CN113937230B - 一步法转印制备高性能的超高分辨qled - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一步法转印制备高性能的超高分辨QLED。首先制备一种微结构圆柱的PDMS印章，然后将绝缘材料填充至微结构的底部。再将附有绝缘材料的PDMS印章去粘单层的量子点LB膜，使量子点被拾取到微结构顶部。最后将上述印章贴合到空穴传输层上，加热印章使绝缘材料和像素化量子点一起被转印到空穴传输层上。设计和制备不同尺寸印章并且采用转移印刷与LB膜技术相结合的方法，从而获得亚微米以及纳米级别的量子点薄膜发光像素，并通过在QD像素之间嵌入绝缘材料，作为电荷阻挡层。最终制备的高分辨QLED解决了器件中漏电流问题，这种高性能的超高分辨QLED可应用下一代显示。
Description
技术领域
本发明属于高分辨率QLED制备技术领域，具体涉及一种一步法转印制备高性能的超高分辨QLED。
背景技术
在用于下一代显示器的发光材料中，胶体量子点（QDs）由于其出色的光电特性，如窄发射光谱、可调谐的发射波长、高发光效率和出色的稳定性而被广泛研究。在过去十年，单色量子点发光二极管（QLEDs）的性能已经取得突破性进展。然而，QLED发光层的超高分辨率图案化仍然是一个关键瓶颈。下一代显示器，如用于虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的便携式和近眼显示器，由于观看距离较短，对像素分辨率提出了更高要求。
此外，高分辨率的QLED表现出较低的性能，其外部量子效率（EQE）和亮度明显低于那些通过旋涂法制备的器件。这归因于转移的QD薄膜的质量较差，以及在像素之间的非发光区域由于空穴传输层（HTL）和电子传输层（ETL）之间的直接接触而产生的大量漏电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，采用转移印刷与LB膜技术相结合的方法，并通过在QD像素之间嵌入绝缘材料，作为电流阻挡层。最终使器件的像素尺寸可缩小至纳米级别，且解决了高分辨率QLED的漏电流问题，这种高性能的超高分辨QLED可应用下一代显示。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，在透明导电衬底的ITO层上依次沉积空穴注入层、空穴传输层、像素化量子点薄膜、电子传输层、金属阴极；其中，
所述像素化量子点薄膜以转印的方法制备，具体制备过程为：首先制备微结构圆柱的PDMS印章，然后通过旋涂或刮涂的工艺将作为电荷阻挡层（绝缘阻挡层）的绝缘材料填充至微结构的底部，接着将附有绝缘材料的PDMS印章去粘单层的量子点LB膜，使量子点被拾取到微结构顶部，最后将拾取量子点后PDMS印章贴合到空穴传输层上，加热后分离PDMS印章，使电荷阻挡层和像素化的量子点一起被转印到空穴传输层上
在本发明一实施例中，所述空穴注入层的材料为聚合物PEDOT:PSS、氧化钼、氧化镍、硫氰亚铜中的一种。
在本发明一实施例中，所述空穴传输层的材料为聚合物TFB、Poly:TPD、PVK中的一种或其中至少两种的混合物。
在本发明一实施例中，所述量子点的材料为CdSe、InP、卤素钙钛矿中的一种。
在本发明一实施例中，所述电子传输层的材料为ZnO纳米颗粒、掺杂金属阳离子的ZnO纳米颗粒或ZnO纳米颗粒与聚合物的混合体。
在本发明一实施例中，所述金属阴极的材料为银或铝。
在本发明一实施例中，所述绝缘材料为有机材料，包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、PMMA，或无机材料，包括：纳米二氧化硅、氧化铝、氧化锆。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明利用量子点LB膜自组装机理和可图案化的PDMS印章特性，并通过在QD像素之间嵌入绝缘材料，作为电流阻挡层。最终使器件的像素尺寸可缩小至纳米级别，且解决了高分辨率QLED的漏电流问题，这种高性能的超高分辨QLED可应用下一代显示。
（2）本发明采用的制备过程安全无污染，不生成副产物，工艺简单易操作；
（3）本发明所述PDMS印章可以重复利用。
附图说明
图1为本发明实施例一、实施例二的转印工艺流程示意图；
图2为本发明实施例一、实施例二的转印像素化量子点和绝缘材料的示意图；
图3为本发明实施例一的光学显微镜下观察的图；
图4为本发明实施例一、实施例二的超高分辨QLED器件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明一种一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，在透明导电衬底的ITO层上依次沉积空穴注入层、空穴传输层和图案化量子点薄膜、电子传输层、金属阴极。
其中，像素化量子点薄膜以转印的方法制备，具体包括以下步骤实现：
步骤1：首先制备微结构圆柱的PDMS印章。
步骤2：通过旋涂或刮涂的工艺将绝缘材料填充至微结构的底部。
步骤3：在LB膜拉膜机上形成单层的量子点LB膜。
步骤4：将附有绝缘层的PDMS印章去粘量子点LB膜，使量子点被拾取到微结构顶部。
步骤5：将上述印章贴合到空穴传输层上，加热PDMS印章10分钟后，剥离印章，使绝缘层和像素化的量子点一起被转印到空穴传输层上。
步骤6：对空穴传输层上嵌有绝缘材料的像素化QD进行80℃退火。
以下为本发明具体实施实例。
实施例一
一步法转印制备高性能的超高分辨QLED的工艺流程示意图，如图1所示。具体包括以下步骤：
（1）制备微结构圆柱的PDMS印章：首先在硅的母模板上涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)，然后加热1h使其处于固化状态，退火温度为80℃。再将固化完成后的PDMS从模板上分离。PDMS印章面积为0.8 cm2，厚度为0.5 mm且圆柱的直径为400 nm，高度为150 nm。
其中PDMS由液态组成部分和固化剂以10:1质量比例混合，然后将其搅拌5min放入真空干燥箱里抽真空，静置0.5 h后取出。
（2）通过旋涂方法将浓度3 mg/ml的PMMA溶液填充至微结构圆柱的底部。
（3）像素化量子点的生成：首先将红色CdSe量子点配成浓度为5mg/ml，溶剂为正己烷的溶液。然后通过LB膜拉膜机生成致密的单层量子点LB膜。再将嵌有PMMA的PDMS印章粘附量子点LB膜，使量子点被拾取至圆柱的顶部。然后再将上述印章贴合到空穴传输层上，以80℃温度加热印章5分钟后，剥离PDMS印章，使嵌有PMMA的像素化QD被转印到空穴传输层上，图2为转印像素化量子点和绝缘材料的示意图。如图3所示，通过在光学显微镜下观察，可以看到由量子点组成的直径为400 nm的像素点。
（4）如图4所示，超高分辨QLED器件结构依次为ITO层、空穴注入层、空穴传输层、图案化量子点薄膜、电子传输层、金属阴极。其中空穴注入层使用PEDOT:PSS溶液，空穴传输层使用TFB溶液，利用匀胶机旋涂成膜，转速为3000 rpm且时间为45s。嵌有PMMA的像素化QD通过转印至空穴传输层上，然后电子传输层是将掺杂有机聚合物PVP的ZnO纳米颗粒溶液旋涂成膜，转速为2000 rpm且时间为40s。金属阴极通过真空镀膜机沉积100nm的Ag电极。
实施例二
（1）制备微结构圆柱的PDMS印章：首先在硅的母模板上涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)，然后加热1h使其处于固化状态，退火温度为80℃。再将固化完成后的PDMS从模板上分离。PDMS印章面积为0.8 cm2，厚度为0.5 mm且圆柱的直径为400 nm，高度为150 nm。
其中PDMS由液态组成部分和固化剂以10:1质量比例混合，然后将其搅拌5min放入真空干燥箱里抽真空，静置0.5 h后取出。
（2）通过刮涂方法将纳米SiO2溶液填充至微结构圆柱的底部。
（3）像素化量子点的生成：首先将红色InP量子点配成浓度为5 mg/ml，溶剂为正己烷的溶液。然后通过LB膜拉膜机生成致密的单层量子点LB膜。再将嵌有纳米SiO2的PDMS印章粘附量子点LB膜，使量子点被拾取至圆柱的顶部。然后再将上述印章贴合到空穴传输层上，以80℃温度加热印章5分钟后，剥离PDMS印章使嵌有纳米SiO2的像素化QD被转印到空穴传输层上。图2为转印像素化量子点和绝缘材料的示意图。
（4）如图4所示，超高分辨QLED器件结构层依次为ITO层、空穴注入层、空穴传输层、像素化量子点薄膜、电子传输层、金属阴极。其中空穴注入层使用氧化钼，空穴传输层使用Poly:TPD，利用匀胶机旋涂成膜，转速为3000rpm且时间为45s。嵌有纳米SiO2的像素化QD被转印到空穴传输层上，然后电子传输层是将ZnMgO纳米颗粒溶液旋涂成膜，转速为2000rpm且时间为40s。金属阴极通过真空镀膜机沉积100nm的Al电极。
综上所述，本发明制作成本低，制备工艺简单，不仅制备的速度快，而且制备的环境无需特殊的要求，在常温常压的大气环境下就可进行。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，其特征在于，在透明导电衬底的ITO层上依次沉积空穴注入层、空穴传输层、像素化量子点薄膜、电子传输层、金属阴极；其中，
所述像素化量子点薄膜以转印的方法制备，具体制备过程为：首先制备微结构圆柱的PDMS印章，然后通过旋涂或刮涂的工艺将作为电荷阻挡层的绝缘材料填充至微结构的底部，接着将附有绝缘材料的PDMS印章去粘单层的量子点LB膜，使量子点被拾取到微结构顶部，最后将拾取量子点后PDMS印章贴合到空穴传输层上，加热后分离PDMS印章，使电荷阻挡层和像素化的量子点一起被转印到空穴传输层上；对空穴传输层上嵌有绝缘材料的像素化QD进行80℃退火。
2.根据权利要求1所述的一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，其特征在于，所述空穴注入层的材料为聚合物PEDOT:PSS、氧化钼、氧化镍、硫氰亚铜中的一种。
3.根据权利要求1所述的一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，其特征在于，所述空穴传输层的材料为聚合物TFB、Poly:TPD、PVK中的一种或其中至少两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，其特征在于，所述量子点的材料为CdSe、InP、卤素钙钛矿中的一种。
5.根据权利要求1所述的一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，其特征在于，所述电子传输层的材料为ZnO纳米颗粒、掺杂金属阳离子的ZnO纳米颗粒或ZnO纳米颗粒与聚合物的混合体。
6.根据权利要求1所述的一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，其特征在于，所述金属阴极的材料为银或铝。
7.根据权利要求1所述的一步法转印制备高性能的超高分辨QLED，其特征在于，所述绝缘材料为有机材料，包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、PMMA，或无机材料，包括：纳米二氧化硅、氧化铝、氧化锆。
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