專利名稱：AlGaInP-LED微顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本實用新型屬于發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微型顯 示器件，具體地說是一種高亮度AlGalnP-LED微顯示器件。
技術(shù)背景:近年來，隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微顯示器件發(fā)展迅速。 通常的微型顯示系統(tǒng)是基于液晶顯示器(LCD)或有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED)技術(shù)。但液晶顯示通常需要一個外部照明光源，使得結(jié)構(gòu) 復(fù)雜；有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)受驅(qū)動電流限制不能得到較高的輸 出光強(qiáng)，而且壽命較低。
發(fā)明內(nèi)容:本實用新型的目的是提供一種AlGalnP-LED微顯示器件。
本實用新型所述的微顯示器件的結(jié)構(gòu)如圖1~5所示，包括上電 極l、透光層4、發(fā)光層5、反射層6、基片7、下電極9、上保護(hù)層 10、光闌11。
反射層6的上面依次為發(fā)光層5、透光層4，反射層6的下面是 基片7。在透光層4上有上電極1,上電極1為條形，每個條形上電 極1互相平行。在發(fā)光層5和透光層4上開有縱向、橫向交錯的上隔 離溝槽2，上隔離溝槽2將發(fā)光層5和透光層4分割成縱向和橫向排 列的長方形或正方形。在上隔離溝槽2內(nèi)有光闌11，光闌ll與上電 極1將每個縱向和橫向排列的長方形或正方形透光層4又分割成兩個 長方形或正方形透光區(qū)3，這些透光區(qū)3也是縱向和橫向排列，構(gòu)成二維陣列。在透光區(qū)3、上電極l、光闌11上覆蓋有上保護(hù)層10。
在反射層6下面的基片7上開有下隔離溝槽8，下隔離溝槽8將 基片7分割成平行排列的條狀結(jié)構(gòu)，在每個條狀結(jié)構(gòu)的基片7上是下 電極9。下電極9與上電極1在方向上異面垂直。
本實用新型AlGalnP-LED微顯示器件的工作過程是，電流從上 電極l注入，從下電極9流出，在器件中形成電場，使得正負(fù)載流子 在發(fā)光層復(fù)合發(fā)光。其中部分光向上穿過透光層4，從透光區(qū)3、保 護(hù)層10射出；部分光向下到達(dá)反射層6，被反射層6反射，穿過發(fā) 光層5、透光層4，從透光區(qū)3射出。由于該發(fā)光器件的發(fā)光原理為 P-n結(jié)內(nèi)的載流子復(fù)合發(fā)光，具有二極管電流電壓的非線性特性，發(fā) 光亮度也隨注入電流的大小具有非線性特性。本實用新型通過電路控 制相素元的亮暗，實現(xiàn)發(fā)光顯示。
本實用新型所述的高亮度微顯示器件通過一系列工藝步驟制作。
一、 在發(fā)光層和基片上制備金屬薄膜
(A) .本實用新型使用的基質(zhì)材料為發(fā)光芯片，所用的發(fā)光芯片由 透光層4、發(fā)光層5、反射層6和基片7構(gòu)成，如圖6 (a)所示。通 過蒸發(fā)或濺射技術(shù)，在發(fā)光芯片的透光層4和基片7上各制備一層金 屬薄膜，如圖6 (b)所示。
(B) .在基片7的金屬薄膜表面甩一層膠作保護(hù)層，以保護(hù)該金屬 薄膜不受損傷。
二、 形成上隔離溝槽和制備上電極
(C) .在透光層4表面的金屬膜上涂一層光刻膠，根據(jù)膠的性質(zhì)及厚度選擇合適的光刻條件，光刻形成上隔離溝槽的光刻膠圖形。(D) .使用相應(yīng)的金屬腐蝕液將未被保護(hù)的金屬薄膜腐蝕掉，露出 透光層4，如圖6 (c)。(E) .根據(jù)透光層材料選擇相應(yīng)腐蝕液腐蝕透光層4，將未被保護(hù) 的部分腐蝕掉直至發(fā)光層5，如圖6 (d)。(F) .根據(jù)發(fā)光層材料選擇相應(yīng)腐蝕液腐蝕發(fā)光層5，將未被保護(hù)的 部分腐蝕掉，露出反射層6。至此己完成上隔離溝槽2的制作，如圖 6 (e)。(G) .將透光層4表面上的光刻膠去除，然后在上面再次甩膠，用 上電極1的光刻版進(jìn)行光刻。將未被光刻膠保護(hù)的金屬薄膜腐蝕掉， 最后去除光刻膠，所留下的金屬薄膜即為上電極l，如圖6 (f)。三、 制備光闌(H) .選一種不透明的光刻膠做光闌材料，將其涂在上表面，使其 填充于上隔離溝槽2并覆蓋透光區(qū)3和上電極1，用光闌的光刻版進(jìn) 行光刻，完成光闌U的結(jié)構(gòu)制作，如圖6(g)。在上表面制作保護(hù)層10，保護(hù)上電極1和光闌11等結(jié)構(gòu)；四、 下隔離溝槽制作(I) .去除基片7的金屬薄膜下表面的保護(hù)層，在金屬薄膜表面甩 光刻膠后，用下隔離溝槽8的光刻版進(jìn)行光刻，用相應(yīng)的腐蝕液將未 被光刻膠保護(hù)的金屬薄膜腐蝕掉，如圖6 (h)。(J).根據(jù)基片材料選擇相應(yīng)腐蝕液腐蝕基片，將未被保護(hù)的部分 腐蝕至反射層6，形成下隔離溝槽8，如圖6 (i)。五、下電極制備(K).去除基片7的金屬薄膜下表面的光刻膠，在下表面再次甩膠 并用下電極光刻版進(jìn)行光刻，用腐蝕液腐蝕未被膠保護(hù)的金屬膜，制 作出下電極9，如圖6 (j)。(L).選擇合適的封裝方法，設(shè)計封裝結(jié)構(gòu)，制作電路引線，選用 相應(yīng)材料封裝芯片，完成器件制作。本實用新型采用了無機(jī)主動發(fā)光二極管芯片制備微顯示器件，結(jié) 構(gòu)簡單、牢固、響應(yīng)快；采用無機(jī)發(fā)光二極管芯片材料制備微顯示器件，克服了有機(jī)發(fā)光器件壽命短和驅(qū)動電流低而限制光輸出強(qiáng)度的問 題，從而提供一種自發(fā)光、體積小、功耗低并基于高亮度發(fā)光芯片的 微顯示器件。

圖l本實用新型微顯示器件結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖中，l是上電極， 3透光區(qū)，ll光闌。圖2本實用新型微顯示器件結(jié)構(gòu)的仰視圖。圖中，7是基片，8 下隔離溝槽，9下電極。圖3本實用新型微顯示器件制作過程完成G步驟的主視圖(沿 上電極1方向)。圖中，2是上隔離溝槽2, 4透光層，5發(fā)光層，6 反射層。圖4本實用新型微顯示器件主視圖(沿上電極l方向)。圖中， IO為保護(hù)層。圖5本實用新型微顯示器件結(jié)構(gòu)的左視圖(沿下電極9方向)。圖中，8為下隔離溝槽。圖6本實用新型微顯示器件的制作流程圖。圖7具體實施方案主視圖(沿上電極l方向)。圖中，12為上限 制層，13為有源層，14為下限制層。
具體實施方式
本實用新型采用的發(fā)光芯片為以AlGalnP為發(fā)光層的高亮度發(fā) 光芯片，透光層4材料為p-GaP， p-表示受主摻雜，發(fā)光層5由三層 組成上限制層12、有源層13、下限制層14，上限制層為p-AlGalnP 材料，有源層為undoped-AlGalnP材料，undoped-表示非故意摻雜， 下限制層為n-AlGalnP材料，n-表示施主摻雜，反射層6材料為 AlGaAs/GaAs，基片7為n-GaAs材料，如圖7所示。透光區(qū)3尺寸為15x30拜2，透光區(qū)3構(gòu)成1000x500 二維陣列。上述微顯示器件的制備過程如下(A) .在AlGalnP發(fā)光芯片的兩面制備金屬薄膜，制備方法為熱蒸 發(fā)、電子束蒸發(fā)、直流濺射、磁控濺射或射頻濺射。金屬薄膜的材料 是Au、 Al、 Cr等，薄膜厚度為100nm-2000nm，如圖6 (b)。(B) .在基片7的金屬薄膜上涂敷一層保護(hù)層，保護(hù)層所用的材料 為光刻膠、二氧化硅、氮化硅或其他有機(jī)材料，使金屬薄膜在進(jìn)行其 他步驟時不損傷。(C) .在透光層4表面涂BP-212正性光刻膠，用上隔離溝槽2的光刻版進(jìn)行光刻，做出上隔離溝槽2的圖形。(D) .使用腐蝕液腐蝕透光層4上的金屬薄膜，將未被光刻膠保護(hù)的金屬膜腐蝕掉，露出透光層4，如圖6(c)。 Au薄膜可采用l2和 KI的混合溶液腐蝕，Cr薄膜可采用硫酸和丙三醇混合溶液腐蝕，Al 薄膜腐蝕液可選用稀鹽酸。(E) .在金屬薄膜上腐蝕出上隔離溝槽2的圖形后，用濃磷酸或鹽 酸雙氧水混合液腐蝕透光層4，腐蝕到發(fā)光層5，如圖6 (d)。(F) .在已形成上隔離溝槽2上，繼續(xù)用乙酸雙氧水混合腐蝕液腐 蝕發(fā)光層，腐蝕到反射層6，使上隔離溝槽2完全形成，如圖6(e)。(G) .用丙酮去除剩余的光刻膠。用步驟(C)中使用的光刻膠和 光刻條件，用上電極的光刻版光刻，用步驟(D)中的腐蝕液和腐蝕 條件，制備出上電極，如圖6 (f)。(H) .制作光闌11時可用厚光刻膠，為增強(qiáng)其不透明性可摻雜Si02 納米顆粒，如圖6 (g)。(I) .用丙酮去除基片7金屬薄膜下表面的保護(hù)層，然后在下表面 涂BP-212正性光刻膠，用下隔離溝槽的光刻版光刻，用腐蝕液腐蝕 掉未被光刻膠保護(hù)的金屬薄膜。Au膜腐蝕液可采用12和KI的混合溶 液，Cr薄膜可采用硫酸和丙三醇混合溶液腐蝕，Al薄膜腐蝕液可選 用稀鹽酸，如圖6 (h)。(J).GaAs基片材料選用濕法腐蝕，腐蝕液選用檸檬酸水溶液和雙 氧水的混合液。在該腐蝕液中將未被保護(hù)的GaAs腐蝕掉至反射層6， 即形成下隔離溝槽8，如圖6 (i)。(K).制備下電極9時，用下電極光刻版光刻，選用與步驟(I)相 同腐蝕液及腐蝕條件，腐蝕出下電極9，如圖6(j)。(L).壓焊上下電極引線，選用環(huán)氧樹脂做封裝材料，封狀完成器 件制作。釆用上述發(fā)光芯片和工藝，可以制作像素大小為10~1000^im，隔 離溝槽即光闌寬度為1 200nrn，電極寬度為1 500nm的微顯示器件。
權(quán)利要求1. 一種AlGaInP-LED微顯示器件，其特征是由上電極(1)、透光層(4)、發(fā)光層(5)、反射層(6)、基片(7)、下電極(9)、光闌(11)構(gòu)成；反射層(6)的上面依次為發(fā)光層(5)、透光層(4)，反射層(6)的下面是基片(7)；在透光層(4)上有互相平行的條形上電極(1)，發(fā)光層(5)和透光層(4)中開有縱向、橫向交錯的上隔離溝槽(2)內(nèi)是光闌(11)；光闌(11)與上電極(1)將透光層(4)分割成長方形或正方形透光區(qū)(3)，透光區(qū)(3)構(gòu)成二維陣列；反射層(6)下面的基片(7)上開有與上電極(1)互相垂直的下隔離溝槽(8)，將基片(7)分割成平行排列的條狀結(jié)構(gòu)，在每個條狀結(jié)構(gòu)的基片(7)上有下電極(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的AlGalnP-LED微顯示器件，其特征是 透光區(qū)(3)尺寸為15x30|im2，構(gòu)成1000x500 二維陣列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的AlGalnP-LED微顯示器件，其特征是 透光層(4)材料為p-GaP，發(fā)光層(5)由三層組成上限制層(12)、 有源層(13)、下限制層(14)，上限制層為p-AlGalnP材料，有源層 為非故意摻雜的AlGalnP材料，下限制層為n-AlGalnP材料，反射層(6)材料為AlGaAs/GaAs，基片(7)材料為n-GaAs。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的AlGalnP-LED微顯示器件，其特征是 光鬧(11)寬度為l~200^im，上電極(1)寬度為1 50(Him，像素大 小為10~1000nm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的AlGalnP-LED微顯示器件，其特征是 電流從上電極(1)注入，從下電極(9)流出，在器件中形成電場， 使得正負(fù)載流子在發(fā)光層(5)內(nèi)復(fù)合發(fā)光；其中部分光向上穿過透 光層(4)，從透光區(qū)(3)射出；部分光向下到達(dá)反射層(6)，被反 射層(6)反射，再穿過發(fā)光層(5)、透光層(4)，從透光區(qū)(3)射 出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的AlGalnP-LED微顯示器件，其特征是 在透光區(qū)(3)、上電極(1)、光闌(11)上覆蓋有上保護(hù)層(10)。
專利摘要本實用新型屬于發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域，是一種高亮度微顯示器件及制作方法。本實用新型所述的微顯示器件包括有上電極、透光層、發(fā)光層、反射層、基片、下電極、上保護(hù)層、光闌。上述器件制備過程包括(A)在透光層和基片上制作金屬薄膜和保護(hù)層，(B)制作上隔離溝槽和制備上電極，(C)制備光闌，(D)制作下隔離溝槽，(E)制作下電極；封裝、制作電路引線，完成器件制作。本實用新型采用無機(jī)主動發(fā)光二極管芯片制備微顯示器件，結(jié)構(gòu)簡單、牢固、響應(yīng)快；克服了有機(jī)發(fā)光器件壽命短和驅(qū)動電流低而限制光輸出強(qiáng)度的問題，提供一種自發(fā)光、體積小、功耗低并基于高亮度發(fā)光芯片的微顯示器件。
文檔編號F21V11/00GK201119048SQ20072009394
公開日2008年9月17日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者朱萬彬, 梁中翥, 梁靜秋, 波 王, 王維彪 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所