CN105161584A - 含光学微腔结构的qled及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于量子点发光二极管领域，提供了一种含光学微腔结构的QLED及其制备方法。所述含光学微腔结构的QLED，包括依次层叠设置的第一电极、量子点发光层和第二电极，其中，所述第一电极、所述第二电极分别为阳极和阴极；或所述第一电极、所述第二电极分别为阴极和阳极，还包括设置在所述第一电极背离所述量子点发光层一侧的光学微腔结构，所述光学微腔结构由一个干涉单元或多个层叠设置的干涉单元构成，所述干涉单元包括第一折射率层和层叠设置在所述第一折射率层上的第二折射率层，其中，所述第一折射率层的折射率大于第二折射率层的折射率，且所述第一电极层叠设置在所述第二折射率层上。
Description
技术领域
本发明属于量子点发光二极管领域，尤其涉及一种含光学微腔结构的QLED及其制备方法。
背景技术
随着经济与技术的不断发展，人们对电子产品的显示质量要求越来越高。经过多年的开发，量子点发光二极管(QLED)这一新型显示技术逐渐走进了人们的视线。QLED以薄层量子点为发光层，具有主动发光、高亮度、高色纯度、长寿命、低功耗、加工工艺简单、制作成本低廉等一些列优点，是下一代高性能显示与照明技术的发展方向。如图1所示，常见的QLED通常包括以下功能层：阳极1’、空穴注入层2’、空穴传输层3’、量子点发光层4’、电子传输层5’、电子注入层6’和阴极7’。一般认为，QLED的性能由上述功能层及其制备工艺共同决定，一旦材料与工艺被确定，QLED器件的性能很难有大幅度的提升空间。
由于QLED器件中两个电极之间所有各功能层的厚度仅为100nm左右，基本上与发光波长同数量级，因此，合理设计QLED的光学结构，有望大幅度改善QLED的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含光学微腔结构的QLED，旨在通过从光学结构方面的改变来提高QLED的性能。
本发明的另一目的在于提供一种含光学微腔结构的QLED的制备方法。
本发明是这样实现的，包括依次层叠设置的第一电极、量子点发光层和第二电极，其中，所述第一电极、所述第二电极分别为阳极和阴极；或所述第一电极、所述第二电极分别为阴极和阳极，还包括设置在所述第一电极背离所述量子点发光层一侧的光学微腔结构，所述光学微腔结构由一个干涉单元或多个层叠设置的干涉单元构成，所述干涉单元包括第一折射率层和层叠设置在所述第一折射率层上的第二折射率层，其中，所述第一折射率层的折射率大于第二折射率层的折射率，且所述第一电极层叠设置在所述第二折射率层上。
以及，一种含光学微腔结构的QLED的制备方法，包括以下步骤：
提供一硬质衬底；
在所述硬质衬底上交替沉积两种不同折射率的材料层，获得光学微腔结构；
在所述光学微腔结构上依次沉积第一电极、量子点发光层和第二电极，
其中，所述第一电极、所述第二电极分别为阳极和阴极；或
所述第一电极、所述第二电极分别为阴极和阳极。
本发明提供的含光学微腔结构的QLED，通过引入干涉单元形成光学微腔结构，使得QLED的发射光在所述光学微腔结构经过多次往返反射，增加了发射光的发光强度，从而提高了QLED的亮度；同时，由于发光光谱的窄化，使得QLED色纯度大幅提高，从而有利于获得广色域、高亮度的全彩量子点显示器件。
本发明提供的含光学微腔结构的QLED，只需在硬质衬底上交替沉积两种不同折射率的材料层并可获得光学微腔结构，进而在所述光学微腔结构上沉积各功能层，获得QLED。该方法操作简单易控，成本低廉，易于实现产业化，有很好的市场前景。
附图说明
图1是现有技术提供的QLED结构示意图；
图2是光分别在不含光学微腔结构和含光学微腔结构下的出射示意图；
图3是本发明实施例提供的含光学微腔结构的QLED结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第一电极为阳极、第二电极为阴极的含光学微腔结构的QLED结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第一电极为阴极、第二电极为阳极的含光学微腔结构的QLED结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图2-5，本发明实施例提供了一种含光学微腔结构的QLED，包括依次层叠设置的第一电极1、量子点发光层4和第二电极7，其中，所述第一电极1、所述第二电极7分别为阳极和阴极；或所述第一电极1、所述第二电极7分别为阴极和阳极，还包括设置在所述第一电极1背离所述量子点发光层4一侧的光学微腔结构8，所述光学微腔结构8由一个干涉单元81或多个层叠设置的干涉单元81构成，所述干涉单元81包括第一折射率层811和层叠设置在所述第一折射率层811上的第二折射率层812，其中，所述第一折射率层811的折射率大于第二折射率层812的折射率，且所述第一电极1层叠设置在所述第二折射率层812上，如图2所示。
如图3所示，通常的，由于常规的QLED不含光学微腔结构，因此，由QLED发射出来的光束无法在器件内往复反射(如图3a所示)，不能在器件内干涉叠加，也就无法获得高强度的电致发光。本发明实施例中，所述QLED含有光学微腔结构8，所述光学微腔结构8由两种不同折射率的材料层(第一折射率层811和第二折射率层812)交替构成，形成具有强反射性的半透明微腔，从而提高所述QLED发光纯度和发光强度。具体的，由于所述第一折射率层811和所述第二折射率层812折射率的不同，在每一个层界面处均会产生菲涅耳反射。由QLED发射出来的光线经过多次往返菲涅耳反射(如图3b所示)，最终在干涉叠加的作用下强度得到增大；同时，由于光谱的窄化，QLED的发光纯度更高。
本发明实施例中，所述光学微腔结构8中，所述干涉单元81越多，则光学干涉效应越明显，QLED发射光的发光强度和发光纯度越好，从而使得所述得到的QLED器件的性能越好。作为优选实施例，为了同时平衡QLED器件的性能和制作成本，所述光学微腔结构8由3-10个层叠设置的干涉单元811构成。
本发明实施例中，为了提高所述QLED的性能，作为优选实施例，所述含光学微腔结构的QLED中还可以包括空穴注入层2、空穴传输层3、电子传输层5和电子注入层6中的至少一层。作为最佳实施例，所述含光学微腔结构的QLED中同时包括空穴注入层2、空穴传输层3、电子传输层5和电子注入层6。其中，空穴注入层2、空穴传输层3、电子传输层5和电子注入层6的设置方法为本领域内常规设置方式。
本发明实施例中，所述光学微腔结构8可以设置在阳极一端，也可以设置在阴极一端。作为一个具体优选实施例，所述含光学微腔结构的QLED包括依次层叠设置的光学微腔结构8、第一电极1、空穴注入层2、空穴传输层3、量子点发光层4、电子传输层5、电子注入层6和第二电极7，其中，第一电极1为阳极，第二电极7为阴极，所述光学微腔结构8由一个干涉单元81或多个层叠设置的干涉单元81构成，所述干涉单元81包括第一折射率层811和层叠设置在所述第一折射率层811上的第二折射率层812，其中，所述第一折射率层811的折射率大于第二折射率层812的折射率，且所述第一电极1层叠设置在所述第二折射率层812上，如图4所示。
作为另一个具体优选实施例，所述含光学微腔结构的QLED包括依次层叠设置的光学微腔结构8、第一电极1、电子注入层6、电子传输层5、量子点发光层4、空穴传输层3、空穴注入层2和第二电极7，其中，第一电极1为阴极，第二电极7为阳极，所述光学微腔结构8由一个干涉单元81或多个层叠设置的干涉单元81构成，所述干涉单元81包括第一折射率层811和层叠设置在所述第一折射率层811上的第二折射率层812，其中，所述第一折射率层811的折射率大于第二折射率层812的折射率，且所述第一电极1层叠设置在所述第二折射率层812上，由此得到含光学微腔结构的倒置型QLED，如图5所示。
本发明实施例中，所述干涉单元81包括两种不同折射率的材料层构成，即所述第一折射率层811和所述第二折射率层812。且所述第一折射率层811和所述第二折射率层812的折射率要求没有限制，只需满足所述第一折射率层811的折射率大于第二折射率层812的折射率，可以产生光学即可。所述第一折射率层811、所述第二折射率层812的材料不受限制。作为具体实施例，所述第一折射率层811包括但不限于TiO2、硅氮化合物(SixNy)、或其它成膜致密、折射率相对高的材料；所述第二折射率层812包括但不限于SiO2、或其它成膜致密、折射率相对低的材料。本发明实施例中，为了形成有效的微腔效应，所述第一折射率层811和所述第二折射率层812的厚度单独为所述量子点发光层中量子点发射波长的1/4。如，当所述QLED中量子点发射波长为600nm时，则所述光学微腔结构8中所述第一折射率层811和所述第二折射率层812的厚度均为150nm。
本发明实施例所述第一电极1可以为阳极，也可以为阴极。当所述第一电极1为阳极时，所述第一电极1可选用常规的高功函数阳极，如经过等离子体或紫外-臭氧处理的ITO阳极；当所述第一电极1为阴极时，所述第一电极1可选用常规的低功函数阳极，如未经等离子体或紫外-臭氧处理的ITO阴极。本发明实施例中，为了形成有效的微腔效应，所述第一电极1的厚度为所述量子点发光层中量子点发射波长的1/4。
所述空穴注入层2可选用常规的空穴注入材料制备。作为具体实施例，所述空穴注入层2的材料可为PEDOT:PSS，也可以是其它具有高功函数、高电导率的空穴注入层材料，如MoxOy和WxOy。
所述空穴传输层3可选用本领域常规的空穴传输层材料制备。作为具体实施例，所述空穴传输层3的材料可以使用常见的具有较深HOMO能级的PVK、Poly-TPD、TFB中的至少一种，也可以是其它高性能的空穴传输材料。
所述量子点发光层4的材料选用不受限制。作为优选实施例，所述量子点发光层4中的量子点可以是II-IV族化合物半导体，如CdS或CdSe或CdS/ZnS或CdSe/ZnS或CdSe/CdS/ZnS；还可以是III-V或IV-VI族化合物半导体，如GaAs或InP和PbS/ZnS或PbSe/ZnS，及I-III-VI2族等半导体纳米晶。本发明实施例所述量子点发光层4的厚度优选为10-100nm。
本发明实施例所述电子传输层5和所述电子注入层6可以分别采用本领域常规的电子传输材料和电子注入材料制备获得。作为具体实施例，所述电子传输层5的材料包括但不限于具有高的电子传输性能的n型氧化锌(ZnO)；所述电子注入层6可以为低功函数的Ca、Ba等金属，也可以选择CsF、LiF、CsCO3等化合物，还可以是其它电解质型电子传输层材料，如PEIE、PEI等。
本发明实施例中所述第二电极7为与所述第一电极1对应设置的电极，即当所述第一电极1为阳极时，所述第二电极7为阴极；当所述第一电极1为阴极时，所述第二电极7为阳极。本发明实施例中，为了促使所述QLED发射出来的光从所述光学微腔结构8一侧出射，进而通过所述光学微腔结构8提高所述QLED发光纯度和发光强度，所述第二电极7优选为透光率较差的金属电极。更进一步地，所述第二电极7优选为厚度＞100nm的金属电极，由此，进一步保证了所述第二电极7的低透光率。本发明实施例中，所述第二电极7可以采用常规的阳极或阴极材料。作为一个具体实施例，当所述第二电极7为阴极时，所述第二电极7可采用Al、Ag金属电极，也可以采用其它性能稳定、高反射率的低功函数金属或者它们的合金。当所述第二电极7为阳极时，所述第二电极7为性能稳定、高反射率的高功函数金属。
本发明实施例提供的含光学微腔结构的QLED，通过引入干涉单元81形成光学微腔结构8，使得QLED的发射光在所述光学微腔结构8内经过多次往返反射，增加了发射光的发光强度，从而提高了QLED的亮度；同时，由于发光光谱的窄化，使得QLED色纯度大幅提高，从而有利于获得广色域、高亮度的全彩量子点显示器件。
本发明实施例所述含光学微腔结构的QLED，可以通过下述方法制备获得。
本发明实施例还提供了一种含光学微腔结构的QLED的制备方法，包括以下步骤：
S01.提供一硬质衬底；
S02.在所述硬质衬底上交替沉积两种不同折射率的材料层，获得光学微腔结构；
S03.在所述光学微腔结构上依次沉积第一电极、量子点发光层和第二电极，
其中，所述第一电极、所述第二电极分别为阳极和阴极；或
所述第一电极、所述第二电极分别为阴极和阳极。
具体的，上述步骤S01中，所述硬质衬底的选用不受限制，可采用常规制备QLED中使用的硬质载体。作为具体实施例，所述硬质载体为玻璃基板。
进一步的，可以将所述硬质衬底进行清洁处理，所述清洁处理可以采用本领域常规的清洁处理方式实现。作为一个具体实施例，所述清洁处理的方法为：将所述硬质衬底依次浸泡在丙酮、洗液、去离子水和异丙醇中对其进行超声波清洗，每次超声清洗时间不少于15分钟，清洗结束后将所述硬质衬底取出至于干净的烘箱中干燥备用。
上述步骤S02中，在所述硬质衬底上交替沉积两种不同折射率的材料层，即在所述硬质衬底上依次沉积第一折射率层、第二折射率层，且所述第一折射率层、第二折射率层的沉积次数可以根据成本和所述QLED性能的需求来调节，优选为3-10次。上述在所述硬质衬底上形成的所述第一折射率层、第二折射率层共同形成光学微腔结构。
本发明实施例上述步骤S03中，所述第一电极可以为阳极，也可以为阴极。所述第一电极的沉积，可以采用常规的阳极或阴极的沉积方式实现。作为一个具体实施例，当所述第一电极为阳极时，所述第一电极的沉积可以采用溅射、热沉积、化学气相沉积、电子束蒸发中的一种实现。进一步的，将所述阳极进行氧气等离子处理或紫外-臭氧处理，以提高其功函数。
所述量子点发光层的沉积可以采用常规方法实现，如旋涂、喷墨印刷等。将沉积完后的所述量子点发光层进行热处理除去溶剂，获得致密的所述量子点发光层。
本发明实施例中所述第二电极为与所述第一电极对应设置的电极。所述第二电极可以参照常规的阴极或阳极的沉积方式实现，作为一个具体实施例，当所述第二电极为阴极时，于真空环境中采用掩膜板热蒸镀的方法沉积金属阴极。
作为优选实施例，所述含光学微腔结构的QLED还包括沉积空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层功能层中的至少一层。所述空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层的设置和沉积方式为本领域常规方式，如所述空穴注入层和/或空穴传输层设置在所述阳极和所述量子点发光层之间，所述电子传输层和/或电子注入层设置在所述阴极和所述量子点发光层之间。沉积完上述各功能层后，还包括分别对各功能层进行热处理去除溶剂，以获得致密的功能层。此外，作为优选实施例，所述空穴传输层的沉积，可以根据溶剂性质的不同，选择性地在空气或氮气气氛保护中进行。
本发明实施例提供的含光学微腔结构的QLED，只需在硬质衬底上交替沉积两种不同折射率的材料层并可获得光学微腔结构，进而在所述光学微腔结构上沉积各功能层，获得QLED。该方法操作简单易控，成本低廉，易于实现产业化，有很好的市场前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种含光学微腔结构的QLED，包括依次层叠设置的第一电极、量子点发光层和第二电极，其中，所述第一电极、所述第二电极分别为阳极和阴极；或所述第一电极、所述第二电极分别为阴极和阳极，其特征在于，还包括设置在所述第一电极背离所述量子点发光层一侧的光学微腔结构，所述光学微腔结构由一个干涉单元或多个层叠设置的干涉单元构成，所述干涉单元包括第一折射率层和层叠设置在所述第一折射率层上的第二折射率层，其中，所述第一折射率层的折射率大于第二折射率层的折射率，且所述第一电极层叠设置在所述第二折射率层上。
2.如权利要求1所述的含光学微腔结构的QLED，其特征在于，所述第二电极为金属电极。
3.如权利要求1所述的含光学微腔结构的QLED，其特征在于，所述第一电极、所述第一折射率层和所述第二折射率层的厚度单独为所述量子点发光层中量子点发射波长的1/4。
4.如权利要求1-3任一所述的含光学微腔结构的QLED，其特征在于，所述光学微腔结构由3-10个层叠设置的干涉单元构成。
5.如权利要求1-3任一所述的含光学微腔结构的QLED，其特征在于，所述含光学微腔结构的QLED还包括空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层中的至少一层。
6.如权利要求5所述的含光学微腔结构的QLED，其特征在于，包括依次层叠设置的光学微腔结构、第一电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层和第二电极，其中，第一电极为阳极，第二电极为阴极。
7.如权利要求5所述的含光学微腔结构的QLED，其特征在于，包括依次层叠设置的光学微腔结构、第一电极、电子注入层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层和第二电极，其中，第一电极为阴极，第二电极为阳极。
8.如权利要求1-7任一所述的含光学微腔结构的QLED的制备方法，包括以下步骤：
提供一硬质衬底；
在所述硬质衬底上交替沉积两种不同折射率的材料层，获得光学微腔结构；
在所述光学微腔结构上依次沉积第一电极、量子点发光层和第二电极，
其中，所述第一电极、所述第二电极分别为阳极和阴极；或
所述第一电极、所述第二电极分别为阴极和阳极。
9.如权利要求8所述的含光学微腔结构的QLED的制备方法，其特征在于，还包括沉积空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层中的至少一层。
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