基于玻璃内部量子点的全彩色Micro-LED显示器件及其制备方法

基于玻璃内部量子点的全彩色micro
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led显示器件及其制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体照明应用领域和显示器件领域的一种彩色显示器件及制备方法，涉及一种基于激光诱导玻璃内部量子点析出的全彩色micro
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led显示器件及其制备方法。


背景技术：

2.随着信息技术的不断发展，对低功耗、高色域、高亮度、高分辨显示和照明技术的要求也在不断提高，新一代的micro
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led技术应运而生。目前，单色micro
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led的制备工艺比较成熟，主要采用喷墨打印和雾化喷涂的方法在micro
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led芯片表面涂覆量子点材料。但对于全彩多色micro
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led显示器件来说，这些方法的单个色彩单元的尺寸受限，且不可避免的会遭遇相邻不同色彩单元之间的量子点材料混合造成的光串扰。
3.钙钛矿量子点材料作为一种新型无机半导体纳米晶，具有发射光谱可调、宽激发光谱、窄半峰宽、光稳定性好、荧光产率高等优点。但由于无机钙钛矿材料的形成能低，在自然环境中容易降解或发生相变，且这个过程在加热或暴露于湿气和紫外线照射条件下会被加速。为了克服这一障碍并提高钙钛矿材料的稳定性，一系列策略例如用有机材料添加保护层以及掺杂不同卤素离子等被开发。但这些方法不足以保护量子点不受外部环境的影响，在实际应用中仍然存在较多缺陷，例如较差的热稳定性，低光照损伤阈值，色彩饱和度损失等。而在玻璃中析出量子点的方法使得制备的器件则具有出色的光学透明性和长期的热稳定性，并有望成为光子学和光电子学领域中更好的基质材料。
4.通常，在玻璃中获得析出量子点的一种常用方法是热处理，但传统的热处理方法只能实现整个玻璃块体中量子点的析出，无法控制量子点在玻璃基体内的空间选择性分布。
5.大多数研究都描述了一种两步技术，包括激光辐照产生晶核和随后的热处理使晶核长大，一种更简单，快速的激光直写在玻璃内部形成稳定的钙钛矿量子点仍是必须的。


技术实现要素：

6.为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于激光诱导玻璃内部量子点析出的全彩色micro
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led显示器件及其制备方法，通过将micro
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led芯片和激光诱导玻璃内部发光波长可控的量子点结合起来，提供一种全彩色的micro
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led显示器件的制备方案，是一种全新的彩色照明显示产品。
7.本发明的目的通过如下技术方案来实现：
8.一、一种基于激光诱导玻璃内部量子点析出的全彩色micro
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led显示器件：
9.主要由从上到下的玻璃机体、micro
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led发光器件阵列和micro
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led驱动芯片构成；所述的micro
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led发光器件阵列主要有多个micro
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led发光器件间隔阵列排布而成，micro
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led发光器件均电连接封装在micro
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led驱动芯片上，玻璃机体内具有阵列分布的量
子点发光单元。
10.所述的量子点发光单元是由超快激光在玻璃机体内部直写诱导生成。
11.所述的玻璃机体内的各个量子点发光单元具有不同发光波长。
12.所述的超短脉冲激光器的激光参数可调，激光参数包括了脉宽、重复频率、脉冲能量。
13.micro
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led发光器件的数量和玻璃机体内的量子点发光单元数量相同且一一对应，使得micro
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led发光器件的阵列分布和玻璃机体内的量子点发光单元的阵列分布完全相同，一个量子点发光单元下方均具有一个micro
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led发光器件。
14.micro
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led驱动芯片驱动micro
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led发光器件对量子点发光单元激发出自身波长的光，所有不同波长的量子点发光单元发光后在玻璃机体上呈现出彩色显示。
15.由多个相邻阵列排布一起的量子点发光单元组成全彩色micro
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led显示器件的显示点，作为基本显示单元，显示点内的各个量子点发光单元的发光波长相同，不同显示点的发光波长不同。
16.二、全彩色micro
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led显示器件的激光工艺制备方法：
17.首先，通过超快激光在玻璃机体内部直写诱导生成量子点，并且通过在玻璃机体内部的不同区域调节超快激光的激光参数直写诱导生成不同发光波长的量子点，在玻璃机体内部形成用于显示的全彩色micro
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led像素点阵列；
18.接着，micro
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led发光器件阵列电连接在micro
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led驱动芯片上；
19.然后，将玻璃机体放置在micro
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led发光器件阵列上，使得micro
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led发光器件的阵列分布和玻璃机体内的量子点发光单元的阵列分布完全相同，一个量子点发光单元下方均具有一个micro
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led发光器件。
20.所述超快激光的激光光束为高斯分布的激光光束，高斯分布的激光光束通过光束整形为涡旋光束以及贝塞尔光束用于适应不同的工艺需求。
21.本发明利用超快激光辐照的方法可在卤素掺杂的玻璃内部实现不同种类量子点空间选择性的可控析出，进一步与micro
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led蓝光芯片结合，可实现全彩色的micro
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led显示。
22.本发明与现有技术相比的有益效果在于：
23.(1)相对于喷墨打印和雾化喷涂在micro
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led芯片表面涂覆量子点材料的制备方法和制备成的器件，本发明利用激光辐照在玻璃内部诱导单个发光单元的尺寸和发光波长可控，发光单元之间的间距可控，且玻璃内部析出的钙钛矿量子点克服了钙钛矿材料本身的稳定性较差的问题。
24.(2)本发明制备成的全彩色micro
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led显示器件尺寸更小。
25.目前商用的micro
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led其作为基本显示单元的显示点的尺寸在100微米级左右，其制造过程复杂，而本发明中作为基本显示单元的显示点的尺寸在10微米级左右，尺寸更紧凑，比传统micro
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led显示单元尺寸小一个数量级。
26.由此，本发明制备成的全彩色micro
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led显示器件成本更低。本发明相比传统的方案过程简单，降低了发光材料的制造成本，工业化生产率高。
附图说明
27.图1是本发明制得micro
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led显示器件发光单元发光光谱图。
28.图2是本发明使用的激光设备示意图。
29.图3是本发明制得不同激光辐照参数下玻璃内部量子点发光光谱图。
30.图4是本发明制备得到的玻璃内部发光量子点阵列与micro
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led蓝光芯片装配示意图。
31.图5为全彩色micro
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led显示器件示意图。
32.图中：半波片(2)、衰减片(3)、扩束镜(4)、孔光阑(5)、介质膜反射镜(6)、物镜(7)、玻璃样品(8)、三轴位移台(9)、电脑(10)；量子点发光单元(11)，玻璃机体(12)，单个micro
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led发光器件(13)，micro
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led驱动芯片(14)。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
34.如图4和图5所示，整体器件主要由从上到下的玻璃机体12、micro
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led发光器件阵列和micro
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led驱动芯片14构成；micro
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led发光器件阵列主要有多个micro
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led发光器件13间隔阵列排布而成，micro
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led发光器件13均电连接封装在micro
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led驱动芯片14上，玻璃机体12内具有阵列分布的量子点发光单元11。
35.如图4所示，本发明提供的全彩色micro
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led显示器件分为两层，上层为玻璃内部析出量子点的阵列，下层为micro
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led蓝光芯片。
36.量子点发光单元11是由超快激光在玻璃机体12内部直写诱导生成的量子点，玻璃机体12内的各个量子点发光单元11具有不同发光波长。
37.超短脉冲激光器1的激光参数可调，激光参数包括了脉宽、重复频率、脉冲能量。通过脉宽、重复频率、脉冲能量等激光参数调整在玻璃机体12内部直写诱导生成的量子点的发光波长。
38.micro
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led发光器件13的数量和玻璃机体12内的量子点发光单元11数量相同且一一对应，使得micro
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led发光器件13的阵列分布和玻璃机体12内的量子点发光单元11的阵列分布完全相同，一个量子点发光单元11下方均具有一个micro
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led发光器件13。
39.micro
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led驱动芯片14驱动micro
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led发光器件13对量子点发光单元11激发出自身波长的光，所有不同波长的量子点发光单元11发光后在玻璃机体12上呈现出彩色显示。
40.由多个相邻阵列排布一起的量子点发光单元11组成全彩色micro
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led显示器件的显示点，作为基本显示单元，显示点内的各个量子点发光单元11的发光波长相同，不同显示点的发光波长不同。
41.如图2所示，本发明的制备装置包括超短脉冲激光器1、半波片2、衰减片3、扩束镜4、孔光阑5、介质膜反射镜6、物镜7、三轴位移台9和电脑10；
42.超短脉冲激光器1发出超快激光光束，依次经半波片2、衰减片3、扩束镜4、孔光阑5后入射到介质膜反射镜6发生反射，经介质膜反射镜6反射后再经物镜7入射到三轴位移台9上的玻璃样品8上，三轴位移台9连接电脑10。
43.电脑10带动三轴位移台9的三轴移动，进而带动玻璃样品8的移动，使得超短脉冲激光器1发出的超快激光光束在玻璃样品8的不同位置进行直写诱导以生成量子点。
44.超短脉冲激光器1也可连接到电脑10，三轴位移台9移动和超短脉冲激光器1的激光输出参数均可由电脑10控制。
45.本发明的激光工艺制备过程是：
46.首先，如图4所示，通过超快激光在玻璃机体内部直写诱导生成量子点，量子点即为量子点发光单元11，并且通过在玻璃机体内部的不同区域调节超快激光的激光参数直写诱导生成不同发光波长的量子点，在玻璃机体内部形成用于显示的全彩色micro
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led像素点阵列；
47.接着，如图4所示，micro
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led发光器件阵列电连接在micro
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led驱动芯片14上；
48.然后，如图5所示，将玻璃机体放置在micro
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led发光器件阵列上，使得micro
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led发光器件13的阵列分布和玻璃机体12内的量子点发光单元11的阵列分布完全相同，一个量子点发光单元11下方均具有一个micro
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led发光器件13。
49.采用激光诱导钙钛矿量子点的带隙，量子点的发光波长通过可激光参数脉宽、重复频率、脉冲能量等调控。
50.超快激光的激光光束为高斯分布的激光光束，高斯分布的激光光束可通过光束整形为涡旋光束以及贝塞尔光束以适应不同工艺需求，以适应不同工艺需求。
51.具体实施中，本发明的全彩色micro
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led显示器件分为双层结构，底层为micro
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led发光器件、micro gan蓝光芯片及控制器，上层为玻璃机体及其内部原位诱导析出的不同种类的cspbx3钙钛矿量子点点阵。
52.通过超快激光在该玻璃机体内部聚焦，调节激光的脉宽、重复频率、单脉冲能量等参数，在玻璃内部析出不同种类的cspbx3量子点。
53.cspbx3量子点例如cspbcl3，cspbbr3，cspbi3等，分别具有蓝色、绿色和红光的发光。在不同的显示点制备生成蓝色、绿色和红光的不同发光波长，如图1所示，利用超快激光可以在玻璃内部诱导形成包含量子点的微米级点阵，可进一步与micro
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led显示阵列的像素点的发光波长一一对应，获得全彩色的micro
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led显示器件。
54.具体实施优选地，本发明的具体实例如附图3所示，不同的显示点设置不同的发光波长，例如有黄色、桔黄色等三原色以外的颜色，能够用于实现更多鲜艳的色彩组合显示。
55.本发明实例所演示的量子点发光单元均不需要封装保护层，在紫外光和自然条件下具有良好的稳定性。
56.本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。