[发明专利]小发散角N型共阴极Micro LED器件及其阵列

说明书

本发明提供了小发散角N型共阴极Micro LED器件及其阵列，包括微光学系统、绝缘隔离结构、隔离结构、像素电极、N型半导体、量子阱层、P型半导体。由于LED发光原理因素，Micro LED器件出光发散角过大，而在工业曝光领域和图像投影领域受投影镜头数值孔径限制，需要Micro LED器件及其阵列所发出的光具有较小的发散角。本专利通过在Micro LED器件上集成绝缘隔离结构、隔离结构、微光学系统的方式进一步收敛发散角使之满足工业曝光领域和图像投影领域的应用。其中Micro LED上的N型半导体相互连接，形成共阴极结构，有利于进一步简化工艺流程降低生产成本。凭借高集成度和可控的光场发散角度，最终将Micro LED推向工业曝光领域和图像投影领域的大规模应用阶段。

技术领域

本发明涉及小发散角N型共阴极Micro LED器件及其阵列。

背景技术

Micro LED技术一般指微型的LED颗粒通过可控的电极供电并控制其开关的技术。目前Micro LED的尺寸从微米级一直到百微米级。一般将相对较大的ＬＥＤ颗粒叫为MiniLED，但Mini LED与Micro LED之间的区分相对模糊。本专利所述Micro LED包含直径小于等于５００微米的微LED颗粒。在部分研究者定义中Mini LED也包含５００微米以下的微LED颗粒。在Micro LED与Mini LED双方定义重合区间内，本文所指Micro LED也可用Mini LED的称呼进行命名。即也可理解为本文所述Micro LED可用Mini LED进行等价替换。

目前Micro LED技术大量应用于平板显示领域，并得到了快速的发展。从应用层面角度，平板显示领域要求具有较大的观看角度，因此要求Micro LED具有较大的出光角度。从技术原理角度，Micro LED的量子阱层的电致发光为３６０度发光，因此具有极大的发散角度，恰好满足了平板显示领域应用需求。

而在将Micro LED技术用于紫外曝光、投影仪等光学应用中，由于投影镜头的引入即光学原理限制及应用本身对投影镜头出射光线发散角的要求，需要Micro LED阵列每一个像素单元器件所发光线均有与投影镜头所对应的较小的发散角度。超出发散角度之外的光线将成为杂散光导致对比度下降，黑场亮度过高，像素串扰等问题。

本发明通过采用芯片级光学设计及集成式芯片光学加工方法，通过像素电极、绝缘隔离结构和隔离结构形成对出射光线的反射和吸收的物理结构，最终使出射光线的主要能量向阴极电极和微光学系统方向出射。而微光学系统对出射光线的进一步收敛出射光线的发散角，最终满足数字曝光及投影领域的对Micro LED器件的小发散角技术需求。

传统的Micro LED加工方法中，将海量的Micro LED颗粒的N型半导体层与透明阴极电极或开口的阴极电极进行连接，通过阴极电极的连接实现共阴极结构。在这种工艺情况下，透明阴极电极仍然对Micro LED出射光线有一定的吸收作用，而开口的阴极电极受开口率的限制也对出射光线有一定的吸收作用。

做为上述方法的一种改进，本发明基于Micro LED中的N型半导体材料也具有较高的电子迁移率的原理，通过对LED外延片中N型半导体层不进行完全分离的方式，使MicroLED阵列中的N型半导体成为共阴极结构，进而不需要再为所有的Micro LED颗粒再重新制作阴极电极。解决采用透明阴极材料和开口阴极材料导致的Micro LED光效下降的问题。进一步提高Micro LED颗粒的出光效率。

本发明小发散角Micro LED器件及Micro LED阵列主要优点在于：

1.通过采用绝缘隔离结构、隔离结构、金属像素电极形成的光学结构将Micro LED颗粒的量子阱层所发出的光线反射到所需的输出方向上进一步提高了整个Micro LED器件的整体光效率。

2. 通过采用微光学系统将Micro LED器件发光的发散角进一步收敛到所需的发散角，满足了数字曝光及图像投影系统对小发散角Micro LED器件的光学需求。