CN216488116U

CN216488116U - 微发光元件和显示装置

Info

Publication number: CN216488116U
Application number: CN202122784582.5U
Authority: CN
Inventors: 刘同凯; 徐宸科
Original assignee: Xiamen Xinying Display Technology Co ltd
Current assignee: Xiamen Xinying Display Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2031-11-15

Abstract

本申请公开了一种微发光元件和显示装置，微发光元件包括第一外延层、第二外延层和第三外延层，第一外延层、第二外延层和第三外延层均包括第一半导体层、第二半导体层以及设置在两者之间的有源层；第一外延层、第二外延层和第三外延层自下而上依次堆叠并形成叠层结构，且在垂向投影上的投影面积递减；第一外延层、第二外延层和第三外延层中的第一半导体层通过第一极性金属层连接，第二半导体层上分别设置有一个第二极性金属层。本申请减小了微发光元件的尺寸，并有效提高微发光元件的亮度，以及显示装置的分辨率，其中，第一外延层提供红光辐射，且具有最大尺寸，在微发光元件具有较小尺寸下，可提高第一外延层的发光亮度。

Description

微发光元件和显示装置

技术领域

本申请涉及半导体相关技术领域，尤其涉及一种微发光元件和显示装置。

背景技术

Micro-LED显示技术是新一代的显示技术，主要是将传统发光二极管进行微缩化和矩阵化，使单颗发光二极管的尺寸缩小至几十微米甚至几微米，并实现每一个发光二极管像素点的单独驱动发光。与传统的显示装置相比，由Micro-LED制成的显示装置具有对比度高、响应速度快和能耗低等优点。

显示装置由红、绿、蓝三基色Micro-LED按照一定排列方式布置在二维平面上而制成，每个像素包括蓝色子像素、绿色子像素和红色子像素。由于蓝色子像素、绿色子像素和红色子像素布置在二维平面上，因此，一个像素所占据的区域较大，若像素所占据的区域需进一步缩小时，会影响对应像素的亮度并降低显示装置的分辨率。

因此，如何提供一种可作为显示装置中像素的微发光元件，以减小微发光元件的尺寸，并提高微发光元件的亮度，以及显示装置的分辨率，成为本领域亟需解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种微发光元件，其通过使第一外延层、第二外延层和第三外延层自下而上依次堆叠并形成叠层结构，且第一外延层、第二外延层和第三外延层在垂向投影上的投影面积递减，减小了微发光元件的尺寸，并有效提高微发光元件的亮度，以及采用上述微发光元件的显示装置的分辨率。

另一目的还在于提供一种显示装置，其包括上述的微发光元件。

第一方面，本申请提供一种微发光元件，其包括用于提供红光辐射的第一外延层、用于提供绿光辐射的第二外延层以及用于提供蓝光辐射的第三外延层，第一外延层、第二外延层和第三外延层均包括第一半导体层、第二半导体层以及设置在两者之间的有源层；

第一外延层、第二外延层和第三外延层自下而上依次堆叠并形成叠层结构，且第一外延层、第二外延层和第三外延层在垂向投影上的投影面积递减；

第一外延层、第二外延层和第三外延层中的第一半导体层通过第一极性金属层连接；

第一外延层、第二外延层和第三外延层中的第二半导体层上分别设置有一个第二极性金属层，且每个第二极性金属层与第一极性金属层构成一个驱动电路。

在一种可能的实施方案中，第一外延层和第三外延层的投影面积的比值大于等于2。

在一种可能的实施方案中，第二外延层和第三外延层的投影面积的比值大于等于1.5，且小于等于3。

在一种可能的实施方案中，第一外延层、第二外延层和第三外延层的投影面积之比为10:7:3，或者10:6:4。

在一种可能的实施方案中，第二外延层在第一外延层上的覆盖面积与非覆盖面积的比值大于等于1.5，且小于等于3。

在一种可能的实施方案中，第三外延层在第二外延层上的覆盖面积与非覆盖面积的比值大于等于0.5，且小于等于2。

在一种可能的实施方案中，第一外延层、第二外延层和第三外延层的中心轴线重合。

在一种可能的实施方案中，第一外延层、第二外延层和第三外延层中的第二半导体层上均设有分布式布拉格反射镜，且分布式布拉格反射层自对应第二半导体层延伸至对应外延层的侧壁。

在一种可能的实施方案中，与第一外延层对应的分布式布拉格反射镜和与第二外延层对应的分布式布拉格反射镜相对设置。

在一种可能的实施方案中，与第三外延层对应的分布式布拉格反射镜和第二外延层中的第一半导体层相对设置。

第二方面，本申请提供一种显示装置，其包括基板和固定在基板上的若干个微发光元件，每个微发光元件均为上述实施例中的微发光元件，且微发光元件的侧壁覆盖有封装层。

在一种可能的实施方案中，微发光元件靠近第三外延层的一侧表面与基板接触，或者，微发光元件靠近第一外延层的一侧表面与基板接触。

在一种可能的实施方案中，基板包括基底、以及在基底上间隔设置的第一电极层和第二电极层；

每个微发光元件对应一个第一电极层，且第一电极层与第一极性金属层连接；每个微发光元件对应三个第二电极层，且每个第二电极层与对应第二极性金属层连接。

与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：

通过使第一外延层、第二外延层和第三外延层自下而上依次堆叠并形成叠层结构，且第一外延层、第二外延层和第三外延层在垂向投影上的投影面积递减，减小了微发光元件的尺寸，并有效提高微发光元件的亮度，以及采用上述微发光元件的显示装置的分辨率。其中，第一外延层提供红光辐射，且具有最大尺寸，在微发光元件具有较小尺寸下，可进一步提高第一外延层的发光亮度，以满足显示装置的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种微发光元件的俯视图；

图2为根据本申请实施例示出的一种微发光元件的I-I截面示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种微发光元件的I-I截面示意图；

图4为根据本申请实施例示出的一种微发光元件的I-I截面示意图。

图5～图7为根据本申请实施例示出的一种微发光元件处于不同制备阶段的I-I截面示意图；

图8为根据本申请实施例示出的一种显示装置的截面示意图；

图9为根据本申请实施例示出的一种显示装置的截面示意图。

图示说明：

10第一半导体层；20第二半导体层；30有源层；

100第一外延层；110第一分布式布拉格反射镜；200第二外延层；210第二分布式布拉格反射镜；300第三外延层；310第三分布式布拉格反射镜；320第四分布式布拉格反射镜；400第一极性金属层；500第二极性金属层；600透明导电层；700绝缘层；800基板；810基底；820键合层；830第一电极层；831第二电极层；832黑胶层；840保护层；900封装层。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本申请中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”和“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

根据本申请的一个方面，提供一种微发光元件，该微发光元件可作为显示装置中的像素，且微发光元件的长、宽为1～100μm，也可以描述为显示装置中的每个像素的长、宽为1～100μm。

参见图1～图4，该微发光元件包括用于提供红光辐射的第一外延层100、用于提供绿光辐射的第二外延层200以及用于提供蓝光辐射的第三外延层300，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300自下而上依次堆叠并形成叠层结构，且第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300在垂向投影上的投影面积递减。上述垂向投影指的是在平行于堆叠方向的投影方向的投影。

第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300均包括第一半导体层10、第二半导体层20以及设置在两者之间的有源层30，其中，第一半导体层10为N型半导体层，第二半导体层20为P型半导体层，有源层30为多层量子阱层，其可提供红光或者绿光或者蓝光的辐射。N型半导体层、多层量子阱层、P型半导体层仅是第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300的基本构成单元，在此基础上，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300还可以包括其他对微发光元件的性能具有优化作用的功能结构层。

第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第一半导体层10通过第一极性金属层400连接，第二半导体层20上分别设置有一个第二极性金属层500，且每个第二极性金属层500与第一极性金属层400构成一个驱动电路，以使第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300能够被独立驱动。

对于本实施例所提供的微发光元件来说，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300自下而上依次堆叠，使得微发光元件具有较小尺寸，可有效提高微发光元件的亮度；并且，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300在垂向投影上的投影面积递减，也就是说第一外延层100具有最大尺寸，在微发光元件具有较小尺寸下，可进一步提高第一外延层100的发光亮度，提高显示装置的分辨率。

在一种实施方式中，参见图1～图4，第一外延层100和第三外延层300的投影面积的比值优选为大于等于2。第二外延层200和第三外延层300的投影面积的比值优选为大于等于1.5，且小于等于3。

具体地，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300的投影面积之比可为10:7:3，或者10:6:4。例如，当第一外延层100的投影面积为10000μm²时，第二外延层200的投影面积为7000μm²或者6000μm²，第三外延层300的投影面积为3000μm²或者4000μm²。

较佳地，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300的中心轴线重合，也可以描述为第二外延层200在第一外延层100上居中设置，第三外延层300在第二外延层200上居中设置。

在一种实施方式中，参见图1～图4，第二外延层200在第一外延层100上的覆盖面积与非覆盖面积的比值大于等于1.5，且小于等于3。第二外延层200在第一外延层100上的覆盖面积与非覆盖面积的比值优选为1.5。例如，第二外延层200在第一外延层100上的覆盖面积为6000μm²，第二外延层200在第一外延层100上的非覆盖面积为4000μm²。

第三外延层300在第二外延层200上的覆盖面积与非覆盖面积的比值大于等于0.5，且小于等于2。第三外延层300在第二外延层200上的覆盖面积与非覆盖面积的比值优选为2。例如，第三外延层300在第二外延层200上的覆盖面积为4000μm²，第三外延层300在第二外延层200上的非覆盖面积为2000μm²。

在一种实施方式中，参见图2和图3，每层外延层中的第二半导体层20上均设有分布式布拉格反射镜，且分布式布拉格反射层自对应第二半导体层20延伸至对应外延层的侧壁。

具体地，第一外延层100中的第二半导体层20上设有第一分布式布拉格反射镜110，第一分布式布拉格反射层110自第二半导体层20延伸至第一外延层100的侧壁。

第二外延层200中的第二半导体层20上设有第二分布式布拉格反射镜210，第二分布式布拉格反射层210自第二半导体层20延伸至第二外延层200的侧壁。

第三外延层300中的第二半导体层20上设有第三分布式布拉格反射镜310，第三分布式布拉格反射层310自第二半导体层20延伸至第三外延层300的侧壁。

如图2所示，第一分布式布拉格反射镜110和第二分布式布拉格反射镜210相对设置，两者可直接接触，或者通过结合层接触。第一外延层100中的第一半导体层10、有源层30、第二半导体层20的排列顺序与第二外延层100中的第一半导体层10、有源层30、第二半导体层20的排列顺序相反。

第三分布式布拉格反射镜310和第二外延层200中的第一半导体层10相对设置，两者可直接接触，或者通过结合层接触。第三外延层100中的第一半导体层10、有源层30、第二半导体层20的排列顺序与第二外延层100中的第一半导体层10、有源层30、第二半导体层20的排列顺序相同。

或者，如图3所示，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第一半导体层10、有源层30、第二半导体层20的排列顺序均相同。任意两个分布式布拉格反射镜均不会相对设置，任意一外延层所对应的分布式布拉格反射镜与另一外延层中的第一半导体层10相对设置。

在相邻外延层之间设置上述的分布式布拉格反射镜，可使分布式布拉格反射镜反射特定波段的光，而透射另一波段的光。具体来说，分布式布拉格反射镜可透射波长较长的外延层所产生的光，并反射波长较短的外延层所产生的光，第一外延层100、第二外延层200所产生的光均可穿过第三外延层300发射至外部，且分布式布拉格反射镜可反射第二外延层200或者第三外延层300所产生的光，避免光损失，并增加出光强度。

上述分布式布拉格反射镜采用诸如电子束蒸镀或者离子束溅射等技术使多种具有不同折射率的材料以交替层叠成多层的方式所制成。分布式布拉格反射镜的材料优选为SiO₂、TiO₂、ZnO₂、ZrO₂、Cu₂O₃、Al₂O₃等不同材料中的至少两种。

作为可替换的实施方式，参见图4，第一外延层100和第二外延层200之间包括有第四分布式布拉格反射镜320，同样地，第二外延层200和第三外延层300之间也包括有第四分布式布拉格反射镜320。第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第一半导体层10、有源层30、第二半导体层20的排列顺序可相同，也可不同。

在一种实施方式中，参见图2～图4，第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第二半导体层20和与其对应的第二极性金属层500之间均设置有透明导电层600。透明导电层600包括但不限于是氧化铟锡层、氧化铟层、氧化锡层、氧化镉锡层、氧化锑锡层、氧化锌层或者磷化镓层。

在一种实施方式中，参见图2～图4，微发光元件还包括绝缘层700，绝缘层700覆盖叠层结构的上表面和侧壁，且绝缘层700上设有与第一极性金属层400、第二极性金属层500对应的通孔。

第一极性金属层400填充对应通孔并与第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第一半导体层10连接，每个第二极性金属层500填充对应通孔并与对应第二半导体层20连接。

根据本申请的一个方面，提供一种微发光元件的制备方法，以图2所示的微发光元件的制备方法来进行示例说明，其制备方法包括以下步骤：

S1、参见图5，形成第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300，并将第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300自下而上依次堆叠并形成叠层结构。

第一外延层100用于提供红光的辐射，并自下而上包括第一半导体层10、有源层30和第二半导体层20，第一外延层100靠近第二半导体层20的表面形成有第一分布式布拉格反射镜110。

第二外延层200用于提供绿光的辐射，并自上而下包括第一半导体层10、有源层30和第二半导体层20，第二外延层200靠近第二半导体层20的表面形成有第二分布式布拉格反射镜210。

第三外延层300用于提供蓝光的辐射，并自上而下包括第一半导体层10、有源层30和第二半导体层20，第三外延层300靠近第二半导体层20的表面形成有第三分布式布拉格反射镜310。

第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300在垂向投影上的投影面积递减。第一外延层100和第三外延层300的投影面积的比值优选为大于等于2。第二外延层200和第三外延层300的投影面积的比值优选为大于等于1.5，且小于等于3。第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300的投影面积之比优选为10:7:3，或者10:6:4。

较佳地，第一分布式布拉格反射镜110和第二分布式布拉格反射镜210相对设置，两者可直接接触，或者通过结合层接触。第三分布式布拉格反射镜310和第二外延层200中的第一半导体层10相对设置，两者可直接接触，或者通过结合层接触。

S2、参见图6，蚀刻叠层结构，并暴露出第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第一半导体层10与第二半导体层20。

S3、参见图7，在叠层结构的上表面和侧壁处形成绝缘层700，绝缘层700具有用于与第一极性金属层400和第二极性金属层500对应的通孔。与第二极性金属层500对应的通孔有三个，且分设在第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第二半导体层20上方。

S4、形成第一极性金属层400和三个第二极性金属层500，第一极性金属层400导通第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300中的第一半导体层10；每个第二极性金属层500填充与其对应的通孔，并与对应第二半导体层20连接。

第一极性金属层400和第二极性金属层500均包括但不限于是金层、铝层、铬层或者铂层。

较佳地，在每个与第二极性金属层500对应的通孔处形成透明导电层600，并在透明导电层600上方形成上述第二极性金属层500。

根据本申请的一个方面，提供一种显示装置。该显示装置包括基板800和固定在基板800上的若干个微发光元件，每个微发光元件均为上述实施例中的微发光元件，且微发光元件的侧壁覆盖有封装层900。封装层900的材料包括但不限于是黑胶，黑胶具体由黑色染料分子或者奈米碳粒子分散于环氧树脂、压克力或者硅胶内而形成。

具体地，参见图8，基板800包括基底810，以及形成在基底810上表面的键合层820，微发光元件倒置在基板800上并与键合层820连接。本实施例中，微发光元件靠近第三外延层300的一侧表面与键合层820连接。

或者，参见图9，基板800包括基底810、以及在基底810上间隔设置的第一电极层830和第二电极层831，第一电极层830和第二电极层831之间通过黑胶层832绝缘设置，以避免第一电极层830和第二电极层831直接导通。每个微发光元件对应一个第一电极层830，且第一电极层830与第一极性金属层400连接；每个微发光元件对应三个第二电极层831，且每个第二电极层831与对应第二极性金属层500连接。

较佳地，第一电极层830和第二电极层831的上表面设置有保护层840，保护层840开设有与第一电极层830、第二电极层831对应的开口，第一电极层830通过与其对应的开口与第一极性金属层400连接，第二电极层831通过与其对应的开口与第二极性金属层500连接。

由以上的技术方案可知，本申请通过使第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300自下而上依次堆叠并形成叠层结构，且第一外延层100、第二外延层200和第三外延层300在垂向投影上的投影面积递减，减小了微发光元件的尺寸，并有效提高微发光元件的亮度，以及采用上述微发光元件的显示装置的分辨率。其中，第一外延层100提供红光辐射，且具有最大尺寸，在微发光元件具有较小尺寸下，可进一步提高第一外延层100的发光亮度，以满足显示装置的需求。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种微发光元件，其特征在于，包括用于提供红光辐射的第一外延层、用于提供绿光辐射的第二外延层以及用于提供蓝光辐射的第三外延层，所述第一外延层、第二外延层和第三外延层均包括第一半导体层、第二半导体层以及设置在两者之间的有源层；

所述第一外延层、第二外延层和第三外延层自下而上依次堆叠并形成叠层结构，且所述第一外延层、第二外延层和第三外延层在垂向投影上的投影面积递减；

所述第一外延层、第二外延层和第三外延层中的第一半导体层通过第一极性金属层连接；

所述第一外延层、第二外延层和第三外延层中的第二半导体层上分别设置有一个第二极性金属层，且每个所述第二极性金属层与所述第一极性金属层构成一个驱动电路。

2.根据权利要求1所述的微发光元件，其特征在于，所述第一外延层和第三外延层的投影面积的比值大于等于2。

3.根据权利要求1所述的微发光元件，其特征在于，所述第二外延层和第三外延层的投影面积的比值大于等于1.5，且小于等于3。

4.根据权利要求1所述的微发光元件，其特征在于，所述第一外延层、第二外延层和第三外延层的投影面积之比为10:7:3，或者10:6:4。

5.根据权利要求1所述的微发光元件，其特征在于，所述第二外延层在第一外延层上的覆盖面积与非覆盖面积的比值大于等于1.5，且小于等于3。

6.根据权利要求1所述的微发光元件，其特征在于，所述第三外延层在第二外延层上的覆盖面积与非覆盖面积的比值大于等于0.5，且小于等于2。

7.根据权利要求1所述的微发光元件，其特征在于，所述第一外延层、第二外延层和第三外延层的中心轴线重合。

8.根据权利要求1所述的微发光元件，其特征在于，所述第一外延层、第二外延层和第三外延层中的第二半导体层上均设有分布式布拉格反射镜，且分布式布拉格反射层自对应第二半导体层延伸至对应外延层的侧壁。

9.根据权利要求8所述的微发光元件，其特征在于，与第一外延层对应的所述分布式布拉格反射镜和与第二外延层对应的所述分布式布拉格反射镜相对设置。

10.根据权利要求8所述的微发光元件，其特征在于，与第三外延层对应的所述分布式布拉格反射镜和所述第二外延层中的第一半导体层相对设置。

11.一种显示装置，其特征在于，包括基板和固定在所述基板上的若干个微发光元件，每个所述微发光元件均为权利要求1～10中任一项所述的微发光元件，且所述微发光元件的侧壁覆盖有封装层。

12.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述微发光元件靠近第三外延层的一侧表面与所述基板接触，或者，所述微发光元件靠近第一外延层的一侧表面与所述基板接触。

13.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述基板包括基底、以及在所述基底上间隔设置的第一电极层和第二电极层；

每个所述微发光元件对应一个第一电极层，且所述第一电极层与所述第一极性金属层连接；每个所述微发光元件对应三个第二电极层，且每个所述第二电极层与对应所述第二极性金属层连接。