CN108281518A - 一种柔性led器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性LED器件及其制备方法，所述方法包括以下步骤：先提供一P‑型硅晶片为衬底，在所述衬底上旋涂一层光刻胶，通过曝光、显影制程，在所述衬底上获得一层图案化的P‑型硅微米柱；然后在所述P‑型硅微米柱之间的间隙填充软模高分子树脂，形成一层包括所述P‑型硅微米柱与所述软模高分子树脂的复合膜层；再在所述复合膜层上依次制备N‑型掺杂金属氧化物膜层、第一金属电极层；最后剥离所述衬底，在所述复合膜层剥离掉所述衬底一侧的表面上制备第二金属电极层，然后将其转移至柔性衬底上，形成一种发光均匀的柔性LED器件。
Description
技术领域
本发明涉及显示器件制造领域，尤其涉及一种柔性LED器件及其制备方法。
背景技术
LED(Lighting Emitting Diode)即为发光二极管，是一种能将电能转化为光能的半导体固体发光器件，LED与普通的二极管类似都是由一个PN结组成，其发光机理是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过P区的空穴和和N区的电子发生复合，释放出过剩的能量而引起光子发射，根据不同的半导体材料中禁带宽度不同，其空穴和电子所处的能量状态也不同，因此在其复合时释放出的能量则不同，从而产生不同波长的光。
随着科学技术的发展，LED的性能在不断提高，LED被广泛的应用在各个领域，比如照明、装饰、背光源和景观照明等。LED的发展在各个应用领域发展迅猛，但是也随之而来会遇到一些挑战：其一、随着低碳经济时代的到来，发展更为节能的LED是势在必行的任务；其二、因LED为硬质、不能够弯曲的特点，不能够满足其在某些特定场合的使用需求，因此，发展柔性的LED是当下需解决的问题。
目前要实现LED的柔性，OLED虽然可以很好的实现柔性，但是制程条件苛刻，难以生产尺寸相对较大，而传统的无机半导体LED，一个难以突破的问题就是在于半导体硅材料在弯曲时的脆性问题。
发明内容
本发明提供的一种柔性LED器件及其制备方法，能够克服硅材料的在弯曲时的脆性，能够突破硬质LED使用范围的局限性，制程相对简单且能够节能。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种柔性LED器件的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、提供一P-型硅晶片为衬底，在所述衬底上旋涂一层光刻胶，通过曝光、显影制程，在所述衬底上获得一层图案化的P-型硅微米柱；
步骤S2、在所述P-型硅微米柱之间的间隙填充软模高分子树脂，形成一层包括所述P-型硅微米柱与所述软模高分子树脂的复合膜层；
步骤S3、在所述复合膜层上依次制备N-型掺杂金属氧化物膜层、第一金属电极层；
步骤S4、剥离所述衬底，在所述复合膜层剥离掉所述衬底一侧的表面上制备第二金属电极层，然后将由所述复合膜层、所述第一金属电极层、所述第二金属电极层和所述N-型掺杂金属氧化物膜层组成的整体转移至柔性衬底上，形成柔性LED器件。
根据本发明一优选实施例，所述步骤S1中，至少一部分所述P-型硅晶片用作所述衬底，另一部分图案化后经形成均一的所述P-型硅微米柱，且所述P-型硅微米柱均匀的分布于所述衬底上。
根据本发明一优选实施例，所述步骤S2之后，所述方法还包括以下步骤：刻蚀所述复合膜层，使所述P-型硅微米柱与所述软模高分子树脂共平面。
根据本发明一优选实施例，所述步骤S3中，采用离子磁控溅射的方式在所述复合膜层表面沉积一层所述N-型掺杂金属氧化物膜层，使所述N-型掺杂金属氧化物膜层与所述P-型硅微米柱形成P-N结。
本发明还提供一种采用上述制备方法制备的柔性LED器件，包括：
柔性衬底基板，所述柔性衬底基板包括有显示区域；
阳极层，对应所述显示区域制备于所述柔性衬底基板上；
复合膜层，制备于所述阳极层上，所述复合膜层包括软模高分子树脂以及P-型硅微米柱；
N-型金属氧化物层，制备于所述复合膜层上；
阴极层，制备于所述N-型金属氧化物层上；
其中，所述P-型硅微米柱均匀的分布于所述复合膜层中，且贯穿于所述软模高分子树脂，与所述N-型金属氧化物层形成P-N结。
根据本发明一优选实施例，所述P-型硅微米柱的直径为0.5um～10um。
根据本发明一优选实施例，所述P-型硅微米柱的高度为5um～100um。
根据本发明一优选实施例，相邻两所述P-型硅微米柱之间的距离为2um～20um。
根据本发明一优选实施例，所述P-型硅微米柱的形状为圆柱形、棱柱形、圆台形或者棱台形。
根据本发明一优选实施例，所述软模高分子树脂的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、柔性环氧树脂以及柔性聚亚酰胺中的一者或一者以上。
本发明的有益效果为：相较于现有的LED器件，本发明提供的柔性LED器件及其制备方法，通过将LED器件的P-型硅材料制作成均匀分布的P-型硅微米柱，然后在P-型硅微米柱之间的间隙填充软模高分子树脂，形成一层包括P-型硅微米柱与软模高分子树脂的复合膜层，再进行LED器件的制备。本发明克服了现有LED器件的硅材料在弯曲时由于脆性而导致影响LED器件的显示性能，由于本发明的复合膜层在保证半导体硅材料的相应功能下，具有柔性的特质，突破硬质LED使用范围的局限性，制备的柔性LED器件具有发光均匀性，不仅制程相对简单，可以大规模生产，且在实现柔性的同时也能够节能。
附图说明
为了更清楚地说明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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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。
图1为本发明提供的柔性LED器件的制备方法流程图；
图2a～图2f为本发明提供的制备柔性LED器件的过程示意图；
图3为本发明实施例提供的柔性LED器件结构示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。
本发明针对现有技术的液晶面板可靠性测试，在RA测试中无法全面的反应出直下式和侧入式背光产生的温度对GOA电路正常工作的影响，从而造成浪费人力物力的技术问题，本实施例能够解决该缺陷。
参考图1，为本发明提供的柔性LED器件的制备方法流程图，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、提供一P-型硅晶片为衬底，在所述衬底上旋涂一层光刻胶，通过曝光、显影制程，在所述衬底上获得一层图案化的P-型硅微米柱；
步骤S2、在所述P-型硅微米柱之间的间隙填充软模高分子树脂，形成一层包括所述P-型硅微米柱与所述软模高分子树脂的复合膜层；
步骤S3、在所述复合膜层上依次制备N-型掺杂金属氧化物膜层、第一金属电极层；
步骤S4、剥离所述衬底，在所述复合膜层剥离掉所述衬底一侧的表面上制备第二金属电极层，然后将由所述复合膜层、所述第一金属电极层、所述第二金属电极层和所述N-型掺杂金属氧化物膜层组成的整体转移至柔性衬底上，形成柔性LED器件。
具体地，请参照图2a-图2f所示，为本发明提供的制备柔性LED器件的过程示意图，先提供一个方形的P-型硅晶片20，在所述P-型硅晶片20表面旋涂光刻胶，形成光刻胶层21，以至少一部分所述P-型硅晶片20用作衬底201，另一部分进行图案化，通过曝光、显影制程，在所述衬底201上形成均一的P-型硅微米柱202，且所述P-型硅微米柱202均匀的分布于所述衬底201上，且相邻两所述P-型硅微米柱202之间存在间隙。然后在所述P-型硅微米柱202之间的所述间隙处填充软模高分子树脂203，形成一层包括所述P-型硅微米柱202与所述软模高分子树脂203的复合膜层22；所述复合膜层22覆盖所述衬底201。再对所述复合膜层22进行刻蚀，将裸露出所述软模高分子树脂203的所述P-型硅微米柱202的尖端刻蚀掉，使所述P-型硅微米柱202与所述软模高分子树脂203共平面，形成平坦的所述复合膜层22的表面，其中可采用氧等离子体刻蚀的方法进行刻蚀。然后采用离子磁控溅射的方式在所述复合膜层22的表面沉积一层N-型掺杂金属氧化物膜层23，使所述N-型掺杂金属氧化物膜层23与所述P-型硅微米柱202形成P-N结。紧接着在所述N-型掺杂金属氧化物膜层23上制备一层第一金属电极层24，以所述第一金属电极层24作为所述LED器件的阴极层。之后将所述衬底201与所述复合膜层22机械剥离，优选的，以能露出所述软模高分子树脂203的位置进行剥离所述衬底201，保持所述复合膜层22的剥离面的平整性与完整性。在所述复合膜层22剥离掉所述衬底201一侧的表面上制备第二金属电极层25，以所述第二金属电极层25作为所述LED器件的阳极层。最后将由所述复合膜层22、所述第一金属电极层24、所述第二金属电极层25和所述N-型掺杂金属氧化物膜层23组成的整体转移至PET柔性衬底26上，形成柔性LED器件。
其中，所述光刻胶优选为正性光刻胶，形成的所述光刻胶层的厚度在100nm～300nm之间，通过曝光、显影，可将所述P-型硅晶片20的图案化部分中的曝光部分的消除掉，也可以选择负性光刻胶。通过蚀刻工艺后获得高度有序、均匀的所述P-型硅微米柱202。剥离所述衬底201时也可以不露出所述软模高分子树脂203。
所述软模高分子树脂203均匀的填充于两所述P-型硅微米柱202形成的所述间隙处，形成所述复合膜层22。所述软模高分子树脂203的材料可以选择聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、柔性环氧树脂、柔性聚亚酰胺等其中的一种或多种。
所述N-型掺杂金属氧化物膜层23的厚度为200nm～500nm之间，所述N-型掺杂金属氧化物膜层23的材料可以选择为ZnO、Cu2O、SnO2、Fe2O3、TiO2、ZrO2、CoO、WO3、In2O3、Al2O3、Fe3O4等其中的一种或一种以上，不同的N-型金属氧化物和P-型半导体硅之间的禁带宽度不同，也对应发出不同长度波长的光。所述第一金属电极层24以及所述第二金属电极层25的材料可以为石墨烯、Ag、Al、Cu、Zn等导体金属中的任意一种或者多种金属复合膜。
参照图3所示，本发明还提供一种采用上述制备方法制备的柔性LED器件，包括：柔性衬底基板30，所述柔性衬底基板30包括有显示区域；阳极层31，对应所述显示区域制备于所述柔性衬底基板30上；复合膜层32，制备于所述阳极层31上，所述复合膜层32包括软模高分子树脂320以及P-型硅微米柱321；N-型金属氧化物层33，制备于所述复合膜层32上；阴极层34，制备于所述N-型金属氧化物层33上。其中，所述P-型硅微米柱321均匀的分布于所述复合膜层32中，且贯穿于所述软模高分子树脂320，使所述P-型硅微米柱321两端分别与所述阳极层31以及所述N-型金属氧化物层33接触，且与所述N-型金属氧化物层33形成P-N结，从而导通所述阳极层31与所述阴极层34。
所述P-型硅微米柱321的直径范围在0.5um～10um之间，优选为2um～6um；高度在5um～100um之间，优选高度为20um～80um。以及相邻两所述P-型硅微米柱321之间的距离为2um～20um之间，优选为5um～12um之间。所述P-型硅微米柱321的形状为圆柱形、棱柱形、圆台形或者棱台形等形状，此处不做限制。
由于本发明将LED器件中的半导体硅材料制作成与高分子树脂结合的形式，在保证该半导体硅材料原有的作用下，通过增加柔性材料，改善该半导体硅材料的脆性问题，使该半导体硅材料在弯曲时不被破坏。本发明提供的实施例是将P-型硅材料制作成P-型硅微米柱的形式，可以理解的是，在不影响功能的情况下，本发明还可将P-型硅材料制作成其他工艺可接受的形状，使其与柔性材料有机的结合，从而改善硅材料在弯曲时的脆性问题。
相较于现有的LED器件，本发明提供的柔性LED器件及其制备方法，首先以P-型硅晶片的一部分作为衬底，另一部分刻蚀形成一层P-型硅微米柱，然后在P-型硅微米柱之间的间隙填充软模高分子树脂，形成一层包括P-型硅微米柱与软模高分子树脂的复合膜层；再制备N-型掺杂金属氧化物膜层以形成P-N结，之后将P-型衬底机械剥离，完成电极的制备后再转移至PET衬底上形成柔性LED器件。本发明克服了LED器件的硅材料在弯曲时由于脆性而导致影响LED器件的显示性能，由于本发明的复合膜层在保证半导体硅材料的相应功能下，具有柔性的特质，突破硬质LED使用范围的局限性，制备的柔性LED器件具有发光均匀性，不仅制程相对简单，可以大规模生产，且在实现柔性的同时也能够节能。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种柔性LED器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、提供一P-型硅晶片为衬底，在所述衬底上旋涂一层光刻胶，通过曝光、显影制程，在所述衬底上获得一层图案化的P-型硅微米柱；
步骤S2、在所述P-型硅微米柱之间的间隙填充软模高分子树脂，形成一层包括所述P-型硅微米柱与所述软模高分子树脂的复合膜层；
步骤S3、在所述复合膜层上依次制备N-型掺杂金属氧化物膜层、第一金属电极层；
步骤S4、剥离所述衬底，在所述复合膜层剥离掉所述衬底一侧的表面上制备第二金属电极层，然后将由所述复合膜层、所述第一金属电极层、所述第二金属电极层和所述N-型掺杂金属氧化物膜层组成的整体转移至柔性衬底上，形成柔性LED器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，至少一部分所述P-型硅晶片用作所述衬底，另一部分图案化后经形成均一的所述P-型硅微米柱，且所述P-型硅微米柱均匀的分布于所述衬底上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2之后，所述方法还包括以下步骤：刻蚀所述复合膜层，使所述P-型硅微米柱与所述软模高分子树脂共平面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用离子磁控溅射的方式在所述复合膜层表面沉积一层所述N-型掺杂金属氧化物膜层，使所述N-型掺杂金属氧化物膜层与所述P-型硅微米柱形成P-N结。
5.一种采用权利要求1～4任一权利要求所述的制备方法制备的柔性LED器件，其特征在于，包括：
柔性衬底基板，所述柔性衬底基板包括有显示区域；
阳极层，对应所述显示区域制备于所述柔性衬底基板上；
复合膜层，制备于所述阳极层上，所述复合膜层包括软模高分子树脂以及P-型硅微米柱；
N-型金属氧化物层，制备于所述复合膜层上；
阴极层，制备于所述N-型金属氧化物层上；
其中，所述P-型硅微米柱均匀的分布于所述复合膜层中，且贯穿于所述软模高分子树脂，与所述N-型金属氧化物层形成P-N结。
6.根据权利要求5所述的柔性LED器件，其特征在于，所述P-型硅微米柱的直径为0.5um～10um。
7.根据权利要求5所述的柔性LED器件，其特征在于，所述P-型硅微米柱的高度为5um～100um。
8.根据权利要求5所述的柔性LED器件，其特征在于，相邻两所述P-型硅微米柱之间的距离为2um～20um。
9.根据权利要求5所述的柔性LED器件，其特征在于，所述P-型硅微米柱的形状为圆柱形、棱柱形、圆台形或者棱台形。
10.根据权利要求5所述的柔性LED器件，其特征在于，所述软模高分子树脂的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、柔性环氧树脂以及柔性聚亚酰胺中的一者或一者以上。
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