CN109216590A - 一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法 - Google Patents

一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种柔性彩色micro‑LED显示器件制备方法。包括由下至上依次设置的带有驱动电路的柔性基板、micro‑LED阵列、柔性彩色滤光膜；所述柔性彩色滤光膜的制作步骤包括：配制具有不同发光波长的量子点聚合物溶液、配制作为柔性彩色滤光膜主体的液态聚合物树脂、采用喷墨打印方式分别将具有不同发光波长的量子点聚合物溶液按相应的Micro‑LED阵列排列方式打印到液态聚合物树脂上、对液态聚合物树脂进行加热或紫外固化，形成高分辨率柔性彩色滤光膜。本发明制备方法快速有效，结构简单，操作简便、成本低，能制成具有高像素密度、高分辨率的彩色micro‑LED显示器件，且为柔性光电器件的制作提供一种新思路。

Description

一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法
技术领域
本发明涉及光电显示领域，尤其涉及一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法。
背景技术
Micro-LED是通过在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列来实现LED的薄膜化、微小化和矩阵化，其像素点距离从毫米级降低至微米级别，体积是目前主流LED大小的1%，每一个像素都能定址、单独发光，并且具备低功耗（耗电量仅为LCD的十分之一）、高亮度、超高解析度和色彩饱和度、响应速度更快、寿命更长、效率更高的优势，可实现高精度空间定位和触觉感知、使更具真实感的AR、VR成为可能，是最具潜力的下一代显示设备之一，但是其仍存在很多技术难点，比如全彩化技术。全彩化解决方案分为两大类，一种是RGB三基色芯片直接发光，一种是单色芯片配合色彩转换层。虽然前者技术目前相对成熟，但在同一衬底上生长不同波长的RGB三色工艺上芯片还比较困难，而且三色要分别驱动，驱动电路复杂、成本高，此方案还需涉及到更难的芯片巨量转移问题，因此现在比较被看好的全彩化技术当属后者。该技术是将三基色荧光转换层置于单一短波长的micro-LED阵列上，从而将芯片发出的光转换为RGB三色，实现全彩化显示。三基色荧光转换层可以是荧光粉或量子点，但是荧光粉的激发波段窄、显色指数低、转换效率低，而量子点具有激发光谱宽且连续分布，发射光谱窄而对称，颜色可调，光化学稳定性高，荧光寿命长等优越的荧光特性，被广泛应用于GaN基LED显示器中作为颜色转换器。
本发明结合单色芯片配合色彩转换层的全彩化方案和量子点的独特优势，提出一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，该制备方法快速有效，结构简单，操作简便、成本低，能制成具有高像素密度、高分辨率的彩色micro-LED显示器件，且为柔性光电器件的制作提供一种新思路。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，所述柔性彩色micro-LED显示器件包括由下至上依次设置的带有驱动电路的柔性基板、micro-LED阵列、柔性彩色滤光膜；
所述柔性彩色滤光膜制备方法包括如下步骤：
步骤S01：分别配制具有不同发光波长的量子点聚合物溶液；
步骤S02：配制作为柔性彩色滤光膜主体的液态聚合物树脂；
步骤S03：采用喷墨打印方式分别将具有不同发光波长的量子点聚合物溶液按相应的micro-LED阵列排列方式打印到液态聚合物树脂上，利用液态聚合物树脂抑制量子点聚合物溶液的扩散，制备出高密度量子点点阵；
步骤S04：控制量子点在液态聚合物树脂上的静置时间，使得量子点完全沉入液态聚合物树脂，通过控制液态聚合物树脂中胶的粘度、喷墨打印喷嘴大小、打印墨滴所施加的压力、打印的墨滴数来控制像素的大小和形状；
步骤S05：对液态聚合物树脂进行加热或紫外固化，形成高分辨率柔性彩色滤光膜。
在本发明一实施例中，所述量子点聚合物溶液的制备包括以下步骤：
S011：称量所需发光波长的量子点粉末；
S012：根据所要配备的溶液浓度，取适量有机溶剂，将称得的量子点粉末加入溶剂中，然后用超声机超声10-15分钟，制得量子点溶液；
S013：按预定比例称取有机聚合物，将其溶于有机溶剂中，磁力搅拌或超声30-40分钟，制得有机聚合物溶液；
S014：将制得的量子点溶液与有机聚合物溶液混合，超声10-15分钟，振荡摇匀，使两者混合均匀，得到所需量子点聚合物溶液。
在本发明一实施例中，所述柔性基板上的驱动电路为TFT面板、CMOS背板或带有特定结构的电极。
在本发明一实施例中，所述量子点在聚合物树脂上的静置时间为5分钟至2小时。
在本发明一实施例中，所述液态聚合物胶为聚二甲基硅氧烷、硅胶或树脂类。
在本发明一实施例中，所述有机溶剂为甲苯、氯仿或正己烷。
在本发明一实施例中，所述有机聚合物为UV胶、聚硫醇或环氧树脂。
在本发明一实施例中，所述显示器件不仅能用于实现全彩色，也能用于micro-LED的单色色彩转换。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明制作方法快速有效、结构简单、操作简便、成本低，能制成具有高像素密度、高分辨率的彩色micro-LED显示器件，且为柔性光电器件的制作提供一种新思路。
附图说明
图1为本发明一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法的器件结构示意图。
图2为本实施例中采用的micro-LED结构的示意图（左）和截面示意图（右）。
附图中，主要元件标记说明如下：
01：柔性基板；02：uv-micro LED所有p电极的连接电极；03：micro-LED所有n电极的连接电极；04：uv-micro LED；05：PDMS；06：红色量子点；07：绿色量子点；08：蓝色量子点；041：蓝宝石衬底；042：u-GaN；043：n-GaN；044：有源层（MQW）；045：p-GaN；046：电流扩散层；047：p电极接触点；048：n电极接触点。
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。
本发明提供了一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，所述柔性彩色micro-LED显示器件包括由下至上依次设置的带有驱动电路的柔性基板、micro-LED阵列、柔性彩色滤光膜；
所述柔性彩色滤光膜制备方法包括如下步骤：
步骤S01：分别配制具有不同发光波长的量子点聚合物溶液；
步骤S02：配制作为柔性彩色滤光膜主体的液态聚合物树脂；
步骤S03：采用喷墨打印方式分别将具有不同发光波长的量子点聚合物溶液按相应的micro-LED阵列排列方式打印到液态聚合物树脂上，利用液态聚合物树脂抑制量子点聚合物溶液的扩散，制备出高密度量子点点阵；
步骤S04：控制量子点在液态聚合物树脂上的静置时间，使得量子点完全沉入液态聚合物树脂，通过控制液态聚合物树脂中胶的粘度、喷墨打印喷嘴大小、打印墨滴所施加的压力、打印的墨滴数来控制像素的大小和形状；
步骤S05：对液态聚合物树脂进行加热或紫外固化，形成高分辨率柔性彩色滤光膜。
在本发明一实施例中，所述量子点聚合物溶液的制备包括以下步骤：
S011：称量所需发光波长的量子点粉末；
S012：根据所要配备的溶液浓度，取适量有机溶剂，将称得的量子点粉末加入溶剂中，然后用超声机超声10-15分钟，制得量子点溶液；
S013：按预定比例称取有机聚合物，将其溶于有机溶剂中，磁力搅拌或超声30-40分钟，制得有机聚合物溶液；
S014：将制得的量子点溶液与有机聚合物溶液混合，超声10-15分钟，振荡摇匀，使两者混合均匀，得到所需量子点聚合物溶液。
所述柔性基板上的驱动电路为TFT面板、CMOS背板或带有特定结构的电极。
所述量子点在聚合物树脂上的静置时间为5分钟至2小时。
所述柔性基板包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰亚胺（PI）。
所述液态聚合物胶为聚二甲基硅氧烷（PDMS）、硅胶或树脂类。
所述有机溶剂为甲苯、氯仿或正己烷，所述有机聚合物为UV胶、聚硫醇或环氧树脂。
所述显示器件不仅能用于实现彩色，也能用于micro-LED的单色色彩转换。
本发明还提供一种柔性基板上特定电极图形的制备方法，采用的具体方案包含以下步骤：
S11：通过光刻技术和湿法刻蚀在柔性基板上确定好电极的区域和图形；
S12：在确定好的区域上涂覆特殊的粘合剂以促进柔性基板与金属电极之间的键合；
S13：采用电子枪将适量的金属铜覆到既定区域内，完成特定电极图形的制作。
本发明还提供一种micro-LED阵列的制备方法，采用的具体方案包含以下步骤：
S21：准备蓝宝石衬底，并对其表面进行图形化处理，图形为锥状，以增强光的出射；
S22：利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在蓝宝石上生长u-GaN、n-GaN、有源层（MQW）和p-GaN；
S23：在p-GaN上制备一层ITO以充当电流扩散层；
S24：利用干法刻蚀将芯片的一角刻蚀到n-GaN层，这一过程可以通过反应离子刻蚀（RIE）实现；
S25：分别在p-GaN和刻蚀的n-GaN层上沉积p电极接触点和n电极接触点，可以是Ni/Au、Cr/Pt/Au、Ti/Al/Pt/Au或其他金属组合；
S26：对蓝宝石衬底进行削薄处理；
S27：将micro-LED阵列粘接到预先做好的电极布局中。
以下为本发明的具体实现过程。
本发明提供一种柔性彩色micro-LED显示器件，包括由下至上依次设置的带有驱动电路的柔性基板、micro-LED阵列、柔性彩色滤光膜；所述柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，采用的一种制作方法具体方案包含以下步骤：
S1：取一洁净的柔性基板，在其上制作驱动电路；
S2：制备micro-LED阵列并将其与驱动面板键合；
S3：涂覆液态聚合物层；
S4：配制量子点聚合物溶液；
S5：制作柔性彩色滤光膜。
所述步骤S1的具体步骤为：
S11：通过光刻技术和湿法刻蚀在柔性基板上确定好电极的区域和图形；
S12：在确定好的区域上涂覆特殊的粘合剂以促进柔性基板与金属电极之间的键合；
S13：采用电子枪将适量的金属铜覆到既定区域内，完成特定电极图形的制作。
所述步骤S2的具体步骤为：
S21：准备蓝宝石衬底，并对其表面进行图形化处理，图形为锥状，以增强光的出射；
S22：利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在蓝宝石上生长u-GaN、n-GaN、量子点有源层（MQW）和p-GaN；
S23：在p-GaN上制备一层ITO以充当电流扩散层；
S24：利用干法刻蚀将芯片的一角刻蚀到n-GaN层，这一过程可以通过反应离子刻蚀（RIE）实现；
S25：分别在p-GaN和刻蚀的n-GaN层上沉积p电极接触点和n电极接触点，可以是Ni/Au、Cr/Pt/Au、Ti/Al/Pt/Au或其他金属组合；
S26：对蓝宝石衬底进行削薄处理；
S27：将micro-LED阵列粘接到预先做好的驱动面板中。
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。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施例详细说明一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法。优选的，本发明实施例中所述基板采用PI；所述micro-LED为uv-micro LED；所述有机溶剂为甲苯；所述有机聚合物为聚硫醇；所述液态聚合物为PDMS，且其两种胶的比例为10:1。
本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了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。
在此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。
具体实施例一
包括下列步骤：
（一）取一洁净的柔性基板，通过光刻技术和湿法刻蚀在柔性基板上确定好电极的区域和图形，电极的尺寸为4500μm×20μm；
（二）在确定好的区域上涂覆粘合剂以促进柔性基板与金属电极之间的键合，然后用电子枪将10g金属铜覆到既定区域内，厚度约为25μm；
（三）准备蓝宝石衬底，并对其表面进行图形化处理，图形为锥状，每个图形的直径为2.1μm，高度为1.3μm，图形与图形之间的间隔为900nm；
（四）利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在蓝宝石上生长2μm的未掺杂GaN缓冲层、3μm的硅掺杂n-GaN、100nm的中心波长为380nm的InGaN/GaN有源层（MQW）和0.2μm的镁掺杂p-GaN；
（五）在p-GaN上制备一层ITO以充当电流扩散层，厚度为200nm；
（六）利用干法刻蚀将芯片的一角刻蚀到n-GaN层，这一过程可以通过反应离子刻蚀（RIE）实现；
（七）在p-GaN和刻蚀的n-GaN层上沉积p电极接触点和n电极接触点，材料分别Ni/Au和Ti/Al/Pt/Au,厚度分别为20/100nm和25/100/50/150nm；
（八）对蓝宝石衬底进行削薄处理；
（九）将micro-LED倒装芯片粘接到预先做好的电极布局中，micro-LED阵列大小为64×64，每个micro-LED的像素大小为50μm×50μm，发光面积为30μm×30μm，像素间距为70μm；
（十）将PDMS的两种胶按10:1配制好，然后采用刮涂方式将其涂覆到制作好的柔性micro-LED阵列上，厚度为20-50μm；
（十一）将1.1g的聚硫醇和1ml的甲苯混合，然后超声10分钟，再称量20mg红色量子点分散到1ml甲苯里，超声15分钟，最后将两份溶液混合，并超声10-20分钟，至此，红色量子点聚合物溶液配备完成，绿色和蓝色的量子点聚合物溶液的配制方法相同，只是调节药品用量得到不同的浓度，此处不再赘述；
（十二）采用喷墨打印方式将配好的量子点聚合物溶液打到PDMS表面，静置5-15分钟，然后用80℃退火3h以挥发溶液中的有机溶剂和固化PDMS膜层。
具体实施例二
包括下列步骤：
（一）取一柔性TFT面板或柔性CMOS面板；
（二）将制备好的micro-LED阵列与上述驱动面板键合；
（三）配制PDMS胶，采用刮涂方式将其涂覆到制作好的柔性micro-LED器件上；
（四）配制量子点聚合物溶液；
（五）采用喷墨打印方式将配好的量子点聚合物溶液打到PDMS表面，静置5-15分钟，然后用80℃加热3h以挥发溶液中的有机溶剂和固化PDMS膜层。
该实施例中与实施例一中相似的部分此处不再赘述
具体实施例三
将uv-micro LED换成蓝色micro LED，像素阵列原来打蓝色量子点的地方放空，其他的操作不变，此处不再赘述。
具体实施例四
若要实现单色的色彩转换，只需用短波长的micro LED阵列去激发长波长的量子点阵列，如要获得特定的图形，只需调节micro LED阵列的排布、像素阵列的分布或改变驱动模块即可，其他操作不变，此处不再赘述。
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。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于：所述柔性彩色micro-LED显示器件包括由下至上依次设置的带有驱动电路的柔性基板、micro-LED阵列、柔性彩色滤光膜；
所述柔性彩色滤光膜制备方法包括如下步骤：
步骤S01：分别配制具有不同发光波长的量子点聚合物溶液；
步骤S02：配制作为柔性彩色滤光膜主体的液态聚合物树脂；
步骤S03：采用喷墨打印方式分别将具有不同发光波长的量子点聚合物溶液按相应的micro-LED阵列排列方式打印到液态聚合物树脂上，利用液态聚合物树脂抑制量子点聚合物溶液的扩散，制备出高密度量子点点阵；
步骤S04：控制量子点在液态聚合物树脂上的静置时间，使得量子点完全沉入液态聚合物树脂，通过控制液态聚合物树脂中胶的粘度、喷墨打印喷嘴大小、打印墨滴所施加的压力、打印的墨滴数来控制像素的大小和形状；
步骤S05：对液态聚合物树脂进行加热或紫外固化，形成高分辨率柔性彩色滤光膜。
2.根据权利要求1所述的一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于，所述量子点聚合物溶液的制备包括以下步骤：
S011：称量所需发光波长的量子点粉末；
S012：根据所要配备的溶液浓度，取适量有机溶剂，将称得的量子点粉末加入溶剂中，然后用超声机超声10-15分钟，制得量子点溶液；
S013：按预定比例称取有机聚合物，将其溶于有机溶剂中，磁力搅拌或超声30-40分钟，制得有机聚合物溶液；
S014：将制得的量子点溶液与有机聚合物溶液混合，超声10-15分钟，振荡摇匀，使两者混合均匀，得到所需量子点聚合物溶液。
3.根据权利要求1所述的一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于，所述柔性基板上的驱动电路为TFT面板、CMOS背板或带有特定结构的电极。
4.根据权利要求1所述的一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于，所述量子点在聚合物树脂上的静置时间为5分钟至2小时。
5.根据权利要求1所述的一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于，所述液态聚合物胶为聚二甲基硅氧烷、硅胶或树脂类。
6.根据权利要求2所述的一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯、氯仿或正己烷。
7.根据权利要求2所述的一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于，所述有机聚合物为UV胶、聚硫醇或环氧树脂。
8.根据权利要求1至7任一所述的一种柔性彩色micro-LED显示器件制备方法，其特征在于，所述显示器件不仅能用于实现全彩色，也能用于micro-LED的单色色彩转换。
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