CN115988932A - 一种量子点混合集成多色显示器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子点混合集成多色显示器，包括CMOS晶圆衬底、阳极过孔、发光单元、填充层和盖板玻璃，CMOS晶圆衬底内设有钨孔，阳极过孔设置在CMOS晶圆衬底内部，阳极过孔通过钨孔与CMOS晶圆驱动电路电连接，阳极过孔贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，在CMOS晶圆衬底上阳极过孔的表面设有发光单元，通过阳极过孔向发光单元提供驱动电流信号，填充层由OC胶形成涂满CMOS晶圆衬底和发光单元表面，盖上盖板玻璃对整个器件进行密封。本发明采用量子点与蓝光LED相结合的方法规避了micro‑LED彩色化难题以及量子点蓝光寿命效率不成熟的技术短板；该量子点混合集成多色显示器结构简单、使用方便、制造良率高、发光效果好。还公开了一种量子点混合集成多色显示器的制造方法。
Description
技术领域
本发明属于微显示技术领域，具体涉及一种量子点混合集成多色显示器及其制造方法。
背景技术
微显示器是目前较为火热“元宇宙”概念的视觉入口，但是目前采用的微显示器主流技术为硅基液晶，但是液晶显示器通过液晶的开关进行显示，其响应速度较慢，并且难以做到高分辨率，因此存在纱窗效应等不足，难以长时间佩戴应用于较为领先的“元宇宙”；micro-OLED即硅基OLED技术虽然目前已进入量产阶段，但是仍然具备亮度低、发光效率低等劣势，micro-LED微显示被认为最适合“元宇宙”应用的微显示器；但是，其彩色化仍然是目前难以攻克的课题。无论应用于常规显示还是应用于高像素密度的微显示，micro-LED微显示均存在：制造工艺复杂而导致产品制造良率低而不适合量产的技术缺陷。
经检索发现，2019-12-13公开的专利号为CN201910816511的中国发明专利公开了一种基于相变材料及量子点的显示器件，包括显示单元，所述显示单元包括多色量子点背光源和相变滤波器，所述多色量子点背光源包括基底和多色量子点发光组件，该多色量子点发光组件设置在该基底的上表面上，以用于发射复色光；所述相变滤波器包括从下至上依次设置的隔离层、第一F-P谐振腔、相变材料层和第二F-P谐振腔，在相变材料层上施加电压进行电刺激或照射激光进行激光刺激，利用所述相变材料层在非晶态和晶态之间相互转化时的透射率变化来对多色量子点发光组件发出的复色光进行过滤，从而获得所需波长和强度的单色光，进而实现色彩的显示。但量子点复色光中的蓝色材料寿命和效率仍然无法满足产业成本与性能的需求，无法解决上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、使用方便、制造良率高、发光效果好的量子点混合集成多色显示器，本发明还提供了一种量子点混合集成多色显示器的制造方法，该制造方法工艺简单、容易实现。本发明采用量子点与蓝光LED相结合的方法规避了micro-LED彩色化难题以及量子点蓝光寿命效率不成熟的技术短板。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种量子点混合集成多色显示器，包括CMOS晶圆衬底、阳极过孔和发光单元，所述CMOS晶圆衬底内设有钨孔，阳极过孔设置在CMOS晶圆衬底内部，阳极过孔通过钨孔与CMOS晶圆衬底内驱动电路电连接，阳极过孔贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，在CMOS晶圆衬底上阳极过孔的表面设有发光单元，通过阳极过孔向发光单元提供驱动电流信号。该量子点混合集成多色显示器还包括填充层和盖板玻璃，填充层由OC胶形成涂满CMOS晶圆衬底和发光单元表面，盖上盖板玻璃对整个器件进行密封。
进一步的，所述发光单元包括LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元和量子点第二发光单元，设定量子点第一发光单元发出绿光、量子点第二发光单元发出红光，或设定量子点第一发光单元发出红光、量子点第二发光单元发出绿光；或仅设置量子点第一发光单元与LED蓝色发光单元共同构成两色发光单元，量子点第一发光单元发绿光或红光；或仅设置量子点第二发光单元与LED蓝色发光单元共同构成两色发光单元，量子点第二发光单元发绿光或红光。
进一步的，所述量子点第一发光单元包括从下到上依次设置的第一发光单元阳极、第一发光单元空穴注入层、第一发光单元空穴传输层、量子点第一发光)、第一发光单元电子传输层和第一发光单元阴极层；所述量子点第二发光单元包括从下到上依次设置的第二发光单元阳极、第二发光单元空穴注入层、第二发光单元空穴传输层、量子点第二发光层、第二发光单元电子传输层和第二发光单元阴极层。
进一步的，所述CMOS晶圆衬底上在并排的阳极过孔表面分别设置LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元和量子点第二发光单元，LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元、量子点第二发光单元之间设有间距。
进一步的，在整面CMOS晶圆衬底和LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元、量子点第二发光单元上沉积透明导电薄膜ITO形成共阴极；在LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元、量子点第二发光单元之间区域的透明导电薄膜ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti中的一种或多种金属构成一层或多层金属层形成互联电极。
基于上述一种量子点混合集成多色显示器，本发明还涉及一种量子点混合集成多色显示器的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
S1，提供CMOS晶圆衬底和蓝光LED外延片，将CMOS晶圆衬底与蓝光LED外延片进行金属键合，再将LED外延片衬底去除，经过光刻、刻蚀制程进行像素图案化形成具有蓝色发光单元的硅基CMOS晶圆；通过IBE工艺对CMOS晶圆表面的金属进行刻蚀，仅留下位于LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元、量子点第二发光单元位置处的金属，其中各发光单元的尺寸为0.1-30um，发光单元之间的间距为0.01-5um；
S2，采用sputer工艺沉积ITO，通过黄光、刻蚀工艺在量子点第一发光单元、量子点第二发光单元所在位置处的金属上方形成ITO层；
S3，通过溶液旋涂法或真空蒸镀工艺在ITO层表面沉积PEDOT:PSS，形成厚度为30nm的空穴注入层；
S4，在空穴注入层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积TFB，形成厚度为30nm的空穴传输层；
S5，在空穴传输层上量子点第一发光单元位置或量子点第二发光单元位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积DICTRz:CdSe/CdS(红光量子点发光波长是630nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S6，在空穴传输层上量子点第二发光单元位置或量子点第一发光单元位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积CdSe/CdS或InP量子点(绿光光量子点发光波长是540nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S7，在发光层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积ZnO，形成厚度为30nm的电子传输层；
S8，采用光刻以及有机溶剂化学腐蚀法，将LED蓝色发光单元表面的由S2后续工艺沉积的物质去除，也可以同步将LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元、量子点第二发光单元之间的沉积物质去除，至此形成量子点第一发光单元和量子点第二发光单元；
S9，采用sputer工艺在整面CMOS晶圆衬底和LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元、量子点第二发光单元上沉积20-1000nm厚的透明导电薄膜ITO形成共阴极。
进一步的，所述CMOS晶圆衬底上在阳极过孔表面设置LED蓝色发光单元，在LED蓝光单元侧壁通过PECVD或ALD沉积一层钝化层，量子点第一发光单元和量子点第二发光单元设置在LED蓝色发光单元上部，量子点第一发光单元与量子点第二发光单元之间设有间距。
进一步的，所述LED蓝色发光单元的上表面沉积ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni金属中的一种或多种形成LED蓝色发光单元的透明阴极层，在阴极层表面沉积DBR、ODR、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为反射层，反射层的长度小于LED蓝光单元的长度，量子点第一发光单元、量子点第二发光单元位于反射层上表面，量子点第一发光单元和量子点第二发光单元的阳极分别与CMOS晶圆衬底上的阳极过孔电连接。
进一步的，在所述LED蓝光单元***上表面沉积0.5-2um的ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni金属中的一种或多种形成LED蓝色发光单元阴极，在LED蓝色发光单元的左右两侧分别设置反射透镜；在整面CMOS晶圆衬底和量子点第一发光单元、量子点第二发光单元、LED蓝色发光单元阴极上沉积透明导电薄膜ITO作为共阴极，在量子点第一发光单元与量子点第二发光单元之间的透明导电薄膜ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti中的一种或多种金属构成一层或多层金属层形成互联电极。
基于上述一种量子点混合集成多色显示器，本发明还涉及一种量子点混合集成多色显示器的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
S1，提供CMOS晶圆衬底和蓝光LED外延片，将CMOS晶圆与蓝光LED外延片进行金属键合，再将LED外延片衬底去除，经过光刻、刻蚀制程进行像素图案化形成具有蓝色发光单元的硅基CMOS晶圆；通过IBE工艺对CMOS晶圆表面的金属进行刻蚀，仅留下位于LED蓝色发光单元的金属；通过ALD或PECVD在蓝色发光单元侧壁沉积500nm厚SiO2，再通过光刻、干刻工艺形成第一钝化层；
S2，通过sputer在LED蓝色发光单元3的上表面沉积50-1000nm的ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种金属或多种金属作为LED蓝色发光单元的透明阴极层；
S3，在透明阴极层表面沉积DBR、ODR、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为反射层，经过黄光与刻蚀处理后使得反射层的长度低于LED蓝光单元的长度约0.5-30um；
S4，在LED蓝色发光单元的左右两侧分别设置反射透镜，反射透镜可以由Si的氮氧化物刻蚀然后再表面沉积反射金属构成；
S5.当LED蓝色发光单元发出的光在LED蓝色发光单元的阳极以及反射层之间反射，直到传输到反射透镜表面，反射透镜可以将入射过来的光平行射出上表面；
S6.采用PECVD、黄光、刻蚀工艺在反射层表面制作50-100nmSiO2；
S7.通过黄光、沉积、刻蚀等工艺在LED蓝光单元***阴极层上表面沉积0.5-2um的Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种金属形成LED蓝色发光单元阴极；
S8.通过黄光、沉积、刻蚀等工艺在SiO2表面上沉积0.5-2um的Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种分别制作量子点第一发光单元、量子点第二发光单元的阳极，并且量子点第一发光单元、量子点第二发光单元的阳极分别与LED蓝光单元两侧的钨孔相连接；
S9，通过ALD或PECVD沉积500nm厚SiO2，再通过光刻、干刻工艺形成对量子点第一发光单元、量子点第二发光单元阳极位置的SiO2层进行刻蚀去除，仅对量子点第一发光单元、量子点第二发光单元以外的位置进行覆盖；
S10，通过溶液旋涂法或真空蒸镀工艺在量子点第一发光单元、量子点第二发光单元的阳极表面沉积PEDOT:PSS，形成厚度为30nm的空穴注入层，制作第一发光单元空穴注入层与第二发光单元空穴注入层；
S11，在空穴注入层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积TFB，形成厚度为30nm的空穴传输层，制作第一发光单元空穴传输层与第二发光单元空穴传输层；
S12，在空穴传输层上量子点第一发光单元位置或量子点第二发光单元位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积DICTRz:CdSe/CdS(红光量子点发光波长是630nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S13，在空穴传输层上量子点第二发光单元位置或量子点第一发光单元位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积CdSe/CdS或InP量子点(绿光光量子点发光波长是540nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S14，在发光层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积ZnO，形成厚度为30nm的电子传输层；
S15，采用sputer工艺在整面CMOS晶圆衬底和量子点第一发光单元、量子点第二发光单元、LED蓝色发光单元阴极以及阴极环上沉积20-1000nm厚的透明导电薄膜ITO，使得阴极环可以同时对LED蓝色发光单元、量子点第一发光单元、量子点第二发光单元进行供电，形成共阴极。
采用本发明技术方案的优点为：
1、本发明采用量子点与蓝光LED相结合的方法规避了micro-LED彩色化难题以及量子点蓝光寿命效率不成熟的技术短板；该量子点混合集成多色显示器结构简单、使用方便、制造良率高、发光效果好；进一步提出了垂直结构的量子点混合集成多色显示器结构，可以达到进一步提高显示器PPI(像素密度)的技术效果。
2、本发明通过将成熟的无机GaN体系的蓝光LED与红、绿光量子点发光体系技术集成到一起构成彩色化微显示器件，克服了现有GaN红光效率低的技术缺陷，完成了无机LED微显示器件的高效率显示。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明实施例1量子点混合集成多色显示器截面示意图；
图2为本发明实施例1量子点混合集成多色显示器另外一种排列方式截面示意图；
图3为本发明实施例2量子点混合集成多色显示器叠层结构俯视示意图；
图4为图3中沿BB’截面示意图；
图5为图3中沿AA’截面示意图；
图6为量子点电致发光单元结构示意图。
上述图中的标记分别为：1、CMOS晶圆衬底；2、阳极过孔；3、LED蓝色发光单元；4、量子点第一发光单元；401、第一发光单元阳极；402、第一发光单元空穴注入层；403、第一发光单元空穴传输层；404、量子点第一发光层；405、第一发光单元电子传输层；406、第一发光单元阴极层；5、量子点第二发光单元；501、第二发光单元阳极；502、第二发光单元空穴注入层；503、第二发光单元空穴传输层；504、量子点第二发光层；505、第二发光单元电子传输层；506、第二发光单元阴极层；6、填充层；7、填充层；8、反射透镜；9、钝化层；10、LED蓝色发光单元阴极；11、反射层。
具体实施方式
在本发明中，需要理解的是，术语“长度”；“宽度”；“上”；“下”；“前”；“后”；“左”；“右”；“竖直”；“水平”；“顶”；“底”“内”；“外”；“顺时针”；“逆时针”；“轴向”；“平面方向”；“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位；以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至图6所示，一种量子点混合集成多色显示器，包括CMOS晶圆衬底1、阳极过孔2、发光单元，所述CMOS晶圆衬底1内设有钨孔，阳极过孔2设置在CMOS晶圆衬底1内部，阳极过孔2通过钨孔与CMOS晶圆衬底1内驱动电路电连接，阳极过孔2贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，在CMOS晶圆衬底1上阳极过孔2的表面设有发光单元，通过阳极过孔2向发光单元提供驱动电流信号。该量子点混合集成多色显示器还包括填充层6和盖板玻璃7，填充层6由OC胶形成涂满CMOS晶圆衬底1和发光单元表面，盖上盖板玻璃7对整个器件进行密封。本发明采用量子点与蓝光LED相结合的方法规避了micro-LED彩色化难题以及量子点蓝光寿命效率不成熟的技术短板；该量子点混合集成多色显示器结构简单、使用方便、制造良率高、发光效果好。
发光单元包括LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4和量子点第二发光单元5，设定量子点第一发光单元4发出绿光、量子点第二发光单元5发出红光，或设定量子点第一发光单元4发出红光、量子点第二发光单元5发出绿光；或仅设置量子点第一发光单元4与LED蓝色发光单元3共同构成两色发光单元，量子点第一发光单元4发绿光或红光；或仅设置量子点第二发光单元5与LED蓝色发光单元3共同构成两色发光单元，量子点第二发光单元5发绿光或红光。
实施例1
CMOS晶圆衬底1上在并排的阳极过孔2表面分别设置LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4和量子点第二发光单元5，LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5之间设有间距。LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5的尺寸为0.1-10um，LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5之间的间距为0.01-10um。在整面CMOS晶圆衬底1和LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5上沉积透明导电薄膜ITO形成共阴极；在LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5之间区域的透明导电薄膜ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti中的一种或多种金属构成一层或多层金属层形成互联电极。
具体的，一种量子点混合集成多色显示器，包括，CMOS晶圆衬底1，所述CMOS晶圆衬底1内部形成有阳极过孔2，所述阳极过孔2贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，通过阳极过孔2可以向发光单元提供驱动电流信号，在并排的阳极过孔2表面分别设置LED蓝色发光单元3，量子点第一发光单元4；量子点第二发光单元5；其中可以设定量子点第一发光单元4发出绿光；量子点第二发光单元5发出红光；也可以设定量子点第一发光单元4发出红光；量子点第二发光单元5发出绿光；以达到全彩显示效果。同样，也可以仅设置量子点第一发光单元4与LED蓝色发光单元3共同构成两色发光单元，或仅设置量子点第二发光单元5与LED蓝色发光单元3共同构成两色发光单元。
该量子点混合集成多色显示器的制造方法包括：提供一CMOS晶圆衬底1，所述CMOS晶圆衬底1内部形成有阳极过孔2，所述阳极过孔2贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，通过阳极过孔2可以向发光单元提供驱动电流信号，通常阳极过孔2为钨孔；提供蓝光LED外延片，衬底材料为外延生长常见材料包括硅、蓝宝石、氮化镓、碳化硅等。具体制造方法的步骤如下：
S1，在CMOS晶圆衬底1具有钨孔的表面沉积Ti/Pt/Au金属层，对应的每种金属层的厚度分别为20nm/50nm/1000nm，在上CMOS晶圆衬底1形成金属键；在蓝光LED外延片表面沉积ITO/Cr/Al/Pt/Au金属层，对应的每种金属层的厚度分别为50nm/20nm/200nm/50nm/1000nm，在蓝光LED外延片上形成金属键；将CMOS晶圆衬底1与蓝光LED外延片进行键合，再将LED外延片衬底去除，经过光刻、刻蚀制程进行像素图案化形成具有蓝色发光单元3的硅基CMOS晶圆；
通过IBE(Ion Beam Etch，离子束刻蚀)工艺对CMOS晶圆衬底表面的Ti/Pt/Au(20nm/50nm/1000nm)金属进行刻蚀，仅留下位于LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5位置处的金属，其中发光单元的尺寸为0.1-10um；发光单元之间的间距为0.01-10um；
通过ALD(atomic layer deposition-原子层沉积)或PECVD(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition-等离子体增强化学的气相沉积法)在蓝色发光单元3侧壁沉积500nm厚SiO2，再通过光刻、干刻工艺形成第一钝化层9。
S2，采用sputer(溅射)工艺沉积ITO，通过黄光、刻蚀工艺在量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5所在位置处的金属上方形成ITO层；为进一步提高量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5的亮度，可以在沉积ITO层之前沉积厚度为50-1000nm具备高反射率性能的金属，如Ag、Al；
S3，通过溶液旋涂法或真空蒸镀工艺在ITO层表面沉积PEDOT:PSS，形成厚度为30nm的空穴注入层；此处PEDOT:PSS是指一种高分子聚合物由PEDOT和PSS两种物质构成；PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。
S4，在空穴注入层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积TFB(1,2,4,5-四(三氟甲基)苯)，形成厚度为30nm的空穴传输层；
S5，在空穴传输层上量子点第一发光单元4位置或量子点第二发光单元5位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积DICTRz:CdSe/CdS(红光量子点发光波长是620-640nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；其中，DICTRz为12-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-11-苯基吲哚并[2,3-a]咔唑(12-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-11-苯基吲哚并[2,3-a]咔唑；CdSe为硒化镉，CdS为硫化镉。
S6，在空穴传输层上量子点第二发光单元5位置或量子点第一发光单元4位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积CdSe/CdS或InP量子点(绿光光量子点发光波长是530-550nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；其中：CdSe为硒化镉，CdS为硫化镉，InP为磷化铟。
S7，在发光层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积ZnO，形成厚度为30nm的电子传输层；
S8，采用光刻以及有机溶剂化学腐蚀法，将LED蓝色发光单元表面的由S2后续工艺沉积的物质去除，也可以同步将LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5之间的沉积物质去除，至此形成量子点第一发光单元4和量子点第二发光单元5；具体的，采用光刻以及有机溶剂化学腐蚀法，将LED蓝色发光单元表面的由S2-S7步骤沉积的材料去除，也可以同步将LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5之间的由S2-S7步骤沉积的材料去除；
S9，采用sputer工艺沉积20-1000nm厚的透明导电薄膜ITO覆盖于蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5表面构成共阴极；
S10，也可以进一步的在LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5之间区域的ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti等一种或多种金属构成一层或多层金属层作为互联电极，以增强共阴极ITO的导电性，同时也不会影响各发光单元的光输出；
S11，通过旋涂或者点胶工艺将OC胶形成的填充层6涂满晶圆表面，再将盖板玻璃7对整个器件进行密封保护。
实施例2
CMOS晶圆衬底1上在阳极过孔2表面设置LED蓝色发光单元3，在LED蓝光单元3侧壁通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition-等离子体增强化学的气相沉积法)或ALD(atomic layer deposition-原子层沉积)沉积一层钝化层，量子点第一发光单元4和量子点第二发光单元5设置在LED蓝色发光单元3上部，量子点第一发光单元4与量子点第二发光单元5之间设有间距。量子点第一发光单元4与量子点第二发光单元5之间的间距为0.01-0.3um，LED蓝光单元3的尺寸为0.1-30um，量子点第一发光单元4和量子点第二发光单元5的尺寸为0.1-20um。
LED蓝色发光单元3的上表面沉积ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni金属中的一种或多种形成LED蓝色发光单元3的透明阴极层，在阴极层表面沉积DBR、ODR、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为反射层11，反射层11的长度小于LED蓝光单元3的长度，量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5位于反射层11上表面，量子点第一发光单元4和量子点第二发光单元5的阳极分别与CMOS晶圆衬底1上的阳极过孔2电连接。
在所述LED蓝光单元***上表面沉积0.5-2um的ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni金属中的一种或多种形成LED蓝色发光单元阴极10，在LED蓝色发光单元3的左右两侧分别设置反射透镜8；在整面CMOS晶圆衬底1和量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5、LED蓝色发光单元阴极10上沉积透明导电薄膜ITO作为共阴极，在量子点第一发光单元4与量子点第二发光单元5之间的透明导电薄膜ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti中的一种或多种金属构成一层或多层金属层形成互联电极。
具体的，一种量子点混合集成多色显示器，包括CMOS晶圆衬底1，所述CMOS晶圆衬底1内部形成有阳极过孔2，所述阳极过孔2贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，通过阳极过孔2可以向发光单元提供驱动电流信号，在阳极过孔2表面设置LED蓝色发光单元3，在LED蓝光单元3侧壁通过PECVD或ALD沉积一层钝化层。量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5设置在LED蓝色发光单元3上部；通过并排的阳极过孔2分别对LED蓝色发光单元3，量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5设置进行单独控制形成AM量子点混合集成多色显示器，也可以在LED蓝色发光单元3的表面仅设置量子点第一发光单元4或量子点第二发光单元5形成双色AM量子点混合集成显示器。可以设定量子点第一发光单元4发出绿光，量子点第二发光单元5发出红光；也可以设定量子点第一发光单元4发出红光，量子点第二发光单元5发出绿光；以达到全彩显示效果。同样，也可以仅设置量子点第一发光单元4与LED蓝色发光单元3共同构成两色发光单元，或仅设置量子点第二发光单元5与LED蓝色发光单元3共同构成两色发光单元。
在图4中，蓝色发光单元3通过金属键合工艺与CMOS晶圆衬底阳极过孔2面进行键合，其中键合金属包括Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni等一种或多种金属构成一层或多层金属蓝光LED单元的阳极；通过sputer在LED蓝色发光单元3的上表面沉积ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为LED蓝色发光单元3的透明阴极层，在阴极层表面沉积DBR、ODR、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为反射层11，其中反射层11的长度低于LED蓝光单元3的长度。
在LED蓝色发光单元3的左右两侧分别设置反射透镜8，当LED蓝色发光单元发出的光在LED蓝色发光单元的阳极以及反射层11之间反射直到传输到反射透镜8表面，反射透镜8可以将入射过来的光平行射出上表面。量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5位于反射层11上表面，若反射层11为导电金属则在反射镜层11与量子点发光单元之间存在绝缘介质可以为有机聚合物或者SiN、SiO等。附图3中BB’方向上，如图4所示，在LED蓝光单元***上表面沉积0.5-2um的ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种形成LED蓝色发光单元阴极10。
附图3中AA’方向上，如图5所示，量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5分别位于反射层11上表面，量子点第一发光单元4和量子点第二发光单元5的阳极分别与驱动基板的阳极过孔2进行电连接。其中，量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5所占面积的大小可以依据需求进行设定；例如，绿光发光单元面积占反射层11面积的1/3；红光发光单元面积占反射层11面积的2/3。再在整面CMOS晶圆衬底1和量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5、LED蓝色发光单元阴极10上沉积20-1000nm厚的ITO作为共阴极，连接LED蓝色发光单元阴极、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5至驱动基板的阴极环。也可以进一步的在发光单元之间的ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti等一种或多种金属构成一层或多层金属层作为互联电极，以增强共阴极ITO的导电性，同时也不会影响各发光单元的光输出。在阴极层表面通过旋涂或者点胶工艺将OC胶形成的填充层6涂满晶圆表面，再将盖板玻璃7对整个器件进行密封保护。
量子点第一发光单元4包括从下到上依次设置的第一发光单元阳极401、第一发光单元空穴注入层402、第一发光单元空穴传输层403、量子点第一发光层404、第一发光单元电子传输层405和第一发光单元阴极层406；所述量子点第二发光单元5包括从下到上依次设置的第二发光单元阳极501、第二发光单元空穴注入层502、第二发光单元空穴传输层503、量子点第二发光层504、第二发光单元电子传输层505和第二发光单元阴极层506；其中发光单元空穴注入层、空穴传输层之间可以隔断，也可以不用隔断。
该量子点混合集成多色显示器的制造方法包括：提供一CMOS晶圆衬底1，所述CMOS晶圆衬底1内部形成有阳极过孔2，所述阳极过孔2贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，通过阳极过孔2可以向发光单元提供驱动电流信号，阳极过孔2通过钨孔与CMOS晶圆衬底1中的驱动电路电连接；提供蓝光LED外延片，衬底材料为外延生长常见材料，包括硅、蓝宝石、氮化镓、碳化硅等。具体制造步骤如下：
S1，在CMOS晶圆衬底1具有钨孔的表面沉积Ti/Pt/Au金属层，对应的每种金属层的厚度分别为20nm/50nm/1000nm，在CMOS晶圆衬底1上形成金属键；在蓝光LED外延片表面沉积ITO/Cr/Al/Pt/Au金属层，对应的每种金属层的厚度分别为50nm/20nm/200nm/50nm/1000nm，在蓝光LED外延片上形成金属键；将CMOS晶圆衬底1与蓝光LED外延片进行键合，再将LED外延片衬底去除，经过光刻、刻蚀制程进行像素图案化形成具有蓝色发光单元3的硅基CMOS晶圆；
通过IBE工艺对CMOS晶圆表面的Ti/Pt/Au(20nm/50nm/1000nm)金属进行刻蚀，仅留下位于LED蓝色发光单元3的金属，其中发光单元的尺寸为0.1-30um；发光单元之间的间距为0.01-5um；
通过ALD(atomic layer deposition)或PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition)在蓝色发光单元3侧壁沉积500nm厚SiO2，再通过光刻、干刻工艺形成第一钝化层。
S2，通过sputer(溅射)在LED蓝色发光单元3的上表面沉积50-1000nm的ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为LED蓝色发光单元3的透明阴极层；
S3，在透明阴极层表面沉积DBR、ODR、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为反射层11，经过黄光与刻蚀处理后使得反射层11的长度低于LED蓝光单元3的长度约0.5-30um，以便后续沉积LED蓝光发光单元阴极10的同时对发光层面积的损失最小；
S4，LED蓝色发光单元3的左右两侧分别设置反射透镜8，反射透镜8可以由Si的氮氧化物刻蚀然后再表面沉积反射金属构成，反射透镜8的制作为现有技术，不再赘述；
S5.当LED蓝色发光单元发出的光在LED蓝色发光单元的阳极以及反射层11之间反射直到传输到反射透镜8表面，反射透镜8可以将入射过来的光平行射出上表面；
S6.采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition-等离子体增强化学的气相沉积法)、黄光、刻蚀工艺在反射镜层11表面制作50-100nmSiO2；
S7.附图3中BB’方向上，通过黄光、沉积、刻蚀等工艺在LED蓝光单元***阴极层上表面沉积0.5-2um的Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种形成LED蓝色发光单元阴极10；
S8.附图3中AA’方向上，通过黄光、沉积、刻蚀等工艺在SiO2表面上沉积0.5-2um的Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种分别制作量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5的阳极，并且量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5的阳极分别与LED蓝光单元3两侧的钨孔相连接；其中，量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5所占面积的大小可以依据需求进行设定，例如，绿光发光单元面积占反射层11面积的1/3；红光发光单元面积占反射层11面积的2/3；并且量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5的阳极之间断开；
S9，通过ALD或PECVD沉积500nm厚SiO2，再通过光刻、干刻工艺形成对量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5阳极位置的SiO2层进行刻蚀去除，仅对量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5以外的位置进行覆盖。
S10，通过溶液旋涂法或真空蒸镀工艺在量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5的阳极表面沉积PEDOT:PSS，形成厚度为30nm的空穴注入层。PEDOT:PSS是指一种高分子聚合物由PEDOT和PSS两种物质构成，PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐，制作第一发光单元空穴注入层402与第二发光单元空穴注入层502；其中第一发光单元空穴注入层402与第二发光单元空穴注入层502之间可以连接也可以断开。
S11，在空穴注入层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积TFB(1,2,4,5-四(三氟甲基)苯)，形成厚度为30nm的空穴传输层，制作第一发光单元空穴传输层403与第二发光单元空穴传输层503；其中第一发光单元空穴传输层403与第二发光单元空穴传输层503之间可以连接也可以断开。
S12，在空穴传输层上量子点第一发光单元4位置或量子点第二发光单元5位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积DICTRz:CdSe/CdS(红光量子点发光波长是630nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；DICTRz是指DICTRz(12-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-11-苯基吲哚并[2,3-a]咔唑；CdSe为硒化镉，CdS为硫化镉。
S13，在空穴传输层上量子点第二发光单元5位置或量子点第一发光单元4位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积CdSe/CdS或InP量子点(绿光光量子点发光波长是540nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；其中：CdSe为硒化镉，CdS为硫化镉，InP为磷化铟。
S14，在发光层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积ZnO，形成厚度为30nm的电子传输层，量子点第一发光单元4与量子点第二发光单元5之间断开；
S15，采用sputer工艺在整面CMOS晶圆衬底1和量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5、LED蓝色发光单元阴极10以及阴极环上沉积20-1000nm厚的透明导电薄膜ITO(图中未画出)，使得阴极环可以同时对LED蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5进行供电，形成共阴极；
S16，也可以进一步的在量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5之间的ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti等一种或多种金属构成一层或多层金属层作为互联电极，以增强共阴极ITO的导电性，同时也不会影响各发光单元的光输出；
S17，在阴极层表面通过旋涂或者点胶工艺将OC胶形成的填充层6涂满晶圆表面，再将盖板玻璃7对整个器件进行密封保护。
本发明提出了垂直结构的量子点混合集成多色显示器结构，可以达到进一步提高显示器PPI(像素密度)的技术效果。
以上结合附图对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。
Claims (10)
1.一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：包括CMOS晶圆衬底(1)、阳极过孔(2)和发光单元，所述CMOS晶圆衬底(1)内设有钨孔，阳极过孔(2)设置在CMOS晶圆衬底(1)内部，阳极过孔(2)通过钨孔与CMOS晶圆衬底(1)内驱动电路电连接，阳极过孔(2)贯穿连接到CMOS晶圆衬底的表面，在CMOS晶圆衬底(1)上阳极过孔(2)的表面设有发光单元，通过阳极过孔(2)向发光单元提供驱动电流信号。
2.如权利要求1所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：所述发光单元包括LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)和量子点第二发光单元(5)，设定量子点第一发光单元(4)发出绿光、量子点第二发光单元(5)发出红光，或设定量子点第一发光单元(4)发出红光、量子点第二发光单元(5)发出绿光；或仅设置量子点第一发光单元(4)与LED蓝色发光单元(3)共同构成两色发光单元，量子点第一发光单元(4)发绿光或红光；或仅设置量子点第二发光单元(5)与LED蓝色发光单元(3)共同构成两色发光单元，量子点第二发光单元(5)发绿光或红光。
3.如权利要求2所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：所述量子点第一发光单元(4)包括从下到上依次设置的第一发光单元阳极(401)、第一发光单元空穴注入层(402)、第一发光单元空穴传输层(403)、量子点第一发光层(404)、第一发光单元电子传输层(405)和第一发光单元阴极层(406)；所述量子点第二发光单元(5)包括从下到上依次设置的第二发光单元阳极(501)、第二发光单元空穴注入层(502)、第二发光单元空穴传输层(503)、量子点第二发光层(504)、第二发光单元电子传输层(505)和第二发光单元阴极层(506)。
4.如权利要求3所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：所述CMOS晶圆衬底(1)上在并排的阳极过孔(2)表面分别设置LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)和量子点第二发光单元(5)，LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)之间设有间距。
5.如权利要求4所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：在整面CMOS晶圆衬底(1)和LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)上沉积透明导电薄膜ITO形成共阴极；在LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)之间区域的透明导电薄膜ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti中的一种或多种金属构成一层或多层金属层形成互联电极。
6.如权利要求3所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：所述CMOS晶圆衬底(1)上在阳极过孔(2)表面设置LED蓝色发光单元(3)，在LED蓝光单元(3)侧壁通过PECVD或ALD沉积一层钝化层，量子点第一发光单元(4)和量子点第二发光单元(5)设置在LED蓝色发光单元(3)上部，量子点第一发光单元(4)与量子点第二发光单元(5)之间设有间距。
7.如权利要求6所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：所述LED蓝色发光单元(3)的上表面沉积LED蓝色发光单元(3)的透明阴极层，在阴极层表面沉积反射层(11)，反射层(11)的长度小于LED蓝光单元(3)的长度，量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)位于反射层(11)上表面，量子点第一发光单元(4)和量子点第二发光单元(5)的阳极分别与CMOS晶圆衬底(1)上的阳极过孔(2)电连接。
8.如权利要求7所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：在所述LED蓝光单元***上表面沉积LED蓝色发光单元阴极(10)，在LED蓝色发光单元(3)的左右两侧分别设置反射透镜(8)；在整面CMOS晶圆衬底(1)和量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)、LED蓝色发光单元阴极(10)上沉积透明导电薄膜ITO作为共阴极，在量子点第一发光单元(4)与量子点第二发光单元(5)之间的透明导电薄膜ITO表面沉积金属Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti中的一种或多种金属构成一层或多层金属层形成互联电极。
9.一种量子点混合集成多色显示器的制造方法，其特征在于：基于如权利要求1至5任一项所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：所述制造方法包括如下步骤：
S1，提供CMOS晶圆衬底(1)和蓝光LED外延片，将CMOS晶圆衬底(1)与蓝光LED外延片进行金属键合，再将LED外延片衬底去除，经过光刻、刻蚀制程进行像素图案化形成具有蓝色发光单元(3)的硅基CMOS晶圆；通过IBE工艺对CMOS晶圆表面的金属进行刻蚀，仅留下位于LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)位置处的金属，其中各发光单元的尺寸为0.1-30um，发光单元之间的间距为0.01-5um；
S2，采用sputer工艺沉积ITO，通过黄光、刻蚀工艺在量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)所在位置处的金属上方形成ITO层；
S3，通过溶液旋涂法或真空蒸镀工艺在ITO层表面沉积PEDOT:PSS，形成厚度为30nm的空穴注入层；
S4，在空穴注入层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积TFB，形成厚度为30nm的空穴传输层；
S5，在空穴传输层上量子点第一发光单元(4)位置或量子点第二发光单元(5)位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积DICTRz:CdSe/CdS(红光量子点发光波长是630nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S6，在空穴传输层上量子点第二发光单元(5)位置或量子点第一发光单元(4)位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积CdSe/CdS或InP量子点(绿光光量子点发光波长是540nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S7，在发光层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积ZnO，形成厚度为30nm的电子传输层；
S8，采用光刻以及有机溶剂化学腐蚀法，将LED蓝色发光单元表面的由S2后续工艺沉积的物质去除，也可以同步将LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)之间的沉积物质去除，至此形成量子点第一发光单元(4)和量子点第二发光单元(5)；
S9，采用sputer工艺沉积20-1000nm厚的透明导电薄膜ITO覆盖于蓝色发光单元3、量子点第一发光单元4、量子点第二发光单元5表面构成共阴极。
10.一种量子点混合集成多色显示器的制造方法，其特征在于：基于如权利要求6至8任一项所述的一种量子点混合集成多色显示器，其特征在于：所述制造方法包括如下步骤：
S1，提供CMOS晶圆衬底(1)和蓝光LED外延片，将CMOS晶圆与蓝光LED外延片进行金属键合，再将LED外延片衬底去除，经过光刻、刻蚀制程进行像素图案化形成具有蓝色发光单元(3)的硅基CMOS晶圆；通过IBE工艺对CMOS晶圆表面的金属进行刻蚀，仅留下位于LED蓝色发光单元(3)的金属；通过ALD或PECVD在蓝色发光单元(3)侧壁沉积500nm厚SiO2，再通过光刻、干刻工艺形成第一钝化层；
S2，通过sputer在LED蓝色发光单元3的上表面沉积50-1000nm的ITO、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种金属或多种金属作为LED蓝色发光单元(3)的透明阴极层；
S3，在透明阴极层表面沉积DBR、ODR、Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种作为反射层(11)，经过黄光与刻蚀处理后使得反射层(11)的长度低于LED蓝光单元(3)的长度约0.5-30um；
S4，在LED蓝色发光单元(3)的左右两侧分别设置反射透镜(8)；
S5.当LED蓝色发光单元发出的光在LED蓝色发光单元的阳极以及反射层(11)之间反射，直到传输到反射透镜(8)表面，反射透镜(8)可以将入射过来的光平行射出上表面；
S6.采用PECVD、黄光、刻蚀工艺在反射层(11)表面制作50-100nmSiO2；
S7.通过黄光、沉积、刻蚀等工艺在LED蓝光单元***阴极层上表面沉积0.5-2um的Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种金属形成LED蓝色发光单元阴极(10)；
S8.通过黄光、沉积、刻蚀等工艺在SiO2表面上沉积0.5-2um的Mg、Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ti、Ni中的一种或多种分别制作量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)的阳极，并且量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)的阳极分别与LED蓝光单元(3)两侧的钨孔相连接；
S9，通过ALD或PECVD沉积500nm厚SiO2，再通过光刻、干刻工艺形成对量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)阳极位置的SiO2层进行刻蚀去除，仅对量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)以外的位置进行覆盖；
S10，通过溶液旋涂法或真空蒸镀工艺在量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)的阳极表面沉积PEDOT:PSS，形成厚度为30nm的空穴注入层，制作第一发光单元空穴注入层(402)与第二发光单元空穴注入层(502)；
S11，在空穴注入层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积TFB，形成厚度为30nm的空穴传输层，制作第一发光单元空穴传输层(403)与第二发光单元空穴传输层(503)；
S12，在空穴传输层上量子点第一发光单元(4)位置或量子点第二发光单元(5)位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积DICTRz:CdSe/CdS(红光量子点发光波长是630nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S13，在空穴传输层上量子点第二发光单元(5)位置或量子点第一发光单元(4)位置处利用溶液法真空蒸镀工艺沉积CdSe/CdS或InP量子点(绿光光量子点发光波长是540nm)，形成厚度为40nm的量子点发光层；
S14，在发光层上利用溶液法或真空蒸镀工艺沉积ZnO，形成厚度为30nm的电子传输层；
S15，采用sputer工艺在整面CMOS晶圆衬底(1)和量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)、LED蓝色发光单元阴极(10)以及阴极环上沉积20-1000nm厚的透明导电薄膜ITO，使得阴极环可以同时对LED蓝色发光单元(3)、量子点第一发光单元(4)、量子点第二发光单元(5)进行供电，形成共阴极。
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|---|---|---|---|
| CN202310048013.5A CN115988932A (zh) | 2023-01-31 | 2023-01-31 | 一种量子点混合集成多色显示器及其制造方法 |
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| CN (1) | CN115988932A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117784450A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-03-29 | 华中科技大学 | 基于相变材料的虚拟现实显示装置 |
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2023
- 2023-01-31 CN CN202310048013.5A patent/CN115988932A/zh active Pending
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| CN117784450A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-03-29 | 华中科技大学 | 基于相变材料的虚拟现实显示装置 |
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