用于具有堆叠的键合结构的多色LED的系统和方法与流程

用于具有堆叠的键合结构的多色led的系统和方法
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2020年3月30日提交的申请号为no.63/002,092，标题为“systems and methods for multi-color led with stacked bonding structures(用于具有堆叠的键合结构的多色led的系统和方法)”的美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
2.本公开一般涉及发光二极管(led)显示装置，更具体地，涉及用于具有微米级像素大小和键合层的发射不同颜色光的led半导体器件的系统和制备方法。


背景技术：

3.随着近年来迷你led和微型led技术的发展，诸如增强现实(ar)、投影、平视显示器(hud)、移动设备显示器、可穿戴设备显示器和车载显示器之类的消费者设备和应用需要具有更高的分辨率和高产量制备工艺的led面板。例如，集成在护目镜内并定位靠近佩戴者眼睛的ar显示器可以具有如指甲大小的尺寸，同时仍然要求hd清晰度(1280
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720像素)或更高。许多电子设备要求一定的像素大小、相邻像素之间的距离、亮度和led面板的视角。
4.另外，与薄膜晶体管(tft)技术结合的有源矩阵液晶显示器(lcd)和有机发光二极管(oled)显示器在当今的商业电子设备中变得越来越受欢迎。这些显示器广泛用于笔记本电脑、智能电话和个人数字助理。数百万像素一起在显示器上创建图像。tft用作开关以单独打开和关闭每个像素，使像素或明或暗，允许方便有效地控制每个像素和整个显示器。
5.然而，传统的lcd显示器具有光效率低的缺点，导致高功耗和有限的电池工作时间。虽然有源矩阵有机发光二极管(amoled)显示面板通常比lcd面板消耗更低的功率，但amoled显示面板仍然是电池供电设备中的主要功率消耗器件。为了延长电池寿命，需要降低显示面板的功耗。
6.传统的无机半导体发光二极管(led)已经表现出优异的光效率，这使得有源矩阵led显示器更适合于电池供电设备。驱动电路和发光二极管(led)阵列被用来控制数以百万计的像素，在显示器上呈现图像。单色显示面板和全彩色显示面板均可以根据各种制备方法来生产。
7.然而，数千甚至数百万个微型led与像素驱动电路阵列的集成很有挑战性。各种制备方法被提出。在一种方法中，控制电路被制备在一块基板上，而led被制备在另一块基板上。led被转移到中间基板，原始基板被移除。然后，中间基板上的led以每次一个或几个的方式被拾取并安置在具有控制电路的基板上。然而，这种制备工艺效率低、成本高且可靠性差。此外，目前还不存在用于大规模转移微型led的生产工具。因此，必须开发新的工具。
8.在另一种方法中，整个led阵列及其原始基板与控制电路对齐，并利用金属键合方式与控制电路键合。led所在的基板将被保留在成品中，这可能会导致光串扰。另外，两个不同的基板之间的热失配在键合界面处产生应力，这可能导致可靠性差的问题。进一步的，与
单色显示面板相比，多色显示面板通常需要更多的led、以及在不同基板材料上生长不同颜色的led，从而使传统的生产工艺变得更加复杂和低效。
9.因此，提供一种能够解决一个或多个上述弊端的用于显示面板的led结构是合乎需求的。


技术实现要素：

10.有必要改进多色led的设计，以改进并解决传统显示系统诸如上述的一个或多个缺点。特别地，需要一种led器件结构，可以同时提高制备效率、可靠性和分辨率，且有效保持低功耗。
11.显示面板使用诸如红色、绿色和蓝色的混合颜色来显示各种颜色。显示面板的每个像素包括诸如红色、绿色和蓝色子像素的子像素。特定像素的颜色基于来自子像素的叠加颜色确定。显示面板所形成的图像取决于每个像素所形成的组合。
12.本文所述的多色led器件集成了至少两个微型led结构，这些微型led结构被水平地安置在显示面板上的像素区域内的单独区域中。在一些实施例中，多个发光层通过键合制备成堆叠结构，作为多色led器件的起始结构。多个发光层中的每一个被配置为发射不同颜色的光。发光层的数量对应于显示面板的像素区域内的led结构的数量。例如，如果多色led器件包括两个子像素，则在多色led制备过程中需要堆叠的发光层的数量为两个。在另一示例中，如果多色led器件包括三个子像素，则在多色led制备过程中需要堆叠的发光层的数量为三个。
13.在一些实施例中，堆叠的多层结构中的顶部发光层的颜色决定了多色led器件内的单个led结构发射光的颜色。为了自多个发光层形成具有各种颜色的led结构，在制备过程中需要移除对于在多色led器件内的单个led结构而言多余的顶层。例如，在堆叠结构中，顶部发光层配置为发射红色光，中间发光层配置为发射绿色光，底部发光层配置为发射蓝色光。通过移除顶部的两个发光层，可以形成蓝光led结构。通过移除顶部发光层并将底部发光层短路，可以形成绿光led结构。可以在不移除任何发光层而是将中间发光层和底部发光层短路的情况下形成红光led结构。
14.间距是指显示面板上相邻像素的中心之间的距离。在一些实施例中，间距的变化范围可以从约40微米到约20微米、到约10微米和/或优选地到约5微米或以下。为减小间距已经做出了许多努力。当间距的规格确定时，单个像素的面积被固定。
15.与依赖低效的拾取和安置工艺的微型led显示芯片传统制备工艺过程相比，本文公开的多色微型led制备工艺过程有效地提高了微型led器件制备的效率和可靠性，简化了多色led像素器件结构，减少对led器件外延层的损伤。例如，多个led发光层可以直接键合在具有像素驱动器的基板上。另外，最终的多色器件中不会保留用于微型led结构的基板，从而可以减少串扰和失配。
16.另外，由于每个led发光层是一个pn结，在一些实施例中，堆叠结构中的每个led发光层内的p型区和n型区层的例如上下位置之类的相对位置是不一致的。这使多色led结构内的电极连接能够灵活和高效。
17.在一些实施例中，一种用于显示面板的多色发光二极管(led)像素器件，包括：位于底部的基板；第一led结构，配置为发出第一色光，在基板上方仅具有一个第一发光层；位
于第一led结构上方的第二led结构，配置为发出第二色光，具有第一发光层和第二发光层，第二发光层位于第一发光层的上方；在一些实施例中，第一发光层包括第二型层和第一型层，第一发光层的第一型层位于第一发光层的第二型层的上方；以及第二发光层包括第一型层和第二型层，第二发光层的第二型层位于第二发光层的第一型层的上方。
18.在一些实施例中，多色led像素器件还包括第三led结构，配置为发出第三色光，具有第一发光层、第二发光层和第三发光层，在一些实施例中，第二发光层位于第一发光层的上方，第三发光层位于第二发光层的上方，以及第三发光层包括第一型层和第二型层，第三发光层的第二型层位于第三发光层的第一型层的上方。
19.在一些实施例中，第一发光层、第二发光层和第三发光层中的每一个均包括相应的pn结，每个第一型层均为相应的pn结的p型层，且每个第二型层均为相应的pn结的n型层。
20.在一些实施例中，第一发光层、第二发光层和第三发光层中的每一个均包括相应的pn结，每个第一型层均为相应的pn结的n型层，且每个第二型层均为相应的pn结的p型层。
21.在多色led像素器件的一些实施例中，基板为ic基板，多色led像素器件形成在ic基板上；第一led结构中的第一发光层的第一型层通过第一电极与ic基板电连接；第二led结构中的第二发光层的第一型层通过第二电极与ic基板电连接；以及顶部透明导电层覆盖多色led像素器件并接触第一led结构的第一发光层的第二型层和第二led结构的第二发光层的第二型层。
22.在多色led像素器件的一些实施例中，第三led结构中的第三发光层的第一型层通过第三电极与ic基板电连接；以及顶部透明导电层接触第三led结构的第三发光层的第二型层。
23.在多色led像素器件的一些实施例中，顶部透明导电层与多色led像素器件的表面之间形成有绝缘层。
24.在多色led像素器件的一些实施例中，ic基板与第一发光层之间形成有第一键合层，第一发光层与第二发光层之间形成有第二键合层。
25.在多色led像素器件的一些实施例中，第二发光层与第三发光层之间形成有第三键合层。
26.在多色led像素器件的一些实施例中，第一键合层与第一发光层之间形成有介电层。
27.在多色led像素器件的一些实施例中，第二led结构中的电极与第一键合层和第二键合层电接触。
28.在多色led像素器件的一些实施例中，第三led结构中的电极与第一键合层、第二键合层和第三键合层电接触。
29.在多色led像素器件的一些实施例中，在第一led结构中，第二型层具有水平地延伸到第一型层外侧的突出部，在覆盖突出部的绝缘层中形成有开口，并且顶部透明导电层沉积在突出部上的开口中。
30.在多色led像素器件的一些实施例中，第一led结构中的第一电极的第一端接触第一发光层的第一型层的顶面，第一电极的第二端接触ic基板；顶部透明导电层接触第一led结构中的第一发光层的第二型层；第二led结构中的第二电极的第一端与第二发光层中的第一型层的底部电连接，第二电极的第二端接触ic基板，第二电极的侧壁接触第二led结构
中的第一发光层的侧壁；以及，顶部透明导电层接触第二发光层中的第二型层的顶面。
31.在多色led像素器件的一些实施例中，第三led结构中的第三电极的第一端与第三发光层中的第一型层的底部电连接，第三电极的第二端接触ic基板，第三电极的侧壁接触第三led结构中的第二发光层和第一发光层的侧壁；以及，顶部透明导电层接触第三发光层中的第二型层的顶面。
32.在一些实施例中，一种制备用于显示面板的多色发光二极管(led)像素器件的方法包括：提供第一基板，在第一基板上制备第一led发光层，提供第二基板，在第二基板上制备第二led发光层，通过第一金属键合层将第一led发光层和第二led发光层键合在一起，移除第二基板，提供第三基板，在第三基板上制备第三led发光层，通过第二金属键合层将第二led发光层和第三led发光层键合在一起，移除第一基板，移除第三基板，以及通过第三金属键合层将第一led发光层与具有集成电路(ic)的第四基板键合在一起。
33.在一些实施例中，制备多色led像素器件的方法还包括：在移除第一基板后，在第一led发光层上制备介电层。在一些实施例中，介电层的位置在第一led发光层与第三金属键合层之间。
34.在一些实施例中，制备多色led像素器件的方法还包括：在移除第二led发光层和第三led发光层时，使用第一led发光层图案化第一led结构；在移除第三led发光层时，使用第一led发光层和第二led发光层图案化第二led结构；以及使用第一led发光层、第二led发光层和第三led发光层图案化第三led结构。
35.在一些实施例中，制备多色led像素器件的方法还包括：沉积第一电极以将第一led结构中的第一led发光层的第一p型区与第一led结构中的第四基板上的ic电连接，沉积第二电极以将第二led结构中的第二led发光层的第二p型区与第二led结构中的第四基板上的ic电连接，沉积第三电极以将第三led结构中的第三led发光层的第三p型区与第三led结构中的第四基板上的ic电连接，以及沉积公共电极以将第一led结构中的第一led发光层的第一n型区，第二led结构中的第二led发光层的第二n型区，和第三led结构中的第三led发光层的第三n型区与地电连接。
36.在制备多色led像素器件的方法的一些实施例中，第一p型区位于第一led发光层的顶层，第一n型区位于第一led发光层的底层，第二p型区位于第二led发光层的底层，第二n型区位于第二led发光层的顶层，以及第三p型区位于第三led发光层的底层，第三n型区位于第三led发光层的顶层。
37.本文所公开的多色led器件和系统的紧凑设计利用横向不同的发光层，从而降低了制备步骤的复杂性并提高了led显示系统的整体性能成本比。此外，多色led显示系统的制备可以可靠且高效地形成led结构图案，而无需使用或保留额外的基板。因此，与使用传统的led相比，多色led显示系统的实现可以满足ar和vr、平视显示器(hud)、移动设备显示器、可穿戴设备显示器、高清晰度小型投影仪和汽车显示器的严格显示要求。
38.需要注意的是上面描述的各种实施例可与本文中所描述的任何其它实施例结合。说明书中所描述的特征和优点并非全部包括的，特别地，许多附加特征和优点将对本领域普通技术人员而言在附图、说明书和权利要求方面是显而易见的。此外，应该注意的是，在说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导的目的而选择的，并且可能不会被选择用来划定或限定发明主题。
附图说明
39.为使本公开可以被更详细地理解，可参照各种实施例的特征对本公开进行更具体的描述，所述各种实施例中的一些实施例在附图中示出。但是，这些附图仅示出了本公开内容的有关特征，因此不应被认为是限制性的，因为该描述可以允许有其他有效的特征。
40.图1a是根据一些实施例的三色led器件的截面图。
41.图1b是根据一些实施例的双色led器件的截面图。
42.图2示出了根据一些实施例的三色led器件的俯视图。
43.图3a是根据一些实施例的用于形成三色led器件的多层结构的截面图。
44.图3b是根据一些实施例的用于形成三色led器件的多层结构的截面图。
45.图3c是根据一些实施例的用于形成三色led器件的多层结构的截面图。
46.图3d是根据一些实施例的用于形成三色led器件的多层结构的截面图。
47.图4是根据一些实施例的微型led显示面板的俯视图。
48.根据常见的做法，附图中所图示的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以是任意扩大或缩小的。另外，一些附图可能并未描绘给定系统、方法或设备的所有部件。最后，相同的附图标记可以用于表示整个说明书和附图中的类似特征。
具体实施方式
49.本文描述了许多细节，以便提供对附图中所示的示例实施例的透彻理解。然而，可以在没有许多具体细节的情况下实践一些实施例，并且权利要求的范围仅受到权利要求中具体记载的那些特征和方面的限制。此外，未详尽地描述众所周知的过程、部件和材料，以免不必要地模糊本文所述实施例的相关方面。
50.通常，至少红色、绿色和蓝色被叠加以再现广泛的颜色。在一些情况下，为了在像素区域内包括至少红色、绿色和蓝色，会在像素区域内的不同的非重叠区域制备单独的单色led结构。
51.图1a是根据一些实施例的三色led器件100的截面图。在一些实施例中，三色led器件100是显示面板中像素区域内的单个像素器件。在一些实施例中，三色led器件包括三个led结构01、02和03。每个led结构是单个像素区域内的一个子像素。在一些实施例中，三个led结构均发出单色光，例如，led结构01发出蓝光，led结构02发出绿光，led结构03发出红光。在一些实施例中，所述三个led结构所发出光的颜色不同且有区分。
52.在一些实施例中，显示面板包括多个像素，诸如数百万像素，并且每个像素包括一个三色led器件。在一些实施例中，led器件可以是微型led。微型led通常具有50微米(um)或更小的横向尺寸，可以具有小于10微米甚至只有几微米的横向尺寸。
53.在一些实施例中，三色led器件包括基板07。为方便起见，“向上”用于表示远离基板07的方向，“向下”表示朝向基板07的方向，以及相应地解释诸如顶部、底部、上方、下方、正下方、下面等的其他方向性术语。支撑基板07是其上制备有独立的驱动电路06的阵列的基板。在一些实施例中，驱动电路也可以位于基板07上方的各层中的一层，或者位于微型三色led结构100的上方。每个驱动电路06是一个像素驱动器。在某些情况下，像素驱动器是薄膜晶体管像素驱动器或硅cmos像素驱动器。在一个实施例中，基板07是si基板。在另一个实
施例中，支撑基板07是透明基板，例如玻璃基板。其他基板的示例包括gaas、gap、inp、sic、zno和蓝宝石基板。驱动电路06形成独立的像素驱动器以控制各个三色led器件100的工作。基板07上的电路包括对于每个独立的像素驱动器06的接触以及接地接触。每个微型led结构01、02和03还具有两种类型的接触：连接到相应的驱动电路06的p电极或阳极，诸如103、203和303；以及连接到地(即，公共电极)的n电极或阴极，诸如层05。
54.在一些实施例中，驱动电路06，例如像素驱动器，包括多个晶体管和电容器(图1a中未示出)。晶体管包括连接到电源的驱动晶体管和配置为栅极连接到扫描信号总线的控制晶体管。电容器包括存储电容器，用于在扫描信号设定其他像素期间，维持驱动晶体管的栅极电压。
55.尽管本文用术语“层”描述了一些特征，但是应该理解，这些特征不限于单个层，而是可以包括多个子层。在某些情况下，“结构”可以采用“层”的形式。
56.在一些实施例中，三个led结构01、02和03各自包括至多三个发光层302、202和102。例如，led结构01包括一个发光层102。在一些实施例中，金属键合层101位于发光层102和基板07和/或驱动电路06之间。在一些实施例中，可选的介电层106(图1a中未示出)安置在金属键合层101与发光层102之间。
57.led结构02包括两个发光层102和202，发光层202位于发光层102的上方。在一些实施例中，金属键合层201位于发光层102与发光层202之间。在一些实施例中，金属键合层101位于发光层102与基板07和/或驱动电路06之间。在一些实施例中，可选的介电层106(图1a中未示出)安置在金属键合层101与发光层102之间。
58.led结构03包括三个发光层102、202和302，发光层302位于发光层202的上方，发光层202位于发光层102的上方。在一些实施例中，金属键合层301位于发光层202与发光层302之间。在一些实施例中，金属键合层201位于发光层102与发光层202之间。在一些实施例中，金属键合层101位于发光层102与基板07和/或驱动电路06之间。在一些实施例中，可选的介电层106(图1a中未示出)安置在金属键合层101与发光层102之间。
59.在一些实施例中，发光层102配置为发射蓝光。在一些实施例中，发光层202配置为发射绿光。在一些实施例中，发光层302配置为发射红光。
60.在一些实施例中，跨三个led结构01、02和03的各个层在制备期间相同的步骤和/或相同的过程中形成。例如，金属键合层101跨所有三个led结构01、02和03在相同步骤和/或相同过程中形成。例如，可选的介电层106(图1a中未示出)跨所有三个led结构01、02和03在金属键合层101与发光层102之间在相同步骤和/或相同过程中形成。例如，发光层102跨所有三个led结构01、02和03在相同步骤中和/或以相同过程形成。金属键合层201跨两个led结构02和03在相同步骤和/或相同过程中形成。例如，发光层202跨两个led结构02和03在相同步骤和/或相同过程中形成。
61.在一些实施例中，在led结构01的侧壁上通过涂覆或蒸发沉积设置有电极103，电极103从底部金属键合层101延伸到蓝色led发光层102的顶部区域或顶层102-1。在一些实施例中，电极103是p电极。在一些实施例中，电极103通过金属键合层101连接到驱动电路06。在一些实施例中，驱动电路06是控制p电极103的集成电路。在一些实施例中，在led结构01的表面和侧壁上涂覆或沉积有诸如二氧化硅层之类的绝缘层04。在一些实施例中，绝缘层04还围绕电极103延伸以防止电极103接触led结构01中的除了金属键合层101和蓝色led
发光层102的顶部区域或顶层102-1之外的其他特征和层(图1a中未示出)。在一些实施例中，绝缘层04的顶部涂覆有诸如氧化铟锡(ito)层之类的透明导电层05。透明导电层05通过绝缘层04中的刻蚀开口104连接到蓝色led发光层102的底部区域或底层，作为n电极或公共电极。在一些实施例中，如图1a所示，发光层102的底部区域或底层具有突出区域102-2，该突出区域102-2具有比同一发光层102的顶部区域或顶层102-1更长的水平尺寸。突出部分102-2连接到透明导电层05。led结构03从蓝色led发光层102发射光。
62.在一些实施例中，在led结构02的侧壁上通过涂覆或蒸发沉积设置有电极203，电极203从底部金属键合层101延伸到金属键合层201。在一些实施例中，电极203，如图1a所示，连接至金属键合层201的顶部。电极203将两个金属键合层101与201之间的led发光层短路，例如蓝色led发光层102。在一些实施例中，电极203为p电极，该p电极通过金属键合层201连接到发光层202的底部区域或底层。在一些实施例中，电极203通过金属键合层101连接到驱动电路06。在一些实施例中，驱动电路06是控制p电极203的集成电路。在一些实施例中，在led结构02的表面和侧壁上涂覆或沉积有诸如二氧化硅层之类的绝缘层04。在一些实施例中，绝缘层04的顶部涂覆有诸如氧化铟锡(ito)层之类的透明导电层05。透明导电层05通过绝缘层04中的刻蚀开口204连接到绿色led发光层202的顶部区域或顶层，作为n电极或公共电极。由于蓝色led发光层102在led结构02中被短路，因此无光从蓝色led发光层102发射出，led结构02从绿色led发光层202发射光。
63.在一些实施例中，在led结构03的侧壁上通过涂覆或蒸发沉积设置有电极303，如图1a所示，电极303从底部金属键合层101延伸到顶部金属键合层301。在一些实施例中，电极303连接至金属键合层301的顶部。在一些实施例中，电极303与两个金属键合层101和301之间的led发光层和金属键合层电接触，例如蓝色led发光层102、绿色led发光层202和金属键合层201。在一些实施例中，电极303将两个金属键合层101和301之间的led发光层和金属键合层短路，例如蓝色led发光层102、绿色led发光层202和金属键合层201。在一些实施例中，电极303为p电极，该p电极通过金属键合层301连接到发光层302的底部区域或底层。在一些实施例中，电极303通过金属键合层101连接到驱动电路06。在一些实施例中，驱动电路06是控制p电极303的集成电路。在一些实施例中，在led结构03的表面和侧壁上涂覆或沉积有诸如二氧化硅层之类的绝缘层04。在一些实施例中，绝缘层04的顶部涂覆有诸如氧化铟锡(ito)层之类的透明导电层05。透明导电层05通过绝缘层04中的刻蚀开口304连接到红色led发光层302的顶部区域或顶层，作为n电极或公共电极。由于蓝色led发光层102和绿色led发光层202在led结构03中被短路，因此无光从蓝色led发光层102和绿色led发光层202发射出，led结构03从红色led发光层302发射光。
64.在一些实施例中，诸如102、202和302的led发光层包括许多具有不同组分的外延子层。led发光层的示例包括iii-v族氮化物、iii-v族砷化物、iii-v族磷化物和iii-v族锑化物外延结构。led发光层的示例包括gan基uv/蓝/绿色发光层，alingap基红色/橙色发光层，以及gaas或inp基红外(ir)发光层。
65.在一些实施例中，led结构01、02和03中的每个led结构可被分别控制以产生其单独的光。在一些实施例中，因三色led器件100中的所有led结构01、02和03的运行而产生的来自三色led器件100的组合光可以改变显示面板上的小覆盖面积内单个像素的颜色。
66.在一些实施例中，根据该三色led器件100的设计，包括在同一器件中的各led结构
所发射光的颜色不限于红色、绿色和蓝色。例如，可以在可见光范围内从380nm至700nm波长的不同颜色光的范围中选择适合的颜色。在一些实施例中，可以实现发射不可见范围诸如紫外线和红外线之类的其他颜色光的led结构。例如，led发光层的三种颜色选择，从下到上可以是蓝色、绿色和红色。在另一个实施例中，从下到上的三色选择可以是紫外线、橙色和红外线。在一些实施例中，led发光层可能有其他排列方式，并且从下到上沉积的发光层的颜色的顺序也可以改变为诸如红色、绿色和蓝色或红外线、橙色、和紫外线的组合或任何其他组合。在一些实施例中，特定led发光层，例如102、202和302，的颜色，可以选择发射任何颜色的光来适合led器件100的设计和功能。
67.在一些实施例中，发光层102通过金属键合层101键合到基板07。在一些实施例中，发光层202通过金属键合层201键合到发光层102。在一些实施例中，发光层302通过金属键合层301键合到发光层202。在一些实施例中，金属键合层101、201和301中的每一者也可以用作反射器以反射从直接位于相应的金属键合层之上的诸如102、202和302之类的led发光层发出的光。在一些实施例中，金属键合层101、201或301可以是透明金属键合层。
68.在一些实施例中，在led发光层之间形成有可选的反射层(图1a中未示出)以提高发光效率。
69.图1b是根据一些实施例的双色led器件200的截面图。在一些实施例中，多色led器件仅包括如图1a所示和所述的两个led结构01和02(包括在图1b中)。单像素双色led器件内在制备过程中形成有两个发光层。
70.在一些实施例中，多色led器件可以在像素区域内包括多于三个的led结构，诸如四个、五个和六个led结构等。在制备过程中形成的发光层的数量与单像素多色led器件内的led结构的数量相同。例如，如果在单个像素多色led器件内有四个led结构，则在制备过程中所需的发光层的数量也是四个。
71.图2示出了根据一些实施例的图1a中所示的三色led器件100的俯视图。如图1a所示，三色led器件包括在支撑基板07上的三个led结构01、02和03。如图1a所述，led结构01发出蓝色led光，led结构02发出绿色led光，led结构03发出红色led光。在一些实施例中，led结构01、02和03中的每一个具有矩形形状。在一些实施例中，led结构可以采用其他类型的形状，诸如圆形、椭圆形、正方形、平行四边形、三角形、梯形、多边形等。在一些实施例中，三个led结构的形状可以不同。在一些实施例中，led结构01、02和03各自的面积不同，例如，蓝色led结构01的面积在三个led结构中最大，绿色led结构02的面积在三个led结构中最小。在一些实施例中，各led结构的面积相同。
72.图3a是根据一些实施例的用于形成三色led器件(如图1a和图2中的100所示)的多层结构310的截面图。更具体地说，图3a图示了三色led器件的多个层的制备过程。
73.图3a示出了支撑led发光层102的基板105。在一些实施例中，基板105由蓝宝石构成。在一些实施例中，led发光层102生长在基板105上。在一些实施例中，led发光层102是基板105上的外延层。在一些实施例中，led发光层102用于形成蓝色微型led。在一些实施例中，led发光层102包括gan基的蓝色发光层。蓝色led外延层的示例包括iii-v族氮化物、iii-v族砷化物、iii-v族磷化物和iii-v族锑化物外延结构。在一些情况下，蓝色led发光层102内的膜可以包括p型gan层/ingan发光层/n型gan层。在一些实施例中，p型通常是mg掺杂的，而n型通常是si掺杂的。在一些示例中，led发光层102的厚度为约0.3微米至约5微米。
74.图3a还示出了支撑led发光层202的单独基板205。在一些实施例中，基板205由蓝宝石构成。在一些实施例中，led发光层202生长在基板205上。在一些实施例中，led发光层202是基板205上的外延层。在一些实施例中，led发光层202用于形成绿色微型led。在一些实施例中，led发光层202包括gan基的绿色发光层。绿色led外延层的示例包括iii-v族氮化物、iii-v族砷化物、iii-v族磷化物和iii-v族锑化物外延结构。在一些情况下，绿色led发光层202内的膜可以包括p型gan层/ingan发光层/n型gan层。在一些实施例中，p型通常是mg掺杂的，而n型通常是si掺杂的。在一些示例中，led发光层202的厚度为约0.3微米至约5微米。
75.在一些实施例中，金属键合层201将led发光层102和led发光层202键合在一起。在一种方法中，金属键合层201生长在led发光层102和/或led发光层202上。金属键合层201可以包括附加至金属键合层的欧姆接触层。在一些实施例中，金属键合层201的厚度为约0.1微米至约3微米。在一些情况下，金属键合层201中包括两个金属层。所述两个金属层中的一个金属层沉积在发光层102上。对应的金属键合层也沉积在发光层202上。在一些实施例中，金属键合层201的组成成分包括au-au键合、au-sn键合、au-in键合、ti-ti键合、cu-cu键合或上述的组合。例如，如果选择au-au键合，则两层au分别需要cr涂层作为粘合层以及pt涂层作为反扩散层。pt涂层位于au层与cr层之间。cr层和pt层位于两个键合在一起的au层的顶部和底部。在一些实施例中，当两个au层的厚度大致相同，在高压和高温下，两个层上的au相互扩散将所述两个层键合在一起。共晶键合、热压键合和瞬态液相(tlp)键合是可以使用的示例性技术。
76.通常，led发光层包括具有p型区/层和n型区/层的pn结，以及位于p型区/层与n型区/层之间的有源层。在一些实施例中，led发光层102的p型区/层靠近金属键合层201并且led发光层102的n型区/层靠近基板105。在一些实施例中，led发光层202的p型区/层靠近金属键合层201，led发光层202的n型区/层靠近基板205。
77.在一些实施例中，基板205在键合之后被移除，例如，通过激光剥离工艺或湿法化学蚀刻，留下包括基板105、发光层102、金属键合层201和发光层202的结构。
78.图3b是根据一些实施例的用于形成三色led器件(如图1a和图2中的100所示)的多层结构320的截面图。更具体地说，图3b图示了三色led器件的多个层的制备过程。
79.图3b示出了支撑led发光层302的基板305。在一些实施例中，基板305由砷化镓(gaas)构成。在一些实施例中，led发光层302生长在基板305上。在一些实施例中，led发光层302是基板305上的外延层。在一些实施例中，发光层302用于形成红色微型led。在一些实施例中，led发光层302包括红色发光层。红色led外延层的示例包括iii-v族氮化物、iii-v族砷化物、iii-v族磷化物和iii-v族锑化物外延结构。在一些情况下，红色led发光层302内的膜可以包括p型gap层/p型algainp发光层/algainp层/n型algainp层/n型gaas层。在一些实施例中，p型通常是mg掺杂的，n型通常是si掺杂的。在一些示例中，led发光层305的厚度为约0.3微米至约5微米。
80.在一些实施例中，金属键合层301将led发光层202和led发光层302键合在一起。在一种方法中，金属键合层301生长在led发光层302和/或led发光层202上。金属键合层301可以包括附加至金属键合层的欧姆接触层。在一些实施例中，金属键合层301的厚度为约0.1微米至约3微米。在一些情况下，金属键合层301中包括两个金属层。所述两个金属层中的一
个金属层沉积在发光层302上。对应的金属键合层也沉积在发光层202上。在一些实施例中，金属键合层202的组成成分包括au-au键合、au-sn键合、au-in键合、ti-ti键合、cu-cu键合或上述的组合。例如，如果选择au-au键合，则两层au分别需要cr涂层作为粘合层以及pt涂层作为反扩散层。pt涂层位于au层与cr层之间。cr层和pt层位于两个键合在一起的au层的顶部和底部。在一些实施例中，当两个au层的厚度大致相同，在高压和高温下，两个层上的au相互扩散将所述两个层键合在一起。共晶键合、热压键合和瞬态液相(tlp)键合是可以使用的示例性技术。
81.通常，led发光层由pn结构成。在一些实施例中，led发光层302的p型区/层靠近金属键合层301，led发光层302的n型区/层靠近基板305。
82.在一些实施例中，基板105在键合之后被移除，例如，通过激光剥离工艺或湿法化学蚀刻，留下包括基板305、发光层302、金属键合层301、发光层202、金属键合层201和发光层102的结构。
83.图3c是根据一些实施例的用于形成三色led器件(如图1a和图2中的100所示)的多层结构330的截面图。更具体地说，图3c图示了三色led器件的多个层的制备过程。
84.在一些实施例中，介电层106在进一步键合之前涂覆在发光层102上。在一些实施例中，介电层106包括sio2层。
85.图3d是根据一些实施例的用于形成三色led器件(如图1a和图2中的100所示)的多层结构340的截面图。更具体地说，图3d图示了三色led器件的多个层的制备过程。
86.在一些实施例中，例如，如上文在图3d中所述，从底部到顶部，发光层102内的层的顺序可以是n(底部)和p(顶部)，发光层202内的层的顺序可以是p(底部)和n(顶部)，发光层内层的顺序可以是p(底部)和n(顶部)。
87.在一些实施例中，金属键合层101将led发光层102(在不存在可选的介电层106的情况下)与具有包括像素驱动器06(如图1a所示)的集成电路的基板键合在一起。在一些实施例中，基板07包括硅。在一些实施例中，金属键合层101将位于led发光层102表面上的介电层106与具有包括像素驱动器06(如图1a所示)的集成电路的基板键合在一起。在一种方法中，金属键合层101生长在基板07和/或led发光层102(在不存在可选的介电层106的情况下)上。在另一种方法中，金属键合层101生长在基板07和/或位于led发光层102的表面的介电层106上。金属键合层101可以包括附加至金属键合层的欧姆接触层。在一些实施例中，金属键合层101的厚度为约0.1微米至约3微米。在一些情况下，金属键合层101中包括两个金属层。所述两个金属层中的一个金属层沉积在发光层102(在不存在可选的介电层106的情况下)或位于led发光层102表面上的介电层106上。对应的金属键合层也沉积在基板07上。在一些实施例中，金属键合层101的组成成分包括au-au键合、au-sn键合、au-in键合、ti-ti键合、cu-cu键合或上述的组合。例如，如果选择au-au键合，则两层au分别需要cr涂层作为粘合层以及pt涂层作为反扩散层。pt涂层位于au层与cr层之间。cr层和pt层位于两个键合在一起的au层的顶部和底部。在一些实施例中，当两个au层的厚度大致相同，在高压和高温下，两个层上的au相互扩散将所述两个层键合在一起。共晶键合、热压键合和瞬态液相(tlp)键合是可以使用的示例性技术。
88.在一些实施例中，介电层106可以用作绝缘层。在一些实施例中，在led发光层102的n型区/层靠近金属键合层101的情况下，介电层106可以将led发光层102的n型区/层与金
属键合层101电绝缘。
89.在一些实施例中，介电层106可以用作反射层。反射层106在键合后位于金属键合层101与发光层102之间。在一些情况下，反射层106的厚度为约0.1微米至约5微米。在一些实施例中，反射层106包括分布式布拉格反射器(dbr)结构。例如，反射层106由具有不同折射率的交替或不同材料的多个层形成。在一些情况下，dbr结构的每个层边界引起光波的部分反射。可以使用反射层106来反射一些选定的波长的光，例如，蓝光。在一些实施例中，反射层106由多个sio2和ti3o5层制成。通过分别改变sio2和ti3o5层的厚度和数量，可以形成对不同波长的光的选择性反射或传播。在一些实施例中，用于红光led的反射层106包括多个au或/和氧化铟锡(ito)层。
90.在一些实施例中，基板305在键合之后被移除，例如，通过激光剥离工艺或湿法化学蚀刻，留下从底部到顶部包括基板07、键合金属层101、可选的绝缘层/反射层106、发光层102、金属键合层201、发光层202、金属键合层301和发光层302的结构。
91.在一些实施例中，如上所示，在器件制备过程中，三个led发光层形成堆叠结构，例如，绿色led发光层202位于蓝色led发光层102的上方，并且蓝色led发光层302位于绿色发光层202的上方。在一些实施例中，各键合层101、201和301分别位于基板07与led发光层102之间，led发光层102与202之间以及led发光层202与302之间。
92.为了形成如图1a所示的三个led结构01、02和03，由图3d形成的结构340(在移除基板305之后)被进一步图案化。例如，可以应用额外的掩模层和不同的蚀刻步骤来图案化图1a中的三个led结构01、02和03。在一些实施例中，为了得到led结构01，led结构01内的金属键合层201、发光层202、金属键合层301和发光层302被移除。在一些实施例中，为了得到led结构02，led结构02内的金属键合层301和发光层302被移除。在一些实施例中，包括键合金属层101、可选的绝缘层/反射层106、发光层102、金属键合层201、发光层202、金属键合层301和发光层302的所有层被从led结构01、02和03之外的空间移除。
93.在一些实施例中，如图1a所述，电极103、203和303分别形成在led结构01、02和03上。在一些实施例中，电极103、203和303分别电连接到发光层102、202和302的p型层。如图1a所述，在led结构01、02和03上方形成诸如二氧化硅的绝缘层04。在一些实施例中，绝缘层04也形成在led结构01、02和03之间的空间或间隙中(图1a中未示出)。在一些实施例中，如图1a所述，在绝缘层04中形成开口104以暴露发光层102的底部n型层102-2的表面。在一些实施例中，如图1a所述，在绝缘层04中形成开口204以暴露发光层202的顶面(n型层)。在一些实施例中，如图1a所述，在绝缘层04中形成开口304以暴露发光层302的顶面(n型层)。在一些实施例中，ito层05形成在多色led器件100的整个表面上方并分别通过开口104、204和304连接到发光层102、202和302的n型层。
94.在一些实施例中，每个led发光层内的所有p型层(或区)和n型层(或区)的位置或定位可以互换。例如，对于图3d，从底部到顶部，发光层102内的层的顺序可以是p(底部)和n(顶部)，发光层202内的层的顺序可以是n(底部)和p(顶部)，而发光层内的层的顺序可以是n(底部)和p(顶部)(图3d中未示出)。
95.实施以形成本文在图1-3中公开的三色led器件100的方法和工艺极大地简化了形成不同颜色的led结构的制备步骤。由于所有三个发光层通过键合形成堆叠结构，因此可以单独制造特定颜色的每个发光层，而无需引入多个层在彼此之上一层一层生长或沉积的复
杂步骤。另外，在制备步骤中，可以跨不同的led结构共享所有形成的层，因此特定颜色的每个led结构可以自相同的基层以最少的图案化和蚀刻步骤形成。该方法和工艺提高了形成多色微型led器件的制造效率，并且还通过减少中间步骤和材料降低了成本。
96.在一些实施例中，为了形成如图1b所示的双色led器件200，制造步骤与形成三色led器件基本相同，除了不需要形成发光层302及与其相关的金属键合层301和基板305的步骤之外。
97.多色led器件的各种设计方面，诸如层的尺寸(例如，每个层的宽度、长度、高度和横截面积)，电极的尺寸、所述两个或更多个led结构、所述两个或更多个发光层、键合层、反射层和导电层的大小、形状、间距，以及排列方式，以及集成电路、像素驱动器和电连接之间的配置被选择(例如，使用成本或性能函数进行优化)以获得所需的led特性。基于上述设计方面而改变的led特性包括例如大小、材料、成本、制备效率、发光效率、功耗、方向性、光强、光通量、颜色、光谱和空间辐射图案。
98.另外的实施例还包括了上述实施例的各种子集，包括在各个实施方式中组合或以其他方式重新布置的图1a、1b、2、和3a-3d中的实施例。
99.图4是根据一些实施例的微型led显示面板400的俯视图。显示面板400包括数据接口410、控制模块420和像素区域450。数据接口410接收定义要显示的图像的数据。此数据的源和格式将根据应用而变化。控制模块420接收输入数据并将其转换为适合于驱动显示面板中的像素的形式。控制模块420可以包括：数字逻辑和/或状态机以将所接收的格式转换为适合于像素区域450的格式；移位寄存器或其他类型的缓存和存储器以存储和传输数据；数模转换器和电平移位器；以及包括时钟电路的扫描控制器。
100.像素区域450包括像素阵列。像素包括例如如上所述的集成有像素驱动器的诸如三色led 434的微型led。在该示例中，显示面板400是彩色rgb显示面板。它包括红色、绿色和蓝色像素。在每个像素内，三色led 434由像素驱动器控制。根据先前所示的实施例，该像素与电源电压(未示出)接触、通过接地焊垫436与地接触、也与控制信号接触。尽管在图4中未示出，三色led 434的p电极和驱动晶体管的输出端位于led 434内，且通过诸如图1a和1b中的金属键合层101之类的金属键合层电连接。根据不同实施例，建立led电流驱动信号连接(在led的p电极与像素驱动器的输出端之间)、接地连接(在n电极与系统地之间)、电源电压vdd连接(在像素驱动器的源极与系统vdd之间)以及至像素驱动器栅极的控制信号连接。
101.图4仅是代表性的附图。其他设计将是明显的。例如，颜色不必是红色、绿色和蓝色。它们也不必排列成列或带状。作为一个示例，除了图4中所示的方形像素矩阵的排列方式之外，六边形像素矩阵的排列方式也可用于形成显示面板400。
102.在一些应用中，完全可编程的矩形像素阵列不是必须的。具有多种形状和显示器的显示面板的其他设计也可以使用本文所述的器件结构构成。一类例子是专业应用，包括标牌和汽车。例如，可以以星形或螺旋形状布置多个像素以形成显示面板，并且可以通过打开和关闭led生成显示面板上的不同图案。另一个专业示例是汽车前灯和智能照明，其中某些像素被分组在一起以形成各种照明形状，并且每组led像素可以通过单独的像素驱动器打开或关闭或者调节。
103.甚至每个像素内的器件的横向布局也可以变化。在图1a、1b和3a-3d中，led和像素驱动器垂直排列，即，每个led位于相应像素驱动电路的顶部。其他布局也是可能的。例如，
像素驱动器也可以位于led的“后面”、“前面”或“旁边”。
104.不同类型的显示面板可以被制备出来。例如，显示面板的分辨率通常可以在8
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8至3840
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2160的范围内。常见的显示分辨率包括分辨率320
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240且长宽比4:3的qvga、分辨率1024
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768且长宽比4:3的xga、分辨率1280
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720且长宽比16:9的d、分辨率1920
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3020且长宽比16:9的fhd、分辨率3840x2160且长宽比16:9的uhd、以及分辨率4096
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2160的4k。还可以有各种各样的像素大小，范围从亚微米及以下到10mm及以上。整体显示区域的尺寸也可以广泛变化，范围从对角线小到几十微米或更小，到数百英寸或更大。
105.不同的应用还将对光学亮度具有不同的要求。示例应用包括直视显示屏，用于家庭/办公投影仪和便携式电子产品，诸如智能手机、笔记本电脑、可穿戴电子设备、ar和vr眼镜的光引擎，以及视网膜投影。功耗可在从用于视网膜投影仪的低至几毫瓦到大屏幕户外显示器、投影仪和智能汽车前灯的高达千瓦级的范围内变化。就帧速率而言，由于无机led的快速响应(纳秒级)，帧速率可以高达khz级别，或者对于小分辨率甚至是mhz级别。
106.另外的实施例还包括上述实施例的的各种子集，包括在各个实施方式中组合或以其他方式重新布置的图1a、1b、2、3a-3d和4中的实施例。
107.尽管具体描述包含许多细节，但是这些不应被解释为限制本发明的范围，而仅仅是说明本发明的不同示例和方面。应当理解，本发明的范围包括上面未详细讨论的其他实施例。例如，上述方法可以应用于非led的功能器件与非像素驱动器的控制电路的集成。非led器件的示例包括垂直腔面发射激光器(vcsel)、光电探测器、微机电系统(mems)、硅光子器件、功率电子器件和分布式反馈激光器(dfb)。示例也包括有机led(oled)器件。其他控制电路的示例包括电流驱动器、电压驱动器、跨阻放大器和逻辑电路。
108.所公开的实施例的前述描述被提供以使得本领域任何技术人员能够作出或使用本文描述的实施例及其变型。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在不脱离本文公开的主题的精神或范围的情况下，本文定义的通用原理可以应用于其他实施例。因此，本公开不旨在限于本文所示的实施例，而是将符合与所附权利要求书与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
109.本发明的特征可以在计算机程序产品中、通过使用计算机程序产品或在计算机程序产品的帮助下实现，所述计算机程序产品为诸如存储介质或计算机可读存储介质，其中或其上存储有指令，这些指令可被用于对处理系统进行编程，以执行本文所呈现的任何特征。存储介质可以包括但不限于高速随机存取存储器，诸如dram、sram、ddr ram或其他随机存取固态存储装置，并且可以包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储装置、光盘存储装置、闪存装置或其他非易失性固态存储装置。存储器可选地包括远离cpu定位的一个或多个存储装置。存储器或替代性地存储器内的非易失性存储器装置包括非暂时性计算机可读存储介质。
110.存储在任何机器可读介质上的本发明的特征可以结合在软件和/或固件中，用于控制处理系统的硬件，以及使处理系统能够利用本发明的结果与其他机制交互。这种软件或固件可以包括但不限于应用代码、装置驱动器、操作系统和执行环境/容器。
111.应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。
112.本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制权利要求。如
在实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地表明。还应理解，如本文所用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的所列出的项目中的一个或多个项目得任何和所有可能的组合。还应理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定所阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组。
113.如本文所用，术语“如果”可以被解释为意味着根据上下文“在
……
情况下”“当
……
时”或“响应于确定出”或“根据
…
的确定”或“响应于检测到”，陈述的先决条件为真。类似地，短语“如果确定了[所陈述的先决条件为真]”或“如果[陈述的先决条件为真]”或“当[陈述的先决条件为真]时”可以被解释为意味着根据上下文，“当确定”或“响应于确定”或“根据确定”或“当检测到”或“响应于检测到”，所陈述的先决条件为真。
[0114]
出于解释的目的，已经参考特定实施例对前述进行了描述。然而，上述说明性讨论并非旨在穷举，或者将权利要求限制在所公开的精确形式。考虑到上述教示，可以进行许多修改和变形。选择和描述实施例，以便最佳地解释操作原理和实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明和各种实施例。