CN116544262B - 一种高出光利用率的MicroLED显示面板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高出光利用率的MicroLED显示面板及其制备方法，显示面板包括基板，基板表面设有若干发光单元，发光单元包括金属层，金属层上方设有外延层，外延层剖面结构为梯形，金属层和外延层表面覆盖增透层，增透层表面覆盖透明电极层，发光单元之间设有反光单元，反光单元包括支撑层，支撑层表面覆盖吸收层，吸收层表面覆盖反射层，反射层对应发光单元的外壁为弧形凹面结构，反光单元之间的发光单元上方填充流平层，流平层顶部中间对应发光单元处设有色转化层，颜色转换层顶面覆盖滤光层，本发明在发光单元侧面引入弧形结构的反射层，通过光学计算调整弧度，定向的将光反射到颜色转换层，提高光利用率，解决发光单元侧向漏光，并提高光效。
Description
技术领域
本发明属于LED显示芯片技术领域，具体涉及一种高出光利用率的MicroLED显示面板及其制备方法。
背景技术
随着可穿戴显示设备的快速发展，出现了微发光二极管(Micro LED，uLED)技术。Micro LED技术即LED微缩化和矩阵化技术，指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列。MicroLED的显示原理是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1～10μm等级左右；然后将MicroLED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性(透明、不透明)基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的MicroLED显示，而要制成显示器，其晶片表面必须制作成如同LED显示器般之阵列结构，且每一个像素点必须可控制、单独驱动点亮，显示器所组成的显示面板是MicroLED的重要组成部分。
Micro LED显示面板一般会包括多个LED像素点（即发光单元），传统的Micro LED，通过刻蚀掉连续的功能性外延层来得到多个完全隔离的功能性像素点，但像素点侧面发光会存在结构性问题，如漏光/侧面结构缺陷，相邻的像素点之间的光串扰现象严重，随着像素点的进一步缩小，这个问题变得更加严重。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种高出光利用率的MicroLED显示面板及其制备方法，在发光单元侧面引入弧形结构的反射层，通过光学计算调整弧度，定向的将光反射到颜色转换层，提高光利用率，解决发光单元侧向漏光，并提高光效。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高出光利用率的MicroLED显示面板，包括基板，基板表面设有若干发光单元，发光单元包括金属层，金属层上方设有外延层，外延层剖面结构为梯形，金属层和外延层表面覆盖增透层，增透层顶面开口以控制外延层出光方向，增透层表面覆盖透明电极层，发光单元之间设有反光单元，反光单元包括支撑层，支撑层高度大于透明电极层顶面高度，支撑层表面覆盖吸收层，吸收层表面覆盖反射层，反射层对应发光单元的外壁为弧形凹面结构，反光单元之间的发光单元上方填充流平层，流平层顶部中间对应发光单元处设有色转化层，颜色转换层顶面覆盖滤光层。
优选地，外延层边缘倾角大于70°，通过调节外延层边缘倾角可使外延层形成的光部分全反射到外延层内部。
优选地，反射层外壁弧面的弧度小于180°，反射层外壁弧面为一次成型或多段拼接，通过调节反射层外壁弧面焦点可定向的将光反射到颜色转换层。
上述高出光利用率的MicroLED显示面板的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延片镀上多层结构的第一金属膜层；
S2、采用步骤S1中同样的方法，在基板上形成第二金属膜层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板进行键合，键合后外延片和基底之间的金属膜形成良好的欧姆接触，形成金属层；
S4、通过机械或化学手段减薄除去外延片的衬底和缓冲层；
S5、通过ICP刻蚀外延层使其图形化，通过IBE刻蚀金属层使其图形化，金属层接外延层的一侧面积小于或等于刻蚀形成层底面，调节刻蚀参数使蚀刻后外延层和金属层剖面结构为梯形或倒梯形；
S6、通过PECVD沉积增透层，通过IBE进行第一次图形化，使其在基板的投影面积大于外延层的面积，与外延层的图形一一对应，通过ICP第二次刻蚀在增透层上表面开口，控制开口的形状位置，来改变活性的层出光方向；
S7、通过光刻法实现支撑层的制备，并对发光单元进行隔离，通过光刻加原位生长法在支撑层露出的表面覆盖吸收层；
S8、通过原位生长加IBE刻蚀，实现反射层的制备；
S9、通过化学气相沉积法在增透层表面沉积透明电极层；
S10、通过光刻法half tone工艺制备流平层；
S11、通过光刻法制备颜色转换层，颜色转换层含有红、绿、蓝三色；
S12、通过光刻法在颜色转换层顶部制备滤光层，完成高出光利用率的MicroLED显示面板的制备。
优选地，外延片包括衬底，衬底上方设有缓冲层，缓冲层上方设有外延层，外延层包括依次设置的第一半导体层、多量子阱结构和第二半导体层。
优选地，第一金属膜层和第二金属膜层为单层或多层结构，多层结构中包含金属和非金属膜层，金属膜层含有Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt或Pb，非金属膜层包括ITO膜。
优选地，步骤S4中根据外延片衬底的材料选择减薄方式，外延片的衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底，当为蓝宝石衬底时，通过激光剥离法去除衬底，当为硅基衬底时，通过物理打磨减薄、深硅刻蚀、湿法化学腐蚀实现衬底去除，衬底去除后，通过ICP刻蚀使外延层厚度控制在0.5~2um。
优选地，步骤S5中外延层和金属层边缘倾角大于70°。
优选地，步骤S6中控制增透层开口的形状位置，来改变活性的层出光方向。
优选地，增透层与外延层具有不同的折射率，通过调节外延层边缘倾角可使外延层形成的光部分全反射到外延层内部。
本发明的有益效果：
本发明在发光单元侧面引入弧形结构的反射层，可以通过光学计算调整弧度，定向的将光反射到颜色转换层，提高光利用率，解决发光单元侧向漏光，并提高光效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明高出光利用率的MicroLED显示面板的结构示意图；
图2是本发明步骤S1中外延片镀第一金属层的结构示意图；
图3是本发明步骤S2中基板镀第二金属层的结构示意图；
图4是本发明步骤S3中基板与外延片键合的结构示意图；
图5是本发明步骤S4中去除衬底及缓冲层的结构示意图；
图6是本发明步骤S5中外延层和金属层图案化的结构示意图；
图7是本发明步骤S6中增透层覆盖和图案化的结构示意图
图8是本发明步骤S7中支撑层和吸收层的成型结构示意图；
图9是本发明步骤S8中镀反射层并弧形化的结构示意图；
图10是本发明步骤S9中沉积透明电极层的结构示意图；
图11是本发明步骤S10中流平层填充和图案化的结构示意图；
图12是本发明步骤S11中光刻法增加颜色转换层的结构示意图；
图13是本发明步骤S12中光刻法增加滤光层的结构示意图。
图中：1-衬底，2-缓冲层，3-第一半导体层，4-多量子阱结构，5-第二半导体层，6-基板，7-第二金属膜层，8-第一金属膜层，9-金属层，10-外延层，11-增透层，12-支撑层，13-吸收层，14-反射层，15-透明电极层，16-流平层，17-颜色转换层，18-滤光层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高出光利用率的MicroLED显示面板，包括基板6，所述基板6表面设有若干发光单元，所述发光单元包括金属层9，所述金属层9上方设有外延层10，所述外延层10剖面结构为梯形，所述金属层9和外延层10表面覆盖增透层11，所述增透层11顶面开口以控制外延层出光方向，所述增透层11表面覆盖透明电极层15，所述发光单元之间设有反光单元，所述反光单元包括支撑层12，所述支撑层12高度大于透明电极层15顶面高度，所述支撑层12表面覆盖吸收层13，所述吸收层13表面覆盖反射层14，所述反射层14对应发光单元的外壁为弧形凹面结构，所述反光单元之间的发光单元上方填充流平层16，所述流平层16顶部中间对应发光单元处设有色转化层17，所述颜色转换层17顶面覆盖滤光层18。
在一些实施例中，所述外延层10边缘倾角大于70°，通过调节外延层10边缘倾角可使外延层10形成的光部分全反射到外延层10内部。
在一些实施例中，所述反射层14外壁弧面的弧度小于180°，反射层14外壁弧面为一次成型或多段拼接，通过调节反射层14外壁弧面焦点可定向的将光反射到颜色转换层17。
上述高出光利用率的MicroLED显示面板的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延片镀上多层结构的第一金属膜层8；
S2、采用步骤S1中同样的方法，在基板6上形成第二金属膜层7；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板6进行键合，键合后外延片和基底之间的金属膜形成良好的欧姆接触，形成金属层9；
S4、通过机械或化学手段减薄除去外延片的衬底1和缓冲层2；
S5、通过ICP刻蚀外延层10使其图形化，通过IBE刻蚀金属层9使其图形化，金属层9接外延层10的一侧面积小于或等于刻蚀形成层底面，调节刻蚀参数使蚀刻后外延层10和金属层9剖面结构为梯形或倒梯形；
S6、通过PECVD沉积增透层11，通过IBE进行第一次图形化，使其在基板的投影面积大于外延层的面积，与外延层10的图形一一对应，通过ICP第二次刻蚀在增透层11上表面开口，控制开口的形状位置，来改变活性的层出光方向；
S7、通过光刻法实现支撑层12的制备，并对发光单元进行隔离，通过光刻加原位生长法在支撑层12露出的表面覆盖吸收层13；
S8、通过原位生长加IBE刻蚀，实现反射层14的制备；
S9、通过化学气相沉积法在增透层11表面沉积透明电极层15；
S10、通过光刻法half tone工艺制备流平层16；
S11、通过光刻法制备颜色转换层17，颜色转换层含有红、绿、蓝三色；
S12、通过光刻法在颜色转换层17顶部制备滤光层18，完成所述高出光利用率的MicroLED显示面板的制备。
其中，增透层11可以是SiO2、Al2O3、SiN、Ta2O5或是绝缘材料及其他合适材料；
反射层14可以是高反光金属如Al，Ag或者其他高反光介质材料；
透明电极层15可以是氧化铟锡（ITO）；
支撑层12可以是聚酰亚胺、有机树脂、光刻胶等；
流平层16可以是有机黑矩阵光刻胶、彩色滤光光刻胶、聚酰亚胺、挡墙胶、SU8光刻胶、苯并环丁烯(BCB)或其他合适材料；
颜色转换层17可以是红色量子点材料、绿色量子点材料；
吸收层13可以是黑色光刻胶；
滤光层18为对应需要过滤颜色的光刻胶。
在一些实施例中，所述外延片包括衬底1，所述衬底1上方设有缓冲层2，所述缓冲层2上方设有外延层10，所述外延层10包括依次设置的第一半导体层3、多量子阱结构4和第二半导体层5。
在一些实施例中，所述第一金属膜层8和第二金属膜层7为单层或多层结构，多层结构中包含金属和非金属膜层，金属膜层含有Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt或Pb，非金属膜层包括ITO膜。
在一些实施例中，步骤S4中根据外延片衬底1的材料选择减薄方式，所述外延片的衬底1为硅基衬底或蓝宝石衬底，当为蓝宝石衬底时，通过激光剥离法去除衬底1，当为硅基衬底时，通过物理打磨减薄、深硅刻蚀、湿法化学腐蚀实现衬底1去除，衬底去除后，通过ICP刻蚀使外延层10厚度控制在0.5~2um。
在一些实施例中，所述步骤S5中外延层10和金属层9边缘倾角大于70°。
在一些实施例中，所述步骤S6中控制增透层11开口的形状位置，来改变活性的层出光方向。
在一些实施例中，所述增透层11与外延层10具有不同的折射率，通过调节外延层10边缘倾角可使外延层10形成的光部分全反射到外延层10内部。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，包括基板，所述基板表面设有若干发光单元，所述发光单元包括金属层，所述金属层上方设有外延层，所述外延层剖面结构为梯形，所述金属层和外延层表面覆盖增透层，所述增透层顶面开口以控制外延层出光方向，所述增透层表面覆盖透明电极层，所述发光单元之间设有反光单元，所述反光单元包括支撑层，所述支撑层高度大于透明电极层顶面高度，所述支撑层表面覆盖吸收层，所述吸收层表面覆盖反射层，所述反射层对应发光单元的外壁为弧形凹面结构，所述反光单元之间的发光单元上方填充流平层，所述流平层顶部中间对应发光单元处设有颜色转换层，所述颜色转换层顶面覆盖滤光层；
所述的高出光利用率的MicroLED显示面板的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延片镀上多层结构的第一金属膜层；
S2、采用步骤S1中同样的方法，在基板上形成第二金属膜层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板进行键合，键合后外延片和基底之间的金属膜形成良好的欧姆接触，形成金属层；
S4、通过机械或化学手段减薄除去外延片的衬底和缓冲层；
S5、通过ICP刻蚀外延层使其图形化，通过IBE刻蚀金属层使其图形化，金属层接外延层的一侧面积小于或等于刻蚀形成层底面，调节刻蚀参数使蚀刻后外延层和金属层剖面结构为梯形或倒梯形；
S6、通过PECVD沉积增透层，通过IBE进行第一次图形化，使其在基板的投影面积大于外延层的面积，与外延层的图形一一对应，通过ICP第二次刻蚀在增透层上表面开口；
S7、通过光刻法实现支撑层的制备，并对发光单元进行隔离，通过光刻加原位生长法在支撑层露出的表面覆盖吸收层；
S8、通过原位生长加IBE刻蚀，实现反射层的制备；
S9、通过化学气相沉积法在增透层表面沉积透明电极层；
S10、通过光刻法half tone工艺制备流平层；
S11、通过光刻法制备颜色转换层，颜色转换层含有红、绿、蓝三色；
S12、通过光刻法在颜色转换层顶部制备滤光层，完成所述高出光利用率的MicroLED显示面板的制备。
2.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述外延层边缘倾角大于70°，通过调节外延层边缘倾角可使外延层形成的光部分全反射到外延层内部。
3.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述反射层外壁弧面的弧度小于180°，反射层外壁弧面为一次成型或多段拼接，通过调节反射层外壁弧面焦点可定向的将光反射到颜色转换层。
4.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述外延片包括衬底，所述衬底上方设有缓冲层，所述缓冲层上方设有外延层，所述外延层包括依次设置的第一半导体层、多量子阱结构和第二半导体层。
5.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述第一金属膜层和第二金属膜层为单层或多层结构，多层结构中包含金属和非金属膜层，金属膜层含有Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt或Pb，非金属膜层包括ITO膜。
6.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述步骤S4中根据外延片衬底的材料选择减薄方式，所述外延片的衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底，当为蓝宝石衬底时，通过激光剥离法去除衬底，当为硅基衬底时，通过物理打磨减薄、深硅刻蚀、湿法化学腐蚀实现衬底去除，衬底去除后，通过ICP刻蚀使外延层厚度控在0.2~5um。
7.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述步骤S5中外延层和金属层边缘倾角大于70°。
8.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述步骤S6中控制增透层开口的形状位置，来改变活性的层出光方向。
9.根据权利要求1所述的高出光利用率的MicroLED显示面板，其特征在于，所述增透层与外延层具有不同的折射率，通过调节外延层边缘倾角可使外延层形成的光部分全反射到外延层内部。
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