CN111690164A - 一种发光薄膜及其制备方法、发光器件、显示基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光薄膜及其制备方法、发光器件、显示基板，涉及显示技术领域，该发光薄膜能够形成高分辨率的显示面板。一种发光薄膜，包括聚合物、以及与所述聚合物键合的量子点；所述量子点包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构；所述金属纳米粒子通过硫键与所述聚合物键合。本发明适用于发光薄膜的制作。

Description

一种发光薄膜及其制备方法、发光器件、显示基板
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种发光薄膜及其制备方法、发光器件、显示基板。
背景技术
AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode，有源矩阵有机发光二极管))曾被公认为有希望成为取代LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)的下一代显示，但是随着消费者的消费水平的提升，高分辨率产品成为显示产品的重点发展方向。而高分辨的AMOLED产品很难同LCD产品竞争，其面临着技术难度高、产品良率低、商品价格高的严重问题。
与此同时，随着量子点技术的深入发展，电致量子点发光二极管(Quantum DotLight Emitting Diodes，QLED)的研究日益深入，量子效率不断提升，已基本达到产业化的水平。采用量子点制备高分辨率的QLED产品已经成为一项重要的议题。
发明内容
本发明的实施例提供一种发光薄膜及其制备方法、发光器件、显示基板，该发光薄膜能够形成高分辨率的显示面板。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供了一种发光薄膜，包括聚合物、以及与所述聚合物键合的量子点；
所述量子点包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构；所述金属纳米粒子通过硫键与所述聚合物键合。
可选的，所述金属纳米粒子的材料为金或者银。
可选的，所述核壳结构包括内核层和包围所述内核层的包覆层，所述内核层的材料为硒化镉或者硫化镉，所述包覆层的材料为硫化锌、氧化锌、硒化锌中的任一种。
另一方面，提供了一种发光器件，包括：上述的发光薄膜。
再一方面，提供了一种显示基板，包括上述的发光器件。
又一方面，提供了一种如上述所述的发光薄膜的制备方法，包括：
形成聚合物前体层；所述聚合物前体层的结构包括多个巯基结构；
在所述聚合物前体层上形成量子点层；所述量子点层包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构；
对所述量子点层进行显影，形成图案化的所述量子点层。
可选的，所述形成聚合物前体层包括：
形成聚合物薄膜；所述聚合物薄膜的结构包括多个过硫键结构或者多个环硫醚结构；
对所述聚合物薄膜进行光照，形成聚合物前体层。
可选的，所述聚合物薄膜的厚度小于20nm。
可选的，所述聚合物前体层的结构还包括与所述巯基结构连接的R基团，所述R基团包括第一基团和第二基团，所述第二基团分别与所述第一基团和所述巯基结构连接；
所述第一基团为羟基、醛基、羧基或者氨基中的任一种；
所述第二基团为芳环结构，所述芳环结构包括至少一个苯环，所述苯环至少包括一个极性基团。
可选的，所述在所述聚合物前体层上形成量子点层；所述量子点层包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构包括：
形成金属纳米粒子薄膜；
在所述金属纳米粒子薄膜上依次沉积硒源和镉源，并进行退火处理；
在经过退火处理后的所述金属纳米粒子薄膜上依次沉积硫源和锌源，并进行退火处理，形成所述量子点层。
可选的，所述金属纳米粒子的材料为金或者银。
可选的，所述核壳结构包括内核层和包围所述内核层的包覆层，所述内核层的材料为硒化镉或者硫化镉，所述包覆层的材料为硫化锌、氧化锌、硒化锌中的任一种。
本发明的实施例提供了一种发光薄膜及其制备方法、发光器件、显示基板，该发光薄膜包括聚合物、以及与所述聚合物键合的量子点；所述量子点包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构；所述金属纳米粒子通过硫键与所述聚合物键合。该发光薄膜中，金属纳米粒子通过硫键与聚合物键合，则金属纳米粒子与聚合物之间存在非常强的相互作用力，从而使得量子点与聚合物之间存在强相互作用力；那么，在制作该发光薄膜时，可以利用金属纳米粒子与聚合物之间的强作用力使得量子点固定在聚合物上，进而通过显影形成图案化的量子点层，从而形成图案化的发光薄膜。通过该方法形成的发光薄膜能够形成高分辨率的显示面板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种发光薄膜的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种量子点的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种发光器件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种发光器件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种发光薄膜的制备方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种发光薄膜的制备方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种量子点的制备方法的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种量子点的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的实施例中，采用“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，仅为了清楚描述本发明实施例的技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
在本发明的实施例中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的实施例中，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光薄膜，参考图1所示，该发光薄膜包括聚合物1、以及与聚合物1键合的量子点2。
量子点2(又称QD)包括金属纳米粒子3、以及与金属纳米粒子3连接的核壳结构(图1未标记)；金属纳米粒子3通过硫键与聚合物1键合。
上述金属纳米粒子的材料可以是金或者银，由于金纳米粒子与聚合物之间的相互作用力更强，因此多采用金纳米粒子。
上述量子点为含有金属纳米粒子的复合材料，属于二元量子点。上述量子点的结构可以是如图1所示的Janus(两面性)纳米粒子结构，也可以是如图2所示的对称性纳米粒子结构，这里不做限定。图1中以前者为例进行绘示。
上述金属纳米粒子、核壳结构的形状可以是球形、方形、椭球形等，一般多为球形。图1和图2均以球形为例进行绘示。
上述量子点可以是红色量子点、绿色量子点或者蓝色量子点中的任一种；具体可以通过控制核壳结构的尺寸，从而得到不同发光颜色的量子点。上述发光薄膜可以仅包括红色量子点、绿色量子点或者蓝色量子点中的任一种，也可以同时包括红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点，具体可以根据实际要求确定。
上述发光薄膜的制备方法可以参考实施例五，这里不做说明。
该发光薄膜中，金属纳米粒子通过硫键与聚合物键合，则金属纳米粒子与聚合物之间存在非常强的相互作用力，从而使得量子点与聚合物之间存在强相互作用力；那么，在制作该发光薄膜时，可以利用金属纳米粒子与聚合物之间的强作用力使得量子点固定在聚合物上，进而通过显影形成图案化的量子点层，从而形成图案化的发光薄膜。通过该方法形成的发光薄膜能够形成高分辨率的显示面板。
可选的，金属纳米粒子的材料为金或者银。由于金纳米粒子与聚合物之间的相互作用力更强，因此多采用金纳米粒子。
可选的，参考图1所示，核壳结构包括内核层5和包围内核层5的包覆层4，内核层的材料为硒化镉(CdSe)或者硫化镉(CdS)，包覆层的材料为硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、硒化锌(ZnSe)中的任一种。实际中，多采用硒化镉形成内核层、硫化锌形成包覆层。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光器件，包括实施例一提供的发光薄膜。
该发光器件可以是如图3所示的倒置型QLED发光器件，包括阴极10、以及依次层叠设置在阴极10之上的电子传输层11、发光薄膜12、空穴传输层13、空穴注入层14和阳极15；其中，发光薄膜12包括聚合物1、以及与聚合物1键合的量子点2，聚合物1形成在电子传输层11之上且与电子传输层11接触。
当然，该发光器件还可以是如图4所示的正置型QLED发光器件，包括阳极15、以及依次层叠设置在阳极15之上的空穴注入层14、空穴传输层13、发光薄膜12、电子传输层11和阴极10；其中，发光薄膜12包括聚合物1、以及与聚合物1键合的量子点2，聚合物1形成在空穴传输层13之上且与空穴传输层13接触。需要说明的是，图3和图4中，发光薄膜包括的量子点为图案化后的量子点，包括红色量子点(R)、绿色量子点(G)和蓝色量子点(B)，包括该发光薄膜的发光器件可用于实现彩色显示。当然，发光薄膜包括的量子点也可以是单一颜色的量子点，此时，包括该发光薄膜的发光器件可用于单一颜色的显示。
上述发光器件中，发光薄膜的量子点包括金属纳米粒子、以及与金属纳米粒子连接的核壳结构；金属纳米粒子通过硫键与聚合物键合。一方面，可以利用金属纳米粒子与聚合物之间的强作用力使得量子点固定在聚合物上，进而通过显影形成图案化的量子点层，从而形成图案化的发光薄膜。该发光器件具有较高的分辨率，可用于形成高分辨率的QLED显示面板。另一方面，金属纳米粒子能够产生表面等离激元效应，提升量子点的出光效率，从而提升器件性能。
实施例三
本发明实施例提供了一种显示基板，包括实施例二提供的发光器件。
该显示基板可用于形成高分辨率的QLED显示面板，其可以作为量子点阵列基板，也可以作为量子点彩膜基板(QDPR)，这里不做限定。
实施例四
本发明实施例提供了一种显示面板，包括实施例三提供的显示基板。该显示面板可以是QLED显示面板，还可以是包括该QLED显示面板的电视、数码相机、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或者部件；具有分辨率高、显示性能好的优点。
实施例五
本发明实施例提供了一种如实施例一提供的发光薄膜的制备方法，该方法包括：
S01、形成聚合物前体层；聚合物前体层的结构包括多个巯基结构。
巯基又称氢硫基或硫醇基，是由一个硫原子和一个氢原子相连组成的负一价官能团，化学式为—SH。巯基端可以连接不同的基团，例如：硫醇(R—SH)、硫酚(Ar—SH)。二硫键(—S—S—)在UV(紫外线)照射的作用下，可以生成巯基(—SH)。
S02、在聚合物前体层上形成量子点层；量子点层包括金属纳米粒子、以及与金属纳米粒子连接的核壳结构。
金属纳米粒子与巯基结构可以形成强相互作用，从而将量子点固定在聚合物前体层上。
S03、对量子点层进行显影，形成图案化的量子点层。
这里可以采用量子点的良溶剂(例如：甲苯等)进行显影，从而将没有金属纳米粒子-巯基强相互作用区域的量子点洗去，进而形成图案化的量子点层。
现有技术中，AMOLED的有机层结构通常采用掩模蒸发的方法制备，但是掩模蒸发方法存在着对位困难，良品率低，无法实现更小面积发光的缺陷；这种精确控制蒸发区域能力不足的问题，无法满足目前迅速发展的对高分辨率显示的需求。而采用印刷和打印的方法，来取代掩模蒸发制备有机发光层的工艺，其得到的分辨率也是极其有限的。
相比现有技术，上述制备方法，利用金属纳米粒子与聚合物的巯基结构之间的强作用力，使得量子点固定在聚合物前体层，进而通过显影形成图案化的量子点层，从而形成图案化的发光薄膜。上述制备方法无需采用印刷和打印的方法，能够形成高分辨率的显示面板。
下面说明聚合物前体层的具体形成方法。
S01、形成聚合物前体层包括：
S011、形成聚合物薄膜；聚合物薄膜的结构包括多个过硫键结构或者多个环硫醚结构。其中，多个过硫键结构或者多个环硫醚结构位于聚合物薄膜的不同支链上，即一个支链包括一个过硫键结构或者一个环硫醚结构。
S012、对聚合物薄膜进行光照，形成聚合物前体层。这里的光照可以采用UV光照，对需要形成量子点的区域进行光照，其余区域不需要进行光照。
上述过硫键结构是指二硫键(—S—S—)结构，二硫键在UV光照下，可以生成巯基结构。具体化学式如下：
Figure BDA0002548005170000081
上述环硫醚结构在UV光照下，也可以生成巯基结构。具体化学式如下：
Figure BDA0002548005170000082
上述过硫键结构和环硫醚结构在UV光照后，可以形成巯基结构。上述聚合物前体层的结构还包括与巯基结构连接的R基团，R基团包括第一基团(R1)和第二基团(R2)，第二基团分别与第一基团和巯基结构连接。上述R-SH的结构式可以为：SH-R2-R1，其中，第二基团R2为芳环结构，芳环结构包括至少一个苯环，苯环至少包括一个极性基团；第一基团R1为羟基(-OH)、醛基
Figure BDA0002548005170000083
羧基
Figure BDA0002548005170000084
或者氨基(-NH2)中的任一种。
上述聚合物薄膜的厚度小于20nm，可以得到更好地发光效果。
下面以包括多个过硫键结构的聚合物薄膜为例，说明具体的制备方法。参考图5所示，包括多个过硫键结构的聚合物薄膜100在UV光照作用下，分解形成包括多个巯基结构的聚合物薄膜101；接着，沉积量子点(QD)，形成沉积有量子点2的聚合物薄膜102；最后，采用量子点的良溶剂进行QD显影，形成最终的发光薄膜12，该发光薄膜中，包括聚合物、以及与聚合物键合的量子点；量子点包括金属纳米粒子、以及与金属纳米粒子连接的核壳结构；金属纳米粒子通过硫键与聚合物键合。图5中，聚合物薄膜101以包括两个巯基结构为例进行绘示，当然实际不止于此。
下面以包括红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点的发光薄膜为例，说明该发光薄膜的图形化制备方法。参考图6所示，在前膜层200上通过lift-off工艺制备支链包括过硫键结构的聚合物薄膜100并对其用于形成红色量子点像素的区域进行UV照射，剂量为5000mj/cm2；照射完成后，旋涂Janus红光量子点复合材料201，接着使用甲苯进行显影，形成红色量子点R，从而完成图形化红色量子点的制备；接着按照同样工艺，依次形成绿色量子点G和蓝色量子点B，最终形成包括红色量子点R、绿色量子点G和蓝色量子点B的发光薄膜。图6中，Janus绿光量子点复合材料标记为202，Janus蓝光量子点复合材料标记为203。
下面说明量子点层的具体形成方法。
参考图7和图8所示，S02、在聚合物前体层上形成量子点层；量子点层包括金属纳米粒子、以及与金属纳米粒子连接的核壳结构包括：
S021、形成金属纳米粒子薄膜；该金属纳米粒子的尺寸范围为5-8nm。
S022、在金属纳米粒子薄膜上依次沉积硒源和镉源，并进行退火处理。参考图7和图8所示，在Au表面形成亚稳态的金/硒化镉核壳结构。因为金的晶格与硒化镉的晶格有较大的失配，可以让硒化镉不再包覆金纳米粒子，而是分布到金的一边或者两边；因此退火后，由于硒化镉晶体的表面张力的原因，形成了金/硒化镉的janus复合纳米粒子结构。
S023、在经过退火处理后的金属纳米粒子薄膜上依次沉积硫源和锌源，并进行退火处理，形成量子点层。
参考图7和图8所示，在硒化镉的外围形成硫化锌，从而形成硒化镉/硫化锌核壳结构，进而形成金/硒化镉/硫化锌核壳型janus复合纳米粒子结构。
通过控制S022中，沉积的硒源和镉源的量，可以控制最终形成的纳米粒子的类型。示例的，若沉积的硒源和镉源的量较少，则最终可以形成图7所示的janus两面性纳米粒子；若沉积的硒源和镉源的量较多，则最终可以形成图8所示的对称性纳米粒子。
通过S021-S023，形成的量子点中的核壳结构中，内核层的材料为硒化镉，包覆层的材料为硫化锌。图7和图8中，以金属纳米粒子为金纳米粒子为例进行绘示。
可选的，金属纳米粒子的材料为金或者银。由于金纳米粒子与聚合物之间的相互作用力更强，因此多采用金纳米粒子。
可选的，参考图1所示，核壳结构包括内核层5和包围内核层5的包覆层4，内核层的材料为硒化镉(CdSe)或者硫化镉(CdS)，包覆层的材料为硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、硒化锌(ZnSe)中的任一种。实际中，多采用硒化镉形成内核层、硫化锌形成包覆层。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种发光薄膜，其特征在于，包括聚合物、以及与所述聚合物键合的量子点；
所述量子点包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构；所述金属纳米粒子通过硫键与所述聚合物键合。
2.根据权利要求1所述的发光薄膜，其特征在于，所述金属纳米粒子的材料为金或者银。
3.根据权利要求1所述的发光薄膜，其特征在于，所述核壳结构包括内核层和包围所述内核层的包覆层，所述内核层的材料为硒化镉或者硫化镉，所述包覆层的材料为硫化锌、氧化锌、硒化锌中的任一种。
4.一种发光器件，其特征在于，权利要求1-3任一项所述的发光薄膜。
5.一种显示基板，其特征在于，包括权利要求4所述的发光器件。
6.一种如权利要求1-3任一项所述的发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
形成聚合物前体层；所述聚合物前体层的结构包括多个巯基结构；
在所述聚合物前体层上形成量子点层；所述量子点层包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构；
对所述量子点层进行显影，形成图案化的所述量子点层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述形成聚合物前体层包括：
形成聚合物薄膜；所述聚合物薄膜的结构包括多个过硫键结构或者多个环硫醚结构；
对所述聚合物薄膜进行光照，形成聚合物前体层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物薄膜的厚度小于20nm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物前体层的结构还包括与所述巯基结构连接的R基团，所述R基团包括第一基团和第二基团，所述第二基团分别与所述第一基团和所述巯基结构连接；
所述第一基团为羟基、醛基、羧基或者氨基中的任一种；
所述第二基团为芳环结构，所述芳环结构包括至少一个苯环，所述苯环至少包括一个极性基团。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在所述聚合物前体层上形成量子点层；所述量子点层包括金属纳米粒子、以及与所述金属纳米粒子连接的核壳结构包括：
形成金属纳米粒子薄膜；
在所述金属纳米粒子薄膜上依次沉积硒源和镉源，并进行退火处理；
在经过退火处理后的所述金属纳米粒子薄膜上依次沉积硫源和锌源，并进行退火处理，形成所述量子点层。
11.根据权利要求6-10任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米粒子的材料为金或者银。
12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述核壳结构包括内核层和包围所述内核层的包覆层，所述内核层的材料为硒化镉或者硫化镉，所述包覆层的材料为硫化锌、氧化锌、硒化锌中的任一种。
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