CN114256402A - 一种显示用阵列与Micro-LED器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种显示用阵列与Micro‑LED器件。所述显示用阵列包括透明介质和弥散分布于所述透明介质中的可发光纳米晶，所述透明介质划分为第一预定区域和第二预定区域，所述第一预定区域设定为不发光区域，所述第二预定区域设定为发光区域，所述第一预定区域为利用脉冲激光扫描所述区域内的纳米晶所得到的不发光区域，所述脉冲激光的焦点设置在所述透明介质的外部，所述焦点与透明介质的上表面或者下表面之间的距离大于等于10微米。该显示用阵列显著提升了纳米晶弥散透明介质中显示阵列的加工效率与加工精度。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子领域，特别涉及一种显示用阵列与Micro-LED器件。
背景技术
信息显示技术的发展逐渐对显示分辨率或像素密度、色域范围等提出了更高的要求。全无机Micro-LED因其发光颗粒小、寿命长、对比度高等特点，成为新一代信息显示技术的主流。铯铅卤钙钛矿纳米晶具有较高的发光量子效率、较窄的发光峰半高宽以及组成可调的发光波段，在信息显示、照明等领域具有重要的应用价值。但纳米晶较差的稳定性制约其在信息显示领域的广泛应用。将纳米晶弥散至具有较高稳定性的透明介质(如玻璃、高稳定性聚合物、透明薄膜、以及多孔材料等)中，能显著改善半导体或纳米晶的热稳定性、光照稳定性以及化学稳定性等，从而改善纳米晶相关器件的稳定性与使用寿命。上述弥散材料中，纳米晶均匀分布在透明介质中，可作为液晶显示器件的背光源；但上述纳米晶均匀弥散的透明介质难以满足Micro-LED等阵列显示器件的要求。
实现纳米晶弥散透明介质在Micro-LED器件中的应用，首要解决的问题是如何在透明介质中制备纳米晶发光阵列。将脉冲激光聚焦到玻璃内部，并对该聚焦区域进行不少于0.1s的辐照，然后通过低温热处理，可在辐照区域内制备出纳米晶；进一步地，采用聚焦脉冲激光对已辐照并已形成纳米晶的区域再次进行辐照，可使该区域内纳米晶发光失效。类似地，采用脉冲激光辐照，可在玻璃等透明介质内部直写诱导发光纳米晶的生成，从而制备显示像素点阵列。上述方法在基于半纳米晶弥散透明介质显示阵列的制备中具有一定的应用价值，但仍存在几方面的局限。首先，将脉冲激光聚焦到透明介质内部并进行一定时间的辐照，该辐照会在透明介质中形成以聚焦点为中心的热影响区，导致该区域内组成、折射率等发生变化，并可能造成该区域内基质的损伤，影响纳米晶弥散基质材料的透过率等；其次，将脉冲激光聚焦到透明介质内部并辐照一定的时间，会在介质内部形成一定大小的热影响区，从而制约了单个显示像素点的大小，难以满足高密度显示像素点、以及亚微米级精度显示点阵的制备需求；再次，采用脉冲激光直写或者脉冲激光辐照与热处理相结合的方式所制备的纳米晶，在脉冲激光辐照区域内的分布是不均匀的，难以实现均匀发光；最后，上述制备方法采用逐点制备，加工效率仍然较低，难以适应高分辨率显示器件的加工要求。
因此，推动纳米晶弥散透明介质在Micro-LED等信息显示器件中的应用，仍需要进一步开发新型纳米晶弥散透明介质的快速、高精度阵列化方法与器件化方法。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种显示用阵列与Micro-LED器件。该显示用阵列显著提升了纳米晶弥散透明介质中显示阵列的加工效率与加工精度。本发明还提供一种基于前述显示用阵列构建单色、全彩化的可见光与近红外Micro-LED器件。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种显示用阵列，所述显示用阵列包括透明介质和弥散分布于所述透明介质中的可发光纳米晶，所述透明介质划分为第一预定区域和第二预定区域，所述第一预定区域设定为不发光区域，所述第二预定区域设定为发光区域，所述第一预定区域为利用脉冲激光扫描所述区域内的纳米晶所得到的不发光区域，所述脉冲激光的焦点设置在所述透明介质的外部，所述焦点与透明介质的上表面或者下表面之间的距离大于等于10微米。
优选地，所述脉冲激光的重复频率范围为1-100kHz之间。
优选地，所述透明介质为玻璃或薄膜。
优选地，所述透明介质的脉冲激光损伤阈值高于纳米晶的损伤阈值。
优选地，所述纳米晶为在红外和/或可见光区域具有发光性能的纳米晶。
优选地，所述纳米晶为CdSe1-xSx(0≤x≤1)、ZnSe1-xSx(0≤x≤1)、PbSe1-xSx(0≤x≤1)或铯铅卤钙钛矿纳米晶CsPbX3，X为Cl、Br、I中的一种或两种以上的组合。
优选地，所述的脉冲激光光束为通过透镜所形成的光束或者通过透镜组调制得到的平行光束，所述透镜的焦距大于透明介质的厚度。
优选地，所述的脉冲激光在透明介质表面及内部的平均功率密度高于透明介质中所弥散的纳米晶的损伤阈值，但低于透明介质的损伤阈值。
优选地，所述第二预定区域包括至少一个显示阵列单元，所述至少一个显示阵列单元的形状为三角形或边长大于等于4的多边形，如矩形、正方形、五边形等，还可以为圆形，椭圆等。
优选地，所述至少一个显示阵列单元的尺寸在亚微米至数百微米之间调节。
优选地，所述至少一个显示阵列单元与第一预定区域之间的过渡区宽度小于所用脉冲激光波长的1/2。
一种Micro-LED器件，所述Micro-LED器件包括所述的显示用阵列。
优选地所述Micro-LED器件为单色Micro-LED器件，所述显示用阵列设置于单色光的Micro-LED上。
优选地所述Micro-LED器件为全彩或多色Micro-LED器件，所述显示用阵列为多个单色显示阵列的层叠设置。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明使用玻璃等较高稳定性的透明材料作为纳米晶的弥散介质，能够显著改善纳米晶的稳定性及其所制备器件的服役稳定性；所选用的透明介质比纳米晶具有更高的脉冲激光损伤阈值，可实现在不损伤透明基质的情况下，对基质中弥散的纳米晶进行改性。因此，本发明所涉及的方法，能够获得更高光学品质的显示用阵列。
(2)本发明所使用的脉冲激光扫描法制备显示用阵列，主要使用脉冲激光对基质中所弥散的纳米晶进行改性，使纳米晶发光淬灭；与显示用阵列中纳米晶原位制备法(如基于脉冲激光的逐点直写等)，本发明所涉及的扫描法加工效率更高。
(3)本发明采用脉冲激光扫描制备显示用阵列，激光扫描仅对基质中纳米晶改性，对基质不产生明显影响，尤其是不影响扫描区域内基质的组成与折射率等；对于未扫描区域内的纳米晶，脉冲激光不会影响未扫描区域内纳米晶的发光性能，从而不影响未扫描区域内半导体或纳米晶的发光均匀性。激光辐照直写在基质中制备的纳米晶，辐照区域内基质组成等发生变化，导致辐照区域内所形成的纳米晶分布不均匀，从而产生非均匀发光；显示用阵列的尺寸越小，非均匀发光效应越明显，将严重影响其器件应用性能。
(4)本发明采用脉冲激光扫描制备显示用阵列，由于脉冲激光对基质不产生明显影响，仅对基质中纳米晶产生作用，因此，本发明的方法能够获得更高的显示用阵列精度，显示用阵列边界更为清晰。利用本发明的脉冲激光扫描方法，显示用阵列中单个显示单元的尺寸可达亚微米级，边界过渡区尺寸可达所用脉冲激光波长的1/2以下；此外，利用本发明的脉冲激光扫描方法，能够方便地调整显示用阵列中显示单元的大小与间隔，其中显示单元的大小可在亚微米至数百微米之间调整。
(5)本发明采用脉冲激光扫描制备显示用阵列，能够在同一基质中快速制备出具有特定排布的、巨量显示单元，构成Micro-LED器件所需的发光阵列，从而避免现有Micro-LED器件制备中所涉及的巨量转移等问题。
(6)本发明采用脉冲激光扫描制备显示用阵列，能够实现多种颜色显示用阵列的制备，通过层叠等工艺，可以简单方便地制备出单色、全彩、以及多色Micro-LED器件，降低了Micro-LED器件制备的难度，提升了Micro-LED器件的制备效率。
综上所述，本发明所涉及的纳米晶弥散透明介质显示用阵列的制备方效率高、精度高、成本低，并能够简化Micro-LED器件的制备难度，提升制备效率，降低制备成本。
附图说明
图1是较低能量密度(0.024～0.234J/cm2)脉冲激光对基质中半导体纳米晶造成损伤的示意图。该能量密度的脉冲激光仅对基质中半导体纳米晶产生改性作用。图中较亮区域为未扫描区域。激光扫描后，扫描区域基质中半导体纳米晶被激光改性，扫描区域内CsPbBr3纳米晶在其禁带宽度处产生吸收，在蓝光或紫光照射下不发光(吸收光谱与荧光光谱如图2所示)。
图2是较低能量密度(0.234J/cm2)脉冲激光扫描区域的吸收光谱(实线)与发光光谱(点线)。发光光谱测试所用激发光源波长为365nm。由图2可知，低能量密度脉冲激光扫描区域对光仍有较强的吸收，同时发光减弱至不可见。
图3是中等能量密度(0.8J/cm2)脉冲激光扫描后CsPbBr3纳米晶弥散玻璃在带状白光透射下所拍摄的照片。图中白色方框内所示区域为中等能量密度脉冲激光扫描区域，该方框左侧白色区域为未经扫描区域。该能量密度的脉冲激光仅对基质中半导体纳米晶产生改性作用。激光扫描后，扫描区域基质中半导体纳米晶被激光改性，扫描区域内CsPbBr3纳米晶在其禁带宽度附近不产生吸收，其对白光透过率更高，因此，方框内脉冲激光扫描区域透过率更高，所拍摄照片的亮度更高；同时，该区域在蓝光或紫光照射下不发光(吸收光谱与荧光光谱如图4所示)。
图4是中等能量密度(0.8J/cm2)脉冲激光扫描区域的吸收光谱(实线)与发光光谱(点线)。发光光谱测试所用激发光源波长为365nm。由图4可知，中等能量密度脉冲激光扫描区域对光已没有明显吸收，发光同样减弱至不可见。
图5是高能量密度(>0.9J/cm2)脉冲激光对基质造成损伤的示意图。在脉冲激光照射区域凹凸不平、且周围存在可见的损伤痕迹。
图6是高能量密度脉冲激光对基质造成损伤的透过光谱图。由图6可知，高能量密度脉冲激光对基质造成的损伤减弱了整体样品在可见波段的透过率。
图7是实施例1中所用CsPbBr3钙钛矿纳米晶弥散玻璃的吸收光谱和发光光谱图。
图8是实施例1中按照设定路径完成加工后得到的发光条状阵列显微图。发光显微图所用激发光源波长为365nm。图中较亮区域为未扫描区域。
图9是实施例1中经过光阑优化光束后得到的亚微米精度发光线段显微图。发光显微图所用激发光源波长为365nm。图中较亮区域为未扫描区域。
图10是实施例1中经过光阑优化光束后得到的亚微米精度发光三角形高倍显微图。发光显微图所用激发光源波长为365nm。图中可见图形边缘过渡区尺寸可达500nm以下。
图11是实施例2中所述的Micro-LED器件的制备过程示意图。该示意图采用具有绿色发光与红色发光的两种CsPbX3钙钛矿纳米晶弥散玻璃为例。
具体实施方式
为更好地理解本发明，对纳米晶弥散透明介质显示用阵列及其制备方法与其Micro-LED器件的具体实施方式作进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作本发明的限定。
所述纳米晶弥散介质，包括但不限于玻璃、无机薄膜等。所述的纳米晶弥散玻璃，其制备方法可参考专利CN201810300610.1、CN201910304813.2、CN201510903249.8、CN201410787871.2等，即采用熔融-热处理等方法，通过调节玻璃热处理温度与时间等调控玻璃中纳米晶的组成与粒径等，制备出所需的纳米晶。在进行显示用阵列制备前，将所述纳米晶弥散玻璃加工至所需的尺寸与厚度。所述的纳米晶弥散无机薄膜，其制备方法可参考专利CN200710118739.2、CN201910307074.2等；采用前述方法制备出含有纳米晶的无机薄膜。所述的纳米晶包括但不限于铯铅卤钙钛矿纳米晶CsPbX3(X为Cl、Br、I中的一种或两种的组合)纳米晶、CdSe1-xSx(0≤x≤1)、ZnSe1-xSx(0≤x≤1)、PbSe1-xSx(0≤x≤1)等。根据需要，合理选择纳米晶的组成与粒径大小，所述纳米晶能够实现可见光或红外波段的发光。
所述的脉冲激光扫描法，脉冲激光扫描时将待扫描加工样品放置在加工平台上，可通过数控平台移动来调整脉冲激光在待加工样品上的辐照位置，也可通过移动脉冲激光光路上的阵镜来调整脉冲激光在待加工样品上的辐照位置。
所述的脉冲激光光束为通过透镜所形成的光束(焦距大于透明介质的厚度)或者通过透镜组调制得到的平行光束；所述的通过透镜所形成的光束焦点应设置在纳米晶面透明介质的外部；为加工不同形状的显示阵列单元，减小显示阵列单元边缘过渡区尺寸，提升显示单元的尺寸精度，所述的光束可进一步通过光阑等进行尺寸与形状调节。
所述的弥散介质，其脉冲激光损伤阈值高于上述纳米晶的脉冲损伤阈值，即在扫描条件下脉冲激光的能量密度可使纳米晶不发光，但其可具备吸收特性或者不具备吸收特性(即变成完全透明状)；但在该扫描条件下脉冲激光的能量密度不改变弥散基质的特性，即扫描区域的基质组成、折射率等不发生变化。所述的脉冲激光扫描时，脉冲激光能量密度高于纳米晶的损伤阈值，但低于弥散透明介质的损伤阈值。以CsPbBr3纳米晶弥散玻璃为例，当脉冲激光重复频率为5kHz，扫描速度为10mm/s，激光焦斑直径为12.5μm，单脉冲能量为0.2μJ(对应的能量密度～0.234J/cm2)时，扫描后玻璃中CsPbBr3纳米晶不发光(图1)，但在其禁带宽度处，仍具备一定的吸收性能(图2)；当脉冲激光单脉冲能量提升至1.0μJ(对应的能量密度～0.8J/cm2)时，扫描后玻璃中CsPbBr3纳米晶不发光，同时在其禁带宽度处，对光不产生吸收，扫描区域整体呈现透明状态(图3白色框线内区域)，CsPbBr3纳米晶的特征吸收消失(图4)；但在上述两种单脉冲能量的脉冲激光作用下，玻璃基质不产生组成与折射率变化。当脉冲激光单脉冲能量高于1.2μJ时(对应的能量密度>0.9J/cm2)，玻璃经脉冲激光扫描后呈现出激光损伤(图5)，样品在可见波段的透过率明显降低(图6)。进一步地，所述的脉冲激光的能量密度可进一步根据纳米晶以及透明介质的损伤阈值、扫描速度、单脉冲能量、脉冲激光、以及脉冲激光的重复频率进行调整；扫描区域的透明程度还可进一步通过脉冲激光能量密度或者扫描次数进行调整。经脉冲激光扫描后，扫描区域内纳米晶不发光。
所述的显示用阵列，由至少一个多个显示阵列单元构成；所述的显示阵列单元为未经脉冲激光扫描的区域；通过调整脉冲激光扫描路径，所述的显示阵列单元可为矩形、三角形、圆形，多边形等形状；通过调整扫描时脉冲激光的光束形状与大小、以及扫描区域的大小等，可进一步调整显示阵列单元的大小。
所述的显示用阵列的脉冲激光扫描法，脉冲激光的重复频率范围优选为1-100kHz之间。所述的扫描速度与重复频率需协同调控，以避免在扫描区域内形成热积累，导致透明介质的组成与折射率等发生变化。根据设定的加工速度来选择合适的激光重复频率，以避免重复频率过低时光学性质调控不彻底，或重复频率过高时热积累导致玻璃基体损伤。例如当加工速度设定为1mm/s时，优选的重复频率为1kHz；当加工速度设定为10mm/s时，优选的重复频率为5kHz；当加工速度设定为0.3m/s时，优选的重复频率为50kHz。
所述的显示阵列的制备方法，所述的每个显示阵列单元的尺寸可在亚微米至数百微米之间调节；所述的显示阵列边缘清晰，扫描区域与未扫描区域过渡区宽度小于所用脉冲激光波长的1/2。
所述的纳米晶弥散透明介质显示用阵列，该显示用阵列可置于蓝光、紫光、近红外或者其他波段光的Micro-LED之上，将蓝光、紫光、近红外或者其他波段光转换成蓝光、绿光、红光、近红外光、或其它颜色的光，制备成单色Micro-LED器件；也可通过显示用阵列层叠等方式，制备成全彩、多色的Micro-LED器件。
实施例1
如图8所示，其为本发明提供的一种显示用阵列，所述显示用阵列包括透明介质玻璃1和弥散分布于透明介质玻璃1中的CsPbBr3钙钛矿纳米晶(图未示)。透明介质玻璃1划分为第一预定区域2和第二预定区域3。第一预定区域2设定为不发光区域。第二预定区域3设定为发光区域。第一预定区域2为利用脉冲激光扫描所述区域内的CsPbBr3钙钛矿纳米晶所得到的不发光区域。所述脉冲激光的焦点设置在所述透明介质玻璃1的外部，所述焦点与透明介质的上表面或者下表面之间的距离等于50微米。可以理解的是，所述焦点与透明介质的上表面或者下表面之间的距离大于等于10微米即可实现本发明的技术效果。
如图8所示，第二预定区域3包括多个显示阵列单元，每个显示阵列单元的形状为矩形。
如图10所示，第二预定区域3还可以仅包括一个显示阵列单元，形状为三角形，所述三角形与第一预定区域2之间的过渡区宽度小于所用脉冲激光波长的1/2。由图10可以看出，三角形的图形边缘过渡区尺寸可达500nm以下。
在本实施例中，所述的CsPbBr3钙钛矿纳米晶弥散玻璃采用中国专利CN108467208B所述的方法制备。所述的CsPbBr3钙钛矿纳米晶弥散玻璃采用熔融-热处理方法制备，即玻璃熔融-成形后，在410-570℃温度范围内热处理1-10h，在玻璃基质中形成均匀分散的CsPbBr3纳米晶。其吸收光谱与发光光谱分别如图7所示。
针对上述CsPbBr3纳米晶弥散玻璃，具体实施方式为：
将所述的CsPbBr3钙钛矿纳米晶弥散玻璃置于三维加工平台上，将一束波长1030nm、重复频率为1kHz的脉冲激光辐照于样品表面，同时通过共聚焦的电荷耦合元件实时成像观察样品表面状态，逐渐提高脉冲激光的脉冲能量，直到样品表面出现烧蚀现象(如图5)，从而确定出样品的烧蚀阈值。针对上述玻璃样品，确定本实施例中测试所述的CsPbBr3钙钛矿纳米晶弥散玻璃的烧蚀阈值约为0.9J/cm2。
将上述玻璃样品置于超快激光精密加工平台上，选用合适的透镜、透镜组或阵镜，以及光阑等，调整脉冲激光的能量密度(<0.9J/cm2)、光束形状与尺寸，并将脉冲激光的焦点调整到玻璃样品的上下表面50微米位置，(处在玻璃上下表面之外的区域)；选择合适的脉冲激光重复频率与扫描速度，避免重复频率过低时纳米晶光学性质调控不彻底，或重复频率过高时热积累导致玻璃基体损伤；避免扫描速度过快导致纳米晶光学性质调控不彻底。本实施例中设定的加工速度为10mm/s，优选的重复频率为5kHz。根据加工需要，实际操作时还可以结合能量密度、扫描速度与重复频率等做相应的调整，以达到玻璃中纳米晶光学性能调控的目的。但因玻璃组成的差异及其中析晶情况差异，上述工艺参数的调整应参照以下原则：能量密度越高，扫描速度应越快；扫描速度越快，重复频率也相应地升高。
根据CsPbBr3纳米晶及其弥散用玻璃的激光损伤特性，本实施例选用激光能量密度为0.2J/cm2。通过程序编写加工路径、控制样品与光束的相对位移，选择性地消除样品区域的发光性能，以实现样品的空间选择性发光，得到具有特定形状的光转换层。按照设定路径完成加工后得到的条状点阵如图8所示。图中未扫描区域在365nm光照条件下，可产生明亮发光(图8中白色部分)；扫描区域内不产生发光(图8中黑色部分)，但扫描区域内CsPbBr3纳米晶仍具备吸收特性(如图2所示)。也可以调整光束大小、形状以及扫描路径等，制备三角形点阵单元(如图10所示)。也可以根据实际需要，制备出其他正方形、长方形等形状的点阵单元。
根据CsPbBr3纳米晶及其弥散用玻璃的激光损伤特性，还可进一步提升脉冲激光的能量密度至0.8J/cm2。通过程序编写加工路径、控制样品与光束的相对位移，选择性地消除样品区域的发光性能和吸收性能，以实现样品的空间选择性透光，得到具有特定形状的透光层。在该条件下，未扫描区域在365nm光照条件下，可产生明亮发光(效果与图8中白色部分相似)；扫描区域内不产生发光(图8中黑色部分)，但扫描区域内CsPbBr3纳米晶不具备吸收特性(如图4所示)。
将上述经过数值孔径0.1物镜聚焦光束的光路中添加光阑，使得在不改变能量密度的条件下，调整光束的尺寸，以实现更高精度的加工。精确调控光束至1微米左右，加工得到的发光单元宽度可达到亚微米级别，如图9所示。加工得到的精密发光图形边缘过渡区尺寸可达500nm以下，如图10所示(受光学显微镜精度以及图中未扫描区域发光的影响，区域边缘过渡区的尺寸远小于图中所示的尺寸)。
综上所述，本发明的脉冲激光微纳加工的荧光材料光学性质调控技术，通过脉冲激光加工使含有铯铅卤钙钛矿纳米晶的样品光学性质发生改变，其空间尺度可控，精度小于1微米，可以获得具有空间选择性发光和透光的点阵单元及其点阵结构。基于实施例1所述的具体方法，针对其他CsPbX3(X为Cl、Br、I中的一种或两种的组合)纳米晶、CdSe1-xSx(0≤x≤1)、ZnSe1-xSx(0≤x≤1)、PbSe1-xSx(0≤x≤1)，通过适当调整脉冲激光的单脉冲能量、能量密度、重复频率、扫描速度以及聚焦等参数，可以实现上述半纳米晶弥散透明介质点阵结构的制备。
实施例2
本实施例提供采用上述纳米晶纳米弥散玻璃制备的Micro-LED器件。如图11所示。选择一蓝光Micro-LED芯片；根据蓝光芯片中点阵结构，采用本发明所述方法，分别制备出具有绿色发光与红色发光特性的纳米晶弥散玻璃点阵单元。将具备上述点阵单元的玻璃交错堆叠，使每个绿色发光点阵单元或红色点阵单元与蓝光芯片上的蓝光发光点阵单元对应，并使绿色点阵单元、红色点阵单元与芯片中蓝色点阵单元三者依次交替排列。在蓝光芯片蓝光点阵单元所发出蓝光的照射下，上述绿色点阵单元或红色点阵单元分别发出绿色光与红色光，从而实现具备绿色、红色与蓝色发光的Micro-LED器件的制备。
基于实施例2所述的具体方法，针对其他CsPbX3(X为Cl、Br、I中的一种或两种的组合)纳米晶、CdSe1-xSx(0≤x≤1)、ZnSe1-xSx(0≤x≤1)、PbSe1-xSx(0≤x≤1)弥散透明介质，可以制备出在不同波段具备发光性能的点阵结构，进一步制备出在不同波段发光的阵列显示器件。
以上所述实施例仅展示了本发明的实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式。本领域的普通技术人员在不脱离本发明的构思前提下，还可以进行变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种显示用阵列，其特征在于，所述显示用阵列包括透明介质和弥散分布于所述透明介质中的可发光纳米晶，所述透明介质划分为第一预定区域和第二预定区域，所述第一预定区域设定为不发光区域，所述第二预定区域设定为发光区域，所述第一预定区域为利用脉冲激光扫描所述区域内的纳米晶所得到的不发光区域，所述脉冲激光的焦点设置在所述透明介质的外部，所述焦点与透明介质的上表面或者下表面之间的距离大于等于10微米。
2.如权利要求1所述的显示用阵列，其特征在于，所述脉冲激光的重复频率范围为1-100kHz之间。
3.如权利要求1所述的显示用阵列，其特征在于，所述透明介质为玻璃或薄膜。
4.如权利要求1所述的显示用阵列，其特征在于，所述纳米晶为在红外和/或可见光区域具有发光性能的纳米晶。
5.如权利要求1所述的显示用阵列，其特征在于，所述纳米晶为CdSe1-xSx(0≤x≤1)、ZnSe1-xSx(0≤x≤1)、PbSe1-xSx(0≤x≤1)或铯铅卤钙钛矿纳米晶CsPbX3，X为Cl、Br、I中的一种或两种以上的组合。
6.如权利要求1所述的显示用阵列，其特征在于，所述的脉冲激光光束为通过透镜所形成的光束或者通过透镜组调制得到的平行光束，所述透镜的焦距大于透明介质的厚度。
7.如权利要求1所述的显示用阵列，其特征在于，所述的脉冲激光在透明介质表面及内部的平均功率密度高于透明介质中所弥散的纳米晶的损伤阈值，但低于透明介质的损伤阈值。
8.如权利要求1所述的显示用阵列，其特征在于，所述第二预定区域包括至少一个显示阵列单元，所述至少一个显示阵列单元的尺寸在亚微米至数百微米之间调节。
9.如权利要求8所述的显示用阵列，其特征在于，所述至少一个显示阵列单元与第一预定区域之间的过渡区宽度小于所用脉冲激光波长的1/2。
10.一种Micro-LED器件，其特征在于，所述Micro-LED器件包括如权利要求1至9任一项所述的显示用阵列。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004253028A (ja) * | 2003-02-18 | 2004-09-09 | Sony Corp | 光記録方法および再生方法とその光記録媒体 |
| CN108467208A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-08-31 | 武汉理工大学 | 一种CsPbX3纳米晶掺杂硼锗酸盐玻璃及其制备方法与应用 |
| CN110395910A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-01 | 华中科技大学 | 一种用于激光照明的发光玻璃及其制备方法 |
| CN110590162A (zh) * | 2019-10-23 | 2019-12-20 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种用于多维光存储的纳米晶透明玻璃陶瓷及其制备方法 |
| CN111273518A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-06-12 | 南京理工大学 | 一种基于激光直写的卤素钙钛矿纳米晶蓝光图案化的方法 |
| CN113380775A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-10 | 浙江大学 | 基于玻璃内部量子点的全彩色Micro-LED显示器件及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-18 CN CN202111557305.9A patent/CN114256402B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004253028A (ja) * | 2003-02-18 | 2004-09-09 | Sony Corp | 光記録方法および再生方法とその光記録媒体 |
| CN108467208A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-08-31 | 武汉理工大学 | 一种CsPbX3纳米晶掺杂硼锗酸盐玻璃及其制备方法与应用 |
| CN110395910A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-01 | 华中科技大学 | 一种用于激光照明的发光玻璃及其制备方法 |
| CN110590162A (zh) * | 2019-10-23 | 2019-12-20 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种用于多维光存储的纳米晶透明玻璃陶瓷及其制备方法 |
| CN111273518A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-06-12 | 南京理工大学 | 一种基于激光直写的卤素钙钛矿纳米晶蓝光图案化的方法 |
| CN113380775A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-10 | 浙江大学 | 基于玻璃内部量子点的全彩色Micro-LED显示器件及其制备方法 |
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