TWI743735B - 噴墨印刷封裝型量子點的製造方法、光轉換單元及微發光二極體顯示面板 - Google Patents
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Abstract
本發明主要提出一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法以及具有前述噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元。該光轉換單元包括:一透光基板、具有M×N個容置槽的一光轉換器攜載層、利用一第一量子點溶液製成的(M×N)/3個第一封裝量子點微米結構、以及利用一第二量子點溶液製成的(M×N)/3個第二封裝量子點微米結構。在令該透光基板具有一疏水性表面的情況下,可利用一噴墨印刷噴頭將該第一量子點溶液和該第二量子點溶液以液滴的形式填注於各所述容置槽中,從而在對應的容置槽中形成該第一封裝量子點微米結構與該第二封裝量子點微米結構。實驗結果顯示,使用該光轉換單元的一微發光二極體顯示面板,其所表現出的色域範圍接近為NTSC標準色域範圍的110%。
Description
本發明係關於微發光二極體顯示面板的技術領域,尤指一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法以及具有噴墨印刷封裝型量子點的一種光轉換單元和一種微發光二極體顯示面板。
已知,傳統的平面顯示器包括液晶顯示器(LCD)和電漿顯示器,其中,LCD顯示器為一種非自發光型平面顯示器(non-self-emissive flat panel display),其結構至少包括:白光LED背光模組、液晶面板、和彩色濾光片。利用一驅動電路控制該白光LED背光模組發出一白色背光,使其穿過該液晶面板且接著穿過所述彩色濾光片之後即轉變為紅色光、綠色光、和藍色光,用以作為螢幕上所顯示之紅色子畫素、綠色子畫素、與藍色子畫素。根據統計,使用白光LED背光模組的液晶顯示器能夠展現的最佳色域(color gamut)僅72% NTSC,再者,由於LCD顯示器的亮度無法提升至1000nits以上,致使其在室外環境下的影像和色彩辨識度過低。
不同於LCD顯示器,發光二極體(LED)顯示器和有機發光二極體(Organic light-emitting diode, OLED)顯示器皆為一種自發光型平面顯示器(Self-emissive flat panel display)。值得一提的是,Mini LED 又名「次毫米發光二極體」,最早是由晶元光電(EPISTAR Corporation)所提出,晶粒的對角線長度介於50微米至60微米之間的 LED。Micro LED 則是新一代微發光二極體技術,是將 LED 晶粒進一步地微小化,使其晶粒的對角線長度小於 50 微米。由於次毫米LED和微LED皆具有低耗能、反應時間快、高亮度、高對比、以及易於定址驅動發光的優勢,因此使用次毫米LED或微LED作為陣列化排列之自發光子畫素的LED顯示器正快速地發展,且具有取代傳統的LCD顯示器之高度潛力。
目前,RGB三原色微LED顯示器於製作上所遭遇的最大困難在於巨量轉移(Mass transfer)。因此,製造廠提出利用光刻技術(Photolithography)僅於一基板上製造M×N個藍光微LED晶片,接著於所述M×N個藍光微LED晶片上方設置一個量子點光轉換單元,從而將所述M×N個藍光微LED晶片所發出的藍光轉變為紅色光、綠色光、和藍色光,用以作為螢幕上所顯示之紅色子畫素、綠色子畫素、與藍色子畫素。
中國專利公開號CN108664165A即揭示一種具有量子點光轉換單元的顯示面板。圖1顯示中國專利公開號CN108664165A所揭示的具有量子點光轉換單元的顯示面板的側剖視圖。如圖1所示,所述具有量子點光轉換單元的顯示面板1’包括:一第一基板10’、M×N個藍光微LED晶片20’、一第二基板60’、以及一遮光層30’,其中該M×N個藍光微LED晶片20’形成於該第一基板10’之上,且該第二基板60’設置在該M×N個藍光微LED晶片20’和該第一基板10’之上。值得注意的是,該遮光層30’具有M×N個通孔31’,且該M×N個通孔31’分別對應該M×N個藍光微LED晶片20’。更詳細地說明,該M×N個通孔31’之中有M×N/3個通孔31’填有一紅光量子點材料81’,且有M×N/3個通孔31’填有一綠光量子點材料82’。並且,剩餘的M×N/3個通孔31’則未填有任何量子點材料。
值得說明的是,由前述說明可知,中國專利公開號CN108664165A係利用以有機材料(例如黑色光阻)製成所述遮光層30’,且該第二基板60’、該遮光層30’、填於M×N/3個通孔31’的該紅光量子點材料81’、以及填於M×N/3個通孔31’的該綠光量子點材料82’組成一量子點光轉換單元的製作。一般而言遮光層30’的厚度通必須在5μm以上。然而,實務經驗顯示,當厚度高於5μm之後,遮光層30’便會開始產生歪斜現象,導致所製成的M×N個通孔31’無法每一個都精密對準該M×N個藍光微LED晶片20’。
另一方面,實務經驗亦顯示,在向各該通孔31’定量填注紅光量子點材料81’和綠光量子點材料82’之時,相鄰的兩個通孔31’之間經常出現填注量不均等的現象。應可理解,在相鄰兩個通孔31’容置不等量之量子點材料的情況下,對於所述具有量子點光轉換單元的顯示面板1’而言,其色彩飽和度的表現勢必不如預期。
由前述說明可知,雖然先前技術所提出的具有量子點光轉換單元的顯示面板1’仍含有需要加以改善之處。因此,本案之發明人係極力加以研究發明,而終於研發完成本發明之一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法以及具有噴墨印刷封裝型量子點的一種光轉換單元和一種微發光二極體顯示面板。
本發明之主要目的在於提供一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法以及具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元。其中,所述具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的基礎結構包括一透光基板、具有M×N個容置槽的一光轉換器攜載層、利用一第一量子點溶液製成的(M×N)/3個第一封裝量子點微米結構、以及利用一第二量子點溶液製成的(M×N)/3個第二封裝量子點微米結構。在令該透光基板具有一疏水性表面的情況下,可利用一噴墨印刷噴頭將該第一量子點溶液和該第二量子點溶液以液滴的形式填注於各所述容置槽中,從而在對應的容置槽中形成該第一封裝量子點微米結構與該第二封裝量子點微米結構。實驗結果顯示,使用該光轉換單元的一微發光二極體顯示面板,其所表現出的色域範圍接近為NTSC標準色域範圍的110%。
為達成上述目的,本發明提出所述噴墨印刷封裝型量子點的製造方法的一實施例,其包括以下步驟:
提供具一疏水性表面的一基板以及包括至少一個量子點、一水溶劑以及一具有內聚力之溶質的一量子點溶液;
使用一噴墨印刷噴頭將所述量子點溶液滴於該基板的該疏水性表面之上,從而在該疏水性表面上形成至少一液滴;
對該液滴執行一乾燥處理,從而使該液滴的體積隨著一乾燥處理時間的增加而持續變小,進而轉變成一封裝量子點微米結構。
為達成上述目的,本發明提出所述具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的一實施例,其包括:
一透光基板;
一光轉換器攜載層,形成於該透光基板的一設置面之上,且由一金屬材料或一金屬氧化物製成;
複數個第一開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第一開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第一開口與該透光基板的該設置面一同組成一第一容置槽;
複數個第二開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第二開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第二開口與該透光基板的該設置面一同組成一第二容置槽;
複數個第三開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第三開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第三開口與該透光基板的該設置面一同組成一第三容置槽;
一第一量子點溶液,包括至少一個紅光量子點、一水溶劑以及一第一溶質,其中該第一溶質具有一內聚力,且該第一量子點溶液係利用一噴墨印刷頭而以一第一液滴的形式分別注入在各所述第一容置槽之中;以及
一第二量子點溶液,包括至少一個綠光量子點、所述水溶劑以及一第二溶質,其中該第二溶質亦具有所述內聚力,且該第二量子點溶液係利用所述噴墨印刷頭而以一第二液滴的形式分別注入在各所述第二容置槽之中;
其中,在令所述設置面為一疏水性表面而使得該第一溶質和該第二溶質的該內聚力大於由咖啡環效應所衍生的一外流驅動力(Driving force that is induced by coffee ring effect for impelling outward-bound flow)的情況下,令該第一液滴和該第二液滴於該設置面上乾燥即於各所述第一容置槽和各所述第二容置槽之中分別形成包含至少一個所述紅光量子點的一第一封裝量子點微米結構以及包含至少一個所述綠光量子點的一第二封裝量子點微米結構;
其中,M和N皆為正整數。
在一可行實施例中,前述本發明之光轉換單元更包括一第三量子點溶液,其包含至少一個藍光量子點、所述水溶劑以及一第三溶質,其中該第三溶質亦具有所述內聚力,且該第三量子點溶液係利用所述噴墨印刷頭而以一第三液滴的形式分別注入在各所述第三容置槽之中,從而在乾燥之後於各所述第三容置槽之中分別形成包含至少一個所述藍光量子點的一第三封裝量子點微米結構。
於前述本發明之光轉換單元的實施例中,該第一封裝量子點微米結構包含包覆有至少一個所述紅光量子點的至少一第一封裝體,該第二封裝量子點微米結構包含包覆有至少一個所述綠光量子點的至少一第二封裝體,且該第三封裝量子點微米結構包含包覆有至少一個所述綠光量子點的至少一第三封裝體。
於前述本發明之光轉換單元的實施例中,該第一溶質、該第二溶質和該第三溶質皆可為下列任一者:氯化鋰(LiCl)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、碘化鋰(LiI)、碘化鈉(NaI)、碘化鉀(KI)、溴化鋰(LiBr)、溴化鈉(NaBr)、或溴化鉀(KBr)。
於前述本發明之光轉換單元的實施例中,一界面活性劑係進一步添加於該第一量子點溶液、該第二量子點溶液和該第三量子點溶液之中,用以減少由該噴墨印刷頭所噴出的該第一液滴、該第二液滴與該第三液滴之衛星液滴。
於前述本發明之光轉換單元的實施例中,該第一溶質、該第二溶質和該第二溶質皆具有範圍介於0.5wt%至5.5wt%之間的濃度。
於前述本發明之光轉換單元的實施例中,該紅光量子點、該綠光量子點與該藍光量子點皆具有一親水性表面修飾層(Hydrophilic surface modification layer)。
進一步地,為達成上述目的,本發明同時提出所述微發光二極體顯示面板的一實施例,其包括:
一基板;
M×N個微發光二極體,設置於該基板之上;
一透光基板,設置於該M×N個微發光二極體和該基板之上;
一光轉換器攜載層,形成於該透光基板的一設置面之上,且由一金屬材料或一金屬氧化物製成;
複數個第一開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第一開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第一開口與該透光基板的該設置面一同組成一第一容置槽;
複數個第二開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第二開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第二開口與該透光基板的該設置面一同組成一第二容置槽;
複數個第三開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第三開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第三開口與該透光基板的該設置面一同組成一第三容置槽;
一第一量子點溶液,包括至少一個紅光量子點、一水溶劑以及一第一溶質,其中該第一溶質具有一內聚力,且該第一量子點溶液係利用一噴墨印刷頭而以一第一液滴(Droplet)的形式分別注入在各所述第一容置槽之中;以及
一第二量子點溶液,包括至少一個綠光量子點、所述水溶劑以及一第二溶質,其中該第二溶質亦具有所述內聚力,且該第二量子點溶液係利用所述噴墨印刷頭而以一第二液滴的形式分別注入在各所述第二容置槽之中;
其中,在令所述設置面為一疏水性表面而使得該第一溶質和該第二溶質的該內聚力大於由咖啡環效應(Coffee ring effect)所衍生的一外流驅動力(Driving force for impelling outward-bound flow)的情況下,令該第一液滴和該第二液滴於該設置面上乾燥即於各所述第一容置槽和各所述第二容置槽之中分別形成包含至少一個所述紅光量子點的一第一封裝量子點微米結構以及包含至少一個所述綠光量子點的一第二封裝量子點微米結構;
其中,M與N皆為正整數。
在一可行實施例中,前述本發明之微發光二極體顯示面板更包括一第三量子點溶液,其包含至少一個藍光量子點、所述水溶劑以及一第三溶質,其中該第三溶質亦具有所述內聚力,且該第三量子點溶液係利用所述噴墨印刷頭而以一第三液滴的形式分別注入在各所述第三容置槽之中,從而在乾燥之後於各所述第三容置槽之中分別形成包含至少一個所述藍光量子點的一第三封裝量子點微米結構。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法以及具有噴墨印刷封裝型量子點的一種光轉換單元和一種微發光二極體顯示面板,以下將配合圖示,詳盡說明本發明之較佳實施例。
請參閱圖2,其顯示本發明之一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法的流程圖。如圖2所示,本發明之一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法包括:
步驟S1,提供具一疏水性表面的一基板以及包括至少一個量子點、一水溶劑以及一具有內聚力之溶質的一量子點溶液;
步驟S2,使用一噴墨印刷噴頭將所述量子點溶液滴於該基板的該疏水性表面之上,從而在該疏水性表面上形成至少一液滴;以及
步驟S3,對該液滴執行一乾燥處理,從而使該液滴的體積隨著一乾燥處理時間的增加而持續變小,進而轉變成一封裝量子點微米結構。
繼續地,下文將接著說明利用本發明之噴墨印刷封裝型量子點的製造方法所完成的具有噴墨印刷封裝型量子點的一種光轉換單元和一種微發光二極體顯示面板。
第一實施例
圖3顯示本發明之一種具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元及使用該光轉換單元的一種微發光二極體顯示面板的立體圖。如圖3所示,本發明之微發光二極體顯示面板1主要包括:一基板10、M×N個微發光二極體11、以及一具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元。進一步地,圖4顯示本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的立體分解圖,且圖5顯示本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的側剖視圖。在該微發光二極體11為一藍光微發光二極體的情況下,本發明係令所述具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元(下文簡稱“光轉換單元”)包括:一透光基板12、一光轉換器攜載層13、利用一第一量子點溶液製成的(M×N)/3個第一封裝量子點微米結構RQ、以及利用一第二量子點溶液製成的(M×N)/3個第二封裝量子點微米結構GQ。
更詳細地說明,該透光基板12設置於該M×N個微發光二極體11和該基板10之上,且其製造材料可為下列任一者:聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚碸樹脂(Poly(ether sulfones), PES)、或玻璃。另一方面,該光轉換器攜載層13形成於該透光基板12的一設置面121之上,且其具有良好的遮光性以及至少1μm的厚度。故此,在一可行的實施例中,光轉換器攜載層13可由一金屬材料,例如:金、銅、鋁、銀、鉻、鉬、鈦、銦、銻、上述任兩者之金屬合金、或上述任兩者以上之金屬合金。並且,在另一可行的實施例中,光轉換器攜載層13也可以由前述金屬材料之氧化物製成,包括:銅氧化物、鋁氧化物、銀氧化物、鉻氧化物、鉬氧化物、鈦氧化物、銦氧化物、銻氧化物、上述任兩者之複合物、或上述任兩者以上之複合物。
繼續地參閱圖3、圖4和圖5。依據本發明之設計,該光轉換器攜載層13之上係開設有複數個第一開口O1、複數個第二開口O2以及複數個第三開口O3。其中,該複數個第一開口O1共排列成M/3列及N/3行,且各所述第一開口O1與該透光基板12的該設置面121一同組成一第一容置槽A1。並且,該複數個第二開口O2共排列成M/3列及N/3行,且各所述第二開口O2與該透光基板12的該設置面121一同組成一第二容置槽A2。另一方面,該複數個第三開口O3共排列成M/3列及N/3行,且各所述第三開口O3與該透光基板12的該設置面121一同組成一第三容置槽A3。簡單地說,本發明在該光轉換器攜載層13之上形成有M×N個容置槽,且該M×N個容置槽包括M/3×N/3個第一容置槽A1、M/3×N/3個第二容置槽A2以及M/3×N/3個第三容置槽A3。
本發明之技術特徵在於,以噴墨印刷封裝型量子點(inkjet-printed encapsulated quantum dots)作為光轉換單元的主要的光轉換器。因此,本發明以至少一個紅光量子點、一水溶劑以及一第一溶質混成一第一量子點溶液,其中該第一溶質具有一內聚力,且其具有範圍介於0.5wt%至5.5wt%之間的濃度。補充說明的是,為了增加紅光量子點在水溶劑中的溶解度,可令該紅光量子點具有一親水性表面修飾層(Hydrophilic surface modification layer)。例如,利用配體交換技術將原具有油酸配體(oleic acid ligands)層的紅光量子點修飾成一層3-巰基丙酸(3-mercaptopropionic acid, MPA)。繼續地,如圖4所示,利用一噴墨印刷頭可以將所述第一量子點溶液以一第一液滴S1的形式分別注入在各所述第一容置槽A1之中。接著,在令所述設置面121為一疏水性表面的情況下,滴落在該疏水性表面之上的該第一液滴S1的該第一溶質之內聚力(Cohesive force)會大於由咖啡環效應(Coffee ring effect)所衍生的一外流驅動力(Driving force for impelling outward-bound flow)。
補充說明的是,咖啡環效應是指當滴狀液體在一固體表面乾燥後,會出現由內至外顏色逐漸加深的複數個環圈。更詳細地說明,咖啡環效應(CRE)是溶質在滴到基材表面的液滴邊緣偏析的趨勢。研究資料指出,咖啡環效應經常發生在滴鑄成膜中,這是由於成膜的組裝過程中的溶劑蒸發刺激了液滴內的毛細管流動,進而將溶質顆粒置換到三相接觸線上。結果,溶質顆粒容易受到驅動咖啡環效應的流體的徑向向外流動的影響,從而加速了在乾膜邊界處的顆粒積累,因此形成了咖啡環。
因此,在利用噴墨印刷頭將所述第一量子點溶液以第一液滴S1的形式注入第一容置槽A1之中以後,為了避免第一溶質和紅光量子點因受到咖啡環效應之影響而逐漸地遠離第一液滴S1的中心,本發明特別將該透光基板12的設置面121處理成一疏水性表面,從而使得該第一液滴S1的該第一溶質的該內聚力大於由咖啡環效應所衍生的外流驅動力。在此情況下,只需要接著對各所述第一容置槽A1之中的第一液滴S1進行乾燥處理,則包含至少一個所述紅光量子點的一第一封裝量子點微米結構RQ及生成於各所述第一容置槽A1之中。
並且,本發明以至少一個綠光量子點、所述水溶劑以及一第二溶質混成一第二量子點溶液,其中該第二溶質亦具有所述內聚力,且其具有範圍介於0.5wt%至5.5wt%之間的濃度。同樣地,該綠光量子點具有一親水性表面修飾層(Hydrophilic surface modification layer),並且利用所述噴墨印刷頭可以將該第二量子點溶液以一第二液滴S2的形式分別注入在各所述第二容置槽A2之中。接著,在令所述設置面121為一疏水性表面而使得該第二液滴S2內的該第二溶質的內聚力大於由咖啡環效應所衍生的一外流驅動力的情況下,令該第二液滴S2於該設置面121上乾燥即於各所述第二容置槽A2之中分別形成包含至少一個所述綠光量子點的一第二封裝量子點微米結構GQ。
值得說明的是,形成於該第一容置槽A1內的該第一封裝量子點微米結構RQ係包含包覆有至少一個所述紅光量子點的至少一第一封裝體(encapsulation structure),且形成於該第二容置槽A2內的該第二封裝量子點微米結構GQ包含包覆有至少一個所述綠光量子點的至少一第二封裝體(encapsulation structure)。在可行的實施例中,該第一溶質和該第二溶質皆可為下列任一者:氯化鋰(LiCl)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、碘化鋰(LiI)、碘化鈉(NaI)、碘化鉀(KI)、溴化鋰(LiBr)、溴化鈉(NaBr)、或溴化鉀(KBr)。補充說明的是,前述之M和NY皆為正整數。並且,可進一步添加一界面活性劑於該第一量子點溶液和該第二量子點溶液之中,用以減少由該噴墨印刷頭所噴出的該第一液滴S1與該第二液滴S2之衛星液滴。
實驗例
本案發明人係完成一第一實驗和一第二實驗。於第一實驗中,係以水溶劑、具有表面親水配體(MPA)層的量子點、以及一溶質(solute)組成一第一試驗用量子點溶液,其中該溶質為氯化鈉(NaCl)。並且,於第一實驗中,還於該第一試驗用量子點溶液之中進一步添加乙二醇作為界面活性劑,且利用表面處理製程而使該透光基板12的該設置面121為一親水性表面(Hydrophilic surface)。
圖6A、圖6B和圖6C顯示第一實驗的示意性流程圖。圖7顯示利用明場及暗場螢光顯微鏡所拍攝的第一試驗液滴隨著時間演化為至少一鹽結晶的影像圖。其中,圖7所標示“BF”者為名場(brightfield)的縮寫,而所標示“BF”者則為暗場(darkfield)的縮寫。如圖6A以及圖7的影像(a)和影像(b)所示,在所述第一試驗液滴T1被噴墨印刷噴頭滴注至一透光基板12的一設置面121之上以後,可以看到該第一試驗液滴T1向外擴散。進一步地,如圖6B、圖6C、以及圖7的影像(c)-(f)所示,於滴落在設置面121的該第一試驗液滴T1之中,溶質T12與量子點T11之間的附著力(Adhesion force)促使量子點T11於水溶劑蒸發的過程中與NaCl的晶體一同聚集,然而,溶質T12之間的聚合力(Cohesion force)促使NaCl的晶體成型,而NaCl晶體的聚力將量子點T11排斥出NaCl晶體之外。值得注意的是,溶質T12的沉積受到液-固-氣三相接觸線之作用力的影響,毛細作用力(Capillary force)會將由外流(outward-bound flow)攜帶至第一試驗液滴T1的邊緣的溶質T12和量子點T11逐漸向中心回推。在此情況下,在水溶劑T10乾燥之後,便會出現複數個由溶質T12和量子點T11所構成的環圈,俗稱咖啡環。如圖6C以及圖7的影像(e)和影像(f)所示,在經過30分鐘的乾燥時間之後,還是有多個NaCl晶體形成在透明基板12的設置面121之上,然而並未NaCl晶體完整包覆量子點T11於其中。
於第二實驗中,係以水溶劑、具有表面親水配體(MPA)層的量子點、以及一溶質(solute)組成一第二試驗用量子點溶液,其中該溶質為氯化鈉(NaCl)。並且,還於該第二試驗用量子點溶液之中進一步添加乙二醇作為界面活性劑,從而在使用噴墨印刷頭噴出的第二試驗用量子點溶液的一第二試驗液滴T2時,減少該第二試驗液滴T2之衛星液滴。必須加以說明的是,於第二實驗中,係利用表面處理製程而使該透光基板12的該設置面121為一疏水性表面(Hydrophobic surface)。
圖8A、圖8B和圖8C顯示第二實驗的示意性流程圖。圖8顯示利用明場及暗場螢光顯微鏡所拍攝的第二試驗液滴隨著時間演化為至少一鹽結晶的影像圖。如圖8A、圖8B、圖8C、以及圖9的影像(a)至影像(F)所示,在令該透光基板12的該設置面121為一疏水性表面(Hydrophobic surface)的情況下,被噴墨印刷噴頭滴注至設置面121之上的該第二試驗液滴T2既保持液滴形狀且保持接觸角(>90
o)。可以推知,所述疏水性表面使得第二試驗液滴T2的溶質(亦即,NaCl)的內聚力(Cohesion force between H
2O molecules)大於由咖啡環效應所衍生的一外流驅動力,從而使得該第二試驗液滴T2能夠在該透光基板12的該設置面121之上保持液滴形狀。
在此情況下,在水溶劑T20乾燥之後,溶質T22和至少一量子點T21於該設置面121之上形成一鹽封裝量子點微米結構(Salt-encapsulated quantum dot structure)NC。可以理解的是,此鹽封裝量子點微米結構NC包含包覆有至少一量子點T21的至少一氯化鈉結晶體(NaCl crystal structure)。值得說明的是,第二試驗液滴T2在水溶劑T20蒸發過程中既保持形狀又保持接觸角,並且液滴邊緣連續向內移動而不會出現釘扎現象。在此情況下,在NaCl晶體隨著第二試驗液滴T2之乾燥而逐漸聚合變大的過程中,量子點T21不會由逐漸聚合的NaCl晶體之中被往外推出,反而會在NaCl晶體自組裝的過程中被包覆於其中,最終生成所謂的鹽封裝量子點微米結構NC。
請參閱圖10,其顯示X×Y個第一封裝量子點微米結構以及X×Y個第二封裝量子點微米結構的光學顯微鏡圖像圖。如圖10所示,利用噴墨印刷噴頭可以在一個透明基板12的設置面上121排列出X×Y個第一封裝量子點微米結構以及X×Y個第二封裝量子點微米結構。經實際量測,此鹽封裝量子點微米結構NC的尺寸大小為3.74 ± 0.5 μm,亦即介於3.2μm至4.3μm之間。
第二實施例
圖11顯示本發明之一種具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元及使用該光轉換單元的一種微發光二極體顯示面板的立體圖。於第二實施例中,本發明之微發光二極體顯示面板1主要包括:一基板10、M×N個微發光二極體11、以及一具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元。圖12顯示本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的立體分解圖。在該微發光二極體11為一紫光微發光二極體的情況下,本發明係令所述具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元(下文簡稱“光轉換單元”)包括:一透光基板12、一光轉換器攜載層13、利用一第一量子點溶液製成的(M×N)/3個第一封裝量子點微米結構RQ、利用一第二量子點溶液製成的(M×N)/3個第二封裝量子點微米結構GQ、以及利用一第三量子點溶液製成的(M×N)/3個第三封裝量子點微米結構BQ。
更詳細地說明,所述第三量子點溶液包含至少一個藍光量子點、水溶劑以及一第三溶質。其中,該第三溶質皆具有範圍介於0.5wt%至5.5wt%之間的濃度,且其可為下列任一者:氯化鋰(LiCl)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、碘化鋰(LiI)、碘化鈉(NaI)、碘化鉀(KI)、溴化鋰(LiBr)、溴化鈉(NaBr)、或溴化鉀(KBr)。並解,該第三量子點溶液係利用所述噴墨印刷頭而以一第三液滴S3的形式分別注入在各所述第三容置槽A3之中,從而在乾燥之後於各所述第三容置槽A3之中分別形成包含至少一個所述藍光量子點的一第三封裝量子點微米結構BQ。在以氯化鈉(NaCl)作為所述第三溶質的情況下,該第三封裝量子點微米結構BQ會包含包覆有至少一個所述綠光量子點的至少一NaCl結晶體。
請參閱圖13,其顯示M/3×N/3個第一封裝量子點微米結構、M/3×N/3個第二封裝量子點微米結構、以及M/3×N/3個第三封裝量子點微米結構。如圖13所示,利用噴墨印刷噴頭可以在一個透光基板12的設置面上121排列出M×N個封裝量子點微米結構,其中包括M/3×N/3個第一封裝量子點微米結構、M/3×N/3個第二封裝量子點微米結構以及M/3×N/3個第三封裝量子點微米結構。經實際量測,各所述封裝量子點微米結構的尺寸大小為3.74 ± 0.5 μm,亦即介於3.2μm至4.3μm之間。
圖14其顯示如圖12所示之微發光二極體顯示面板的CIE 1931色度圖。於圖14中,虛線三角形所表示者為國家電視系統委員會的標準色域範圍(National Television System Committee (NTSC) standard),而實線三角形所表示者則為圖12所示之微發光二極體顯示面板1所表現出的色域範圍(color gamut)。比較兩者之後,可以得知本發明所提出的微發光二極體顯示面板1的色域範圍接近為NTSC標準色域範圍的110%。
圖15其顯示如圖12所示之本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的側剖視圖。如圖15所示,在可行的實施例中,可將一封裝材料15填於各所述第一容置槽A1、各所述第二容置槽A2、和各所述第三容置槽A3之中,用以封裝該第一容置槽A1之內的該第一封裝量子點微米結構RQ、該第二容置槽A2之內的該第二封裝量子點微米結構GQ以及該第三容置槽A3之內的該第三封裝量子點微米結構BQ。進一步地,還可將一水氣阻障層14,其係置於該光轉換器攜載層13之上,且遮蓋該複數個第一容置槽A1、該複數個第二容置槽A2、和該複數個第三容置槽A3。
如此,上述係已完整且清楚地說明本發明之一種具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元及使用該光轉換單元的一種微發光二極體顯示面板。的所有實施例及其特徵。必須加以強調的是,前述本案所揭示者乃為較佳實施例,舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者,俱不脫本案之專利權範疇。
<本發明>
1:微發光二極體顯示面板
10:基板
11: 微發光二極體
12:透光基板
121:設置面
13:光轉換器攜載層
14:水氣阻障層
15:封裝材料
RQ: 第一封裝量子點微米結構
GQ: 第二封裝量子點微米結構
BQ: 第三封裝量子點微米結構
A1:第一容置槽
A2:第二容置槽
A3:第三容置槽
O1:第一開口
O2:第二開口
O3:第三開口
S1:第一液滴
S2:第二液滴
S3:第三液滴
T1:第一試驗液滴
T10: 水溶劑
T11: 量子點
T12:溶質
T2:第二試驗液滴
T20: 水溶劑
T21: 量子點
T22:溶質
NC: 鹽封裝量子點微米結構
S1-S3:步驟
<習知>
1’:具有量子點光轉換單元的顯示面板
10’: 第一基板
20’: 藍光微LED晶片
30’:遮光層
31’:通孔
60’:第二基板
81’:紅光量子點材料
82’:綠光量子點材料
圖1顯示中國專利公開號CN108664165A所揭示的具有量子點光轉換單元的顯示面板;
圖2顯示本發明之一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法的流程圖;
圖3顯示本發明之一種具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元及使用該光轉換單元的一種微發光二極體顯示面板的立體圖;
圖4顯示本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的立體分解圖;
圖5顯示本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的側剖視圖;
圖6A、圖6B和圖6C顯示第一實驗的示意性流程圖;
圖7顯示利用明場及暗場螢光顯微鏡所拍攝的第一試驗液滴隨著時間演化為至少一鹽結晶的影像圖;
圖8A、圖8B和圖8C顯示第二實驗的示意性流程圖;
圖9顯示利用明場及暗場螢光顯微鏡所拍攝的第二試驗液滴隨著時間演化為至少一鹽結晶的影像圖;
圖10顯示X×Y個第一封裝量子點微米結構以及X×Y個第二封裝量子點微米結構的光學顯微鏡圖像圖;
圖11顯示本發明之一種具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元及使用該光轉換單元的一種微發光二極體顯示面板的立體圖;
圖12顯示本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的立體分解圖;
圖13顯示M/3×N/3個第一封裝量子點微米結構、M/3×N/3個第二封裝量子點微米結構、以及M/3×N/3個第三封裝量子點微米結構;
圖14顯示如圖12所示之微發光二極體顯示面板的CIE 1931色度圖;以及
圖15顯示如圖12所示之本發明之具有噴墨印刷封裝型量子點的光轉換單元的側剖視圖。
1:微發光二極體顯示面板
10:基板
11:微發光二極體
12:透光基板
13:光轉換器攜載層
RQ: 第一封裝量子點微米結構
GQ: 第二封裝量子點微米結構
A3:第三容置槽
Claims (15)
- 一種噴墨印刷封裝型量子點的製造方法,包括以下步驟:提供具一疏水性表面的一基板以及包括至少一個量子點、一水溶劑以及一具有內聚力之溶質的一量子點溶液;使用一噴墨印刷噴頭將所述量子點溶液滴於該基板的該疏水性表面之上,從而在該疏水性表面上形成至少一液滴;對該液滴執行一乾燥處理,從而使該液滴的體積隨著一乾燥處理時間的增加而持續變小,進而轉變成一封裝量子點微米結構。
- 如請求項1所述之噴墨印刷封裝型量子點的製造方法,其中,該封裝量子點微米結構包含包覆有至少一個所述量子點的至少一封裝體。
- 如請求項1所述之噴墨印刷封裝型量子點的製造方法,其中,所述具有內聚力之溶質具有範圍介於0.5wt%至5.5wt%之間的濃度,且其材料可為下列任一者:氯化鋰(LiCl)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、碘化鋰(LiI)、碘化鈉(NaI)、碘化鉀(KI)、溴化鋰(LiBr)、溴化鈉(NaBr)、或溴化鉀(KBr)。
- 如請求項1所述之噴墨印刷封裝型量子點的製造方法,其中,一界面活性劑係進一步添加於該量子點溶液之中,用以減少由該噴墨印刷頭所噴出的該液滴之衛星液滴。
- 如請求項1所述之噴墨印刷封裝型量子點的製造方法,該量子點具有一親水性表面修飾層,且其可為下列任一者:紅光量子點、綠光量子點、或該藍光量子點。
- 一種光轉換單元,包括:一透光基板,具有一設置面,且該設置面具有一疏水性表面;一光轉換器攜載層,形成於該透光基板的該設置面之上,且由一金屬材料或一金屬氧化物製成;複數個第一開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第一開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第一開口與該透光基板的該設置面一同組成一第一容置槽;複數個第二開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第二開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第二開口與該透光基板的該設置面一同組成一第二容置槽;複數個第三開口,形成於該光轉換器攜載層之上,且該複數個第三開口共排列成M/3列及N/3行;其中,各所述第三開口與該透光基板的該設置面一同組成一第三容置槽;一第一量子點溶液,包括至少一個紅光量子點、一水溶劑以及一第一溶質,其中該第一溶質具有一內聚力,且該第一量子點溶液係利用一噴墨印刷頭而以一第一液滴的形式分別注入在各所述第一容置槽之中;以及一第二量子點溶液,包括至少一個綠光量子點、所述水溶劑以及一第二溶質,其中該第二溶質亦具有所述內聚力,且該第二量 子點溶液係利用所述噴墨印刷頭而以一第二液滴的形式分別注入在各所述第二容置槽之中;其中,在令該第一溶質該內聚力大於由咖啡環效應所衍生的一外流驅動力的情況下對該第一液滴進行一乾燥處理,使該第一溶質隨著該水溶劑的蒸發而逐漸封裝至少一個所述紅光量子點,從而在各所述第一容置槽之中形成封裝有至少一個所述紅光量子點的一第一鹽封裝量子點微米結構;其中,在令該第二溶質該內聚力大於由咖啡環效應所衍生的一外流驅動力的情況下對該第二液滴進行一乾燥處理,使該第二溶質隨著該水溶劑的蒸發而逐漸封裝至少一個所述綠光量子點,從而在各所述第二容置槽之中形成封裝有至少一個所述綠光量子點的一第二鹽封裝量子點微米結構;其中,M與N皆為正整數。
- 如請求項6所述之光轉換單元,更包括一第三量子點溶液,其包含至少一個藍光量子點、所述水溶劑以及一第三溶質,其中該第三溶質亦具有所述內聚力,且該第三量子點溶液係利用所述噴墨印刷頭而以一第三液滴的形式分別注入在各所述第三容置槽之中,從而在乾燥之後於各所述第三容置槽之中分別形成包含至少一個所述藍光量子點的一第三鹽封裝量子點微米結構。
- 如請求項6所述之光轉換單元,其中,該金屬材料可為下列任一者:金、銅、鋁、銀、鉻、鉬、鈦、銦、銻、上述任兩者之金屬合金、或上述任兩者以上之金屬合金。
- 如請求項6所述之光轉換單元,其中,該金屬氧化物可為下列任一者:銅氧化物、鋁氧化物、銀氧化物、鉻氧化物、鉬氧化物、鈦氧化物、銦氧化物、銻氧化物、上述任兩者之複合物、或上述任兩者以上之複合物。
- 如請求項7所述之光轉換單元,其中,該第一鹽封裝量子點微米結構包含包覆有至少一個所述紅光量子點的至少一第一封裝體,該第二鹽封裝量子點微米結構包含包覆有至少一個所述綠光量子點的至少一第二封裝體,且該第三鹽封裝量子點微米結構包含包覆有至少一個所述藍光量子點的至少一第三封裝體。
- 如請求項7所述之光轉換單元,其中,更包括:一封裝材料,係填於各所述第一容置槽、各所述第二容置槽、和各所述第三容置槽之中,用以封裝該第一容置槽之內的該第一鹽封裝量子點微米結構、該第二容置槽之內的該第二鹽封裝量子點微米結構以及該第三容置槽之內的該第三鹽封裝量子點微米結構;以及一水氣阻障層,其係置於該光轉換器攜載層之上,且遮蓋該複數個第一容置槽、該複數個第二容置槽、和該複數個第三容置槽。
- 如請求項6所述之光轉換單元,其中,該第一溶質、該第二溶質和該第三溶質皆可為下列任一者:氯化鋰(LiCl)、氯化鈉 (NaCl)、氯化鉀(KCl)、碘化鋰(LiI)、碘化鈉(NaI)、碘化鉀(KI)、溴化鋰(LiBr)、溴化鈉(NaBr)、或溴化鉀(KBr)。
- 如請求項6所述之光轉換單元,其中,一界面活性劑係進一步添加於該第一量子點溶液、該第二量子點溶液和該第三量子點溶液之中,用以減少由該噴墨印刷頭所噴出的該第一液滴、該第二液滴與該第三液滴之衛星液滴。
- 如請求項6所述之光轉換單元,其中,該紅光量子點、該綠光量子點與該藍光量子點皆具有一親水性表面修飾層,且該第一溶質、該第二溶質和該第三溶質皆具有範圍介於0.5wt%至5.5wt%之間的濃度。
- 一種微發光二極體顯示面板,包括:一基板;M×N個微發光二極體,設置於該基板之上;以及如請求項6至請求項14之中任一項所述之光轉換單元,其係設置於該M×N個微發光二極體和該基板之上。
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