CN102255019A - 量子点发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能在溶液工艺中形成由电荷传输粒子和量子点构成的量子发光层以及电荷传输层以降低生产成本的量子点发光元件及其制造方法。所述量子点发光元件包括：基板、形成在所述基板上的阳极、形成在所述阳极上的量子发光层，所述量子发光层中混合有电荷传输粒子和量子点、以及形成在所述量子发光层上的阴极。

Description

量子点发光元件及其制造方法
本申请要求2010年5月20日提交的韩国专利申请No.10-2010-0047397的权益，在此援引该专利申请作为参考，就像在这里全部列出一样。
技术领域
本发明涉及一种量子点发光元件及其制造方法，该量子点发光元件能在溶液工艺中形成由电荷传输粒子和量子点构成的量子发光层以及电荷传输层。
背景技术
量子点(QD)是半导体纳米粒子，当非稳态的电子从导带向下移向价带时，纳米尺寸的量子点发光。当量子点的粒子较小时，产生具有较短波长的光。当量子点的粒子较大时，产生具有较长波长的光。这是量子点区别于其他常规半导体元件的独特的电光特性。由于这个原因，当调整量子点的尺寸时，能呈现出具有理想波长的可见光线。可使用具有不同尺寸的量子点同时产生不同的颜色。
与有机发光元件相比，量子点发光元件使用量子点代替有机发光材料形成发光层。使用有机发光材料的有机发光二极管(OLED)根据二极管的类型呈现出单一颜色，例如白色、红色和蓝色。有机发光二极管在华丽地呈现多种颜色方面具有限制。相反，量子点发光元件控制量子点的尺寸并能呈现理想的自然色。此外，与发光二极管相比，量子点发光元件具有优良的色呈现和优良的亮度。由于这个原因，量子点发光元件正在引起人们的注意来克服发光二极管的缺陷，成为下一代光源。
下面将描述常规量子点发光元件的结构。
图1是常规量子点发光元件的剖面图。
参照图1，量子点发光元件包括在基板100上彼此相对的阳极10和阴极50、以及形成在阳极10和阴极50之间的具有多个量子点31的量子发光层30。在阳极10上形成有由空穴传输粒子构成的空穴传输层20，并且量子发光层30形成在空穴传输层20上。在量子发光层30上顺序形成有由电子传输粒子构成的电子传输层40和阴极50。
空穴传输层20从阳极10向量子发光层30的量子点31传输并注入空穴。同样，阴极50中注入的电子通过电子传输层40传输并注入到量子发光层30的量子点31。
然而，这种常规的量子点发光元件由除电极之外的四层或更多层构成，该常规量子点发光元件的结构复杂。此外，除量子发光层30之外的大多数层是在真空沉积工艺中形成的，因此必须提供用于量子点发光元件的处理室。结果，会不利地增加量子点发光元件的制造成本，处理时间也会增加。
发明内容
本发明涉及一种量子点发光元件及其制造方法。
本发明的一个目的是提供一种量子点发光元件及其制造方法，该量子点发光元件在于溶剂中分散电荷传输粒子和量子点的溶液工艺中形成量子发光层和电荷传输层以简化其结构。
在下面的描述中将部分列出本发明的其它优点、目的和特征，这些优点、目的和特征的一部分根据下面的描述对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见，或者可从本发明的实施领会到。通过说明书、权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的目的和其他优点。
为了获得这些目的和其它的优点，根据本发明的目的，如这里具体表示和广义描述的，量子点发光元件包括：基板；形成在所述基板上的阳极；形成在所述阳极上的量子发光层；以及形成在所述量子发光层上的阴极，所述量子发光层中混合有电荷传输粒子和量子点。
所述电荷传输粒子可以是氧化物纳米粒子。
所述量子点可具有2nm～20nm的直径。
所述量子点可由2-6或3-5族半导体化合物形成。
所述氧化物纳米粒子可具有1nm～100nm的直径。
所述氧化物纳米粒子可以是p-型半导体纳米粒子。
所述p-型半导体纳米粒子可由选自镍氧化物(NiOx)、钒氧化物(VOx)、钼氧化物(MoOx)、铬氧化物(CrOx)和钡氧化物(BOx)中的一种形成。
所述量子点发光元件可进一步包括：形成在所述量子发光层上的电子传输层，所述电子传输层由n-型半导体纳米粒子构成。
所述氧化物纳米粒子可以是n-型半导体纳米粒子。
所述n-型半导体纳米粒子可由选自二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、铟氧化物(InOx)、氧化铝(Al2O3)、锆氧化物(ZiOx)、锡氧化物(SnOx)和钨氧化物(WOx)中的一种形成。
所述量子点发光元件可进一步包括：形成在所述阳极上的空穴传输层，所述空穴传输层由p-型半导体纳米粒子构成。
所述氧化物纳米粒子可包括p-型半导体纳米粒子、n-型半导体纳米粒子。
在本发明的另一个方面中，一种制造量子点发光元件的方法包括：在基板上形成阳极；在所述阳极上形成其中混合有电荷传输粒子和量子点的量子发光层；和在所述量子发光层上形成阴极。
所述电荷传输粒子可以是氧化物纳米粒子。
形成所述量子发光层可在溶液工艺中通过涂布进行，该溶液工艺使用在溶剂中分散有量子点的液体。
可根据喷墨、旋涂、喷嘴涂布、喷射涂布和狭缝涂布中的一种执行所述溶液工艺。
所述溶剂可以是H2O或有机溶剂。
因此，根据本发明的量子点发光元件具有下面的效果。
第一，量子发光层由在溶剂中混合有电荷传输粒子和量子点的混合物形成。量子点发光元件具有三层或更少的层，结构简单。结果可提高产率。
第二，量子发光层和电荷传输层在溶液工艺中形成。结果，可降低量子发光元件的制造成本。特别是，可采用用于制造液晶显示器及其他平板显示器的工艺生产线制造根据本发明的量子点发光元件。
应当理解，本发明前面的一般性描述和下面的详细描述都是例示性的和解释性的，意在对要求保护的内容提供进一步的解释。
附图说明
附图向本发明提供进一步理解并组成说明书一部分，其图解了本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是常规量子点发光元件的剖面图；
图2是根据本发明第一个实施方式的量子点发光元件的剖面图；
图3是根据本发明第二个实施方式的量子点发光元件的剖面图；
图4是根据本发明第三个实施方式的量子点发光元件的剖面图；
图5a到5e是图解用于制造根据本发明实施方式的量子点发光元件的方法的工艺剖面图。
具体实施方式
现在详细描述本发明的具体实施方式，附图中图解了这些实施方式的一些例子。尽可能在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
根据本发明的量子点发光元件包括基板、形成在基板上的阳极、形成在阳极上的量子发光层、以及形成在量子发光层上的阴极，该量子发光层中混合有电荷传输粒子和量子点。
在此，电荷传输粒子选自氧化物纳米粒子，并且电荷传输粒子用作空穴传输层或电子传输层。
如果电荷传输粒子是p-型半导体纳米粒子，则可在量子发光层上进一步形成由n-型半导体纳米粒子构成的电子传输层。如果电荷传输粒子是n-型半导体纳米粒子，则进一步形成由p-型半导体纳米粒子构成的空穴传输层。
电荷传输粒子可以是p-型半导体纳米粒子和n-型半导体纳米粒子。
下面，将参照附图具体描述根据本发明的量子点发光元件。
第一个实施方式
图2是根据本发明第一个实施方式的量子点发光元件的剖面图。
参照图2，根据本发明第一个实施方式的量子点发光元件包括基板200、形成在基板200上的阳极210、形成在阳极210上的量子发光层230、以及形成在量子发光层230上的阴极250，该量子发光层230中混合有p-型半导体纳米粒子220和量子点231。
在量子发光层230和阴极250之间可进一步形成有电子传输层240a。
基板200可以是各种类型的基板，没有特别限制，例如玻璃基板、塑料基板和硅基板。阳极210由选自铟锡氧化物、氧化锌、铟氧化物、锡氧化物、铟锌氧化物的透明电极构成。阴极250由选自Ca、Al、Mg、Ag、Ba及其合金的组中的一种构成。
量子点231具有2nm～20nm的直径并由核(未示出)和壳(未示出)构成。壳的带隙能量高于核的带隙能量。
量子点231可选自包括CdSe、CdS、CdTe、ZnSe、ZnTe、ZnS和HgTe的2-6族半导体化合物或者包括InAs和InP的3-5族半导体化合物。
p-型半导体纳米粒子220和n-型半导体纳米粒子240具有10nm～100nm的直径。p-型半导体纳米粒子220选自包括镍氧化物(NiOx)、钒氧化物(VOx)、钼氧化物(MoOx)、铬氧化物(CrOx)和钡氧化物(BOx)的氧化物纳米粒子。n-型半导体纳米粒子240选自包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、铟氧化物(InOx)、氧化铝(Al2O3)、锆氧化物(ZiOx)、锡氧化物(SnOx)和钨氧化物(WOx)的氧化物纳米粒子。
p-型半导体纳米粒子220向量子点231传输空穴，n-型半导体纳米粒子240向量子点231传输电子。
量子发光层230构造成其中混合有p-型半导体纳米粒子220和n-型半导体纳米粒子240，并在量子发光层230上形成n-型半导体纳米粒子240构成的电子传输层240a。
根据本发明第一个实施方式的量子点发光元件形成其中混合有p-型半导体纳米粒子和量子点的量子发光层。与常规的量子点发光元件相比，根据第一个实施方式的量子点发光元件具有简单的结构、较低的误差概率。量子发光层和电子传输层在溶液工艺中形成，使制造成本降低。
第二个实施方式
图3是根据本发明第二个实施方式的量子点发光元件的剖面图。
此时，对于与参照图2描述的上述实施方式相同的组件给出相同的数字标记，为避免重复描述，下面将仅仅描述不同的特征构造。
参照图3，根据本发明第二个实施方式的量子点发光元件包括基板200、形成在基板200上的阳极210、形成在阳极210上的量子发光层330、以及形成在量子发光层330上的阴极250，该量子发光层330中混合有n-型半导体纳米粒子220和量子点231。
可在量子发光层330与阳极210之间进一步形成有空穴传输层220a。
第三个实施方式
图4是根据本发明第三个实施方式的量子点发光元件的剖面图。
此时，对于与参照图2描述的上述实施方式相同的组件给出相同的数字标记，为避免重复描述，下面将仅仅描述不同的特征构造。
参照图4，根据本发明第三个实施方式的量子点发光元件包括基板200、形成在基板200上的阳极210、形成在阳极210上的量子发光层430、以及形成在量子发光层430上的阴极250，该量子发光层430中混合有n-型半导体纳米粒子240、p-型半导体纳米粒子220和量子点231。
下面，将描述用于制造根据本发明实施方式的量子点发光元件的方法。
图5a到5e是图解用于制造量子点发光元件的方法的工艺剖面图。
如图5a和5b中所示，在基板上形成阳极，并在阳极上形成其中混合有电荷传输粒子和量子点的量子发光层。
此时，如图5a中所示，在溶液工艺中，可在阳极上涂布在第一溶剂(未示出)中分散有电荷传输粒子和量子点的量子发光液体230a。如图5b中所示，使第一溶剂挥发，形成量子发光层230。
同时，电荷传输粒子可以是p-型半导体纳米粒子或n-型半导体纳米粒子。当电荷传输粒子是p-型半导体纳米粒子时，在如图5c中所示的溶液工艺中，在量子发光层230上涂布在第二溶剂(未示出)中分散有n-型半导体纳米粒子的电子传输液体240b。
可根据喷墨方法、旋涂方法、喷嘴涂布、喷射涂布方法和狭缝涂布方法中的一种执行所述溶液工艺。
因此，如图5d中所示，使第二溶剂挥发，形成电子传输层240a。如图5e中所示，在电子传输层240a上形成阴极。
第一溶剂(未示出)和第二溶剂(未示出)可以是H2O或包括己烷、氯仿和甲苯的多种有机溶剂。如果第一溶剂(未示出)是H2O，则第二溶剂(未示出)是有机溶剂。如果第一溶剂(未示出)是有机溶剂，则第二溶剂(未示出)是H2O。
也即，分别使用具有不同特性的溶剂来形成不同的层，以无损害地形成多层不同的层。
量子发光层230和电子传输层240a使用不同的溶剂。在溶剂中分散n-型半导体纳米粒子240，以涂布在量子发光层230上。乃至之后，对量子发光层230都没有损害。
当根据本发明第二个实施方式电荷传输粒子是n-型半导体纳米粒子时，在溶液工艺中形成由n-型半导体纳米粒子和量子点构成的量子发光层以及由p-型半导体纳米粒子构成的空穴传输层。在此，其中分散有n-型半导体纳米粒子和量子点的溶剂与其中分散有p-型半导体纳米粒子的溶剂是不同的。
在溶液工艺中形成根据本发明第三个实施方式的由n-型半导体纳米粒子、p-型半导体纳米粒子和量子点构成的量子发光层。其中分散有n-型半导体纳米粒子、p-型半导体纳米粒子和量子点的溶剂是H2O或包括己烷、氯仿和甲苯的多种有机溶剂。
如上所述，根据本发明的量子点发光元件混合电荷传输颗粒和量子点并在之后形成其中混合有它们的量子发光层。由于这个原因，量子点发光元件的结构简单，具有三层或更少的层，因此可提高产率。
此外，量子发光层和电子传输层在溶液工艺中形成。由于这个原因，可降低量子点发光元件的制造成本。特别是，可采用用于制造液晶显示器及其他平板显示器的工艺生产线来制造根据本发明的量子点发光元件。
在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求及其等价物范围内的本发明的修改和变化。

Claims (17)

1.一种量子点发光元件，包括：
基板；
形成在所述基板上的阳极；
形成在所述阳极上的量子发光层，所述量子发光层中混合有电荷传输粒子和量子点；以及
形成在所述量子发光层上的阴极。
2.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其中所述电荷传输粒子是氧化物纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其中所述量子点具有2nm～20nm的直径。
4.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其中所述量子点由2-6或3-5族半导体化合物形成。
5.根据权利要求2所述的量子点发光元件，其中所述氧化物纳米粒子具有1nm～100nm的直径。
6.根据权利要求2所述的量子点发光元件，其中所述氧化物纳米粒子是p-型半导体纳米粒子。
7.根据权利要求6所述的量子点发光元件，其中所述p-型半导体纳米粒子由选自NiOx、VOx、MoOx、CrOx和BOx中的一种形成。
8.根据权利要求6所述的量子点发光元件，进一步包括：
形成在所述量子发光层上的电子传输层，所述电子传输层由n-型半导体纳米粒子构成。
9.根据权利要求2所述的量子点发光元件，其中所述氧化物纳米粒子是n-型半导体纳米粒子。
10.根据权利要求9所述的量子点发光元件，其中所述n-型半导体纳米粒子由选自TiO2、ZnO、InOx、Al2O3、ZiOx、SnOx和WOx中的一种形成。
11.根据权利要求9所述的量子点发光元件，进一步包括：
形成在所述阳极上的空穴传输层，所述空穴传输层由p-型半导体纳米粒子构成。
12.根据权利要求2所述的量子点发光元件，其中所述氧化物纳米粒子包括p-型半导体纳米粒子、n-型半导体纳米粒子。
13.一种制造量子点发光元件的方法，包括：
在基板上形成阳极；
在所述阳极上形成其中混合有电荷传输粒子和量子点的量子发光层；和
在所述量子发光层上形成阴极。
14.根据权利要求13所述的制造量子点发光元件的方法，其中所述电荷传输粒子是氧化物纳米粒子。
15.根据权利要求13所述的制造量子点发光元件的方法，其中形成所述量子发光层是在溶液工艺中通过涂布进行，所述溶液工艺使用在溶剂中分散有量子点的液体。
16.根据权利要求15所述的制造量子点发光元件的方法，其中根据喷墨、旋涂、喷嘴涂布、喷射涂布和狭缝涂布中的一种执行所述溶液工艺。
17.根据权利要求15所述的制造量子点发光元件的方法，其中所述溶剂是H2O或有机溶剂。
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