[发明专利]一种提高有源矩阵微型LED显示器光学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型显示技术领域，具体是一种提高有源矩阵微型LED显示器光学性能的工艺方法，采用此工艺制备的有源矩阵微型LED显示器是一种高度集成的高亮度微型显示技术，可用于微型投影显示、工业显示等相关领域。

背景技术

微型投影显示或工业显示等微型显示器应用领域希望获得高亮度的显示效果。目前市场上典型的反射式LCOS及透射式TFT-LCD等微显示产品的图像亮度均取决于LED背光模组，背光在经过偏光片、彩色滤光膜、液晶及光学系统后，光强将损失90%以上，一般很难达到10000cd/m²。亮度不足限制了目前已有微显示产品的应用领域。

有源矩阵微型LED显示器通过MOS集成电路芯片直接驱动LED阵列微型像素单元发光，形成显示图像。因LED微型像素直接发光成像，避免了由偏光片、滤光膜等产生的光强损失；同时LED光源具备发光亮度高、电光转换效率高、工作温度范围宽等特点。由LED微型像素阵列组成的显示器可实现超高亮度的显示图像，在微投影显示、工业显示等典型领域有广泛的应用前景

但同时，微型LED显示阵列像素的特征尺寸在10-50um量级，相邻LED微像素间距小；LED像素光源是点发光光源，发光角度大、出光方向分散。相邻像素间因较大的发光角度极易出现光线串扰，影响显示器的光学对比度和显像质量；光线从LED出射时，需依次经过N层、蓝宝石衬底等高折射率材料，到达空气等低折射率材料，存在明显的内反射效应，影响出光效率。本发明通过在出光面制备与像素单元一一对应的微光学结构，能够有效的聚拢出光光线，减少光串扰现象，提高显示器的光学对比度；同时微光学结构的特征形状可以减小入射角，增大出光效率，提高显示器的光亮度。通过在蓝宝石出光面制备与像素单元对应微光学结构的工艺方法，能有效的提高有源矩阵微型LED显示器的光学性能。

发明内容

本发明的目的是针对有源矩阵微型LED显示器存在的发光角度大、出光方向分散。相邻像素间因较大的发光角度极易出现光线串扰，影响显示器的光学对比度和显像质量的问题，发明一种提高有源矩阵微型LED显示器光学性能的方法。

本发明的技术方案是：

一种提高有源矩阵微型LED显示器光学性能的方法，其特征是它包括以下步骤：

1）在透明蓝宝石衬底上依次外延生长晶格缓冲层、N层、多量子阱（MQW）、P层、电流扩展层，形成LED外延片；

2）在LED外延片正面依次采用光刻及干法刻蚀工艺，将LED外延片的P层及发光层分割成微型像素阵列，N层相互连接形成共面结构的公共层；

3）在微型像素阵列及公共N层上依次采用包含光刻及金属成膜的剥离图形化工艺制备复合金属层图形，并在周边形成套刻标记；

4) 在金属粘附层及接触层上制备柱状金属凸点，并完成热回流；

5) 将LED外延片背面蓝宝石衬底减薄，抛光；

6）在LED外延片背面，即蓝宝石面采用背面套刻工艺及干法刻蚀工艺制备微型光学结构，微型光学结构对从蓝宝石衬底面的出射光形成聚拢效果,完成微型LED显示阵列的制备工艺；

7）将制备的微型LED显示阵列金属凸点与有源矩阵MOS驱动背板芯片凸点形成纵向凸点倒装电学互联，由驱动背板提供电流至微型LED像素单元，进行发光; 成像像素单元从N层透过蓝宝石衬底发射出光，形成显示图像。

所述的LED外延片包含但不限于以下外延片类型：GaN基LED蓝光外延片、GaN基蓝绿光外延片、AlGaInP基外延片等；所述的电流扩展层包含但不限于以下透明或半透明导电薄膜材料：氧化铟锡（ITO）、镍金复合层（Ni/Au）、掺杂氧化锌（AZO）等。

所述干法刻蚀工艺的微型像素阵列其典型特征长度（边长或直径）为10um-50um之间，微型像素阵每个像素的P层及发光层被水平分离，N层保持相互连接形成共面结构的公共层。

所述的剥离图形化工艺是指先进行光刻胶的曝光、显影，形成光刻胶窗口，然后在表面采用包含但不限于蒸发、溅射、电镀等工艺沉积复合金属薄膜，再通过剥离剩余光刻胶，形成金属图形的方法；

所述的复合金属薄膜包含但不限于以下金属种类：Ni/Au、Ni/Ag、Ni/Al、Ti/Au、Ni/Ag、Ni/Al、 Ni/Au/Ag、Ti/Pt/Au、Ti/Pt/Ag；

所述的套刻标记采用复合金属层形成，用于背面光刻套刻；