CN112038454A - 一种Micro LED模块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Micro LED模块及其制备方法，衬底为单晶衬底，外延于其上的Micro LED具有低的位错密度，对亮度的影响更低，发光效率较高，使Micro LED在小电流区间仍然能够发出均匀的足够亮度的光；量子阱发光层为n型掺杂，钙钛矿量子点为半导体材料，可有效实现空穴经钙钛矿注入，使量子阱发光层发光并激发其上的钙钛矿量子点使其发其他颜色的光，完成色彩转换，实现Micro LED模块全彩化；钙钛矿量子点具有较佳的温度稳定性，可保证显示模块的色彩稳定性；并且，量子点设置在量子阱发光层上，并位于空穴注入层和玻璃盖板的下方，具有更好的防水和密封绝氧效果。

Description

一种Micro LED模块及其制备方法
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种Micro LED模块及其制备方法。
背景技术
在LED芯片的应用中，普通LED芯片的应用以照明与显示器背光模块为主，当前迅猛发展的Mini LED则以户内、户外显示屏等为主要应用方向。但是在许多对尺寸和像素密度要求更高的应用上，现有技术并不能满足要求。因此Micro LED技术作为一种全新的显示技术应运而生，其应用概念跟前两者则完全不同，可应用在穿戴式的手表、手机、车用显示器、VR/AR、电视等领域，被认为是终极的显示技术。
Micro LED在亮度、对比度、响应速度、色域、寿命、能耗等方面具有优势。从技术迭代角度，Micro LED要求更小的芯片尺寸以实现更小的像素间距。但是，Micro LED技术还存在如下问题：Micro LED用于显示时，需工作在小电流区间，主要范围为0.02-2A/cm2，在此小电流区间，芯片外延层内部的位错密度对亮度的影响很大，容易导致亮度不均匀、甚至不亮。位错来源于芯片外延层与异质衬底之间的晶格失配和热应力失配，现有技术无法避免。
具体到AR/VR应用中，由于量子点的窄带宽发射，可获得更好的色彩质量和效率。应用量子点实现全彩显示，而不是分色多次转移，可较为简易完成显示器制作。但在当前的量子点发光技术中，如CdSe，含有剧毒元素Cd，多国已禁用，其发光特性还随温度变化较大，存在着色彩偏移问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Micro LED模块及其制备方法，以解决上述技术问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种Micro LED模块，包括：
氮化镓单晶衬底；
设置在所述氮化镓单晶衬底上的量子阱发光层，所述量子阱发光层为n型掺杂；
设置在所述量子阱发光层上的至少一种颜色的量子点；
设置在所述量子点上的空穴注入层。
可选地，所述氮化镓单晶衬底为n型单晶衬底；或者所述氮化镓单晶衬底为非掺杂衬底，并在其上外延有n型氮化镓。
可选地，Micro LED模块还包括：
设置在所述氮化镓单晶衬底上的用于遮挡所述量子阱发光层及量子点的侧面的黑矩阵。
可选地，所述黑矩阵由二氧化硅或氮化硅网格组成；或者所述黑矩阵由单层Cr或Cr/CrOx或CrOxNy/CrNy或Si/SiO多层结构组成；或者所述黑矩阵由黑色树脂组成。
可选地，所述量子阱发光层为InGaN:Si/GaN:Si超晶格量子阱，所述至少一种颜色的量子点包括红色量子点和绿色量子点，所述红色量子点和所述绿色量子点均为钙钛矿量子点。
可选地，所述量子阱发光层上设有空穴传输层，所述空穴传输层位于所述空穴注入层的下方。
可选地，所述量子阱发光层、所述红色量子点和所述绿色量子点上分别设有空穴传输层，所述空穴传输层位于所述空穴注入层的下方。
可选地，所述量子阱发光层为GaN:Si/AlGaN:Si超晶格量子阱，所述至少一种颜色的量子点包括红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点，所述红色量子点、所述绿色量子点和所述蓝色量子点均为钙钛矿量子点。
可选地，所述红色量子点、所述绿色量子点和所述蓝色量子点上分别设有空穴传输层，所述空穴传输层位于所述空穴注入层的下方。
可选地，所述空穴传输层的材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)或聚三芳苯胺PTAA；或者所述空穴传输层的材料为CuI、CuSCN、NiO或CuInS2。
可选地，所述空穴注入层为图形化层，所述空穴注入层之间有薄膜晶体管阵列，所述空穴注入层的图形与所述薄膜晶体管阵列的晶体管电连接。
第二方面，本发明提供了一种Micro LED模块制备方法，包括：
提供一氮化镓单晶衬底，在其上形成量子阱发光层，并将所述量子阱发光层图形化；
在所述氮化镓单晶衬底上形成黑矩阵，所述黑矩阵遮挡所述量子阱发光层的侧面；
在所述量子阱发光层上形成至少一种颜色的量子点，所述黑矩阵遮挡所述量子点的侧面；
在所述量子点上形成空穴注入层。
可选地，所述提供一氮化镓单晶衬底，在其上形成量子阱发光层，并将所述量子阱发光层图形化，具体包括：
使用金属有机化学气相沉积工艺在所述氮化镓单晶衬底上形成量子阱发光层，并使用等离子体刻蚀(ICP)工艺将所述量子阱发光层图形化。
可选地，所述在所述氮化镓单晶衬底上形成黑矩阵，具体包括：
通过PECVD及光刻工艺形成所述黑矩阵，所述黑矩阵由二氧化硅或氮化硅网格所组成；或者通过溅镀或蒸镀及光刻工艺形成所述黑矩阵，所述黑矩阵由单层Cr或Cr/CrOx或CrOxNy/CrNy或Si/SiO多层结构所组成；或者通过旋涂或喷涂及光刻工艺形成所述黑矩阵，所述黑矩阵由黑色树脂所组成。
可选地，所述在所述量子阱发光层上形成至少一种颜色的量子点，具体包括：
通过旋涂或印刷或转印或或蒸镀或物理气象沉积方法形成所述量子点。
可选地，所述在所述量子点上形成空穴注入层，具体包括：
提供一氧化铟锡ITO玻璃，将该氧化铟锡ITO玻璃对位倒扣在所述量子点之上。
可选地，所述在所述量子点上形成空穴注入层之前，还包括：
通过蒸镀或溅镀或旋涂工艺形成空穴传输层，所述空穴传输层位于所述量子阱发光层和/或所述量子点上。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供的一种Micro LED模块及其制备方法，衬底为氮化镓单晶衬底，外延于其上的Micro LED具有低的位错密度，对亮度的影响更低，发光效率较高，使MicroLED在小电流区间仍然能够发出均匀的足够亮度的光。并且，量子点设置在量子阱发光层上，并位于空穴注入层下方，具有更好的防水和密封绝氧效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
图1为实施例一提供的一种Micro LED模块的结构图；
图2为实施例一提供的另一种Micro LED模块的结构图；
图3为实施例二提供的一种Micro LED模块的结构图；
图4为实施例二提供的另一种Micro LED模块的结构图。
图示说明：
氮化镓单晶衬底101、量子阱发光层102、黑矩阵103、红色量子点104、绿色量子点105、空穴传输层106、空穴注入层107、薄膜晶体管阵列108、玻璃盖板109、蓝色量子点110。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1所示，本实施例提供了一种Micro LED模块，包括氮化镓单晶衬底101，在该衬底上形成有量子阱发光层102，量子阱发光层102为n型掺杂，在量子阱发光层102之上还设有红色量子点104和绿色量子点105。
具体的，在量子阱发光层102上还设有空穴注入层107。
进一步的，氮化镓单晶衬底101为n型单晶衬底；或者氮化镓单晶衬底101为非掺杂衬底，并在其上外延有n型氮化镓。
本实施例中，衬底为氮化镓单晶衬底101，外延于其上的Micro LED具有低的位错密度，对亮度的影响更低，发光效率较高，使Micro LED在小电流区间仍然能够发出均匀的足够亮度的光。
并且，现有技术中，量子点大都设置在Micro LED的外表，例如设置在玻璃盖板109之外或嵌于其内部。而量子点属于怕水、怕氧物质，因此，现有技术的Micro LED模块在防水、密封绝氧方面效果不佳。本实施例通过将量子点设置在量子阱发光层102上，并位于空穴注入层107和玻璃盖板109的下方，可以获得更好的防水和密封绝氧效果。
在氮化镓单晶衬底101上还设有黑矩阵103，黑矩阵103用于遮挡量子阱发光层102及量子点的侧面，防止相邻Micro LED所发的光相互串扰。
具体的，黑矩阵103由二氧化硅或氮化硅网格组成；或由单层Cr或Cr/CrOx或CrOxNy/CrNy或Si/SiO多层结构组成；或由黑色树脂组成。
本实施例中，量子阱发光层102为InGaN:Si/GaN:Si超晶格量子阱，红色量子点104和绿色量子点105为钙钛矿量子点。
量子阱发光层102为n型掺杂，钙钛矿量子点为半导体材料，可有效实现空穴经钙钛矿注入，使量子阱发光层102发光并激发其上的钙钛矿量子点使其发其他颜色的光，完成色彩转换，实现Micro LED模块全彩化。同时，钙钛矿量子点具有较佳的温度稳定性，可保证显示模块的色彩稳定性。
作为本实施例的一种可选方式，量子阱发光层102上还设有空穴传输层106，空穴传输层106位于空穴注入层107的下方。
请参阅图2所示，作为本实施例的另一可选方式，量子阱发光层102、红色量子点104和绿色量子点105上分别设有空穴传输层106，空穴传输层106位于空穴注入层107的下方。空穴传输层106可使空穴注入层107更好地与红色量子点104和绿色量子点105接触。
具体的，空穴传输层106的材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、聚三芳苯胺PTAA等有机空穴传输材料；或者空穴传输层106的材料为CuI、CuSCN、NiO、CuInS2等无机空穴传输材料。
进一步的，空穴注入层107为氧化铟锡ITO玻璃，ITO玻璃对位倒扣在量子点上。具体的，空穴注入层107为图形化层，空穴注入层107之间有薄膜晶体管阵列108，空穴注入层107的图形与薄膜晶体管阵列108的晶体管电连接。
实施例二
请参阅图3所示，本实施例提供了一种Micro LED模块，其量子阱发光层102为GaN:Si/AlGaN:Si超晶格量子阱，量子阱发光层102上不仅有红色量子点104和绿色量子点105，还设有蓝色量子点110。红色量子点104、绿色量子点105、蓝色量子点110为钙钛矿量子点。
需要说明的是，本实施例包括有氮化镓单晶衬底101、n型掺杂的量子阱发光层102、黑矩阵103、红色量子点104、绿色量子点105、蓝色量子点110、空穴注入层107、薄膜晶体管阵列108和玻璃盖板109。
本实施例提供的Micro LED模块，衬底为氮化镓单晶衬底101，外延于其上的MicroLED具有低的位错密度，对亮度的影响更低，发光效率较高，使Micro LED在小电流区间仍然能够发出均匀的足够亮度的光。并且，三种颜色的量子点设置在量子阱发光层102上，并位于空穴注入层107和玻璃盖板109的下方，具有更好的防水和密封绝氧效果。
请参阅图4所示，作为本实施例的一种可选方式，量子阱发光层102上设有空穴传输层106，该空穴传输层106位于空穴注入层107和量子点之间，用于使充当空穴注入层107的氧化铟锡ITO玻璃更好地与红色量子点104、绿色量子点105和蓝色量子点110接触。
实施例三
本实施例提供了一种Micro LED模块制备方法，可用于制备上述实施例提供的Micro LED模块，具体包括如下步骤：
1、提供一氮化镓单晶衬底101，在其上形成量子阱发光层102，并将量子阱发光层102图形化；
2、在氮化镓单晶衬底101上形成黑矩阵103；
3、在量子阱发光层102上形成至少一种颜色的量子点；
4、在量子点上形成空穴注入层107。
本实施例提供的一种Micro LED模块制备方法，衬底为氮化镓单晶衬底101，外延于其上的Micro LED具有低的位错密度，对亮度的影响更低，发光效率较高，使Micro LED在小电流区间仍然能够发出均匀的足够亮度的光。并且，量子点设置在量子阱发光层102上，并位于空穴注入层107下方，具有更好的防水和密封绝氧效果。
具体的，步骤1具体包括：
使用金属有机化学气相沉积工艺在氮化镓单晶衬底101上形成量子阱发光层102，并使用等离子体刻蚀(ICP)工艺将所述量子阱发光层102图形化。
步骤2具体包括：
黑矩阵103由二氧化硅或氮化硅网格所组成，通过PECVD及光刻工艺形成；或者黑矩阵103由单层Cr或Cr/CrOx或CrOxNy/CrNy或Si/SiO多层结构所组成，通过溅镀或蒸镀及光刻工艺形成；或者黑矩阵103由黑色树脂所组成，通过旋涂或喷涂及光刻工艺形成。
步骤3具体包括：
通过旋涂或印刷或转印或蒸镀或物理气象沉积方法形成量子点。具体的，可以通过旋涂或印刷或转印或蒸镀或物理气象沉积方法分别将红、绿、蓝光三色量子点分布在不同位置形成量子点层。
步骤4具体包括：
提供一氧化铟锡ITO玻璃，将该氧化铟锡ITO玻璃对位倒扣在量子点之上。
在步骤4之前还包括：
通过蒸镀或溅镀或旋涂工艺形成空穴传输层106，使充当空穴注入层107的氧化铟锡ITO玻璃更好地与量子点接触。
综上所述，本申请提供的一种Micro LED模块及其制备方法，衬底为单晶衬底101，外延于其上的Micro LED具有低的位错密度，对亮度的影响更低，发光效率较高，使MicroLED在小电流区间仍然能够发出均匀的足够亮度的光；量子阱发光层102为n型掺杂，钙钛矿量子点为半导体材料，可有效实现空穴经钙钛矿注入，使量子阱发光层102发光并激发其上的钙钛矿量子点使其发其他颜色的光，完成色彩转换，实现Micro LED模块全彩化；钙钛矿量子点具有较佳的温度稳定性，可保证显示模块的色彩稳定性；并且，量子点设置在量子阱发光层102上，并位于空穴注入层107和玻璃盖板109的下方，具有更好的防水和密封绝氧效果。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种Micro LED模块，其特征在于，包括：
氮化镓单晶衬底；
设置在所述氮化镓单晶衬底上的量子阱发光层，所述量子阱发光层为n型掺杂；
设置在所述量子阱发光层上的至少一种颜色的量子点；
设置在所述量子点上的空穴注入层。
2.根据权利要求1所述的Micro LED模块，其特征在于，所述氮化镓单晶衬底为n型单晶衬底；或者所述氮化镓单晶衬底为非掺杂衬底，并在其上外延有n型氮化镓。
3.根据权利要求1所述的Micro LED模块，其特征在于，还包括：
设置在所述氮化镓单晶衬底上的用于遮挡所述量子阱发光层及量子点的侧面的黑矩阵。
4.根据权利要求1所述的Micro LED模块，其特征在于，所述量子阱发光层为InGaN:Si/GaN:Si超晶格量子阱，所述至少一种颜色的量子点包括红色量子点和绿色量子点，所述红色量子点和所述绿色量子点均为钙钛矿量子点。
5.根据权利要求4所述的Micro LED模块，其特征在于，所述量子阱发光层上设有空穴传输层，所述空穴传输层位于所述空穴注入层的下方。
6.根据权利要求4所述的Micro LED模块，其特征在于，所述量子阱发光层、所述红色量子点和所述绿色量子点上分别设有空穴传输层，所述空穴传输层位于所述空穴注入层的下方。
7.根据权利要求1所述的Micro LED模块，其特征在于，所述量子阱发光层为GaN:Si/AlGaN:Si超晶格量子阱，所述至少一种颜色的量子点包括红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点，所述红色量子点、所述绿色量子点和所述蓝色量子点为钙钛矿量子点。
8.根据权利要求7所述的Micro LED模块，其特征在于，所述红色量子点、所述绿色量子点和所述蓝色量子点上分别设有空穴传输层，所述空穴传输层位于所述空穴注入层的下方。
9.根据权利要求1所述的Micro LED模块，其特征在于，所述空穴注入层为图形化层，所述空穴注入层之间有薄膜晶体管阵列，所述空穴注入层的图形与所述薄膜晶体管阵列的晶体管电连接。
10.一种Micro LED模块制备方法，其特征在于，包括：
提供一氮化镓单晶衬底，在其上形成量子阱发光层，并将所述量子阱发光层图形化；
在所述氮化镓单晶衬底上形成黑矩阵；
在所述量子阱发光层上形成至少一种颜色的量子点，所述黑矩阵遮挡所述量子阱发光层及所述量子点的侧面；
在所述量子点上形成空穴注入层。
11.根据权利要求10所述的Micro LED模块制备方法，其特征在于，所述在所述量子点上形成空穴注入层，具体包括：
提供一氧化铟锡ITO玻璃，将该氧化铟锡ITO玻璃对位倒扣在所述量子点之上。
12.根据权利要求10所述的Micro LED模块制备方法，其特征在于，所述在所述量子点上形成空穴注入层之前，还包括：
通过蒸镀或溅镀或旋涂工艺形成空穴传输层，所述空穴传输层位于所述量子阱发光层和/或所述量子点上。
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