CN111584724A - 多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法 - Google Patents

多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法。所述制造方法包含步骤：(a)将一量子点材料与一两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中，以形成一量子点材料两亲性聚合物混溶溶液；(b)将所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液通过一湿法工艺制备成膜，以形成一量子点材料两亲性聚合物薄膜；(c)将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜浸入一极性质子溶剂；及(d)将浸入所述极性质子溶剂的所述量子点材料两亲性聚合物薄膜取出后干燥，以形成一多孔状的量子点材料两亲性聚合物薄膜。所述多孔状的量子点材料两亲性聚合物薄膜可以提升量子点的光吸收及光发射取出效率，进而提升量子点膜层的光转换效率。

Description

多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法
技术领域
本发明是有关于一种多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法，特别是有关于一种用于显示装置的多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法。
背景技术
现今，量子材料具有发光效率高、光谱窄、全光谱可调的显着优势，非常适合应用于显示等发光应用。事实上，量子点已应用于显示屏上。市面上可以购买的量子点电视，既是利用量子点材料优异的发光特性作为下转换膜层，通过蓝色背光源的激发，获得高色纯度的红、绿色，进而提高整个显示画面的色域。
但是，现有的量子点薄膜的发光效率并不高，因为相邻量子点之间会互相干扰，从而降低发光强度，以及光吸收率和光提取率不佳等因素，造成现有的量子点薄膜的光效率偏低。较低的光转换效率，直接影响显示器的能量利用及显示亮度，不利于高性能电子产品的进一步发展。因此提升量子点膜层的受激发光效率，对于高端显示等电子器件的发展具有重要的实用价值。
现有的一个方法是使用液相化学法制备量子点。但由于在液相合成，会含许多未反应的单体或溶剂分子，纯化较为烦琐，且易吸附在量子点表面，造成量子点材料分布不均，进而影响量子点薄膜的出光效率。
再者，现有另一制备量子点的方法为溶液-凝胶法(Sol-Gel Synthesis)，最常使用的为四乙基硅酸盐(Tetra ethyl Ortho Silicate,Si(OC2H5)4)TEOS,)与乙醇，可藉由原材料比例、催化剂、及其他催化剂等条件来控制制备多孔性的二氧化硅薄膜。但此种方法能够制备的量子点薄膜尺寸小，尺寸分布小，产物表面较不净，仅适合用于介电材及隔热材，不适合用于显示装置中的量子点薄膜。
故，有必要提供一种多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法，以解决现有技术所存在的相邻量子点之间会互相干扰，从而降低发光强度，以及光吸收率和光提取率不佳等因素，造成现有的量子点薄膜的光效率偏低的问题。
本发明的主要目的在于提供一种多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法，其可以通过在将一量子点材料与一两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中后形成一量子点薄膜，再将所述量子点薄膜浸入一极性质子溶剂以形成一多孔状的量子点薄膜，使得量子点材料分布在所述多孔状的量子点薄膜的孔洞结构中，进而避免相邻量子点之间互相干扰，从而增加发光强度。此外，所述多孔状的量子点薄膜可以改善光吸收率和光提取率等，造成本发明的量子点薄膜的光效率较现有技术中的量子点薄膜的光效率高。
本发明的次要目的在于提供一种用于量子点发光显示装置的多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法，其可以通过在将一量子点材料与一两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中后形成一量子点薄膜，再将所述量子点薄膜浸入一极性质子溶剂以形成一多孔状的量子点薄膜。本发明提出的制造方法相较于现有的量子点薄膜的制造方法的操作步骤简单，工艺要求低，能够制备的量子点薄膜尺寸大，尺寸分布广，产物表面洁净，适合用于显示装置中的量子点薄膜。
达成本发明的前述目的，本发明的一个实施例提供一种多孔状的量子点发光薄膜的制造方法，所述制造方法包含步骤：
(a)将一量子点材料与一两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中，以形成一量子点材料两亲性聚合物混溶溶液；
(b)将所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液通过一湿法工艺制备成膜，以形成一量子点材料两亲性聚合物薄膜；
(c)将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜浸入一极性质子溶剂；及
(d)将浸入所述极性质子溶剂的所述量子点材料两亲性聚合物薄膜取出后干燥，以形成一多孔状的量子点材料两亲性聚合物薄膜。
在本发明的一个实施例中，所述两亲性聚合物为聚苯乙烯-聚乙烯吡啶，或聚苯乙烯-聚乙烯醇。
在本发明的一个实施例中，所述混溶溶剂为二甲基甲酰胺、丙酮或乙腈。
在本发明的一个实施例中，在如上所述的步骤(a)中，所述量子点材料占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为1％至10％；所述两亲性聚合物占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为8％至25％。
在本发明的一个实施例中，在如上所述的步骤(b)中，形成所述量子点材料两亲性聚合物薄膜后，将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜于室温放置1秒至60秒。
在本发明的一个实施例中，所述湿法工艺为一刮涂工艺、一旋涂工艺或一丝网印刷工艺。
在本发明的一个实施例中，所述混溶溶剂与所述极性质子溶剂为可相混溶的。
在本发明的一个实施例中，所述极性质子溶剂为水、甲醇或乙醇。
在本发明的一个实施例中，所述量子点材料选自由以下组成的群组：氧化锌、硫化锌、硫化镉、硒化锌、硒化镉、硒化镓、碲化锌、碲化镉、碲化铅、氮化镓、磷化铟及砷化镓。
再者，本发明另一实施例另提供一种量子点发光显示装置，所述量子点发光显示装置包含：
一基板；
一显示器元件层；及
通过如上所述的多孔状的量子点发光薄膜的制造方法制造的一多孔状的量子点发光薄膜。
与现有技术相比较，本发明的多孔状的量子点发光薄膜及其制造方法制造的多孔状的量子点发光薄膜，其量子点材料分布在所述多孔状的量子点发光薄膜的孔洞结构中，进而避免相邻量子点之间互相干扰，从而增加发光强度。此外，所述多孔状的量子点薄膜可以改善光吸收率和光提取率等，造成本发明的量子点薄膜的光效率较现有技术中的量子点薄膜的光效率。再者，本发明提出的制造方法相较于现有的量子点薄膜的制造方法的操作步骤简单，工艺要求低，能够制备的量子点薄膜尺寸大，尺寸分布广，产物表面洁净，适合用于显示装置中的量子点薄膜。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1是本发明的一个实施例的多孔状的量子点发光薄膜的制造方法的流程示意图。
图2是本发明的一个实施例的量子点发光显示装置示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本文所用术语“量子点(quantum dot)材料”是指把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构的材料。其在三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2-20nm之间。常见的量子点由IV、II-VI，IV-VI或III-V族元素组成。通过对这种量子点材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色。
请参照图1所示，本发明实施例为达成本发明的前述目的，提供一种多孔状的量子点发光薄膜的制造方法，所述制造方法包含步骤：
步骤S11：将一量子点材料与一两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中，以形成一量子点材料两亲性聚合物混溶溶液；
步骤S12：将所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液通过一湿法工艺制备成膜，以形成一量子点材料两亲性聚合物薄膜；
步骤S13：将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜浸入一极性质子溶剂；及
步骤S14：将浸入所述极性质子溶剂的所述量子点材料两亲性聚合物薄膜取出后干燥，以形成一多孔状的量子点材料两亲性聚合物薄膜。
优选地，所述两亲性聚合物为聚苯乙烯-聚乙烯吡啶，或聚苯乙烯-聚乙烯醇。
可选地，所述混溶溶剂为二甲基甲酰胺、丙酮或乙腈。
在上述步骤(a)中，所述量子点材料占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为1％至10％；所述两亲性聚合物占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为8％至25％。
另外，在上述步骤(b)中，形成所述量子点材料两亲性聚合物薄膜后，将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜于室温放置1秒至60秒。
可选地，所述湿法工艺为一刮涂工艺、一旋涂工艺或一丝网印刷工艺。
另外，所述混溶溶剂与所述极性质子溶剂为可相混溶的。可选地，所述极性质子溶剂为水、甲醇或乙醇。
可选地，所述量子点材料选自由以下组成的群组：氧化锌、硫化锌、硫化镉、硒化锌、硒化镉、硒化镓、碲化锌、碲化镉、碲化铅、氮化镓、磷化铟及砷化镓。
本发明将于下文利用图1逐一详细说明第一实施例上述各元件的细部构造、组装关系及其运作原理。
在步骤S11中，提供一量子点材料与一两亲性聚合物。本实施例中，所述量子点材料为硫化镉，所述两亲性聚合物为聚苯乙烯-聚乙烯吡啶。接着，将所述量子点材料与所述两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中，以形成一量子点材料两亲性聚合物混溶溶液。所述量子点材料占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为1％至10％；所述两亲性聚合物占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为8％至25％。例如，提供10克的硫化镉与25克的聚苯乙烯-聚乙烯吡啶，将两者加入65克的二甲基甲酰胺中，使得硫化镉与聚苯乙烯-聚乙烯吡啶混溶于二甲基甲酰胺中。
接着，请参照图1的步骤S12，将上述硫化镉与聚苯乙烯-聚乙烯吡啶混溶于二甲基甲酰胺的混溶溶液通过例如一旋涂工艺制备成硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜。所述硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜可依照本领域技术人员调整其大小与厚度。可选地，将所述硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜于室温放置1秒至60秒。替代地，所述硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜可经由一固化程序(例如，一加热程序以使所述硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜固化)。
然后，请参照图1的步骤S13，将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜浸入一极性质子溶剂，使得所述量子点材料两亲性聚合物薄膜中的亲水性官能基溶于所述极性质子溶剂。例如，将所述硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜浸入乙醇中，使得聚苯乙烯-聚乙烯吡啶中的亲水性官能基溶于乙醇中。因为亲水性官能基已经被溶于乙醇中，使得所述硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜转变成多孔性结构，硫化镉均匀分布于所述多孔性结构中。
最后，请参照图1的步骤S14：将浸入乙醇的所述所述硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜取出后干燥，以形成一多孔状的硫化镉-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶薄膜。
由于量子点材料分布在所述多孔状的量子点薄膜的孔洞结构中，可以避免相邻量子点之间互相干扰，因而增加发光强度。此外，所述多孔状的量子点薄膜可以改善光吸收率和光提取率等，造成本发明的量子点薄膜的光效率较现有技术中的量子点薄膜的光效率高。
再者，本发明通过在将一量子点材料与一两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中后形成一量子点薄膜，再将所述量子点薄膜浸入一极性质子溶剂以形成一多孔状的量子点薄膜。本发明提出的制造方法相较于现有的量子点薄膜的制造方法的操作步骤简单，工艺要求低，能够制备的量子点薄膜尺寸大，尺寸分布广，产物表面洁净，适合用于显示装置中的量子点薄膜。
另外，请参照图2所示，本发明根据上述的实施例，提供了一种量子点发光显示装置1，包含：
一基板10；
一显示器元件层20；及
通过如上所述的多孔状的量子点发光薄膜的制造方法制造的一多孔状的量子点发光薄膜30。
可选地，所述基板可以为玻璃基板或柔性基板(例如，聚酰亚胺薄膜基板)。所述显示器元件层可以为薄膜晶体管元件层或者有机发光二极管元件层。所述的多孔状的量子点发光薄膜通过一背光模组或一有机发光二极管元件层将蓝光转变成红光或绿光。根据本发明的多孔状的量子点发光薄膜可以避免相邻量子点之间互相干扰，从而增加发光强度。此外，所述多孔状的量子点薄膜可以改善光吸收率和光提取率。因此，根据本发明的量子点发光显示装置相较于现有的量子点发光显示装置，其发光强度高，且光吸收率和光提取率获得改善。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种多孔状的量子点发光薄膜的制造方法，其特征在于，所述制造方法包含步骤：
(a)将一量子点材料与一两亲性聚合物相混溶于一混溶溶剂中，以形成一量子点材料两亲性聚合物混溶溶液；
(b)将所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液通过一湿法工艺制备成膜，以形成一量子点材料两亲性聚合物薄膜；
(c)将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜浸入一极性质子溶剂；及
(d)将浸入所述极性质子溶剂的所述量子点材料两亲性聚合物薄膜取出后干燥，以形成一多孔状的量子点材料两亲性聚合物薄膜。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述两亲性聚合物为聚苯乙烯-聚乙烯吡啶，或聚苯乙烯-聚乙烯醇。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述混溶溶剂为二甲基甲酰胺、丙酮或乙腈。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述量子点材料占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为1％至10％；所述两亲性聚合物占所述量子点材料两亲性聚合物混溶溶液的总重的一质量分数为8％至25％。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤(b)中，形成所述量子点材料两亲性聚合物薄膜后，将所述量子点材料两亲性聚合物薄膜于室温放置1秒至60秒。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述湿法工艺为一刮涂工艺、一旋涂工艺或一丝网印刷工艺。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述混溶溶剂与所述极性质子溶剂为可相混溶的。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述极性质子溶剂为水、甲醇或乙醇。
9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述量子点材料选自由以下组成的群组：氧化锌、硫化锌、硫化镉、硒化锌、硒化镉、硒化镓、碲化锌、碲化镉、碲化铅、氮化镓、磷化铟及砷化镓。
10.一种量子点发光显示装置，其特征在于，所述量子点发光显示装置包含：一基板；
一显示器元件层；及
通过如权利要求1-9任一项所述的多孔状的量子点发光薄膜的制造方法制造的一多孔状的量子点发光薄膜。
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