CN111427111A - 量子点图案化方法、装置及*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种量子点图案化方法、装置及***，该量子点图案化方法包括：提供一基片，在基片的下方通过下电极基板设置多个下电极，在基片的上方通过上电极基板设置多个上电极，下电极和上电极相对设置，从而形成基片加上下对组电极的三明治结构。基片处于多个上电极和多个下电极之间，在基片上涂布量子点溶液，并对上电极和下电极通电而使上电极和下电极之间形成电场，使得量子点溶液在上电极和下电极之间根据电场分布进行聚集。随后，利用蒸发溶剂的方法使量子点溶液沉积成膜，在基片上得到图案化的量子点薄膜。本申请不需要在基片上加工图案化电极就能得到图案化的量子点薄膜，工艺简单、适合大规模生产，能增强图案化量子点的广泛应用。

Description

量子点图案化方法、装置及***
技术领域
本申请实施例涉及量子点技术领域，尤其涉及一种量子点图案化方法、装置及***。
背景技术
纳米材料的结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间，其尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质由于强相干带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因此其在熔点、磁性、光学、导热、导电特性等方面具有独特的性质，故其在很多领域都有重要的应用价值。
量子点(Quantum Dots，QD)就是一类典型的纳米材料，其具备尺寸小、能量转换效率高等特点，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，量子点还具有高亮度、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。
量子点等纳米材料的图案化技术的开发对于其在LED、显示技术、太阳能电池、光开关、传感及检测等领域的应用都具有重要价值。目前，量子点图案化的技术主要有喷墨打印和光刻，其中，光刻制程的加热、紫外固化以及显影液的冲洗，都会影响量子点的稳定性；喷墨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。因此，喷墨打印和光刻都极大的限制了量子点图案化的发展和应用。
发明内容
为了解决上述问题，本申请实施例提供一种量子点图案化方法、装置及***。
第一方面，本申请实施例提供一种量子点图案化方法，该量子点图案化方法包括以下步骤：提供一基片，在所述基片的下方平行设置下电极基板，在所述下电极基板的上表面设置多个下电极；在所述基片的上方平行设置上电极基板，在所述上电极基板的下表面设置多个与所述下电极相对的上电极；在所述基片的上表面涂布量子点溶液，并对所述上电极和所述下电极通电，使所述量子点溶液聚集在所述上电极和所述下电极之间；蒸发所述量子点溶液，以在所述基片的上表面形成图案化的量子点薄膜。
在一些实施例中，在所述步骤“提供一基片”之前，还包括：在所述下电极基板的下方提供一基座，通过支撑柱将所述基片设置于所述基座的上方。
在一些实施例中，所述步骤“蒸发所述量子点溶液”，具体包括：加热、抽真空或紫外固化所述量子点溶液，使所述量子点溶液挥发形成所述量子点薄膜。
第二方面，本申请实施例提供一种量子点图案化装置，该量子点图案化装置包括：由下而上依次设置的下电极基板、下电极、基片、上电极和上电极基板；其中，多个所述上电极设置于所述上电极基板的下表面，多个所述下电极设置于所述下电极基板的上表面，且所述上电极和所述下电极相对设置；所述基片的上表面涂布有量子点溶液，所述量子点溶液介于所述上电极和所述下电极之间。
在一些实施例中，所述量子点图案化装置还包括基座和支撑柱，所述基片通过所述支撑柱设置于所述基座的上方，所述下电极基板位于所述基座的上方。
在一些实施例中，所述上电极和所述下电极的横截面相同且一一对应，多个所述上电极通过所述上电极基板以外的走线相互电性连接，多个所述下电极通过所述下电极基板以外的走线相互电性连接。
在一些实施例中，所述上电极和所述下电极的横截面不同且水平投影面部分重叠，所述上电极通过所述上电极基板加电，所述下电极通过所述下电极基板加电。
在一些实施例中，多个所述上电极通过所述上电极基板下表面的第一走线相互电性连接，多个所述下电极通过所述下电极基板上表面的第二走线相互电性连接，所述第一走线与所述第二走线的方向不同。
在一些实施例中，所述基片的厚度小于0.5mm。
第三方面，本申请实施例提供一种量子点图案化***，该量子点图案化***包括如上所述的量子点图案化装置、电源和蒸发装置，其中，所述电源用于向上电极和下电极施加电压，所述蒸发装置用于蒸发所述量子点溶液。
本申请实施例提供一种量子点图案化方法、装置及***，通过对上电极和下电极通电而使上电极和下电极之间形成电场，使量子点溶液在上电极和下电极之间根据电场分布进行聚集。随后，利用蒸发溶剂的方法使量子点溶液沉积成膜，在基片上得到图案化的量子点薄膜。本申请实施例不需要对基片进行特殊处理，如在基片上加工图案化电极，就能得到图案化的量子点薄膜，且对量子点溶液的配方体系要求较低，因此工艺简单、适合大规模生产，能增强图案化量子点的广泛应用。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的量子点图案化方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的量子点图案化装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的量子点图案化方法的过程示意图；
图4为本申请实施例提供的量子点图案化方法产生的量子点薄膜示意图；
图5为本申请实施例提供的量子点图案化装置的另一结构示意图；
图6(a)为本申请实施例提供的第一种对组电极的上电极的结构示意图；
图6(b)为本申请实施例提供的第一种对组电极的下电极的结构示意图；
图7(a)为本申请实施例提供的第二种对组电极的上电极的结构示意图；
图7(b)为本申请实施例提供的第二种对组电极的下电极的结构示意图；
图8(a)为本申请实施例提供的第三种对组电极的上电极的结构示意图；
图8(b)为本申请实施例提供的第三种对组电极的下电极的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的量子点图案化方法的流程示意图，图2为本申请实施例提供的量子点图案化装置的结构示意图，图3为本申请实施例提供的量子点图案化方法的过程示意图，结合图1、图2和图3，该方法包括以下步骤：
S1、提供一基片7，在基片7的下方平行设置下电极基板1，在下电极基板1的上表面设置多个下电极2。
S2、在基片7的上方平行设置上电极基板3，在上电极基板3的下表面设置多个与下电极相对的上电极4。
S3、在基片7的上表面涂布量子点溶液5，并对上电极4和下电极2通电，使量子点溶液5聚集在上电极4和下电极2之间。
S4、蒸发量子点溶液5，以在基片7的上表面形成图案化的量子点薄膜6。
另外，图4为本申请实施例提供的量子点图案化方法产生的量子点薄膜示意图。可以理解的是，通过步骤S4已在基片7的上表面形成图3中的量子点薄膜6，移除上电极基板3、上电极4、下电极基板1和下电极2，即可得到如图4所示的基片7的上表面的量子点薄膜6。
具体地，本申请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，提供一基片7，在基片7的下方通过下电极基板1设置多个下电极2，并在基片7的上方通过上电极基板3设置多个上电极4，下电极2和上电极4相对设置，从而形成下电极2、基片7和上电极4组成的三明治结构。在基片7上涂布量子点溶液5，并对下电极2和上电极4通电而使上下电极之间形成电场，使得量子点溶液5在上下电极之间根据电场分布进行聚集。随后，可以利用蒸发溶剂的方法使量子点溶液5沉积成膜，从而在基片7上得到图案化的量子点薄膜6。
本申请实施例提供的量子点图案化方法，由于基片7上的量子点溶液5在上下电极之间的电场中会聚集在上下电极处，因此蒸发量子点溶液5能使其在上下电极处形成量子点薄膜6，从而在基片7上得到图案化的量子点薄膜6。本申请实施例不需要对基片7进行特殊处理，如在基片7上加工图案化电极，就能得到图案化的量子点薄膜6，且对量子点溶液5的配方体系要求较低，因此工艺简单、适合大规模生产，能增强图案化量子点的广泛应用，以使其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 Dot LightEmitting Diodes，QLED)、量子点有机发光二极管(Quantum Dot Organic Light EmittingDiodes，QD-OLED)等量子点显示领域以及纳米粒子图案化制程的领域。
进一步地，图5为本申请实施例提供的量子点图案化装置的另一结构示意图，参考图5，在步骤S1的“提供一基片7”之前，还包括：在下电极基板1的下方提供一基座9，通过支撑柱8将基片7设置于基座9的上方，从而使得下电极2、基片7和上电极4组成的三明治结构通过支撑柱8设置于基座9的上方。其中，为了保持平衡，支撑柱8有多个。
进一步地，步骤S4中的“蒸发量子点溶液5”，具体包括：加热、抽真空或紫外固化量子点溶液5，使量子点溶液5挥发形成量子点薄膜6。
参考图2，本申请实施例还提供一种量子点图案化装置，该装置包括：由下而上依次设置的下电极基板1、下电极2、基片7、上电极4和上电极基板3；其中，多个上电极4设置于上电极基板3的下表面，多个下电极2设置于下电极基板1的上表面，且上电极4和下电极2相对设置；基片7的上表面涂布有量子点溶液5，量子点溶液5介于上电极4和下电极2之间。
具体地，基片7处于多个上电极4和多个下电极2之间，从而形成下电极2、基片7和上电极4组成的三明治结构。其中，基片7用于涂布量子点溶液5，上下电极用于通电而在上下电极之间形成电场，从而使得量子点溶液5在上电极4和下电极2之间根据电场分布进行聚集。随后，可以利用蒸发溶剂的方法使量子点溶液5沉积成膜，从而在基片7上得到图案化的量子点薄膜6。
进一步地，该量子点图案化装置还包括基座9和支撑柱8，基片7通过支撑柱8设置于基座9的上方，下电极基板1位于基座9的上方，从而使得下电极2、基片7和上电极4组成的三明治结构通过支撑柱8设置于基座9的上方。
需要说明的是，本申请实施例中的量子点材料包括发光核、无机保护壳层、高稳定性复合量子点和钙钛矿量子点，其中，发光核的材料包括ZnCdSe2，InP，Cd2SSe，CdSe，Cd2SeTe和InAs中的一种或多种，无机保护壳层的材料包括CdS，ZnSe，ZnCdS2，ZnS，ZnO中的一种或多种，高稳定性复合量子点的材料包括水凝胶装载量子点和CdSe-SiO2等；量子点分散介质包括无色透明的低沸点、易挥发的有机或无机试剂；量子点表面配体包括常见的量子点有机配体，例如胺、酸、巯醇、有机磷等。
并且，本申请实施例同样适用于其他纳米材料，如无机纳米颗粒、贵金属纳米粒子、胶体纳米片、胶体纳米棒等。
另外，本申请实施例的上电极4和下电极2的材料包括铟锡氧化物半导体(ITO)、石墨烯、金属、过渡金属硫属化合物(MoS2、MoSe2、WS2、WSe2)等；本申请实施例中的上电极基板3和下电极基板1的材料包括玻璃、有机玻璃、硬质绝缘膜材、软质绝缘膜材等。
还需要说明的是，本申请实施例中的基片7厚度不能太厚，否则需要对上电极4和下电极2施加较大的电压才能形成使量子点溶液5能够聚集的电场强度，而这是不必要的，因此，基片7的厚度应当小于0.5mm。
可以理解的是，量子点溶液5最后形成的量子点薄膜6的具体形状依赖于上下电极的横截面形状，因此本申请实施例对上下电极即对组电极进行以下三种不同的设计。
图6(a)为本申请实施例提供的第一种对组电极的上电极的结构示意图，图6(b)为本申请实施例提供的第一种对组电极的下电极的结构示意图，参考图6(a)和图6(b)，上电极4和下电极2的横截面相同(横截面形状和面积完全相同)且一一对应，多个上电极4通过上电极基板3以外的走线相互电性连接，多个下电极2通过下电极基板1以外的走线相互电性连接。这种方式中，基片7上只有电极图案而没有走线，上下电极分别通过上下电极基板以外的走线进行连接，因此上下电极基板的结构较为复杂。
图7(a)为本申请实施例提供的第二种对组电极的上电极的结构示意图，图7(b)为本申请实施例提供的第二种对组电极的下电极的结构示意图，参考图7(a)和图7(b)，上电极4和下电极2的横截面不同(横截面形状和面积不完全相同)且水平投影面部分重叠，例如图7(a)和图7(b)中的上电极4为横条状，下电极2为竖条状；上电极4通过上电极基板3加电，下电极2通过下电极基板1加电。这种方式中，上下电极不一致，利用二者的交叠区域产生电场，从而使量子点溶液5在交叠区域聚集；上下电极采用平面电极的形式，可以直接对上下电极基板进行加电而对上下电极进行加电。
图8(a)为本申请实施例提供的第三种对组电极的上电极的结构示意图，图8(b)为本申请实施例提供的第三种对组电极的下电极的结构示意图，参考图8(a)和图8(b)，多个上电极4通过上电极基板3下表面的多根第一走线11相互电性连接，多个下电极2通过下电极基板1上表面的多根第二走线10相互电性连接，第一走线11与第二走线10的方向不同(第一走线11与第二走线10互相不平行)，例如图8(a)和图8(b)中的第一走线11与第二走线10互相垂直。这种方式中，上下电极分别采用极细(例如直径小于200微米)的第一走线11和第二走线10互相连接，且第一走线11和第二走线10的方向不同，这样可以有效减少走线之间的电场；同时上下电极也采用平面电极的形式，可以减少电极的加工难度。
可以理解的是，以上三种电极设计中，上下电极的横截面形状均可以根据要求进行设置，例如圆形、长方形、菱形或三角形，此处不作限定。
本申请实施例还提供一种量子点图案化***，该***包括如上所述的量子点图案化装置以及电源和蒸发装置，其中，电源用于向上电极和下电极施加电压，蒸发装置用于蒸发量子点溶液。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种量子点图案化方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一基片，在所述基片的下方平行设置下电极基板，在所述下电极基板的上表面设置多个下电极；
在所述基片的上方平行设置上电极基板，在所述上电极基板的下表面设置多个与所述下电极相对的上电极；
在所述基片的上表面涂布量子点溶液，并对所述上电极和所述下电极通电，使所述量子点溶液聚集在所述上电极和所述下电极之间；
蒸发所述量子点溶液，以在所述基片的上表面形成图案化的量子点薄膜。
2.如权利要求1所述的量子点图案化方法，其特征在于，在所述步骤“提供一基片”之前，还包括：提供一基座，通过支撑柱将所述基片设置于所述基座的上方。
3.如权利要求1所述的量子点图案化方法，其特征在于，所述步骤“蒸发所述量子点溶液”，具体包括：加热、抽真空或紫外固化所述量子点溶液，使所述量子点溶液挥发形成所述量子点薄膜。
4.一种量子点图案化装置，其特征在于，包括：由下而上依次设置的下电极基板、下电极、基片、上电极和上电极基板；
其中，多个所述上电极设置于所述上电极基板的下表面，多个所述下电极设置于所述下电极基板的上表面，且所述上电极和所述下电极相对设置；所述基片的上表面涂布有量子点溶液，所述量子点溶液介于所述上电极和所述下电极之间。
5.如权利要求4所述的量子点图案化装置，其特征在于，还包括基座和支撑柱，所述基片通过所述支撑柱设置于所述基座的上方，所述下电极基板位于所述基座的上方。
6.如权利要求4所述的量子点图案化装置，其特征在于，所述上电极和所述下电极的横截面相同且一一对应，多个所述上电极通过所述上电极基板以外的走线相互电性连接，多个所述下电极通过所述下电极基板以外的走线相互电性连接。
7.如权利要求4所述的量子点图案化装置，其特征在于，所述上电极和所述下电极的横截面不同且水平投影面部分重叠，所述上电极通过所述上电极基板加电，所述下电极通过所述下电极基板加电。
8.如权利要求4所述的量子点图案化装置，其特征在于，多个所述上电极通过所述上电极基板下表面的多根第一走线相互电性连接，多个所述下电极通过所述下电极基板上表面的多根第二走线相互电性连接，所述第一走线与所述第二走线的方向不同。
9.如权利要求4所述的量子点图案化装置，其特征在于，所述基片的厚度小于0.5mm。
10.一种量子点图案化***，其特征在于，包括如权利要求4～9任一项所述的量子点图案化装置、电源和蒸发装置，其中，所述电源用于向上电极和下电极施加电压，所述蒸发装置用于蒸发所述量子点溶液。
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