CN119403332B 一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件及其制备方法 （湖南大学）

(19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN119403332B(21)申请号202510000199.6(22)申请日2025.01.02(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号CN119403332A(43)申请公布日2025.02.07路2号(72)发明人潘安练廖小琴陈舒拉(74)专利代理机构长沙永星专利商标事务所(普通合伙)43001专利代理师邓淑红柳莺H1OH29/24(2025.01)H10H29/03(2025.01)H10H29/85(2025.01)H10H20/83(2025.01)(56)对比文件权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件及其制备方法；涉及光学半导体领域，该显示器件包括驱动基板，所述驱动基板表面设有多个凹槽区，多个凹槽区呈阵列排布；每个凹槽区中均嵌设有LEDbar单元，LEDbar单元可被单独驱动；LEDbar单元包括多个LED单元和多个电极层，LED单元与电极层穿插排列且呈鳍型固定在驱动基板凹槽区内，两电极层分别组成LEDbar单元的最外侧两层；该方法是通过晶圆垂直键合并深槽刻蚀后进行旋转巨量转移；本申请将蚀刻后的LEDbar单元旋转水平放置在驱动基板凹槽内，每个LEDbar单元包括发光区和金属区，发光区呈鳍型水平排列，发光面积较小，进而可以实现纳米级尺寸发光，且垂直方向无光串扰现象；金属区可以阻挡反射发光区的光，避免水平方向上光串扰的同时也提高了发光区的亮度，从而提高LED像和度。2132122142A21.一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件，其特征在于：包括驱动基板，所述驱动基板表面设有多个凹槽区，多个凹槽区呈阵列排布；每个凹槽区中均嵌设有LEDbar单元，LEDbar单元可被单独驱动；LEDbar单元包括多个LED单元和多个电极层，LED单元与电极层穿插排列且呈鳍型固定在驱动基板凹槽区内，两电极层分别组成LEDbar单元的最外侧两层；个所述电极层分别为第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层，电极层与驱动基板上的焊点一一对应并进行电性连接。2.根据权利要求1所述的鳍型三色集成Micro-LED显示器件，其特征在于：所述凹槽区可为长方体也可为倒金字塔形状。3.根据权利要求2所述的鳍型三色集成Micro-LED显示器件，其特征在于：所述LEDbar单元具有第一高度H₁,第一高度H₁的范围为0.5μm~10μm,所述凹槽区具有第二高度H₂,第一高度H₂的范围为1μm~1lμm,且满足0≤H₂-H₁≤2μm。4.根据权利要求3所述的鳍型三色集成Micro-LED显示器件，其特征在于：所述LEDbar单元具有第一宽度A₁,第一宽度A₁的范围为0.5μm~10μm,所述凹槽区具有第二宽度A₂,第一宽度A₂的范围为1μm~1lμm,且满足0≤A₂-A₁≤2μm5.根据权利要求4所述的鳍型三色集成Micro-LED显示器件，其特征在于：所述LEDbar单元具有第一长度L₁,第一长度L₁的范围为5μm~15μm,所述凹槽区具有第二长度L₂,第6.根据权利要求5所述的鳍型三色集成Micro-LED显示器件，其特征在于：每个所述LED单元的材料体系为AlGaInN或AlGaInP或AsGaInP基Ⅲ-V族化合物中的一种，每个所述LED7.一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制作方法，用于制备上述权利要求6所述的一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件，其特征在于包括如下步骤：S1、提供暂态基板，在暂态基板上分步沉积热熔性连接层及第四电极层；S6、采用离子束蚀刻的方式蚀刻出LEDbar单元；S7、通过巨量转移的方式将LEDbar单元转移至驱动基板的凹槽区，快速退火将LEDbar单元的电极层与驱动基板上的焊点连接，并在驱动基板表面沉积一层钝化层。8.根据权利要求7所述的鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制作方法，其特征在于：对于LEDbar单元的电极层与驱动基板上的焊点对准后采用快速退火对焊点进行热处理，快速退火的温度为200~350℃,退火时间为1~3min。3技术领域[0001]本发明涉及光学半导体领域，尤其是涉及一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件及其制备方法。背景技术强现实等技术领域具有重大的商业价值。但是目前主流应用的垂直堆叠三色Micro-LED存在不同波长LED键合金属遮挡出光面的问题，亦或是不同波长LED之间光串扰以及短波长[0003]为了避免遮挡出光面或者LED间光串扰现象，通常会将三色LED阶梯式垂直堆叠排列或水平排列在驱动基板上，再用金属包裹像素点。金属包裹三色LED整体制备工艺相对复[0004]如何在保证良率的前提下提高三色集成LED的出光效率以及显示饱和度是一项亟待解决的技术难题。发明内容[0005]本申请提供了一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件及其制备方法。[0006]第一方面，本申请提供鳍型三色集成Micro-LED显示器件，采用如下的技术方案：[0007]一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件，包括驱动基板，所述驱动基板表面设有多个凹槽区，多个凹槽区呈阵列排布；每个凹槽区中均嵌设有LEDbar单元型固定在驱动基板凹槽区内，两电极层分别组成LEDbar单元的最外侧两层。和蓝光LED,多个所述电极层分别为第一电极层、第二电极层、第三电极层和第四电极层，电极层与驱动基板上的焊点一一对应并进行电性连接。[0009]可选的，所述凹槽区可为长方体也可为倒金字塔形状。述凹槽区102具有第二高度H₂,第一高度H₂的范围为1μm~1lμm,且满足0≤H₂-H₁≤2μm。述凹槽区102具有第二宽度A₂,第一宽度A₂的范围为1μm~1lμm,且满足0≤A₂-A₁≤2μm[0012]可选的，所述LEDbar单元具有第一长度L₁,第一长度L₁的范围为5μm~15μm,所述凹槽区102具有第二长度L₂,第一长度L₂的范围为5μm~20μm,且满足0≤L₂-L₁≤5μm。[0013]可选的，每个所述LED单元的材料体系为AlGaInN或AlGaInP或AsGaInP基Ⅲ-V族4[0014]第二方面，本申请还提供一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制作方法，采用如下技术方案：[0015]一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制作方法，包括如下步骤：[0016]S1、提供暂态基板，在所述暂态基板上分步沉积热熔性连接层及第四电极层；[0022]S7、通过巨量转移的方式将LEDbar单元转移至驱动基板的凹槽区，快速退火将LEDbar单元的电极层与驱动基板上的焊点连接，并在驱动基板表面沉积一层钝化层；[0023]可选的，对于LEDbar单元的电极层与驱动基板上的焊点对准后采用快速退火对焊点进行热处理，快速退火的温度为200~350℃,退火时间为1~3min。[0025]本申请将三色LED垂直堆叠键合蚀刻后，将三色LED旋转转移至驱动基板上且呈鳍型排布，将常规的侧壁转为发光面，利用侧壁发光，另外电极层金属充当电极的同时也抑制了光串扰，提高Micro-LED的光效以及显示的饱和度，解决了三色LED存在的常见问题，同时该项制备方法对比现有主流垂直堆叠三色Micro-LED,由于该工艺方法是晶圆堆叠键合后再进行像素刻蚀，无需微米级像素一一对准，其键合工艺容错率更大；且该方法无需进行额外的侧壁遮光工艺。附图说明[0026]图1是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的俯视结构图；[0027]图2是图1沿A-A线的剖视图；[0028]图3是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制备方法中第一步的结构示意[0029]图4是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制备方法中第二步的结构示意[0030]图5是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制备方法中第三步的结构示意[0031]图6是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制备方法中第四步的结构示意[0032]图7是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制备方法中第五步的结构示意[0033]图8是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制备方法中第六步的结构示意[0034]图9是本申请鳍型三色集成Micro-LED显示器件的制备方法中第七步的结构示意5[0035]图10是图8中LEDbar单元俯视结构图；流扩展层。具体实施方式[0039]以下结合附图1-11对本申请作进一步详细说明。[0040]本申请实施例公开一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件，如图1和图2所示，该显示器件包括驱动基板1,驱动基板1表面设有若干阵列的凹槽区102,凹槽区102可为长方体也可为倒金字塔形状，凹槽区102中设有LEDbar单元2,每个LEDbar单元2可单独被驱动，每个LEDbar单元2包括多个LED单元20和多个电极层21,LED单元20与电极层21穿插排列且呈鳍型固定在驱动基板1凹槽区102内。[0041]驱动基板1包括多个焊点101,LEDbar单元2包括多个LED单元20和多个电极层21,电极层21的材质选自Au、Ag、Pt、A1、Cr、Ti中的单层或叠层，多个LED单元20分别为红光LED203、绿光LED202和蓝光LED201,多个电极层21分别为第一电极层211、第二电极层212、第三电极层213和第四电极层214,每个电极层21与驱动基板1上的焊点101电性连接，在本申请实施例中采用热熔的方式连接；LED单元20与电极层21交叉设置，且第一电极层211与第四电极层214分布在最外两侧。[0042]驱动基板1中设有驱动电路，驱动电路用于将电信号提供给LEDbar单元2以控制亮度，驱动基板1可以是硅基互补金属氧化物半导体驱动板或薄膜场效应管驱动板等。[0043]LEDbar单元具有第一高度H₁,第一高度H₁的范围为0.5μm~10μm,凹槽区102具有第二高度H₂,第一高度H₂的范围为1μm~1lμm,且满足0≤H₂-H₁≤2μm。[0044]可以理解的是，本申请通过使凹槽区102与LEDbar单元2高度的差值，满足：0≤H₂-H₁≤2μm,可以使凹槽区102将LEDbar单元2侧壁的出光阻挡，从而减少LEDbar单元2的光串扰，从而解决现有LED需要面对的常见问题。[0045]LEDbar单元具有第一宽度A₁,第一宽度A₁的范围为0.5μm~10μm,凹槽区102具有第二宽度A₂,第一宽度A₂的范围为1μm~1lμm,且满足0≤A₂-A₁≤2μm[0046]LEDbar单元具有第一长度L₁,第一长度L₁的范围为5μm~15μm,所述凹槽区102具有第二长度L₂,第一长度L₂的范围为5μm~20μm,且满足0≤L₂-L₁≤5μm。[0047]可以理解的是，本申请通过使凹槽区102与LEDbar单元2宽度和长度的差值，满足：0≤A₂-A₁≤2μm和0≤L₂-L₁≤5μm,可以使LEDbar单元2更方便且准确的转移至凹槽区102内，从而提高巨量转移良率。[0048]如图11所示，红光LED203、绿光LED202及蓝光LED201的材料体系为AlGaInN或6括P型电流扩展层115,P型层114,量子阱113,N型层112,N型欧姆接触层111。[0049]请参见图3至图9,本申请的第二方面提供一种鳍型三色集成Micro-LED显示器件[0050]S1、提供暂态基板3,暂态基板3材料可以是Si、Al₂O₃、SiC或GaN,在暂态基板3上分步沉积热熔性连接层4及第四电极层214,热熔性连接层4材料可以是低熔点合金或者有机粘结剂，可以理解的是，采用热熔性连接层4主要是在巨量转移的过程中更方便的通过激光对准加热将LEDbar单元2准确地从暂态基板3上取下；[0052]S3、在红光LED203表面沉积第三电极层213,将绿光LED202键合在第三电极层213[0053]S4、在绿光LED202表面沉积第二电极层212,将蓝光LED201键合在绿光LED202上，[0055]S6、采用离子束蚀刻的方式蚀刻出LEDbar单元2,具体的，采用纯氩的离子束刻蚀[0056]S7、通过巨量转移的方式将LEDbar单元2转移至驱动基板1的凹槽区102,快速退火将LEDbar单元2的电极层21与驱动基板1上的焊点101连接，并在驱动基板1表面沉积一层钝化层8;[0057]图3至图9展示了显示器件制备过程中不同阶段的横截面图。图10为图8暂态基板3上蚀刻出LEDbar单元2对应的俯视图，顶部为电极层21。[0058]对于LEDbar单元2的电极层21与驱动基板1上的焊点101焊接后进行快速退火，快速退火的温度为200~350℃,退火时间为1~3min。任意一种或几种的组合。[0060]该项制备方法对比现有主流垂直堆叠三色Micro-LED,由于该工艺方