一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件及其制备方法，包括一个以上的发光像素，每个发光像素自下至上依次包括像素下电极、下绝缘层、μLED晶粒、上绝缘层、以及像素上电极；其中上绝缘层与下绝缘层使得μLED晶粒与像素下电极、像素上电极之间无直接的电学接触，所述μLED晶粒由交变电场通过电磁耦合点亮。本发明专利技术中μLED晶粒与驱动电极无电学接触，因此可以简化μLED晶粒的结构，并且可以采用喷墨打印、丝网印刷、旋涂、刷涂、滚涂、化学自组装等方法设置μLED晶粒阵列，可避免巨量转移工艺以及μLED晶粒与驱动阵列的复杂键合工艺的使用，有效地缩短μLED器件的制作周期和降低制作成本，有望增强μLED的市场竞争力。

A non electrical contact, no external carrier injection, no mass transfer \u03bc LED light-emitting and display device and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件及其制备方法
本专利技术涉及显示发光器件设计领域，特别是一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件及其制备方法。
技术介绍
在平板显示
中，μLED具备有诸多优势，最显著的是其具备低功耗、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，是一种变革型的新型显示技术，有望取代TFT液晶显示器在平板显示领域内几乎所有的应用。当下μLED的生产工艺延续传统LED制作的方式，通过各类薄膜生长的方法在基本表面生长PN结，后将其切割为微米尺度的小型LED晶粒，通过各类机械工具将具有不同发光颜色的晶粒转移到电路基板上，且需要通过精确对准和键合实现μLED晶粒与驱动电极的精准电学接触，这个过程由于拥有巨量的μLED晶粒需要拾取、放置和键合，因此需要耗费大量的时间，效率低下。此外，传统μLED晶粒制作有N接触电极和P接触电极以便实现外部载流子的注入。然而该电极与μLED晶粒半导体层直接的接触电阻会增大器件的阈值电压且在工作过程中产生焦耳热。为了解决以上问题，提升μLED产业效率，开发、设计新型的μLED成为迫切的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件及其制备方法，能够避免巨量转移工艺以及μLED晶粒与驱动阵列的复杂键合工艺的使用，有效地缩短μLED器件的制作周期和降低制作成本，有望增强μLED的市场竞争力。本专利技术采用以下方案实现：一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，包括一个以上的发光像素，每个发光像素自下至上依次包括像素下电极、下绝缘层、μLED晶粒、上绝缘层、以及像素上电极；其中上绝缘层与下绝缘层使得μLED晶粒与像素下电极、像素上电极之间无直接的电学接触，所述μLED晶粒由交变电场通过电磁耦合点亮。其中交变电场的强度和极性随时间变化。其中，像素下电极与像素上电极包括其附属的连线和驱动模块。像素电极与μLED晶粒之间无直接的电学接触，交变电场通过电磁耦合驱动μLED内部电子-空穴对的周期性震荡，形成辐射复合发光。进一步地，所述μLED晶粒包括P型半导体层、发光层（多量子阱）以及N型半导体层，所述P型半导体层、发光层及N型半导体层堆垛形成在电场作用下能够发光的半导体结。进一步地，所述μLED晶粒中的半导体结包括但不限于单一PN结、单一异质结、包括多个PN结的复合PN结、或者包括PN结与异质结的组合半导体结。进一步地，所述半导体结位于μLED晶粒的表面或者内部。进一步地，所述P型半导体层的厚度为1nm-2.0μm，所述发光层的厚度为1nm-1.0μm，所述N型半导体层的厚度为1nm-2.5μm。进一步地，所述μLED晶粒的尺寸在1nm至1000μm之间，厚度在1nm至100μm之间。进一步地，所述μLED晶粒通过选择不同的半导体材料发出不同颜色的光，包括红外光或紫外光。进一步地，所述μLED晶粒通过采用复合PN结或者组合半导体结能够发出同种颜色的光或者不同混合颜色的光。进一步地，每个像素中μLED晶粒的数量为一个或两个以上，当为两个以上时，所有μLED晶粒位于同一个水平面上，一个像素中所述像素上电极和像素下电极的尺寸均不小于所述该像素中所有μLED晶粒的尺寸之和。进一步地，所述像素上电极、像素下电极中至少有一个是透明电极，使得所述器件可以是两侧全透明的，也可以是一侧透明另一侧不透明。其中，透明电极的材料包括但不限于石墨烯、氧化铟锡、碳纳米管、银纳米线、铜纳米线或其组合；非透明电极的材料包括但不限于金、银、铝、铜或其组合。进一步地，所述上绝缘层、下绝缘层在可见光范围内的光线透过率大于等于80%，其材料包括有机绝缘材料、无机绝缘材料、空气或其组合。进一步地，所述上绝缘层、下绝缘层的厚度均在1nm至1000μm之间。进一步地，所述上绝缘层与下绝缘层均沉积在所述μLED晶粒的表面。或者所述上绝缘层与下绝缘层分别沉积在所述像素上电极与像素下电极的表面。进一步地，所述的交变电场的电压波形包括但不限于正弦波、三角波、方波、脉冲或其组合。所述的交变电场的电压频率在1Hz至1000MHz之间。进一步地，所述μLED发光与显示器件制作在包括玻璃、陶瓷在内的刚性材料上，或制作在包括PI在内的柔性材料上。本专利技术还提供了一种基于上文所述的非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件的制作方法，具体包括以下步骤：步骤S1：在半导体衬底表面生长能够产生红、绿、蓝三基色光源的LED薄膜结构，切割形成具有所需尺寸的μLED晶粒图形，并进行剥离，获得自支撑的μLED晶粒；步骤S2：根据显示器尺寸及分辨率需求在基板表面制备具有红、绿、蓝三基色子像素下电极阵列、薄膜晶体管驱动阵列，及其之间的电气连线线路；步骤S3：将红、绿、蓝μLED晶粒分别对应设置在红、绿、蓝三基色子像素下电极表面，采用绝缘层制备工艺实现μLED晶粒与对应子像素下电极之间的非电学接触；步骤S4：在设置有红、绿、蓝μLED晶粒的基板表面设置像素上电极及其电气连接线路，采用绝缘层制备工艺实现μLED晶粒与所对应子像素上电极间的非电学接触；得到非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件。通过对所述像素上电极、所述薄膜晶体管阵列施加交流驱动信号实现μLED器件的工作。进一步地，所述基板为包括玻璃、陶瓷在内的刚性材料，或者为包括PI在内的柔性材料。进一步地，步骤S3中，采用喷墨打印、丝网印刷、旋涂、刷涂、滚涂、化学自组装或电磁自组装在内的方式分别将红、绿、蓝μLED晶粒设置在所需的位置。进一步地，步骤S3中，所述采用绝缘层制备工艺实现μLED晶粒与对应子像素下电极之间的非电学接触具体为：先在像素下电极阵列的表面制备绝缘层，然后在绝缘层表面设置μLED晶粒，实现μLED晶粒与像素下电极间的非电学接触。或者，步骤S3中，所述采用绝缘层制备工艺实现μLED晶粒与对应子像素下电极之间的非电学接触具体为：在μLED晶粒的表面包裹绝缘层，再将包裹有绝缘层的μLED晶粒制备在像素下电极表面，实现μLED晶粒与像素下电极间的非电学接触。进一步地，步骤S4中，通过贴合或者生长的方法制备像素上电极及其电气连接线路。进一步地，步骤S4中，所述采用绝缘层制备工艺实现μLED晶粒与所对应子像素上电极间的非电学接触具体为：先在μLED晶粒表面沉积绝缘层，再在绝缘层表面制备像素上电极，实现μLED晶粒与像素上电极的非电学接触。或者，步骤S4中，所述采用绝缘层制备工艺实现μLED晶粒与所对应子像素上电极间的非电学接触具体为：先在像素上电极表面制备绝缘层，再通过贴合技术将上电极与绝缘层制作在μLED晶粒的表面，实现μLED晶粒与像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，包括一个以上的发光像素，每个发光像素自下至上依次包括像素下电极、下绝缘层、μLED晶粒、上绝缘层、以及像素上电极；其中上绝缘层与下绝缘层使得μLED晶粒与像素下电极、像素上电极之间无直接的电学接触，所述μLED晶粒由交变电场通过电磁耦合点亮。/n

【技术特征摘要】
1.一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，包括一个以上的发光像素，每个发光像素自下至上依次包括像素下电极、下绝缘层、μLED晶粒、上绝缘层、以及像素上电极；其中上绝缘层与下绝缘层使得μLED晶粒与像素下电极、像素上电极之间无直接的电学接触，所述μLED晶粒由交变电场通过电磁耦合点亮。


2.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述μLED晶粒包括P型半导体层、发光层以及N型半导体层，所述P型半导体层、发光层及N型半导体层堆垛形成在电场作用下能够发光的半导体结。


3.根据权利要求2所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述μLED晶粒中的半导体结包括但不限于单一PN结、单一异质结、包括多个PN结的复合PN结、或者包括PN结与异质结的组合半导体结。


4.根据权利要求2所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述半导体结位于μLED晶粒的表面或者内部。


5.根据权利要求2所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述P型半导体层的厚度为1nm-2.0μm，所述发光层的厚度为1nm-1.0μm，所述N型半导体层的厚度为1nm-2.5μm。


6.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述μLED晶粒的尺寸在1nm至1000μm之间，厚度在1nm至100μm之间。


7.根据权利要求2所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述μLED晶粒通过选择不同的半导体材料发出不同颜色的光，包括红外光或紫外光。


8.根据权利要求3所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述μLED晶粒通过采用复合PN结或者组合半导体结能够发出同种颜色的光或者不同混合颜色的光。


9.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，每个像素中μLED晶粒的数量为一个或两个以上。


10.根据权利要求9所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，一个像素中所述像素上电极和像素下电极的尺寸均不小于所述该像素中所有μLED晶粒的尺寸之和。


11.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述像素上电极、像素下电极中至少有一个是透明电极，透明电极的材料包括但不限于石墨烯、氧化铟锡、碳纳米管、银纳米线、铜纳米线或其组合；非透明电极的材料包括但不限于金、银、铝、铜或其组合。


12.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述上绝缘层、下绝缘层在可见光范围内的光线透过率大于等于80%，其材料包括有机绝缘材料、无机绝缘材料、空气或其组合。


13.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述上绝缘层、下绝缘层的厚度均在1nm至1000μm之间。


14.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述上绝缘层与下绝缘层均沉积在所述μLED晶粒的表面。


15.根据权利要求1所述的一种非电学接触、无外部载流子注入、无巨量转移的μLED发光与显示器件，其特征在于，所述上绝缘层与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭太良，王堃，吴朝兴，李典伦，张永爱，周雄图，刘晔，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35