一種基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法與流程

本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法。

技術(shù)背景

隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)顯示裝置的顯示質(zhì)量要求越來越高。量子點(diǎn)材料(quantumdots)作為一種新型的熒光材料日益受到廣泛關(guān)注。量子點(diǎn)材料是指粒徑在1-100nm的半導(dǎo)體晶粒。對(duì)比傳統(tǒng)熒光材料，量子點(diǎn)材料可發(fā)出高純度的單色光，發(fā)光效率更高，因此顯示色彩更鮮艷、對(duì)比度高，節(jié)能高效的同時(shí)帶來更好的顯示效果，具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)和潛力。量子點(diǎn)材料受到廣泛的關(guān)注，量子點(diǎn)顯示技術(shù)也在迅速地崛起。

量子點(diǎn)顯示技術(shù)對(duì)比現(xiàn)有液晶顯示和oled顯示技術(shù)，具有色域覆蓋寬廣、色彩純度高、性能穩(wěn)定和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此更加節(jié)能高效，同時(shí)提高色彩對(duì)比度和清晰度，提供更好的顯示質(zhì)量。量子點(diǎn)顯示技術(shù)的難點(diǎn)在于高質(zhì)量高精度rgb量子點(diǎn)陣列的成型。目前，量子點(diǎn)顯示技術(shù)對(duì)于彩膜基板的制造工藝主要為印刷法、噴墨法和光刻法等，制造方法不夠成熟且存在很多缺陷。噴墨法雖精度較高但成本較高，實(shí)現(xiàn)難度大。印刷法和光刻法制造成本較低，但精度不夠高，影響顯示器的顯示質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量地制造rgb量子點(diǎn)陣列，對(duì)量子點(diǎn)顯示技術(shù)具有巨大的推動(dòng)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法，該方法制造成本低并能實(shí)現(xiàn)高精度控制。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為。

一種基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法，包括以下步驟：

（1）陣列模板的制備和處理：利用光刻和刻蝕工藝將導(dǎo)電平板表面加工出所需圖形的微柱陣列結(jié)構(gòu)，作為靜電誘導(dǎo)過程的陣列模板；

（2）量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的制備及涂覆：配置量子點(diǎn)的前驅(qū)體溶液及不良溶劑；將前驅(qū)體溶液涂覆于下平板的上表面形成量子點(diǎn)前驅(qū)體層，再將不良溶劑涂覆于上平板的下表面形成不良溶劑層；

（3）靜電誘導(dǎo)極板的放置：將陣列模板的微柱陣列結(jié)構(gòu)面朝下放置在上平板的無溶液面上，將上、下平板涂覆溶液的表面向內(nèi)放置，兩板間放置墊塊后壓緊并水平放置，使上、下平板間留有空氣間隙；

（4）靜電誘導(dǎo)成型：將陣列模板接直流電源正極，下平板接直流電源負(fù)極，打開電源進(jìn)行靜電誘導(dǎo)；靜電誘導(dǎo)結(jié)束后，將上平板置于烤箱烘烤使多余的不良溶劑層烘干，留下所需的量子點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)，得到量子點(diǎn)薄膜。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述陣列模板為導(dǎo)電板料，材料為銅、鐵和鋁中的任意一種。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述微柱陣列為圓柱陣列和方柱陣列中的任意一種。

更進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述微柱間的中心軸距離范圍為0.5-15μm。

更進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述圓柱陣列的直徑范圍為0.1-10μm，圓柱高度范圍為1-100μm。

更進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述方柱陣列的底面邊長范圍為0.1-10μm，方柱高度范圍為1-100μm。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述量子點(diǎn)為鈣鈦礦量子點(diǎn)。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述量子點(diǎn)的發(fā)光顏色為紅、綠和藍(lán)中任意一種。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液的配制為：將鹵化鉛和鹵化銫溶于二甲基甲酰胺（dmf）中，加入表面活性劑油胺和油酸，攪拌完全溶解后得到量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液。

更進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液中，鹵族元素包括cl、br和i中的一種以上，銫、鉛與鹵族元素的摩爾比為1:1:3，二甲基甲酰胺、油酸和油胺的體積比為20:2:1。

更進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液的濃度為0.01-0.03g/ml。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述量子點(diǎn)前驅(qū)體層的厚度范圍為1-100μm。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述上平板、下平板均為ito導(dǎo)電玻璃和高參雜導(dǎo)電硅片中的任意一種。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述涂覆的方法為刮涂、旋涂和噴涂中的任意一種。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述不良溶劑選自甲苯、二甲苯、二氯甲烷和氯仿中的任意一種。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述不良溶劑層的厚度范圍為1-100μm。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述墊塊的材料包括玻璃。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述空氣間隙的厚度范圍為10μm-1000μm。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述墊塊的高度范圍為10μm-1000μm。

進(jìn)一步地，步驟（4）中，所述靜電誘導(dǎo)過程的電壓范圍為50-500v，靜電誘導(dǎo)的時(shí)間范圍為1-30min。

進(jìn)一步地，步驟（4）中，所述烘烤的溫度為60-120℃，烘烤的時(shí)間為1-10min。

進(jìn)一步地，改變量子點(diǎn)的熒光顏色，重復(fù)步驟（3）和（4），制備具有rgb陣列的彩膜基板。

本發(fā)明方法進(jìn)行圖形化量子點(diǎn)薄膜的制備，靜電誘導(dǎo)過程中，由于陣列模板的微柱下方區(qū)域的電荷更集中，靜電力更大，前驅(qū)體層在靜電力作用下發(fā)生變形，被吸附到微柱下方，與不良溶劑層接觸析出量子點(diǎn)，生成的量子點(diǎn)呈陣列分布，留下所需的量子點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)。通過改變陣列模具形貌、電壓及靜電誘導(dǎo)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)彩膜基板成型效果的調(diào)控。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

（1）本發(fā)明采用靜電誘導(dǎo)和微結(jié)構(gòu)模板結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)彩膜基板的制備，將量子點(diǎn)的制備過程和量子點(diǎn)彩膜陣列的成型過程結(jié)合在一起，一步到位；

（2）本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，效率高，控制精度高，適用于紅、綠、藍(lán)量子點(diǎn)彩膜的成型，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，降低了制造成本，適于大規(guī)模生產(chǎn)過程。

附圖說明

圖1為基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法的流程圖；

圖2為靜電誘導(dǎo)成型的裝置示意圖；

圖3為圓柱陣列模板的二等角軸測(cè)圖；

圖4為方柱陣列模板的二等角軸測(cè)圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，為基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法的流程圖，包括陣列模板的制備和處理、量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的制備和涂覆、靜電誘導(dǎo)極板的放置以及靜電誘導(dǎo)成型。

靜電誘導(dǎo)成型的裝置示意圖如圖2所示，包括陣列模板1、上平板2、不良溶劑層3、量子點(diǎn)前驅(qū)體層4、墊塊5和下平板6；陣列模板1的微柱陣列結(jié)構(gòu)面朝下放置在上平板2的無溶液面上，上平板2涂覆有不良溶劑的表面和下平板6涂覆有前驅(qū)體溶液的表面向內(nèi)放置，兩板間放置墊塊5，使上、下平板間留有空氣間隙；上平板2涂覆有不良溶劑的表面上形成不良溶劑層，下平板6涂覆有前驅(qū)體溶液的表面形成量子點(diǎn)前驅(qū)體層。

通過光刻和刻蝕得到的陣列模板的表面的微柱陣列結(jié)構(gòu)包括圓柱陣列和方柱陣列中的任意一種，且微柱間的中心軸距離范圍為0.5-15μm；圖3為圓柱陣列模板的二等角軸測(cè)圖，圓柱陣列的直徑范圍為0.1-10μm，圓柱高度范圍為1-100μm；圖4為方柱陣列模板的二等角軸測(cè)圖，方柱陣列的底面邊長范圍為0.1-10μm，方柱高度范圍為1-100μm。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法，包括以下步驟：

（1）陣列模板的制備和處理：選取一塊尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的矩形紫銅平板，利用光刻和刻蝕工藝將紫銅平板一個(gè)表面加工出所需的微柱陣列圖形結(jié)構(gòu)，作為靜電誘導(dǎo)過程的陣列模板；加工所得微柱陣列為圓柱陣列，圓柱陣列的微圓柱底面直徑為2μm，微圓柱高度范圍為4μm，陣列模具相鄰微柱間中心軸距離為5μm；在陣列模具的無結(jié)構(gòu)表面粘貼電極和導(dǎo)線，連接直流電源正極。

（2）量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的制備：量子點(diǎn)反應(yīng)溶液包括量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液和不良溶劑；

選取鈣鈦礦量子點(diǎn)作為量子點(diǎn)材料，先稱取0.0371gpbcl2、0.0984gpbbr2、0.018gcscl及0.0454gcsbr(摩爾比為cs:pb:cl:br＝1:1:1:2)溶解于10ml的dmf中并加入1ml油酸和0.5ml油胺；因?yàn)閜bcl2和cscl較難溶解，故加入3ml二甲基亞砜(dmso)助溶；將混合液攪拌溶解10min，制得前驅(qū)體溶液；選取甲苯為不良溶劑；所有操作過程均在常溫常壓下進(jìn)行，不需要保護(hù)氣體。

（3）量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的涂覆：選取尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的矩形高參雜導(dǎo)電硅片作為上平板；將上平板固定在旋涂機(jī)上，用注射器抽取量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液將上平板表面涂滿，打開旋涂機(jī)以800r/min的轉(zhuǎn)速旋涂20s，得到厚度為80μm的前驅(qū)體層；再選取尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的ito導(dǎo)電玻璃作為下平板，將下平板固定在旋涂機(jī)上，用注射器抽取不良溶劑甲苯將下平板表面涂滿，打開旋涂機(jī)以800r/min的轉(zhuǎn)速旋涂20s，得到厚度為80μm的不良溶劑層；取下下平板，在下平板無溶液表面粘貼電極和導(dǎo)線，連接到直流電源的負(fù)極。

（4）靜電誘導(dǎo)極板的放置：將陣列模板微結(jié)構(gòu)面朝下放置在上平板無溶液面上，用不導(dǎo)電夾具夾持上、下平板使其涂覆溶液的表面向內(nèi)并水平平行放置，平板間放置兩小塊厚度50μm的玻璃片作為墊塊，使得極板間留有厚度范圍為50μm的空氣間隙。

（5）靜電誘導(dǎo)成型：將陣列模板接直流電源正極，下平板接直流電源負(fù)極，打開電源進(jìn)行靜電誘導(dǎo)，在極板間施加250v電壓，通電時(shí)間為10min。由于陣列模板微柱下方區(qū)域的電荷更集中，靜電力更大，前驅(qū)體層在靜電力作用下發(fā)生變形時(shí)首先被吸附到微柱下方，與不良溶劑層接觸析出量子點(diǎn)，生成的量子點(diǎn)呈陣列分布。通電10min后斷開電源，取出上平板置于溫度范圍為80℃的烤箱中烘烤5min，將上平板上多余的不良溶劑層烘干，留下所需的量子點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)。

改變量子點(diǎn)材料熒光顏色并采用相應(yīng)陣列模板重復(fù)上述操作，實(shí)現(xiàn)具有rgb陣列的彩膜基板的制備。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法，包括以下步驟：

（1）陣列模板的制備和處理：選取一塊尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的矩形紫銅平板，利用光刻和刻蝕工藝將紫銅平板一個(gè)表面加工出所需的微柱陣列圖形結(jié)構(gòu)，作為靜電誘導(dǎo)過程的陣列模板；加工所得微柱陣列為方柱陣列，方柱陣列的微方柱底面邊長為0.1μm，微方柱高度為1μm，陣列模具相鄰微柱間中心軸距離為0.5μm；在陣列模具的無結(jié)構(gòu)表面粘貼電極和導(dǎo)線，連接直流電源正極。

（2）量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的制備：量子點(diǎn)反應(yīng)溶液包括量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液和不良溶劑；

選取鈣鈦礦量子點(diǎn)作為量子點(diǎn)材料，先稱取0.0270gpbcl2、0.0717gpbbr2、0.0131gcscl及0.0331gcsbr(摩爾比為cs:pb:cl:br＝1:1:1:2)溶解于10ml的dmf中并加入1ml油酸和0.5ml油胺；因?yàn)閜bcl2和cscl較難溶解，故加入3ml二甲基亞砜(dmso)助溶；將混合液攪拌溶解10min，制得前驅(qū)體溶液；選取甲苯為不良溶劑；所有操作過程均在常溫常壓下進(jìn)行，不需要保護(hù)氣體。

（3）量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的涂覆：選取尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的矩形高參雜導(dǎo)電硅片作為上平板；將上平板固定在旋涂機(jī)上，用注射器抽取量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液將上平板表面涂滿，打開旋涂機(jī)以1800r/min的轉(zhuǎn)速旋涂120s，得到厚度為1μm的前驅(qū)體層；再選取尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的ito導(dǎo)電玻璃作為下平板，將下平板固定在旋涂機(jī)上，用注射器抽取不良溶劑甲苯將下平板表面涂滿，打開旋涂機(jī)以1800r/min的轉(zhuǎn)速旋涂120s，得到厚度為1μm的不良溶劑層；取下下平板，在下平板無溶液表面粘貼電極和導(dǎo)線，連接到直流電源的負(fù)極。

（4）靜電誘導(dǎo)極板的放置：將陣列模板微結(jié)構(gòu)面朝下放置在上平板無溶液面上，用不導(dǎo)電夾具夾持上、下平板使其涂覆溶液的表面向內(nèi)并水平平行放置，平板間放置兩小塊厚度10μm的玻璃片作為墊塊，使得極板間留有厚度范圍為10μm的空氣間隙。

（5）靜電誘導(dǎo)成型：將陣列模板接直流電源正極，下平板接直流電源負(fù)極，打開電源進(jìn)行靜電誘導(dǎo)，在極板間施加50v電壓，通電時(shí)間為1min。由于陣列模板微柱下方區(qū)域的電荷更集中，靜電力更大，前驅(qū)體層在靜電力作用下發(fā)生變形時(shí)首先被吸附到微柱下方，與不良溶劑層接觸析出量子點(diǎn)，生成的量子點(diǎn)呈陣列分布。通電1min后斷開電源，取出上平板置于溫度范圍為60℃的烤箱中烘烤1min，將上平板上多余的不良溶劑層烘干，留下所需的量子點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)。

改變量子點(diǎn)材料熒光顏色并采用相應(yīng)陣列模板重復(fù)上述操作，實(shí)現(xiàn)具有rgb陣列的彩膜基板的制備。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種基于靜電誘導(dǎo)的圖形化量子點(diǎn)薄膜制備方法，包括以下步驟：

（1）陣列模板的制備和處理：選取一塊尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的矩形紫銅平板，利用光刻和刻蝕工藝將紫銅平板一個(gè)表面加工出所需的微柱陣列圖形結(jié)構(gòu)，作為靜電誘導(dǎo)過程的陣列模板；加工所得微柱陣列為圓柱陣列，圓柱陣列的微圓柱底面直徑為10μm，微方柱高度為100μm，陣列模具相鄰微柱間中心軸距離為15μm；在陣列模具的無結(jié)構(gòu)表面粘貼電極和導(dǎo)線，連接直流電源正極。

（2）量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的制備：量子點(diǎn)反應(yīng)溶液包括量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液和不良溶劑；

選取鈣鈦礦量子點(diǎn)作為量子點(diǎn)材料，先稱取0.0811gpbcl2、0.2152gpbbr2、0.0394gcscl及0.0993gcsbr(摩爾比為cs:pb:cl:br＝1:1:1:2)溶解于10ml的dmf中并加入1ml油酸和0.5ml油胺；因?yàn)閜bcl2和cscl較難溶解，故加入3ml二甲基亞砜(dmso)助溶；將混合液攪拌溶解10min，制得前驅(qū)體溶液；選取甲苯為不良溶劑；所有操作過程均在常溫常壓下進(jìn)行，不需要保護(hù)氣體。

（3）量子點(diǎn)反應(yīng)溶液的涂覆：選取尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的矩形高參雜導(dǎo)電硅片作為上平板；將上平板固定在旋涂機(jī)上，用注射器抽取量子點(diǎn)前驅(qū)體溶液將上平板表面涂滿，打開旋涂機(jī)以600r/min的轉(zhuǎn)速旋涂10s，得到厚度為100μm的前驅(qū)體層；再選取尺寸為50mm×100mm、厚度為2mm的ito導(dǎo)電玻璃作為下平板，將下平板固定在旋涂機(jī)上，用注射器抽取不良溶劑甲苯將下平板表面涂滿，打開旋涂機(jī)以600r/min的轉(zhuǎn)速旋涂10s，得到厚度為100μm的不良溶劑層；取下下平板，在下平板無溶液表面粘貼電極和導(dǎo)線，連接到直流電源的負(fù)極。

（4）靜電誘導(dǎo)極板的放置：將陣列模板微結(jié)構(gòu)面朝下放置在上平板無溶液面上，用不導(dǎo)電夾具夾持上、下平板使其涂覆溶液的表面向內(nèi)并水平平行放置，平板間放置兩小塊厚度1000μm的玻璃片作為墊塊，使得極板間留有厚度范圍為1000μm的空氣間隙。

（5）靜電誘導(dǎo)成型：將陣列模板接直流電源正極，下平板接直流電源負(fù)極，打開電源進(jìn)行靜電誘導(dǎo)，在極板間施加500v電壓，通電時(shí)間為30min。由于陣列模板微柱下方區(qū)域的電荷更集中，靜電力更大，前驅(qū)體層在靜電力作用下發(fā)生變形時(shí)首先被吸附到微柱下方，與不良溶劑層接觸析出量子點(diǎn)，生成的量子點(diǎn)呈陣列分布。通電30min后斷開電源，取出上平板置于溫度范圍為120℃的烤箱中烘烤10min，將上平板上多余的不良溶劑層烘干，留下所需的量子點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)。

改變量子點(diǎn)材料熒光顏色并采用相應(yīng)陣列模板重復(fù)上述操作，實(shí)現(xiàn)具有rgb陣列的彩膜基板的制備。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。