高發(fā)光均勻性的微型柔性led面陣器件及制備方法
【專利摘要】高發(fā)光均勻性的微型柔性LED面陣器件及制備方法，涉及發(fā)光顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，解決現(xiàn)有平面型LED微顯示器件由于不能彎曲而導(dǎo)致使用受限制的問題，電流從石墨烯透明上電極注入，從下電極流出，在器件中形成電場(chǎng)，使得正負(fù)載流子在發(fā)光層復(fù)合發(fā)光。其中部分光向上經(jīng)過(guò)透光層、石墨烯透明上電極，從微透鏡射出；部分光向下到達(dá)反射層，被反射層反射，穿過(guò)發(fā)光層、透光層、石墨烯透明上電極，從微透鏡射出。由于該發(fā)光器件的發(fā)光原理為p-n結(jié)內(nèi)的載流子復(fù)合發(fā)光，具有二極管電流電壓的非線性特性，發(fā)光亮度也隨注入電流的大小具有非線性特性。本發(fā)明通過(guò)電路控制相素元的亮暗，實(shí)現(xiàn)發(fā)光顯示。
【專利說(shuō)明】高發(fā)光均勻性的微型柔性LED面陣器件及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新型微型柔性發(fā)光器件，具體地說(shuō)是一種AlGaInP-LED柔性微器件及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微型發(fā)光器件發(fā)展迅速。平面型LED微顯示陣列相比傳統(tǒng)發(fā)光器件具有很多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但由于其不能彎曲的特點(diǎn)很大程度上限制了其應(yīng)用范圍。OLED技術(shù)雖然有良好的應(yīng)用前景，但相比于LED，仍有一些不足，例如在微小型器件方面，還存在一定問題，如發(fā)光亮度、均勻性、發(fā)光效率等不如LED，而最為突出的是壽命問題，這些問題會(huì)較大程度地限制OLED的應(yīng)用和發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)可以實(shí)現(xiàn)高分辨、明亮持久且輕薄并能應(yīng)用在彎曲表面的微型柔性LED顯示陣列的需求越來(lái)越迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的問題是提供基于石墨烯柔性電極的微型柔性LED顯示器件，該器件具有柔性的金屬電極和發(fā)光單元之間的柔性連接材料，具有易于彎曲和易于攜帶的特點(diǎn)。
[0004]高均勻性的微型柔性LED面陣器件，包括透光層、發(fā)光層、反射層、基片、上電極、上電極引線、下電極、下電極引線、柔性區(qū)域和微透鏡；所述反射層上面依次為發(fā)光層、透光層、上電極和微透鏡，反射層的下面為基片；所述透光層、發(fā)光層、反射層和基片的組成LED發(fā)光單元，多個(gè)LED發(fā)光單元均勻排布組成發(fā)光單元陣列；所述多個(gè)LED發(fā)光單元之間為柔性區(qū)域，柔性區(qū)域使各個(gè)發(fā)光單元依次連接并使LED發(fā)光單元陣列可彎曲；所述透光層的上表面排布有上電極，柔性材料的上表面排布有上電極引線，處于同一行的上電極與上電極引線依次相連接，在基片的下表面排布有下電極，處于同一列的下電極通過(guò)下電極引線連接；所述下電極和下電極引線組成的下引線列與上電極和上電極引線組成的上引線行在排列方向上異面垂直，所述上電極和上電極引線的材料為石墨烯。
[0005]高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制備方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]步驟一、發(fā)光芯片的清洗及正面保護(hù)；首先，選擇發(fā)光芯片，所述發(fā)光芯片由透光層、發(fā)光層、反射層和基片組成；然后，對(duì)發(fā)光芯片進(jìn)行清洗，并在所述的發(fā)光芯片的透光層的上表面制備一層上保護(hù)膜；
[0007]步驟二、上隔離溝槽的制備；通過(guò)光刻和腐蝕上保護(hù)膜，露出柔性區(qū)域的窗口圖形，即上隔離溝槽圖形；在上保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片上表面進(jìn)行濕法腐蝕或ICP刻蝕，去除柔性區(qū)域的發(fā)光芯片材料，形成一定深度的上隔離溝槽；
[0008]步驟三、上隔離溝槽的填充；
[0009]步驟三一、在制備有上隔離溝槽的發(fā)光芯片的上表面涂覆柔性材料，并進(jìn)行預(yù)固化；[0010]步驟三二、通過(guò)光刻及腐蝕工藝去除透光層上表面的柔性材料，并通過(guò)去膠及再次腐蝕使所形成的填充材料上表面的形成凹陷形狀；
[0011]步驟三三、完成柔性材料的完全固化，去除上保護(hù)膜；
[0012]步驟四、在發(fā)光芯片的上表面進(jìn)行石墨烯透明柔性上電極及上電極引線的制備；
[0013]步驟五、制備微透鏡；在完成上電極和上電極引線的發(fā)光芯片上制備高粘附力的聚合物層，通過(guò)熱熔法得到聚合物微透鏡；
[0014]步驟六、發(fā)光芯片的正面固定；采用粘接劑將發(fā)光芯片的上表面固定在上保護(hù)片上;
[0015]步驟七、發(fā)光芯片的背面減薄；對(duì)發(fā)光芯片的基片的下表面進(jìn)行減薄，然后進(jìn)行拋光處理；
[0016]步驟八、發(fā)光芯片的像素分割，獲得多個(gè)LED發(fā)光單元；
[0017]步驟八一、在完成拋光的發(fā)光芯片的基片下表面制備下保護(hù)膜；
[0018]步驟八二、通過(guò)雙面對(duì)準(zhǔn)光刻和腐蝕保護(hù)膜，露出柔性區(qū)域窗口 ；
[0019]步驟八三、在下保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片的下表面進(jìn)行刻蝕，完全去除柔性區(qū)域的發(fā)光芯片材料，實(shí)現(xiàn)發(fā)光芯片的像素分割，獲得多個(gè)LED發(fā)光單元；
[0020]步驟八四、去除下保護(hù)膜；
[0021]步驟九、制備下電極及下電極引線，在發(fā)光芯片的背面制備下電極及下電極引線，去除上保護(hù)片，制作電路引線，完成LED器件的制作。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明微型柔性LED顯示器件的工作過(guò)程是，電流從上電極注入，從下電極流出，在器件中形成電場(chǎng)，使得正負(fù)載流子在發(fā)光層復(fù)合發(fā)光。其中部分光向上經(jīng)過(guò)透光層，從微透鏡射出；部分光向下到達(dá)反射層，被反射層反射，穿過(guò)發(fā)光層、透光層，從微透鏡射出。由于該發(fā)光器件的發(fā)光原理為p-n結(jié)內(nèi)的載流子復(fù)合發(fā)光,具有二極管電流電壓的非線性特性，發(fā)光亮度也隨注入電流的大小具有非線性特性。本發(fā)明通過(guò)電路控制相素元的亮暗，實(shí)現(xiàn)發(fā)光顯示。本發(fā)明提出的柔性器件由于具有柔性的電極結(jié)構(gòu)和溝槽內(nèi)的連接柔性材料，可以實(shí)現(xiàn)彎曲顯示的功能，且這種器件的制作工藝簡(jiǎn)單易行。本發(fā)明提出的器件采用異面垂直的上、下電極，并采用柔性透明的石墨烯上電極，可以在理論上得到較高的發(fā)光效率，并且可以得到較為均勻的電流分布。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的效果圖。其中，圖1a為器件的伸展?fàn)顟B(tài)，圖1b為器件的彎曲狀態(tài)。
[0024]圖2中圖2a為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的主剖面圖，圖2b為本發(fā)明微型柔性LED顯示器件的左剖面圖。
[0025]圖3為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件中采用方形發(fā)光單元的發(fā)光單元分布圖。
[0026]圖4中圖4a和圖4b為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件中采用方形發(fā)光單元的兩種上電極及上電極引線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5中圖5a至圖5d為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件中采用方形發(fā)光單元的四種下電極及下電極引線結(jié)構(gòu)示意圖。[0028]圖6為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件中采用圓形發(fā)光單元的發(fā)光單元分布圖。
[0029]圖7中圖7a和圖7b為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件中采用圓形發(fā)光單元的兩種上電極及上電極弓丨線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖8中圖8a至圖8d為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件中采用圓形發(fā)光單元的四種下電極及下電極引線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖9中圖9a至圖9m為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制作方法的基本工藝步驟；其中，圖9n和圖9ο為采用本發(fā)明的方法獲得器件的左視剖面圖，和正視剖面圖。
[0032]圖10為本發(fā)明所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0033]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件包括:透光層1、發(fā)光層2、反射層3、基片4、上電極5、上電極引線9、下電極6、下電極引線10、柔性區(qū)域7和微透鏡8 ;反射層3的上面依次為發(fā)光層2、透光層
1、上電極5和微透鏡8，反射層3的下面是基片4。透光層1、發(fā)光層2、反射層3和基片4組成LED發(fā)光單元。LED發(fā)光單元均勻排布組成發(fā)光單元陣列。發(fā)光單元之間為柔性區(qū)域7，柔性區(qū)域7使各個(gè)發(fā)光單元依次連接并使整個(gè)LED發(fā)光單元陣列可彎曲。透光層I的上表面排布有上電極5,柔性區(qū)域7的上表面排布有上電極引線9,處于同一排的上電極5與上電極引線9依次相連接，在基片4的下表面排布有下電極6，在像素間的柔性材料接近下表面的區(qū)域排布有下電極引線10，處于同一列的下電極6與下電極引線10依次相連接，下電極6的形狀為矩形、圓形、單條形、雙條形或其它形狀。下電極6與下電極引線10組成的下引線列與上電極5及上電極引線9組成的上引線排在方向上異面垂直。所述上電極5和上電極引線9的材料為石墨烯薄膜。
[0034]本實(shí)施方式所述的發(fā)光單元為正方形、矩形、圓形或其他形狀。上電極5形狀為回形、圓環(huán)形、單條形、雙條形或其它形狀。本實(shí)施方式中還包括位于LED發(fā)光單元的基片4下表面的柔性區(qū)域7，即背面柔性材料層，所述背面柔性材料層覆蓋下電極6和下電極引線10。
[0035]本實(shí)施方式所述的透光層1、發(fā)光層2、反射層3、基片4為由傳統(tǒng)工藝制作的通用AlGaInPLED外延片材料。上電極5及上電極引線9的材料為石墨烯薄膜，下電極14、下電極引線15的材料為石墨烯，或?yàn)橛蒀r/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Mo/Au、AuGeNi/Au、Al或Cu中的任意一種，或?yàn)橛蒀r/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Mo/Au或AuGeNi/Au與Cu組成的復(fù)合膜,或?yàn)橛蒀r/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Mo/Au或AuGeNi/Au與Au組成的復(fù)合膜。柔性區(qū)域7材料為聚酰亞胺或柔性環(huán)氧樹脂或易涂覆成型的其它柔性材料，微透鏡8材料為硬質(zhì)環(huán)氧樹脂或PDMS或其它高透過(guò)率材料。
[0036]【具體實(shí)施方式】二、結(jié)合圖9和圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件采用自上而下的制作方法，先制作正面結(jié)構(gòu)，然后，再保護(hù)正面結(jié)構(gòu)，制備背面結(jié)構(gòu)。具體過(guò)程為:
[0037]A.發(fā)光芯片的清洗及正面保護(hù):[0038]a)本發(fā)明使用的基質(zhì)材料為發(fā)光芯片，所用的發(fā)光芯片由透光層、發(fā)光層、反射層和基片構(gòu)成，如圖9a所不。
[0039]b)進(jìn)行發(fā)光芯片的清洗。然后在發(fā)光芯片的上表面，即透光層上表面制備一層上保護(hù)膜，如圖9b所示。
[0040]B.上隔離溝槽的制備:
[0041]通過(guò)光刻和腐蝕上保護(hù)膜，露出柔性區(qū)域窗口圖形，亦即上隔離溝槽圖形。在上保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片上表面進(jìn)行濕法腐蝕或ICP刻蝕，去除柔性區(qū)域的發(fā)光芯片材料，形成一定深度的上隔離溝槽，如圖9C所示。
[0042]C.上隔離溝槽的填充:
[0043]a)在制備有上隔離溝槽的發(fā)光芯片上表面涂覆柔性材料，并進(jìn)行預(yù)固化，如圖9d所示。
[0044]b)通過(guò)光刻及腐蝕工藝去除透光層上表面的柔性材料。并通過(guò)去膠及再次腐蝕使所形成的填充材料上表面的形成凹陷形狀，以便有利于附著在其上的上電極具有可彎曲性倉(cāng)泛。
[0045]c)完成柔性材料的完全固化。
[0046]d)去除上保護(hù)膜，如圖9e。
[0047]D.石墨烯透明柔性上電極及上電極引線的制備:
[0048]進(jìn)行石墨烯材料的發(fā)光單元上柔性上電極引線和發(fā)光單元外柔性上電極引線的制作，如圖9f所示。
[0049]E.制備微透鏡:
[0050]在完成發(fā)光單元上上電極引線和發(fā)光單元外上電極引線的發(fā)光芯片上制備高粘附力的聚合物層，通過(guò)熱熔法得到聚合物微透鏡，如圖9g所示。
[0051]F.發(fā)光芯片的正面固定:
[0052]為了對(duì)制備上部結(jié)構(gòu)的發(fā)光芯片進(jìn)行保護(hù)，將其用粘接劑固定在上保護(hù)片上，圖9h為完成正面固定的發(fā)光芯片。
[0053]G.發(fā)光芯片的背面減薄，即對(duì)發(fā)光芯片的下表面進(jìn)行減薄:對(duì)整個(gè)發(fā)光芯片的下表面進(jìn)行減薄，減薄至所需厚度后，進(jìn)行拋光處理，如圖9i所示。
[0054]H.發(fā)光芯片的像素分割:
[0055]a)在完成拋光的發(fā)光芯片背面制備下保護(hù)膜。
[0056]b)通過(guò)雙面對(duì)準(zhǔn)光刻和腐蝕保護(hù)膜，露出柔性區(qū)域窗口，如圖9j所示。
[0057]c)在下保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片上表面進(jìn)行刻蝕，完全去除柔性區(qū)域的發(fā)光芯片材料，實(shí)現(xiàn)發(fā)光芯片的像素分割，如圖9k所示。
[0058]d)去除下保護(hù)膜。
[0059]1.制備下電極及下電極引線:
[0060]制備薄膜下電極及下電極引線；或厚膜下電極及下電極引線，如圖91所示。
[0061]J.制備背面柔性材料:
[0062]在做好下電極及下電極引線的基片下表面制備背面柔性材料，如圖9m所示。
[0063]K.去除上保護(hù)片，圖9n為左視剖面圖。圖9ο為正視剖面圖。制作電路引線，完成器件制作。[0064]結(jié)合圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，圖1Oa和IOb分別為不含有背面柔性材料層的LED顯示器件左剖面圖和主剖面圖。
[0065]【具體實(shí)施方式】三、本實(shí)施方式為【具體實(shí)施方式】二所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制備方法的實(shí)施例:具體方法為:
[0066]A.發(fā)光芯片的清洗及正面保護(hù):
[0067]a)本發(fā)明使用的發(fā)光芯片為AlGaInP-LED外延片，由透光層、發(fā)光層、反射層和基片構(gòu)成，發(fā)光芯片的厚度在200μπι?1000 μ m。
[0068]b)上保護(hù)膜材料為二氧化硅或氮化硅或二氧化硅與氮化硅組成的復(fù)合膜或金屬或有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料或其它能起到保護(hù)作用的薄膜材料。保護(hù)膜制備方法為電子束蒸發(fā)或射頻濺射或磁控濺射或溶膠凝膠法或其它薄膜生長(zhǎng)方法。
[0069]B.上隔離溝槽的制備:
[0070]a)通過(guò)光刻工藝在上保護(hù)膜上形成柔性區(qū)域光刻膠窗口圖形，亦即上隔離溝槽圖形。
[0071]b)在光刻膠的保護(hù)下通過(guò)干法刻蝕或濕法腐蝕工藝得到保護(hù)膜的上隔離溝槽圖形。光刻膠厚度為0.2μπι-15μπι。
[0072]c)在保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片上表面進(jìn)行濕法腐蝕或ICP刻蝕，刻蝕深度為將透光層、發(fā)光層、反射層刻蝕透，并刻蝕基片至一定深度；上隔離溝槽的深度為100 ?300 μ mD
[0073]C.上隔離溝槽的填充:
[0074]a)在發(fā)光芯片上表面涂覆的柔性材料即像素連接材料為聚酰亞胺或柔性環(huán)氧樹脂或聚二甲基硅氧烷(PDMS)或其它可涂覆成膜的柔性有機(jī)材料。預(yù)固化方式為加熱固化或常溫固化。
[0075]b)通過(guò)光刻及濕法腐蝕工藝去除透光層上表面的柔性材料。
[0076]c)去膠，并用腐蝕劑或特定溶劑進(jìn)行二次腐蝕，使所形成的填充材料上表面的形成凹陷形狀。
[0077]d)完成柔性材料的完全固化。
[0078]e)用濕法腐蝕或干法刻蝕去除上保護(hù)膜。
[0079]D.石墨烯透明柔性上電極及上電極引線的制備:采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)或液相電化學(xué)沉積技術(shù)或?qū)⑹┑乃稚⒁盒考夹g(shù)與光刻、掩膜或腐蝕技術(shù)相結(jié)合在已完成C步驟的發(fā)光芯片上表面制備柔性石墨烯薄膜上電極及上電極引線。
[0080]E.制備微透鏡；在完成發(fā)光單元上上電極引線和發(fā)光單元外上電極引線的發(fā)光芯片上涂覆一層聚合物膠體，具體的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)和工藝實(shí)驗(yàn)決定；對(duì)聚合物膠體進(jìn)行紫外固化或熱固化，得到具有較高粘附力的聚合物層；在固化后的聚合物上旋涂一定厚度的光刻膠，前烘、曝光、顯影后，采用熱熔法制作光刻膠微透鏡；再采用反應(yīng)離子刻蝕將光刻膠微透鏡轉(zhuǎn)移至前述的聚合物上，得到聚合物微透鏡。聚合物透鏡材料為聚酰亞胺或環(huán)氧樹脂或SU-8光刻膠。
[0081]F.發(fā)光芯片的正面固定:粘接劑材料為光刻膠或熱固化膠或紫外固化膠或其它粘接材料。上保護(hù)片的材料為硅或玻璃或石英或陶瓷或鋁或鈦或其他無(wú)機(jī)材料或有機(jī)材料或金屬材料。[0082]G.發(fā)光芯片的下表面減薄:采用機(jī)械減薄及拋光或化學(xué)減薄及拋光或機(jī)械與化學(xué)方法相結(jié)合對(duì)發(fā)光芯片的下表面進(jìn)行減薄和拋光處理，減薄后的發(fā)光芯片為20~300 μ m。
[0083]H.發(fā)光芯片的像素分割: [0084]a)下保護(hù)膜材料為二氧化硅或氮化硅或二氧化硅與氮化硅組成的復(fù)合膜或金屬或有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料或其它能起到保護(hù)作用的薄膜材料。保護(hù)膜制備方法為電子束蒸發(fā)或射頻濺射或磁控濺射或溶膠凝膠法或其它薄膜生長(zhǎng)方法。
[0085]b)通過(guò)雙面對(duì)準(zhǔn)光刻工藝在下保護(hù)膜上形成柔性區(qū)域光刻膠窗口圖形。
[0086]c)在光刻膠的保護(hù)下通過(guò)干法刻蝕或濕法腐蝕工藝得到下保護(hù)膜的窗口圖形。光刻膠厚度為0.2μ---15μπ?。
[0087]d)在保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片上表面進(jìn)行濕法腐蝕或ICP刻蝕，實(shí)現(xiàn)發(fā)光芯片的像素分割。
[0088]e)用濕法腐蝕或干法刻蝕去除下保護(hù)膜。
[0089]1.制備下電極及下電極引線:通過(guò)lift-off工藝或鍍膜-光刻-腐蝕工藝制備薄膜下電極及下電極引線，或通過(guò)厚膠光刻、蒸鍍及電鑄加厚等工藝制備厚膜下電極及下電極引線。
[0090]所述下電極及下電極引線的材料為Cr/Au或Ti/Pt/Au或Ti/Mo/Au或AuGeNi/Au或Al或Cu,或由Cr/Au或Ti/Pt/Au或Ti/Mo/Au或AuGeNi/Au與Cu或Au組成的復(fù)合膜。薄膜蒸鍍方式為電子束蒸發(fā)或射頻濺射或磁控濺射。
[0091]制備厚膜下電極及下電極引線具體有兩種方法:一、首先進(jìn)行厚膠光刻得到與下電極圖形相反的厚光刻膠圖形，再蒸鍍下電極薄膜，下電極選用Au或AuGeNi/Au或Ti/Pt/Au或Ti/Mo/Au或其它與基片具有良好歐姆接觸特性的金屬。剝離后，進(jìn)行電鑄，使電極加厚。電鑄材料與蒸鍍的薄膜材料相同或不同。
[0092]二、厚膜下電極及下電極弓丨線還可以采用以下工藝:首先蒸鍍下電極薄膜，下電極選用Au或AuGeNi/Au或Ti/Pt/Au或Ti/Mo/Au或其它與基片具有良好歐姆接觸特性的金屬。然后進(jìn)行厚膠光刻得到與下電極圖形相反的厚光刻膠圖形。電鑄使電極加厚，電鑄材料與蒸鍍的薄膜材料相同或不同。最后，去除厚光刻膠得到厚膜電極。
[0093]J.制備背面柔性材料:在已制備下電極及下電極引線的基片下表面旋轉(zhuǎn)涂覆或噴涂所需厚度的柔性材料涂料,然后進(jìn)行固化,形成背面柔性材料層。背面柔性材料層的材料為聚酰亞胺或柔性環(huán)氧樹脂或聚二甲基硅氧烷(PDMS)或其它可涂覆成膜的柔性有機(jī)材料。
[0094]K.去除上保護(hù)片，保護(hù)片及粘接劑用濕法或干法去除。
[0095]本發(fā)明采用了無(wú)機(jī)主動(dòng)發(fā)光二極管芯片制備柔性微顯示器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、響應(yīng)快；并克服了有機(jī)發(fā)光器件壽命短和驅(qū)動(dòng)電流低而限制光輸出強(qiáng)度的問題，從而提供一種自發(fā)光、體積小、功耗低并基于高亮度發(fā)光芯片的可彎曲的柔性微顯示器件及其制備方法。這種可彎曲的柔性微顯示器件可以應(yīng)用到醫(yī)療器械、微型傳感器件制造等多個(gè)領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.高均勻性的微型柔性LED面陣器件，包括透光層(I)、發(fā)光層(2)、反射層(3)、基片(4)、上電極(5)、上電極引線(9)、下電極(6)、下電極引線(10)、柔性區(qū)域(7)和微透鏡(8);其特征是，所述反射層(3)上面依次為發(fā)光層(2)、透光層(I)、上電極(5)和微透鏡(8)，反射層(3)的下面為基片(4);所述透光層(I)、發(fā)光層(2)、反射層(3)和基片(4)組成LED發(fā)光單元，多個(gè)LED發(fā)光單元均勻排布組成發(fā)光單元陣列；所述多個(gè)LED發(fā)光單元之間為柔性區(qū)域(7)，柔性區(qū)域(7)使各個(gè)發(fā)光單元依次連接并使LED發(fā)光單元陣列可彎曲；所述透光層(I)的上表面排布有上電極(5),柔性材料(7)的上表面排布有上電極引線(9),處于同一行的上電極(5)與上電極引線(9)依次相連接，在基片(4)的下表面排布有下電極(6)，處于同一列的下電極(6)通過(guò)下電極引線(10)連接；所述下電極(6)和下電極引線(10)組成的下引線列與上電極(5)和上電極引線(9)組成的上引線行在排列方向上異面垂直，所述上電極(5)和上電極引線(9)的材料為石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件，其特征在于，還包括位于LED發(fā)光單元的基片(4)下表面的柔性區(qū)域(7)，即背面柔性材料層，所述背面柔性材料層覆蓋下電極(6)和下電極引線(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件，其特征在于，所述LED發(fā)光單元的形狀為正方形、矩形或圓形；所述上電極(5)形狀為回字形、圓環(huán)形、單條形或雙條形；下電極(6)的形狀為矩形、圓形、單條形或雙條形。
4.制備權(quán)利要求1所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、發(fā)光芯片的清洗及正面保護(hù)；首先，選擇發(fā)光芯片，所述發(fā)光芯片由透光層、發(fā)光層、反射層和基片組成；然后，對(duì)發(fā)光芯片進(jìn)行清洗，并在所述的發(fā)光芯片的透光層的上表面制備一層上保護(hù)膜； 步驟二、上隔離溝槽的制備；通過(guò)光刻和腐蝕上保護(hù)膜，露出柔性區(qū)域的窗口圖形，即上隔離溝槽圖形；在上保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片上表面進(jìn)行濕法腐蝕或ICP刻蝕，去除柔性區(qū)域的發(fā)光芯片材料，形成一定深度的上隔離溝槽； 步驟三、上隔離溝槽的填充； 步驟三一、在制備有上隔離溝槽的發(fā)光芯片的上表面涂覆柔性材料，并進(jìn)行預(yù)固化； 步驟三二、通過(guò)光刻及腐蝕工藝去除透光層上表面的柔性材料，并通過(guò)去膠及再次腐蝕使所形成的填充材料上表面的形成凹陷形狀； 步驟三三、完成柔性材料的完全固化，去除上保護(hù)膜； 步驟四、在發(fā)光芯片的上表面進(jìn)行石墨烯透明柔性上電極及上電極引線的制備；步驟五、制備微透鏡(8);在完成上電極和上電極引線的發(fā)光芯片上制備高粘附力的聚合物層，通過(guò)熱熔法得到聚合物微透鏡； 步驟六、發(fā)光芯片的正面固定；采用粘接劑將發(fā)光芯片的上表面固定在上保護(hù)片上； 步驟七、發(fā)光芯片的背面減??；對(duì)發(fā)光芯片的基片的下表面進(jìn)行減薄，然后進(jìn)行拋光處理； 步驟八、發(fā)光芯片的像素分割，獲得多個(gè)LED發(fā)光單元； 步驟八一、在完成拋光的發(fā)光芯片的基片下表面制備下保護(hù)膜； 步驟八二、通過(guò)雙面對(duì)準(zhǔn)光刻和腐蝕保護(hù)膜，露出柔性區(qū)域窗口 ；步驟八三、在下保護(hù)膜和光刻膠的掩蔽下對(duì)發(fā)光芯片的下表面進(jìn)行刻蝕，完全去除柔性區(qū)域的發(fā)光芯片材料，實(shí)現(xiàn)發(fā)光芯片的像素分割，獲得多個(gè)LED發(fā)光單元； 步驟八四、去除下保護(hù)膜； 步驟九、制備下電極及下電極引線，在發(fā)光芯片的背面制備下電極及下電極引線，去除上保護(hù)片，制作電路引線，完成LED器件的制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制備方法，其特征在于，還包括步驟十，制備背面柔性材料的過(guò)程:具體為:在已制備下電極(6)及下電極引線(10)的基片的下表面旋轉(zhuǎn)涂覆或噴涂所需厚度的柔性材料涂料，然后進(jìn)行固化，形成背面柔性材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制備方法，其特征在于，在步驟四中，通過(guò)采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)或液相電化學(xué)沉積法在發(fā)光芯片的上表面制備石墨烯透明上電極和上電極引線。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于柔性材料的LED集成陣列的制備方法，其特征在于，所述下電極(6)、下電極引線(10)的材料為 Cr/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Mo/Au、AuGeNi/Au、Al 或 Cu 中的任意一種，或?yàn)橛蒀r/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Mo/Au或AuGeNi/Au中的任意一種與Cu組成的復(fù)合膜；或?yàn)橛蒀r/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Mo/Au或AuGeNi/Au中的任意一種與Au組成的復(fù)合膜，或?yàn)槭┍∧ぁ?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制備方法，其特征在于，步驟九中，通過(guò)lift-off工藝或鍍膜、光刻和腐蝕工藝制備薄膜下電極和下電極引線，或通過(guò)厚膠光刻、蒸鍍及電鑄加厚的工藝制備厚膜下電極和下電極引線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制備方法，其特征在于，所述厚膜下電極(6)和下電極引線(10)的制備過(guò)程有兩種方法: 第一種:首先進(jìn)行厚膠光刻得到與下電極圖形相反的厚光刻膠圖形，再蒸鍍下電極薄膜，剝離后，進(jìn)行電鑄，使電極加厚；獲得厚膜下電極(6)和下電極引線(10)，所述電鑄材料與蒸鍍的薄膜材料相同或不同； 第二種:首先采用電子束蒸發(fā)或射頻濺射或磁控濺射的蒸鍍方式蒸鍍下電極薄膜，然后進(jìn)行厚膠光刻得到與下電極圖形相反的厚光刻膠圖形；電鑄使電極加厚，電鑄材料與蒸鍍的薄膜材料相同或不同；最后，去除厚光刻膠得到厚膜下電極(6)及下電極引線(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高均勻性的微型柔性LED面陣器件的制備方法，其特征在于，步驟五所述的制備微透鏡(8)的具體過(guò)程為:在完成上電極(5)及上電極引線(9)的LED發(fā)光單元上涂覆一層聚合物膠體層，所述膠體層的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)和工藝實(shí)驗(yàn)決定；對(duì)聚合物膠體層進(jìn)行紫外固化或熱固化，得到具有較高粘附力的聚合物層；在固化后的聚合物上旋涂刻膠，前烘、曝光、顯影后，采用熱熔法制作光刻膠微透鏡；再采用反應(yīng)離子刻蝕將光刻膠微透鏡轉(zhuǎn)移至所述的聚合物層上，獲得聚合物微透鏡(8 )。
【文檔編號(hào)】H01L33/42GK103474425SQ201310353527
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】梁靜秋, 梁中翥, 王維彪, 田超, 秦余欣, 呂金光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所