CN112599692A - 基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件及其制备方法 - Google Patents

基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件及其制备方法，通过采用光刻工艺制作纳米级直径的Bank或直接对特定的量子点配体进行光交联，从而获得纳米级像素化量子点发光层。基于光刻工艺的图形化方案相对成熟，能获得更高分辨率的发光器件。通过更换基板材料和电极材料，该方案能够制作成柔性或可拉伸发光器件，满足更多应用场景的需求。同时该方案可以在非电接触情况下，通过交流电场驱动可以实现对纳米级像素化量子点发光器件的点亮，从而降低对驱动电路的要求，具有较高的可行性和实用性。

Description

基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件及其制备方法
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件及其制备方法。
背景技术
PPI（pixels per inch）是图像分辨率的单位,表示的是每英寸所拥有的像素数目。因此PPI数值越高，即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。显示的密度越高，图像就越清晰、真实。纳米级像素化量子点发光器件，可以将像素点做的更小更密，从而提高显示的PPI。
光刻技术在整个芯片制造中占据重要地位，是实现光刻胶和衬底图案化的关键工序：首先将光刻胶涂覆在衬底上，烘烤除去溶剂，然后通过掩膜版曝光或电子束直写，诱导曝光部分发生化学反应，最后用显影液洗去可溶部分，得到3D 光刻胶图形。曝光部分溶解的，光刻胶图形与掩膜版图形一致，称为正性光刻胶；未曝光部分溶解的，光刻胶图形与掩膜版图形相反，称为负性光刻胶。
现有一种替代的无光刻胶图形化方法，称为无机纳米材料直接光学光刻，该方法利用特殊设计的光敏表面配体，将胶体稳定和表面悬空键的钝化和光触发化学活性结合起来。在无机纳米材料直接光学光刻中，光敏配体的光激发引起化学转变，改变量子点的溶解度。无机纳米材料直接光学光刻可以使用各种紫外可见激发源对各种无机胶体纳米晶体(如金属、金属氧化物和半导体)进行简单的高分辨率图形化处理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件及其制备方法，通过采用光刻工艺制作纳米级直径的Bank或直接对特定的量子点配体进行光交联，从而获得纳米级像素化量子点发光层。基于光刻工艺的图形化方案相对成熟，能获得更高分辨率的发光器件。通过更换基板材料和电极材料，该方案能够制作成柔性或可拉伸发光器件，满足更多应用场景的需求。同时该方案可以在非电接触情况下，通过交流电场驱动可以实现对纳米级像素化量子点发光器件的点亮，从而降低对驱动电路的要求，具有较高的可行性和实用性。
本发明具体采用以下技术方案：
一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：从下至上依次包括：衬底、底电极、底注入层、底传输层、纳米级像素化量子点发光层、顶传输层和顶电极。其中，纳米级像素化量子点发光器件可根据底电极和顶电极的相对位置（也就是说二者的位置可互换），量子点发光器件的结构可以分为正置和倒置器件两种。
优选地，所述纳米级像素化量子点发光层的纳米级像素化通过光刻工艺用光刻胶制备的纳米级直径的Bank实现，采用的光刻胶为正胶或反胶，具有绝缘性和较好的透光性。
优选地，所述纳米级像素化量子点发光层的纳米级像素化通过光刻工艺直接对量子点配体的光交联实现；所述量子点配体选用在UV光下可进行光交联的材料；纳米级像素的直径为100nm-1000nm。
优选地，所述量子点配体选用2-(4-methoxystyryl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazine（MBT）或2-diazo-1-naphthol-4-sulfonic acid（DNS）。
优选地，所述纳米级像素化的量子点发光层的材料采用粒径在1-50nm间的半导体量子点；量子点发光层通过旋涂或印刷或喷墨打印的工艺制备得到，厚度为1-200 nm。
优选地，所述纳米级像素化的量子点发光层的材料采用CdSe等II-VI族量子点或InP等III-V族量子点或CsPbBr3等钙钛矿量子点，厚度为1-200 nm。
优选地，所述衬底采用玻璃或有机柔性材料或可拉伸聚合物材料；所述底电极采用银纳米线或聚乙烯二氧噻吩通过薄膜沉积工艺制备获得，或采用金箔或氧化铟锡通过薄膜沉积工艺获得；所述底注入层采用PEDOT：PSS或氧化钼或氧化镍；所述底传输层采用PVK或Poly-TPD或TFB或氧化钼或氧化镍；所述顶传输层采用Alq或氧化锌或氧化钛；所述顶电极采用金箔通过薄膜沉积工艺获得。
优选地，在交流电场驱动时，底电极和顶电极可以互换，但至少有一端采用透明材料用于出光。
以及，一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：切割衬底材料并制备衬底；
步骤S2：在衬底上制备底电极；
步骤S3：在底电极表面制备底注入层；
步骤S4：在底注入层上制备底传输层；
步骤S5：在底传输层上制备纳米级像素化量子点发光层；
步骤S6：在纳米级像素化量子点发光层上制备顶传输层；
步骤S7：在顶注入层上制备顶电极。
优选地，所述衬底采用玻璃或有机柔性材料或可拉伸聚合物材料（如聚二甲基硅氧烷薄膜等）；
所述底电极采用银纳米线或聚乙烯二氧噻吩等透明导电材料通过薄膜沉积工艺制备获得，或采用金箔等高延展性不透明金属电极或氧化铟锡等透明导电材料通过蒸镀、溅射、真空抽滤、旋涂等薄膜沉积工艺获得，厚度为1-500000 nm。
所述底注入层采用PEDOT：PSS等有机材料或氧化钼或氧化镍等无机氧化物材料；所述底传输层采用聚乙烯咔唑（PVK）、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]（Poly-TPD）和聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)（TFB）等有机材料，或氧化钼或氧化镍等无机氧化物材料；所述顶传输层采用Alq等有机材料或氧化锌或氧化钛等无机氧化物材料；所述底注入层、底传输层和顶传输层通过蒸镀或溅射或旋涂或印刷或喷墨打印的工艺制备得到；底注入层与底传输层都可以通过旋涂或者喷墨打印等溶液法或蒸镀法沉积，层间不互溶，且有一定的交流导通能力，厚度为1-500 nm。
所述的纳米级像素化量子点发光层通过在光刻工艺制备的纳米级直径的Bank上旋涂或印刷或喷墨打印的工艺制备得到；或通过光刻工艺直接对量子点配体的光交联实现对量子点薄膜的纳米级像素化；
所述顶电极采用金箔通过蒸镀、溅射、真空抽滤、旋涂等薄膜沉积工艺获得，厚度为1-500000 nm。
与现有技术相比，本发明及其优选方案具有以下有益效果：
（1）基于光刻工艺，该工艺方案对纳米级的图形化制造已经相对成熟，随着对光刻工艺的探索，能获得更高分辨率的发光器件。
（2）获得了纳米级像素化量子点发光层，相比现有的微米级像素发光层柔性或可拉伸器件，更细密的像素分布对柔性或可拉伸器件的耐弯曲性能更加有利。
（3）通过非电接触和交流驱动的结合可以为纳米级像素化量子点发光器件提供一种替代的工作模式，由于纳米级像素化量子点发光器件对直流驱动电路的转移对准等要求过高，而交流驱动可以依靠电场实现对发光器件的启亮，两个方案的结合为纳米级像素化量子点发光器件带来了极高的可行性和实用性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例纳米级像素化量子点发光器件制备的流程示意图；
图2为本发明实施例纳米级像素化量子点发光器件结构的示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举2个实施例，作详细说明如下：
对于基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件及其制备方法。本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图2中，为了清楚，放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。
此参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供了一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，具体制备步骤为：
步骤1：基板衬底材料110的准备。制备并切割聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为可拉伸基板衬底材料110。
步骤2：底电极120的制备。
通过真空抽滤方法在可拉伸基板衬底上沉积银纳米线作为可拉伸电极120。在真空过滤装置上，然后将银纳米线在乙醇中的具有计算质量的分散体过滤通过滤膜，以制备具有特定沉积密度的银纳米线膜。在银纳米线沉积量只有12.5 μg/cm2时就可以同时实现高透过率（79.6%，在可见光波长为 550 nm 处）和低方阻（7.3 Ω/sq）。
步骤3：底注入层130制备。通过旋涂方法在底电极120表面制备PEDOT：PSS作为底注入层130，退火温度为120°C，厚度约为30nm。
步骤5：底传输层140的制备。通过旋涂方法在底注入层130表面制备TFB作为底传输层140，退火温度为120°C，厚度约为40nm。
步骤6：纳米级像素化量子点层150的制备。通过旋涂方法在底传输层140表面制备使用可UV光交联配体DNS的红光CdSe量子点作为纳米级像素化量子点层150，厚度约为30nm。通过光刻工艺可以使CdSe量子点在365nm的UV光下被有选择地交联固化，之后用甲苯冲洗约10s，留下的就是被纳米级像素化量子点层。
步骤7：顶传输层160的制备。通过旋涂法制备ZnMgO作为顶传输层160，退火温度为100°C，厚度约为50nm。
步骤8：顶电极170的制备。通过真空抽滤方法在顶传输层上沉积银纳米线作为可拉伸电极170。
至此，一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件制备形成。通过连接函数发生器、信号放大器和示波器，可观察本发明中纳米级像素化量子点发光器件在交流电场驱动下的发光情况。
实施例2
本实施例提供的制备过程与实施例1一致，所不同的是，基板衬底材料110这里使用的是柔性PET基板，底电极使用的是溅射后图形化刻蚀的ITO，通过光刻工艺可以使光刻胶在365nm的UV光下被有选择地被刻蚀掉，留下纳米级的Bank。其步骤3、步骤4、步骤5、步骤7、步骤8与实施例1相同，步骤6中纳米级像素化量子点层的制备如下：
在大气环境下，通过旋涂在TFB底传输层140上沉积红光CdSe量子点作为纳米级像素化量子点层150。先铺满后旋涂，参数为先低速500RPM，再高速2000RPM，低速持续3秒，高速持续60秒，100℃退火10min。
以上例子主要说明了本发明的一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施例方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：从下至上依次包括：衬底、底电极、底注入层、底传输层、纳米级像素化量子点发光层、顶传输层和顶电极。
2.根据权利要求1所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：所述纳米级像素化量子点发光层的纳米级像素化通过光刻工艺用光刻胶制备的纳米级直径的Bank实现，采用的光刻胶为正胶或反胶。
3.根据权利要求1所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：所述纳米级像素化量子点发光层的纳米级像素化通过光刻工艺直接对量子点配体的光交联实现；所述量子点配体选用在UV光下可进行光交联的材料；纳米级像素的直径为100nm-1000nm。
4.根据权利要求3所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：所述量子点配体选用2-(4-methoxystyryl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazine或2-diazo-1-naphthol-4-sulfonic acid。
5.根据权利要求1所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：所述纳米级像素化的量子点发光层的材料采用粒径在1-50nm间的半导体量子点；量子点发光层通过旋涂或印刷或喷墨打印的工艺制备得到，厚度为1-200 nm。
6.根据权利要求1所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：所述纳米级像素化的量子点发光层的材料采用II-VI族量子点或III-V族量子点或钙钛矿量子点。
7.根据权利要求1所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：所述衬底采用玻璃或有机柔性材料或可拉伸聚合物材料；所述底电极采用银纳米线或聚乙烯二氧噻吩通过薄膜沉积工艺制备获得，或采用金箔或氧化铟锡通过薄膜沉积工艺获得；所述底注入层采用PEDOT：PSS或氧化钼或氧化镍；所述底传输层采用PVK或Poly-TPD或TFB或氧化钼或氧化镍；所述顶传输层采用Alq或氧化锌或氧化钛；所述顶电极采用金箔通过薄膜沉积工艺获得。
8.根据权利要求1-7其中任一所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件，其特征在于：在交流电场驱动时，底电极和顶电极可以互换，但至少有一端采用透明材料用于出光。
9.一种基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：切割衬底材料并制备衬底；
步骤S2：在衬底上制备底电极；
步骤S3：在底电极表面制备底注入层；
步骤S4：在底注入层上制备底传输层；
步骤S5：在底传输层上制备纳米级像素化量子点发光层；
步骤S6：在纳米级像素化量子点发光层上制备顶传输层；
步骤S7：在顶注入层上制备顶电极。
10.根据权利要求9所述的基于光刻工艺的纳米级像素化量子点发光器件的制备方法，其特征在于：
所述衬底采用玻璃或有机柔性材料或可拉伸聚合物材料；
所述底电极采用银纳米线或聚乙烯二氧噻吩通过薄膜沉积工艺制备获得，或采用金箔或氧化铟锡通过薄膜沉积工艺获得；
所述底注入层采用PEDOT：PSS或氧化钼或氧化镍；所述底传输层采用PVK或Poly-TPD或TFB或氧化钼或氧化镍；所述顶传输层采用Alq或氧化锌或氧化钛；所述底注入层、底传输层和顶传输层通过蒸镀或溅射或旋涂或印刷或喷墨打印的工艺制备得到；
所述的纳米级像素化量子点发光层通过在光刻工艺制备的纳米级直径的Bank上旋涂或印刷或喷墨打印的工艺制备得到；或通过光刻工艺直接对量子点配体的光交联实现对量子点薄膜的纳米级像素化；
所述顶电极采用金箔通过薄膜沉积工艺获得。
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