CN110823845B - 光谱仪及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种光谱仪及其制作方法。光谱仪包括：第一衬底基板；第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置；检测通道，位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间；量子点发光层，位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，包括多个量子点发光单元；黑矩阵，位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，被配置为分隔所述多个量子点发光单元；以及传感器层，包括多个传感器，所述多个传感器与所述多个量子点发光单元一一对应。该光谱仪可实现微型化，黑矩阵可起到隔离不同量子点发光单元的作用，可避免相邻的量子点发光单元发出的光影响照射到传感器的光，从而，可避免影响检测结果，有利于提高检测准确性。

Description

光谱仪及其制作方法
技术领域
本公开至少一示例涉及一种光谱仪及其制作方法。
背景技术
光谱仪作为一种分析仪器，在各个科学领域都会有广泛的应用，尤其在物理、化学和生物学研究中是最重要的观测手段之一。通常的光谱仪体积过大，只能在实验室中应用。科学家长期致力于如何让光谱仪微小型化、光谱范围尽可能扩大至深紫外到红外范围，降低制造成本，且易于使用，以便增加光谱仪的使用范围。
发明内容
本公开的至少一示例涉及一种光谱仪及其制作方法。
本公开的至少一示例提供一种光谱仪，包括：第一衬底基板；第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置；检测通道，位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间；量子点发光层，位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，包括多个量子点发光单元；黑矩阵，位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，被配置为分隔所述多个量子点发光单元；以及传感器层，包括多个传感器，所述多个传感器与所述多个量子点发光单元一一对应。
一些示例中，所述黑矩阵被配置为形成多个容纳空间，所述多个容纳空间中的每个被配置为容纳所述多个量子点发光单元中的一个，在垂直于所述第一衬底基板的方向上，所述黑矩阵的尺寸大于或等于所述量子点发光层的尺寸。
一些示例中，光谱仪还包括位于所述量子点发光层的远离所述第一衬底基板的一侧的保护层，所述保护层被配置为保护所述量子点发光层。
一些示例中，在垂直于所述第一衬底基板的方向上，所述保护层和所述量子点发光层的尺寸之和大于或等于所述黑矩阵的尺寸。
一些示例中，所述量子点发光层采用不同种类的量子点、不同尺寸的量子点、不同种类且不同尺寸的量子点至少之一形成。
一些示例中，所述传感器层位于所述检测通道的远离所述量子点发光层的一侧，所述传感器层在所述第一衬底基板上的正投影落入所述量子点发光层在所述第一衬底基板上的正投影内。
一些示例中，所述传感器层位于所述检测通道的靠近所述量子点发光层的一侧，所述传感器层在所述第一衬底基板上的正投影落入所述黑矩阵在所述第一衬底基板上的正投影内。
一些示例中，光谱仪还包括光源部，所述光源部被配置为提供照射到所述量子点发光层以激发所述量子点发光层发光的激发光。
一些示例中，所述光源部位于所述第一衬底基板的远离所述第二衬底基板的一侧，包括直下式背光源或侧入式背光源，在所述直下式背光源的靠近所述第一衬底基板的一侧设有反射层，或者，在所述侧入式背光源的远离所述第一衬底基板的一侧设有反射层。
一些示例中，所述光源部包括位于所述第一衬底基板的侧面的光源，所述第一衬底基板为玻璃基板并构成光波导，所述第一衬底基板还包括与所述多个量子点发光单元一一对应的多个出光结构，所述多个出光结构位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧。
一些示例中，所述出光结构包括盲孔。
一些示例中，光谱仪还包括位于所述量子点发光单元的远离所述第二衬底基板的一侧的第一电极和位于所述量子点发光单元的靠近所述第二衬底基板的一侧的第二电极，所述第一电极和所述第二电极被配置为被施加不同的电压以激发所述量子点发光单元发光。
一些示例中，所述黑矩阵位于所述第一电极和所述第二电极之间。
本公开至少一示例提供一种光谱仪的制作方法，包括：在第一衬底基板上形成黑矩阵和包括多个量子点发光单元的量子点发光层；形成包括多个传感器的传感器层；以及将第二衬底基板与所述第一衬底基板相对设置以在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成检测通道；其中，所述量子点发光层位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧；所述黑矩阵位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，并被配置为分隔所述多个量子点发光单元；所述多个传感器与所述多个量子点发光单元一一对应。
一些示例中，所述在第一衬底基板上形成黑矩阵和包括多个量子点发光单元的量子点发光层包括：在所述第一衬底基板上形成包括多个容纳空间的黑矩阵；以及在所述多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液，加热以去除量子点溶液中的待去除物质，得到量子点发光层。
一些示例中，在所述多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液包括：形成可受激发产生不同波长的光的量子点的溶液，以及将可受激发产生不同波长的光的量子点的溶液分别滴入对应的容纳空间内。
一些示例中，在所述多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液后，采用一次加热工艺加热以去除量子点溶液中的待去除物质。
附图说明
为了更清楚地说明本公开示例的技术方案，下面将对示例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些示例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一示例提供的光谱仪的剖视图；
图2为本公开一示例提供的光谱仪中的第一基板中的黑矩阵的俯视示意图；
图3A为本公开一示例提供的光谱仪中的第一基板的俯视示意图；
图3B为本公开另一示例提供的光谱仪中的第一基板的俯视示意图；
图4A为本公开一示例提供的光谱仪的剖视示意图；
图4B为本公开一示例提供的光谱仪的剖视示意图；
图4C为本公开一示例提供的光谱仪的剖视示意图；
图5A为本公开另一示例提供的光谱仪的示意图；
图5B为本公开另一示例提供的光谱仪的示意图；
图5C为本公开另一示例提供的光谱仪的示意图；
图5D为本公开另一示例提供的光谱仪的示意图；
图6为本公开一示例提供的一种光谱仪的制作方法；以及
图7A-图7G示出了一种光谱仪的制作方法。
具体实施方式
为使本公开示例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开示例的附图，对本公开示例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的示例是本公开的一部分示例，而不是全部的示例。基于所描述的本公开的示例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他示例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“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，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”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可能相应地改变。
量子点是尺寸可调控的、可以做到几个纳米量级，并且对光或者电敏感的半导体晶体，可通过光或电来激发量子点发光。
量子点是纳米尺度的半导体晶体，它的三维尺寸都在100纳米以下。量子点具有量子效应，当这些半导体晶体做到小到纳米尺度，不同的尺寸就可以发出不同颜色的光，即使是尺寸相差几个或十几个原子。而通过调整量子点的尺寸，就能得到所需波长(颜色)的光。
把量子点放入分散液所得的量子点溶液具有晶体和溶液的双重性质。量子点的尺寸可调控，仅由少数原子构成，所以其活动局限于有限范围之内，而丧失原有的半导体特性。也正因为其只能活动于狭小的空间，因此影响其能量状态就容易促使其发光。
使用量子点可以在减小光谱仪体积的同时不影响它的分辨率、使用范围和效率。利用量子点材料是克服通常的微型光谱仪的设计局限的有效方法之一
图1为本公开一示例提供的光谱仪的剖视图。如图1所示，光谱仪包括第一基板10、第二基板20和第三基板30。第一基板10包括第一衬底基板101、黑矩阵102和量子点发光层14。第二基板20包括第二衬底基板201和检测通道202。第三基板30包括第三衬底基板301和传感器层32。第一基板10与第二基板20相对设置，第二基板20与第三基板30相对设置。第二衬底基板201与第一衬底基板101相对设置。第二衬底基板201与第三衬底基板301相对设置。例如，如图1所示，传感器层32位于第二衬底基板201的远离第一衬底基板101的一侧。
如图1所示，检测通道202位于第一衬底基板101和第二衬底基板201之间。量子点发光层14位于第一衬底基板101的靠近第二衬底基板201的一侧。量子点发光层14包括多个量子点发光单元104。黑矩阵102位于第一衬底基板101的靠近第二衬底基板201的一侧。黑矩阵102被配置为分隔多个量子点发光单元104。传感器层32包括多个传感器302。多个传感器302与多个量子点发光单元104一一对应。
例如，检测通道202被配置为容纳或通过待检测的液体LQ。例如，多个量子点发光单元104中的每个被配置为发光以照射待检测的液体LQ。例如，传感器302可包括光学传感器。例如，多个传感器302中的每个可被配置为接收量子点发光层发出的光以进行检测，但不限于此。
本公开至少一示例中，一方面，因采用量子点层发光，可实现光谱仪的微型化，另一方面，黑矩阵102可起到隔离不同量子点发光单元的作用，可避免相邻的量子点发光单元发出的光影响照射到传感器302的光，从而，可避免影响检测结果，有利于提高检测准确性。
例如，黑矩阵一般用在彩色显示器件中，是三基色(例如R、G、B)图案之间的不透光部分。例如，黑矩阵可采用含有黑色染料的光刻胶，但不限于此。
例如，待检测液体可在检测通道202里进行液滴运输、分合、反应等操作。例如，待检测液体可通入到检测通道202，待检测的液体可为通入到检测通道202的液体在检测通道202内反应后得到的液体，本公开的示例对此不作限定。例如，检测通道202为微流道。例如，第二基板20可为微流控器件。检测通道的设置方式不限于图1所示。
一些示例中，为了使不同的量子点发光单元发出不同波长的光，量子点发光层14采用不同种类的量子点、不同尺寸的量子点、不同种类且不同尺寸的量子点至少之一形成。此情况下，黑矩阵102还可防止发不同波长的光的量子点发出的光存在的串扰问题。
一些示例中，量子点发光层14发光构成光谱。量子点发光层14可形成多种不同波段(波长)的光，例如，可形成从紫外到红外的连续光谱，但不限于此。
通过改变量子点尺寸或者材料来实现激发不同波长的光，可实现从紫外到红外的连续光谱，可利于获得宽光谱。使用量子点材料到光谱仪中，可以在减小光谱仪体积的同时不影响它的分辨率、使用范围和效率。同时，量子点可以分散在溶剂中，以液态形式被加工。
例如，不同尺寸量子点在激光激发下可显示不同颜色的荧光。
例如，量子点材料可包括CdS、CdSe、ZnS至少之一，但不限于此，只要是能通过尺寸调控来发出不同波长的光的量子点即可。
例如，不同尺寸硒化镉量子点在紫外激光激发下显示不同颜色的荧光。例如，半导体纳米晶硒化镉(CdSe)，在2纳米时发出的是蓝色光，到8纳米的尺寸时发出的就是红色光，中间的尺寸呈现绿色黄色橙色等。
如图1所示，一些示例中，黑矩阵102被配置为形成多个容纳空间103，多个容纳空间103中的每个被配置为容纳多个量子点发光单元104中的一个，在垂直于第一衬底基板101的方向上，黑矩阵102的尺寸大于或等于量子点发光层14的尺寸。在容纳空间103内形成量子点发光单元104，有利于量子点发光层的制作。
例如，在垂直于第一衬底基板101的方向上，黑矩阵102的尺寸可为微米量级。例如，在垂直于第一衬底基板101的方向上，黑矩阵102的尺寸可为2-3μm。例如，黑矩阵102的尺寸即为容纳空间103的尺寸。例如，本公开的示例中，某一元件/部件的尺寸是指该元件/部件在垂直于第一衬底基板101的方向上的厚度。
例如，容纳空间103一般可以做到几百纳米到微米量级，因此可以利于光谱仪微型化。例如，容纳空间103的长度或宽度为几百纳米到微米量级。例如，在垂直于第一衬底基板101的方向上，容纳空间的尺寸为2-3μm。
如图1所示，一些示例中，为了利于量子点发光层的制作，在垂直于第一衬底基板101的方向上，容纳空间103的尺寸大于或等于量子点发光层104的尺寸。例如，若不同容纳空间内的量子点发光层104的尺寸不同，则容纳空间103的尺寸大于或等于尺寸最大的量子点发光层104的尺寸。
例如，在垂直于第一衬底基板101的方向上，量子点发光层104的尺寸与容纳空间103的尺寸之比可为90％-98％。进一步例如，在垂直于第一衬底基板101的方向上，量子点发光层104的尺寸与容纳空间103的尺寸之比为93％-95％。
例如，第一衬底基板101和第三衬底基板301可采用液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)显示器的衬底基板。例如，第一衬底基板101和第三衬底基板301可采用透明基板，例如玻璃基板，也可以使用树脂材料基板等。例如，第一衬底基板101和第三衬底基板301的材料可采用光学玻璃。采用玻璃基板时，比采用硅片或者其他有机物基板更有利于光谱仪的制作，更有利于成本降低，并利于量产。
例如，第一衬底基板101和第三衬底基板301的厚度可均为0.1-2mm，可由具体的产品设计或工艺条件决定。例如，第一衬底基板101和/或第三衬底基板301的上下表面可具有较好的平整度及平行度，以利于第一基板10和/或第三基板30的制作。
例如，如图1所示，量子点发光单元104发出的光L2通过待检测液体后的光L3可被对应位置的传感器302感测，不同波长的光对通道中待检测液体中的不同的物质在不同的位置被检测和标定，可以实现多种波长多物质(分子)一次快速并精密地检测和标定。
例如，传感器302为光敏探测器。例如，光学传感器302可以是电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)、PIN二极管等至少之一，本公开的示例对此不作限定。
如图1所示，一些示例中，传感器302被配置为检测照射到其上的光，照射到传感器302上的光可为量子点发光单元104发出的光通过待检测的液体LQ之后的透射光，也可以为检测通道202中的液体在量子点发光单元104发出的光的照射下发出的光，但不限于此。是否有液体通过检测通道以及不同种类的液体通过检测通道时，传感器302可输出对应的电信号以实现检测目的。
如图1所示，一些示例中，传感器层32位于检测通道202的远离量子点发光层14的一侧，为了利于传感器302获得照射到其上的光，传感器层32在第一衬底基板101上的正投影落入量子点发光层14在第一衬底基板101上的正投影内。例如，每个容纳空间103中的量子点发光单元104在第一衬底基板101上的正投影和与该容纳空间103对应的传感器302在第一衬底基板101上的正投影重合。例如，多个量子点发光单元104在第一衬底基板101上的正投影与多个传感器302在第一衬底基板101上的正投影重合。
如图1所示，一些示例中，光谱仪还包括位于量子点发光层14的远离第一衬底基板101的一侧的保护层105。保护层105被配置为保护量子点发光层14。保护层105主要作用是隔离量子点发光单元，并保护量子点发光单元不被污染，同时还可起到平整化表面的目的。例如，保护层105可采用环氧树脂系或亚克力树脂系高分子材料。例如，保护层105可作为封装层。保护层105可覆盖多个量子点发光单元104。
如图1所示，一些示例中，在垂直于第一衬底基板101的方向上，保护层105和量子点发光层14的尺寸之和大于或等于容纳空间103的尺寸。保护层105和量子点发光层14的尺寸之和大于容纳空间103的尺寸的情况下，保护层105远离第一衬底基板101的表面为平面，可利于保护层105的制作，利于提高保护层105的保护效果，并利于减少保护层105断层等不良。保护层105和量子点发光层14的尺寸之和等于容纳空间103的尺寸的情况下，由保护层105填充容纳空间103内除了量子点发光单元104之外的部分。位于不同的容纳空间103的保护层105不连续。
如图1所示，一些示例中，光谱仪还包括位于第一衬底基板101的远离第二衬底基板201一侧的光源部40。光源部40位于第一衬底基板101的设置黑矩阵102和量子点发光层14的相反侧。光源部40被配置为提供照射到量子点发光层以激发量子点发光层发光的激发光。黑矩阵102可防止背景光泄漏，提高显示对比度，防止混色和增加颜色的纯度。
如图1所示，一些示例中，光源部40包括背光基板411以及位于背光基板411一侧的光源412，光源412发出的光进入背光基板411后转变为面光源朝向量子点发光层14发射以激发量子点发光层14发光。例如，背光基板411为导光板。例如，背光基板411采用透明材料制成。例如，在背光基板411远离第一衬底基板101的一侧设有反射层413。反射层413的设置可利于提高的光源412发出的光的利用率。反射层413的材料可包括金属。例如，反射层413的材料可采用银。
如图1所示，一些示例中，光源部40位于第一衬底基板101的远离第二衬底基板201的一侧，包括侧入式背光源，在侧入式背光源的远离第一衬底基板101的一侧设有反射层413。
例如，光源部40可采用准直光源，当然，也可以不采用准直光源。对光源部40的准直度要求并不十分严格。例如，光源部40可产生紫外光，但不限于此。
例如，为了更好的利用量子点发光层发出的光，第二基板20与第一基板10接触。例如，为了利于传感器更好的检测照射到其上的光，第三基板30与第二基板20接触。照射到传感器302上的光可为量子点发光单元104发出的光经过待检测液体后的光。例如，经过待检测液体后的光可为量子点发光单元104发出的光或者待检测液体中的物质在量子点发光单元104发出的光的照射下发出的光，但不限于此。
例如，如图1所示，第一基板10与第二基板20的间距可依赖于量子点发光层的出光方向的精度，例如，第一基板10与第二基板20可紧密贴合。
例如，如图1所示，传感器302与容纳空间103(光线出口)一一对应，第二基板20与第三基板30的间距依赖于传感器302的信噪比需求，第二基板20与第三基板30可紧密贴合。例如，第三基板30上可以包含缓冲膜层等。
例如，如图1所示，第一基板10和第二基板20之间通过封框胶20103封装在一起，第二基板20和第三基板30之间通过封框胶20104封装在一起。
例如，如图1所示，黑矩阵102和量子点发光层14制作在第一衬底基板101上，传感器层32制作在第三衬底基板301上，检测通道202制作在第二衬底基板201中。图1中以此为例进行说明。传感器层32和检测通道202还可以有其他设置方式，将在后续结合图4B和图4C进行描述。
图2为本公开一示例提供的光谱仪中的黑矩阵的俯视示意图。如图2所示，黑矩阵102位于第一衬底基板101上，黑矩阵102包括多个横向黑矩阵1021和多个纵向黑矩阵1022。多个横向黑矩阵1021和多个纵向黑矩阵1022横纵交错以形成多个容纳空间103。每个容纳空间103可看作用以盛装量子点溶液或者量子点发光单元的容器。
图3A为本公开一示例提供的光谱仪中的第一基板的俯视示意图。如图3A所示，多个量子点发光单元104可呈阵列排列，包括多行和多列。图3A中以形成四行七列的阵列为例进行说明，但阵列也可以采用其他结构。例如，各量子点发光单元104的面积可相等，但不限于此。第一基板10也可包括面积不相等的量子点发光单元104。例如，每个量子点发光单元104可发出一种颜色的光，多个量子点发光单元104可发出连续光谱。
例如，如图3A所示，多个量子点发光单元104可包括分别发出不同波长的光的第一量子点发光单元1041、第二量子点发光单元1042、第三量子点发光单元1043、第四量子点发光单元1044、第五量子点发光单元1045、第六量子点发光单元1046、第七量子点发光单元1047和第八量子点发光单元1048。
图3B为本公开另一示例提供的光谱仪中的第一基板的俯视示意图。如图3B所示，第一基板也可以制作成仅含有一行容纳空间，同样的，第一基板仅含有一行量子点发光单元，或者根据实际需求，采用其他方式排列，以实现不同的检测目的。
本公开的示例提供的光谱仪不限于使用如上所述的单侧入光的光源部，也可以采用两侧入光的方式，还可以采用直下式的背光源。
图4A为本公开另一示例提供的光谱仪的剖视示意图。例如，光源部40采用直下式背光源。
如图4A所示，一些示例中，光源部40位于第一衬底基板101的远离第二衬底基板201的一侧，光源部40为直下式背光源，在直下式背光源的靠近第一衬底基板101的一侧设有反射层403。
例如，如图4A所示，光源部40包括背光基板401以及位于背光基板401的靠近第一衬底基板101的一侧的多个光源402。例如，光源402可包括发光二极管(LED)芯片。在背光基板401的相邻光源402之间可设置反射层403。反射层403的设置，可利于提高光的利用率。反射层403的材料可包括金属。例如，反射层403的材料可采用银。例如，如图4A所示，均匀平面光从光源部40自上向下入射。
以上的光谱仪中，检测通道202以位于第二衬底基板201中的形式位于第一衬底基板101和第二衬底基板201之间。本公开的其他示例中，检测通道202可位于第一基板10和第二基板20之间，即检测通道202以位于第一基板10和第二基板20之间的空间内的形式位于第一衬底基板101和第二衬底基板201之间。
图4B为本公开另一示例提供的光谱仪的剖视示意图。检测通道202位于第一衬底基板101和第二衬底基板201之间。待检测的液体LQ可为液滴。第一衬底基板101上可设置第一驱动电极106，第二衬底基板201上可设置多个第二驱动电极211。第一驱动电极106和第二驱动电极211之间可形成电场以驱动其间的液滴进行移动、分合、反应等操作，使得待检测的液体LQ通过检测通道202。传感器302可通过检测照射到其上的光来输出对应的电信号。如图4B所示，量子点发光单元发出的光可激发待检测的液体LQ中的荧光物质发光，传感器302被配置为检测照射到其上的荧光以输出检测信号。
例如，第一驱动电极106和多个第二驱动电极211还可通过检测其间的电容变化来获知待检测的液体/液滴的实际运动轨迹是否与预设轨迹相同，若实际运动轨迹与预设轨迹不同，可实时调整第一驱动电极106和多个第二驱动电极211上的电信号例如电压来使得待检测的液体/液滴回到预设轨迹上来。由此，可实现待检测的液体/液滴运动轨迹的实时控制。
如图4B所示，第一基板10和第二基板20可通过封框胶2010封装在一起。传感器层32和第二驱动电极211之间还可以设置绝缘层212。传感器层32远离第二衬底基板202的一侧还可以设置透明绝缘层213。
例如，图4B所示的光谱仪中，为了利于传感器302获得照射到其上的光，传感器层32在第一衬底基板101上的正投影落入量子点发光层14在第一衬底基板101上的正投影内。例如，每个容纳空间103中的量子点发光单元104在第一衬底基板101上的正投影和与该容纳空间103对应的传感器302在第一衬底基板101上的正投影重合。例如，多个量子点发光单元104在第一衬底基板101上的正投影与多个传感器302在第一衬底基板101上的正投影重合。
如图4B所示，传感器层32可位于第二衬底基板201靠近第一衬底基板101的一侧，传感器层32可制作在第二衬底基板201上。
以上示例中，传感器层32位于检测通道202的远离量子点发光层14的一侧。即，量子点发光层14和传感器层32位于检测通道202的相对侧。但本公开的示例不限于此。传感器层32还可位于检测通道202的靠近量子点发光层14一侧。
图4C为本公开另一示例提供的光谱仪的剖视示意图。如图4C所示，传感器层32位于检测通道202的靠近量子点发光层14的一侧。即，传感器层32和量子点发光层14位于检测通道202的同一侧，如图4C所示，传感器层32和量子点发光层14位于检测通道202的上侧。传感器层32在第一衬底基板101上的正投影落入黑矩阵102在第一衬底基板101上的正投影内。例如，传感器层32在第一衬底基板101上的正投影落入黑矩阵102在第一衬底基板101上的正投影内是指传感器层32在第一衬底基板101上的正投影的面积小于或等于黑矩阵102在第一衬底基板101上的正投影的面积。
如图4C所示，传感器层32在第一衬底基板101上的正投影与量子点层14在第一衬底基板101上的正投影内不交叠。
如图4C所示，黑矩阵102和量子点发光层14制作在第一衬底基板101上，传感器层32制作在第三衬底基板301上，检测通道202制作在第二衬底基板201中。需要说明的是，本公开的示例不限于图4C所示。例如，传感器层32还可以制作在第一衬底基板101上，从而，可以省略第三衬底基板301，进一步减小光谱仪的厚度。
如图4C所示，光源部40发出的光L1照射到量子点发光单元104，量子点发光单元104受激发光，发出的光L2照射到检测通道202内的待检测液体LQ，由待检测液体LQ反射的光或发出的光L3到达与量子点发光单元104对应的传感器302上。检测通道202中有液体通过时和没有液体通过时，传感器302感测的照射到其上的光不同。检测通道202中通过的液体种类不同时，传感器302感测的照射到其上的光不同，从而，传感器302可输出的对应电信号。
如图4C所示，一些示例中，为了避免相邻的检测通道202的待检测液体LQ的反射光对于检测结果的影响，在传感器302的靠近与其相邻的传感器302的一侧设置遮光单元230，以使得该传感器302仅可检测与其对应的检测通道202内的反射光。遮光单元230被配置为遮挡相邻检测通道202的反射光。例如，多个遮光单元230可被称作遮光层。例如，遮光单元230可采用金属材料制作。
如图4C所示，一些示例中，传感器层32在第一衬底基板101上的正投影的面积小于黑矩阵102在第一衬底基板101上的正投影的面积。
如图4C所示，一些示例中，为了有效利用黑矩阵对应区域的面积，传感器层32和遮光单元230在第一衬底基板101上的正投影的面积等于黑矩阵102在第一衬底基板101上的正投影的面积。
例如，如图4C所示，第一基板10和第三基板30之间通过封框胶20101封装在一起，第三基板30和第二基板20之间通过封框胶20102封装在一起。
本公开的示例中，光源部还可以采用其他方式。例如，可以将激光或者LED等光源发出的光引导到光波导中，再采用出光结构实现光出射到量子点发光层中。
图5A为本公开另一示例提供的光谱仪的剖视示意图。如图5A所示，光谱仪还包括位于第一衬底基板101侧面的光源50，第一衬底基板101为玻璃基板并构成光波导，第一衬底基板101还包括与多个容纳空间103一一对应的多个出光结构1011，多个出光结构1011位于第一衬底基板101靠近第二衬底基板201的一侧。例如，除了多个出光结构101处可出射光外，第一衬底基板101的其余位置发生全反射，没有光出射。例如，量子点发光单元104除了设置在黑矩阵内，也设置在出光结构1011中。
例如，出光结构包括盲孔。例如，光波导中的光，因为玻璃表面被盲孔破坏，而出光，进入量子点发光层中，激发量子点发光，实现光谱仪功能。例如，可以黑矩阵102为掩模，刻蚀第一衬底基板101，刻蚀出盲孔以出光。盲孔为非贯通孔。盲孔为去除一部分第一衬底基板101而形成的凹槽。盲孔不贯通第一衬底基板101。
除了可以采用盲孔取光外，还可以采用其他结构例如取光光栅使得光波导中的光被取出。
除了采用光致发光外，还可采用电致发光的方式使得量子点发光层发光。可利用背光激发或者电致发光使得量子点发光层发光，量子点电致发光器件结构与量子点光致发光器件结构相比，需要额外提供驱动结构，不需要提供背光源，其余结构可互相参见。
可去掉光致量子点发光光谱仪中的光源部，形成驱动结构以激发不同量子点发光，以获得微型电致量子点发光光谱仪。
图5B为本公开另一示例提供的光谱仪的示意图。如图5B所示，光谱仪还包括位于量子点发光单元104的远离第二衬底基板201的一侧的第一电极121和位于量子点发光单元104的靠近第二衬底基板201的一侧的第二电极122，第一电极121和第二电极122被配置为被施加不同的电压以激发量子点发光单元104发光。例如，第一电极121和第二电极122位于第一衬底基板101上并分设在量子点发光单元104两侧。
如图5B所示，一些示例中，第一电极121比第二电极122更靠近第一衬底基板101，黑矩阵102位于第一电极121远离第一衬底基板101的一侧。例如，如图5B所示，第二电极122位于黑矩阵102的靠近第二衬底基板201的一侧。
如图5B所示，一些示例中，黑矩阵102位于第一电极121和第二电极122之间。图5B中以形成板状的第一电极121和板状的第二电极122为例进行说明。但第一电极121和第二电极122的形状并不限于此。
图5C为本公开另一示例提供的光谱仪的示意图。第二电极122包括多个彼此绝缘的子电极1221，从而，可分别驱动不同容纳空间内的量子点发光单元发光。
如图5B和图5C所示，一些示例中，第二电极122包括位于容纳空间103内的部分12201，当然，还可包括没有位于容纳空间103内的部分12202。另一些示例中，第二电极122位于容纳空间103内，完全容纳在容纳空间103内。
如图5B和图5C所示，一些示例中，第二电极122远离第一衬底基板101的一侧还可设置保护层105。保护层105可参见之前描述，在此不再赘述。
本公开的示例中，黑矩阵可以形成膜层再对膜层构图而形成，也可以采用其他方式形成。
图5D为本公开另一示例提供的光谱仪的示意图。如图5D所示，一些示例中，容纳空间103为去除一部分第一衬底基板101而形成。
如图5D所示，一些示例中，第一衬底基板101上的容纳空间103为去除一部分第一衬底基板101而形成的凹陷部1010，凹陷部1010即为容纳空间103。量子点发光单元104位于凹陷部1010内。如图5D所示，黑矩阵102可设置在位于相邻的凹陷部1010之间的一部分第一衬底基板101上。黑矩阵102可防止量子点发光单元104发出的不同波长的光存在的串扰问题。例如，可在形成量子点层14之后形成黑矩阵102，形成黑矩阵102后再形成保护层105。或者，可以在保护层105上形成黑矩阵102。例如，黑矩阵102在第一衬底基板101上的投影位于相邻量子点发光单元104之间。
图6为本公开一示例提供的一种光谱仪的制作方法，该方法包括：在第一衬底基板上形成黑矩阵和包括多个量子点发光单元的量子点发光层；形成包括多个传感器的传感器层；以及将第二衬底基板与第一衬底基板相对设置以在第一衬底基板和第二衬底基板之间形成检测通道；其中，量子点发光层位于第一衬底基板的靠近第二衬底基板的一侧；黑矩阵位于第一衬底基板的靠近第二衬底基板的一侧，并被配置为分隔多个量子点发光单元；多个传感器与多个量子点发光单元一一对应。
本公开至少一示例提供的光谱仪的制作方法，可利于批量生产。本公开的示例可提供低成本、可批量生产的、高精度的微型光谱仪。本公开的示例提供的光谱仪可用于光谱检测、物质分析、标定、分子诊断、食品检疫和细菌分类等物理、生物和化学领域的检测和标定。
例如，在第一衬底基板上形成黑矩阵和包括多个量子点发光单元的量子点发光层包括：在第一衬底基板上形成包括多个容纳空间的黑矩阵；在多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液，加热以去除量子点溶液中的待去除物质，得到量子点发光层。
例如，在多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液包括：形成可受激发产生不同波长的光的量子点的溶液，将可受激发产生不同波长的光的量子点的溶液分别滴入对应的容纳空间内。
例如，在多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液后，采用一次加热工艺加热以去除量子点溶液中的待去除物质。即，先完成多个容纳空间的量子点溶液滴入工序，再进行一次加热，即可得到量子点发光层。
例如，将不同尺寸的量子点材料溶于分散剂，即可制成量子点溶液。例如，分散剂包括有机溶剂或者水。将量子点溶液滴入黑矩阵的容纳空间内，加热以去除量子点溶液中的待去除物质，在容纳空间内得到量子点发光单元。可通过背光或电激发，激发不同尺寸的量子点结构，发射不同波长的光。
例如，可采用胶体或者水溶性的量子点，方便批量滴入容纳空间中。量子点材料可以是CdZnSe/ZnS合成的可水溶的量子点结构，也可以是溶于有机物的CdS或者CdSe或者ZnS等胶体量子点结构。例如，可将CdS或者CdSe溶于有机物，实现不同的透射出光波长。量子点的材料也不限于此，只要满足可以通过控制量子点材料或尺寸来调控不同波段的光出射即可。
本公开至少一示例中，采用量子点，可实现不同的波长出光，可采用电致发光或者光致发光的方式来使得量子点发光层发光以获得微型光谱仪。
图7A-图7G示出了一种光谱仪的制作方法。以下进行详细描述。
如图7A所示，在第一衬底基板101上形成黑矩阵薄膜1020。
如图7B所示，对黑矩阵薄膜1020进行构图形成黑矩阵102。黑矩阵102被配置为形成多个容纳空间103。例如，构图可包括光刻工艺或纳米压印的方式。例如，当黑矩阵薄膜1020采用含有黑色染料的光刻胶时，可采用纳米压印的方式在光刻胶上压出用以容纳量子点溶液的容纳空间103。例如，光刻工艺包括曝光，显影，以形成黑矩阵102。例如，可用掩模板对黑矩阵薄膜1020进行曝光，并显影，以形成黑矩阵102。
如图7C所示，调制好含有不同尺寸量子点的量子点溶液，将其注入对应的容纳空间103里。例如，可采用喷墨打印的方式将量子点溶液滴入容纳空间103中，在容纳空间103中形成量子点溶液层131。例如，发出相同波长光的量子点发光单元可同时滴入量子点溶液，以此类推，直到所有的容纳空间内都滴入了量子点溶液。图7C示出了用以注入量子点溶液至容纳空间103中的注入结构130。
如图7D所示，加热以去除量子点溶液中的待去除物质，以在每个容纳空间内形成量子点发光单元104。
如图7E所示，在量子点发光层104上形成保护层105。
如图7F所示，在第一衬底基板101未设置黑矩阵102的一侧形成光源部40，得到第一基板10。
如图7G所示，在第三衬底基板301上形成多个传感器302以形成第三基板30，在第二衬底基板201中形成检测通道202以形成第二基板20，将第一基板10与第二基板20对置，并将第二基板20置于第一基板10和第二基板20之间，获得光谱仪。例如，第一基板10与第二基板20可通过封框胶20103封装，第二基板20与第三基板30可通过封框胶20104封装。
例如，为了利于第一基板10与第三基板30的传感器与容纳空间的精准对位，可在第一衬底基板101和第二衬底基板201上分别制作对位标记，以方便精准对位。
图7A-7G以每个容纳空间内都滴入量子点溶液后，再进行加热形成量子点发光层为例进行说明。
另一些示例中，也可以采用部分容纳空间内滴入第一量子点溶液，进行第一次加热以在该部分容纳空间内形成量子点发光单元，再在部分容纳空间内滴入第二量子点溶液，进行第二次加热以在该部分容纳空间内形成量子点发光单元，以此类推，直至完成所有容纳空间内量子点发光单元的制作。例如，第一量子点溶液和第二量子点溶液中的量子点的尺寸不同以分别形成发出不同波长光的量子点发光单元。例如，第一量子点溶液和第二量子点溶液中的采用不同材料的量子点以分别形成发出不同波长光的量子点发光单元。
图7A-图7G以含有背光源的光谱仪为例进行了制作方法的描述。例如，采用图7A-7G所示的方法可形成图1所示的光谱仪。以下对其他形式的光谱仪的制作方法中的不同部分进行描述。
对于例如如图5A所示的光波导形式的光谱仪，可在第一衬底基板101上形成被配置为形成多个容纳空间103的黑矩阵102，再以黑矩阵102为掩模对第一衬底基板101进行刻蚀形成出光结构1011，再进行后续制作。
对于例如如图5B所示的电致发光形式的光谱仪，可在第一衬底基板101上形成第一电极121，再在第一电极121上形成黑矩阵102，然后在黑矩阵102的容纳空间103内形成量子点发光单元104，在量子点发光单元1034上形成第二电极122。
例如，在第二衬底基板201上可设置入口和出口以便于液体进入和流出检测通道202。图中未示出入口和出口。
本公开至少一示例中，黑矩阵形成的容纳空间用以盛放不同尺寸的量子点，实现不同的波长出光，用电致发光或者光致发光实现玻璃基微型光谱仪。
需要说明的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的示例的附图中，层或区域的厚度被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在不冲突的情况下，本公开的同一示例及不同示例中的特征可以相互组合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种光谱仪，包括：
第一衬底基板；
第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置；
检测通道，位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间；
量子点发光层，位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，包括多个量子点发光单元；
黑矩阵，位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，被配置为分隔所述多个量子点发光单元；以及
传感器层，包括多个传感器，所述多个传感器与所述多个量子点发光单元一一对应，
其中，所述黑矩阵被配置为形成多个容纳空间，所述多个容纳空间中的每个被配置为容纳所述多个量子点发光单元中的一个，在垂直于所述第一衬底基板的方向上，所述黑矩阵的尺寸大于或等于所述量子点发光层的尺寸。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，还包括位于所述量子点发光层的远离所述第一衬底基板的一侧的保护层，其中，所述保护层被配置为保护所述量子点发光层。
3.根据权利要求2所述的光谱仪，其中，在垂直于所述第一衬底基板的方向上，所述保护层和所述量子点发光层的尺寸之和大于或等于所述黑矩阵的尺寸。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光谱仪，其中，所述量子点发光层采用不同种类的量子点、不同尺寸的量子点至少之一形成。
5.根据权利要求1-3任一项所述的光谱仪，其中，所述传感器层位于所述检测通道的远离所述量子点发光层的一侧，所述传感器层在所述第一衬底基板上的正投影落入所述量子点发光层在所述第一衬底基板上的正投影内。
6.根据权利要求1-3任一项所述的光谱仪，其中，所述传感器层位于所述检测通道的靠近所述量子点发光层的一侧，所述传感器层在所述第一衬底基板上的正投影落入所述黑矩阵在所述第一衬底基板上的正投影内。
7.根据权利要求1-3任一项所述的光谱仪，还包括光源部，其中，所述光源部被配置为提供照射到所述量子点发光层以激发所述量子点发光层发光的激发光。
8.根据权利要求7所述的光谱仪，其中，所述光源部位于所述第一衬底基板的远离所述第二衬底基板的一侧，包括直下式背光源或侧入式背光源，在所述直下式背光源的靠近所述第一衬底基板的一侧设有反射层，或者，在所述侧入式背光源的远离所述第一衬底基板的一侧设有反射层。
9.根据权利要求7所述的光谱仪，其中，所述光源部包括位于所述第一衬底基板的侧面的光源，所述第一衬底基板为玻璃基板并构成光波导，所述第一衬底基板还包括与所述多个量子点发光单元一一对应的多个出光结构，所述多个出光结构位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧。
10.根据权利要求9所述的光谱仪，其中，所述出光结构包括盲孔。
11.根据权利要求1-3任一项所述的光谱仪，还包括位于所述量子点发光单元的远离所述第二衬底基板的一侧的第一电极和位于所述量子点发光单元的靠近所述第二衬底基板的一侧的第二电极，所述第一电极和所述第二电极被配置为被施加不同的电压以激发所述量子点发光单元发光。
12.根据权利要求11所述的光谱仪，其中，所述黑矩阵位于所述第一电极和所述第二电极之间。
13.根据权利要求12所述的光谱仪，其中，所述第二电极包括位于所述容纳空间内的部分。
14.一种光谱仪的制作方法，包括：
在第一衬底基板上形成黑矩阵和包括多个量子点发光单元的量子点发光层；
形成包括多个传感器的传感器层；以及
将第二衬底基板与所述第一衬底基板相对设置以在所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间形成检测通道；
其中，所述量子点发光层位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧；所述黑矩阵位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧，并被配置为分隔所述多个量子点发光单元；所述多个传感器与所述多个量子点发光单元一一对应。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述在第一衬底基板上形成黑矩阵和包括多个量子点发光单元的量子点发光层包括：
在所述第一衬底基板上形成包括多个容纳空间的黑矩阵；以及
在所述多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液，加热以去除量子点溶液中的待去除物质，得到量子点发光层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液包括：形成可受激发产生不同波长的光的量子点的溶液，以及将可受激发产生不同波长的光的量子点的溶液分别滴入对应的容纳空间内。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述多个容纳空间的每个中滴入量子点溶液后，采用一次加热工艺加热以去除量子点溶液中的待去除物质。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述黑矩阵被配置为形成多个容纳空间，所述多个容纳空间中的每个被配置为容纳所述多个量子点发光单元中的一个，在垂直于所述第一衬底基板的方向上，所述黑矩阵的尺寸大于或等于所述量子点发光层的尺寸。
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