引言

北京大學(xué)深圳研究生院 Yongming Yin、Hong Meng 團(tuán)隊(duì)聯(lián)合 TCL 華星光電等單位，在《Light: Advanced Manufacturing》（2022 年影響因子 13.6，工程技術(shù)領(lǐng)域 TOP 期刊）發(fā)表研究，提出基于精細(xì)模塑遮光矩陣（LBM）的創(chuàng)新方案，破解彩色轉(zhuǎn)換型微 LED 顯示的串?dāng)_難題。

摘要Abstract

制造高色域彩色轉(zhuǎn)換型微發(fā)光二極管（micro-LED）顯示器的挑戰(zhàn)是微 LED 芯片廣視角導(dǎo)致的相鄰像素串?dāng)_。本研究系統(tǒng)模擬串?dāng)_影響因素，發(fā)現(xiàn)用遮光矩陣（LBM）精準(zhǔn)填充芯片間隙可有效緩解該問題。通過壓力輔助模塑技術(shù)成功制備 LBM，但微 LED 表面殘留的黑色 LBM 會顯著降低亮度；采用等離子體刻蝕技術(shù)提取被困光線后，該問題得以解決。最終開發(fā)出集成精細(xì)模塑黑色 LBM 的頂部發(fā)光藍(lán)色微 LED 背光，結(jié)合紅綠量子點(diǎn)彩色轉(zhuǎn)換層，實(shí)現(xiàn)全彩顯示，原型機(jī)色域達(dá) 122% NTSC。

材料與方法

薄膜晶體管（TFT）與彩色濾光片（CF）基板的制備：

TFT 基板與 CF 基板通過兩條并行流程分別制備。TFT 基板經(jīng)一系列循環(huán)工藝步驟獲得，包括濺射、化學(xué)氣相沉積、曝光、顯影、刻蝕及測試階段；圖案化彩色濾光片（CF）與 Bank 圖形采用傳統(tǒng)光刻工藝制備，涵蓋涂覆、烘烤、曝光及顯影等步驟。

數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)表征

串?dāng)_模擬采用 LightTools 軟件進(jìn)行。紫外 - 可見（UV-Vis）吸收光譜和光致發(fā)光（PL）光譜分別通過珀金埃爾默（PerkinElmer）Lambda 950 分光光度計(jì)與珀金埃爾默（PerkinElmer）LS 55 熒光分光光度計(jì)測定。使用配備標(biāo)準(zhǔn) D65 光源的lambda vision lVmicro Z顯微分光光度計(jì)獲取透射光譜。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像通過 FEI Scios 系統(tǒng)在 10 千伏（kV）工作電壓下采集。光電轉(zhuǎn)換性能采用可編程光譜儀（Photo Research PR655）結(jié)合吉時(shí)利（Keithley）2400 型源表進(jìn)行測定。微型發(fā)光二極管（micro-LED）顯示器的亮度通過顯示器色彩分析儀（柯尼卡美能達(dá)（Konica Minolta）CA410）進(jìn)行測量。所有測試均在室溫環(huán)境下開展。

（lambda vision lVmicro Z顯微分光光度計(jì)）

結(jié)論：

成功制備出一款高效全彩顯示原型器件，該器件采用頂發(fā)射型藍(lán)色微型 LED（micro-LED）背光，集成硒化鎘量子點(diǎn)（CdSe QDs）作為顏色轉(zhuǎn)換層（CCL, Colour Conversion Layer）。通過采用頂發(fā)射型背光設(shè)計(jì)，并在各微型 LED 芯片間隙填充遮光 / 填充介質(zhì)（LBM, Light Blocking Material），不同像素間的串?dāng)_效應(yīng)得到有效抑制。與傳統(tǒng)基于 RGB 三色 LED 的微型 LED 顯示器相比，所研發(fā)的顯示原型器件色域值顯著提升，最高可達(dá) 122% NTSC 或 91% BT.2020 標(biāo)準(zhǔn)。該研究為抑制頂發(fā)射型微型 LED 顯示器的串?dāng)_效應(yīng)提供了有效方法，預(yù)計(jì)所提出的方案將推動高性能顏色轉(zhuǎn)換型全彩微型 LED 顯示器的進(jìn)一步發(fā)展。