CN113745440B - 一种量子点器件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种量子点器件的制作方法，利用第一电场驱动量子点材料运动并克服其间相互斥力而靠近，并发生碰撞，从而使其表面配体脱落。在量子点材料的表面配体脱落后，第二电场进一步驱动量子点颗粒运动并聚集到具有相反电性的电极上。由于受到垂直于电极表面的电场力作用，量子点颗粒在成膜过程中紧密堆积，进一步减少了量子点颗粒之间的空隙，从而得到了极高密度的量子点薄膜。量子点薄膜中配体缺失使得其无机成分更多且量子点间距变小，量子点薄膜的密度变大。因此量子点之间的载流子迁移速率会得到提高。将本申请实施例提供的量子点薄膜应用于量子点发光二极管中，将提高量子点发光二极管的发光效率和稳定性。

Description

一种量子点器件的制作方法
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种量子点器件的制作方法。
背景技术
在众多下一代发光显示器设备中，量子点发光二极管(Quantum Dot LightEmitting Diodes,QLEDs)具有独特的优势，如色域宽、纯度高、亮度高、电压低、外观极薄等，因此具有极大的发展前景。QLED中的量子点因其容易受热量和水分影响的缺点，无法实现与自发光有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)相同的蒸镀方式，只能研发喷墨印刷制程。目前，QLED技术还处于起步阶段，存在可靠性低、效率低、溶液制程研发困难等制约因素。在对现有技术的研究中，本申请的发明人发现，利用电泳沉积量子点(Quantum Dot,QDs)制备发光层的方法，缺少对材料和工艺的有效设计，使得获得的QD膜的载流子迁移率较低，从而使得其发光效率较低。
发明内容
本申请实施例提供一种量子点器件的制作方法，可以提高量子点薄膜的发光效率和稳定性。
本申请实施例提供一种量子点器件的制作方法，包括：
提供一量子点溶液和一阵列基板，所述量子点溶液中包括量子点材料和溶剂，所述阵列基板包括像素电极；
在所述量子点溶液中浸入所述像素电极；
对所述量子点溶液施加第一电场；
所述第一电场驱动所述量子点材料运动并碰撞，使所述量子点材料的至少部分配体脱落以得到量子点颗粒；
对所述量子点溶液施加第二电场；
所述第二电场驱动所述量子点颗粒沉积至所述像素电极，在所述像素电极上形成量子点薄膜，以得到所述量子点器件。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述量子点溶液中还浸入电场电极，所述对所述量子点溶液施加第一电场，包括：
对所述电场电极和所述像素电极通电；
所述电场电极与所述像素电极之间形成电压差，以对所述量子点溶液施加第一电场。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述量子点溶液中还浸入电场电极，所述对所述量子点溶液施加第二电场，包括：
对所述电场电极和所述像素电极通电；
所述电场电极与所述像素电极之间形成电压差，以对所述量子点溶液施加第二电场。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述对所述电场电极和所述像素电极通电包括：
对所述电场电极和所述像素电极通交流电，或对所述电场电极和所述像素电极通直流电。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述交流电的频率为10Hz以上。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一电场的电场强度为10V/μm以上，所述第二电场的电场强度为10V/μm以上。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述量子点薄膜的厚度介于5nm至50nm之间。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述配体包括胺、酸、硫醇以及有机磷中一种或多种的组合。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述溶剂为沸点低于200℃的有机溶剂。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述量子点溶液的浓度介于1mg/mL至300mg/mL之间。
本申请实施例提供的量子点器件的制作方法，利用第一电场驱动量子点材料运动并克服其间相互斥力而靠近，并发生碰撞，从而使其表面配体脱落。在量子点材料的表面配体脱落后，第二电场进一步驱动量子点颗粒运动并聚集到具有相反电性的像素电极上。由于受到垂直于电极表面的电场力作用，量子点颗粒在成膜过程中紧密堆积，进一步减少了量子点颗粒之间的空隙，从而得到了极高密度的量子点薄膜。量子点薄膜中配体缺失使得其无机成分更多且量子点间距变小，量子点薄膜的密度变大，甚至于获得晶体状态的量子点薄膜。因此量子点之间的载流子迁移速率会得到提高。将本申请实施例提供的量子点薄膜应用于QLED中，将提高QLED的发光效率和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的量子点器件的制作方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的量子点器件的制作方法的示意图；
图3是本申请实施例提供的量子点器件的荧光寿命测试结果；
图4是本申请实施例提供的量子点器件的密度测试结果。
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。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
本申请实施例提供一种量子点器件的制作方法。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
请参阅图1和图2，图1是本申请实施例提供的量子点器件的制作方法的流程示意图。图2是本申请实施例提供的量子点器件的制作方法的示意图。其中，溶剂在图2中未示出，阵列基板仅示出了像素电极103作为示意。第一电场和第二电场以直流电场为例，在图2中以虚线箭头示意。本申请实施例提供的量子点器件的制作方法，具体包括如下步骤：
步骤11、提供一量子点溶液101和一阵列基板，量子点溶液101中包括量子点材料102和溶剂，阵列基板包括像素电极103。
其中，量子点材料102包含发光核和无机保护壳。量子点材料102的发光核材料为ZnCdSe2、InP、Cd2SSe、CdSe、Cd2SeTe以及InAs中一种或多种组合。具体的，发光核可以是发绿光的材料，如ZnCdSe2、InP、Cd2SSe等。发光核也可以是发红光的材料，如CdSe、Cd2SeTe、InAs等。量子点材料102的无机保护壳层材料为CdS、ZnSe、ZnCdS2、ZnS、ZnO中一种或多种的组合。量子点材料102还可以包括水凝胶装载量子点结构、CdSe-SiO2量子点以及钙钛矿量子点。
其中，量子点材料102的配体102a包括胺、酸、硫醇以及有机磷中一种或多种的组合。具体的，硫醇可以为正辛硫醇，有机磷可以为三辛基膦，酸可以为羧基聚乙二醇(PEG-COOH)。
可选的，溶剂为沸点低于200℃的有机溶剂。具体的，溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、乙酸乙酯、石油醚、丙二醇甲醚醋酸酯、辛烷、正己烷、N-N’-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种组合。
步骤12、在量子点溶液101中浸入像素电极103。
其中，像素电极103可以采用透明金属氧化物或金属与透明金属氧化物的叠层进行设置。电极还可以采用石墨烯材料、金属材料以及过渡金属硫属化合物等材料。
具体的，过渡金属硫化物包括硫化钼(MoS2)、硒化钼(MoSe2)、硫化钨(WS2)或硒化钨(WSe2)。
透明金属氧化物层采用的材料包括铟镓锌氧化物、铟锌锡氧化物、铟镓锌锡氧化物、铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟铝锌氧化物、铟镓锡氧化物或锑锡氧化物中的任一种。以上材料具有很好的导电性和透明性，并且厚度较小，不会影响显示面板的整体厚度。同时，还可以减少对人体有害的电子辐射及紫外、红外光。
金属层采用的材料为银、铝、镍、铬、钼、铜、钨或钛中的任一种。金属的导电性好，成本较低，在保证阳极的导电性的同时可以降低生产成本。
在一种实施例中，像素电极103沉积为铟锡氧化物/银/铟锡氧化物的叠层。
可以理解的是，像素电极103可以为发光器件的阳极或阴极，具体作为阳极或阴极可以根据量子点器件的需求而定。
可选的，阵列基板包括像素电极103。在量子点溶液101中浸入像素电极103可以是通过夹持工具将阵列基板上设置像素电极103的一侧朝向量子点溶液101，再将像素电极103浸入量子点溶液101中。也可以是将设置有像素电极103的阵列基板整个浸入量子点溶液101中。可以理解的是，量子点溶液101的溶剂是无色透明低沸点的有机或无机溶剂，对阵列基板上的其他膜层以及像素电极103不会造成影响。另外，由于溶剂的沸点较低，方便在制作量子点薄膜105后将溶剂去除。
其中，阵列基板可以包括依次层叠设置的基板、遮光层、第一电容极板、缓冲层、半导体层、第二电容基板、栅极绝缘层、栅极层、层间绝缘层、漏极走线、源极走线、辅助阴极、钝化层、平坦化层以及像素电极103。其中，半导体层包括漏极区、有源区以及源极区。
上述以薄膜晶体管为顶栅结构为例进行示意。可以理解的是，本申请不限定阵列基板中所包含的薄膜晶体管的结构，其可以为顶栅型薄膜晶体管，也可以为底栅型薄膜晶体管，其可以为双栅极型薄膜晶体管，也可以为单栅极型薄膜晶体管。阵列基板的具体膜层及其装配为本领域技术人员所熟知的技术手段，在此不做赘述。
步骤13、对量子点溶液101施加第一电场。
可选的，量子点溶液101中还浸入电场电极104。对量子点溶液101施加第一电场，包括步骤：对电场电极104和像素电极103通电，使电场电极104与像素电极103之间形成电压差，以对量子点溶液101施加第一电场。
需要说明的是，电场电极104可以为外加电极、辅助电极或另一像素电极。其中，外加电极仅用于产生电场。如图2中所示，在像素电极103的一侧设置一外加电极。通过外加电极与像素电极103形成垂直电场来沉积量子点薄膜105。外加电极的方法，使得电场方向更易控制，能够降低制程难度。
其中，辅助电极可以设置在阵列基板上。例如，辅助电极可以是阵列基板中的信号走线或辅助阴极。信号走线可以为数据信号走线，用于向像素电路输入数据信号。信号走线还可以为像素电路中的任何其他走线。辅助阴极可用于连接面阴极，以减小面阴极的电压降现象。直接利用阵列基板上现有的信号走线或辅助阴极作为另一电极与像素电极103形成电场的方法，无需再另外添加电极，由于阵列基板上的电极与像素电极103之间的距离较近，能够在较低电压下产生足够强度的电场。
其中，另一像素电极则是与像素电极103相同，设置在另一阵列基板上。即，在量子点溶液101中浸入两个设置在阵列基板上的像素电极103，可以对两个像素电极103同时进行量子点薄膜105的沉积，加快生产效率。
需要说明的是，当量子点溶液101中的量子点材料102带正电时，像素电极103应连接负极，反之如图2所示，像素电极103连接正极时，量子点材料102带负电。
可选的，对电场电极104和像素电极103通电包括对电场电极104和像素电极103通交流电，或对电场电极104和像素电极103通直流电。本实施例中的第一电场采用交流电场，使量子点材料102在交流电场的作用下来回往复的运动和碰撞，从而使得更多的配体102a掉落，也能使配体102a掉落更完全，有利于沉积时提高量子点薄膜105的密度。当然，第一电场也可以采用直流电场，即，对辅助电极和像素电极103通直流电，使辅助电极与像素电极103之间形成电压差，以对量子点溶液101施加第一电场。为了能够使量子点更充分的碰撞，若第一电场为直流电场，则需要加大电场强度。
步骤14、第一电场驱动量子点材料102运动并碰撞，使量子点材料102的至少部分配体102a脱落以得到量子点颗粒102b。
其中，第一电场驱动量子点材料102运动，并客服其相互斥力而相互靠近和碰撞，从而使其表面配体102a脱落。请参阅图3，图3是本申请实施例提供的量子点器件的荧光寿命测试结果。图3中的横坐标为电场强度E，单位为伏特/微米(V/μm)。图3中的纵坐标为荧光寿命τ，单位为纳秒(ns)。由图3可知，在不同电场强度E下沉积的量子点薄膜105的荧光寿命τ变化。随着电场强度E的提高，量子点薄膜105的荧光寿命τ先是有少许变化。当电场强度超过10V/μm后，其荧光寿命τ迅速下降。这表明量子点薄膜105表面缺陷态变多，也就说明量子点材料102表面配体102a脱落更多。
因此，第一电场的电场强度为10V/μm以上。具体的，第一电场的电场强度可以为10V/μm、20V/μm、30V/μm、40V/μm或50V/μm。当然以上数值仅为示例性说明，第一电场的电场强度在10V/μm以上即可，本申请对此不做限制。
步骤15、对量子点溶液101施加第二电场。
可选的，量子点溶液101中还浸入电场电极104。对量子点溶液101施加第二电场，包括步骤：对电场电极104和像素电极103通电，使电场电极104与像素电极103之间形成电压差，以对量子点溶液101施加第二电场。对于电场电极104的说明可参考上述实施例，在此不做过多赘述。
可选的，对电场电极104和像素电极103通电包括对电场电极104和像素电极103通交流电，或对电场电极104和像素电极103通直流电。本申请实施例利用直流电场使得量子点颗粒102b运动并聚集到像素电极103上，可以得到高密度聚集的量子点薄膜105。当对电场电极104和像素电极103通交流电时，则可以用于在形成电场的两个电极上均沉积量子点薄膜105。例如，电场电极104为另一像素电极103时，对电场电极104和像素电极103通交流电可以同时对两个器件进行量子点薄膜105的沉积，加快生产进程。
上述实施例说明了至少以像素电极103为其中一电极，对量子点溶液101施加第一电场和第二电场的方法。以像素电极103为形成电场的电极，能够使量子点颗粒102b更准确的沉积到像素电极103上，避免量子点颗粒102b的浪费，能够节约材料成本。当然，在一些实施例中，还可以采用外加电场的方法对量子点溶液101施加电场。例如，将量子点溶液101置于容器中，在容器外设置电极形成水平电场或垂直电场，具体形成的电场方向以量子点溶液101中的像素电极103位置进行调整。本申请对第一电场和第二电场的产生方式不做限制。
可选的，交流电的频率为10赫兹(Hz)以上。经实验发现，量子点材料102和量子点颗粒102b在电场下的响应时间小于100毫秒(ms)。因此，在第一电场和第二电场为交流电场时，对电极通的交流电的频率设置为10Hz以上能够使量子点材料102在电场中做出响应。具体的，交流电的频率可以为10Hz、12Hz、15Hz、20Hz、22Hz或25Hz。
步骤16、第二电场驱动量子点颗粒102b沉积至像素电极103，在像素电极103形成量子点薄膜105，以得到量子点器件。
其中，第二电场向量子点颗粒102b提供了往像素电极103沉积的作用力，可以在喷量子点溶液101中，促进量子点颗粒102b向像素电极103沉积。
具体的，请参阅图4，图4是本申请实施例提供的量子点器件的密度测试结果。图4中的横坐标为电场强度E，单位为V/μm。图4中的纵坐标为密度ρ，单位为克/平方厘米(g/cm3)。由图4可知不同电场强度E下，沉积的量子点薄膜105的密度ρ变化。随着电场强度E的增大，沉积得到的量子点薄膜105的密度ρ也在增加。在高电场强度下薄膜具有较大的堆积密度，这都为量子点薄膜105光电性能的提高提供了有利的保证。并且通过改变沉积电压还可以获得不同性能的量子点薄膜105，实现QLED性能的调控。
为得到更致密的量子点薄膜105，第二电场的电场强度为10V/μm以上。具体的，第二电场的电场强度可以为10V/μm、20V/μm、30V/μm、40V/μm或50V/μm。当然以上数值仅为示例性说明，第二电场的电场强度在10V/μm以上即可，本申请对此不做限制。
可选的，量子点薄膜105的厚度介于5nm至50nm之间。具体的，量子点薄膜105的厚度可以为介于5nm、10nm、20nm、30nm、40nm或50nm。为了保证量子点薄膜105的发光效果，量子点薄膜105的厚度设置为5nm至50nm。若小于5nm，则无法产生足够的发光强度，不能保证量子点器件应用于面板之后的显示效果。若大于50nm，则对面板厚度将产生影响。
可选的，量子点溶液101的浓度介于1毫克/毫升(mg/mL)至300mg/mL之间。进一步的，量子点溶液101的浓度介于1mg/mL至50mg/mL之间。具体的，量子点溶液101的浓度可以为1mg/mL、5mg/mL、10mg/mL、15mg/mL、20mg/mL、25mg/mL、30mg/mL、35mg/mL、40mg/mL、45mg/mL、50mg/mL、100mg/mL、150mg/mL、200mg/mL、250mg/mL或300mg/mL。
由于量子点薄膜105的厚度将显著影响发光效果，为保证较好的发光效果，则需要对量子点溶液101的浓度进行调整。显然，量子点溶液101的浓度越高，量子点溶液101中的量子点材料102占比越高，则能够形成厚度更高的量子点薄膜105。另外，量子点薄膜105的厚度也与第二电场的电场强度相关。第二电场的电场强度越高时，沉积的量子点薄膜105密度越大。因此，形成同样厚度的量子点薄膜105时，电场强度越大，则需要浓度越高的量子点溶液101。
本申请实施例提供的量子点器件的制作方法，利用第一电场驱动量子点材料102运动并克服其间相互斥力而靠近，并发生碰撞，从而使其表面配体102a脱落。在量子点材料102的表面配体102a脱落后，第二电场进一步驱动量子点颗粒102b运动并聚集到具有相反电性的电极上。由于受到垂直于电极表面的电场力作用，量子点颗粒102b在成膜过程中紧密堆积，进一步减少了量子点颗粒102b之间的空隙，从而得到了极高密度的量子点薄膜105。量子点薄膜105中配体102a缺失使得其无机成分更多且量子点间距变小，量子点薄膜105的密度变大，甚至于获得晶体状态的量子点薄膜105。因此量子点之间的载流子迁移速率会得到提高。将本申请实施例提供的量子点薄膜105应用于QLED中，将提高QLED的发光效率和稳定性。
以上对本申请实施例所提供的一种量子点器件的制作方法进行了详细介绍，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方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种量子点器件的制作方法，其特征在于，包括：
提供一量子点溶液和一阵列基板，所述量子点溶液中包括量子点材料和溶剂，所述阵列基板包括像素电极；
在所述量子点溶液中浸入所述像素电极；
对所述量子点溶液施加第一电场；
所述第一电场驱动所述量子点材料运动并碰撞，使所述量子点材料的至少部分配体脱落以得到量子点颗粒；
对所述量子点溶液施加第二电场；
所述第二电场驱动所述量子点颗粒沉积至所述像素电极，在所述像素电极上形成量子点薄膜，以得到所述量子点器件。
2.根据权利要求1所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述量子点溶液中还浸入电场电极，所述对所述量子点溶液施加第一电场，包括：
对所述电场电极和所述像素电极通电；
所述电场电极与所述像素电极之间形成电压差，以对所述量子点溶液施加第一电场。
3.根据权利要求1所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述量子点溶液中还浸入电场电极，所述对所述量子点溶液施加第二电场，包括：
对所述电场电极和所述像素电极通电；
所述电场电极与所述像素电极之间形成电压差，以对所述量子点溶液施加第二电场。
4.根据权利要求2或3所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述对所述电场电极和所述像素电极通电包括：
对所述电场电极和所述像素电极通交流电，或对所述电场电极和所述像素电极通直流电。
5.根据权利要求4所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述交流电的频率为10Hz以上。
6.根据权利要求1所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述第一电场的电场强度为10V/μm以上，所述第二电场的电场强度为10V/μm以上。
7.根据权利要求1所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述量子点薄膜的厚度介于5nm至50nm之间。
8.根据权利要求1所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述配体包括胺、酸、硫醇以及有机磷中一种或多种的组合。
9.根据权利要求1所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述溶剂为沸点低于200℃的有机溶剂。
10.根据权利要求1所述的量子点器件的制作方法，其特征在于，所述量子点溶液的浓度介于1mg/mL至300mg/mL之间。
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