CN114597303A - 一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层及其制作方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层，包括基板、封装盖板和量子点层；基板的上表面设有若干第一凹槽，量子点层包括一一形成于第一凹槽内的量子点单元；封装盖板键合于基板上，具有与第一凹槽配合的盖板单元，盖板单元分布有若干挥发孔，其中中心区域的挥发孔的分布密度大于边缘区域；基板的底部对应第一凹槽中心区域的热导率大于边缘区域。本发明还公开了其制作方法和应用。通过将设计有挥发通道的封装盖板与基板键合和对基板底部受热面的设计，实现了对溶剂挥发速率调控进而抑制咖啡环的目的，使量子点图案形貌更加规则、良好。
Description
技术领域
本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层及其制作方法和应用。
背景技术
在实现Micro LED全彩化的技术路线中，RGB法是最理想的技术路线，但是目前阶段该方法面临着巨量转移、材料体系不匹配等困难，因此该技术路线目前还不太成熟。而色转换法因其技术难度低，易实现，出光性能好等诸多优势收到了广泛关注。色转换法中，在量子点的图案化过程中，极易出现“咖啡环”效应。“咖啡环”效应的产生是由于量子点溶液在干燥过程中，液滴边缘的蒸气压较小，导致量子点液滴边缘溶剂的蒸发速率快于液滴中心的溶剂的蒸发速率，从而在液滴内部产生了从中心指向边缘的毛细流动，最终溶质不断在接触线处沉积形成这种环状结构，这种现象称为“咖啡环”效应，如图1所示。“咖啡环”效应会对沉积的量子点的图案形貌造成不利的影响，从而导致器件发光性能的下降。
发明内容
本技术方案从咖啡环效应产生的原因出发，通过①调控量子点溶液边缘与中心的溶剂挥发通道，②调控量子点溶液中心与边缘的加热速率，从而达到抑制咖啡环效应出现的目的。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层，包括基板、封装盖板和量子点层；所述基板的上表面设有若干第一凹槽，所述量子点层包括一一形成于第一凹槽内的若干量子点单元；所述封装盖板键合于所述基板上，所述封装盖板具有一一对应配合于所述第一凹槽之上的若干盖板单元，所述盖板单元分布有若干挥发孔，其中对应第一凹槽中心区域的挥发孔的分布密度大于对应第一凹槽边缘区域的挥发孔的分布密度；所述基板的底部对应第一凹槽中心区域的热导率大于对应第一凹槽边缘区域的热导率。
可选的，所述第一凹槽的底部设有滤波片，所述滤波片与设于该第一凹槽内的量子点单元的颜色相匹配。
可选的，所述第一凹槽的侧壁附着有第一反射层。
可选的，所述基板的下表面设有第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一凹槽错开设置，且第二凹槽的边缘区域与第一凹槽的边缘区域部分重合；所述第二凹槽内填充有低热导率材料。
可选的，所述第二凹槽的内壁附着有第二反射层。
一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层的制作方法，包括以下步骤：
a)提供一透明基板，所述透明基板上表面具有第一凹槽，下表面具有与第一凹槽错开且边缘部分重合的第二凹槽；
b)于第二凹槽内填充低热导率材料；
c)于第一凹槽内填充量子点溶液；
d)提供封装盖板，所述封装盖板具有若干与第一凹槽匹配的盖板单元，所述盖板单元分布有若干挥发孔，其中中心区域的挥发孔的分布密度大于边缘区域的挥发孔的分布密度；将封装盖板与透明基板的上表面进行键合，并使盖板单元与第一凹槽一一对应；
e)将键合后的透明基板封装面朝上地放置于加热装置上，加热使量子点溶液干燥形成量子点单元。
可选的，步骤a)中，通过纳米压印、模压成型或光刻刻蚀工艺形成所述具有第一凹槽和第二凹槽的透明基板。
可选的，还包括于所述第一凹槽的底部设置滤波片，以及于第一凹槽的侧壁、第二凹槽的内壁分别沉积高反射率材料的步骤。
可选的，步骤e)中，所述加热温度小于60℃，加热时间为2～8小时。
一种Micro LED显示器件，包括上述可抑制咖啡环效应的颜色转换层和紫外LED芯片阵列，所述紫外LED芯片阵列键合于所述颜色转换层的封装盖板一侧；其中所述量子点层是RGB三色量子点层，且LED芯片与量子点单元一一对应。
本发明的有益效果为：
1)通过将设计有挥发通道的封装盖板与基板键合，不但实现了对溶剂挥发速率调控进而抑制咖啡环的目的，使量子点图案形貌更加规则、良好，而且也可避免量子点遭受氧气、水蒸气的伤害导致的性能下降；
2)通过对基板底部受热面的设计，使量子点溶液中心区域加热速率快于边缘区域，通过控制热量的传输速率达到调控溶剂挥发速率的目的，进而抑制咖啡环的产生；
3)可进一步抑制光串扰的发生并增强出光的方向性，提高出光的均匀性、色纯度，提升器件可靠性。
附图说明
图1为背景技术的咖啡环效应产生原因示意图；
图2为实施例1的步骤1的基板的结构示意图；
图3为实施例1的步骤2得到的结构示意图；
图4为实施例1的步骤3得到的结构示意图；
图5为实施例1的步骤4得到的结构示意图；
图6为实施例1的步骤5得到的结构示意图；
图7为实施例1的步骤6得到的结构示意图；
图8为实施例1的步骤7的封装盖板的结构示意图；
图9为图8中的盖板单元的结构示意图；
图10为实施例1的步骤7得到的结构示意图；
图11为实施例1的步骤8的热板烘烤的原理示意图；
图12为实施例1得到的颜色转换层的结构示意图；
图13为实施例2的Micro LED显示器件的结构示意图，其中箭头表示出射光。
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至图11，以下说明实施例1的颜色转换层100的制作方法。
步骤1：基板1制备。通过纳米压印、模压成型、光刻刻蚀等方法制备出基板1，如图2所示。基板1的材料可以为透明的有机材料，如PMMA、PI等，也可为透明的硬质材料，如二氧化硅、氮化硅等。基板1具有位于上表面的第一凹槽11，通过将量子点溶液填充在具有一定形状结构的第一凹槽图形中，有助于量子点干燥后形成规则且良好的形貌；第一凹槽11的形状不受限制，本实施例中以圆柱形为例。相邻第一凹槽11之间形成了挡光墙12，可通过在墙的侧壁沉积高反射率物质或吸光物质达到防止光串扰的发生。基板1具有位于下表面的第二凹槽13，第二凹槽13与第一凹槽11错开设置，且边缘区域部分重合，从而，相邻第二凹槽13之间形成了位于第一凹槽11中心区域正下方的导热墙14，可将热板产生的热量优先传递到量子点第一凹槽11的中心部位。导热墙14的面积不超过第一凹槽11底面积的2/3。
步骤2：沉积反射层材料。通过旋涂、喷涂等方式在第二凹槽13的四周侧壁沉积高反射率材料组成的第二反射层2，如图3所示。该第二反射层2可将量子点向四周发出的光线反射回，从而提高器件的出光方向性。该高反射率材料可为Al、Ag等金属材料，其他能满足高反射率要求的材料也可。
步骤3：填充低导热材料。通过旋涂、喷涂、沉积等方式在第二凹槽13内填充低热导率材料3，该低热导率材料3填满整个第二凹槽13，如图4所示。低热导率材料3的热导率应低于基板1材料的热导率，例如可以是气凝胶、聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯等，其他可满足要求的材料也可。
步骤4：滤波片安装。在第一凹槽11内依次安装RGB滤波片，该滤波片仅对部分光线具有高穿透率，其他波段具有高截止率，如图5所示。红光滤波片4R仅允许620-650nm波段的红光通过，绿光滤波片4G仅允许510-530nm波段的绿光通过，蓝光滤波片4B仅允许450-480nm波段的蓝光通过。
步骤5：挡光墙制备。通过涂抹、喷涂、蒸发等方式在挡光墙12的侧壁(即第一凹槽11的侧壁)以及顶部沉积高反射率物质形成第一反射层5，可有效防止光串扰现象的发生，如图6所示。该高反射率材料可为Al、Ag等金属材料，其他能满足高反射率要求的材料也可。
步骤6：量子点沉积。通过喷墨打印等方式在第一凹槽11内依次沉积R、G、B三种量子点溶液，量子点溶液填满第一凹槽11，如图7所示。
步骤7：封装盖板6键合。封装盖板6如图8所示，在封装盖板6中分布着众多的盖板单元61，盖板单元61的大小与位置与第一凹槽11的大小与分布一一对应。盖板单元61中分布着挥发孔62，量子点溶液中的溶剂通过挥发孔62挥发至外面。挥发孔62分为内外圈，内圈分布在量子点液滴中心区域，挥发孔数量多，分布密度大，溶剂挥发速率快；外圈分布在量子点液滴边缘区域，挥发孔数量少，分布密度小，溶剂挥发速率慢，如图9所示，通过改变挥发孔的数量多少达到控制溶剂挥发速率的目的。
通过压焊等方式将封装盖板6与基板1进行严密键合，盖板单元61和第一凹槽11一一对应且盖板单元61中的挥发孔62位于RGB子像素的正上方，其中内圈的挥发孔位于量子点溶液的中心部位，外圈的挥发孔位于量子点溶液的边缘部位，如图10所示。
步骤8：量子点溶液干燥。将键合后的颜色转换层放置在热板7上(第一凹槽面朝上，第二凹槽面朝下)，在合适的温度下进行烘烤，使量子点溶液干燥，如图11所示。加热温度小于60℃，加热时间为2～8小时。将受热面进行图形化，分为加热墙14和填充了低热导率材料3的第二凹槽13，加热墙14位于第一凹槽11的正下方、量子点溶液的中心部位，可将热量向上传递到第一凹槽11内量子点溶液的中心区域。第二凹槽内填充低热导率材料，可将热量向上传递到第一凹槽11内量子点溶液的边缘区域。低热导率材料3与导热墙(基板1本身)两者之间热导率的差异，使量子点溶液中心区域加热速率快于边缘区域，最终通过控制热量的传输速率达到调控溶剂挥发速率的目的。
参考图12并结合图8和图9，得到的颜色转换层100，包括基板1、封装盖板6和量子点层R、G、B；所述基板1的上表面设有若干第一凹槽11，所述量子点层包括一一形成于第一凹槽11内的若干量子点单元R、G或B；所述第一凹槽11底部设置滤光片4R、4G或4B，侧壁附着有第一反射层5；所述基板1的下表面设有若干第二凹槽13，所述第二凹槽13与第一凹槽11错开设置且边缘部分重合，所述第二凹槽13内填充低热导率材料3，内壁附着第二反射层2；所述封装盖板6键合于所述基板1上，所述封装盖板6具有一一对应配合于所述第一凹槽11之上的若干盖板单元61，所述盖板单元61分布有若干挥发孔62，其中对应第一凹槽11中心区域的挥发孔的分布密度大于对应第一凹槽11边缘区域的挥发孔的分布密度。
实施例2
一种Micro LED显示器件，是通过压焊、粘结等方式将实施例1的颜色转换层100与紫外LED阵列200进行键合(第一凹槽11面朝下，第二凹槽13面朝上)，如图13所示，同时在颜色转换层100与紫外LED阵列200的间隙之间填充Ar、N2等惰性气体，充当保护性气体，可有效防止氧气、水蒸气等对器件的伤害。紫外LED芯片201与量子点单元R\G\B一一对应，通过单独控制每个紫外LED芯片201的发光强度、时间等即可实现器件的全彩化显示。
不同于常见的量子点溶液直接沉积在芯片表面构成色转换层，而是将量子点沉积在色转换结构内，二者共同构成色转换层，色转换层与芯片进行键合实现全彩发光。该种方式有利于色转换层的制备、运输、及快速维修更换，更适合工业化生产。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层及其制作方法和应用，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)
1.一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层，其特征在于：包括基板、封装盖板和量子点层；所述基板的上表面设有若干第一凹槽，所述量子点层包括一一形成于第一凹槽内的若干量子点单元；所述封装盖板键合于所述基板上，所述封装盖板具有一一对应配合于所述第一凹槽之上的若干盖板单元，所述盖板单元分布有若干挥发孔，其中对应第一凹槽中心区域的挥发孔的分布密度大于对应第一凹槽边缘区域的挥发孔的分布密度；所述基板的底部对应第一凹槽中心区域的热导率大于对应第一凹槽边缘区域的热导率。
2.根据权利要求1所述的可抑制咖啡环效应的颜色转换层，其特征在于：所述第一凹槽的底部设有滤波片，所述滤波片与设于该第一凹槽内的量子点单元的颜色相匹配。
3.根据权利要求1所述的可抑制咖啡环效应的颜色转换层，其特征在于：所述第一凹槽的侧壁附着有第一反射层。
4.根据权利要求1所述的可抑制咖啡环效应的颜色转换层，其特征在于：所述基板的下表面设有第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一凹槽错开设置，且第二凹槽的边缘区域与第一凹槽的边缘区域部分重合；所述第二凹槽内填充有低热导率材料。
5.根据权利要求4所述的可抑制咖啡环效应的颜色转换层，其特征在于：所述第二凹槽的内壁附着有第二反射层。
6.一种可抑制咖啡环效应的颜色转换层的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)提供一透明基板，所述透明基板上表面具有第一凹槽，下表面具有与第一凹槽错开且边缘部分重合的第二凹槽；
b)于第二凹槽内填充低热导率材料；
c)于第一凹槽内填充量子点溶液；
d)提供封装盖板，所述封装盖板具有若干与第一凹槽匹配的盖板单元，所述盖板单元分布有若干挥发孔，其中中心区域的挥发孔的分布密度大于边缘区域的挥发孔的分布密度；将封装盖板与透明基板的上表面进行键合，并使盖板单元与第一凹槽一一对应；
e)将键合后的透明基板封装面朝上地放置于加热装置上，加热使量子点溶液干燥形成量子点单元。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：步骤a)中，通过纳米压印、模压成型或光刻刻蚀工艺形成所述具有第一凹槽和第二凹槽的透明基板。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：还包括于所述第一凹槽的底部设置滤波片，以及于第一凹槽的侧壁、第二凹槽的内壁分别沉积高反射率材料的步骤。
9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：步骤e)中，所述加热温度小于60℃，加热时间为2～8小时。
10.一种Micro LED显示器件，其特征在于：包括权利要求1～5任一项所述的可抑制咖啡环效应的颜色转换层和紫外LED芯片阵列，所述紫外LED芯片阵列键合于所述颜色转换层的封装盖板一侧；其中所述量子点层是RGB三色量子点层，且LED芯片与量子点单元一一对应。
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| CN111129269A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于Micro-LED阵列器件的复合光转换层基板及其制备方法 |
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2022
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