CN218385252U - 一种Micro LED芯片 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种Micro LED芯片，包括驱动电路、形成在驱动电路上的纯蓝光Micro LED层、形成纯蓝光Micro LED层上的N‑GaN层以及形成在N‑GaN上的U‑GaN层，还包括挡光结构，所述N‑GaN层为带有纳米孔的N‑GaN层，所述纳米孔贯穿或不贯穿N‑GaN层，所述挡光结构将所述N‑GaN层至少分割为第一显示区域、第二显示区域两个显示区域，所述为第一显示区域、第二显示区域为相互独立的区域。本申请解决了不同多色量子点之间存在的光串扰问题，提高了显示质量。

Description

一种Micro LED芯片

技术领域

本发明涉及光电显示技术领域，具体涉及一种Micro LED芯片。

背景技术

发光二极管(LED)以亮度高、寿命长、响应速度快和环保等优点在照明和显示领域得到广泛的应用。近几年，半导体微纳制造技术与LED技术的结合使LED显示技术向着微显示、高分辨率的方向迅速发展，具有微米量级特征尺寸的微型发光二极管(Micro-LED)在国际上得到广泛关注。与OLED和LCD等技术相比，Micro-LED具有很多优异的特性，如更高的亮度、分辨率与色彩饱和度，更低的能耗，更长的寿命和更快的响应速度，具有广阔的应用前景。

Micro-LED阵列是在较小面积内集成的高密度、微尺寸的LED二维阵列。其微尺寸、高亮度等优点使之可以应用在高分辨显示、无透镜显微镜、超分辨显微镜、光学镊子、光神经接口、无掩膜光刻和可见光通信等众多领域。同时，随着需求的升级，全彩Micro-LED阵列器件也进入人们的视野。全彩显示器件具有更广泛的应用，如面板显示器、平视显示器(HUD)、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、智能手表和智能手机等。

现有的Micro LED制作主要有两个方向：一种是将外延层经过一系列工艺制作成一颗一颗的LED后将其转移到驱动基板上，因为Micro LED的尺寸特别小，形成Micro LED显示器需要把几百万颗甚至更多数量的Micro LED从生长基板上拾取，放置在驱动基板上，这个过程中如何保持转移结果的一致性，提高良率，是目前巨量专利面临的最大问题。另一方面，在多色显示过程中，不同颜色之间会出现光串扰现象，导致显色质量下降。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本申请的一个目的在于提供一种Micro LED芯片，解决多色显示过程中出现的光串扰问题、提高多色显示的质量。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本申请提供一种Micro LED芯片，包括驱动电路、形成在驱动电路上的纯蓝光Micro LED层、形成纯蓝光Micro LED层上的N-GaN层以及形成在N-GaN上的U-GaN层，还包括挡光结构，所述N-GaN层为带有纳米孔的N-GaN层，所述纳米孔贯穿或不贯穿N-GaN层，所述挡光结构将所述N-GaN层至少分割为第一显示区域、第二显示区域两个显示区域，所述为第一显示区域、第二显示区域为相互独立的区域。

作为进一步优选的方案，本申请所述的第一显示区域的纳米孔中填充有绿光量子点，第二区域为蓝光显示区域。

作为进一步优选的方案，本申请所述的挡光结构还将所述N-GaN层分割为第一显示区域、第二显示区域和第三显示区域，其中所述第一显示区域的纳米孔中填充有绿光量子点、第二显示区域为蓝光显示区域，第三显示区域的纳米孔中填充红光量子点。

作为进一步优选的方案，本申请所述的挡光结构包括设置在N-GaN层中的隔离槽和填充在所述隔离槽中的挡光材料，所述隔离槽贯穿或不贯穿N-GaN层且与所述纳米孔的深度相等。

作为进一步优选的方案，本申请所述的隔离槽纵横交错，将所述第一显示区域、第二显示区域以及第三显示区域分别分隔为若干相互独立的格纹块。

作为进一步优选的方案，本申请所述的隔离槽的宽度为2-5μm。

作为进一步优选的方案，本申请所述的Micro LED芯片还包括设置在所述纯蓝光Micro LED层与纳米多孔GaN层之间的QD保护层。

作为进一步优选的方案，本申请所述的QD保护层为透明树脂层、透明玻璃片、滤光片中的一种。

相比现有技术，本申请的有益效果在于：本申请所述的Micro LED芯片，通过设置挡光结构将带有纳米孔的N-GaN层分割成红色显示区域、绿色显示区域和蓝色显示区域，避免了不同多色量子点之间存在的光串扰问题，实现多色显示并提高显示质量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本申请一个实施例所述的Micro LED芯片结构示意图；

图2为本申请所述的负载量子点后的NP层结构示意图；

图3为本申请中具有纳米孔的N-GaN层表面及内部形貌图；

其中，各附图标记为：1、驱动电路；2、纯蓝光Micro LED层；3、QD保护层；4、第一显示区域；5、第二显示区域；6、第三显示区域、7、挡光结构；8、U-GaN层；9、N-GaN层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请说明书与权利要求书中所涉及的术语“Micro LED芯片”表示微型发光二极管，是指将尺寸缩小到几十微米的发光二极管芯片组装到驱动电路板上所形成的发光阵列。

本申请说明书与权利要求书中所涉及的术语“QD保护层”表示量子点(QuantumDot)保护层。

如图1、图2所示，本申请提的一个实施例中，Micro LED芯片包括驱动电路1(COMS驱动电路)、形成在驱动电路上的纯蓝光Micro LED层2、形成纯蓝光Micro LED层2上的N-GaN层以及形成在N-GaN上的U-GaN层8，还包括挡光结构7，所述N-GaN层为带有纳米孔的N-GaN层9，所述纳米孔贯穿或不贯穿N-GaN层9，所述挡光结构将所述N-GaN层9至少分割为第一显示区域4、第二显示区域5两个显示区域，所述为第一显示区域4、第二显示区域5为相互独立的区域。在该方案中，由于挡光结构将所述N-GaN层至少分割为第一显示区域、第二显示区域两个显示区域，两个或多个显示区域相互独立存在，可以避免两个区域之间不同色彩之间的光串扰现象，提高多色显示的质量。

在上述实施例的方案的基础上，作为进一步优选的方案，本申请所述的第一显示区域4的纳米孔中填充有绿光量子点，第二显示区域5为蓝光显示区域。该方案中，可以实现蓝绿光的显示，而且蓝绿光之间不存在相互干扰，显色质量高。

在本申请的另一个实施例中，所述的挡光结构还将所述N-GaN层分割为第一显示区域4、第二显示区域5和第三显示区域6，其中所述第一显示区域4的纳米孔中填充有绿光量子点、第二显示区域5为蓝光显示区域，第三显示区域6的纳米孔中填充红光量子点。在该方案中，三个显示区域独立存在，相互不干扰，分别填充红光量子点和绿光量子点后，可以实现全彩化显示，同时还能避免巨量转移所带来的问题。

此外，所述N-GaN层还可以根据分隔成四个或者更多的显示区域，这些显示区域中同样被挡光结构分割成独立的区域，在实施过程中，可以根据实际需要填充不同色的量子点。

在本申请优选的实施例中，作为进一步优选的方案，本申请所述的挡光结构包括设置在N-GaN层中的隔离槽和填充在所述隔离槽中的挡光材料，所述隔离槽贯穿或不贯穿N-GaN层且与所述纳米孔的深度相等。这种结构的目的是为了实现全面挡光，进一步提高显示的质量。

在上述实施例的基础上，作为进一步优选的方案，本申请所述的隔离槽纵横交错，将所述第一显示区域、第二显示区域以及第三显示区域分别分隔为若干相互独立的格纹块。这些独立的格纹块之间被挡光结构相互隔开，互不干扰，在负载量子点后可以进一步提高全彩化显示的质量。隔离槽的宽度和深度对挡光效果有影响，为了保证不同色量子点之间不干扰，达到隔离三像素的同时保证有足够的纳米多孔用于负载不同色的量子点，作为进一步优选的方案，本申请所述的隔离槽的宽度为2-5μm。

在上述实施例的基础上，作为进一步优选的方案，本申请所述的Micro LED芯片还包括设置在所述纯蓝光Micro LED层与纳米多孔GaN层之间的QD保护层。具体的，本申请所述的QD保护层采用但不限于透明树脂层、透明玻璃片、滤光片等透明材料层。

在上述实施例的基础上，作为本申请优选的方案，所述挡光结构也可以是在N-GaN层插入挡光片或者其他形式的挡光结构，其目的是避免几个显示区域之间的光串扰现象。

本申请中驱动电路通过与GaN外延的通过键合结合，纯蓝光micro LED层与所述N-GaN层也可以通过键合方式结合，结合后再剥离去除衬底，避免了现有技术中对micro LED的转移时一致性受影响的问题，提高了转移后的良率，实现了小型化巨量转移。另一方面，由于通过设置隔离通道将N-GaN层分隔成不同的显色区域，在不同的显色区域分别负载红光量子点和绿光量子点，加之纯蓝光micro LED层，激发量子点发光实现小尺寸芯片全彩化。

作为本申请进一步的方案，所述纯蓝光micro LED层与所述N-GaN层键合之前，在所述N-GaN层上形成QD保护层。具体的，所述QD保护层为透明树脂或透明硅胶形成透明涂层、或者是键合透明玻璃片或滤光片。

作为本申请进一步的方案，在上述方案的基础上，在N-GaN层上形成具有纳米孔的层时，是采用阳极氧化电化学蚀刻在N-GaN层上形成孔径为1-500nm的纳米孔。如图3所示，从带有纳米孔的N-GaN层的表面及内部的形貌图可以看出，通过阳极氧化电化学蚀刻后在N-GaN层形成了纳米多孔。

作为本申请进一步的方案，所述驱动电路连接GaN外延采用热压键合或共晶键合。其中，热压键合是倒装键合技术中的一种，是在芯片和基底之间采用微凸点，进行互连的小型化、高集成密度的封装技术，热压键合方式需要对准时有良好的精度，针对不一样的凸点尺寸、凸点材料，需要选用对应的温度、键合压力及键合时间。共晶键合是采用金属作为过渡层从而实现硅-硅键合的一种间接键合手段，利用了某些共晶合金熔融温度较低的特点，将它们作为中间介质层，在较低温度下，通过加热熔融产生金属-半导体共晶相从而实现键合。其限制因素较少，由于采用成熟的半导体工艺，界面易于形成欧姆接触，具有寄生参数小，键合温度较低，残余应力小，图形化容易实现且精度高。因此在本申请的实施例中，优选采用共晶键合。

作为本申请进一步的方案，所述红光量子点和绿光量子点采用喷涂、或者喷墨打印、或者负压工艺负载至纳米孔中。

具体的，所述负压工艺包括以下步骤：

将所述液态量子点涂覆在所述NP层的纳米多孔表面，然后进行减压操作将纳米多孔内的气体扩散出去；

当达到目标的负压真空度时进行保压，使纳米多孔中的气体物质持续扩散；

然后通入惰性气体释放压力，使纳米多孔外的气体回流，量子点液体通过回流的气体带动下收到挤压被注入纳米多孔中，完成量子点注入。

优选的，采用负压工艺注入量子点的过程中，减压的压力范围为0-10^-7Pa，减压的方式可以采用抽真空或者热胀冷缩的方式，采用抽真空减压时，负压的真空度越高，纳米多孔中的气体物质扩散越完全。保压的时间与纳米多孔的材料相关，本申请中，为了使纳米多孔的气体物质完全扩散或挥发出去，保压的时间为5min-60min，保压的方式可以采用持续抽真空或者加热或者抽真空与加热结合的方式；若采用加热方式，由于加热的温度越高同样气体扩散的越快，但过高的加热温度会对液体产生固化或黏度降低等影响；因此在本申请中加热温度的取值范围在50-200℃之间。

作为本申请进一步的方案，在制造方法中，剥离去除衬底时，采用干法蚀刻、化学蚀刻、激光剥离中的一种方式。其中，干法蚀刻是把衬底表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与衬底发生物理或化学反应(或这两种反应)，从而去掉曝露的表面材料。化学蚀刻是指即通过化学的方式溶解腐蚀材料的工艺。本申请中所采用的激光剥离方法是利用激光能量在接口处分解衬底与氮化镓层，实现衬底的剥离。优选的，在本申请具体的实施例中，采用激光剥离的方式去除衬底，能够减少对衬底以及氮化镓层刻蚀、磨片、划片，保证外延层和N-GaN层的完整性，提高良率，且剥离后的衬底可以重复利用。

作为本申请进一步的方案，所采用的衬底为但不限于蓝宝石、砷化镓、硅基、铝基衬底中的一种。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种Micro LED芯片，包括驱动电路、形成在驱动电路上的纯蓝光Micro LED层、形成纯蓝光Micro LED层上的N-GaN层以及形成在N-GaN上的U-GaN层，其特征在于，还包括挡光结构，所述N-GaN层为带有纳米孔的N-GaN层，所述纳米孔贯穿或不贯穿N-GaN层，所述挡光结构将所述N-GaN层至少分割为第一显示区域、第二显示区域两个显示区域，所述为第一显示区域、第二显示区域为相互独立的区域。

2.根据权利要求1所述的Micro LED芯片，其特征在于，所述第一显示区域的纳米孔中填充有绿光量子点，第二区域为蓝光显示区域。

3.根据权利要求1所述的Micro LED芯片，其特征在于，所述挡光结构还将所述N-GaN层分割为第一显示区域、第二显示区域和第三显示区域，所述第一显示区域、第二显示区域和第三显示区域为相互独立的区域；其中所述第一显示区域的纳米孔中填充有绿光量子点、第二显示区域为蓝光显示区域，第三显示区域的纳米孔中填充红光量子点。

4.根据权利要求1-3任一项所述的Micro LED芯片，其特征在于，所述挡光结构包括设置在N-GaN层中的隔离槽和填充在所述隔离槽中的挡光材料，所述隔离槽贯穿或不贯穿N-GaN层且与所述纳米孔的深度相等。

5.根据权利要求4所述的Micro LED芯片，其特征在于，所述隔离槽纵横交错，将所述第一显示区域、第二显示区域以及第三显示区域分别分隔为若干相互独立的格纹块。

6.根据权利要求4所述的Micro LED芯片，其特征在于，所述隔离槽的宽度为2-5μm。

7.根据权利要求1所述的Micro LED芯片，其特征在于，还包括设置在所述纯蓝光MicroLED层与纳米多孔GaN层之间的QD保护层。

8.根据权利要求7所述的Micro LED芯片，其特征在于，所述QD保护层为透明树脂层、透明玻璃片、滤光片中的一种。

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