CN114927600A - 一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件与制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件结构与制备方法，是将减薄后的MicroLED芯片阵列的衬底作为基板，在衬底上蚀刻出与MicroLED单元一一对应的凹坑，将微流控盖板与衬底相压合直接在衬底上完成了微流控芯片的制备，然后注入量子点溶液在衬底的凹坑中形成色转换层，省去了微流控芯片基板，省去了量子点色转换层与MicroLED芯片阵列进行键合等步骤。本发明简化了制备工艺、节省了原料，同时提高了色转换的效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体显示领域，特别涉及一种MicroLED全彩化显示器件与制备方法。
背景技术
Micro-LED因其在亮度、寿命、能耗、对比度、分辨率、色彩呈现、响应速度、可视角度等方面的诸多优势，未来具备取代LCD和OLED显示技术的潜力，被认为是“次时代显示技术”，引起了学术界和产业界的强烈关注。
目前，在实现MicroLED全彩显示的技术路线中，量子点色转换的技术路线因其技术门槛低，花费少得到业内外的青睐。在该技术路线中，光刻法和喷墨打印法是最为常见的两种制备色转换层的做法。但是，这两种做法也都有不足，前者易对量子点造成损伤，后者则不利于大面积色转换层的制备。
通过微流控芯片技术不但有利于大面积的色转换层的制备而且不会对量子点造成损伤，目前，已引起学术界的注意。通过微流控芯片制备全彩化MicroLED器件的过程可以分为两大步，一是通过微流控芯片中基板与盖板的相压合完成微流控芯片的制备，从而实现大面积色转换层的制备。二是完成MicroLED芯片阵列的制备，一般是蓝光或紫外光。最后，将得到的色转换层与MicroLED阵列进行键合。
在此过程中，面临着以下问题：1.步骤多，过程繁琐，导致器件的制备良率不高。2.在色转换层与MicroLED阵列键合的过程中极易出现RG量子点阵列与下方的MicroLED芯片无法一一对准的现象，从而使MicroLED芯片发出的激发光不能全部激发量子点阵列，导致量子点的色转换效率不高。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的问题，提供一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件与制备方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件的制备方法，包括以下步骤：
1)提供或制备MicroLED芯片阵列，所述MicroLED芯片阵列包括衬底和设于衬底正面的MicroLED阵列，所述MicroLED阵列包括复数个MicroLED单元；
2)对衬底进行减薄处理；
3)蚀刻衬底的背面形成与MicroLED单元一一对应的凹坑；
4)于凹坑的侧壁沉积反射层；
5)制备微流控盖板，所述微流控盖板包括若干通槽，所述通槽具有进液口和出液口；
6)将微流控盖板与衬底背面压合，压合后通槽与多个凹坑配合导通形成微通道；
7)将量子点溶液注入微通道直至量子点溶液充满所述微通道的凹坑，将多余量子点溶液吹扫出微通道；
8)剥离微流控盖板，得到嵌设于衬底中的色转换层；
9)于衬底背面键合封装盖板。
可选的，所述MicroLED阵列包括形成于所述衬底正面的LED外延层，所述LED外延层分隔形成所述复数个MicroLED单元。
可选的，所述LED外延层包括按序设于所述衬底上的缓冲层、N型局限层、MQW层和P型局限层；所述凹坑的深度小于所述衬底的厚度、等于所述衬底的厚度或深入所述缓冲层。
可选的，所述MicroLED单元矩阵式排列，所述若干通槽是平行排列的条形通槽，各条形通槽分别与一排凹坑对应配合形成所述微通道。
可选的，所述MicroLED芯片阵列是蓝光MicroLED芯片阵列，步骤7)中，所述量子点溶液包括R量子点溶液和G量子点溶液。
可选的，步骤3)具体包括：
3.1)于所述衬底背面沉积硬质掩膜层；
3.2)对硬质掩膜层进行图案化处理；
3.3)对衬底进行蚀刻；
3.4)去除硬质掩膜层。
可选的，所述衬底背面和所述微流控盖板分别设有对准标记，通过所述对准标记对位压合。
可选的，步骤3)中，还包括对用于形成所述微通道的衬底背面的凹坑之外的表面进行疏水化处理的步骤。
一种上述制备方法制备的MicroLED全彩化显示器件，包括MicroLED芯片阵列、色转换层和封装盖板，所述MicroLED芯片阵列包括衬底和设于衬底正面的MicroLED阵列，所述MicroLED阵列包括复数个MicroLED单元；所述衬底背面形成有与所述MicroLED单元一一对应的凹坑，所述凹坑的侧壁设有反射层，所述色转换层布设于所述凹坑内，所述封装盖板键合于所述衬底的背面。
可选的，还包括设于所述MicroLED芯片阵列与所述衬底相反一侧的驱动基板，所述复数个MicroLED单元的电极分别与驱动基板连接。
本发明的有益效果为：
(1)以蓝光外延片减薄后的衬底取代传统微流控芯片的基板，无需制备微流控芯片的基板，将微流控芯片的盖板与衬底相压合即可完成微流控芯片的制备，简化了制备工艺、节省了原料，降低了花费，同时有利于制备大面积的量子点图案从而推动全彩MicroLED的产业化。
(2)通过直接在减薄后的衬底上刻蚀出凹坑后制备微流控芯片，从而无需进行色转层与MicroLED的键合，衬底上刻蚀的凹坑与MicroLED的芯片一一对应，保证了色转换层中子RG像素与下方芯片的一一对应，避免了传统做法中RG子像素与下方的芯片易出现偏差，无法一一对应的现象，提高了色转换的效率。
附图说明
图1为实施例的步骤1的MicroLED芯片阵列的结构示意图；
图2为实施例的步骤2的MicroLED芯片阵列减薄后的结构示意图；
图3为实施例的步骤3得到的结构示意图；
图4为实施例的步骤4得到的结构示意图；
图5为实施例的步骤5的衬底蚀刻示意图；
图6为实施例的步骤5的蚀刻后的衬底的俯视示意图；
图7为实施例的步骤6的疏水化处理的俯视示意图；
图8为实施例的步骤7得到的结构示意图；
图9为实施例的步骤8的微流控盖板的结构示意图；
图10为实施例的步骤9得到的结构示意图；
图11为实施例的步骤11的气体吹扫的示意图；
图12为实施例的步骤12的盖板剥离的示意图；
图13为实施例制得的MicroLED全彩化显示器件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
一实施例的一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件的制备方法步骤如下：
1.蓝光MicroLED芯片阵列1制备。本技术方案中，以蓝光外延片为例，先后通过典型的芯片制备工艺，如清洗、光刻、刻蚀、蒸发等完成MicroLED芯片阵列，并与驱动基板2键合。MicroLED芯片阵列1结构如图1所示，包括衬底11、外延层12、N电极13和P电极14，其中外延层12通过外延工艺形成于衬底11正面，包括U-GaN缓冲层121、N-GaN局限层122、MQW层123和P-GaN局限层124。外延层12通过器件隔离形成了复数个MicroLED单元1a，N电极13连接N-GaN局限层122，P电极14连接P-GaN局限层124，N电极13和P电极14连接驱动基板2，驱动基板2位于外延层12背离衬底11的一侧。衬底11的材料可以是例如蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底，本实施例举例为蓝宝石衬底。本实施例中，MicroLED单元1a矩阵式排列。
2.衬底减薄。通过机械减薄、研磨和化学机械抛光相结合的方法对MicroLED的衬底11进行减薄和平坦化处理，如图2所示，减薄后的衬底厚度可根据需要调整，本技术方案中以8微米为例进行说明。
3.硬质掩膜层沉积。通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)在衬底背面沉积一定厚度的硬质掩膜层3，如SiO2或Si3N4等，如图3所示。本技术方案中以800nm的SiO2为例。
4.掩膜图案化处理。旋涂AZ5214E光刻胶，曝光显影后以光刻胶为掩膜，通过干法刻蚀，如ICP(电感耦合等离子体刻蚀技术)或RIE(反应离子刻蚀技术)或湿法腐蚀，如BOE溶液(HF：NH4F＝7:1)对SiO2硬质掩膜层3进行刻蚀，获得SiO2的掩膜图案，后去除光刻胶，如图4所示。
5.衬底刻蚀。以图案化的SiO2为硬质掩膜层3，通过ICP技术或深硅刻蚀技术对衬底进行刻蚀形成凹坑111，如图5所示，刻蚀深度可根据需要自行设定，可以小于减薄后衬底的厚度，也可以大于衬底的厚度，即刻蚀到U-GaN缓冲层121内，本技术方案中凹坑111深度为8微米，恰好完全刻蚀衬底，刻蚀后的衬底11俯视图如图6所示，其中凹坑111与MicroLED单元1a一一对应，即也为矩阵式排列。此外，在衬底11背面制作十字对准标记112。
6.疏水处理。BOE溶液去除衬底11上的硬质掩膜层3，清洗干燥。通过喷涂、旋涂、气相沉积等方式在刻蚀后衬底11的相应位置处进行表面疏水化处理形成疏水层4，疏水层4由表面具有较低表面能的疏水性物质构成，成分包括但不限于氟碳化合物、硅树脂等。如图7所示，疏水处理的区域为衬底11背面后续形成微通道内部的凹坑111以外的表面，例如是同一排的凹坑111之间的表面。
7.反射层沉积。通过电子束蒸镀或磁控溅射等方式在凹坑111的侧壁沉积对可见光高反射率的反射层5，如Ag、Al等，如图8所示。
8.微流控盖板6制备。通过热压成型、模塑成型、注塑成型等方法制备微流控芯片盖板6，盖板6中包括条形通槽61和十字对准标记62，通槽61两侧末端具有进液口和出液口。若干通槽61平行排布，其宽度与衬底上的凹坑111宽度相匹配，主要作用是量子点溶液的传输，进液口和出液口为量子点溶液输入与输出的管口，十字对准标记62的主要作用为保证盖板与衬底压合时对准的精准度，如图9所示。
9.盖板压合。通过专用的压合机，以衬底11和盖板6上的十字对准标记112、62为对准标记，将微流控盖板6与衬底11进行压合，压合后微流控盖板中的每一通槽61分别与衬底上的一排凹坑111恰好匹配形成一微通道，如图10所示。
10.量子点注入。通过量子点注射泵依次将R、G量子点溶液注入到键合后的微流控盖板的微通道内，量子点溶液充满于衬底的凹坑111和通槽61内。
11.气体吹扫。通入惰性气体依次对微通道内的R、G量子点溶液进行吹扫，将多余的量子点溶液吹扫出微流控盖板的微通道，如图11所示。
12.微流控盖板6剥离。将衬底上的微流控盖板6去除，通过自然挥发的方式将衬底上凹坑111内的量子点溶液进行干燥并沉积，如图12所示。
13.封装盖板8键合。通过高精度键合机将封装盖板8与衬底11进行键合，键合后封装盖板8可隔绝水、氧的侵蚀，如图13所示。
参考图13，得到的MicroLED全彩化显示器件，包括MicroLED芯片阵列1、驱动基板2、色转换层7和封装盖板8，MicroLED芯片阵列1包括衬底11和设于衬底正面的蓝光MicroLED阵列，MicroLED阵列包括复数个MicroLED单元1a，复数个MicroLED单元1a的电极分别与驱动基板2连接；衬底11背面形成有与MicroLED单元1a一一对应的凹坑111，凹坑111的侧壁设有反射层5；色转换层7布设于凹坑111内，包括R量子点单元和G量子点单元，封装盖板8键合于衬底11的背面。
本发明中：
以减薄后的LED芯片衬底作为微流控芯片的基板，将微流控芯片的盖板与衬底相压合直接在衬底上完成了微流控芯片的制备，省去了微流控芯片基板，省去了量子点色转换层与MicroLED芯片阵列进行键合这一步。
直接在减薄后的衬底上刻蚀出凹坑，凹坑的位置与衬底下方的芯片的位置一一对应，通过微流控芯片直接在衬底上形成量子点图案，保证了量子点图案与下方芯片的一一对应。
为确保微流控盖板与衬底的精准压合，分别在二者上设计了对准标记“十”字。同时，在衬底凹槽之间的区域沉积了疏水性物质，避免了量子点溶液在衬底上的残留。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件与制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)提供或制备MicroLED芯片阵列，所述MicroLED芯片阵列包括衬底和设于衬底正面的MicroLED阵列，所述MicroLED阵列包括复数个MicroLED单元；
2)对衬底进行减薄处理；
3)蚀刻衬底的背面形成与MicroLED单元一一对应的凹坑；
4)于凹坑的侧壁沉积反射层；
5)制备微流控盖板，所述微流控盖板包括若干通槽，所述通槽具有进液口和出液口；
6)将微流控盖板与衬底背面压合，压合后通槽与多个凹坑配合导通形成微通道；
7)将量子点溶液注入微通道直至量子点溶液充满所述微通道的凹坑，将多余量子点溶液吹扫出微通道；
8)剥离微流控盖板，得到嵌设于衬底中的色转换层；
10)于衬底背面键合封装盖板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述MicroLED阵列包括形成于所述衬底正面的LED外延层，所述LED外延层分隔形成所述复数个MicroLED单元。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述LED外延层包括按序设于所述衬底上的缓冲层、N型局限层、MQW层和P型局限层；所述凹坑的深度小于所述衬底的厚度、等于所述衬底的厚度或深入所述缓冲层。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述MicroLED单元矩阵式排列，所述若干通槽是平行排列的条形通槽，各条形通槽分别与一排凹坑对应配合形成所述微通道。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述MicroLED芯片阵列是蓝光MicroLED芯片阵列，步骤7)中，所述量子点溶液包括R量子点溶液和G量子点溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)具体包括：
3.1)于所述衬底背面沉积硬质掩膜层；
3.2)对硬质掩膜层进行图案化处理；
3.3)对衬底进行蚀刻；
3.4)去除硬质掩膜层。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述衬底背面和所述微流控盖板分别设有对准标记，通过所述对准标记对位压合。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，还包括对用于形成所述微通道的衬底背面的凹坑之外的表面进行疏水化处理的步骤。
9.一种权利要求1～8任一项所述制备方法制备的MicroLED全彩化显示器件，其特征在于，包括MicroLED芯片阵列、色转换层和封装盖板，所述MicroLED芯片阵列包括衬底和设于衬底正面的MicroLED阵列，所述MicroLED阵列包括复数个MicroLED单元；所述衬底背面形成有与所述MicroLED单元一一对应的凹坑，所述凹坑的侧壁设有反射层，所述色转换层布设于所述凹坑内，所述封装盖板键合于所述衬底的背面。
10.根据权利要求9所述的MicroLED全彩化显示器件，其特征在于：还包括设于所述MicroLED芯片阵列与所述衬底相反一侧的驱动基板，所述复数个MicroLED单元的电极分别与驱动基板连接。
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| CN202210574620.0A CN114927600A (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种基于微流控技术的MicroLED全彩化显示器件与制备方法 |
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| CN106920790A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-07-04 | 中山大学 | 一种全彩微显示器件及其制备方法 |
| CN114300589A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 深圳市思坦科技有限公司 | 一种全彩Micro-LED及其制备方法和显示装置 |
| CN114300601A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种基于微流控技术的量子点色转换层制备方法 |
-
2022
- 2022-05-25 CN CN202210574620.0A patent/CN114927600A/zh active Pending
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| CN106920790A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-07-04 | 中山大学 | 一种全彩微显示器件及其制备方法 |
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