CN114335055A - 可消除环形串扰光的微显示阵列及微显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种可消除环形串扰光的微显示阵列及显示装置，该微显示阵列具有若干LED发光器件，各所述的LED发光器件包括：外延结构、第一电极层、第二电极层，所述的外延结构包括自底面向顶面依次堆叠的第一型半导体层、发光层、第二型半导体层，所述的第二电极层位于所述的外延结构的顶面，所述的外延结构的底面限定一出光开口，所述的发光层的面积大于所述的出光开口的面积。本申请能够有效改善微显示阵列的发光效果不均匀和存在环形干扰光问题。

Description

可消除环形串扰光的微显示阵列及微显示装置

技术领域

本发明属于半导体微显示技术领域，特别涉及一种微显示阵列及微显示装置。

背景技术

Micro-LED（Micro Light Emitting Diode）显示技术是最新一代的显示技术，也是最近几年显示技术领域的研究热点。Micro-LED完全采用固态半导体制成技术生产，具有尺寸小、功耗低、反应速度快、对比度大、色彩饱和度高等优点，其像素尺寸多在百微米量级以下。

由于半导体微显示器件的每个LED器件都能够单独控制和关闭，使得其能够获得纯黑画面以及更好的对比度。然而在每个LED器件的发光区域，其发光和显示的效果并不均匀，其会呈现图1所示的显示效果，也就是在正常发光区域S1的外围呈现一环形发光区S2，这使得在以环形发光区计算显示面积的范围内发光效果不均匀，而在以正常发光区域计算显示面积的范围时，边缘存在严重的杂光串扰。这种现象使得显示对比度降低，显示的清晰度也降低。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术中的微显示阵列的发光效果不均匀和存在环形干扰光问题。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种可消除环形串扰光的微显示阵列，具有若干LED发光器件，各所述的LED发光器件包括：外延结构、第一电极层、第二电极层，所述的外延结构包括自底面向顶面依次堆叠的第一型半导体层、发光层、第二型半导体层，所述的第二电极层位于所述的外延结构的顶面，所述的外延结构的底面限定一出光开口，所述的发光层的面积大于所述的出光开口的面积。

上述方案的优点是：通过优化外延结构边缘膜层的形貌，将外延结构做成向着发光方向收窄的结构，通过工艺调节使外延结构膜层边缘的tape角≥90°（如湿法刻蚀，或干法的同向刻蚀）。该结构中，外延结构边缘的光不会从出光侧出射，进而实现了优化环形干扰光的问题，从而提高显示成像的质量。

在一种可能的实现方式中，所述的外延结构还具有连接所述的顶面和底面的多个侧表面，其中，任意相对的两个所述的侧表面沿着出光方向相互靠近。

在一种可能的实现方式中，所述的侧表面为平面，且所述的侧表面到所述的底面之间的内角为θ，90°<θ<175°。

在一种可能的实现方式中，100°≦θ≦135°。

在一种可能的实现方式中，所述的侧表面为圆弧曲面，该圆弧曲面被配置为法线指向与出光方向相反的方向。

在一种可能的实现方式中，所述的侧表面为两个或两个以上连续的平面，且各段平面与所述的底面之间的夹角均≧90°。

在一种可能的实现方式中，若干个所述的LED发光器件之间被若干隔离沟槽分隔成若干个彼此隔离的岛部，至少部分所述的隔离沟槽内设置有光调节件。光调节件填充在相邻的外延结构之间，与外延结构等高，其能够阻止自外延结构侧表面透射的光向出光面发射。

在一种可能的实现方式中，所述的光调节件为吸光元件，所述的吸光元件被配置成能够吸收经所述的外延结构的侧表面入射的光。

在一种可能的实现方式中，所述的光调节件为深色有机胶。

在一种可能的实现方式中，所述的光调节件的折射率低于所述的外延结构的折射率。

在一种可能的实现方式中，所述的光调节件由SiO₂、liF或不透明金属复合层材料中的一种或两种以上制成。

在一种可能的实现方式中，所述的外延结构呈倒梯形。

在一种可能的实现方式中，所述的隔离沟槽采用湿法刻蚀或干法的同向刻蚀工艺加工而成。

在一种可能的实现方式中，所述的微显示阵列还包括一透明衬底，所述的外延结构设置在所述的透明衬底的顶部。

本申请还提供了第二种技术方案，该方案是一种微显示装置，其包括上述的微显示阵列。

可以理解地，上述提供的第二技术方案所述的微显示装置包括上文所提供的微显示阵列，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的微显示阵列中的有益效果，此处不再赘述。

附图说明

附图1为改进前微显示阵列的照片；

附图2为改进前Micro-LED器件的截面在电子显微镜下的照片；

附图3为改进前微显示阵列的光路示意图；

附图4为本申请的一个实施例中微显示阵列的截面示意图；

附图5为本申请的一个实施例中LED发光器件的光路示意图（100°≦θ≦135°）；

附图6为本申请的一个实施例中LED发光器件的光路示意图（θ>135°）；

附图7为本申请的一个实施例中LED发光器件的光路示意图（侧表面为圆弧面）；

附图8为本申请的一个实施例中LED发光器件的光路示意图（侧表面为多个平面）；

附图9为本申请的一个实施例中微显示阵列的截面示意图；

其中：1、LED发光器件；2、隔离沟槽；3、光调节件；11、第二电极；12、外延结构；121、顶面、122、底面；123、侧表面；124、第一型半导体层；125、发光层、126、第二型半导体层；4、衬底；S1、正常发光区；S2、环形发光区。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明，其中本说明书中所述的“上”、“下”位置关系分别与附图4中的上、下方对应，附图4中的下方为微显示阵列的出光方向。

此外，本申请中，凡是出现“顶部”、“底部”、“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，都是用来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的相对位置关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

本申请的实施例揭示了一种微显示阵列，以及一种具有该微显示阵列的显示装置。该微显示阵列与驱动电路结合后共同组成微显示装置。本实施例的微显示装置可以应用于AR/VR眼镜、手机、平板、电视、电脑等电子设备当中。

申请人在对Micro-LED器件的发光结构进行研究时，发现LED发光器件呈现图1所示的发光效果，图中可以看出，照片中的正常发光区S1为正常的发光区，而环绕正常发光区一周的环形发光区S2为发光串扰区。本申请旨在减少该环形发光区或避免光线经该区域从出光面出射。在进一步研究过程中，申请人通过电子显微镜放大了LED发光器件的截面，请参阅图2。申请人发现，由于LED的发光方向为360°，会有相当比例的光线照射到外延结构膜层的侧表面上，同时，由于外延结构的侧表面与出光面之间的夹角为锐角（73.6°），使射向侧表面的光线经反射后向出光面发射，见图3，从而在正常发光区的周围形成环形发光串扰区，造成发光不均匀和漏光。

因此，本申请提出一种微显示阵列的新型结构，可适用于OLED、Mini-LED、Micro-LED。微显示阵列具有若干阵列排布的LED发光器件1。参见图4所示，各LED发光器件1分别包括：外延结构12、第一电极层、第二电极层11。该外延结构12包括自底面122向顶面121依次堆叠的第一型半导体层124、发光层125、第二型半导体层126。所述的第二电极层11位于所述的外延结构12的顶面121。

在一个实施例中，该外延结构可以为GaN外延层。该第一型半导体层可以是N+型半导体层，该第二型半导体层可以是P+型半导体层，或者反之。

在一个实施例中，该第一电极层可以是阳极层，第二电极层可以是阴极层，或者反之。

所述的外延结构12的底面122限定一出光开口。出光开口对应一个发光均匀、形状规则的正常发光区S1。一般，该正常发光区为方形、矩形、圆形或六边形等，每个正常发光区均对应一个子像素。出光开口的大小能够使光线限定在出光开口面积范围内向衬底方向投射。由于本申请中的发光层125的面积大于该出光开口的面积。该发光层125位于所述的外延结构中更靠近顶面处。这使得LED发光器件1的整个出光开口范围内均有发光层125对应，使LED发光器件1朝向出光侧的发光均通过一个出光开口导出，因此出光开口对应的正常发光区S1能够保证最大限度的出光均匀。

参见图5，本申请的一个具体实施例中，所述的外延结构12包括顶面121、底面122以及连接顶面121和底面122的多个侧表面123。其中，任意相对的两个侧表面123沿着出光方向是相互靠近的。即，外延结构12呈顶面121大、底面122小的倒梯形结构或碗状结构等。在这样的外延结构12当中，侧表面的法线方向是指向与出光方向相反的一侧，这就使得入射到侧表面上的光线能够向外延结构的内侧反射，并从正常发光区S1内出射。图中可以看出，发光层124产生的光线，入射光线L1斜向入射到侧表面，反射光L2向底面出射；入射光线L3向上入射到侧表面，经反射后以L4向背离出光方向的一侧出射。

参见图5、6、8，在本申请的一个实施例中，所述的侧表面123为平面，包含了一段平面或两个及两个以上连续的平面的情况。侧表面123到所述的底面122之间的内角为θ，图5所示的实施例中，θ约为100°。图6所示的实施例中，侧表面123到底面之间的内角约为130°。图8所示的实施例中，侧表面123包含3段不同斜率的平面，其中各段平面与所述的底面122之间的夹角均≧90°，以使得一对侧表面123靠近出光方向的一侧端部向内相互靠近，并起到聚拢光线的作用。

通过上述实施例，可以理解，本申请的侧表面123到底面122之间的内角为θ，只要满足90°<θ<175°的条件，都能够实现本申请的发明目的，起到将出光范围限定在出光开口范围之内的作用。较佳的范围是100°≦θ≦135°。然而，本领域技术人员能够理解，具体夹角范围可根据器件结构决定，最终只需要满足投向侧表面的光均从出光开口的位置出射即可。一般来说，在θ角（tape角）大及发光位置偏水平的条件下，入射到侧表面的光线会从反方向反射；而θ角（tape角）小及发光位置偏垂直的条件下，入射到侧表面的光线会在水平方向反射。

参见图7，在本申请的另一个实施例中，所述的侧表面123还可以是圆弧曲面。同样的，该圆弧曲面在远离出光开口的一端距离较远，而靠近出光开口的一侧向内聚拢，以使得射向侧表面的入射光L1向外延结构12的内侧反射，形成指向正常发光区的反射光L2。该圆弧曲面为球面，其法线为过球面上的任意一点到球心的连线，进一步地说，该法线与底面122之间的夹角为锐角，并指向背离出光方向的方向。

在本申请的一个实施例中，若干个所述的LED发光器件1之间被若干隔离沟槽2分隔成若干个彼此隔离的岛部，全部或部分的隔离沟槽2内设置有光调节件3。该光调节件3的作用是在外延结构12的外部减少从侧表面射向出光侧的光线。

参见图9所示，在本申请的一个实施例中，该光调节件3为吸光元件，成能够吸收经所述的外延结构12的侧表面入射的光。比如，光调节件3选用深色有机胶，黑度值越高越优，有机胶可选光刻胶等。光调节件3填充在隔离沟槽2内，当光线经外延结构12的侧表面123透射到光调节件3当中，就会被其吸收，从而避免光线向出光侧出射。

在本申请的另一个实施例中，所述的光调节件3还可以选用低折射率的材料，特别是折射率低于所述的外延结构12折射率的材料。比如，光调节件为SiO₂、liF或不透明金属复合层材料膜层。这样设置的好处是使透射光线偏离法线的角度更大，出射光线向着出光开口汇聚。

上述外延结构12的下方可以设置透明衬底或不设置透明衬底。一般来说在晶圆加工时，会将外延层首先制作在透明衬底4上，如图9所示，再通过蚀刻，在外延层上通过各项同性刻蚀工艺加工出若干隔离沟槽2，隔离沟槽2的斜面与水平面的夹角可根据发光层的发光位置调整，然后选择性的在隔离沟槽2内添加光调节件3，并在完成显示芯片与驱动芯片倒装焊接后，去除透明衬底。

在本申请的一个实施例中，所述的隔离沟槽采用湿法刻蚀或干法的各项同性刻蚀工艺加工而成。

本申请通过优化透明衬底的边缘膜层形貌，达到了优化发光区的效果，即将外延结构边缘的tape角通过工艺调节，实现>90°，呈现倒梯形的结构，使出射光线集中从出光开口处汇聚发射，消除正常发光区外围的环形发光区。在该显示阵列中，外延结构形成的岛部，的边缘不会从出光侧反射或散射光线出去，进而实现了优化圆环干扰光的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种可消除环形串扰光的微显示阵列，其特征在于，具有若干LED发光器件（1），各所述的LED发光器件（1）包括：外延结构（12）、第一电极层、第二电极层（11），所述的外延结构（12）包括自底面（122）向顶面（121）依次堆叠的第一型半导体层（124）、发光层（125）、第二型半导体层（126），所述的第二电极层（11）位于所述的外延结构（12）的顶面（121），所述的外延结构（12）的底面（122）限定一出光开口，所述的发光层（125）的面积大于所述的出光开口的面积。

2.根据权利要求1所述的微显示阵列，其特征在于：所述的外延结构（12）还具有连接所述的顶面（121）和底面（122）的多个侧表面（123），其中，任意相对的两个所述的侧表面（123）沿着出光方向相互靠近。

3.根据权利要求2所述的微显示阵列，其特征在于：所述的侧表面（123）为平面，且所述的侧表面（123）到所述的底面（122）之间的内角为θ，90°<θ<175°。

4.根据权利要求3所述的微显示阵列，其特征在于：100°≦θ≦135°。

5.根据权利要求2所述的微显示阵列，其特征在于：所述的侧表面（123）为圆弧曲面，该圆弧曲面被配置为法线指向与出光方向相反的方向。

6.根据权利要求2所述的微显示阵列，其特征在于：所述的侧表面（123）为两个或两个以上连续的平面，且各段平面与所述的底面（122）之间的夹角均≧90°。

7.根据权利要求1所述的微显示阵列，其特征在于：若干个所述的LED发光器件（1）之间被若干隔离沟槽（2）分隔成若干个彼此隔离的岛部，至少部分所述的隔离沟槽（2）内设置有光调节件（3）。

8.根据权利要求7所述的微显示阵列，其特征在于：所述的光调节件（3）为吸光元件，所述的吸光元件被配置成能够吸收经所述的外延结构（12）的侧表面入射的光。

9.根据权利要求8所述的微显示阵列，其特征在于：所述的光调节件为深色有机胶。

10.根据权利要求1所述的微显示阵列，其特征在于：所述的光调节件（3）的折射率低于所述的外延结构（12）的折射率。

11.根据权利要求2所述的微显示阵列，其特征在于：所述的光调节件由SiO₂、liF或不透明金属复合层材料中的一种或两种以上制成。

12.一种微显示装置，包括权利要求1-11中任意一项所述的微显示阵列。

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