用于LED阵列的颜色转换结构件制造技术

本文描述了一种结构件，该结构件用于将来自LED阵列的光从较短波长，例如蓝色，转换成较长波长的光，例如红色和绿色，以便形成包含红色、绿色和蓝色子像素的显示器。更具体地说，本发明专利技术涉及一种结构件和工艺，其通过颜色转换结构件来自LED阵列的相同波长的光转换为替换颜色。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于LED阵列的颜色转换结构件
本专利技术涉及一种结构件，用于将来自LED阵列的光从较短波长(例如蓝色)转换为较长波长的光(例如红色和绿色)，以便形成包含红色、绿色和蓝色子像素的显示器。更具体地说，本专利技术涉及一种结构件和工艺，通过颜色转换结构件将来自LED阵列的相同波长的光转换为替换颜色。
技术介绍
当然有多种方式可制作RGB显示器。例如，阴极射线管通过沉积阴极发光荧光体阵列来制造，以将电子束转换成红色、绿色和蓝色光。这些像素通常通过丝网印刷形成，或通过将荧光体颗粒结合到可通过光刻图案化并随后烧尽的光致抗蚀剂(通常是重铬酸盐的聚乙烯醇)中。与这项工作感兴趣的器件相比，这些像素大大增加，但由于用于固化光致抗蚀剂的辐射的散射而导致的空间分辨率的不可避免的损失不是主要问题，但是如果您尝试减小子像素的尺寸，例如降低到10μm以下，则其成为主要问题。类似的丝网印刷限于像素尺寸>100μm。另一种方法是以分立的方式使用红色、绿色和蓝色发光LED。这种方法的缺点是拾取和放置尺寸<50μm的单个LED的技术，以在具有<100μm的像素节距的显示器中提供离散波长操作。虽然具有关于光谱纯度、键合前工作像素的选择和显示效率的优点，但需要使用三种不同的化合物半导体。因此，存在具有不同性质的不同材料，具有不同的电特性和物理尺寸，需要仔细地定制。一个主要的问题是绿色LED器件的选择。有必要在驱动电流和温度上具有小的色差。因此，对于每个绿色LED发射，波长需要在紧密分布内发射。用户的眼睛对于其视觉响应峰值附近的波长的小变化非常敏感。还有一些实际问题涉及到这种小型器件的倒装芯片的时间、成本和复杂性。一种替代方法是使用来自LED阵列的主要(例如蓝色)光，以激发黄色发光荧光体(诸如铈掺杂的钇铝石榴石(YAG：Ce))，以通过混合蓝色和黄色产生伪白色。然后可使用滤色器将该发射转换为红色、绿色和蓝色分量。该方法的优点在于不需要对荧光体层进行图案化。不幸的是，这种方法有一些严重的缺点。使用滤色器减去光谱中不需要的部分是浪费光。作为实例，白色像素的约60％至70％的光谱范围损失/不需要在RGB显示器中实现色域。YAG：Ce发射在630nm以上也相当弱，从而降低可获得的色域。这两个因素意味着要获得足够的光输出，您必须以更高的功率运行器件，这会降低效率并增加电力需求(从而缩短电池寿命)。像素之间也可能存在大量的串扰，降低色域和空间分辨率。常规液晶(LCD)显示器通过类似的方式进行操作。它们通过使用液晶阵列来形成RGB显示器，以控制传输到滤色器的从光致发光(PL)荧光体的混合物发射的光的强度。在这种情况下，荧光体不会被图案化成像素，只有滤色器和LCD阵列。在这种情况下，使用UV光激发PL荧光体，这允许使用替换的荧光体并产生更好质量的白色发射。与LED-YAG：Ce器件一样，该方法与分立LED方法相比，是减少性的且效率较低。位于光源外部的液晶“图案发生器”永久地处于全亮度，因此这种显示器需要额外的组件。如所述，进一步的基本的缺点就是与功率损耗有关，因为所有的像素都必须用光来寻址，即使它们不被用于显示图像。通常，在观看典型的图形视频显示时，只有20％的像素开启。这种显示器的对比度也受到损害。这些缺点对于诸如增强现实、虚拟现实、智能手表、智能手机等的移动设备来说是非常严重的。本专利技术的至少一个方面的目的是消除或减轻至少一个或多个上述问题。本专利技术的至少一个方面的进一步的目的是提供一种工艺，其通过颜色转换结构件将来自LED阵列的相同波长的光转换为替换颜色。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，包括以下步骤：在透明基板内或透明基板上形成阱，用合适的粘合剂将油墨形式的发光材料沉积在颜色转换结构件上并除去多余的油墨，并且其中，颜色转换结构件能够将来自LED的UV或蓝光转换成可见光谱中的其他波长(即，颜色)。因此，一般来说，本专利技术在于提供一种通过颜色转换结构件将来自LED阵列的相同波长的光转换为替换颜色的工艺。转换为离散颜色而不是白色的优点在于仅产生正确的光谱区域中的光，这比例如转换成伪白色然后过滤掉已创建的大部分光线以创建离散的颜色的效率要高得多。颜色转换结构件可用于显示目的。LED阵列可以是微型LED。可使用任何合适的技术，诸如使用刮刀，去除多余的油墨。通常，可使用光刻工艺来界定阱。可使用诸如反应离子蚀刻的物理工艺来界定阱，以将光刻定义的结构件转印到透明基板中。可使用诸如反应离子蚀刻的物理过程来界定阱，以将光刻界定的结构件转印到透明基板上的单独的层或多个层中。在替代方案中，颜色转换结构件可至少部分地使用可用于局部加热结构件的部件的微波来制造。微波可能引起H原子在水或有机颗粒中的旋转，或通过与包含偶极子或纯金属结构件的材料相互作用，这些材料可能在暴露于微波时发生火花。包含在阱中的发光材料可使用固化技术全部或选择性地图案化。通常，粘合剂可以是可UV固化的，并且可经由掩模曝光，使得在显影之后，发光油墨可仅保留在特定的阱中。粘合剂可以是可UV固化的，并且可经由直接写入方法曝光，使得在显影之后，发光油墨仅保留在特定的阱中。在该工艺中使用的油墨可能是光敏的。阱可以任何适当的方式填充并依次填充有适当的油墨。感光材料可以是正性或负性光致抗蚀剂。在沉积发光材料之前，可以以诸如金属化或高折射率材料的反射材料涂覆阱的壁(但不是前窗)的内表面。在沉积发光材料之前，可将阱结构件染色，使得阱吸收光。可选择性地染色阱结构件以吸收某些频率的光。发光材料可由荧光体、量子点、有机物质或其组合制成。使用彩色光致抗蚀剂层或后续原位染色的透明光致抗蚀剂沉积物，可在凹陷的结构件和透明基板之间光刻地设置滤色器。滤色器可以是薄膜电介质层。可形成子像素，它们被分组在一起，以便形成通道，例如3×1等。子像素可被分组在一起以形成子像素组(例如2×2)。可替代地，子像素可形成显示类型配置中的一组子像素。子像素的配置构造可被配置为优化性能。例如，红光消耗大量的能量，因此配置可适应于减少红光的量。转换材料可包含从常规(粗)荧光体、量子点荧光体和发光染料中选出的不止一种类型的发光材料。阱结构件可由诸如金属的任何合适的材料制成。在本专利技术进一步的实施例中，在沉积任何覆盖层之前，透明片材的表面可使用蚀刻工艺进行粗糙化。粗糙化工艺的目的可能是三重的。它可提高透明基板和任何随后沉积的层之间的粘附力。在荧光体填充的通道的情况下，调整表面形态的粗糙度以适应荧光体的粒度改善了光学耦合，并因此改变了从荧光体的光提取。在开放的蓝色通道的情况下，粗糙化确保直接从微型LED发射的蓝色光的角度分布与从含有(红色和绿色)子像素的荧光体获得的色散更接近地匹配。这是很重要的，因此针对观察角度的颜色坐标没有变化。可使用本领域已知的任何粗糙化工艺来纹理化表面。基于含有或产生用于蚀刻眼镜的氢氟酸的浴或糊状物，各种产品可商购(例如从www.armourproducts.com)。可替代地，已知浓度大于2的苛性碱溶液(诸如氢氧化钠溶液)正常蚀刻许多眼镜。物理蚀刻工艺也适用于诸如使用碳化硅纸的喷砂或机械磨蚀。在进一步的改进中，通过用硅烷偶联剂处理片材的表面可进一步改善光致抗蚀剂和油墨的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，包括以下步骤：在透明基板内或透明基板上形成阱，用合适的粘合剂将油墨形式的发光材料沉积到所述颜色转换结构件上，并除去多余的油墨，并且其中，所述颜色转换结构件能够将来自LED的UV或蓝光转换成可见光谱中的其它波长(即，颜色)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 GB 1506486.8;2015.11.26 GB 1520894.51.一种用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，包括以下步骤：在透明基板内或透明基板上形成阱，用合适的粘合剂将油墨形式的发光材料沉积到所述颜色转换结构件上，并除去多余的油墨，并且其中，所述颜色转换结构件能够将来自LED的UV或蓝光转换成可见光谱中的其它波长(即，颜色)。2.根据权利要求1所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，来自所述ED阵列的相同波长的光通过所述颜色转换结构件转换成替换颜色。3.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，使用任何合适的技术，诸如使用刮刀，去除多余的油墨。4.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，使用光刻工艺界定所述阱。5.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，使用物理工艺来界定所述阱。6.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，使用反应离子蚀刻来界定阱，以将经光刻界定的所述结构件转印到所述透明基板中。7.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，使用反应离子蚀刻来界定所述阱，以将经光刻定义的所述结构件转印到所述透明基板上的单独的层中。8.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，使用固化技术全部或选择性地图案化包含在所述阱中的发光材料。9.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，所述粘合剂是能够UV固化的。10.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，所述粘合剂是能够UV固化的并且能够经由掩模而曝光，使得在显影之后，发光油墨仅保留在特定的阱中。11.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，所述粘合剂是能够UV固化的，并且所述粘合剂经由直接写入方法而曝光，使得在显影之后，发光油墨仅保留在特定的阱中。12.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，在所述工艺中流出的油墨是光敏的。13.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，以任何合适的方式填充所述阱并且依次填充有适当的油墨。14.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，光敏材料是正性或负性光致抗蚀剂。15.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，在沉积所述发光材料之前，以反射材料涂覆所述阱的壁的内表面(但不是前窗)。16.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，并非所有的壁都用反射材料涂覆，并且前窗区域至少部分地被涂覆。17.根据权利要求1至15中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，在光致抗蚀剂沉积之前用反射材料涂覆盖滑片，并且在所述光致抗蚀剂的显影之后，立即去除反射材料的曝光区域，并且不是所有的阱壁都用所述反射材料涂覆。18.根据前述权利要求中任一项所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，将二向色滤色器结构件布置在合适的透明滑片上并使用光刻和蚀刻工艺进行图案化，所述阱结构件在所述透明滑片上。19.根据权利要求15所述的用于形成与LED阵列结合使用的颜色转换结构件的工艺，其中，所述反射材料是金属化件或高折射率材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·罗纳德·博纳，保罗·格雷戈里·哈里斯，加雷思·约翰·瓦伦丁，史蒂芬·戈顿，乔治·芬，杰克·西尔弗，
申请(专利权)人：欧库勒斯虚拟现实有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US