CN103840053B - 表面等离子体增强的量子点发光二极管器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面等离子体增强的量子点发光二极管器件及其制备方法，自下而上包括基底上形成的阴极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阳极，所述发光层制备于空穴传输层之上，由金属纳米颗粒与量子点复合而成；金属纳米颗粒为金、银和铂中的一种或几种，金属纳米颗粒大小20‑100 nm；量子点颗粒的大小是1‑10 nm；空穴传输层厚10‑50 nm,发光层厚5‑30 nm,电子传输层厚5‑40 nm；本发明利用金属等离子共振峰与量子点发射波长匹配，使得发射光增强，提高了器件的内量子点效率和外量子效率，增加器件的发光效率，器件的能效大于5 lm/W，发光亮度大于800 cd/m2。制备方法简单易操作。
Description
技术领域
本发明属于量子点发光二极管器件领域，具体涉及一种表面等离子体增强的量子点发光二极管器件及其制备方法。
背景技术
量子点发光二极管（QD-LED）是使用量子点材料作为发光层应用到有机或聚合物电致发光器件中的一种新型显示器件。由于量子点的发射光谱半峰宽狭窄，并且随着量子点尺寸大小的改变，光谱范围也会发生位移，因而QD-LED器件不仅发光效率高，而且发光范围可覆盖整个可见光谱范围。因而，近几年来，QD-LED 器件的研究受到国内外研究小组的广泛关注。
表面等离子体增强的量子点发光二极管器件报导的比较少。一般来说，激子会通过辐射跃迁，非辐射跃迁两种方式衰减，在引入金属纳米颗粒后，由于在金属颗粒周围存在大量的自由电子，这些自由电子在激发光或者激发态荧光的诱导下产生表面等离子波。当有机材料的发射波长与表面等离子共振峰匹配时，会发生表面等离子共振。此时，激子会将一部分能量耦合到表面等离子中，这一过程比激子自发辐射的速率要快得多；同时，由于共振导致了荧光分子附近局域电场的增强，从而增大了态密度，结合Purcell的理论，激子的自发辐射速率与光子的态密度有关。引入金属颗粒后激子的自发辐射速率会加快。因此，利用表面等离子提高发光二极管发光效率主要体现在内量子效率以及外量子效率上。
发明内容
本发明的目的是设计一种表面等离子体增强的量子点发光二极管器件。
本发明的另一目的是提供一种表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，利用金属等离子共振峰与量子点发射波长匹配，使得发射光增强，提高了器件的内量子点效率和外量子效率，因而提高了器件的发光能效。自下而上包括基底上形成的阴极、空穴传输层，发光层，电子传输层和阳极，所述发光层制备于空穴传输层之上，由金属纳米颗粒与量子点复合而成。
金属纳米颗粒为金、银和铂中的一种或几种，金属纳米颗粒大小20-100 nm。
量子点颗粒的大小是1-10 nm。
空穴传输层厚10-50 nm，发光层厚5-30 nm，电子传输层厚5-40 nm。
所述电子传输层是ZnO/TiO2复合纳米颗粒结构。
所述的表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法，包括如下步骤：
1）在透明导电玻璃基板形成的阴极上制备空穴传输层，并在氮气环境下烧结0-40分钟，烧结温度100－200℃；
2）将量子点从油相转过水相后，利用化学键与金属纳米颗粒结合，制备得到金属纳米颗粒与量子点复合而成的发光层；其中量子点颗粒的大小是1-10
nm, 金属颗粒大小20-100 nm。然后将发光层制备于空穴传输层之上，发光层与空穴传输层共同在氮气环境下烧结0-40分钟，烧结温度60-200℃；量子点利用化学键与金属纳米颗粒结合的溶液酸碱度条件为8-10；
3）将电子传输层制备于发光层之上，然后在氧气中烧结0-40分钟，烧结温度60-200 ℃；
4）最后制备阳极电极，电极材料为铝、银、金中的一种或几种。
所述发光层中量子点为核壳结构，核为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅中的一种或者几种，壳为硫化锌、硒化锌中的一种。
所述电子传输层是ZnO/TiO2复合纳米颗粒结构。
发光层由金属纳米颗粒与量子点复合而成，具体制备方法为：将量子点进行配体交换后，使量子点外的配体从油溶性转变为水溶性。将金属纳米颗粒放入水溶性的量子点溶液中，金属纳米颗粒与量子点的摩尔比为1：10~1:100，并调节溶液的pH值为8-10，搅拌时间超过30分钟，形成金属与量子点的复合颗粒。
器件的发光因表面等离子效应具有增强作用，发光外量子效率提高，进而发光总能效以及发光亮度有所提高。
有益效果
本发明提供的表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，利用金属等离子共振峰与量子点发射波长匹配，使得发射光增强，提高了器件的内量子点效率和外量子效率，增加器件的发光效率，器件的能效大于5
lm/W，发光亮度大于800 cd/m2。制备方法简单易操作。
附图说明
图1是表面等离子体增强的量子点发光二极管结构示意图，其中：1—阴极，2—空穴传输层，3—发光层，4—电子传输层，5—阳极；
图2 是由金属纳米颗粒与量子点复合而成的发光层结构的透射电镜图。
具体实施方式：
发光层由金属纳米颗粒与量子点复合而成，具体制备方法为：将量子点进行配体交换后，使量子点外的配体从油溶性转变为水溶性。将金属纳米颗粒放入水溶性的量子点溶液中，金属纳米颗粒与量子点的摩尔比为1：10~1:100，并调节溶液的pH值为8-10，搅拌时间超过30分钟，形成金属与量子点的复合颗粒。
实施例1
表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，如图1所示，包括基底上形成的阴极1、空穴传输层2，发光层3，电子传输层4和阳极5，阴极置于底层，由下至上分别是空穴传输层，发光层，无机纳米颗粒电子传输层和阳极，其中空穴传输层厚20nm,发光层厚30nm, 无机纳米颗粒电子传输层厚40nm，发光层由金属纳米颗粒与量子点复合而成，量子点颗粒的大小是5 nm, 金属纳米颗粒大小20 nm。所述的量子点发光二极管器件开启电压2.6 V，发光能效大于5 lm/W，发光亮度大于 800 cd/m2。
上述表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）在透明导电玻璃基板上制备空穴传输层PEDOT，并在氮气环境下烧结20分钟，烧结温度150℃。
（2）将量子点从油相转过水相后，利用化学键与金属颗粒结合，制备得到金属纳米颗粒与量子点复合而成的发光层，溶液酸碱度为8，金属纳米颗粒与量子点的摩尔比为1：10，其中量子点颗粒的大小是5 nm, 金属颗粒大小20 nm。然后将发光层制备于空穴传输层之上，量子点为核壳结构，核为硒化镉，壳为硫化锌。发光层与空穴传输层共同在氮气环境下烧结20分钟，烧结温度200℃。
（3）将ZnO/TiO2电子传输层制备于发光层之上，然后在氧气中烧结20分钟，烧结温度200 ℃。
（4）最后制备阳极电极，电极材料为铝。
实施例2
表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，如图1所示，包括基底上形成的阴极1、空穴传输层2，发光层3，电子传输层4和阳极5，阴极置于底层，由下至上分别是空穴传输层，发光层，无机纳米颗粒电子传输层和阳极，其中空穴传输层厚50nm,金属-量子点复合发光层厚20nm,无机颗粒电子传输层厚30 nm，发光层由金属纳米颗粒与量子点复合而成，量子点颗粒的大小是5 nm,
金属纳米颗粒大小50 nm。所述的量子点发光二极管器件开启电压2.6 V，发光能效大于5 lm/W，发光亮度大于 800 cd/m2。
上述表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）在透明导电玻璃基板上制备空穴传输层PEDOT，并在氮气环境下烧结时间15钟，烧结温度200℃。
（2）将量子点从油相转过水相后，利用化学键与金属颗粒结合，制备得到金属纳米颗粒与量子点复合而成的发光层，溶液酸碱度为9，金属纳米颗粒与量子点的摩尔比为1:100，其中量子点颗粒的大小是10
nm, 金属颗粒大小100 nm。然后将发光层制备于空穴传输层之上，量子点为核壳结构，核为硫化镉，壳为硫化锌。发光层与空穴传输层共同在氮气环境下烧结40分钟，烧结温度200℃。
（3）将ZnO/SnO2电子传输层制备于发光层之上，将无机纳米颗粒发光层在氧气中烧结20分钟，烧结温度100 ℃。
（4）最后制备阳极电极，电极材料为银。
所述的量子点发光二极管器件开启电压为2.6 V，能效大于5
lm/W，发光亮度大于 800 cd/m2。
实施例3
表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，包括基底上形成的阴极、空穴传输层，量子点发光层，电子传输层和阳极，阴极置于底层，由下至上分别是空穴传输层，发光层，无机纳米颗粒电子传输层和阳极，其中空穴传输层厚10
nm,量子点发光层厚30 nm, 电子传输层厚40nm，发光层由金属纳米颗粒与量子点复合而成，量子点颗粒的大小是5 nm, 金属纳米颗粒大小100 nm。所述的量子点发光二极管器件开启电压2.6 V，发光能效大于5 lm/W，发光亮度大于 800 cd/m2。
上述表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）在透明导电玻璃基板上制备空穴传输层PEDOT，并在氮气环境下烧结40分钟，烧结温度100℃。
（2）将量子点从油相转过水相后，利用化学键与金属颗粒结合，制备得到金属纳米颗粒与量子点复合而成的发光层，然后将发光层制备于空穴传输层之上，其中量子点颗粒的大小是5 nm,
金属纳米颗粒大小100 nm，量子点为核壳结构，核为碲化镉，壳为硫化锌。溶液酸碱度条件为10，金属纳米颗粒与量子点的摩尔比为1：50，金属-量子点层制备之后在氮气环境下烧结40分钟，烧结温度60℃。
（3）将 TiO2/SnO2电子传输层制备于量子点层之上，然后在氧气中烧结40分钟，烧结温度60℃。
（4）最后制备阳极电极，电极材料为铝。
Claims (6)
1.表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，自下而上包括基底上形成的阴极（1）、空穴传输层（2）、发光层（3）、电子传输层（4）和阳极（5），其特征在于：所述发光层（3）制备于空穴传输层（2）之上，由金属纳米颗粒与量子点复合而成，金属纳米颗粒与量子点的摩尔比为1：10~1:100，金属纳米颗粒为金、银和铂中的一种或几种，金属纳米颗粒大小20-100 nm，量子点颗粒的大小是1-10 nm。
2.如权利要求1所述的表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，其特征在于：空穴传输层厚10-50 nm,发光层厚5-30 nm,电子传输层厚5-40 nm。
3.如权利要求1所述的表面等离子体增强的量子点发光二极管器件，其特征在于：所述电子传输层是ZnO/TiO2复合纳米颗粒结构。
4.权利要求1所述的表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在透明导电玻璃基板形成的阴极上制备空穴传输层，并在氮气环境下烧结0-40分钟，烧结温度100－200℃；
2）将量子点从油相转过水相后，利用化学键与金属纳米颗粒结合，制备得到金属纳米颗粒与量子点复合而成的发光层；溶液酸碱度条件为8-10，其中量子点颗粒的大小是1-10 nm, 金属颗粒大小20-100 nm，然后将发光层制备于空穴传输层之上，发光层与空穴传输层共同在氮气环境下烧结0-40分钟，烧结温度60-200℃；
3）将电子传输层制备于发光层之上，然后在氧气中烧结0-40分钟，烧结温度60-200 ℃；
4）最后制备阳极电极，电极材料为铝、银、金中的一种或几种。
5.权利要求4所述的表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于：所述发光层中量子点为核壳结构，核为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅中的一种或者几种，壳为硫化锌、硒化锌中的一种。
6.权利要求4所述的表面等离子体增强的量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于：所述电子传输层是ZnO/TiO2复合纳米颗粒结构。
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