CN113299847A - 显示像素的平整化保护封装结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种显示像素的平整化保护封装结构及制作方法，用于基材上具有高度差异的结构的保护封装或用于图案化量子点膜片的保护封装；其特征在于：采用水氧阻隔层进行平整化封装；所述水氧阻隔层由内侧的封装胶层和外侧阻隔膜组成，经过二次固化工艺制成。其能够在大幅隔绝水氧侵蚀的同时能够实现器件表面的平整化，解决量子点色转换膜与其它结构组合时的不平整问题。

Description

显示像素的平整化保护封装结构及制作方法

技术领域

本发明属于量子点显示器技术领域，尤其涉及一种显示像素的平整化保护封装结构及制作方法。

背景技术

量子点可在受到光电激发的状态下，根据其本身尺寸大小发出半峰宽窄的高质量单色光。基于其在纳米尺寸的量子效应，纳米半导体量子点具有发光光谱可调、半峰宽窄、发光效率高、稳定性高等其他发光材料无法比拟的性能优势。近年来以量子点作为导光板或光学膜片的关键材料的量子点发光显示器件已成为信息显示领域研究的新热点。

但现有的像素化量子点色转换膜中存在色转黄像素与黑矩阵厚度差的问题，导致量子点色转换膜不易与其它膜片或模组进行整合；且量子点对水分和氧气十分敏感，在水氧侵蚀下极易发生氧化或表面配体脱落。显示器工作条件下，光照会催化氧化进程，导致量子点失效更加严重。为了能够在商业化产品中使用，必须开发易与其它结构进行整合且能够保证使用寿命的量子点器件。

专利CN105511155A提出了一种转印的方法来制备量子点彩色滤光片，先在基板上形成一层量子点层，再转印至另一基板上的光阻层中，该专利工艺流程较为复杂，且存在平整度难以控制、未进行封装的问题。专利CN107861181A提出了一种用喷墨打印的方法来制备量子点彩色滤光片，该专利采用点对点图形化的方式解决了离散像素形式分布问题，并进行了初步封装，但封装后的器件时厚度不均匀、表面不平整的，不易与其它膜片或模组进行拼装整合，且简单的封装形式不能完全抵御工作环境下水氧对量子点的侵蚀。综上，有必要提出一种显示像素的平整化保护封装结构及制作流程，在大幅隔绝水氧侵蚀的同时能够实现器件表面的平整化，解决量子点色转换膜与其它结构组合时的不平整问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种显示像素的平整化保护封装结构及制作方法，该结构通常包括显示像素阵列、色转换层基底、在基底上成型的量子点色转换像素阵列、色转换像素外围的黑矩阵、以及在色转换层和黑矩阵层上设置平整化封装的水氧阻隔层。其中，显示像素阵列用于提供激发光源；色转换层基底用于承载量子点色转换像素阵列、色转换像素外围的黑矩阵及水氧阻隔层；在基底上成型的量子点色转换像素阵列与色转换像素外围的黑矩阵整面或部分覆盖在基底上，浸入固定于水氧阻隔层；水氧阻隔层由平整化封装胶层和阻隔膜组成，紧密覆盖在色转换像素层上，可以将色转换像素与黑矩阵厚度差平整化，并保护量子点不受水分和氧气的侵蚀。本发明提出了二次固化工艺的平整化流程，实现了量子点色转换像素的水氧阻隔，解决了量子点色转换像素与黑矩阵结构厚度不均匀的平整化封装问题，使封装后表面平整，易于实现器件的整合，保证显示照明效果的同时提升了量子点网点的发光寿命，可进一步推广于其他直下式光源的显示领域。

本发明具体采用以下技术方案：

一种显示像素的平整化保护封装结构，用于基材上具有高度差异的结构的保护封装或用于图案化量子点膜片的保护封装；其特征在于：采用水氧阻隔层进行平整化封装；所述水氧阻隔层由内侧的封装胶层和外侧阻隔膜组成，经过二次固化工艺制成。

优选地，基底采用水蒸汽渗透率和氧气渗透率分别小于0.1g/m²/day和0.1cm³/m²/day且在可见光范围内具有透光性的柔性有机材料；

所述封装胶层采用粘度为50~2000cps、具有疏水性、在可见光范围内的透光性高于90%的胶体材料；

所述阻隔膜在可见光范围内的透光率高于75%，气体透过率不超过30cm³/m²/day，水分透过率不超过50g/m²/day。

优选地，所述平整化封装得到均匀平整的器件上表面，其平面度为0.01-0.5mm，尺寸公差为0.001-0.02；该器件整体结构的上下两面为相互平行或成一定角度，且夹角小于等于3°。

优选地，应用的器件的结构包括：显示像素阵列、基底、在基底上成型的量子点色转换像素阵列、色转换像素外围的黑矩阵、以及在色转换层和黑矩阵层上设置平整化封装的水氧阻隔层；

所述显示像素阵列是色转换像素阵列的激发光源，且显示像素与色转换像素之间具有一对一或多对一或一对多的对准关系；色转换像素阵列及其外围黑矩阵制作于刚性或柔性的基底上，且色转换像素阵列及其黑矩阵凸起于基底平面的高度不同，具有厚度差。

优选地，在量子点色转换像素阵列与色转换像素外围的黑矩阵上表面，使用原子层沉积技术生长有一层厚度为20~200nm的致密无机物薄膜，与封装胶层和阻隔膜层形成有机/无机封装结构。

优选地，色转换层采用量子点材料，为整面覆盖或部分覆盖在基底上的图案化像素层。

优选地，柔性基底制成平面型器件或曲面型器件，作为曲面器件时其曲率为100-5000R。

优选地，所述封装胶层的厚度为5~1000μm，或高出图案化区域4~20倍；折射率与基底的折射率差为±0.25。

以及根据以上封装结构的制作方法，其特征在于：所述二次固化工艺包括以下步骤：

步骤1：平整化封装胶层涂覆与第一次固化；

步骤2：贴覆阻隔膜；

步骤3：第二次固化。

优选地，步骤1具体包括以下步骤：使用刮涂机涂覆胶水，或涂覆自流平胶水并完成自流平过程；之后转移至固化装置中，进行第一次固化至半凝固状态，形成平整化封装胶层；

步骤2具体包括以下步骤：将阻隔膜材料有粘性的一面朝向胶层进行贴覆，转移至刮涂机中，将刮刀两侧的螺钉旋转到同样的刻度以使整个刮刀与基底处于水平位置，在阻隔膜上方进行无材料刮涂以排出胶层与阻隔膜间的空气，使其完全致密地贴合在一起，实现阻隔膜平整化；

步骤3具体包括以下步骤：将贴覆完成的基底转移至固化装置中，将胶层进行完全固化，最终形成平整化封装结构。

与现有技术相比，本发明及其优选方案能够在大幅隔绝水氧侵蚀的同时能够实现器件表面的平整化，解决量子点色转换膜与其它结构组合时的不平整问题。其提出了二次固化工艺的平整化方法，实现了量子点色转换像素的水氧阻隔，解决了量子点色转换像素与黑矩阵结构厚度不均匀的平整化封装问题，使封装后表面平整，易于实现器件的整合，保证显示照明效果的同时提升了量子点网点的发光寿命，可进一步推广于其他直下式光源的显示领域。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例一的显示像素的平整化保护封装的结构示意图；

图2为本发明实施例二的增加ALD镀膜的一种显示像素的平整化保护封装的结构示意图；

图中：1-显示像素阵列；2-色转换层基底；3-量子点色转换像素阵列；4-色转换像素外围的黑矩阵；5-封装胶层；6-阻隔膜；7-ALD无机物薄膜。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

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。

如图1所示，本实施例提出的带有显示像素的平整化保护封装结构的器件整体结构，包括：显示像素阵列1、色转换层基底2、在基底上成型的量子点色转换像素阵列3、色转换像素外围的黑矩阵4、以及在色转换层和黑矩阵层上设置平整化封装的水氧阻隔层：

其中，显示像素阵列是色转换像素阵列的激发光源，且显示像素与色转换像素之间具有一对一或多对一的对准关系；

色转换层基底用于承载量子点色转换像素阵列、色转换像素外围的黑矩阵及水氧阻隔层；

量子点色转换像素阵列与色转换像素外围的黑矩阵整面或部分覆盖在刚性或柔性的基底上，浸入固定于水氧阻隔层，且色转换像素阵列及其黑矩阵凸起于基底平面的高度不同，具有厚度差；

水氧阻隔层由平整化封装胶层5和阻隔膜6组成，紧密覆盖在色转换像素层上，可以将色转换像素与黑矩阵厚度差平整化，并保护量子点不受水分和氧气的侵蚀。

该平整化封装结构的制作方法包括如下步骤：

S1：基底预处理。先使用刷板机清洗色转换层基底，接着转移至超声清洗仪中进行超声震荡清洗5~20min，最后使用等离子清洗机对色转换层基底进行等离子清洁。

S2：制作黑矩阵。选择合适含有黑色染料的光固化材料作为黑矩阵材料，使用匀胶机（旋涂机）均匀涂覆在色转换层基底上，形成厚度为1-12μm的涂层；转移至光刻机内，选择合适的掩膜版进行光刻与显影，将黑矩阵图形固化至色转换层基底上。

S3：图案化量子点色转换像素阵列。采用丝网印刷、喷墨打印、光刻套印等方法，在基底表面黑矩阵内进行印刷与固化，形成厚度为1-15μm量子点色转换像素阵列。

S4：平整化封装胶层涂覆与第一次固化。

使用刮涂机涂覆胶水：将固化有量子点色转换像素阵列的量子点色转换层基底放置在刮涂机上，设置吸气泵压力为5-55Kpa，流量为0.5-1.5L/min；调整刮刀的高度在100-1000μm之间（保证刮刀无障碍地通过基底），将刮刀两侧的螺钉旋转到同样的刻度以使整个刮刀与基底处于水平位置；选择粘度为100-2000cp的胶水并且设置刮涂速度为5-15 mm/s进行刮涂。

或，使用喷涂、滚涂、旋涂涂覆自流平胶水：选择粘度为20-500cp的自流平胶水；选用喷头直径为0.1-10mm的喷枪将胶水均匀喷涂至固化有量子点色转换像素阵列的量子点色转换层基底上，或将固化有量子点色转换像素阵列的量子点色转换层基底置于全精密辊涂机（滚涂机）中以5-50mm/s的速度进行滚涂，或将固化有量子点色转换像素阵列的量子点色转换层基底置于匀胶机（旋涂机）上以100-3000rpm的转速进行旋涂；静置0.1-5h完成自流平过程。

转移至固化装置中，进行第一次固化至半凝固状态，形成平整化封装胶层。

S5：贴覆阻隔膜。将阻隔膜材料有粘性的一面朝向胶层进行贴覆，转移至刮涂机中，设置吸气泵压力为5-55Kpa、刮刀高度在100-1000μm之间（保证刮刀无障碍地通过基底），将刮刀两侧的螺钉旋转到同样的刻度以使整个刮刀与基底处于水平位置，以5-15 mm/s的速度在阻隔膜上方进行无材料刮涂以排出胶层与阻隔膜间的空气，使其完全致密地贴合在一起，实现阻隔膜平整化。

S6：第二次固化。将贴覆完成的基底转移至固化装置中，将胶层进行完全固化，最终形成平整化封装结构。

在本实施例方案中，色转换层基底选择具有水氧阻隔性（水蒸汽渗透率和氧气渗透率要求分别为小于0.1g/m²/day和0.1cm³/m²/day）且在390~760nm即可见光范围内具有透光性的柔性有机材料，如聚甲基丙烯酸甲（PMMA），苯乙烯~甲基丙烯酸甲酯共聚物（MS）树脂，聚乙烯（PE）树脂，聚对苯二甲二乙酯（PET），聚酰亚胺（PI），聚二甲基硅氧烷（PDMS），聚四氟乙烯（PTFE）或其他聚合物材料。根据不同的尺寸需求，柔性基底可以制成平面型器件或曲面型器件，作为曲面器件时其曲率为1000-5000R。

胶层选用粘度为50~2000cps、具有疏水性、在390~760nm即可见光范围内的透光性高于90%的胶体材料作为胶水，可以是紫外光固化胶（UV胶），也可以是热固化胶，如双组分胶粘剂（AB胶），但不限于此。其材料可以选用：环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸树脂，但不限于此。胶水紧密包围在每个像素及黑矩阵，形成一种致密的环境体系，以隔绝空气和水分。胶层厚度可根据实际情况加以调整，为保证完全覆盖每个像素及黑矩阵，胶层的厚度应为5~1000μm，或高出图案化区域4~20倍。胶层的折射率与基底的折射率差为±0.25。

针对步骤S3中的 “第一次固化至半凝固状态”流程，胶水选用UV胶时，需将涂覆胶层后的基板转移至365nm波长的紫外灯下5cm处，固化5~120s；胶水选用AB胶时，需将涂覆胶层后的基板转移至加热台，在80~120℃的温度下烘烤0.2~1.5h；

针对步骤S5的 “第二次固化”流程，胶水选用UV胶时，需将涂覆胶层后的基板转移至365nm波长的紫外灯下5cm处，固化至胶层完全凝固状态；胶水选用AB胶时，需将涂覆胶层后的基板转移至加热台，在80~120℃的温度下烘烤至胶层完全凝固状态。

水氧阻隔层紧密覆盖在胶层上，用于阻隔水氧对色转换层的侵蚀，且在390~760nm可见光范围内的透光率高于75%，其表面可制作纳米微结构增加光散射功能。可选用把气体阻隔性很强（气体透过率不超过30cm³/m²/day）的材料与水分阻隔性很强（水分透过率不超过50g/m²/day）的聚烯烃进行挤出而成的材料作为阻隔膜，如PVA，聚偏二氯乙烯，乙烯/乙烯醇共聚物但不限于此。或，在以上薄膜表面通过蒸镀技术，镀上一层SiO₂或Al₂O₃后的镀覆薄膜也是阻隔膜的一种，但不限于此。

平整化封装后，得到均匀平整的器件上表面，其平面度为0.01-0.5mm，尺寸公差为0.001-0.02。该器件整体结构的上下两面可相互平行也可成一定角度，但夹角小于等于3°。

在步骤S2之后、S3之前，可以增加一个步骤进一步提升水氧阻隔效果，即：

在量子点色转换像素阵列与色转换像素外围的黑矩阵上表面，使用原子层沉积（Atomic layer deposition, ALD）技术生长一层厚度为20~200nm的致密无机物薄膜，作为ALD无机物薄膜7与封装胶层、阻隔膜层形成有机/无机封装结构，如图2所示。原子层沉积生长薄膜的沉积材料可以选自II~VI族化合物，也可以选自III~V族化合物，可以是无机化合物，也可以是有机化合物。可以选自氧化物介电质Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、Y₂O₃、MgO、CeO₂、SiO₂、La₂O₃、SrTiO₃、BaTiO₃，或选自透明导体/半导体 In₂O₃、In₂O₃:Sn、In₂O₃:F、In₂O₃:Zr、SnO₂、SnO₂:Sb、ZnO、ZnO:Al、Ga₂O₃、NiO、CoO_x，或其他三元材料、氟化物、单质材料等。

色转换层采用量子点材料时，可为整面覆盖或部分覆盖在基底上的图案化像素层；量子点粒径分别为18~20nm、12~14nm及6~8nm，可以选自II~VI族化合物，也可以选自III~V族化合物，可以是无机化合物，也可以是有机化合物，优选硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点、砷化铟量子点和钙钛矿量子点材料，可用于显示红、绿、蓝色，具有如下特点：

（1）能够发出的光的波长可以从可见光波段延伸到红外波段；

（2）所发光的半高宽（FWHM）低于20nm；

（3）量子效率可达到90％；

（4）与有机传输层混合后可以制作量子点LED。

除本实施例以上提供的器件结构之外，该封装结构也可用于其他柔性基材上具有高度差异的结构的保护封装。用于图案化柔性量子点离散化微结构阵列时，自出光面向下结构依次为柔性导光板、量子点图案化层、阻隔层，根据图案化量子点的布局，导光板可采用直下式或侧入式的方案。若采用直下式方案，光源的光线将通过基底到达正对面，然后通过扩散膜和增亮膜进行光线的优化。若采用侧入式方案，侧入光源发出的光在基底和阻隔层之间全反射，并在量子点图案化区域散射。

该封装结构还可以用于图案化柔性量子点膜片的封装，包括但不限于图案化量子点色转换膜（如像素化量子点色转换膜、量子点阵列色转换膜），自出光面向下结构依次为阻隔层、量子点层、基底层。若对图案化量子点色转换膜进行封装，优选在可见光范围透光性达到90%以上的各层材料，可以在不影响出光效果的情况下大幅提升膜片寿命。

为了让本领域技术人员进一步了解本发明所提出的方法，下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

如图1所示，1为显示像素阵列，选用蓝光LED点阵背光源，光源间隔为5mm，光源波长为365nm；2为色转换层基底，选用在390~760nm即可见光范围内具有透光性的PMMA柔性有机材料；3为量子点色转换像素阵列，量子点可以将蓝色背光转化为其他如红、绿等颜色的光，是实现色转换膜效果的主要结构；4为色转换像素外围的黑矩阵，用于防止不同颜色像素之间的串扰现象；5为封装胶层，是平整化封装的主要实现部分，选用UV胶作为封装胶材料，通过平整化涂覆可以解决量子点色转换像素与黑矩阵之间的厚度差问题，获得平整的上表面，并且提供初步的封装效果；6为阻隔膜，选用聚烯烃进行挤出而成的材料作为阻隔膜，气体透过率为30cm³/m²/day、水分透过率为50g/m²/day，贴覆在封装胶层上表面，在不破坏平整度的前提下可以大幅提高结构的水氧阻隔性能。

实施例2

如图2所示，1为显示像素阵列，选用蓝光LED点阵背光源，光源间隔为5mm，光源波长为365nm；2为色转换层基底，选用在390~760nm即可见光范围内具有透光性的PMMA柔性有机材料；3为量子点色转换像素阵列，量子点可以将蓝色背光转化为其他如红、绿等颜色的光，是实现色转换膜效果的主要结构；4为色转换像素外围的黑矩阵，用于防止不同颜色像素之间的串扰现象；5为封装胶层，是平整化封装的主要实现部分，选用UV胶作为封装胶材料，通过平整化涂覆可以解决量子点色转换像素与黑矩阵之间的厚度差问题，获得平整的上表面，并且提供初步的封装效果；6为阻隔膜，选用聚烯烃进行挤出而成的材料作为阻隔膜，气体透过率为30cm³/m²/day、水分透过率为50g/m²/day，贴覆在封装胶层上表面，在不破坏平整度的前提下可以大幅提高结构的水氧阻隔性能；7为ALD沉积的无机物薄膜，选用Al₂O₃作为沉积材料，在涂覆封装胶层之前进行沉积，厚度为50nm，具有一定的散射作用，可以改善光效，并且与封装胶层、阻隔膜形成有机/无机封装结构，进一步提升封装效果。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的显示像素的平整化保护封装结构及制作方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种显示像素的平整化保护封装结构，用于基材上具有高度差异的结构的保护封装或用于图案化量子点膜片的保护封装；其特征在于：采用水氧阻隔层进行平整化封装；所述水氧阻隔层由内侧的封装胶层和外侧阻隔膜组成，经过二次固化工艺制成。

2.根据权利要求1所述的显示像素的平整化保护封装结构，其特征在于：

基底采用水蒸汽渗透率和氧气渗透率分别小于0.1g/m²/day和0.1cm³/m²/day且在可见光范围内具有透光性的柔性有机材料；

所述封装胶层采用粘度为50~2000cps、具有疏水性、在可见光范围内的透光性高于90%的胶体材料；

所述阻隔膜在可见光范围内的透光率高于75%，气体透过率不超过30cm³/m²/day，水分透过率不超过50g/m²/day。

3.根据权利要求2所述的显示像素的平整化保护封装结构，其特征在于：所述平整化封装得到均匀平整的器件上表面，其平面度为0.01-0.5mm，尺寸公差为0.001-0.02；该器件整体结构的上下两面为相互平行或成一定角度，且夹角小于等于3°。

4.根据权利要求1所述的显示像素的平整化保护封装结构，其特征在于：应用的器件包括：显示像素阵列、基底、在基底上成型的量子点色转换像素阵列、色转换像素外围的黑矩阵、以及在色转换层和黑矩阵层上设置平整化封装的水氧阻隔层；

所述显示像素阵列是色转换像素阵列的激发光源，且显示像素与色转换像素之间具有一对一或多对一或一对多的对准关系；色转换像素阵列及其外围黑矩阵制作于刚性或柔性的基底上，且色转换像素阵列及其黑矩阵凸起于基底平面的高度不同，具有厚度差。

5.根据权利要求4所述的显示像素的平整化保护封装结构，其特征在于：在量子点色转换像素阵列与色转换像素外围的黑矩阵上表面，使用原子层沉积技术生长有一层厚度为20~200nm的致密无机物薄膜，与封装胶层和阻隔膜层形成有机/无机封装结构。

6.根据权利要求4所述的显示像素的平整化保护封装结构，其特征在于：色转换层采用量子点材料，为整面覆盖或部分覆盖在基底上的图案化像素层。

7.根据权利要求2所述的显示像素的平整化保护封装结构，其特征在于：柔性基底制成平面型器件或曲面型器件，作为曲面器件时其曲率为100-5000R。

8.根据权利要求4所述的显示像素的平整化保护封装结构，其特征在于：所述封装胶层的厚度为5~1000μm，或高出图案化区域4~20倍；折射率与基底的折射率差为±0.25。

9.根据权利要求1-8其中任一所述的显示像素的平整化保护封装结构的制作方法，其特征在于：所述二次固化工艺包括以下步骤：

步骤1：平整化封装胶层涂覆与第一次固化；

步骤2：贴覆阻隔膜；

步骤3：第二次固化。

10.根据权利要求9所述的显示像素的平整化保护封装结构的制作方法，其特征在于：

步骤1具体包括以下步骤：使用刮涂机涂覆胶水，或涂覆自流平胶水并完成自流平过程；之后转移至固化装置中，进行第一次固化至半凝固状态，形成平整化封装胶层；

步骤2具体包括以下步骤：将阻隔膜材料有粘性的一面朝向胶层进行贴覆，转移至刮涂机中，将刮刀两侧的螺钉旋转到同样的刻度以使整个刮刀与基底处于水平位置，在阻隔膜上方进行无材料刮涂以排出胶层与阻隔膜间的空气，使其完全致密地贴合在一起，实现阻隔膜平整化；

步骤3具体包括以下步骤：将贴覆完成的基底转移至固化装置中，将胶层进行完全固化，最终形成平整化封装结构。

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