一种基于微半球色转化结构的窄发射角Micro-LED

本发明属于光电材料，具体涉及一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led。

背景技术：

1、与液晶显示(lcd)、有机发光显示(oled)显示技术相比，微型发光二极管显示器(micro-led)显示技术具有高对比度、低功耗、长寿命、响应速度快等诸多优势，在虚拟现实/增强现实显示、可穿戴显示器件等领域具有巨大的应用潜力。然而，基于micro-led器件实现高分辨率的全彩显示是领域内的共性技术难题。实现micro-led全彩显示的技术方案主要有外延生长、巨量转移以及色转换技术。其中，色转换技术具有技术门槛低、成本低、易于产业化等特点，受到广泛关注。

2、色转换技术主要是基于纳米晶材料的光致发光特性，可分为不完全的色转换以及完全的色转换。前者主要用于液晶显示器的背光，在蓝光led的激发下，获得白光背光光源，再结合液晶显示面板内部的彩色滤光膜，实现全彩显示；此外，纳米晶也可以应用于液晶显示面板内部，用作纳米晶滤光膜，同样搭配蓝光led，实现全彩显示。完全的色转换则是以蓝光oled或者蓝光led显示器作为激发源，将绿光和红光纳米晶色转换层集成到显示面板内部，采用色转换策略，获得所需的绿光和红光发射，与本身的蓝光oled或者蓝光led搭配实现全彩显示。

3、目前，基于纳米晶色转换层制备方法主要有喷墨打印、纳米晶光刻法、微流控等方法，上述基于纳米晶色转换层制备方法存在以下问题：1、色转化层受限于加工工艺限制，制备的微米级的厚度不能完全将蓝光转换为红/绿光，存在漏蓝光现象；2、色转换层薄膜有一定的厚度，底层紫外光或者蓝光micro-led芯片发出的光透过色转换层厚光线发散显著，导致图案显示不清晰、存在重影图像；3、纳米晶阵列像素点之间存在光串扰，显示效果的色彩纯度、色域受限。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led，解决上述技术问题。

2、本发明公开的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led，包括micro-led芯片和至少一种色转换结构；

3、所述micro-led芯片表面排列有凸起的发光器件；

4、所述色转化结构覆盖在所述发光器件上；

5、所述色转化结构为微半球色转换结构；

6、每一个所述色转换结构包括至少一个微半球体；

7、所述micro-led芯片为蓝光micro-led芯片和紫外光micro-led芯片中的一种。

8、进一步的，所述微半球色转换结构为全无机钙钛矿纳米晶；所述全无机钙钛矿纳米晶包括cspbbr3纳米晶、cspbi3纳米晶和cspbcl3纳米晶。

9、进一步的，所述阵列凸起发光器件形状包括圆柱体和多边棱柱体。

10、本发明的另一个方面还提供了一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其包括以下步骤：

11、s1、选取表面排阵有凸起的发光器件的micro-led芯片作为基片；

12、s2、在所述micro-led芯片上旋涂光刻胶，选定特定的阵列区域，对该区域进行曝光显影以使选定阵列区域内凸起的发光器件完全暴露；

13、s3、采用化学气相沉积方法，在步骤s2中完全暴露的发光器件上生长全无机钙钛矿纳米晶，进而制得基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led，其中，所述纳米晶为cspbbr3纳米晶、cspbi3纳米晶和cspbcl3纳米晶中的一种。

14、进一步的，步骤s2和步骤s3之间还包括步骤s30，所述步骤s30为，在完全暴露的发光器件上旋涂纳米颗粒。

15、进一步的，所述步骤s3中化学气相沉积方法包括以下步骤：

16、s31、取摩尔比为n的csx粉末和pbx2粉末并置于气相反应室的恒温带中，x为cl、br和i中的一种；csx粉末和pbx2粉末间距为d；保持凸起面朝上，将micro-led芯片放置于气相反应室中，micro-led芯片距离恒温带的距离为d；pbx2粉末、csx粉末和micro-led芯片随气相反应室的气体流向依次放置；所述csx粉末和pbx2粉末的摩尔比n为1:1-1∶3；

17、s32、将气相反应室中的气体置换为保护气体，保持气相反应室中的保护气体流量为v；所述保护气体流量v为40-100sccm；

18、s33、基于不同x种类的纳米晶，以预设的升温速度将恒温带升温至对应的反应温度tx，然后保温30-50min；

19、s34、将恒温带降至温度t，以30-50℃/min的冷却速度将恒温带降温至室温。

20、进一步的，所述步骤s31中csx粉末和pbx2粉末间距d为1-5cm。

21、进一步的，所述步骤s31中micro-led芯片距离恒温带的距离d为20-30cm。

22、进一步的，所述步骤s33中不同x种类的纳米晶的反应温度tx分别为：cspbbr3纳米晶的反应温度tbr为610-630℃，cspbi3纳米晶的反应温度ti为590-610℃，cspbcl3纳米晶的反应温度tcl为630-650℃。

23、进一步的，所述步骤s34中温度t为560-580℃。

24、本发明具有以下有益效果：

25、本发明公开的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led包括表面排列有凸起的发光器件的蓝光或紫外光micro-led芯片和覆盖在发光器件上的单个或多个微半球体纳米晶，纳米晶为全无机钙钛矿纳米晶包括cspbbr3纳米晶、cspbi3纳米晶和cspbcl3纳米晶，上述纳米晶可将micro-led所发的蓝光或紫外光分别色转化为绿、红、蓝三种不同的颜色，半球体微结构可有效限制侧向出光，减少横向发光串扰，在实现颜色转换的同时实现出射光线发散角汇聚调制，提高器件垂直方向的出光度，最终有助于提高器件的成像清晰度、亮度及发光品质。利用本发明提供的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法具有制备过程耗时短、易于晶圆级集成、无需与micro-led芯片衬底键合的优点，适合工业化生产；该方法能够制备尺寸可调控、周期结构可设计和集成度高的钙钛矿微半球色转化纳米晶阵列，在集成光电子系统以及相关领域具有巨大的应用潜力。

技术特征：

1.一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led，其特征在于，包括micro-led芯片和至少一种色转换结构；

2.如权利要求1所述的基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led，其特征在于，所述微半球色转换结构为全无机钙钛矿纳米晶；所述全无机钙钛矿纳米晶包括cspbbr3纳米晶、cspbi3纳米晶和cspbcl3纳米晶。

3.如权利要求1所述的基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led，其特征在于，所述阵列凸起发光器件形状包括圆柱体和多边棱柱体。

4.一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其特征在于，基于所述方法制备权利要求1-3任一项所述的基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led，其包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3之间还包括步骤s30，所述步骤s30为：在完全暴露的发光器件上旋涂纳米颗粒。

6.如权利要求4-5任一项所述的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中化学气相沉积方法包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其特征在于，所述步骤s31中csx粉末和pbx2粉末间距d为1-5cm。

8.如权利要求6所述的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其特征在于，所述步骤s31中micro-led芯片距离恒温带的距离d为20-30cm。

9.如权利要求6所述的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其特征在于，所述步骤s33中不同x种类的纳米晶的反应温度tx分别为：cspbbr3纳米晶的反应温度tbr为610-630℃，cspbi3纳米晶的反应温度ti为590-610℃，cspbcl3纳米晶的反应温度tcl为630-650℃。

10.如权利要求6所述的一种基于微半球色转化结构的窄发射角micro-led的制备方法，其特征在于，所述步骤s34中温度t为560-580℃。

技术总结
本发明公开了一种基于微半球色转化结构的窄发射角Micro‑LED，该Micro‑LED包括表面排列有凸起的发光器件的蓝光或紫外光Micro‑LED芯片和覆盖在发光器件上的单个或多个微半球体纳米晶，纳米晶为全无机钙钛矿纳米晶包括CsPbBr<subgt;3</subgt;纳米晶、CsPbI<subgt;3</subgt;纳米晶和CsPbCl<subgt;3</subgt;纳米晶，上述纳米晶可将Micro‑LED所发的蓝光或紫外光分别色转化为绿、红、蓝三种不同的颜色，半球体微结构可有效限制侧向出光，减少横向发光串扰，在实现色转换的同时实现出射光线发散角汇聚调制，提高器件垂直方向的出光度，有利于器件的成像清晰度、亮度及发光品质。本发明还提供了一种基于微半球色转化结构的窄发射角Micro‑LED的制备方法，该方法能够制备具有尺寸可调控、周期结构可设计和集成度高的钙钛矿微半球色转化阵列的窄发射角Micro‑LED。

技术研发人员：潘安练,李梓维,谭义可
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12