TW202242502A - 光致發光量子點濾色器 - Google Patents

Abstract

本發明描述了光致發光設備或濾色器（100a、100b、100c、100d）和其製造方法（1000a、1000b）。光致發光（PL）或量子點（QD）材料（100）填充在光學透明基板（20）的表面或相對表面上形成的溝槽（40、42）圖案，固化後由光學透明覆蓋物（22）密封；在另一個實施例中，當兩個圖案化的光學基板（20）結合在一起時，PL 或 QD 材料（100）被固化和密封。將 PL 或 QD 材料密封在溝槽（40、42）中可保持這些濾色器的光學和性能穩定性。這些濾色器（100a、…100d）適用於下一代超高解析度顯示器屏幕或照明應用。

Description

光致發光量子點濾色器

[相關應用]

本發明主張於 2021 年 1 月 13 日所提出的美國臨時申請案第 63/136,816 號的優先權，其公開內容全部併入。

本發明涉及光致發光量子點濾色器，可用於超高解析度顯示器屏幕、室內或室外 LED 照明、自發光 LED 顯示器屏幕、LCD 背光以及類似的電子元件。這些光致發光量子點還包括棒狀、片狀等形狀的量子粒子。

習知的高解析度顯示器屏幕使用藍色 LED 光作為背光源。然後藍光通過磷光體塗層轉換為顯示器屏幕上的紅色或綠色像素。當藍光轉換至綠色或紅色時，這些磷光體材料會受到由黃色發射引起的寬發射光譜的影響。

較新的薄膜電致發光量子點（electroluminescent quantum-dot）LED（QLED）顯示器已經證明量子點（QD）是在寬色域上提供純色的替代品。膠體中的這些量子點具有尺寸可調諧的（tunable）光學特性和可見光譜範圍內的窄發射曲線、高量子產率，並且適合低成本的濕化學（wet-chemical）處理。膠體量子點已經為下一代高解析度顯示器的應用鋪平了道路。然而，與此類設備中的綠色和紅色單色對應物相比，藍色的低發光效率仍然是亮度方面的限制因素。

甚至更新的光致發光（photoluminescent，PL） QLED 顯示器也面臨困難。例如，這些光致發光 QLED 顯示器需要量子點的多層塗層，與電致發光 QLED 相比，這需要相對較厚的薄膜以便接近完全吸收藍光 LED 光源。這種多層塗層過程既繁瑣又耗時而難以經濟地進行。此外，溶液中的 QD（QD-in-solution）薄膜在化學上不適合後段處理。一種解決方案是將分散的量子點塗覆在可固化的聚合物基質中。然而，由於暴露於高光子通量或來自 LED 的熱量，這些塗層會逐漸喪失顏色強度和縮短量子點的壽命。各種沈積技術，如噴墨印刷和納米壓印光刻，已被用於創建基於聚合體中的 QD（QD-in-polymer）矩陣系統的高密度彩色像素，但這些沈積技術在大規模生產中較為耗時。此外，由於聚合物基質的粘性，所產生的像素在 UV 固化過程中會出現尺寸變形。

因此可以看出需要開發用於顯示器屏幕、照明或光電元件的更新的光致發光量子點 QLED 技術。理想地，這些 PL量子點材料具有較窄且可調諧的光學發射。然而，除了需要明確定義的像素尺寸外，PL 量子點材料還需要在光照下具有化學穩定性和光學穩定性，因而較可行的應該是小像素尺寸。本發明的方法不受像素大小的限制，可以縮放到任何所需的像素大小。

下面給出一個簡化的概述以提供對本發明的基本理解。[發明內容]不是本發明的廣泛概述並且並非旨在識別本發明的關鍵特徵。 相反的，它是以概括的形式呈現本發明的一些發明概念，作為下面詳細描述的前奏。

本發明尋求提供光致發光量子點濾色器和用於製造這些濾色器的方法。本發明通過提供單色濾色器和多色（包括 RGB）濾色器來克服習知限制，以實現高純度顏色輪廓、超高像素密度、並具有更長生命週期。本發明還希望更精確地調諧色溫（CCT）以提供動態顯示功能。

在一個實施例中，本發明提供了一種光致發光裝置，包括：光學透明基板，其在表面上形成有根據所需像素圖案、形狀、尺寸、深度和間距的溝槽圖案；用於填充溝槽的光致發光材料；以及用於粘合光學透明像素化的基板表面並用於密封光致發光材料的光學透明覆蓋物；其中，當光照射在光致發光（PL）裝置上時，光致發光材料通過發射具特徵波長的光來響應。

優選地，當根據圖案、形狀、尺寸、深度和間距的溝槽尺寸保持恆定時，發射的光的強度或顏色可根據 PL 材料的厚度調諧。

優選地，光學透明基板的第二表面根據所需的像素圖案、形狀、尺寸和間距形成溝槽圖案，其中溝槽圖案與第一表面上的圖案不同或相同，以產生具有均勻發射的單色濾色器。 優選地，將溝槽和像素化的表面這兩種圖案排列形成具有三個發射的濾色器。優選地，溝槽和像素化的表面的兩種圖案形成在個別的光學透明基板上。

優選地，PL 設備是多色或 RGB 濾色器。RGB 像素可以以重複的模式垂直、對角、空間對齊。像素可以呈現出各種形狀和圖案。在一個實施例中，像素尺寸基本上等於像素間距並且整個 PL 基板用於濾色。

在另一個實施例中，本發明提供一種製造光致發光濾色器的方法，包括：通過暴露第一表面上的選定區域同時用金屬層阻擋第一表面的其餘部分，以在第一光學透明基板的一側上形成像素化的圖案；在選定區域蝕刻具有預定深度的溝槽，以在光學透明基板上形成圖案化的第一表面；在圖案化的第一表面上的溝槽中塗覆光致發光（PL）材料；固化 PL 材料；以及通過將第二光學透明基板粘合在第一光學透明基板上的圖案化的第一表面上方來將 PL 材料封裝在溝槽中；其中，由預定溝槽深度控制的 PL 材料的厚度決定了照射在 PL 材料上的光的發射波長。

優選地，上述的製造方法還包括在第一透光基板的第二側形成具有第二預定溝槽深度的與第一圖案不同或相似的圖案化的溝槽，使得穿過像素化的表面和第一透光基板的光跟隨溝槽的圖案、形狀、大小、間距和密度產生由三種光組成的圖案。第二圖案化的側可位於第二光學透明基板上，並且兩個圖案化的表面接觸並結合在一起。當使用藍光作為光源時，濾色器變為 RGB 濾色器。

現在將參照附圖來描述本發明的一個或多個具體和替代實施例。然而，對於本領域的技術人員來說顯而易見的是可以在沒有這些具體細節的情況下實施本發明。 一些細節可能不會詳細描述以免混淆本發明。

圖 1A-1B 示出了兩種已知的 QLED 顯示器。正如[先前技術]中所討論的，這些已知的 QLED 顯示器有一些改進的途徑，而本發明教導了這些改進途徑。

圖 2A-2C 示出了利用本發明獲得的濾色器 100a、100b、100c。圖 3A-3M 和 5A-5K 示出了用於形成這些濾色器的過程。在圖 3A-3C 中，製備第一光學透明基板（例如石英）20，第一光學透明基板 20 塗覆有光刻膠 70 並進行光刻處理以形成圖案化的光刻膠層 71。在圖 3D 中，金屬層 90（例如鎳）形成在部分處理的基板 20 上。在圖 3E 中，將金屬層 90 剝離以形成圖案化的金屬層 91。圖案化的金屬層 91 用作金屬陰影遮罩以形成溝槽 40，溝槽 40 限定了濾色器 100a、100b、100c上像素的位置。在一個實施例中，這些溝槽 40 是通過使用反應離子蝕刻（reactive ion etching，RIE）形成的。因為具有陡峭的溝槽壁和受控的蝕刻深度的優點，因此優選採用 RIE。優選地，這些溝槽 40 具有均勻的區域形狀、尺寸、間距和密度，但深度被控制在兩個預定深度，這意味著可獲得如圖 3F 所示的兩個圖案化的第一基板。在圖 3G 中，移除圖案化的金屬層 91。然後在圖 3H 和 3I 中，圖案化的基板塗覆有光致發光（photoluminescent，PL）材料 100 或量子點（quantum dot，QD）（例如，CdSe/ZnS 核-殼 QD）。在一個實施例中，PL 材料 100 懸浮在可固化聚合物基質中以填充圖案化的溝槽 40。作為示例，PL 材料 100 的塗覆可以是旋塗、滴塗，並且也可能是其他技術。固化聚合物基質後（例如，用 365 nm 紫外光或熱）得到當用藍光照射時具有紅色發射的像素 100a（其中大約 5 µm 的 PL 材料厚度由溝槽深度控制）或當用藍光照射時具有綠色發射的像素 100b (其中 PL 材料厚度大致為 7 µm)，將第二光學透明基板 22 或覆蓋物（例如石英）粘合或密封在圖案化的第一基板 20 上以封裝 PL 材料 100。因此，通過本發明的上述過程可獲得紅色濾色器 100a 或綠色濾色器 100b。過程 1000a 總結在如圖 3J 所示的流程圖中，其中光刻過程 1100 包括溝槽蝕刻過程 1110、PL 材料塗覆和聚合物固化過程 1120、以及 PL 材料封裝過程 1130。

圖 3K-3M 示出了根據另一個實施例的直接光刻過程，其中僅描述了直接光刻過程的一部分。直接光刻過程從圖 3C1 所示的部分處理的光學透明基板 20 開始。如圖 3K 所示，蝕刻具有圖案化的光阻劑 71 的基板以形成溝槽 40。然後塗覆所獲得的圖案化的基板（如圖 3G1 所示）以用可固化聚合物基質中的 PL 材料 100 的懸浮液填充溝槽 40。然後將聚合物基質固化（例如在紫外光中或用熱）以獲得當與藍色光源 10 一起使用時 PL 材料厚度大致為 5 µm 的紅色像素 100a（如圖 3L 所示）或 PL 材料厚度大致為 7 µm 的綠色像素 100b（如圖 3M 所示）。如在上述實施例中，然後通過在圖案化的光學透明基板 20 上粘合或密封第二光學透明基板或覆蓋物 22 來封裝 PL 材料 100。

為了測試和驗證濾色器 100a、100b 的性能，圖 3F 所示的具有圖案化的金屬層 91 的圖案化的基板塗覆有 PL 材料 100，然後將其固化以獲得當用藍色光源 10 照射時 PL 材料厚度大致為 5 µm 的紅色像素 100a 或 PL 材料厚度大致為 7 µm 的綠色像素 100b。如圖 4A-4B 所示，將第二光學透明基板或覆蓋物 22 封裝在第一基板 20 上以將 PL 材料 100 密封在溝槽 40 中。然後測試獲得的每個濾色器 100a、100b 在被藍光 10 照射或激發時以兩種厚度形成的 PL 材料的彩色發射。這些 PL 發射特性將在下面進一步描述。

通過上述用於製造這濾色器 100a、100b 的過程 1000a，現在轉向描述用於形成多色濾色器 100c（其包括 RGB 濾色器）的製造過程 1000b。多色或 RGB 濾色器 100c、100d 的兩個實施例示於圖 5A-5B 中。

圖 5C-5J 和 5K 示出了多色或 RGB 製造過程 1000b。一些過程步驟與上述那些類似，例如圖 5C-5E 中所示的那些過程步驟，因此現在僅描述其中的一些處理步驟。在圖 5F 中，部分處理的光學透明基板 20 的第二相對表面形成有圖案化的光阻劑 71 和金屬層 90。圖 5G 示出了被剝離的第二基板表面上的金屬層 90。圖 5H 示出了在第一表面上蝕刻有溝槽 40 的圖案化的基板 20，而圖 5I 示出了在相對的第二表面上蝕刻有溝槽 42。溝槽 40 具有第一深度，而溝槽 42 具有第二深度。然後用 PL 材料 100 填充這些溝槽 40、42以形成像素 100a、100b。如在上述過程 1000a中，聚合物基質被固化，然後 PL 材料 100 通過用空白的光學透明基板或覆蓋物 22 粘合或密封兩個基板表面中的每一個而被封裝。

在圖 5A 中，第一光學透明基板 20 在兩個相對表面上被圖案化而具有溝槽 40、42。溝槽 40、42 的預定深度用於形成紅色像素 100a 和綠色像素 100b。在一個實施例中，相對的兩個基板表面上的溝槽圖案為不同圖案或相同圖案。在一個實施例中，上溝槽 40 偏移於下溝槽 42（如圖所示），使得從底部發射的藍光 10（如圖5A所示）產生所需的紅色、綠色和藍色發射或射線圖案。在一個實施例中，像素 40、42 的區域表面是均勻的。在一個實施例中，整個圖案化的表面用於通過多色或 RGB 濾色器 100c 的光傳輸。由於溝槽 40、42 形成在第一基板 20 的相對側上，因此可實現超高密度溝槽密度和相應的超高密度像素密度。

圖 5B 示出了使用圖 5K 所示的一些相關過程步驟獲得的多色或 RGB 濾色器 100d 的另一個實施例。如圖 5B 所示，多色或 RGB 濾色器 100d 形成在兩個圖案化的光學透明基板 20 上，然後將兩個圖案化的表面彼此接觸以將這兩個圖案化的光學透明基板 20 接合在一起。在一個實施例中，這兩個圖案化的表面具有不同的溝槽圖案或相同的溝槽圖案。在一個實施例中，當兩個圖案化的基板 20 上的溝槽圖案為相同的溝槽圖案時，則當這兩個圖案化的基板 20 接合在一起時圖案彼此偏移。在另一個實施例中，當這兩個圖案化的基板 20 相同地形成而具有相同的溝槽圖案時，這兩個基板在貼合時偏移而得到上述 RGB 濾色器 100d。在一個實施例中，溝槽 40、42（或圖案（和獲得的像素 100a、100b）不重疊，使得通過像素 100a、100b 和形成多色或 RGB 濾色器 100c、100d 的光學透明基板 20 上的非像素化的表面發射的光產生純白色發射或可調諧發射所需顏色的任何陰影。

在一個實施例中，溝槽40、42 的面積大小約為 5 µm×5 µm。根據所需的像素密度，可以創建範圍從大約 1 µm 到大約 100 µm 的其他溝槽尺寸。溝槽也可能是其他任意形狀的，例如三邊或更多邊的多邊形，甚至溝槽間距基本上等於溝槽尺寸，以佔據圖案化的基板 20 的整個表面區域以製造本發明的濾色器 100a、100b、100c、100d。理想地，取決於像素區域大小和形狀，像素密度為大約 3600 ppi、5000 ppi 或更高。當然，任何較低的像素密度，例如 200 ppi，都是可以實現的。圖 5L-5O 示出了可以與本發明一起使用的不同像素形狀、尺寸、間距和排列。在圖 5L 中，像素被示為大致正方形，其中 R、G、B 像素各自垂直對齊，而圖 5M 中，R、G、B 像素各自對角對齊。圖 5N 示出了 R、G、B 像素以六邊形圖案排列，而圖 5O 示出了 R、G、B 像素排列在六邊形內。R、G、B 像素的其他任意形狀和不同的排列模式也是可能的。

圖 6A-6E 示出了嵌入本發明的可固化聚合物基質中的 CdSe/ZnS QD 100 的特性。特別是，圖 6A 示出了以膠體形式懸浮在可固化聚合物基質中的 QD 的高分辨率透射電子顯微鏡（high resolution transmission electron microscopy，HR-TEM）圖像，其中插圖顯示尺寸分佈圖。可觀察到 QD 接近單一尺寸（~10±2 nm 直徑）並均勻分散。圖 6B 示出了單個 QD 的高倍率（high magnification） TEM 圖像，其中插圖具有單個 QD 的 FFT。圖 6C 示出了在不同 UV 固化參數下塗覆在基板 20 上的僅聚合物（polymer-only）薄膜的紫外可見光（UV-vis）吸收光譜，可發現在 100 mW/cm2 下固化大約 60 秒的聚合物薄膜幾乎是光學透明的。圖 6D 示出了嵌入聚合物基質（薄膜形式）中的紅色量子點 100a 和綠色量子點 100b 的紫外可見光吸收和光致發光發射光譜。450 nm 處的 PL 發射峰是藍色 LED 光源 10 的發射峰。為了研究膠體 QD 薄膜的 PL 發射動力學的影響，分別對基板 20 上的紅色和綠色 QD 薄膜進行時間分辨 PL 測量，使用脈衝二極體激光器（PicoQuant Fluo Time 200）在 375 nm 下激發。結果表明，對於紅色 QD 100a 和綠色 QD 100b 來說，QD 薄膜的壽命衰減（τavg）分別為 17.8 ns 和 18.1 ns（如圖 6E 所示）。這些平均壽命值與報告的典型 CdSe/ZnS 核-殼 QD 的平均壽命值相似或更高，這表明這些 QD 具有良好的光學穩定性。單一指數擬合（exponential fit）為紅色 QD 薄膜提供衰減壽命，然而，對於綠色 QD 薄膜，壽命由振幅平均壽命值確定（由三個指數擬合）

圖 7A-7C 示出了 PL 或 QD 濾色器 100a、100b 的圖像，其中使用 450 nm 的藍色 LED 10 光作為光源以光學激發紅色和綠色 PL 或 QD 以發射它們的相應波長。插圖是用於藍色背光源的商用 GaN LED 以及相應的綠色（右）和紅色（中）濾色器的高倍率光學圖像。圖 7D-7I 示出了兩種不同 PL 或 QD 100 層厚度（2 µm 和 5 µm）的從藍色到綠色和從藍色到紅色的顏色轉換，此兩種不同 PL 或 QD 100 層厚度由光學透明基板 20 上的蝕刻深度控制。可觀察到在純藍色 GaN-LED 和純紅色發射之間根據每個像素中 PL 或 QD 薄膜的厚度的顏色梯度。在圖 7D、7E、7G、7H 中放大的光學圖像示出了像素的大小和間距，而黑色區域是 Ni 陰影遮罩 91 以阻擋來自背面的光。由於 RIE 過程傾向於產生具有銳利邊緣和平滑側壁的溝槽，所以彩色像素 100a、100b 被很好地定義並且被均勻照亮。接著研究 PL 或 QD 層厚度對光致發光特性的作用。圖 7F 和 7I 中的光致發光光譜示出了不同 PL 薄膜厚度下藍色對綠色發射（圖 7G-7H）和藍色對紅色發射（圖 7D-7E）的 PL 強度與波長的關係。顯然，以 450 nm 為中心的藍色 LED 發射隨著綠色和紅色 QD 薄膜厚度的增加而減少。基於 PL 強度，對於聚合物基質中給定的 PL 或 QD 密度，觀察到用於近單位轉換的紅色 PL 或 QD 層的最佳厚度大致為 5 µm。這種厚度要求也通過比較與厚度相關的紫外可見吸收光譜得到證實。與相同波長範圍內的紅色 PL 或 QD 薄膜相比，綠色 PL 或 QD 薄膜的吸收往往更小，這表明需要更厚的綠色 PL 或 QD 薄膜才能獲得更高的吸收。這直接轉化為與紅色 PL 或 QD 薄膜具有相同厚度的綠色 PL 或 QD 薄膜的厚度相關 PL 光譜，用於從下面的藍色光源 10 源進行近單位轉換。根據 QD 和/或發光 LED 的特定屬性，理想的厚度可能會有所不同。藍色到綠色與藍色到紅色的轉換光的較低相對峰高也可以通過增加的 Auger/FRET（Forster共振能量轉移）來解釋，其中，較厚的薄膜可以為非輻射複合中心提供更多的捕獲位點，並產生 Auger 複合和 Forster 共振能量轉移。圖 7J-7L示出了上述測試中使用的兩種像素尺寸和間距模式。

已發現 PL 或 QD 層厚度與 PL 或 QD 封裝之前在光學透明基板 20 上形成的溝槽 40、42 的深度直接相關。為了研究這些單色濾色器的激發強度相關轉換效率，可觀察紅色濾色器 100a 和綠色濾色器 100b 的 PL 光譜與注入電流的關係。圖 8A-8B 分別示出了 PL 或 QD 薄膜厚大致為 5 µm 的紅色和綠色 PL 或 QD 濾色器的 PL 強度與注入電流水平的關係。隨著注入電流值的增加，可觀察到紅色和綠色峰強度的明顯增加趨勢。此外，對於紅色對藍色和綠色對藍色的綜合強度比率，圖 8C-8D 示出了所述比率有輕微但恆定的增加，這意味著在較高的注入電流值下，從藍色到紅色和藍色到綠色的光學向下轉換較高。換言之， PL 光譜強度和顏色可以通過 LED 光源 10 的注入電流來控制。 PL 光譜中沒有峰值偏移（綠色為 532 nm，紅色為 625 nm），並且沒有觀察到任何其他顏色的函數半高全寬（full width at half-maximum，FWHM）展寬。通過在藍色 LED 光源 10 上施加 20 mA 的恆定注入電流 48 小時，這種穩定性研究進一步得到了時間相關的光學保留的支持（從圖 8E-8F 中明顯看出）。在連續電流注入 48 小時後，PL 峰強度幾乎沒有下降，這表明測試在光學上是穩定的。

上述測試清楚地示出了使用本發明的 PL 或 QD 濾色器 100a、100b、100c、100d 的純色和高飽和色的發射。通過控制區域負載（像素尺寸）或 PL 或 QD 層厚度，控制紅色和綠色的 PL 或 QD 負載量可以進一步優化白色濾色器 100c、100d 的性能以用於發射的白光的色溫。與上述單色濾色器 100a、100b 的性能相似，白發射濾色器 100c、100d 在不同注入電流下的 PL 強度與波長的關係揭示了隨著注入電流的增加而強度增加，而沒有峰值偏移或峰值展寬，這提供了這些 PL 或 QD 濾色器 100a、100b 的與激發強度相關的轉換效率的另一確認。此外，圖 9A-9D 和 9E-9H 示出了 PL 或 QD 100 均勻地填充了溝槽 40、42 並且獲得的像素被很好地限定。

圖 10A-10C 示出了上述 PL 或 QD 濾色器 100a、100b、100c、100d 被波長為 385 nm 的深藍光照射或激發，並且 PL 峰值發射強度與 450 nm 的藍光保持相同。

圖 11A-11E 示出了綠色 PL/QD 100a和紅色 PL/QD 100b 的組合，其用於產生白色發射濾色器 100c、100d。圖 11A 示出了當藍色 LED 10 用作背光源時的白色發射 PL/QD 濾色器 100c、100d 的光學圖像（插圖示出了濾光器的橫截面示意圖，其中綠色和紅色像素是在同一基板上但從相反方向的側面或在單獨的基板上產生）。圖 11B 示出了濾色器的高放大率光學圖像，其示出了單獨的紅色像素 100a、綠色像素 100b 以及從剩餘區域發射的藍光。圖 11C 示出了不同注入電流值下白發射的 PL 強度與波長的關係。圖 11D-11E 示出了形成有不同像素尺寸的多色或 RGB 濾色器 100c、100d 和相應的發射光譜。具有窄 FWHM 的所有三個單獨的發射峰出現時沒有任何峰值偏移或峰值展寬，因此證明了使用本發明的 PL 或 QD 100 來提供單色紅色、綠色和多色或 RGB QD 濾色器 100a、100b、100c、100d 的適用性。

本發明的濾色器 100a、100b、100c、100d 具有許多優點。例如，可以使用各種光致發光量子材料 100（點、棒、薄片等形式）、各種透光可固化聚合物和各種透光基板。本發明還為創建具有不同形狀、尺寸、間距和排列的用於不同光子應用的像素提供了完全的靈活性。例如，石英可用於高端顯示器，而光學透明玻璃可用於價格較低的照明或燈具。甚至可以在封裝的溝槽 40、42 中配置不同厚度的這些光致發光材料或 QD 100 塗層以產生多色光。這些濾色器 100a、100b、100c、100d 也可以針對其他光源進行調諧，例如，作為傳統三色交通信號燈或一個具有三種切換顏色的交通信號燈的替代品。此外，多色或 RGB 濾色器 100c、100d 可被配置為生產白色照明設備和應用。

儘管已經描述和說明了具體實施例，但是應當理解的是，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對本發明進行在文字描述及其附圖中公開的許多變化、修改、變動和變化的組合。 例如，（i）其他光學透明基板（甚至柔性基板）可用於像素化；（ii）光致發光量子點 100 包括片狀、棒狀等形狀的粒子；（iii）也可以使用其他的光致發光固化聚合物。在以上描述中，使用 CdSe/ZnS 作為 PL 或 QD 材料 100 的示例；可以使用的其他可能的 PL 或 QD 材料包括：其他 Cd 基的核/核殼量子粒子、無鎘量子粒子、鉛基的核/核殼量子粒子、無鉛量子粒子、和鈣鈦礦量子粒子。

10:光（或光源） 20:基板 22:基板（或覆蓋物） 40:溝槽（或像素） 42:溝槽（或像素） 70:光刻膠 71:光刻膠層（或光阻劑） 90:金屬層 91:金屬層（或陰影遮罩） 100:材料（或量子點） 100a、100b:濾色器（或像素、量子點） 100c、100d:濾色器 102: 105: 1000a、1000b、1100、1110、1120、1130、1200、1210、1220、1230:方法（或過程、過程步驟） r、g、R、G、B:像素

將參照附圖通過本發明的非限制性實施例來描述本發明，其中： 圖 1A-1B 說明 QD 增強薄膜和 QD 濾色器在已知顯示器屏幕中的用途； 圖 2A-2C 示出了根據本發明實施例的光致發光 QD 濾色器； 圖 3A-3J 示出了用於形成圖 2A-2C 所示的濾色器的剝離光刻過程，而圖 3K-3M 示出了直接光刻過程； 圖 4A-4B 示出了對圖 2A-2B 所示的單色濾色器的測試； 圖 5A-5B 示出了圖 2C 所示的兩種類型的 RGB 濾色器，而圖 5C-5K 示出了形成第一類型 RGB 濾色器的過程，而圖 5L-5O 示出了 RGB 像素的不同圖案和排列； 圖 6A-6E 示出了用本發明獲得的濾色器的顯微照片和顏色特性； 圖 7A-7L 示出了 QD 厚度變化的顏色特性； 圖 8A-8F示出了上述濾色器在高光發光強度下的顏色特性是穩定的； 圖 9A-9H 示出了溝槽中的 PL 填充物是均勻的； 圖 10A-10C 示出了用深藍色光照射時的 PL 發射；和 圖 11A-11E 示出了用於產生本發明的白色發射濾色器的綠色 PL 和紅色 PL 的組合。

10:光(或光源)

20:基板

22:基板(或覆蓋物)

100a、100b:濾色器(或像素、量子點)

100c、100d:濾色器

r、g、R、G、B:像素

Claims (24)

1. 一種光致發光裝置，包括： 光學透明基板，其在表面上形成有根據所需像素圖案、形狀、尺寸、深度和間距的溝槽圖案； 用於填充溝槽的光致發光材料；和 用於粘合光學透明像素化的基板表面並用於密封光致發光材料的光學透明覆蓋物； 其中，當光照射在光致發光（PL）裝置上時，光致發光材料通過發射具特徵波長的光來響應。
2. 如請求項 1 所述的光致發光裝置，其中，發射的光取決於由溝槽尺寸和照射的光的波長所確定的 PL 材料的體積。
3. 如請求項 2 所述的光致發光裝置，其中，根據圖案、形狀、尺寸、深度和間距的溝槽尺寸保持恆定，而發射的光的強度或顏色可根據 PL 材料的厚度調諧，從而提供具有單個發射的單色濾色器。
4. 如前述請求項中任一項所述的光致發光裝置，還包括： 根據期望的像素圖案、形狀、尺寸、深度和間距在光學透明基板的第二相對表面上形成的溝槽圖案；和 用於粘合光學透明的像素化的基板第二表面並用於密封光致發光材料的光學透明覆蓋物。
5. 如請求項 4 所述的光致發光裝置，其中，相對的兩個表面上的溝槽圖案（也因此是像素圖案）不重疊，以提供具有兩個發射的單色濾色器。
6. 如請求項 1-3 任一項所述的光致發光裝置，還包括： 在表面上形成具有溝槽圖案的第二光學透明基板，其中第二光學透明基板的溝槽圖案與根據所需的像素圖案、形狀、尺寸、深度和間距在（第一）光學透明基板上形成的溝槽圖案不同或相似； 和 將兩個像素化的表面相互粘合以密封 PL 材料，使得兩個表面圖案不相互重疊，從而提供具有兩個發射的單色濾色器。
7. 如請求項 5 或 6 所述的光致發光裝置，還包括：所需像素圖案、形狀、尺寸和間距位在未被圖案化的第一或第二透光基板上，從而提供具有兩次發射和照射光的單色濾色器。
8. 如請求項 7 所述的光致發光裝置，所述光致發光裝置被配置為用於顯示器屏幕的 RGB 濾色器。
9. 如請求項 8 所述的光致發光裝置，其中，R、G、B 像素對角排列。
10. 如請求項 8 所述的光致發光裝置，其中，R、G、B 像素以六邊形圖案排列。
11. 如請求項 8 所述的光致發光裝置，其中，R、G、B 像素佈置在六邊形內。
12. 如前述請求項中任一項所述的光致發光裝置，其中，像素尺寸和像素間距在兩個正交軸上基本相同。
13. 一種製造用於超高解析度顯示器屏幕的光致發光濾色器的方法，所述方法包括： 通過暴露第一表面上的選定區域同時用金屬層阻擋第一表面的其餘部分，以在第一光學透明基板的一側上形成像素化的圖案； 在選定區域蝕刻具有預定深度的溝槽，以在光學透明基板上形成圖案化的第一表面； 在圖案化的第一表面上的溝槽中塗覆光致發光（PL）材料； 固化 PL 材料；和 通過將第二光學透明基板粘合在第一光學透明基板上的圖案化的第一表面上方來將 PL 材料封裝在溝槽中； 其中，由預定溝槽深度控制的 PL 材料的厚度決定了照射在 PL 材料上的光的發射波長。
14. 如請求項 13 所述的方法，其中，像素化的圖案採用光刻過程和金屬濺射過程形成。
15. 如請求項 14 所述的方法，其中，光刻過程是通過剝離技術。
16. 如請求項 13-15 任一項所述的方法，還包括： 通過反應離子蝕刻（RIE）蝕刻溝槽以產生均勻的預定溝槽深度，從而提供均勻的 PL 材料塗層厚度。
17. 如請求項 13-16 任一項所述的方法，其中，PL 材料懸浮在可固化聚合物基質中。
18. 如請求項 13-17 任一項所述的方法，其中，PL 材料選自：CdSe/ZnS 核-殼量子粒子、Cd 基核/核-殼量子粒子、無鎘量子粒子、鉛基核/核-殼量子粒子、無鉛量子粒子、和鈣鈦礦量子粒子。
19. 如請求項 13-18 任一項所述的方法，其中，PL 材料厚度被調諧用於從藍色、深藍色、UV 或深 UV 光源進行綠色或紅色轉換。
20. 如請求項 13-19 任一項所述的方法，還包括： 在第一透光基板的第二相對側上形成具有第二預定溝槽深度的與第一圖案相似或不同的圖案化的溝槽，使得穿過像素化的表面和第一透光基板的光跟隨溝槽的圖案、形狀、大小、間距和密度產生由三種光組成的圖案。
21. 如請求項 20 所述的方法，其中，在 PL 材料沈積溝槽且固化後，第一透光基板相對兩側的 PL 材料在以藍光為光源時分別發出紅光或藍光 ，從而創建多色或  RGB 濾色器。
22. 如請求項 21 所述的方法，其中，多色或 RGB 濾色器佔據第一透光基板的整個圖案化的表面。
23. 如請求項 13-19 任一項所述的方法，還包括： 通過暴露第一表面上的選定區域同時用金屬層阻擋第一表面的其餘部分，在第二光學透明基板的一側上形成像素化的圖案；和 將第一光學透明基板和第二光學透明基板的像素化和圖案化的表面接觸在一起並將第一光學透明基板和第二光學透明基板粘合在一起。
24. 一種通過請求項 13-23 中任一項所述的方法獲得的光致發光濾色器，用於產生單色紅色或綠色下轉換光譜發射，或用於在與藍色光源一起使用時產生多色或 RGB 濾色器。

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