CN110676250A - 一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件。包括设置于下透明基板表面的下驱动电极，设置于上透明基板上、下表面的光学微结构和上驱动电极，连接所述上、下透明基板的障壁微结构，设置障壁微结构内的μLED晶粒、波长下转换发光层和绝缘层以及控制模块；障壁微结构沿上驱动电极的方向依次构成红光显示的R单元，绿光显示的G单元及蓝光显示的B单元。本发明上、下驱动电极与μLED晶粒没有电学接触，通过控制模块提供交变驱动信号和电学耦合实现对μLED晶粒点亮，激发波长下转换发光层而实现全彩化显示，可有效地避免全彩μLED器件中三基色μLED芯片复杂制作工艺，及发光芯片与驱动芯片复杂Bonding和巨量转移工艺，缩短μLED显示制作周期，降低制作成本。

Description

一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件
技术领域
本发明涉及集成半导体显示领域，特别涉及一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件。
背景技术
在平板显示技术领域中，微米级LED显示（简称μLED显示）是指将传统LED微缩化后形成微米级间距LED阵列以达到超高密度像素分辨率。μLED显示具备自发光特性，相比OLED和LCD显示，μLED显示具备低功耗、高亮度、超高清晰度、高色彩饱和度、更快的响应速度、更长的使用寿命和更高的工作效率等；此外，μLED显示是唯一能够具备驱动、发光、及信号传输为一体的高发光效率低功耗器件，并实现超大规模集成发光单元的显示器件，由于高密度、小尺寸、超多像素的特点，μLED显示将成为以高真实度，互动和个性化显示为主要特点的第三代显示技术的引领者。由于综合了LCD和LED两大技术特点，产品性能远高于目前的TFT-LCD和OLED，可广泛地应用于柔性显示、车载显示、透明显示、大面积显示、穿戴显示、AR/VR等领域。但是由于尺寸数量等问题，微米级 LED集成在键合、转移、驱动、色彩化等方面还存在着一系列技术难点。
目前，全彩化μLED显示一般通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在GaN或GaAs基底上进行外延生长，在经多道工艺制备红绿蓝三基色μLED芯片，利用芯片转移和键合工艺经三基色μLED芯片与驱动芯片绑定在电路基板上形成全彩化三基色显示像素，这种技术需要通过精确对准和键合实现μLED芯片中的驱动电极和驱动模块的精准电学接触，需要拥有巨量的μLED晶粒拾取，放置和组装；在彩色化技术方面，还可以通过色彩转换法、光学棱镜合成法以及通过控制LED结构和尺寸发射不同波长光等方法实现。其中蓝光LED+红绿量子点的色彩转换是目前实现全彩色μLED显示的主流技术路线，现有技术工艺中，利用量子点技术实现Micro-LED全彩化显示是常见的一种工艺优化手段，而且目前工艺技术和制备方案也比较多。中国专利CN106356386A、CN108257949A、CN109256455A在蓝色μLED芯片填充红色量子点和绿色量子点单元实现了全彩化显示，但是蓝色μLED芯片需要制作阴极和阳极，量子点也需要图形化，同时μLED芯片经巨量转移后，与驱动电极芯片Bonding，电极接触后才能驱动蓝色μLED芯片发光，从而实现全彩化显示，导致μLED器件制作周期加长，制作成本成本高。
综上，本发明提出一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，该μLED器件同样是利用同质pn结纳米材料完成电子、空穴复合产生辐射跃迁，与传统μLED器件的驱动方式不同，μLED晶粒的n型半导体层和p型半导体层与外部驱动电极之间无直接的电学接触。此外，在本发明提出的无电极接触无巨量转移的μLED器件发光亮度显著依赖于驱动电压频率，利用控制模块提供交变驱动信号，通过电学耦合实现对μLED晶粒的点亮，从而激发μLED晶粒的表面RGB波长下转换发光层完成色彩转换，从而实现全彩化μLED显示，该发明能避免μLED发光器件中的三基色芯片复杂制作工艺、以及发光芯片与驱动芯片复杂键合（bonding）以及μLED芯片巨量转移工艺，有效地降低μLED器件的制作周期和制作成本，有望大大提高全彩化μLED显示的市场竞争力。
发明内容
本发明的目的在于在于克服现有技术的不足，提供一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，该器件的驱动电极和μLED晶粒的n型半导体层和p型半导体层之间无直接的电学接触，利用控制模块分别与上驱动电极、下驱动电极电学连接，为所述上、下驱动电极提供交变驱动信号，并在上驱动电极与下驱动电极之间形成的驱动电场，控制μLED晶粒的电子和空穴复合并发出第一光源，经所述R单元、G单元和B单元内的波长下转换发光层发出RGB光线，经可控扫描实现全彩化显示。本发明提出的无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，能有效地避免红/绿/蓝三基色μLED芯片的复杂制作工艺，同时也能避免μLED发光芯片和驱动芯片的复杂键合（bonding）工艺和巨量转移工艺，有效地缩短了μLED的制作周期，降低了μLED显示的制作成本，有望大大提高全彩化μLED显示的市场竞争力。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，包括：下透明基板、上透明基板、μLED晶粒、波长下转换发光层、绝缘层、光学微结构、控制模块、设置于所述下透明基板表面的下驱动电极、设置于所述上透明基板表面的上驱动电极、连接所述上透明基板和下透明基板的障壁微结构；所述障壁微结构包括沿所述上驱动电极的方向依次构成用于红光显示的R单元、用于绿光显示的G单元以及用于蓝光显示的B单元；其中，R单元的障壁微结构内设置有红色波长下转换发光层和μLED晶粒；G单元的障壁微结构内设置有绿色波长下转换发光层和μLED晶粒；B单元的障壁微结构内设置有蓝光μLED晶粒，或是蓝色波长下转换发光层和μLED晶粒；所述上驱动电极、下驱动电极和所述μLED晶粒之间无直接的电学接触，所述控制模块分别与所述上驱动电极、所述下驱动电极电学连接，所述控制模块为所述上、下驱动电极提供交变驱动信号，并在所述上驱动电极与所述下驱动电极之间形成的驱动电场，所述驱动电场控制所述μLED晶粒的电子和空穴复合并发出第一光源，所述第一光源经所述R单元、G单元和B单元内的波长下转换发光层发出RGB光线，经可控扫描实现全彩化显示。
在本发明一实施例中，所述μLED晶粒是蓝光μLED晶粒，或是能发出波长比蓝光短的光的μLED晶粒；所述μLED晶粒由若干个μLED芯片沿垂直方向串联而成，或由若干个μLED芯片沿水平方向并联而成，或由若干个μLED芯片任意堆积而成；所述μLED晶粒的横向尺寸1nm -1000 μm之间，所述μLED晶粒的纵向尺寸1nm-1000 μm之间，厚度在1nm-100 μm。
在本发明一实施例中，所述μLED芯片包括p型半导体材料、发光结构及n型半导体材料，所述p型半导体材料、发光结构及n型半导体材料沿垂直方向堆垛形成半导体结；所述半导体结包括单一半导体结、半导体对结、多半导体结中的一种或多种的组合；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。
在本发明一实施例中，所述上驱动电极是由若干个相互平行的线电极构成，且沿所述μLED晶粒的水平方向设置于所述上透明基板表面；所述下驱动电极是由若干个相互平行线电极构成，且沿所述μLED晶粒的垂直方向设置于所述下透明基板表面；且所述上电极和所述下电极相互垂直，两者之间具有的间隔，可形成一个独立空间。
在本发明一实施例中，所述上驱动电极和下驱动电极至少一个是透明电极，透明电极的材料包括石墨烯、氧化铟锡、碳纳米管、银纳米线、铜纳米线及其组合；另一个驱动电极的材料包括金、银、铝、铜及其合金或叠层结构。
在本发明一实施例中，所述波长下转换发光层在所述μLED晶粒发出光线照射之下激发波长更长的光线，所述波长下转换发光层是量子点材料，或荧光粉材料，或为量子点与荧光粉混合材料；所述波长下转换发光层包括R/G/B量子点，或是R/G/B荧光粉，并分别设置于所述R单元、G单元和B单元内，所述波长下转换发光层厚度为1nm -10μm；所述波长下转换发光层可设置于所述上驱动电极和所述下驱动电极表面，或可设置于所述μLED晶粒的外表面，或可与所述μLED晶粒混合包覆一起，并设置于所述上驱动电极和所述下驱动电极形成的独立空间内。
在本发明一实施例中，所述障壁微结构垂直设置于所述上透明基板表面上，或设置在所述下透明基板表面上，且与所述上驱动电极和下驱动电极、所述波长下转换发光层和所述μLED晶粒构成一个独立封闭的空间。
在本发明一实施例中，所述绝缘体可设置所述上驱动电极和下驱动电极表面，或可设置于所述波长下转换发光层表面，或可设置于所述波长下转换发光层和所述上驱动电极、下驱动电极之间；所述绝缘体材料为有机绝缘材料、无机绝缘材料或其组合；所述绝缘材料厚度为1 nm-10 μm之间。
在本发明一实施例中，所述控制模块可提供一种幅值和极性随时间变化的交变电压；所述交变电压的波形为正弦波、三角波、方波、脉冲或复合波形；所述交变电压的频率为1Hz-1000MHz。
在本发明一实施例中，所述光学微结构由分布式布拉格反射层和凸透镜组成，且位于设置所述透明电极的基板另一表面，与所述R单元、G单元和B单元一一对应；所述分布式布拉格反射层由具有高折射率和低折射率的两种薄膜堆叠而成，通过控制所述R单元、G单元和B单元内的分布式布拉格反射层的堆叠对数和薄膜厚度，分别使其单元内红光、绿光、蓝光透射，而未被吸收的μLED发出光线经分布式布拉格发射层反射回所述障壁微结构内再次激发所述波长下转换发光层，增强光出射强度，从而提高显示器件的发光效率；所述凸透镜为透明凸透镜，所述凸透镜的横向尺寸大于等于所述μLED晶粒的横向尺寸，小于等于对应R单元或G单元或B单元的横向尺寸；凸透镜的纵向尺寸大于等于所述μLED晶粒的纵向尺寸，小于等于对应R单元或G单元或B单元的纵向尺寸。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（一）本发明提出的μLED显示器件中的外部电极与μLED晶粒中p型半导体层和n型半导体层没有电学接触，能有效地避免μLED芯片复杂的制作工艺，以及μLED发光芯片和驱动芯片的复杂键合（bonding）和转移工艺，缩短了μLED的制作周期，降低了μLED显示的制作成本；
（二）本发明提供的控制模块分别与上驱动电极、下驱动电极电学连接，为上驱动电极、下驱动电极提供交变驱动信号，并在上驱动电极与所述下驱动电极之间形成的驱动电场，在该驱动方式下，可通过调制驱动电压和工作频率能有效地调控无电学接触μLED器件的发光亮度；
（三）本发明提出的交变驱动电场控制μLED晶粒的电子和空穴复合并发出第一光源，第一光源经所述R单元、G单元和B单元内的波长下转换发光层发出RGB光线，实现色彩转换；同时，结合分布式布拉格反射层和凸透镜的光学微结构，有效地提高无电极接触μLED器件的色彩转换效率，对全彩化μLED显示开发和应用上具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明第一实施例的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件的结构示意图。
图2为本发明第一实施例的任意放置μLED芯片的结构示意图。
图3为本发明第一实施例的R单元内的无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件的工作原理图。
图4为本发明第一实施例的G单元内的无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件的工作原理图。
图5为本发明第一实施例的B单元内的无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件的工作原理图。
图6为本发明第一实施例的无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件的显示原理图。
图中：11为R单元，12为G单元，13为B单元，100，200为透明基板，101为下驱动电极，201为上驱动电极，102，202为绝缘体，310为μLED芯片，300为μLED晶粒，301为n型半导体材料，302为p型半导体材料，303为发光结构，401为红色波长下转换发光层，402为绿色波长下转换发光层，403为蓝色波长下转换发光层，500为光学微结构，501，503为分布式布拉格反射层，502为凸透镜，600为控制模块，111为红光，112为绿光，113为第一光源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。在图中，为了清楚，放大了层与区域的厚度，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示意图，本发明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或圆表示，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。本实施例中障壁起伏图案的大小与起伏周期有一定范围，在实际生产中可以根据实际需要设计起伏图案大小及其起伏周期，实施例中起伏周期的数值只是示意值，但这不应该被认为限制本发明的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，包括：下透明基板，上透明基板，μLED晶粒，波长下转换发光层，绝缘层，光学微结构，控制模块，设置于所述下透明基板表面的下驱动电极，设置于所述上透明基板表面的上驱动电极，以及连接所述上透明基板和下透明基板的障壁微结构；所述障壁微结构沿所述上驱动电极的方向依次构成用于红光显示的R单元，用于绿光显示的G单元以及用于蓝光显示的B单元；其中，R单元的障壁微结构内设置有红色波长下转换发光层和μLED晶粒；G单元的障壁微结构内设置有绿色波长下转换发光层和μLED晶粒；B单元的障壁微结构内设置有蓝光μLED晶粒，也可以是蓝色波长下转换发光层和μLED晶粒；所述上驱动电极、下驱动电极和所述μLED晶粒之间无直接的电学接触，所述控制模块分别与所述上驱动电极、所述下驱动电极电学连接，所述控制模块为所述上、下驱动电极提供交变驱动信号，并在所述上驱动电极与所述下驱动电极之间形成的驱动电场，所述驱动电场控制所述μLED晶粒的电子和空穴复合并发出第一光源，所述第一光源经所述R单元、G单元和B单元内的波长下转换发光层发出RGB光线，经可控扫描实现全彩化显示。
如图1所示，在本发明第一实施例中提供一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于，包括：下透明基板100，上透明基板200，μLED晶粒300，波长下转换发光层401、402，绝缘层102、202，光学微结500，控制模块600，设置于所述下透明基板100表面的下驱动电极101，设置于所述上透明基200板表面的上驱动电极201，以及连接所述上透明基板100和下透明基板200的障壁微结构400。所述障壁微结构400沿所述上驱动电极201的方向依次构成用于红光显示的R单元11，用于绿光显示的G单元12以及用于蓝光显示的B单元13；其中，R单元11的内设置有红色波长下转换发光层401和μLED晶粒300；G单元12的内设置有绿色波长下转换发光层402和蓝色μLED晶粒300；B单元13的设置有蓝色μLED晶粒300，也可以是蓝色波长下转换发光层403和μLED晶粒300。所述上驱动电极201、下驱动电极101和所述μLED晶粒300之间无直接的电学接触，所述控制模块600分别与所述上驱动电极201、所述下驱动电极101电学连接，所述控制模块600为所述上驱动电极201、下驱动电极101提供交变驱动信号，并在所述上驱动电极201与所述下驱动电极101之间形成的驱动电场，所述驱动电场控制所述μLED晶粒300的电子和空穴复合并发出第一光源111，所述第一光源经所述R单元11、G单元12和B单元13内的波长下转换发光层401、402、403发出RGB光线，经可控扫描实现全彩化显示。
在本实施例中，所述μLED晶粒是蓝光μLED晶粒，也可以是能发出紫外等波长比蓝光短的μLED晶粒；所述μLED晶粒300由若干个μLED芯片310沿垂直方向串联而成，也可由若干个μLED芯片310沿水平方向并联而成，还可由若干个μLED芯片310任意堆积而成，所述μLED晶粒300的横向尺寸1 nm-1000 μm之间，所述μLED晶粒300的纵向尺寸1 nm-1000 μm之间，厚度在1 nm-100 μm；所述μLED芯片310包括p型半导体材料302、发光结构303和n型半导体材料301（所述p型半导体材料、发光结构及n型半导体材料可采用有机材料、无机材料或高分子材料），p型半导体材料302、发光结构303和n型半导体材料301沿垂直方向堆垛形成半导体结，即μLED芯片310；所述半导体结可以包括但不限于单一半导体结（p-发光结构-n）、半导体对结（p-发光结构-n-发光结构-p或n-发光结构-p-发光结构-n结）、多个半导体结，及其组合而成。所述 p型半导体材料302的厚度为1 nm-2.0 μm，所述发光结构303的厚度为1 nm-1.0 μm，所述n型半导体材料301的厚度为0.1nm-2.5 μm。本实施例优选所述μLED晶粒300由若干个蓝光μLED芯片310任意堆积而成，所述P型半导体材料302的厚度为0.3μm，所述发光结构303的厚度为0.1μm，所述n型半导体材料301的厚度为0.8μm。所述蓝光μLED晶粒300的横向尺寸1.0 μm之间，所述蓝光μLED晶粒300的纵向尺寸1.0 μm。
在本实施例中，所述上驱动电极201是由若干个平行的线电极构成，且沿所述μLED晶粒300的水平方向设置于所述上透明基板201表面；所述下驱动电极101是由若干个平行的线电极构成，且沿所述μLED晶粒300的垂直方向设置于所述下透明基板100表面；且所述上驱动电极201和所述下驱动电极101相互垂直，之间具有一定的间隔，可形成一个独立的空间；所述上驱动电极201和下驱动电极101至少一个是透明电极，透明电极的材料可以但不限于石墨烯、氧化铟锡、碳纳米管、银纳米线、铜纳米线及其组合，另一个驱动电极的材料可以但不限于金、银、铝、铜及其合金或叠层结构。本实施例优选上驱动电极201为透明电极，电极材料为氧化铟锡，下驱动电极101为金属铝电极。
本实施例中，所述波长下转换发光层401、402、403在所述μLED晶粒300发出光线照射之下激发波长更长的光线，所述波长下转换发光层401、402、403是量子点材料，也可为荧光粉材料，还可为量子点与荧光粉混合材料；所述波长转换发光层401、402、403可设置于所述上驱动电极201和所述下驱动电极101表面，可设置于所述μLED晶粒300的外表面，也可与所述μLED晶粒300混合包覆一起，并设置于所述上驱动电极201和所述下驱动电极101形成的独立空间内；所述波长下转换发光层401、402、403包括红色、绿色和蓝色量子点发光层，也可是红色、绿色和蓝色荧光粉发光层，分别设置于所述R单元11、G单元12和B单元13内，所述波长下转换发光层的厚度为1 nm -5 μm。本实施例优选所述蓝光μLED晶粒300与所述红色量子点401以及所述蓝光μLED晶粒300与所述绿色量子点402混合包覆，所述量子点发光层的厚度为2.5 μm。
本实施例中，所述障壁微结构400与所述R单元11、G单元12和B单元13一一对应，垂直设置于所述上透明基板200和所述下透明基板100表面上，且与所述上驱动电极201和下驱动电极101、所述波长下转换发光层401、402、403和μLED晶粒300构成一个独立封闭的空间。
本实施例中，所述绝缘体102、202可设置于所述上驱动电极201和所述下驱动电极101的表面，也可设置于所述波长下转换发光层401、402、403表面，还可设置于所述波长下转换发光层401、402、403和所述上驱动电极201，以及所述波长下转换发光层401、402、403和所述下驱动电极101之间，所述绝缘材料102、202可以为有机绝缘材料、无机绝缘材料及其组合；所述绝缘材料厚度为1 nm-10 μm之间。本实施例优选采用磁控溅射在所述上驱动电极201和所述下驱动电极101表面沉积厚度为100nm的SiO2绝缘层202。
本实施例中，所述控制模块600可提供一种幅值和极性随时间变化的交变电压。所述交变电压的波形可以是但不限于正弦波、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。本实施例优选采用交变电压频率为100MHz的方波。
本实施例中，所述光学微结构500由分布式布拉格反射层501、503和图形化的凸透502组成，且设置于所述透明驱动电极201的基板另一表面，与所述R单元11、G单元12和B单元13一一对应，所述分布式布拉格反射层由具有高折射率和低折射率的两层薄膜堆叠而成，通过控制B单元13内的分布式布拉格反射层503的堆叠对数和薄膜厚度，使μLED晶粒300发出的蓝光部分透射；通过控制R单元11或G单元12内的分布式布拉格反射层501的堆叠对数和厚度，使μLED晶粒300发出的光激发所述红色波长下转换发光层401和绿色波长下转换发光层402发出的红光和绿光从顶部透过，而未被吸收的μLED发出光线反射回所述障壁微结构400内再次激发所述红色波长下转换发光层401和绿色波长下转换发光层402，增强光出射强度，从而提高无电极接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件的发光效率。所述凸透镜502为透明凸透镜，，所述凸透镜的横向尺寸大于等于所述μLED晶粒300的横向尺寸，小于等于对应显示单元（R单元11或G单元12或B单元13）的横向尺寸；所述凸透镜502的纵向尺寸大于等于所述μLED晶粒300的纵向尺寸，小于等于对应显示单元（R单元11或G单元12或B单元13）的纵向尺寸。
本实施例的一种无电学接触无巨量转移的μLED显示器件的工作原理描述如下：
请参阅图2和图3，一个周期T内（包含T1和T2），在T1时刻，R单元11内的上驱动电极201接正，下驱动电极101接负，在外加电场作用下，由于μLED晶粒300是由若干个蓝光μLED芯片300任意堆积而成，p区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片300中的p型半导体材料302的多数载流子（空穴）和n区朝向或接近朝向上驱动电极的μLED芯片300中的n型半导体材料301的少数载流子（空穴）会同时漂移到发光结构303，同时，相应的n型半导体材料301中的多数载流子（电子）和p型半导体材料302中的少数载流子（电子）会同时漂移到发光结构303，电子和空穴在发光结构303中复合发出蓝光113，从而激发μLED芯片300表面的红色量子点发光层401而激发出的红光111，实现色彩转换，红光111和蓝光113经过上绝缘层202、上驱动电极201和上透明基板200后，红光111经分布式布拉格反射层501和凸透镜502发射出去，多余蓝光113经分布式布拉格反射层501反射回来，再次激发μLED晶粒300表面的红色量子点发光层401，经多次反馈后提高μLED晶粒300表面量子点发光层401的转换效率；同时，在外加电场作用下，没有复合的电子和空穴分别漂移到p型半导体层302和n型半导体层301。在T2时刻，下驱动电极101接正，上驱动电极201接负，在外加电场作用下，p区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片310中的p型半导体层302中的少数载流子（电子）和发光结构303中的电子被拉回n型半导体层301，n型半导体层301中的少数载流子（空穴）和发光结构303中的空穴被拉回到p型半导体层302，部分电子和空穴会在发光结构复合发出蓝光113。同时，n区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片310中的p型半导体材料302的多数载流子（空穴）漂移到发光结构303， n型半导体层301中的多数载流子（电子）会漂移到发光结构303，电子和空穴在发光结构303中复合发出蓝光113。在外加电场作用下，没有复合的电子和空穴分别漂移到p型半导体层302和n型半导体层301。两者情况下复合发出蓝光113会激发μLED芯片310表面的红色量子点发光层401而激发出的红光111，实现色彩转换，红光111和蓝光113经过上绝缘层202、上驱动电极201和上透明基板200后，红光111经分布式布拉格反射层501和凸透镜502发射出去，多余蓝光113经分布式布拉格反射层501反射回来再次激发μLED芯片310表面的红色量子点发光层401，经多次反馈后提高μLED晶粒300表面量子点发光层401的转换效率；如此反复循环，R单元11多次振荡发出红光111。
请参阅图2和图4，一个周期T内（包含T1和T2），在T1时刻，G单元12内的上驱动电极201接正，下驱动电极101接负，在外加电场作用下，由于μLED晶粒300是由若干个蓝光μLED芯片300任意堆积而成，p区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片300中的p型半导体材料302的多数载流子（空穴）和n区朝向或接近朝向上驱动电极的μLED芯片300中的n型半导体材料301的少数载流子（空穴）会同时漂移到发光结构303，同时，相应的n型半导体材料301中的多数载流子（电子）和p型半导体材料302中的少数载流子（电子）会同时漂移到发光结构303，电子和空穴在发光结构303中复合发出蓝光113，从而激发μLED芯片300表面的绿色量子点发光层402而激发出的绿光112，实现色彩转换，绿光112和蓝光113经过上绝缘层202、上驱动电极201和上透明基板200后，绿光112经分布式布拉格反射层501和凸透镜502发射出去，多余蓝光113经分布式布拉格反射层501反射回来，再次激发μLED晶粒300表面的绿色量子点发光层402，经多次反馈后提高μLED晶粒300表面量子点发光层402的转换效率；同时，在外加电场作用下，没有复合的电子和空穴分别漂移到p型半导体层302和n型半导体层301。在T2时刻，下驱动电极101接正，上驱动电极201接负，在外加电场作用下，p区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片310中的p型半导体层302中的少数载流子（电子）和发光结构303中的电子被拉回n型半导体层301，n型半导体层301中的少数载流子（空穴）和发光结构303中的空穴被拉回到p型半导体层302，部分电子和空穴会在发光结构复合发出蓝光113。同时，n区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片310中的p型半导体材料302的多数载流子（空穴）漂移到发光结构303， n型半导体层301中的多数载流子（电子）会漂移到发光结构303，电子和空穴在发光结构303中复合发出蓝光113。在外加电场作用下，没有复合的电子和空穴分别漂移到p型半导体层302和n型半导体层301。两者情况下复合发出蓝光113会激发μLED芯片310表面的绿色量子点发光层402而激发出的绿光112，实现色彩转换，绿光112和蓝光113经过上绝缘层202、上驱动电极201和上透明基板200后，绿光112经分布式布拉格反射层501和凸透镜502发射出去，多余蓝光113经分布式布拉格反射层501反射回来再次激发μLED芯片310表面的绿色量子点发光层402，经多次反馈后提高μLED晶粒300表面量子点发光层402的转换效率；如此反复循环，G单元12多次振荡发出绿光112。
请参阅图2和图5，一个周期T内（包含T1和T2），在T1时刻，G单元12内的上驱动电极201接正，下驱动电极101接负，在外加电场作用下，由于μLED晶粒300是由若干个蓝光μLED芯片300任意堆积而成，p区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片300中的p型半导体材料302的多数载流子（空穴）和n区朝向或接近朝向上驱动电极的μLED芯片300中的n型半导体材料301的少数载流子（空穴）会同时漂移到发光结构303，同时，相应的n型半导体材料301中的多数载流子（电子）和p型半导体材料302中的少数载流子（电子）会同时漂移到发光结构303，电子和空穴在发光结构303中复合发出蓝光113，部分蓝光113经过上绝缘层202、上驱动电极201和上透明基板200后，经分布式布拉格反射层503和凸透镜502发射出去；同时，在外加电场作用下，没有复合的电子和空穴分别漂移到p型半导体层302和n型半导体层301。在T2时刻，下驱动电极101接正，上驱动电极201接负，在外加电场作用下，p区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片310中的p型半导体层302中的少数载流子（电子）和发光结构303中的电子被拉回n型半导体层301，n型半导体层301中的少数载流子（空穴）和发光结构303中的空穴被拉回到p型半导体层302，部分电子和空穴会在发光结构复合发出蓝光113。同时，n区朝向或接近朝向上驱动电极201的μLED芯片310中的p型半导体材料302的多数载流子（空穴）漂移到发光结构303， n型半导体层301中的多数载流子（电子）会漂移到发光结构303，电子和空穴在发光结构303中复合发出蓝光113。在外加电场作用下，没有复合的电子和空穴分别漂移到p型半导体层302和n型半导体层301。两者情况下复合发出蓝光113，经过上绝缘层202、上驱动电极201和上透明基板200后，部分蓝光113经分布式布拉格反射层503和凸透镜502发射出去；如此反复循环，B单元13多次振荡发出蓝光113。
请参阅图6，一个周期T内，R单元11、G单元12和B单元13分别发出红光111、绿光112和蓝光113，从而实现无电极接触无巨量转移的全彩化μLED显示。
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 (10)

1.一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，包括：下透明基板、上透明基板、μLED晶粒、波长下转换发光层、绝缘层、光学微结构、控制模块、设置于所述下透明基板表面的下驱动电极、设置于所述上透明基板表面的上驱动电极、连接所述上透明基板和下透明基板的障壁微结构，其特征在于，所述障壁微结构包括沿所述上驱动电极的方向依次构成用于红光显示的R单元、用于绿光显示的G单元以及用于蓝光显示的B单元；其中，R单元的障壁微结构内设置有红色波长下转换发光层和μLED晶粒；G单元的障壁微结构内设置有绿色波长下转换发光层和μLED晶粒；B单元的障壁微结构内设置有蓝光μLED晶粒，或是蓝色波长下转换发光层和μLED晶粒；所述上驱动电极、下驱动电极和所述μLED晶粒之间无直接的电学接触，所述控制模块分别与所述上驱动电极、所述下驱动电极电学连接，所述控制模块为所述上、下驱动电极提供交变驱动信号，并在所述上驱动电极与所述下驱动电极之间形成的驱动电场，所述驱动电场控制所述μLED晶粒的电子和空穴复合并发出第一光源，所述第一光源经所述R单元、G单元和B单元内的波长下转换发光层发出RGB光线，经可控扫描实现全彩化显示。
2.根据权利要求1所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于，所述μLED晶粒是蓝光μLED晶粒，或是能发出波长比蓝光短的光的μLED晶粒；所述μLED晶粒由若干个μLED芯片沿垂直方向串联而成，或由若干个μLED芯片沿水平方向并联而成，或由若干个μLED芯片任意堆积而成；所述μLED晶粒的横向尺寸1nm -1000 μm之间，所述μLED晶粒的纵向尺寸1nm-1000 μm之间，厚度在1nm-100 μm。
3.根据权利要求2所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于：所述μLED芯片包括p型半导体材料、发光结构及n型半导体材料，所述p型半导体材料、发光结构及n型半导体材料沿垂直方向堆垛形成半导体结；所述半导体结包括单一半导体结、半导体对结、多半导体结中的一种或多种的组合；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。
4.根据权利要求1所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于：所述上驱动电极是由若干个相互平行的线电极构成，且沿所述μLED晶粒的水平方向设置于所述上透明基板表面；所述下驱动电极是由若干个相互平行线电极构成，且沿所述μLED晶粒的垂直方向设置于所述下透明基板表面；且所述上电极和所述下电极相互垂直，两者之间具有的间隔，可形成一个独立空间。
5.根据权利要求1所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED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，透明电极的材料包括石墨烯、氧化铟锡、碳纳米管、银纳米线、铜纳米线及其组合；另一个驱动电极的材料包括金、银、铝、铜及其合金或叠层结构。
6.根据权利要求1所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于：所述波长下转换发光层在所述μLED晶粒发出光线照射之下激发波长更长的光线，所述波长下转换发光层是量子点材料，或荧光粉材料，或为量子点与荧光粉混合材料；所述波长下转换发光层包括R/G/B量子点，或是R/G/B荧光粉，并分别设置于所述R单元、G单元和B单元内，所述波长下转换发光层厚度为1nm -10μm；所述波长下转换发光层可设置于所述上驱动电极和所述下驱动电极表面，或可设置于所述μLED晶粒的外表面，或可与所述μLED晶粒混合包覆一起，并设置于所述上驱动电极和所述下驱动电极形成的独立空间内。
7.根据权利要求1所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于：所述障壁微结构垂直设置于所述上透明基板表面上，或设置在所述下透明基板表面上，且与所述上驱动电极和下驱动电极、所述波长下转换发光层和所述μLED晶粒构成一个独立封闭的空间。
8.根据权利要求1所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于：所述绝缘体可设置所述上驱动电极和下驱动电极表面，或可设置于所述波长下转换发光层表面，或可设置于所述波长下转换发光层和所述上驱动电极、下驱动电极之间；所述绝缘体材料为有机绝缘材料、无机绝缘材料或其组合；所述绝缘材料厚度为1 nm-10 μm之间。
9.根据权利要求1所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于：所述控制模块可提供一种幅值和极性随时间变化的交变电压；所述交变电压的波形为正弦波、三角波、方波、脉冲或复合波形；所述交变电压的频率为1Hz-1000MHz。
10.根据权利要求5所述的一种无电学接触无巨量转移的全彩化μLED显示器件，其特征在于：所述光学微结构由分布式布拉格反射层和凸透镜组成，且位于设置所述透明电极的基板另一表面，与所述R单元、G单元和B单元一一对应；所述分布式布拉格反射层由具有高折射率和低折射率的两种薄膜堆叠而成，通过控制所述R单元、G单元和B单元内的分布式布拉格反射层的堆叠对数和薄膜厚度，分别使其单元内红光、绿光、蓝光透射，而未被吸收的μLED发出光线经分布式布拉格发射层反射回所述障壁微结构内再次激发所述波长下转换发光层，增强光出射强度，从而提高显示器件的发光效率；所述凸透镜为透明凸透镜，所述凸透镜的横向尺寸大于等于所述μLED晶粒的横向尺寸，小于等于对应R单元或G单元或B单元的横向尺寸；凸透镜的纵向尺寸大于等于所述μLED晶粒的纵向尺寸，小于等于对应R单元或G单元或B单元的纵向尺寸。
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