CN114551693A - 量子点高效填充方法、光色转换结构及发光芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种量子点高效填充方法，采用含有带电荷的量子点的量子点溶液，将需填充量子点的多孔结构置于量子点溶液中，然后对量子点溶液施加电场，借由电场驱使带电荷的量子点朝多孔结构中的孔洞运动并注入孔洞中，从而实现将量子点填充在多孔结构的孔洞中，量子点填充效率高，且填充系数高，可以减少漏光，实现更高的光色转换效率。另，本发明还公开一种采用该填充方法填充量子点的光色转换结构及发光芯片。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种量子点高效填充方法、光色转换结构及发光芯片。
背景技术
由于LED芯片具有较好的节能效果和较高的亮度，近年来，LED芯片成为最受重视的光源技术，被广泛应用于生产、生活的各个行业。
现有技术中，LED芯片通常由氮化镓制成，使用氮化镓制成的LED芯片只能发出蓝光和绿光，而不能发出其它颜色的光，比如红光，不能满足应用需要。因此，在将LED芯片应用于显示领域时，需要AlInGaP四元系统的红光芯片配合，才能显示全彩画面。但在小间距或微间距LED显示中，生产良率低的红光芯片的成本高昂，且芯片难以进一步缩小，故提出了采用量子点进行光色转换来实现发出红光的替代方案。现有技术中，是将红光量子点以浸绩的方式注入多孔结构中，量子点填充效率低下，且填充系数低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种填充效率高、填充系数高的量子点填充方法及采用该填充方法填充量子点的光色转换结构、发光芯片。
为实现上述目的，本发明提供了一种量子点高效填充方法，包括：
提供具有多个孔洞的多孔结构和含有带电荷的量子点的量子点溶液；
将所述多孔结构置于所述量子点溶液中；
对所述量子点溶液施加电场，借由所述电场驱使所述带电荷的量子点朝所述多孔结构中的孔洞运动并注入所述孔洞中。
在一些实施例中，所述电场的方向与所述多孔结构中的孔洞的延伸方向平行。
在一些实施例中，所述多孔结构不导电，在所述对所述量子点溶液施加电场之前，还包括：设置正电极和负电极，所述正电极和负电极分别位于所述多孔结构相对的两侧；所述对所述量子点溶液施加电场包括：在所述正电极与负电极施加电压，使所述正电极与负电极之间形成所述电场。
在一些实施例中，所述多孔结构导电，在所述对所述量子点溶液施加电场之前，还包括：设置第一电极，所述第一电极与所述多孔结构相对且间距设置；所述对所述量子点溶液施加电场包括：在所述第一电极与所述多孔结构施加电压，使所述第一电极与所述多孔结构之间形成所述电场。
在一些实施例中，所述的量子点高效填充方法还包括：将完成量子点注入的多孔结构从所述量子点溶液中取出，并对取出的多孔结构中的所述带电荷的量子点进行电荷中和。
在一些实施例中，所述的量子点高效填充方法还包括：将完成量子点注入的多孔结构从所述量子点溶液中取出，并对取出的多孔结构进行干燥处理。
在一些实施例中，所述多孔结构包括生长衬底和生长在所述生长衬底上的外延层，所述外延层具有所述孔洞。
在一些实施例中，所述外延层包括N型外延层，所述N型外延层具有所述孔洞。
为实现上述目的，本发明还提供了一种光色转换结构，用于设置在发光芯片的出光面，以将所述发光芯片发出的光转换为目标光色，所述光色转换结构采用如上所述的量子点高效填充方法填充量子点。
为实现上述目的，本发明还提供了一种发光芯片，所述发光芯片采用如上所述的量子点高效填充方法填充量子点。
与现有技术相比，本发明提供的量子点高效填充方法，采用含有带电荷的量子点的量子点溶液，将需填充量子点的多孔结构置于量子点溶液中，然后对量子点溶液施加电场，借由电场驱使带电荷的量子点朝多孔结构中的孔洞运动并注入孔洞中，从而实现将量子点填充在多孔结构的孔洞中，量子点填充效率高，且填充系数高，可以减少漏光，实现更高的光色转换效率。
附图说明
图1是本发明一实施例量子点填充示意图。
图2是本发明一实施例量子点在电场作用下注入孔洞的示意图。
图3是本发明一实施例光色转换结构的示意图。
图4是本发明另一实施例量子点填充示意图。
图5是本发明一实施例发光芯片的示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的内容、构造特征、所实现目的及效果，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
以下，结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明：
实施例一
本实施例提供了一种量子点高效填充方法，用于光色转换结构中的量子点填充，以实现可以将LED芯片发出的光转换成目标光色，从而实现采用制作工序简单的LED芯片和光色转换结构来替代通过现有技术制作复杂的LED芯片，例如，采用蓝光LED芯片，在蓝光LED芯片的出光面设置光色转换结构，实现发出红光，替代现有制作复杂，成本高昂的红光LED芯片。
请参阅图1、图2，本实施例提供的量子点高效填充方法，包括以下步骤S1至步骤S5。
S1，提供具有多个孔洞1的多孔结构2和含有带电荷的量子点3的量子点溶液4。
其中，多孔结构2可以为具有多个孔洞1的片状结构件，例如具有多个孔洞的蓝宝石衬底，在多孔结构2的孔洞1中填充量子点后，可以设置在LED芯片的出光面上，实现将LED芯片发出的光转换为目标光色，例如，将LED芯片发出的蓝光转换为红光，量子点为被蓝光激发后可以转换为红光发出的量子点。
其中，带电荷的量子点3可以是带正电荷的量子点，也可以是带负电荷的量子点。含有带正电荷的量子点的量子点溶液可以通过以下方式制成：
在油胺中通过溶液法合成第一AxMyEz体系材料(CdSe)，滴加包覆层材料，得到核壳结构的量子点材料，再将核壳结构的量子点材料置于溶剂中，然后加入溴化四丁基铵盐，调节pH为8，温度为200℃，进行键合反应20min，得到含有带正电电荷的量子点的量子点溶液。
含有带负电荷的量子点的量子点溶液可以通过以下方式制成：
在油酸中通过溶液法合成第二AxMyEz体系材料(CdSe)，滴加PVDF，得到核壳结构的量子点材料，经过提纯后再将核壳结构量子点材料置于溶剂中，加入乙醇钠，调节pH为6，温度为200℃，进行键合反应20min，得到含有带负电荷的量子点的量子点溶液。
在制备带电荷的量子点溶液4时，可依据所需转换成的目标光色，选取不同粒径的量子点材料，比如，粒径为5nm的量子点材料，其发光峰值波长大约在530nm(发绿光)，粒径为10nm的量子点材料，其发光峰值波长大约在630nm(发红光)。根据目标光色的需求，也可适当选用其他不同的粒径、不同的量子点体系材料制备带电荷的量子点的量子点溶液4。
S2，将多孔结构2置于量子点溶液4中。
其中，多孔结构2在量子点溶液4中可以是竖直放置，此时，多孔结构2中的孔洞1的开口朝上或者朝下(以附图图1、图2所示角度为例)。多孔结构2在量子点溶液4中也可以是水平放置，此时，多孔结构2中的孔洞1的开口朝左或者朝右(以附图图1、图2所示角度为例)。多孔结构2在量子点溶液4中还可以是倾斜放置，例如，多孔结构2在量子点溶液4中呈45度倾斜放置等。
S3，对量子点溶液4施加电场，借由电场驱使带电荷的量子点3朝多孔结构2中的孔洞1运动并注入孔洞1中，直至多孔结构2中的孔洞1注入的量子点3达到要求。
其中，电场的方向可以为指向多孔结构2中的孔洞开口；电场的方向也可以为背向多孔结构2中的孔洞开口。电场的方向可以是与多孔结构2中的孔洞1的延伸方向平行，孔洞1的延伸方向是指与孔洞1的开口相对的孔壁与孔洞开口所在直线；电场的方向也可以是与多孔结构2中的孔洞1的延伸方向成角度，但，要求所成角度需满足带电荷的量子点3能够注入孔洞1中，例如，电场的方向与多孔结构2中的孔洞1的延伸方向成30度。
在该实施例中，带电荷的量子点3所带电荷为正电荷，电场的方向为指向多孔结构2中的孔洞开口处，且正对孔洞开口。如图1、图2所示，多孔结构2中的孔洞1为竖直延伸，孔洞开口朝上，电场的方向为竖直向下，带正电荷的量子点3在电场的驱使下向下运动注入孔洞1中。
在图1所示实施例中，多孔结构2不导电，在对量子点溶液4施加电场之前，还设置了正电极5和负电极6，使正电极5和负电极6分别位于多孔结构2的上下两侧。然后，再在正电极5和负电极6施加电压，使正电极5和负电极6之间形成电场，实现对量子点溶液4施加电场，电场的方向为竖直向下。
在一些实施例中，带电荷的量子点3所带电荷可以为负电荷，此时，电场的方向应为背向多孔结构2中的孔洞开口处。以图1、图2所示角度为例，电场的方向应为竖直向上，此时，正电极5应位于下侧，负电极6应位于上侧，带负电荷的量子点3在电场的驱使下向下运动注入孔洞1中。
S4，将完成量子点注入的多孔结构2从量子点溶液4中取出，并对取出的多孔结构2中的带电荷的量子点1进行电荷中和。
其中，可以采用离子气体发生装置(图未示)，如离子风机朝多孔结构2吹出离子气体实现电荷中和，例如，带电荷的量子点3所带电荷为正电荷，采用离子风机朝多孔结构2吹出带有负电荷的氮离子气体，此时，量子点3所带的正电荷与氮离子气体进行电荷中和反应，实现电荷中和；再例如，带电荷的量子点3所带电荷为负电荷，采用离子风机朝多孔结构2吹出带有正电荷的氩离子气体，此时量子点3所带的负电荷与氩离子气体进行电荷中和反应，实现电荷中和。
S5，对多孔结构2进行干燥处理。具体的，可以是采用低温热烘等工艺对多孔结构2进行干燥处理。
可以理解的是，在一些实施例中，在步骤S5之后，还可以进一步在多孔结构2的孔洞开口侧设置保护层7，通过保护层7遮覆孔洞开口，避免孔洞1中的量子点3泄露和暴露于水汽或氧气中，制成的光色转换结构如图3所示。
实施例二
与上述实施例一不同的是，在该实施例中，多孔结构2导电，利用多孔结构2作为一个电极，在步骤S3中对量子点溶液4施加电场之前，仅设置了一第一电极8，并使第一电极8与多孔结构2呈上下相对且间距设置，如图4所示。
在该实施例中，带电荷的量子点3所带电荷为正电荷，在步骤S3中，在第一电极8施加正电压，在多孔结构2施加负电压，使第一电极8与多孔结构2之间形成电场，实现对量子点溶液4施加电场，电场的方向为竖直向下。带电荷的量子点3所带电荷为正电荷，通过在多孔结构2施加负电压，可以获得更好的量子点注入效果。
可以理解的是，如上述实施例一中，带电荷的量子点3所带电荷也可以为负电荷，此时，可以在第一电极8施加负电压，在多孔结构2施加正电压，使得带负电荷的量子点3可以在电场的驱使下朝多孔结构2中的孔洞1运动并注入孔洞1中。
与上述实施例一同样的，导电的多孔结构2在量子点溶液4中可以是竖直放置，也可以是水平放置，还可以是倾斜放置；电场的方向可以是与多孔结构2中的孔洞1的延伸方向平行，也可以是与多孔结构2中的孔洞1的延伸方向成角度。
同上述实施例一中，量子点的具体填充过程可以参照上述实施例一中的描述，在此不再赘述。
实施例三
本实施例提供了一种量子点高效填充方法，作为发光芯片制作过程的一部分，用于发光芯片中的量子点填充，以利用量子点使发光芯片能够发出目标光色，从而可以实现在例如氮化镓外延层的基础上制造出红光LED芯片，替代现有制作复杂，成本高昂的红光LED芯片，节约成本。
与上述实施例一不同的是，在该实施例中，多孔结构2包括生长衬底21和生长在生长衬底21上制作发光芯片的部分外延层，该部分外延层具有孔洞1，如图5所示。通过在部分外延层的孔洞1填充量子点3，然后再进一步制作发光芯片的其它组成结构，从而获得能够发出目标光色的发光芯片。
其中，生长衬底21可以为蓝宝石衬底等，部分外延层包括缓冲层23、本征半导体层24和N型外延层22，N型外延层22远离本征半导体层24的一侧具有孔洞1，在孔洞1中填充量子点3，然后再进一步制作发光层28、P型外延层25、P型电极27以及N型电极26，如图5所示，形成完整的发光芯片。N型外延层22具有较高的电导率，可以更好地提高量子点注入的效果。外延层在生长衬底21的生长方式可以是MBE(分子束外延工艺)、MOCVD(Metal-organicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)、HVPE(Hydride VaporPhase Epitaxy，氢化物气相外延)等。
可以是在低温，低V族元素(N)与III族元素(Ga)比，高压情况下，利用氢化物气相外延法在生长衬底21上快速生长出分布有孔洞1的N型外延层22，也可以是利用电化学腐蚀法，在N型外延层22形成孔洞1。
一般的，发光芯片包括有依次设置的生长衬底、缓冲层、本征半导体层、N型外延层(如N型GaN外延层)、发光层及P型外延层(如P型GaN外延层)，N型外延层背离半导体本征层的一面、P型外延层背离N型外延层的一面分别设有P型电极、N型电极。
参阅图5所示，图5示出了利用本实施例的量子点高效填充方法对多孔结构2中的孔洞1填充量子点3后，进一步制作P型外延层25、P型电极27、N型电极26后获得的发光结构的示意图，该发光结构可以是单颗的发光芯片，如图5所示；也可以是包括可以制成多个单颗的发光芯片的结构，具体可以是，对该发光结构进行切割，便可获得多个单颗的发光芯片。
同上述实施例一、实施例二中，量子点的具体填充过程可以参照上述实施例一、实施例二中的描述，在此不再赘述。
综上，本发明提供的量子点高效填充方法，采用含有带电荷的量子点3的量子点溶液4，将需填充量子点3的多孔结构2置于量子点溶液4中，然后对量子点溶液4施加电场，借由电场驱使带电荷的量子点3朝多孔结构2中的孔洞1运动并注入孔洞1中，从而实现将量子点3填充在多孔结构2的孔洞1中，量子点填充效率高，且填充系数高，可以减少漏光，实现更高的光色转换效率。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种量子点高效填充方法，其特征在于，包括：
提供具有多个孔洞的多孔结构和含有带电荷的量子点的量子点溶液；
将所述多孔结构置于所述量子点溶液中；
对所述量子点溶液施加电场，借由所述电场驱使所述带电荷的量子点朝所述多孔结构中的孔洞运动并注入所述孔洞中。
2.如权利要求1所述的量子点高效填充方法，其特征在于，所述电场的方向与所述多孔结构中的孔洞的延伸方向平行。
3.如权利要求1所述的量子点高效填充方法，其特征在于，
所述多孔结构不导电，在所述对所述量子点溶液施加电场之前，还包括：设置正电极和负电极，所述正电极和负电极分别位于所述多孔结构相对的两侧；
所述对所述量子点溶液施加电场包括：在所述正电极与负电极施加电压，使所述正电极与负电极之间形成所述电场。
4.如权利要求1所述的量子点高效填充方法，其特征在于，
所述多孔结构导电，在所述对所述量子点溶液施加电场之前，还包括：设置第一电极，所述第一电极与所述多孔结构相对且间距设置；
所述对所述量子点溶液施加电场包括：在所述第一电极与所述多孔结构施加电压，使所述第一电极与所述多孔结构之间形成所述电场。
5.如权利要求1所述的量子点高效填充方法，其特征在于，还包括：
将完成量子点注入的多孔结构从所述量子点溶液中取出，并对取出的多孔结构中的所述带电荷的量子点进行电荷中和。
6.如权利要求1所述的量子点高效填充方法，其特征在于，还包括：
将完成量子点注入的多孔结构从所述量子点溶液中取出，并对取出的多孔结构进行干燥处理。
7.如权利要求1至6任一项所述的量子点高效填充方法，其特征在于，所述多孔结构包括生长衬底和生长在所述生长衬底上的外延层，所述外延层具有所述孔洞。
8.如权利要求7所述的量子点高效填充方法，其特征在于，所述外延层包括N型外延层，所述N型外延层具有所述孔洞。
9.一种光色转换结构，用于设置在发光芯片的出光面，以将所述发光芯片发出的光转换为目标光色，其特征在于，所述光色转换结构采用如权利要求1-6任一项所述的量子点高效填充方法填充量子点。
10.一种发光芯片，其特征在于，所述发光芯片采用如权利要求7或8所述的量子点高效填充方法填充量子点。
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