CN110556459B - 一种彩色μLED发光显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种彩色μLED发光显示器件，其特征在于：包括从上到下依次设置的上驱动电极基板、上驱动电极，μLED晶粒、下驱动电极和下驱动电极基板；所述μLED晶粒由至少2种不同颜色的发光层堆叠而成，不同颜色发光层之间设置有载流子阻挡层；所述μLED晶粒均匀放置于上、下驱动电极之间；所述上下驱动电极均连接于交流控制模块，所述交流控制模块提供交变驱动信号，通过电磁耦合实现对μLED晶粒的点亮；且通过控制交变驱动信号的电压和频率大小来控制载流子在不同发光层进行复合，发出不同颜色光，实现彩色μLED发光显示。本发明实现非直接电学接触和电压调控颜色方法，可免去巨量转移和色彩转化工艺，有效地降低工艺成本。
Description
技术领域
本发明涉及集成半导体显示领域，特别涉及了一种彩色μLED发光显示器件。
背景技术
LED显示具有自发光、高亮度和发光效率、低功耗、高稳定性等优点，被广泛应用于各种场合。随着LED芯片尺寸和像素间距减小，LED显示有望实现柔性、高透明、可交互、可模块化拼接的显示，被认为是具备全功能和全应用领域的革命性显示技术。其中，μLED显示是一种由微米级LED发光像素组成阵列的新型显示技术，nLED（纳米LED）显示是一种由纳米级LED发光像素组成阵列的新型显示技术。目前，国内外主要LED芯片、显示面板和显示应用厂商都已积极地投入超高密度、小间距LED（μLED和nLED）显示的开发。当LED芯片尺寸小到一定程度，对芯片的操作变得越来越困难，尤其对于nLED晶粒，如何通过各类机械工具将具有不同发光颜色的晶粒有序转移到电路基板上，且需要通过精确对准和键合实现μLED晶粒与驱动电极的精准电学接触成为一个重要的技术挑战。另一方面，传统μLED一般采用红绿蓝三种颜色μLED芯片独立发光法和基于量子点或荧光粉的色彩转法方法，工艺复杂，且当μLED芯片小到一定程度时，独立发光材料法和色彩转换法面临巨大的技术挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种彩色μLED发光显示器件，μLED晶粒包含发不同颜色光的发光层，不同颜色发光层之间设置有载流子阻挡层；通过调控电压大小实现不同颜色发光，可免去巨量转移和色彩转化工艺，有效地降低工艺成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种彩色μLED发光显示器件，包括从上到下依次设置的上驱动电极基板、上驱动电极，μLED晶粒、下驱动电极和下驱动电极基板；所述μLED晶粒包括至少2种不同颜色的发光层，不同颜色发光层之间设置有载流子阻挡层；所述μLED晶粒均匀放置于上、下驱动电极之间；所述上下驱动电极均连接于交流控制模块，所述交流控制模块提供交变驱动信号，通过电磁耦合实现对μLED晶粒的点亮；且通过控制交变驱动信号的电压和频率大小来控制载流子在不同发光层进行复合，发出不同颜色光，实现彩色μLED发光显示。
进一步的，所述μLED晶粒还包括缓冲层、n型掺杂半导体层、发光层、载流子阻挡层和p型掺杂半导体层，晶粒尺寸为1纳米~1000微米。
进一步的，所述 p型半导体材料厚度为1nm-2.0μm，所述发光结构厚度为1nm-1.0μm，所述n型半导体材料厚度为1nm-2.5μm；所述载流子阻挡层对电子或者空穴起阻挡作用，厚度为1纳米~100纳米。
进一步的，所述上驱动电极和下驱动电极至少一个是透明电极，两电极之间具有一定的间隔，形成一个独立的空间。
进一步的，还设置有绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于两个驱动电极表面或μLED晶粒的外表面。
进一步的，所述交流控制模块提供幅值和极性随时间变化的交变电压，所述交变电压的波形包括正弦波、三角波、方波、脉冲及其复合波形，所述交变电压的频率为1Hz-1000MHz，且占空比可调。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明μLED晶粒包含发不同颜色光的发光层，不同颜色发光层之间设置有载流子阻挡层；通过调控电压大小实现不同颜色发光，可免去巨量转移和色彩转化工艺，有效地降低工艺成本。
附图说明
图1是本发明一实施例中彩色μLED发光显示器件结构图示意图。
图2是本发明一实施例中μLED晶粒的结构示意图。
图中：01-上驱动电极基板，02-下驱动电极基板，03-上驱动电极，04-下驱动电极，05-μLED晶粒，06-非直接电学接触模块，051-缓冲层，052-n型半导体层，053-发光层，054-电子阻挡层，055-p型半导体层，056绝缘层，0531-载流子阻挡层3，0532-蓝色发光层，0533-载流子阻挡层2，0534-绿色发光层，0535-载流子阻挡层1，0536-红色发光层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种彩色μLED发光显示器件，包括从上到下依次设置的上驱动电极基板、上驱动电极，μLED晶粒、下驱动电极和下驱动电极基板；所述μLED晶粒包括至少2种不同颜色的发光层，不同颜色发光层之间设置有载流子阻挡层；所述μLED晶粒均匀放置于上、下驱动电极之间；所述上下驱动电极均连接于交流控制模块，所述交流控制模块提供交变驱动信号，通过电磁耦合实现对μLED晶粒的点亮；且通过控制交变驱动信号的电压大小来控制载流子在不同发光层进行复合，发出不同颜色光，实现彩色μLED发光显示。
在本实施例中，所述μLED晶粒还包括缓冲层、n型掺杂半导体层、发光层、载流子阻挡层、p型掺杂半导体层和绝缘层，晶粒尺寸为1纳米~1000微米。所述 p型半导体材料厚度为1nm-2.0μm，所述发光结构厚度为1nm-1.0μm，所述n型半导体材料厚度为1nm-2.5μm；所述载流子阻挡层对电子或者空穴起阻挡作用，厚度为1纳米~100纳米。通过控制载流子阻挡层的厚度和势能，调整相应电压大小，将大部分电子空穴复合限制在某种颜色发光层中。
在本实施例中，所述上驱动电极和下驱动电极至少一个是透明电极，两电极之间具有一定的间隔，形成一个独立的空间。
在本实施例中，显示器件还设置有绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于两个驱动电极表面或μLED晶粒的外表面。
本实施例中，所述交流控制模块提供幅值和极性随时间变化的交变电压，所述交变电压的波形包括正弦波、三角波、方波、脉冲及其复合波形，所述交变电压的频率为1Hz-1000MHz，且占空比可调。
在本实施例中，如图2所示，优选的，μLED为通过外延方法所形成的GaN基LED， p掺杂型GaN层厚度为200 nm；蓝光发光层为[In0.2Ga0.8N（3 nm）/ GaN（10 nm）]多量子阱，绿光发光层为[In0.3Ga0.7N（3 nm）/ GaN（10 nm）]多量子阱；红光发光层为[In0.4Ga0.6N（3 nm）/GaN（10 nm）]多量子阱；n型掺杂GaN层为Si掺杂GaN，厚度为3 μm；电子阻挡层为Mg掺杂的In0.2Ga0.8N；载流子阻挡层采用Al掺杂GaN，具体地，载流子阻挡层1为[GaN（5 nm）Al0.2Ga0.8N（10 nm）/ GaN（5 nm）]，载流子阻挡层2为[GaN（5 nm）Al0.1Ga0.9N（10 nm）/ GaN（5 nm）]，载流子阻挡层3为[GaN（5 nm）Al0.05Ga0.95N（10 nm）/ GaN（5 nm）]，芯片表面沉积200纳米厚的二氧化硅作为绝缘介质层。
电子阻挡层的作用为限制过量（为被复合）的电子通过p型半导体层，形成电流，载流子阻挡层3的作用为限制过量（为被复合）的空穴通过n型半导体层，形成电流。当电压较小（如UR=60V时），由于载流子阻挡层1的作用，空穴只能被限制在红光发光层与电子进行复合，器件发红光。当电压升高（如UG=80V时），空穴可以越过载流子阻挡层1，但由于载流子阻挡层2的作用，空穴只能被限制在绿光发光层与电子进行复合，器件发绿光。当电压继续升高（如UB=80V时），空穴可以越过载流子阻挡层1和载流子阻挡层2，到达蓝光发光层，过量空穴被载流子阻挡层3阻挡，空穴被限制在蓝光发光层与电子进行复合，器件发蓝光。通过调控UR、UG、UB的作用时间和幅度大小，进行混色和亮度控制，实现彩色发光显示
优选的，驱动电极设置于不同基板，驱动电极基板为沉积在玻璃基板的氧化铟锡（ITO），厚度约为150纳米，方阻约为20 Ω/sq。
优选的，交变电压的波形采用正弦波，频率为100 KHz，驱动电极和所述纳米LED晶粒之间通过介质层隔离，在交变驱动信号下，通过电学耦合实现对所述纳米LED晶粒的点亮。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种彩色μLED发光显示器件，其特征在于：包括从上到下依次设置的上驱动电极基板、上驱动电极，μLED晶粒、下驱动电极和下驱动电极基板；所述μLED晶粒包括至少2种不同颜色的发光层，不同颜色发光层之间设置有载流子阻挡层；所述μLED晶粒均匀放置于上、下驱动电极之间；所述上、下驱动电极均连接于交流控制模块，所述交流控制模块提供交变驱动信号，通过电磁耦合实现对μLED晶粒的点亮；且通过控制交变驱动信号的电压和频率大小来控制载流子在不同发光层进行复合，发出不同颜色光，实现彩色μLED发光显示；所述μLED晶粒还包括缓冲层、n型掺杂半导体层、发光层、载流子阻挡层和p型掺杂半导体层，晶粒尺寸为1纳米~1000微米。
2.根据权利要求1所述的一种彩色μLED发光显示器件，其特征在于：所述 p型掺杂半导体层厚度为1nm-2.0μm，所述发光层厚度为1nm-1.0μm，所述n型掺杂半导体层厚度为1nm-2.5μm；所述载流子阻挡层对电子或者空穴起阻挡作用，厚度为1纳米~100纳米。
3.根据权利要求1所述的一种彩色μLED发光显示器件，其特征在于：所述上驱动电极和下驱动电极至少一个是透明电极，两电极之间具有一定的间隔，形成一个独立的空间。
4.根据权利要求1所述的一种彩色μLED发光显示器件，其特征还在于：还设置有绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于两个驱动电极表面或μLED晶粒的外表面。
5.根据权利要求1所述的一种彩色μLED发光显示器件，其特征还在于：所述交流控制模块提供幅值和极性随时间变化的交变电压，所述交变电压的波形包括正弦波、三角波、方波、脉冲及其复合波形，所述交变电压的频率为1Hz-1000MHz，且占空比可调。
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