CN113745442A - 纳米粒子薄膜的制备方法、纳米粒子薄膜及显示面板 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种纳米粒子薄膜的制备方法、纳米粒子薄膜及显示面板。所述纳米粒子薄膜制备方法，通过利用纳米粒子带有的电性特点，实现多种电性相同的纳米材料的共同沉积制备得到复合薄膜结构，或者实现多种电性相同的纳米材料的依次加工实现其多层膜结构，并且通过调节电场强度，可以调节纳米材料薄膜的堆积密度并可精准调节薄膜的厚度，进而影响其导电率，折射率等性能，增强显示面板的发光性能，而且减少了工艺流程，提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种纳米粒子薄膜的制备方法、纳米粒子薄膜及显示面板。
背景技术
量子点(Quantum Dots，简称QD)就是一类典型的纳米材料，其具备小尺寸、高的能量转换效率等特点，在照明、显示技术、太阳能电池、光开关、传感及检测等领域都有十分重要的应用前景。并且QD还具有高亮度、窄发射、发光颜色可调、稳定好等特性，很符合显示技术领域超薄、高亮、高色域、高色饱的发展趋势，因此在近年来成为了最具潜力的显示技术新材料。
目前QD图案化的技术主要有喷墨打印和光刻，光刻制程的加热和紫外固化，以及显影液的冲洗，都会影响量子点的稳定性；打印制程的墨水要求过高，目前尚不具有成熟稳定的量产材料体系；重复性差，且制备时间长。而加工QD薄膜的方法主要有刮涂法、旋涂法等，此种方法制备的薄膜为了达到所需的发光亮度，一般薄膜较厚。这些都极大的限制了发展和应用。
发明内容
本发明目的在于，提供一种纳米粒子薄膜的制备方法、纳米粒子薄膜及显示面板，以解决现有量子点薄膜稳定性差且厚度较厚的问题。
具体地，本发明采用的技术方案为：
一种纳米粒子薄膜的制备方法，包括：
提供溶液，所述溶液包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述至少两种纳米粒子中的一种为量子点纳米粒子；
提供基片，所述基片包括相对设置且极性相反的两电极；
将所述基片放入所述溶液，向所述两电极施加电压，所述至少两种纳米粒子沉积至极性相反的所述电极的表面，形成纳米粒子薄膜。
可选的，所述至少两种纳米粒子的每一种沉积形成一层沉积层，所述纳米粒子薄膜包括至少两层所述沉积层，两层所述沉积层层叠设置于所述沉积电极朝向另一电极一面，各沉积层内纳米粒子的带电量由靠近所沉积电极一端向远离所沉积电极一端依次减小。
可选的，相邻两层所述沉积层内纳米粒子的带电量的比值为10:1。
可选的，所述至少两种纳米粒子共沉积于极性相同的电极表面而形成所述纳米粒子薄膜，形成所述纳米粒子薄膜的至少两种纳米粒子的带电量相近。
可选的，所述至少两种纳米粒子中的一种为量子点纳米粒子，另一种为散射纳米粒子，溶液中所述量子点纳米粒子的浓度为0.1～1000mg/mL，溶液中所述散射纳米粒子的浓度为0.05～1000mg/mL。
可选的，所述两电极的相对面上分别连接有至少一分支电极；所述溶液包括第一溶液和第二溶液，所述第一溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第二溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第一溶液内的纳米粒子的电性与所述第二溶液内的纳米粒子的电性相反；将所述基片浸入所述第一溶液内，向两所述电极施加电压，所述第一溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第一纳米粒子薄膜；将所述基片浸入所述第二溶液内，所述第二溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第二纳米粒子薄膜。
可选的，所述两电极的相对面上分别连接有至少一分支电极；所述溶液包括第一溶液和第二溶液，所述第一溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第二溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第一溶液内的纳米粒子的电性与所述第二溶液内的纳米粒子的电性相同；将所述基片浸入所述第一溶液，向所述两电极施加电压，所述第一溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第一纳米粒子薄膜；将所述基片浸入所述第二溶液内，改变施加在两所述电极之间的电压方向，所述第二溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第二纳米粒子薄膜。
可选的，所述第一溶液内的所述至少两种纳米粒子包括量子点纳米粒子，和/或，所述第二溶液内的所述至少两种纳米粒子包括量子点纳米粒子。
可选的，两所述电极的相对面上分别连接有两根或两根以上分支电极，连接于同一所述电极上的相邻两分支电极之间设置有至少一连接于另一电极上的分支电极。
可选的，两所述电极之间的电场强度为0～100V/μm。
为实现上述目的，本发明还提供一种纳米粒子薄膜，所述纳米粒子薄膜由如前所述的制备方法制得。
为实现上述目的，本发明还提供一种显示面板，包括如前所述的纳米粒子薄膜。
本发明的有益效果在于，通过利用纳米粒子带有的电性特点，实现多种电性相同的纳米材料的共同沉积制备得到复合薄膜结构，或者实现多种电性相同的纳米材料的依次加工实现其多层膜结构，并且通过调节电场强度，可以调节纳米材料薄膜的堆积密度并可精准调节薄膜的厚度，进而影响其导电率，折射率等性能，增强显示面板的发光性能，而且减少了工艺流程，提高了加工效率。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1是本发明一示例性实施例所提供的纳米粒子薄膜的制备方法流程图；
图2是本发明一示例性实施例所提供的纳米粒子薄膜的制备装置结构示意图；
图3a～图3b是本发明一示例性实施例所提供的纳米粒子薄膜的制备流程结构示意图；
图4a～图4b是本发明另一示例性实施例所提供的纳米粒子薄膜的制备流程结构示意图；
图5a～图5j是本发明又一示例性实施例所提供的纳米粒子薄膜的制备流程结构示意图；
图中部件编号如下：
100、溶液，100a、第一溶液，100b，第二溶液，101、量子点纳米粒子，102、第一纳米粒子，103、第二纳米粒子；
200、基片，201、第一电极，202、第二电极；
300、纳米粒子薄膜，300a、第一纳米粒子薄膜，300b、第二纳米粒子薄膜，301、量子点纳米粒子层，302、第一纳米粒子层，303、第二纳米粒子层。
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。
所述纳米粒子薄膜制备方法，通过利用纳米粒子带有的电性特点，实现多种电性相同的纳米材料的共同沉积制备得到复合薄膜结构，或者实现多种电性相同的纳米材料的依次加工实现其多层膜结构，并且通过调节电场强度，可以调节纳米材料薄膜的堆积密度并可精准调节薄膜的厚度，进而影响其导电率，折射率等性能，增强显示面板的发光性能，而且减少了工艺流程，提高了加工效率。作为典型应用，所述纳米粒子薄膜制备方法制得的纳米粒子薄膜，可应用于量子点彩色滤光片(Quantum Dots Color Filter，QDCF)、量子点导光板(Quantum Dot Light Guide Plate，QD LGP)、量子点发光二极管(Quantum DotLight Emitting Diodes，QLED)、量子点有机发光二极管(Quantum Dot Organic LightEmitting Diodes，QD-OLED)等量子点显示领域。
本发明的一个实施例中，参照图1，纳米粒子薄膜的制备方法，包括：
S101、提供溶液100，所述溶液100包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述至少两种纳米粒子中的一种为量子点纳米粒子101；
S102、提供基片200，所述基片200包括相对设置且极性相反的两电极201；
S103、将所述基片200放入所述溶液100，向所述两电极201施加电压，所述至少两种纳米粒子101沉积至电性相反的所述电极201的表面，形成纳米粒子薄膜300。
本实施例基于电场驱动胶体量子点在电场中运动和聚集的原理，开发多种纳米粒子共沉积制备多材料复合的薄膜结构的方法。参照图2所示，将带有相同电性的多种纳米粒子101混合到同一体系中形成溶液100(溶剂为水)，多种纳米粒子的电性可以都是负电，也可以都是正电。因此在电场力的作用下这些纳米粒子共同运动到同一电极上，从而共同沉积形成复合薄膜。正电对应正极，负电对应负极，负极吸引正电、正极吸引负电。
所述至少两种纳米粒子101沉积至电性相反的电极201表面，即，纳米粒子101沉积至与其所带电性相反的电极201表面，例如，纳米粒子101所带电性为正，则沉积于与其所带正电相反(即极性为负)的电极201表面，反之亦然。
在本实施例中，参照图2，所述溶液100中包括三种纳米粒子，一种为量子点纳米粒子101，另两种为第一纳米粒子102和第二纳米粒子103，量子点纳米粒子101、第一纳米粒子102和第二纳米粒子103均带有负电性；基片200的所述两电极201包括第一电极201和第二电极202，第一电极201的极性为正，第二电极202的极性为负。
将基片200放入溶液100中，向所述两电极201(第一电极201和第二电极202)施加驱动电压，在第一电极201和第二电极202之间形成电场，基于异性相吸、同性相斥的原理，驱动电性均为负的量子点纳米粒子101、第一纳米粒子102和第二纳米粒子103电沉积至第一电极201朝向第二电极202一面。
本实施例中，量子点纳米粒子101的带电量＞第一纳米粒子102的带电量＞第二纳米粒子103的带电量，而且量子点纳米粒子101的带电量是第一纳米粒子102的带电量的10倍，第一纳米粒子102的带电量是第二纳米粒子103的带电量的10倍，即，量子点纳米粒子101、第一纳米粒子102和第二纳米粒子103的带电量差异较大，在沉积过程中，参照图3a，量子点纳米粒子101在驱动电压形成的电场的作用下沉积至第一电极201表面，形成量子点纳米粒子层301，第一纳米粒子102沉积于量子点纳米粒子层301远离第一电极201一面，形成第一纳米粒子层302，第二纳米粒子103最后沉积至第一纳米粒子层302远离量子点纳米粒子层301一面，形成第二纳米粒子层303，参照图3b，量子点纳米粒子层301、第一纳米粒子层302和第二纳米粒子层303形成三层结构的所述纳米粒子薄膜300。
其中，在量子点纳米粒子101沉积完毕形成量子点纳米粒子层301后，为了促进后续纳米粒子(第一纳米粒子102和第二纳米粒子103)的沉积，可按需要调节所需的驱动电压，如完成量子点纳米粒子层301的沉积后，可以通过提高驱动电压，驱动第一纳米粒子102沉积，最终制备得到多层膜结构的纳米粒子薄膜300。其中，由于纳米粒子薄膜300中添加了量子点纳米粒子，因此，纳米粒子薄膜又可称为量子点(QD)薄膜。
作为本实施例中的另一种方式，参照图2、图4a和图4b，量子点纳米粒子101的带电量、第一纳米粒子102的带电量和第二纳米粒子103的带电量之间的差异较小，例如量子点纳米粒子101的带电量、第一纳米粒子102的带电量和第二纳米粒子103的带电量之间的比值为4～5:3～2:1，量子点纳米粒子101、第一纳米粒子102和第二纳米粒子103则在驱动电压的作用下，共沉积至第一电极201表面，形成复合结构的所述纳米粒子薄膜300。该复合结构的纳米粒子薄膜300，可利用多种纳米粒子的共同作用，提高纳米粒子薄膜300的所需性能，如第一纳米粒子102和第二纳米粒子103采用散射纳米粒子，制备量子点纳米粒子101和散射纳米粒子复合材料体系，其中散射纳米粒子的存在提高了量子点纳米粒子101之间的间距，减少了量子点纳米粒子101的自吸收，从而进一步提高了量子点纳米粒子薄膜的发光效率，获得了极高效率的量子点纳米粒子薄膜，并且通过对电极的图案化设计，便可获得相应的高效发光的量子点图案化结构。
对于所述散射纳米粒子的要求如下：对可见光的吸收少，不发光，不会影响量子点纳米粒子101发光，其尺寸需略小于量子点纳米粒子101尺寸，其表面修饰和量子点纳米粒子101带有同种电量的配体，因此散射纳米粒子包括BaSO4，CaCO3，ZnSe，CdS，TiO2，BaTiO3，ZnS，ZrO2，Si3N4，SnO，ZnO等多种无机纳米粒子及其复合材料纳米粒子。
其中，量子点纳米粒子101的尺寸为2～20nm，第一纳米粒子102和第二纳米粒子103的尺寸为20～200nm。
在本实施例中，所述第一电极201的形状可以是任意形状，当第一电极201为整面的电极时，我们可以得到大面积的纳米粒子薄膜300。当第一电极201为图案化结构时(即图案化电极)，如长方形、圆形、三角形等等，其尺寸依赖于其加工方法，一般为光刻法加工得到，故尺寸最小可以到1微米，因此具有极佳的加工精度。而电沉积得到的纳米粒子薄膜300的尺寸，则依赖于第一电极201的尺寸，故电沉积后纳米粒子薄膜300的尺寸最小同样可以达到1微米的精度。纳米粒子薄膜300的厚度主要依赖于驱动电压形成的电场强度、量子点纳米粒子101的浓度和电沉积时间，并与这三个因素成正比，其中，本实例中的电场强度在0～100V/μm之间，可以基于纳米粒子体系的需求，选择恒定电压或者脉冲电压进行电场沉积，基于体系进行特定选择。量子点纳米粒子101浓度在0.1mg/mL到1000mg/mL之间，散射粒子溶度小于量子点纳米粒子101的浓度，在0.05mg/mL到100mg/mL之间，散射粒子和量子点纳米粒子的最佳比例，由其材料组成及使用范围所决定。因此可以实现QD薄膜(纳米粒子薄膜300)厚度从几纳米到几十微米的精确调节。
在本实施例中，溶液100中包括三种电性相同的纳米粒子101，一种为量子点纳米粒子101，即QD纳米粒子，量子点纳米粒子101包括发光核和位于发光核外侧的无机保护壳层，其中发光核包括ZnCdSe2，InP，Cd2SSe，CdSe，Cd2SeTe和InAs中的至少一种，所述无机保护壳层包括CdS，ZnSe，ZnCdS2，ZnS和ZnO中的一种或多种组合。
所述量子点纳米粒子101还包括高稳定性复合量子点以及钙钛矿量子点，所述高稳定复合量子点包括水凝胶装载QD结构或CdSe-SiO2。所涉及的量子点分散介质包括无色透明的低沸点、易挥发有机或无机试剂。量子点纳米粒子101表面设置有配体，所述配体包括常见的量子点有机配体，例如胺、酸、巯醇和有机磷等。
溶液100中的第一纳米粒子102和第二纳米粒子103分别选自如下纳米粒子中的任意一种：无机纳米粒子、贵金属纳米粒子、胶体纳米片和胶体纳米棒，例如BaSO4，CaCO3，ZnSe，CdS，TiO2，BaTiO3，ZnS，ZrO2，Si3N4，SnO，ZnO等。
基片200的电极201材料包括ITO、石墨烯、金属和过渡金属硫属化合物中的至少一种，所述过渡金属硫属化合物包括MoS2、MoSe2、WS2和WSe2中的至少一种。
具体来说，在本实施方式中，溶液100中的纳米粒子为两种，即包括量子点纳米粒子101和散射粒子，量子点纳米粒子101的发光核为CdSe，无机保护壳层为ZnS，形成CdSe/ZnS量子点纳米粒子，散射粒子的数量为一种，选用TiO2，共沉积形成CdSe/ZnS量子点纳米粒子和TiO2复合的纳米粒子薄膜，通过分析有无TiO2对QD发光的影响，测量各种浓度的TiO2的复合纳米粒子薄膜的发光效率如表1所示：
表1
| TiO<sub>2</sub>：QD | PL亮度 | 发光效率％ |
| 1:5 | 25.43 | 5.81％ |
| 1:10 | 19.29 | 6.59％ |
| 1:15 | 17.93 | 5.98％ |
| 1:20 | 22.81 | 5.88％ |
| 无TiO<sub>2</sub> | 16.67 | 4.43％ |
由表1可见，当TiO2与量子点纳米粒子的浓度比值为1:10时，发光效率最高，TiO2对QD发光具有明显的增强。
作为一种优化，对基片200的结构进行改进形成对电极的结构设计，以实现多次共沉积，参照图5a～5i，第一电极201朝向第二电极202一面连接有多个第一分支电极2011，第二电极202朝向第一电极201一面连接有多个第二分支电极2021，相邻两第一分支电极2011之间设置一个第二分支电极2021，形成第一分支电极2011与第二分支电极2021之间的交错排布，所述溶液100包括第一溶液100a和第二溶液100b。
具体来说，作为一种优化方式，第一溶液100a中的纳米粒子的电性与第二溶液100b中纳米粒子的电性相反，例如，第一溶液100a中的纳米粒子的电性为负，且任意两种纳米粒子之间的带电量比值小于5，第二溶液100b中纳米粒子的电性为正，且任意两种纳米粒子之间的带电量比值小于5，沉积方式如下：
参照图5a，取基片200；
参照图5b，将基片200浸入第一溶液100a中，向基片200通电，第一电极201的极性为正，第二电极202的极性为负；
参照图5c，第一溶液100a中的纳米粒子共沉积于第一电极201表面，形成第一纳米薄膜300a；
停止通电，将基片200从第一溶液100a中取出，清洗基片200；
参照图5d，将基片200浸入第二溶液100b中；
参照图5e，向基片200通电，第一电极201的极性为正，第二电极202的极性为负(即不需要改变电场方向)，第二溶液100b中的纳米粒子共沉积于第二电极202表面，形成第二纳米薄膜300b；
参照图5f，停止通电，取出基片200。
作为另一种优化方式，第一溶液100a中的纳米粒子的电性与第二溶液100b中纳米粒子的电性相同，例如，第一溶液100a中的纳米粒子的电性为正，且任意两种纳米粒子之间的带电量比值小于5，第二溶液100b中纳米粒子的电性也为正，且任意两种纳米粒子之间的带电量比值小于5，沉积方式如下：
参照图5a，取基片200；
参照图5b，将基片200浸入第一溶液100a中；
参照图5g，向基片200通电，第一电极201的极性为正，第二电极202的极性为负，第一溶液100a中的纳米粒子(电性为正)共沉积于第二电极202表面，形成第一纳米薄膜300a；
停止通电，将基片200从第一溶液100a中取出，清洗基片200；
参照图5h，将基片200浸入第二溶液100b中；
参照图5i，向基片200通电，第一电极201的极性为负，第二电极202的极性为正(即改变电场方向)，第二溶液100b中的纳米粒子(电性为正)共沉积于第一电极201表面，形成第二纳米薄膜300b；
参照图5j，停止通电，取出基片200。
基片200上第一电极201和第二电极202的对电极结构设计，可有效提升成膜效率，减少了工艺流程，提高了加工效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种纳米粒子薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供溶液，所述溶液包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述至少两种纳米粒子中的一种为量子点纳米粒子；
提供基片，所述基片包括相对设置且极性相反的两电极；
将所述基片放入所述溶液，向所述两电极施加电压，所述至少两种纳米粒子沉积至电性相反的所述电极的表面，形成纳米粒子薄膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述至少两种纳米粒子的每一种沉积形成一层沉积层，所述纳米粒子薄膜包括至少两层所述沉积层，两层所述沉积层层叠设置于所述沉积电极朝向另一电极一面，各沉积层内纳米粒子的带电量由靠近所沉积电极一端向远离所沉积电极一端依次减小。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，相邻两层所述沉积层内纳米粒子的带电量的比值为10:1。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述至少两种纳米粒子共沉积于极性相同的电极表面而形成所述纳米粒子薄膜，形成所述纳米粒子薄膜的至少两种纳米粒子的带电量相近。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述至少两种纳米粒子中的一种为量子点纳米粒子，另一种为散射纳米粒子，溶液中所述量子点纳米粒子的浓度为0.1～1000mg/mL，溶液中所述散射纳米粒子的浓度为0.05～1000mg/mL。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述两电极的相对面上分别连接有至少一分支电极；
所述溶液包括第一溶液和第二溶液，所述第一溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第二溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第一溶液内的纳米粒子的电性与所述第二溶液内的纳米粒子的电性相反；
将所述基片浸入所述第一溶液内，向两所述电极施加电压，所述第一溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第一纳米粒子薄膜；
将所述基片浸入所述第二溶液内，所述第二溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第二纳米粒子薄膜。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述两电极的相对面上分别连接有至少一分支电极；
所述溶液包括第一溶液和第二溶液，所述第一溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第二溶液内包括至少两种电性相同的纳米粒子，所述第一溶液内的纳米粒子的电性与所述第二溶液内的纳米粒子的电性相同；
将所述基片浸入所述第一溶液，向所述两电极施加电压，所述第一溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第一纳米粒子薄膜；
将所述基片浸入所述第二溶液内，改变施加在两所述电极之间的电压方向，所述第二溶液内的纳米粒子沉积至极性相反的所述电极表面，形成第二纳米粒子薄膜。
8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液内的所述至少两种纳米粒子包括量子点纳米粒子，和/或，所述第二溶液内的所述至少两种纳米粒子包括量子点纳米粒子。
9.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，两所述电极的相对面上分别连接有两根或两根以上分支电极，连接于同一所述电极上的相邻两分支电极之间设置有至少一连接于另一电极上的分支电极。
10.如权利要求1或2或4或6或7所述的制备方法，其特征在于，两所述电极之间的电场强度为0～100V/μm。
11.一种纳米粒子薄膜，其特征在于，所述纳米粒子薄膜由权利要求1～10中任一项所述的制备方法制得。
12.一种显示面板，包括如权利要求11所述的纳米粒子薄膜。
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