[發明專利]一種基于等離激元隙模式的顏色轉換micro-LED及其制備方法

在審

• 申請號: 202310178195.8
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116014053A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 陳志忠;鄧楚涵;康香寧;陳偉華;焦飛;聶靖昕;潘祚堅;張浩東;董勃言;李俞辰;王大奇;沈波
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50;H01L33/22;H01L33/00;B82Y10/00;B82Y30/00;B82Y40/00;G02B5/00;G09G5/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種基于等離激元隙模式的顏色轉換micro?LED及其制備方法。本發明在P型透明電極的表面形成量子點凹槽，量子點分散在各個量子點凹槽內不會凝結，P型透明電極位于金屬層與金屬納米顆粒之間，使得金屬層和金屬納米顆粒這兩個金屬結構之間形成金屬結構間隙；表面等離激元使得量子阱的自發輻射光被提取至金屬結構間隙中，增強量子點的發光速率，同時表面等離激元使得金屬納米顆粒具有天線作用，將能量散射出去；并且，量子點與等離激元和量子阱能夠相互作用，從而量子點的發光和自發輻射速率都得到增強，并且與表面等離激元相互作用使得量子阱發射出的大部分光被量子點吸收并增強量子點發光，從而增強顏色轉換效率。

技術領域

本發明涉及微納光學領域，具體涉及一種基于等離激元隙模式的顏色轉換micro-LED及其制備方法。

背景技術

微型發光二極管(Micro-LED)相比目前的液晶顯示，有機LED顯示具有高亮度、高對比度，高分辨率以及長壽命等突出優勢，得到工業界以及研究機構的廣泛關注。目前紅綠藍(RGB)三色芯片分別采用InGaN(藍綠)和AlInGaP(紅)發光材料，兩種材料老化特性相差較大，紅光AlInGaP對小尺寸芯片的工藝缺陷比較敏感，因此RGB兩種材料混合的micro-LED全彩化方案具有一定的困難。InGaN的紅光也有一些報道，但是相比AlInGaP紅光LED還不是很成熟。

使用熒光粉進行顏色轉換是實現Micro-LED全彩化的另一種方法。采用較高效率的單色藍光或紫光激發紅綠熒光粉或紅綠藍熒光粉，則能形成RGB全彩顯示。很顯然，熒光粉色轉換結合Micro-LED陣列，既可以提高顯示分辨率，又可以避免Micro-LED的另一個難點—巨量轉移。但是市場上白光LED封裝的熒光粉不符合Micro-LED色轉換的要求，主要表現在熒光粉顆粒度大(微米量級)，光譜寬(帶寬大于100nm)，響應速度慢(微秒量級)。這些劣勢使得Micro-LED顯示的寬色域，高分辨率以及高刷新率等性能難以實現。

而將量子點(QD)熒光材料用在micro-LED上可以有效解決以上問題。研究表明QD響應速率高、壽命長、熒光光譜窄，顆粒尺寸幾個納米大小。但是實際的QD應用于Micro-LED顏色轉換仍存在一定問題。如果QD濃度過高，QD的凝結、自吸收會導致光轉換效率降低。但是濃度過低，又會帶來激發光吸收不充分或者QD熒光層過厚等問題，影響顯示質量。有研究組提出利用等離激元來增強QD的出光，多個發光體可以和等離激元產生相互作用，即Plasmonic?Dicke效應，多個發光體之間的協同發射使得QD的自發輻射速率和量子效率得到很大的增強，并且QD與等離激元的作用距離會變長，解決使用QD的效率低或者不充分吸收的問題。但是實現有效協同發射的金屬納米結構和QD組裝還存在技術的困難。還有研究組提出在金屬納米方塊和金屬Ag層之間形成的隙模(gap?mode)可以和熒光發光體發生強烈共振，使發光體自發輻射速率有幾千倍的增強，而為了達到增強的效果，金屬納米顆粒與金屬層之間的間隙往往在幾十納米，在LED工藝中還沒有實現。

發明內容

針對以上現有技術中量子點在Micro-LED全彩化應用中的困難問題，本發明提出了一種基于等離激元隙模式的顏色轉換micro-LED及其制備方法，采用納米壓印技術制備金屬納米結構，以及在透明導電薄膜上嵌埋量子點，從而實現量子點的分散組裝和隙模結構，調節量子點的濃度和金屬顆粒的形狀，實現長距離的協同發射，同時保證了透明電極的電學特性和顏色轉換效率的增強。

本發明的一個目的在于提出一種基于等離激元隙模式的顏色轉換micro-LED。