FR3099295A1 - FORMULATION OF PHOTOSENSITIVE RESIN FOR COLOR CONVERSION - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’un dispositif de conversion spectrale (100) comprenant les étapes suivantes :a) fournir un substrat (10) comprenant une zone active (20) configurée pour émettre un premier rayonnement lumineux à une première longueur d’onde λ1,b) former une couche de résine (30) sur le substrat (10) en déposant une formulation comprenant :- des charges de conversion spectrale émettant un second rayonnement lumineux à une deuxième longueur d’onde λ2 par absorption du premier rayonnement lumineux λ1,- un photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,- des précurseurs polymériques,- un solvant,puis en évaporant le solvant,c) insoler la couche de résine (30) à la longueur d’onde d’absorption du photo-amorceur, à travers un masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on modifie la solubilité de la résine en regard des ouvertures du masque. Figure pour l’abrégé : f igure 3 .A method of manufacturing a spectral conversion device (100) comprising the following steps: a) providing a substrate (10) comprising an active region (20) configured to emit a first light radiation at a first wavelength λ1, b ) forming a resin layer (30) on the substrate (10) by depositing a formulation comprising: - spectral conversion charges emitting a second light radiation at a second wavelength λ2 by absorption of the first light radiation λ1, - a photoinitiator absorbing at an absorption wavelength greater than the second wavelength λ2, - polymeric precursors, - a solvent, then by evaporating the solvent, c) insolate the resin layer (30) at the absorption wavelength of the photoinitiator, through a mask comprising apertures, by means of which the solubility of the resin opposite the apertures of the mask is modified. Figure for the abstract: f igure 3.
Description
La présente invention se rapporte au domaine général de l’optoélectronique, et plus particulièrement, dans le domaine de la conversion de couleur, par exemple, pour la fabrication de pixels colorés.The present invention relates to the general field of optoelectronics, and more particularly, in the field of color conversion, for example, for the manufacture of colored pixels.
L’invention concerne une formulation pour la fabrication d’un dispositif de conversion spectrale.The invention relates to a formulation for the manufacture of a spectral conversion device.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif de conversion spectrale.The invention also relates to a method of manufacturing a spectral conversion device.
L’invention concerne également un dispositif de conversion spectrale.The invention also relates to a spectral conversion device.
L’invention trouve des applications dans de nombreux domaines industriels, et notamment dans le domaine de l’affichage et de l’éclairage.The invention finds applications in many industrial fields, and in particular in the field of display and lighting.
L’invention est particulièrement intéressante puisqu’elle permet de fabriquer des couches de conversion spectrale, comprenant par exemple des boîtes quantiques, présentant de bons rendements de conversion.The invention is particularly interesting since it makes it possible to manufacture spectral conversion layers, comprising for example quantum dots, with good conversion efficiencies.
Classiquement, les écrans d’affichage en couleur (afficheur rouge-vert-bleu) comprennent :
- une structure d’émission comprenant une zone active, par exemple formée de diodes électroluminescentes (ou LED pour « light-emitting diode ») émettant un rayonnement lumineux, typiquement dans le bleu (405-490nm), et ayant une faible largeur spectrale,
- des couches de conversion spectrale comprenant des nanomatériaux quantiques comme des boîtes quantiques (QD pour « Quantum Dot » en langue anglaise), ou des nanoplaquettes (NPL),…) pour convertir l’émission bleue des LEDs en rayonnement rouge ou vert.Typically, color display screens (red-green-blue display) include:
- an emission structure comprising an active zone, for example formed of light-emitting diodes (or LEDs for "light-emitting diode") emitting light radiation, typically in the blue (405-490 nm), and having a narrow spectral width,
- spectral conversion layers comprising quantum nanomaterials such as quantum dots (QD for "Quantum Dot" in English), or nanoplatelets (NPL), etc. to convert the blue emission of LEDs into red or green radiation.
Dans le domaine de l’éclairage, la superposition des rayonnements émis par les LEDs et par les couches de conversion spectrale crée une zone colorée, par exemple blanche. Dans le cadre de l’affichage, le rayonnement des LEDs est totalement absorbé par les couches de conversion et permet d’obtenir des zones différentes de couleur pure et saturée.In the field of lighting, the superposition of the radiation emitted by the LEDs and by the spectral conversion layers creates a colored zone, for example white. In the context of the display, the radiation of the LEDs is completely absorbed by the conversion layers and makes it possible to obtain different areas of pure and saturated color.
Classiquement, pour fabriquer un tel dispositif, on dépose une solution contenant une résine photosensible et les nanomatériaux quantiques au-dessus des LEDs. Après insolation de la résine, à travers un masque sous rayonnement ultra-violet, et développement de la résine, on obtient les zones de conversion spectrale.Conventionally, to manufacture such a device, a solution containing a photosensitive resin and the quantum nanomaterials is deposited above the LEDs. After exposure of the resin, through a mask under ultraviolet radiation, and development of the resin, the spectral conversion zones are obtained.
Par exemple, dans le document CN 105388702, la zone de conversion spectrale est obtenue en déposant une formulation comprenant une résine photosensible, un photo-amorceur, un solvant et des boîtes quantiques (QD ou « quantum dots »). L’insolation de la résine est réalisée sous rayonnement ultraviolet à une longueur d’onde de 365 nm.For example, in document CN 105388702, the spectral conversion zone is obtained by depositing a formulation comprising a photosensitive resin, a photo-initiator, a solvent and quantum dots (QD or “quantum dots”). The exposure of the resin is carried out under ultraviolet radiation at a wavelength of 365 nm.
Dans le document dans le document US 2017/0255056 A1, une méthode de pixellisation par photolithographie est décrite. L’insolation est aussi réalisée par rayonnement UV.In the document in document US 2017/0255056 A1, a pixelation method by photolithography is described. Insulation is also carried out by UV radiation.
Or, les QD absorbent de manière exponentielle le rayonnement en-dessous de leur longueur d’émission (figure 1). Ainsi, lors d’une insolation d’une résine photosensible contenant des QD, sous rayonnement UV, le rayonnement sera absorbé par ces dernières, ce qui pourra entraîner :
- une dégradation du rendement de conversion de ces QD (perte de rendement quantique) sous l’action du rayonnement ultraviolet car celui-ci doit être suffisamment puissant pour pouvoir insoler toute l’épaisseur de la résine, et/ou
- une dégradation des performances de la photolithographie du fait d’une plus faible profondeur de pénétration lié à l’absorption du rayonnement par les boîtes quantiques dans l’épaisseur de la couche à insoler, ce qui génère des problèmes de résolution et des possibles gradients de polymérisation ; l’adhésion de la résine sur le substrat peut également être affectée.However, QDs exponentially absorb radiation below their emission length (figure 1). Thus, during exposure of a photosensitive resin containing QDs, under UV radiation, the radiation will be absorbed by the latter, which may lead to:
- a degradation of the conversion efficiency of these QDs (loss of quantum efficiency) under the action of ultraviolet radiation because this must be powerful enough to be able to insolate the entire thickness of the resin, and/or
- a degradation of photolithography performance due to a lower depth of penetration linked to the absorption of radiation by the quantum dots in the thickness of the layer to be exposed, which generates resolution problems and possible gradients polymerization; the adhesion of the resin to the substrate can also be affected.
Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients de l’art antérieur, et en particulier de proposer un procédé permettant de fabriquer un dispositif de conversion spectrale présentant un rendement de conversion spectrale élevé tout en garantissant une résolution compatible avec les dimensions critiques des pixels nécessaires à l’affichage.An object of the present invention is to remedy the drawbacks of the prior art, and in particular to propose a method making it possible to manufacture a spectral conversion device having a high spectral conversion efficiency while guaranteeing a resolution compatible with the critical dimensions of the pixels required for display.
Pour cela, la présente invention propose un procédé de fabrication d’un dispositif de conversion spectrale comprenant au moins les étapes successives suivantes :
a) fournir un substrat comprenant une zone active configurée pour émettre un premier rayonnement lumineux à une première longueur d’onde λ1,
b) former une première résine sur la zone active du substrat en déposant une première formulation comprenant :
- des premières charges de conversion spectrale, aptes à émettre un second rayonnement lumineux à une deuxième longueur d’onde λ2par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1.
- un premier photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption λabs supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,
- des précurseurs polymériques de la première résine,
- un premier solvant,
puis en évaporant le premier solvant,
c) insoler la première résine à la longueur d’onde d’absorption du premier photo-amorceur, à travers un premier masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on modifie la solubilité de la première résine vis-à-vis d’un premier révélateur en regard des ouvertures du premier masque,
d) développer la première résine avec le premier révélateur.For this, the present invention proposes a method for manufacturing a spectral conversion device comprising at least the following successive steps:
a) providing a substrate comprising an active area configured to emit a first light radiation at a first wavelength λ1,
b) forming a first resin on the active zone of the substrate by depositing a first formulation comprising:
- first spectral conversion charges, capable of emitting a second light radiation at a second wavelength λ2by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ1.
- a first photo-initiator absorbing at an absorption wavelength λabs greater than the second wavelength λ2,
- polymeric precursors of the first resin,
- a first solvent,
then evaporating the first solvent,
c) exposing the first resin at the absorption wavelength of the first photoinitiator, through a first mask comprising openings, whereby the solubility of the first resin with respect to a first developer is modified next to the openings of the first mask,
d) developing the first resin with the first developer.
Dans le cas d’une résine à tonalité négative, la résine est densifiée en regard des ouvertures du masque (i.e. moins soluble dans le révélateur). La résine densifiée ne sera pas retirée lors de l’étape de développement (étape d).In the case of a resin with a negative tone, the resin is densified next to the openings of the mask (i.e. less soluble in the developer). The densified resin will not be removed during the development step (step d).
Dans le cas d’une résine à tonalité positive, la résine, en regard des ouvertures du masque, est plus soluble dans le révélateur que les parties non exposées lors de l’étape d’insolation (étape c). Ces parties solubles sont retirées lors de l’étape de développement (étape d).In the case of a resin with a positive tone, the resin, facing the openings of the mask, is more soluble in the developer than the parts not exposed during the exposure step (step c). These soluble parts are removed during the development step (step d).
L’invention se distingue fondamentalement de l’art antérieur par la mise en œuvre d’une résine photosensible à l’aide d’un rayonnement dont la longueur d’onde est dissociée du spectre d’absorption des charges de conversion spectrale qu’elle contient. La longueur d’onde d’insolation est supérieure à la longueur d’absorption et d’émission des charges de conversion spectrale.The invention differs fundamentally from the prior art by the implementation of a photosensitive resin using radiation whose wavelength is dissociated from the absorption spectrum of the spectral conversion charges that it contains. The insolation wavelength is greater than the absorption and emission wavelength of the spectral conversion charges.
Dans le cas d’une résine à tonalité négative, les charges de conversion spectrale ne sont pas détériorées lors de l’étape d’insolation et elles présentent, à l’issue du procédé, un meilleur rendement quantique de conversion par rapport aux procédés de l’art antérieur.In the case of a resin with a negative tone, the spectral conversion charges are not deteriorated during the exposure step and they have, at the end of the process, a better quantum conversion yield compared to the processes of prior art.
De plus, des taux de charge plus importants peuvent être utilisés, ce qui conduit à des taux de conversion plus importants. Ceci est particulièrement avantageux dans des applications d’affichage.Additionally, higher loading rates can be used, leading to higher conversion rates. This is particularly advantageous in display applications.
Dans le cas d’une résine à tonalité positive, le procédé de l’invention permet une meilleure pénétration du rayonnement.In the case of a resin with a positive tone, the method of the invention allows better penetration of the radiation.
Avantageusement, la longueur d’onde d’absorption du premier photo-amorceur est supérieure à 500nm, et de préférence supérieure à 600nm, et encore plus préférentiellement supérieure à 650nm.Advantageously, the absorption wavelength of the first photoinitiator is greater than 500 nm, and preferably greater than 600 nm, and even more preferably greater than 650 nm.
Avantageusement, les charges de conversion spectrale sont des boîtes quantiques et/ou des luminophores et/ou des nanoplaquettes en matériau semi-conducteur.Advantageously, the spectral conversion charges are quantum dots and/or phosphors and/or nanoplatelets made of semiconductor material.
Selon une première variante avantageuse, le procédé comprend les étapes ultérieures suivantes :
e) former, sur la première résine, une deuxième résine en déposant une deuxième formulation comprenant :
- des deuxièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un troisième rayonnement lumineux à une troisième longueur d’onde λ3, par absorption du deuxième rayonnement lumineux à la deuxième longueur d’onde λ2,
- un deuxième premier photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la troisième longueur d’onde λ3,
- des deuxièmes précurseurs polymériques, et
- un deuxième solvant,
puis en évaporant le deuxième solvant,
f) insoler la deuxième résine à la longueur d’onde d’absorption du deuxième photo-amorceur, à travers un deuxième masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on modifie la solubilité de la deuxième résine vis-à-vis d’un deuxième révélateur en regard des ouvertures du deuxième masque,
g) développer la deuxième résine avec le deuxième révélateur.According to a first advantageous variant, the method comprises the following subsequent steps:
e) forming, on the first resin, a second resin by depositing a second formulation comprising:
- second spectral conversion charges, configured to emit a third light radiation at a third wavelength λ 3 , by absorption of the second light radiation at the second wavelength λ 2 ,
- a second first photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the third wavelength λ 3 ,
- second polymeric precursors, and
- a second solvent,
then evaporating the second solvent,
f) exposing the second resin at the absorption wavelength of the second photoinitiator, through a second mask comprising openings, whereby the solubility of the second resin with respect to a second developer is modified next to the openings of the second mask,
g) developing the second resin with the second developer.
Selon une autre variante avantageuse, le procédé comprend les étapes ultérieures suivantes :
e’) former, sur la zone active du substrat, une troisième résine en déposant une troisième formulation comprenant :
- des troisièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un quatrième rayonnement lumineux à une quatrième longueur d’onde λ4, par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1,
- un troisième photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la quatrième longueur d’onde λ4,
- des troisièmes précurseurs polymériques, et
- un troisième solvant,
puis en évaporant le troisième solvant,
f’) insoler la troisième résine à la longueur d’onde d’absorption du troisième photo-amorceur, à travers un troisième masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on modifie la solubilité de la troisième résine vis-à-vis d’un troisième révélateur en regard des ouvertures du troisième masque,
g’) développer la troisième résine avec le troisième révélateur.According to another advantageous variant, the method comprises the following subsequent steps:
e′) forming, on the active zone of the substrate, a third resin by depositing a third formulation comprising:
- third spectral conversion charges, configured to emit a fourth light radiation at a fourth wavelength λ 4 , by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ 1 ,
- a third photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the fourth wavelength λ 4 ,
- third polymeric precursors, and
- a third solvent,
then evaporating the third solvent,
f') exposing the third resin at the absorption wavelength of the third photoinitiator, through a third mask comprising openings, whereby the solubility of the third resin with respect to a third revealer next to the openings of the third mask,
g') developing the third resin with the third developer.
L’invention concerne également une formulation pour la fabrication d’un dispositif de conversion spectrale comprenant :
- des premières charges de conversion spectrale, de préférence des boîtes quantiques et/ou des nanoplaquettes en matériau semi-conducteur, absorbant à une première longueur d’onde λ1et émettant à une deuxième longueur d’onde λ2,
- un premier photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,
- des premiers précurseurs polymériques, et
- un premier solvant.The invention also relates to a formulation for the manufacture of a spectral conversion device comprising:
- first spectral conversion charges, preferably quantum dots and/or nanoplatelets made of semiconductor material, absorbing at a first wavelength λ 1 and emitting at a second wavelength λ 2 ,
- a first photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the second wavelength λ 2 ,
- first polymeric precursors, and
- a first solvent.
Avantageusement, la longueur d’onde d’absorption du premier photo-amorceur est supérieure à 500nm, et de préférence supérieure à 600nm, et encore plus préférentiellement supérieure à 650nm.Advantageously, the absorption wavelength of the first photoinitiator is greater than 500 nm, and preferably greater than 600 nm, and even more preferably greater than 650 nm.
L’invention concerne également un dispositif de conversion spectrale obtenu selon le procédé tel que défini précédemment, comprenant au moins un substrat, comprenant une zone active configurée pour émettre un premier rayonnement lumineux à une première longueur d’onde λ1, et une première résine recouvrant la zone active du substrat, la première résine comprenant :
- des premières charges de conversion spectrale, aptes à émettre un second rayonnement lumineux à une deuxième longueur d’onde λ2par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1,
- un premier photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,
- une première matrice polymérique.The invention also relates to a spectral conversion device obtained according to the method as defined previously, comprising at least one substrate, comprising an active zone configured to emit a first light radiation at a first wavelength λ 1 , and a first resin covering the active zone of the substrate, the first resin comprising:
- first spectral conversion charges, capable of emitting a second light radiation at a second wavelength λ 2 by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ 1 ,
- a first photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the second wavelength λ 2 ,
- a first polymeric matrix.
Selon une première variante avantageuse, le dispositif comprend une deuxième résine, recouvrant la première résine, la deuxième résine comprenant :
- des deuxièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un troisième rayonnement lumineux à une troisième longueur d’onde λ3, par absorption du deuxième rayonnement lumineux à la deuxième longueur d’onde λ2,
- un deuxième photo-amorceur absorbant à une deuxième longueur d’onde d’absorption supérieure à la troisième longueur d’onde λ3,
- une deuxième matrice polymérique.According to a first advantageous variant, the device comprises a second resin, covering the first resin, the second resin comprising:
- second spectral conversion charges, configured to emit a third light radiation at a third wavelength λ 3 , by absorption of the second light radiation at the second wavelength λ 2 ,
- a second photo-initiator absorbing at a second absorption wavelength greater than the third wavelength λ 3 ,
- a second polymeric matrix.
Selon une seconde variante avantageuse, le dispositif comprend une troisième résine, recouvrant la zone active du substrat et adjacente à la première résine, la troisième résine comprenant :
- des troisièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un troisième rayonnement lumineux à une quatrième longueur d’onde λ4, par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1,
- un troisième photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la quatrième longueur d’onde λ4,
- une troisième matrice polymérique.According to a second advantageous variant, the device comprises a third resin, covering the active zone of the substrate and adjacent to the first resin, the third resin comprising:
- third spectral conversion charges, configured to emit a third light radiation at a fourth wavelength λ 4 , by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ 1 ,
- a third photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the fourth wavelength λ 4 ,
- a third polymeric matrix.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront du complément de description qui suit.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the additional description which follows.
Il va de soi que ce complément de description n’est donné qu’à titre d’illustration de l’objet de l’invention et ne doit en aucun cas être interprété comme une limitation de cet objet.It goes without saying that this additional description is only given by way of illustration of the object of the invention and should in no way be interpreted as a limitation of this object.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given purely for information and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts shown in the figures are not necessarily shown on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not mutually exclusive and can be combined with each other.
En outre, dans la description ci-après, des termes qui dépendent de l'orientation, tels que « dessus », « dessous », etc. d’une structure s'appliquent en considérant que la structure est orientée de la façon illustrée sur les figures.Also, in the description below, terms that depend on the orientation, such as "top", "bottom", etc. of a structure apply assuming that the structure is oriented as shown in the figures.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DISCUSSION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Par la suite, on décrit particulièrement un procédé de fabrication d’un dispositif de conversion spectrale mettant en œuvre une résine à tonalité négative. Cependant, le procédé peut être mis en œuvre avec une résine à tonalité positive.Thereafter, a method for manufacturing a spectral conversion device is particularly described using a resin with a negative tone. However, the process can be implemented with positive tone resin.
On se réfère tout d’abord aux figures 2 et 3 qui représentent un dispositif de conversion spectrale 100, par exemple un afficheur rouge-vert-bleu 100, et plus particulièrement un pixel d’un afficheur rouge-vert-bleu.Reference is first made to FIGS. 2 and 3 which represent a spectral conversion device 100, for example a red-green-blue display 100, and more particularly a pixel of a red-green-blue display.
Pour fabriquer un tel dispositif 100, le procédé comprend au moins les étapes successives suivantes :
a) fournir un substrat 10 comprenant une structure d’émission comprenant une zone active 20 configurée pour émettre un premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1,
b) former une première couche de résine 30 sur la zone active 20 du substrat 10 en déposant une première formulation de résine comprenant :
- des premières charges de conversion spectrale, aptes à émettre un second rayonnement lumineux à une deuxième longueur d’onde λ2par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1.
- un premier photo-amorceur permettant une tonalité négative de la résine absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la première longueur d’onde λ1, et de préférence supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,
- des premiers précurseurs polymériques de la première résine, compatibles avec le premier photo-amorceur,
- un premier solvant,
- éventuellement, des charges additionnelles comme des particules diffusantes (TiO2,…), et/ou des surfactants anioniques et/ou cationiques,To manufacture such a device 100, the method comprises at least the following successive steps:
a) providing a substrate 10 comprising an emission structure comprising an active zone 20 configured to emit a first light radiation at the first wavelength λ 1 ,
b) forming a first resin layer 30 on the active zone 20 of the substrate 10 by depositing a first resin formulation comprising:
- First spectral conversion charges, capable of emitting a second light radiation at a second wavelength λ 2 by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ 1 .
- a first photo-initiator allowing a negative tone of the resin absorbing at an absorption wavelength greater than the first wavelength λ 1 , and preferably greater than the second wavelength λ 2 ,
- first polymeric precursors of the first resin, compatible with the first photo-initiator,
- a first solvent,
- optionally, additional fillers such as diffusing particles (TiO 2 , etc.), and/or anionic and/or cationic surfactants,
puis en évaporant le premier solvant,
c) insoler la première couche de résine à la longueur d’onde d’absorption du premier photo-amorceur, à travers un premier masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on densifie la première résine en regard des ouvertures du premier masque,
d) développer la première couche de résine de manière à retirer la partie de la couche de résine non exposée (i.e. non densifiée) lors de l’insolation de l’étape c).then evaporating the first solvent,
c) exposing the first layer of resin at the absorption wavelength of the first photoinitiator, through a first mask comprising openings, whereby the first resin is densified facing the openings of the first mask,
d) developing the first resin layer so as to remove the part of the resin layer that is not exposed (ie not densified) during the exposure of step c).
Le substrat fourni à l’étape a) est un substrat 10 comprenant au moins une structure d’émission comprenant au moins une zone active 20. Par zone active 20, on entend une zone, par exemple une couche mince, qui émet de la lumière, de préférence dans le bleu (environ 450nm). Il s’agit, par exemple, d’une couche de GaN, ou de InGaN. Alternativement, il peut s’agir d’un multi-couche, par exemple un multi-couche InGaN/GaN.The substrate provided in step a) is a substrate 10 comprising at least one emission structure comprising at least one active area 20. By active area 20 is meant an area, for example a thin layer, which emits light , preferably in the blue (about 450nm). It is, for example, a layer of GaN, or InGaN. Alternatively, it may be a multi-layer, for example an InGaN/GaN multi-layer.
Le substrat est, de préférence, un substrat semi-conducteur dans lequel ont été préalablement formées des diodes électroluminescentes.The substrate is preferably a semiconductor substrate in which light-emitting diodes have been formed beforehand.
La formulation déposée à l’étape b) comprend des charges de conversion spectrale aussi appelées charge de conversion de couleur ou charges de conversion lumineuse.The formulation deposited in step b) comprises spectral conversion fillers also called color conversion fillers or light conversion fillers.
Les charges de conversion spectrale de la formulation peuvent être des particules. Par particules, on entend des éléments de taille micrométrique ou nanométrique et de forme sphérique, cylindrique, ou ovoïde. Il peut également s’agir de nanoplaquettes, c’est-à-dire des objets en deux dimensions.The spectral conversion charges of the formulation can be particles. By particles is meant elements of micrometric or nanometric size and of spherical, cylindrical or ovoid shape. They can also be nanoplatelets, i.e. two-dimensional objects.
D’une manière générale, les charges de conversion spectrale ont une plus grande dimension inférieure à 1µm, et de préférence inférieure à 500nm.In general, the spectral conversion charges have a largest dimension less than 1 μm, and preferably less than 500 nm.
Il peut s’agir de fluorophores organiques et/ou de luminophores et/ou de quantum dots et/ou de nanoplaquettes.They may be organic fluorophores and/or phosphors and/or quantum dots and/or nanoplatelets.
Selon un premier mode de réalisation avantageux, les charges de conversion spectrale peuvent être choisies parmi les luminophores, des matériaux inorganiques luminescents. Pour les phosphores du vert au jaune, il peut s’agir de SrSi2O2N2:Eu2+, β-SiAlON, Y3Al5O12:Ce3+, YAG :Ce; pour les phosphores
oranges et rouges, il peut s’agir de SrSi5N8:Eu2+, ou encore de nitrures tels que (Ba,Sr)2Si5N8: Eu2+, (Ca,Sr), AlSiN3: Eu2+, Sr[LiAlN4] : Eu2+, Sr[Mg3SiN4] : Eu2+, ou de sulfure
comme Sr1-xCaxS : Eu2+, ou encore de fluorure comme K2SiF6:Mn4+. Les phosphores ont une plus grande dimension allant de 10nm à 300nm, par exemple de l’ordre de 100nm.According to a first advantageous embodiment, the spectral conversion fillers can be chosen from phosphors, luminescent inorganic materials. For phosphors from green to yellow, it can be SrSi 2 O 2 N 2 : Eu 2+ , β-SiAlON, Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ , YAG: Ce; for phosphors
orange and red, it may be SrSi 5 N 8 :Eu 2+ , or even nitrides such as (Ba,Sr) 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , (Ca,Sr), AlSiN 3 : Eu 2+ , Sr[LiAlN 4 ]: Eu 2+ , Sr[Mg 3 SiN 4 ]: Eu 2+ , or sulphide
such as Sr 1-x Ca x S: Eu 2+ , or alternatively fluoride such as K 2 SiF 6 :Mn 4+ . The phosphors have a larger dimension ranging from 10 nm to 300 nm, for example of the order of 100 nm.
La couche de résine comprenant des phosphores peut avoir une épaisseur allant, par exemple, de 10µm à 100µm ou de 50µm à 100µm.The layer of resin comprising phosphors can have a thickness ranging, for example, from 10 μm to 100 μm or from 50 μm to 100 μm.
Selon un deuxième mode de réalisation avantageux, les charges de conversion spectrale peuvent être des quantum dots. Les quantum dots sont des nanocristaux semi-conducteurs, également appelés boîtes quantiques. Ils peuvent émettre dans l'ultra-violet, le visible, le proche infrarouge et l'infrarouge. Certains quantum dots émettent, avantageusement, à une longueur d'onde très étroite (typiquement, la largeur à mi-hauteur du pic d'émission est de 30 nm). Les quantum dots ont une plus grande dimension allant de 2nm à 20nm, et de préférence de 1nm à 10nm. Ils sont de forme sensiblement sphérique. Les quantum dots peuvent être choisis parmi ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdZnSe, CdTe, PbS, InP, CuInS2, CuGaS2, CuInSe2, CuGaSe2, CuInGaSe2, CuSe, InSe, et GaSe. Un mélange de ces quantum dots peut être choisi. Comme leur absorption est élevée et leur émission est forte, il est possible de les utiliser en faible quantité contrairement aux fluorophores organiques, qui ont une intensité lumineuse plus faible.According to a second advantageous embodiment, the spectral conversion charges can be quantum dots. Quantum dots are semiconductor nanocrystals, also called quantum dots. They can emit in the ultraviolet, visible, near infrared and infrared. Certain quantum dots emit, advantageously, at a very narrow wavelength (typically, the width at mid-height of the emission peak is 30 nm). The quantum dots have a larger dimension ranging from 2 nm to 20 nm, and preferably from 1 nm to 10 nm. They are substantially spherical in shape. The quantum dots can be chosen from ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdZnSe, CdTe, PbS, InP, CuInS 2 , CuGaS 2 , CuInSe 2 , CuGaSe 2 , CuInGaSe 2 , CuSe, InSe, and GaSe. A mixture of these quantum dots can be chosen. As their absorption is high and their emission is strong, it is possible to use them in small quantities unlike organic fluorophores, which have a lower light intensity.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, les charges de conversion spectrales sont des nanoplaquettes (ou nanofeuillets). Il s’agit de nanocristaux semi-conducteurs de forme bidimensionnelle. Ils ont une plus grande dimension allant de 50nm à 100nm et une épaisseur allant de 1nm à 20nm . Comme les quantum dots, ils peuvent émettre dans l'ultra-violet, le visible, le proche infrarouge et l'infrarouge à une longueur d’onde très étroite. Ils peuvent être en un même matériau que les quantum dots. Comme leur absorption est élevée et leur émission est forte, il est également possible de les utiliser en faible quantité.According to another advantageous embodiment, the spectral conversion charges are nanoplatelets (or nanosheets). These are two-dimensional semiconductor nanocrystals. They have a larger dimension ranging from 50nm to 100nm and a thickness ranging from 1nm to 20nm . Like quantum dots, they can emit in the ultraviolet, visible, near infrared and infrared at a very narrow wavelength. They can be made of the same material as the quantum dots. Since their absorption is high and their emission is strong, it is also possible to use them in small quantities.
La couche de résine comprenant des quantum dots et/ou des nanoplaquettes peut avoir une épaisseur allant, par exemple, de 5 à 10µm.The resin layer comprising quantum dots and/or nanoplatelets can have a thickness ranging, for example, from 5 to 10 μm.
De préférence, les charges de conversion spectrale représentent de 5% à 50% volumique de la matière sèche.Preferably, the spectral conversion charges represent from 5% to 50% by volume of the dry matter.
La formulation comprend également un photo-amorceur, aussi appelé photo-initiateur ou amorceur de photopolymérisation. Il s’agit d’un composé photosensible, pouvant produire, par absorption d’un rayonnement lumineux, des espèces radicalaires ou ioniques, ce qui permet d’initier les réactions de polymérisation et/ou de réticulation de la résine.The formulation also includes a photoinitiator, also called photoinitiator or photopolymerization initiator. It is a photosensitive compound, which can produce, by absorption of light radiation, radical or ionic species, which makes it possible to initiate polymerization and/or crosslinking reactions of the resin.
Le photo-amorceur est choisi en fonction des charges de conversion spectrale.The photoinitiator is chosen according to the spectral conversion charges.
On choisira un photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde supérieure à celles d’absorption des charges de conversion spectrale. A titre illustratif, la figure 4 représente les spectres d’absorption et de fluorescence d’une charge de conversion spectrale à base de CdSe. Pour ce type de charge, on choisira un photo-amorceur absorbant à une longueur supérieure à λ’ (i.e. supérieure à 550nm).We will choose a photo-initiator absorbing at a wavelength greater than those of absorption of the spectral conversion charges. By way of illustration, Figure 4 shows the absorption and fluorescence spectra of a CdSe-based spectral conversion charge. For this type of charge, a photo-initiator absorbing at a length greater than λ' (i.e. greater than 550 nm) will be chosen.
De préférence, le photo-amorceur absorbe également à une longueur d’onde supérieure à la longueur d’onde d’émission des charges de conversion spectrale. A titre illustratif, avec le même exemple de la figure 4, on choisira un photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde supérieure à λ’’ (supérieure à 580nm).Preferably, the photoinitiator also absorbs at a wavelength greater than the emission wavelength of the spectral conversion charges. By way of illustration, with the same example of figure 4, we will choose a photo-initiator absorbing at a wavelength greater than λ'' (greater than 580 nm).
Lorsque la formulation comprend différents types de charges de conversion spectrale, le photo-amorceur absorbe à une longueur d’onde au moins supérieure aux différentes longueurs d’onde d’absorption des différentes charges de conversion, et de préférence, à une longueur d’onde supérieure aux différentes longueurs d’onde d’émission des différentes charges de conversion.When the formulation comprises different types of spectral conversion fillers, the photoinitiator absorbs at a wavelength at least greater than the different absorption wavelengths of the different conversion fillers, and preferably at a wavelength of wave higher than the different emission wavelengths of the different conversion loads.
A titre illustratif, avec l’exemple de la figure 5, on choisira un photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde supérieure à λ’ (supérieure à 580nm) et de préférence supérieure à λ’’ (supérieure à 650nm).By way of illustration, with the example of figure 5, one will choose a photo-initiator absorbing at a wavelength greater than λ' (greater than 580nm) and preferably greater than λ'' (greater than 650nm).
Selon un mode de réalisation particulier, la formulation peut comprendre plusieurs photo-amorceurs. Chaque photo-amorceur répond aux critères optiques (absorption, émission) précédemment décrits.According to a particular embodiment, the formulation can comprise several photoinitiators. Each photoinitiator meets the optical criteria (absorption, emission) previously described.
D’une manière générale, on choisira un ou plusieurs photo-amorceurs absorbant à une longueur d’onde supérieure aux longueurs d’onde de l’ultra-violet (i.e. à une longueur d’onde supérieure à 380nm), et de préférence à une longueur d’onde supérieure à celle du bleu (i.e. à une longueur d’onde supérieure à 490nm).In general, one or more photoinitiators will be chosen that absorb at a wavelength greater than ultraviolet wavelengths (i.e. at a wavelength greater than 380 nm), and preferably at a wavelength greater than that of blue (i.e. at a wavelength greater than 490nm).
Le ou les photo-amorceurs représentent de 1 à 3% massique de la matière sèche totale.The photoinitiator(s) represent from 1 to 3% by weight of the total dry matter.
La formulation comprend en outre des précurseurs de polymère. Par précurseur de polymère ou précurseur polymérique, on entend des monomères et/ou des oligomères et/ou des pré-polymères menant à la formation d’une résine polymérique.The formulation further includes polymer precursors. By polymer precursor or polymeric precursor is meant monomers and/or oligomers and/or pre-polymers leading to the formation of a polymeric resin.
Avantageusement, les précurseurs polymériques représentent de 47% à 94% massique de la matière sèche.Advantageously, the polymeric precursors represent from 47% to 94% by weight of the dry matter.
Les précurseurs polymériques comprennent des groupements organofonctionnels pouvant réagir après activation du photo-amorceur. A titre illustratif, peuvent être cités les monomères et oligomères de type uréthane, (méth)acrylate, époxyde (ou époxy).The polymeric precursors comprise organofunctional groups which can react after activation of the photoinitiator. By way of illustration, mention may be made of monomers and oligomers of urethane, (meth)acrylate, epoxide (or epoxy) type.
Le solvant de la formulation est, de préférence, organique.The solvent for the formulation is preferably organic.
A titre illustratif, le solvant peut être choisi parmi les alcools, les esters, les éthers, les cétones, seuls ou en mélange.By way of illustration, the solvent can be chosen from alcohols, esters, ethers, ketones, alone or as a mixture.
Parmi les alcools, on peut citer le méthanol, l'éthanol, le propanol, l'isopropanol et le butanol.Among the alcohols, mention may be made of methanol, ethanol, propanol, isopropanol and butanol.
Parmi les éthers, on peut citer les éthers de glycol tel que le méthoxy-2-éthanol. Les esters usuels sont le dibutylmaléate, diméthyl-éthylmalonate, salycilate de méthyle, dioctyladipate, tartrate de butyle, lactate d'éthyle, lactate de n-butyle, lactate d'isopropyle.Among the ethers, mention may be made of glycol ethers such as methoxy-2-ethanol. The usual esters are dibutylmaleate, dimethyl-ethylmalonate, methyl salycilate, dioctyladipate, butyl tartrate, ethyl lactate, n-butyl lactate, isopropyl lactate.
Le rapport solvant / matière sèche va, de préférence, de 40% à 60% massique.The solvent/dry matter ratio preferably ranges from 40% to 60% by weight.
La formulation peut comprendre, en outre, des tensio-actifs. Le tensio-actif assure la dispersion des charges de conversion spectrale dans la solution. On choisira un tensio-actif qui ne modifie les propriétés optiques des charges de conversion spectrale.The formulation may further comprise surfactants. The surfactant ensures the dispersion of the spectral conversion charges in the solution. A surfactant which does not modify the optical properties of the spectral conversion fillers will be chosen.
Le tensio-actif est, de préférence, non ionique, c’est-à-dire qu’il n’est pas chargé.The surfactant is preferably nonionic, that is to say it is not charged.
Lors de l’étape b), la formulation précédemment décrite est déposée de manière à former une couche de résine.During step b), the formulation described above is deposited so as to form a layer of resin.
De préférence, la formulation est déposée directement au-dessus de la zone active 20 du substrat 10.Preferably, the formulation is deposited directly above the active zone 20 of the substrate 10.
La formulation peut être déposée par toute technique de dispense en voie liquide. A titre illustratif, il peut s’agir d’un dépôt par jet d’encre, par pulvérisation (« spray »), par trempage, par enduction (avec raclage « doctor blade », ou par dépôt à la tournette «spin coating »), par dépôt à travers une filière à fente (« slot die »), par revêtement au rouleau («roll coating ») ou par impression 3D.The formulation can be deposited by any liquid dispensing technique. By way of illustration, it may be a deposition by inkjet, by spraying (“spray”), by dipping, by coating (with “doctor blade” scraping, or by “spin coating” spin coating). ), by deposition through a slot die, by roll coating or by 3D printing.
A la fin de l’étape b), le solvant est évaporé. L’évaporation du solvant conduit à la formation d’une couche de résine solide, éventuellement, partiellement polymérisée.At the end of step b), the solvent is evaporated. The evaporation of the solvent leads to the formation of a layer of solid resin, possibly partially polymerized.
Une étape de recuit est, avantageusement, réalisée après dépôt. Par exemple, elle peut être réalisée à température comprise entre 80 et 150°C pendant une durée comprise entre 30 et 120 secondes, pour favoriser l’évaporation du solvant, et, le durcissement de la couche de résine afin de renforcer sa tenue mécanique.An annealing step is advantageously carried out after deposition. For example, it can be carried out at a temperature between 80 and 150°C for a period of between 30 and 120 seconds, to promote the evaporation of the solvent, and the hardening of the resin layer in order to reinforce its mechanical strength.
A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche de résine obtenue est comprise entre 0,5 et 50 μm, par exemple de l'ordre de 5μm.By way of example, the thickness of the resin layer obtained is between 0.5 and 50 μm, for example of the order of 5 μm.
L’étape c) est une étape d’insolation au cours de laquelle une partie de la couche de résine photosensible est exposée à un rayonnement lumineux à travers un masque comprenant des ouvertures.Step c) is an exposure step during which part of the photosensitive resin layer is exposed to light radiation through a mask comprising openings.
Les rayonnements lors de l’irradiation sont perpendiculaires au plan dans lequel s'étend le masque de manière à n'irradier que les zones de la résine situées en regard des ouvertures du masque.The radiation during irradiation is perpendicular to the plane in which the mask extends so as to irradiate only the areas of the resin located opposite the openings of the mask.
Le rayonnement lumineux est à la longueur d’absorption du photo-amorceur. Le rayonnement lumineux est apte à activer le photo-amorceur, qui va modifier la structure chimique de la résine dans les régions de la couche exposées à ce rayonnement. En particulier, le photo-amorceur permet d’initier les réactions de polymérisation et/ou de faire réticuler la résine et donc d’obtenir un réseau polymérique fortement réticulé. A l’issue de cette étape, la couche de résine est densifiée en regard des ouvertures du masque.The light radiation is at the absorption length of the photoinitiator. The light radiation is capable of activating the photo-initiator, which will modify the chemical structure of the resin in the regions of the layer exposed to this radiation. In particular, the photo-initiator makes it possible to initiate the polymerization reactions and/or to crosslink the resin and therefore to obtain a highly crosslinked polymeric network. At the end of this step, the layer of resin is densified opposite the openings of the mask.
La polymérisation peut être, par exemple, de type cationique ou radicalaire.The polymerization can be, for example, of the cationic or radical type.
On choisira, avantageusement, une résine qui est transparente après irradiation.Advantageously, a resin which is transparent after irradiation will be chosen.
La résine est une résine photosensible.The resin is a photosensitive resin.
Avantageusement, il s’agit d’une résine dite négative, c’est-à-dire une résine pour laquelle les parties exposées à un rayonnement lumineux lors d'une étape d'insolation de la résine deviennent insolubles dans un révélateur appliqué sur la résine lors d'une étape ultérieure de développement, et pour lesquelles les parties non exposées au rayonnement lumineux sont solubles dans le révélateur. La résine photosensible est par exemple une résine à base de polyépoxydes, par exemple une résine choisie parmi la famille des résines négatives de type SU8, c'est-à-dire dont la molécule élémentaire comprend huit groupements polyépoxydes. A titre d'exemple, la résine photosensible est une résine du type désigné sous la dénomination commerciale SU8 1020PI par la société GERSELTEC ENGINEERING SOLUTIONS.Advantageously, it is a so-called negative resin, that is to say a resin for which the parts exposed to light radiation during a step of exposure of the resin become insoluble in a developer applied to the resin during a later stage of development, and for which the parts not exposed to light radiation are soluble in the developer. The photosensitive resin is for example a resin based on polyepoxides, for example a resin chosen from the family of negative resins of the SU8 type, that is to say whose elementary molecule comprises eight polyepoxide groups. By way of example, the photosensitive resin is a resin of the type designated under the trade name SU8 1020PI by the company GERSELTEC ENGINEERING SOLUTIONS.
Selon un premier exemple de réalisation, pour des longueurs d’onde d’insolation de l’ordre de λ ~650nm, le substrat du masque est avantageusement en verre et le masquage est dessiné dans une couche de chrome.According to a first exemplary embodiment, for insolation wavelengths of the order of λ~650nm, the mask substrate is advantageously made of glass and the masking is drawn in a layer of chromium.
Selon un autre exemple de réalisation, pour des longueurs d’onde d’insolation de l’ordre de λ ~1000nm, le substrat du masque est, avantageusement, un substrat en silicium et le masque est dessiné dans une couche en SiO2. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux en termes de coût et de facilité de réalisation.According to another exemplary embodiment, for insolation wavelengths of the order of λ~1000 nm, the mask substrate is advantageously a silicon substrate and the mask is designed in a SiO 2 layer. This embodiment is particularly advantageous in terms of cost and ease of production.
Après l'étape d'insolation, le masque est retiré, et un recuit après exposition (aussi appelé recuit post exposition) peut être réalisé pour stabiliser la résine, par exemple à une température comprise entre 80°C et 150°C pendant une durée comprise entre 30 et 120 secondes.After the exposure step, the mask is removed, and annealing after exposure (also called annealing post exposure) can be carried out to stabilize the resin, for example at a temperature between 80°C and 150°C for a period between 30 and 120 seconds.
Ultérieurement à l’étape d’insolation, lors de l’étape d), la résine est développée avec une solution dite de développement (aussi appelée bain développeur). L’étape de développement consiste à recouvrir la couche de résine insolée avec une solution dite de développement pour révéler dans la couche de résine le motif exposé à travers le masque lors de l'étape d'insolation. A l'issue de l'étape de développement, ne subsistent de la couche de résine que les régions non masquées (i.e. exposées au rayonnement) pendant l'étape d'insolation.Subsequent to the exposure step, during step d), the resin is developed with a so-called development solution (also called developer bath). The development step consists in covering the exposed resin layer with a so-called development solution to reveal in the resin layer the pattern exposed through the mask during the exposure step. At the end of the development step, only the non-masked regions remain of the resin layer (i.e. exposed to radiation) during the exposure step.
La solution de développement dépend de la résine. Il s’agit, par exemple, d’une solution de développement de type acide, base ou solvant. A titre illustratif, il peut s’agir d’une solution à base d'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH), par exemple une solution désignée par la dénomination commerciale TMAH238 par la société MicroChemicals, ou encore l’acétate de 1-méthoxy-2-propyle (PGMEA).The developing solution depends on the resin. This is, for example, a developing solution of the acid, base or solvent type. By way of illustration, it may be a solution based on tetramethylammonium hydroxide (TMAH), for example a solution designated by the trade name TMAH238 by the company MicroChemicals, or alternatively 1-methoxy-2 acetate -propyl (PGMEA).
La résine peut être recouverte par la solution de développement, par exemple, par dépôt à la tournette ou par trempage.The resin can be covered with the developer solution, for example, by spin coating or dipping.
A titre d'exemple, lors de l'étape de développement, la couche de résine est trempée dans le bain développeur pendant 30 à 120 secondes jusqu'à obtenir des motifs nets dans la couche de résine, puis rincée à l'eau et séchée.For example, during the development step, the resin layer is soaked in the developer bath for 30 to 120 seconds until clear patterns are obtained in the resin layer, then rinsed with water and dried .
Une étape de recuit et/ou une étape d’encapsulation peut être réalisée après le développement de la résine.An annealing step and/or an encapsulation step can be carried out after the development of the resin.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, sur la zone active 20 peut être disposée une ou plusieurs couches minces de conversion spectrale 30, 40, 50 de manière à fabriquer un dispositif de conversion spectrale 100 permettant de convertir un premier rayonnement lumineux λ1(bleu) de la zone active 20 du substrat 10 en un deuxième rayonnement lumineux λ2(vert) et en un troisième rayonnement lumineux λ3(rouge) de manière à former les trois sous-pixels rouge-vert-bleu d’un pixel.As represented in FIGS. 2 and 3, one or more thin spectral conversion layers 30, 40, 50 can be arranged on the active zone 20 so as to manufacture a spectral conversion device 100 making it possible to convert a first light radiation λ 1 ( blue) of the active zone 20 of the substrate 10 into a second light radiation λ 2 (green) and into a third light radiation λ 3 (red) so as to form the three red-green-blue sub-pixels of a pixel.
De manière plus détaillée, selon un premier mode de réalisation préférentiel, représenté sur la figure 2, le dispositif de conversion spectrale 100 peut comprendre :In more detail, according to a first preferred embodiment, represented in FIG. 2, the spectral conversion device 100 can comprise:
- une première couche de conversion 30, recouvrant localement, la zone active 20 du substrat 10, et permettant de convertir un premier rayonnement lumineux λ1(bleu) en un deuxième rayonnement lumineux λ2(vert),- a first conversion layer 30, locally covering the active zone 20 of the substrate 10, and making it possible to convert a first light radiation λ 1 (blue) into a second light radiation λ 2 (green),
- une deuxième couche de conversion 40, recouvrant localement la première couche de conversion 30, et permettant de convertir le deuxième rayonnement lumineux λ2(vert) en un troisième rayonnement lumineux λ3(rouge).- A second conversion layer 40, locally covering the first conversion layer 30, and making it possible to convert the second light radiation λ 2 (green) into a third light radiation λ 3 (red).
De manière plus détaillée, selon un deuxième mode de réalisation préférentiel, représenté sur la figure 3, le dispositif de conversion spectrale 100 peut comprendre :
- une première couche de conversion 30, recouvrant localement, la zone active 20 du substrat 10, et permettant de convertir un premier rayonnement lumineux λ1(bleu) en un deuxième rayonnement lumineux λ2(vert),
- une autre couche de conversion 50, recouvrant localement la zone active 20 du substrat 10, et adjacente à la première couche de conversion 30 (i.e. dans le même plan parallèle à la surface du substrat 10), et permettant de convertir le premier rayonnement lumineux λ1(bleu) en un quatrième rayonnement lumineux λ4(rouge).In more detail, according to a second preferred embodiment, represented in FIG. 3, the spectral conversion device 100 can comprise:
- a first conversion layer 30, locally covering the active zone 20 of the substrate 10, and making it possible to convert a first light radiation λ 1 (blue) into a second light radiation λ 2 (green),
- another conversion layer 50, locally covering the active zone 20 of the substrate 10, and adjacent to the first conversion layer 30 (ie in the same plane parallel to the surface of the substrate 10), and making it possible to convert the first light radiation λ 1 (blue) into a fourth light radiation λ 4 (red).
Sur les figures 2 et 3, l’association des éléments 20, 30 et 40 ou 20, 30 et 50 forment un pixel coloré RVB.In figures 2 and 3, the combination of elements 20, 30 and 40 or 20, 30 and 50 form an RGB colored pixel.
Les couches minces de conversion spectrale 30 forment un sous-pixel, émettant dans le vert (environ 550nm).The thin spectral conversion layers 30 form a sub-pixel, emitting in the green (approximately 550 nm).
Les couches minces de conversion spectrale 40 et 50 forment des sous-pixels émettant dans le rouge (environ 620nm).The thin spectral conversion layers 40 and 50 form sub-pixels emitting in the red (approximately 620 nm).
A titre illustratif et non limitatif, pour des éléments de conversion convertissant la lumière bleue dans le rouge, on choisira, avantageusement, le photo-amorceur H-Nu 635 commercialisé par la société Spectra Group. Il absorbe autour de 500-660nm. Il peut être utilisé avec les résines de type SU8, de type acrylate ou encore de type époxy.By way of non-limiting illustration, for conversion elements converting blue light into red, the photo-initiator H-Nu 635 marketed by the company Spectra Group will advantageously be chosen. It absorbs around 500-660nm. It can be used with SU8, acrylate or epoxy type resins.
En association avec un photo-initiateur, on peut également utiliser des photo-colorants, tel que le photo-colorant absorbant à 1024nm, commercialisé par FewChemicals, sous la référence S2544.In association with a photo-initiator, it is also possible to use photo-dyes, such as the photo-dye absorbing at 1024 nm, marketed by FewChemicals, under the reference S2544.
Les formulations permettant d’obtenir les différentes couches de conversion peuvent, indépendamment les unes des autres, comprendre des précurseurs de polymères identiques ou différentes et/ou des solvants identiques ou différents.The formulations making it possible to obtain the various conversion layers may, independently of each other, comprise identical or different polymer precursors and/or identical or different solvents.
Le dispositif peut également comprendre à la fois des couches de conversion spectrale à tonalité positive et des couches de conversion spectrale à tonalité négative. A titre illustratif et non limitatif, la couche de conversion spectrale 40 peut être obtenue à partir d’une résine positive et la couche de conversion spectrale 30 à partir d’une résine négative. L’étape d’insolation de la couche 40 à une longueur d’onde supérieure à celle d’émission des éléments de conversion spectrale de la couche 30 évite de détériorer ces derniers.The device may also include both positive tone spectral conversion layers and negative tone spectral conversion layers. By way of illustration and not limitation, the spectral conversion layer 40 can be obtained from a positive resin and the spectral conversion layer 30 from a negative resin. The stage of insolation of layer 40 at a wavelength greater than that of emission of the spectral conversion elements of layer 30 avoids damaging the latter.
Exemples illustratifs et non limitatifs d’un mode de réalisationIllustrative and non-limiting examples of an embodiment ::
Dans cet exemple, un afficheur rouge-vert-bleu 100 (ou RVB ou RGB pour « red, green, blue ») est fabriqué.In this example, a red-green-blue 100 (or RGB or RGB for “red, green, blue”) display is fabricated.
Le substrat 10 comprend une structure d’émission comprenant une matrice 20 de Led en GaN (émettant dans le bleu).The substrate 10 comprises an emission structure comprising a matrix 20 of Leds in GaN (emitting in the blue).
Une première formulation de résine est déposée sur le substrat par dépôt à la tournette. Après recuit, la première résine 20 est insolée à une longueur d’onde allant de 650nm à 1050nm.A first resin formulation is deposited on the substrate by spin coating. After annealing, the first resin 20 is exposed to a wavelength ranging from 650 nm to 1050 nm.
Une solution de développement est ensuite déposée sur la résine 20 insolée par dépôt à la tournette. Après recuit, une étape d’encapsulation par un procédé de dépôt de couches atomiques (ou ALD pour « Atomic Layer Deposition ») peut être réalisée.A developing solution is then deposited on the exposed resin 20 by spin coating. After annealing, an encapsulation step by an atomic layer deposition process (or ALD for "Atomic Layer Deposition") can be carried out.
Une deuxième formulation de résine est déposée sur la première résine par dépôt à la tournette. Après recuit, la deuxième résine 30 est insolée à une longueur d’onde allant de 650nm à 1050nm.A second resin formulation is deposited over the first resin by spin coating. After annealing, the second resin 30 is exposed to a wavelength ranging from 650 nm to 1050 nm.
Une solution de développement est ensuite déposée sur la deuxième résine insolée par dépôt à la tournette. Après recuit, une étape d’encapsulation par ALD peut être réalisée.A developing solution is then deposited on the second exposed resin by spin coating. After annealing, an ALD encapsulation step can be performed.
Finalement, une couche de protection mécanique, par exemple, en verre est déposée sur l’ensemble.Finally, a mechanical protective layer, for example glass, is deposited on the assembly.
Claims (10)
a) fournir un substrat (10) comprenant une zone active (20) configurée pour émettre un premier rayonnement lumineux à une première longueur d’onde λ1,
b) former une première résine (30) sur la zone active (20) du substrat (10) en déposant une première formulation comprenant :
- des premières charges de conversion spectrale, aptes à émettre un second rayonnement lumineux à une deuxième longueur d’onde λ2par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1.
- un premier photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,
- des précurseurs polymériques de la première résine,
- un premier solvant,
puis en évaporant le premier solvant,
c) insoler la première résine (30) à la longueur d’onde d’absorption du premier photo-amorceur, à travers un premier masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on modifie la solubilité de la première résine (30) vis-à-vis d’un premier révélateur en regard des ouvertures du premier masque,
d) développer la première résine (30) avec le premier révélateur.Method for manufacturing a spectral conversion device (100) comprising at least the following successive steps:
a) providing a substrate (10) comprising an active zone (20) configured to emit a first light radiation at a first wavelength λ 1 ,
b) forming a first resin (30) on the active zone (20) of the substrate (10) by depositing a first formulation comprising:
- First spectral conversion charges, capable of emitting a second light radiation at a second wavelength λ 2 by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ 1 .
- a first photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the second wavelength λ 2 ,
- polymeric precursors of the first resin,
- a first solvent,
then evaporating the first solvent,
c) exposing the first resin (30) at the absorption wavelength of the first photoinitiator, through a first mask comprising openings, whereby the solubility of the first resin (30) with respect to screw of a first developer opposite the openings of the first mask,
d) developing the first resin (30) with the first developer.
e) former, sur la première résine (30), une deuxième résine (40) en déposant une deuxième formulation comprenant :
- des deuxièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un troisième rayonnement lumineux à une troisième longueur d’onde λ3, par absorption du deuxième rayonnement lumineux à la deuxième longueur d’onde λ2,
- un deuxième photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la troisième longueur d’onde λ3,
- des deuxièmes précurseurs polymériques, et
- un deuxième solvant,
puis en évaporant le deuxième solvant,
f) insoler la deuxième résine (30) à la longueur d’onde d’absorption du deuxième photo-amorceur, à travers un deuxième masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on modifie la solubilité de la deuxième résine (30) vis-à-vis d’un deuxième révélateur en regard des ouvertures du deuxième masque,
g) développer la deuxième résine (30) avec le deuxième révélateur.Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the method comprises the following subsequent steps:
e) forming, on the first resin (30), a second resin (40) by depositing a second formulation comprising:
- second spectral conversion charges, configured to emit a third light radiation at a third wavelength λ 3 , by absorption of the second light radiation at the second wavelength λ 2 ,
- a second photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the third wavelength λ 3 ,
- second polymeric precursors, and
- a second solvent,
then evaporating the second solvent,
f) exposing the second resin (30) at the absorption wavelength of the second photoinitiator, through a second mask comprising openings, whereby the solubility of the second resin (30) with respect to screws of a second developer opposite the openings of the second mask,
g) developing the second resin (30) with the second developer.
e’) former, sur la zone active (20) du substrat (10), une troisième résine (50) en déposant une troisième formulation comprenant :
- des troisièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un quatrième rayonnement lumineux à une quatrième longueur d’onde λ4, par absorption du premier rayonnement lumineux à la deuxième longueur d’onde λ1,
- un troisième photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la quatrième longueur d’onde λ4,
- des troisièmes précurseurs polymériques, et
- un troisième solvant,
puis en évaporant le troisième solvant,
f’) insoler la troisième résine (50) à la longueur d’onde d’absorption du troisième photo-amorceur, à travers un troisième masque comprenant des ouvertures, moyennant quoi on modifie la solubilité de la troisième résine (50) vis-à-vis d’un troisième révélateur en regard des ouvertures du troisième masque,
g’) développer la troisième résine (50) avec le troisième révélateur.Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the method comprises the following subsequent steps:
e') forming, on the active zone (20) of the substrate (10), a third resin (50) by depositing a third formulation comprising:
- third spectral conversion charges, configured to emit a fourth light radiation at a fourth wavelength λ 4 , by absorption of the first light radiation at the second wavelength λ 1 ,
- a third photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the fourth wavelength λ 4 ,
- third polymeric precursors, and
- a third solvent,
then evaporating the third solvent,
f') exposing the third resin (50) at the absorption wavelength of the third photoinitiator, through a third mask comprising openings, whereby the solubility of the third resin (50) with respect to - screw a third developer next to the openings of the third mask,
g') developing the third resin (50) with the third developer.
- des premières charges de conversion spectrale, de préférence des boîtes quantiques et/ou des nanoplaquettes en matériau semi-conducteur, absorbant à une première longueur d’onde λ1et émettant à une deuxième longueur d’onde λ2,
- un premier photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,
- des premiers précurseurs polymériques, et
- un premier solvant.Formulation for the manufacture of a spectral conversion device (100) comprising:
- first spectral conversion charges, preferably quantum dots and/or nanoplatelets made of semiconductor material, absorbing at a first wavelength λ 1 and emitting at a second wavelength λ 2 ,
- a first photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the second wavelength λ 2 ,
- first polymeric precursors, and
- a first solvent.
- des premières charges de conversion spectrale, aptes à émettre un second rayonnement lumineux à une deuxième longueur d’onde λ2par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1,
- un premier photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la deuxième longueur d’onde λ2,
- une première matrice polymérique.Spectral conversion device (100) obtained according to the method as defined in any one of Claims 1 to 5, comprising at least one substrate (10), comprising an active zone (20) configured to emit a first light radiation at a first wavelength λ 1 , and a first resin (30) covering the active zone (20) of the substrate (10), the first resin (30) comprising:
- first spectral conversion charges, capable of emitting a second light radiation at a second wavelength λ 2 by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ 1 ,
- a first photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the second wavelength λ 2 ,
- a first polymeric matrix.
- des deuxièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un troisième rayonnement lumineux à une troisième longueur d’onde λ3, par absorption du deuxième rayonnement lumineux à la deuxième longueur d’onde λ2,
- un deuxième photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la troisième longueur d’onde λ3,
- une deuxième matrice polymérique.Device according to Claim 8, characterized in that it comprises a second resin (40), covering the first resin (30) and comprising:
- second spectral conversion charges, configured to emit a third light radiation at a third wavelength λ 3 , by absorption of the second light radiation at the second wavelength λ 2 ,
- a second photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the third wavelength λ 3 ,
- a second polymeric matrix.
- des troisièmes charges de conversion spectrale, configurées pour émettre un troisième rayonnement lumineux à une quatrième longueur d’onde λ4, par absorption du premier rayonnement lumineux à la première longueur d’onde λ1,
- un troisième photo-amorceur absorbant à une longueur d’onde d’absorption supérieure à la quatrième longueur d’onde λ4,
- une troisième matrice polymérique.Device according to Claim 8, characterized in that it comprises a third resin (50), covering the active zone (20) of the substrate (10) and adjacent to the first resin (20), the third resin (50) comprising:
- third spectral conversion charges, configured to emit a third light radiation at a fourth wavelength λ 4 , by absorption of the first light radiation at the first wavelength λ 1 ,
- a third photo-initiator absorbing at an absorption wavelength greater than the fourth wavelength λ 4 ,
- a third polymeric matrix.
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Legal Events
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