CN100477248C - Led阵列微显示器件及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于发光显示技术领域，是一种高亮度微显示器件及制作方法。本发明所述的微显示器件包括有：上电极、透光层、发光层、反射层、基片、下电极、上保护层、光阑。上述器件制备过程包括：(A)在透光层和基片上制作金属薄膜和保护层，(B)制作上隔离沟槽和制备上电极，(C)制备光阑，(D)制作下隔离沟槽，(E)制作下电极；封装、制作电路引线，完成器件制作。本发明采用无机主动发光二极管芯片制备微显示器件，结构简单、牢固、响应快；克服了有机发光器件寿命短和驱动电流低而限制光输出强度的问题，提供一种自发光、体积小、功耗低并基于高亮度发光芯片的微显示器件。

Description

LED阵列微显示器件及制作方法

技术领域：

本发明属于发光显示技术领域，涉及一种微型显示器件，具体地说是一种高亮度AlGaInP-LED微显示器件及制作方法。

背景技术：

近年来，随着电子产业的发展，微显示器件发展迅速。通常的微型显示系统是基于液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)技术。但液晶显示通常需要一个外部照明光源，使得结构复杂；有机发光二极管(OLED)受驱动电流限制不能得到较高的输出光强，而且寿命较低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种AlGaInP-LED微显示器件及制作方法。

本发明所述的微显示器件的结构如图1～5所示，包括：上电极1、透光层4、发光层5、反射层6、基片7、下电极9、上保护层10、光阑11。

反射层6的上面依次为发光层5、透光层4，反射层6的下面是基片7。在透光层4上有上电极1，上电极1为条形，每个条形上电极1互相平行。在发光层5和透光层4上开有纵向、横向交错的上隔离沟槽2，上隔离沟槽2将发光层5和透光层4分割成纵向和横向排列的长方形或正方形。在上隔离沟槽2内有光阑11，光阑11与上电极1将每个纵向和横向排列的长方形或正方形透光层4又分割成两个长方形或正方形透光区3，这些透光区3也是纵向和横向排列，构成二维阵列。在透光区3、上电极1、光阑11上覆盖有上保护层10。

在反射层6下面的基片7上开有下隔离沟槽8，下隔离沟槽8将基片7分割成平行排列的条状结构，在每个条状结构的基片7上是下电极9。下电极9与上电极1在方向上异面垂直。

本发明AlGaInP-LED微显示器件的工作过程是，电流从上电极1注入，从下电极9流出，在器件中形成电场，使得正负载流子在发光层复合发光。其中部分光向上穿过透光层4，从透光区3、保护层10射出；部分光向下到达反射层6，被反射层6反射，穿过发光层5、透光层4，从透光区3射出。由于该发光器件的发光原理为p-n结内的载流子复合发光，具有二极管电流电压的非线性特性，发光亮度也随注入电流的大小具有非线性特性。本发明通过电路控制相素元的亮暗，实现发光显示。

本发明所述的高亮度微显示器件通过一系列工艺步骤制作。

一、在发光层和基片上制备金属薄膜

(A).本发明使用的基质材料为发光芯片，所用的发光芯片由透光层4、发光层5、反射层6和基片7构成，如图6(a)所示，反射层6的上面依次为发光层5、透光层4，反射层6的下面是基片7。通过蒸发或溅射技术，在发光芯片的透光层4和基片7上各制备一层金属薄膜，如图6(b)所示。

(B).在基片7的金属薄膜表面甩一层胶作保护层，以保护该金属薄膜不受损伤。

二、形成上隔离沟槽和制备上电极

(C).在透光层4表面的金属膜上涂一层光刻胶，根据胶的性质及厚度选择合适的光刻条件，光刻形成上隔离沟槽的光刻胶图形。

(D).使用相应的金属腐蚀液将未被保护的金属薄膜腐蚀掉，露出透光层4，如图6(c)。

(E).根据透光层材料选择相应腐蚀液腐蚀透光层4，将未被保护的部分腐蚀掉直至发光层5，如图6(d)。

(F).根据发光层材料选择相应腐蚀液腐蚀发光层5，将未被保护的部分腐蚀掉，露出反射层6。至此已完成上隔离沟槽2的制作，如图6(e)。

(G).将透光层4表面上的光刻胶去除，然后在上面再次甩胶，用上电极1的光刻版进行光刻。将未被光刻胶保护的金属薄膜腐蚀掉，最后去除光刻胶，所留下的金属薄膜即为上电极1，如图6(f)。

三、制备光阑

(H).选一种不透明的光刻胶做光阑材料，将其涂在上表面，使其填充于上隔离沟槽2并覆盖透光区3和上电极1，用光阑的光刻版进行光刻，完成光阑11的结构制作，如图6(g)。

在上表面制作保护层10，保护上电极1和光阑11等结构；

四、下隔离沟槽制作

(I).去除基片7的金属薄膜下表面的保护层，在金属薄膜表面甩光刻胶后，用下隔离沟槽8的光刻版进行光刻，用相应的腐蚀液将未被光刻胶保护的基片上的金属薄膜腐蚀掉，如图6(h)。

(J).根据基片材料选择相应腐蚀液腐蚀基片，将未被保护的部分腐蚀至反射层6，形成下隔离沟槽8，如图6(i)。

五、下电极制备

(K).去除基片7的金属薄膜下表面的光刻胶，在下表面再次甩胶并用下电极光刻版进行光刻，用腐蚀液腐蚀未被胶保护的金属膜，制作出下电极9，如图6(j)。

(L).选择合适的封装方法，设计封装结构，制作电路引线，选用相应材料封装芯片，完成器件制作。

本发明采用了无机主动发光二极管芯片制备微显示器件，结构简单、牢固、响应快；采用无机发光二极管芯片材料制备微显示器件，克服了有机发光器件寿命短和驱动电流低而限制光输出强度的问题，从而提供一种自发光、体积小、功耗低并基于高亮度发光芯片的微显示器件及其制备方法。

附图说明：

图1本发明微显示器件结构的俯视图。图中，1是上电极，3透光区，11光阑。

图2本发明微显示器件结构的仰视图。图中，7是基片，8下隔离沟槽，9下电极。

图3本发明微显示器件制作过程完成G步骤的主视图(沿上电极1方向)。图中，2是上隔离沟槽2，4透光层，5发光层，6反射层。

图4本发明微显示器件主视图(沿上电极1方向)。图中，10为保护层。

图5本发明微显示器件结构的左视图(沿下电极9方向)。图中，8为下隔离沟槽。

图6本发明微显示器件的制作流程图。

图7具体实施方案主视图(沿上电极1方向)。图中，12为上限制层，13为有源层，14为下限制层。

具体实施方式：

本发明采用的发光芯片为以AlGaInP为发光层的高亮度发光芯片，透光层4材料为p-GaP，p-表示受主掺杂，发光层5由三层组成：上限制层12、有源层13、下限制层14，上限制层为p-AlGaInP材料，有源层为undoped-AlGaInP材料，undoped-表示非故意掺杂，下限制层为n-AlGaInP材料，n-表示施主掺杂，反射层6材料为AlGaAs/GaAs，基片7为n-GaAs材料，如图7所示。

透光区3尺寸为15×30μm²，透光区3构成1000×500二维阵列。

上述微显示器件的制备过程如下：

(A).在AlGaInP发光芯片的两面制备金属薄膜，制备方法为热蒸发、电子束蒸发、直流溅射、磁控溅射或射频溅射。金属薄膜的材料是Au、Al、Cr等，薄膜厚度为100nm-2000nm，如图6(b)。

(B).在基片7的金属薄膜上涂敷一层保护层，保护层所用的材料为光刻胶、二氧化硅、氮化硅或其他有机材料，使金属薄膜在进行其他步骤时不损伤。

(C).在透光层4表面涂BP-212正性光刻胶，用上隔离沟槽2的光刻版进行光刻，做出上隔离沟槽2的图形。

(D).使用腐蚀液腐蚀透光层4上的金属薄膜，将未被光刻胶保护的金属膜腐蚀掉，露出透光层4，如图6(c)。Au薄膜可采用I₂和KI的混合溶液腐蚀，Cr薄膜可采用硫酸和丙三醇混合溶液腐蚀，Al薄膜腐蚀液可选用稀盐酸。

(E).在金属薄膜上腐蚀出上隔离沟槽2的图形后，用浓磷酸或盐酸双氧水混合液腐蚀透光层4，腐蚀到发光层5，如图6(d)。

(F).在已形成上隔离沟槽2上，继续用乙酸双氧水混合腐蚀液腐蚀发光层，腐蚀到反射层6，使上隔离沟槽2完全形成，如图6(e)。

(G).用丙酮去除剩余的光刻胶。用步骤(C)中使用的光刻胶和光刻条件，用上电极的光刻版光刻，用步骤(D)中的腐蚀液和腐蚀条件，制备出上电极，如图6(f)。

(H).制作光阑11时可用厚光刻胶，为增强其不透明性可掺杂SiO₂纳米颗粒，如图6(g)。

(I)用丙酮去除基片7金属薄膜下表面的保护层，然后在下表面涂BP-212正性光刻胶，用下隔离沟槽的光刻版光刻，用腐蚀液腐蚀掉未被光刻胶保护的金属薄膜。Au膜腐蚀液可采用I₂和KI的混合溶液，Cr薄膜可采用硫酸和丙三醇混合溶液腐蚀，Al薄膜腐蚀液可选用稀盐酸，如图6(h)。

(J).GaAs基片材料选用湿法腐蚀，腐蚀液选用柠檬酸水溶液和双氧水的混合液。在该腐蚀液中将未被保护的GaAs腐蚀掉至反射层6，即形成下隔离沟槽8，如图6(i)。

(K).制备下电极9时，用下电极光刻版光刻，选用与步骤(I)相同腐蚀液及腐蚀条件，腐蚀出下电极9，如图6(j)。

(L).压焊上下电极引线，选用环氧树脂做封装材料，封状完成器件制作。

采用上述发光芯片和工艺，可以制作像素大小为10～1000μm，隔离沟槽即光阑宽度为1～200μm，电极宽度为1～500μm的微显示器件。

Claims (8)

1、一种AlGaInP-LED微显示器件，其特征是由上电极(1)、透光层(4)、发光层(5)、反射层(6)、基片(7)、下电极(9)、光阑(11)构成；反射层(6)的上面依次为发光层(5)、透光层(4)，反射层(6)的下面是基片(7)；在透光层(4)上有互相平行的条形上电极(1)，发光层(5)和透光层(4)中开有纵向、横向交错的上隔离沟槽(2)内是光阑(11)；光阑(11)与上电极(1)将透光层(4)分割成长方形或正方形透光区(3)，透光区(3)构成二维阵列；反射层(6)下面的基片(7)上开有与上电极(1)互相垂直的下隔离沟槽(8)，将基片(7)分割成平行排列的条状结构，在每个条状结构的基片(7)上有下电极(9)。

2、根据权利要求1所述的AlGaInP-LED微显示器件，其特征是透光区(3)尺寸为15×30μm²，构成1000×500二维阵列。

3、根据权利要求2所述的AlGaInP-LED显示器件，其特征是透光层(4)材料为p-GaP，发光层(5)由三层组成：上限制层(12)、有源层(13)、下限制层(14)，上限制层为p-AlGaInP材料，有源层为非故意掺杂的AlGaInP材料，下限制层为n-AlGaInP材料，反射层(6)材料为AlGaAs/GaAs，基片(7)材料为n-GaAs。

4、根据权利要求3所述的AlGaInP-LED微显示器件，其特征是光阑(11)宽度为1～200μm，上电极(1)宽度为1～500μm，像素大小为10～1000μm。

5、根据权利要求3所述的AlGaInP-LED微显示器件，其特征是电流从上电极(1)注入，从下电极(9)流出，在器件中形成电场，使得正负载流子在发光层(5)内复合发光；其中部分光向上穿过透光层(4)，从透光区(3)射出；部分光向下到达反射层(6)，被反射层(6)反射，再穿过发光层(5)、透光层(4)，从透光区(3)射出。

6、根据权利要求2所述的AlGaInP-LED微显示器件，其特征是在透光区(3)、上电极(1)、光阑(11)上覆盖有上保护层(10)。

7、一种AlGaInP-LED微显示器件的制作方法，其特征是：

(一)在透光层和基片上制备金属薄膜

(A)在由透光层(4)、发光层(5)、反射层(6)和基片(7)构成的发光芯片上，通过蒸发或溅射技术，在透光层(4)和基片(7)上制备一层金属薄膜；反射层(6)的上面依次为发光层(5)、透光层(4)，反射层(6)的下面是基片(7)；

(B)在基片(7)的金属薄膜表面甩一层胶作保护层；

(二)形成上隔离沟槽和制备上电极

(C)在透光层(4)表面的金属膜上涂一层光刻胶，然后进行光刻，形成上隔离沟槽的光刻胶图形；

(D)用金属腐蚀液将透光层(4)上未被保护的金属膜腐蚀掉，露出透光层(4)，初步形成上隔离沟槽(2)；

(E)在已形成的上隔离沟槽上，用腐蚀液进一步腐蚀透光层(4)，腐蚀掉至发光层(5)；

(F)用腐蚀液继续进一步腐蚀发光层(5)，腐蚀至露出反射层(6)，使上隔离沟槽(2)完全形成；

(G)将透光层(4)表面的光刻胶去除，然后在上面再次甩胶，用上电极(1)的光刻版进行光刻；将未被光刻胶保护的金属膜腐蚀掉，最后去除光刻胶，所留下的条形金属薄膜即为上电极(1)；

(三)制备光阑

(H)选一种不透明的光刻胶做光阑材料，将其涂在上表面，使其填充于上隔离沟槽(2)并覆盖透光区(3)和上电极(1)，用光阑的光刻版进行光刻，完成光阑(11)的结构制作；

(四)下隔离沟槽制作

(I)去除基片(7)上的金属薄膜下表面的保护层，在下表面甩胶后，用下隔离沟槽的光刻版进行光刻，用金属腐蚀液将未被光刻胶保护的基片上的金属膜腐蚀掉，初步形成下隔离沟槽(8)；

(J)在形成的下隔离沟槽上，用腐蚀液进一步腐蚀基片(7)，腐蚀至反射层(6)，使下隔离沟槽(8)完全形成；

五、下电极制备

(K)去除基片(7)上的金属薄膜下表面的光刻胶，在下表面再次甩胶并用下电极光刻版进行光刻，用腐蚀液腐蚀未被胶保护的金属膜，制作出下电极(9)；

(L)用通常封装器件的方法，设计封装结构，制作电路引线，完成器件制作。

8、根据权利要求7所述的AlGaInP-LED微显示器件的制作方法，其特征是：

(A)在AlGaInP为发光层的发光芯片的基片和透光层上，用热蒸发、电子束蒸发、直流溅射、磁控溅射或射频溅射方法，制备材料为Au、Al、Cr的所述金属膜，厚度为100nm-2000nm；

(B)在基片的金属薄膜上涂敷一层材料光刻胶、二氧化硅、氮化硅或有机材料作为保护层；

(C)在用腐蚀液腐蚀透光层上未被保护的金属膜时，Au薄膜腐蚀液用I₂和KI的混合溶液，Cr薄膜腐蚀液用硫酸和丙三醇混合溶液，Al薄膜腐蚀液用稀盐酸；

(D)用浓磷酸或盐酸双氧水混合液腐蚀透光层；

(E)用乙酸双氧水混合腐蚀液腐蚀发光层；

(F)用丙酮去除透光层表面的BP-212正性光刻胶；

(G)制作光阑时可用厚光刻胶，并可掺杂SiO₂纳米颗粒；在上电极、透光区和光阑上制作保护层，保护层的材料是光刻胶；

(H)在基片上的金属薄膜的下表面上用BP-212正性光刻胶进行光刻后，用I₂和KI的混合溶液腐蚀Au薄膜，用硫酸和丙三醇混合溶液腐蚀Cr薄膜，用稀盐酸腐蚀Al薄膜；

(I)GaAs基片材料选用湿法腐蚀，腐蚀液选用柠檬酸水溶液和双氧水的混合液。

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