CN114122048A - 彩色发光结构及其制备方法、发光模组及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色发光结构及其制备方法、发光模组及其制备方法，彩色发光结构包括晶体管和电致发光层，所述晶体管驱动所述电致发光层发光；所述晶体管包括导电层，所述导电层包括源极区、漏极区和位于所述源极区和所述漏极区之间的沟道区，所述电致发光层设置于所述导电层的所述源极区和/或所述漏极区表面。本发明的彩色发光结构，只需将电致发光层设置于晶体管的导电层上即可，不需制备Micro‑LED芯片阵列，以及不必使用倒装焊技术，不仅结构更简单，而且大大降低制备工艺步骤和难度。

Description

彩色发光结构及其制备方法、发光模组及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光显示技术领域，更具体地，涉及一种彩色发光结构及其制备方法、发光模组及其制备方法。

背景技术

现有技术中，发光模组包括发光面板和设置于发光面板下方的驱动面板，驱动面板驱动发光面板发光，驱动面板包括晶体管阵列，发光面板包括Micro-LED芯片阵列，将驱动面板和发光面板结合在一起时，通常采用倒装焊技术集成。

然而，一方面，Micro-LED芯片阵列制备工艺复杂，另一方面，将Micro-LED芯片阵列的发光面板与驱动面板通过倒装焊技术键合在一起时，首先通过电子束蒸发与低温回流的方式在驱动面板上制备高密度、高均匀性的微米级倒装焊焊点阵列，然后利用激光对准与光学图像方式相结合的技术提高对位和键合精度，该过程工艺精密度要求极高，生成成本高，且容易出现虚焊、短路等不良问题，由此导致的返修成本也高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种彩色发光结构及其制备方法、发光模组及其制备方法，避免使用倒装焊技术，降低制备工艺难度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种彩色发光结构，包括晶体管和电致发光层，所述电致发光层设置于所述晶体管表面，所述晶体管驱动所述电致发光层发光；

所述晶体管包括导电层，所述导电层包括源极区、漏极区和位于所述源极区和所述漏极区之间的沟道区，所述电致发光层设置于所述导电层的所述源极区和/或所述漏极区表面。

本发明还公开了上述彩色发光结构的制备方法，包括以下过程：

形成晶体管的导电层，所述导电层包括源极区、漏极区和位于所述源极区和所述漏极区之间的沟道区；

在所述源极区和/或所述漏极区表面分别形成电致发光层。

本发明还公开了一种发光模组，包括上述的彩色发光结构。

进一步，发光模组包括驱动面板，所述驱动面板包括基板和设置于所述基板上的晶体管阵列，所述晶体管阵列包括多个所述彩色发光结构中的所述晶体管，所述晶体管的所述导电层的所述源极区和/或所述漏极区表面设置有所述电致发光层。

本发明还公开了一种上述发光模组的制备方法，包括以下过程：

提供所述基板，在所述基板上形成所述晶体管阵列，且露出所述源极区和/或所述漏极区表面；

在露出的所述源极区和/或所述漏极区表面形成所述电致发光层。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本发明实施例通过使电致发光层设置于源极区和/或漏极区表面，由于导电层能够导电，当晶体管通电时，导电层导电，即源极区和/或漏极区有电流通过时，电流会激发位于其表面的电致发光层发光，从而形成彩色发光结构。本发明的彩色发光结构，只需将电致发光层设置于晶体管的导电层上即可，不需制备Micro-LED芯片阵列，以及不必使用倒装焊技术，不仅结构更简单，而且大大降低制备工艺步骤和难度。

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他的附图。

其中：

图1是本发明一具体实施例的彩色发光结构的结构示意图。

图2是本发明另一具体实施例的彩色发光结构的结构示意图。

图3是本发明另一具体实施例的彩色发光结构的结构示意图。

图4是本发明一具体实施例采用电沉积方法沉积电致发光层的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1～3，本发明公开了一种彩色发光结构，包括晶体管10和电致发光层20，晶体管10驱动电致发光层20发光；晶体管10包括导电层11，导电层11包括源极区111、漏极区112和位于源极区111和漏极区112之间的沟道区113，电致发光层20设置于导电层11的源极区111和/或漏极区112表面。通过使电致发光层20设置于源极区111和/或漏极区112表面，由于导电层11能够导电，当晶体管10通电时，导电层11导电，即源极区111和/或漏极区112有电流通过时，电流会激发位于源极区111和/或漏极区112表面的电致发光层20发光，从而形成彩色发光结构。本发明的彩色发光结构，只需将电致发光层20设置于晶体管10的导电层11上即可，在本发明中，电致发光层20可以采用旋涂、印刷、打印或电沉积方法将电致发光层20材料形成于器件上，避免制备Micro-LED芯片阵列，以及不必使用倒装焊技术，不仅结构更简单，而且大大降低制备工艺步骤和难度。值得注意的是，本发明中的彩色发光结构可以是单独一种颜色的发光结构，也可以是包括多种颜色的发光结构，例如，包括红、黄、蓝三种颜色的可实现全彩的彩色发光结构。

目前，应用最广的显示器是液晶显示设备(LCD)，但是，LCD借助背光源模块发光，光效较低且显示结构复杂。相比于LCD技术，现如今逐渐流行的是有机发光二极管(OLED)，OLED比LCD更薄、显示更清晰，具有功耗低、发光效率高、色彩丰富、可柔性显示等优点，且发光方式是自发光，光源利用率能达到100％。但是，由于OLED膜层为有机物，受空气中水和氧的影响，器件的稳定性较差，当器件工作在高电压时，器件发热使有机膜层溶解，导致器件寿命降低，且大部分有机发光材料色纯度不高，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩；同时，器件的驱动方式复杂，在器件尺寸变大后会出现较大的问题，不能实现大尺寸屏幕的量产。Micro-LED-可以克服OLED存在的上述有机膜层不稳定、色纯度不高等缺陷，且具有高解析度、低功耗、高亮度、高对比、反应速度快、厚度薄、寿命长等特性，功耗可低至LCD的10％、OLED的50％，是业界期待的下一代显示技术。但是Micro-LED芯片制备工艺复杂，实现Micro-LED芯片的发光需要将Micro-LED发光芯片与TFT的驱动芯片倒装键合在一起，需要高精度的定位，对精密度要求极高，不仅制备工艺成本较高，而且容易出现虚焊、短路等不良问题，由此导致的返修成本也高。

量子点材料为能够发光的纳米级无机半导体材料，稳定性高，且发光光谱可以通过调节粒径大小来实现，因而可以覆盖整个可见光范围，具有色彩饱和、色纯度高等优点，是一种新型的发光材料。将量子点技术和TFT背板技术结合，是技术的一大创新，工艺结构简单，且发光器件具有Micro-LED技术的诸多优点，是未来最有发展前景的发光显示技术。

在一较优实施例中，电致发光层20的材料可以是电致发光的无机半导体量子点材料，无机半导体量子点材料相比有机电致发光材料更稳定，是最先进的量子点发光或显示结构。具体的，电致发光的无机半导体量子点材料可以为IIB-VIA族(CdSe，CdS，ZnSe，CdS等)半导体量子点纳米颗粒IB-IIIA-VIA族(CuInS2，AgInS2等)半导体量子点纳米颗粒、或上述半导体量子点纳米颗粒的任意组合等。可以采用旋涂、印刷或打印的方法将电致发光的无机半导体量子点材料形成于器件上，避免制备Micro-LED芯片阵列，以及不必使用倒装焊技术，不仅结构更简单，而且大大降低制备工艺步骤和难度。

在另一实施例中，电致发光层20材料也可以为有机小分子(例如，蒽、芳香二胺、8-羟基喹啉等)或高分子(例如，聚对苯乙炔PPV及其衍生物等)电致发光材料等。也可以采用旋涂、印刷或打印的方法形成于器件上，避免制备Micro-LED芯片阵列，以及不必使用倒装焊技术，不仅结构更简单，而且大大降低制备工艺步骤和难度。

在另一实施例中，电致发光层20材料也可以是有机电致发光材料结合光致发光的无机半导体量子点材料形成的复合材料。有机电致发光材料可以是上述的任意有机小分子或高分子电致发光材料，光致发光的无机半导体量子点材料可以为IIIA-VA族(InP，InAs、GaAs、GaP，GaInP，GaAlAs，GaN等)半导体量子点纳米颗粒等。有机电致发光材料结合光致发光的无机半导体量子点材料形成的复合材料，也可以采用旋涂、印刷或打印的方法形成于器件上，避免制备Micro-LED芯片阵列，以及不必使用倒装焊技术，不仅结构更简单，而且大大降低制备工艺步骤和难度。

在另一实施例中，电致发光层20材料也可以为溶液中电离带电荷的电致发光量子点材料，通过电沉积方法使电致发光量子点材料沉积在晶体管10表面，相较印刷的制备方法，电沉积方法可以实现大面积、较低成本的量子点制备，采用电沉积方法制备量子点层对量子点的损害最小，且电泳沉积形成的量子点层形貌光滑、质地均匀致密，可以通过控制电场强度、沉积时间、电致发光量子点材料、浓度以及其电荷量，来控制形成的量子点层的厚度、堆积密度以及折射率等，因此，电泳方法具有厚度控制精确、量子点损伤小、操作简单、成本低等优点，且易于与光刻技术结合，选择性电泳沉积形成各种图案，图案的精度可以控制在数个纳米范围，最小甚至达到2nm，电泳技术尤其适于大规模制备高精度、高PPI的器件，电泳沉积技术还不仅仅局限于刚性基板，还可以扩展到柔性基板、3D结构以及其它复杂结构表面。电泳方法制备的量子点层的厚度可以精确控制在从几纳米到几十微米的大范围内，不仅能够满足液晶显示器的颜色转换层厚度要求，也能满足OLED、Micro-LED和QLED的精度要求。

通过对电沉积形成的量子点层的形貌和稳定性研究得知：电沉积形成的量子点薄膜比旋涂制备的量子点薄膜由更大的粒子组成，沉积的量子点不会被溶剂溶解和分散，可以稳定地附着，有效地避免了平面内多色量子点图案的交叉污染，这些特性增加了有效光程长度，从而增强了内部活性物质的吸收和发射。因此，用电沉积制备的量子点薄膜可能比旋涂制备的量子点薄膜具有更好的发光性能。研究还发现：量子点的激发光谱和发射光谱在电沉积前后保持不变，因此，和旋涂相比，电沉积制备的量子点薄膜具有更高的亮度转换效率。

进一步的，在一具体实施例中，溶液中电离带电荷的电致发光量子点材料可以包括量子点核和包覆量子点核的配体壳，配体壳在溶液中可带正电荷或负电荷，配体壳和量子点核中至少一种能够电致发光。上述溶液中带电荷的电致发光量子点材料可均匀分散于溶液中，也叫胶体量子点，均匀分散于溶液后，在电场作用下可发生电沉积现象。进一步的，在一具体实施例中，量子点核可以为上述的任意光致发光的无机半导体量子点材料，此时需使有机配体为能电致发光且在溶液中电离带电荷的有机小分子或有机高分子聚合物，在另一具体实施例中，量子点核也可以为上述的任意电致发光的无机半导体量子点材料，此时有机配体壳具体可以为在溶液中带电荷的有机配体，例如，优选含有-OH基、-COOH基、-NH₂基、-NH-基和-NH₄基等中的任意一种或两种以上的有机小分子或有机高分子聚合物，具体的，例如，聚乙二醇等。在另一具体实施例中，量子点核可以为上述的任意电致发光的无机半导体量子点材料，此时有机配体壳也可以为能电致发光且在溶液中带电荷的有机配体。

当电致发光层20材料为溶液中能带电荷的电致发光量子点材料时，优选采用电沉积方法制备电致发光层20，只需将裸露待沉积表面的器件置于胶体溶液中，对胶体溶液通电源，在电场的作用下，溶液中电离带电荷的电致发光量子点材料(即胶体量子点)便可在溶液中运动并沉积到指定位置。

在另一具体实施例中，电致发光层20也可以包括依次层叠的有机电致发光材料层和量子点材料层，有机电致发光材料层材料可以为上述任意的有机电致发光材料，量子点材料层可以为上述任意的光致发光的无机半导体量子点材料层，当然也可以为上述任意的电致发光的无机半导体量子点材料层。可以采用旋涂、印刷或打印的方法依次形成于器件上，避免制备Micro-LED芯片阵列，以及不必使用倒装焊技术，不仅结构更简单，而且大大降低制备工艺步骤和难度。

晶体管10可以为任何晶体管，按材料可以分为硅基晶体管(其导电层11材料为硅)、锗基晶体管(其导电层11材料为锗)、化合物半导体晶体管(其导电层11材料可以为碳化硅、砷化镓、氮化镓、砷化铟、氮化铟、铟镓锌氧化物等)，上述每种材料的晶体管10的结构都可以是PNP晶体管、NPN晶体管或PPN晶体管，每种结构的晶体管又可以分为耗尽型和增强型。

参考图1～3，在本申请中，电致发光层20包括阵列排列的多个发光单元，各发光单元的显示颜色可以相同，也可以不相同，当各发光单元的显示颜色不尽相同时，可以构建全彩显示器件。可以通过改变各发光单元的电致发光层20的材料或直径等，以在相同的电流下显示不同的颜色。

发光单元的形状可以为任意形状，例如，可以是圆形、椭圆形、长方形、正方形、六边形、菱形等，发光单元可以分别沿呈一定夹角的两个方向阵列排布，也可以沿一个方向依次排列，例如，长条状的发光单元沿一个方向依次排列。

当然，电致发光层20也可以为连续的层结构。

参考图1～3，在一具体实施例中，晶体管10包括依次层叠的导电层11、绝缘层12和栅极层13，绝缘层12和栅极层13依次层叠于导电层11的沟道区113上方。

参考图1，在本具体实施例中，导电层11为P型衬底，P型衬底的源极区111和漏极区112分别为高浓度n扩散区，两个高浓度n扩散区之间为沟道区113，即形成n型导电沟道区，该晶体管10即NPN晶体管。增强型NPN晶体管必须在栅极上施加正向偏压，且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生。耗尽型NPN晶体管是指在不加栅压(即栅源电压为零)时，就有导电沟道产生。

对于上述NPN晶体管，当采用电沉积方法制备电致发光层20时，由于源极区111和漏极区112分别为高浓度n扩散区，即源极区111和漏极区112极性相同，则电沉积至源极区111和漏极区112的溶液中能带电荷的电致发光量子点材料的极性与高浓度n扩散区极性相反。

参考图2，在另一具体实施例中，导电层11为N型衬底，N型衬底的源极区111和漏极区112分别为高浓度P扩散区，两个高浓度P扩散区之间为沟道区113，即形成P型导电沟道区，该晶体管即PNP晶体管。增强型PNP晶体管必须在栅极上施加正向偏压，且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生。耗尽型PNP晶体管是指在不加栅压(即栅源电压为零)时，就有导电沟道产生。

对于上述PNP晶体管，当采用电沉积方法制备电致发光层20时，由于源极区111和漏极区112分别为高浓度P扩散区，即源极区111和漏极区112极性相同，则电沉积至源极区111和漏极区112的溶液中能带电荷的电致发光量子点材料(即胶体量子点)的极性与高浓度P扩散区极性相反。

参考图3，在另一具体实施例中，导电层11为P型衬底，P型衬底的源极区111为高浓度P扩散区，漏极区112为低浓度N扩散区，该晶体管即PPN晶体管，此时，源极区111和漏极区112的极性相反，则电沉积至源极区111的溶液中能带电荷的电致发光量子点材料的极性与高浓度P扩散区极性相反，电沉积至漏极区112的溶液中能带电荷的电致发光量子点材料的极性与低浓度N扩散区极性相反。

当源极区111和漏极区112的极性相同时，源极区111和漏极区112上方的溶液中能带电荷的电致发光量子点材料的极性也相同，可以同时电沉积相同颜色的电致发光量子点材料。

当源极区111和漏极区112的极性不相同时，源极区111和漏极区112上方的溶液中能带电荷的电致发光量子点材料的极性也不相同，可以依次电沉积不同颜色的电致发光量子点材料。

本发明还提供了一种上述彩色发光结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：形成晶体管10的导电层11，导电层11包括源极区111、漏极区112和位于源极区111和漏极区112之间的沟道区113。

具体的，参考图1～图3，形成导电层11后，依次形成绝缘层12和栅极层13，然后露出源极区111和/或漏极区112的表面，可以采用离子注入或空穴注入的方法在导电层11的源极区111和/或漏极区112掺杂离子或空穴。

步骤2：在源极区111和/或漏极区112表面分别形成电致发光层20。

在本步骤中，可以采用旋涂、印刷、打印或电沉积方法在源极区111和/或漏极区112表面分别形成电致发光层20。

参考图4，在一具体实施例中，当采用电沉积法时，包括以下步骤：

步骤21：配制胶体量子点溶液，将上述的任意溶液中电离带电荷的电致发光量子点材料分散于溶液中，形成均匀分散的胶体量子点溶液。

在一具体实施例中，选择CdSe/ZnS作为核结构及聚乙二醇作为壳结构制备胶体量子点，采用丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)作为溶液，通常溶液重量份占比约为90wt％(80wt％～95wt％)左右，得到胶体量子点溶液。

步骤22：将步骤21配制好的胶体量子点溶液置于电泳池40中，将步骤1形成的半成品器件置于电泳池40中，将电泳装置的正负电极插入胶体量子点溶液中，并分别连通导电层，向正负电极通电，电泳装置的正、负电极和各晶体管的导电层形成连通电路，各晶体管的导电层中有电流通过，胶体量子点会逐渐沉积到导电层表面。通过控制电场强度、量子点浓度、沉积时间等，控制量子点的厚度。沉积结束后，清洗去除残留在半成品器件表面上的胶体溶液，得到彩色发光结构。

在一具体实施例中，沉积多种颜色的电致发光层以构建全彩显示设备，当沉积一种颜色的电致发光层时，可以在其它颜色的电致发光层上增加光刻胶掩模，如此反复，形成多种颜色的电致发光层。本发明还公开了一种发光模组，包括上述的彩色发光结构。具体的，发光模组包括驱动面板，驱动面板包括基板30和设置于基板30上的晶体管阵列，晶体管阵列包括多个上述的彩色发光结构中的晶体管10，晶体管10的导电层11的源极区111和/或漏极区112表面设置有电致发光层20，晶体管阵列为各电致发光层20提供电源和驱动控制，可以通过调整各晶体管的导电层的电流大小激发电致发光层20发出不同颜色的光。

在一具体实施例中，晶体管阵列包括多个像素显示晶体管和多个像素驱动晶体管，各像素显示晶体管的导电层11表面均设置有电致发光层20，各像素显示晶体管分别为其导电层上方的电致发光层20提供电源，像素驱动晶体管为像素显示晶体管提供驱动控制。通常，多个像素显示晶体管阵列分布于显示区域(显示区域对应显示屏等显示设备的位置)，像素驱动晶体管分布于像素显示晶体管阵列的外围，像素驱动晶体管位于非显示区域。

本发明还公开了上述的发光模组的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：提供基板30，在基板30上形成晶体管阵列，晶体管10阵列包括多个晶体管10，且露出待沉积量子点的源极区111和/或漏极区112表面。

步骤2：在露出的源极区111和/或漏极区112表面形成电致发光层20。具体可以采用旋涂、印刷、打印或电沉积方法在源极区111和/或漏极区112表面分别形成电致发光层20。

本发明的发光模组可以作为电子手表、手机、平板、笔记本电脑以及电视的发光或显示设备，也可以制作大面积显示屏，具有低功耗、高色彩纯度、高色彩鲜艳度、长寿命等优点，另，由于电致发光层20为一薄层，直接层叠于晶体管10上，更适合做柔性发光或显示设备。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种彩色发光结构，其特征在于，包括晶体管和电致发光层，所述电致发光层设置于所述晶体管表面，所述晶体管驱动所述电致发光层发光；

所述晶体管包括导电层，所述导电层包括源极区、漏极区和位于所述源极区和所述漏极区之间的沟道区，所述电致发光层设置于所述导电层的所述源极区和/或所述漏极区表面。

2.根据权利要求1所述的彩色发光结构，其特征在于，所述电致发光层的材料为电致发光的无机半导体量子点材料、有机电致发光材料、溶液中电离带电荷的电致发光量子点材料或有机电致发光材料结合光致发光的无机半导体量子点材料形成的复合材料；

或者所述电致发光层包括依次层叠的有机电致发光材料层和量子点材料层，所述有机电致发光材料层设置于所述导电层的所述源极区和/或所述漏极区表面。

3.根据权利要求2所述的彩色发光结构，其特征在于，所述电致发光的无机半导体量子点材料选自IIB-VIA族半导体量子点纳米颗粒和IB-IIIA-VIA族半导体量子点纳米颗粒中的一种或两种以上；

所述有机电致发光材料为有机小分子电致发光材料或有机高分子聚合物电致发光材料；

所述溶液中电离带电荷的电致发光量子点材料包括量子点核和包覆所述量子点核的配体壳，所述配体壳在溶液中电离带电荷；

所述光致发光的无机半导体量子点材料选自IIIA-VA族半导体量子点纳米颗粒。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的彩色发光结构，其特征在于，所述晶体管为消耗性或增强型PNP硅基晶体管、消耗性或增强型PNP锗基晶体管、消耗性或增强型PNP化合物半导体晶体管、消耗性或增强型NPN硅基晶体管、消耗性或增强型NPN锗基晶体管、消耗性或增强型NPN化合物半导体晶体管、消耗性或增强型PPN硅基晶体管、消耗性或增强型PPN锗基晶体管或消耗性或增强型PPN化合物半导体晶体管。

5.根据权利要求4所述的彩色发光结构，其特征在于，当所述电致发光层设置于所述导电层的所述源极区和所述漏极区表面时，所述源极区和所述漏极区上的所述电致发光层显示相同颜色或不同颜色。

6.一种彩色发光结构的制备方法，其特征在于，包括以下过程：

形成晶体管的导电层，所述导电层包括源极区、漏极区和位于所述源极区和所述漏极区之间的沟道区；

在所述源极区和/或所述漏极区表面分别形成电致发光层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用旋涂、印刷、打印或电沉积方法在所述源极区和/或所述漏极区表面分别形成所述电致发光层。

8.一种发光模组，其特征在于，包括如权利要求1～5中任意一项所述的彩色发光结构。

9.根据权利要求8所述的发光模组，其特征在于，包括驱动面板，所述驱动面板包括基板和设置于所述基板上的晶体管阵列，所述晶体管阵列包括多个所述彩色发光结构中的所述晶体管，所述晶体管的所述导电层的所述源极区和/或所述漏极区表面设置有所述电致发光层。

10.一种发光模组的制备方法，其特征在于，包括以下过程：

提供如权利要求9所述的基板，在所述基板上形成所述晶体管阵列，且露出所述源极区和/或所述漏极区表面；

在露出的所述源极区和/或所述漏极区表面形成所述电致发光层。

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