层25和位于所述光学膜层25上的衬底21，以及阵列分布的芯片粒(单个芯片)22；所述阵列分布的芯片粒22形成在所述衬底21上，所述衬底21例如为蓝宝石衬底，所述衬底21的折射率范围为：1.70～1.90。所述光学膜层25例如为氧化硅层，所述光学膜层25的折射率范围为：1.35～1.55，所述光学膜层25的厚度例如为50nm～70nm。所述microled芯片单元和所述微透镜阵列之间形成有光学胶层32，所述光学胶层的折射率范围为：1.10～1.25，光学胶层的厚度例如为80nm～100nm。所述微透镜的折射率范围为：1.80～2.00。所述微透镜阵列远离所述microled芯片单元的一侧形成有基板34和/或抗反射(ar，anti
‑
reflection)膜层35，所述基板的折射率范围为：1.80～2.00，所述基板的厚度范围：150μm～700μm，所述基板例如为玻璃基板。一个所述芯片粒22至少对应一个所述微透镜33，图1a中示出了，芯片粒22与微透镜33一一对应的情形，避免各芯片粒22光线之间的干扰，减少侧边出光，进一步的保证了microled显示装置的分辨率，增强了亮度。一个所述芯片粒22的上方还可以对应两个以上的微透镜33。本发明实施例的microled显示面板中，衬底21、光学膜层25、光学胶层32、微透镜阵列、基板34和抗反射膜层35各层的折射率均做了合理设置，使各层之间有最佳光学匹配；提升光提取效率。
41.每个所述芯片粒22上分布有相互分离的共享电极24a和芯片电极23，各个所述芯片粒22上的所述共享电极24a电连接；图1a中，共享电极24a和芯片电极23的下表面齐平(位于同一高度)。
42.所述驱动晶圆10包括驱动电极11，所述驱动电极11位于所述驱动晶圆10靠近所述
microled芯片单元的一侧表面，所述驱动电极11包括若干分别与所述芯片电极23对应电连接的第一电极11a。
43.所述共享电极24a和所述芯片电极23分别与所述驱动电极11通过键合接触或第一导电胶电连接。提供給microled芯片单元与驱动晶圆较佳的电性与光学适配。
44.所述驱动电极11包括第二电极11b，所述第二电极11b与其中一个所述共享电极24a电连接，所述第二电极11b位于其中一个所述共享电极24a的下方。基板34与驱动晶圆10之间可形成有坝部(dam)31，所述坝部31围绕所述微透镜阵列和所述microled芯片单元。堤部31用于分隔microled芯片单元，堤部可以由诸如丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂和聚酰亚胺树脂的有机膜形成。所述第二电极11b位于所述堤部31的内测。
45.如图1a所示，共享电极24a和所述芯片电极23分别与所述驱动电极通过键合接触(金属对金属)电连接。具体的，芯片电极23与第一电极11a可一一对应并通过键合接触电连接。所述第二电极11b与其中一个所述共享电极24a通过键合接触电连接。
46.图1b为本实施例的第一种microled显示面板有准直管的示意图。一个所述芯片粒22至少对应一个所述微透镜33，图1b中示出了，芯片粒22与微透镜33一一对应的情形；一个所述芯片粒22的上方还可以对应两个以上的微透镜33。每个所述芯片粒22对应的所述微透镜的周圈套设有准直管36，所述准直管36的材质包括钨、铝、白色光阻剂或黑色光阻剂中的任意一种。例如一个所述芯片粒22的上方对应三个微透镜(未示出)，那么每三个微透镜的周圈套设准直管。所述准直管36用于对每个所述芯片粒22发出光的折射率和/或反射率的修正，避免相邻芯片粒22之间的光学干扰。
47.图2a为本发明实施例的第二种microled显示面板无准直管的示意图。如图2a所示，共享电极24a和芯片电极23的下表面齐平(位于同一高度)，共享电极24a和所述芯片电极23分别与所述驱动电极通过第一导电胶41电连接。具体的，芯片电极23与第一电极11a可一一对应并通过第一导电胶41电连接。第一导电胶41为各向异性导电胶，具有单向(垂直性导通，平行不导通)导电及胶合固定的功能。所述第二电极11b与其中一个所述共享电极24a通过第一导电胶41垂直性(垂直于驱动晶圆10的方向)导通(电连接)。
48.图2b为本实施例的第二种microled显示面板有准直管的示意图每个所述芯片粒对应的所述微透镜的周圈套设有准直管，所述准直管的材质包括钨或铝。所述准直管36用于对每个所述芯片粒22发出光的折射率和/或反射率的修正，避免相邻芯片粒22之间的光学干扰。
49.图3为本发明实施例的一种microled芯片单元示意图。图4为本发明实施例的第三种microled显示面板示意图。如图3和图4所示，共享电极24b和芯片电极23的下表面(靠近驱动晶圆10的一侧表面)不齐平，共享电极24b的下表面相比芯片电极23的下表面更远离驱动晶圆10，芯片电极23与第一电极11a可一一对应并通过第一导电胶41电连接。所述驱动电极11包括第三电极11c，所述第三电极11c与其中一个所述共享电极24b通过第二导电胶42电连接，所述第三电极11c位于所述所述microled芯片单元在所述驱动晶圆10上的投影以外的区域。所述第二导电胶42与第一导电胶41之间的间隙填充绝缘层43，防止共享电极24b与芯片电极23短路。图4中示出了，芯片电极23与第一电极11a通过第一导电胶41电连接的情形，应当理解，芯片电极23与第一电极11a也可通过键合接触(金属对金属)电连接。
50.驱动晶圆10包括驱动衬底(未示出)和位于驱动衬底上的驱动电路。驱动电极11为
驱动电路的电极部分。驱动衬底上方形成一个或多个介电层，诸如二氧化硅(sio2)层。驱动电路的布线和/或触点可以形成在一个或多个介电层中或之上。驱动衬底可为半导体衬底，诸如非晶半导体衬底，多晶半导体衬底或单晶半导体衬底。半导体衬底例如为硅衬底；较佳的，所述驱动衬底为(111))晶面的硅衬底，单晶结构强度高，单晶晶格整体稳定，对于microled芯片单元以及微透镜阵列提供较佳支持。
51.驱动电路用于控制microled芯片单元上的数百万个像素，从而在microled显示面板上呈现图像。每个驱动电路可以包括单个半导体器件，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，薄膜晶体管(tft)，高电子迁移率晶体管(hemt)，异质结双极晶体管(hbt)，金属
‑
半导体fet(mesfet)或金属
‑
绝缘体
‑
半导体fet(misfet)或包括两个或多个上述任何类型设备的集成电路。
52.芯片粒22(microled芯片)的示例包括基于gan的uv/蓝色/绿色microled，基于alingap的红色/橙色microled以及基于gaas或inp的红外(ir)microled。microled可获得光场显示器所需的高密度。microled也称为mled或μled，它们可以提供更好的性能，包括亮度和能效，比其他显示技术例如液晶显示(lcd)技术或有机led(oled)技术高。
53.驱动电路可以被配置为提供适当的信号，电压和/或电流，以便驱动或操作microled芯片(例如选择发光元件，控制设置或控制亮度等)。驱动电路可以被配置为驱动单个microled芯片或多个microled芯片的形式。在一些实施方式中，可以存在一对一的对应关系，其中一个驱动电路可以用于驱动或操作相应的microled芯片。在其他实施方式中，可以存在一对多的对应关系，其中一个驱动电路可以用于驱动或操作多个microled芯片。microled芯片产生一种或多种颜色的光。microled芯片可发出红色、绿色和蓝色光。
54.图5a为本发明实施例的第四种microled显示面板无准直管的示意图。如图5a所示，微透镜阵列的上方直接形成有抗反射膜层35，在微透镜阵列和抗反射膜层35之间不设置基板(例如玻璃基板)也是可以的，根据实际需求配置。
55.图5b为本实施例的第四种microled显示面板有准直管的示意图。所述芯片粒对应的所述微透镜的周圈套设有准直管，所述准直管的材质包括钨或铝。所述准直管36用于对每个所述芯片粒22发出光的折射率和/或反射率的修正，避免相邻芯片粒22之间的光学干扰。
56.本发明还提供一种microled显示面板的形成方法，如图6所示，包括：
57.提供微透镜阵列，所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜，且所述微透镜呈半球形；
58.在所述微透镜阵列上方形成microled芯片单元，所述微透镜的球形表面一侧面向所述microled芯片单元；
59.提供驱动晶圆，将所述microled芯片单元与所述驱动晶圆进行键合。
60.下面结合图7至图11详细介绍microled显示面板的形成方法。
61.如图7所示，提供微透镜阵列，所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜33，所述微透镜33呈半球形；具体的，微透镜阵列可形成在基板34上，基板34例如为玻璃基板，基板34远离微透镜阵列的一侧表面上还可形成抗反射膜层35。本实施例中，所述微透镜阵列可以通过压印、喷墨打印和光刻等方法形成。示例性的，通过采用喷墨打印设备在所述基板上打印出呈阵列排布的数个微透镜材料液滴，固化后，形成数个微透镜，构成所述微透镜阵列。
所述微透镜采用高折射率材料制成，所述微透镜能够汇聚光线；所述微透镜例如为透明硅胶材料，其折射率为1.80～2.00。采用抗反射膜层35来吸收外界发射光，提升透过率，以致microled显示面板无需提供大亮度的光源即可满足显示要求，且还延长了microled显示面板的使用寿命。
62.如图8所示，在微透镜阵列上方形成光学胶层32，所述微透镜阵列的折射率大于相邻所述光学胶层32的折射率。光学胶层32用于折射率匹配，以使microled芯片单元出射光线聚焦更集中，提升光提取效率。
63.如图9所示，将microled芯片单元粘贴在所述光学胶层32上方，microled芯片单元的芯片电极23朝上，即芯片电极23所在一侧表面远离所述微透镜阵列。光学胶层32起到折射率匹配和粘合固定作用。可通过一平板按压整层microled芯片单元，使所有的microled芯片单元顶部平整；也可通过化学机械研磨(cmp)使所有的microled芯片单元顶部平整。
64.如图10所示，翻转上述的基板34，将microled芯片单元的芯片电极23与驱动晶圆10的第一电极11a对位，通过第一导电胶粘结固定并达到电路连接。第一导电胶为各项异性导电胶层实现垂直性导通。可选的，microled芯片单元的芯片电极23与驱动晶圆10的第一电极11a也可通过直接键合实现电连接。接着，将整个microled显示面板切割成单粒。
65.如图11所示，所述驱动电极11包括第三电极11c，将所述第三电极11c与其中一个所述共享电极24b通过第二导电胶42电连接，所述第三电极11c位于所述所述microled芯片单元在所述驱动晶圆10上的投影以外的区域。第三电极11c也可理解为外部电极。所述第二导电胶42与第一导电胶41之间的间隙填充绝缘层43，防止共享电极24b与芯片电极23短路。
66.在microled显示面板包括准直管的实施例中，所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜，相邻的微透镜之间间隔一预设距离，所述预设距离用于在该位置形成准直管。准直管的形成方法可采用半导体工艺中类似金属焊盘的工艺，在微透镜阵列上方形成整层准直管金属层，整层准直管金属层填充相邻微透镜之间的间隙；利用反刻工艺去除微透镜正上方的准直管金属层，剩下的准直管金属层形成准直管。准直管环绕每个所述芯片粒对应的所述微透镜的周圈，所述准直管的材质包括钨或铝。俯视方向看准直管例如为圆环形。接着在准直管中形成覆盖微透镜的光学胶层。
67.图12a为采用准直管和倒置型(上平下半圆弧)微透镜阵列的出光示意图。结合图1b和图12a可看出，采用本实施例的倒置型(上平下半圆弧)微透镜阵列且含准直管36的方案中，所述微透镜33的球形表面一侧面向所述microled芯片单元，将microled芯片单元中的各芯片粒22(像素)发出光线汇聚，光线较集中(光角集中)，减少侧边出光，不会造成芯片粒(像素)间光的互相干扰。
68.图12b为采用准直管和正型(上半圆弧下平)微透镜阵列的出光示意图。芯片粒(像素)出射光照射至正型微透镜阵列时出现光线发散，不集中，呈扇形分布，存在光提取率低的问题。图12c为采用准直管以及无微透镜阵列的出光示意图，与本发明实施例的图12a相比出射光线较发散。
69.对比图12a、12b和12c，可知本实施例采用准直管和倒置型(上平下半圆弧)微透镜阵列的方案，提高出光效率，使出射光线聚焦更集中，图像显示更清晰，提升光提取效率，且避免芯片粒(像素)间光的互相干扰。
70.综上所述，本发明提供一种microled显示面板及其形成方法，显示面板包括：驱动
晶圆、microled芯片单元和微透镜阵列；所述驱动晶圆与所述microled芯片单元键合，所述微透镜阵列包括阵列分布的微透镜，所述微透镜呈半球形，所述微透镜的球形表面一侧面向所述microled芯片单元。如此一来，所述microled芯片单元发出的光束照射至所述微透镜的球形表面折射后汇聚，microled芯片单元与微透镜阵列实现更好的光学匹配，从而提高出光效率，使出射光线聚焦更集中，图像显示更清晰，提升光提取效率。
71.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
72.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。