Brevet FR3091029A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Dispositif optoélectronique comprenant une matrice de blocs photoluminescents et son procédé de fabrication Domaine technique [0001] La présente invention concerne de façon générale les dispositifs optoélectroniques comprenant une matrice de blocs photoluminescents et leurs procédés de fabrication, et plus particulièrement les dispositifs optoélectroniques adaptés à afficher des images, notamment un écran d'affichage ou un dispositif de projection d'images. Technique antérieure [0002] Un pixel d'une image correspond à l'élément unitaire de l'image affichée ou captée par le dispositif optoélectronique. Pour l'affichage d'images couleur, le dispositif optoélectronique comprend en général, pour l'affichage de chaque pixel de l'image, au moins trois composants, également appelés sous-pixels d'affichage, qui émettent chacun un rayonnement lumineux sensiblement dans une seule couleur (par exemple, le rouge, le vert et le bleu). La superposition des rayonnements émis par ces trois sous-pixels d'affichage fournit à l'observateur la sensation colorée correspondant au pixel de l'image affichée. Dans ce cas, on appelle pixel d'affichage du dispositif optoélectronique l'ensemble formé par les trois sous-pixels d'affichage utilisés pour l'affichage d'un pixel d'une image. [0003] Chaque sous-pixel d'affichage peut comprendre une source lumineuse, par exemple une diode électroluminescente, recouverte d'un bloc photoluminescent adapté à convertir le rayonnement fourni par la diode électroluminescente en un rayonnement à la longueur d'onde souhaitée. Des blocs photoluminescents de types différents doivent donc être formés selon la disposition des sous-pixels d'affichage. Un exemple de procédé de formation des blocs photoluminescents consiste, pour chaque type de bloc photoluminescent, à déposer une couche de résine photosensible comprenant des particules photoluminescentes du type donné et à délimiter les blocs photoluminescents aux emplacements souhaités par des étapes de photolithogravure. Un inconvénient d'un tel procédé est que les étapes de photolithogravure de tous les types différents de blocs photoluminescents nécessitent les positionnements successifs de plusieurs masques. Toutefois, le positionnement précis d'un masque par rapport au dispositif optoélectronique peut être une opération difficile notamment en raison du fait que les résines chargées avec les particules photoluminescentes peuvent n'être qu'imparfaitement transparentes. Résumé de l'invention [0004] Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier au moins en partie les incon- 2 vénients des dispositifs optoélectroniques comprenant une matrice de blocs photoluminescents décrits précédemment. [0005] Un autre objet d'un mode de réalisation est de simplifier le procédé de fabrication du dispositif optoélectronique. [0006] Un autre objet d'un mode de réalisation est que le procédé de fabrication du dispositif optoélectronique ne comprend pas plusieurs étapes successives de positionnement de masques. [0007] Un autre objet d'un mode de réalisation est que les dispositifs optoélectroniques puissent être fabriqués à une échelle industrielle et à bas coût. [0008] Un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comprenant un support, au moins dcs blocs photoluminescents hydrophiles comprenant des particules photoluminescentes hydrophiles recouvrant des premières zones du support et des blocs photoluminescents hydrophobes comprenant dcs particules photoluminescentes hydrophobes recouvrant des deuxièmes zones du support, les blocs photoluminescents hydrophiles étant au contact d'un matériau hydrophile aux premières zones et les blocs photoluminescents hydrophobes étant au contact d'un matériau hydrophobe aux deuxièmes zones. [0009] Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique comprenant la formation, sur un support, au moins de blocs photoluminescents hydrophiles comprenant des particules photoluminescentes hydrophiles recouvrant des premières zones du support et de blocs photoluminescents hydrophobes comprenant des particules photoluminescentes hydrophobes recouvrant des deuxièmes zones du support, les blocs photoluminescents hydrophiles étant au contact d'un matériau hydrophile aux premières zones et les blocs photoluminescents hydrophobes étant au contact d'un matériau hydrophobe aux deuxièmes zones. [0010] Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent hydrophile comprend au moins une monocouche desdites particules photoluminescentes hydrophiles. [0011] Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent hydrophobe comprend au moins une monocouche desdites particules photoluminescentes hydrophobes. [0012] Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent hydrophile comprend une matrice hydrophile dans laquelle sont dispersées les particules photoluminescentes hydrophiles. [0013] Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent hydrophobe comprend une matrice hydrophobe dans laquelle sont dispersées les particules photoluminescentes hydrophobes. [0014] Selon un mode de réalisation, le matériau hydrophile comprend des premiers ligands hydrophiles, comprenant chacun une chaîne hydrophile, un premier groupement à une première extrémité de la chaîne hydrophile, fixé un groupe hydroxy en surface du 3 support, et un deuxième groupement à une deuxième extrémité de la chaîne hydrophile, opposée à la première extrémité, au contact de l'un des blocs photoluminescents hydrophiles. [0015] Selon un mode de réalisation, les deuxièmes groupements sont fixés à desdites particules photoluminescentes hydrophiles. [0016] Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent hydrophile comprend un empilement de couches des particules photoluminescentes hydrophiles et des deuxièmes ligands hydrophiles fixés à des particules photoluminescentes hydrophiles de couches différentes. [0017] Selon un mode de réalisation, le matériau hydrophobe comprend des premiers ligands hydrophobes, comprenant chacun une chaîne hydrophobe, un troisième groupement à une troisième extrémité de la chaîne hydrophobe, fixé un groupe hydroxy en surface du support, et un quatrième groupement à une quatrième extrémité de la chaîne hydrophobe au contact de l'un des blocs photoluminescents hydrophobes. [0018] Selon un mode de réalisation, les quatrièmes groupements sont fixés à desdites particules photoluminescentes hydrophobes. [0019] Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent hydrophobe comprend un empilement de couches des particules photoluminescentes hydrophobes et des deuxièmes ligands hydrophobes fixés à des particules photoluminescentes hydrophobes de couches différentes [0020] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des diodes électroluminescentes recouvertes par les blocs photoluminescents hydrophiles et hydrophobes. [0021] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend pour la formation des blocs pho- toluminescents hydrophiles et hydrophobes une seule étape d'exposition du support à un rayonnement électromagnétique au travers d'un masque. [0022] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de formation de groupes hydroxy aux deuxièmes emplacements, d'application d'une première solution contenant les premiers ligands hydrophobes sur les premières et deuxièmes zones, de formation de groupes hydroxy aux deuxièmes emplacements, d'application d'une deuxième solution contenant les premiers ligands hydrophiles sur les premières et deuxièmes zones, d'application d'une troisième solution contenant les particules photo-luminescentes hydrophiles sur les premières et deuxièmes zones et d'application d'une quatrième solution contenant les particules photoluminescentes hydrophiles sur les premières et deuxièmes zones. [0023] Selon un mode de réalisation, l'étape de formation de groupes hydroxy aux deuxièmes emplacements comprend l'exposition du support à un rayonnement électromagnétique en l'absence de masque. [0024] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de formation de groupes hydroxy aux premiers emplacements, d'application dune quatrième solution contenant des précurseurs de la matrice hydrophile et les particules photoluminescentes hydrophiles, de formation de la matrice hydrophile dans laquelle sont dispersées les particules photoluminescentes hydrophiles, d'application d'une cinquième solution contenant des précurseurs de la matrice hydrophobe et les particules photoluminescentes hydrophobes, et de formation de la matrice hydrophobe dans laquelle sont dispersées les particules photoluminescentes hydrophobes. Brève description des dessins [0025] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0026] [fig.1] la figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique ; [0027] [fig.2] la figure 2 illustre une étape d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique représenté en figure 1 ; [0028] [fig.3] la figure 3 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0029] [fig.4] la figure 4 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0030] [fig.5] la figure 5 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0031] [fig.6] la figure 6 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0032] [fig.7] la figure 7 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0033] [fig.8] la figure 8 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0034] [fig.9] la figure 9 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0035] [fig.10] la figure 10 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0036] [fig.11] la figure 11 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; [0037] [fig.12] la figure 12 illustre une autre étape du procédé de fabrication ; 100381 Ifig.131 la figure 13 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réa- lisation d'un dispositif optoélectronique ; [0039] [fig.14] la figure 14 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réa- lisation d'un dispositif optoélectronique ; [0040] [fig.15] la figure 15 illustre une étape successive d'un mode de réalisation d'un procédé de fa- brication du dispositif optoélectronique représenté en figure 14 ; [0041] [fig.16] la figure 16 illustre une autre étape du procédé dc fabrication ; et [0042] [fig.17] la figure 17 illustre une autre étape du procédé dc fabrication. Description des modes de réalisation [0043] De mêmes éléments ont été désignés par dc mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer dc propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "dc l'ordre dc" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. [0044] Lc terme "particule" tel qu'utilisé dans le cadre de la présente demande doit être compris dans un sens large et correspond non seulement à des particules compactes ayant plus ou moins une forme sphérique mais aussi à des particules anguleuses, des particules aplaties, des particules en forme dc flocons, des particules en forme de fibres, ou des particules fibreuses, etc. On comprendra que la "taille" des particules dans le cadre de la présente invention signifie la plus petite dimension transversale des particules. A titre d'exemple, dans le cas de particules en forme de fibres, la taille des particules correspond au diamètre des fibres. On entend par particules d'un matériau les particules prises individuellement (c'est-à-dire les éléments unitaires du matériau) sachant que le matériau peut se présenter sous la forme d'agglomérats de particules. [0045] Par le terme "taille moyenne", on entend selon la présente invention la taille de la particule qui est supérieure à la taille de 50 % en volume des particules et inférieure à la taille de 50 % en volume des particules d'une distribution de particules. Ceci conespond au d50. La granulométrie des particules peut être mesurée par granulométrie laser en utilisant, par exemple, un Malvem Mastersizer 2000. 6 [0046] Dans la suite de la description, on considère un premier matériau pour lequel une goutte d'une solution liquide sur une couche du premier matériau présente un premier angle de contact statique et un deuxième matériau pour lequel une goutte de la solution liquide sur une couche du deuxième matériau présente un deuxième angle de contact statique, le premier angle de contact statique étant supérieur au deuxième angle de contact statique d'au moins 30 degrés, de préférence d'au moins 40 degrés, plus préférentiellement d'au moins 50 degrés. Le premier matériau est dit plus attractif pour la solution liquide que le deuxième matériau. Dans la suite de la description, on appelle "matériau attractif pour une solution liquide" un matériau pour lequel l'angle de contact statique d'une goutte de la solution liquide sur le matériau est inférieur à 90° et "matériau répulsif pour une solution liquide" un matériau pour lequel l'angle de contact statique d'une goutte de la solution liquide sur le matériau est supérieur à 90°. De façon générale, dans le cas d'une solution aqueuse, le matériau attractif est appelé matériau hydrophile et le matériau répulsif est appelé matériau hydrophobe. Toutefois, dans la suite de la description, les adjectifs hydrophile et hydrophobe sont utilisés de façon plus générale pour des raisons de simplicité. En particulier, lorsqu'un premier matériau est dit hydrophile et qu'un deuxième matériau est dit hydrophobe, cela signifie simplement que le premier matériau est plus attractif que le deuxième matériau pour n'importe quelle solution liquide, notamment une solution liquide non aqueuse, et donc que l'angle de contact statique de la solution liquide sur une couche du premier matériau est supérieur à l'angle de contact statique de la solution liquide sur une couche du deuxième matériau d'au moins 30 degrés, de préférence d'au moins 40 degrés, plus préférentiellement d'au moins 50 degrés. La mesure de l'angle de contact peut être réalisée en utilisant l'appareil de mesure commercialisé par la société GBX sous l'appellation Digidrop - MCAT. La mesure comprend le dépôt d'une goutte de la solution liquide considérée de 2 pl à 10 pl sur une surface du matériau à étudier, l'acquisition d'une image de la goutte par un dispositif d'acquisition d'images et la détermination de l'angle de contact par une analyse par ordinateur de l'image acquise. [0047] La figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un dispositif optoélec- tronique 10. Le dispositif optoélectronique 10 comprend, de bas en haut en figure 1 : - un support 12 ayant une face supérieure 14 comprenant des premières zones 16 et des deuxièmes zones 18, une seule première zone 16 et une seule deuxième zone 18 étant représentées en figure 1 ; - des premiers ligands hydrophiles 20 fixés aux premières zones 16 de la face supérieure 14 ; - des premiers ligands hydrophobes 22 fixés aux deuxièmes zones 18 de la face supérieure 14 ; - des premiers blocs photoluminescents 23 comprenant des premières particules pho- 7 toluminescentes 24, réparties selon une rangée de premières particules photoluminescentes 24 ou en un empilement d'au moins deux rangées de premières particules photoluminescentes 24, un bloc 23 de trois rangées de premières particules photoluminescentes 24 étant représenté en figure 1, les premières particules photoluminescentes 24 de la première rangée étant fixées aux ligands hydrophiles 20, les premières particules photoluminescentes 24 des autres rangées étant reliées à d'autres premières particules photoluminescentes 24, éventuellement par des deuxièmes ligands hydrophyles 60 ; et - des deuxièmes blocs photoluminescents 25 comprenant des deuxièmes particules photoluminescentes 26, réparties selon une rangée de deuxièmes particules photoluminescentes 26 ou en un empilement d'au moins deux rangées de deuxièmes particules photoluminescentes 26, un bloc 25 de trois rangées de deuxièmes particules photoluminescentes 26 étant représenté en figure 1, les deuxièmes particules photoluminescentes 26 de la première rangée étant fixées au ligands hydrophobes 22, les deuxièmes particules photoluminescentes 26 des autres rangées étant reliées à d'autres deuxièmes particules photoluminescentes 26, éventuellement par des deuxièmes ligands hydrophobes 70. [0048] Le dispositif optoélectronique 10 peut en outre comprendre une couche d'encapsulation, non représentée, isolante électriquement et recouvrant l'ensemble de la structure qui recouvre les blocs photoluminescents 23, 25. La couche d'encapsulation peut comprendre une matrice transparente aux rayonnements émis par les blocs photo-luminescents 23, 25. s'agit par exemple d'une matrice en polymère, éventuellement photosensible, notamment en polymère acrylate ou syloxane, par exemple en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), une matrice en silicone, ou une matrice en dioxyde de silicium formé notamment par un procédé sol-gel. A titre de variante, la couche d'encapsulation peut être formée par un procédé de dépôt de couches minces atomiques (ALD, sigle anglais pour Atomic Layer Deposition). Des particules d'oxyde de titane (TiO,) peuvent être dispersées dans la matrice de façon à diffuser les rayonnements émis par les blocs photoluminescents 23, 25. A titre de variante, une couche d'alumine (A1203) ou d'un mélange A1203/TiO2 peut être déposée comme protection de la matrice ou à la place de celle-ci. [0049] Le support 12 correspond à une couche du dispositif optoélectronique 10. Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 10 comprend une matrice de diodes électroluminescentes et le support 12 correspond à une couche diélectrique recouvrant les diodes électroluminescentes et étant au moins en partie transparente au rayonnement émis par les diodes électroluminescentes. Les diodes électroluminescentes peuvent être des diodes électroluminescentes planaires dans lesquelles les diodes électroluminescentes sont formées par un empilement de couches semicon- 8 ductrices sensiblement planes. Les diodes électroluminescentes peuvent être des diodes électroluminescentes tridimensionnelles dans lesquelles la couche active de chaque diode électroluminescente est formée sur un élément semiconducteur tridimensionnel, par exemple un microfil, un nanofil, un élément conique, notamment une pyramide, ou un élément tronconique. [0050] Selon un mode de réalisation, chaque bloc photolumincscent 23, 25 est situé en vis- à-vis d'une diode électroluminescente et forme un sous-pixel d'affichage avec cette diode électroluminescente. Chaque bloc photolumincscent 23, 25 comprend des luminophores adaptés, lorsqu'ils sont excités par la lumière émis par la diode électroluminescente LED associée, à émettre de la lumière à une longueur d'onde différente de la longueur d'onde de la lumière émise par la diode électroluminescente associée. Selon un mode de réalisation, chaque pixel d'affichage comprend au moins deux types de blocs photoluminescents 23, 25. Le bloc photoluminescent 23 du premier type est adapté à convertir le rayonnement fourni par les diodes électroluminescentes en un premier rayonnement à une première longueur d'onde et le bloc photoluminescent 25 du deuxième type est adapté à convertir le rayonnement fourni par les diodes électroluminescentes en un deuxième rayonnement à une deuxième longueur d'onde. [0051] Selon un mode de réalisation, la première longueur d'onde correspond à de la lumière verte et est dans la plage de 510 nm à 570 nm. Selon un mode de réalisation, la deuxième longueur d'onde correspond à de la lumière rouge et est dans la plage de 600 nm à 720 nm. Inversement, la première longueur d'onde peut correspondre à de la lumière rouge et la deuxième longueur d'onde peut correspondre à de la lumière verte. Les diodes électroluminescentes LED sont par exemple adaptées à émettre un rayonnement dont la longueur d'onde est dans la gamme allant de 300 nm à 500 nm, ou de préférence de 400 nm à 480 nm. [0052] Chaque première particule photoluminescente 24 comprend un coeur 28 d'un premier matériau photoluminescent entourée par une première coque 30. Des premiers agents de surface 31 peuvent être présents en surface de chaque première coque 30. Chaque deuxième particule photoluminescente 26 comprend un coeur 32 d'un deuxième matériau photoluminescent entourée par une deuxième coque 34. Des deuxièmes agents de surface 35 peuvent être présents en surface de chaque deuxième coque 34. Chaque coque peut avoir une composition uniforme ou comprendre deux ou plus de deux couches sensiblement concentriques de compositions différentes. [0053] Les dimensions des coeurs 28, 32 dépendent notamment de la nature des premiers et deuxièmes matériaux photoluminescents. Le premier matériau photoluminescent et le deuxième matériau photoluminescent peuvent être chacun indépendamment un aluminate, un silicate, un nitrure, un fluorure ou un sulfure. La taille moyenne des premières ou deuxièmes particules de tels matériaux photoluminescents est comprise 9 entre 1 pm et 20 pm, de préférence entre 11.im et 10 !lm, encore plus préférentiellement entre 1 pm et 8µm. [0054] Selon un mode de réalisation, le premier matériau photoluminescent et le deuxième matériau photoluminescent peuvent être chacun indépendamment un aluminate, notamment un grenat d'aluminium et d'yttrium selon la formule (1) suivante : [0055] (Y3_,R1,)(A15,R20012 [0056] où R1 et R2 sont indépendamment choisis parmi les éléments comprenant les terres rares, les alcalino-terreux et les métaux de transition et x et y varient chacun et indépendamment de 0 à 1,5, de préférence de 0 à 1. De préférence, R1 et R2 sont indépendamment choisis parmi le groupe comprenant le cérium, le samarium, le gadolinium, le silicium, le baryum, le terbium, le strontium, le chrome, le praséodyme, le gallium, l'europium, l'erbium ou l'ytterbium. [0057] A titre d'exemple de nitrures absorbant et émettant de la lumière dans les gammes de longueurs d'onde souhaitées, on peut citer CaAlSiN3:Eu, (Ca,Sr)AlSiN':Eu, Ca2Si5NIR :Eu ou (Ca,Sr)Si5Ns:Eu. [0058] A titre d'exemple de fluorures absorbant et émettant de la lumière dans les gammes de longueurs d'onde souhaitées, on peut citer les fluorures de formule K2MF6:Mn (où M peut être Si, Ge, Sn ou Ti), NaYF4, NaLnF4 (où Ln est un lanthanide, notamment Ce, Sm, Pr, Eu, Th), Ln' i ,Ln'-,F3 (où Ln' et Ln' sont des terres rares) ainsi que leurs analogues dopés, par exemple NaYE4:Ln'/Ln2 et leurs analogues ayant une structure du type coeur @coque, notamment NaYF4:Ln'/Ln2@NaYE4, Ln'I,Ln2,