无光串扰MicroLED芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种无光串扰MicroLED芯片，所述多量子阱发光层发出的光线会从所述第一半导体层的上表面出射，所述第一半导体层上方设置有遮光挡墙，所述遮光挡墙的上方设置有盖板，所述遮光挡墙合围出一个从第一半导体层上表面到盖板下表面之间的出光通道，所述遮光挡墙消除了横向的出光，所述出光通道内从第一半导体层上表面到盖板下表面之间还至少设置有一个滤光层，所述滤光层只透过特定波长范围内的光线，使得从所述盖板上表面出射的光线具有更窄的光谱带宽。

Crosstalk free microled chip

【技术实现步骤摘要】
无光串扰MicroLED芯片
本专利技术涉及新型显示领域，尤其涉及一种无光串扰MicroLED芯片。
技术介绍
MicroLED显示是新一代显示技术，是新型显示与LED两大产业跨界融合的重要发展方向。MicroLED显示采用尺寸在几微米至几十微米之间的LED发光芯片(MicroLED芯片)作为像素单元，一颗一颗紧密地排列成阵列，每颗芯片都能独立地被驱动点亮发出光线。MicroLED显示与LCD、OLED显示技术相比较，具有自发光、高效、长寿命、超高分辨率等诸多优点。MicroLED显示的潜在应用领域包括可穿戴设备、超大室内显示屏幕、抬头显示器(HUD)、无线光通讯Li-Fi、AR/VR等等。显示器件要求每个像素点亮发光时，不影响周围的其他像素。现有的MicroLED芯片通常采用通体透明的结构，外延发光层发出的光线会在MicroLED芯片中以光波导的形式横向传播，最终有部分光线在侧面出射。其中一个像素点亮时，该侧面出射的光线会把MicroLED芯片阵列中与其紧邻的其他像素也照亮，造成不同像素之间的光串扰(Crosstalk)，对MicroLED显示的分辨率、色域等性能造成不利影响。彩色显示器要求像素单元的出光，有足够高的色纯度。MicroLED芯片的尺寸在微米级，其周长与体积比远远高于传统的LED芯片。生产过程中对外延层的蚀刻加工，会在MicroLED芯片发光层的侧壁造成侧壁缺陷，如果有电流注入侧壁缺陷，则会在MicroLED芯片的边缘区域形成侧壁缺陷发光，侧壁缺陷发光的波长与发光层发光的波长不同，会导致MicroLED芯片整体的发光光谱展宽，像素单元发光的色纯度下降，进而显示器色域变小。如何在MicroLED芯片的出光面上，获得窄光谱带宽的出射光线，成为需要解决的问题。美国专利US2010244065A1通过在倒装结构LED芯片的硅衬底上设置过孔，将LED芯片发光层发出的光线从过孔的顶部开口出射，进一步在该过孔内设置荧光材料，实现波长转换。过孔的侧壁可以阻挡荧光材料所发出光线的横向光线出射，有利于克服荧光材料所发出光线造成的光串扰。其缺点在于，硅衬底本身是导体，与LED芯片半导体层直接接触的硅衬底层与LED芯片半导体层形成了导电通路，硅衬底层的侧壁作为最终器件的侧壁，会从硅衬底的侧壁造成漏电通道；LED芯片紧邻硅衬底的半导体层外延层侧壁没有包覆，该半导体外延层会形成光波导效应，在其侧壁有横向的光线出射，造成光串扰，同时该未被包覆的半导体层外延层侧壁也会造成漏电通道；该专利的技术方案无法实现窄光谱带宽的出射光线。美国专利US10381507B2在LED芯片外延结构的上下两侧均设置衬底基板，并在上下两侧衬底基板上均设置过孔，将LED芯片发光层发出的光线从上下两侧的过孔内导出。过孔的侧壁可以阻挡从过孔所发出光线的横向出射，有利于减轻光串扰。其缺点同样在于，LED芯片紧邻衬底的半导体层外延层侧壁没有包覆，会造成光串扰及漏电通道；无法实现窄光谱带宽的出射光线。中国专利CN103503171A通过在LED外延结构的硅衬底上设置过孔，将正负电极两者中的一个从该过孔中引出。中国专利CN106784258B通过在倒装结构LED芯片的衬底上设置过孔，将LED芯片发光层发出的光线从过孔的顶部开口出射，并在过孔顶部设置光耦合透镜。上述两件专利的技术方案均有助于消除光串扰；共同的不足之处，在于无法实现窄光谱带宽的出射光线。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种既能克服光串扰，又能实现窄光谱带宽发光的MicroLED芯片。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种无光串扰MicroLED芯片，设置有至少一个第一半导体层、至少一个多量子阱发光层、至少一个第二半导体层，多量子阱发光层设置于第一半导体层与第二半导体层之间，所述第一半导体层、多量子阱发光层、第二半导体层的侧壁被绝缘层包覆，所述多量子阱发光层发出的光线会从所述第一半导体层的上表面出射，所述第一半导体层连接有第一金属电极，所述第二半导体层连接有第二金属电极，所述第一金属电极和第二金属电极分别穿过绝缘层延伸至所述无光串扰MicroLED芯片的下表面，所述第一半导体层上方设置有遮光挡墙，所述遮光挡墙的上方设置有盖板，所述遮光挡墙合围出一个从第一半导体层上表面到盖板下表面之间的出光通道，所述盖板设置有透明基板、遮光层，所述透明基板的下表面朝向第一半导体层，所述遮光层设置于所述透明基板的下表面，所述遮光层不透过可见光，所述遮光层设置有镂空区，所述镂空区对准该出光通道，所述镂空区使得来自出光通道的光线能够经该镂空区从透明基板出射，所述出光通道内从第一半导体层上表面到盖板下表面之间还至少设置有一个滤光层，所述滤光层只透过特定波长范围内的光线。进一步优选的，所述遮光挡墙环绕所述第一半导体层上表面的边缘设置，所述遮光挡墙的底面至少有一部分压在所述第一半导体层的上表面上，所述遮光挡墙的底面与所述第一半导体层的上表面在同一水平面上，所述遮光挡墙的底面在所述第一半导体层的上表面合围形成第一出光口，所述遮光挡墙在其自身的顶面合围形成一个第二出光口，所述第二半导体层与所述第二金属电极之间还设置有电流扩展层，所述电流扩展层与第二半导体层平行，且所述电流扩展层的宽度不大于所述第一出光口的宽度。所述电流扩展层材质为金属银、金、镍，或者透明氧化物ITO。所述遮光挡墙的作用在于，将由多量子阱发光层发出并从所述第一半导体层的上表面出射的光线，局限在出光通道内传播，并从第二出光口出射，杜绝了横向的出光，从而克服了光串扰问题。所述电流扩展层的宽度不大于第一出光口的宽度，使得电流注入仅集中于与第一出光口对应的多量子阱发光层区域，注入MicroLED芯片的载流子中，扩散至多量子阱发光层边缘侧壁缺陷区域的载流子非常少，借助该电流拥挤效应，削弱侧壁缺陷发光。当所述由多量子阱发光层发出并从所述第一半导体层的上表面出射的光线为蓝光时，采用仅对467nm附近的蓝光波段有着高透光率的滤光层，将侧壁缺陷发出的的光滤除，实现窄光谱带宽的蓝光MicroLED。进一步优选的，所述遮光挡墙顶面与盖板的底面之间粘合密封，在所述出光通道内形成密闭腔体，所述的密闭腔体内充有氦气、氦氢混合气、氮气、空气等中的任意一种。进一步优选的，所述出光通道内从第一半导体层上表面到滤光层下表面之间还至少设置有一个荧光转换层，所述由多量子阱发光层发出并从所述第一半导体层的上表面出射的光线为第一光线，所述荧光转换层能吸收所述第一光线并能在第一光线激发下发射出第二光线，所述第二光线的光谱峰值波长与所述第一光线的光谱峰值波长不同，所述滤光层不透过第一光线，所述滤光层仅对第二光线光谱范围内的部分波长具有高的透光率，使得所述从透明基板上表面出射的光线的光谱带宽比第二光线的光谱带宽更窄。通过采用近紫外光或者蓝光激发下发出绿光的荧光转换层，将近紫外光或者蓝光波段的第一光线转换为绿光，再搭配仅对532nm附近绿光波段有着高透光率的滤光层，实现窄光谱带宽的绿光MicroLED。通过采用近紫外光或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无光串扰MicroLED芯片，设置有至少一个第一半导体层、至少一个多量子阱发光层、至少一个第二半导体层，多量子阱发光层设置于第一半导体层与第二半导体层之间，所述第一半导体层、多量子阱发光层、第二半导体层的侧壁被绝缘层包覆，所述多量子阱发光层发出的光线会从所述第一半导体层的上表面出射，所述第一半导体层连接有第一金属电极，所述第二半导体层连接有第二金属电极，所述第一金属电极和第二金属电极分别穿过绝缘层延伸至所述无光串扰MicroLED芯片的下表面，其特征在于，所述第一半导体层上方设置有遮光挡墙，所述遮光挡墙的上方设置有盖板，所述遮光挡墙合围出一个从第一半导体层上表面到盖板下表面之间的出光通道，所述盖板设置有透明基板、遮光层，所述透明基板的下表面朝向第一半导体层，所述遮光层设置于所述透明基板的下表面，所述遮光层不透过可见光，所述遮光层设置有镂空区，所述镂空区对准该出光通道，所述镂空区使得来自出光通道的光线能够经该镂空区对应的透明基板区域出射，所述出光通道内从第一半导体层上表面到盖板下表面之间还至少设置有一个滤光层，所述滤光层只透过特定波长范围内的光线。/n

【技术特征摘要】
1.一种无光串扰MicroLED芯片，设置有至少一个第一半导体层、至少一个多量子阱发光层、至少一个第二半导体层，多量子阱发光层设置于第一半导体层与第二半导体层之间，所述第一半导体层、多量子阱发光层、第二半导体层的侧壁被绝缘层包覆，所述多量子阱发光层发出的光线会从所述第一半导体层的上表面出射，所述第一半导体层连接有第一金属电极，所述第二半导体层连接有第二金属电极，所述第一金属电极和第二金属电极分别穿过绝缘层延伸至所述无光串扰MicroLED芯片的下表面，其特征在于，所述第一半导体层上方设置有遮光挡墙，所述遮光挡墙的上方设置有盖板，所述遮光挡墙合围出一个从第一半导体层上表面到盖板下表面之间的出光通道，所述盖板设置有透明基板、遮光层，所述透明基板的下表面朝向第一半导体层，所述遮光层设置于所述透明基板的下表面，所述遮光层不透过可见光，所述遮光层设置有镂空区，所述镂空区对准该出光通道，所述镂空区使得来自出光通道的光线能够经该镂空区对应的透明基板区域出射，所述出光通道内从第一半导体层上表面到盖板下表面之间还至少设置有一个滤光层，所述滤光层只透过特定波长范围内的光线。


2.根据权利要求1所述的一种无光串扰MicroLED芯片，其特征在于，所述遮光挡墙环绕所述第一半导体层上表面的边缘设置，所述遮光挡墙的底面至少有一部分压在所述第一半导体层的上表面上，所述遮光挡墙的底面在所述第一半导体层的上表面合围形成第一出光口，所述遮光挡墙在其自身的顶面合围形成一个第二出光口，所述第二半导体层与所述第二金属电极之间还设置有电流扩展层，所述电流扩展层与第二半导体层平行，且所述电流扩展层的宽度不大于第一出光口的宽度，所述电流扩展层材质为金属或者透明氧化物。


3.根据权利要求1所述的一种无光串扰MicroLED芯片，其特征在于，所述出光通道内从第一半导体层上表面到滤光层下表面之间还至少设置有一个荧光转换层，所述由多量子阱发光层发出并从所述第一半导体层的上表面出射的光线为第一光线，所述荧光转换层能吸收所述第一光线并能在第一光线激发下发射出第二光线，所述第二光线的光谱峰值波长与所述第一光线的光谱峰值波长不同，所述滤光层不透过第一光线，所述滤光层仅对第二光线光谱范围内的部分波长具有高的透光率，使得所述从透明基板上表面出射光线的光谱带宽比第二光线的光谱带宽更窄。


4.根据权利要求1或2所述的一种无光串扰MicroLED芯片，其特征在于，所述遮光挡墙为硅衬底，所述第一半导体层、多量子阱发光层、第二半导体层经由半导体外延生长在硅衬底上逐层生长而得，所述硅衬底遮光挡墙除底面之外的其他外表面均覆盖有第二绝缘层；
或者所述遮光挡墙为设置于第一半导体层上表面的树脂遮光挡墙，所述树脂遮光挡墙外表面不设置第二绝缘层；
或者所述遮光挡墙为设置于盖板下表面的树脂遮光挡墙，所述树脂遮光挡墙外表面不设置第二绝缘层。


5.根据权利要求1或2或3任一所述的一种无光串扰MicroLED芯片，其特征在于，所述出光通道内的遮光挡墙侧壁上还设置有反光层，所述第一金属电极与第二金属电极之间设置有绝缘包覆介质，所述绝缘层外部也均覆盖有绝缘包覆介质；
所述绝缘包覆介质对所述第一光线及第二光线均有高的反射率；
或者所述绝缘包覆介质对所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟杰，
申请(专利权)人：厦门友来微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35