用于具有水平发光的多色LED像素单元的系统和方法技术方案

一种微型多色LED器件，包括用于发射一系列颜色光的两个或更多个LED结构。所述两个或更多个LED结构被竖向地层叠以将所述两个或更多个LED结构发出的光混合。微型多色LED器件发出的光由LED结构中的每个结构水平地发射并被一些反射结构向上反射。在一些实施例中，每个LED结构与像素驱动器和/或公共电极连接。LED结构通过键合层键合在一起。在一些实施例中，平面化层围封每个LED结构或微型多色LED器件。在一些实施例中，在器件中实现有反射层、折射层、微透镜、间隔物和反光杯结构中的一个或多个以提高LED发光效率。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。列的显示面板具有高分辨率和高照明亮度。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】用于具有水平发光的多色LED像素单元的系统和方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2020年6月3日提交的申请号为63/034,394、标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR MULTI
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COLOR LED PIXEL UNIT WITH HORIZONTAL LIGHT EMISSION(用于具有水平发光的多色LED像素单元的系统和方法)”的美国临时专利申请的优先权，其中每个临时专利申请通过参引结合于本文中。


[0002]本公开一般涉及发光二极管(LED)显示装置，更具体地，涉及用于发射具有高亮度和微米级像素大小的不同颜色光的LED半导体器件的系统和制造方法。

技术介绍

[0003]随着近年来迷你LED和微型LED技术的开发，诸如增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、投影、平视显示器(HUD)、移动设备显示器、可穿戴设备显示器和车载显示器之类的消费者设备和应用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靠近佩戴者眼睛的AR显示器可以具有如指甲大小的尺寸，同时仍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微型发光二极管(LED)像素单元，包括，形成在IC基板上的第一色LED结构，其中所述第一色LED结构包括第一发光层，以及形成在所述第一发光层底部的第一反射结构；形成在所述第一色LED结构底部的第一键合金属层，配置为键合所述IC基板和所述第一色LED结构；形成在所述第一色LED结构顶部的第二键合金属层；形成在所述第二键合金属层上的第二色LED结构，其中所述第二色LED结构包括第二发光层，以及形成在所述第二发光层底部的第二反射结构；顶部电极层，覆盖所述第一色LED结构和所述第二色LED结构，与所述第一色LED结构和所述第二色LED结构电接触，其中，所述IC基板与所述第一色LED结构和所述第二色LED结构电连接；以及反光杯，围绕所述第一色LED结构和所述第二色LED结构；其中所述第一发光层和所述第二发光层发出的光基本上沿水平方向到达所述反光杯并被所述反光杯向上反射。2.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射结构包括至少一个第一反射层，所述第二反射结构包括至少一个第二反射层，所述第一反射层或所述第二反射层的反射率高于60％。3.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射层或所述第二反射层的材料包括Rh、Al、Ag或Au中的一个或多个。4.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射结构包括两个第一反射层，所述两个第一反射层的折射率不同，并且其中，所述第二反射结构包括两个第二反射层，所述两个第二反射层的折射率不同。5.根据权利要求4所述的微型LED像素单元，其中，所述两个第一反射层分别包括SiO2和Ti3O5，所述两个第二反射层分别包括SiO2和Ti3O5。6.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射结构还包括所述第一反射层上的第一透明层，所述第二反射结构还包括所述第二反射层上的第二透明层。7.根据权利要求6所述的微型LED像素单元，其中，所述第一透明层包括氧化铟锡(ITO)或SiO2中的一个或多个，并且所述第二透明层包括ITO或SiO2中的一个或多个。8.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一色LED结构还包括第一底部导电接触层和第一顶部导电接触层，并且所述第二色LED结构还包括第二底部导电接触层和第二顶部导电接触层；其中，所述第一发光层位于所述第一底部导电接触层与所述第一顶部导电接触层之间，所述第二发光层位于所述第二底部导电接触层与所述第二顶部导电接触层之间；其中，所述第一底部导电接触层利用第一接触过孔通过所述第一反射结构和所述第一键合金属层与所述IC基板电连接，所述第二底部导电接触层通过第二接触过孔与所述IC基板电连接；以及其中，所述第一顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触，所述第二顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触。9.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述第一发光层的顶部上的
第三反射结构，以及形成在所述第二发光层的顶部上的第四反射结构。10.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述顶部电极层上方的微透镜。11.根据权利要求10所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述微透镜与所述顶部电极层之间的间隔物。12.根据权利要求11所述的微型LED像素单元，其中，所述间隔物的材料包括氧化硅。13.根据权利要求10所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸大于所述第一LED结构的有效发光区域的横向尺寸；所述微透镜的横向尺寸大于所述第二LED结构的有效发光区域的横向尺寸。14.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一色LED结构和所述第二色LED结构具有相同的横向尺寸。15.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一色LED结构和所述第二色LED结构具有相同的中心轴线。16.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述至少一个第一反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述至少一个第二反射层的厚度在5nm至10nm的范围，其中，所述第一色LED结构的厚度不大于300nm，所述第二色LED结构的厚度不大于300nm。17.一种微型LED像素单元，包括IC基板；形成在所述IC基板上的发光区域，包括多个彩色LED结构，所述多个彩色LED结构中每个的底部与所述发光区域中对应的键合金属层连接，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于所述发光层底部的反射结构；顶部电极层，覆盖所述多个彩色LED结构中的每个，并与所述多个彩色LED结构中的每个电接触，其中所述IC基板与所述多个彩色LED结构中的每个电连接；以及，阶梯状反光杯，形成腔体并围绕所述发光区域，所述多个彩色LED结构中每个的所述发光层的侧壁沿水平方向发射的光到达所述反光杯并被所述反光杯向上反射。18.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的内侧壁包括多个倾斜表面。19.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，其中，所述多个倾斜表面相对于所述IC基板表面的角度从所述腔体的底部到所述腔体的顶部越来越小。20.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，其中，由所述多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。21.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的内侧壁未布置在同一平面中。22.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的高度是不同的。23.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体中间的子腔体的高度小于其他子腔体的高度。24.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体顶部的子腔体的高度大于位于所述腔体底部的子腔体的高度。25.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构还包括顶部
彩色LED结构。26.根据权利要求25所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的顶部高于所述顶部彩色LED结构的顶部。27.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体包括多个子腔体，并且所述多个彩色LED结构中的每个分别位于所述多个子腔体中不同的子腔体内。28.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，还包括覆盖所述多个彩色LED结构中至少一个的透明介电键合层，其中所述透明介电键合层包括固体无机材料或塑料材料。29.根据权利要求28所述的微型LED像素单元，其中，所述固体无机材料包括选自SiO2、Al2O3、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)和硼磷硅玻璃(BPSG)中的一种或多种材料。30.根据权利要求28所述的微型LED像素单元，其中，所述塑料材料包括选自SU
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8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)和旋涂玻璃(SOG)中的一种或多种聚合物。31.根据权利要求25所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括底部导电接触层和顶部导电接触层，所述发光层形成在所述底部导电接触层与所述顶部导电接触层之间；其中所述底部导电接触层利用接触过孔通过所述反射结构和所述对应的键合金属层与所述IC基板电连接，以及所述顶部彩色LED结构的所述顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触。32.根据权利要求25所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述发光层的一侧延伸有延伸部分，接触过孔将所述延伸部分与所述顶部电极层连接。33.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯的材料包括金属。34.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，还包括在所述顶部电极层上方形成的微透镜。35.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，还包括在所述微透镜与所述顶部电极层之间形成的间隔物。36.根据权利要求19所述的微型LED像素单元，其中，所述间隔物的材料包括氧化硅。37.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸大于所述多个彩色LED结构中每个的发光尺寸。38.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构具有相同的中心轴线。39.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述反射结构包括反射层，所述反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。40.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部电极层的材料选自石墨烯、氧化铟锡(ITO)，铝掺杂氧化锌(AZO)和氟掺杂氧化锡(FTO)中的一个或多个。41.一种微型LED像素单元，包括，半导体基板；形成在所述半导体基板上的发光区域，包括多个彩色LED结构，所述多个彩色LED结构
中每个的底部连接到所述发光区域中的对应的键合金属层，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于所述发光层底部的反射结构；顶部电极层，覆盖所述多个彩色LED结构中的每个，与所述多个彩色LED结构中的每个电接触，其中所述半导体基板与所述多个彩色LED结构中的每个电连接；围绕所述发光区域的反光杯；以及形成在所述反光杯与所述发光区域之间的折射结构。42.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述折射结构的顶表面上的微透镜。43.根据权利要求42所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸不小于所述发光区域的横向尺寸。44.根据权利要求42所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯具有顶部开口区域，所述微透镜的横向尺寸小于所述顶部开口区域的横向尺寸。45.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，还包括底部介电层，形成在所述反光杯的底部与所述半导体基板之间。46.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述发光区域的顶部上的顶部导电层，所述顶部导电层与所述反光杯电连接。47.根据权利要求46所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部导电层与所述反光杯的顶部或所述反光杯的底部直接接触。48.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述折射结构的顶部高于所述反光杯的顶部。49.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括底部导电接触层和顶部导电接触层，并且所述发光层形成在所述底部导电接触层与所述顶部导电接触层之间；其中，所述底部导电接触层利用接触过孔通过所述反射结构和所述对应的键合金属层与所述半导体基板电连接，以及顶部彩色LED结构的所述顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触。50.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述半导体基板是IC基板。51.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯是形成了环绕所述发光区域的腔体的阶梯状反光杯。52.根据权利要求51所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的内侧壁包括多个倾斜表面。53.根据权利要求52所述的微型LED像素单元，其中，所述多个倾斜表面相对于所述半导体基板表面的角度从所述腔体的底部到所述腔体的顶部越来越小。54.根据权利要求52所述的微型LED像素单元，其中，由所述多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。55.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的内侧壁未布置在同一平面中。56.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的高度是不同的。
57.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体中间的子腔体的高度小于其他子腔体的高度。58.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体顶部的子腔体的高度大于位于所述腔体底部的子腔体的高度。59.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构还包括顶部彩色LED结构。60.根据权利要求59所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的顶部高于所述顶部彩色LED结构的顶部。61.根据权利要求51所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体包括多个子腔体，所述多个彩色LED结构中的每个分别位于所述多个子腔体中不同的子腔体内。62.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯的材料包括金属。63.根据权利要求59所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述发光层的一侧延伸有延伸部分，接触过孔将所述延伸部分连接至所述顶部电极层。64.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构具有相同的中心轴线。65.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述反射结构包括反射层，所述反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。66.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部电极层的材料包括石墨烯、氧化铟锡(ITO)、铝掺杂氧化锌(AZO)或氟掺杂氧化锡(FTO)中的一个或多个。67.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括从所述相应的彩色LED结构的一侧延伸的相应的延伸部分，所述相应的延伸部分与所述顶部电极层经由相应的第一接触过孔电连接，所述多个彩色LED结构中每个的底部通过相应的第二接触过孔与所述半导体基板电连接。68.一种微型LED像素单元，包括半导体基板；形成在所述半导体基板上的发光区域，包括多个彩色LED结构，所述多个彩色LED结构中每个的底部连接到所述发光区域中的对应的键合金属层，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于所述发光层底部的反射结构；顶部电极层，覆盖所述多个彩色LED结构中的每个，并与所述多个彩色LED结构中的每个电接触，其中所述半导体基板与所述多个彩色LED结构中的每个电连...

【专利技术属性】
技术研发人员：李起鸣，徐群超，徐慧文，
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：