CN116314476A - 一种发光芯片的制备方法及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种发光芯片的制备方法及显示装置，包括：在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层；将所述外延层刻蚀出发光芯片，所述发光芯片与驱动基板通过所述金属键合层建立电气互联；去除所述生长基板，在所述外延层的另一侧制备N电极，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。本申请中在发光芯片的N电极的表面制备量子点色转换层，无需另外制作色转换层基板。避免了现有技术中第一基板和第二基板对贴精度及光串扰等问题，并且因为不需要另外制作色转换层基板，降低了Micro LED显示器件的成本。

Description

一种发光芯片的制备方法及显示装置
技术领域
本申请涉及芯片技术领域，尤其涉及一种发光芯片的制备方法及显示装置。
背景技术
Micro-LED相比于LCD和OLED具有高画质、高集成、低功耗、高可靠性、高器件集成、新形态等明显技术优势，可应用于涵盖TO B端大屏显示及TO C端消费类应用的几乎所有的主流显示领域。
Micro LED芯片中包含色转换层，现有技术制备色转换层的过程如图1所示，它由第一基板01和第二基板02组成。其中第一基板是由薄膜晶体管TFT基板011并键合有发光芯片012制成的，它是Micro LED显示器发光的主体。而第二基板是由玻璃基板021、Bank 022(黑色，用于隔离不同颜色的量子点和阻止光串扰作用)和量子点023组成。其工艺流程是先在玻璃基板021上制备bank 022，再打印不同颜色的量子点023。第二基板，即色转换基板制备完成后再和第一基板对贴进而完成Micro LED显示器件的制备。现有技术存在的问题是，第一基板和第二基板对贴技术难度较大，存在对贴精度及光串扰等问题，并且Micro LED显示器件的成本较高。
发明内容
本申请提供了一种发光芯片的制备方法及显示装置，用以解决现有的Micro LED芯片色转换层制备难度大，存在对贴精度及光串扰，成本高的问题。
第一方面，本申请提供了一种发光芯片的制备方法，包括：
在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层；
将所述外延层刻蚀出发光芯片，所述发光芯片与驱动基板通过所述金属键合层建立电气互联；
去除所述生长基板，在所述外延层的另一侧制备N电极，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。
进一步地，所述在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层，包括：
在生长基板上依次制备缓冲层、电子传输层、发光层和电荷传输层；
在所述电荷传输层的表面制备金属键合层。
进一步地，在所述外延层的另一侧制备N电极，包括：
在所述电子传输层的表面制备N电极。
进一步地，在所述N电极的表面制备量子点色转换层，包括：
利用电喷印方法或喷墨打印方法，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。
进一步地，将所述外延层刻蚀出发光芯片，包括：
利用电感耦合等离子刻蚀方法，在外延层刻蚀出发光芯片。
进一步地，所述N电极的尺寸与所述量子点色转换层相匹配。
进一步地，所述N电极的厚度为200纳米至1000纳米，所述量子点色转换层的厚度为1微米至20微米。
进一步地，所述缓冲层、电子传输层、发光层和电荷传输层中，各层的厚度为10纳米至1000纳米。
第二方面，本申请提供了一种显示装置，包括上述任一项制备方法得到的包含绿色量子点色转换层的蓝光垂直芯片、包含红色量子点色转换层的蓝光垂直芯片和未包含色转换层的蓝光垂直芯片。
进一步地，所述显示装置还包括：在量子点色转换层处制备的封装层和玻璃。
本申请提供了一种发光芯片的制备方法及显示装置，包括：
在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层；
将所述外延层刻蚀出发光芯片，所述发光芯片与驱动基板通过所述金属键合层建立电气互联；
去除所述生长基板，在所述外延层的另一侧制备N电极，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。
上述的技术方案具有如下优点或有益效果：
本申请中，在生长基板上制备外延层和金属键合层，将外延层刻蚀出发光芯片，发光芯片与驱动基板通过金属键合层建立电气互联，在外延层的另一侧制备N电极，在N电极的表面制备量子点色转换层，本申请无需另外制作色转换层基板。避免了现有技术中第一基板和第二基板对贴技术难度较大，对贴精度及光串扰等问题，并且因为不需要另外制作色转换层基板，降低了Micro LED显示器件的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中制备色转换层的过程示意图；
图2为本申请提供的一种发光芯片的制备过程示意图；
图3为本申请提供的一种Micro LED芯片结构示意图；
图4为本申请提供的另一种Micro LED芯片结构示意图；
图5为本申请提供的一种显示装置结构示意图；
图6为本申请提供的显示装置的电路示意图；
图7为本申请提供的AM驱动的全彩化Micro LED显示装置结构示意图；
图8为本申请提供的另一种显示装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有的Micro LED芯片色转换层制备难度大，成本高的问题，本申请实施例提供了一种发光芯片的制备方法及显示装置。
为使本申请的目的和实施方式更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用所述实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。
在显示技术领域，Micro LED技术指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列，可实现每一个像素单独定址、单独驱动发光，也将像素点的距离由毫米级别降到了微米级别。因Micro LED具有功耗低、寿命长、高稳定性和自发光无需背光源的特点，更加具有节能、高集成化等优势，可被应用于几乎所有的主流显示领域，被认为是未来显示技术的理想形式。
Micro-LED相比于LCD和OLED具有高画质、高集成、低功耗、高可靠性、高器件集成、新形态等明显技术优势，可应用于涵盖TO B端大屏显示及TO C端消费类应用的几乎所有的主流显示领域，依托Micro-LED显示技术还可以创造出更多的、充满想象空间的创新型应用场景，Micro-LED被业内认为是最具发展潜力的下一代显示技术，也是顺应“万物显示”行业风口的重要突破口。然而Micro-LED当前技术仍不成熟，这导致Micro LED产品成本显著高于传统显示产品(LCD、OLED)。Micro LED产品中芯片成本占整体成本的50％以上，如果能降低芯片成本，则可以大幅降低Micro LED产品的成本。而垂直芯片可以做到10微米以下，已4inch蓝宝石衬底为例，芯片尺寸越小，一片蓝宝石衬底产出的芯片越多，相应的芯片成本就越低。但芯片的光效随着芯片尺寸的降低而减小，尤其是红光芯片效率不到1％。而如果使用蓝光芯片+色转换技术，则因为垂直芯片尺寸太小(10微米以下)，导致色转换层制备困难，且色转换层与芯片的对位也是一大困难。因此，如何找到适用于微小的垂直芯片的色转换技术是一个降低Micro LED成本的关键。
基于行业难点的现状，本申请提供一种发光芯片的制备方法及显示装置。本申请在垂直芯片中引入ITO(氧化铟锡)电极并在ITO上制备量子点色转换层。该方法解决了传统Micro LED显示器件中微小尺寸垂直芯片(10微米以下)制备色转换层难度大的问题和红光垂直芯片光效低的问题，同时也避免了使用色转换基板，可以显著降低Micro LED产品的成本。
在实际使用过程中，在Micro LED芯片的N电极的表面制备量子点色转换层，无需另外制作色转换层基板。避免了现有技术中第一基板和第二基板对贴技术难度较大，对贴精度及光串扰等问题，并且因为不需要另外制作色转换层基板，降低了Micro LED显示器件的成本。
图2示出了一些实施例提供的一种发光芯片的制备过程示意图，该过程包括以下步骤：
S101：在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层。
S102：将所述外延层刻蚀出发光芯片，所述发光芯片与驱动基板通过所述金属键合层建立电气互联。
S103：去除所述生长基板，在所述外延层的另一侧制备N电极，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。
生长基板可以是蓝宝石衬底基板或者硅基底基板，在生长基板上制备外延层。其中，外延层包括缓冲层、电子传输层、发光层和电荷传输层。在生长基板上制备外延层，具体包括，在生长基板上依次制备缓冲层、电子传输层、发光层和电荷传输层。在外延层的一侧制备金属键合层，具体包括，在电荷传输层的表面制备金属键合层。
将外延层刻蚀出发光芯片，发光芯片与驱动基板通过金属键合层建立电气互联。具体的，利用电感耦合等离子刻蚀方法，在外延层刻蚀出发光芯片。去除生长基板，在外延层的另一侧制备N电极。具体的，在电子传输层的表面制备N电极。
在N电极的表面制备量子点色转换层。具体的，利用电喷印方法或喷墨打印方法，在N电极的表面制备量子点色转换层。N电极的尺寸与量子点色转换层相匹配。较佳的，N电极的尺寸与量子点色转换层相同。
本申请中的发光芯片包括微米发光二极管Micro LED芯片。制备的N电极的厚度为200纳米至1000纳米，量子点色转换层的厚度为1微米至20微米。缓冲层、电子传输层、发光层和电荷传输层中，各层的厚度为10纳米至1000纳米。
图3示出了一些实施例提供的一种发光芯片(微米发光二极管Micro LED芯片)结构示意图，如图3所示，发光芯片依次包括：
P电极11、键合层12、电荷传输层13、发光层14、电子传输层15和N电极16；所述P电极、键合层、电荷传输层、发光层、电子传输层和N电极层层沉积连接；其中，N电极16的表面制备有量子点色转换层17。
如图3所示，Micro LED芯片包括垂直芯片，其自下而上依次包括P电极11、键合层12、电荷传输层13、发光层14、电子传输层15和N电极16。其中，键合层12包括硅基底121和键合材料122。P电极、键合层、电荷传输层、发光层、电子传输层和N电极层层沉积连接。其中，P电极、键合层、电荷传输层、发光层、电子传输层和N电极可以使用MOCVD技术层层沉积连接。硅基底121表示为Si-Substrate，键合材料122表示为Bonding metal。电荷传输层13包括：P型GaN材料；电荷传输层13可以将GaN材料进行P型掺杂得到。电子传输层15包括：N型GaN材料。电子传输层15可以将GaN材料进行N型掺杂得到。GaN材料例如氮化镓等。P型GaN材料表示为P-GaN，N型GaN材料表示为N-GaN。发光层14包括量子阱。量子阱表示为MQWs。发光层14可以采用多量子阱层，通过气相沉积工艺形成。键合层可以使用目前成熟的制作工艺将导电粒子均匀分散在基质中进行制作。优选地，导电材料可以是导电粒子。在自然状态下，均匀分散在基质中的各个导电粒子之间不相互接触，无法形成导电通路。因此，键合层在自然状态下呈现绝缘特性。
本申请中，N电极16包括：氧化铟锡ITO电极。因为ITO电极是透明的，这既不阻碍垂直芯片的出光，也不妨碍垂直芯片对ITO电极上量子点的光激发。
本申请中，Micro LED芯片包括：蓝光垂直芯片。为了实现像素点包含三原色分量。量子点色转换层包括：绿色量子点色转换层或红色量子点色转换层。其中，可以通利用电喷印方法或喷墨打印方法在N电极的表面制备量子点色转换层。
图4左侧为包含绿色量子点色转换层21的Micro LED芯片结构示意图，绿色量子点色转换层表示为QD-Green，图4右侧为包含红色量子点色转换层22的Micro LED芯片结构示意图，红色量子点色转换层表示为QD-Red。
本申请中在Micro LED芯片的N电极的表面制备量子点色转换层，无需另外制作色转换层基板。避免了现有技术中第一基板和第二基板对贴技术难度较大，对贴精度及光串扰等问题，并且因为不需要另外制作色转换层基板，降低了Micro LED显示器件的成本。
图5示出了一些实施例提供的一种显示装置结构示意图，显示装置包括包含绿色量子点色转换层的蓝光垂直芯片、包含红色量子点色转换层的蓝光垂直芯片和未包含色转换层的蓝光垂直芯片。蓝光垂直芯片直接发射蓝光(未含色转换层)；蓝光垂直芯片发出蓝光激发绿色量子点色转换层中的绿色量子点，绿色量子点吸收蓝光并发射绿光；蓝光垂直芯片发出蓝光激发红色量子点色转换层中的红色量子点，红色量子点吸收蓝光并发射红光。未包含色转换层的蓝光垂直芯片的存在使得像素点包含蓝色分量，包含绿色量子点色转换层的蓝光垂直芯片的存在使得像素点包含绿色分量，包含红色量子点色转换层的蓝光垂直芯片的存在使得像素点包含红色分量。
本申请中，显示装置可以是有源选址驱动模式AM驱动的垂直芯片显示装置。如图5所示，显示装置包括：薄膜晶体管TFT基板31，所述TFT基板31上键和有Micro LED芯片32，沉积缓冲层33和ITO电极层34，在ITO电极层34上的量子点色转换层35处制备了封装层36和玻璃37。本申请中，首先将制作好的蓝光垂直芯片键合到TFT基板上，再沉积缓冲层，缓冲层可以采用氧化硅或氮化硅等材料，最后沉积ITO电极层。
TFT基板位于显示装置的底部，通常情况下其尺寸与显示装置的整体尺寸相适应，TFT基板的尺寸略小于显示装置的尺寸。TFT基板的形状与显示装置的整体形状相同，可以设置为矩形或方形。当显示装置为异形显示装置时，TFT基板的形状可以适应性设置为其它形状，在此不做限定。在一些实施例中，TFT基板还可以由多块TFT基板单元拼接而成。其中，拼接而成的TFT基板的尺寸与显示装置的整体尺寸相适应，拼接而成的TFT基板的尺寸略小于显示装置的尺寸，其总体形状也可以为矩形、方形或异形，在此不做限定。TFT基板可以采用目前成熟的薄膜工艺进行制作，TFT基板可以制作为有源驱动基板。TFT基板用于提供驱动信号。Micro LED芯片位于TFT基板的表面，呈阵列分布。在本申请中当Micro LED芯片的尺寸缩小到像素级别，可以直接采用Micro LED作为发光单元直接用于图像显示。
本申请中TFT以2T1C的电路结构为例，但不限于此，可以为7T1C或其他电路设计。图6为显示装置的电路示意图。本申请以2T1C的电路设计为例驱动显示装置中的垂直芯片发光，但不限于此结构。2T1C是其中一种TFT驱动电路：栅极Vsel给电压使得T1电路导通，Vdata的电压就可以通过T1施加到T2的栅极上，当Vdata的施加电压达到T2的导通条件后，T2导通。Vdd即可通过T2施加电压给垂直芯片，垂直芯片通过电流即可完成发光。在垂直芯片的ITO电极上继续制备量子点色转换层，其形成的AM驱动的全彩化Micro LED显示装置如图7所示。在完成色转换层基础上，本申请中继续制备了封装层和玻璃，作为显示装置的保护，如图8所示。图7和图8中，显示装置包括Glass玻璃41，GI缓冲层42，active半导体层43，source源极44，drain漏极45，G栅极46，passivation阻隔层47，垂直芯片48，量子点色转换层49，封装层50。图8中，封装层位于微米发光二极管芯片背离TFT基板的一侧，其透明度大于95％，通常情况下需要覆盖全部微米发光二极管芯片的表面，其尺寸和形状与TFT基板的尺寸和形状相适应。封装层通常可以采用隔绝水氧的无机绝缘材料进行制作，当应用于柔性显示装置时，也可以采用有机层和无机层交替制作，在此不做限定。封装层用于封装保护微米发光二极管芯片，延长微米发光二极管芯片的寿命，以此提高显示装置的稳定性。
显示装置可以为显示器、电视等显示设备，也可以为手机、平板电脑、电子相册等移动终端设备，在此不做限定。
本申请根据第一发明构思，提供了一种发光芯片的制备方法，包括：
在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层；
将所述外延层刻蚀出发光芯片，所述发光芯片与驱动基板通过所述金属键合层建立电气互联；
去除所述生长基板，在所述外延层的另一侧制备N电极，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。
N电极包括氧化铟锡ITO电极。键合层包括硅基底和键合材料。电荷传输层包括P型GaN材料；电子传输层包括N型GaN材料。发光层包括量子阱。所述发光芯片包括：蓝光垂直芯片。量子点色转换层包括：绿色量子点色转换层或红色量子点色转换层。本申请中在发光芯片的N电极的表面制备量子点色转换层，无需另外制作色转换层基板。避免了现有技术中第一基板和第二基板对贴技术难度较大，对贴精度及光串扰等问题，并且因为不需要另外制作色转换层基板，降低了Micro LED显示器件的成本。
本申请根据第二发明构思，显示装置包括：包含绿色量子点色转换层的蓝光垂直芯片、包含红色量子点色转换层的蓝光垂直芯片和未包含色转换层的蓝光垂直芯片。所述显示装置还包括：在量子点色转换层处制备的封装层和玻璃。薄膜晶体管TFT基板，TFT基板上键合有Micro LED芯片、沉积缓冲层和ITO电极层，在ITO电极层上的量子点色转换层处制备了封装层和玻璃。一个像素单元包括三个分别发出红光、绿光和蓝光的三个子像素。在具体实施时，一个像素单元包括未包含色转换层的蓝光垂直芯片、包含绿色量子点色转换层的蓝光垂直芯片和包含红色量子点色转换层的蓝光垂直芯片，用以实现全彩显示。在完成色转换层基础上，本申请中继续制备了封装层和玻璃，作为显示装置的保护。
本申请是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种发光芯片的制备方法，其特征在于，包括：
在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层；
将所述外延层刻蚀出发光芯片，所述发光芯片与驱动基板通过所述金属键合层建立电气互联；
去除所述生长基板，在所述外延层的另一侧制备N电极，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在生长基板上制备外延层，在所述外延层的一侧制备金属键合层，包括：
在生长基板上依次制备缓冲层、电子传输层、发光层和电荷传输层；
在所述电荷传输层的表面制备金属键合层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述外延层的另一侧制备N电极，包括：
在所述电子传输层的表面制备N电极。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述N电极的表面制备量子点色转换层，包括：
利用电喷印方法或喷墨打印方法，在所述N电极的表面制备量子点色转换层。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述外延层刻蚀出发光芯片，包括：
利用电感耦合等离子刻蚀方法，在外延层刻蚀出发光芯片。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N电极的尺寸与所述量子点色转换层相匹配。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N电极的厚度为200纳米至1000纳米，所述量子点色转换层的厚度为1微米至20微米。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述缓冲层、电子传输层、发光层和电荷传输层中，各层的厚度为10纳米至1000纳米。
9.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项制备方法得到的包含绿色量子点色转换层的蓝光垂直芯片、包含红色量子点色转换层的蓝光垂直芯片和未包含色转换层的蓝光垂直芯片。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：在量子点色转换层处制备的封装层和玻璃。
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