TW202117410A - 具量子點的畫素基板及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種具量子點的畫素基板，包含：一透明基板；一黑矩陣層，形成於該透明基板的表面，定義複數個像素空間；複數個量子點膠層，個別形成於該像素空間中；及其中，該黑矩陣層由負型光阻材料硬化製作而成，且構成倒梯型或漏斗型結構，而使該些像素空間構成一正梯形或倒漏斗型之碗狀結構。

Description

具量子點的畫素基板及其製作方法

本發明係關於一種量子點技術，特別關於一種具量子點的畫素基板及其製作方法。

量子點(Quantum Dots)作為平面顯示器技術的應用材料已經成為下一代顯示技術的顯學。量子點有以下的特色，其轉換光譜可隨尺寸調整(透過調整量子點的奈米晶體大小，尺寸在1~20nm之間)、發光效率高、發光穩定性好等光學性能。並且，量子點大多為無機化合物，其性能穩定，具有耐久性佳之特色。使得量子點技術成為下一代顯示技術的關注重點。

目前，已經有廠商發展出量子點發光二極體(Quantum Dots Light Emitting Diodes,QD-LEDs)、量子點有機發光二極體(Quantum Dots Organic Light Emitting Diodes,QD-LEDs)等顯示技術。目前的發展，主要是利用發光二極體或有機發光二極體的發光來作為量子點的光源，讓其轉換到想要發光的頻譜。無論是哪一種應用手段，由於量子點的製程技術與發光二極體或有機發光二極的製程大不相同，因此，由量子點所構成的像素基板的製作，目前尚須與兩者的製程分開。

因此，如何能夠簡化量子點所構成的像素基板的製程與其結構，成為目前量子點顯示技術開發廠商所希求的發展方向。

為達上述目的，本發明提供一種具量子點的畫素基板及其製作方法，可達到最簡易製程製作具量子點的畫素基板，並讓量子點灌注容易，生產良率提高，進一步可加速量子點運用於顯示技術進程的特殊技術功效。

本發明的目的在提供一種具量子點的畫素基板，包含：一透明基板；一黑矩陣層，形成於該透明基板的表面，定義複數個像素空間；複數個量子點膠層，個別形成於該像素空間中；及其中，該黑矩陣層由負型光阻材料硬化製作而成，且構成倒梯型或漏斗型結構，而使該些像素空間構成一正梯形或倒漏斗型之碗狀結構。

本發明又提供一種具量子點的畫素基板的製造方法，包含：於透明基板的表面形成一光阻層；以一光罩對該光阻層進行曝光；移除未被曝光的該光阻層，並將未被曝光的該光阻層製作為梯形結構之一黑矩陣結構，以定義複數個像素空間，且該黑矩陣結構構成倒梯型或漏斗型結構，而定義該些像素空間為一正梯形或倒漏斗型之碗狀結構；固化該黑矩陣結構；及將該些像素空間個別對應灌注相對應畫素材料之一量子點膠層。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下(實施方式)。

2、3‧‧‧局部

10‧‧‧具量子點的像素基板

11‧‧‧透明基板

12‧‧‧光阻層

12-1、12-2、12-3‧‧‧黑矩陣層

20‧‧‧發光層

30-1、30-2、30-3‧‧‧量子點膠層

40‧‧‧光罩

80‧‧‧紫外光

90‧‧‧光

91‧‧‧目標光

第1圖，本發明所揭示的一種具量子點的畫素基板的製作方法流程圖。

第2A-2E圖，其為第4C圖的局部2的剖面圖的製作流程圖。

第3A-3F圖，其為第4D圖的局部3的剖面圖的製作流程圖。

第4A圖，其說明了本發明的具量子點的像素基板10及其所對應的發光基板20的示意圖。

第4B圖為本發明的具量子點的像素基板10及其所對應的局部2的放大示意圖。

第4C、4D圖為本發明的具量子點的像素基板10的局部2沿A-A剖面線的剖面示意圖。

根據本發明的實施例，本發明運用曝光顯影製程來製作具量子點的畫素基板，藉以製作出高精度的黑矩陣層，讓量子點可準確地灌注於由黑矩陣層所定義的像素空間中，進而達到製程簡易，高解析度的下一代顯示技術所需的具量子點的畫素基板，以作為量子點顯示器使用。

請參考第1圖，本發明所揭示的一種具量子點的畫素基板的製作方法流程圖，請同時參考第2A-2E圖(第4C圖的局部2的剖面圖的製作流程)，包含：

步驟S101：於透明基板的表面形成一光阻層；例如，運用噴塗法，漸次形成厚度介於1.5um至20um的光阻；或者，形成厚度介於15um至20um的光阻。由於此光阻層後續會製作為永久材料層，因此，選用負型光阻來製作。此外，此光阻層將製作為黑矩陣結構，因此，可選用摻雜黑色顏料的負型光阻材料。如第2A、2B圖所示，在放大的局部2的範圍中，將透明基 板11上以噴塗法製作出膜厚介於1.5um-20um之間的光阻層12。

步驟S102：以一光罩對該光阻層進行曝光；此光罩即為相對應於黑矩陣結構的光罩圖案，可以紫外光進行曝光。如第2C圖所示，以光罩40在紫外光80的曝光下，即可對光阻層12進行曝光。

步驟S103：移除未被曝光的該光阻層，並將未被曝光的該光阻層製作為梯形結構之一黑矩陣結構，以定義複數個像素空間，且該黑矩陣結構為倒梯型結構，其與該透明基板形成一小於90度之一夾角；像素空間則構成正梯型結構；由於所選用的光阻材料為負型光阻，因此，未被曝光的部分，將可被顯影劑清除掉。而被曝光的部分會留下來成為本發明所預留下來的黑矩陣結構。此外，由於所欲形成的黑矩陣結構與透明基板之間的夾角小於90度，且為倒梯形結構，可於顯影的過程選擇適當的顯影劑與顯影的時間來製作此倒梯形結構。該夾角之角度介於45至90度之間，或者，該夾角之角度介於60至85度之間。請參考第2D圖，被曝光的部分，即構成黑矩陣層12-1。

步驟S104：固化該黑矩陣結構；例如，透過熱固化或光固化的方式來進一步讓黑矩陣結構固化為永久材料層。

步驟S105：將該些像素空間個別對應灌注相對應畫素材料之一量子點膠層。可採用例如噴墨塗佈法(Inkjet printing)，準確地將相同光源轉換為不同顏色的量子點膠噴墨塗佈於對應的像素空間當中。其中，量子點膠層之厚度小於黑矩陣層的厚度，且介於1um~15um之間，或者介於1um~9um之間，或者，介於1um~5um之間。請參考第2E圖，量子點膠層30-1、30-2、30-3分別獨立形成於黑矩陣層12-1所形成的像素空間中，並且，可各別依據 不同的光轉換效率來調整量子點膠層30-1、30-2、30-3的厚度，可透過控制噴墨塗佈的時間長短來達成。具有較高光轉換效率之該量子點膠層之厚度，小於具有較低光轉換效率之該量子點膠層之厚度，此一技術特徵，可解決不同的量子點膠的配方的轉換率不一的問題，而使得不同顏色的量子點膠可達到相同的發光度，進而達到解決因量子點膠的轉換效率不同而產生的色偏問題的特殊技術功效。舉例而言，量子點膠層30-1當中的量子點膠的光轉換效率為95%，而量子點膠層30-2當中的量子點膠的光轉換效率為85%，量子點膠層30-3當中的量子點膠的光轉換效率為70%，本發明即將量子點膠層30-1、30-2、30-3的厚度，對應為基本厚度/95%、基本厚度/85%、基本厚度/70%。如此，即形成了如第2E圖的量子點膠層30-1、30-2、30-3的厚度不相同的狀況。當然，如果不同顏色，例如紅、藍、綠的量子點膠的轉換效率相同，則可採用三者對應的量子點膠層厚度相同的做法。其中，量子點膠層的基本厚度同樣小於黑矩陣層的厚度，換算轉換效率後的量子點膠層的厚度，同樣都必須小於黑矩陣層的厚度。

其中，透明基板11可以是PET基板(聚对苯二甲酸乙二酯，Polyethylene terephthalate，簡稱PET)、COP基板、PC基板、CPI基板、玻璃基板，聚乙烯醇縮丁醛樹脂(Polyvinyl Butyral Resin簡稱PVB)基板等。透明基板10在可見光波段的光透度大於80%以上。

本發明中之光阻使用負光阻，但較佳地，本發明的光阻層係使用高解析度負型光阻劑。光阻層的材料主要由高分子樹脂(Resin)、感光起始劑(Photo initiator)、單體(Monomer)、溶劑(Solvent)，以及添加劑(Additives)所組成。

其中在光阻層的材料中，高分子樹脂(Resin)的功能在於附著性、顯影性、顏料分散性、流動性、耐熱性、耐化性、解析能力；感光起始劑(Photo initiator)的功能在於感光特性、解析能力；單體(Monomer)的功能在於附著性、顯影性、解析能力；溶劑(Solvent)的功能在於黏度與塗布性質；添加劑(Additives)的功能則在於塗布性、流平性及起泡性。

高分子樹脂(Resin)可以為含羧酸基(COOH)的聚合物或共聚物，如壓克力(Acrylic)樹脂、壓克力-環氧(Epoxy)樹脂、壓克力_美耐皿(Melamine)樹脂、壓克力-苯乙烯(Styrene)樹脂、苯酚-酚醛(PhenolicAldehyde)樹脂等樹脂，或以上樹脂的任意混合，但不以此為限。樹脂在光阻中的重量百分比範圍可以是0.1%至99%。

單體可分非水溶性及水溶性單體，其中，非水溶性單體(water-insolubleMonomer)可以為 戊赤藻糖醇三丙烯酸酯、三甲基醚丙烷三丙烯酸酯、三甲基醚丙烷三甲基丙烯酸酯、三，二-乙醇異氰酸酯 三丙烯酸酯，二，三甲醇丙烷四 丙烯酸酯、二異戊四醇五丙烯酸酯、五丙烯酸酯、四乙酸異戊四醇；六乙酸二己四醇、六乙酸二異戊四醇，或為多官能基單體、樹狀/多叢族 丙烯酸酯寡體、多叢蔟聚醚丙烯酸酯、氨甲酸乙酯。水溶性單體(water-soluble monomer)則可為Ethoxylated(聚氧乙烯)(簡稱EO)base和Propoxylated(聚氧丙烯)(簡稱PO)的單體(monomer)；例如為：二-(二-氧乙烯氧乙烯)乙烯基丙 烯酸酉旨、十五聚氧乙烯三甲醇丙烷三丙烯酸酯、三十氧乙烯二，二-雙對酚甲烷二丙烯酸酯、三十個氧乙烯二，二-雙對酚甲烷二甲基丙烯酸酉旨、二十氧乙烯三甲醇丙烷三丙烯酸酯、十五氧乙烯三甲醇丙烷三丙烯酸酯、甲基氧五百五十個氧乙烯單甲基丙烯酸酯、二百氧乙烯二 丙烯酸酯、四百氧乙烯二丙烯酸酉旨、四百氧乙烯二甲基丙烯酸酯、六百氧乙烯二丙烯酸酯、六百氧乙烯二甲基丙烯酸酯、聚氧丙烯單甲基丙烯酸酯。當然亦可添加兩種以上單體(monomer)混合成共單體(co-monomer)。單體或共單體在光阻中的重量百分比範圍可以是0.1%至99%。

光起始劑(Photo initiator)，可以選自苯乙酮系化合物(acetophenone)、二苯甲酮(Benzophenone)系化合物或二咪唑系化合物(bis_imidazole)、苯偶姻系化合物(Benzoin)，苯偶酰系化合物(Benzil)、α-氨基酮系化合物(α-amino ketone)、酰基膦氧化物系化合物(Acyl phosphine oxide)或苯甲酰甲酸酯系化合物以上光起始劑任意的混合，但不以此為限。光起始劑在光阻中的重量百分比範圍可以是至0.1至10%。

溶劑(Solvent)可以為乙二醇丙醚(ethylene glycol monopropylether)、二甘醇二甲醚(di-ethylene glycol dimethyl ether)、四氫呋喃、乙二醇甲醚(ethylene glycol monomethyl ether)、乙二醇乙醚(ethyleneglycol monoethyl ether)、二甘醇一甲醚(di-ethylene glycolmono-methylether)、二甘醇一乙醚(di-ethylene glycol mono-ethyl ether)、二甘醇一丁醚(di-ethylene glycol mono-butyl ether)、丙二醇甲醚醋酸酯(propylene glycol mono-methyl ether acetate)、丙二醇乙醚醋酸酯(propylene glycol mono-ethyl ether acetate)、丙二醇丙醚醋酸酯(propylene glycol mono-propyl ether acetate)、3-乙氧基丙酸乙酯(ethyl3_ethoxy propionate)等，或以上溶劑任意的混合，但不限於此。溶劑在光阻中的重量百分比範圍可以是0.1%至99%。

添加劑一般為顏料分散劑，此為含有顏料的光阻所必需加入的成份，一般為非離子型介面活性劑，舉例如：Solsperse39000， Solsperse21000，此分散劑在光阻中的重量百分比範圍可以是至0.1至5%。

在本發明的步驟S102時進行曝光時，更包含：(1)基板洗淨(Substrate Clean)；(2)塗布(Coating)；(3)軟烤(pre-baking)；(4)曝光(exposure)；(5)顯影(Developing)等加工步驟。

接著，請參考第3A-3F圖，其為本發明的漏斗型結構黑矩陣層的製作流程。第3A-3B圖的流程，同第2A-2C圖的流程，不再贅述，差別在於第3C圖的流程，亦即步驟S103的部分。在此實施例中，步驟S103將調整為：於顯影的過程選擇適當的顯影劑與顯影的時間來製作此準直的結構。結果，在局部3的剖面圖中，即可產生第3D圖的準直型黑矩陣層12-2。接著，再重複第3B、3C圖的光阻塗佈、曝光顯影步驟，於準直型黑矩陣層12-2上方再製作出倒梯形黑矩陣層12-3的結構，即可構成第3E圖的漏斗型黑矩陣層的結構。而像素空間則成為倒漏斗型。

接著，再透過步驟S105的步驟：將該些像素空間個別對應灌注相對應畫素材料之一量子點膠層；即可製作出第3F圖的具量子點之畫素基板。採用例如噴墨塗佈法(Inkjet printing)，準確地將相同光源轉換為不同顏色的量子點膠噴墨塗佈於對應的像素空間當中。同樣地，可各別依據不同的光轉換效率來調整量子點膠層30-1、30-2、30-3的厚度，可透過控制噴墨塗佈的時間長短來達成。

接著，請參考第4A圖，其說明了本發明的具量子點的像素基板10及其所對應的發光基板20的示意圖；第4B圖為本發明的具量子點的像素基板10及其所對應的局部2的放大示意圖；第4C、4D圖為本發明的具量子點的像素基板10的局部2、局部3沿A-A剖面線的剖面示意圖。

第4A-4D圖揭露了本發明的具量子點的像素基板10，其包含了：透明基板11、黑矩陣層12-1與複數個量子點膠層30-1、30-2、30-3。其中，黑矩陣層12-1形成於透明基板10的表面，定義複數個像素空間；複數個量子點膠層30-1、30-2、30-3則個別形成於像素空間中，並且，可具有相同厚度或不同厚度。其中，黑矩陣層由負型光阻材料硬化製作而成，且構成倒梯型或漏斗型結構，而使該些像素空間構成一正梯形或倒漏斗型之碗狀結構，如第4C、4D圖所示。

在第4A圖中，其為運用了發光層20的實施例。發光層20可以是LED發光層或者OLED發光層。控制發光層20所發出的光90，經由具量子點的像素基板10轉換後，可轉換為目標光91。

其中，黑矩陣層12-1之厚度介於1.5um至40um；就本發明的另一實施例而言，黑矩陣層之厚度介於3um至40um之間；就本發明的另一實施例而言，黑矩陣層之厚度介於5um至20um之間；就本發明的另一實施例而言，黑矩陣層之厚度介於5um至30um之間。其中，黑矩陣層所構成倒梯型或漏斗型結構，其夾角之角度介於45至90度之間；就本發明的另一實施例而言，黑矩陣層所構成倒梯型或漏斗型結構，其夾角之角度介於60至85度之間。其中，複數個量子點膠層30-1、30-2、30-3之厚度小於黑矩陣層12-1的厚度，且介於1um至15um之間，或1um-9um之間。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

2‧‧‧局部

11‧‧‧透明基板

12-1‧‧‧黑矩陣層

30-1、30-2、30-3‧‧‧量子點膠層

Claims (22)

1. 一種具量子點的畫素基板，包含：

   一透明基板；

   一黑矩陣層，形成於該透明基板的表面，定義複數個像素空間；

   複數個量子點膠層，個別形成於該像素空間中；及

   其中，該黑矩陣層由負型光阻材料硬化製作而成，且構成倒梯型或漏斗型結構，而使該些像素空間構成一正梯形或倒漏斗型之碗狀結構。
2. 如請求項1所述之具量子點的畫素基板，其中該黑矩陣層之厚度介於3um至40um。
3. 如請求項1所述之具量子點的畫素基板，其中該黑矩陣層之厚度介於3um至30um。
4. 如請求項1所述之具量子點的畫素基板，其中該黑矩陣層之厚度介於3um至20um。
5. 如請求項1所述之具量子點的畫素基板，其中該黑矩陣層之倒梯型或漏斗型之一夾角之角度介於45至90度之間。
6. 如請求項1所述之具量子點的畫素基板，其中該黑矩陣層之倒梯型或漏斗型之一夾角之角度介於60至85度之間。
7. 如請求項2或3所述之具量子點的畫素基板，其中該複數個量子點膠層之厚度小於該黑矩陣層，且介於1um~15um之間。
8. 如請求項2或3所述之具量子點的畫素基板，其中該複數個量子點膠層之厚度小於該黑矩陣層，且介於1um~9um之間。
9. 如請求項1所述之具量子點的畫素基板，其中該些量子點膠層，包含了複 數組不同光轉換率之量子點膠，且相同光轉換率之量子點膠之該些量子點膠層厚度相同，不同光轉換效率之量子點膠之該些量子點膠層厚度不同。
10. 如請求項9所述之具量子點的畫素基板，其中該些量子點膠層中，具有較高光轉換效率之該量子點膠層之厚度，小於具有較低光轉換效率之該量子點膠層之厚度。
11. 一具量子點的畫素基板的製造方法，包含：

    於透明基板的表面形成一光阻層；

    以一光罩對該光阻層進行曝光；

    移除未被曝光的該光阻層，並將未被曝光的該光阻層製作為倒梯型或漏斗型結構之一黑矩陣結構，以定義複數個像素空間為一正梯形或倒漏斗型之碗狀結構；

    固化該黑矩陣結構；及

    將該些像素空間個別對應灌注相對應畫素材料之一量子點膠層。
12. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中該於透明基板的表面形成該光阻層之步驟，係運用噴塗法。
13. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中將該些像素空間個別對應灌注相對應畫素材料之該量子點膠層之步驟，係運用噴墨塗佈法。
14. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中該黑矩陣層之厚度介於3um至40um。
15. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中該黑矩陣層之 厚度介於3um至30um。
16. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中該黑矩陣層之厚度介於3um至20um。
17. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中之倒梯型或漏斗型之一夾角之角度介於45至90度之間。
18. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中之倒梯型或漏斗型之一夾角之角度介於60至85度之間。
19. 如請求項13、14或15所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中該複數個量子點膠層之厚度小於該黑矩陣層，且介於1um~15um之間。
20. 如請求項13、14或15所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中該複數個量子點膠層之厚度小於該黑矩陣層，且介於1um~9um之間。
21. 如請求項11所述之具量子點的畫素基板的製造方法，其中該些量子點膠層，包含了複數組不同光轉換率之量子點膠，且相同光轉換率之量子點膠之該些量子點膠層厚度相同，不同光轉換效率之量子點膠之該些量子點膠層厚度不同。
22. 如請求項21所述之具具量子點的畫素基板的製造方法，其中該些量子點膠層中，具有較高光轉換效率之該量子點膠層之厚度，小於具有較低光轉換效率之該量子點膠層之厚度。

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