本發(fā)明屬于led倒裝芯片的制備工藝領(lǐng)域和量子點技術(shù)應用領(lǐng)域，具體涉及一種全彩微顯示器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著微型投影機和可穿戴設(shè)備上逐漸進入到現(xiàn)實的生產(chǎn)與生活中，微顯示器件的應用越來越廣泛，對微顯示器件的需求與要求也逐漸提高，更高的分辨率、更輕小的系統(tǒng)、全彩的顯示等等。由于led芯片的尺寸可以達到微米級，基于led芯片的微顯示器件相比于其他的微顯示技術(shù)如dlp、lcos等，具有分辨率更高、系統(tǒng)更輕小簡單和減低能耗成本的優(yōu)點。

目前l(fā)ed芯片微陣列主要實現(xiàn)的是單色的微顯示器件。在led單色微顯示器的研究上，mled公司的jamesr.bonar等人在2016年已經(jīng)成功制備了像素點尺寸為6μm的高亮度和高對比度的640×360陣列微顯示器。基于led的微顯示器件要實現(xiàn)全彩顯示，目前有兩種可能的方案：一是在led單色微顯示芯片的基礎(chǔ)上，涂覆熒光粉膜，激發(fā)白光，再涂覆紅綠藍三色基色的濾光膜陣列；二是在同一襯底上制備出紅綠藍三基色的led陣列。第一種方案工藝相對簡單，但濾光膜的存在降低了有效的光強，造成能量的損耗較大，而且容易造成像素間的串擾問題；第二種方案工藝較為復雜，因為無法在同一襯底上一次生長出發(fā)出紅綠藍三種顏色的量子阱結(jié)構(gòu)，而且由于紅綠藍led的閾值電壓不同，驅(qū)動電路變得復雜，這種方案實現(xiàn)的微顯示芯片像素分辨率難以提高。因此，如何利用單色的led芯片微陣列實現(xiàn)全彩的微顯示以及提高微顯示芯片的分辨率是led微顯示領(lǐng)域面臨的巨大挑戰(zhàn)。

量子點(quantumdot)是準零維(quasi-zero-dimensional)的納米材料，由少量的原子所構(gòu)成，三個維度的尺寸都在100納米(nm)以下。量子點的一些光學特性非常適合用于實現(xiàn)光色的轉(zhuǎn)換，首先，量子點的發(fā)射光譜可以通過改變量子點的尺寸大小來控制，通過改變量子點的尺寸和它的化學組成可以使其發(fā)射光譜覆蓋整個可見光區(qū)；其次，量子點具有激發(fā)光譜寬且連續(xù)分布，而發(fā)射光譜窄而對稱，光化學穩(wěn)定性高，熒光壽命長等優(yōu)越的熒光特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過一種倒裝led芯片的制備技術(shù)以及量子點技術(shù)，在芯片層面上實現(xiàn)光色的轉(zhuǎn)換以使微顯示led芯片的尺寸更小，用以實現(xiàn)一種尺寸小且高分辨率的全彩微顯示器件。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種全彩微顯示器件，包括帶有驅(qū)動電路的基板、倒裝焊接于帶有驅(qū)動電路的基板上的陣列式led芯片、以及藍寶石襯底，所述陣列式led芯片設(shè)置于同一藍寶石襯底上且發(fā)射同一光譜，其特征在于：所述陣列式led芯片之間設(shè)置有隔離溝道，所述隔離溝道的內(nèi)部和兩側(cè)壁設(shè)置有絕緣層和擋光層，絕緣層的材質(zhì)為sio2或aln，厚度為500～2000nm；擋光層的材質(zhì)為cr/al或者cr/ag，厚度為100～500nm；每個led芯片包括三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)和焊接電極，所述焊接電極用于連接gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)和帶有驅(qū)動電路的基板，所述藍寶石襯底的出光面設(shè)置有溝槽，所述溝槽和所述gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)的位置和大小一一對應，每個led芯片的三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)對應的溝槽分別填充用于激發(fā)紅、綠、藍三種光的量子點，量子點填充后覆蓋上一層保護材料層。本發(fā)明利用單色的led芯片微陣列實現(xiàn)全彩的微顯示,所制備的全彩微顯示器件具有體積小、分辨率高、色彩控制簡單等優(yōu)勢。

優(yōu)選的，所述溝槽位于gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)正上方，溝槽尺寸為5～40μm，溝槽深度為5～20μm。

本發(fā)明還提供了一種全彩微顯示器件的制備方法，包括以下步驟：

(1)在藍寶石襯底上外延生長gan或algan的led外延片，所述gan外延片依次包括緩沖層，n-gan層、有源層和p-gan層；

(2)在p-gan層上繼續(xù)沉積透明導電膜層作為接觸層；

(3)在led外延片上蝕刻到n-gan層，形成每個像素所需的三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)；

(4)在led外延片上用icp蝕刻出像素間的隔離溝道，即一直蝕刻到藍寶石襯底，形成全彩微顯示像素的陳列；

(5)在像素間的隔離溝道內(nèi)和兩側(cè)壁上沉積絕緣層和擋光層；

(6)沉積n電極，n電極采用ti/al/ni/au沉積，厚度為1～2um；

(7)沉積p電極，p電極先沉積al或ag作為反射層結(jié)構(gòu)，再沉積ti/au或ni/au，沉積厚度為1～2μm；

(8)將藍寶石襯底進行減薄，減薄后的厚度為80μm～150μm；

(9)在藍寶石襯底的出光面蝕刻出用于填充量子點的溝槽；

(10)用滴涂或3d打印的方法在每個像素的三個溝槽內(nèi)分別填充能夠發(fā)射紅綠藍三種顏色的光的量子點；

(11)填充完量子點后在藍寶石襯底的表面覆蓋一保護材料層；

(12)把led芯片倒裝焊接到帶有驅(qū)動電路的基板上，基板上的驅(qū)動電路可以獨立控制每個像素中的三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)的形狀為矩形，三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光面積占像素總面積的比例為1:1:1。

優(yōu)選的，所述像素形狀為矩形，像素尺寸為40μm×40μm。

優(yōu)選的，所述絕緣層采用sio2或aln，厚度為500～2000nm，擋光層采用cr/al或者cr/ag金屬，厚度優(yōu)選為100nm～500nm。

優(yōu)選的，所述溝槽直接蝕刻藍寶石形成，或者先在藍寶石上沉積sio2后用boe蝕刻形成，所述溝槽位于每個像素中三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)的正上方，形狀大小與三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)對應，所述溝槽的深度為10～20μm。

優(yōu)選的，所述保護材料層選用sio2或樹脂，保護材料層為sio2時，厚度為100nm～500nm。

本發(fā)明采用在led芯片出光面的藍寶石襯底上直接形成溝槽用于填充量子點的方法，實現(xiàn)方便準確的控制好紅綠藍三原色量子點的搭配，讓其固定在相應位置，容易控制發(fā)光面形狀，在像素間的隔離溝道中沉積擋光金屬層，也一定程度上降低了像素間的串擾，這種工藝易于實現(xiàn)，同時充分利用了量子點小的特點，在芯片層面上即可實現(xiàn)全彩，使微顯示芯片的尺寸可以進一步小型化，且可以保證甚至提高全彩微顯示的分辨率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明全彩微顯示像素陣列俯視結(jié)構(gòu)示意圖，4×4像素，每個像素由紅(r)綠(g)藍(b)三個led單元組成，三個led單元上分別填充用于激發(fā)紅、綠、藍光色的量子點；

圖2是本發(fā)明用于激發(fā)量子點的led芯片陣列示意圖，電極面朝上時的俯視結(jié)構(gòu)圖，每個像素的紅綠藍三原色分別由三個對應的gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)激發(fā)，同一個像素的三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)共n極，不同像素間有絕緣且擋光的隔離溝道；

圖3是本發(fā)明全彩微顯示器件的剖面圖結(jié)構(gòu)示意圖，剖面位置位于圖2的虛線位置，因此每個像素只看得到g和b兩個led單元。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1所示，每個像素由紅(r)綠(g)藍(b)三個led單元組成，led單元包括gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)和其對應的溝槽，每個像素的三個溝槽內(nèi)分別填充用于激發(fā)紅、綠、藍三種光的量子點。

圖2是用于激發(fā)紅、綠、藍光色的量子點的gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)陣列示意圖，每個像素的紅綠藍三色分別由三個對應的gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)激發(fā)。用于激發(fā)量子點的gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)陣列是在同一藍寶石襯底上制備，且發(fā)射同一光譜，同一藍寶石襯底上每個像素的三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)分別激發(fā)不同發(fā)射光譜的量子點發(fā)出紅綠藍三原色。其中三個led單元的發(fā)光面積占用整個像素發(fā)光面積的比例可適當調(diào)整，以適應量子點不同發(fā)射光譜具有的不同激發(fā)效率。同一個像素的gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)共n極202，驅(qū)動電路控制三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)的p電極201、203和204，不同像素間有用于絕緣且擋光的隔離溝道205。

圖3是本發(fā)明全彩微顯示器件的剖面圖結(jié)構(gòu)示意圖，剖面位置位于圖2的虛線位置，因此每個像素只看得到g和b兩個led單元，本發(fā)明的全彩微顯示器件包括帶有驅(qū)動電路的基板，焊接電極308、309和310，gan基或algan基發(fā)光結(jié)構(gòu)307，藍寶石襯底303，位于藍寶石襯底出光面一側(cè)填充滿量子點的溝槽301和302，覆蓋藍寶石襯底的出光面保護量子點的保護材料層304。本發(fā)明通過在芯片層面上實現(xiàn)光色的轉(zhuǎn)換以使微顯示led芯片的尺寸更小，用以實現(xiàn)一種尺寸小且高分辨率的全彩微顯示器件。

請結(jié)合圖1—圖3，本發(fā)明提供一種全彩微顯示器件，包括帶有驅(qū)動電路的基板300、倒裝焊接于帶有驅(qū)動電路的基板300上的陣列式led芯片、以及藍寶石襯底303，陣列式led芯片設(shè)置于同一藍寶石襯底上且發(fā)射同一光譜，led芯片之間設(shè)置有隔離溝道205，每個led芯片包括三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)307和焊接電極308、309、310，焊接電極用于連接gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)307和帶有驅(qū)動電路的基板300，藍寶石襯底303的出光面設(shè)置有溝槽301、302，溝槽301、302和gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)307的位置和大小一一對應，每個led芯片的三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)307對應的溝槽分別填充用于激發(fā)紅、綠、藍三種光的量子點，量子點填充后覆蓋上一層保護材料層304。通過倒裝led芯片陣列和量子點色轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)，由倒裝led芯片激發(fā)量子點，分別產(chǎn)生紅綠藍三原色，發(fā)出紅綠藍光色的三個gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)組成一個像素，倒裝led芯片是基于藍寶石襯底的led芯片并且倒裝焊接到帶有驅(qū)動電路的基板上，用于光色轉(zhuǎn)換的量子點填充于藍寶石襯底出光面的溝槽，填充量子點后覆蓋上保護材料。本發(fā)明提供的全彩微顯示芯片具有芯片體積小、分辨率高、色彩控制簡單等優(yōu)勢。

量子點吸收光譜與led芯片的發(fā)射光譜對應，而其發(fā)射光譜則相應的為紅綠藍三原色，量子點優(yōu)選cdse量子點，能夠通過改變其尺度大小和成分達到改變發(fā)射光譜的目的。

本發(fā)明的一實施例中，每個像素四側(cè)有隔離溝道205，隔離溝道蝕刻掉gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)直到藍寶石襯底。在像素間的隔離溝道205內(nèi)和兩側(cè)壁設(shè)置絕緣層305和擋光層306，絕緣層的材料優(yōu)選sio2或aln，厚度優(yōu)選為500～2000nm；擋光層的材料優(yōu)選cr/al或者cr/ag，厚度優(yōu)選為100～500nm。在所述隔離溝道205以及每個像素的四壁沉積絕緣層，進一步地在絕緣層上再沉積擋光金屬層結(jié)構(gòu)，以達到減少像素間的光串擾的同時，起到反射杯的作用，增加出光和讓出光準直。

本發(fā)明的一實施例中，藍寶石襯底優(yōu)選圖形化藍寶石襯底。

本發(fā)明的一實施例中，所述溝槽由icp蝕刻藍寶石形成或在藍寶石襯底上沉積sio2層后蝕刻形成，所述藍寶石襯底在形成溝槽前經(jīng)過減薄處理，減薄后的厚度為100μm。所述溝槽位于gan基發(fā)光結(jié)構(gòu)正上方，溝槽尺寸為5～40μm，溝槽深度為5～20μm。

本發(fā)明的一實施例中，保護材料層采用sio2或有機樹脂制成。

本發(fā)明還提供了一種全彩微顯示器件的制備方法，步驟如下：

(1)在藍寶石襯底303上外延生長gan或alganled外延片，gan外延片依次包括緩沖層，n-gan層、有源層和p-gan層。

(2)在p-gan層上繼續(xù)沉積透明導電膜層作為接觸層，用于與p-gan和反射層金屬均形成良好的歐姆接觸，接觸層優(yōu)選ito和zno，但不限于此。

(3)在led外延片上蝕刻到n-gan，形成每個像素所需的三個led芯片，三個芯片的形狀優(yōu)選為矩形，但不限于此，三個芯片的發(fā)光面積占像素總面積的比例優(yōu)選為1:1:1，但不限于此。

(4)在led外延片上用icp蝕刻出像素間的隔離溝道205，即一直蝕刻到藍寶石襯底，形成全彩微顯示像素的陳列，像素形狀優(yōu)選為矩形，但不限于矩形，像素尺寸優(yōu)選為40μm×40μm，但不限于此。

(5)在像素間的隔離溝道內(nèi)以及溝道兩側(cè)壁上沉積絕緣層305和擋光層306，絕緣層優(yōu)先sio2或aln，厚度優(yōu)選500～2000nm，擋光層優(yōu)先cr/al或者cr/ag金屬，厚度100nm～500nm，擋光層也可做成反射結(jié)構(gòu)，優(yōu)選al或ag作為反射層結(jié)構(gòu)，后面沉積ti/au或ni/au，沉積厚度1～2μm。擋光層可以一定程度上減少像素間光的串擾。

(6)沉積n電極202，n電極優(yōu)選ti/al/ni/au，但不限于此，總厚度為1～2um。

(7)沉積p電極201、203和204，p電極還需要起到反射光的功能，優(yōu)選al或ag作為反射層結(jié)構(gòu)，后面沉積ti/au或ni/au，沉積厚度為1～2μm。

(8)將微顯示倒裝led芯片的藍寶石襯底進行減薄，減薄后的厚度優(yōu)選為80μm～150μm。

(9)在藍寶石襯底的出光面蝕刻出用于填充量子點的溝槽301和302等，可以直接蝕刻藍寶石形成，也可以先在藍寶石上沉積sio2后用boe蝕刻形成，溝槽位于每個像素中三個led芯片的正上方，形狀大小與三個led芯片對應，溝槽深度優(yōu)選為10～20μm。

(10)用滴涂或3d打印的方法在每個像素的三個溝槽內(nèi)分別填充可發(fā)射紅綠藍三種顏色的光的量子點。

(11)填充完量子點后再芯片表面覆蓋一沉保護層，保護層優(yōu)選sio2或樹脂，選擇sio2時，厚度優(yōu)選100nm～500nm。

(12)把微顯示倒裝led芯片倒裝焊接到帶有驅(qū)動電路的基板上，基板優(yōu)選si基板，但不限于此，基板上的驅(qū)動電路可以獨立控制每個像素中的三個led芯片。

應當理解的是，本發(fā)明的上述具體實施方式僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。