CN111834390A - 一种全彩化三极发光管显示器件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全彩化三极发光管显示器件及制造方法，包括缓冲层、设置于缓冲层上的第一半导体层、以及设置于第一半导体层上的第一接触电极、用以显示红光的R单元、用以显示绿光的G单元和用于显示蓝光的B单元。在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第二接触电极之间分别施加一个小功率可变输入信号，在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，使得R单元、G单元和B单元发光。本发明可以实现用小功率输入信号驱动发光芯片发光而激发色彩转换层，从而实现全彩化显示。

Description

一种全彩化三极发光管显示器件及制造方法
技术领域
本发明涉及半导体显示发光器件设计技术领域，特别是一种全彩化三极发光管显示器件及制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)凭借其寿命长、体积小、低功耗、高亮度、响应速度快等诸多优点在显示方面的应用越来越广泛。由其衍生的微发光二极管(μLED)是指将传统LED微缩化后形成微米级间距LED阵列以达到超高密度像素分辨率，可广泛应用软性、透明显示器、AR、VR等领域，是最具潜力的下一代显示设备之一。相比OLED和LCD显示，μLED显示色彩更容易准确调试，发光寿命长和亮度高，是唯一能够具备驱动、发光、及信号传输为一体的高发光效率低功耗器件，并实现超大规模集成发光单元的显示器件。
尽管存在着众多优势，但对于LED或μLED显示，全彩化问题都是其应用在显示上必须解决的关键技术之一。全彩化解决方案分为两大类，一种是RGB三基色芯片直接发光，一种是单色芯片配合色彩转换层。虽然前者技术目前相对成熟，但在同一衬底上生长不同波长的RGB三色工艺上芯片还比较困难，而且三色要分别驱动，驱动电路复杂、成本高，因此现在比较被看好的全彩化技术当属后者。该技术是将三基色荧光转换层置于单一短波长的μLED阵列上，从而将芯片发出的光转换为RGB三色，实现全彩化显示。目前对于实现μLED全彩显示的方法主要有蓝光μLED+红绿量子点的色彩转换法、纳米柱RGB像素光源、光学棱镜合成法以及Chromover波长变换技术。其中蓝光μLED+红绿量子点的色彩转换是目前实现全彩色μLED显示的主流技术路线。然而，当下市面上的LED无论是垂直结构还是倒装结构，基本都是两电极驱动，即只存在两接触电极作用于LED两端。而这种驱动方式虽然较为通用，但是控制芯片输出的小功率信号往往不能直接驱动LED，中间需要进行功率放大。这些功率放大电路将显著提高驱动电路的设计复杂度。特别是对于μLED，复杂的驱动电路不利于高集成度***的构建。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种全彩化三极发光管显示器件及制造方法，实现用小功率输入信号驱动发光芯片发光而激发色彩转换层，从而实现全彩化显示。
本发明采用以下方案实现：一种全彩化三极发光管显示器件，包括缓冲层、设置于缓冲层上的第一半导体层、以及设置于第一半导体层上的第一接触电极、用以显示红光的R单元、用以显示绿光的G单元和用于显示蓝光的B单元；
所述R单元、G单元与B单元均自下至上依次包括第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层与第三接触电极；其中R单元、G单元与B单元均还包括一个设置于第二半导体层上的第二接触电极；其中R单元还包括依次设置于本单元中第三接触电极上的红光色彩转换层与分布式布拉格反射层DBR1，G单元还包括依次设置于本单元中第三接触电极上的绿光色彩转换层与分布式布拉格反射层DBR2，B单元还包括设置于本单元中第三接触电极上的分布式布拉格反射层DBR3；
其中，在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第二接触电极之间分别施加一个可变输入信号，在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，使得R单元、G单元和B单元发光。
其中，第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层，第一接触电极、R单元内的第二接触电极(SCE1)、G单元内的第二接触电极(SCE2)及B单元内的第二接触电极(SCE3)构成三极管结构；第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层以及第三接触电极构成发光芯片结构；R单元内的红光色彩转换层与分布式布拉格反射层(DBR1)、G单元内的绿光色彩转换层与分布式布拉格反射层(DBR2)以及B单元内的分布式布拉格反射层(DBR3)构成色彩转换结构。
所述三极管结构对输入信号进行功率放大，实现用小功率输入信号驱动所述发光芯片发光，从而激发光转换层，实现全彩化显示；同时，所述三极管还可以有效降低发光器件的驱动电路设计复杂度，提高显示装置的集成度。其中，第三半导体层是所述三极管结构的集电极，也是发光芯片的阴极或阳极。
进一步地，所述第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层为P型半导体层；或者所述第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层为N型半导体层。
进一步地，当第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层为P型半导体层时，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第二接触电极之间的电压信号为正极性，即R单元内的第二接触电极SCE1、G单元内的第二接触电极SCE2和B单元内的第二接触电极SCE3的电位高于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第三接触电极之间的电压信号为正极性，即R单元内的第三接触电极TCE1、G单元内的第三接触电极TCE2和B单元内的第三接触电极TCE3的电位高于第一接触电极的电位。
进一步地，当第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层为N型半导体层时，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第二接触电极之间的电压信号为负极性，即R单元内的第二接触电极SCE1、G单元内的第二接触电极SCE2和B单元内的第二接触电极SCE3的电位低于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第三接触电极之间的电压型号为负极性，即R单元内的第三接触电极TCE1、G单元内的第三接触电极TCE2和B单元内的第三接触电极TCE3的电位低于第一接触电极的电位。
进一步地，所述第一半导体层为重掺杂浓度的半导体层，比所述第二半导体层的掺杂浓度高1至5个数量级。
进一步地，施加在第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第二接触电极之间电压幅值小于施加在第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第三接触电极之间的电压幅值。
进一步地，设置在R单元、G单元以及B单元中的分布式布拉格反射层均由具有高折射率和低折射率的两种薄膜堆叠而成，各层薄膜厚度由
Figure BDA0002536967940000041
确定，其中n为薄膜折射率，d为薄膜厚度，θ为光入射角，λ为中心波长，q为常数，q≥0，且当q为正奇数时，反射率有极值；设三个分布式布拉格反射层的薄膜堆叠层数分别为x、y、z，则三者均为N或N+0.5，N为正整数。
进一步地，所述R单元中的分布式布拉格反射层DBR1用于全反射蓝光、高透射红光，所述G单元中的分布式布拉格反射层DBR2用于全反射蓝光、高透射绿光，所述B单元中的分布式布拉格反射层DBR3用于反射部分蓝光、调节出光强度，从而调控RGB三色光的出光比例，更好的实现全彩显示。
进一步地，所述缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层为具有相同掺杂浓度的单层半导体结构，或为具有渐变或缓变掺杂浓度的多层半导体结构。
本发明还提供了一种全彩化三极发光管显示器件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层和第四半导体层；
在上述层刻蚀至露出部分第二半导体层，形成阵列化模块，并将其划分为R单元、G单元与B单元；
在露出的第二半导体层上继续刻蚀至露出第一半导体层；
在露出的第一半导体层(最右侧)上生长第一接触电极；并在R单元、G单元、B单元中露出的第二半导体层上分别生长一个第二接触电极；
在R单元、G单元、B单元内的第四半导体层表面分别生长一个第三接触电极；
在R单元和G单元的第三接触电极表面(通过沉积方式)分别制备红光色彩转换层和绿光色彩转换层，两者的长度分别小于第三接触电极TCE1和TCE2；
在R单元和G单元的红光色彩转换层、绿光色彩转换层以及B单元的第三接触电极表面分别沉积一个分布式布拉格反射层。B单元中的分布式布拉格反射层DBR3的长度小于第三接触电极TCE3，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度和交替堆叠的薄膜层数来控制出射光的波长、反射光的波长及透射和反射的比例。DBR1用于全反射蓝光、高透射红光，DBR2用于全反射蓝光、高透射绿光，DBR3用于反射部分蓝光、调节出光强度，从而调控RGB三色光的出光比例，更好的实现全彩显示。
较佳的，所述第二半导体层的厚度为0.5nm至2μm。所述第二半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe、石墨烯、黑磷、MoS2、CNT，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
较佳的，所述第一半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第三半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第四半导体层的厚度为10nm至2μm。所述第一半导体层、第三半导体层、第四半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe等无机半导体材料，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
其中，所述第一接触电极与所述第一半导体层形成欧姆接触；所述第二接触电极(R单元内的SCE1、G单元内的SCE2和B单元内的SCE3)和所述第二半导体层形成欧姆接触；所述第三接触电极(R单元内的TCE1、G单元内的TCE2和B单元内的TCE3)分别与所述第四半导体层形成欧姆接触，且所述第三接触电极为透明电极。
较佳的，所述的蓝光发光层包括多量子阱有源层及用以提高载流子复合效率的空穴阻挡层或者电子阻挡层；也可以但不限于为具有发光功能的有机薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层；也可以但不限于为具有发光功能的纳米材料薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层。
较佳的，所述R单元内的红光是由所述蓝光发光层激发红色光转换层而得；所述红色光转换层可以是红色量子点材料或荧光粉或两者与其他聚合物的结合体。所述G单元内的绿光是由所述蓝光发光层激发绿色光转换层而得；所述绿色光转换层可以是绿色量子点材料或荧光粉或两者与其他聚合物的结合体。
较佳的，所述衬底可以但不限于蓝宝石、GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe；所述衬底可以保留在器件上，也可以在波长转换的三极管发光器件制作过程中去除。
较佳的，所述缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层和第四半导体层可以但不限于用外延、沉积、镀膜、组装、转移、贴合方式形成。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
(1)对比寻常彩色LED，本发明提出的全彩化三极发光管显示器件，是将***放大驱动电路集成在发光芯片中，多出一个驱动电极作为控制端，对输入信号的功率放大作用，实现用小功率输入信号驱动发光芯片，有效降低LED显示装置特别是μLED显示装置的驱动电路设计复杂度，提高LED显示装置的集成度。
(2)本发明可利用蓝色发光芯片激发R单元和G单元内的红色和绿色光转换层而发出红光/绿光，实现全彩化显示。同时，利用光转换层上的DBR层，有效地全反射发光芯片激发出的光，高透射光转换层产生的光，提高器件转换效率。
(3)本发明提出的制造方法简便、成本低，能快速、有效在同一衬底上制备R、G、B显色模块，从而实现全彩化显示；且显色性、色纯度及转换效率高，有利于促进μLED显示的产业化效率及市场竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例的全彩化三极发光管显示器件截面示意图。
图2为本发明实施例的全彩化三极发光管显示器件立体示意图。
图3为本发明实施例的全彩化三极发光管显示器件的制备流程图。
图4为本发明实施例的全彩化三极发光管显示器件制备过程示意图。
图5为本发明实施例的全彩化三极发光管显示器件的驱动方法示意图。
图6为本发明实施例的全彩化三极发光管显示器件的驱动等效电路。
图中，1为蓝宝石衬底，2为缓冲层，6为R单元，7为G单元，8为B单元，301为第一半导体层，302为第二半导体层，303为第三半导体层，304为发光层，305为第四半导体层，401为第一接触电极，501、502和503分别为第二接触电极SCE1、SCE2和SCE3，601、602和603分别为第三接触电极TCE1、TCE2和TCE3，701为红光转换层，702为绿光转换层，801、802和803分别为DBR1、DBR2和DBR3。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1以及图2所示，本实施例提供了一种全彩化三极发光管显示器件，包括缓冲层2、设置于缓冲层上的第一半导体层301、以及设置于第一半导体层上的第一接触电极401、用以显示红光的R单元6、用以显示绿光的G单元7和用于显示蓝光的B单元8；
所述R单元、G单元与B单元均自下至上依次包括第二半导体层302、第三半导体层303、蓝光发光层304、第四半导体层305与第三接触电极601；其中R单元、G单元与B单元均还包括一个设置于第二半导体层上的第二接触电极501/502/503；其中R单元还包括依次设置于本单元中第三接触电极上的红光色彩转换层701与分布式布拉格反射层DBR1(801)，G单元还包括依次设置于本单元中第三接触电极上的绿光色彩转换层802与分布式布拉格反射层DBR2(802)，B单元还包括设置于本单元中第三接触电极上的分布式布拉格反射层DBR3(803)；
其中，在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第二接触电极之间分别施加一个可变输入信号，在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，使得R单元、G单元和B单元发光。
其中，第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层，第一接触电极、R单元内的第二接触电极(SCE1)、G单元内的第二接触电极(SCE2)及B单元内的第二接触电极(SCE3)构成三极管结构；第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层以及第三接触电极构成发光芯片结构；R单元内的红光色彩转换层与分布式布拉格反射层(DBR1)、G单元内的绿光色彩转换层与分布式布拉格反射层(DBR2)以及B单元内的分布式布拉格反射层(DBR3)构成色彩转换结构。
所述三极管结构对输入信号进行功率放大，实现用小功率输入信号驱动所述发光芯片发光，从而激发光转换层，实现全彩化显示；同时，所述三极管还可以有效降低发光器件的驱动电路设计复杂度，提高显示装置的集成度。其中，第三半导体层是所述三极管结构的集电极，也是发光芯片的阴极或阳极。
在本实施例中，所述第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层为P型半导体层；或者所述第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层为N型半导体层。
在本实施例中，当第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层为P型半导体层时，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第二接触电极之间的电压信号为正极性，即R单元内的第二接触电极SCE1、G单元内的第二接触电极SCE2和B单元内的第二接触电极SCE3的电位高于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第三接触电极之间的电压信号为正极性，即R单元内的第三接触电极TCE1、G单元内的第三接触电极TCE2和B单元内的第三接触电极TCE3的电位高于第一接触电极的电位。
在本实施例中，当第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层为N型半导体层时，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第二接触电极之间的电压信号为负极性，即R单元内的第二接触电极SCE1、G单元内的第二接触电极SCE2和B单元内的第二接触电极SCE3的电位低于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第三接触电极之间的电压型号为负极性，即R单元内的第三接触电极TCE1、G单元内的第三接触电极TCE2和B单元内的第三接触电极TCE3的电位低于第一接触电极的电位。
在本实施例中，所述第一半导体层为重掺杂浓度的半导体层，比所述第二半导体层的掺杂浓度高1至5个数量级。
在本实施例中，施加在第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第二接触电极之间电压幅值小于施加在第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第三接触电极之间的电压幅值。
在本实施例中，设置在R单元、G单元以及B单元中的分布式布拉格反射层均由具有高折射率和低折射率的两种薄膜堆叠而成，各层薄膜厚度由
Figure BDA0002536967940000111
确定，其中n为薄膜折射率，d为薄膜厚度，θ为光入射角，λ为中心波长，q为常数，q≥0，且当q为正奇数时，反射率有极值；设三个分布式布拉格反射层的薄膜堆叠层数分别为x、y、z，则三者均为N或N+0.5，N为正整数。
在本实施例中，所述R单元中的分布式布拉格反射层DBR1用于全反射蓝光、高透射红光，所述G单元中的分布式布拉格反射层DBR2用于全反射蓝光、高透射绿光，所述B单元中的分布式布拉格反射层DBR3用于反射部分蓝光、调节出光强度，从而调控RGB三色光的出光比例，更好的实现全彩显示。
在本实施例中，所述缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层为具有相同掺杂浓度的单层半导体结构，或为具有渐变或缓变掺杂浓度的多层半导体结构。
如图3所示，本实施例还提供了一种全彩化三极发光管显示器件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层和第四半导体层；
在上述层刻蚀至露出部分第二半导体层，形成阵列化模块，并将其划分为R单元、G单元与B单元；
在露出的第二半导体层上继续刻蚀至露出第一半导体层；
在露出的第一半导体层(最右侧)上生长第一接触电极；并在R单元、G单元、B单元中露出的第二半导体层上分别生长一个第二接触电极；
在R单元、G单元、B单元内的第四半导体层表面分别生长一个第三接触电极；
在R单元和G单元的第三接触电极表面(通过沉积方式)分别制备红光色彩转换层和绿光色彩转换层，两者的长度分别小于第三接触电极TCE1和TCE2；
在R单元和G单元的红光色彩转换层、绿光色彩转换层以及B单元的第三接触电极表面分别沉积一个分布式布拉格反射层。B单元中的分布式布拉格反射层DBR3的长度小于第三接触电极TCE3，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度和交替堆叠的薄膜层数来控制出射光的波长、反射光的波长及透射和反射的比例。DBR1用于全反射蓝光、高透射红光，DBR2用于全反射蓝光、高透射绿光，DBR3用于反射部分蓝光、调节出光强度，从而调控RGB三色光的出光比例，更好的实现全彩显示。
较佳的，所述第二半导体层的厚度为0.5nm至2μm。所述第二半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe、石墨烯、黑磷、MoS2、CNT，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
较佳的，所述第一半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第三半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第四半导体层的厚度为10nm至2μm。所述第一半导体层、第三半导体层、第四半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe等无机半导体材料，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
其中，所述第一接触电极与所述第一半导体层形成欧姆接触；所述第二接触电极(R单元内的SCE1、G单元内的SCE2和B单元内的SCE3)和所述第二半导体层形成欧姆接触；所述第三接触电极(R单元内的TCE1、G单元内的TCE2和B单元内的TCE3)分别与所述第四半导体层形成欧姆接触，且所述第三接触电极为透明电极。
较佳的，所述的蓝光发光层包括多量子阱有源层及用以提高载流子复合效率的空穴阻挡层或者电子阻挡层；也可以但不限于为具有发光功能的有机薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层；也可以但不限于为具有发光功能的纳米材料薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层。
较佳的，所述R单元内的红光是由所述蓝光发光层激发红色光转换层而得；所述红色光转换层可以是红色量子点材料或荧光粉或两者与其他聚合物的结合体。所述G单元内的绿光是由所述蓝光发光层激发绿色光转换层而得；所述绿色光转换层可以是绿色量子点材料或荧光粉或两者与其他聚合物的结合体。
较佳的，所述缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层和第四半导体层可以但不限于用外延、沉积、镀膜、组装、转移、贴合方式形成。
较佳的，所述衬底可以但不限于蓝宝石、GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe；所述衬底可以保留在器件上，也可以在波长转换的三极管发光器件制作过程中去除。
接下来，本实施例结合附图1至附图5进行更加具体的说明。
参见图1，一种全彩化三极发光管显示器件，包括衬底1(可以去除)、设置于衬底表面的缓冲层2，设置于缓冲层上的三极管结构、发光芯片结构和色彩转换结构；所述三极管结构、发光芯片结构和所述色彩转换结构沿所述缓冲层自下而上设置，且沿所述衬底1横向方向依次构成用于显示红光的R单元6、用于显示绿光的G单元7以及用于显示蓝光的B单元8。其中，所述三极管结构从下至上包括第一半导体层301、第二半导体层302、第三半导体层303，以及从第一半导体层引出的第一接触电极401、从第二半导体层R单元6内引出的第二接触电极(SCE1)501、G单元7内引出的第二接触电极(SCE2)502及B单元8内引出的第二接触电极(SCE3)503；所述发光芯片结构从下至上包括第三半导体层303、蓝色发光层304、第四半导体层304，以及从第四半导体层R单元6内引出的第三接触电极(TCE1)601、G单元7内引出的第三接触电极(TCE2)602和B单元8内引出的第三接触电极(TCE3)603，所述色彩转换结构包括R单元6内用于显示红光的转换层701和分布式布拉格反射层(DBR1)801，G单元7内用于显示绿光的转换层702和分布式布拉格反射层(DBR2)802，B单元8内用于部分反射蓝光的分布式布拉格反射层(DBR3)803。
其中，本实施例的衬底1采用蓝宝石衬底，且为a面，缓冲层2采用的材料为AlN，第一半导体层301为N-GaN层,第二半导体层302为P-GaN层，第三半导体层303为N-GaN层，所述发光层304为3个周期的InaGa1-aN量子阱有源层和AlbGa1-bN组成的空穴阻挡层或者电子阻挡层构成，第四半导体层305为P-GaN。第一接触电极401采用的是金铜电极，第二接触电极SCE1501、SCE2502和SCE3503均为金铜电极，透明第三接触电极TCE1601、TCE2602和TCE3603均为氧化铟锡(ITO)。红光转换层701采用的是红色量子点薄膜，绿光转换层702采用的是绿色量子点薄膜。分布式布拉格反射层DBR1、DBR2和DBR3均由TiO2和Al2O3两种薄膜交替堆叠而得。
具体的，在本实施例中，第一半导体层，第三半导体层为Mg掺杂N-GaN，第二，第四半导体层为Si掺杂P-GaN。进一步的，在本实施例中，第一半导体层Mg掺杂浓度为1×1021cm-3，第二半导体层Si掺杂浓度为5×1018cm-3，第三半导体层Mg掺杂浓度为1×1019cm-3，第四半导体层Si掺杂浓度为5×1018cm-3。
本实施例器件的制备方法具体按照以下步骤实现：
S11：提供一蓝宝石1衬底，将蓝宝石衬底1放置在MOCVD反应室中，温度设定为800℃～1200℃，通入三甲基铝、氨气，利用氢气为载体在蓝宝石衬底1上生长缓冲层2、第一半导体层N-GaN层301、第二半导体层P-GaN层302、第三半导体层N-GaN层303、多量子阱发光层304和第四半导体层P-GaN层305，它们的厚度分别为1000nm、2μm、0.5μm、3μm、200nm和1μm；
S12：采用ICP将上述层刻蚀至露出部分第二半导体层302，形成阵列化模块；
S13：在第二半导体层302上继续刻蚀至露出第一半导体层301；
S14：在第一半导体层301上的最右侧生长第一接触电极401，并在R、G、B单元中露出的第二半导体层302上分别生长第二接触电极SCE1501、SCE2502和SCE3503；
S15：在R、G、B单元内的第四半导体层305表面分别生长第三接触电极TCE1601、TCE2602和TCE3603；
S16：在R和G单元的第三接触电极TCE1601和TCE2602表面通过沉积方式分别制备红色转换层701和绿色转换层702，两者的长度分别小于TCE1和TCE2；
S17：在R、G、B单元的红色转换层701、绿色转换层702和第三接触电极TCE3603表面上沉积DBR1、DBR2和DBR3，DBR3的长度小于TCE3，通过调节分布式布拉格反射层的高低折射率薄膜的厚度和交替堆叠的薄膜层数来控制出射光的波长、反射光的波长及透射和反射的比例。所述DBR1能反射所有蓝光，透射尽可能多的红光；所述DBR2能反射所有蓝光，透射尽可能多的绿光；所述DBR3能反射部分蓝光，调节出射光强度，从而调控R、G、B三色光的出光比例，更好的实现全彩显示。其中，TiO2厚度为45nm，Al2O3的厚度为67nm，DBR1包含13层堆叠薄膜，DBR2包含11层堆叠薄膜，DBR3包含5层堆叠薄膜，且所有堆叠薄膜的最顶端和最底端均为TiO2。
图5为全彩化三极管调控型发光器件的R、G、B单元的驱动方法示意图，三个单元共用第一接触电极，驱动方式方法一样，只是R和G单元多加了色彩转换层模块，将蓝光分别转换成了所需的红光和绿光，从而实现全彩显示。因此，此处仅以B单元为例做详细的驱动方法说明，其他两个单位不再赘述。如图5所示，在第一接触电极和第二接触电极SCE3之间施加一个小功率可变输入信号V1，同时在所述第一接触电极和透明第三接触电极TCE3之间施加一个正向偏置电压V2，可以使得所述蓝光发光三极管芯片发光，实现对所述输入信号的功率放大作用，实现用小功率输入信号驱动LED。其等效电路参见图6，NPN三极管与LED共发射极连接，基极和发射极构成输入回路，即第一接触电极和第二接触电极SCE3之间施加一个小功率可变输入信号V1，集电极和发射极构成输出回路，即第一接触电极和第三接触电极TCE3之间施加一个正向偏置电压V2，可实现三极管驱动LED发光。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，包括缓冲层、设置于缓冲层上的第一半导体层、以及设置于第一半导体层上的第一接触电极、用以显示红光的R单元、用以显示绿光的G单元和用于显示蓝光的B单元；
所述R单元、G单元与B单元均自下至上依次包括第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层与第三接触电极；其中R单元、G单元与B单元均还包括一个设置于第二半导体层上的第二接触电极；其中R单元还包括依次设置于本单元中第三接触电极上的红光色彩转换层与分布式布拉格反射层DBR1，G单元还包括依次设置于本单元中第三接触电极上的绿光色彩转换层与分布式布拉格反射层DBR2，B单元还包括设置于本单元中第三接触电极上的分布式布拉格反射层DBR3；
其中，在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第二接触电极之间分别施加一个可变输入信号，在所述第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，使得R单元、G单元和B单元发光。
2.根据权利要求1所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，所述第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层为P型半导体层；或者所述第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层为N型半导体层。
3.根据权利要求2所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，当第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层为P型半导体层时，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第二接触电极之间的电压信号为正极性，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第三接触电极之间的电压信号为正极性。
4.根据权利要求2所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，当第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层为N型半导体层时，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第二接触电极之间的电压信号为负极性，施加在第一接触电极和R单元、G单元和B单元中的第三接触电极之间的电压型号为负极性。
5.根据权利要求1所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，所述第一半导体层为重掺杂浓度的半导体层，比所述第二半导体层的掺杂浓度高1至5个数量级。
6.根据权利要求1所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，施加在第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第二接触电极之间电压幅值小于施加在第一接触电极和R单元、G单元、B单元中的第三接触电极之间的电压幅值。
7.根据权利要求1所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，设置在R单元、G单元以及B单元中的分布式布拉格反射层均由具有高折射率和低折射率的两种薄膜堆叠而成，各层薄膜厚度由
Figure FDA0002536967930000021
确定，其中n为薄膜折射率，d为薄膜厚度，θ为光入射角，λ为中心波长，q为常数，q≥0，且当q为正奇数时，反射率有极值；设三个分布式布拉格反射层的薄膜堆叠层数分别为x、y、z，则三者均为N或N+0.5，N为正整数。
8.根据权利要求7所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，所述R单元中的分布式布拉格反射层DBR1用于全反射蓝光、高透射红光，所述G单元中的分布式布拉格反射层DBR2用于全反射蓝光、高透射绿光，所述B单元中的分布式布拉格反射层DBR3用于反射部分蓝光、调节出光强度，从而调控RGB三色光的出光比例，更好的实现全彩显示。
9.根据权利要求1所述的一种全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，所述缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层为具有相同掺杂浓度的单层半导体结构，或为具有渐变或缓变掺杂浓度的多层半导体结构。
10.一种全彩化三极发光管显示器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、蓝光发光层和第四半导体层；
在上述层刻蚀至露出部分第二半导体层，形成阵列化模块，并将其划分为R单元、G单元与B单元；
在露出的第二半导体层上继续刻蚀至露出第一半导体层；
在露出的第一半导体层上生长第一接触电极；并在R单元、G单元、B单元中露出的第二半导体层上分别生长一个第二接触电极；
在R单元、G单元、B单元内的第四半导体层表面分别生长一个第三接触电极；
在R单元和G单元的第三接触电极表面分别制备红光色彩转换层和绿光色彩转换层；
在R单元和G单元的红光色彩转换层、绿光色彩转换层以及B单元的第三接触电极表面分别沉积一个分布式布拉格反射层。
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