一种基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法

技术领域

本发明涉及半导体材料显示制造技术领域，尤其涉及一种基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法。

背景技术

随着显示技术的不断发展，AR/VR等小型显示设备的市场急速扩大，进而对单颗像素的尺寸大小提出了更高的技术要求，第三代半导体材料氮化镓的Micro-LED在材料特性上上具有禁带宽、饱和电子迁移速率高、热导率大、介电常数小等优点，以及在发光性能上具有发光效率高，功耗低、响应速度快、使用寿命长等优势，但是，其色转化率不高，颜色调和度不高；蓝光Micro-LED制备工艺较成熟，而绿光、红光Micro-LED成本高，工艺流程复杂，技术不完善，且尺寸较大，使得像素密度较低。

电子墨水有许多优点，包括易读性，成本低和低功耗。与其它显示技术相比，电子墨水的反射率和对比度较佳，但其彩色化是以降低亮度和分辨率为代价来实现彩色显示的，并且滤色片还增加了电子纸的厚度。现有技术中,电子墨水由显示粒子、电泳基液以及囊壁材料等组成,将显示粒子和电泳基液包裹在微胶囊中,保证了显示粒子存储的稳定性，避免了粒子的团聚和沉积,从而提高了电子墨水的稳定性、延长了其寿命，其中,显示粒子为无机颜料的颜料粒子。

利用电泳显示的原理,在对电子墨水微胶囊施加电场时,实现电泳显示，当反向施加电场释放后电子墨水又回到原来的状态；现有技术的显示粒子为无机颜料的颜料粒子，其粒径大小无法控制，粒径为纳米级至微米级,而显示粒子的大小直接影响了由此制备的显示期间的响应速度,当显示粒子较大时，电子墨水显示速度慢、响应时间长，并且,由此制成的显示器件显示的图像清晰度将很差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法，包括以下步骤：

S1、制备纳米级垂直堆垛结构的电子墨水微胶囊，所述电子墨水微胶囊包括从上至下依次堆垛连接且填充有调和粒子和基液的第一微胶囊、第二微胶囊以及第三微胶囊，其中，所述第一微胶囊内还填充有蓝光量子点，第二微胶囊内还填充有红光量子点，第三微胶囊内还填充有绿光量子点，调和粒子分别与第一微胶囊、第二微胶囊和第三微胶囊内的蓝光量子点、红光量子点和绿光量子点进行中和以使电子墨水微胶囊对外不显电性；

S2、制备硅基氮化镓衬底的蓝光Micro-LED；

S3、通过电极将若干个所述蓝光Micro-LED连接在电路板上，并在每一个蓝光Micro-LED上堆叠一个电子墨水微胶囊，然后在电子墨水微胶囊上方设置一个挡光板以对电子墨水微胶囊的左侧光线进行遮挡；

S4、利用电路板控制每一个蓝光Micro-LED发光，同时基于每一个电子墨水微胶囊上设置的对应电极施加电场对第一微胶囊、第二微胶囊和第三微胶囊的电场强度分别进行控制，进而分别控制蓝光量子点在第一微胶囊右侧的浓度、红光量子点在第二微胶囊右侧的浓度以及绿光量子点在第三微胶囊右侧的浓度，实现了每一个蓝光Micro-LED对应蓝光的色转化及其色转化强度的控制，从而完成基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法。

优选地，所述第一微胶囊、第二微胶囊和第三微胶囊内均填充有分散剂和表面活性剂，所述分散剂和表面活性剂用于对蓝光量子点、红光量子点和绿光量子点进行分散和改性以形成纳米级显示粒子。

优选地，所述基液为高沸点有机溶剂，其为环氧化物、正丁烷、正己烷、环己酮、甲苯、二甲苯、仲丁基苯、丙酸-3-乙醚乙酯、丙二醇乙醚、丙二醇单甲基醚醋酸酯、四氯乙烯和聚三氟氯乙烯中的一种。

优选地，所述蓝光量子点为偶氮型、偶氮缩合型或杂环类的蓝色颜料。

优选地，所述电子墨水微胶囊的制备具体为：首先，分别将蓝光量子点、红光量子点和绿光量子点填充至对应调和粒子表面；然后，将其与有机溶剂、分散剂和表面活性剂预混合，并进行分散改性以形成对应纳米级显示粒子；最后，通过控制合成工艺反应形成对应第一微胶囊、第二微胶囊和第三微胶囊，进而得到电子墨水微胶囊。

优选地，所述蓝光MicroLED的制备方法包括以下步骤：

S21、采用PECVD技术，在硅基氮化镓外延片上生长SiO

S22、采用FIB技术，刻蚀形成贯穿SiO

S23、采用湿法腐蚀法，去除纳米柱周围的杂质粒子，并修复氮化镓及量子阱有源层侧壁的刻蚀损伤；

S24、采用溶液凝胶法旋涂SiO

S25、采用ICP技术，对SiO

S26、采用电子束蒸发技术，在纳米柱顶端蒸镀ITO导电层，并进行快速退火处理，形成与p型氮化镓的欧姆接触；

S27、制备n型氮化镓的电极接触窗口，在ITO导电层旋涂光刻胶，并对其进行前烘，再利用紫外光刻技术在纳米柱附近区域进行曝光以形成图形，然后进行显影并后烘；接着采用IBE技术刻蚀ITO导电层，以及采用ICP技术刻蚀SiO

S28、采用热蒸发技术蒸镀一层金属作为n型电极，并剥离去掉光刻胶以及光刻胶层上的金属，洗净并烘干样品；

S29、制备p型电极接触窗口，在ITO导电层旋涂光刻胶后进行前烘，并利用紫外光刻技术在纳米柱附近区域进行曝光形成图形，然后进行显影并后烘；

S30、采用热蒸发技术蒸镀一层金属作为p型导电电极，并剥离去掉光刻胶以及光刻胶层上的金属，洗净并烘干样品，进而得到蓝光MicroLED。

优选地，所述硅基氮化镓外延片采用MOCVD技术生长，其由下而上包括硅衬底、设置在硅衬底上的未掺杂氮化镓层、设置在未掺杂氮化镓层上的n型氮化镓层、设置在n型氮化镓层上的量子阱有源层、设置在量子阱有源层上的p型氮化镓层以及设置在p型氮化镓层上的ITO导电层。

优选地，所述量子阱有源层中In原子的掺杂比例与蓝光Micro-LED的发光波段正相关。

优选地，所述n型电极和p型电极均为Cr/Au金属电极。

优选地，所述p型电极与ITO导电层接触，ITO导电层厚度为90nm，p型电极中的Cr层厚度为15nm，p型电极中的Au层厚度为60nm。

与现有技术比较，本发明所提供的一种基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法，所述方法首先制备出纳米级垂直堆垛结构的电子墨水微胶囊，然后，分别为电子墨水微胶囊中的第一微胶囊、第二微胶囊和第三微胶囊施加电场并控制电场强度，进而能够有效控制蓝光量子点在第一微胶囊右侧的浓度、红光量子点在第二微胶囊右侧的浓度以及绿光量子点在第三微胶囊右侧的浓度，基于对第一微胶囊右侧蓝光量子点的浓度、第二微胶囊右侧红光量子点的浓度以及第三微胶囊右侧绿光量子点的浓度的调节，进而实现了每一个蓝光Micro-LED对应蓝光的色转化以及色转化强度的控制，从而完成了基于电子墨水的蓝光Micro-LED全彩化显示；而且，所述电子墨水微胶囊中的蓝光量子点、红光量子点和绿光量子点的粒径均为纳米级显示粒子，使得该电子墨水微胶囊具有对电场响应速度快和清晰度高特点。

附图说明

图1是本发明中一种基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法的流程图，

图2是本发明中电子墨水微胶囊的结构示意图，

图3是本发明中电子墨水微胶囊两侧电磁板通电后的示意图，

图4是本发明中蓝光Micro-LED致电子墨水发光的结构示意图。

图中：1.电子墨水微胶囊，11.第一微胶囊，12.第二微胶囊，13.第三微胶囊，2.调和粒子，3.蓝光量子点，4.红光量子点，5.绿光量子点，6.挡光板，7.电路板，8.蓝光Micro-LED，9.电极。

具体实施方式

为了便于理解本发明的结构和操作使用方法，下文结合说明书附图和优化的实施例对本发明作更全面和仔细描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不影响使用效果的情况下，本发明实施例中的结构特征和部件尺寸可以改变，连接方式可以代换，器件大小可以改变。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“连通”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以通过其他中间连接件间接的连接。“上方”、“下方”、“一侧”、“另一侧”、“竖向”、“横向”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变，以图3为例，垂直纸面向上为上，垂直纸面向下为下，垂直纸面向左为左，垂直纸面向右为右。

如图1-图4所示，本发明所提供的一种基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法，所述方法包括以下步骤：

S1、制备纳米级垂直堆垛结构的电子墨水微胶囊1，所述电子墨水微胶囊1包括从上至下依次堆垛连接且填充有调和粒子2和基液的第一微胶囊11、第二微胶囊12以及第三微胶囊13，其中，所述第一微胶囊11内还填充有蓝光量子点3，第二微胶囊12内还填充有红光量子点4，第三微胶囊13内还填充有绿光量子点5，调和粒子2分别与第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13内的蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5进行中和以使电子墨水微胶囊1对外不显电性；

该步骤中，所述电子墨水微胶囊1的制备具体为：首先，分别将蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5填充至对应调和粒子2表面；然后，将其与有机溶剂、分散剂和表面活性剂预混合，并进行分散改性以形成对应纳米级显示粒子；最后，通过控制合成工艺反应形成对应第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13，进而得到电子墨水微胶囊1；该步骤中，基于分散剂和表面活性剂对蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5进行分散改性，能够使其粒径可以控制在100nm以下，因此，使得该电子墨水微胶囊1的密度大且可调范围大，其具有对电场响应速度快和像素密度大的特点，进而显示清晰度高，其中，所述第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13之间均设有绝缘涂层，基于绝缘涂层使得第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13的独立控制不受其他微胶囊的影响。

S2、制备硅基氮化镓衬底的蓝光Micro-LED8，具体包括：

S21、采用PECVD技术，在硅基氮化镓外延片上生长SiO

S22、采用FIB技术，刻蚀形成贯穿SiO

S23、采用湿法腐蚀法，去除纳米柱周围的杂质粒子，并修复氮化镓及量子阱有源层侧壁的刻蚀损伤；

S24、采用溶液凝胶法旋涂SiO

S25、采用ICP技术，对SiO

S26、采用电子束蒸发技术，在纳米柱顶端蒸镀ITO导电层，并进行快速退火处理，形成与p型氮化镓的欧姆接触；

S27、制备n型氮化镓的电极接触窗口，在ITO导电层旋涂光刻胶，并对其进行前烘，再利用紫外光刻技术在纳米柱附近区域进行曝光以形成图形，然后进行显影并后烘；接着采用IBE技术刻蚀ITO导电层，以及采用ICP技术刻蚀SiO

S28、采用热蒸发技术蒸镀一层金属作为n型电极，并剥离去掉光刻胶以及光刻胶层上的金属，洗净并烘干样品；

S29、制备p型电极接触窗口，在ITO导电层旋涂光刻胶后进行前烘，并利用紫外光刻技术在纳米柱附近区域进行曝光形成图形，然后进行显影并后烘；

S30、采用热蒸发技术蒸镀一层金属作为p型导电电极，并剥离去掉光刻胶以及光刻胶层上的金属，洗净并烘干样品，进而得到蓝光MicroLED8；

S3、通过电极9将若干个所述蓝光Micro-LED8连接在电路板7上，并在每一个蓝光Micro-LED8上堆叠一个电子墨水微胶囊1，然后在电子墨水微胶囊1上方设置一个挡光板6以对电子墨水微胶囊1的左侧光线进行遮挡；

S4、利用电路板7控制每一个蓝光Micro-LED8发光，同时基于每一个电子墨水微胶囊1上设置的对应电极施加电场对第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13的电场强度分别进行控制，进而分别控制蓝光量子点3在第一微胶囊11右侧的浓度、红光量子点4在第二微胶囊12右侧的浓度以及绿光量子点5在第三微胶囊13右侧的浓度，实现了每一个蓝光Micro-LED8对应蓝光的色转化及其色转化强度的控制，从而完成基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法。

本实施例中，所述第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13内均填充有分散剂和表面活性剂，其中，所述分散剂和表面活性剂用于对蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5进行分散和改性以形成纳米级显示粒子；其中，所述基液为高沸点有机溶剂，其为环氧化物、正丁烷、正己烷、环己酮、甲苯、二甲苯、仲丁基苯、丙酸-3-乙醚乙酯、丙二醇乙醚、丙二醇单甲基醚醋酸酯、四氯乙烯和聚三氟氯乙烯中的一种；所述第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13中的调和粒子2含量均为0.004％～6％；所述调和粒子2为偶氮型、偶氮缩合型或杂环类的蓝色颜料。

本实施例中，所述硅基氮化镓外延片采用MOCVD技术生长，其由下而上包括硅衬底、设置在硅衬底上的未掺杂氮化镓层、设置在未掺杂氮化镓层上的n型氮化镓层、设置在n型氮化镓层上的量子阱有源层、设置在量子阱有源层上的p型氮化镓层以及设置在p型氮化镓层上的ITO导电层；其中，所述量子阱有源层中In原子的掺杂比例与蓝光Micro-LED8的发光波段正相关；所述n型电极和p型电极均为Cr/Au金属电极，其中，p型电极与ITO导电层接触，ITO导电层厚度为90nm，p型电极中的Cr层厚度为15nm，p型电极中的Au层厚度为60nm。

本实施例中，首先制备出垂直堆垛结构的电子墨水微胶囊1，并在电子墨水微胶囊1的第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13内分别填充蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5，基于分散剂和表面活性剂使得蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5均分散细化为纳米级的显示粒子，进而有效提高电子墨水微胶囊1对电场的响应速度；然后，在电子墨水微胶囊1的上方粘结连接遮光板6以使遮光板6对电子墨水微胶囊1左侧部分的光线进行遮挡(需要说明的是，遮光板6的遮挡面积为蓝光Micro-LED8的一半)，并将电子墨水微胶囊1置于与电路板7连接的蓝光Micro-LED8上；最后，利用电路板7控制蓝光Micro-LED8发光，同时，向电子墨水微胶囊1的第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13分别施加电场，通过对第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13两侧的电场强度进行控制，进而实现对第一微胶囊11内部右侧的蓝光量子点3浓度、第二微胶囊12内部右侧的红光量子点4浓度和第三微胶囊13内部右侧的绿光量子点5浓度的控制，随着电场强度的增大，第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13内移动至右侧的蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5逐渐增加，直至全部移动至右侧，随着电场强度的降低，第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13内移动至左侧的对应带负电的蓝光量子点3、红光量子点4和绿光量子点5逐渐减少，直至全部移动至左侧，因此，该方法通过调节控制第一微胶囊11、第二微胶囊12和第三微胶囊13两侧的电场强度来调节每一个电子墨水微胶囊1的色彩，进而实现蓝光Micro-LED全彩化显示，且该方法还具有响应速度快和清晰度高的特点。

以上对本发明所提供的一种基于电子墨水的Micro-LED全彩化显示方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。