一种高分辨量子点像素化发光薄膜及其制备方法

1.本发明涉及量子点技术领域，尤其是指一种高分辨量子点像素化发光薄膜及其制备方法以及一种透明量子点发光二极管及其制备方法。


背景技术：

2.分辨率使显示器能够生动地呈现图像，是一个极其关键的参数。随着用于虚拟现实(vr，virtual reality)、增强现实(ar,augmented reality)和混合现实(mr，mix reality)的头戴式电子设备的出现，对明亮、高分辨率的电致发光(el，electroluminescent)设备的需求已经十分迫切。其中一项技术是ar，它是虚拟信息与现实世界的巧妙融合，不仅有效地反映了现实世界的内容，而且还促使虚拟信息的内容显示，这些内容是微妙的，相互叠加的。在可视化的ar中，用户需要在头盔显示的基础上提示现实世界能够与计算机图形重合，重合之后就可以完全看到周围的真实世界。因此，具有高分辨像素并能够呈现透明的近眼显示器对于实现增强现实和人工智能的实现非常重要。由于成本和材料的固有缺陷，液晶显示器和有机发光二极管(oled，organiclight-emitting diode)在实现近眼显示器的高分辨率方面有很大障碍。量子点(qds，quantum droplets)具有窄半峰宽度和宽色域的优良特性，被视为未来发光现实材料的有利竞争者。像素化是将其纳入显示、防伪和光学芯片应用的重要步骤。此外，使用qds制备的红色(r)、绿色(g)、和蓝色(b)微米/亚微米像素，具有在近眼观看距离内提供明亮生动的沉浸式内容图像而没有视觉不适的优势，使其成为显示领域的重要前沿。
3.目前，图案化量子点发光薄膜的方法主要包括纳米压印转印、喷墨打印和光刻等。然而，使用纳米压印转印技术进行图案转移和对位仍存在技术障碍，大规模生产的可扩展性和成熟度不足，该技术仍局限于实验室规模的演示。喷墨打印是一种被广泛研究和有前途的方法，可以制造出具有正常发光结构的图案化量子点发光薄膜。但是，由于干燥动力学不稳定，分辨率和厚度均匀性方面的问题依然存在。近年来，随着半导体技术的发展和国家光刻设备的开发和应用，光刻技术由于具有大规模、快速制作qds图案的优势，已经成为高分辨率显示领域的研究热点，受到国内外研究机构的高度重视。随着采用光刻技术的量子点图案化技术的发展，研究表明，光刻技术在实现超高分辨率qds方面具有明显优势，如能够在所需衬底的大面积上形成微米到亚微米级的图案，能够同时在面板的大面积上定义图案，以及仅通过图案掩膜边缘衍射的光学来制备紫外线照射的图案，从而提供极高的图案质量。值得注意的是，qds是由数量有限的原子组成的，具有很大的表面能量，并且存在化学、光学或热不稳定性问题。因此，qds的结构易退化和光学性能不稳定问题是集成到高分辨率显示和成像传感器系统设备阵列中的一个主要挑战。qds需要溶液处理，而oled中使用的有机发光体可以通过热蒸发处理进行图案化。传统的光刻技术使用一种可光刻的聚合物层，即光刻胶，它作为掩膜层涂在量子点薄膜上，然后通过显影进行去图案化。然而，用于光刻沉积和显影的溶液处理会损害底层的qds层。此外，为了获得全彩的rgb图像，至少要进行三次光刻工艺，这将对已经有图案的qds层造成不可避免的损害。破损的图案会影响器件的
发光性能，甚至会妨碍显示图像的完整呈现。由此可见，用传统的光刻胶进行图案制作会对qds产生破坏性的损害。
4.综上所述，现有的制备图案化量子点发光薄膜的方法需要在qds层上使用用于光刻沉积和显影的溶液，会对qds层造成损害，影响器件的发光性能，导致显示图案无法完整呈现。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中制备图案化量子点发光薄膜的方法需要在qds层上使用用于光刻沉积和显影的溶液，会对qds层造成损害的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法，包括：
7.将光刻胶旋涂在基底表面；
8.对旋涂有光刻胶的基底进行烘干；
9.使用光刻设备对烘干后的基底进行曝光处理；
10.将显影剂涂敷在基底表面的预设位置进行显影，得到光刻胶图案层；
11.利用硅烷的自组装技术在所述光刻胶图案层表面沉积pfts绝缘层；
12.去除所述pfts绝缘层中的光刻胶图案，得到具有网状图案的pfts绝缘层；
13.将pei溶液旋涂于所述具有网状图案的pfts绝缘层表面，得到pei层；
14.将qd溶液滴在所述pei层表面以沉积qd层，获得高分辨量子点像素化发光薄膜。
15.在本发明的一个实施例中，所述将光刻胶旋涂在基底表面前还包括：
16.依次使用丙酮和异丙酮清洗基底；
17.将清洗后的基底放置于加热台进行干燥。
18.在本发明的一个实施例中，所述将qd溶液滴在所述pei层表面以沉积qd层，获得高分辨量子点像素化发光薄膜后还包括使用扫描电子显微镜中的能量色散光谱仪检测所述高分辨量子点像素化发光薄膜表面的元素分布。
19.在本发明的一个实施例中，所述基底为透明导电薄膜玻璃或硅片。
20.在本发明的一个实施例中，所述光刻胶图案的形状包括但不限于圆形、方形、六边形。
21.在本发明的一个实施例中，所述pei溶液为pei水溶液。
22.本发明还提供了一种高分辨量子点像素化发光薄膜，所述高分辨量子点像素化发光薄膜为通过上述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法制备得到的。
23.本发明还提供了一种透明量子点发光二极管制备方法，包括：
24.提供使用上述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法制备得到的具有网状图案的pfts绝缘层；
25.将胶体掺杂的氧化物半导体溶液旋涂至所述具有网状图案的pfts绝缘层表面，得到电子传输层；
26.将pei溶液旋涂于所述电子传输层表面，得到pei层；
27.将qd溶液滴在所述pei层表面以沉积qd层；
28.将氯苯溶液旋涂在所述qd层表面，得到空穴传输层；
29.将具有预设图案的kaoton胶带作为掩模版放置于所述空穴传输层表面第一预设位置，将银纳米线涂敷在所述掩模版表面，得到阴电极；
30.将具有预设图案的kaoton胶带作为掩模版放置于所述空穴传输层表面第二预设位置，将氧化铟锡涂敷在所述掩模版表面，得到阳电极。
31.在本发明的一个实施例中，所述pei溶液为pei乙醇溶液。
32.本发明还提供了一种透明量子点发光二极管，所述透明量子点发光二极管为通过上述的透明量子点发光二极管制备方法制备得到的。
33.本发明提供的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法包括：将光刻胶旋涂在基底表面并对基底进行烘干和曝光处理；将显影剂涂敷在基底表面的预设位置，得到光刻胶图案层；利用硅烷的自组装技术在光刻胶图案层表面沉积pfts绝缘层；去除pfts绝缘层中的光刻胶图案；将pei溶液旋涂于pfts绝缘层表面，得到pei层；最后将qd溶液滴在pei层表面以沉积qd层。本发明利用硅烷的疏水性实现了去润湿效果从而实现量子点像素化，又利用pfts的疏水性使得pei溶液自发沉积到光刻胶图案的位置，最后基于qd溶液和pei溶液之间的静电作用，使得qd溶液自发吸附至pei溶液中，获得高分辨量子点像素化发光薄膜。避免了在qds层直接进行光刻，防止了该过程对于qds层的损伤，提高了qds层的成膜质量，钝化了qds层的表面缺陷。
附图说明
34.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
35.图1是本发明提供的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法流程图；
36.图2是本发明提供的高分辨量子点像素化发光薄膜制备流程示意图；
37.图3中的(a)是本发明提供的一种验证结果示意图；
38.图3中的(b)是本发明提供的第二种验证结果示意图；
39.图3中的(c)是本发明提供的第三种验证结果示意图；
40.图3中的(d)是本发明提供的第四种验证结果示意图；
41.图4是本发明提供的一种高分辨量子点像素化发光薄膜的荧光显微镜图像；
42.图5中的(a)是本发明提供的第二种高分辨量子点像素化发光薄膜的荧光显微镜图像；
43.图5中的(b)是本发明提供的第三种高分辨量子点像素化发光薄膜的荧光显微镜图像；
44.图6是本发明提供的一种透明量子点发光二极管制备方法流程图。
具体实施方式
45.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
46.实施例1：
47.参照图1所示为发明提供的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法流程图，包括：
48.s10：将光刻胶旋涂在基底表面。
49.可选地，该基底可以是透明导电薄膜玻璃或硅片。
50.在一些实施例中，步骤s10前还包括使用依次使用丙酮和异丙酮清洗基底；将清洗后的基底放置于加热台进行干燥。
51.示例地，可以使用丙酮或异丙醇依次对基底进行清洗，之后将基底放置于加热台，在110℃下干燥10分钟，以防止基底上的水分对后续旋涂的光刻胶产生影响。待基底干燥冷却后将光刻胶az5214涂敷于整个基底，以3500rpm的速度旋涂40秒。
52.在其他实施例中，对基底进行干燥时还可以设定其他温度和时间，以防止基底表面水分对光刻胶的影响；可选地，还可以采用其他光刻胶涂敷在基底表面，本技术对此不做限定。
53.s20：对旋涂有光刻胶的基底进行烘干。
54.在一些实施例中，步骤s20的具体实现方式为：将基底在105℃下烘干5分钟，以提高光刻胶与基底之间的作用力，防止光刻胶在之后的显影过程中出现脱落。
55.在其他实施例中，在对基底进行烘干时还可以设定其他温度和时间，本技术对此不做限定。
56.s30：使用光刻设备对烘干后的基底进行曝光处理。
57.在本实施例中，采用的光刻设备为arm/6/350/nuv/dccd/bsv/m,usa，在其他实施例中也可以使用其他型号的光刻设备，本技术对此不做限定。
58.s40：将显影剂涂敷在基底表面的预设位置进行显影，得到光刻胶图案层，如图2中的(a)所示。
59.可选地，光刻胶图案层上的图案形状可以是圆形、方形、六边形等。
60.在本实施例中，采用的显影剂为az400k，在其他实施例中，也可以采用其他显影剂，本技术对此不做限定。
61.s50：利用硅烷的自组装技术在光刻胶图案层表面沉积全氟辛基三氯硅烷(perfluorooctyltrichlorosilane，pfts)绝缘层，如图2中的(b)所示。
62.可选地，该硅烷可以是氟硅烷或其他具有疏水性的功能性硅烷。这是因为利用硅烷的疏水性可以实现去润湿效果从而实现qd像素化，并且将其作为绝缘层，还可以在之后的pei溶液和光刻胶图案交替过程中使用。
63.s60：去除pfts绝缘层中的光刻胶图案，得到具有网状图案的pfts绝缘层，如图2中的(c)所示。
64.s70：将聚乙烯亚胺(polyethylenimine，pei)溶液旋涂于具有网状图案的pfts绝缘层表面，得到pei层。
65.将pei溶液旋涂在pfts绝缘层表面后，由于pfts的疏水性，pei溶液会自发沉积到亲水区域，即最初的光刻胶图案区域，如图2中的(d)所示。
66.具体地，本实施例中的pei溶液采用pei水溶液。
67.s80：将量子点qd溶液滴在pei层表面以沉积qd层，获得高分辨量子点像素化发光薄膜。
68.由于qd溶液和pei溶液之间的静电作用，qd溶液会自发地吸附至pei溶液中，即最初的光刻胶图案区域，如图2中的(e)所示，最终获得高分辨量子点像素化发光薄膜，如图2中的(f)所示。
69.本实施例提供的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法使用具有疏水性的硅烷沉积绝缘层以构成去润湿层，并利用pei溶液和qd溶液之间的静电作用构成电吸附层，由于其表面的自由能不同，qds经历了除湿，并且有选择地进行沉积，以构建图案。该方法不需要在qds层上进行光刻，避免了该过程使用的沉积和显影溶液对qds层造成的损害，提高了qds层的成膜质量，钝化了qds层的表面缺陷。
70.为了验证上述方案，本实施例在获得高分辨量子点像素化发光薄膜后还采用了扫描电子显微镜(sem)自带的能量色散光谱仪(eds)来检测最终获得的高分辨量子点像素化发光薄膜表面的元素分布，检测结果如下：
71.如图3中的(a)和(b)所示，n元素信号主要集中在最初的光刻胶图案区域，其他区域几乎不存在n元素信号，由此可知，pei溶液基于pfts绝缘层的疏水性主要集中在最初的光刻胶图案区域形成了电吸附层。
72.如图3中的(c)和(d)所示，si元素的信号在最初光刻胶图案的外围区域，并且通过f元素信号的分布可以看出，pfts绝缘层主要分布在光刻胶图案的外围区域形成了去润湿层。
73.去润湿层和电吸附层交错分开的网状排列可以促使qd溶液被吸附在所需要的区域以获得高分辨量子点像素化发光薄膜，达到实现像素化的目的。
74.示例地，基于上述实施例及检测结果，本技术实施例还提供了三种利用该方法制备的高分辨量子点像素化发光薄膜，如图4所示为本实施例提供的线宽为5μm的具有线条图案的高分辨量子点像素化发光薄膜，如图5中的(a)所示为本实施例提供的分辨率为1104ppi的矩形图案的高分辨量子点像素化发光薄膜，如图5中的(b)所示为本实施例提供的分辨率为2522ppi的方形图案的高分辨量子点像素化发光薄膜。
75.除此之外，在其他实施例中，还基于上述制备方法制造出了最小尺寸为5μm
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5μm的闪锌矿(cdse)qd图案，其分辨率超过了2522ppi。
76.基于上述实施例1，本技术还提供了一种高分辨量子点像素化发光薄膜，该高分辨量子点像素化发光薄膜是采用上述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法得到的。
77.实施例2：
78.基于上述实施例1，本技术实施例还提供了一种透明量子点发光二极管制备方法，如图6所示为透明量子点发光二极管制备方法流程图，包括：
79.s200：提供使用上述实施例1的制备方法制备得到的具有网状图案的pfts绝缘层。
80.s210：将胶体掺杂的氧化物半导体溶液旋涂至具有网状图案的pfts绝缘层表面，得到电子传输层。
81.在本实施例中，步骤s210的具体实现方式为：将胶体掺杂的氧化物半导体溶液以2000rpm的速度在具有网状图案的pfts绝缘层表面旋涂40秒，得到电子传输层，并将基底放置在100℃的热板上退火20分钟。
82.示例地，本实施例中胶体掺杂的氧化物半导体溶液为胶体mg掺杂的zno纳米晶体溶液，可选地，在其他实施例中，也可以使用其他溶液，本技术对此不做限定。
83.s220：将pei溶液旋涂于电子传输层表面，得到pei层。
84.具体地，本实施例中的pei溶液为pei乙醇溶液。
85.可选地，在其他实施例中，还可以根据需要调整pei溶液浓度，以获得不同厚度的
pei层。
86.s230：将qd溶液滴在pei层表面以沉积qd层。
87.在本实施例中，步骤s230的具体实现方式为：将qd溶液滴在pei层表面以沉积qd层，并将基底在60℃下干燥数分钟以对qd层进行干燥。
88.s240：将氯苯溶液旋涂在qd层表面，获得空穴传输层。
89.在本实施例中，步骤s260的具体实现方式为：将浓度为8mg/ml的氯苯溶液以2000rpm的速度在qd层表面旋涂40秒，获得空穴传输层，并将基底在120℃下退火15分钟以得到透明量子点发光二极管的发光层。
90.s250：将具有预设图案的kaoton胶带作为掩模版放置于所述空穴传输层表面第一预设位置，将银纳米线(agnws)涂敷在所述掩模版表面，得到阴电极。
91.具体地，本实施例中的银纳米线采用浓度为8mg/ml的异丙醇溶液。
92.可选地，该kapton胶带上的预设图案可以根据需要利用激光打雕。
93.s260：将具有预设图案的kaoton胶带作为掩模版放置于所述空穴传输层表面第二预设位置，将氧化铟锡(ito)涂敷在所述掩模版表面，得到阳电极。
94.本技术实施例使用ito和agnws制作的透明电极同时具备高导电性和高可见光透过率，能够提高该透明量子点发光二极管的透光率。
95.基于上述实施例，本技术还提供了一种透明量子点发光二极管，该透明量子点发光二极管是通过上述的透明量子点发光二极管制备方法得到的。
96.本实施例中还利用阳电极和阴电极的交点定义了单个透明量子点发光二极管的有效面积为1mm*1mm，以便于进行探测和测量。
97.本实施例提供的透明量子点发光二极管利用pei层精确地调节高精度的qd图案，而pfts绝缘层作为阻挡层，抑制了电荷载流子传输层之间的巨大泄漏电流，提高了透明量子点发光二极管的性能，且利用此方法制作的透明量子点发光二极管分辨率从1104ppi到3031ppi不等，效率高达15.6％，并且其尺寸能够显著减小，以产生更高密度的led像素阵列。除此之外，该透明量子点发光二极管的透光率高达90.7％，具有高效率和高透光率，有望在未来用于增强现实显示技术和汽车抬头显示设备。
98.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法，其特征在于，包括：将光刻胶旋涂在基底表面；对旋涂有光刻胶的基底进行烘干；使用光刻设备对烘干后的基底进行曝光处理；将显影剂涂敷在基底表面的预设位置进行显影，得到光刻胶图案层；利用硅烷的自组装技术在所述光刻胶图案层表面沉积pfts绝缘层；去除所述pfts绝缘层中的光刻胶图案，得到具有网状图案的pfts绝缘层；将pei溶液旋涂于所述具有网状图案的pfts绝缘层表面，得到pei层；将qd溶液滴在所述pei层表面以沉积qd层，获得高分辨量子点像素化发光薄膜。2.根据权利要求1所述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法，其特征在于，所述将光刻胶旋涂在基底表面前还包括：依次使用丙酮和异丙酮清洗基底；将清洗后的基底放置于加热台进行干燥。3.根据权利要求1所述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法，其特征在于，所述将qd溶液滴在所述pei层表面以沉积qd层，获得高分辨量子点像素化发光薄膜后还包括使用扫描电子显微镜中的能量色散光谱仪检测所述高分辨量子点像素化发光薄膜表面的元素分布。4.根据权利要求1所述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法，其特征在于，所述基底为透明导电薄膜玻璃或硅片。5.根据权利要求1所述高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法，其特征在于，所述光刻胶图案的形状包括但不限于圆形、方形、六边形。6.根据权利要求1所述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法，其特征在于，所述pei溶液为pei水溶液。7.一种高分辨量子点像素化发光薄膜，其特征在于，所述高分辨量子点像素化发光薄膜为通过权利要求1-6任一项所述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法制备得到的。8.一种透明量子点发光二极管制备方法，其特征在于，包括：提供使用权利要求1-6任一项所述的高分辨量子点像素化发光薄膜制备方法制备得到的具有网状图案的pfts绝缘层；将胶体掺杂的氧化物半导体溶液旋涂至所述具有网状图案的pfts绝缘层表面，得到电子传输层；将pei溶液旋涂于所述电子传输层表面，得到pei层；将qd溶液滴在所述pei层表面以沉积qd层；将氯苯溶液旋涂在所述qd层表面，得到空穴传输层；将具有预设图案的kaoton胶带作为掩模版放置于所述空穴传输层表面第一预设位置，将银纳米线涂敷在所述掩模版表面，得到阴电极；将具有预设图案的kaoton胶带作为掩模版放置于所述空穴传输层表面第二预设位置，将氧化铟锡涂敷在所述掩模版表面，得到阳电极。9.根据权利要求8所述的透明量子点发光二极管制备方法，其特征在于，所述pei溶液为pei乙醇溶液。
10.一种透明量子点发光二极管，其特征在于，所述透明量子点发光二极管为通过权利要求8所述的透明量子点发光二极管制备方法制备得到的。

技术总结
本发明涉及一种高分辨量子点像素化发光薄膜及其制备方法，属于量子点技术领域。该方法为：将光刻胶旋涂在基底上；对基底进行烘干；使用光刻设备对基底进行曝光；将显影剂涂敷在基底上的预设位置，得到光刻胶图案层；利用硅烷在光刻胶图案层上沉积绝缘层；去除绝缘层中的光刻胶图案；将PEI溶液旋涂于绝缘层上，得到PEI层；将QD溶液滴在PEI层上以沉积QD层。本发明利用硅烷的疏水性实现去润湿效果以实现量子点像素化，利用绝缘层的疏水性使PEI溶液自发沉积到光刻胶图案位置，又基于QD溶液和PEI溶液间的静电作用，使QD溶液吸附至PEI溶液中，获得高分辨量子点像素化发光薄膜，提高了成膜质量，钝化了QDs层的表面缺陷。钝化了QDs层的表面缺陷。钝化了QDs层的表面缺陷。


技术研发人员：陈煜 罗成招 任振伟
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/9/12