基于开放式微流控技术的Micro-LED全彩化显示器件制备方法

本发明属于量子点色转换层显示的，具体涉及基于开放式微流控技术的micro-led全彩化显示器件制备方法。

背景技术：

1、micro-led发光二极管是一种新型的显示技术，可应用于汽车显示器、可穿戴设备、ar/vr显示等领域。目前采用巨量转移技术集成红、绿、蓝三色芯片实现全彩化显示存在良率低和成本高的问题，因此量子点色转换层结合micro-led实现全彩化显示引起了越来越多的关注。实现量子点色转换层的制备通常采用光刻技术、喷墨打印和微流控技术来实现，与巨量转移技术相比，量子点色转换层技术具备成本低、分辨率高、耗时短等突出特点，其中量子点材料具有高吸收系数、窄带发射、高光致发光量子点产率和易于加工性特点，是作为制造显示器应用的高分辨率图案化颜色转换层的合适材料。在量子点色转换层法中，需要在器件表面或基板上沉积量子点图案，其中量子点溶液包括溶质和溶剂，量子点溶液沉积时，溶剂挥发后剩余的量子点溶质即为颜色转换的重要组成部分，量子点挥发后溶质的图案厚度、均匀性，以及光致发光颜色转换后色彩的纯度对micro-led全彩显示器件的综合性能具有重要的影响。

2、量子点材料应用于全彩化显示领域过程中，量子点色转层图案的厚度起着重要的作用，决定着光致发光颜色转换后的色彩的纯度和出光效率。量子点溶液中的溶剂挥发后量子点图案的厚度极大影响了光激发量子点图案进行颜色转换效果，量子点图案过薄，容易造成激发光源泄露，影响色彩纯度，量子点图案过厚，光致发光颜色转换后的光会被量子点图案自吸收，进而减少出光效率。这些问题对于micro-led光源在激发量子点色转换层光致发光实现全彩化显示的光提取以及光品质方面必然会造成影响。其次，少量的量子点沉积在图案化阵列子像素之间，当光激发量子点实现光致发光时容易在子像素之间产生光窜扰以及混色现象发生，极大影响全彩化显示图像的效果。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供基于开放式微流控技术的micro-led全彩化显示器件制备方法，采用开放式微流控技术技术制备可用于量子点溶液沉积的镂空玻璃微通道，结合具有疏液性化学物质中的相关基团的“疏液”特性限制量子点溶液流动，使量子点溶剂挥发后浓缩于图案化凹槽阵列中，micro-led蓝光激发凹槽中的量子点图案实现全彩化显示。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

3、基于开放式微流控技术的micro-led全彩化显示器件制备方法，其具体为制备量子点色转换层和滤光片封装层，将量子点色转换层两侧分别与micro-led发光芯片阵列和滤光片封装层键合；其中所述量子点色转换层的制备包括以下步骤：

4、1)于第一基板上制作透明的凹槽阵列；

5、2)对第一基板的凹槽阵列之外的表面进行疏液处理；

6、3)提供第二基板，于第二基板中形成镂空的微通道；

7、4)将第一基板和第二基板键合，使镂空的微通道与凹槽配合形成微通道通路；

8、5)向微通道通路中注入量子点溶液，量子点溶液挥发过程中逐渐沉积于凹槽中形成量子点单元；

9、6)剥离第二基板；

10、其中所述滤光片封装层的制备是于第三基板上形成滤光片阵列，滤光片阵列与凹槽阵列一一对应，且于相邻滤光片之间设置遮蔽层。

11、可选的，所述第一基板包括第一玻璃基板和设于第一玻璃基板上的金属掩模层，步骤1)中，所述凹槽阵列的制作包括：

12、1.3)通过蚀刻技术对所述金属掩膜层图案化，形成阵列式排布的开口；

13、1.4)以图案化的金属掩膜层作为掩膜蚀刻所述第一玻璃基板，形成所述透明的凹槽阵列。

14、可选的，所述凹槽的深度为2-10微米。

15、可选的，所述金属掩模层是厚度为20nm-50nm的铬层，步骤2)中，于所述凹槽阵列中填充光刻胶，将所述第一基板放入三氯(1h,1h,2h,2h-十三氟正辛基)硅烷气氛的反应罐中，于50～70℃中反应2-3小时，修饰铬层表面为疏液性，然后去除所述光刻胶。

16、可选的，所述第二基板为玻璃基板，步骤3)中，先采用飞秒激光对所述第二基板的微通道布线预设区域进行激光诱导变性，然后将所述第二基板于氢氟酸溶液中腐蚀形成所述镂空的微通道。

17、可选的，所述第二基板的厚度为350-550μm，所述飞秒激光采用的脉冲能量为10～50μj，激光扫描速度为1～3mm/s，脉冲宽度为2～5wfs，点间距为3～8μm。

18、可选的，所述镂空的微通道包括排列的若干条形孔道，以每两个条形孔道作为一个单元，相邻单元之间空出一个条形孔道的位置，相邻单元的条形孔道两两对应通过弯形孔道相连，形成并行的两条微通道通路；步骤4)中，使每条条形孔道对应凹槽阵列中的一行凹槽。

19、可选的，所述条形孔道的宽度与所述凹槽的宽度相匹配，且长度覆盖凹槽阵列的行长度，所述弯形孔道的宽度是所述条形孔道的20％～50％。

20、可选的，步骤5)中，向所述两条微通道通路之一注满红色量子点溶液，另一注满绿色量子点溶液；所述micro-led发光芯片阵列为蓝光发光芯片。

21、上述基于开放式微流控技术制备micro-led全彩化显示器件。

22、其中，所述量子点溶液是量子点与溶剂形成的溶液，包括量子点的水溶液或量子点的氯仿溶液；还可以是量子点的复合溶液，即量子点、聚合物与溶剂混合形成的油溶性或水溶性的复合溶液。水溶性溶液如量子点与乙醇形成的混合溶液，其中乙醇可以替换为水、甲醇、异丙醇等亲水性溶剂，油溶性溶液如量子点与甲苯、二甲苯、苯甲醚、正己烷、环己烷、十四烷等有机溶剂。上述量子点主要包括cdse、znse、cdte、cds、cuinse、inp、pbs、cuins核心及其核壳结构量子点。本实施例红、绿光量子点溶液主要采用的是cdse与环己烷混合溶液，其中红光量子点的浓度为0.15-0.5mol/l，绿光量子点浓度为0.2-0.7mol/l，红光量子点材料的直径为8-10nm，绿光量子点材料的直径为3-7nm。

23、本发明的有益效果为：

24、(1)制备微通道镂空基板进行量子点溶液的沉积，量子点溶液通过镂空的微通道沉积到图案化凹槽阵列中，由于微通道为镂空基板与空气接触，因此量子点的溶剂挥发速度快，且量子点的浓度随着溶剂挥发而逐渐增加，有助于溶质沉积到凹槽阵列中。由于凹槽结构内外的不同表面成分，高浓度的量子点溶液最终选择性地沉积在凹槽内，因此可以很简便、自发地获得量子点图案化阵列。量子点图案厚度可控，且可实现多次填充量子点溶液，无需通过再次键合，简化后期优化工序，保证图案化区域的量子点厚度能充分吸收激发光源且不自吸收光，提高激发光源的光利用率，增强颜色转换效率。镂空微通道之间是独立的，因此可以同时快速沉积不同量子点，减少混色现象的发生，提高色彩纯度。

25、(2)采用镂空的微通道代替半封闭的微通道，可减少由于不同性质的量子点溶液在半封闭微通道中堵塞，同时也可以降低由于通道宽度过窄内外压强差量子点溶液注入困难的问题。镂空的微通道可实现微通道无需mark标记即可与底部凹槽阵列高度键合，提高了制备的速率，适合大规模子像素点量子点色转换层的制备。

26、(3)遮蔽层隔离滤光片图案实现封装层制备，增加显示时颜色的对比度及减少杂色光的产生，有利于提高量子点颜色转换光品质和防止子像素之间的光窜扰现象发生，提高了色彩的纯度。