一种新型微缩化LED结构及其制备方法与流程

本发明涉及LED领域，特别是涉及一种新型微缩化LED结构及其制备方法。

背景技术：

LED的微缩化技术，是指在一个驱动芯片上集成高密度的微米级别的小尺寸LED阵列，其像素点从现在的毫米级别降至微米级别。相比现在传统的LED，微缩化LED解析度大大提高，具有高效率、高亮度、响应速度快以及节能等特点，同时还属于自发光无需背光源，在柔软性、轻薄等方面具有广阔的应用前景。

但现在的LED制程工艺是在蓝宝石基板上，通过金属化学气相沉积的方法生长出一层磊晶层，而显示模组及驱动电路是以大面积玻璃基板为基础的，因此若要实现LED的显示应用，必须先要把LED磊晶层发光材料顺利地从蓝宝石基板上剥离出来，再转移到玻璃基板上。相对于传统的LED制程而言，由于单颗LED芯片较大，这样的制程工艺是可行的，但对于微缩化LED芯片，由于单颗芯片只有微米级大小，因此如何大范围、高精确度地实现微米级LED芯片的成功转移是微缩化LED技术实现的关键，在追求高精度显示产品的领域难度更大。特别地，对于单色微缩化LED阵列来说，可以通过一次性转移或是倒装结构封装贴合即可实现，而若需实现全彩显示，则需分次进行红、绿、蓝三色LED微米级芯片的转移以实现图案化。这对微米级芯片的光效、波长一致性以及大规模转移成功率都提出更高的要求，难度更大，而这已经成为制约微缩化LED产业发展的瓶颈。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种新型微缩化LED结构及其制备方法，降低了现有微缩化LED实现全彩显示的制程困难。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种新型微缩化LED结构，包括微缩化蓝光LED芯片和光转换膜；所述光转换膜覆盖于所述微缩化蓝光LED芯片表面；所述光转换膜含有红色和绿色发光材料。

相对于现有技术，本发明以微缩化蓝光LED芯片为自发光光源，并作为激发光光源，采用含有红色和绿色发光材料的光转换膜替代需要依次转移的红色和绿色微缩化LED芯片；该光转换膜通过吸收微缩化蓝光LED芯片发出的蓝光，发射红光和绿光；最后，未被吸收的部分蓝光与经光转换膜转换发出的红光和绿光混合，形成全彩的有源发光显示像素点阵，即可实现微缩化LED的全彩显示。

进一步，所述红色和绿色发光材料为Ⅱ-Ⅵ或Ⅲ-Ⅴ族量子点，或钙钛矿量子点。量子点的能级是分立的，受到外界激发时，电子在这些能级之间跃迁将会发出特定波长的光。

进一步，所述红色和绿色发光材料的红光发光波长为610～650nm、绿光发光波长为510～550nm。现有蓝光LED发光波长一般为450～470nm，因此设置红光发光波长为610～650nm，绿光发光波长为510～550nm，以使得在这些波长范围内，红、绿、蓝三色混合能获得显示效果好的白光。

进一步，所述微缩化蓝光LED芯片的尺寸范围为2～20μm。若微缩化蓝光LED芯片的尺寸过大，解析度会有所降低；若微缩化蓝光LED芯片的尺寸过小，将会加大芯片转移的难度和成本，从而影响大面积应用。

一种新型微缩化LED结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：将红色和绿色发光材料涂覆于透明基板上，制得光转换膜；

S2：将磊晶完成的蓝光LED芯片转移至薄膜晶体管(TFT)驱动面板上，制得微缩化蓝光LED芯片；

S3：将所述光转换膜覆盖于所述微缩化蓝光LED芯片表面，并进行封装，制得所述新型微缩化LED结构。

相对于现有技术，本发明将红色和绿色发光材料精确涂覆在透明基板上，形成含有红色和绿色像素点的光转换膜，通过精确对应的单色蓝光微缩化LED激发对应的红色和绿色发光材料显示像素点阵，从而发出红光和绿光。在实现微缩化LED全彩图案化显示时，只需将磊晶层单色蓝光微缩化LED芯片从基板剥离并转移至TFT驱动面板上即可，而无需再对红色和绿色微缩化LED芯片进行大规模转移，大大降低了微缩化LED全彩显示的制程困难。此外，透明基板将含有红色和绿色像素点的光转换膜与蓝光微缩化LED隔开，避免了发光材料与蓝光微缩化LED的直接接触，大大降低了高能蓝光对发光材料的侵蚀作用，利于产品使用寿命的提升。

进一步，所述步骤S1中，通过光刻、套版、丝网印刷或喷墨打印的方式将红色和绿色发光材料涂覆于透明基板上，形成显示红色和绿色像素点的光转换膜。

进一步，所述步骤S2中，首先将磊晶完成的蓝光LED芯片切割成微米级蓝光LED芯片，再将该微米级蓝光LED芯片单颗或规模化转移至TFT驱动面板上，形成显示蓝色像素点的微缩化蓝光LED芯片。

进一步，所述步骤S2中，首先将磊晶完成的蓝光LED芯片通过物理或化学方法从基板剥离，再利用感应耦合等离子体蚀刻的方法将该蓝光LED芯片切割成微米级蓝光LED芯片，最后再将该微米级蓝光LED芯片键接于TFT驱动面板上，形成显示蓝色像素点的微缩化蓝光LED芯片。

进一步，所述步骤S3中，将光转换膜上的红色和绿色像素点精确对应于微缩化蓝光LED芯片显示的蓝色像素点。微缩化蓝光LED芯片与红色和绿色像素点一一对应，通过微缩化蓝光LED芯片发出的蓝光激发精确对应的红色和绿色像素点，发出红光和绿光，提高显示精度。

进一步，所述步骤S3中，采用硅胶、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、聚酯树脂中的一种或几种进行封装。封装后，可降低环境中水、氧气对红色和绿光发光材料的侵蚀，提升材料的稳定性和器件的使用寿命。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明的新型微缩化LED结构的示意图。

图2为本发明的基于喷墨打印技术实现光转换膜的工艺示意图。

具体实施方式

针对现有微缩化LED技术全彩显示面临的如何大范围、高精确度的实现红、绿、蓝三色微米级LED芯片的成功转移的问题，发明人通过研究发现，利用含有红色和绿色发光材料的光转换膜替代红色和绿色微米级LED芯片，可以避免红色和绿色微缩化LED芯片的大规模转移，而只需进行单色蓝光微缩化LED芯片的转移，并使其激发含有红色和绿色发光材料的光转换膜以产生红光和绿光，即可实现微缩化LED的全彩显示。基于上述研究，进一步获得了一种新型缩微化LED结构及其制备方法。以下分别通过实施例进行详细说明。

实施例1

请参阅图1，其为本发明的新型微缩化LED结构的示意图。该新型微缩化LED结构包括光转换膜102和微缩化蓝光LED芯片103；所述光转换膜102上表面承载有红色和绿色像素点101；所述红色和绿色像素点101精确对应覆盖在微缩化蓝光LED芯片103表面；所述微缩化蓝光LED芯片103设于TFT驱动面板104上。

通电后，由TFT驱动面板104控制微缩化蓝光LED芯片103发光，微缩化蓝光LED芯片103发出蓝光，并激发红色和绿色像素点101，得到红光和绿光，然后该红光和绿光与微缩化蓝光LED芯片103发出的剩余蓝光混合，实现红、绿、蓝三色全彩显示。

所述光转换膜102可以通过光刻、套版、丝网印刷、喷墨打印等技术工艺制得。以喷墨打印技术为例，请参阅图2，其为本发明的基于喷墨打印技术实现光转换膜的工艺示意图。具体的，通过喷涂或喷墨设备201将红色和绿色发光材料像素点202精确打印在透明基材203表面，形成一种可用于微缩化LED的图案化红色和绿色光转换膜。在透明基板上形成高精度的红色和绿色发光材料显示像素点后，将此透明基板高精度的覆盖在微缩化蓝光LED芯片上，得到红色和绿色光转换膜，而无需再对红色和绿色微缩化LED芯片进行大规模转移。

相对于现有技术，本发明以微缩化蓝光LED芯片为自发光光源，并作为激发光光源，采用含有红色和绿色发光材料的光转换膜替代需要依次转移的红色和绿色微米级Micro LED芯片；该光转换膜通过吸收微缩化蓝光LED芯片发出的蓝光，发射红光和绿光；最后，未被吸收的部分蓝光与经光转换膜转换发出的红光和绿光混合，形成全彩的有源发光显示像素点阵，即可实现微缩化LED的全彩显示。

实施例2

本发明的新型微缩化LED结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将红色和绿色发光材料涂覆于透明基板上，制得光转换膜。

本实施例中，红色和绿色发光材料为Ⅱ-Ⅵ或Ⅲ-Ⅴ族量子点，优选为CdSe型量子点。其中红色量子点的发光波长优选为625nm；绿色量子点的发光波长优选为525nm。

将红色和绿色量子点分别溶于甲苯和二氯苯的混合溶液中，其中甲苯和二氯苯的体积比为1:1，量子点在混合溶液中的质量分数为1％；再加入一定量的光刻胶，配成符合光刻工艺的红色和绿色量子点胶水配方；将配制完成的红色和绿色量子点胶水通过光刻的技术工艺，在透明基板上按照红、绿相间的方式，光刻形成精确的红色和绿色像素点点阵结构，像素点优选大小为5μm，从而得到基于量子点的红色和绿色光转换膜。

(2)将磊晶完成的蓝光LED芯片转移至薄膜晶体管驱动面板上，制得微缩化蓝光LED芯片。

本实施例采用巨量转移技术，首先将磊晶完成的蓝光LED晶圆层，通过物理或化学方法从晶圆基板剥离，得到单独的发光薄膜层；再利用感应耦合等离子体蚀刻的方法将此发光薄膜层精确切割成微米级蓝光LED芯片，优选大小为5μm；最后将此微缩化的蓝光LED芯片转移键接在TFT驱动电路板上，形成蓝色显示像素。

(3)将所述光转换膜覆盖于所述微缩化蓝光LED芯片表面，并进行封装，制得所述新型微缩化LED结构。

本实施例中，将已光刻完成的含有精确红色和绿色像素点的光转换膜精确覆盖于微缩化蓝光LED芯片表面，使每个微缩化蓝光LED芯片与红色和绿色像素点一一对应，通过微缩化蓝光LED芯片激发对应的红色和绿色像素点；最后利用硅胶进行封装，形成基于量子点的红、绿、蓝三色全彩显示的微缩化LED结构。

实施例3

本发明的新型微缩化LED的制备方法，包括以下步骤：

(1)将红色和绿色发光材料涂覆于透明基板上，制得光转换膜。

本实施例中，红色和绿色发光材料为钙钛矿量子点。所述钙钛矿量子点结构式为APbX₃，其中，A＝Cs、CH₃NH₃；X＝Cl、Br或I，红色钙钛矿量子点优选为CsPbI₃量子点，绿色钙钛矿量子点优选为CsPbBr₃量子点。红色量子点的发光波长优选为625nm；绿色量子点的发光波长优选为525nm。

将红色和绿色量子点分别溶于甲苯、丁醇、氯苯的混合溶液中，其中甲苯、丁醇、氯苯的体积比为2:1:2，量子点在混合溶液中的质量分数为1％；再加入一定量的光刻胶，配成符合光刻工艺的红色和绿色量子点胶水配方；将配制完成的红色和绿色量子点胶水通过光刻的技术工艺，在透明基板上按照红、绿相间的方式，光刻形成精确的红色和绿色像素点点阵结构，像素点优选大小为5μm，从而得到基于量子点的红色和绿色光转换膜。

(2)将磊晶完成的蓝光LED芯片转移至薄膜晶体管驱动面板上，制得微缩化蓝光LED芯片。

本实施例采用巨量转移技术，首先将磊晶完成的蓝光LED晶圆层，通过物理或化学方法从晶圆基板剥离，得到单独的发光薄膜层；再利用感应耦合等离子体蚀刻的方法将此发光薄膜层精确切割成微米级蓝光LED芯片，优选大小为5μm；最后将此微缩化的蓝光LED芯片转移键接在TFT驱动电路板上，形成蓝色显示像素。

(3)将所述光转换膜覆盖于所述微缩化蓝光LED芯片表面，并进行封装，制得所述新型微缩化LED结构。

本实施例中，将已光刻完成的含有精确红色和绿色像素点的光转换膜精确覆盖于微缩化蓝光LED芯片表面，使每个微缩化蓝光LED芯片与红色和绿色像素点一一对应，通过微缩化蓝光LED芯片激发对应的红色和绿色像素点；最后利用硅胶进行封装，形成基于量子点的红、绿、蓝三色全彩显示的微缩化LED结构。

实施例4

本发明的新型微缩化LED的制备方法，包括以下步骤：

(1)将红色和绿色发光材料涂覆于透明基板上，制得光转换膜。

本实施例中，红色和绿色发光材料为Ⅱ-Ⅵ或Ⅲ-Ⅴ族量子点，优选为CdSe型量子点。其中红色量子点的发光波长优选为625nm；绿色量子点的发光波长优选为525nm。

将红色和绿色量子点分别溶于甲苯和二氯苯的混合溶液中，其中甲苯和二氯苯的体积比为1:1，量子点在混合溶液中的质量分数为1％；再加入一定量的光刻胶，配成符合光刻工艺的红色和绿色量子点胶水配方；将配制完成的红色和绿色量子点胶水通过光刻的技术工艺，在透明基板上按照红、绿相间的方式，光刻形成精确的红色和绿色像素点点阵结构，像素点优选大小为5μm，从而得到基于量子点的红色和绿色光转换膜。

(2)将磊晶完成的蓝光LED芯片转移至薄膜晶体管驱动面板上，制得微缩化蓝光LED芯片。

本实施例采用芯片焊接技术，首先将磊晶完成的蓝光LED芯片切割成所需大小的微缩化蓝光LED芯片，优选大小为10μm；再将该微缩化蓝光LED芯片一次性转移至TFT驱动基板上，形成蓝色显示像素。

(3)将所述光转换膜覆盖于所述微缩化蓝光LED芯片表面，并进行封装，制得所述新型微缩化LED结构。

本实施例中，将已光刻完成的含有精确红色和绿色像素点的光转换膜精确覆盖于微缩化蓝光LED芯片表面，使每个微缩化蓝光LED芯片与红色和绿色像素点一一对应，通过微缩化蓝光LED芯片激发对应的红色和绿色像素点；最后利用硅胶进行封装，形成基于量子点的红、绿、蓝三色全彩显示的微缩化LED结构。

相对于现有技术，本发明将红色和绿色发光材料精确涂覆在透明基板上，形成含有红色和绿色像素点的光转换膜，通过精确对应的单色蓝光微缩化LED激发对应的红色和绿色发光材料显示像素点阵，从而发出红光和绿光。在实现微缩化LED全彩图案化显示时，只需将磊晶层单色蓝光微缩化LED芯片从基板剥离并转移至TFT驱动面板上即可，而无需再对红色和绿色微缩化LED芯片进行大规模转移，大大降低了微缩化LED全彩显示的制程困难。此外，透明基板将含有红色和绿色像素点的光转换膜与蓝光微缩化LED隔开，避免了发光材料与微缩化LED的直接接触，大大降低了高能蓝光对发光材料的侵蚀作用，利于产品使用寿命的提升。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。