电泳沉积法制备图案化量子点薄膜及其在新型光电显示中的应用

Semiconductor quantum dots (QDs) have enormous potentials as an essential component in high-efficiency luminescent and display devices because of their exceptional optoelectronic properties, including narrow emission spectra and high luminescent efficiency, etc. To integrate them with the solid-state devices, the QDs must be precisely and accurately patterned in predetermined locations on a device. However, most of methods suffer from drawbacks such as performance degradation by light, complex processing technology, long processing times and poor repeatability. To overcome these problems, we will explore and develop new QD patterning technology to achieve efficient processing of high-quality QD light-emitting devices. In our work, we will research on QDs themself and the working mechanism of QDs under the electric field to achieve suitable QD solution. Developing the multi-step and/or one-step electrophoretic deposition method to pattern the large-area multi-color QD film. And verifying the feasibility of combining electrophoretic deposition with ink-jet printing to improve the quality of printed QD film. In the end, we will develop suitable processing methods and QD materials to achieve high-quality QD light-emitting and display devices.

量子点（QD）由于其高亮度、窄发射、稳定性好等特点，很符合显示技术超薄、高亮、高色域的发展需求，而被广泛应用于QD彩膜和QLED等显示设备中。其中QD层作为显示器件的核心发光层，因此制备高质量的图案化QD薄膜对于提高显示器件性能至关重要。但现有的QD图案化方法仍存在着对QD破坏性大、耗时长、成本高等问题。本研究的目标是探索和开发具有广阔应用前景的QD图案化技术，实现高品质QD发光器件的高效加工。本研究主要以电泳沉积法为基础，通过对QD溶液本身及其在电场下活动机制的深入研究和设计，指导开发适用于多步和一步电泳沉积法加工大面积多色QD图案化薄膜的配方体系和加工工艺，并探索电泳沉积与喷墨打印结合改善打印膜质的可行性，最终实现高品质QD发光器件的高效加工及其新型QD显示器件的设计和展示。

量子点（quantum dot, QD）由于其高亮度、窄发射、稳定性好等特点,而被广泛应用于QD光电显示器件中。其中QD层作为显示器件的核心发光层，因此制备高质量的图案化薄膜对于提高显示器件性能至关重要。但现有的QD图案化方法仍存在着对QD破坏性大、耗时长、成本高等问题。本项目以电泳沉积法为基础，结合超高精度的光刻图案化电极，实现大面积、高分辨率、低成本的全色量子点图案化阵列的快速加工。通过对QD表面配体和溶剂的深入研究，厘清了胶体纳米粒子在溶剂中的带电机制，并基于此获得了电性单一且高带电量的QD材料体系。更一步通过对配体的优化设计，使其能够在高电场作用下发生聚集从而能够稳定地沉积在电极表面，为全色QD图案化加工提供了可能。系统地研究了电极形状、电场强度、沉积时间、QD浓度等各项参数对QD图案化薄膜形貌和性能的影响，揭示了工艺参数、材料性状和发光性能之间的关系，产出适用于不同体系的QD配方和图案化加工工艺。这种新的电沉积工艺利用高分辨率光刻微电极制作QD阵列，其特征尺寸可控且均匀，最小线宽可达2 μm，且形状可任意设定。通过调节电沉积电压和QD浓度，可以在很大范围内精确控制QD图案化薄膜的厚度。与传统溶液加工方法相比，电沉积制备的QD薄膜的表面形貌、堆积密度和折射率都可以通过改变工艺参数来调节，从而使我们能够获得不同发光性能的QD薄膜。基于此，我们构建了大面积、高分辨（大于1000PPI）、高效率发光的RGB QD发光像素阵列和彩色QLED阵列器件。项目执行期间，发表高水平论文1篇（Nat. Commun. 2021, 12,4603.）