有源寻址的microLED元胞结构、其制备方法及microLED器件与流程

有源寻址的micro led元胞结构、其制备方法及micro led器件
技术领域
1.本发明属于micro oled技术领域，更具体地，本发明涉及一种有源寻址的micro led元胞结构、其制备方法及micro led器件。


背景技术：

2.微发光二极管(micro led)是新一代显示技术，具有自发光显示特性，相较于现有的有机发光二极管(organic light-emittingdiode，oled)技术，microled显示装置具有亮度及稳定性更高、发光效率更好、功耗更低、响应时间更快等一系列的优点。micro led显示装置的显示原理是将led结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1～10um等级左右；然后通过单片集成或巨量转移等方法形成显示器。
3.目前大多是通过巨量转移方案形成单色器件，现有巨量转移方案的转移效率与良率均达不到量产标准，若要进行全彩色显示，则需要三次巨量转移，或者两次转移(r、g；r、b；g、b)形成彩色显示，因此进一步增加了技术难度；此外，还存在制作成本高技术问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种有源寻址的micro led元胞结构，旨在改善上述问题。
5.本发明是这样实现的，一种有源寻址的micro led元胞结构，其所述元胞结构包括：
6.cmos晶圆衬底，设于cmos晶圆衬底内的阳极过孔，在阳极过孔上形成两色发光单元或三色发光单元，发光单元的高度依次递增或递减；
7.发光单元由cmos驱动电路层及设于cmos驱动电路层上的发光层组成，在各发光层上设置共阴极。
8.进一步的，其特征在于，三个发光单元依次为第一发光单元、第二发光单元及第三发光单元，其中，
9.第一发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极及第一发光层组成；
10.第二发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极、第二cmos驱动电路层、第二阳极及第二发光层组成；
11.第三发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极、第二cmos驱动电路层、第二阳极、第三cmos驱动电路层、第三阳极及第三发光层组成。
12.进一步的，两个发光单元依次为第一发光单元及第二发光单元，其中，
13.第一发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极及第一发光层组成；第二发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极、第二cmos驱动电路层、第二阳极及第二发光层组成。
14.进一步的，所述元胞结构还包括：
15.在相邻发光单元间设置的高温填充层。
16.进一步的，所述元胞结构还包括：
17.钝化修复层，设于高温填充层及高温填层连接的两发光单元侧壁上，位于共阴极的下方。
18.进一步的，发光层从下至上依次由p型层、mqw层及n型层组成。
19.本发明是这样实现的，一种有源寻址的micro led器件，所述器件包括：
20.若干有源寻址的micro led元胞结构，在所有micro led元胞结构的共阴极上依次设置有封装填充层及防护层。
21.本发明是这样实现的，一种有源寻址的micro led元胞结构的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
22.s11、在cmos驱动背板表面沉积第一cmos驱动电路层，在三个发光led外延片上沉积阳极，发光led外延片依次由衬底及发光层组成；
23.s12、将cmos驱动背板表面的第一cmos驱动电路层与第一发光led 外延片的第一阳极进行键合，图5为cmos驱动背板与第一发光led外延片键合后的结构示意图，
24.s13、去除第一发光led外延片上的功能衬底层，去除第二生长区及第三生长区上的第一发光层；
25.s14、在第二生长区及第三生长区上生长第二cmos驱动电路层，再将第二发光led外延片上的第二阳极键合至第二cmos驱动电路层上；
26.s15、去除第二发光led外延片上的功能衬底，去除第一生长区及第三生长区内的第二发光层，去除第一生长区内的第二阳极；
27.s16、在第三生长区内生长第三cmos驱动电路层，再将第三发光led 外延片上的第三阳极键合至第三cmos驱动电路层上；
28.s17、去除第三发光led外延片上的功能衬底，去除第一生长区及第二生长区内的第三发光层及第三阳极；
29.s18、在第一发光层、第二发光层及第三发光层上制备共阴极。
30.进一步的，步骤s17之后步骤s18之前还包括：
31.s1、对两生长区的连接处进行刻蚀，刻蚀至cmos驱动背板形成空隙，向空隙中填充高温填充物，形成发光单元之间的高温填充层；
32.s2、在高温填充层及高温填层连接的两发光单元侧壁上形成钝化修复层，在形成钝化修复层之后再在发光层上形成共阴极。
33.本发明是这样是实现的，一种有源寻址的micro led元胞结构的制备方法，所述制备方法具体如下：
34.s21、在cmos驱动背板表面沉积第一cmos驱动电路层，在二个发光 led外延片上沉积阳极，发光led外延片依次由衬底及发光层组成；
35.s22、将cmos驱动背板表面的第一cmos驱动电路层与第一发光led 外延片的第一阳极进行键合；
36.s23、去除第一发光led外延片上的功能衬底层(第一功能衬底)，去除第二生长区内的第一发光层；
37.s24、在第二生长区内生长第二cmos驱动电路层，再将第二发光led 外延片上的第
二阳极键合至第二cmos驱动电路层上；
38.s25、去除第二发光led外延片上的功能衬底，去除第一生长区内的第二发光层及第二阳极；
39.s26、在第一发光层及第二发光层上制备共阴极。
40.本发明提供的有源寻址的micro led元胞结构具有如下有益技术效果：
41.(1)采用不同高度阳极分批进行单片集成，形成不同高度的r、g、b 子像素，完成彩色显示；
42.(2)提出的micro led器件结构完全采用半导体制程；同时，由于垂直结构芯片的采用，阳极部分位于器件底部，避免电极部分的遮挡，从而提高了显示器件的像素密度。
附图说明
43.图1为本发明实施例提供的沉积cmos驱动电路层后的cmos驱动背板示意图；
44.图2为本发明实施例提供的沉积阳极后的发光led外延片示意图；
45.图3为本发明实施例提供的图1所示cmos驱动背板与图2所示发光led外延片键合后的结构示意图；
46.图4为本发明实施例提供的去除光led外延片中功能衬底的结构示意图；
47.图5为本发明实施例提供的集成三个发光单元后的结构示意图；
48.图6为本发明实施例提供的表面钝化修复后结构示意图；
49.图7为本发明实施例提供的完成共阴极后的结构示意；
50.图8为本发明实施例提供的完成封装填充后的结构示意图；
51.图9为本发明实施例提供的图8中a区的局部放大图；
52.图10为本发明实施例提供的图9中b区的局部放大图；
53.1.cmos晶圆衬底；2.阳极过孔；3.cmos驱动电路层；31.第一cmos 驱动电路层；32.第二cmos驱动电路层；33.第三cmos驱动电路层；4.高温填充层；5.钝化修复层；6.共阴极；7.封装填充层；8.防护层；a.功能衬底；b.发光层；b1.p型层；b2.mqw层；b3.n型层；c.阳极；c1.第一阳极；c2. 第二阳极；c3.第三阳极。
具体实施方式
54.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
55.图7为本发明实施例提供的有源寻址的micro led元胞结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
56.该元胞结构包括：
57.cmos晶圆衬底，设于cmos晶圆衬底内的阳极过孔，在阳极过孔上形成两色发光单元或三色发光单元，发光单元的高度递增或递减；发光单元由cmos驱动电路层及设于cmos驱动电路层上的发光层组成，在各发光层上设置共阴极。
58.本发明提及的三色发光单元是指红色发光单元、绿色发光单元及蓝色发光单元，两色发光单元是指上述三色发光单元中的两个发光单元。
59.阳极过孔用于给cmos驱动电路层提供电流驱动信号，cmos驱动电路层基于电流驱动信号给发光层提供驱动电流，每个发光单元对应一个阳极过孔，可实现各发光单元的独立控制，例如要实现全彩显示，则同时驱动红色发光单元、绿色发光单元及蓝色发光单元。共阴极采用的导电的透明材料，如ito、izo等金属氧化物材料或al、ag等金属材料，当然也可以是由以上材料构成的多层结构，通过在共阴极和阳极之间提供驱动电流使得发光单元发光。
60.在本发明的另一实施例中，若元胞结构包括三个发光单元，依次为第一发光单元、第二发光单元及第三发光单元，则第一发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极及第一发光层组成；第二发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极、第二cmos驱动电路层、第二阳极及第二发光层组成；第三发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极、第二cmos驱动电路层、第二阳极、第三cmos驱动电路层、第三阳极及第三发光层组成，如图9所示。
61.若元胞结构包括两个发光单元，依次为第一发光单元及第二发光单元，则第一发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电流层、第一阳极及第一发光层组成；第二发光单元从下至上依次由第一cmos驱动电路层、第一阳极、第二cmos驱动电路层、第二阳极及第二发光层组成。
62.在本发明实施例中，该元胞结构还包括：
63.在相邻发光单元间设置的高温填充层，高温填充层的材料可以是有机材料如聚酰亚胺(pi)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、光刻胶等，也可以是无机材料如sio、sin、alo等一种或多种材料组成，用于连接相邻两个发光单元的发光层，使得两发光层表面较为平缓的过渡，便于后续工艺的制作，此外，高温填充层的存在也使得元胞结构更加稳固，同时增加了元胞结构的机械强度。
64.在本发明另一实施例中，该元胞结构还包括：
65.钝化修复层，设于高温填充层及高温填层连接的两发光单元侧壁上，钝化修复层可以避免发光层的侧壁存在异物时导致的漏电，同时，也可以修复干刻过程对发光层产生的损伤；需要补充的是，钝化修复层可以覆盖到发光层上表面的边缘，以防止在生产过程中没有完全覆盖到发光层侧壁，影响到钝化修复层的功能实现，钝化修复层的材质为sio2或ti2o3。
66.在本发明实施例中，发光层从下至上依次由p型层、mqw层及n型层组成，如图10所示。
67.本发明还提供一种有源寻址的micro led器件，该器件包括：
68.若干有源寻址的micro led元胞结构，在所有micro led晶胞结构的共阴极上依次设置有封装填充层及防护层。主要是为防止光串扰，在共阴极表面灌注封装填充材料并平坦化，封装填充材料可以是高温树脂、高温光阻等有机材料，然后设置防护层(如贴合盖板玻璃)，通过盖板玻璃对整个器件进行保护，如图8所示。
69.本发明实施例提供的有源寻址的micro led元胞结构的制备方法具体包括如下步骤：
70.s11、在cmos驱动背板表面沉积第一cmos驱动电路层，在三个发光 led外延片上沉积阳极，发光led外延片依次由衬底及发光层组成；
71.图1为沉积cmos驱动电路层后的cmos驱动背板示意图，cmos驱动背板包括：cmos晶圆衬底及设于cmos晶圆衬底内的阳极过孔，其中， 1表示cmos晶圆衬底，2表示阳极过孔，3.表示第一cmos驱动电路层；常阳极过孔2为钨孔，在cmos晶圆衬底上沉积叠层沉积cr/pt/au (20nm/50nm/1000nm)，即形成第一cmos驱动电路层，本发明中的第二 cmos驱动电路层及第三cmos驱动电路层的叠层结构与第一cmos驱动电路层相同。
72.图2为沉积阳极后的发光led外延片示意图，led外延片依次包括：功能衬底、发光层及阳极组成，三个发光led外延片为第一发光led外延片、第二发光led外延片及第三发光led外延片，三个发光led外延片对应为三种颜色的发光led外延片，即红光led外延片、蓝光led外延片及绿光led外延片，不同颜色led外延片中的功能层发出光的颜色不同，其中，a为功能衬底，b为发光层，c为阳极；第一发光led外延片依次包括：第一功能衬底、第一发光层及第一阳极，第二发光led外延片依次包括：第二功能衬底、第二发光层及第二阳极，第三发光led外延片依次包括：第三功能衬底、第三发光层及第三阳极。在三个发光led外延片的发光层上叠层沉积ito/cr/al/pt/au(50nm/20nm/200nm/50nm/1000nm)，即形成第一阳极c1、第二阳极c2及第三阳极c3。
73.s12、将cmos驱动背板表面的第一cmos驱动电路层与第一发光led 外延片的第一阳极进行键合，图3为cmos驱动背板与第一发光led外延片键合后的结构示意图，
74.s13、去除第一发光led外延片上的功能衬底层(第一功能衬底，如图 4所示)，去除第二生长区及第三生长区上的第一发光层；
75.第一生长区、第二生长区及第三生长区用于生长三个发光单元，对第一生长区内的第一发光层上进行光刻，将第一生长区外的第一发光层进行刻蚀去除，形成像素图案；
76.s14、在第二生长区及第三生长区上生长第二cmos驱动电路层，再将第二发光led外延片上的第二阳极键合至第二cmos驱动电路层上；
77.为了能将第二发光led外延片上的第二阳极键合至第二cmos驱动电路层上，因此，制备的第二cmos驱动电路层厚度高于第一发光层。
78.s15、去除第二发光led外延片上的功能衬底，去除第一生长区及第三生长区内的第二发光层，去除第一生长区内的第二阳极；
79.对第二生长区内的第二发光层上进行光刻，将第二生长区外的第二发光层进行刻蚀去除形成像素图案；
80.s16、在第三生长区内生长第三cmos驱动电路层，再将第三发光led 外延片上的第三阳极键合至第三cmos驱动电路层上；
81.为了能将第三发光led外延片上的第三阳极键合至第三cmos驱动电路层上，因此，制备的第三cmos驱动电路层厚度高于第二发光层。
82.s17、去除第三发光led外延片上的功能衬底，去除第一生长区及第二生长区内的第三发光层及第三阳极，如图5所示；
83.对第三生长区内的第三发光层上进行光刻，将第三生长区外的第三发光层进行刻蚀去除形成像素图案；
84.s18、在第一发光层、第二发光层及第三发光层上制备共阴极，如图7 所示，即完成了三个发光单元micro led元胞结构的制备。
85.在本发明实施例中，若是两个发光单元(红光与蓝光、红光与绿光、绿光与蓝光)发
出的光进行复合的话，那么其制备方法具体如下：
86.s21、在cmos驱动背板表面沉积第一cmos驱动电路层，在二个发光 led外延片上沉积阳极，发光led外延片依次由衬底及发光层组成；
87.s22、将cmos驱动背板表面的第一cmos驱动电路层与第一发光led 外延片的第一阳极进行键合；
88.s23、去除第一发光led外延片上的功能衬底层(第一功能衬底)，去除第二生长区内的第一发光层；
89.在第一生长区及第二生长区用于生长二个发光单元，将第一生长区外的第一发光层进行刻蚀去除，形成像素图案。
90.s24、在第二生长区内生长第二cmos驱动电路层，再将第二发光led 外延片上的第二阳极键合至第二cmos驱动电路层上；
91.为了能将第二发光led外延片上的第二阳极键合至第二cmos驱动电路层上，因此，制备的第二cmos驱动电路层厚度高于第一发光。
92.s25、去除第二发光led外延片上的功能衬底，去除第一生长区内的第二发光层及第二阳极；
93.对第二生长区内的第二发光层上进行光刻，将第二生长区外的第二发光层进行刻蚀去除形成像素图案；
94.s26、在第一发光层及第二发光层上制备共阴极，即完成了两个发光单元micro led元胞结构的制备。
95.在本发明实施例中，两个发光单元micro led元胞结构及两个发光单元 micro led元胞结构在后续的制备工艺上都是相同的；在步骤s25之后步骤 s26之前或步骤s17之后步骤s18之前还包括：
96.s1、对两生长区的连接处进行刻蚀，刻蚀至cmos驱动背板形成空隙，向空隙中填充高温填充物，形成发光单元之间的高温填充层，可以通过喷墨打印的方法对空隙进行高温填充物的填充。
97.在本发明实施例中，在步骤s1之后好包括：
98.s2、在高温填充层及高温填层连接的两发光单元侧壁上形成钝化修复层，如图6所示，在形成钝化修复层之后再在发光层上形成共阴极。
99.本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。