阵列集成微型LED芯片及其制作方法与设计方案

本技术公开了一种阵列集成微型LED芯片及其制作方法，所述芯片包括基板、导电连接层、热固性缓冲层和n个发光结构，所述导电连接层包括第一金属连接层和第二金属连接层，所述第一金属连接层将同一列的第一发光微结构形成导电连接，所述第二金属连接层将同一行的相邻两个第二发光微结构形成导电连接。

本技术通过全共阴加双共阳的方式形成微型LED芯片集成式阵列，提高芯片的转移效率和转移良率。

权利要求书
1.一种阵列集成微型LED芯片，其特征在于，包括基板、导电连接层、热固性缓冲层和n个发光结构，所述n个发光结构分成x行和y列，n＞3，x＞1，y＞1；
每个发光结构均包括第一发光微结构、第二发光微结构和第一隔离槽，所述第一隔离槽设置在第一发光微结构和第二发光微结构之间；
在同一行中，相邻两个发光结构之间设有第二隔离槽；
所述导电连接层包括第一金属连接层和第二金属连接层，所述第一金属连接层将同一列的第一发光微结构形成导电连接，所述第二金属连接层将同一行的相邻两个第二发光微结构形成导电连接；
所述热固性缓冲层填充在基板和发光结构之间，以将发光结构固定在基板上，所述第一金属连接层和第二金属连接层贯穿所述热固性缓冲层和基板，并延伸到基板外。

2.如权利要求1所述的阵列集成微型LED芯片，其特征在于，所述第一发光微结构和第二发光微结构均包括依次设置的第一半导体层、有源层、第二半导体层和反射层，所述第一隔离槽和第二隔离槽均从反射层刻蚀至第一半导体层。

3.如权利要求2所述的阵列集成微型LED芯片，其特征在于，所述第一金属连接层设置在第一发光微结构和第一隔离槽上，以将同一列的第一发光微结构形成导电连接；
所述第二金属连接层设置在第二发光微结构和第二隔离槽上，以将同一行的相邻两个第二发光微结构形成导电连接。

4.如权利要求3所述的阵列集成微型LED芯片，其特征在于，所述第二发光微结构还包括钝化层，所述钝化层设置在第二发光微结构的侧壁和第二隔离槽的表面，所述第二金属连接层设置在钝化层上并延伸到第二发光微结构的反射层上将所述钝化层覆盖。

5.如权利要求1所述的阵列集成微型LED芯片，其特征在于，所述热固性缓冲层由热固性材料和有机硅胶制成，或者由热固性材料和环氧树脂制成；
所述热固性材料包括酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料、不饱和聚酯和醇酸塑料中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的阵列集成微型LED芯片，其特征在于，所述发光结构的出光面设有量子点层和光学隔绝层，所述光学隔绝层设置在两个发光结构之间，以吸收或反射发光结
构的侧向光线。

7.如权利要求6所述的阵列集成微型LED芯片，其特征在于，所述光学隔绝层由添加了吸光材料或反光材料的有机硅胶或环氧树脂制成。

8.一种阵列集成微型LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成外延层和反射层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述反射层设置在第二半导体层上；
对反射层和外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层形成第一隔离槽和第二隔离槽，所述第二隔离槽将反射层和外延层分成n个发光结构，所述第一隔离槽将每个发光结构分成第一发光微结构和第二发光微结构，所述n个发光结构分成x行和y列，n＞3，x＞1，y＞1；
形成第一层导电连接层，所述第一层导电连接层包括第一金属连接层和第二金属连接层，所述第一金属连接层将同一列的第一发光微结构形成导电连接，所述第二金属连接层将同一行的相邻两个第二发光微结构形成导电连接；
在基板上制成第二层导电连接层和热固性缓冲层，所述第二层导电连接层贯穿所述基板和热固性缓冲层，且所述第二层导电连接层包括与第一层导电连接层对应的结构；
采用热压结合的方式将第二层导电连接层和第一层导电连接层进行固溶，所述热固性缓冲层在加热的情况下填充到基板和发光结构之间；
去除衬底，将第一半导体层裸露出来。

9.如权利要求8所述的阵列集成微型LED芯片的制作方法，其特征在于，在裸露出来的第一半导体层上形成量子点层和光学隔绝层，所述光学隔绝层设置在两个发光结构之间，以吸收或反射发光结构的侧向光线；
所述光学隔绝层由添加了吸光材料或反光材料的有机硅胶或环氧树脂制成。

10.如权利要求8所述的阵列集成微型LED芯片的制作方法，其特征在于，所述热固性缓冲
层的融化温度低于第一层导电连接层和第二层导电连接层的结合温度；
所述热固性缓冲层由热固性材料和有机硅胶制成，或者由热固性材料和环氧树脂制成；
所述热固性材料包括酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料、不饱和聚酯和醇酸塑料中的一种或几种。

技术说明书
一种阵列集成微型LED芯片及其制作方法
技术领域
本技术涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种阵列集成微型LED芯片及其制作方法。

背景技术
LED具有节能、环保、抗震、安全等一系列优点，在照明、显示等领域应用广泛。

LED显示屏作为一项高科技产品引起了人们的高度重视，采用计算机控制，将光、电融为一体的智能全彩显示屏在广告传媒、娱乐文化、交通诱导、体育等领域已经得到了广泛的应用，其像素点采用红、绿、蓝三色LED发光二极管，以点阵的方式排列起来，从而实现显示画面的全彩化。

随着LED显示屏在显示领域的应用越来越普及化，红、绿、蓝三色LED芯片以及芯片之间的间距也需要随之不断的缩小，当LED芯片缩小到小于100μm以下时，芯片大小已经远远超过传统的芯片转移方法的工艺极限，因此目前行业内多采用多颗微小芯片巨量转移的方式进行批量转移，但这种转移方式依然存在着转移良率低，转移精度要求极高，转移过程良率低等问题。

技术内容
本技术所要解决的技术问题在于，提供种阵列集成微型LED芯片及其制作方法，将多个100μm以下的微型芯片连接在一起，提高芯片的转移效率和良率。

本技术所要解决的技术问题在于，提供种阵列集成微型LED芯片及其制作方法，将多个100μm以下的微型芯片形成共阴电极和共阳电极结构，提升芯片阵列的集成度和利用率，降
低微型芯片之间的间距。

为了解决上述技术问题，本技术提供了一种阵列集成微型LED芯片，包括基板、导电连接层、热固性缓冲层和n个发光结构，所述n个发光结构分成x行和y列，n＞3，x＞1，y＞1；
每个发光结构均包括第一发光微结构、第二发光微结构和第一隔离槽，所述第一隔离槽设置在第一发光微结构和第二发光微结构之间；
在同一行中，相邻两个发光结构之间设有第二隔离槽；
所述导电连接层包括第一金属连接层和第二金属连接层，所述第一金属连接层将同一列的第一发光微结构形成导电连接，所述第二金属连接层将同一行的相邻两个第二发光微结构形成导电连接；
所述热固性缓冲层填充在基板和发光结构之间，以将发光结构固定在基板上，所述第一金属连接层和第二金属连接层贯穿所述热固性缓冲层和基板，并延伸到基板外。

作为上述方案的改进，所述第一发光微结构和第二发光微结构均包括依次设置的第一半导体层、有源层、第二半导体层和反射层，所述第一隔离槽和第二隔离槽均从反射层刻蚀至第一半导体层。

作为上述方案的改进，所述第一金属连接层设置在第一发光微结构和第一隔离槽上，以将同一列的第一发光微结构形成导电连接；
所述第二金属连接层设置在第二发光微结构和第二隔离槽上，以将同一行的相邻两个第二发光微结构形成导电连接。

作为上述方案的改进，所述第二发光微结构还包括钝化层，所述钝化层设置在第二发光微结构的侧壁和第二隔离槽的表面，所述第二金属连接层设置在钝化层上并延伸到第二发光微结构的反射层上将所述钝化层覆盖。

作为上述方案的改进，所述热固性缓冲层由热固性材料和有机硅胶制成，或者由热固性材料和环氧树脂制成；
所述热固性材料包括酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料、不饱和聚酯和醇酸塑料中的一种或几种。

作为上述方案的改进，所述发光结构的出光面设有量子点层和光学隔绝层，所述光学隔绝层设置在两个发光结构之间，以吸收或反射发光结构的侧向光线。

作为上述方案的改进，所述光学隔绝层由添加了吸光材料或反光材料的有机硅胶或环氧树脂制成。

相应地，本技术还提供了一种阵列集成微型LED芯片的制作方法，包括：
在衬底上形成外延层和反射层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述反射层设置在第二半导体层上；
对反射层和外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层形成第一隔离槽和第二隔离槽，所述第二隔离槽将反射层和外延层分成n个发光结构，所述第一隔离槽将每个发光结构分成第一发光微结构和第二发光微结构，所述n个发光结构分成x行和y列，n＞3，x＞1，y＞1；
形成第一层导电连接层，所述第一层导电连接层包括第一金属连接层和第二金属连接层，所述第一金属连接层将同一列的第一发光微结构形成导电连接，所述第二金属连接层将同一行的相邻两个第二发光微结构形成导电连接；
在基板上制成第二层导电连接层和热固性缓冲层，所述第二层导电连接层贯穿所述基板和热固性缓冲层，且所述第二层导电连接层包括与第一层导电连接层对应的结构；
采用热压结合的方式将第二层导电连接层和第一层导电连接层进行固溶，所述热固性缓冲层在加热的情况下填充到基板和发光结构之间；
去除衬底，将第一半导体层裸露出来。

作为上述方案的改进，在裸露出来的第一半导体层上形成量子点层和光学隔绝层，所述光学隔绝层设置在两个发光结构之间，以吸收或反射发光结构的侧向光线；
所述光学隔绝层由添加了吸光材料或反光材料的有机硅胶或环氧树脂制成。

作为上述方案的改进，所述热固性缓冲层的融化温度低于第一层导电连接层和第二层导电连接层的结合温度；
所述热固性缓冲层由热固性材料和有机硅胶制成，或者由热固性材料和环氧树脂制成；
所述热固性材料包括酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料、不饱和聚酯和醇酸塑料中的一种或几种。

实施本技术，具有如下有益效果：
本技术通过第一连接金属（共阴电极）将多颗100μm以下的微型LED芯片连接在一起，同时，通过第二连接金属（共阳电极）俩俩连接的方式将相邻的两颗发光结构串联在一起，从而通过全共阴加双共阳的方式形成微型LED芯片集成式阵列，通过共阴共阳阵列式集成芯片设计，可以将任意数量的芯片集成在一起，形成与传统芯片大小相当（＞250μm）的芯片集成阵列，这样在后续的应用中，便于使用传统的设备进行固晶和封装，从而解决了单颗微型LED芯片封装和转移的效率低、良率差的问题，大大提高了封装效率和良率。

本技术通过共阴电极加双共阳电极的方式形成微型LED芯片集成式阵列，既保证了每一颗芯片都可以单独点亮，从而为后续驱动控制电路的连接提供基础，同时又可以将微型LED芯片集成式阵列。

芯片的焊接电极个数从2n个减少到(n/2)+2个，也就是焊接电极的个数几乎只有原来的四分之一，从而进一步提升芯片阵列的集成度和利用率，降低微型芯片之间的间距，从而大大提升显示的分辨率。

在导电连接层加热焊接在发光结构上时，本技术的热固性缓冲层可以填充到基板和发光结构
之间的所有缝隙中，并在不断受热过程中发生交联固化，这样一方面可以保护微型LED芯片阵列的表面，防止芯片漏电短路，另一方面可以避免非焊接区域因为大量空洞的产生而导致的可靠性降低甚至芯片断裂等问题。

本技术利用高精密量子点喷涂方式将量子点材料均匀涂覆在第一半导体层上，从而实现阵列集成式微型LED芯片的色彩转换。

此外，本技术通过在发光结构之间设置光学隔绝层，可以吸收微型LED芯片的侧向发光，防止微型LED点亮时因为侧向光的相互干扰而产生的光色不一致问题。

附图说明
图1是本技术阵列集成微型LED芯片实施例1的结构示意图；
图2是本技术阵列集成微型LED芯片实施例1的阵列分布图；
图3是本技术阵列集成微型LED芯片实施例2的阵列分布图；
图4a是本技术在衬底形上成外延层后的结构示意图；
图4b是本技术在外延层上形成第一层导电连接层后的结构示意图；
图4c是本技术在基板上形成第二层导电连接层后的结构示意图；
图4d是本技术第一层导电连接层和第二层导电连接层结合形成导电连接层后的结构示意图。

具体实施方式
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。

实施例1
参见图1和图2，本技术提供的一种阵列集成微型LED芯片，包括基板1、导电连接层、热固性缓冲层3和n个发光结构4，所述n个发光结构4分成x行和y列，n＞3，x＞1，y＞1；每个发光结构4包括第一发光微结构41、第二发光微结构42和第一隔离槽43，所述第一隔离槽43设置在第一发光微结构41和第二发光微结构42之间；在同一行中，相邻两个发光结构4之间设有第二隔离槽44；所述导电连接层包括第一金属连接层21和第二金属连接层22，所述第一金属连接层21将同一列的第一发光微结构41形成导电连接，所述第二金属连接层22将同一
行的相邻两个第二发光微结构42形成导电连接；所述热固性缓冲层3填充在基板1和发光结构4之间，以将发光结构4固定在基板1上，所述第一金属连接层21和第二金属连接层22贯穿所述热固性缓冲层3和基板1，并延伸到基板1外。

具体的，所述第一发光微结构41和第二发光微结构42均包括依次设置的第一半导体层401、有源层402、第二半导体层403和反射层404，所述第一隔离槽43和第二隔离槽44从反射层404刻蚀至第一半导体层401。

需要说明的是，本技术发光结构的尺寸小于100μm，但不限于此。

此外，本技术n个发光结构4的第一半导体层401是连接一起的，为整体结构。

优选的，第一发光微结构41的面积小于第二发光微结构42的面积。

为了防止芯片短路，所述第二发光微结构42还包括钝化层405，所述钝化层405设置在第二发光微结构42的侧壁和第二隔离槽44的表面，所述第二金属22设置在钝化层405上并延伸到第二发光微结构42的反射层404上将所述钝化层405覆盖。

具体的，所述第一金属连接层21设置在第一发光微结构41和第一隔离槽43上，以将同一
列的第一发光微结构41形成导电连接；所述第二金属连接层22设置在第二发光微结构42和第二隔离槽44上，以将同一行的相邻两个第二发光微结构42形成导电连接。

需要说明的是，本技术的第一金属连接层21将n个第一发光微结构41连接在一起，从而作为共阴电极；此外，本技术的第二金属连接层22将同一行的相邻两个第二发光微结构42连接在一起，从而作为共阳电极。

为了便于形成共阴电极和共阳电极，在同一行中，相邻两个发光结构4对称设置。

优选的，相邻两个第一金属连接层21连接一起，形成共阴电极。

优选的，y为双数。

当y为双数时，本技术的共阴电极共有(y/2)+1个，共阳电极共有x*(y/2)个，其中x*y=n，即，本技术的共阴电极和共阳电极共有 (n/2)+(y/2)+1个。

本技术通过第一金属连接层（共阴电极）将多颗100μm以下的微型LED芯片连接在一起，同时，通过第二金属连接层（共阳电极）俩俩连接的方式将相邻的两颗发光结构串联在一起，从而通过全共阴加双共阳的方式形成微型LED芯片集成式阵列，通过共阴共阳阵列式集成芯片设计，可以将任意数量的芯片集成在一起，形成与传统芯片大小相当（＞250μm）的芯片集成阵列，这样在后续的应用中，便于使用传统的设备进行固晶和封装，从而解决了单颗微型LED芯片封装和转移的效率低、良率差的问题，大大提高了封装效率和良率。

本技术通过共阴电极加双共阳电极的方式形成微型LED芯片集成式阵列，既保证了每一颗芯片都可以单独点亮，从而为后续驱动控制电路的连接提供基础，同时又可以将微型LED芯片集成式阵列。

芯片的焊接电极个数从2n个减少到(n/2)+2个，也就是焊接电极的个数几乎只有原来的四分之一，从而进一步提升芯片阵列的集成度和利用率，降低微型芯片之间的间距，从而大大提升显示的分辨率。

所述导电连接层由可以发生固溶的金属制成。

所述导电连接层由Ti、Ni、Co、Sn、Cu、Au、Pt、Cr和In中的一种或几种制成。

优选的，所述导电连接层由Au制成。

更优的，本技术的导电连接层为叠层结。

本技术通过叠层沉积的方法将不同金属堆叠沉积，通过不同压应力和拉应力金属膜层配合，达到应力抵消和应力平衡的目的。

优选的，所述导电连接层为Ti/Ni/ Pt的叠层结构。

优选的，所述导电连接层为Cr/Cu/Au/Pt的叠层结构。

优选的，所述导电连接层为Cr/Sn/Cu/In/Pt的叠层结构。

需要说明的是，本技术的基板1为绝缘基板，其材料优选为陶瓷或玻璃。

本技术的导电连接层通过通孔连接的方式，将芯片与外部电路形成导电连接。

在导电连接层加热焊接在发光结构上时，本技术的热固性缓冲层可以填充到基板和发光结构之间的所有缝隙中，并在不断受热过程中发生交联固化，这样一方面可以保护微型LED芯片阵列的表面，防止芯片漏电短路，另一方面可以避免非焊接区域因为大量空洞的产生而导致的可靠性降低甚至芯片断裂等问题。

优选的，本技术的热固性缓冲层由热固性材料和有机硅胶制成，或者由热固性材料和环氧树脂制成；所述热固性材料包括酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料、不饱和聚酯和醇酸塑料
中的一种或几种。

优选的，所述热固性缓冲层由酚醛塑料和有机硅胶制成。

优选的，所述热固性缓冲层由环氧塑料、氨基塑料和有机硅胶制成。

优选的，所述热固性缓冲层由酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯和环氧树脂制成。

优选的，所述热固性缓冲层由不饱和聚酯、醇酸塑料和环氧树脂制成。

进一步地，本技术发光结构4的出光面，即第一半导体层401上涂覆有量子点层51和光学隔绝层52，所述光学隔绝层52设置在两个发光结构4之间，以吸收或反射发光结构的侧向光线。

所述光学隔绝层52由添加了吸光材料或反光材料的有机硅胶或环氧树脂制成。

所述吸光材料优选为石墨粉，但不限于此。

所述反射材料优选为二氧化钛粉，但不限于此。

需要说明的是，不同发光结构上的量子点层优选由不同的颜色的量子点材料制成，从而实现阵列集成式微型led芯片的色彩转换。

此外，本技术通过在发光结构之间设置光学隔绝层，可以吸收微型LED芯片的侧向发光，防止微型LED点亮时因为侧向光的相互干扰而产生的光色不一致问题。

具体的，本技术利用高精密量子点喷涂方式将量子点材料均匀涂覆在第一半导体层上，并加热使量子点材料固化。

实施例2
参见图3，本实施例的LED芯片包括4个发光结构，4个发光结构分成2行2列，其中，第一
行的2个发光结构依次标记为4-1-1、4-1-2，第二行的2个发光结构依次标记为4-2-1、4-2-2，位于第一行发光结构4-1-1和4-1-2之间的第二隔离槽标记为44-1-1，位于第二行发光结构4-2-1和4-2-2之间的第二隔离槽标记为44-2-1，同一列中，第二隔离槽是连通的。

每个发光结构均包括第一发光微结构、第二发光微结构和第一隔离槽，其中，发光结构4-1-1包括第一发光微结构41-1-1、第二发光微结构42-1-1和第一隔离槽43-1-1，第一隔离槽43-1-1位于第一发光微结构41-1-1和第二发光微结构42-1-1之间；发光结构4-1-2包括第一发光微结构41-1-2、第二发光微结构42-1-2和第一隔离槽43-1-2，第一隔离槽43-1-2位于第一发光微结构41-1-2和第二发光微结构42-1-2之间；发光结构4-2-1包括第一发光微结构41-2-1、第二发光微结构42-2-1和第一隔离槽43-2-1，第一隔离槽43-2-1位于第一发光微结构41-2-1和第二发光微结构42-2-1之间；发光结构4-2-2包括第一发光微结构42-2-2、第二发光微结构42-2-2和第一隔离槽43-2-2，第一隔离槽43-2-2位于第一发光微结构42-2-2和第二发光微结构42-2-2之间。

需要说明的是，同一列中，第一隔离槽是连通的。

本实施例的发光结构只有两列，因此芯片的电极数量可以从2n个减少到(n/2)+2个，即本实施例的电极数量只有7个。

相应地，本技术还提供了一种阵列集成微型LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
参见图4a，在衬底10上形成外延层和反射层404，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层401、有源层402和第二半导体层403。

为了提高出光效率，所述第一发光微结构41和第二发光微结构42还包括反射层404，所述反射层404设置在第二半导体层403上，以将有源层402发出的光反射到第一半导体层401一侧出射。

参见图4b，对反射层404和外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层401形成第一隔离槽43和第
二隔离槽44，所述第二隔离槽44将反射层和外延层分成n个发光结构，所述第一隔离槽43将发光结构分成第一发光微结构41和第二发光微结构42，所述n个发光结构分成x行和y列，n＞3，x＞1，y＞1。

需要说明的是，本技术发光结构的尺寸小于100μm，但不限于此。

此外，本技术n个发光结构的第一半导体层401是连接一起的，为整体结构。

优选的，第一发光微结构41的面积小于第二发光微结构42的面积。

为了防止芯片短路，在形成第二隔离槽44之后，采用蒸镀的方式在第二发光微结构42的侧壁和第二隔离槽44的表面形成一层钝化层405。

采用蒸镀或者溅射的方式在第一发光微结构41、第二发光微结构42、第一隔离槽43和第二隔离槽44上沉积形成第一层导电连接层。

具体的，所述第一层导电连接层包括第一金属连接层21和第二金属连接层22，所述第一金属连接层21将同一列的第一发光微结构41形成导电连接，所述第二金属连接层22将同一行的相邻两个第二发光微结构42形成导电连接。

需要说明的是，本技术的第一金属连接层21将n个第一发光微结构41连接在一起，从而作为共阴电极；此外，本技术的第二金属连接层22将同一行的相邻两个第二发光微结构42连接在一起，从而作为共阳电极。

为了便于形成共阴电极和共阳电极，在同一行中，相邻两个发光结构对称设置。

优选的，相邻两个第一金属连接层21连接一起，形成共阴电极。

优选的，y为双数。

当y为双数时，本技术的共阴电极共有(y/2)+1个，共阳电极共有x*(y/2)个，其中x*y=n，即，本技术的共阴电极和共阳电极共有 (n/2)+(y/2)+1个。

若发光结构只有两列，则芯片的电极数量可以从2n个减少到(n/2)+2个。

本技术通过第一金属连接层（共阴电极）将多颗100μm以下的微型LED芯片连接在一起，同时，通过第二金属连接层（共阳电极）俩俩连接的方式将相邻的两颗发光结构串联在一起，从而通过全共阴加双共阳的方式形成微型LED芯片集成式阵列，通过共阴共阳阵列式集成芯片设计，可以将任意数量的芯片集成在一起，形成与传统芯片大小相当（＞250μm）的芯片集成阵列，这样在后。