CN121286129A - 多色微型led像素阵列 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种多色微型LED单元，包括：多个多色微型LED像素，每个多色微型LED像素包括：发射第一颜色光的第一LED结构，其中所述第一LED结构形成在基板上；形成在所述基板上的第一金属柱；发射第二颜色光的第二LED结构，其中所述第二LED结构位于所述第一金属柱上；以及围绕所述多个多色微型LED像素的导电结构。

Description

多色微型LED像素阵列

技术领域

本公开一般涉及发光二极管(LED)显示装置，更具体地，涉及多色微型LED像素阵列。

背景技术

发光二极管(LED)广泛用于照明、背光和显示器等领域。使用LED作为像素的优点包括亮度高、工作电压低、功耗低、尺寸大、寿命长、抗冲击和性能稳定。随着近年来迷你LED和微型LED技术的发展，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的消费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，同时仍然要求HD清晰度(1280×720像素)或更高的清晰度。许多电子设备要求LED面板具有特定的像素大小、相邻像素间距离、亮度和视角。通常，当尝试在小型显示器上实现最大分辨率和亮度时，同时保持分辨率和亮度要求是具有挑战性的。相反，在某些情况下，像素大小和亮度难以同时得到平衡，因为它们具有大致相反的关系。例如，每个像素获得高亮度会导致其分辨率低下。同样，获得高分辨率会使亮度降低。

LED芯片发出的光由自发发射产生，因此是不定向的，导致较大的发散角。在微型LED显示屏中，较大的发散角会引发各种问题。一方面，由于较大的发散角，微型LED发出的光只有一小部分能被利用。这可能会显著降低微型LED显示系统的效率和亮度。此外，由于较大的发散角，一个微型LED像素发出的光可能会照射到相邻像素，导致像素之间的光串扰、清晰度损失以及对比度损失。图1示出了一种用于减小较大发散角的传统解决方案，目的是减少光浪费以降低功耗和像素间的光干扰。如图1所示，光学隔离结构110位于每个微型LED像素周围。然而，这些单独的光学隔离结构会占用较大的芯片面积，增加工艺难度，并且不利于微型LED像素单元的小型化。

现有技术中的多色LED设计通常采用同轴堆叠结构，即不同颜色的LED芯片堆叠在一起。在这种结构中，从下层LED发光区域发出的光可以穿过上层LED发光区域并从顶部向外射出，或者横向传播后通过侧面反射结构从顶部向外射出。在这种同轴堆叠的多色LED结构中，下层LED发光区域发出的光传播路径较长，这增加了光被光隔离和电连接结构反射和吸收的概率，从而导致更高的光损耗。这可能会显著降低微型LED显示系统的效率和亮度。

因此，需要提供一种用于显示面板的LED结构，以解决上述缺点及其他问题。

发明内容

需要改进的多色LED设计以改善并解决传统显示系统的缺点。具体而言，需要一种能够在有效保持低功耗的同时提高亮度和分辨率的LED器件结构。

一些示例性实施例提供了一种多色微型LED单元，包括：多个多色微型LED像素，每个多色微型LED像素包括：发射第一颜色光的第一LED结构，其中第一LED结构形成在基板上；形成在基板上的第一金属柱；发射第二颜色光的第二LED结构，其中第二LED结构位于第一金属柱上；以及围绕多个多色微型LED像素的导电结构。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，每个多色微型LED像素还包括：形成在基板上的第二金属柱；以及发射第三颜色的第三LED结构，其中第三LED结构位于第二金属柱上。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构通过第一金属键合层与基板键合；和/或第二LED结构通过第二金属键合层与基板上的第一金属柱键合；和/或第三LED结构通过第三金属键合层与基板上的第二金属柱键合。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一金属柱的下端与基板上的触点电连接，第一金属柱的上端与第二金属键合层电连接，且不低于第一LED结构的顶部；和/或第二金属柱的下端与基板上的触点电连接，第二金属柱的上端与第三金属键合层电连接，且不低于第二LED结构的顶部。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构包括下导电层、上导电层以及位于下导电层和上导电层之间的红色LED发光层；第二LED结构包括下导电层、上导电层以及位于下导电层和上导电层之间的绿色LED发光层；第三LED结构包括下导电层、上导电层以及位于下导电层和上导电层之间的蓝色LED发光层；第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构的上导电层与导电结构电连接，第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构的下导电层分别与基板上的对应触点电连接。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构嵌入绝缘电介质中。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，绝缘电介质由电介质材料制成，例如固态无机材料或塑料材料。固体无机材料包括SiO₂、Al₃O₃、Si₃N₄、SiCN、HfO₂、Ta₂O₅、TiO₂、ZrO₂、La₂O₃、MgO、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或其任意组合。塑料材料包括诸如SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)的聚合物、或包括旋涂玻璃(SOG)的透明塑料(树脂)、或键合粘合剂微抗蚀剂BCL-1200，或上述的任何组合。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，还包括：绝缘电介质上方的微透镜；和/或形成在微透镜底部、光出射区域顶部的间隔物。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，导电结构的下端位于基板上，但不与基板上的触点电连接；且导电结构的上端到达不低于第二或第三LED结构的顶面的位置；或者，导电结构的上端到达绝缘电介质的顶面或微透镜的底部，或直接到达顶部焊盘的底部并与顶部焊盘电连接。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，微透镜包括位于第一LED结构上方的第一微透镜、位于第二LED结构上方的第二微透镜以及位于第三LED结构上方的第三微透镜，并且第一微透镜、第二微透镜和第三微透镜的高度不同、相同或部分相同。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，导电结构的侧壁上设置有第一反射层。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，还包括：形成在第一LED结构与第一键合层之间的第一底部反射层；和/或形成在第二LED结构与第二键合层之间的第二底部反射层；和/或形成在第三LED结构与第三键合层之间的第三底部反射层。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一反射层和底部反射层包括金属层、DBR层、多层全向反射器(ODR)中的一种或多种。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，DBR层为导电DBR或电介质DBR。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一反射层为一个或多个反射涂层。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构彼此部分重叠。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构的横截面形状为矩形、圆形、正方形、六边形或椭圆形。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构中的每一个均包括第一导电类型的第一半导体外延层、第二导电类型的第二半导体外延层以及位于它们之间的发光层。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，多个多色微型LED像素排列成N×M像素阵列，其中N为大于或等于1的正整数，M为大于或等于2的正整数。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，相邻的多色微型LED像素共享一个或多个LED结构。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，多个多色微型LED像素包括第一多色微型LED像素和第二多色微型LED像素，第一多色微型LED像素和第二多色微型LED像素共享第一LED结构、第二LED结构和/或第三LED结构。

在多色微型LED单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一多色微型LED像素和第二多色微型LED像素共享的第一LED结构与驱动第一多色微型LED像素的第一LED结构的第一触点以及驱动第二多色微型LED像素的第一LED结构的第二触点电连接；第一多色微型LED像素和第二多色微型LED像素共享的第二LED结构与驱动第一多色微型LED像素的第二LED结构的第三触点以及驱动第二多色微型LED像素的第二LED结构的第四触点电连接；和/或第一多色微型LED像素和第二多色微型LED像素共享的第三LED结构与驱动第一多色微型LED像素的第三LED结构的第五触点以及驱动第二多色微型LED像素的第三LED结构的第六触点电连接。

一些示例性实施例提供了一种多色微型LED像素阵列，包括：排列成阵列的多个多色微型LED像素，对于阵列的每一行，N个多色微型LED像素排列成一条直线；每个多色微型LED像素包括：发射第一颜色光的第一LED结构，其中第一LED结构形成在基板上；形成在基板上的第一金属柱；发射第二颜色的第二LED结构，其中第二LED结构位于第一金属柱上；形成在基板上的第二金属柱；以及发射第三颜色光的第三LED结构，其中第三LED结构位于第二金属柱上；其中，一个多色微型LED像素中的第二LED结构和第三LED结构中的一个由左侧相邻的多色微型LED像素共享，一个多色微型LED像素中的第二LED结构和第三LED结构中的另一个由右侧相邻的多色微型LED像素共享，导电结构位于多个多色微型LED像素的周围。

在多色微型LED像素阵列的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构通过第一金属键合层与基板键合；和/或第二LED结构通过第二金属键合层与基板上的第一金属柱键合；和/或第三LED结构通过第三金属键合层与基板上的第二金属柱键合。

在多色微型LED像素阵列的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一金属柱的下端与基板上的触点电连接，第一金属柱的上端与第二金属键合层电连接，且不低于第一LED结构的顶部；和/或第二金属柱的下端与基板上的触点电连接，第二金属柱的上端与第三金属键合层电连接，且不低于第二LED结构的顶部。

在多色微型LED像素阵列的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构包括下导电层、上导电层以及位于下导电层和上导电层之间的红色LED发光层；第二LED结构包括下导电层、上导电层以及位于下导电层和上导电层之间的绿色LED发光层；第三LED结构包括下导电层、上导电层以及位于下导电层和上导电层之间的蓝色LED发光层；以及第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构的上导电层与导电结构电连接，且第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构的下导电层分别与基板上的对应触点电连接。

在多色微型LED像素阵列的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，导电结构的下端位于基板上，但不与基板上的触点电连接；且导电结构的上端到达不低于第二或第三LED结构的顶面的位置；或，导电结构的上端到达围绕LED结构的绝缘电介质的顶面或微透镜的底部，或直接到达顶部焊盘的底部并与顶部焊盘电连接。

在多色微型LED像素阵列的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构的横截面形状为矩形、圆形、正方形、六边形或椭圆形。

在多色微型LED像素阵列的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第二LED结构与基板上的两个触点电连接，用于驱动两个相邻多色微型LED像素的第二LED结构；第三LED结构与基板上的两个触点电连接，用于驱动两个相邻多色微型LED像素的第三LED结构。

在多色微型LED像素阵列的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，对于阵列的每一行，导电结构包括：沿着行方向位于多色微型LED像素两侧的第一水平部分和第二水平部分；布置在相邻第一LED结构之间的多个第一垂直部分；以及布置在相邻第二LED结构和第三LED结构之间的多个第二垂直部分，其中第一垂直部分的一端连接至第一水平部分，且另一端朝向第二LED结构或第三LED结构但不与第二LED结构或第三LED结构接触，其中第二垂直部分的一端连接至第二水平部分，且另一端朝向第一LED结构但不与第一LED结构接触。

其他方面包括组件、器件、系统、改进、方法和工艺，包括制造方法、应用以及与上述任何内容相关的其他技术。

应当注意，上面描述的各种实施例可与本文所描述的任何其他实施例组合。说明书中描述的特征和优点并非全部涵盖在内，特别地，许多附加特征和优点将对本领域普通技术人员而言在附图、说明书和权利要求方面是显而易见的。此外，应该注意的是，在说明书中使用的语言的选择主要是出于可读性和指导的目的，并且不会被选择用来划定或限定发明主题。

附图说明

为使本公开可以被更详细地理解，可通过参照各种实施例的特征进行更具体的描述，所述特征中的一些特征在附图中示出。但是，这些附图仅示出了本公开内容的有关特征，因此不应被认为是限制性的，因为该描述可以允许有其他有效的特征。

图1示出了减小较大发散角的传统解决方案。

图2示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图3示出了根据本发明一个实施例的图2所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。

图4示出了根据本发明一个实施例的图2所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。

图5示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图6示出了根据本发明一个实施例的图5所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。

图7示出了根据本发明一个实施例的图5所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。

图8A示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图8B示出了根据本发明另一实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图9示出了根据本发明又一实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图10示出了根据本发明再一实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图11示出了根据本发明一个实施例的具有窄光束宽度的多色微型LED像素的俯视示意图。

图12示出了根据本发明一个实施例的图11所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。

图13示出了根据本发明一个实施例的图11所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。

图14示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的制造过程的截面示意图。

图15示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图16示出了根据本发明一个实施例的图15所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。

图17示出了根据本发明一个实施例的图15所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。

图18示出了根据本发明一个实施例的图15所示多色微型LED像素沿CC线的截面示意图。

图19示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图20示出了根据本发明一个实施例的图19所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。

图21示出了根据本发明一个实施例的图19所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。

图22示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。

图23示出了根据本发明一个实施例的图22所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。

图24示出了根据本发明一个实施例的图22所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。

图25-27示出了发光体与透镜之间的距离对LED发散角的影响。

图28-34示出了根据本发明一个实施例的具有至少一个倒梯形LED结构的多色微型LED像素的截面示意图。

图35示出了根据本发明一个实施例的不同高度微透镜的制造过程的截面示意图。

图36示出了根据本发明一个实施例的四个多色微型LED像素共享一个导电结构的俯视示意图。

图37示出了根据本发明另一个实施例的2×2多色微型LED像素共享一个导电结构的俯视示意图。

图38示出了根据本发明一个实施例的两个多色微型LED像素共享一个LED结构的俯视示意图。

图39示出了根据本发明一个实施例的图38所示多色微型LED像素沿AA线的剖面示意图。

图40示出了根据本发明一个实施例的图38所示多色微型LED像素沿BB线的剖面示意图。

图41示出了根据本发明一个实施例的图38所示多色微型LED像素沿CC线的剖面示意图。

图42示出了根据本发明另一个实施例的两个多色微型LED像素共享一个LED结构的俯视示意图。

图43示出了根据本发明一个实施例的两个多色微型LED像素共享两个LED结构的俯视示意图。

图44示出了根据本发明一个实施例的图43所示多色微型LED像素沿AA线的剖面示意图。

图45示出了根据本发明一个实施例的图43所示多色微型LED像素沿BB线的剖面示意图。

根据惯例，附图中所示的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清楚起见，各种特征的尺寸可能会被任意放大或缩小。此外，一些附图可能并未描绘给定系统、方法或设备的所有部分。最后，在整个说明书和附图中，相同的附图标记可用于表示相同的特征。

具体实施方式

本文描述了许多细节，以便提供对附图中所示的示例实施例的透彻理解。然而，一些实施例可以在没有许多具体细节的情况下实施，并且权利要求的范围仅受到权利要求中具体叙述的那些特征和方面的限制。此外，未详尽地描述众所周知的过程、部件和材料，以免不必要地模糊本文描述的实施例的相关方面。

在一些实施例中，单个多色LED像素包含两个或更多个LED结构。在一些实施例中，每个LED结构包含至少一个发射独特颜色光的LED发光层。当单个多色LED像素内存在两个LED结构时，该单个多色LED像素能够发出两种颜色以及这两种颜色的混合色的光。当单个多色LED像素内存在三个LED结构时，该单个多色LED像素能够发出三种颜色以及这三种颜色的混合色的光。

图2示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。图3示出了根据本发明一个实施例的图2所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。图4示出了根据本发明一个实施例的图2所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。如图2-4所示，该多色微型LED像素包括基板210、第一LED结构220、第二LED结构230、第三LED结构240、导电结构250和微透镜260。第一LED结构220、第二LED结构230、第三LED结构240并非同轴堆叠。相反，第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240从顶部彼此偏移。

为方便起见，“向上”用于表示远离基板210，“向下”表示朝向基板210，以及诸如顶部、底部、上方、下方、正下方、下面等的其他方向性术语也相应地解释。支撑基板210是其上制备有各个驱动器电路的阵列的基板。在一些实施例中，驱动器电路也可以位于基板210上方的一层中。每个驱动器电路都是像素驱动器。在某些情况下，驱动器电路是薄膜晶体管像素驱动器或硅CMOS像素驱动器。在一个实施例中，基板210是Si基板。在另一实施例中，支撑基板210是透明基板，例如玻璃基板。其他基板的示例包括GaAs、GaP、InP、SiC、ZnO和蓝宝石基板。驱动器电路形成个体的像素驱动器以控制单个的多色微型LED像素的工作。基板210上的电路包括到每个单个驱动器电路的触点211以及接地触点。

在一些实施例中，第一LED结构220可以包括下导电层221、上导电层222以及位于下导电层221和上导电层222之间的红色LED发光层223；第二LED结构230可包括下导电层231、上导电层232以及位于下导电层231和上导电层232之间的绿色LED发光层233；第三LED结构240可包括下导电层241、上导电层242以及位于下导电层241和上导电层242之间的蓝色LED发光层243。本领域技术人员应当理解，第一LED结构220中的LED发光层223不限于红色，第二LED结构230中的发光层233不限于绿色，第三LED结构240中的发光层243也不限于蓝色。即，发光层223、233、243可以是任何颜色的发光层。这里对红色、绿色和蓝色发光层或LED结构的描述仅仅是说明性的，而不是限制性的。

在一些实施例中，LED发光层223、233和243可包括第一导电类型的第一半导体外延层、第二导电类型的第二半导体外延层以及位于它们之间的发光层。发光层可以是但不限于多量子阱层。第一导电类型可以是N型，第二导电类型可以是P型；或者第一导电类型可以是P型，第二导电类型可以是N型。三种颜色发光层中的每一个的N型半导体外延层包括但不限于N型Si掺杂的GaN、Si掺杂的AlGaN、Si掺杂的AlGaInP、Si掺杂的GaAs或Si掺杂的AlInP。P型半导体外延层包括但不限于Mg掺杂的GaN、Mg掺杂的AlGaN、Mg掺杂的InGaN、Mg掺杂的InAlGaN、Mg掺杂的AlInP、Mg掺杂的AlGaInP、Mg掺杂的GaP或C掺杂的GaP。量子阱层包括但不限于InGaN/GaN循环、InGaP/AlGaInP循环。

在一些实施例中，第一LED结构220还可包括位于上导电层222与LED发光层223之间的上连接部224，并且上连接部电连接至上导电层222与LED发光层223。上连接部224的材料为金属，包括Al、Au、Rh、Ag、Cr、Ti、Pt、Sn、Cu、AuSn、TiW中的一种或多种。

在一些实施例中，上导电层和下导电层可以为金属层或导电透明层，如ITO、FTO、铜层，其形成是为了提高导电性和透明度。在另一实施例中，下导电层221可以是金属层，以构成第一金属键合层271的一部分。

尽管本文使用术语“层”描述了一些特征，但应理解，这些特征不限于单个层，而是可以包括多个子层。在某些情况下，“结构”可以采取“层”的形式。

在一些实施例中，如图2所示，第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240彼此靠近，但不相互重叠。

在一些实施例中，第一LED结构220通过金属键合层271与基板210键合。金属键合层271可设置在基板210上。在一种方法中，金属键合层271生长在基板210上。在一些实施例中，金属键合层271和基板210上的触点211与位于金属键合层271上方的第一LED结构220电连接，起到类似P-电极的作用。在一些实施例中，金属键合层271的厚度约为0.1微米至3微米。在优选实施例中，金属键合层271的厚度约为0.3μm。金属键合层271可包括欧姆接触层和金属键合层。在一些情况下，金属键合层271包括两个金属层。两个金属层中的一个金属层沉积在第一LED结构220的底部。对应的键合金属层沉积在基板210上。在一些实施例中，金属键合层271的组成包括Au-Au键合、Au-Sn键合、Au-In键合、Ti-Ti键合、Cu-Cu键合或上述的组合。例如，如果选择Au-Au键合，则两个Au层分别需要Cr涂层作为粘合层以及Pt涂层作为抗扩散层。并且Pt涂层位于Au层与Cr层之间。Cr和Pt层位于两个键合在一起的Au层的顶部和底部。在一些实施例中，当两个Au层的厚度大致相同时，在高压和高温下，两个层上的Au相互扩散将两个层键合在一起。共晶键合、热压键合和瞬间液相(TLP)键合是可以使用的示例技术。

在一些实施例中，金属键合层271还可用作反射器以反射从上方的LED结构发射的光。在一些实施例中，金属键合层271可包括反射层。此外，反射层可以包括堆叠的反射子层。

在一些实施例中，如图4所示，第二LED结构230通过金属键合层272与基板210上的金属柱273键合。第三LED结构240通过金属键合层274与基板210上的金属柱275键合。在一些实施例中，金属柱273的下端与基板210上的触点211电连接，金属柱273的上端与金属键合层272电连接，起到类似P-电极的作用。在一种方法中，金属柱273生长在基板210上。在一些实施例中，金属柱273的上端不低于第一LED结构220的顶部，以便第二LED结构230可与金属柱273键合。在一些实施例中，金属柱275的下端与基板210上的触点211电连接，上端与金属键合层274电连接，起到类似P电极的作用。在一种方法中，金属柱275生长在基板210上。在一些实施例中，金属柱275的上端不低于第二LED结构230的顶部，以便第三LED结构240可与金属柱275键合。

在一些实施例中，第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240通过金属键合层直接键合，且金属键合对表面平整度的要求较低。因此，根据本发明的多色微型LED像素可兼具金属键合和直接键合的优势。

在一些实施例中，第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240嵌入绝缘电介质280内。绝缘电介质280对第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240发射的光是透明的。在一些实施例中，绝缘电介质280由电介质材料制成，例如固体无机材料或塑料材料。在一些实施例中，固体无机材料包括SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、SiCN、HfO₂、Ta₂O₅、TiO₂、ZrO₂、La₂O₃、MgO、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或其任意组合。在一些实施例中，塑料材料包括诸如SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)的聚合物，或者包括旋涂玻璃(SOG)的透明塑料(树脂)，或者键合粘合剂微抗蚀剂BCL-1200，或者上述的任意组合。在一些实施例中，绝缘电介质280可促进LED结构发出的光穿过。

如图2所示，导电结构250围绕第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240的外围。在一些实施例中，导电结构250可用作公共电极以连接每个LED结构的上导电层，起到类似N电极的作用。也就是说，导电结构250可将LED结构的相应上导电层242、232、222电连接至外部电源的负极。

然而，本领域技术人员应当知晓，LED结构的N电极和P电极是可以互换的。例如，导电结构可用作公共P电极以连接每个LED结构的P型外延层，而LED结构的相应N型外延层则与金属键合层连接。

由于导电结构与LED发光层之间的高度差，上导电层242、232、222可以是平坦的，也可以具有向上或向下的斜坡。例如，在形成上导电层242、232、222时，若导电结构的高度与LED发光层的高度相同，则上导电层242、232、222基本是平坦的；若导电结构的高度高于LED发光层的高度，则上导电层242、232、222包括从LED发光层的边缘朝向导电结构上升的斜坡；若导电结构的高度低于LED发光层的高度，则上导电层242、232、222包括从LED发光层的边缘朝向导电结构下降的斜坡。本领域技术人员应当理解，上导电层的任何形状都可根据微型LED像素的具体要求进行设计，且均落入本发明的保护范围内。

在一些实施例中，导电结构250的下端可位于基板210上，但不与基板210上的触点电连接；且导电结构250的上端可到达不低于第二或第三LED结构顶面的位置；优选地，导电结构250的上端可到达绝缘电介质280的顶面或微透镜的底部，或直接到达顶部焊盘的底部并与顶部焊盘电连接。在一些实施例中，导电结构250可用作光学隔离结构，因此不存在串扰。

在一些实施例中，微透镜260形成在绝缘电介质280的顶面上。

在一些实施例中，微透镜260可根据设计需求改变单个微型LED像素的出射光路，使LED器件发出的光更聚焦或更发散。

在一些实施例中，微透镜260可以由对单个微型LED像素发射的各波长的光透明的各种材料制成。用于微透镜260的示例性透明材料包括聚合物、电介质和半导体。在一些实施例中，电介质材料包括一种或多种材料，例如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铝等。在一些实施例中，微透镜260由光刻胶制成。

在一些实施例中，微透镜260的形状大致为半球形。

应当理解的是，一个完整的显示面板包括许多单个的像素和许多微透镜的阵列。另外，微透镜和像素光源之间不必一一对应，像素驱动器电路(未示出)和像素光源之间也不必一一对应。像素光源也可以由多个单独的光元件制成，例如并联连接的单个像素LED。在一些实施例中，一个微透镜260可以覆盖几个无透镜的单个LED像素。

单个微透镜260具有正光功率，并且设置为减小相应像素光源发射的光的发散或视角。在一个例子中，从像素光源发射的光束具有相当宽的原始发散角。在一个实施例中，光束的边缘光线相对于基板210正交的竖向轴线的原始角度大于60度。光被微透镜260弯曲，使得新的边缘光线现在具有减小的发散角。在一个实施例中，减小后的角度小于30度。微透镜阵列中的微透镜通常是相同的。微透镜的示例包括球面微透镜、非球面微透镜、菲涅耳微透镜和柱面微透镜。

微透镜260通常具有平面侧和弯曲侧。在图3和图4中，微透镜260的底部为平坦侧，顶部为弯曲侧。每个微透镜260的基部的典型形状包括圆形、方形、矩形和六边形。显示面板的微透镜阵列中的各个微透镜在形状、曲率、光功率、尺寸、基部、间距等方面可以相同或不同。在一些实施例中，微透镜260与单个LED像素的形状相符合。在一个示例中，微透镜260的基部形状与单个LED像素的形状相同。在另一个例子中，微透镜260的基部的形状与单个LED像素的形状不同，例如，微透镜的圆形基部具有与单个LED像素相同的宽度，但是面积更小，因为微透镜基部是圆形的，而单个LED像素的基部是正方形的。在一些实施例中，微透镜基部面积小于像素光源的面积。在一些实施例中，微透镜基部的面积等于或大于像素光源的面积。

在一些实施例中，通过将微透镜阵列集成到显示面板上来实现亮度增强效果。在一些示例中，由于微透镜的聚光效果，在垂直于显示器表面的方向上，具有微透镜阵列的亮度是没有微透镜阵列的亮度的4倍。在替代性实施例中，亮度增强因子可以根据微透镜阵列和光学间隔物的不同设计而变化。例如，可以实现大于8的因子。

可通过各种制造方法制造微透镜，包括沉积、图案化、蚀刻等步骤。

图5示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。图6示出了根据本发明一个实施例的图5所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。图7示出了根据本发明一个实施例的图5所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。如图5-7所示，该多色微型LED像素包括基板210、第一LED结构220、第二LED结构230、第三LED结构240、导电结构250和微透镜260。图5-7所示的多色微型LED像素与图2-4所示的多色微型LED像素的不同之处在于，图5-7所示的多色微型LED像素还可包括反射层251、底部反射层501、底部反射层502和底部反射层503中的一个或多个。

在一些实施例中，如图6和图7所示，反射层251设置在导电结构250的侧壁上。在一些实施例中，导电结构250基本上围绕第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构，使得从LED结构朝向导电结构250发射的光被反射层251反射，并从单个LED像素的顶面射出。

在一些实施例中，具有反射层251的导电结构可以通过沉积、光刻和蚀刻工艺的组合来制造。在一些实施例中，具有反射层251的导电结构可以通过其他合适的方法制造。

在一些实施例中，反射层253可以为具有高反射率的金属层，其包括一种或多种金属，例如Pt,Rh,Al,Au和Ag，包括TiO₂/SiO₂层的堆叠DBR层，或具有全反射性质的任何其它层，包括多层全向反射器(ODR)，或上述的组合。

在一些实施例中，反射层251可以是一个或多个反射涂层，该一个或多个反射涂层设置在导电结构250的侧壁上。一个或多个反射涂层中的每一个的底部不与相应的LED结构接触。该一个或多个反射涂层可以反射从发光区域发出的光，从而提高微型LED面板或显示器的亮度和发光效率。例如，从发光区域发出的光可能到达一个或多个反射涂层，并可能被一个或多个反射涂层向上反射。

一个或多个反射涂层的材料可以是高反射性的，具有大于60％、70％或80％的反射率，因此可以反射从发光区域发射的大部分光。在一些实施例中，一个或多个反射涂层可以包括一种或多种具有高反射率的金属导电材料。在这些实施例中，一种或多种金属导电材料可以包括铝、金或银中的一种或多种。在其他一些实施例中，一个或多个反射涂层可以是多层的。更具体地，一个或多个反射涂层可以包括堆叠的一个或多个反射材料层和一个或多个电介质材料层。例如，一个或多个反射涂层可以包括一个反射材料层和一个电介质材料层。在其他实施例中，一个或多个反射涂层可以包括两个反射材料层和位于两个反射材料层之间的一个电介质材料层。然而在一些其他实施例中，一个或多个反射涂层可以包括两个电介质材料层和位于两个电介质材料层之间的一个反射材料层。在一些实施例中，多层结构可以包括两个或更多个金属层，金属层可以包括TiAu、CrAl或TiWAg中的一种或多种。

在一些实施例中，一个或多个反射涂层可以是多层全向反射器(ODR)，包括金属层和透明导电氧化物(TCO)层。例如，该多层结构可以包括电介质材料层、金属层和TCO层。在一些实施例中，一个或多个反射涂层可以包括两个或更多个电介质材料层，交替设置以形成分布式布拉格反射器(DBR)。例如，一个或多个反射涂层可以包括电介质材料层、金属层和透明电介质层。透明电介质层可以包括SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃或TiO₂中的一种或多种。一个或多个反射涂层还可以包括电介质材料层、TCO和DBR。在其他实施例中，一个或多个反射涂层可以包括一种或多种具有高反射率的金属导电材料。在这些实施例中，一种或多种金属导电材料可以包括铝、金或银中的一种或多种。

在一些实施例中，反射层251可以是导电反射层或电介质反射层。

在一些实施例中，如图6和图7所示，底部反射层501、底部反射层502和底部反射层503设置在金属键合层与LED结构之间。底部反射层的材料和制造工艺与反射层251类似，为简化起见，不再详细描述。当底部反射层为导电反射层时，底部反射层可以是连续层或具有一个或多个间隙的不连续层。当底部反射层为电介质反射层时，底部反射层可以是具有一个或多个间隙的不连续层，其中形成导电材料以确保第一LED结构与基板可以电连接。

图8A示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。如图8A所示，该多色微型LED像素包括基板210、第一LED结构220、第二LED结构230、第三LED结构240、导电结构250和微透镜260。图8所示的多色微型LED像素与图2-4所示的多色微型LED像素的不同之处在于，第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240彼此部分重叠。这种结构的优点是三个LED结构排列更紧密，有利于减小单个多色微型LED像素的尺寸。

图8B示出了根据本发明另一实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。如图8B所示，该多色微型LED像素包括基板210、第一LED结构220、第二LED结构230、第三LED结构240、导电结构250和微透镜260。与图8A所示的多色微型LED像素相比，第一LED结构220、第二LED结构230和第三LED结构240之间的重叠面积增加，这有利于进一步减小单个多色微型LED像素的尺寸。

图9示出了根据本发明又一实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。如图9所示，该多色微型LED像素包括基板210、第一LED结构220、第二LED结构230、导电结构250和微透镜260。与图8A所示的多色微型LED像素相比，图9所示的多色微型LED像素仅包括两个LED结构。在一些实施例中，第一LED结构220和第二LED结构230可以是红-绿双色、红-蓝双色、绿-蓝双色或其他双色的组合。

图10示出了根据本发明再一实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。如图10所示，该多色微型LED像素包括基板210、第一LED结构220、第二LED结构230、第三LED结构240、导电结构250和微透镜260。LED结构的横截面为圆形。

然而，本领域技术人员应当理解，LED结构的横截面可以是任意形状。

图11示出了根据本发明一个实施例的具有窄光束宽度的多色微型LED像素的俯视示意图。图12示出了根据本发明一个实施例的图11所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。图13示出了根据本发明一个实施例的图11所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。如图11-13所示，该多色微型LED像素包括基板1110、第一LED结构1120、第二LED结构1130、第三LED结构1140、导电结构1150、微透镜1160和间隔物1170。图11所示的多色微型LED像素与图2所示像素的区别在于间隔物1170。

在一些实施例中，间隔物1170形成在微透镜1160底部、光出射区域顶部。

间隔物1170是光学透明层，其形成用于保持微透镜1160相对于像素光源的位置。间隔物1170可由对像素光源发射的各波长的光透明的各种材料制成。用于间隔物1170的示例性透明材料包括聚合物、电介质和半导体。在一些实施例中，电介质材料包括一种或多种材料，例如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铝等。在一些实施例中，间隔物1170由光刻胶制成。在一些实施例中，间隔物1170与微透镜1160具有相同的材料。在一些实施例中，间隔物1170与微透镜1160具有不同的材料。

在一些实施例中，当形成微透镜1160时，间隔物层1170可与微透镜1160在同一工艺中使用相同材料形成。

在一些实施例中，间隔物1170的侧壁上设置有反射层1171。反射层1171的结构、材料和制造方法与反射层251类似，为简化起见，不再详细描述。

在一些实施例中，间隔物1170从像素光源的顶面测量的厚度约为2μm至10μm，这有助于实现窄光束宽度。

在本发明的上述及其他实施例中，LED结构嵌入绝缘电介质内。对于传统的SiO₂/SiN绝缘电介质，来自SiH₄气体前驱体的H₂会钝化pGaN，导致高Vf。因此，避免使用SiH₄基前驱体可能是有益的。在一些实施例中，绝缘电介质可由诸如固体无机材料等电介质材料制成。在一些实施例中，固体无机材料包括Al₂O₃、HfO₂、Ta₂O₅、TiO₂、ZrO₂、La₂O₃、MgO等。

图14示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的制造过程的截面示意图。

如图14所示，在步骤S1中，第一LED结构1420形成在基板1410上。具体地，步骤S1可包括：在第一LED发光层1423上形成第一下导电层1421，将第一LED发光层1423键合到基板1410上，通过蚀刻第一LED发光层1423形成第一台面，在第一台面周围形成隔离层1424，并在第一LED发光层1423上形成第一上导电层1422。

在步骤S2中，填充围绕第一LED结构1420并覆盖第一LED结构1420的顶面的绝缘电介质1480，在基板1410上形成与绝缘电介质1480的顶面齐平的导电结构1450、第一金属柱1473和第二金属柱1475。

在步骤S3中，在第二LED发光层1433上形成第二下导电层1431，将第二LED发光层1433键合到第一金属柱1473上。

在步骤S4中，通过蚀刻第二LED发光层1433形成第二台面，在第二台面周围形成隔离层1434，并在第二LED发光层1423上形成第二上导电层1432。

在步骤S5中，填充围绕第二LED结构1430并覆盖第二LED结构1430的顶面的绝缘电介质1480，在基板1410上形成与绝缘电介质1480的顶面齐平的导电结构1450和第二金属柱1475，在第三LED发光层1443上形成第三下导电层1441，将第三LED发光层1443键合到第二金属柱1475上。

在步骤S6中，通过蚀刻第三LED发光层1443形成第三台面，在第三台面周围形成隔离层1444，并在第三LED发光层1443上形成第三上导电层1442。

本领域技术人员应当理解，上述方法步骤仅为示例，在本发明的其他实施例中，可采用不同的步骤和工艺。

图15示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。图16示出了根据本发明一个实施例的图15所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。图17示出了根据本发明一个实施例的图15所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。图18示出了根据本发明一个实施例的图15所示多色微型LED像素沿CC线的截面示意图。如图15-18所示，该多色微型LED像素包括基板1510、第一LED结构1520、第二LED结构1530、第三LED结构1540、导电结构1550和微透镜1560。第一LED结构1520、第二LED结构1530和第三LED结构1540并非同轴堆叠。相反，第一LED结构1520、第二LED结构1530和第三LED结构1540从顶部彼此偏移。

如图15-18所示，该多色微型LED像素还包括围绕第一LED结构1520的第一气隙1525、围绕第二LED结构1530的第二气隙1535、围绕第三LED结构1540的第三气隙1545，以及位于第一LED结构1520、第二LED结构1530和第三LED结构1540之间的中央电极1590。当光从高折射率材料(如SiN，n＝1.9)进入低折射率空气(n≈1)时，在气隙与高折射率材料的界面处会发生全反射，因此气隙具有光学隔离和提高光提取效率的作用。

在一些实施例中，气隙1525、1535和1545的下端可到达基板1510，上端可到达不低于第二或第三LED结构顶面的位置；优选地，气隙的上端可到达绝缘电介质的顶面或微透镜的底部，或直接到达顶部焊盘的底部。气隙1525、1535和1545的横截面形状与第一至第三LED结构的横截面形状相似。即，若LED结构为圆形，则气隙1525、1535和1545的横截面可为圆形；若LED结构为矩形，则气隙的横截面可为矩形。在LED结构邻近中央电极1590的外周部分没有形成气隙。即，每个气隙1525、1535和1545在LED结构邻近中央电极1590的外周部分具有缺口，使得第一LED结构1520、第二LED结构1530和第三LED结构1540的每个上导电层可通过该缺口与中央电极1590电连接。

在一些实施例中，中央电极1590的下端可位于基板1510上，但不与基板1510上的触点电连接；中央电极1590的上端可到达不低于第二或第三LED结构顶面的位置；优选地，中央电极1590的上端可到达绝缘电介质的顶面或微透镜的底部，或直接到达顶部焊盘的底部并与顶部焊盘电连接。

图19示出了根据本发明一个实施例的多色微型LED像素的俯视示意图。图20示出了根据本发明实施例的图19所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。图21示出了根据本发明一个实施例的图19所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。如图19-21所示，该多色微型LED像素包括基板1910、第一LED结构1920、第二LED结构1930、第三LED结构1940、导电结构1950、第一LED结构1920上方的第一微透镜1961、第二LED结构1930上方的第二微透镜1962，以及第三LED结构1940上方的第三微透镜1963。第一LED结构1920、第二LED结构1930和第三LED结构1940并非同轴堆叠。相反，第一LED结构1920、第二LED结构1930和第三LED结构1940从顶部彼此偏移。

图19-21所示的多色微型LED像素与图2所示的多色微型LED像素类似，不同之处在于每个LED结构均具有独立的微透镜。

如图19-21所示，第一LED结构1920、第二LED结构1930和第三LED结构1940的横截面形状可为矩形。然而，本领域技术人员应当理解，LED结构的横截面可以是任意形状。例如，如图22-24所示，第一LED结构2220、第二LED结构2230和第三LED结构2240的横截面形状可为圆形。

在图19-24所示的实施例中，每个LED结构均具有独立的微透镜，且每个微透镜可以具有不同的高度。因此，这相当于每个LED结构均位于顶部，从而减少了下方LED发出的光被光隔离和电连接结构反射及吸收的机会，并提高了LEE(光提取效率)。该结构允许每个LED设计有合适的透镜尺寸和间隔物高度，以实现最佳的光会聚效果。

图25-27示出了发光体与透镜之间的距离对LED发散角的影响。如图25所示，发光体位于焦点处，大部分能进入透镜的光以大致平行于透镜中心轴的角度射出透镜。如图26所示，发光体位于焦点内侧，能进入透镜的光的比例增加，但从透镜射出的大部分光以偏离透镜中心轴的角度射出。如图27所示，发光体位于焦点外侧，能进入透镜的光的比例减少，但从透镜射出的大部分光以朝向透镜中心轴的角度射出。

在上述实施例中，每个LED结构的截面形状为梯形，即LED结构的顶部面积小于底部面积。然而，在本发明的其他实施例中，如图28-33所示，某些LED结构的截面形状可以是倒梯形，即LED结构的顶部面积大于底部面积。具有倒梯形的LED结构具有更高的LEE(光提取效率)。此外，可在LED结构的底部和侧壁设置反射层，这也将提高LEE。

如图28所示，仅第二LED结构2820的截面形状为倒梯形，而第一LED结构2810和第三LED结构2830的截面形状为梯形。反射层2821设置在第二LED结构2820的底部和侧壁上。

如图29所示，第二和第三LED结构2920、2930的截面形状为倒梯形，而第一LED结构2910的截面形状为梯形。两个反射层2921、2931设置在第二和第三LED结构2920、2930的底部和侧壁上。

如图30所示，仅第三LED结构3030的截面形状为倒梯形，而第一和第二LED结构3010、3020的截面形状为梯形。反射层3031设置在第三LED结构3030的底部和侧壁上。

如图31所示，仅第一LED结构3110的截面形状为倒梯形，而第二LED结构3120和第三LED结构3130的截面形状为梯形。反射层3111设置在第一LED结构3110的底部和侧壁上。

如图32所示，第一和第二LED结构3210、3220的截面形状为倒梯形，而第三LED结构3230的截面形状为梯形。两个反射层3211、3221设置在第一和第二LED结构3210、3220的底部和侧壁上。

如图33所示，第一至第三LED结构3310、3320、3330的截面形状均为倒梯形。三个反射层3311、3321、3331设置在第一至第三LED结构3310、3320、3330的底部和侧壁上。

如图34所示，第一和第三LED结构3410、3430的截面形状为倒梯形，而第二LED结构3420的截面形状为梯形。两个反射层3411、3431设置在第一和第三LED结构3410、3430的底部和侧壁上。

图35示出了根据本发明一个实施例的不同高度微透镜的制造过程的截面示意图。

在步骤S1中，在已制造LED结构及相关导电结构的基板上形成电介质层3510，并在第一、第二和第三LED结构正上方的电介质层上形成多个半球形光刻胶凸块3521、3522、3523。在本发明的一些实施例中，可通过光刻、回流或压印工艺形成具有预定尺寸和曲率的光刻胶凸块3521、3522、3523。

在步骤S2中，执行蚀刻工艺以在电介质层3510上形成多个半球形凸块结构3511、3512、3513。在蚀刻过程中，电介质层3510与光刻胶的蚀刻速率基本相同，因此蚀刻完成后，光刻胶的形状会复制到电介质层3510上。

在步骤S3中，在电介质层3510上的半球形凸起结构3511上形成一定厚度的光刻胶层。半球形凸块结构3512、3513不被光刻胶层覆盖。在本发明的一些实施例中，该光刻胶层可以是任意形状。在本发明的实施例中，可通过例如旋涂和压印的工艺在电介质层3510的整个表面形成一定厚度的光刻胶，然后去除半球形凸块结构3512、3513上方的光刻胶，同时保留半球形凸块结构3511上方的光刻胶。执行蚀刻工艺，使半球形凸块结构3512和3513的高度降低预定距离，之后去除半球形凸块结构3511上残留的光刻胶。

在步骤S4中，在电介质层3510上的半球形凸块结构3511和3512上形成一定厚度的光刻胶层。半球形凸块结构3513不被光刻胶层覆盖。执行蚀刻工艺，使半球形凸块结构3513的高度降低预定距离，之后去除半球形凸块结构3511和3512上残留的光刻胶。

在一些实施例中，多个多色微型LED像素可共享一个导电结构。例如，图36示出了根据本发明一个实施例的四个多色微型LED像素共享一个导电结构的俯视示意图。

如图36所示，导电结构3650为方形环，并围绕四个多色微型LED像素3610、3620、3630、3640。每个多色微型LED像素与图2所示的多色微型LED像素类似，不同之处在于四个多色微型LED像素3610、3620、3630、3640共享一个公共导电结构3650。每个像素中的LED结构横截面为圆形。

在一些实施例中，导电结构3650可用作公共电极，将每个微型LED像素中的LED结构的上导电层连接至外部电源的负极。在一些实施例中，导电结构3650也可称为顶部电极或N-电极。

在一些实施例中，共享一个导电结构的多色微型LED像素的数量可以是1×2、2×2、2×3、3×3……，以获得更大的RGB像素空间。换句话说，共享一个导电结构的多色微型LED像素可以排列成N×M像素阵列，其中N为大于或等于1的正整数，M为大于或等于2的正整数。

图37示出了根据本发明另一实施例的2×2个多色微型LED像素共享一个导电结构的俯视示意图。图37所示结构与图36所示结构类似，为简化说明，仅描述差异之处。如图37所示，每个像素中的LED结构的横截面为矩形，且一个微透镜3760覆盖2×2个多色微型LED像素。

本领域技术人员应当理解，微透镜可具有多种布置方式，例如一个微透镜3660覆盖一个像素，如图36所示；一个微透镜覆盖多个像素，如图37所示；或一个微透镜覆盖一个LED结构等。

在一些实施例中，每个多色微型LED像素可包含多个LED结构，且相邻的多色微型LED像素可共享一个或多个LED结构。由两个或更多多色微型LED像素共享的LED结构与IC基板上的多个触点电连接，用于驱动两个或更多多色微型LED像素中对应的LED结构。由两个或更多多色微型LED像素共享的LED结构可以是任意颜色。

图38示出了根据本发明一个实施例的两个多色微型LED像素共享一个LED结构的俯视示意图。图39示出了根据本发明一个实施例的图38所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。图40示出了根据本发明一个实施例的图38所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。图41示出了根据本发明一个实施例的图38所示多色微型LED像素沿CC线的截面示意图。如图38-41所示，第一像素3810和第二像素3820可共享第三LED结构3803。第一像素3810还可以包含未被其他像素共享的第一LED结构3811和第二LED结构3812。第二像素3820还可包含未被其他像素共享的第一LED结构3821和第二LED结构3822。每个LED结构中心的小圆表示LED结构下方IC基板上的触点，在俯视图中画出仅为示意目的。第一像素3810和第二像素3820共享的第三LED结构3803与用于驱动第一像素3810中第三LED结构的触点3813和用于驱动第二像素3820中第三LED结构的触点3823电连接。第三LED结构3803通过金属键合层与基板上的两个金属柱3814和3824键合。金属柱3814的下端与基板上的触点3813电连接，金属柱3814的上端与金属键合层电连接，充当第一像素3810中的第三LED结构的P-电极。金属柱3824的下端与基板上的触点3823电连接，金属柱3824的上端与金属键合层电连接，充当第二像素3820中第三LED结构的P-电极。

图42示出了根据本发明另一实施例的两个多色微型LED像素共享一个LED结构的俯视示意图。图42所示结构与图38所示结构类似，唯一的区别在于每个像素中的LED结构的横截面为矩形。

图43示出了根据本发明一个实施例的两个多色微型LED像素共享两个LED结构的俯视示意图。图44示出了根据本发明一个实施例的图43所示多色微型LED像素沿AA线的截面示意图。图45示出了根据本发明一个实施例的图43所示多色微型LED像素沿BB线的截面示意图。如图43-45所示，多色微型LED像素排列成阵列。例如，N个多色型LED像素排列成一条直线以形成阵列的一行。对于第一行，第三LED结构4303由第一像素4310和第二像素4320共享，第二LED结构4302由第二像素4320和第三像素4330共享。每个像素还可包含未被其他像素共享的第一LED结构。也就是说，每个像素可包含三个LED结构，一个LED结构被左侧相邻像素共享，一个LED结构被右侧相邻像素共享，一个LED结构未被其他像素共享。每个LED结构中心的小圆表示LED结构下方IC基板上的触点，在俯视图中画出仅为示意目的。

第一像素4310和第二像素4320共享的第三LED结构4303与用于驱动第一像素4310中第三LED结构的触点4313和用于驱动第二像素4320中第三LED结构的触点4323电连接。第三LED结构4303通过金属键合层与基板上的两个金属柱4314和4324键合。金属柱4314的下端与基板上的触点4313电连接，金属柱4314的上端与金属键合层电连接，充当第一像素4310中的第三LED结构的P-电极。金属柱4324的下端与基板上的触点4323电连接，金属柱4324的上端与金属键合层电连接，充当第二像素4320中第三LED结构的P-电极。

第二像素4320和第三像素4320共享的第二LED结构4302与用于驱动第二像素4320中的第二LED结构的触点4322和用于驱动第三像素4330中第二LED结构的触点4332电连接。第二LED结构4302通过金属键合层与基板上的两个金属柱4325和4335键合。金属柱4325的下端与基板上的触点4322电连接，金属柱4325的上端与金属键合层电连接，充当第二像素4320中第二LED结构的P-电极。金属柱4335的下端与基板上的触点4332电连接，金属柱4335的上端与金属键合层电连接，充当第三像素4330中第二LED结构的P-电极。

在一些实施例中，为了实现更好的光隔离效果，在多色微型LED像素阵列中，对于每一行像素，导电结构4350可以包括沿像素行方向位于像素两侧的第一水平部分4351和第二水平部分4352、布置在相邻第一LED结构之间的多个第一垂直部分4353，以及布置在相邻第二和第三LED结构之间的多个第二垂直部分4354。第一垂直部分4353的一端连接至第一水平部分4351，另一端朝向第二LED结构或第三LED结构但不与第二LED结构或第三LED结构接触。第二垂直部分4354的一端连接至第二水平部分4352，另一端朝向第一LED结构但不与第一LED结构接触。

本领域技术人员应当理解，根据本发明一个实施例的多色微型LED像素可包含任意数量的相同或不同颜色的LED结构。例如，多色微型LED像素可包含四个、五个或六个LED结构。

微型LED芯片的每个维度都不超过1厘米(cm)，优选不超过20微米(μm)。微型LED结构以阵列形式形成在微型LED芯片中，分辨率例如为720*480、640*480、1920*1080、1280*720、2k或4k。微型LED结构的直径处于纳米水平，例如20nm至100nm。

微型LED芯片包括集成电路(IC)背板和微型LED阵列。微型LED阵列包括多个微型LED。每个微型LED可以形成微型LED芯片上的像素元件的至少一部分。

在一些实施例中，IC背板可通过单独的金属互连与微型LED阵列的每个微型LED电连接。在一些实施例中，每个微型LED可以由IC背板单独电控制。在一些实施例中，IC背板可以通过金属互连电连接到微型LED芯片的电极。在一些实施例中，电介质层可以形成在微型LED之间的间隙中。在一些实施例中，电介质层也可以形成在互连之间的间隙中。

在一些实施例中，微型LED阵列中的每个微型LED可包括微台面结构。在一些实施例中，该微台面结构可自下而上包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层。即，在这三层中，第一类型外延层最靠近IC背板；发光层位于第一类型外延层上方且离IC背板最远；第二类型外延层位于发光层上方且离IC背板最远。在一些实施例中，发光层由若干堆叠的量子阱层形成，尤其是超晶格堆叠的量子阱层。优选地，所述超晶格堆叠的量子阱层包括多对与量子势垒层堆叠的量子阱层。在一些实施例中，第一类型外延层为具有第一导电类型的半导体材料，并包括多个半导体层。第一类型外延层的主体材料可以是但不限于由Ga、N、As、P、In或Al等材料构成。另外，第一类型外延层可以从上至下包括但不限于波导层、限制层、过渡层和窗口层；此外，可在窗口层下方形成欧姆接触层。在一些实施例中，第二类型外延层为具有第二导电类型的半导体材料，且包括若干半导体层。第二类型外延层的主体材料可以是但不限于由Ga、N、As、P、In或Al等基材料构成。另外，第一类型外延层可以从上至下包括但不限于限制层和波导层；此外，在一些实施例中，欧姆接触层可以但不限于形成在限制层上。

在一些实施例中，可在微型LED阵列的顶面形成顶部导电层。在一些实施例中，该顶部导电层可由微型LED阵列中的所有微型LED共享。在一些实施例中，发光层可包含至少一层量子阱层。在一些实施例中，微型LED阵列可包含单层微型LED结构。在一些实施例中，微型LED阵列可包含垂直堆叠的多层微型LED结构。

在一些实施例中，微型LED阵列可包含蓝色微型LED。在一些实施例中，微型LED阵列的间距(即微型LED之间的最小中心距)可为约2μm至约50μm。在一些实施例中，微型LED芯片中的像素数量可以是数千至数百万以上。

尽管详细描述包含许多具体细节，但这些不应被解释为对本发明范围的限制，而仅用于说明本发明的不同示例和方面。应当理解，本发明的范围包括上面未详细讨论的其他实施例。例如，上述方法可以应用于非LED和OLED的功能器件与非像素驱动器的控制电路的集成。非LED器件的示例包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)、光电探测器、微机电系统(MEMS)、硅光子器件、电力电子器件、和分布式反馈激光器(DFB)。其他控制电路的示例包括电流驱动器、电压驱动器、跨阻放大器、和逻辑电路。

所公开的实施例的前述描述被提供以使能够作出或使用本文描述的实施例及其变型。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且本文定义的通用原理可以应用于其他实施例而不脱离本文公开的主题的精神或范围。因此，本公开不旨在限于本文所示的实施例，而是将符合与以下权利要求和本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

本发明的特征可通过计算机程序产品实现、使用或借助其辅助，例如具有存储于其上/其中的指令的存储介质(媒体)或计算机可读存储介质(媒体)，所述指令可用于对处理系统进行编程以执行本文提出的任何特征。存储介质可以包括但不限于高速随机存取存储器(如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储设备)，并且可包括非易失性存储器(如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备)。存储器可选地包括一个或多个与CPU远程定位的存储设备。存储器或存储器内的非易失性存储设备包括非暂时性计算机可读存储介质。

本发明的特征可存储在任何机器可读介质上，并集成到软件和/或固件中，用于控制处理系统的硬件，并使处理系统能够与利用本发明结果的其他机制交互。这种软件或固件可以包括但不限于应用程序代码、设备驱动程序、操作系统和执行环境/容器。

应当理解，尽管本文可能使用“第一”“第二”等术语描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个要素与另一个要素区分开来。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，并非旨在对权利要求构成限制。如在实施例描述及所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个”和“这个”旨在也包括复数形式，除非上下文明确表明其他含义。还应当理解，本文所用的“和/或”一词是指并涵盖所列出相关项目中一个或多个的任何及所有可能组合。进一步应当理解，当本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

如本文所用，术语“如果”可以被解释为意味着根据上下文“在……情况下”当……时”或“响应于检测到”，陈述的先决条件是真的。类似地，短语“如果确定了[那个陈述的先决条件是真的]”或“如果[陈述的先决条件是真的]”或“当[陈述的先决条件是真的]时”可以被解释为意味着根据上下文，“当确定”或“响应于确定”或“根据确定”或“当检测到”或“响应于检测到”，所陈述的先决条件是真的。

为便于解释，上述描述参考特定实施例进行了说明。然而，上述示例性讨论并非旨在穷举所有内容，也并非将权利要求限制于所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择并描述这些实施例是为了最好地解释操作原理和实际应用，从而使本领域其他技术人员能够理解。

Claims (30)

1.一种多色微型LED单元，包括：

多个多色微型LED像素，每个多色微型LED像素包括：发射第一颜色光的第一LED结构，其中所述第一LED结构形成在基板上；形成在所述基板上的第一金属柱；发射第二颜色光的第二LED结构，其中所述第二LED结构位于所述第一金属柱上；以及

围绕所述多个多色微型LED像素的导电结构。

2.根据权利要求1所述的多色微型LED单元，其特征在于，每个多色微型LED像素还包括：

形成在所述基板上的第二金属柱；以及

发射第三颜色光的第三LED结构，其中所述第三LED结构位于所述第二金属柱上。

3.根据权利要求1或2所述的多色微型LED单元，其特征在于：

所述第一LED结构通过第一金属键合层与所述基板键合；和/或

所述第二LED结构通过第二金属键合层与所述基板上的第一金属柱键合；和/或

所述第三LED结构通过第三金属键合层与所述基板上的第二金属柱键合。

4.根据权利要求3所述的多色微型LED单元，其特征在于：

所述第一金属柱的下端与所述基板上的触点电连接，所述第一金属柱的上端与所述第二金属键合层电连接，且不低于所述第一LED结构的顶部；和/或

所述第二金属柱的下端与所述基板上的触点电连接，所述第二金属柱的上端与所述第三金属键合层电连接，且不低于所述第二LED结构的顶部。

5.根据权利要求2所述的多色微型LED单元，其特征在于：

所述第一LED结构包括下导电层、上导电层，以及位于所述下导电层和所述上导电层之间的红色LED发光层；

所述第二LED结构包括下导电层、上导电层，以及位于所述下导电层和所述上导电层之间的绿色LED发光层；所述第三LED结构包括下导电层、上导电层，以及位于所述下导电层和所述上导电层之间的蓝色LED发光层；以及

所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构的上导电层与所述导电结构电连接，所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构的下导电层分别与所述基板上的对应触点电连接。

6.根据权利要求2所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构嵌入绝缘电介质中。

7.根据权利要求6所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述绝缘电介质的材料选自Al₂O₃、HfO₂、Ta₂O₅、TiO₂、ZrO₂、La₂O₃和MgO组成的组合。

8.根据权利要求6所述的多色微型LED单元，还包括：

位于所述绝缘电介质上方的微透镜；和/或

形成在所述微透镜底部、光出射区域顶部的间隔物。

9.根据权利要求8所述的多色微型LED单元，其特征在于：

所述导电结构的下端位于所述基板上，但不与所述基板上的触点电连接；以及

所述导电结构的上端到达不低于所述第二或第三LED结构顶面的位置；或，所述导电结构的上端到达所述绝缘电介质的顶面或微透镜的底部或直接到达顶部焊盘的底部并与所述顶部焊盘电连接。

10.根据权利要求8所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述微透镜包括位于第一LED结构上方的第一微透镜、位于第二LED结构上方的第二微透镜，以及位于第三LED结构上方的第三微透镜，且所述第一微透镜、所述第二微透镜和所述第三微透镜的高度不同、相同或部分相同。

11.根据权利要求1所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述导电结构的侧壁上设置有第一反射层。

12.根据权利要求1所述的多色微型LED单元，还包括：

形成在所述第一LED结构与第一键合层之间的第一底部反射层；和/或

形成在所述第二LED结构与第二键合层之间的第二底部反射层；和/或

形成在所述第三LED结构与第三键合层之间的第三底部反射层。

13.根据权利要求11或12所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述第一反射层和底部反射层包括金属层、DBR层、多层全向反射器(ODR)中的一种或多种。

14.根据权利要求13所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述DBR层为导电DBR或电介质DBR。

15.根据权利要求11所述的多色微型LED单元，其中所述第一反射层为一个或多个反射涂层。

16.根据权利要求1或2所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构彼此部分重叠。

17.根据权利要求1或2所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构的横截面形状为矩形、圆形、正方形、六边形或椭圆形。

18.根据权利要求1或2所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构中的每一个均包括第一导电类型的第一半导体外延层、第二导电类型的第二半导体外延层，以及位于第一半导体外延层和第二半导体外延层之间的发光层。

19.根据权利要求1所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述多个多色微型LED像素排列成N×M像素阵列，N为大于或等于1的正整数，M为大于或等于2的正整数。

20.根据权利要求1所述的多色微型LED单元，其特征在于，相邻的多色微型LED像素共享一个或多个LED结构。

21.根据权利要求2所述的多色微型LED单元，其特征在于，所述多个多色微型LED像素包括共享所述第一LED结构、第二LED结构和/或第三LED结构的第一多色微型LED像素和第二多色微型LED像素。

22.根据权利要求2所述的多色微型LED单元，其特征在于：

所述第一多色微型LED像素和所述第二多色微型LED像素共享的所述第一LED结构与驱动所述第一多色微型LED像素的所述第一LED结构的第一触点以及驱动所述第二多色微型LED像素的所述第一LED结构的第二触点电连接；

所述第一多色微型LED像素和所述第二多色微型LED像素共享的所述第二LED结构与驱动所述第一多色微型LED像素的所述第二LED结构的第三触点以及驱动所述第二多色微型LED像素的所述第二LED结构的第四触点电连接；和/或

所述第一多色微型LED像素和所述第二多色微型LED像素共享的第三LED结构与驱动所述第一多色微型LED像素的所述第三LED结构的第五触点以及驱动所述第二多色微型LED像素的所述第三LED结构的第六触点电连接。

23.一种多色微型LED像素阵列，包括：

排列成阵列的多个多色微型LED像素，对于所述阵列的每一行，N个多色微型LED像素排列成一条直线；

每个多色微型LED像素包括：发射第一颜色光的第一LED结构，其中所述第一LED结构形成在基板上；形成在所述基板上的第一金属柱；发射第二颜色光的第二LED结构，其中所述第二LED结构位于所述第一金属柱上；形成在所述基板上的第二金属柱；以及发射第三颜色光的第三LED结构，其中所述第三LED结构位于所述第二金属柱上；

其中，一个多色微型LED像素中的所述第二LED结构和所述第三LED结构中的一个由左侧相邻的多色微型LED像素共享，一个多色微型LED像素中的所述第二LED结构和所述第三LED结构中的另一个由右侧相邻的多色微型LED像素共享；

位于所述多个多色微型LED像素周围的导电结构。

24.根据权利要求23所述的多色微型LED像素阵列，其特征在于：所述第一LED结构通过第一金属键合层与所述基板键合；和/或

所述第二LED结构通过第二金属键合层与所述基板上的所述第一金属柱键合；和/或

所述第三LED结构通过第三金属键合层与所述基板上的所述第二金属柱键合。

25.根据权利要求24所述的多色微型LED像素阵列，其特征在于：

所述第一金属柱的下端与所述基板上的触点电连接，所述第一金属柱的上端与所述第二金属键合层电连接，且不低于所述第一LED结构的顶部；和/或

所述第二金属柱的下端与所述基板上的触点电连接，所述第二金属柱的上端与所述第三金属键合层电连接，且不低于所述第二LED结构的顶部。

26.根据权利要求23所述的多色微型LED像素阵列，其特征在于：

所述第一LED结构包括下导电层、上导电层以及位于所述下导电层和所述上导电层之间的红色LED发光层；

所述第二LED结构包括下导电层、上导电层以及位于所述下导电层和所述上导电层之间的绿色LED发光层；所述第三LED结构包括下导电层、上导电层以及位于所述下导电层和所述上导电层之间的蓝色LED发光层；以及

所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构的上导电层与所述导电结构电连接，且所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构的下导电层分别与所述基板上的对应触点电连接。

27.根据权利要求23所述的多色微型LED像素阵列，其特征在于：

所述导电结构的下端位于所述基板上，但不与所述基板上的触点电连接；以及

所述导电结构的上端到达不低于所述第二或第三LED结构的顶面的位置；或，所述导电结构的上端到达围绕LED结构的绝缘电介质的顶面或微透镜的底部，或直接到达顶部焊盘的底部并与所述顶部焊盘电连接。

28.根据权利要求23所述的多色微型LED像素阵列，其特征在于，所述第一LED结构、所述第二LED结构和所述第三LED结构的横截面形状为矩形、圆形、正方形、六边形或椭圆形。

29.根据权利要求23所述的多色微型LED像素阵列，其特征在于：

所述第二LED结构与所述基板上的两个触点电连接，所述基板上的两个触点用于驱动两个相邻多色微型LED像素的第二LED结构；以及

所述第三LED结构与所述基板上的两个触点电连接，所述基板上的两个触点用于驱动两个相邻多色微型LED像素的第三LED结构。

30.根据权利要求23所述的多色微型LED像素阵列，其特征在于，对于所述阵列的每一行，所述导电结构包括：

沿着行方向、位于所述多色微型LED像素两侧的第一水平部分和第二水平部分；

布置在相邻第一LED结构之间的多个第一垂直部分；以及

布置在相邻第二LED结构和第三LED结构之间的多个第二垂直部分，其中所述第一垂直部分的一端连接至所述第一水平部分，且另一端朝向所述第二LED结构或所述第三LED结构但不与所述第二LED结构或所述第三LED结构接触，

其中所述第二垂直部分的一端连接至所述第二水平部分，且另一端朝向所述第一LED结构但不与所述第一LED结构接触。