CN117012770B - 一种可监测亮度的MicroLED及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显示芯片技术领域，公开了一种可监测亮度的MicroLED及其制备方法，可监测亮度的MicroLED包括基板，基板表面设有若干发光单元，发光单元之间设有隔离单元，隔离单元包括隔离层，隔离层表面沉积反光层，反光层表面沉积光电转换层，反光单元和隔离单元之间设有流平层，流平层顶部设有N电极层，光电转换层顶部与N电极层相连组成共阴极结构，光电转换层底部通过触点连接P电极形成内部回路，本发明通过光电转换层吸收侧壁漏光产生电流，电流经内部回路进入漏流检测模块，漏流检测模块向电源IC反馈电流均匀性情况，电源IC调整向LED提供的数据信号强弱，显示画面亮度均匀性提高，整体使用寿命增加。
Description
技术领域
本发明属于显示芯片技术领域，具体涉及一种可监测亮度的MicroLED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），目前Micro LED都是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，同时在高分辨率情况下，不同像素因为尺寸效应，会导致亮度存在差异。
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可监测亮度的MicroLED及其制备方法，通过光电转换层吸收侧壁漏光产生电流，电流经内部回路进入漏流检测模块，漏流检测模块向电源IC反馈电流均匀性情况，电源IC调整向LED提供的数据信号强弱，显示画面亮度均匀性提高，整体使用寿命增加。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种可监测亮度的MicroLED，包括基板，所述基板表面设有若干发光单元，所述发光单元包括键合金属层，所述键合金属层上方设有外延层，所述外延层剖面结构为梯形，所述键合金属层和外延层表面覆盖钝化层，所述钝化层顶面开口以控制外延层出光方向，所述发光单元之间设有隔离单元，所述隔离单元包括隔离层，所述隔离层表面沉积反光层，所述反光层表面沉积光电转换层，所述反光单元和隔离单元之间设有流平层，所述流平层顶部设有N电极层，所述光电转换层顶部与N电极层相连组成共阴极结构，光电转换层底部通过触点连接P电极形成内部回路。
进一步优选地，基板是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板，所述基板有连接内部电路的金属触点。
进一步优选地，键合金属层是由金属膜或非金属膜复合而成的多层结构，所述金属膜和非金属膜均为导体，所述金属膜包括Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt和Pb，所述非金属膜包括ITO膜。
进一步优选地，外延层包括第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层；
第一半导体层和第二半导体层为II-VI材料或III-V氮化物材料中一个或多个；
II-VI材料包括ZnSe和ZnO；
II-V氮化物材料包括GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs及其合金。
进一步优选地，钝化层底层的投影面积大于外延层的面积；
所述钝化层高度低于外延层高度，所述钝化层高度根据光学设计出光角度进行调整；
所述钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节倾斜角度使外延层形成的光部分全反射到外延层内部。
进一步优选地，钝化层材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺、SU-8光刻胶。
进一步优选地，所述光电转换层为钙钛矿材料或多环芳香化合物/聚合物材料。
一种可监测亮度的MicroLED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基板表面镀上第一金属层；
S2、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表面镀上多层结构的第二金属层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板进行键合，第一金属层和第二金属层键合后得到键合金属层，形成良好的欧姆接触；
S4、通过干法或湿法刻蚀，对外延层进行刻蚀，形成台阶结构，构成独立像素，通过IBE刻蚀键合金属层使其图形化；
S5、PECVD沉积钝化层，并通过IBE进行图形化；
S6、沉积隔离层材料，通过干法蚀刻实现隔离层的制备，对发光单元进行隔离；
S7、通过蒸镀或沉积方式在隔离层表面制备反光层，再经ICP/IBE刻蚀图案化；
S8、通过沉积、电子束蒸镀或溅射的方式制备光电转换层，然后经ICP/IBE刻蚀图案化；
S9、在发光单元和隔离单元之间填充平坦化材料，并通过光刻法工艺对平坦层进行处理，使其暴露出出光面及光电转换层表面，得到流平层；
S10、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在流平层上沉积制作N电极层，并完成N电极图形化制备。
进一步优选地，外延片包括衬底和外延层，所述衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底。
进一步优选地，N电极层图形化之后为带状或除了光开口区外整面覆盖。
本发明的有益效果：
本发明在MicroLED发光单元间设置隔离单元，在隔离层上沉积反光层，反光层上沉积光电转换层，光电转换层环绕LED单元，顶部与N电极层相连，组成共阴极结构，底部通过触点连接P电极形成内部回路；光电转换层吸收侧壁漏光产生电流，电流经内部回路进入漏流检测模块，漏流检测模块向电源IC反馈电流均匀性情况，电源IC调整向LED提供的数据信号强弱，显示画面亮度均匀性提高，整体使用寿命增加。
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是本发明可监测亮度的MicroLED的结构示意图；
图2是本发明步骤S1的工艺流程示意图；
图3是本发明步骤S2的工艺流程示意图；
图4是本发明步骤S3的工艺流程示意图；
图5是本发明步骤S4的工艺流程示意图；
图6是本发明步骤S5的工艺流程示意图；
图7是本发明步骤S6的工艺流程示意图；
图8是本发明步骤S7的工艺流程示意图；
图9是本发明步骤S8的工艺流程示意图；
图10是本发明步骤S9的工艺流程示意图；
图11是本发明步骤S10的工艺流程示意图。
图中：1-基板，2-第一金属层，3-衬底，4-缓冲层，5-外延层，6-第一半导体层，7-多量子阱层，8-第二半导体层，9-第二金属层，10-键合金属层，11-钝化层，13-隔离层，14-反光层，15-光电转化层，16-流平层，17-N电极层。
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。
如图1所示，一种可监测亮度的MicroLED，包括基板1，所述基板1表面设有若干发光单元，所述发光单元包括键合金属层10，所述键合金属层10上方设有外延层5，所述外延层5剖面结构为梯形，所述键合金属层10和外延层5表面覆盖钝化层11，所述钝化层11顶面开口以控制外延层5出光方向，所述发光单元之间设有隔离单元，所述隔离单元包括隔离层13，所述隔离层13表面沉积反光层14，所述反光层14表面沉积光电转换层15，所述反光单元和隔离单元之间设有流平层16，所述流平层16顶部设有N电极层17，所述光电转换层15顶部与N电极层17相连组成共阴极结构，光电转换层15底部通过触点连接P电极形成内部回路。
基板1是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板，基板1有连接内部电路的金属触点，金属触点上有通孔与对应LED及光电转换层电性连接，可使各LED单元及光电转换层单独被驱动，以达到可以监控每个LED单元发光状况的目的。
键合金属层10是由金属膜或非金属膜复合而成的多层结构，所述金属膜和非金属膜均为导体，所述金属膜包括Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt和Pb，所述非金属膜包括ITO膜。
外延层5包括第一半导体层6、多量子阱层7和第二半导体层8；第一半导体层6和第二半导体层8为II-VI材料或III-V氮化物材料中一个或多个；II-VI材料包括ZnSe和ZnO；II-V氮化物材料包括GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs及其合金。
钝化层11底层的投影面积大于外延层的面积；
所述钝化层11高度低于外延层5高度，所述钝化层11高度根据光学设计出光角度进行调整；
所述钝化层11与外延层5具有不同的折射率，通过调节倾斜角度使外延层5形成的光部分全反射到外延层5内部。
所述钝化层11材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺、SU-8光刻胶及其他可光图案化的聚合物。
所述光电转换层15为钙钛矿材料、多环芳香化合物/聚合物材料或其他光电转换材料；
所述隔离层13可以为无机材料，不限于金属或金属氧化物，如AL、Cu、Ag、SiO2、TiO2、Al2O3等，也可以为有机材料，如黑矩阵光刻胶，聚酰亚胺、SU-8光刻胶、苯并环丁烯、挡墙胶等；
所述反光层14可以是高反光金属，如Al、Ag或者其他高反光介质材料；
所述流平层16为有机黑矩阵光刻胶、彩色滤光光刻胶、聚酰亚胺、挡墙胶、OC胶(Overcoat胶)、SU8光刻胶、苯并环丁烯(BCB)、Al、Cu、Ag、SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、Si3N4或HfO2中的一种。
如图2-11所示，上述可监测亮度的MicroLED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基板表面镀上第一金属层；
S2、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表面镀上多层结构的第二金属层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板进行键合，第一金属层和第二金属层键合后得到键合金属层，形成良好的欧姆接触；
S4、通过干法或湿法刻蚀，对外延层进行刻蚀，形成台阶结构，构成独立像素，通过IBE刻蚀键合金属层使其图形化；
S5、PECVD沉积钝化层，并通过IBE进行图形化；
S6、沉积隔离层材料，通过干法蚀刻实现隔离层的制备，对发光单元进行隔离；
S7、通过蒸镀或沉积方式在隔离层表面制备反光层，再经ICP/IBE刻蚀图案化；
S8、通过沉积、电子束蒸镀或溅射的方式制备光电转换层，然后经ICP/IBE刻蚀图案化；
S9、在发光单元和隔离单元之间填充平坦化材料，并通过光刻法工艺对平坦层进行处理，使其暴露出出光面及光电转换层表面，得到流平层；
S10、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在流平层上沉积制作N电极层，并完成N电极图形化制备。
其中，外延片包括衬底3和外延层5，所述衬底3为硅基衬底或蓝宝石衬底。
在一些实施例中，N电极层17图形化之后为带状或除了光开口区外整面覆盖，N电极层17可以是Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge或Ni等导电金属材料。
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 (10)
1.一种可监测亮度的MicroLED，其特征在于，包括基板，所述基板表面设有若干发光单元，所述发光单元包括键合金属层，所述键合金属层上方设有外延层，所述外延层剖面结构为梯形，所述键合金属层和外延层表面覆盖钝化层，所述钝化层顶面开口以控制外延层出光方向，所述发光单元之间设有隔离单元，所述隔离单元包括隔离层，所述隔离层表面沉积反光层，所述反光层表面沉积光电转换层，所述反光单元和隔离单元之间设有流平层，所述流平层顶部设有N电极层，所述光电转换层顶部与N电极层相连组成共阴极结构，光电转换层底部通过触点连接P电极形成内部回路，光电转换层吸收侧壁漏光产生电流，电流经内部回路进入漏流检测模块，漏流检测模块向电源IC反馈电流均匀性情况，电源IC调整向LED提供的数据信号强弱。
2.根据权利要求1所述的可监测亮度的MicroLED，其特征在于，所述基板是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板，所述基板有连接内部电路的金属触点。
3.根据权利要求1所述的可监测亮度的MicroLED，其特征在于，所述键合金属层是由金属膜或非金属膜复合而成的多层结构，所述金属膜和非金属膜均为导体，所述金属膜包括Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt和Pb，所述非金属膜包括ITO膜。
4.根据权利要求1所述的可监测亮度的MicroLED，其特征在于，所述外延层包括第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层；
第一半导体层和第二半导体层为II-VI材料或III-V氮化物材料中一个或多个；
II-VI材料包括ZnSe和ZnO；
III-V氮化物材料包括GaN、AlN、InN和InGaN。
5.根据权利要求1所述的可监测亮度的MicroLED，其特征在于，所述钝化层底层的投影面积大于外延层的面积；
所述钝化层高于外延层高度，所述钝化层高度根据光学设计出光角度进行调整；
所述钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节倾斜角度使外延层形成的光部分全反射到外延层内部。
6.根据权利要求1所述的可监测亮度的MicroLED，其特征在于，所述钝化层材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺、SU-8光刻胶。
7.根据权利要求1所述的可监测亮度的MicroLED，其特征在于，所述光电转换层为钙钛矿材料、多环芳香化合物材料或多环芳香聚合物材料。
8.根据权利要求1-7任一项所述的可监测亮度的MicroLED的制备方法，其特征在于，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基板表面镀上第一金属层；
S2、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表面镀上多层结构的第二金属层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板进行键合，第一金属层和第二金属层键合后得到键合金属层，形成良好的欧姆接触；
S4、通过干法或湿法刻蚀，对外延层进行刻蚀，形成台阶结构，构成独立像素，通过IBE刻蚀键合金属层使其图形化；
S5、PECVD沉积钝化层，并通过IBE进行图形化；
S6、沉积隔离层材料，通过干法蚀刻实现隔离层的制备，对发光单元进行隔离；
S7、通过蒸镀或沉积方式在隔离层表面制备反光层，再经ICP/IBE刻蚀图案化；
S8、通过沉积、电子束蒸镀或溅射的方式制备光电转换层，然后经ICP/IBE刻蚀图案化；
S9、在发光单元和隔离单元之间填充平坦化材料，并通过光刻法工艺对平坦层进行处理，使其暴露出出光面及光电转换层表面，得到流平层；
S10、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在流平层上沉积制作N电极层，并完成N电极图形化制备。
9.根据权利要求8所述的可监测亮度的MicroLED的制备方法，其特征在于，所述外延片包括衬底和外延层，所述衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底。
10.根据权利要求8所述的可监测亮度的MicroLED的制备方法，其特征在于，所述N电极层图形化之后为带状或除出光开口区外整面覆盖。
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