用于同轴多色LED的系统和方法技术方案

微型多色LED器件包括用于发射一定范围颜色光的两个或更多个LED结构。两个或更多个LED结构垂直层叠将两个或更多个LED结构发射的光进行混合。在一些实施例中，每个LED结构连接至像素驱动器和共享的P电极。LED结构通过键合层键合在一起。在一些实施例中，在器件中施用反射层以提高LED发射效率。包括微型三色LED器件阵列的显示面板具有高分辨率和高照明亮度。阵列的显示面板具有高分辨率和高照明亮度。阵列的显示面板具有高分辨率和高照明亮度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于同轴多色LED的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年6月19日提交的题为“Systems and Methods for Coaxial Multi
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Color LED(用于同轴多色LED的系统和方法)”的美国临时专利申请No.62/863,559的优先权，该项申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及发光二极管(LED)显示器件，尤其涉及能够发出不同颜色高亮度和微米级像素大小的光的LED半导体器件的系统和制造方法。

技术介绍

[0004]随着近年来迷你LED和微型LED技术的发展，消费者装置和应用——比如增强现实(AR)、投影、平视显示器(HUD)、移动装置显示器、可穿戴装置显示器和汽车显示器——需要具有改进的分辨率和亮度的LED面板。例如，集成在护目镜内并定位在靠近佩戴者眼睛的AR显示器可以只有手指甲的尺寸，同时仍然需要HD清晰度(1280
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720像素)或更高。许多电子装置对LED面板要求特定的像素大小、相邻像素之间的距离、亮度、和视角。通常，当试图在小型显示器上实现最大分辨率和亮度时，同时维持分辨率要求和亮度要求是有挑战性的。相反，在一些情况下，像素大小和亮度难以同时平衡，因为两者具有近似相反的关系。例如，使每个像素获得高亮度会导致低分辨率。而获得高分辨率则会使亮度降低。
[0005]通常，至少红色、绿色和蓝色被叠加以生成各种各样的颜色。在一些情况下，为了在一个像素区域内包括至少红色、绿色和蓝色，会在该像素区域内的不同非重叠分区制造单独的单色LED。现有技术面临当相邻LED之间的距离确定时提高每个像素内有效照明面积的挑战。另一方面，当单个LED的照明面积已确定时，进一步提高LED面板的整体分辨率也是一项困难的任务，因为不同颜色的LED必须占据其在单个像素内的指定分区。
[0006]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装置中变得日益流行。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中。数百万的像素一起在显示器上产生图像。TFT用作开关以单独地接通和断开每个像素，从而使得像素变亮或变暗，这允许方便且有效地控制每个像素和整个显示器。
[0007]然而，传统的LCD显示器受光效率低所累，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，但是AMOLED显示面板仍然是电池供电设备中最主要的功率消耗部件。为了延长电池寿命，降低显示面板的功耗是合乎需求的手段。
[0008]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的电子设备。驱动电路和发光二极管(LED)的阵列用于控制数百万个像素，从而在显示器上呈现图像。单色显示面板和全彩色显示面板都可以根据各种制造方法来生产。
[0009]然而，将数千甚至数百万个微型LED与像素驱动电路阵列集成是相当具有挑战性的。各种不同的制造方法被提了出来。在一种方法中，控制电路被装配在一块基板上，而所有LED被装配在另一块基板上。将全部LED转移到一块中间基板，并移除原始基板。然后，中间基板上的LED以每次一个或几个的方式被拾取并放置到装配了控制电路的基板上。然而，这种制造工艺效率低、成本高且可靠性差。另外，目前还不存在现成用于大量转移微型LED的生产工具。因此必须开发新的工具。
[0010]在另一方法中，整个LED阵列及其原始基板与控制电路对齐，并利用金属键合将它们与控制电路键合。所有LED所在的基板将被保留在成品中，这可能引起光串扰。此外，两个不同基板之间的热失配会在键合界面处产生应力，这可能会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，且不同颜色的LED生长在不同的基板材料上，因此使得传统的生产工艺变得更加复杂和低效。
[0011]因此，提供一种能够解决上述弊端的用于显示面板的LED结构将是合乎需求的。

技术实现思路

[0012]有必要改进多色LED的设计，以改进并解决传统显示系统如上所述的缺点。特别地，需要一种LED器件结构，能够同时提高亮度和分辨率，且有效保持低功耗。本文所述的多色LED器件集成了至少三个微型LED结构，通过放置于器件结构的不同层将它们垂直层叠，并用同一个电极接收控制电流。通过如本文所公开的将至少三个LED结构延同一轴对齐放置，系统有效地增强了单个像素区域内的光照明效率，同时提高了LED面板的分辨率。
[0013]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/或达到更理想的约5微米或更低。为减小间距已经付出了许多努力。一旦间距的规格被确定了，单个像素的面积就固定了。
[0014]本文所述的多色同轴LED系统使发射由单个像素区域发出的不同颜色混合而成的光、且无需额外的区域容置具有不同颜色的LED结构成为可能。因此，单个像素的占用面积显著减小，还能够提高微型LED面板的分辨率。同时来自一个微型LED器件边界的不同颜色的光的集中大大增强了单个像素区域内的亮度。
[0015]与依赖于低效的拾取和放置工艺或可靠性低的多基板方法的微型LED显示芯片传统制造工艺相比，本文公开的多色微型LED制造工艺有效提高了微型LED器件制造的效率及可靠性。例如，LED结构直接键合在带有像素驱动器的基板上，而无需引入中间基板。此外，在最终的多色器件中不保留微型LED结构的基板，从而减少串扰和失配。
[0016]本文所述的多色微型LED器件可以同时改进亮度和分辨率，适用于现代显示面板、尤其适用于高清晰度AR装置及虚拟现实(VR)眼镜。
[0017]在一个实施例中，一种用于显示面板的单像素多色微型发光二极管(LED)器件，包括：基板；两个或更多个LED结构层，包括：层叠在基板顶部的第一LED结构层；以及层叠在所述第一LED结构层顶部的第二LED结构层。在一些情况下，所述第一LED结构层，和所述第二LED结构层彼此基本上横向重叠，形成光路将所述第一LED结构层和所述第二LED结构层发射的光进行混合。
[0018]在一些实施例中，所述单像素多色微型LED器件中的两个或更多个所述LED结构层还包括：层叠在所述第二LED结构层顶部的第三LED结构层。在一些情况下，所述第三LED结
构层与所述第一LED结构层，和所述第二LED结构层基本上横向重叠，形成光路再增加混合所述第三LED结构层发射的光。
[0019]在一些实施例中，所述单像素多色微型LED器件还包括：位于所述基板与所述第一LED结构层之间的第一键合层；位于所述第一LED结构层与所述第二LED结构层之间的第二键合层；以及位于所述第二LED结构层与所述第三LED结构层之间的第三键合层。
[0020]在所述单像素多色微型LE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于显示面板的单像素多色微型发光二极管(LED)器件，包括：基板；两个或更多个LED结构层，包括：层叠在所述基板顶部的第一LED结构层；以及层叠在所述第一结构层顶部的第二LED结构层；其中，所述第一LED结构层和所述第二LED结构层彼此基本上横向重叠，形成光路将所述第一LED结构层和所述第二LED结构层发射的光进行混合。2.根据权利要求1所述的单像素多色微型LED器件，其中所述两个或更多个LED结构层还包括：层叠在所述第二LED结构层顶部的第三LED结构层，其中，所述第三LED结构层与所述第一LED结构层和所述第二LED结构层基本上横向重叠，形成所述光路再增加混合所述第三LED结构层发射的光。3.根据权利要求2所述的单像素多色微型LED器件，还包括：位于所述基板和所述第一LED结构层之间的第一键合层；位于所述第一LED结构层和所述第二LED结构层之间的第二键合层；以及位于所述第二LED结构层和所述第三LED结构层之间的第三键合层。4.根据权利要求3所述的单像素多色微型LED器件，其中：所述第一键合层约为0.1微米至3微米，所述第二键合层约为0.1微米至5微米，以及所述第三键合层约为0.1微米至5微米，其中，所述第二和所述第三键合层是透明的。5.根据权利要求2
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4中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中：所述基板支撑像素驱动器，且所述第一、所述第二和所述第三LED结构层分别与所述像素驱动器电连接。6.根据权利要求5所述的单像素多色微型LED器件，其中所述像素驱动器包括薄膜晶体管像素驱动器或硅CMOS像素驱动器。7.根据权利要求2
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6中任一项所述的单像素多色微型LED器件，还包括：位于所述基板和所述第一LED结构层之间的第一反射层；位于所述第一LED结构层和所述第二LED机构层之间的第二反射层；以及位于所述第二LED结构层和所述第三LED结构层之间的第三反射层。8.根据权利要求7所述的单像素多色微型LED器件，其中：所述第一、所述第二和所述第三反射层中的至少一层包括分布式布拉格反射器(DBR)结构；以及所述第一、所述第二和所述第三反射层中的每一层均约为0.1微米至5微米。9.根据权利要求2
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8中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中：所述第一LED结构层发射的第一光传播通过所述第二LED结构层和所述第三LED结构层，以及所述第二LED结构层发射的第二光传播通过所述第三LED结构层。10.根据权利要求5
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9中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述第一、所述第
二和所述第三LED结构层中的每一结构层均包括：在相应的所述LED结构层内形成LED的外延结构；与所述LED底部电连接的下导电层；以及与所述LED顶部电连接的上导电层；其中，所述下导电层还与所述像素驱动器电连接，且所述上导电层还与公共电极电连接。11.根据权利要求10所述的单像素多色微型LED器件，其中所述第一、所述第二和所述第三LED结构层中每一结构层的所述外延结构选自下列结构中的一种或多种：III
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V族氮化物外延结构、III
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V族砷化物外延结构、III
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V族磷化物外延结构和III
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V族锑化物外延结构。12.根据权利要求10及11中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中：所述第一、所述第二和所述第三LED结构层中每一结构层的所述下导电层和所述上导电层均包括氧化铟锡(ITO)层，且每个所述ITO层均约为0.01微米至1微米。13.根据权利要求10
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12中任一项所述的单像素多色微型LED器件，还包括：与所述第一、所述第二和所述第三LED结构层中每一结构层的所述下导电层电连接的阳极金属触点焊垫；与所述第一LED结构层中的所述上导电层电连接的第一阴极金属触点焊垫；与所述第二LED结构层中的所述上导电层电连接的第二阴极金属触点焊垫；以及与所述第三LED结构层中的所述上导电层电连接的第三阴极金属触点焊垫。14.根据权利要求13所述的单像素多色微型LED器件，其中所述阳极和所述阴极金属触点焊垫包括下述组中的一种或多种金属：铝、银、铑、锌、金、锗、镍、铬、铂、锡、铜、钨、氧化铟锡、钯、铟、和钛。15.根据权利要求10
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14中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述第一、所述第二和所述第三LED结构层中每一结构层的所述外延结构约为0.3微米至5微米。16.根据权利要求10
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15中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述不同LED结构层中的所述LED产生不同波长的光。17.根据权利要求10
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16中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述不同LED结构层中的所述LED产生不同波长的可见光。18.根据权利要求10
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17中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述不同LED结构层中的所述LED是紫外、蓝色、绿色、橙色、红色或红外微型LED。19.根据权利要求2
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18中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中：所述第一LED结构层形成红光LED；所述第二LED结构层形成绿光LED；以及所述第三LED结构层形成蓝光LED。20.根据前述权利要求中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述单像素多色微型LED器件的最长尺寸约为1微米至500微米。21.根据前述权利要求中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述单像素多色微型LED器件具有金字塔形的横截面形状，其底层具有最长横向尺寸，且顶层具有最短横向尺寸。
22.根据前述权利要求中任一项所述的单像素多色微型LED器件，其中所述单像素多色微型LED器件具有不小于20％的外部量子效率。23.一种微型LED显示芯片，包括：支撑像素驱动器阵列的基板；以及单像素多色微型发光二极管(LED)器件阵列，每个所述单像素多色LED器件包括：层叠在所述基板和所述像素驱动器顶部的两个或更多LED结构层，其中相邻的所述LED结构层之间有键合层，每个所述LED...

【专利技术属性】
技术研发人员：李起鸣，徐群超，
申请(专利权)人：上海显耀显示科技有限公司，
类型：发明
国别省市：