一种量子点光转化膜及其制造工艺、微显示器的制作方法

本发明涉及半导体元器件制造技术领域，特别涉及一种微显示器的量子点光转化膜。

背景技术：

微显示micro-led显示器的显示部分（发光元件）与驱动部分通常采用键合的工艺来完成，由于microled硅基微显器件的像素比较小，rbg子像素的尺寸大概为10um左右，甚至更小，这对micro-led硅基微显的彩色化提出了比较高的要求。目前micro-led硅基微显示器的彩色化一般有三种方案：

1、通过3d纳米棒技术实现彩色化，这种技术可以在同一衬底上同时制作rgb三色led，这种技术尚处于研究阶段；

2、rgb三种颜色的芯片逐层分别通过flip-chip（倒装芯片）或者waferbonding（晶片键合）的方式bonding到硅基背板上，bonding之后再进行led图形化，这种技术比较复杂，也尚在研究阶段；

3、通过量子点转换的方式来进行彩色化，但是因为micro-led硅基微显得像素很小，单个子像素尺寸一般在15um以下甚至更小，但目前常用的打印工艺极限在30um左右，要想实现微显示器10um以下的尺寸要求还有很多问题需要解决，因此采用打印工艺制作量子点膜是一个巨大的挑战。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的是提供一种高精度的量子点光转化膜。

为了实现上述发明的第一目的，本发明采用如下技术方案：一种量子点光转化膜，包括透明基板，所述的透明基板上设有若干个内部填充有量子点发光材料的凹坑，若干个所述的凹坑沿至少两个方向上重复，所述的凹坑在沿其中的至少一个方向上重复时，相邻两个凹坑的距离为0.5～50μm，优选，0.5~20μm，目前为适应主流micro-led的尺寸，量子点光转化膜的凹坑以10~15μm为宜。

本发明的第二个目的是提供一种新的量子点光转化膜的制造工艺，不同与以往的方法，其精度不受限于量子打印工艺的精度。

为了实现上述发明的第二目的，本发明采用如下技术方案：一种量子点光转化膜的制造工艺，包括：

步骤1、提供一衬底，在所述的衬底的一侧表面上形成图形化的若干个小孔，在所述的衬底的另一侧开设具有一定深度的大孔，大孔开口面积s2大于小孔开口面积s1，使所述的大孔与n个所述的小孔流体联通，n为大于等于1的自然数；

步骤2、提供一透明基板，所述的透明基板上具有若干个图形化的凹坑，所述的凹坑的开口面积为s3；

步骤3、将所述的衬底与所述的透明基板对位贴合，使各所述的小孔均与凹坑相对应；

步骤4、在所述的大孔中加入量子点发光材料，使量子点发光材料经所述的小孔转移到所述的凹坑中；

步骤7、移动所述的衬底，重复上述步骤3～4，直到所有预定的凹坑均被填充；

所述的制造工艺还包括对所述的凹坑中的量子点发光材料进行固化的步骤。

上述技术方案中，优选的，在步骤4、步骤7之间还有步骤5，步骤5是对所述的量子点发光材料进行固化的步骤；以及步骤6，将所述的衬底与所述的透明基板之间解键合。

优选的，在步骤3中，还包括将所述的衬底与透明基板之间进行增粘处理。

优选的，在所述的步骤3中，采用光刻胶增粘剂对所述的衬底和透明基板增粘处理。

优选的，在步骤7中，移动所述的衬底时，清洁所述的衬底和透明基板表面的残留物。

优选的，采用加压气体或者超声方式清除所述的残留物。

上述技术方案中，可选的,在步骤7中，所述的衬底沿任意方向移动，先将同种颜色量子点发光材料填充完毕，然后再填充不同颜色的量子点发光材料。

或者,可选的,在步骤7中，沿同种颜色的量子点发光材料的方向移动，同色量子点发光材料全部打印完成后，对所述的量子点发光材料一次性固化。

优选的，在步骤4中，量子点发光材料经小孔进入凹坑时，需要加压。

上述技术方案中，进一步的,所述的衬底选自硅基衬底、锗衬底、蓝宝石衬底、玻璃。

优选的，相邻两个所述的小孔之间的间距为0.5~100μm。

优选的，所述的衬底的另一侧开设有若干所述的大孔，各所述的大孔分别对应一组小孔。

优选的，所述的凹坑通过蚀刻工艺形成，相邻两个所述的凹坑之间的间隔为0.5～100μm。

优选的，所述的透明基板上开设有凹坑的数量是所述的衬底上开设的小孔数量的2m或3m倍，m为大于1的自然数。

优选的，所述的步骤6中，所述的透明基板与所述的衬底之间通过滑移工艺解键合。

优选的，所述的凹坑的开口形状为圆形、方形、六角形或三角形。

优选的，所述的凹坑的坑底为平面或弧面。

优选的，s3大于等于s1。

优选的，在步骤4中，所述的量子点打印材料通过打印工艺或涂布工艺转移到所述的大孔中。

优选的，所述的透明基板上的凹坑被划分为若干組，各組凹坑均包括三个分别对应三种不同颜色的量子点发光材料的凹坑。

本发明的第三个目的是提供上述高精度的微显示器。

一种微显示器，包括上述的量子点光转化膜和led阵列，所述的量子点光转化膜结合在所述的led阵列上。

优选的，所述的led阵列为蓝色led阵列或uv-led阵列。

本发明的优点是：本发明的量子点光转化膜的制造工艺不受限于打印精度，而是取决于透明基板的蚀刻工艺所能达到的精度，因此本发明能够极大程度上缩小量子点材料的大小，提高量子点图形化精度，提高显示分辨率，制造极为精细复杂的图形。

附图说明

图1展示了衬底的俯视图；

图2展示了衬底的形成过程示意图（沿图1中的a-a剖切）；

图3待加工的量子点膜的俯视图；

图4展示了在透明基板上蚀刻形成凹坑（沿图3中的b-b方向剖切）；

图5展示了将衬底与透明基板对位贴合的示意图；

图6展示了在大孔中填充量子点发光材料，透过小孔进入凹坑中（打印第一颜色的量子点发光材料）；

图7展示了充满量子点发光材料的衬底的俯视图；

图8展示了在打印第二颜色的量子点发光材料；

图9展示了将量子点膜与蓝光led结合的示意图；

图10展示了将量子点膜与uv-led结合的示意图；

图11展示了衬底沿任意方向移动的示意图；

图12展示了衬底沿同色量子点发光材料的方向移动的示意图。

其中：10.衬底；11、小孔；12、大孔；20、量子点膜；21、透明基板；22、凹坑；23、量子点发光材料；231、qdr；232、qdg；233、qdb；31、蓝光led；32、uvled。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

本发明公开的是一种用于彩色显示器的量子点光转化膜以及该量子点光转化膜的制造方法，该量子点光转化膜可用于micro-led,mini-led以及oled等显示器,其具有高分辨率，可用于ar、vr等高分辨率的微显示屏，但本发明并不限于本实施例中提到的特定应用。

下面结合附图说明本发明的一种量子点光转化膜的制造工艺。

该工艺包括：

步骤1、参见图1、2所示，提供一衬底10，衬底选自硅基衬底、锗衬底、蓝宝石衬底、玻璃等利用图形化工艺在所述的衬底的一侧表面上形成图形化的若干个小孔11，在所述的衬底10的另一侧开设具有一定深度的大孔12，大孔的深度以能够容纳部分量子点发光材料为宜，大孔开口面积s2大于小孔开口面积s1，使所述的大孔12与n个所述的小孔11流体联通，n取大于等于1的自然数,在后续工艺中以便通过量子打印技术向大孔内填充量子发光材料，使大孔内的量子点发光材料通过小孔转移到量子井当中，图1是衬底10的俯视图，可以看出大孔12与小孔11的位置重叠，且一个大孔与3个小孔联通。这样衬底10的小孔可以通过图形化方法加工，由于加工工艺成熟,且可以获得较高的加工精度,而大孔中的量子点发光材料可以通过量子打印工艺或涂布工艺加工,降低了工艺精度加工难度要求。当n大于1时，1个大孔对应多个小孔，可以通过一次打印填充多个量子点，效率更高。

步骤2、参见图4所示，提供一透明基板21，透明基板21上蚀刻形成若干个图形化的凹坑22，图3为最终形成的量子点转化膜20的示意图，图4是图3中沿b-b的剖面，可以看到多个凹坑22紧密排列，图中3可以看到所述的透明基板10上的凹坑被划分为若干組，各組均包括对应三种不同颜色的量子点发光材料的三个凹坑，每组凹坑对应显示器的一个像素，每个凹坑对应显示器的一个子像素。所述的凹坑22的开口形状可以是圆形、方形、六角形或三角形等任意形状的，而凹坑的底面可以是平面或弧面的，每组中的三个凹坑的深度也可以各不相同，以配置不同体积的量子点发光材料。

步骤3、参见图5所示，将所述的衬底10与所述的透明基板21对位贴合，使各所述的小孔11均与凹坑22相对应，可借助夹具、模具或通过将所述的衬底与透明基板之间使用光刻胶增粘剂hmds进行增粘处理使两者相对固定。所述的凹坑22的开口面积为s3，s3大于等于s1，为避免量子点发光材料会打印到其他地方，优选的实施例中，s3等于s1。

步骤4、参见图6，在所述的大孔12中加入量子点发光材料，使量子点发光材料经所述的小孔11转移到所述的凹坑22中，这个过程中为保证材料的顺利转移和凹坑被充分填满，优选方案中，使量子点发光材料在加压条件下经小孔进入凹坑，如利用气压或量子点发光材料本身的流体压力。优选的，所述的量子点打印材料通过打印工艺或涂布工艺转移到所述的大孔中。

在本发明的一个典型的实施例中，衬底与基板通过夹紧等非固定方式对位贴合，步骤4完成后执行步骤7，移动所述的衬底（衬底移动遵循沿同种颜色的量子点发光材料的方向移动），重复上述步骤3～4，直到所有需要进行量子点发光材料填充的凹坑均被填充。参见附图12，同色量子点发光材料全部打印完成后，一次性固化。完成量子点发光材料填充后能够容易的实现衬底与透明基板的相对滑移。

在本发明的优选实施例当中，衬底与基板在对位贴合时经过增粘处理，并且在步骤4和步骤7之间，插入步骤5和步骤6。步骤5是对凹坑22中的量子点发光材料进行固化，步骤6是将所述的衬底与所述的透明基板之间解键合，采用wafer滑移工艺，使衬底10与透明基板21之间能够相对移动。

在该实施例中，由于每填充一次量子点发光材料便进行一次固化，因此可以沿任意方向移动所述的衬底，重复上述步骤3～6，直到所有预定的凹坑均被填充。参见附图11，衬底移动方向遵循先将同种颜色量子点发光材料填充完毕，然后再填充不同颜色的量子点发光材料的原则进行。移动所述的衬底前，清洁所述的衬底和透明基板表面的残留物，可采用加压气体或者超声方式清除所述的残留物。

由于小孔和凹坑均是通过蚀刻工艺制得，因此比较容易获得更高得精度，而工艺也比较简单，相邻两个所述的小孔之间的间距可以做到0.5～100μm，相邻两个凹坑22之间的间隔可以做到0.5～100μm。在本发明的优选实施例中，透明基板上的相邻两个凹坑之间的最小间距在0.5～50μm之间，特别是0.5～20μm之间，这取决于光刻精度，目前为适应主流micro-led的尺寸，量子点光转化膜的凹坑以10~15μm为宜。所述的透明基板上开设有凹坑的数量是所述的衬底上开设的小孔数量的2m或3m倍，m为大于1的自然数。每组当中凹坑的数量与显示器的像素中的量子点发光材料的数量相关，当显示器的每个像素包含3个量子点发光材料时，凹坑数量为小孔数量的3倍或3的整数倍；若每个像素包含2个量子点发光材料时，凹坑数量为小孔数量的2倍或2的整数倍。

在本发明的优选实施例中，衬底10上开设有若干所述的大孔，每个大孔分别对应一组小孔。而其他的方案当中，也可以在衬底10上开一个大孔，这一个大孔对应所有的小孔。

通过上述工艺制造得到的微显示量子点光转化膜，包括透明基板21，所述的透明基板21上设有若干个内部填充有量子点发光材料的凹坑22，若干个所述的凹坑22沿至少两个方向上重复，所述的凹坑22在沿其中的至少一个方向上重复时，相邻两个凹坑22的距离为0.5～50μm，优选0.5~20μm。多个凹坑的重复方向可以是沿两个相互垂直的方向，形成矩形矩阵，也可以沿两个方向交叉重复，或者三个凹坑一组呈蜂窝结构排布，并沿蜂窝排列形式重复。

这些凹坑22被分为多组，每组凹坑分别对应显示器的一个像素，每组包含三个分别对应不同颜色的量子点发光材料的凹坑。

参见附图9、10所示，一种微显示，包括led阵列和贴合在所述的led阵列上的上量子点光转化膜20，量子点光转化膜通过本发明的制造工艺制得。所述的led阵列为蓝色led阵列或uv-led阵列。所述的led发光结构可选用iii-v氮化物外延结构、iii-v砷化物外延结构、iii-v磷化物外延结构和iii-v锑化物外延结构中任意的一种。图9当中，选用蓝光led，相应的量子点光转化膜20被配置成具有红光量子点发光材料qdr231和绿光量子点发光材料qdg232以及空白凹坑，而图10所示的实施例中，选用uv-led，量子点光转化膜20被配置成具有qdr231、qdg232、qdb233。

本发明能够提供一种量子点光转化膜的制造工艺，能够突破量子打印的工艺精度限制，生产出适应更高分辨率的量子点光转化膜。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。