可实现光效提取和色彩转换微米级LED显示装置及制造方法与流程
本发明涉及新型半导体显示领域，尤其涉及一种可实现光效提取和色彩转换微米级led显示装置及制造方法。
背景技术：
微米级led是指将传统led微缩化后形成微米级间距led阵列以达到超高密度像素分辨率。微米级led显示具备自发光的特性，相比oled和lcd显示，微米级led色彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更高的亮度，同时更具轻薄及省电优势。微米级甚至纳米级led阵列是唯一能够具备驱动、发光、及信号传输为一体的高发光效率低功耗器件，并实现超大规模集成发光单元的显示器件，其综合了lcd和led两大技术特点，产品性能远高于目前的tft-lcd和oled，应用领域也更为广泛包含软性、透明显示器。在未来的市场前景方面，微米级led与同样为电致发光的oled和qled相比较，有独特的优势。但是由于尺寸数量等问题，微米级led集成在键合、转移、驱动、色彩化等方面还存在着一系列技术难点。
目前对于实现微米级led全彩显示的方法主要有蓝光led+红绿量子点的色彩转换法、纳米柱rgb像素光源、光学棱镜合成法以及chromover波长变换技术。其中蓝光led+红绿量子点的色彩转换是目前实现全彩色微米级led显示的主流技术路线，其主要是以蓝色led芯片为基底，通过喷墨打印技术将红色和绿色量子点打印到每一个微小的led像素上，从而通过蓝光激发红色和绿色量子点发出纯正的rgb单色光实现全彩显示。中国专利cn106356386a中提到在micro-led基底上设置若干按阵列排列的rgb像素单元然后采用喷墨打印技术在各个像素单元打印不同颜色量子点来实现micro-led的色彩转换。然而，该方法通过喷墨打印量子点不易实现量子点图形化，蓝色led激发量子点后光线容易产生窜扰；同时，由于led的蓝色光强过强问题，采用该方法要想得到好的色彩化和高的光效，就需要打印的量子点具有一定的厚度，而厚度过厚将限制micro-led显示像素的进一步缩小。
为了克服上述困难，本发明提供一种可实现光效提取和色彩转换微米级led显示。该发明不仅可利用微结构中的倒梯形储液槽实现量子点发光层的图形化，利用储液槽内周侧的金属反射层反射蓝色led激发量子点发出的光，阻止光从侧壁边缘出射，增加了垂直方向光的出射；同时，利用量子点上表面的分布式布拉格反射层，可使蓝色led激发量子点发光层发出的光从顶部透过，而未被吸收的蓝光反射回来再次激发量子点发光层，从而增强出射光的强度，有效地提高微米级led显示的色彩转换和发光效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可实现光效提取和色彩转换微米级led显示装置及制造方法，该发明的工艺简化、成本低廉，利用微结构中储液槽实现量子点发光层的图形化，还利用微结构中的反射层和分布式布拉格反射层提高蓝色led激发量子点发光的出光效率和色彩转换。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种可实现光效提取和色彩转换微米级led显示装置，包括设置于衬底表面呈阵列排布的若干个led芯片、设置于所述led芯片表面且与所述led芯片一一对应的微结构；所述微结构包括倒梯形储液槽，所述储液槽内周侧设置有反射层；呈阵列排布的微结构与led芯片沿横向依次构成用于显示红光的r单元、用于显示绿光的g单元以及用于显示蓝光b单元，其中，r单元/g单元的储液槽至下而上依次设置有红色量子点层/绿色量子点层以及分布式布拉格反射层，b单元的储液槽至下而上依次设置有透明层以及分布式布拉格反射层；所述led芯片能够发出蓝光，所述led芯片发出的蓝光经所述红色量子点层/绿色量子点层而转换为红光/绿光。
在本发明一实施例中，所述led芯片为蓝色微米级led芯片，其led芯片长度为1微米至300微米，led芯片宽度为1微米至300微米，相邻led芯片间距为1微米至500微米。
在本发明一实施例中，所述储液槽底面长度小于或等于led芯片的长度，所述储液槽底面宽度小于或等于led芯片的宽度；所述储液槽顶部开口长度大于或等于led芯片的长度，小于或等于相邻led芯片间距，所述储液槽顶部开口宽度大于或等于led芯片的宽度，小于或等于相邻led芯片间距，所述储液槽深度为10纳米至10微米。
在本发明一实施例中，所述反射层为高反射率金属材料，其厚度为20纳米至1微米。
在本发明一实施例中，所述红色量子点层厚度小于或等于储液槽的深度，其材料由ⅱ-ⅵ族或ⅲ-ⅴ族量子点材料混合而成；所述绿色量子点层厚度小于或等于储液槽的深度，其材料由ⅱ-ⅵ族或ⅲ-ⅴ族量子点材料混合而成。
在本发明一实施例中，所述分布式布拉格反射层由具有高折射率和低折射率的两层薄膜堆叠而成，各层薄膜厚度由
在本发明一实施例中，通过控制分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度，可使led芯片发出的蓝光激发所述红色量子点层发出的红光从顶部透过，而未被吸收的蓝光反射回所述r单元再次激发所述红色量子点层，增强红光出射强度，从而提高微米级led显示发光效率。
在本发明一实施例中，通过控制分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度，可使led芯片发出的蓝光激发所述绿色量子点层发出的红光从顶部透过，而未被吸收的蓝光反射回所述g单元再次激发所述绿色量子点层，增强红光出射强度，从而提高微米级led显示发光效率。
在本发明一实施例中，通过控制分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度，可以调节b单元蓝光的透射率在30%-80%之间，从而调节蓝光强度，解决b单元蓝光过强问题。
本发明还提供了一种基于任一所述可实现光效提取和色彩转换微米级led显示装置的制造方法，按照以下步骤实现：
步骤s11：提供一蓝色微米级led芯片，将蓝色微米级led芯片呈阵列排布设置于衬底表面；
步骤s12：在所述蓝色微米级led芯片表面制作图形化且呈阵列排布的倒梯形储液槽，使得储液槽与led芯片沿横向依次构成初步的r单元、g单元、b单元，所述倒梯形储液槽的制造方法包括贴膜、光刻、激光加工、喷墨打印、3d打印、丝网印刷和微接触印刷；
步骤s13：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述储液槽内周镀上一层反射层；所述反射层为高反射率金属材料，可通过调节反射层材料与厚度来控制光的反射，有效地提高垂直方向光的出射；
步骤s14：利用喷墨打印技术在初步的r单元储液槽内填充红色量子点，形成红色量子点层，所述量子点厚度小于或等于所述储液槽的深度；
步骤s15：利用喷墨打印技术在初步的g单元储液槽内填充绿色量子点层，形成绿色量子点层，所述量子点厚度小于或等于所述储液槽的深度；
步骤s16：利用喷墨打印技术在初步的b单元储液槽内填充透明材料，形成透明层，所述透明材料厚度小于或等于所述储液槽的深度；
步骤s17：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述红色量子点层表面镀制分布式布拉格反射层，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度来控制红光出射和蓝光反射；
步骤s18：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述绿色量子点层表面镀制分布式布拉格反射层，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度来控制绿光出射和蓝光反射；
步骤s19：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述透明材料表面镀制分布式布拉格反射层，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度来调节蓝光出射。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用倒梯形储液槽结构不仅可以增加发光面积，提高亮度而且可以解决由于采用喷墨打印技术所带来的咖啡环效应和不同颜色像素单元的光串扰问题；
（2）本发明在倒梯形储液槽内周侧镀制金属反射层，经蓝光微米级led激发量子点发出的光是发散的，因此该反射层用于将四周出射的光反射回去，增强垂直方向的光出射效率；
（3）由于蓝光微米级led具有很强的光强度，因此图形化的量子点需要很厚才有明显的色彩转换，将会增加器件制作成本以及器件整体厚度。本发明在量子点发光层上设置分布式布拉格反射层，可以将过强的蓝光反射回去进一步激发量子点材料使其发光，且透射红光和绿光，不仅解决了蓝光过强问题且增加了光传输路径，提高了光的转换效率。
附图说明
图1为本发明可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示装置的截面示意图。
图2为本发明可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示装置的整体示意图。
图3为本实施例中蓝色微米级led芯片的截面示意图。
图4为本实施例中倒梯形储液槽的结构示意图。
图5为本实施例中倒梯形储液槽内周侧镀制反射层的结构示意图。
图6为本实施例中在r单元内填充红色量子点发光层的结构示意图。
图7为本实施例中在g单元内填充绿色量子点发光层的结构示意图。
图8为本实施例中在b单元内填充透明层的结构示意图。
图9为本实施例中在红色量子点发光层表面镀制分布式布拉格反射层的结构示意图。
图10为本实施例中在绿色量子点发光层表面镀制分布式布拉格反射层的结构示意图。
图11为本实施例中在透明层表面镀制分布式布拉格反射层的结构示意图。
【编号说明】10：衬底，11：蓝色微米级led芯片，12：微结构，13：r单元，14：g单元，15：b单元，121：倒梯形储液槽，122：反射层，1231：红色量子点发光层，1232：绿色量子点发光层，1233：透明层，1241,1242,1243：分布式布拉格反射层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。在图中，为了清楚，放大了层与区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此，参考图是本发明的理想化实施例示意图，本发明的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形或圆表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。本实施例中障壁起伏图案的大小与起伏周期有一定范围，在实际生产中可以根据实际需要设计起伏图案大小及其起伏周期，实施例中起伏周期的数值只是示意值，但这不应该被认为限制本发明的范围。
本发明的一种可实现光效提取和色彩转换微米级led显示装置，包括设置于衬底表面呈阵列排布的若干个led芯片、设置于所述led芯片表面且与所述led芯片一一对应的微结构；所述微结构包括倒梯形储液槽，所述储液槽内周侧设置有反射层；呈阵列排布的微结构与led芯片沿横向依次构成用于显示红光的r单元、用于显示绿光的g单元以及用于显示蓝光b单元，其中，r单元/g单元的储液槽至下而上依次设置有红色量子点层/绿色量子点层以及分布式布拉格反射层，b单元的储液槽至下而上依次设置有透明层以及分布式布拉格反射层；所述led芯片能够发出蓝光，所述led芯片发出的蓝光经所述红色量子点层/绿色量子点层而转换为红光/绿光。所述led芯片为蓝色微米级led芯片，其led芯片长度为1微米至300微米，led芯片宽度为1微米至300微米，相邻led芯片间距为1微米至500微米。所述储液槽底面长度小于或等于led芯片的长度，所述储液槽底面宽度小于或等于led芯片的宽度；所述储液槽顶部开口长度大于或等于led芯片的长度，小于或等于相邻led芯片间距，所述储液槽顶部开口宽度大于或等于led芯片的宽度，小于或等于相邻led芯片间距，所述储液槽深度为10纳米至10微米。所述反射层为高反射率金属材料，其厚度为20纳米至1微米。所述红色量子点层厚度小于或等于储液槽的深度，其材料由ⅱ-ⅵ族或ⅲ-ⅴ族量子点材料混合而成；所述绿色量子点层厚度小于或等于储液槽的深度，其材料由ⅱ-ⅵ族或ⅲ-ⅴ族量子点材料混合而成。所述分布式布拉格反射层由具有高折射率和低折射率的两层薄膜堆叠而成，各层薄膜厚度由
通过控制分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度，可使led芯片发出的蓝光激发所述红色量子点层发出的红光从顶部透过，而未被吸收的蓝光反射回所述r单元再次激发所述红色量子点层，增强红光出射强度，从而提高微米级led显示发光效率。通过控制分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度，可使led芯片发出的蓝光激发所述绿色量子点层发出的红光从顶部透过，而未被吸收的蓝光反射回所述g单元再次激发所述绿色量子点层，增强红光出射强度，从而提高微米级led显示发光效率。通过控制分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度，可以调节b单元蓝光的透射率在30%-80%之间，从而调节蓝光强度，解决b单元蓝光过强问题。
本发明还提供了一种基于任一所述可实现光效提取和色彩转换微米级led显示装置的制造方法，按照以下步骤实现：
步骤s11：提供一蓝色微米级led芯片，将蓝色微米级led芯片呈阵列排布设置于衬底表面；
步骤s12：在所述蓝色微米级led芯片表面制作图形化且呈阵列排布的倒梯形储液槽，使得储液槽与led芯片沿横向依次构成初步的r单元、g单元、b单元，所述倒梯形储液槽的制造方法包括贴膜、光刻、激光加工、喷墨打印、3d打印、丝网印刷和微接触印刷；
步骤s13：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述储液槽内周镀上一层反射层；所述反射层为高反射率金属材料，可通过调节反射层材料与厚度来控制光的反射，有效地提高垂直方向光的出射；
步骤s14：利用喷墨打印技术在初步的r单元储液槽内填充红色量子点，形成红色量子点层，所述量子点厚度小于或等于所述储液槽的深度；
步骤s15：利用喷墨打印技术在初步的g单元储液槽内填充绿色量子点层，形成绿色量子点层，所述量子点厚度小于或等于所述储液槽的深度；
步骤s16：利用喷墨打印技术在初步的b单元储液槽内填充透明材料，形成透明层，所述透明材料厚度小于或等于所述储液槽的深度；
步骤s17：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述红色量子点层表面镀制分布式布拉格反射层，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度来控制红光出射和蓝光反射；
步骤s18：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述绿色量子点层表面镀制分布式布拉格反射层，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度来控制绿光出射和蓝光反射；
步骤s19：采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述透明材料表面镀制分布式布拉格反射层，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度来调节蓝光出射。
以下为本发明的具体实施例。
图1-2为本发明第一优选实施例的一种可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示的结构示意图。图3-图11为本发明第一优选实施例的一种可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示。
如图1-2，一种可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示，包括：设置于衬底10表面呈阵列排布的若干个led芯片11、设置于所述led芯片11表面且与所述led芯片11一一对应的微结构12。所述微结构还包括倒梯形储液槽121，所述储液槽121内周侧设置有反射层122，所述储液槽121至下而上依次设置有量子点发光层123以及分布式布拉格反射层124；由所述微结构12和与所述led芯片11沿横向依次包括用于显示红光的r单元13、用于显示绿光的g单元14以及用于显示蓝光的b单元15。所述r单元13设置有红色量子点层1231，所述g单元14设置有绿色量子点层1232，所述b单元15设置有透明层1233，所述led芯片11发出的蓝光经所述红色量子点层1231而转换为红光，所述led芯片11发出的蓝光经所述绿色量子点层1232而转换为绿光，所述led芯片11经所述透明层1233而发送蓝光。
请参考图1-2，并结合图3-11，对本发明第一实施例提供的一种可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示进行详细的说明，具体包括以下步骤：
（s11）提供一蓝色微米级led芯片。所述led芯片11沿横向和纵向均匀排列设置于衬底10表面，led长度为1微米至300微米，led宽度为1微米至300微米，相邻led横向间距大于芯片长度，纵向间距大于led宽度，其间距小于500微米。本实施例优选蓝色微米级led长度与宽度均为50微米，横向和纵向相邻间距均为100微米，如图3所示。
（s12）倒梯形储液槽121制备。在所述蓝色微米级led芯片表面涂覆保护层，采用贴膜、光刻、激光加工、喷墨打印、3d打印、丝网印刷或微接触印刷的制造方法制作图形化的倒梯形储液槽121；所述倒梯形储液槽121的底面长度小于或等于led芯片11的长度，所述倒梯形储液槽121的底面宽度小于或等于led芯片11的宽度；所述倒梯形储液槽11的顶面长度大于或等于led芯片11的长度，小于或等于相邻led芯片11间距，所述倒梯形储液槽121的顶面宽度大于或等于led芯片11的宽度，小于或等于相邻led芯片11间距，所述倒梯形储液槽121的深度为10纳米至10微米。本实施例优选光刻工艺形成如图4的倒梯形储液槽121。其中，水平与垂直方向的储液槽121相距为100微米。每个储液槽121底部长度和宽度都为50微米，顶部长度和宽度都为80微米，深度为8微米。
（s13）反射层122的制备。采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述倒梯形储液槽121内周镀上一层反射层122，所述反射层122可将蓝色led芯片11激发量子点所发出的光沿储液槽内侧反射，增加垂直光的出射量；所述反射层122为银、铝或其它高反射率的金属材料，其厚度为20纳米至1微米。本实施例优选蒸镀工艺在倒梯形储液槽121内周侧蒸镀厚度80nm的金属ag层作为反射层122，如图5所示。
（s14）红色量子点发光层1231制备。在r单元13的倒梯形储液槽121内利用喷墨打印红色量子点发光层1231，红色量子点发光层1231小于或等于储液槽的深度。本实施例优选喷墨打印工艺分别将红色量子点发光层1231打印在倒梯形储液槽121内，量子点厚度为3微米，放置在40℃的加热台上加热20分钟，固化打印好的材料，如图6所示。
（s15）绿色量子点发光层1232制备。在g单元14的倒梯形储液槽121内利用喷墨打印绿色量子点发光层1231，绿色量子点发光层1232小于或等于储液槽的深度。本实施例优选喷墨打印工艺将绿色量子点发光层1232打印在倒梯形储液槽121内，量子点厚度为3微米，放置在40℃的加热台上加热20分钟，固化打印好的材料，如图7所示。
（s16）透明层1233制备。在b单元的倒梯形储液槽121内，利用喷墨打印技术在填充透明材料，所述透明材料厚度小于或等于所述储液槽的深度。本实施例优选喷墨打印工艺将pi透明材料打印在倒梯形储液槽121内，透明层厚度为3微米，放置在100℃的加热台上加热20分钟,形成透明层1233，如图8所示。
（s17）采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述r单元13中的所述红色量子点发光层1231表面镀制分布式布拉格反射层1241，所述分布式布拉格反射1241是由具有高低折射率的两种薄膜堆叠而成，所述两种薄膜组合包括但不限于：tio2/al2o3、tio2/sio2、ta2o5/al2o3、hfo2/sio2，前者为高折射率薄膜，后者为低折射率薄膜。所述分布式布拉格反射层各层薄膜厚度由
（s18）采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述g单元14中的所述红色量子点发光层1232表面镀制分布式布拉格反射层1242，所述分布式布拉格反射1242是由具有高低折射率的两种薄膜堆叠而成，所述两种薄膜组合包括但不限于：tio2/al2o3、tio2/sio2、ta2o5/al2o3、hfo2/sio2，前者为高折射率薄膜，后者为低折射率薄膜。所述分布式布拉格反射层各层薄膜厚度由
（s19）采用物理气相或化学气相沉积的方法在所述b单元15中的所述透明层1233表面镀制分布式布拉格反射层1243，通过控制所述分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度，可以调节b单元蓝光的透射率在30%-80%之间。本实施例优选ald工艺在透明层1233表面镀制1.5个堆叠的tio2/al2o3，其中tio2厚度为45nm，al2o3的厚度为67nm，如图11所示。1.5个堆叠的tio2/al2o3叠层结构组成的分布式布拉格反射层可使调节b单元蓝光的透射率在60%。
至此，一种可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示制造完成。
本发明提供一种可实现光效提取和色彩转换的微米级led显示，在图中，为了表示清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状（比如制造引起的偏差）。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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