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参考文献:方士伟,柔性AlGaInP-LED 微阵列器件设计及制作技术研究【D】,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2022
柔性LED 器件的其它制作方法
除以上生长纳米结构LED、转印LED 像素单元的方法外,不同研究组也尝试了其它方制作柔性LED 器件,具有代表性的研究成果如下。
2013 年荷兰霍尔斯特中心的D.A. van den Ende 等在柔性Cu-PET 基底上制作了大面积可弯曲蓝色LED 阵列。每个单元三维尺寸为200μm×290μm×45μm,单元距离8mm。LED 单元与Cu-PET 基底通过导电胶粘连结合,其结构示意图和实物图如图1.19 所示。由于金属铜电路不仅是电学连接,也起着散布热量的作用,因而其面积在器件设计时尽量大。各向异性导电胶(ACA)和各向同性导电胶(ICA)均可实现LED 单元的粘连,但是ACA 粘连的良率较低(35%),而ICA的良率可达到95%。柔性LED 器件在屈曲时保持了良好的稳定性,ICA 粘合的LED 器件对湿度和温度具有较高可靠性。
2013年,中国科学院半导体所Jun Ma 和Liancheng Wang 等报道了利用化学腐蚀N 极( 0001)面的方法制作GaN 基六棱锥LED。该方法中,对N 极( 0001)面化学腐蚀过程获得了具有发光层的孤立六棱锥,利用硅凝胶对发光层保护后,沉积ITO 和n 型电极。此方法制作的微米或纳米级LED 阵列不需要人造掩膜及具有损伤性的ICP 刻蚀过程,同时提高了量子效率和光输出功率,GaN 基六棱锥LED 如图1.20(a)[48]。在此基础上,在2014 年制作了可弯曲的GaN 基六棱锥LED。生长于蓝宝石基底的LED 外延片在p-GaN 面上沉积了高反射的p 型接触层(Ni/Ag/Pt/Au),并电镀了Cu 膜(30 50μm)作为去除蓝宝石后的支撑基底。在利用KOH 各向异性腐蚀形成六棱锥结构后,填涂PMMA 作为六棱锥LED 侧面保护及绝缘材料,并且去除六棱锥顶部的PMMA 后(图1.20(b))继续生长了石墨烯膜作为电极连接(图1.20(c))。弯曲的GaN 基六棱锥LED 样品如图1.20(d)。
韩国光州科学技术院的Si-Hyun Park 的研究组,提出了利用激光剥离衬底技术,直接将GaN-LED 阵列从蓝宝石基底转移到柔性基底的方法。将蓝宝石衬底上的LED 外延片图像化为LED 单元阵列并制备p 型欧姆接触后,沉积覆盖全部区域的Cr/Au(50nm/150nm)膜作为激光阻挡层,以防止激光剥离蓝宝石时损伤覆盖LED 单元的有机材料保护层。柔性基底利用导电环氧树脂与LED 阵列粘合,激光剥离蓝宝石衬底并去除残存掩膜和金属材料后得到柔性LED 阵列。2014年,Jaeyi Chun 等利用该方法在PET 基底上制作了22×23 的GaN-LED 阵列(图1.21(a)),其在弯曲半径为13mm(图1.21(b))和折叠角度90°(图1.21(c)时保持了良好发光性能。在以上研究基础上,Won-Sik Choi 等于2016 年在2in 导电纺织物基底上制作了柔性GaN-LED 阵列。纺织物基底的每条纤维线均由由直径12.25μm 的核心碳线和厚度0.5μm 的外围镍箔组成。图1.21(d)和图1.21(e)分别为2in柔性LED 阵列的弯曲状态及发光图像。
综上所述,柔性无机LED 器件的制作技术主要有导电柔性基底生长纳米LED 结构、转印技术排列LED 微单元、湿法化学腐蚀不规则LED 阵列等方法。目前,对柔性无机LED 器件设计及其制作技术的研究仍处于初期阶段,在对以上研究成果的分析基础上,本论文提出了结合传统半导体工艺和微纳技术(MEMS)的柔性LED 微阵列器件的制作方案,从而制备微型化、集成化和高分辨率的柔性LED 阵列器件。