白光器件及显示设备的制作方法

1.本实用新型涉及led制备技术领域，尤其涉及一种白光器件及显示设备。


背景技术：

2.现有技术中，可以利用电泳沉积技术通过多次采用量子点掩膜版的方法在基板上成功制备了micro-led的全彩像素阵列。但是，此种方法不但需要依据像素大小制备相应规格的掩膜版，而且每次仅能沉积一种量子点材料，因此全彩像素阵列的制备至少需要两种掩膜版，掩膜版的制备增加制造经费，费力费时。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的在于提供一种白光器件及显示设备，可以解决现有技术中多次采用量子点沉积掩膜版，导致制造经费增加，且费力费时的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种白光器件，所述白光器件从下至上依次包括：驱动基板、倒装led外延结构、第一透明电流扩展层及量子点沉积层；
5.所述倒装led外延结构包括发光区域，所述发光区域包括蓝光光源或紫光光源；
6.所述量子点沉积层包括至少两类颜色沉积区域、所述至少两类颜色沉积区域形成规则阵列结构，且用于在所述发光区域发光时形成白光；
7.所述颜色沉积区域为图案化形貌；所述颜色沉积区域制备时，所述第一透明电流扩展层上设置掩膜层。
8.在一种可选实现方式中，所述倒装led外延结构包括：第一电极层、第二电极层、第二透明电流扩展层、p型氮化镓层、多量子阱有源层及n型氮化镓层。
9.在一种可选实现方式中，所述倒装led外延结构包括：
10.覆盖在所述驱动基板的表面的顶角处的第一电极层，及覆盖在所述驱动基板的表面除所述第一电极层所在区域以外的其他区域的第二电极层；
11.覆盖在所述第二电极层上的第二透明电流扩展层；
12.覆盖在所述第二透明电流扩展层上的p型氮化镓层；
13.覆盖在所述p型氮化镓层上的多量子阱有源层；
14.覆盖在所述多量子阱有源层上及所述第一电极层的n型氮化镓层；
15.所述发光区域由所述第二电极层、第二透明电流扩展层、p型氮化镓层、多量子阱有源层及n型氮化镓层构成。
16.在一种可选实现方式中，所述倒装led外延结构还包括位于所述第一电极层与所述发光区域之间的第一封闭空腔，第一封闭空腔为从所述第二电极层开始向远离所述驱动基板的方向进行蚀刻，并蚀刻至部分所述n型氮化镓层形成的。
17.在一种可选实现方式中，所述阵列结构为h*l，当所述h等于1时，所述第一电极层的数量为两个，当所述h大于1时，所述第二电极层的数量为四个，所述h表示所述阵列结构的行数，所述l表示所述阵列结构的列数，所述h及l均取值正整数。
18.在一种可选实现方式中，所述倒装led外延结构具有从所述第二电极层开始向远离所述驱动基板的方向进行蚀刻，并蚀刻至部分所述n型氮化镓层形成的第二封闭空腔，所述第二封闭空腔将倒装led外延结构中的发光区域划分为多个发光单元，且颜色沉积区域与发光单元一一对应。
19.在一种可选实现方式中，所述阵列结构中的一行至少包含一组颜色沉积区域，所述一组颜色沉积区域包括在一行中依次排列的一个第一颜色沉积区域及一个第二颜色沉积区域，或者，在一行中依次排列的一个第三颜色沉积区域、一个第四颜色沉积区域及一个第五颜色沉积区域。
20.在一种可选实现方式中，所述至少两类颜色沉积区域沉积量子点时，驱动基板与设置有量子点溶液池的电泳沉积装置的正极电连接、所述第一电极与所述电泳沉积装置的负极电连接形成闭合回路。
21.在一种可选实现方式中，所述发光区域为蓝光光源，则所述至少两类颜色沉积区域包括第一颜色沉积区域及第二颜色沉积区域，所述第一颜色沉积区域、第二颜色沉积区域用于在所述发光区域发光时形成白光；
22.或者，
23.所述发光区域为紫光光源，所述至少两类颜色沉积区域包括第三颜色沉积区域、第四颜色沉积区域及第五颜色沉积区域，第三颜色沉积区域、第四颜色沉积区域及第五颜色沉积区域用于在所述发光区域发光时形成白光。
24.在一种可选实现方式中，所述第一电极层包括n电极，所述第二电极层包括p电极。
25.在一种可选实现方式中，所述电极层的材料为具有反射功能的电极金属ti、al、ti、au或ni、ag。
26.在一种可选实现方式中，所述驱动基板的材料为具有导电能力的si基板、cu基板。
27.为实现上述目的，本实用新型第二方面提供一种显示设备，所述显示设备包括如第一方面或任一可选实现方式中任意一项所述白光器件。
28.采用本实用新型实施例，具有如下有益效果：
29.本实用新型提供一种白光器件，所述白光器件从下至上依次包括：驱动基板、倒装led外延结构、第一透明电流扩展层及量子点沉积层；所述倒装led外延结构包括发光区域，所述发光区域包括蓝光光源或紫光光源；所述量子点沉积层包括至少两类颜色沉积区域、所述至少两类颜色沉积区域形成规则阵列结构，且用于在所述发光区域发光时形成白光；所述颜色沉积区域为图案化形貌；所述颜色沉积区域制备时，所述第一透明电流扩展层上设置掩膜层。采用上述器件，减少了传统的制备白光器件的量子点沉积掩膜版结构，减轻了白光器件的体积及制造难度，且基于三原色原理可以实现led器件发白光的目的。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.其中：
32.图1为本实用新型实施例中一种白光器件的结构示意图；
33.图2为本实用新型实施例中一种白光器件的另一结构示意图；
34.图3为本实用新型实施例中一种白光器件的俯视图结构示意图；
35.图4-17为本实用新型实施例中一种白光器件的制备流程示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.图1为本实用新型实施例中一种白光器件的结构示意图，如图1所示白光器件从下至上依次包括：驱动基板1、倒装led外延结构2、第一透明电流扩展层3及量子点沉积层4；倒装led外延结构2包括发光区域；量子点沉积层4包括至少两类颜色沉积区域(40、41)、至少两类颜色沉积区域形成规则阵列结构，且用于在发光区域发光时形成白光。其中，发光区域包括蓝光光源或紫光光源。颜色沉积区域为图案化形貌；并且，在颜色沉积区域制备时，第一透明电流扩展层上设置掩膜层。
38.需要说明的是，驱动基板1用于控制倒装led外延结构2包括的发光区域进行发光，其中，发出光线经过第一透明电流扩展层3及包括至少两类颜色沉积区域(40、41)的量子点沉积层4之后，可以形成白光，其中，该发光区域可以为蓝光光源、紫光光源等颜色的光源，至少两类颜色沉积区域(40、41)所形成的颜色光与发光区域发出的颜色光叠加可以形成白光，倒装led外延结构是指将电极区面朝向驱动基板进行贴装，进而得到倒装led芯片(flip chip)，是在传统工艺的基础上，将芯片的出光面与电极区不设计在同一个平面，进而可以省掉焊线工序，有利于减小芯片体积。进一步的，在沉积量子点时，第一透明电流扩展层上设置掩膜层，以使得量子点可以沉积至颜色沉积区域，并形成对应的图案化形貌。具体的，掩膜层可以为硬质掩膜层，该硬质掩膜层的材料可以为二氧化硅或氮化硅，具体还可参考图12所示的硬质掩膜层7。
39.可以理解的是，量子点(quantum dot)是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色，由于这种纳米半导体拥有限制电子和电子空穴(electron hole)的特性，这特性类似于自然界中的原子或分子,因而被称为量子点。例如可以通过蓝光激发红光和绿光的量子点材料，制作发红光和绿光的光源，配合蓝光光源即可实现彩色显示即器件发白光。
40.本实用新型提供一种白光器件，白光器件从下至上依次包括：驱动基板、倒装led外延结构、第一透明电流扩展层及量子点沉积层；倒装led外延结构包括发光区域，发光区域包括蓝光光源或紫光光源；量子点沉积层包括至少两类颜色沉积区域、至少两类颜色沉积区域形成规则阵列结构，且用于在发光区域发光时形成白光；颜色沉积区域为图案化形貌；颜色沉积区域制备时，第一透明电流扩展层上设置掩膜层。采用上述器件，减少了传统的制备白光器件的掩膜版结构，减轻了白光器件的体积及制造难度，且基于三原色原理可
以实现led器件发白光的目的。
41.图2为本实用新型实施例中一种白光器件的另一结构示意图，如图2所示白光器件从下至上依次包括：驱动基板1、倒装led外延结构2、第一透明电流扩展层3及量子点沉积层4；倒装led外延结构包括发光区域；量子点沉积层包括至少两类颜色沉积区域(40、41)、至少两类颜色沉积区域形成规则阵列结构，且用于在发光区域发光时形成白光。其中，发光区域包括蓝光光源或紫光光源。颜色沉积区域为图案化形貌；并且，在颜色沉积区域制备时，第一透明电流扩展层上设置掩膜层。
42.需要说明的是，上述驱动基板1、倒装led外延结构2、第一透明电流扩展层3、量子点沉积层4及至少两类颜色沉积区域(40、41)与图1所示结构内容相似，为避免重复在此不做赘述，具体可参阅图1所做表述。
43.在一种可行实现方式中，倒装led外延结构2包括的发光区域为蓝光光源，则至少两类颜色沉积区域(40、41)包括第一颜色沉积区域及第二颜色沉积区域，第一颜色沉积区域、第二颜色沉积区域用于在发光区域发光时形成白光；或者，发光区域为紫光光源，至少两类颜色沉积区域(40、41、42)包括第三颜色沉积区域、第四颜色沉积区域及第五颜色沉积区域，第三颜色沉积区域、第四颜色沉积区域及第五颜色沉积区域用于在发光区域发光时形成白光。且该至少两类颜色沉积区域形成规则阵列结构中的一行至少包含一组颜色沉积区域，一组颜色沉积区域包括在一行中依次排列的一个第一颜色沉积区域及一个第二颜色沉积区域，或者，在一行中依次排列的一个第三颜色沉积区域、一个第四颜色沉积区域及一个第五颜色沉积区域。
44.其中，倒装led外延结构2包括的发光区域为蓝光光源时，颜色沉积区域可以包括两类颜色沉积区域(40、41)即第一颜色沉积区域及第二颜色沉积区域。示例性的，此时第一颜色沉积区域以及第二颜色沉积区域分别用于沉积红色量子点或绿色量子点，进而在发光区域发出蓝光时，两类颜色沉积区域可以分别发出红光和绿光，基于红光和绿光以及蓝光实现白光器件发白光的目的；倒装led外延结构2包括的发光区域为紫光，颜色沉积区域可以包括三类颜色沉积区域(40、41、42)即第三颜色沉积区域、第四颜色沉积区域及第五颜色沉积区域。示例性的，此时第三颜色沉积区域、第四颜色沉积区域及第五颜色沉积区域用于分别沉积红色量子点、绿色量子点及蓝色量子点，进而在发光区域发出紫光光源时，三类颜色沉积区域可以分别发出红光、绿光以及蓝光，进而基于红光、绿光以及蓝光实现白光器件发白光的目的。可以理解的是，为了保证上述颜色排列组合可以形成白光，因此，要保证在该阵列的一行中要包括一组颜色沉积区域，且该颜色沉积区域在该行中依次排列。进一步的，一组颜色沉积区域包括至少两类颜色沉积区域，比如，一组颜色沉积区域包括红光量子点沉积区域、绿光量子点沉积区域；或者，一组颜色沉积区域包括红光量子点沉积区域、绿光量子点沉积区域及蓝光量子点沉积区域。
45.可继续参考图3，图3为本实用新型中一种白光器件的俯视图，图3中各个量子点沉积区域(40、41、42)形成一阵列结构，沉积在第一透明电流导电层3上，该阵列结构为h*l阵列，当h等于1时，第一电极层的数量为两个，当h大于1时，第二电极层的数量为四个，h表示阵列结构的行数，l表示阵列结构的列数，h及l均取值正整数。需要说明的是，每一列要对应有一组颜色沉积区域，进一步的，图3示出的为h大于1时，该白光器件的俯视图，因此，该白光器件具有四个第一电极层。可以理解的是，覆盖在该第一电极层上的第一透明电流导电
层3与第一电极层相对的表面上形成四个与第一电极层对应的电极接触区域201。进一步的，图3还示出了21个一组颜色发光区域(40、41、42)，其中，图3所示量子点矩阵中，每一组颜色发光区域中各颜色量子点以同一颜色排列规律进行排列，但是，需要说明的是，在不同行数但同列上量子点可以为不同的颜色的量子点，并且，每一组颜色发光区域中各颜色量子点的颜色排列规律也可以不同，只要确保在同一行上的一组颜色发光区域可以形成白光即可，因此，对于量子点的颜色排列规律不做限定。
46.进一步的，至少两类颜色沉积区域沉积量子点时，驱动基板与设置有量子点溶液池的电泳沉积装置的正极电连接、所述第一电极与所述电泳沉积装置的负极电连接形成闭合回路。其中，可参阅图14为电泳沉积装置与待沉积量子点的led器件的连接示意图。
47.需要说明的是，倒装led外延结构2包括：覆盖在驱动基板的表面的顶角处的第一电极层20，及覆盖在驱动基板的表面除第一电极层所在区域以外的其他区域的第二电极层21；覆盖在第二电极层21上的第二透明电流扩展层22(ito)；覆盖在第二透明电流扩展层22上的p型氮化镓层23(p-gan)；覆盖在p型氮化镓层23上的多量子阱有源层24(mqw)；覆盖在多量子阱有源层24上及第一电极层的n型氮化镓层25(n-gan)；发光区域由第二电极层21、第二透明电流扩展层22、p型氮化镓层23、多量子阱有源层24及n型氮化镓层构成25，以及位于第一电极层20与发光区域之间的第一封闭空腔26，第一封闭空腔26为从第二电极层21开始向远离驱动基板1的方向进行蚀刻，并蚀刻至部分n型氮化镓层25形成的。并且，倒装led外延结构2具有从第二电极层21开始向远离驱动基板1的方向进行蚀刻，并蚀刻至部分n型氮化镓层25形成的第二封闭空腔27，第二封闭空腔27将倒装led外延结构2中的发光区域划分为多个发光单元，且颜色沉积区域与发光单元一一对应，以及第一封闭空腔26用于将第二电极层与发光单元进行隔离。
48.需要说明的是，上述第二封闭空腔27起到分隔槽的作用，用于将一组颜色沉积区域对应的一个发光单元中的各个发光区域进行分隔，以提高器件发白光的效率，减少发光区域发光时产生的光线串扰，并且防止第二电极层与发光单元接触，对第二电极层与发光单元进行隔离。在一种可行实现方式中，还可以在该第二封闭空腔27中沉积挡光材料，来进一步减少发光区域发光时产生的光线串扰。
49.在一种可选实现方式中，第一电极层20包括n电极，第二电极层21包括p电极，电极层的材料为具有反射功能的电极金属ti、al、ti、au或ni、ag，驱动基板1的材料为具有导电能力的si基板、cu基板。
50.本实用新型提供一种白光器件，驱动基板、倒装led外延结构、第一透明电流扩展层及量子点沉积层；倒装led外延结构包括发光区域，发光区域包括蓝光光源或紫光光源；量子点沉积层包括至少两类颜色沉积区域、至少两类颜色沉积区域形成规则阵列结构，且用于在发光区域发光时形成白光；颜色沉积区域为图案化形貌；颜色沉积区域制备时，第一透明电流扩展层上设置掩膜层。采用上述器件，减少了传统的制备白光器件的掩膜版结构，减轻了白光器件的体积及制造难度，且基于三原色原理可以实现led器件发白光的目的。该白光器件可以实现非白光led发出白光，其中各个发光区域之间还具有第二封闭空腔，将各个发光区域进行分隔，可以减少光线串扰。
51.为使本实用新型结构更清楚明白，下面以采用蓝光外延片对上述白光器件的制备进行举例说明：
52.第一步，进行蓝光外延片制备。通过在衬底5的表面上依次生长生长缓冲层6、n-gan层25、蓝光ingan/gan多量子阱有源层24和p-gan层23，得到led外延材料，该led外延材料结构如图4所示，其中，衬底5可以为si衬底、蓝宝石衬底、sic衬底、氮化镓衬底等，在此举例不做限定。
53.第二步，在制备得到的led外延材料上即p-gan层23表面上沉积ito电流扩展层即第二透明电流扩展层22，即可得到如图5所示的包括有ito电流扩展层22的led外延材料。具体的，沉积ito电流扩展层22的方式可以使用电子束蒸发或测控溅射技术，在led外延材料的p-gan层23表面上沉积ito电流扩展层22。
54.第三步，在具有ito电流扩展层22的led外延材料上进行图案化制备。具体的，通过等离子体增强化学气象沉积技术(pecvd)或原子层沉积技术(ald)，在ito上沉积硬质掩膜层7，该硬质掩膜层7的材料可以为二氧化硅或氮化硅，沉积厚度可以为600nm。进一步，在硬质掩膜层7上依次旋涂增粘剂(hmds)及光刻胶，曝光显影后，进行干法刻蚀(icp)或湿法腐蚀，其中，湿法腐蚀是利用boe溶液、ito腐蚀液，进而经硬质掩膜层7刻蚀至p-gan层23表面，最终得到如图6所示的具有图案化形貌的led外延材料。
55.第四步，利用mesa刻蚀制备出led外延材料的p电极、n电极台面，也即用于沉积第一电极层和第二电极层的沉积面，具体的，以上述图案化的二氧化硅即硬质掩膜层7继续作为掩膜层，通过icp对led外延材料进行刻蚀，刻蚀深度1.2-1.4微米，刻蚀至露出n-gan层25，进而制备出如图7所示的led外延材料，其中，p电极的台面为p-gan层22，n电极的台面为n-gan层25。
56.第五步，第一电极层与第二电极层即p、n电极金属的沉积。进上述光刻显影后，通过电子束蒸镀的方式，在上述制备得到的led外延材料的p、n台面上，即p-gan层22与n-gan层25上分别沉积具有反射功能的电极金属，例如：ti/al/ti/au或ni/ag等，进而形成第一电极层20与第二电极层21，得到如图8所示的led外延结构。
57.第六步，驱动基板1键合。将已蒸镀p、n电极金属层(20、21)的纳米led也即led外延结构与具有导电能力的驱动基板1键合，驱动基板1包括但不限于si基板、cu基板等，将上述驱动基板1与电极层(20、21)进行键合(bonding)，得到如图9所示器件，可以理解的是，通过键合驱动基板之后led外延结构变为了倒装led外延结构，并且通过键合驱动基板还可以得到完整的以及第一封闭空腔26，第二封闭空腔27。
58.第七步，将已经键合了驱动基板的器件中的衬底5和缓冲层6去除(参考图10)。通过激光剥离、机械研磨、化学腐蚀或任意二者结合的方法去除衬底5及缓冲层6，漏出n-gan层25，得到如图10所示中除衬底5及缓冲层6以外的led结构，该led结构包括倒装led外延结构2以及驱动基板1。
59.第八步，沉积第一透明电流扩展层3。使用电子束蒸发或测控溅射技术在倒装led外延结构2的n-gan25上沉积ito导电层3，得到如图11所示led结构。
60.第九步，红光量子点待沉积区域制备。通过等离子体增强化学气象沉积技术(pecvd)或原子层沉积技术(ald)在第一透明电流扩展层3即ito导电层上沉积硬质掩膜层7，该硬质掩膜层7材料可以为二氧化硅或氮化硅，沉积厚度为300nm。在硬质掩膜层7上依次旋涂增粘剂(hmds)及光刻胶8，曝光显影后，进行干法刻蚀(icp)或湿法腐蚀(boe溶液)，得到图案化形貌，进而得到待沉积区域(颜色沉积区域40)以及电极接触区域201，颜色沉积区
域为图案化形貌，可参阅如图12和图13所示led结构，其中图12为led结构剖视图和图13为led结构俯视图。
61.第十步，红光量子点电泳沉积。将电泳沉积装置的正、负极分别与第九步得到的led器件的驱动基板1和电极接触区201相连接后，放进盛有红光量子点材料的电泳溶液的溶液池中，导通电路进行红光量子点的沉积，电泳沉积装置如图14所示，沉积后结构如图15和图16所示，图15为沉积红光量子点的led结构的剖视图和图16沉积红光量子点的led结构的俯视图。
62.第十一步，绿光量子点电泳沉积。在沉积有红光量子点材料的硬质掩膜层7上在此涂覆光刻胶1，曝光显影后，制备出绿光量子点材料的待沉积图案，得到颜色沉积区域41，以及电极接触区域201，如图17所示。其中，与红光量子点电泳沉积方法相同，在盛有绿光量子点材料的溶液池中进行绿光量子点材料的沉积。如此两次，即可完成红、绿量子点的沉积，最终得到如图2及图3所示的led结构，从而实现在蓝光器件上实现发白光的目的。如此采用分步沉积的方法，结合光刻技术和图案化技术，无需专门的量子点沉积掩膜版，即可实现多种量子点材料的沉积。
63.可以理解是，若该器件为紫光光源，则还需要进行蓝光量子点电泳沉积。在沉积有红光量子点材料以及绿光量子点材料的硬质掩膜上在此涂覆光刻胶，曝光显影后，制备出绿光量子点材料的待沉积图案，其中，与红光以及绿光量子点电泳沉积方法相同，在盛有蓝光量子点材料的溶液池中进行蓝光量子点材料的沉积。如此三次，即可完成红绿蓝量子点的沉积，从而实现在紫光器件发白光的目的。
64.在一个实施例中，提供了一种显示设备，所述显示设备包括如图1或图2中任意一项所述白光器件。
65.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
66.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。