一种量子点像素化薄膜层及其制备方法和全彩MicroLED显示器件与流程

本发明涉及光电器件，具体涉及一种量子点像素化薄膜层及其制备方法和全彩micro led显示器件。

背景技术：

1、随着显示技术的发展，人们对于更高分辨率、更鲜艳色彩和更高亮度的显示效果的需求不断增加。micro led作为一种新兴的显示技术，具有出色的像素密度、高亮度和高对比度等特点，被认为是下一代显示技术的重要候选。然而，micro led显示器在实现全彩色显示时面临着挑战。由于micro led本身是单色发光的，为了实现全彩色显示，需要通过色彩转换技术来产生红、绿、蓝三基色。传统的色彩转换方法使用磷光粉或量子点，其中量子点色彩转换技术由于其独特的性质和优势而备受关注。量子点色彩转换技术是一种利用半导体纳米晶体量子点的光电性质实现色彩转换的方法。

2、量子点(quantum dots，qds)具有尺寸量子限制效应，可以通过调节其尺寸来控制发光的波长，通过选择不同尺寸的量子点，可以实现发射不同颜色光的能力，从而实现全彩色显示，且将量子点色彩转换技术与micro led结合可以解决micro led显示器面临的色彩转换问题。通过将适当的量子点材料放置在micro led的发光区域上，当micro led发射单色光时，量子点会吸收该光并重新辐射出其他颜色的光，即可实现全彩色显示效果。

3、结合micro led和量子点色彩转换技术不仅可以提供更高亮度、更宽色域和更高对比度的显示效果，还可以降低能耗和延长显示器的寿命。此外，由于量子点的稳定性和长寿命特性，可以提供更持久的色彩性能。

4、综上，micro led与量子点色彩转换技术的结合具有巨大的潜力，可用于开发高品质、高性能的显示器，在显示领域发挥重要作用。

5、但是，现有技术中，量子点色彩转换技术通常采用无机-有机混合材料作为光刻胶材料(pr材料)得到量子点光刻胶(qdpr)，pr材料的主体一般选用有机聚合物或聚合物单体，例如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或者甲基丙烯酸甲酯(mma)，其耐热性都比较差，microled显示器件在实际使用过程中，led发光器件释放较大的热量，工作温度可接近200℃，上述的pr材料在高温下长时间工作极易出现硫化现象，导致膜层发黄，使得透光率降低，影响全彩器件的色纯度。尤其地，传统的光刻技术使用光刻胶材料作为掩膜层涂在量子点薄膜上，然后通过显影进行去图案化。然而，为了获得全彩的rgb图像至少要进行三次光刻工艺，而多次光刻显影处理使用的光刻沉积和显影溶液对底层的量子点损害较大，从而对显示器件的发光性能造成影响。

6、因此本发明提供一种利用纯无机材料作为基层材料，通过电泳迁移的方法沉积量子点进行量子点膜层的制备，一方面增强发光器件的使用稳定性，避免光学性能不稳定、量子点分布不均匀等问题；另一方面，本发明能够提供厚度≤3 μ m的量子点光转化薄膜(qdcc膜)得到量子点像素化薄膜，能够有效地避免光泄露的问题，对于micro led与量子点色彩转换技术的结合具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供了一种全量子点像素化薄膜层及其制备方法和全彩micro led显示器件，通过电泳迁移的方法将量子点直接引入到导电玻璃的表面形成量子点像素化薄膜层作为光转换膜层，解决了现有技术中micro led显示器件由于量子点膜层厚度较薄的情况导致的原始光泄露的情问题，同时也避免了引入扩散粒子导致磨面平整度低，增加了器件的加工工艺难度的问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种量子点像素化薄膜层的制备方法，包括

3、提供基底层，所述基底层为无机导电材料，在所述基底层的两端施加外电压能够形成电场；

4、提供绝缘层，将光刻胶旋涂在所述基底层的表面形成所述绝缘层；

5、提供栅格孔，在所述绝缘层的表面通过光刻刻蚀形成具有图案化的所述栅格孔，并暴露所述基底层，所述栅格孔呈阵列排布；

6、提供量子点，并将所述量子点分散于电泳液中形成均一的量子点分散体系；

7、将设有所述栅格孔的所述基底层浸没于所述量子点分散体系中，将所述基底层的两端施加外电压形成电场，所述量子点在电场驱动下进行电泳迁移沉积至所述栅格孔内，形成像素点阵列，从而得到所述量子点像素化薄膜层。

8、优选地，所述量子点的表面包覆有配体，对所述量子点进行表面修饰。

9、优选地，所述量子点分散于非极性有机溶剂中，得到量子点溶液；更优选地，所述非极性有机溶剂包括但不限于甲苯、庚烷等；所述量子点溶液的浓度为50～200mg/ml。

10、优选地，所述量子点选自钙钛矿量子点、核壳量子点、碳量子点中的至少一种。

11、优选地，所述量子点选自钙钛矿量子点、核壳量子点、碳量子点中的至少一种。

12、优选地，所述配体通过带有与所述量子点相反的电荷对所述量子点进行表面修饰，使所述量子点的表面处于被电荷包覆的状态；对所述基底层施加外电压，使表面修饰后的所述量子点在电场的驱动下，向所述基底层的电场电性相反的方向迁移并沉积在至少部分所述栅格孔内。

13、更优选地，所述配体包括吸电子基团或给电子基团。

14、具体地，所述吸电子基团包括：叔胺正离子(-nr3)、硝基(-no2)、三卤甲基(-cx3，x＝f和/或cl)、氰基(-cn)、磺酸基(-so3h)、甲酰基(-cho)、酰基(-cor)、羧基(-cooh)中的任一种或几种；或，

15、所述给电子基团包括：氧离子([o]+)、二烷基氨基(-nr2)、烷基氨基(-nhr)、氨基(-nh2)、羟基(-oh)、烷氧基(-or)、酰胺基(-nhcor)、酰氧基(-ocor)、烷基(-r)、羧基甲基(-ch2cooh)、苯基(-ph)。

16、作为优选地实施方式，所述栅格孔的制备包括：将光刻胶旋涂在基底层表面形成绝缘层并烘干；使用光刻设备对烘干后的所述绝缘层进行曝光处理；将显影剂涂敷在所述绝缘层的表面的预设位置进行显影，得到具有阵列排布的图案化的所述栅格孔。所述栅格孔的边缘为绝缘层，具有绝缘性能，一方面量子点嵌入至所述栅格孔内使得到的量子点像素化薄膜表面平整、光滑，另一方绝缘材料能够有效地避免不同颜色的量子点之间的串色问题。

17、采用电泳迁移的方法，将量子点准确地嵌入至具有电荷阻挡材料(绝缘层)的栅格孔内，且不影响量子点和基底层的界面接触，有效地提高发光器件的发光性能，避免现有技术中存在的量子点分布不均匀、膜厚较薄导致的光泄漏等问题。

18、所述电泳迁移的条件包括：调节所述电泳液的ph值，并在所述基底层的两端施加外电压形成电场，电压范围为0＜v≤50v，时间为5min～1h。

19、优选地，ph值范围为7.5～10。

20、优选地，所述基底层包括ito导电玻璃。

21、优选地，所述电泳液为去离子水。

22、所述量子点包括红色量子点或/和绿色量子点；所述量子点的尺寸≤30nm；

23、将所述基底层置于电泳液中，所述红色量子点或绿色量子点在电场驱动下电泳迁移至所述基底层的表面的所述栅格孔内，形成具有阵列排布的单色量子点光转换层；

24、或者，将所述红色量子点或所述绿色量子点的其中一种在电场驱动下通过电泳迁移至部分所述栅格孔内，将所述红色量子点或所述绿色量子点中的另一种在电场驱动下电泳迁移至剩余部分所述栅格孔内，形成具有阵列排布的具有双色量子点光转换层。

25、优选地，所述双色量子点光转换层包括第一量子点光转化层和第二量子点光转换层；

26、作为优选的实施方式之一，在所述基底层的表面旋涂光刻胶，经曝光-显影后形成第一栅格孔红色量子点或所述绿色量子点的其中一种沉积至所述第一栅格孔内形成具有阵列排布的所述第一量子点光转化层。

27、作为优选的实施方式之一，在所述第一量子点光转化层的表面再次旋涂光刻胶，烘干后进行曝光-显影处理，直至暴露所述基底层，得到具有图案化的第二栅格孔，进行二次电泳迁移，将将所述红色量子点或所述绿色量子点中的另一种在电场驱动下电泳迁移至所述第二栅格孔内，形成具有阵列排布的所述第二量子点光转换层；其中，所述第一栅格孔和第二栅格孔交错设置。

28、作为本发明的另一个目的，本发明还提供了采用上述制备方法得到的量子点像素化薄膜层，并将其应用于全彩micro led显示器件的制备，能够形成具有较薄的量子点膜层，且能够避免出现原始光泄露的情况，且采用该方法无需再添加扩散粒子，从而能够避免扩散粒子形成的膜层的平整度低的缺陷，简化显示器件的加工工艺，降低制造的难度。

29、进一步地，本发明提供的量子点像素化薄膜层依次包括基底层-绝缘层-量子点光转换层，所述绝缘层设有栅格孔，所述量子点光转换层包括电泳迁移的方法沉积至所述栅格孔中形成的具有图案化的膜层结构；所述基底层为透明的无机导电材料；所述量子点光转换层包括单色量子点光转换层或双色量子点光转换层。

30、将上述量子点像素化薄膜层用于制备全彩micro led显示器件，包括依次设置的背光驱动板-量子点像素化薄膜层-封装层；所述量子点像素化薄膜层包括基底层-绝缘层-量子点光转换层；所述绝缘层的表面设有栅格孔，所述量子点嵌入至所述栅格孔内形成所述量子点光转换层；所述封装层包括二氧化硅进行封装处理得到。

31、采用本发明技术方案提供的量子点像素化薄膜层能够兼容现有技术中的已有的背光驱动板，作为最优选的实施方式之一，所述背光驱动板包括蓝色背光板；红色能量转换效率≥65％；绿色能量转换效率≥56％。

32、本发明还提供了上述全彩micro led显示器件的制备方法，包括提供背光驱动板；

33、提供基底层；所述基底层为透明的无机导电材料；

34、提供绝缘层，在所述基底层的表面旋涂光刻胶并烘干形成绝缘层；

35、提供栅格孔；在所述绝缘层上开设多个栅格孔，所述栅格孔具有阵列排布；

36、提供量子点，所述量子点的表面带有修饰性的电荷；

37、将所述基底层置于电泳液中，并在所述基底层外加电压形成电场，通过电泳迁移的方法将所述量子点修饰在所述栅格孔内形成具有图案化的量子点像素化薄膜层；

38、再将所述量子点像素化薄膜层的表面进行封装并设置于所述背光驱动板的表面，即可得到所述全彩micro led显示器件。

39、采用本发明技术方案，将基底层(导电玻璃)连接到直流稳压电源的正负电极，或在使用电化学工作站作为直流电源，导电玻璃连接到工作电极，金属导电基片连接到参比电极和辅助电极；将包括所述导电玻璃的器件浸没于所述分散体系中，调节两电极之间的电压，所述量子点即可在电场作用下沉积在所述栅格孔内，量子点嵌入至栅格孔内，从而得到的量子点膜层的表面光滑，在制备器件无需再经过表面打磨工序，降低了器件的加工难度。将沉积有量子点像素化膜层的导电玻璃取出后用去离子水冲洗干净，然后用惰性气体吹干；将量子点像素化膜层的表面用sio2进行封装，即得到所述全彩micro led显示器件。

40、优选地，所述惰性气体为氮气、氩气或氦气的任一种。

41、优选地，所述导电玻璃为氧化铟锡(ito)导电玻璃。

42、优选地，所述电泳液为去离子水。

43、电泳迁移的工作原理：指的是带电荷的粒子在电场作用下，向着与其电荷的电性相反的电极移动的现象。本发明基于电泳迁移的原理，在电场驱动下使量子点(qds)粒子沉积至栅格孔中形成量子点薄膜层，作为优选的实施方式，为了实现量子点粒子能够沉积至栅格孔中，量子点粒子应当符合：

44、1.量子点粒子尺寸均一，且尺寸分布在30nm以内；

45、2.量子点粒子的表面配体稳定且能够在电泳液中分散均一；

46、3.量子点粒子表面附有电荷。

47、4.量子点粒子在电泳液中处于过量状态，以保证在整个电泳迁移的过程中量子点粒子分散溶液的均一性。

48、进一步地，采用本发明技术方案，能够通过电泳迁移将红色量子点或绿色量子点形成光转换单元，大大降低了器件制作的工艺的难度，从原理上分析，本发明实现是通过调节ph值来影响游离基团的聚集速度来实现的，游离基团通常指的是离子或分子，游离基团在溶液中可以聚集或解聚。具体地，ph值的影响因素包括：

49、1.离子电荷：ph值可以影响游离基团的电荷状态。例如，在酸性条件下(低ph值)，羧基(cooh)可能会失去一个质子，变为带负电荷的羧酸根离子(coo-)，从而改变了其电荷状态，这种电荷状态的改变可以影响基团之间的相互作用和聚集，因此，本发明的电泳液的ph为7.5～10。

50、2.氢键和离子相互作用：ph值也可以影响氢键和离子相互作用的强度和性质。在不同ph条件下，氢键和离子相互作用的能量和方向可能会改变，这可以影响分子或离子的互相吸引或排斥程度，从而影响聚集速度，具体地，ph＝7.5时的能量转换效率优于ph＝10。

51、3.构象变化：ph值的变化可以导致分子或离子的构象变化，这可以影响它们之间的空间排布和相互作用，这种构象变化也可能会影响聚集速度。

52、4.溶液性质：ph值还可以影响溶液的性质，如离子强度和极性，尤其是对于具有电荷的分子或离子而言，由于ph的影响导致溶液的性质的改变可以影响游离基团的聚集速度。

53、基于上述分析，ph值通过改变游离基团的电荷状态、相互作用强度、构象和溶液性质来影响它们的聚集速度，从而避免了量子点在电泳液中的团聚。

54、本发明所获得的有益技术效果：

55、1.与传统的通过光刻显影和/或喷墨打印技术所形成量子点图形化相比较，本发明提供的技术方案可以实现单位厚度内最高能够实现接近100％qds含量，解决了microled由于qds膜层厚度较薄的情况下，出现蓝光泄露的情况，也避免了引入扩散粒子导致磨面平整度低，导致器件工艺难度上升的挑战。

56、2与现有技术相比，本发明的技术方案采用纯无机材料作为基底层，通过直接将qds通过电泳驱动的方法实现量子点的图案化，且无需对qds进行特别处理，例如，传统技术中将qds通过配体交换进行表面修饰的化学方法实现量子点溶解在有机材料(例如pmma等)中的目的，从而避免了表面修饰的过程对qds的破坏作用从而影响qds的寿命和使用环境；尤其地，本发明采用纯无机材料替代现有技术中的光刻胶树脂材料，具有更高的使用稳定性，从而能够避免micro led在使用中由于温度升高带来的硫化现象导致透光率降低，影响全彩器件的色纯度。

57、3.采用本发明的技术方案，不仅可以形成具有相同像素点的led显示器件，而且也可以通过一次电泳迁移的方法，形成具有不同色彩的量子点的全彩micro led显示器件。通过将带有电荷的红绿子像素点均匀分散在电泳液中，通过对导电玻璃进行加压形成的电场作用下使红绿子像素点发生电泳迁移进入相应位置的栅格孔中，且秩序通过一次电泳迁移的方式即可形成红或绿像素点(量子点光转换单元)，方法简单，且得到的qdcc膜层中蓝光吸收效率能够达到了100％，远高于采用现有技术中的旋涂等工艺得到的qd膜层的蓝光吸收效率。

58、4.通过采用本发明的技术方案，能够通过不同色彩的量子点形成量子点像素化膜层，实现大屏led的全彩化，尤其是针对对大屏显示蓝色做背光板，将led与lcd相结合的方式，制备成全彩显示屏，且在这种状态下，则不需要在gan薄膜上进行，只需要在透明的ito导电玻璃上进行图形化处理即可制备得到全彩micro led，且能够实现56％以上的有效转换效率，大大地降低了成本。

59、5.采用本发明的技术方案，使用电泳驱动的方式，不仅实现量子点像素化膜层的厚度在3μm以下，且厚度控制精准、表面光滑，无需再进行表面打磨，解决了传统旋涂带来的材料的浪费的问题，可应用于大规模生产。