CN106024825A - 基于氮化物led阵列的无间隙微显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，包括基底和设置在基底上呈阵列排布的多个μLED单元，每个μLED单元包括由近及远依次设置在基底上的N型层、发射层和P型层，呈阵列排布的相邻μLED单元之间设有离子隔离栅；所述离子隔离栅的深度到达N型层底端。本发明提供的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器通过离子隔离栅将各个μLED单元隔离，不会导致μLED阵列中相邻像素之间的相互干扰而产生串扰现象，进而可提高氮化物μLED阵列微型显示器的对比度和分辨率，还能实现更少的表面损伤和更高的收益。
Description
技术领域
本发明涉及微型LED显示器，具体涉及一种基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器。
背景技术
如今，基于第三族氮化物材料的微型尺寸LED阵列已经引起了学术界和工业上的广泛关注。μLED阵列可以应用于自发光的微型显示器、单片高压AC-LED和可以用于光遗传学神经调节的光源。特别是，μLED阵列微显示器的有源驱动已经可以通过集成到硅互补型金属氧化物半导体(CMOS)的衬底上进行应用了。基于第三族氮化物μLED阵列具有很多潜能，高亮度，高对比度，高分辨率，可靠性高，寿命长，结构紧凑，可以在严酷的环境以及明亮的白天环境下运行。甚至可以比得过许多传统的基于微显示器技术的液晶显示器(LCD)OLED，数字光处理技术(DLP)以及激光束控制技术(LBS)。然而，先前报道μLED阵列微型显示器是基于非平面结构的，由等离子蚀刻工艺形成一系列台面的组成，通过在之间蚀刻的物理间隙从而得到相邻像素之间的间隔。基于Ⅲ氮化物μLED阵列的非平面构造可能会导致μLED阵列微型显示器的性能较差。干法蚀刻工艺通常是为了台面隔离从而创建形成一些沟槽或者间隙，为高的微显示器分辨率减少μLED阵列的间距尺寸的努力提出限制并且引入的表面损伤，为高输出带来困难。此外，光的散射/从相邻的像素的台面侧壁的反射会降低微型显示器的对比度和分辨率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，防止光传播到相邻像素产生串扰，改善氮化物μLED阵列微型显示器的对比度和分辨率。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，包括基底和设置在基底上呈阵列排布的多个μLED单元，每个μLED单元包括由近及远依次设置在基底上的N型层、发射层和P型层，呈阵列排布的相邻μLED单元之间设有离子隔离栅；所述离子隔离栅的深度到达N型层底端。
进一步地，所述离子隔离栅的高度为0.01～1.5μm，厚度为0.1～10μm。
进一步地，所述离子隔离栅通过光刻并注入离子形成。
进一步地，所述离子包括H+、He+、N+、F+、Mg+、Ar+、Zn+、O+、Ti+、Fe+、Cr+、Mn+、Co+。
进一步地，所述发射层为第三族氮化物量子阱结构或异质结构。
进一步地，所述发射层的材料包括下述一种或多种的组合：InxGa1-xN/Inx’Ga1-x’N，其中，x与x’不相等；GaN/AlGN；AlxGa1-xN/Alx’Ga1-x’N，其中，x与x’不相等；InxAlyGa1-x-yN/Inx’Aly’Ga1-x’-y’N，其中，x与x’不相等，y与y’不相等；GaN/InxAlyGa1-x-yN。
进一步地，所述基底包括透明基板、沉积在透明基板上的第三族氮化物缓冲层和第三族氮化物缓冲层另一侧的N型层；每个μLED单元的N型层与基底的N型层连接。
进一步地，所述基底的N型层上设有作为各μLED单元公共阴极的N型接触端；各μLED单元的P型层上设有独立的阳极P型接触端。
一种倒装芯片，包括有源矩阵Si-CMOS集成电路背板和如上所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，所述无间隙微显示器通过使用共晶接合金属焊盘或焊凸倒装接合在所述Si-CMOS集成电路背板上。
进一步地，所述金属包括锡、金、银、铟中的一种或多种。
本发明的有益效果：
本发明提供的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器通过离子隔离栅将各个μLED单元隔离，不会导致μLED阵列中相邻像素之间的相互干扰而产生串扰现象，进而可以提高氮化物μLED阵列微型显示器的对比度和分辨率，还能实现更少的表面损伤和更高的收益。
附图说明
图1是基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器的结构示意图；
图2是倒装芯片的结构示意图。
其中，1、基底；2、μLED单元；3、N型层；4、发射层；5、P型层；6、离子隔离栅；7、透明基板；8、第三族氮化物缓冲层；9、N型层；10、N型接触端；11、P型接触端；12、Si-CMOS集成电路背板；13、共晶接合金属焊盘或焊凸；14、CMOS接触端。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。
如图1所示的一种基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，包括基底1和设置在基底1上呈阵列排布的多个μLED单元2，每个μLED单元2包括由近及远依次设置在基底1上的N型层3、发射层4和P型层5，呈阵列排布的相邻μLED单元2之间设有离子隔离栅6；所述离子隔离栅6的深度到达N型层3底端。离子隔离栅的离子种类可以为H+,He+,N+,F+,Mg+,Ar+,Zn+,O+,Ti+,Fe+,Cr+,Mn+,Co+。
离子隔离栅通过光刻并注入离子形成，定义和图案化μLEDs的阵列，因此每个μLED单元的周围都是用注入离子的小边缘区域来隔离的。离子隔离栅的深度应达到N型层(0.01～1.5μm)，离子隔离栅的宽度可以是0.1～10μm。每个孤立的μLED单元可以作为微型显示器的一个像素数组。像素的尺寸为1～100μm，这取决于微显示器的分辨率，并且μLED阵列的间距范围为1.1μm～110μm。微显示器的分辨率和面积是由这些像素确定。例如，640×480像素的微显示器，其面积可达到0.96×0.72mm2～70.4×52.8mm2。这些像素(μLED单元)共享一个公共阴极(N型接触端10)，但有独立可控的阳极(P型接触端11)。
所述发射层为第三族氮化物量子阱结构或异质结构，材料包括下述一种或多种的组合：InxGa1-xN/Inx’Ga1-x’N，其中，x与x’不相等(0≤x≤0.4,x<x’)；GaN/AlGN；AlxGa1-xN/Alx’Ga1-x’N，其中，x与x’不相等(0≤x≤0.4,x<x’)；InxAlyGa1-x-yN/Inx’Aly’Ga1-x’-y’N，其中，x与x’不相等(0≤x≤0.2,x<x’)，y与y’不相等(0≤y≤0.2,y<y’)；GaN/InxAlyGa1-x-yN。该段括号中x、y的取值范围仅仅是一部分实例，x、y取值并不局限于该范围。
基底1包括透明基板7、沉积在透明基板7上的第三族氮化物缓冲层8和第三族氮化物缓冲层8另一侧的N型层9；每个μLED单元2的N型层3与基底1的N型层9连接。基底1的N型层上设有作为各μLED单元2公共阴极的N型接触端10；各μLED单元2的P型层5上设有独立的阳极P型接触端11。
为了存储数据并驱动每个单独的μLED，通过使用共晶接合金属焊盘或焊凸倒装接合，μLED阵列可以被集成到一个有源矩阵驱动Si-CMOS集成电路(IC)背板上。通过倒装芯片技术，数千甚至数百万的μLED和CMOS矩阵驱动之间可以建立联系。可以粘接的金属实例包含但不仅限于锡、金、银、铟或其合金。倒装芯片示意图如图2所示，包括Si-CMOS集成电路背板12和上述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，所述无间隙微显示器通过使用共晶接合金属焊盘或焊凸13倒装接合在所述Si-CMOS集成电路背板12上。14为Si-CMOS接触端。
本发明提出的平面μLED阵列结构能有效隔离相邻像素的GaN基底装置，离子注入隔离的阻值可能高达1010～1012Ω。GaN的光学性质也将在离子注入后改变。因此，甚至光子能量小于GaN带隙的光也能被吸收。围绕在每个μLED单元周围的离子隔离栅能将μLED阵列中的相邻像素之间进行电子隔离，作为一个不透明的壁垒，防止光传播到相邻像素从而产生串扰现象。这种结构将最终改善氮化物μLED阵列微型显示器的对比度和分辨率，还能实现更少的表面损伤和更高的收益。
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。
Claims (10)
1.一种基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，包括基底和设置在基底上呈阵列排布的多个μLED单元，每个μLED单元包括由近及远依次设置在基底上的N型层、发射层和P型层，其特征在于：呈阵列排布的相邻μLED单元之间设有离子隔离栅；所述离子隔离栅的深度到达N型层底端。
2.根据权利要求1所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，其特征在于：所述离子隔离栅的高度为0.01～1.5μm，厚度为0.1～10μm。
3.根据权利要求1或2所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，其特征在于：所述离子隔离栅通过光刻并注入离子形成。
4.根据权利要求3所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，其特征在于：所述离子包括H+、He+、N+、F+、Mg+、Ar+、Zn+、O+、Ti+、Fe+、Cr+、Mn+、Co+。
5.根据权利要求1或2所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，其特征在于：所述发射层为第三族氮化物量子阱结构或异质结构。
6.根据权利要求5所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，其特征在于，所述发射层的材料包括下述一种或多种的组合：InxGa1-xN/Inx’Ga1-x’N，其中，x与x’不相等；GaN/AlGN；AlxGa1-xN/Alx’Ga1-x’N，其中，x与x’不相等；InxAlyGa1-x-yN/Inx’Aly’Ga1-x’-y’N，其中，x与x’不相等，y与y’不相等；GaN/InxAlyGa1-x-yN。
7.根据权利要求1或2所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，其特征在于：所述基底包括透明基板、沉积在透明基板上的第三族氮化物缓冲层和第三族氮化物缓冲层另一侧的N型层；每个μLED单元的N型层与基底的N型层连接。
8.根据权利要求7所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，其特征在于：所述基底的N型层上设有作为各μLED单元公共阴极的N型接触端；各μLED单元的P型层上设有独立的阳极P型接触端。
9.一种倒装芯片，其特征在于：包括有源矩阵Si-CMOS集成电路背板和如权利要求1或2所述的基于氮化物LED阵列的无间隙微显示器，所述无间隙微显示器通过使用共晶接合金属焊盘或焊凸倒装接合在所述Si-CMOS集成电路背板上。
10.根据权利要求9所述的倒装芯片，其特征在于：所述金属包括锡、金、银、铟中的一种或多种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161012 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |