CN117153991A - 一种全彩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，公开了一种全彩MicroLED及其制备方法，全彩MicroLED包括驱动基板，驱动基板上设有若干呈矩形阵列设置的发光单元，发光单元包括键合金属层，键合金属层底部与驱动基板相连，键合金属层上方设有外延层，外延层剖面为梯形，外延层表面外壁沉积有钝化层，外延层顶部的钝化层中间开设有出光口，钝化层外壁沉积有N电极层，N电极层与外延层顶部电连接，发光单元上方包裹微透镜结构的色转换层，发光单元之间设有挡光结构，挡光结构靠近发光单元一侧内壁呈圆弧形。将量子点填充覆盖整个发光单元，减少了侧壁光损失，将发光面做成微透镜形式，另增加弧形挡光结构，防止光串扰提高显示效果。
Description
技术领域
本发明属于显示芯片技术领域，具体涉及一种全彩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，其大小相当于人头发丝的1/10，具有无需背光，光电转换效率高，响应时间在ns级等特点，是将LED进行薄膜化、微小化和阵列化，使其体积达到大小只有主流LED的1%。色转换技术是用紫外或者蓝光激发Micro-LED芯片上涂覆的红绿量子点荧光材料从而可以实现高分辨率高效率的全彩显示技术，其具有技术门槛低、成本低、易于产业化等特点，受到广泛关注。
目前，制备量子点色转换层的方法主要有喷墨打印、量子点光刻法、微流控等方法，但是目前基于微流控技术的量子点色转换层普遍存在以下问题：一方面，底面平整的亲疏水阵列或形貌结构阵列上沉积的量子点，下层外延层激发后发出的光较为发散，垂直方向上的有效亮度有所降低；另一方面，量子点阵列之间为玻璃或者空气，这样一定程度上存在像素点之间的光串扰，对显示效果有负面影响。
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全彩MicroLED及其制备方法，通过将量子点填充覆盖整个发光单元，减少了侧壁光损失，并将发光面做成微透镜形式，增加弧形挡光结构，防止光串扰提高显示效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种全彩MicroLED，包括驱动基板，驱动基板上设有若干呈矩形阵列设置的发光单元，发光单元包括键合金属层，键合金属层底部与驱动基板相连，键合金属层上方设有外延层，外延层剖面为梯形，外延层表面外壁沉积有钝化层，外延层顶部的钝化层中间开设有出光口，钝化层外壁沉积有N电极层，N电极层与外延层顶部电连接，发光单元上方包裹微透镜结构的色转换层，发光单元之间设有挡光结构，挡光结构靠近发光单元一侧内壁呈圆弧形。
进一步优选地，驱动基板是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板，驱动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，金属膜和非金属膜均为导体。
进一步优选地，外延层包括N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，N型半导体层与键合金属层相连，P型半导体层与N电极层相连。
进一步优选地，钝化层的折射率大于外延层，通过调节钝化层和外延层边缘倾斜角度使外延层层形成的光部分全反射到外延层内部。
进一步优选地，色转换层材料包括红色量子点材料、绿色量子点材料和透明材料。
进一步优选地，挡光结构靠近发光单元一侧内壁设有反光层。
进一步优选地，发光单元和挡光结构之间设有流平层。
一种全彩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外延片的外延层表面镀上多层结构的第一金属层；
S2、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在驱动基板表面镀上第二金属层；
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，除去外延片衬底及缓冲层；
S4、通过干法或湿法刻蚀，对外延层进行刻蚀，形成台阶结构，通过IBE刻蚀键合金属层使其图形化；
S5、在外延层表面PECVD沉积钝化层，并通过IBE进行图形化，使外延层顶部裸露，形成出光口；
S6、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层表面上沉积制作N电极层，并完成N电极图形化制备；
S7、沉积牺牲层将发光单元覆盖流平，牺牲层高度高于发光单元，然后对发光单元上方的牺牲层进行光刻开槽，开槽尺寸和底部金属层面积一致；
S8、于发光单元上方的牺牲层槽内填充色转换层材料，不同颜色的色转换层材料分批填充，填充完成后通过干法刻蚀、湿法刻蚀或掩膜蚀刻将色转换层的发光面一端蚀刻成微透镜结构；
S9、对发光单元之间的牺牲层进行光刻开槽，开槽的内壁为弧形结构；
S10、于发光单元之间的牺牲层槽内填充挡光材料，形成挡光结构，然后蚀刻除去多余的牺牲层。
进一步优选地，外延片包括衬底、缓冲层和外延层。
本发明的有益效果：
本发明通过将量子点填充覆盖整个发光单元，减少了侧壁光损失，并将发光面做成微透镜形式，另增加弧形挡光结构，防止光串扰提高显示效果。另外，本发明还在侧边挡光结构上在增加反光层进一步增强出光光效。
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是本发明实施例1中全彩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12是本发明实施例2中全彩MicroLED的结构示意图。
图中：1-外延片，2-衬底，3-缓冲层，4-外延层，5-N型半导体层，6-多量子阱层，7-P型半导体层，8-第一金属层，9-驱动基板，10-第二金属层，11-键合金属层，12-钝化层，13-N电极层，14-牺牲层，15-色转换层，16-挡光结构，17-反光层。
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。
实施例1
如图1所示，一种全彩MicroLED，包括驱动基板9，所述驱动基板9上设有若干呈矩形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底部与驱动基板9相连，所述键合金属层11上方设有外延层4，所述外延层4剖面为梯形，所述外延层4表面外壁沉积有钝化层12，所述外延层4顶部的钝化层12中间开设有出光口，所述钝化层12外壁沉积有N电极层13，所述N电极层13与外延层4顶部电连接，所述发光单元上方包裹微透镜结构的色转换层15，所述发光单元之间设有挡光结构16，所述挡光结构16靠近发光单元一侧内壁呈圆弧形。
所述驱动基板9是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板，所述驱动基板9有连接内部电路的金属触点。
所述键合金属层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。
所述外延层4包括N型半导体层5、多量子阱层6、P型半导体层7，所述N型半导体层5与键合金属层11相连，所述P型半导体层7与N电极层相连，所述N型半导体层5和P型半导体层7材料包括ZnSe、ZnO、GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs及其合金。
所述钝化层12的折射率大于外延层4，通过调节钝化层12和外延层4边缘倾斜角度使外延层4层形成的光部分全反射到外延层4内部，所述钝化层12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。
所述色转换层15材料包括红色量子点材料、绿色量子点材料和透明材料。
所述挡光结构16材料包括聚酰亚胺、有机树脂、光刻胶等。
如图2~11所示，上述全彩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外延片1的外延层4表面镀上多层结构的第一金属层8；
S2、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9表面镀上第二金属层10；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片1和驱动基板9进行键合，第一金属层8和第二金属层10键合后得到键合金属层11，形成良好的欧姆接触，除去外延片1衬底2及缓冲层3；
S4、通过干法或湿法刻蚀，对外延层4进行刻蚀，形成台阶结构，通过IBE刻蚀键合金属层11使其图形化；
S5、在外延层4表面PECVD沉积钝化层12，并通过IBE进行图形化，使外延层4顶部裸露，形成出光口；
S6、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层12表面上沉积制作N电极层13，并完成N电极图形化制备；
S7、沉积牺牲层14将发光单元覆盖流平，牺牲层14高度高于发光单元，然后对发光单元上方的牺牲层14进行光刻开槽，开槽尺寸和底部金属层面积一致；
S8、于发光单元上方的牺牲层14槽内填充色转换层15材料，不同颜色的色转换层15材料分批填充，填充完成后通过干法刻蚀、湿法刻蚀或掩膜蚀刻将色转换层15的发光面一端蚀刻成微透镜结构；
S9、对发光单元之间的牺牲层14进行光刻开槽，开槽的内壁为弧形结构；
S10、于发光单元之间的牺牲层14槽内填充挡光材料，形成挡光结构16，然后蚀刻除去多余的牺牲层14。
外延片1包括衬底2、缓冲层3和外延层4，所述衬底2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2，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2去除。
实施例2
如图12所示，一种全彩MicroLED，包括驱动基板9，所述驱动基板9上设有若干呈矩形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底部与驱动基板9相连，所述键合金属层11上方设有外延层4，所述外延层4剖面为梯形，所述外延层4表面外壁沉积有钝化层12，所述外延层4顶部的钝化层12中间开设有出光口，所述钝化层12外壁沉积有N电极层13，所述N电极层13与外延层4顶部电连接，所述发光单元上方包裹微透镜结构的色转换层15，所述发光单元之间设有挡光结构16，所述挡光结构16靠近发光单元一侧内壁呈圆弧形，所述挡光结构16靠近发光单元一侧内壁设有反光层17，所述发光单元和挡光结构16之间设有流平层18。
所述反光层17为高反光的金属，如Al，Ag或者其他高反光介质材料。
所述流平层18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、SU8光刻胶、苯并环丁烯、Al、Cu、Ag、SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、Si3N4或HfO2中的一种。
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)
1.一种全彩MicroLED，其特征在于，包括驱动基板，所述驱动基板上设有若干呈矩形阵列设置的发光单元，所述发光单元包括键合金属层，所述键合金属层底部与驱动基板相连，所述键合金属层上方设有外延层，所述外延层剖面为梯形，所述外延层表面外壁沉积有钝化层，所述外延层顶部的钝化层中间开设有出光口，所述钝化层外壁沉积有N电极层，所述N电极层与外延层顶部电连接，所述发光单元上方包裹微透镜结构的色转换层，所述发光单元之间设有挡光结构，所述挡光结构靠近发光单元一侧内壁呈圆弧形。
2.根据权利要求1所述的全彩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，所述驱动基板有连接内部电路的金属触点。
3.根据权利要求1所述的全彩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。
4.根据权利要求1所述的全彩MicroLED，其特征在于，所述外延层包括N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层，所述N型半导体层与键合金属层相连，所述P型半导体层与N电极层相连。
5.根据权利要求1所述的全彩MicroLED，其特征在于，所述钝化层的折射率大于外延层，通过调节钝化层和外延层边缘倾斜角度使外延层层形成的光部分全反射到外延层内部。
6.根据权利要求1所述的全彩MicroLED，其特征在于，所述色转换层材料包括红色量子点材料、绿色量子点材料和透明材料。
7.根据权利要求1所述的全彩MicroLED，其特征在于，所述挡光结构靠近发光单元一侧内壁设有反光层。
8.根据权利要求1所述的全彩MicroLED，其特征在于，所述发光单元和挡光结构之间设有流平层。
9.根据权利要求1-6任一项所述的全彩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外延片的外延层表面镀上多层结构的第一金属层；
S2、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在驱动基板表面镀上第二金属层；
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，除去外延片衬底及缓冲层；
S4、通过干法或湿法刻蚀，对外延层进行刻蚀，形成台阶结构，通过IBE刻蚀键合金属层使其图形化；
S5、在外延层表面PECVD沉积钝化层，并通过IBE进行图形化，使外延层顶部裸露，形成出光口；
S6、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层表面上沉积制作N电极层，并完成N电极图形化制备；
S7、沉积牺牲层将发光单元覆盖流平，牺牲层高度高于发光单元，然后对发光单元上方的牺牲层进行光刻开槽，开槽尺寸和底部金属层面积一致；
S8、于发光单元上方的牺牲层槽内填充色转换层材料，不同颜色的色转换层材料分批填充，填充完成后通过干法刻蚀、湿法刻蚀或掩膜蚀刻将色转换层的发光面一端蚀刻成微透镜结构；
S9、对发光单元之间的牺牲层进行光刻开槽，开槽的内壁为弧形结构；
S10、于发光单元之间的牺牲层槽内填充挡光材料，形成挡光结构，然后蚀刻除去多余的牺牲层。
10.根据权利要求9所述的全彩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。
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