CN108054285A - 量子点薄膜的制备方法、电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

量子点薄膜的制备方法、电致发光器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种量子点薄膜的制备方法，包括：将量子点均匀分散于有机溶剂内，形成量子点溶液；将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中，形成量子点胶体溶液；提供一具有图案的衬底，并将量子点胶体溶液涂布在所述衬底上；提供一基板，并将涂布有量子点胶体溶液的衬底转移至所述基板上；对所述基板加热，使量子点胶体溶液朝远离所述基板的方向移动，在所述衬底表面形成量子点层状结构；移除所述基板，得到量子点薄膜。本发明还公开了一种电致发光器件及其制备方法。本发明利用热助自组装的方法，通过对基板进行加热，使其上方的量子点胶体溶液表面自组装形成量子点层状结构，简化了量子点薄膜的制备工艺，同时可提高量子点薄膜的发光效率。

Description

量子点薄膜的制备方法、电致发光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及量子点显示技术领域，尤其涉及一种量子点薄膜的制备方法、电致发光器件及其制备方法。
背景技术
量子点(quantumdots，QDs)作为下一代照明和显示器件的半导体材料，具备独特的光学性能，包括宽的激发谱、窄的发射谱、光色纯度高、发光量子效率高、发光颜色可调、使用寿命长等优点；同时量子点的制备过程具有操作简单、成本低、毒性小等有机合成无法比拟的优点。因此将量子点材料用于液晶显示技术领域，可以大幅度提高传统液晶显示器的色域，使液晶显示器的色彩还原能力得到增强。目前制备量子点薄膜的制备方法主要有两种：
1.溶液旋涂法(solutionprocess)，将量子点溶液滴到基片表面上，然后通过高速旋转将量子点溶液铺展到基底上形成均匀的薄膜；再将溶剂干燥，就可以得到稳定的量子点薄膜。然而溶液旋涂法难以将量子点转移至光器件或量子点堆叠的多层架构上，并且难以形成图案化量子点层结构，所以在光电器件中使用具有优异特性的量子点层存在许多限制。
2.量子点转印(transferprinting)，首先将量子点溶液涂在硅基板上，待溶剂蒸发之后，再将突起部分压制成量子点层，剥掉表层之后转压到玻璃基板上，就可以实现量子点到基板的转移。然而利用量子点转印的方法来进行制备量子点薄膜，该方法需要增加一步堆叠牺牲层的制程，以及溶解牺牲层的步骤，使工艺变得繁琐降低了效率，并且在牺牲层溶解的过程中，由于量子点层也进入溶液中，会对量子点造成损伤，损坏量子点层的性能。
以上两种量子点薄膜的制备方式都存在有些不完善的地方，因此，急需开发一种制备工艺简单、发光效率高的量子点薄膜，以助于量子点薄膜在量子点显示中的应用。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种量子点薄膜的制备方法、电致发光器件及其制备方法，可以简化量子点薄膜的制备工艺，同时可提高量子点薄膜的发光效率。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种量子点薄膜的制备方法，包括：
将量子点均匀分散于有机溶剂内，形成量子点溶液；
将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中，形成量子点胶体溶液；
提供一具有图案的衬底，并将量子点胶体溶液涂布在所述衬底上；
提供一基板，并将涂布有量子点胶体溶液的所述衬底转移至所述基板上；
对所述基板加热，使量子点胶体溶液朝远离所述基板的方向移动，在所述衬底表面形成量子点层状结构；
移除所述基板，得到量子点薄膜。
作为其中一种实施方式，所述将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中前，还包括对量子点与有机溶剂内的混合物进行过滤，得到粒径相对均匀的量子点溶液。
作为其中一种实施方式，所述将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中后，还包括对混合体系与量子点溶液的混合溶液进行搅拌。
作为其中一种实施方式，所述对所述基板加热过程中，还实时调节所述基板的加热温度以控制所述量子点层状结构的厚度。
作为其中一种实施方式，所述量子点选自如下材料中的一种：ZnS、ZnSe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、MnSe、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs。
或者，所述量子点选自如下材料中的一种：CdxZn1-xSe、CdxZn1-xS、CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、InxGa1-xP，其中，0＜x＜1。
或者，所述量子点选自如下材料中的一种：CuInSeS、InP/ZnS、ZnxCd1-xSe/ZnS、CdxZn1-xSySe1-y，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。
作为其中一种实施方式，所述有机溶剂选自正己烷、乙醇、乙酸乙酯、环己烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、甲醇、乙腈、环己烷、异丙醇和丙腈中的一种。
本发明的另一目的在于提供一种电致发光器件，包括：使用所述的量子点薄膜的制备方法制备的量子点薄膜、设于所述量子点薄膜一侧的电子传输层和阴极、设于所述量子点薄膜另一侧的空穴传输层、阳极和基板。
本发明的又一目的在于提供一种所述的电致发光器件的制备方法，包括：
提供一基板，在所述基板表面沉积形成阳极；
在所述阳极上制作空穴传输层；
采用接触印刷的方式，将量子点薄膜转移到空穴传输层上；
在量子点薄膜上制作电子传输层；
在电子传输层上方制作阴极。
本发明利用热助自组装的方法，通过对基板进行加热，使其上方的量子点胶体溶液表面自组装形成量子点层状结构，简化了量子点薄膜的制备工艺，同时可提高量子点薄膜的发光效率。
附图说明
图1为本发明实施例的量子点薄膜的制备过程示意图；
图2为本发明实施例的量子点薄膜的制备流程框图；
图3为本发明实施例的电致发光器件的结构示意图；
图4为本发明实施例的电致发光器件的制备方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1和2，本发明实施例的量子点薄膜主要是通过在衬底上形成量子点层状结构制作而成，其具体制备方法包括：
S01、将量子点100均匀分散于有机溶剂内，形成量子点溶液；
S02、将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中，形成量子点胶体溶液；
S03、提供一具有图案的衬底11，并将量子点胶体溶液涂布在衬底11上；
S04、提供一基板1，并将涂布有量子点胶体溶液的衬底11转移至基板1上；
S05、对基板1加热，使量子点胶体溶液朝远离基板1的方向移动，在衬底11表面形成量子点层状结构；
S06、移除基板1，得到量子点薄膜。
作为其中一种优选的实施方式，将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中前，还需要对量子点100与有机溶剂内的混合物进行过滤，得到粒径相对均匀的量子点溶液。将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中后，还需要对混合体系与量子点溶液的混合溶液进行搅拌，以使量子点均匀分布。
对基板1加热过程中，主要通过对基板1底部进行加热，以实现基板1上表面的量子点胶体溶液背离基板1运动的目的，该加热温度控制在50℃至90℃范围内。随着加热的进行，有机溶剂在与空气接触的界面进行挥发，会引导量子点胶体溶液向上朝该界面流动，在衬底11、量子点胶体溶液、空气的界面间的毛细力和球状量子点之间的排斥力的作用下，量子点会沿着界面自组装成多层形成有序的层叠的量子点层状结构，伴随着溶剂的挥发直至挥发完成，就可以在空气界面形成一层在高度方向上有序排列的量子点构成的薄膜。
在实际制备过程中，可以实时调节基板的加热温度控制溶剂的挥发速率，以此控制量子点层状结构的厚度。还可以通过选择不同的有机溶剂来调控有机溶剂的沸点，通过综合考虑加热温度与有机溶剂的种类，可以实现量子点薄膜的厚度的精确控制。
这里，量子点可选自如下的两种元素组成的材料中的一种：ZnS、ZnSe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、MnSe、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs。也可以选自如下的三种元素组成的材料中的一种：CdxZn1-xSe、CdxZn1-xS、CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、InxGa1-xP，其中，0＜x＜1。或者，选自如下的四种元素组成的材料中的一种：CuInSeS、InP/ZnS、ZnxCd1-xSe/ZnS、CdxZn1-xSySe1-y，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。
作为其中一种实施方式，有机溶剂选自正己烷、乙醇、乙酸乙酯、环己烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、甲醇、乙腈、环己烷、异丙醇和丙腈中的一种，这些有机溶剂的沸点低于100℃，可以方便地控制反应速率。该衬底11为透明材料制成，以便量子点薄膜应用在电致发光器件时可以供光线穿过。
如图3所示，应用该量子点薄膜10的电致发光器件包括：位于中间的量子点薄膜10、设于量子点薄膜一侧的电子传输层21和阴极30、设于量子点薄膜另一侧的空穴传输层41、阳极50和基板60。阴极30、电子注入层22、电子传输层21、量子点薄膜10、空穴传输层41、空穴注入层42、阳极50和基板60自上而下依次层叠设置。本实施例中，基板60为透明的基板，阳极50为铟锡氧化物ITO透明电极，阴极30为金属电极，ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极电极被施加电压，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层21和空穴传输层41，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到量子点薄膜10，并在量子点薄膜10中相遇复合，使量子点激发而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属的阴极30同时也起了反射层的作用。阳极50的材料也可以选择采用掺铝的氧化锌(AlZO)或掺铟的氧化锌(IZO)中的一种。
结合图4所示，与之相应地，当量子点薄膜10用作电致发光器件的发光层时，本发明提供的电致发光器件的制备方法包括：
a、提供一基板60，在基板60表面沉积形成阳极50，沉积方式采用化学沉积，沉积厚度为100-200nm；
b、在阳极50上制作空穴传输层41，以及空穴注入层42，空穴传输层41、空穴注入层42分别在阳极50上旋转涂布而成，空穴传输层41与空穴注入层42的厚度均为30-50nm；
c、采用接触印刷的方式，将制备的量子点薄膜10转移到空穴传输层41上；
d、在量子点薄膜10上制作电子传输层21，以及电子注入层22，电子传输层21、电子注入层22分别在量子点薄膜10上旋转涂布而成，电子传输层21、电子注入层22的厚度均为30-50nm；
e、在电子传输层21上方制作阴极30，阴极30通过蒸镀的方式形成在电子注入层22表面，封装后即可得到电致发光器件。
其中，空穴注入层42采用聚3,4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)、聚苯磺酸盐(PSS)的混合物，空穴传输层41可以选择1,2,4,5-四(三氟甲基)苯(TFB)、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](Poly-TPD)、4,4'-二(9-咔唑)联苯(CBP)、聚(9-乙烯咔唑)(PVK)中的一种；电子传输层可以选自n-ZnO、LiF中的一种；电子注入层22可以是TiO2、ZnO中的一种；阴极30可以是铝、银中的一种。
本发明利用热助自组装的方法，通过对基板进行加热，使其上方的量子点胶体溶液表面自组装形成量子点层状结构，简化了量子点薄膜的制备工艺，同时可提高量子点薄膜的发光效率。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种量子点薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
将量子点均匀分散于有机溶剂内，形成量子点溶液；
将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中，形成量子点胶体溶液；
提供一具有图案的衬底，并将量子点胶体溶液涂布在所述衬底上；
提供一基板，并将涂布有量子点胶体溶液的所述衬底转移至所述基板上；
对所述基板加热，使量子点胶体溶液朝远离所述基板的方向移动，在所述衬底表面形成量子点层状结构；
移除所述基板，得到量子点薄膜。
2.根据权利要求1所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中前，还包括对量子点与有机溶剂内的混合物进行过滤，得到粒径相对均匀的量子点溶液。
3.根据权利要求1所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述将量子点溶液转移至有机溶剂与水的混合体系中后，还包括对混合体系与量子点溶液的混合溶液进行搅拌。
4.根据权利要求1所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述对所述基板加热过程中，还实时调节所述基板的加热温度以控制所述量子点层状结构的厚度。
5.根据权利要求1-4任一所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述量子点选自如下材料中的一种：ZnS、ZnSe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、MnSe、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs。
6.根据权利要求1-4任一所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述量子点选自如下材料中的一种：CdxZn1-xSe、CdxZn1-xS、CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、InxGa1-xP，其中，0＜x＜1。
7.根据权利要求1-4任一所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述量子点选自如下材料中的一种：CuInSeS、InP/ZnS、ZnxCd1-xSe/ZnS、CdxZn1-xSySe1-y，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。
8.根据权利要求1-4任一所述的量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自正己烷、乙醇、乙酸乙酯、环己烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、甲醇、乙腈、环己烷、异丙醇和丙腈中的一种。
9.一种电致发光器件，其特征在于，包括：使用权利要求1-8任一所述的量子点薄膜的制备方法制备的量子点薄膜、设于所述量子点薄膜一侧的电子传输层(21)和阴极(30)、设于所述量子点薄膜另一侧的空穴传输层(41)、阳极(50)和基板(60)。
10.一种权利要求9所述的电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括：
提供一基板(60)，在所述基板(60)表面沉积形成阳极(50)；
在所述阳极(50)上制作空穴传输层(41)；
采用接触印刷的方式，将量子点薄膜(10)转移到空穴传输层(41)上；
在量子点薄膜(10)上制作电子传输层(21)；
在电子传输层(21)上方制作阴极(30)。
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