CN105679196A - 一种基于氮化镓led和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体光电子技术领域，具体涉及一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，所述该芯片利用氮化镓基LED的发光来激发尺度不同的硒化镉（CdSe）量子点（QD）分别产生红，绿，蓝三元色，所述该芯片一个像素由红，绿，蓝三个独立发光的微米级LED组成，所述激光发量子点由n-Gan与p-Gan组成，所述激发量子点的Gan基蓝光芯片采用倒装GaN基LED，所述p-GaN？的电极通过键合的方法转移到其它衬底，所述衬底上形成有像素的驱动电路。采用GaN？蓝光芯片激发CdSe量子点产生红，绿，蓝的全彩色微显示器的方案，具有更好的色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度。工艺简单，低成本的优势。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，更具体的说涉及一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片。
背景技术
穿戴技术：随着互联网+的发展，物联网的兴起，虚拟显示（VR）和增强现实（AR）技术的发展，可穿戴类电子产品开始进入人们的生产和生活中。最具有代表性的是谷歌公司的“谷歌眼镜”。用于此类眼镜的发光芯片从LCD，OLED发展到为阵列发光二级管（Micro-array-LED）。
Micro-array-LED技术是指在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED整列，如同LED显示屏，每一个像素可定址、单独驱动点亮，可以看成是户外LED显示屏的缩小版，将像素点距离从毫米级降低至微米级，相比于现有的微显示技术如DLP、LCoS、微机电系统扫描等，由于MicroarrayLED自发光，光学系统简单，可以减少整体系统的体积、重量、成本，同时兼顾低功耗、快速反应等特性，开发出单色微显示及微投影模组，主力应用瞄准如GoogleGlass等头戴式显示器。单色Micro-array-LED阵列已经实现极高的DPI。其中绿色的氮化镓基微阵列LED已被用于战斗机的头盔瞄准具。
全彩化、良率、发光波长一致性是目前主要的问题：单色Micro-array-LED阵列通过倒装结构封装和驱动IC贴合就能够实现，而RGB阵列需要分次转贴红、蓝、绿三色的晶粒，需要嵌入几十万颗LED晶粒，对于LED晶粒光效、波长的一致性、良率要求更高，同时分bin的成本支出也是阻碍量产的技术瓶颈，成为商业化的阻碍。
量子点（quantμmdots）是由数十个的原子所构成准零维度（quasi-zero-dimensional）纳米材料。其內部子在三维空间的运动都受到局限，使其光点特性与其体材料（bulk）形态差异极大。其中量子局限限效应（quantμmconfinementeffect）特別显著。量子点具备特別的光与化学特性：（I）随着不同的组成及大小，量子点的发光波长也不同。（II）其放光波长的谱线较窄（～30nm）。（III）利用相同激发光源可同时激发大小不同的量子点，使其有不同放光波长。（IV）具有高效能的化学稳定性及量子效率。
硒化镉（CdSe）量子点的发光波长可以从紫光调节到红光。目前已有基于该技术的下一代电视。
发明内容
（一）要解决的技术问题
针对技术背景中的缺点，本发明提供一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供所述一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，所述该芯片利用氮化镓基LED的发光来激发尺度不同的硒化镉（CdSe）量子点（QD）分别产生红，绿，蓝三元色，所述该芯片一个像素由红，绿，蓝三个独立发光的微米级LED组成，所述激光发量子点由n-Gan与p-Gan组成，所述激发量子点的Gan基蓝光芯片采用倒装GaN基LED，所述p-GaN的电极通过键合的方法转移到其它衬底，所述衬底上形成有像素的驱动电路。
进一步地，所述激发量子点的Gan基红光芯片、蓝光芯片均与激发量子点的Gan基蓝光芯片结构相对应，所述结构相对应为结构相似。
进一步地，所述n-Gan中，其n-层通过激光剥离或其它机械，化学方法与原来的蓝宝石衬底分离。
进一步地，所述衬底是Si，AlN以及其他金属。
进一步地，所述芯片发光部分是夹在N-GaN和pGAN之间的InGaN/GaN量子阱MWQ。
进一步地，所述像素的红，绿，蓝LED尺度均为微米级。
进一步地，所述像素的红，绿，蓝LED的高度为4-20μm。
进一步地，所述像素的红，绿，蓝LED的形状为六面体、圆柱体或四面体。
进一步地，所述像素的红，绿，蓝LED的上截面尺度为1μm-80μm。
进一步地，所述红光LED在N-GaN上涂覆上CdSe的红光量子点材料并用树脂封装。
进一步地，所述绿光LED在N-GaN上涂覆上CdSe的绿光量子点材料并用树脂封装。
本发明的有益效果为：
本发明的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，采用GaN蓝光芯片激发CdSe量子点产生红，绿，蓝的全彩色微显示器的方案，具有更好的色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度。对比现有的GaN蓝绿芯片+AlGaInP红光芯片的方案，有工艺简单，低成本的优势；激发量子点的Gan基蓝光芯片采用倒装GaN基LED，其n-层通过激光剥离或其它机械，化学方法与原来的蓝宝石衬底分离。去掉蓝宝石衬底可以减少光的横向传播，从而减少像素之间光的互相影响。
附图说明
图1是本发明优选实施例的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片的一个像素结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明优选实施例的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片的一个像素结构示意图，
如图1所示，一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，所述该芯片利用氮化镓基LED的发光来激发尺度不同的硒化镉（CdSe）量子点（QD）分别产生红，绿，蓝三元色，所述该芯片一个像素由红，绿，蓝三个独立发光的微米级LED组成，所述激光发量子点由n-Gan与p-Gan组成，所述激发量子点的Gan基蓝光芯片采用倒装GaN基LED，所述p-GaN的电极通过键合的方法转移到其它衬底，所述衬底上形成有像素的驱动电路。
所述激发量子点的Gan基红光芯片、蓝光芯片均与激发量子点的Gan基蓝光芯片结构相似。
所述n-Gan中，其n-层通过激光剥离或其它机械，化学方法与原来的蓝宝石衬底分离。
所述衬底是Si，AlN以及其他金属。
所述芯片发光部分是夹在N-GaN和pGAN之间的InGaN/GaN量子阱MWQ。
所述像素的红，绿，蓝LED尺度均为微米级。
所述像素的红，绿，蓝LED的高度为4-20μm。
所述像素的红，绿，蓝LED的形状为六面体、圆柱体或四面体。
所述像素的红，绿，蓝LED的上截面尺度为1μm-80μm。
所述红光LED在N-GaN上涂覆上CdSe的红光量子点材料并用树脂封装。
所述绿光LED在N-GaN上涂覆上CdSe的绿光量子点材料并用树脂封装。
图1为micro-arrayLED的一个像素，由红，绿，蓝三个独立发光的微米级LED组成。每一个显示芯片可以包含几十万，上百万个这样的像素。每一个像素的红，绿，蓝LED尺度在微米级。高度为4-20μm，其形状可以是六面体，圆柱体，四面体。上截面尺度为1μm-80μm。
激发量子点的Gan基蓝光芯片采用倒装GaN基LED，其n-层通过激光剥离或其它机械，化学方法与原来的蓝宝石衬底分离。去掉蓝宝石衬底可以减少光的横向传播，从而减少像素之间光的互相影响。是Micor-array-LED获得高分辨率，高光纯度和宽色域的关键。
p-GaN的电极（Ni/Au，Cr/Al，ITO等）通过键合的方法转移到其它衬底。衬底可以是Si，AlN以及其他金属等。衬底上还可以形成像素的驱动电路。发光部分是夹在N-GaN和pGAN之间的InGaN/GaN量子阱MWQ.
红光，绿光的LED与蓝光LED结构相似。其中红光LED需要在N-GaN上涂覆上CdSe的红光量子点材料并用树脂封装.红色CdSe量子点吸收蓝光后会发出色纯度高的红光。同样道理，绿光LED则需要在N-GaN上涂覆上CdSe的绿光量子点材料并用树脂封装，绿色CdSe量子点吸收蓝光后会发出色纯度高的绿光。
目前GaN基蓝光LED的波长在同一片wafer上一般有5nm的分布.采用蓝光LED激发CdSe的红光QD,绿QD,因量子点的特性，对蓝色激发光波的几纳米的偏移不敏感，这样就减少了LED的分BIN成本。
综上所述，本发明在实验和实践的基础上，采用GaN蓝光芯片激发CdSe量子点产生红，绿，蓝的全彩色微显示器的方案，具有更好的色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度。对比现有的GaN蓝绿芯片+AlGaInP红光芯片的方案，有工艺简单，低成本的优势；激发量子点的Gan基蓝光芯片采用倒装GaN基LED，其n-层通过激光剥离或其它机械，化学方法与原来的蓝宝石衬底分离。去掉蓝宝石衬底可以减少光的横向传播，从而减少像素之间光的互相影响。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述该芯片利用氮化镓基LED的发光来激发尺度不同的硒化镉（CdSe）量子点（QD）分别产生红，绿，蓝三元色，所述该芯片一个像素由红，绿，蓝三个独立发光的微米级LED组成，所述激光发量子点由n-Gan与p-Gan组成，所述激发量子点的Gan基蓝光芯片采用倒装GaN基LED，所述p-GaN的电极通过键合的方法转移到其它衬底，所述衬底上形成有像素的驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述激发量子点的Gan基红光芯片、蓝光芯片均与激发量子点的Gan基蓝光芯片结构相对应。
3.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述n-Gan中，其n-层通过激光剥离或其它机械，化学方法与原来的蓝宝石衬底分离。
4.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述衬底是Si，AlN以及其他金属。
5.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述芯片发光部分是夹在N-GaN和pGAN之间的InGaN/GaN量子阱MWQ。
6.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述像素的红，绿，蓝LED尺度均为微米级。
7.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述像素的红，绿，蓝LED的高度为4-20μm。
8.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述像素的红，绿，蓝LED的形状为六面体、圆柱体或四面体。
9.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述像素的红，绿，蓝LED的上截面尺度为1μm-80μm。
10.根据权利要求1所述的一种基于氮化镓LED和量子点技术的全彩色高分辨率微显示芯片，其特征在于：所述红光LED在N-GaN上涂覆上CdSe的红光量子点材料并用树脂封装，所述绿光LED在N-GaN上涂覆上CdSe的绿光量子点材料并用树脂封装。
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