一种发光二极管器件及其制备方法、显示装置与流程

1.本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种发光二极管器件及其制备方法、显示装置。


背景技术：

2.无机发光二极管(light
‑
emitting diode，led)显示发展迅速，led显示涉及显示背板、led器件以及固晶转移技术。迷你(mini)led显示受到led焊垫、led尺寸以及固晶技术精度的限制，最小间距约为500μm，很难实现高ppi。


技术实现要素：

3.本公开实施例提供一种发光二极管器件及其制备方法、显示装置，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
4.作为本公开实施例的第一个方面，本公开实施例提供一种发光二极管器件，包括至少两个子像素区域，发光二极管器件包括：
5.衬底；
6.第一半导体层，位于衬底的一侧；
7.多量子阱层，位于第一半导体层背离衬底的一侧，多量子阱层被分割为相互隔离的至少两个子像素多量子阱层，各子像素多量子阱层一一对应地位于各子像素区域内；
8.第二半导体层，位于多量子阱层背离衬底的一侧，第二半导体层被分割为相互隔离的至少两个子像素半导体层，各子像素半导体层一一对应地位于各子像素区域内；
9.共通电极，与第一半导体层连接；
10.相互隔离的至少两个子像素控制电极，各子像素控制电极与各子像素半导体层一一对应连接。
11.在一些可能的实现方式中，发光二极管器件还包括超表面结构，超表面结构位于衬底与第一半导体层之间，超表面结构被配置为减小通过超表面结构的光束的发散角度。
12.在一些可能的实现方式中，超表面结构包括位于衬底的朝向第一半导体层一侧的多个阵列排布的柱状体单元，柱状体单元包括多个依次排列的柱状体，柱状体单元内，在排列方向上的各柱状体的半径不相同，各柱状体的高度相同，每相邻两个柱状体之间的间距相同，各柱状体的高度与半径的比值的范围为2:1至10:1。
13.在一些可能的实现方式中，发光二极管器件包括以下中的至少两项：
14.用于产生红光的红色子像素，柱状体单元包括位于红色子像素区域的多个阵列排布的红色柱状体单元，在红色柱状体单元内，各柱状体的高度范围为700nm至750nm，相邻两个柱状体之间的间距范围为350nm至450nm；
15.用于产生绿光的绿色子像素，柱状体单元包括位于绿色子像素区域的多个阵列排布的绿色柱状体单元，在绿色柱状体单元内，各柱状体的高度范围为700nm至750nm，相邻两个柱状体之间的间距范围为300nm至400nm；
16.用于产生蓝光的蓝色子像素，柱状体单元包括位于蓝色子像素区域的多个阵列排布的蓝色柱状体单元，在蓝色柱状体单元内，各柱状体的高度范围为600nm至700nm，相邻两个柱状体之间的间距范围为300nm至350nm。
17.在一些可能的实现方式中，
18.衬底为蓝宝石衬底，柱状体与衬底为一体结构；或者，
19.柱状体的材质为氮化镓。
20.在一些可能的实现方式中，超表面结构包括开设在衬底的朝向第一半导体层一侧表面的多个阵列排布的柱状孔单元，柱状孔单元包括多个依次排列的柱状孔，柱状孔单元内，各柱状孔的高度相同，每相邻两个柱状孔之间的间距相同。
21.在一些可能的实现方式中，发光二极管器件还包括缓冲层，缓冲层位于超表面结构与第一半导体层之间，缓冲层的材质包括氮化镓。
22.在一些可能的实现方式中，发光二极管器件还包括反射层，反射层位于第二半导体层背离衬底的一侧，反射层被分割为相互隔离的至少两个子像素反射层，各子像素反射层一一对应地位于各子像素区域内。
23.在一些可能的实现方式中，发光二极管器件包括三个子像素区域，发光二极管器件被分割为三个子像素led，发光二极管器件还包括位于衬底背离第一半导体层一侧的第一色转换层、第二色转换层，第一色转换层位于第一子像素区域，第二色转换层位于第二子像素区域，子像素led被配置为发出第三颜色光线，第一色转换层被配置为将入射的第三颜色光线转换为第一颜色光线出射，第二色转换层被配置为将入射的第三颜色光线转换为第二颜色光线出射。
24.作为本公开实施例的第二方面，本公开实施例提供一种显示装置，包括本公开任一实施例中的发光二极管器件。
25.作为本公开实施例的第二方面，本公开实施例提供一种发光二极管器件的制备方法，包括：
26.在衬底的一侧依次生长第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层；
27.对第二半导体层和多量子阱层进行图案化处理，将多量子阱层分割为相互隔离的至少两个子像素多量子阱层，将第二半导体层分割为相互隔离的至少两个子像素半导体层；
28.形成共通电极和相互隔离的至少两个子像素控制电极，共通电极与第一半导体层连接，各子像素控制电极与各子像素半导体层一一对应连接。
29.在一些可能的实现方式中，在衬底的一侧生长第一半导体层之前，方法还包括：
30.在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成超表面结构，超表面结构被配置为减小通过超表面结构的光束的发散角度。
31.在一些可能的实现方式中，在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成超表面结构，包括：
32.在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成硬质掩膜层；
33.对硬质掩膜层进行图案化处理，以使硬质掩膜层形成超表面结构的图案；
34.采用硬质掩膜层作为掩膜，对衬底进行刻蚀，以在衬底的表面形成多个阵列排布的柱状体单元，柱状体单元包括多个依次排列的柱状体，柱状体单元内，在排列方向上的各
柱状体的半径不相同，各柱状体的高度相同，每相邻两个柱状体之间的间距相同，各柱状体的高度与半径的比值的范围为2:1至10:1。
35.在一些可能的实现方式中，在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成超表面结构，包括：
36.在衬底的朝向第一半导体层的一侧生长氮化镓层；
37.对氮化镓层进行图案化处理，以使氮化镓层形成多个阵列排布的柱状体单元，柱状体单元包括多个依次排列的柱状体，柱状体单元内，在排列方向上的各柱状体的半径不相同，各柱状体的高度相同，每相邻两个柱状体之间的间距相同，各柱状体的高度与半径的比值的范围为2:1至10:1。
38.在一些可能的实现方式中，在衬底的一侧生长第一半导体层之前，方法还包括：
39.在超表面结构朝向第一半导体层的一侧形成缓冲层，缓冲层的材质包括氮化镓。
40.本公开实施例的发光二极管器件，实现了将发光二极管器件分割为至少两个子像素led，有利于实现高ppi设计，可以减轻多次固晶的尺寸压力，并且将至少两次绑定转变为一次绑定，提高了产品良率。
41.上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本公开进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
42.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本公开范围的限制。
43.图1本公开一实施例中发光二极管器件的结构示意图；
44.图2本公开一实施例中发光二极管器件的简化示意图；
45.图3为本公开一实施例中发光二极管器件的俯视示意图；
46.图4为led光束的发光范围示意图；
47.图5为本公开一实施例中发光二极管器件的结构示意图；
48.图6为本公开一实施例发光二极管器件中超表面结构的截面结构示意图；
49.图7为本公开一实施例发光二极管器件中超表面结构的平面示意图；
50.图8为本公开另一实施例发光二极管器件中超表面结构的截面结构示意图；
51.图9为子像素led通过超表面结构后的发光范围示意图；
52.图10a为本公开一实施例发光二极管器件中形成硬质掩膜层后的示意图；
53.图10b为本公开一实施例发光二极管器件中形成光刻胶后的示意图；
54.图10c为本公开一实施例发光二极管器件中在光刻胶上形成与超表面结构图案后的示意图；
55.图10d为本公开一实施例发光二极管器件中将光刻胶的图案转移至硬质掩膜层后的示意图；
56.图10e为本公开一实施例发光二极管器件中形成超表面结构后的示意图；
57.图11为本公开一实施例发光二极管器件中形成第二半导体层后的示意图；
58.图12为本公开一实施例发光二极管器件中将第二半导体层和多量子阱层分割后的示意图；
59.图13为本公开一实施例发光二极管器件中形成反射层后的示意图。
60.附图标记说明：
61.11、衬底；12、第一半导体层；13、多量子阱层；131、第一子像素多量子阱层；132、第二子像素多量子阱层；133、第三子像素多量子阱层；14、第二半导体层；141、第一子像素半导体层；142、第二子像素半导体层；143、第三子像素半导体层；15、电极层；151、第一子像素控制电极；152、第二子像素控制电极；153、第三子像素控制电极；16、绝缘层；17、焊垫层；171、第一子像素焊垫；172、第二子像素焊垫；173、第三子像素焊垫；21、第一彩膜结构层；211、第一色转换层；212、第一颜色彩膜；22、第二彩膜结构层；221、第二色转换层；222、第二颜色彩膜；23、第三彩膜结构层；231、散射粒子层；323、第三颜色彩膜；30、黑矩阵；31、超表面结构；312、硬质掩膜层；313、光刻胶；40、共通电极；50、柱状体单元；51、柱状体；60、柱状孔单元；61、柱状孔；71、反射层；711、第一子像素反射层；712、第二子像素反射层；713、第三子像素反射层；72、缓冲层；
62.100、第一子像素led；101、第一子像素区域；200、第二子像素led；201、第二子像素区域；300、第三子像素led；301、第三子像素区域。
具体实施方式
63.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
64.图1本公开一实施例中发光二极管器件的结构示意图。如图1所示，发光二极管器件包括至少两个子像素区域，示例性地，发光二极管器件可以包括三个子像素区域，分别为第一子像素区域101、第二子像素区域201和第三子像素区域301。发光二极管器件可以包括衬底11、第一半导体层12、多量子阱层13、第二半导体层14。其中，第一半导体层12位于衬底11的一侧，多量子阱层13位于第一半导体层12背离衬底11的一侧，多量子阱层13被分割为相互隔离的至少两个子像素多量子阱层，各子像素多量子阱层一一对应地位于各子像素区域内。示例性地，多量子阱层13可以被分割为相互隔离的第一子像素多量子阱层131、第二子像素多量子阱层132和第三子像素多量子阱层133，第一子像素多量子阱层131位于第一子像素区域101内，第二子像素多量子阱层132位于第二子像素区域201内，第三子像素多量子阱层133位于第三子像素区域301内。第二半导体层14位于多量子阱层13背离衬底11的一侧，第二半导体层14被分割为相互隔离的至少两个子像素半导体层，各子像素半导体层一一对应地位于各子像素区域内。示例性地，第二半导体层14可以被分割为相互隔离的第一子像素半导体层141、第二子像素半导体层142和第三子像素半导体层143，第一子像素半导体层141位于第一子像素区域101内，第二子像素半导体层142位于第二子像素区域201内，第三子像素半导体层143位于第三子像素区域301内。
65.发光二极管器件还可以包括相互隔离的至少两个子像素控制电极，各子像素控制电极与各子像素半导体层一一对应连接。示例性地，至少两个子像素控制电极可以包括第一子像素控制电极151、第二子像素控制电极152和第三子像素控制电极153，第一子像素控
制电极151、第二子像素控制电极152、第三子像素控制电极153与第一子像素半导体层141、第二子像素半导体层142、第三子像素半导体层143依次对应连接。
66.发光二极管器件还可以包括共通电极40，共通电极40与第一半导体层12连接。
67.本公开实施例的发光二极管器件，通过将多量子阱层13分割为至少两个子像素多量子阱层，将第二半导体14分割为至少两个子像素半导体层，设置至少两个子像素控制电极，并且三个子像素共用第一半导体层12，实现了将发光二极管器件分割为至少两个子像素led，示例性地，如图1所示，发光二极管器件被分割为3个子像素led，即第一子像素led 100、第二子像素led 200和第三子像素led 300，也就是说，在一个发光二极管尺寸的情况下，实现了至少两个子像素，有利于实现高ppi设计，可以减轻多次固晶的尺寸压力，并且将至少两次绑定转变为一次绑定，提高了产品良率。
68.在一种实施方式中，第一半导体层12可以为n型掺杂的氮化镓(n
‑
gan)，共通电极40可以为n电极(阴极)，第二半导体层14可以为p型掺杂的氮化镓(p
‑
gan)，各子像素控制电极可以均为p电极(阳极)。或者，第一半导体层12可以为p型掺杂的氮化镓(p
‑
gan)，共通电极40可以为p电极，第二半导体层14可以为n型掺杂的氮化镓(n
‑
gan)，各子像素控制电极可以均为n电极。
69.在一种实施方式中，如图1所示，发光二极管器件还可以包括电极层15，电极层15位于第二半导体层14背离衬底11的一侧，电极层15被分割为相互隔离的至少两个子像素控制电极，各子像素控制电极一一对应地位于各子像素区域内。示例性地，电极层15被分割为第一子像素控制电极151、第二子像素控制电极152和第三子像素控制电极153，第一子像素控制电极151位于第一子像素区域101内，第二子像素控制电极152位于第二子像素区域201内，第三子像素控制电极153位于第三子像素区域301内。
70.在一种实施方式中，如图1所示，发光二极管器件还可以包括绝缘层16和焊垫层17，绝缘层16位于电极层15背离衬底11的一侧，焊垫层17位于绝缘层16背离衬底11的一侧。焊垫层17包括共通电极40、第一子像素焊垫171、第二子像素焊垫172和第三子像素焊垫173。共通电极40通过穿过绝缘层16的过孔与第一半导体层12连接。第一子像素焊垫171、第二子像素焊垫172和第三子像素焊垫173分别通过穿过绝缘层16的过孔依次与第一子像素控制电极151、第二子像素控制电极152和第三子像素控制电极153连接。
71.在一种实施方式中，如图1所示，发光二极管器件还可以包括至少两个彩膜结构层，各彩膜结构层位于衬底11背离第一半导体层12的一侧。各彩膜结构层一一对应地位于各子像素区域内。示例性地，发光二极管器件可以包括第一彩膜结构层21、第二彩膜结构层22和第三彩膜结构层23。第一彩膜结构层21、第二彩膜结构层22和第三彩膜结构层23一一对应地位于第一子像素区域101、第二子像素区域201、第三子像素区域301内。发光二极管器件还可以包括位于衬底11背离第一半导体层12一侧的黑矩阵30，黑矩阵30限定出各子像素区域。
72.如图1所示，发光二极管器件上分割出的各子像素led可以朝向衬底11侧发光，子像素产生的光束依次通过衬底11和位于衬底11上侧的膜层后进行显示。发光二极管器件上分割出的子像素产生的光束的发散角度约为60
°
，通过设置黑矩阵30，可以防止相邻子像素间串色。可以理解的是，光束的发散角度为光束的外边缘与光束的中心线之间的夹角。
73.图2本公开一实施例中发光二极管器件的简化示意图，图3为本公开一实施例中发
光二极管器件的俯视示意图。在一种实施方式中，如图2所示，发光二极管器件还可以包括缓冲层18(图2中的gan层)，缓冲层18可以位于衬底11(图2中的蓝宝石衬底)与第一半导体层12(图2中的n
‑
gan层)之间。示例性地，多量子阱层13(图2中的mqw)的厚度约为0.3μm，第一半导体层12的厚度约为2μm，缓冲层18的厚度约为2μm，衬底11的厚度约为60μm，彩膜结构层的厚度约为10μm。
74.图4为led光束的发光范围示意图，led为朗伯体发光，从图4可以看出，无论是红色led、绿色led、还是蓝色led，led光束的发散角度均约为60
°
。如图2所示，子像素led发出的光束的发散角度约为60
°
，子像素led发出的光线在入射至衬底11时会产生折射，衬底11厚度越大，子像素led从衬底11内出射时的光束范围d2越大，为了避免子像素led从衬底11射出后进入临近子像素，就需要合理设置黑矩阵的尺寸，以便子像素led从衬底11射出后进入黑矩阵，而不会进入临近子像素。
75.以4k4k、110inch的显示装置，像素间距(pixel pitch)为318μm为例，衬底11(例如蓝宝石衬底)的厚度约为60μm，子像素光束的发散角度约为60
°
，为了防止相邻子像素间串色，根据串色计算，设计出一种如图3所示的发光二极管器件。表1为图3中各个尺寸的参考数值及说明。
76.表1
[0077][0078][0079]
需要说明的是，表1中的“h”表示图3中子像素在水平方向的尺寸，即子像素的长；“v”表示图3中子像素在竖直方向的尺寸，即子像素的宽。
[0080]
从表1中可以看出，子像素r到子像素b的距离e1为约100μm，子像素r到子像素g的距离e2为约102μm，子像素g到子像素b的距离e3约为100μm。也就是说，在图2中，当位于相邻子像素之间的黑矩阵30的宽度(d1+d2)达到100μm的情况下，可以防止相邻子像素间串色。
黑矩阵宽度达到100μm，黑矩阵占比非常大，严重影响了发光二极管芯片的切割效率，无法满足更高ppi的需求。
[0081]
图5为本公开一实施例中发光二极管器件的结构示意图。如图5所示，发光二极管器件还可以包括超表面结构31，超表面结构31位于衬底11与第一半导体层12之间，超表面结构31被配置为减小通过超表面结构31的光束的发散角度。
[0082]
通过设置超表面结构31，可以减小通过超表面结构31的光束的发散角度，从而，在衬底11厚度不变的情况下，子像素led光束发散角度的减小，可以减小子像素led从衬底11内出射时的光束范围d2，从而，可以减小相邻子像素间黑矩阵的宽度尺寸，大幅减小黑矩阵的占比，增加发光二极管器件的利用率，进一步缩小器件尺寸，提升切割效率，有利于实现更高ppi显示。子像素led光束发散角度减小还有利于降低串扰。
[0083]
超构表面是一种基于亚波长结构的功能膜层器件，也称超表面或二维超构材料。超构表面可在平面化的亚波长结构内产生异常的相位突变，从而为包括大口径平面成像、电磁虚拟赋形、大视场全息显示等应用提供有效手段。与传统的光学器件相比，超构表面器件具有亚波长尺度相位、振幅、偏振任意调控，轻薄、易集成、低损耗、表面可共形设计等诸多优点，因而受到广泛关注。超表面单元可以通过对入射光相位的准确调制，从而实现对入射光的精准调控。超表面结构单元相位调制原理，包含传输相位型超表面调制原理，电磁场相位差的几何型超表面调制原理，以及二者结合实现的混合相位调制原理。
[0084]
传输相位型超构表面通过电磁波在传输过程中产生的光程差来实现相位调控。假定介质的折射率为n，波长为λ的电磁波在该均匀介质中传输一定距离d，则电磁波积累的传输相位可表示为
[0085]
φ＝nk0d
ꢀꢀꢀ
(1)
[0086]
其中，k0＝2π/λ为自由空间波矢。传统的相位型光学元件大多采用曲面面形，利用厚度d随空间变化的特点调节电磁波的波前。对于二元光学器件，则采用离散深度的台阶实现相位调控。无论是曲面型相位元件还是二元光学元件都面临两个问题：一个是器件非平面，不利于集成和共形设计；另一个是多数光学材料折射率n值都不大，因此为了实现足够的相位差，势必要求厚度d较大。根据表达式(1)，除了通过d来实现传输相位的调节，另外一个有效的方法就是对折射率n进行调节。通过空间变化等效折射率n，可在厚度d保持不变的情况下实现平面的相位型光学元件设计。
[0087]
图6为本公开一实施例发光二极管器件中超表面结构的截面结构示意图，图7为本公开一实施例发光二极管器件中超表面结构的平面示意图，图8为本公开另一实施例发光二极管器件中超表面结构的截面结构示意图。在一种实施方式中，如图6和图7所示，超表面结构31包括位于衬底11朝向第一半导体层12一侧的多个阵列排布的柱状体单元50，柱状体单元50包括多个依次排列的柱状体51，柱状体单元50内，在排列方向上的各柱状体51的半径r不相同，各柱状体的高度h可以相同，相邻两个柱状体之间的间距p可以相同。示例性地，在图6和图8中，柱状体51可以为圆柱状体，柱状体单元50内，柱状体51的排列方向为自左向右，自左向右的方向上，各柱状体的半径r可以不相同，各柱状体的高度h相同，相邻两个柱状体之间的间距p相同。在一种实施方式中，柱状体单元内，相邻两个柱状体之间的间距p的范围可以为250nm至400nm(包括端点值)，各柱状体的半径r的范围可以为20nm至300nm(包括端点值)，柱状体的高度h与半径r的比值的范围可以为2:1至10:1(包括端点值)。
[0088]
在一种实施方式中，可以对衬底11朝向第一半导体层12的一侧进行刻蚀，以便在衬底11的表面上形成多个阵列排布的柱状体单元50，在这种情况下，柱状体51与衬底11为一体结构，衬底11可以为蓝宝石衬底。这样的方式，超表面结构的材质为蓝宝石衬底，有利于与后续膜层的晶格匹配。
[0089]
在一种实施方式中，可以在衬底11朝向第一半导体层12的一侧形成氮化镓层，对氮化镓层进行图案化处理，使氮化镓层形成多个阵列排布的柱状体单元50，这种情况下，柱状体的材质为氮化镓，衬底可以为蓝宝石衬底。采用氮化镓层形成柱状体单元，有利于与后续膜层的晶格匹配。可以理解的是，氮化镓层可以采用其它材料膜层代替，只要有利于与后续膜层的晶格匹配即可。
[0090]
在一种实施方式中，发光二极管器件包括用于产生红光的红色子像素，柱状体单元50可以包括红色柱状体单元，红色柱状体单元与红色子像素区域相对应，红色子像素区域内可以设置多个阵列排布的红色柱状体单元。在红色柱状体单元内，各柱状体的高度h1的范围可以为700nm至750nm(包括端点值)，示例性地，各柱状体的高度h1可以为725nm；相邻两个柱状体之间的间距p1的范围可以为350nm至450nm，示例性地，相邻两个柱状体之间的间距p1可以为400nm。红色柱状体单元内可以包括四个依次排列的柱状体，四个依次排列的柱状体的半径依次为50nm、80nm、120nm、40nm。
[0091]
在一种实施方式中，发光二极管器件包括用于产生绿光的绿色子像素，柱状体单元50可以包括绿色柱状体单元，绿色柱状体单元与绿色子像素区域相对应，绿色子像素区域内可以设置多个阵列排布的绿色柱状体单元。在绿色柱状体单元内，各柱状体的高度h2的范围可以为700nm至750nm(包括端点值)，示例性地，各柱状体的高度h2可以为725nm；相邻两个柱状体之间的间距p2的范围可以为300nm至400nm，示例性地，相邻两个柱状体之间的间距p2可以为350nm。绿色柱状体单元内可以包括六个依次排列的柱状体，六个依次排列的柱状体的半径依次为60nm、70nm、85nm、100nm、75nm、45nm。
[0092]
在一种实施方式中，发光二极管器件包括用于产生蓝光的蓝色子像素，柱状体单元50可以包括蓝色柱状体单元，蓝色柱状体单元与蓝色子像素区域相对应，蓝色子像素区域内可以设置多个阵列排布蓝色柱状体单元。在蓝色柱状体单元内，各柱状体的高度h3的范围可以为600nm至700nm(包括端点值)，示例性地，各柱状体的高度h3可以为650nm；相邻两个柱状体之间的间距p3的范围可以为300nm至350nm，示例性地，相邻两个柱状体之间的间距p3可以为325nm。蓝色柱状体单元内可以包括八个依次排列的柱状体，八个依次排列的柱状体的半径依次为80nm、60nm、40nm、35nm、50nm、70nm、75nm、95nm。
[0093]
在一种实施方式中，如图8所示，超表面结构31包括开设在衬底11朝向第一半导体层12一侧表面的多个阵列排布的柱状孔单元60，柱状孔单元60包括多个依次排列的柱状孔61，柱状孔单元60内，在排列方向上的各柱状孔61的截面形状可以相同、截面尺寸可以不相同，各柱状孔的深度h可以相同，相邻两个柱状孔之间的间距p可以相同。示例性地，在图8中，柱状孔单元60内，柱状孔61的排列方向为自左向右，自左向右的方向上，各柱状孔的截面尺寸可以不相同，各柱状孔的深度h相同，相邻两个柱状孔之间的间距p相同。在这里，不对柱状孔的截面形状和尺寸进行具体限制，在实际实施中，可以根据实际需要设置柱状孔的截面形状和尺寸，只要可以实现减小通过超表面结构的光束的发散角度即可。
[0094]
可以理解的是，r、g、b颜色的光不相同，如果红色子像素、绿色子像素和蓝色子像
素采用同一结构的柱状体/孔单元，难以覆盖全波段的收光，通过为红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素分别设置不同的红色柱状体/孔单元、绿色柱状体/孔单元、蓝色柱状体/孔单元，可以满足对应颜色光的全波段的收光需求，从而，可以同时实现红色子像素led的收光、绿色子像素led的收光和蓝色子像素led的收光。
[0095]
通过对柱状孔单元内各柱状孔的尺寸进行设置，或者，通过对柱状体单元内各柱状体的半径进行设置，使得超表面结构31的等效折射率n发生变化，使得通过超表面结构31的光束产生不同的相位延迟，从而，可以对通过超表面结构31的光束进行相位调控，减小通过超表面结构31的光束的发散角度。
[0096]
需要说明的是，以上给出的超表面结构的具体结构为示例性的，可以根据需要设置其他形状的体或孔以及尺寸参数，只要可以减小通过超表面结构31的光束的发散角度即可。
[0097]
图9为子像素led通过超表面结构后的发光范围示意图。如图9所示，通过设置超表面结构，红色子像素led、绿色子像素led和蓝色子像素led产生的光束在通过超表面结构后，红色子像素led光束、绿色子像素led光束和蓝色子像素led光束的发散角度均减小为小于或等于30
°
，使得相邻子像素之间的黑矩阵的宽度由100μm减小为30μm。
[0098]
在一种实施方式中，衬底11可以为蓝宝石(al2o3)衬底。将衬底选择为蓝宝石衬底，有利于后续缓冲层的生长以及后续的晶格匹配。
[0099]
在一种实施方式中，如图5所示，发光二极管器件还可以包括反射层71，反射层71可以位于第二半导体层14背离衬底11的一侧，反射层71被分割为相互隔离的至少两个子像素反射层，各子像素反射层一一对应地位于各子像素区域内。示例性地，反射层71可以被分割为相互隔离的第一子像素反射层711、第二子像素反射层712和第三子像素反射层713，第一子像素反射层711、第二子像素反射层712和第三子像素反射层713一一对应地位于第一子像素区域101、第二子像素区域201和第三子像素区域301内。各子像素反射层均开设有用于暴露对应各子像素半导体层的过孔，各子像素控制电极分别通过对应的过孔与各子像素半导体层连接。示例性地，第一子像素反射层711、第二子像素反射层712和第三子像素反射层713分别开设有第一子像素过孔、第二子像素过孔和第三子像素过孔。子像素反射层可以将对应子像素led的光线朝向衬底11一侧反射，使得子像素led的光线从衬底11侧射出。示例性地，反射层71可以为布拉格反射层。
[0100]
在一种实施方式中，如图5所示，发光二极管器件还可以包括金属电极层15，金属电极层15位于反射层71背离衬底11的一侧，金属电极层15可以包括至少两个子像素控制电极以及共通电极40，示例性地，金属电极层15可以包括第一子像素控制电极151、第二子像素控制电极152和第三子像素控制电极153以及共通电极40。第一子像素控制电极151、第二子像素控制电极152和第三子像素控制电极153分别通过第一子像素过孔、第二子像素过孔和第三子像素过孔与第一子像素半导体层141、第二子像素半导体层142、第三子像素半导体层143依次对应连接。共通电极40与在相邻子像素led之间暴露的第一半导体层12连接。
[0101]
在一种实施方式中，如图5所示，发光二极管器件还可以包括缓冲层72，缓冲层72位于超表面结构31和第一半导体层12之间。缓冲层72的折射率范围可以为2至3(包括端点值)，示例性地，缓冲层72的折射率约为2.54，缓冲层72的材质可以包括氮化镓(gan)。
[0102]
在一种实施方式中，如图5所示，发光二极管器件包括第一子像素led 100、第二子
像素led 200和第三子像素led 300，第一子像素led 100、第二子像素led 200和第三子像素led 300一一对应地位于第一子像素区域101、第二子像素区域201和第三子像素区域301内。发光二极管器件还包括第一色转换层211和第二色转换层221，第一色转换层211和第二色转换层221均位于衬底11背离第一半导体层12的一侧，第一色转换层211位于第一子像素区域101，,，第二色转换层221位于第二子像素区域201。子像素led被配置为发出第三颜色光线，第一色转换层211被配置为将入射的第三颜色光线转换为第一颜色光线出射，第二色转换层221被配置为将入射的第三颜色光线转换为第二颜色光线出射，,第三子像素led 300光线透过衬底11进行显示。
[0103]
示例性地，第三颜色光线可以为蓝色光线。第一色转换层211可以包括红色量子点材料，第一色转换层211可以在蓝色光线的激发下产生红光；第二色转换层221可以包括绿色量子点材料，第二色转换层221可以在蓝色光线激发下产生绿光。
[0104]
可以理解的是，第三颜色光线并不限于蓝色光线，可以为其它颜色光线，只要通过将发光二极管与不同色转换层结合可以使不同的子像素产生不同颜色的光线即可。
[0105]
在一种实施方式中，如图5所示，发光二极管器件还包括散射粒子层231，散射粒子层231位于衬底11背离第一半导体层12的一侧，散射离子层231位于第三子像素区域301内。散射粒子层332可以包括高折射率材料颗粒，散射粒子的折射率可以大于或等于1.7，散射粒子的材质可以为含硅烷的树脂材料。红光由第一色转换层211在第一子像素led 100激发下产生，绿光由第二色转换层221在第二子像素led 200激发下产生，所以，产生的红光和绿光的光型一致，而蓝光由第三字像素led直接产生，因此，蓝光的光型与红光、绿光光型存在不一致。通过设置散射粒子层231，可以改善显示的蓝光的光型，提高红光、绿光、蓝光在同一角度的光强一致性，提高显示效果。
[0106]
在一种实施方式中，散射粒子层231的厚度、第一色转换层211的厚度、第二色转换层221的厚度相同。这样可以提高红光、绿光、蓝光的光程一致性，进一步提高显示效果。
[0107]
在一种实施方式中，如图5所示，发光二极管器件还可以包括第一颜色彩膜212、第二颜色彩膜222和第三颜色彩膜232，第一颜色彩膜212、第二颜色彩膜222和第三颜色彩膜232一一对应地位于第一子像素区域101、第二子像素区域201和第三子像素区域301。第一颜色彩膜212位于第一色转换层211背离衬底11的一侧，第二颜色彩膜222位于第二色转换层221背离衬底11的一侧，第三颜色彩膜232位于散射粒子层231背离衬底11的一侧。第一颜色彩膜212、第二颜色彩膜222和第三颜色彩膜232可以分别为红色彩膜、绿色彩膜和蓝色彩膜。
[0108]
在一种实施方式中，如图5所示，发光二极管器件还可以包括黑矩阵30，黑矩阵30位于衬底11背离第一半导体层12的一侧，黑矩阵30限定出各子像素区域。
[0109]
本公开还提供一种发光二极管器件的制备方法，发光二极管器件可以包括至少两个子像素区域，发光二极管器件的制备方法可以包括：
[0110]
在衬底的一侧依次生长第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层；
[0111]
对第二半导体层和多量子阱层进行图案化处理，将多量子阱层分割为相互隔离的至少两个子像素多量子阱层，将第二半导体层分割为相互隔离的至少两个子像素半导体层；
[0112]
形成共通电极和相互隔离的至少两个子像素控制电极，共通电极与第一半导体层
连接，各子像素控制电极与各子像素半导体层一一对应连接。
[0113]
其中，各子像素多量子阱层一一对应地位于各子像素区域内，各子像素半导体层一一对应地位于各子像素区域内。
[0114]
在一种实施方式中，在衬底的一侧生长第一半导体层之前，方法还包括：在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成超表面结构，超表面结构被配置为减小通过超表面结构的光束的发散角度。
[0115]
在一种实施方式中，在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成超表面结构，可以包括：在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成硬质掩膜层；对硬质掩膜层进行图案化处理，以使硬质掩膜层形成超表面结构的图案；采用硬质掩膜层作为掩膜，对衬底进行刻蚀，以在衬底的表面形成多个阵列排布的柱状体单元，柱状体单元包括多个依次排列的柱状体，柱状体单元内，在排列方向上的各柱状体的半径不相同，各柱状体的高度相同，每相邻两个柱状体之间的间距相同，各柱状体的高度与半径的比值的范围为2:1至10:1。
[0116]
在一种实施方式中，在衬底的朝向第一半导体层的一侧形成超表面结构，可以包括：在衬底的朝向第一半导体层的一侧生长氮化镓层；对氮化镓层进行图案化处理，以使氮化镓层形成多个阵列排布的柱状体单元，柱状体单元包括多个依次排列的柱状体，柱状体单元内，在排列方向上的各柱状体的半径不相同，各柱状体的高度相同，每相邻两个柱状体之间的间距相同，各柱状体的高度与半径的比值的范围为2:1至10:1。
[0117]
在一种实施方式中，在衬底的一侧生长第一半导体层之前，方法还包括：在超表面结构朝向第一半导体层的一侧生长缓冲层，缓冲层的材质包括氮化镓。
[0118]
下面通过本公开一实施例中发光二极管器件的制备过程进一步说明本公开实施例的技术方案。可以理解的是，本文中所说的“图案化”，当图案化的材质为无机材质或金属时，“图案化”包括涂覆光刻胶、掩膜曝光、显影、刻蚀、剥离光刻胶等工艺，当图案化的材质为有机材质时，“图案化”包括掩模曝光、显影等工艺，本文中所说的蒸镀、沉积、涂覆、涂布等均是相关技术中成熟的制备工艺。
[0119]
s11：在衬底11的一侧形成超表面结构，超表面结构被配置为减小通过超表面结构的光束的发散角度。示例性地，该步骤可以包括：在衬底11的一侧沉积硬质掩膜层312，硬质掩膜层312的高度可以与超表面结构的高度一致，如图10a所示，图10a为本公开一实施例发光二极管器件中形成硬质掩膜层后的示意图；在硬质掩膜层312的背离衬底11的一侧涂覆光刻胶313，光刻胶313可以为电子束曝光(ebl)专用光刻胶，例如pmml，如图10b所示，图10b为本公开一实施例发光二极管器件中形成光刻胶后的示意图；采用电子束曝光的方法对光刻胶313进行曝光并显影，将超表面结构的反结构加工于光刻胶上，使光刻胶形成与超表面结构相一致的图案，如图10c所示，图10c为本公开一实施例发光二极管器件中在光刻胶上形成与超表面结构图案后的示意图；采用刻蚀工艺例如干刻工艺，对暴露的硬质掩膜层312进行刻蚀，将光刻胶的图案转移至硬质掩膜层312上，以使硬质掩膜层312形成超表面结构的图案，并剥离剩余的光刻胶，如图10d所示，图10d为本公开一实施例发光二极管器件中将光刻胶的图案转移至硬质掩膜层后的示意图；采用硬质掩膜层作为掩膜，对衬底11进行刻蚀，以在衬底11的表面形成多个阵列排布的柱状体单元，并去除硬质掩膜层。柱状体单元包括多个依次排列的柱状体51，柱状体单元内，在排列方向上的各柱状体51的半径不相同，各柱状体51的高度相同，每相邻两个柱状体51之间的间距相同，各柱状体51的高度与半径的
比值的范围为2:1至10:1。，如图10e所示，图10e为本公开一实施例发光二极管器件中形成超表面结构后的示意图。硬质掩膜层的材质可以包括铝(al)、钛(ti)中的至少一种，硬质掩膜层的材质可以为氮化硅或氧化硅。
[0120]
s12：在超表面结构31背离衬底11的一侧依次生长缓冲层72、第一半导体层12、多量子阱层13和第二半导体层14，如图11所示，图11为本公开一实施例发光二极管器件中形成第二半导体层后的示意图。其中，可以采用沉积工艺依次生长缓冲层72、第一半导体层12、多量子阱层13和第二半导体层14。缓冲层72的材质可以包括氮化镓(gan)，缓冲层72的厚度可以根据实际需要设置；第一半导体层12的材质可以为n
‑
gan，第二半导体层14的材质可以为p
‑
gan，第一半导体层12的厚度、量子阱层13的厚度、第二半导体层14的厚度均可以根据实际需要设置。
[0121]
s13：对第二半导体层12和多量子阱层13进行图案化处理，将多量子阱层13分割为相互隔离的第一子像素多量子阱层131、第二子像素多量子阱层132和第三子像素多量子阱层133，将第二半导体层14分割为相互隔离的第一子像素半导体层141、第二子像素半导体层142和第三子像素半导体层143，第一子像素半导体层141、第二子像素半导体层142、第三子像素半导体层143一一对应地位于第一子像素区域101、第二子像素区域201、第三子像素区域301内，第一子像素多量子阱层131、第二子像素多量子阱层132、第三子像素多量子阱层133一一对应地位于第一子像素区域101、第二子像素区域201、第三子像素区域301内，如图12所示，图12为本公开一实施例发光二极管器件中将第二半导体层和多量子阱层分割后的示意图。
[0122]
s14：在第二半导体层12背离衬底11的一侧沉积反射层71，对反射层71进行图案化处理，将反射层71分割为相互隔离的第一子像素反射层711、第二子像素反射层712和第三子像素反射层713，第一子像素反射层711、第二子像素反射层712和第三子像素反射层713一一对应地位于第一子像素区域101、第二子像素区域201和第三子像素区域301内。第一子像素反射层711、第二子像素反射层712和第三子像素反射层713分别开设有第一子像素过孔711a、第二子像素过孔712a和第三子像素过孔713a，并暴露出相邻子像素之间的第一半导体层12，如图13所示，图13为本公开一实施例发光二极管器件中形成反射层后的示意图。其中，反射层71可以为布拉格反射层。
[0123]
s15：在反射层71背离衬底11的一侧形成金属电极层15，金属电极层15可以包括第一子像素控制电极151、第二子像素控制电极152和第三子像素控制电极153以及共通电极40。第一子像素控制电极151、第二子像素控制电极152和第三子像素控制电极153分别通过第一子像素过孔711a、第二子像素过孔712a和第三子像素过孔713a与第一子像素半导体层141、第二子像素半导体层142、第三子像素半导体层143依次对应连接；共通电极40与在相邻子像素led之间暴露的第一半导体层12连接，如图5所示。可以采用本领域常规技术形成金属电极层15，在此不再赘述。
[0124]
s16：在衬底11背离第一半导体层12的一侧形成第一色转换层211、第二色转换层221、散射离子层231和黑矩阵30，该过程可以采用本领域常规方法，在此不再赘述。
[0125]
在一种实施方式中，s11：在衬底11的一侧形成超表面结构，超表面结构被配置为减小通过超表面结构的光束的发散角度。示例性地，该步骤可以包括：在衬底11的一侧形成氮化镓层，对氮化镓层进行图案化处理，使氮化镓层形成多个阵列排布的柱状体单元50，柱
状体单元内，在排列方向上的各柱状体51的半径不相同，各柱状体51的高度相同，每相邻两个柱状体51之间的间距相同，各柱状体51的高度与半径的比值的范围为2:1至10:1。
[0126]
基于前述实施例的发明构思，本公开实施例还提供了一种显示装置，该显示装置包括采用本公开任一实施例中的发光二极管器件。显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
[0127]
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
[0128]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0129]
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
[0130]
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0131]
上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
[0132]
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。