一种基于POSS的量子点光刻胶、量子点膜及其应用的制作方法

本技术涉及一种基于poss的量子点光刻胶、量子点膜及其应用，属于光电器件新材料。

背景技术：

1、micro-led被公认为未来显示发展新趋势，具有色域广，高分辨，能耗低，高集成度等优点。色转换技术通过蓝光芯片搭配量子点色转换材料，色转换层吸收蓝光转化为红、绿、蓝三色光，是实现micro-led全彩化的理想方案之一，该技术有着成本低，工艺简单，高效率的优点，有望应用于ar/vr等新型显示。针对色转换材料，荧光粉光谱不可调，波长相对固定，半峰宽较大，响应速率慢，而量子点材料具有量子产率高、光谱可调、吸收光谱宽、以及半峰宽窄等优点，通过配体交换可以与大部分光刻胶进行混溶，实现高分辨率图案化，非常适合用于micro-led色转换材料。其中，量子点图案化和红绿像素对蓝光的吸收转换，成为了实现量子点色转换的关键问题。因此，开发高浓度量子点光刻胶，解决qdcc中像素分辨率、蓝光吸收和转换问题变得非常重要。

2、多面体低聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane，poss)由无机硅氧笼型结构和外层有机基团组成，侧链基团可引入一个或多个可参与聚合反应的活性、促进溶解的基团。有机无机杂化的结构使得poss的热力学和化学性质都有很大的提升。具有良好的热稳定性、较高的玻璃化转变温度、良好的空间稳定性和机械性能，易于功能化修饰。

技术实现思路

1、为解决现有技术量子点色转换方案中的蓝光吸收和转换问题，本技术提供了一种基于poss的量子点光刻胶、量子点膜及其应用，将poss作为核，引入侧基，用于制备光刻胶材料，poss基光刻胶交联固化后形成密集交联网络可限域量子点生长，保持量子点良好的均匀分布，形成稳定的分散体系，提升量子点荧光强度，通过poss基光刻胶和量子点配合制备大吸收系数、高蓝光转换率的量子点薄膜和图案，应用于micro-led显示器件、基于量子点的光电器件中。

2、本技术采用如下技术方案：

3、一种基于poss的量子点光刻胶，包括如下组分：

4、量子点原料、poss结构单体、多巯基化合物、有机溶剂；

5、所述量子点原料为钙钛矿量子点或钙钛矿量子点前驱体。

6、可选地，所述基于poss的量子点光刻胶的制备方法为：将量子点原料与有机溶剂混合均匀，得到钙钛矿前驱体溶液，然后加入poss结构单体、多巯基化合物，搅拌均匀。

7、可选地，所述poss结构单体选自端基为丙烯酸酯类的poss和/或端基为烯烃类的poss；

8、可选地，所述poss结构单体选自甲基丙烯酸酯基poss、甲基丙烯酸丙酯poss、丙烯酰氧丙基poss、甲基丙烯酰氧丙基poss、八乙烯基poss、甲基丙烯基poss中的至少一种。

9、可选地，所述多巯基化合物选自1,4丁二醇二(3-巯基丙酸酯)、1,4-丁二醇双(巯基乙酸酯)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯中至少一种。

10、可选地，所述量子点原料与poss结构单体、多巯基化合物的摩尔比为1：(0.1～2)：(0.2～4)。

11、可选地，所述量子点原料与poss结构单体的摩尔比选自1：0.1、1：0.2、1：0.4、1：0.6、1：0.8、1：1、1：1.2、1：1.4、1：1.6、1：1.8、1：2中的任意值，或任意两者间的范围值。

12、可选地，所述量子点原料与多巯基化合物的摩尔比为1：0.2、1：0.4、1：0.6、1：0.8、1：1、1：1.2、1：1.4、1：1.6、1：1.8、1：2、1：2.2、1：2.4、1：2.6、1：2.8、1：3、1：3.2、1：3.4、1：3.6、1：3.8、1：4中的任意值，或任意两者间的范围值。

13、可选地，所述量子点原料与有机溶剂的用量比为1mmol：0.5～10ml。

14、可选地，所述量子点原料与有机溶剂的用量比选自1mmol：0.5ml、1mmol：1ml、1mmol：2ml、1mmol：3ml、1mmol：4ml、1mmol：5ml、1mmol：6ml、1mmol：7ml、1mmol：8ml、1mmol：9ml、1mmol：10ml中的任意值，或任意两者间的范围值。

15、其中，所述量子原料的用量以钙钛矿量子点的摩尔量计，或以钙钛矿量子点前驱体可合成的钙钛矿量子点的摩尔量计。

16、可选地，所述有机溶剂选自n,n’-二甲基酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

17、可选地，所述钙钛矿量子点前驱体由ax、bx2、溴源配体提供；

18、所述a选自nh2chnh2+、ch3nh3+和cs+中的至少一种；

19、所述b选自pb2+；

20、所述x选自羧酸根、卤素阴离子中的至少一种；

21、所述溴源配体选自辛基溴化铵(c8br)、2-苯基乙胺溴化物(peabr)、3，3-二苯基丙胺溴化物(dppabr)、3-溴丙胺氢溴酸盐、四丁基溴化铵中的至少一种；

22、所述ax、bx2、溴源配体的摩尔比为(0.5～4)：1：(0.5～2)；

23、可选地，所述bx2与poss结构单体和多巯基化合物合计用量的摩尔比为1：(0.5～10)。

24、可选地，所述钙钛矿量子点选自mapbbr3、mapbcl3、mapbi3、fapbbr3、fapbcl3、fapbi3、cspbbr3、cspbcl3、cspbi3中的至少一种。

25、根据本技术的另一方面，提供了一种基于poss的量子点膜，所述基于poss的量子点膜由任一项上述的基于poss的量子点光刻胶经涂胶、固化得到；

26、所述涂胶选自涂布、喷墨打印、纳米压印至少一种工艺；

27、所述涂布选自旋涂、压膜、刮膜中的至少一种工艺。

28、本技术基于poss结构的量子点及钙钛矿量子点光刻胶，合成的量子点与poss基单体和多巯基化合物光刻胶混合，通过光固化制备量子点薄膜和图案；钙钛矿量子点前驱体溶液与poss基单体和多巯基化合物光刻胶混合，通过光固化、显影、后烘等流程原位生成钙钛矿量子点薄膜和图案。

29、可选地，所述基于poss的量子点光刻胶中，量子点原料为钙钛矿量子点前驱体时，所述固化后包括：使固化后的膜与反溶剂接触，诱导钙钛矿量子点前驱体原位生成钙钛矿量子点，热处理。

30、本技术中基于poss的量子点膜的制备过程是将基于poss的钙钛矿量子点光刻胶均匀涂布在基底上，紫外光源曝光固化，使用反溶剂诱导原位生成钙钛矿量子点，后烘除去溶剂同时促进量子点进一步生长，最终得到钙钛矿量子点薄膜。

31、可选地，所述反溶剂选自乙酸乙酯、三氯甲烷、乙酸乙酯/三氯甲烷混合液中至少一种。

32、可选地，所述热处理的条件包括：在60～120℃加热5～15min。

33、可选地，所述固化为光固化。

34、可选地，所述光固化的条件包括：使用365nm的紫外光曝光固化。

35、可选地，所述显影包括使用反溶剂进行旋涂冲洗、浸泡或浸泡反溶剂时超声。

36、可选地，所述基于poss的量子点膜为图案化的量子点膜；

37、所述图案化过程包括：将涂布后的基于poss的量子点光刻胶，经掩膜曝光固化、显影、热处理；

38、所述显影过程使用反溶剂作为显影剂。

39、本技术中图案化的量子点膜的制备过程是将上述量子点光刻胶均匀涂布在基底上，光刻机掩膜曝光，曝光部分发生交联固化，用显影剂冲洗除去未曝光部分，同时诱导钙钛矿量子点原位生成，后烘除去溶剂同时促进量子点进一步生长，最终得到钙钛矿量子点图案

40、可选地，所述反溶剂选自乙酸乙酯、三氯甲烷、乙酸乙酯/三氯甲烷混合液中至少一种。

41、可选地，所述热处理的条件包括：在60～120℃加热5～15min。

42、可选地，所述固化为光固化。

43、可选地，所述光固化的条件包括：使用365nm的紫外光曝光固化。

44、可选地，所述显影包括使用反溶剂进行旋涂冲洗、浸泡或浸泡反溶剂时超声。

45、根据本技术的另一方面，还提供了一种任一项上述的基于poss的量子点光刻胶、任一项上述的基于poss的量子点膜在micro-led显示器件、基于量子点的光电器件中的应用。

46、可选地，所述应用包括将基于poss的量子点光刻胶利用喷墨打印、纳米压印、激光直写、光刻技术中的至少一种方式制备量子点图案化薄膜。

47、本技术能产生的有益效果包括：

48、本技术提供的基于poss的量子点光刻胶是基于poss结构的量子点及钙钛矿量子点光刻胶，通过量子点或钙钛矿量子点前驱体与poss基单体以及多巯基化合物混合得到，并可以进一步制备量子点薄膜和图案，其中，在采用钙钛矿前驱体作为光刻胶原料时，可原位生成钙钛矿量子点薄膜，钙钛矿前驱体浓度与量子点薄膜的亮度、蓝光转换率、ciey为正相关关系。本技术基于poss的量子点光刻胶可用于喷墨打印、纳米压印、激光直写、光刻技术等方式制备量子点图案化薄膜，制备工艺简单，光固化速率快，poss基单体交联固化后形成密集交联网络限域量子点，保持量子点良好的均匀分布，形成稳定的分散体系，提升量子点荧光强度，同时由于巯基化合物的添加可避免氧阻聚问题，薄膜厚度可调，5μm厚度蓝光吸收率达到98.38％，蓝光转换率大于50％，ciey>0.65，可以解决量子点色转换方案中的蓝光吸收和转换问题，光刻可制备大吸收系数、高蓝光转换率的量子点薄膜和图案，光刻技术的应用可实现高分辨率和大规模制备，用于micro-led等显示器件以及其他基于量子点的光电器件中。