CN114597302A - 一种量子点色转换层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子点色转换层的制备方法，通过制作微流控芯片，在微流控芯片的微通道内引入了凹槽和疏水性物质，解决了制备颜色转换层中易出现的量子点层厚度及形状不可控、混色等现象。同时，通过对封装层的设计使颜色转换层激发光的品质得到有效提升，防止光串扰的发生。本发明还公开了通过上述制备方法得到的量子点色转换层及其在MicroLED显示器件中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及微纳制造的技术领域，尤其涉及一种量子点色转换层及其制备方法和应用。
背景技术
MicroLED显示因其具有的高色域、长寿命、高PPI等诸多优势而受到人们的追捧。在实现MicroLED全彩化显示的技术方案中，色转换法因所具有的技术门槛低、花费少，易于产业化等特点而受到显示厂商的青睐。目前，制备颜色转换层的方法主要有喷墨打印、光刻法、电泳沉积法等方法，专利CN202110077760.2提出通过微流控芯片的方法制备了色转换层，但是该方法却面临以下缺陷：①量子点层厚度及形状不可控。通过蓝/紫光激发量子点实现全彩化的方案中，为保证蓝紫光的全部吸收，不发生蓝紫光泄露现象，量子点层的厚度应维持在5微米以上。但是受限于微流控芯片的相关特性，量子点层的厚度及形状并不能满足激发光的要求；②微流控系统中子像素之间的微通道内易出现量子点沉积从而发生混色现象进而导致激发光光品质的下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种量子点色转换层及其制备方法和应用。
本发明设计了一种新型的微流控芯片用于制备可实现全彩化显示的颜色转换层。为了保证由微流控芯片制备的颜色转换层优越的激发光性能，在微流控芯片的微通道内引入了凹槽和疏水性物质，解决了微流控芯片制备颜色转换层中易出现的量子点层厚度及形状不可控、混色等现象。同时，通过对封装层的设计使颜色转换层激发光的品质得到有效提升。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种量子点色转换层的制备方法，包括以下步骤：
1)将透明基板与至少盖板结合制作微流控芯片，所述微流控芯片具有复数个微通道，各微通道的底部具有间隔设置并裸露所述透明基板表面的复数个凹槽，并对微流道的凹槽以外的内壁进行疏水处理；
2)将量子点溶液注入到微通道内直至将凹槽填满；
3)向微通道内通入惰性气体对多余量子点溶液进行吹扫；
4)使透明基板与盖板脱离，对凹槽内的量子点溶液进行干燥，形成位于透明基板上的量子点层；
5)制作封装层，于封装层的键合面与量子点层相应位置设置滤波片，其余位置表面覆盖反射层，将透明基板与封装层的键合面进行键合密封。
可选的，通过蚀刻所述透明基板形成所述凹槽。
可选的，于所述透明基板表面沉积一层硬质掩膜层，通过蚀刻所述硬质掩膜层形成所述凹槽。
可选的，提供具有通孔的模板，将所述模板结合于所述透明基板和所述盖板之间，所述通孔形成所述凹槽。
可选的，步骤4)和步骤5)之间，还包括将所述模板与所述透明基板分离的步骤。
可选的，所述复数个凹槽矩阵式排布，所述盖板设有多个互相平行的条形通槽，各条形通槽分别与一排布方向的凹槽相对应并配合形成所述微通道。
可选的，步骤2)中，按照所述微通道的排列分别将RGB三色量子点溶液交替注入相应的微通道中；步骤5)中，各滤波片按照对应量子点的颜色设置。
可选的，所述凹槽的深度为2～10微米。
一种根据上述制备方法制备的量子点色转换层，包括透明基板、量子点层和封装层，所述量子点层嵌设于透明基板的封装面或设于透明基板的封装面之上，所述封装层键合于所述透明基板的封装面；所述封装层的键合面对应所述量子点层的位置设有滤波片，其余位置覆盖反射层。
一种MicroLED显示器件，包括紫外LED芯片阵列和上述量子点色转换层，所述紫外LED芯片阵列设于所述透明基板与封装层相对的一侧，所述量子点层是RGB三色量子点层，且量子点与紫外LED芯片一一对应。
本发明的有益效果为：
(1)量子点厚度及形状更为可控，在微流控芯片的微通道的下方制备了凹槽，使微通道内流动的量子点溶液可在凹槽内沉积成型，从而使量子点沉积厚度及形状更加可控；
(2)为避免量子点溶液在微流控芯片的微通道内沉积，对微通道的侧壁及凹槽之间的平面进行疏水处理，利用气体的吹扫作用可以将多余的量子点溶液从微通道内排出，从而达到避免混色现象的发生；
(3)通过将微流控的盖板剥离，换成了具有滤波片和挡光墙(反射层)的封装层，有助于提高色转换层激发光的光品质和防止光串扰的发生。
附图说明
图1为实施例1的步骤2得到的结构示意图；
图2为实施例1的步骤3的凹槽刻蚀示意图；
图3为实施例1的步骤4得到的微流控基板的表面结构示意图；
图4为实施例1的步骤5的盖板结构示意图；
图5为实施例1的步骤6的键合后的微流控芯片的截面结构示意图；
图6为实施例1的步骤6的键合后的微流控芯片的俯视结构示意图；
图7为实施例1的步骤7的量子点溶液填充示意图；
图8为实施例1的步骤8得到的结构示意图；
图9为实施例1的步骤9的盖板剥离示意图；
图10为实施例1的步骤10的封装层结构示意图；
图11为实施例1得到的量子点色转换层的结构示意图；
图12为实施例2的MicroLED显示器件的结构示意图；
图13为实施例3的步骤2得到的结构示意图；
图14为实施例3的步骤3的凹槽蚀刻示意图；
图15为实施例3的步骤5的键合后的微流控芯片的截面结构示意图；
图16为实施例4的模板的俯视结构示意图；
图17为实施例4的步骤2的键合后的微流控芯片的截面结构示意图；
图18为实施例4的步骤3得到的结构示意图；
图19为实施例4的步骤4的模板剥离示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
实施例1
参考图1～图11，实施例1的量子点色转换层的制作方法如下：
1.基板清洗。将玻璃基板1依次放入丙酮、酒精溶液中，分别超声清洗5-10分钟后，去离子水冲洗5-10分钟，氮气吹干。
2.硬质掩膜沉积。通过等离子体化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)等方法在玻璃基板1的表面沉积硬质掩膜层2二氧化硅300nm，如图1所示。
3.凹槽刻蚀。曝光显影后，以二氧化硅为硬质掩膜层，通过电感耦合等离子体刻蚀(ICP)方法在玻璃基板1上刻蚀出凹槽11，凹槽11的深度为2～10微米，优选为6～8微米，大小可以适当调节，如图2所示，蚀刻后的玻璃基板1作为微流控基板，其表面的二氧化硅硬质掩膜层2去除。
4.微通道表面处理。通过涂抹、喷涂、蒸发等方式对微流控基板上的微通道表面进行疏水处理，进行处理的表面位于凹槽之间的平面上，如图3所示。具体，凹槽11矩阵式排布，以其中一排布方向(例如横向)作为微通道的延伸方向，则横向上相邻凹槽之间的平面涂覆疏水性物质3，疏水性物质举例为聚碳酸脂、聚烯烃、聚丙烯腈、聚酯、氟化氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺中的至少一种。
5.微流控芯片盖板制备。通过模压成型、注射成型等方法制备微流控芯片盖板4，盖板4具有若干互相平行的通槽41，通槽41横向贯穿，开口位于两端作为进液口和出液口，通槽41的宽度与凹槽11的宽度相匹配，在通槽41的内壁喷涂疏水性物质3，进行疏水处理，如图4所示。
6.微流控芯片键合。采用高精度倒装键合机将微流控芯片的玻璃基板1与盖板4进行键合，通槽41与其延伸方向上的凹槽11配合形成微通道A，如图5和图6所示，即形成若干列微通道，各微通道分别沿横向延伸并连通该排的凹槽11。
7.量子点溶液填充。采用注射器通过进液口将RGB三色量子点溶液依次注射进微流控芯片的微通道A内，按照微通道的排列，将红色量子点溶液R，绿色量子点溶液G和蓝色量子点溶液B交替注入，直至微通道内的量子点溶液将微通道中的凹槽填满，如图7所示。
8.气体吹扫。在微流控芯片的微通道内通入适量的惰性气体(如氮气、氩气等)对微通道内的量子点溶液进行吹扫。在吹扫气体的作用下，微通道内的多余量子点溶液从出液口流出，如图8所示，留下位于凹槽内的量子点溶液。
9.盖板剥离。将吹扫后的微流控芯片的盖板4进行剥离，将剥离后玻璃基板上的量子点溶溶液进行干燥，形成位于玻璃基板1上的RGB三色量子层，如图9所示。
10.封装层制备。通过模压成型、注射成型等方式制备封装层5，封装层采用例如PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等透明树脂材料制成，结构如图10所示，并在封装层5的键合面的相应位置放置仅容许特定波段通过的RGB滤波片51。红光滤波片51R通过波段为620-650nm，绿光滤波片51G通过波段为510-530nm，蓝光滤波片51B通过波段为450-470nm。为防止光串扰现象，在封装层的相应位置沉积了反射性物质形成反射层52，例如，反射层52可以覆盖键合面的滤波片以外的表面。
11.封装层键合。通过键合机将封装层5与玻璃基板1进行键合密封，使滤波片与量子点一一对应且颜色相对应，完成颜色转换层的制备，如图11所示，其中反射层52于不同颜色量子点之间起到了防止光串扰的发生的作用。
参考图11，制备的量子点色转换层100，包括透明基板1、RGB三色量子点层和封装层5，RGB三色量子点层嵌设于透明基板的封装面，封装层5键合于透明基板1的封装面上。封装层5的键合面对应量子点层的位置设有滤波片51，其余位置覆盖反射层52。
实施例2
参考图12，一种MicroLED显示器件包括实施例1的量子点色转换层100和紫外LED芯片阵列200，紫外LED芯片阵列200设于透明基板1与封装层5相对的一侧，量子点层是RGB三色量子点层，且量子点与紫外LED芯片201一一对应。通过紫外LED芯片阵列200对量子点色转换层100的RGB子像素进行激发即可实现全彩化显示。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于用于量子点沉积的凹槽的位置，本实施例不直接蚀刻玻璃基板，而是在玻璃基板上制备了硬质掩膜层(二氧化硅、氮化硅等)，通过对硬质掩膜层进行图案化，制备了可与微流控芯片相配合的图案层。具体过程如下：
1.基板清洗。与实施例1相同，不再赘述。
2.硬质掩膜层沉积。通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)等方法在玻璃基板1的表面沉积厚度为6微米的二氧化硅作为硬质掩膜层6，如图13所示。
3.凹槽刻蚀。曝光显影后，以光刻胶7为掩膜层，通过电感耦合等离子体刻蚀(ICP)方法或反应离子刻蚀(RIE)或湿法腐蚀(BOE溶液)在硬质掩膜层6上制备出凹槽61，凹槽61的深度不大于硬质掩膜层厚度，如图14所示，去除光刻胶7即形成微流控芯片基板。
4.采用实施例1的步骤4的方式进行微通道表面的疏水处理。
5.微流控芯片键合。采用与实施例1相同的方式，将微流控芯片盖板与微流控芯片基板进行键合，键合后微流控芯片结构如图15所示。
后面的实施方式与实施例1步骤7后面的相同，不再赘述。硬质掩膜层6可以根据需求选择保留于基板表面作为钝化层，或者去除。
本实施例的方法进一步减小了制备凹槽的难度，避免了蚀刻玻璃基板形貌难以控制等问题。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于不蚀刻玻璃基板，而是制备了一个量子点图案的模板8，该模板8位于微流控芯片盖板4与玻璃基板1之间，可以保证量子点图案的制备，制备完成后，模板可以拆下，重复利用。具体过程如下：
1.模板制备。通过模压成型、注射成型等方式制备量子点图案模板8。模板8的厚度为6微米，模板中分布通孔81，通孔81的大小决定着量子点子像素的大小，故可以自行调节，通孔之间的平面进行了疏水处理，如图16所示。
2.微流控芯片键合。采用与实施例1相同的方式将玻璃基板、模板8、盖板依次进行键合，键合后微流控系统结构如图17所示，模板8的通孔即形成了裸露玻璃基板表面的凹槽。
3.RGB量子点子像素制备。采用与实施例1相同的步骤(步骤6、7)进行量子点子像素图案的制备，如图18所示.
4.量子点干燥。将微流控芯片盖板4进行剥离，将剥离后(模板8此时仍保留)的量子点进行干燥。干燥后，将保留的模板8进行剥离去除，以待重复使用。从而在玻璃基板上完成RGB子像素阵列的制备，如图19所示。
接下来的实施步骤与实施例1步骤9后面的相同，在此不再赘述。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种量子点色转换层及其制备方法和应用，但本发明并不局限于实施例，凡是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、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种量子点色转换层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将透明基板与至少盖板结合制作微流控芯片，所述微流控芯片具有复数个微通道，各微通道的底部具有间隔设置并裸露所述透明基板表面的复数个凹槽，并对微流道的凹槽以外的内壁进行疏水处理；
2)将量子点溶液注入到微通道内直至将凹槽填满；
3)向微通道内通入惰性气体对多余量子点溶液进行吹扫；
4)使透明基板与盖板脱离，对凹槽内的量子点溶液进行干燥，形成位于透明基板上的量子点层；
5)制作封装层，于封装层的键合面与量子点层相应位置设置滤波片，其余位置表面覆盖反射层，将透明基板与封装层的键合面进行键合密封。
2.根据权利要求1所述的量子点色转换层的制备方法，其特征在于：通过蚀刻所述透明基板形成所述凹槽。
3.根据权利要求1所述的量子点色转换层的制备方法，其特征在于：于所述透明基板表面沉积一层硬质掩膜层，通过蚀刻所述硬质掩膜层形成所述凹槽。
4.根据权利要求1所述的量子点色转换层的制备方法，其特征在于：提供具有通孔的模板，将所述模板结合于所述透明基板和所述盖板之间，所述通孔形成所述凹槽。
5.根据权利要求4所述的量子点色转换层的制备方法，其特征在于：步骤4)和步骤5)之间，还包括将所述模板与所述透明基板分离的步骤。
6.根据权利要求1所述的量子点色转换层的制备方法，其特征在于：所述复数个凹槽矩阵式排布，所述盖板设有多个互相平行的条形通槽，各条形通槽分别与一排布方向的凹槽相对应并配合形成所述微通道。
7.根据权利要求6所述的量子点色转换层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，按照所述微通道的排列分别将RGB三色量子点溶液交替注入相应的微通道中；步骤5)中，各滤波片按照对应量子点的颜色设置。
8.根据权利要求1所述的量子点色转换层的制备方法，其特征在于：所述凹槽的深度为2～10微米。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述制备方法制备的量子点色转换层，其特征在于：包括透明基板、量子点层和封装层，所述量子点层嵌设于透明基板的封装面或设于透明基板的封装面之上，所述封装层键合于所述透明基板的封装面；所述封装层的键合面对应所述量子点层的位置设有滤波片，其余位置覆盖反射层。
10.一种MicroLED显示器件，其特征在于：包括紫外LED芯片阵列和权利要求8所述的量子点色转换层，所述紫外LED芯片阵列设于所述透明基板与封装层相对的一侧，所述量子点层是RGB三色量子点层，且量子点与紫外LED芯片一一对应。
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