柔性發(fā)光器件陣列及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性發(fā)光器件陣列及其制作方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種柔性LED器件陣列及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著GaN基藍(lán)光LED的發(fā)明，LED在照明、顯示、指示各方面都有廣泛的應(yīng)用。近年來，LED的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)展，逐步開始用在醫(yī)療、植物補(bǔ)光、生物以及通信領(lǐng)域。LED的研宄也開始轉(zhuǎn)向更小的尺寸、更大的功率、長(zhǎng)壽命、低成本等技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]而柔性的晶體管、傳感器和有機(jī)LED等電子器件和光電器件的出現(xiàn)為柔性顯示、可穿戴設(shè)備的研宄開發(fā)提供了可能性。柔性光電器件具有便攜、形狀可變等優(yōu)點(diǎn)，可用于移動(dòng)通信設(shè)備、穿戴設(shè)備、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
[0004]美國(guó)專利US20030067775A1中公開了一種安裝在柔性基板上的包含紅光(R)、綠光(G)和藍(lán)光(B)LED以及控制電路的模組，RGB LED串聯(lián)或并聯(lián)，采用三層布線對(duì)其分別控制，多個(gè)位于柔性基板上的模組拼成大致球形作為燈具。在該專利申請(qǐng)說明書中，由于柔性基板的布線方式以及RGB三色LED的排布方式?jīng)Q定了整個(gè)模組的彎曲曲率半徑和燈具的體積都不可能很小。
[0005]CN200680010663公開了一種柔性LED陣列，如圖1所示。多個(gè)LED 3排布在柔性支撐襯底2上，通過控制單元I來控制。從圖1也可以看出，由于是多個(gè)LED 3擺放在柔性支撐襯底2上，同時(shí)要在柔性支撐襯底2上布線與控制單元I相連，因此，LED 3之間的間距也不可能太小，整個(gè)模組的體積也會(huì)較大。
[0006]而在一些要求模組整體尺寸較小的應(yīng)用領(lǐng)域，例如手表、首飾或衣物上等可穿戴設(shè)備上集成的發(fā)光器件，再例如生物和醫(yī)療領(lǐng)域用于內(nèi)窺或植入組織的光電器件，不但要求具備很好的柔性，而且要求整體尺寸較小，但同時(shí)也要求有足夠的光輸出。然而，在光輸出功率較高且LED之間的間距較小的情況下，這種柔性LED必須有足夠的熱耗散能力，而采用金屬鰭片散熱無法做到柔性可彎曲折疊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種柔性發(fā)光器件陣列及其制作方法，具有尺寸小，可靠性高，便攜，并可用于生物和醫(yī)學(xué)的治療和檢測(cè)，甚至可以植入人體或動(dòng)植物體內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明提供一種柔性發(fā)光器件陣列，其包括:
[0009]位于同一襯底上的多個(gè)發(fā)光器件單元和柔性支撐襯底，其特征在于，
[0010]所述柔性支撐襯底具有中腔體體，所述腔體中填充有液體，用于散熱；
[0011]在所述柔性支撐襯底的表面形成柔性導(dǎo)電的焊盤和互連線；
[0012]所述多個(gè)發(fā)光器件單元通過第一電極和第二電極與柔性支撐襯底上的焊盤電連接，相鄰發(fā)光器件單元之間通過所述互連線串聯(lián)或并聯(lián)，且去除襯底。
[0013]本發(fā)明還提供一種柔性發(fā)光器件陣列的制作方法，其包括如下步驟:
[0014]形成位于同一襯底上的多個(gè)發(fā)光器件單元，在所述發(fā)光器件單元的同側(cè)形成第一電極和第二電極；
[0015]在柔性支撐襯底中形成中空腔體，所述中空腔體用于充填液體，用于散熱；
[0016]在柔性支撐襯底上表面形成與第一電極和第二電極對(duì)應(yīng)的柔性導(dǎo)電的焊盤和互連線；
[0017]所述多個(gè)發(fā)光器件單元通過第一電極和第二電極與柔性支撐襯底上的焊盤電連接，相鄰發(fā)光器件單元之間通過所述互連線串聯(lián)或并聯(lián)，且去除襯底。
[0018]本發(fā)明再提供一種柔性發(fā)光器件陣列的制作方法，其包括如下步驟:
[0019]形成位于同一襯底上的多個(gè)發(fā)光器件單元，在所述發(fā)光器件單元的一側(cè)形成第二電極；
[0020]在柔性支撐襯底中形成中空腔體，所述中空腔體用于充填液體，用于散熱；
[0021]在柔性支撐襯底上表面形成與第二電極對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電的焊盤；
[0022]在柔性支撐襯底上形成導(dǎo)電柱，所述導(dǎo)電柱與焊盤電連接，且其高度與發(fā)光器件單元的高度相當(dāng)；
[0023]去除襯底；
[0024]在所述發(fā)光器件單元的去除襯底一側(cè)形成第一電極，通過柔性導(dǎo)電的互連線將第一電極與柔性支撐襯底上的導(dǎo)電柱電連接，實(shí)現(xiàn)相鄰發(fā)光器件單元之間串聯(lián)或并聯(lián)。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:具有尺寸小，可靠性高，便攜，并可用于生物和醫(yī)學(xué)的治療和檢測(cè)，甚至可以植入人體或動(dòng)植物體內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中:
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中柔性LED陣列；
[0028]圖2為本發(fā)明中的柔性發(fā)光器件陣列示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明第一實(shí)施方式的倒裝柔性發(fā)光器件陣列的截面示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的柔性支撐襯底表面布線示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的垂直柔性發(fā)光器件陣列的截面示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的制作過程中形成的發(fā)光器件單元陣列的示意圖；
[0033]圖7為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的制作過程中形成的發(fā)光器件單元陣列倒裝在制備好的柔性支撐襯底上的截面示意圖；
[0034]圖8為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的制作過程中形成的發(fā)光器件單元陣列的示意圖；
[0035]圖9為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的柔性支撐襯底表面布線的截面示意圖；
[0036]圖10為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的制作過程中形成的垂直結(jié)構(gòu)柔性發(fā)光器件陣列的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例所述的柔性發(fā)光器件陣列，如圖2所示。
[0038]所述柔性發(fā)光器件陣列包含多個(gè)發(fā)光器件單元60，雖然圖2中僅示出4個(gè)發(fā)光器件單元60，然而所述發(fā)光器件單元60的數(shù)量可以是任意數(shù)量個(gè)。
[0039]多個(gè)發(fā)光器件單元60設(shè)置在柔性支撐襯底100上，所述柔性支撐襯底100是中空的，內(nèi)部有腔體200，腔體200中充入液體，如硅油或去離子水，或其他無毒無害溶液。用于移除發(fā)光器件單元60所產(chǎn)生的熱。充入液體的量適中，足以使得柔性支撐襯底100彎曲時(shí)不會(huì)滲出或使得腔體200漲裂。所述腔體200密閉，以防止液體流出。
[0040]所述發(fā)光器件單元60可以是發(fā)光二極管或激光器等半導(dǎo)體發(fā)光器件，半導(dǎo)體發(fā)光器件可以是GaAs、AlInGaP和AlInGaN材料體系的II1-V族化合物半導(dǎo)體，也可以是ZnS、ZnSe等I1-VI族化合物半導(dǎo)體。
[0041 ] 所述發(fā)光器件單元60包含有源區(qū)，有源區(qū)可以是pn結(jié)，也可以是單量子阱或多量子阱。
[0042]所述多個(gè)發(fā)光器件單元60的間距在300um以內(nèi)，優(yōu)選為10um以內(nèi)，更優(yōu)選為小于60um或小于lOum。每個(gè)發(fā)光器件單元60的尺寸可以為幾微米到幾毫米，優(yōu)選為50um以下。
[0043]所述多個(gè)發(fā)光器件單元60可以通過設(shè)置在柔性支撐襯底100表面上的引線103串聯(lián)或并聯(lián)，如圖3所示。發(fā)光器件單元包含第一半導(dǎo)體層11、第二半導(dǎo)體層13和有源層12，所述第一半導(dǎo)體層11和第二半導(dǎo)體層13的導(dǎo)電類型相反。通過蝕刻或打孔的方式暴露第一半導(dǎo)體層11，在暴露第一半導(dǎo)體層11的臺(tái)面?zhèn)缺诨蛲讉?cè)壁形成絕緣鈍化層16，將第一半導(dǎo)體層11的第一電極17直接與柔性支撐襯底100上的對(duì)應(yīng)焊盤103連接(未示出)，或者使得所述第一電極17爬過臺(tái)面?zhèn)缺诨蛲讉?cè)壁延伸到第二半導(dǎo)體層13上方，然后與柔性支撐襯底100上的對(duì)應(yīng)焊盤103連接。所述焊盤103有多個(gè)，分布在柔性支撐襯底100上，分別與第一半導(dǎo)體層11或第二半導(dǎo)體層13電連接。第二半導(dǎo)體層13上形成反射鏡歐姆接觸層14和第二電極15。所述第二電極15與柔性支撐襯底100上對(duì)應(yīng)的焊盤103電連接，焊盤103與正、負(fù)電極焊盤102和101互連。
[0044]優(yōu)選地，分布在柔性支撐襯底100上焊盤103分成兩部分，一部分為互連線300，一部分為分別對(duì)應(yīng)于第一電極17和第二電極15的焊盤1031和1032。如圖4所示，所述互連線300將相鄰的發(fā)光器件單元60串聯(lián)或并聯(lián)，同時(shí)將與第一電極17或第二電極15對(duì)應(yīng)的焊盤與負(fù)、正電極焊盤101和102分別電連接。其中，所述互連線300采用柔性導(dǎo)電薄膜，例如，采用石墨烯薄膜或納米金屬薄膜來互連。所述石墨烯薄膜可以通過CVD到金屬襯底(如Cu、Ni等)上，然后轉(zhuǎn)移到發(fā)光器件單元60的表面，對(duì)石墨烯薄膜進(jìn)行圖形化，形成互連線300?？蛇x地，還可以采用石墨烯溶液或納米銀膠旋涂并圖形化形成，或通過壓印、模印或打印的方式在柔性支撐襯底100上形成石墨烯、納米銀導(dǎo)電薄膜。采用柔性導(dǎo)電薄膜作為互連線300可以增加整個(gè)發(fā)光器件(包含發(fā)光器件單元60和柔性支撐襯底100的工作單元)的柔性和可靠性，即增大了發(fā)光器件彎曲變形的曲率，同時(shí)可避免由于發(fā)光器件的彎曲變形而導(dǎo)致焊盤103與柔性支撐襯底100以及第一電極17和第二電極15的接觸變差，也能降低彎曲過程中互連線300斷開的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了多次彎曲后發(fā)光器件的1-V特性的一致性和可靠性。
[0045]依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例所述的垂直結(jié)構(gòu)的柔性發(fā)光器件陣列，如圖5所示。相鄰發(fā)光器件單元60之間的第一半導(dǎo)體層11與第三半導(dǎo)體層13之間的電互連可以通過圖5所示的方式連接。即在柔性支撐襯底100的焊盤103上形成導(dǎo)電柱152，導(dǎo)電柱152通過蒸發(fā)、電鍍或印刷的方式形成。導(dǎo)電柱152通過焊盤103與發(fā)光器件單元60上的第二電極15電連接，從而實(shí)現(xiàn)相鄰發(fā)光器件單元60之間的串聯(lián)。
[0046]可選地，在導(dǎo)電柱152與發(fā)光器件單元60的側(cè)壁之間的縫隙26采用沉積或旋涂的方式填充絕緣介質(zhì)。所述絕緣介質(zhì)可以采用柔性絕緣材料構(gòu)成，如聚酰亞胺、PMMA等柔性的聚合物或樹脂。
[0047]發(fā)光器件單元60之間的互連線300采用柔性導(dǎo)電薄膜，例如，采用石墨烯薄膜或納米金屬薄膜來互連。所述石墨稀薄膜可以通過CVD到金屬襯底(如Cu、Ni等)上，然后轉(zhuǎn)移到發(fā)光器件單元60的表面，對(duì)石墨烯薄膜進(jìn)行圖形化，形成互連線300。可選地，采用石墨烯溶液或納米銀膠旋涂并圖形化形成，或通過壓印、模印或打印的方式形成石墨烯、納米銀導(dǎo)電薄膜。
[0048]下面，依據(jù)圖6-7說明所述第一實(shí)施例的柔性發(fā)光器件的形成過程。
[0049]如圖6所示，包含襯底10，第一半導(dǎo)體層11，有源層12和第二半導(dǎo)體層13的發(fā)光器件外延片，經(jīng)過圖形化蝕刻形成臺(tái)面和隔離溝槽50。所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層極性相反，可由GaAs、AlInGaP或AlInGaN等II1-V族組合化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，或者由ZnSe、ZnS等I1-VI族化合物半導(dǎo)體組成。所述臺(tái)面(未示出)通過蝕刻第一半導(dǎo)體層11上方的外延層從而暴露第一半導(dǎo)體層11