CN114744100A - 一种基于表面预处理的量子点图案制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于表面预处理的量子点图案制备方法，是在预处理后的基板表面形成由亲水性物质组成的第一图案和由疏水性物质组成的第二图案，第二图案设于第一图案外围并与第一图案的边缘相配合，量子点溶液沉积于第一图案上；图案通过模板采用压印工艺制得。本发明通过利用亲、疏水物质的相关特性并对待沉积量子点溶液的区域进行图案化处理，可使沉积的量子点颜色转换层的形状更加规则、高度更加可控，不易出现因量子点溶液的流动而导致的颜色转换层图案的形变。量子点颜色转换层图案的规则、整齐化有利于窄半高宽、高色品质出光的实现。
Description
技术领域
本发明涉及量子点显示领域，尤其涉及到基于表面预处理的量子点图案制备方法。
背景技术
与LCD、OLED等技术相比，Micro LED因其具有自发光、低功耗，高亮度，高可靠性等诸多优势，引起了人们越来越多的兴趣，Micro LED显示技术也被称为‘次时代显示技术’，越来越多的研究人员与厂商投入到Micro LED的研究中。
Micro LED的全彩化技术路线主要有两条：①RGB法，即通过分别控制R、G、B三种芯片的发光来实现全彩化，然而该条技术路线面临着巨量转移这一技术壁垒，难度较高，花费较大。②颜色转换法，即通过短波长的蓝紫光激发长波长的红绿光来实现全彩，与RGB法相比较，无论是技术难度还是花费，该方法都具有较大的优势，是目前最容易实现全彩化的方法。在颜色转化法中，需要在器件表面或基板上制备颜色转换层，该颜色转换层的形状、厚度等因素对激发光的品质有着重要的关系。
在将量子点应用到显示领域中的过程中，量子点颜色转换层的图案化起着举足轻重的作用。通过掩膜法、光刻法、喷墨打印等技术可将量子点溶液制作成各种各样的图案以满足不同的需求，然而由于量子点溶液自身的流动性，其制备的图案会发生形变，出现图案形状不规则、不整齐、高度不可控的现象，导致实际量子点图案与设计图案有较大差别，如图1所示，(虚线框为设计图案，实线框为实际图案)。这些现象的存在势必会对颜色转换层的出光品质造成不利影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于表面预处理的量子点图案制备方法，通过在量子点溶液沉积前使用亲水性物质与疏水性物质对待沉积量子点的表面进行预处理，可有效缓解设计图案与实际图案两者之间的差别。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种基于表面预处理的量子点图案制备方法，是对基板表面进行预处理，于预处理后的基板表面形成由亲水性物质组成的第一图案和由疏水性物质组成的第二图案，第二图案设于第一图案外围并与第一图案的边缘相配合，量子点溶液沉积于第一图案上；其中第一图案、第二图案中的至少之一采用以下工艺制得：
提供一模板，模板表面具有凹凸构造，其中凸出部分形成图案表面；于所述图案表面涂覆亲水性物质或疏水性物质，采用压印工艺于基板上形成与图案表面相应的由亲水性物质或疏水性物质构成的图案。
可选的，包括以下步骤：
1)对基板表面进行预处理；
2)提供一第一模板，所述第一模板表面具有若干分立柱状结构，所述若干分立柱状结构的表面形成第一图案表面，于第一图案表面涂覆亲水性物质，采用压印工艺于基板上形成第一图案；
3)提供一第二模板，所述第二模板表面具有若干分立凹坑，凹坑与所述柱状结构位置一一相对且尺寸相当，所述若干分立凹坑之外的表面形成第二图案表面，于第二图案表面涂覆疏水性物质，采用压印工艺于基板上形成第二图案；
4)于第一图案表面沉积量子点溶液；
其中步骤2)和步骤3)不分先后。
可选的，包括以下步骤：
1)对基板表面进行预处理；
2)于基板表面涂覆一层疏水性物质；
3)提供一第一模板，所述第一模板表面具有若干分立柱状结构，所述若干分立柱状结构的表面形成第一图案表面，于第一图案表面涂覆亲水性物质，采用压印工艺于基板上形成第一图案，第一图案之外的疏水性物质形成第二图案；
4)于第一图案表面沉积量子点溶液。
可选的，包括以下步骤：
1)对基板表面进行预处理；
2)于基板表面涂覆一层亲水性物质；
3)提供一第二模板，所述第二模板表面具有若干分立凹坑，所述若干分立凹坑之外的表面形成第二图案表面，于第二图案表面涂覆疏水性物质，采用压印工艺于基板上形成第二图案，第二图案之外的亲水性物质形成第一图案；
4)于第一图案表面沉积量子点溶液。
可选的，所述对基板表面进行预处理，是将基板依次放入丙酮、酒精溶液中，分别超声清洗5-10分钟后，去离子水冲洗5-10分钟，氮气吹干；将干燥的基板放入等离子体清洗机的腔体中，功率50～300W，时间3-5分钟。
可选的，所述量子点溶液中的量子点表面具有亲水性基团。
可选的，所述量子点溶液中的量子点为红色量子点或绿色量子点。
可选的，所述量子点溶液通过喷墨打印工艺沉积于第一图案上。
可选的，所述亲水性物质包括聚乙烯醇、聚醚多元醇、聚丙烯酸中的一种。
可选的，所述疏水性物质包括聚碳酸脂、聚烯烃、聚丙烯腈、聚酯、氟化氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺中的至少一种。
本发明的有益效果为：
通过利用亲、疏水物质的相关特性并对待沉积量子点溶液的区域进行图案化处理，可使沉积的量子点颜色转换层的形状更加规则、高度更加可控，不易出现因量子点溶液的流动而导致的颜色转换层图案的形变。量子点颜色转换层图案的规则、整齐化有利于窄半高宽、高色品质出光的实现。
附图说明
图1为现有技术的量子点成型图案；
图2为实施例的量子点溶液沉积图案的俯视示意图；
图3为实施例的第一模板的结构示意图；
图4为实施例的第二模板的结构示意图；
图5为亲水性原理示意图；
图6为疏水性原理示意图；
图7为实施例1的第一图案示意图；
图8为实施例1的第一图案和第二图案组成的待沉积量子点图案示意图；
图9为实施例1的红色量子点沉积形成的红光色转换层阵列示意图；
图10为实施例1的红光色转换层阵列和绿光色转换层阵列示意图；
图11为喷墨打印工艺的原理示意图；
图12为实施例2的整层疏水性物质的示意图；
图13为实施例3的整层亲水性物质的示意图；
图14为本发明的量子点成型图案。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。
实施例的基于表面预处理的量子点图案制备方法主要由三个部分构成：
1、量子点溶液沉积图案的设计。在待沉积量子点溶液的区域设置了由亲水性物质和疏水性物质组成的图案，(实施例中以方形为例，其他图案能满足要求也可)，亲水性物质构成的第一图案A在内部，疏水性物质构成的第二图案B在外部，如图2所示。第二图案B与第一图案A的边缘相配合，是指在两图案交界处，亲水性物质与疏水性物质可相互接触或二者之间有极小(≤5微米)的间距。
2、模板的设计。为适应大批量生产的需要，本技术方案中设计了两套模板，分别用于形成由亲水性物质组成的第一图案A和疏水性物质组成的第二图案B。如图3所示，第一模板2的表面具有凹凸构造，凸出的部分为若干分立的柱状结构21，例如可以有规律的间隔排列，该些柱状结构21的上顶面组合形成了第一图案表面，在该些柱状结构的上顶面上涂覆亲水性物质。如图4所示，第二模板3的上表面分布众多凹坑31，凹坑31位置与第一模板2的柱状结构位置一一相对，且尺寸相当，凹坑21之外的表面形成了第二图案表面，在第二模板表面除凹坑的位置外涂覆疏水性物质。通过两套模板的配合，可快速、大批量在基板的表面制备所需的图案。
3、量子点溶液沉积。将量子点溶液沉积于亲水性物质(即第一图案A)之上，利用亲水性物质中相关基团的“亲水”特性加强量子点溶液与基板的粘结性，如图5所示。在亲水性物质图案外围设置的由疏水性物质构成的图案上(即第二图案B)不沉积量子点溶液，当量子点溶液向疏水性物质组成的图案上扩散时，由于疏水性物质中相关基团的“疏水”特性可起到限制量子点溶液四处扩散的作用，如图6。
亲水性物质表面具有较高的表面能，其成分一般包括但不限于如含有羧基、氨基、羟基等基团。疏水性物质表面具有较低的表面能，其成分一般包括但不限于如氟碳化合物、硅树脂等。量子点表面含有如羧基、氨基、羟基等基团，可溶于水溶液中。例如，亲水性物质包括聚乙烯醇、聚醚多元醇、聚丙烯酸中的一种；疏水性物质包括聚碳酸脂、聚烯烃、聚丙烯腈、聚酯、氟化氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺中的至少一种。
实施例1
1.基板清洗。将基板依次放入丙酮、酒精溶液中，分别超声清洗5-10分钟后，去离子水冲洗5-10分钟，氮气吹干。基板可以是例如玻璃基板、硅基板等硬质基板，优选透光的玻璃基板。
2.等离子体处理。将干燥的基板放入Asher腔体中，功率200W，时间3-5分钟，利用氧等离子体的高活性作用，对基板表面进行进一步的清洁处理。
3.图案制备。采用图3的第一模板和图4的第二模板；首先，第一模板通过压印等方式在基板1的待沉积量子点区域制备出由亲水性物质组成的第一图案A，如图7所示，然后采用第二模板通过相同的方式在亲水性物质图案的外围制备由疏水性物质组成的第二图案B，第一图案A和第二图案B共同构成待沉积量子点溶液的图案，如图8所示，内圈图案由亲水性物质组成，外圈图案由疏水性物质组成，在内外圈交界处，亲水性物质与疏水性物质相接触，内圈图案与外圈图案的大小可根据需要自行设计。图案形成的具体工艺如下：①通过涂抹、浸没等方法在第一模板2的柱状结构21表面上涂满亲水性物质聚乙烯醇溶液。②在一定的压力作用下，将涂满亲水性物质的第一模板2与等离子体处理后的基板1紧紧贴合并维持3-5分钟，二者脱离待溶剂挥发干后，在基板1表面制备出由亲水性物质组成的阵列式的第一图案，如图8所示。③采用涂抹、浸没等方法在第二模板3的表面(除凹坑31外)涂满疏水性物质聚碳酸脂溶液。④通过模板上的对准标记实现第二模板3与第一图案A的精确对准(具体为凹坑31与第一图案A的一一对准)，在一定的压力作用下，将涂满疏水性物质的第二模板3与带有第一图案A的基板紧紧贴合并维持3-5分钟(疏水模板的凹坑31恰好将第一图案A包围在内)，二者脱离待溶剂挥发干后，形成疏水的第二图案B，第一图案A与第二图案B共同构成了待沉积量子点的图案，如图8所示。
4.红光量子点溶液沉积。通过喷墨打印等方式，在基板上图案内沉积量子点溶液，量子点溶液仅沉积在亲水性物质组成的第一图案A的部分区域之上，如图9所示，得到红光色转换层阵列4。红色量子点材料为CdSe/ZnS，亲水性基团为羧基。
5.绿光量子点溶液沉积。采用与红光量子点溶液相同的方式，在亲水性物质组成的第一图案A的另外部分区域之上沉积绿光量子点溶液，得到绿光色转换层阵列5，从而完成可实现全彩化的颜色转换层的制备，如图10所示。绿色量子点材料为CdSe/CdS，亲水性基团为羧基。
喷墨打印工艺由例如仪器Super Inkjet Printer Model SIJ-S350完成，该仪器无需掩膜版可直接在基板上完成高精度量子点图案的制备，喷墨打印过程如图11所示。
实施例2
针对快速在基板上制备由亲水性物质与疏水性物质构成的图案，本实施例提供了另一种更为简便的技术方案，本实施例仅需图3所示的第一模板即可实现图案的制备，具体如下：
步骤1-2与实例1相同，在此不再累述。
3.图案制备。将清洗、等离子体处理后的基板通过旋涂等方式在基板的表面粘附一层疏水性物质B’，疏水性物质均匀分布在基板的表面，如图12所示。然后，第一模板2采用前述压印的方式直接在基板疏水性物质之上制备出由亲水性物质构成的第一图案A，第一图案A之外的疏水性物质即形成第二图案B，从而完成了量子点溶液待沉积图案的制备，同样参考图8。本方法仅需制备一个模板，花费更低且无需考虑图案套准的问题，更适用于大规模生产。
步骤4-5与实例1相同，在此不再累述。
实施例3
本实施例提供了另一种技术方案，本实施例仅需图4所示的第二模板即可实现图案的制备，具体如下：
步骤1-2与实例1相同，在此不再累述。
3.图案制备。将清洗、等离子体处理后的基板通过旋涂等方式在基板的表面粘附一层亲水性物质A’，亲水性物质均匀分布在基板的表面，如图13所示。然后，第二模板3采用前述压印的方式直接在基板亲水性物质之上制备出由疏水性物质构成的第二图案B，第二图案B之外的镂空部分裸露的亲水性物质即形成第一图案A，从而完成了量子点溶液待沉积图案的制备，同样参考图8。本方法仅需制备一个模板，花费更低且无需考虑图案套准的问题，更适用于大规模生产。
步骤4-5与实例1相同，在此不再累述。
参考图14，图中虚线框为设计图案，实线框为实际图案。本发明通过在量子点溶液沉积前使用亲水性物质与疏水性物质对待沉积量子点的表面进行预处理，可有效缓解设计图案与实际图案两者之间的差别，使沉积的量子点颜色转换层的形状更加规则、高度更加可控，不易出现因量子点溶液的流动而导致的颜色转换层图案的形变。量子点颜色转换层图案的规则、整齐化有利于窄半高宽、高色品质出光的实现。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于表面预处理的量子点图案制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：对基板表面进行预处理，于预处理后的基板表面形成由亲水性物质组成的第一图案和由疏水性物质组成的第二图案，第二图案设于第一图案外围并与第一图案的边缘相配合，量子点溶液沉积于第一图案上；其中第一图案、第二图案中的至少之一采用以下工艺制得：
提供一模板，模板表面具有凹凸构造，其中凸出部分形成图案表面；于所述图案表面涂覆亲水性物质或疏水性物质，采用压印工艺于基板上形成与图案表面相应的由亲水性物质或疏水性物质构成的图案。
2.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对基板表面进行预处理；
2)提供一第一模板，所述第一模板表面具有若干分立柱状结构，所述若干分立柱状结构的表面形成第一图案表面，于第一图案表面涂覆亲水性物质，采用压印工艺于基板上形成第一图案；
3)提供一第二模板，所述第二模板表面具有若干分立凹坑，凹坑与所述柱状结构位置一一相对且尺寸相当，所述若干分立凹坑之外的表面形成第二图案表面，于第二图案表面涂覆疏水性物质，采用压印工艺于基板上形成第二图案；
4)于第一图案表面沉积量子点溶液；
其中步骤2)和步骤3)不分先后。
3.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对基板表面进行预处理；
2)于基板表面涂覆一层疏水性物质；
3)提供一第一模板，所述第一模板表面具有若干分立柱状结构，所述若干分立柱状结构的表面形成第一图案表面，于第一图案表面涂覆亲水性物质，采用压印工艺于基板上形成第一图案，第一图案之外的疏水性物质形成第二图案；
4)于第一图案表面沉积量子点溶液。
4.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)对基板表面进行预处理；
2)于基板表面涂覆一层亲水性物质；
3)提供一第二模板，所述第二模板表面具有若干分立凹坑，所述若干分立凹坑之外的表面形成第二图案表面，于第二图案表面涂覆疏水性物质，采用压印工艺于基板上形成第二图案，第二图案之外的亲水性物质形成第一图案；
4)于第一图案表面沉积量子点溶液。
5.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：所述对基板表面进行预处理，是将基板依次放入丙酮、酒精溶液中，分别超声清洗5-10分钟后，去离子水冲洗5-10分钟，氮气吹干；将干燥的基板放入等离子体清洗机的腔体中，功率50～300W，时间3-5分钟。
6.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：所述量子点溶液中的量子点表面具有亲水性基团。
7.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：所述量子点溶液中的量子点为红色量子点或绿色量子点。
8.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：所述量子点溶液通过喷墨打印工艺沉积于第一图案上。
9.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：所述亲水性物质包括聚乙烯醇、聚醚多元醇、聚丙烯酸中的一种。
10.根据权利要求1所述的基于表面预处理的量子点图案制备方法，其特征在于：所述疏水性物质包括聚碳酸脂、聚烯烃、聚丙烯腈、聚酯、氟化氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺中的至少一种。
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