一种集成式透明Micro-LED显示装置

摘要

本发明提供一种集成式透明Micro‑LED显示装置，设置有第一集成基板和第二集成基板，所述第一集成基板设置有透光的衬底层，第一集成基板的下表面设置有阵列排布的第一像素单元，第二集成基板设置有背板，所述背板的上表面设置有阵列排布的第二像素单元，其特征在于，所述第一像素单元与第二像素单元上下一一对应；第一像素单元设置有Micro‑LED、第一晶体管、第一焊盘，所述第一晶体管设置有第一漏极、第一源极、第一栅极，所述第二像素单元设置有第二晶体管、第二焊盘，所述第二晶体管设置有第二漏极、第二源极、第二栅极，所述第一焊盘和第二焊盘面对面地焊接在一起，使得第一栅极与第二漏极相连接；本发明提供的显示装置，能够满足抬头显示和头戴显示等需要高分辨率和高透明度需求。

说明书

技术领域

本发明涉及Micro-LED显示领域，特别是指一种涉及一种集成式透明Micro-LED显示装置。

背景技术

LED具有节能、环保、可靠、长寿命、高亮度、小体积等显著优点。由于LED的技术发展趋势为不断缩小尺寸，以满足不同应用场景下的需求，LED封装的技术要求也向着亚微米级小型化发展，并尽可能减少使用的封装材料。

同时，Ⅲ族-氮化物半导体已被广泛用于两种重要的器件类型中：发光二极管(LED)和场效应晶体管。应用于照明和显示的LED技术已日趋成熟，而基于GaN的场效应晶体管也在不断发展，利用其高频和输出电流容量，可以用于固态照明、高分辨显示和可见光通信等诸多晶体管LED驱动场景中。由于LED系统的故障通常是由外围组件和封装引起的，采用同晶体管集成驱动的模式可以充分利用GaN LED芯片的，从而可以提高LED系统的可靠性。具有高功率和高面积比率，对单个LED芯片可提供可控输入电流，实现单片可调光LED光源。

现有的晶体管LED封装方案为，将Ⅲ族-氮化物LED和晶体管生长在同一衬底上，再进行选择性外延生长或选择性外延去除，其优点是可以降低由于引线键合引起的寄生电阻和电容，从而提高了驱动电路的功率效率。其缺点在于发光区域在整体封装结构中的比率较低，特别是在亚微米级的LED中难以达到符合的显示光效。特别的，现有的晶体管LED封装方案由于其透光率较低，无法满足抬头显示和头戴显示等需要高分辨率和透明显示的应用场景需求。

现有的LED集成晶体管芯片封装方案,如CN111816729A，通过在LED上生长垂直ZnO纳米线阵列。其中LED的N电极作为晶体管栅极,ZnO纳米线阵列一端作为源极,LED的P电极即LED与ZnO异质结界面作为漏极,通过栅极电压大小调节LED发光功率,最终获得了光电集成晶体管芯片

专利CN111128072A公开一种利用低电压晶体管的微型Micro-LED显示装置,包括多数像素的显示领域；及通过与多数像素连接的第1电源线及第2电源线施加电源的电源供给部；多数像素分别包含第1电极及第2电极,分别连接发光元件和漏型端子,根据施加到栅端子的偏差电压维持开启状态,控制施加到源端子的电压控制晶体管；漏型端子连接到电压控制晶体管源端子的驱动晶体管；漏型端子与第2电源线连接,源端子与电压控制晶体管的源端子连接,测试上述像素缺陷的检查晶体管。由于像素电路可由低电压晶体管实现,因此,可以实现适合高分辨率的最小尺寸的显示装置。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种集成式透明Micro-LED显示装置，解决现有透明Micro-LED显示装置发光区域在整体封装结构中占比低和整体透光率低的问题，提供满足抬头显示和头戴显示等需要高分辨率和高透明度的集成式透明Micro-LED显示装置。

本发明采用如下技术方案：

一种集成式透明Micro-LED显示装置，设置有第一集成基板和第二集成基板，所述第一集成基板设置有透光的衬底层，第一集成基板的下表面设置有阵列排布的第一像素单元，第二集成基板设置有背板，所述背板的上表面设置有阵列排布的第二像素单元，其特征在于，所述第一像素单元与第二像素单元一一上下对应，第一像素单元设置有Micro-LED、第一晶体管、第一焊盘，所述第一晶体管设置有第一漏极、第一源极、第一栅极，所述第二像素单元设置有第二晶体管、第二焊盘，所述第二晶体管设置有第二漏极、第二源极、第二栅极，所述第一焊盘和第二焊盘面对面地焊接在一起，使得第一漏极与第二栅极相连接。

所述背板采用透明材料，包括但不限于玻璃、蓝宝石、碳化硅。

所述第一或第二像素还设置有电容，所述电容并联于第一栅极和第一源极或漏极之间。

所述Micro-LED所在区域设置有第一掺杂半导体层、半导体发光层、第二掺杂半导体层，所述第一晶体管所在区域设置有第一掺杂半导体层、半导体发光层、第二掺杂半导体层、AlGaN层、AlN间隔层和AlGaN阻隔层。

第一像素单元还设置有dummy区域，所述dummy区域设置有第一掺杂半导体层、半导体发光层、第二掺杂半导体层、AlGaN层、AlN间隔层和AlGaN阻隔层、绝缘层，所述第一焊盘设置于所述dummy区域的下表面,绝缘层的材质为透明绝缘材料，包括但不限于玻璃、氧化铝、氧化硅。

Micro-LED侧壁外表面增镀具有高反射率的导电介质。

所述AlGaN层中的Al和Ga元素中Al含量为15％～30％，Ga含量为70～85％。

所述第二焊盘为透明导电材质，具体为掺锡氧化铟。

所述第一集成基板和第二集成基板之间设置有透明介质，所述透明介质为环氧树脂。

本发明还提供一种集成式透明Micro-LED显示装置的制作方法，用于制作所述集成式透明Micro-LED显示装置，所述显示装置分第一像素单元和第二像素单元，所述第一像素单元设置有Micro-LED、第一晶体管、第一焊盘；

设有透光的蓝宝石衬底层，第一掺杂半导体层、半导体发光层、第二掺杂半导体层、AlGaN层、AlN间隔层和AlGaN阻隔层；

对第一像素单元进行刻蚀，得到独立的Micro-LED、晶体管区域和dummy区域；

在第二掺杂半导体层上方依次增镀电流传输层和绝缘层，并在晶体管区域顶部增镀电镀电极；

在Micro-LED和晶体管区域的电镀电极分别对绝缘层刻蚀开孔，在晶体管区域和dummy区域设置导电介质，实现晶体管上电镀电极和第一掺杂半导体层上电镀电极的直接连通；

将集成后的LED与晶体管整体倒装焊接在第二像素单元TFT驱动电路上，所述TFT驱动电路包括背板、TFT开关区域顶部的绝缘层、透明电极层，所述背板包括第二漏极、第二源极、第二栅极、金属电容、第二焊盘，通过将第一焊盘和第二焊盘面对面地焊接在一起，实现TFT驱动电路与集成后的LED和晶体管的连接，并在完成外界电路与未键合的电镀电极的焊接工序后，在中间空隙填充透明介质，获得集成式透明Micro-LED显示装置。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的一种集成式透明Micro-LED显示装置，设置有第一集成基板和第二集成基板，第一集成基板设置有第一像素，第二集成基板设置有第二像素，第一像素和第二像素上下一一对应，能够在保持较高分辨率、正常电流输入的条件下减少不透光区域面积，从而解决现有透明Micro-LED显示装置发光区域在整体封装结构中占比低和整体透光率低的问题，提供满足抬头显示和头戴显示等需要高分辨率和高透明度的集成式透明Micro-LED显示装置。

(2)本发明提供的集成式透明Micro-LED显示装置，第一像素单元还设置有dummy区域，所述dummy区域的焊接位置与第二像素单元的焊盘直接对应，提高焊接成功率，同时可以在dummy区域设置光刻标识，保证显微模式下的校正准确度。

(3)本发明提供的Micro-LED侧壁外表面增镀具有高反射率的导电介质，使得Micro-LED芯片发出朝向各个方向的光线进行汇聚，加单颗Micro-LED芯片的光出射度和整体光效。

附图说明

图1为本发明实施例1的Micro-LED与晶体管集成截面示意图。

图2为本发明实施例1的集成式透明Micro-LED显示装置单元截面示意图。

图3为本发明实施例2的Micro-LED与晶体管集成截面示意图。

图4为本发明实施例中的电路原理示意图，其中图(a)为其中一个原理图，图(b)为另一个原理图。

图5为本发明第二像素单元TFT驱动电路电路原理示意图和截面示意图。其中图(a)为第二像素单元TFT驱动电路电路原理示意图，图(b)为本发明第二像素单元TFT驱动电路的截面示意图。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

实施例1：

图1为所本实施例所述第一像素单元截面示意图，本发明实施例中包括材质透光的蓝宝石衬底层1，第一掺杂半导体层2，半导体发光层3，第二掺杂半导体层4，AlGaN层5，AlN间隔层层6和AlGaN阻隔层7，在此基础上对Micro-LED和晶体管部分进行选择性刻蚀，得到独立的Micro-LED和晶体管Mesa。随后在LED第二电极层4上方依次增镀电流传输层8和绝缘层9，并在晶体管顶部增镀电镀电极10。在晶体管Mesa顶部和电镀电极10同样设置绝缘层9，并在Micro-LED部分和晶体管的电镀电极部分分别对绝缘层刻蚀开孔以便后续焊接和增镀电极，然后设置导电介质11，实现晶体管上电镀电极10和第一掺杂半导体层上电镀点击10的直接连通，完成Micro-LED与晶体管的集成。

如图2所示，将所述第一像素单元，即集成后的Micro-LED与晶体管整体上下一一对应倒装焊接在第二像素单元TFT驱动电路上，所述TFT驱动电路包括玻璃背板12，TFT开关区域顶部的绝缘层13，透明电极层14，电容绝缘层17，第二源极18，透明绝缘层19，第二栅极20，第二漏极21，电容金属22，随后将TFT驱动电路与集成后的Micro-LED和晶体管直接焊接，并在完成外界电路与未键合的电镀电极10的焊接工序后，在中间空隙填充透明介质15，获得GaN基LED透明显示的单元。

所述设置于蓝宝石衬底层1之上依次设置第一掺杂半导体层2，半导体发光层3，第二掺杂半导体层4，AlGaN层5，AlN间隔层层6和AlGaN阻隔层7。

所述集成式透明Micro-LED显示装置的电路原理图参见图4，其中，图(a)为本发明实施例提供的其中一个原理图，图(b)为本发明实施例提供的另一个原理图，电路结构为图中的任意一种。

如图5，本发明第二像素单元TFT驱动电路电路原理示意图和截面示意图，图(a)为第二像素单元TFT驱动电路电路原理示意图，图(b)为本发明第二像素单元TFT驱动电路的截面示意图；所述电容绝缘层17，透明绝缘层19的材质为透明绝缘材料如玻璃、氧化铝、碳化硅等材料中的任意一种。所述第二源极18，第二栅极20，第二漏极21的材质为钛、铝、金、镍、银等金属中的任意一种或多种。

所述AlGaN层5中的Al和Ga元素中Al含量为15％，Ga含量为85％；所述AlGaN阻隔层7中Al含量为30％，Ga含量为70％。

所述电流传输层8的材质为镍和金。

所述绝缘层9的材质最好为透明绝缘材料如玻璃、氧化铝、碳化硅等材料中的任意一种。

所述电镀电极10的材质为钛、铝、金、镍、银等金属中的任意一种或多种。

所述导电介质11的材质为铜、镍、银中的任意一种。

所述TFT驱动电路玻璃背板12采用透明材料，可为玻璃、蓝宝石、碳化硅等材料中的任意一种。

所述TFT开关区域顶部绝缘层13的材质最好为透明绝缘材料如玻璃、氧化铝、碳化硅等材料中的任意一种。

所述透明电极层14的材质为掺锡氧化铟。

所述透明介质15的材质为环氧树脂。

所述电容绝缘层17，透明绝缘层19的材质为透明绝缘材料如玻璃、氧化铝、碳化硅等材料中的任意一种。所述第二源极18，第二栅极20，第二漏极21的材质为钛、铝、金、镍、银等金属中的任意一种或多种。

所述金属电容22的材质为铜、铝、镍中的任意一种；

实施例2：

对于第一像素单元，将所述第一焊盘设置于dummy区域，提供另一实施例；

图3为所本实施例所述第一像素单元截面示意图，本发明实施例中包括材质为透光的蓝宝石衬底层1，第一掺杂半导体层2，半导体发光层3，第二掺杂半导体层4，AlGaN层5，AlN间隔层6和AlGaN阻隔层7，在此基础上对Micro-LED和晶体管部分进行选择性刻蚀，得到独立的LED和两个Mesa，所述独立的Mesa为晶体管区域和dummy区域，参见图3。随后在LED第二电极层4上方依次增镀电流传输层8和绝缘层9，并在晶体管顶部增镀电镀电极10。随后，在晶体管Mesa顶部和电镀电极10同样设置绝缘层9，并在LED部分和晶体管的电镀电极部分分别对绝缘层刻蚀开孔以便后续焊接和增镀电极，然后在晶体管区域和dummy区域设置导电介质11，实现晶体管上电镀电极10和第一掺杂半导体层上电镀点击10的直接连通。

随后，本实施例执行图3所示操作所述，电镀电极16设置于dummy区域上并通过导电介质11与设置在晶体管区域上的电镀电极16直接连接实现电导通。

所述设置于蓝宝石衬底层1之上依次设置第一掺杂半导体层2，半导体发光层3，第二掺杂半导体层4，AlGaN层5，AlN间隔层层6和AlGaN阻隔层7。

所述AlGaN层5中的Al和Ga元素中Al含量为15％，Ga含量为85％；所述AlGaN阻隔层7中Al含量为30％，Ga含量为70％。

所述电流传输层8的材质为镍和金。

所述绝缘层9的材质最好为透明绝缘材料如玻璃、氧化铝、碳化硅等材料中的任意一种。

所述电镀电极10的材质为钛、铝、金、镍、银等金属中的任意一种或多种。

所述导电介质11的材质为铜、镍、银中的任意一种。

所述TFT驱动电路玻璃背板12采用透明材料，可为玻璃、蓝宝石、碳化硅等材料中的任意一种。

所述TFT开关区域顶部绝缘层13的材质最好为透明绝缘材料如玻璃、氧化铝、碳化硅等材料中的任意一种。

所述透明电极层14的材质为掺锡氧化铟。

所述透明介质15的材质为环氧树脂。

所述电镀电极16的材质为钛、铝、金、镍、银等金属中的任意一种或多种。

如图5，为本发明第二像素单元TFT驱动电路电路原理示意图和截面示意图，图(a)为第二像素单元TFT驱动电路电路原理示意图，图(b)为本发明第二像素单元TFT驱动电路的截面示意图。所述电容绝缘层17，透明绝缘层19的材质为透明绝缘材料如玻璃、氧化铝、碳化硅等材料中的任意一种。所述第二源极18，第二栅极20，第二漏极21的材质为钛、铝、金、镍、银等金属中的任意一种或多种。

所述金属电容22的材质为铜、铝、镍中的任意一种；

另一实施例中，所述dummy区域位于晶体管区域的内侧，在此不通过图3特别体现，但并不表示本实施例与实施例1不存在排布的区别。

另一实施例中，在集成后的LED与晶体管侧壁增镀具有高反射率的导电介质11，将Micro-LED芯片发出朝向各个方向的光线进行汇聚，加单颗Micro-LED芯片的光出射度和整体光效。

本发明提供的一种集成式透明Micro-LED显示装置，设置有第一集成基板和第二集成基板，第一集成基板设置有第一像素，第二集成基板设置有第二像素，第一像素和第二像素上下一一对应，能够在保持较高分辨率、正常电流输入的条件下减少不透光区域面积，从而解决现有透明Micro-LED显示装置发光区域在整体封装结构中占比低和整体透光率低的问题，提供满足抬头显示和头戴显示等需要高分辨率和高透明度的集成式透明Micro-LED显示装置

(2)本发明提供的集成式透明Micro-LED显示装置，第一像素单元还设置有dummy区域，所述dummy区域的焊接位置与第二像素单元的焊盘直接对应，提高焊接成功率，同时可以在dummy区域设置光刻标识，保证显微模式下的校正准确度。

(3)本发明提供的Micro-LED侧壁外表面增镀具有高反射率的导电介质，使得Micro-LED芯片发出朝向各个方向的光线进行汇聚，加单颗Micro-LED芯片的光出射度和整体光效。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。