CN117012871A - 一种微透镜结构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，公开了一种微透镜结构MicroLED及其制备方法，微透镜结构MicroLED包括驱动基板，驱动基板表面设有若干呈阵列设置的发光单元，发光单元包括键合金属层，键合金属层与驱动基板相连，键合金属层表面设有外延层，外延层顶面设有呈矩形阵列的微透镜结构，外延层上方沉积钝化层，钝化层对应外延层顶部微透镜结构处开设有出光口，钝化层上方沉积N电极层。本发明通过对第一半导体层进行刻蚀微透镜化，一方面提高光聚光性和准直性，另一方面无需增加其他微透镜材料的制备，减少工艺复杂度。
Description
技术领域
本发明属于显示芯片技术领域，具体涉及一种微透镜结构MicroLED及其制备方法。
背景技术
Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文称作微发光二极体，也可以写作μLED，一般指使用尺寸为1~60um的LED发光单元组成显示阵列的技术，MicroLED 底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路，然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列，从而实现了微型显示屏，也就是所说的LED显示屏的缩小版。MicroLED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，MicroLED像素点发出的光比较散乱且光利用率较低，通常通过增加微透镜结构以提升光利用率和准直性。
公开号为CN115472730B的专利中公开了一种Micro LED微显示芯片包括：驱动面板；多个LED单元，排布在所述驱动面板上，所述多个LED单元具有一一对应的多个LED台面，每一所述LED单元能够由所述驱动面板单独驱动；具有多个栅格孔的栅栏结构，所述多个栅格孔分别围绕所述多个LED台面设置，所述LED台面与对应的所述栅格孔之间形成凹陷区域；多个微透镜，所述微透镜具有发光曲面，所述微透镜填充在对应的所述凹陷区域内，用于对所述LED单元发出的光线进行聚拢和/或准直。本方案中多个微透镜设置在对应的凹陷区域内，对光线进行汇聚和/或准直，可以提升Micro LED微显示芯片的发光效率。该专利中一个反光单元对应一个微透镜结构，对光线进行汇聚和准直效果不佳，同时需要在栅栏结构之间填充微透镜材料之后再通过蚀刻形成微透镜，工艺步骤复杂，不利于生产成本的控制。
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微透镜结构MicroLED及其制备方法，本发明通过对第一半导体层进行刻蚀微透镜化，一方面提高光聚光性和准直性，另一方面无需增加其他微透镜材料的制备，减少工艺复杂度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种微透镜结构MicroLED，包括驱动基板，驱动基板表面设有若干呈阵列设置的发光单元，发光单元包括键合金属层，键合金属层与驱动基板相连，键合金属层表面设有外延层，外延层顶面设有呈矩形阵列的微透镜结构，外延层上方沉积钝化层，钝化层对应外延层顶部微透镜结构处开设有出光口，钝化层上方沉积N电极层。
优选地，驱动基板是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板。
优选地，外延层和键合金属层的剖面为梯形、矩形、或倒梯形结构；
外延层包括第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，第一半导体层与键合金属层相连，第二半导体层与N电极层相连，第一半导体层和第二半导体层为ZnSe、ZnO、GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs中的一种或多种；
键合金属层是由金属膜或非金属膜复合而成的多层结构，金属膜和非金属膜均为导体，金属膜包括Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt和Pb，非金属膜包括ITO膜。
优选地，钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节钝化层倾角使外延层形成的光部分全反射到外延层内部，钝化层材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺和SU-8光刻胶。
优选地，N电极层材料包括ITO、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge和Ni。
一种微透镜结构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，在驱动基板表面镀上第一金属膜层；
S2、采用同样的方法，在外延片镀上多层结构的第二金属膜层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和驱动基板进行键合，第一金属膜层和第二金属膜层键合后得到键合金属层，形成良好的欧姆接触；
S4、除去外延片的衬底和缓冲层，衬底去除后通过干法刻蚀或湿法刻蚀方式在第二半导体层进行进一步减薄处理；
S5、通过掩膜、干法或湿法刻蚀的方式对第一半导体层进行刻蚀，形成矩形阵列的微透镜结构；
S6、对外延层进行干法或者湿法刻蚀形成台阶结构构成独立像素，再通过IBE刻蚀键合金属层使其图形化；
S7、通过PECVD在外延层上方沉积钝化层，并于外延层台阶结构的顶部开孔刻蚀暴露出LED出光面；
S8、通过光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层上制作N电极层，并完成N电极图形化制备。
优选地，外延片包括衬底、缓冲层和外延层，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。
优选地，步骤S6中调节刻蚀参数使蚀刻后外延层和键合金属层剖面结构为矩形、梯形或倒梯形等任意结构，键合金属层连接外延层的一侧面积小于或等于刻蚀外延层底面。
本发明的有益效果：
本发明通过增加微透镜结构提升光利用率和准直性，直接对第一半导体层进行刻蚀微透镜化，一方面提高聚光性和准直性，另一方面无需增加其他微透镜材料的制备，减少工艺复杂度。
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是本发明微透镜结构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。
图中：1-驱动基板，2-第一金属膜层，3-外延片，4-衬底，5-缓冲层，6-外延层，7-第一半导体层，8-多量子阱层，9-第二半导体层，10-第二金属膜层，11-键合金属层，12-钝化层，13-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，本发明提供了一种微透镜结构MicroLED，包括驱动基板1，所述驱动基板1表面设有若干呈阵列设置的发光单元，所述发光单元包括键合金属层11，所述键合金属层11与驱动基板1相连，所述键合金属层11表面设有外延层6，所述外延层6顶面设有呈矩形阵列的微透镜结构，所述外延层6上方沉积钝化层12，所述钝化层12对应外延层顶部微透镜结构处开设有出光口，所述钝化层12上方沉积N电极层13。
其中，驱动基板1是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板；外延层6的剖面为梯形、矩形、或倒梯形等结构，外延层6包括第一半导体层7、多量子阱层8和第二半导体层9，所述第二半导体层9与键合金属层11相连，所述第一半导体层7与N电极层13相连，所述第一半导体层7和第二半导体层9为ZnSe、ZnO、GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs中的一种或多种；键合金属层11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；钝化层12与外延层具有不同的折射率，通过调节钝化层倾角使外延层形成的光部分全反射到外延层内部，所述钝化层材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺和SU-8光刻胶；N电极层13材料包括ITO、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge和Ni。
如图2-9所示，上述微透镜结构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，在驱动基板1表面镀上第一金属膜层2；
S2、采用同样的方法，在外延片3镀上多层结构的第二金属膜层10；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片3和驱动基板1进行键合，第一金属膜层2和第二金属膜层10键合后得到键合金属层11，形成良好的欧姆接触；
S4、除去外延片3的衬底4和缓冲层5，衬底4去除后通过干法刻蚀或湿法刻蚀方式在第二半导体层9进行进一步减薄处理；
S5、通过掩膜、干法或湿法刻蚀的方式对第一半导体层7进行刻蚀，形成矩形阵列的微透镜结构；
S6、对外延层6进行干法或者湿法刻蚀形成台阶结构构成独立像素，再通过IBE刻蚀键合金属层11使其图形化；
S7、通过PECVD在外延层6上方沉积钝化层12，并于外延层6台阶结构的顶部开孔刻蚀暴露出LED出光面；
S8、通过光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层上制作N电极层13，并完成N电极图形化制备。
其中，外延片3包括衬底4、缓冲层5和外延层6，外延片3的衬底4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。
其中，步骤S6中调节刻蚀参数使蚀刻后外延层6和键合金属层11剖面结构为矩形、梯形或倒梯形等任意结构，键合金属层11连接外延层6的一侧面积小于或等于刻蚀外延层底面。
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 (8)
1.一种微透镜结构MicroLED，其特征在于，包括驱动基板，所述驱动基板表面设有若干呈阵列设置的发光单元，所述发光单元包括键合金属层，所述键合金属层与驱动基板相连，所述键合金属层表面设有外延层，所述外延层顶面设有呈矩形阵列的微透镜结构，所述外延层上方沉积钝化层，所述钝化层对应外延层顶部微透镜结构处开设有出光口，所述钝化层上方沉积N电极层。
2.根据权利要求1所述的微透镜结构MicroLED，其特征在于，所述驱动基板是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板。
3.根据权利要求1所述的微透镜结构MicroLED，其特征在于，所述外延层和键合金属层的剖面为梯形、矩形、或倒梯形结构；
外延层包括第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与键合金属层相连，所述第二半导体层与N电极层相连，所述第一半导体层和第二半导体层为ZnSe、ZnO、GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs中的一种或多种；
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所述的微透镜结构MicroLED，其特征在于，所述钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节钝化层倾角使外延层形成的光部分全反射到外延层内部，所述钝化层材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺和SU-8光刻胶。
5.根据权利要求1所述的微透镜结构MicroLED，其特征在于，所述N电极层材料包括ITO、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge和Ni。
6.根据权利要求1-5任一项所述的微透镜结构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，在驱动基板表面镀上第一金属膜层；
S2、采用同样的方法，在外延片镀上多层结构的第二金属膜层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和驱动基板进行键合，第一金属膜层和第二金属膜层键合后得到键合金属层，形成良好的欧姆接触；
S4、除去外延片的衬底和缓冲层，衬底去除后通过干法刻蚀或湿法刻蚀方式在第二半导体层进行进一步减薄处理；
S5、通过掩膜、干法或湿法刻蚀的方式对第一半导体层进行刻蚀，形成矩形阵列的微透镜结构；
S6、对外延层进行干法或者湿法刻蚀形成台阶结构构成独立像素，再通过IBE刻蚀键合金属层使其图形化；
S7、通过PECVD在外延层上方沉积钝化层，并于外延层台阶结构的顶部开孔刻蚀暴露出LED出光面；
S8、通过光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层上制作N电极层，并完成N电极图形化制备。
7.根据权利要求6所述的微透镜结构MicroLED的制备方法，其特征在于，所述外延片包括衬底、缓冲层和外延层，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。
8.根据权利要求6所述的微透镜结构MicroLED的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中调节刻蚀参数使蚀刻后外延层和键合金属层剖面结构为矩形、梯形或倒梯形等任意结构，键合金属层连接外延层的一侧面积小于或等于刻蚀外延层底面。
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