技术领域
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，尤其是指一种白光Micro‑LED芯片及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 随着电动智能汽车行业的快速发展，对车载ADB(自适应远光灯)的要求也越来越高，要求车载ADB具有分辨率更高、控制更精细、智能化更高的车灯芯片，而白光Micro‑LED(微型发光二极管)芯片则可以很好的适配以上需求，这也使得白光Micro‑LED芯片在汽车领域得以广泛应用。现有的白光Micro‑LED芯片在制造时，是在制造蓝光Micro‑LED基板后，先进行切割而得到多个单颗的蓝光芯片，再对各个蓝光芯片进行封装，封装完成后再对单颗的蓝光芯片涂覆白光转换材料来实现白光转换，从而得到白光芯片，这种制备方式只适用于封装后的单颗Micro‑LED芯片，工艺较为复杂、生产效率低，且制造成本也较高，无法满足高效生产的需求。
具体实施方式
[0056] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
[0057] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“垂直”、“上”、“下”、“顶”、“侧”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0058] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0059] 实施例
[0060] 参阅图1，本实施例公开了一种白光Micro‑LED芯片的制备方法，包括以下步骤，[0061] 步骤1)、制备基板，该基板包括多个待切割区域X，每个待切割区域X均为蓝光Micro‑LED芯片，每个待切割区域均包括像素区A、过渡区B和IO区C,像素区A和IO区C之间设置过渡区B，像素区A包括至少一个像素单元20，像素单元20包括用于发射蓝光的发光像素201，IO区C用于将像素单元20与外部电路电连接；
[0062] 步骤2)、在基板的表面整面涂覆白光转换层90，该白光转换层90用于将蓝光Micro‑LED芯片发出的蓝光转换为白光；
[0063] 涂覆时，可以采用旋涂方式，以使得白光转换层90可以更加均匀的整面涂覆在基板表面；
[0064] 步骤3)、参阅图2‑图3，对白光转换层90进行光刻处理，使得光刻处理后的白光转换层90仅覆盖各个待切割区域的像素区A，也即使得仅有像素区A被覆盖白光转换层90覆盖，而过渡区B和IO区C的白光转换层90则被去除；其中，图2中基板事先已被划分为多个待切割区域X,每个待切割区域X均被划分为像素区A、过渡区B和IO区C；
[0065] 步骤4)、将每个待切割区域X从基板上切割下来而得到多个独立的白光Micro‑LED芯片(参阅图3)，并对每个白光Micro‑LED芯片进行封装。也即，每个被切割下来的待切割区域X就成为一个白光Micro‑LED芯片，从而得到多个单独的白光Micro‑LED芯片。白光Micro‑LED芯片的内部结构参阅图4或者图5。
[0066] 可以理解的，每个待切割区域中的上述像素区为该待切割区域中所有像素单元20所在的区域，至少包括一个像素单元20，IO区是输入输出端口所在的区域，布置有各类电极，用于将像素单元20通过IO区的输入输出端口与外部电路电连接，以获取供电、显示信号等；而像素单元20引出的线路经由过渡区连接至IO区的输入输出端口，过渡区可以把像素区和IO区隔开一段距离，以避免像素区和IO区距离太近而不便于封装。
[0067] 上述制备方法，能够在切割封装前实现白光转换层90的整面涂覆，并经一次光刻处理使得白光转换层90仅覆盖像素区，而不遮挡IO区域，从而使得后续切割封装可以顺利进行，其在切割晶圆前已实现白光转换，且切割后可直接获得多个可发出白光的白光Micro‑LED芯片，相较于现有技术中需要先切割成多个单独的蓝光芯片并对其封装后，再对每个封装的蓝光芯片一一喷涂白光转换材料来制得白光芯片来说，本实施例的制备方式提高了工艺集成度，制备方式更加简单、大大提升了白光芯片的生产效率，也大大降低了生产成本。
[0068] 在一些实施方式中，上述白光转换层90为混合有黄色荧光粉的光刻胶，以通过黄色荧光粉将像素单元20发出的蓝光转化为白光。也即，像素单元20发出的蓝光经由黄色荧光粉所在的白光转换层90射出后会形成白光。
[0069] 在一些实施方式中，步骤3)中对白光转换层90进行光刻处理，使得光刻处理后的白光转换层90仅覆盖各个待切割区域X的像素区A的方法包括：对白光转换层90进行曝光并进行显影处理，使得处理后的白光转换层90仅覆盖各个待切割区域X的像素区A。
[0070] 上述白光转换层90中的光刻胶可以为负胶，例如参阅图7或图9，可以选用SU‑8光刻胶,曝光前在白光转换层90的上方设置掩膜110，使得仅有像素区透光，而过渡区和IO区不透光，之后采用UV光线120(紫外线)曝光，曝光之后再进行显影处理，去除过渡区和IO区所覆盖的白光转换层90，仅保留像素区的白光转换层90。
[0071] 在另一些方式中，白光转换层90中的光刻胶也可以选用正胶。
[0072] 在一些实施方式中，白光转换层90中黄色荧光粉和光刻胶的混合质量比为10％～80％。
[0073] 优选的，白光转换层90中所述黄色荧光粉和光刻胶的混合质量比为30％～50％。
[0074] 在一些实施方式中：步骤3)中光刻处理后的白光转换层90的顶面至像素单元20顶面之间的距离称之为第一厚度h，第一厚度h为5μm～200μm。
[0075] 白光转换层90中黄色荧光粉与光刻胶的混合比例、以及第一厚度h这两者共同决定了白光Micro‑LED芯片的色温：
[0076] 在第一厚度h保持不变时，白光转换层90中黄色荧光粉与光刻胶的混合质量比越高，则得到的白光Micro‑LED芯片的色温越低。
[0077] 在白光转换层90中黄色荧光粉与光刻胶的混合质量比保持不变时，则第一厚度h越大，则得到的白光Micro‑LED芯片的色温越低。
[0078] 在白光转换层90中黄色荧光粉与光刻胶的混合质量比保持不变时，白光Micro‑LED芯片的色温与第一厚度h的对应关系参阅图10。
[0079] 当第一厚度h为40μm～70μm时，色温相对稳定，变动幅度较小，可以维持在5000k～6000k。
[0080] 当第一厚度h为30μm～40μm时，色温变动范围为6000k～8000k，并随着第一厚度h的增加而快速降低。
[0081] 进一步地，为使得白光Micro‑LED芯片的整体色温更加均匀，步骤3)中使得光刻处理后的白光转换层90仅覆盖各个待切割区域X的像素区A之后，在每个待切割区域X中，白光转换层90的外边缘与位于像素区的最外侧的同侧像素单元20的外边缘的距离均等于第一厚度h，其中，第一厚度h为光刻处理后的白光转换层90的顶面至像素单元20顶面之间的距离。
[0082] 例如，参与图3‑图4，光刻处理后的白光转换层90呈矩形，其具有前后左右这四个外边缘，前侧外边缘与处于像素区前侧的最外侧的像素单元20的外边缘之间的距离为d4,后侧外边缘与处于像素区后侧的最外侧的像素单元20的外边缘之间的距离为d3，右侧外边缘与处于像素区右侧的最外侧的像素单元20的外边缘之间的距离为d2，左侧外边缘与处于像素区左侧的最外侧的像素单元20的外边缘之间的距离为d1，则有d1＝d2＝d3＝d4＝h。
[0083] 在一些实施方式中，参阅图6，步骤1)中制备基板的方法包括以下步骤：
[0084] 步骤S11)、将用于发出蓝光的外延层100通过键合层202键合在驱动晶圆10上，驱动晶圆10上设置有阳极触点101，外延层100为化合物半导体材料，外延层100背离驱动晶圆10的一端具有衬底1001；
[0085] 其中，外延层100包括沿远离驱动晶圆10方向依次设置的P型半导体层、有源层、N型半导体层和衬底1001；
[0086] 上述驱动晶圆10可以为CMOS驱动晶圆。
[0087] 步骤S12)、去除衬底1001后，对外延层100和键合层202进行刻蚀而得到多个独立的像素单元20，每个像素单元20中的外延层100形成用于发射蓝光的发光像素201，每个像素单元20中的发光像素201均通过键合层202和驱动晶圆10上对应的阳极触点101实现阳极连接；
[0088] 可以理解的，每个独立的像素单元20中的发光像素201均包括沿远离驱动晶圆10方向依次设置的P型半导体层、有源层、N型半导体层，其中，有源层用于发射蓝光，P型半导体层通过键合层202和驱动晶圆10上对应的阳极触点101实现阳极连接；
[0089] 优选的，步骤S12)中得到多个独立的像素单元20后，每个像素单元20和阳极触点101一一对应，每个阳极触点101均位于对应的像素单元20在驱动晶圆10上的投影中，以更好地避免阳极触点101露出会和透明导电层40(阴极)接触，从而引发漏电和短路现象。
[0090] 步骤S13)、制备绝缘的钝化层30，使得每个像素单元20的外部均包覆钝化层30，以使得像素单元20中的P型半导体层和N型半导体层绝缘隔离，并在每个像素单元20上方的钝化层30处设置开口；
[0091] 步骤S14)、在钝化层30的外部制备透明导电层40，使得每个像素单元20的发光像素201均通过钝化层30处的开口和透明导电层40接触而实现阴极连接；也即使得发光像素201中的N型半导体层通过钝化层30处的开口和透明导电层40电连接；
[0092] 步骤S15)、在透明导电层40上制备阴极连接件50，阴极连接件50部分位于过渡区并延伸至IO区，并在IO区制备P电极70(阳极)和N电极60(阴极)，IO区的N电极60用于通过阴极连接件50和像透明导电层40电连接，所述IO区的P电极70用于和驱动晶圆10的阳极触点101电连接，从而实现基板的制备；
[0093] 其中，如图2所示，基板上包括多个待切割区域X，每个待切割区域X均是一个蓝光Micro‑LED芯片，如图3所示，每个待切割区域X均包括像素区A和IO区C,像素区A和IO区C之间还设置过渡区B，像素区A包括至少一个像素单元20，IO区C用于将像素单元20与外部电路电连接。
[0094] 可以理解的，每个待切割区域X中的所有像素单元20均位于该待切割区域X的像素区A中，过渡区B用于将像素区A和IO区C分隔一定距离，避免两者靠的太近而影响后续封装。
[0095] 如图2所示，上述待切割区域X、以及待切割区域内部的像素区A、过渡区B和IO区C均可以事先在驱动晶圆10上划线标定，例如可以在外延层100和驱动晶圆10键合之前，就在驱动晶圆10上划线标定。
[0096] 其中，IO区制备P电极70和N电极60时，可以根据需要制备多组，每组均包括一P电极70和N电极60，可以理解的，每组中P、N电极60互相独立，不形成接触。
[0097] 在一些实施方式中，每个像素单元20的四周均设置有上述阴极连接件50，例如，可以通过在透明导电层40的上部整面镀覆阴极金属层，并通过光刻胶剥离法去除多余的阴极金属，而露出像素单元20上部的透明导电层40，仅保留像素单元20的四周处的阴极金属而作为阴极连接件50。
[0098] 如图6所示，在一些方式中，在制备基板时，也可以不进行微透镜80的制备。该形式的基板在制备完成后，后续进行白光转换层90的涂覆和处理的流程参阅图7；
[0099] 如图8所示，在另一些方式中，制备基板时，在步骤S15)中在IO区制备P电极和N电极之后，还制备微透镜80，使得像素单元20和微透镜80一一对应，并使得每个微透镜80均位于对应的像素单元20的上部。
[0100] 进一步地，微透镜80制备完成后，每个像素单元20均位于对应的微透镜80在驱动晶圆10上的投影中，以更好地收束发光角，提升发光亮度。
[0101] 如图8所示的带有微透镜80的基板在制备完成后，后续进行白光转换层90的涂覆和处理的流程参阅图9。
[0102] 如图4所示，本实施例该公开了一种利用上述制备方法制备得到的白光Micro‑LED芯片，包括蓝光Micro‑LED芯片和白光转换层90；
[0103] 蓝光Micro‑LED芯片包括像素区和IO区，像素区和IO区之间设置过渡区，图4中A、B、C区域分别代表像素区、过渡区和IO区，像素区包括至少一个像素单元20，像素单元20包括用于发射蓝光的发光像素201，IO区用于将像素单元20与外部电路电连接；可以理解的，蓝光Micro‑LED芯片中的所有像素单元20均位于像素区；
[0104] 白光转换层90仅覆盖蓝光Micro‑LED芯片的像素区，而不覆盖过渡区和IO区；
[0105] 其中，白光转换层90用于将发光像素201发出的蓝光转换为白光。
[0106] 进一步地，上述白光转换层90为混合有黄色荧光粉的光刻胶。
[0107] 在一些实施方式中，像素单元20可以是圆形、方形、多边形等。
[0108] 在一些实施方式中，像素单元20的宽度D为2μm～200μm。
[0109] 在一些实施方式中，在白光Micro‑LED芯片中，白光转换层90的顶面至像素单元20顶面之间的距离为第一厚度h，第一厚度h为5μm～200μm。
[0110] 进一步地，在白光Micro‑LED芯片中，白光转换层90的外边缘与位于像素区的最外侧的同侧像素单元20的外边缘的距离均等于第一厚度h，第一厚度h为白光转换层90的顶面至像素单元20顶面之间的距离,该设置可以使得白光Micro‑LED芯片的整体色温更加均匀。
[0111] 在一些实施方式中，每个像素单元20均包括沿背离驱动晶圆10方向依次设置的键合层202和发光像素201，键合层202为金属层，发光像素201用于发射蓝光。
[0112] 其中，每个像素单元20中的发光像素201均包括沿远离驱动晶圆10方向依次设置的P型半导体层、有源层和N型半导体层，其中，有源层用于发射蓝光，P型半导体层通过键合层202和驱动晶圆10上对应的阳极触点101实现阳极连接。
[0113] 进一步地，在白光Micro‑LED芯片中，像素单元20的外部依次包覆有钝化层30和透明导电层40，钝化层30为绝缘层，钝化层30上方设置开口，像素单元20的发光像素201均通过钝化层30处的开口和透明导电层40接触而实现阴极连接，驱动晶圆10上设置有阳极触点101；
[0114] 像素单元20的发光像素201的P型半导体层通过键合层202和对应的阳极触点101进行阳极连接，发光像素201中的N型半导体层则通过钝化层30处的开口和透明导电层40接触而实现阴极连接。
[0115] 在上述白光Micro‑LED芯片中，每一像素单元20均可以被驱动晶圆10单独驱动发光。
[0116] 在一些实施方案中，在白光Micro‑LED芯片中，透明导电层40上连接有阴极连接件50，阴极连接件50部分位于过渡区，IO区设置有P电极70和N电极60，IO区的N电极60用于通过阴极连接件50和透明导电层40电连接(阴极连接)，IO区的P电极70用于和驱动晶圆10的阳极触点101电连接(阳极)。
[0117] 上述阴极连接件50的一端与透明导电层40电连接，另一端经过过渡区延伸至IO区并与IO区的N电极60进行电连接。
[0118] 进一步地，在白光Micro‑LED芯片中，每个像素单元20和阳极触点101一一对应，每个阳极触点101均位于对应的像素单元20在驱动晶圆10上的投影中，以更好地避免阳极触点101露出会和透明导电层40(阴极)接触，从而引发漏电和短路现象。
[0119] 在图4所示的白光Micro‑LED芯片中，不设置微透镜80。
[0120] 在另一种白光Micro‑LED芯片中，如图5所示，蓝光Micro‑LED芯片还包括微透镜80，微透镜80和像素单元20一一对应，微透镜80位于对应的像素单元20的上方，白光转换层
90包覆所有的微透镜80。
[0121] 可以理解的，白光转换层90的顶面高于微透镜80的顶点。
[0122] 进一步地，为了更好地收束发光角，提升发光亮度，在白光Micro‑LED芯片中，每个像素单元20均位于对应的微透镜80在驱动晶圆10上的投影中。
[0123] 通过上述实施例的制备方法制备得到的白光Micro‑LED芯片，具有较好的发光效果，且更利于高效批量生产。
[0124] 上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，即可将任意多个实施例进行组合，从而获得应对不同应用场景的需求，均在本申请的保护范围内，在此不再一一赘述。
[0125] 需要说明的是，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
