CN117637967A - 一种全彩显示MicroLED芯片结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种全彩显示MicroLED芯片结构及制备方法，其包括衬底，以及在所述衬底上阵列排布的蓝光芯片，连续布置的三个蓝光芯片构成一个芯片单元；其中，所述芯片单元中的一个蓝光芯片上依次设置有第一布拉格反射镜层、红光量子点层和第二布拉格反射镜层,以形成显示红光的红光芯片；所述芯片单元中的另一个蓝光芯片上依次设置有第一布拉格反射镜层、绿光量子点层和第二布拉格反射镜层,以形成显示绿光的绿光芯片。本申请可以解决相关技术中量子点色彩转换全彩MicroLED方案存在低发光效率的问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体发光器件技术领域，特别涉及一种全彩显示MicroLED芯片结构及制备方法。
背景技术
MicroLED作为一种新兴的显示技术，具有高分辨率、低功耗、高亮度和快速响应时间等优点，因此在高分辨率显示、可穿戴设备、增强现实和高速可见光通信等领域有着重要的应用价值。尤其是全彩显示MicroLED，可以实现红绿蓝三色发光，因此在对像素尺寸和像素间距要求更高的全彩显示领域具有更大的优势。
目前，量子点色彩转换全彩MicroLED方案存在诸多问题，如低发光效率、材料不稳定和色彩不均匀等等。
这些问题需要进一步研究解决。
发明内容
本申请实施例提供一种全彩显示MicroLED芯片结构及制备方法，以解决相关技术中量子点色彩转换全彩MicroLED方案存在低发光效率的问题。
第一方面，提供了一种全彩显示MicroLED芯片结构，其包括：
衬底；
以及，在所述衬底上阵列排布的蓝光芯片，连续布置的三个蓝光芯片构成一个芯片单元；
其中，所述芯片单元中的一个蓝光芯片上依次设置有第一布拉格反射镜层、红光量子点层和第二布拉格反射镜层,以形成显示红光的红光芯片；
所述芯片单元中的另一个蓝光芯片上依次设置有第一布拉格反射镜层、绿光量子点层和第二布拉格反射镜层,以形成显示绿光的绿光芯片。
一些实施例中，所述红光量子点层采用II-VI族或者III-V族材料；
和/或，所述绿光量子点层采用II-VI或者III-V族材料。
一些实施例中，II-VI族材料包括CdS、CdSe、CdTe或ZnSe；
III-V族材料包括InP、InAs或InGaAs。
一些实施例中，所述红光量子点层厚度为20～80μm；
和/或，所述绿光量子点层厚度为20～80μm。
一些实施例中，所述蓝光芯片的长宽均为1～100μm，相邻蓝光芯片的间距大于所述蓝光芯片的长宽。
一些实施例中，所述第一布拉格反射镜层为高折射率的薄膜和低折射率的薄膜交替堆叠而成；
和/或，所述第二布拉格反射镜层为高折射率的薄膜和低折射率的薄膜交替堆叠而成。
一些实施例中，高折射率的薄膜和低折射率的薄膜形成的组合选自Ta2O5/SiO2、TiO2/Al2O3、TiO2/SiO2、HfO2/S iO2。
一些实施例中，高折射率的薄膜和低折射率的薄膜的厚度d＝λ/(4n)，其中，d为薄膜厚度，λ为蓝色激发光的中心波长，n为薄膜的折射率。
一些实施例中，所述第一布拉格反射镜层由4层54nm厚的Ta2O5薄膜和3层77nm厚的SiO2薄膜交替堆叠而成；
所述第二布拉格反射镜层由16层54nm厚的Ta2O5薄膜和15层77nm厚的SiO2薄膜交替堆叠而成。
第二方面，提供了一种如上任一所述的全彩显示MicroLED芯片结构的制备方法，其包括如下步骤：
在衬底表面上阵列排布蓝光芯片，并划分芯片单元；
芯片单元中的两个蓝光芯片上沉积第一布拉格反射镜层；
在两个蓝光芯片的第一布拉格反射镜层上分别涂覆红光量子点层和绿光量子点层；
在红光量子点层和绿光量子点层上沉积第二布拉格反射镜层。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请通过在蓝光芯片表面引入谐振腔量子点，蓝色激发光被束缚在谐振腔内产生谐振，促进量子点和蓝色激发光的相互作用，从而提升了量子点的发光效率，最终增强MicroLED芯片的发光效率。
对于传统基于量子点的全彩显示MicroLED中，量子点的吸收效率较低，部分激发光未被吸收。为了消除未被吸收的激发光，通常会插入一定厚度的蓝色滤光片。本申请不需要滤光片，可以减小MicroLED芯片厚度，降低制造难度。
由于本申请的量子点发光效率高，在相同发光强度下，相比于传统基于量子点的全彩显示MicroLED，可以显著减少量子点的使用量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。
图1为本申请实施例中衬底上沉积蓝光芯片的示意图；
图2为本申请实施例中蓝光芯片上布置第一布拉格反射镜层的示意图；
图3为本申请实施例中第一布拉格反射镜层上布置红光量子点层和绿光量子点层的示意图；
图4为本申请实施例中红光量子点层和绿光量子点层上布置第二布拉格反射镜层的示意图；
图5为本申请实施例提供的第一布拉格反射镜层示意图；
图6为本申请实施例提供的第二布拉格反射镜层示意图。
图中：101、衬底；102、蓝光芯片；103、第一布拉格反射镜层；104、红光量子点层；105、绿光量子点层；106、第二布拉格反射镜层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1、图2、图3和图4所示，本申请实施例提供了一种全彩显示MicroLED芯片结构，其包括衬底101以及在所述衬底101上阵列排布的蓝光芯片102，连续布置的三个蓝光芯片102构成一个芯片单元；其中，所述芯片单元中的一个蓝光芯片102上依次设置有第一布拉格反射镜层103、红光量子点层104和第二布拉格反射镜层106,以形成显示红光的红光芯片；所述芯片单元中的另一个蓝光芯片102上依次设置有第一布拉格反射镜层103、绿光量子点层105和第二布拉格反射镜层106,以形成显示绿光的绿光芯片。
本申请中，第一布拉格反射镜层、量子点层和第二布拉格反射镜层共提供构成了谐振腔量子点，构成芯片单元的三个蓝光芯片中，一个蓝光芯片正常发出蓝色激发光，如图1中标记B；一个蓝光芯片发出的蓝色激发光经过第一布拉格反射镜层后，被束缚在谐振腔内产生谐振，激发红光量子点层发生红光，最后红光穿过第二布拉格反射镜层，从顶部出射，如图1中标记R；一个蓝光芯片发出的蓝色激发光经过第一布拉格反射镜层后，被束缚在谐振腔内产生谐振，激发绿光量子点层产生绿光，最后绿光穿过第二布拉格反射镜层，从顶部出射，如图1中标记G。可见，本申请的芯片单元同时具备了发出蓝色激发光、红色激发光和绿色激发光的芯片。
本申请通过在蓝光芯片表面引入谐振腔量子点，蓝色激发光被束缚在谐振腔内产生谐振，促进量子点和蓝色激发光的相互作用，从而提升了量子点的发光效率，最终增强MicroLED芯片的发光效率。
对于传统基于量子点的全彩显示MicroLED中，量子点的吸收效率较低，部分激发光未被吸收。为了消除未被吸收的激发光，通常会插入一定厚度的蓝色滤光片。本申请不需要滤光片，可以减小MicroLED芯片厚度，降低制造难度。
由于本申请的量子点发光效率高，在相同发光强度下，相比于传统基于量子点的全彩显示MicroLED，可以显著减少量子点的使用量。
可以理解的是，所述蓝光芯片102沿横向和纵向均匀排列，以形成阵列分布。
可以理解的是，连续布置的三个蓝光芯片102，可以是横向的连续三个蓝光芯片102，也可以是纵向的连续三个蓝光芯片102。根据实际设计需要，还可以是横向和纵向共同构成“L”形状的连续三个蓝光芯片102。
本申请中，所述红光量子点层104所用的材料和所述绿光量子点层105所用的材料有多种选择。
比如，作为示例，所述红光量子点层104采用II-VI族或者III-V族材料。
再比如，作为示例，所述绿光量子点层105采用II-VI或者III-V族材料。
其中，II-VI族材料包括CdS、CdSe、CdTe或ZnSe等；
III-V族材料包括InP、InAs或InGaAs等。
本申请中，所述红光量子点层104的厚度和所述绿光量子点层105的厚度可以根据实际设计需要确定。
比如，作为示例，所述红光量子点层104厚度为20～80μm。
再比如，作为示例，所述绿光量子点层105厚度为20～80μm。
本申请中，所述蓝光芯片102的长宽可以根据实际设计需要确定。
比如，作为示例，所述蓝光芯片102的长宽均为1～100μm，相邻蓝光芯片102的间距大于所述蓝光芯片102的长宽。
本申请中，所述第一布拉格反射镜层103为高折射率的薄膜和低折射率的薄膜交替堆叠而成。
所述第二布拉格反射镜层106为高折射率的薄膜和低折射率的薄膜交替堆叠而成。
高折射率的薄膜和低折射率的薄膜材质有多种选择。
比如，作为示例，于：高折射率的薄膜和低折射率的薄膜形成的组合选自Ta2O5/SiO2、TiO2/Al2O3、TiO2/SiO2、HfO2/SiO2。
本申请中，高折射率的薄膜和低折射率的薄膜的厚度d＝λ/(4n)，其中，d为薄膜厚度，λ为蓝色激发光的中心波长，n为薄膜的折射率。
作为一个优选示例，参见图5所示，所述第一布拉格反射镜层103由4层54nm厚的Ta2O5薄膜和3层77nm厚的SiO2薄膜交替堆叠而成。
作为一个优选示例，参见图6所示，所述第二布拉格反射镜层106由16层54nm厚的Ta2O5薄膜和15层77nm厚的SiO2薄膜交替堆叠而成。
通过合理控制布拉格反射镜层的材料和堆叠数量，可以实现谐振腔量子点对红色激发光和绿色激发光的高透过性。
本申请实施例还提供了一种全彩显示MicroLED芯片结构的制备方法，其包括如下步骤：
101：参见图1所示，在衬底101表面上阵列排布蓝光芯片102，并划分芯片单元。
102：参见图2所示，芯片单元中的两个蓝光芯片102上沉积第一布拉格反射镜层103；
103：参见图3所示，在两个蓝光芯片102的第一布拉格反射镜层103上分别涂覆红光量子点层104和绿光量子点层105。
104：参见图4所示，在红光量子点层104和绿光量子点层105上沉积第二布拉格反射镜层106。
本实施例中，通过在蓝光芯片102表面设置谐振腔量子点，实现了全彩MicroLED显示。谐振腔可以促进蓝色激发光和红/绿光量子点的相互作用，提升红/绿光量子点的吸收效率，增强红/绿光的发光效率。同时减少量子点的使用量，降低制造成本。此外，由于谐振腔可以大大降低蓝光的透射率，代替蓝色滤光片的作用，故可以减小的MicroLED芯片的厚度，降低制造难度。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于，其包括：
衬底(101)；
以及，在所述衬底(101)上阵列排布的蓝光芯片(102)，连续布置的三个蓝光芯片(102)构成一个芯片单元；
其中，所述芯片单元中的一个蓝光芯片(102)上依次设置有第一布拉格反射镜层(103)、红光量子点层(104)和第二布拉格反射镜层(106),以形成显示红光的红光芯片；
所述芯片单元中的另一个蓝光芯片(102)上依次设置有第一布拉格反射镜层(103)、绿光量子点层(105)和第二布拉格反射镜层(106),以形成显示绿光的绿光芯片。
2.如权利要求1所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：所述红光量子点层(104)采用II-VI族或者III-V族材料；
和/或，所述绿光量子点层(105)采用II-VI或者III-V族材料。
3.如权利要求2所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：
I I-VI族材料包括CdS、CdSe、CdTe或ZnSe；
III-V族材料包括InP、InAs或InGaAs。
4.如权利要求1所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：所述红光量子点层(104)厚度为20～80μm；
和/或，所述绿光量子点层(105)厚度为20～80μm。
5.如权利要求1所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：所述蓝光芯片(102)的长宽均为1～100μm，相邻蓝光芯片(102)的间距大于所述蓝光芯片(102)的长宽。
6.如权利要求1所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：所述第一布拉格反射镜层(103)为高折射率的薄膜和低折射率的薄膜交替堆叠而成；
和/或，所述第二布拉格反射镜层(106)为高折射率的薄膜和低折射率的薄膜交替堆叠而成。
7.如权利要求6所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：高折射率的薄膜和低折射率的薄膜形成的组合选自Ta2O5/SiO2、TiO2/Al2O3、TiO2/SiO2、HfO2/SiO2。
8.如权利要求6所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：高折射率的薄膜和低折射率的薄膜的厚度d＝λ/(4n)，其中，d为薄膜厚度，λ为蓝色激发光的中心波长，n为薄膜的折射率。
9.如权利要求6所述的全彩显示MicroLED芯片结构，其特征在于：
所述第一布拉格反射镜层(103)由4层54nm厚的Ta2O5薄膜和3层77nm厚的SiO2薄膜交替堆叠而成；
所述第二布拉格反射镜层(106)由16层54nm厚的Ta2O5薄膜和15层77nm厚的SiO2薄膜交替堆叠而成。
10.一种如权利要求1至9任一所述的全彩显示MicroLED芯片结构的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
在衬底(101)表面上阵列排布蓝光芯片(102)，并划分芯片单元；
芯片单元中的两个蓝光芯片(102)上沉积第一布拉格反射镜层(103)；
在两个蓝光芯片(102)的第一布拉格反射镜层(103)上分别涂覆红光量子点层(104)和绿光量子点层(105)；
在红光量子点层(104)和绿光量子点层(105)上沉积第二布拉格反射镜层(106)。
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