具有光耦合层及转换层的发光二极管制造技术

本发明专利技术提供发光子像素和用于基于微发光二极管的显示器的像素。还提供了制造各子像素、像素和像素阵列的方法。子像素包括双层膜，该双层膜包括设置在发光二极管之上的耦合层和设置在耦合层之上的发光层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有光耦合层及转换层的发光二极管相关申请的交叉引用本申请要求2018年8月9日提交的美国临时专利申请第62/716,881号的优先权，其全部内容通过引用合并于本文。
技术介绍
在颜色转换显示装置中的像素包括在激发源(如发光二极管的)之上的颜色转换层。颜色转换层通常包括能够将来自激发源的光转换成不同颜色的磷光体。例如，可以使用适当的磷光体将来自蓝色激发源的光转换为红光或绿光，以提供基于红色、绿色和蓝色(RGB)子像素的全色显示器。然而，颜色转换装置的生产因若干制造上的挑战而受到阻碍。例如，颜色转换层中的热敏磷光体(如量子点)暴露于激发源产生的热量，这缩短了它们的使用寿命。另外，许多彩色显示装置的制造过程需要将像素或子像素分别制造出来，再融合到显示器中。在许多情况下，这还包括根据像素或子像素的发射特性而对其进行分类和分组的分装(binning)步骤，从而使制造过程效率低下。
技术实现思路
提供了用于基于发光二极管的显示器的发光像素。还提供了制造单个像素和像素阵列的方法。像素的一个实施方式包括：基材；所述基材上的红色子像素；所述基材上的绿色子像素；以及所述基材上的蓝色子像素。所述红色子像素包括：第一发光二极管；第一耦合层，其设置在所述第一发光二极管之上；以及红色发光层，其包含发红光的量子点和散射颗粒，所述发红光的量子点和散射颗粒设置在设置在所述第一耦合层之上的聚合物基质中。所述绿色子像素包括：第二发光二极管；第二耦合层，其设置在第二发光二极管之上；以及绿色发光层，其包含发绿光的量子点和散射颗粒，所述发绿光的量子点和散射颗粒设置在设置在所述第二耦合层之上的聚合物基质中。所述蓝色子像素包括第三发光二极管。在像素的一些实施方式中，耦合层包含设置在聚合物基质中的散射颗粒。在这些实施方式中，耦合层可以称作光散射层。在其他实施方式中，耦合层是半球形特征，其通过提供弯曲的界面来改善发光二极管与发光层之间的光耦合，该弯曲的界面减少了相对于会发生在没有耦合层的LED/发光层界面的光内反射的，来自LED的光的内反射。耦合层的一些实施方式是半球形的并且包含设置在聚合物基质中的散射颗粒。一种在具有第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的基材上形成像素的方法的一个实施方式包括：在所述第一发光二极管之上形成第一子像素限制特征；将第一成膜油墨组合物沉积在所述第一发光二极管之上的所述第一子像素限制特征之中或之上，所述第一成膜油墨组合物包含可固化有机单体；固化所述第一成膜油墨组合物以形成第一耦合层；将第一含量子点的油墨组合物沉积到所述第一子像素限制特征之中或之上，所述第一含量子点的油墨组合物包含发红光的量子点、散射颗粒和可固化有机单体；固化所述第一含量子点的油墨组合物以形成红色发光层，所述红色发光层包含设置在聚合物基质中的发红光的量子点和散射颗粒；在所述第二发光二极管之上形成第二子像素限制特征；将第二成膜油墨组合物沉积在所述第二发光二极管之上的所述第二子像素限制特征之中或之上，所述第二成膜油墨组合物包含可固化有机单体；固化所述第二成膜油墨组合物以形成第二耦合层；将第二含量子点的油墨组合物沉积在所述第二子像素限制特征之中或之上，所述第二含量子点的油墨组合物包含发绿光的量子点、散射颗粒和可固化有机单体；以及固化所述第二含量子点的油墨组合物以形成绿色发光层，所述绿色发光层包含设置在聚合物基质中发绿光的量子点和散射颗粒。在耦合层中包含散射颗粒的显示器的实施方式中，成膜油墨除了可固化有机单体之外还将包括散射颗粒。子像素限制特征可以在上述方法中同时或依次形成。一种形成显示器的方法的一个实施方式包括：在半导体基材上形成多个像素，每个像素包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素；将所述基材切成多块，每个所述块包括一个或多个但不是所有的所述像素；以及将一个或多个所述块转移到显示基材。所述像素通过如下方式形成：在所述半导体基材上形成第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管；在所述第一发光二极管之上形成第一子像素限制特征；在所述第二发光二极管之上形成第二子像素限制特征；可选地，在所述第三发光二极管之上形成第三子像素限制特征；通过将包含发红光量子点的油墨组合物沉积在所述第一像素限制特征之中或之上，并将所述油墨组合物干燥成固体膜从而提供所述红色子像素，而在所述第一像素限制特征中在所述第一发光二极管之上形成发红光层；通过将包含发绿光量子点的油墨组合物沉积在所述第二像素限制特征之中或之上，并将所述油墨组合物干燥成固体膜从而提供所述绿色子像素，而在所述第二像素限制特征中在所述第二发光二极管之上形成发绿光层；以及，可选地，通过将包含发蓝光量子点的油墨组合物沉积在所述第三像素限制特征之中或之上，并将所述油墨组合物干燥成固体膜从而提供所述蓝色子像素，而在所述第三像素限制特征中在所述第三发光二极管之上形成发蓝光层。本领域技术人员在阅读以下附图、详细描述和所附权利要求后将明白本专利技术的其他主要特征和优点。附图说明以下将参照附图对本专利技术的示例性实施方式进行描述，其中相同的附图标记表示相同的部件。图1是示出像素的一个实施方式的剖视图的示意图，该像素包括在子像素的发光二极管之上的光散射层和发光层。图2A是示出像素的另一实施方式的剖视图的示意图，在该像素中半球形耦合层位于发光二极管之上。图2B是图2A的像素的示意图，在该像素中半球形耦合层包括散射纳米颗粒。图3是示出像素的又一实施方式的剖视图的示意图，在该像素中双层膜的光散射层和发光层通过梯度界面区域相连。图4是示出具有多个像素的基材的一部分的俯视图的示意图。图5是示出切成离散像素的图4的基材的俯视图的示意图。具体实施方式提供了用于基于微发光二极管(μLED)的显示器的发光像素。还提供了制造单个像素和像素阵列的方法。像素的基本实施方式示于图2中。在该实施方式中，像素100包括：基材102；红色(R)子像素103；绿色(G)子像素104；和蓝色(B)子像素105。每个子像素由像素阱(106、107、108)限定。在第一像素阱106中存在第一LED109，在第二像素阱107中存在第二LED110，在第三像素阱108中存在第三LED111。LED可以是，例如蓝色LED或紫外线(UV)LED。蓝色LED包括基于氮化镓(GaN)的LED，该基于氮化镓(GaN)的LED可以是使用已知的外延生长和光刻图案化技术集成到GaN基材晶片中的。然而，可以使用其他无机LED，包括其他III族氮化物半导体。在红色子像素和绿色子像素中的LED之上是双层膜，其包括设置在LED之上的散射层(115、116)和设置在散射层之上的发光层(112、113)。该双层膜能够透射电磁光谱的可见光区域中的光。尽管图1中未示出，在像素的一些实施方式(包括LED是UVLED的实施方式)中，蓝色子像素还包括双层膜，该双层膜包括设置在LED之上的散射层和设置在散射之上的发光层。通过在LED与发光层之间设置中间的光散射层，可以将发光层中的热敏磷光体(例如量子点)与LED所产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素，其包括：/n基材；/n所述基材上的红色子像素，所述红色子像素包括：/n第一发光二极管；/n第一耦合层，其设置在所述第一发光二极管之上，其中所述第一耦合层是：(a)半球形；(b)包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；或(c)半球形并且包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；以及/n红色发光层，其包含发红光的量子点和散射颗粒，所述发红光的量子点和散射颗粒设置在设置在所述第一耦合层之上的所述聚合物基质中；/n所述基材上的绿色子像素，所述绿色子像素包括：/n第二发光二极管；/n第二耦合层，其设置在所述第二发光二极管之上，其中所述第二耦合层是：(a)半球形；(b)包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；或(c)半球形并且包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；以及/n绿色发光层，其包含发绿光的量子点和散射颗粒，所述发绿光的量子点和散射颗粒设置在设置在所述第二耦合层之上的所述聚合物基质中；以及/n所述基材上的蓝色子像素，所述蓝色子像素包括：/n第三发光二极管。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180809 US 62/716,8811.一种像素，其包括：
基材；
所述基材上的红色子像素，所述红色子像素包括：
第一发光二极管；
第一耦合层，其设置在所述第一发光二极管之上，其中所述第一耦合层是：(a)半球形；(b)包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；或(c)半球形并且包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；以及
红色发光层，其包含发红光的量子点和散射颗粒，所述发红光的量子点和散射颗粒设置在设置在所述第一耦合层之上的所述聚合物基质中；
所述基材上的绿色子像素，所述绿色子像素包括：
第二发光二极管；
第二耦合层，其设置在所述第二发光二极管之上，其中所述第二耦合层是：(a)半球形；(b)包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；或(c)半球形并且包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；以及
绿色发光层，其包含发绿光的量子点和散射颗粒，所述发绿光的量子点和散射颗粒设置在设置在所述第二耦合层之上的所述聚合物基质中；以及
所述基材上的蓝色子像素，所述蓝色子像素包括：
第三发光二极管。


2.根据权利要求1所述的像素，其中所述第一发光二极管、所述第二发光二极管和所述第三发光二极管是蓝色发光二极管。


3.根据权利要求2所述的像素，其中所述蓝色发光二极管是基于氮化镓的二极管。


4.根据权利要求1所述的像素，其中所述第一发光二极管、所述第二发光二极管和所述第三发光二极管为紫外线发光二极管，并且所述蓝色子像素包括：
设置在所述第三发光二极管之上的第三耦合层，其中所述第三耦合层是：(a)半球形；(b)包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；或(c)半球形并且包含设置在聚合物基质中的散射颗粒；和
蓝光发射层，其包含发蓝光的量子点和散射颗粒，所述发蓝光的量子点和散射颗粒设置在设置在所述第三耦合层之上的聚合物基质中。


5.根据权利要求1所述的像素，其中所述第一耦合层位于所述第一发光二极管之上，所述第二耦合层位于所述第二发光二极管之上，或者所述第一耦合层和第二耦合层分别位于所述第一和第二发光二极管之上。


6.根据权利要求1所述的像素，其中所述第一耦合层通过具有量子点浓度梯度的界面区域与所述红色发光层隔开，其中在所述界面区域中的发红光的量子点的浓度在所述第一耦合层附近比在红色发光层附近低，和/或其中所述第二耦合层通过具有量子点浓度梯度的界面区域与所述绿色发光层隔开，其中在所述界面区域中的发绿光的量子点的浓度在所述第二耦合层附近比在绿色发光层附近低。


7.根据权利要求1所述的像素，其中所述绿色子像素的发射表面积大于所述红色子像素的发射表面积，并且所述红色子像素的发射表面积大于所述蓝色子像素的发射表面积。


8.一种颜色转换显示装置，其包括：
显示装置基板；
设置在所述显示装置基板上的根据权利要求1所述的多个像素；和
设置在所述多个像素之上的半透明保护层。


9.一种在包括第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管的基板上形成像素的方法，该方法包括：
在所述第一发光二极管之上形成第一子像素限制特征；
将第一成膜油墨组合物沉积在所述第一发光二极管之上的所述第一子像素限制特征之中或之上，所述第一成膜油墨组合物包含可固化有机单体；
干燥所述第一成膜油墨组合物以形成第一耦合层；
将第一含量子点的油墨组合物沉积到所述第一子像素限制特征之中或之上，所述第一含量子点的油墨组合物包含发红光的量子点、散射颗粒和可固化有机单体；
干燥所述第一含量子点的油墨组合物，以形成红色发光层，所述红色发光层包含设置在聚合物基质中的发红光的量子点和散射颗粒；
在所述第二发光二极管之上形成第二子像素限制特征；
将第二成膜油墨组合物沉积在所述第二发光二极管之上的所述第二子像素限制特征之中或之上，所述第二成膜油墨组合物包含可固化有机单体；
干燥所述第二成膜油墨组合物以形成第二耦合层；
将第二含量子点的油墨组合物沉积在所述第二子像素限制特征之中或之上，所述第二含量子点的油墨组合物包含发绿光的量子点、散射颗粒和可固化有机单体；以及
干燥所述第二含量子点的油墨组合物，以形成绿色发光层，所述绿色发光层包含设置在聚合物基质中发绿光的量子点和散射颗粒。


10.根据权利要求9所述的方法，其中通过喷墨印刷来沉积所述第一成膜油墨组合物、所述第一含量子点的油墨组合物、所述第二成膜油墨组合物和所述第二含量子点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗洛瑞恩·普舍尼茨卡，
申请(专利权)人：科迪华公司，
类型：发明
国别省市：美国;US