CN105405941A - 一种基于量子阱结构的量子点发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于显示技术领域，提供了一种基于量子阱结构的量子点发光二极管及其制备方法。所述一种量子点发光二极管，包括依次层叠设置的底电极、量子点发光层和顶电极，所述量子点发光层中的量子点为(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点，其中，所述Ax1、B、Ax2分别表示三种半导体材料层，所述n为≥1的自然数。
Description
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种基于量子阱结构的量子点发光二极管及其制备方法。
背景技术
量子点发光材料具有色纯度极佳、发光颜色可调、发光效率高等优点，此外，与有机材料相比，无机材料具有更好的水氧耐受性，因此，以量子点材料作为发光层的量子点发光二极管(QLED)受到了广泛的关注。
近年来，QLED的技术发展非常迅速，其中，红绿器件在效率和寿命方面都与OLED较为接近，但是蓝色器件的性能却存在很大的差距。主要原因在于：一是蓝色量子点的尺寸过小，合成控制难度比较大；二是蓝色量子点中俄歇复合几率比较大，导致发光效率降低，尤其是高注入情况下，其发光效率更低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于量子阱结构的量子点发光二极管，旨在解决现有量子点发光二极管、特别是蓝光量子点发光二极管俄歇复合几率大、发光效率低的问题。
本发明的另一目的在于提供一种基于量子阱结构的量子点发光二极管的制备方法。
本发明是这样实现的，一种量子点发光二极管，包括依次层叠设置的底电极、量子点发光层和顶电极，所述量子点发光层中的量子点为(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点，其中，所述Ax1、B、Ax2分别表示三种半导体材料层，所述n为≥1的自然数。
以及，一种量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
提供一底电极；
将量子阱结构的量子点溶解形成量子点溶液，将所述量子点溶液沉积在所述底电极上，形成量子点发光层；
在所述量子点发光层上沉积顶电极。
本发明提供的基于量子阱结构的量子点发光二极管，二维结构的阱状量子点可以有效地抑制俄歇复合几率，尤其是高注入条件下无辐射复合可以得到有效减少，由此，一方面可以提高发光器件中激子的辐射复合效率，从而提高量子点发光器件的性能；另一方面，由于无辐射复合减少，发光器件在工作下的热效应减弱，从而可以显著改善量子点发光器件的稳定性。此外，本发明提供的量子点发光二极管，能够通过调节量子阱结构的内层核的尺寸来精确调控发光峰位，从而可以在相对大尺寸的量子点结构中获得高效率的蓝光，更适合低成本大规模的彩色器件制备。
本发明提供的量子点发光二极管的制备方法，将量子阱结构的量子点溶解形成量子点溶液后进行沉积，方法简单可控，且各层结构均可采用本领域成熟工艺进行沉积，易于实现产业化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的量子点发光二极管的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的设置有空穴注入层、空穴传输层、电子传输层的量子点发光二极管的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的量子阱结构的量子点结构截面示意图。
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1-3，本发明实施例提供了一种量子点发光二极管，包括依次层叠设置的底电极1、量子点发光层4和顶电极6，如图1所示，所述量子点发光层4中的量子点为(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点，其中，所述Ax1、B、Ax2分别表示三种半导体材料层，所述n是重复单元数，且所述n为≥1的自然数。
作为优选实施例，所述量子点发光二极管还包括空穴注入层2、空穴传输层3、电子传输层5、电子注入层(图中未标出)中的至少一层。作为一个具体优选实施例，如图2所示，所述量子点发光二极管包括依次层叠设置的底电极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和顶电极6，其中，所述量子点发光层4中的量子点为(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点，所述Ax1、B、Ax2分别表示三种半导体材料层，所述n为≥1的自然数。
具体的，本发明实施例所述底电极1为阳极，所述底电极1的材料选用和厚度设置不受限制，可采用常规阳极材料，并设置成常规厚度。进一步的，所述底电极1可以在衬底上沉积实现，所述衬底可以为硬质衬底或柔性衬底。
本发明实施例中，所述空穴注入层2、空穴传输层3、电子传输层5、电子注入层的材料选用和厚度设置，可采用本领域常规设置。
所述量子点发光层4的量子点包括红色量子点(R)、绿色量子点(G)和蓝色量子点(B)。由于纳米材料中，俄歇复合几率和电子空穴对的波函数重叠程度呈正比的，而波函数的重叠又与其量子限域强度相关。常规的量子点由于三维受限，因此俄歇复合几率较高。本发明实施例中，所述量子点发光层4中的量子点为(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点，如图3所示。所述(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点，仅仅在其结构的法线方向受限，因此其俄歇复合几率相对较低；与此同时，量子阱结构中的俄歇复合严格遵守动量守恒原则，进一步降低了俄歇几率。所以，以所述(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点作为发光材料，可以有效提高量子点发光二极管的发光效率。
本发明实施例中，所述n的取值范围可以根据实际需要进行调整，作为优选实施例，为了同时在电致驱动和电致驱动的应用具有较好的适用性，所述n的取值范围为：1≤n≤20。当所述n超过20时，其电致驱动方面的应用将受限。
所述(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构中，所述Ax1、B、Ax2的带隙会影响局域效果，进而影响俄歇复合，进一步影响器件发光效率。作为优选实施例，所述Ax1、所述Ax2为带隙相对较宽的半导体材料，所述B为带隙相对较窄的半导体材料。作为具体优选实施例，所述Ax1、Ax2的带隙宽度大于所述B的带隙宽度，且所述Ax1、Ax2的导带高于所述B的导带，所述Ax1、Ax2的价带低于所述B的价带，该优选情形可以有效形成TYPE-1型的量子阱结构，进而在保证电子空穴对在所述B中复合的情况下，减少俄歇效应，提高发光效率。本发明实施例中，所述Ax1、B、Ax2的具体带隙没有严格限定，可根据其壳层厚度和期望的局域效果进行综合调节。
本发明实施例中，可以通过调控所述Ax1、Ax2的组分和厚度来优化器件的光电性能。作为优选实施例，所述Ax1、B、Ax2各自单独为Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中的一种。具体的，所述Ax1、Ax2可以各自单独为Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中的一种，其中，所述Ⅱ-Ⅵ族包括但不限于ZnS、ZnSe、CdS；所述Ⅲ-Ⅴ族包括但不限于InP、GaP；所述Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ包括但不限于CuInS、CuGaS。所述B可以为Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中的一种，其中，所述Ⅱ-Ⅵ族包括但不限于CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、ZnTe；所述Ⅲ-Ⅴ族包括但不限于InP、GaP；所述Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ包括但不限于CuInS、CuGaS。作为一个具体实施例，所述(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构中，所述Ax1为Zn0.5Cd0.5S，所述B为CdSe，所述Ax2为Zn0.8Cd0.2S。
作为进一步优选实施例，所述(Ax1/B/Ax2)n量子阱量子点纳米结构中，所述Ax1和/或所述Ax2为多层壳层结构。更进一步的，所述多层壳层结构优选具有渐变式能级结构，具体的，所述渐变式能级结构为：相对于所述B的宽带，所述Ax1、所述Ax2的宽带各自由内到外逐渐增大。此时，由于注入效率是和其势垒的e指数成正相关，而假设U为注入效率，则大于 因此，能及渐变的多层壳层结构有利于载流子的注入；同时，由于空穴的有效质量比电子大，因此空穴波函数的局域性就比较强，所述渐变式能级结构可扩展空穴的波函数，进一步减少俄歇复合，提高器件发光效率。此外，将所述多层壳层结构设计成渐变式能级结构即进行梯度能级设计，可以减少核、壳材料由于晶格常数失配引起的层间应力和缺陷，进一步提高发光效劳，改善器件性能。作为一个具体实施例，所述(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构中，所述Ax1和所述Ax2为多层壳层结构，其中，所述Ax1为Zn0.8Cd0.2S/Zn0.5Cd0.5S/Zn0.2Cd0.8S/CdS，所述B为CdSe，所述Ax2为CdS/Zn0.2Cd0.8S/Zn0.5Cd0.5S/Zn0.8Cd0.2S。
本发明实施例中，所述量子点发光层4的厚度5-200nm之间。
本发明实施例所述顶电极6为阴极，所述顶电极6的材料选用和厚度设置不受限制，可采用常规阴极材料，并设置成常规厚度。
本发明实施例提供的基于量子阱结构的量子点发光二极管，二维结构的阱状量子点可以有效地抑制俄歇复合几率，尤其是高注入条件下无辐射复合可以得到有效减少，由此，一方面可以提高发光器件中激子的辐射复合效率，从而提高量子点发光器件的性能；另一方面，由于无辐射复合减少，器件在工作下的热效应减弱，从而可以显著改善量子点发光器件的稳定性。此外，本发明提供的量子点发光二极管，能够通过调节量子阱结构的内层核的尺寸来精确调控发光峰位，从而可以在相对大尺寸的量子点结构中获得高效率的蓝光，更适合低成本大规模的彩色器件制备。
本发明实施例提供的量子点发光二极管可以通过下述方法制备获得。
以及，本发明实施例还提供了一种量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
S01.提供一底电极；
S02.将量子阱结构的量子点溶解形成量子点溶液，将所述量子点溶液沉积在所述底电极上，形成量子点发光层；
S03.在所述量子点发光层上沉积顶电极。
具体的，上述步骤S01中，所述底电极可以通过在衬底上沉积实现，所述沉积方法不受限制，可以采用溅射实现。
上述步骤S02中，将量子阱结构的量子点溶解形成量子点溶液，可根据所述量子点的具体类型选择不同极性的溶剂，使所述量子点充分分散、溶解。本发明实施例对用于溶解量子点的溶剂的具体类型没有明确规定，只需能够溶解所述量子点即可。
本发明实施例中，所述量子点溶液的沉积，可以采用旋涂、打印或喷涂等溶液方法制备实现。
作为进一步优选实施例，在沉积所述量子点溶液形成所述量子点发光层之前，还包括在所述底电极上沉积空穴注入层、空穴传输层中的至少一层，优选的，在所述底电极上依次沉积空穴注入层和空穴传输层。所述空穴注入层和/或空穴传输层的沉积方法不受限制，可采用本领域常规溶液加工方法沉积，如喷墨打印、旋涂、喷涂等。
上述步骤S03中，在所述量子点发光层上沉积顶电极的方法不受限制，可以采用溅射实现。
作为进一步优选实施例，在所述量子点发光层上沉积所述顶电极之前，还包括在所述量子点发光层上沉积电子传输层、电子注入层中的至少一层。所述空穴注入层和/或空穴传输层的沉积方法不受限制，可采用本领域常规溶液加工方法沉积，如喷墨打印、旋涂、喷涂等。优选的，在所述量子点发光层上沉积电子传输层。
本发明实施例提供的量子点发光二极管的制备方法，将量子阱结构的量子点溶解形成量子点溶液后进行沉积，方法简单可控，且各层结构均可采用本领域成熟工艺进行沉积，易于实现产业化。
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 (10)
1.一种量子点发光二极管，包括依次层叠设置的底电极、量子点发光层和顶电极，其特征在于，所述量子点发光层中的量子点为(Ax1/B/Ax2)n量子阱结构的量子点，其中，所述Ax1、B、Ax2分别表示三种半导体材料层，所述n为≥1的自然数。
2.如权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述Ax1、Ax2的带隙宽度大于所述B的带隙宽度，且所述Ax1、Ax2的导带高于所述B的导带，所述Ax1、Ax2的价带低于所述B的价带。
3.如权利要求2所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述Ax1、B、Ax2各自单独为Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中的一种。
4.如权利要求3所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述Ax1、Ax2各自单独为ZnS、ZnSe、CdS、InP、GaP、CuInS、CuGaS半导体材料中的一种；和/或
所述B为CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、ZnTe、InP、GaP、CuInS、CuGaS半导体材料中的一种。
5.如权利要求1-4任一所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述Ax1和/或所述Ax2为多层壳层结构。
6.如权利要求5所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述多层壳层结构具有渐变式能级结构，所述渐变式能级结构为：相对于所述B的宽带，所述Ax1、所述Ax2的宽带各自由内到外逐渐增大。
7.如权利要求1-4任一所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述n的取值范围为：1≤n≤20。
8.如权利要求1-4任一所述的量子点发光二极管，其特征在于，还包括空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层中的至少一层。
9.一种量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
提供一底电极；
将量子阱结构的量子点溶解形成量子点溶液，将所述量子点溶液沉积在所述底电极上，形成量子点发光层；
在所述量子点发光层上沉积顶电极。
10.如权利要求9所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，在制备所述量子点发光层之前，还包括在所述底电极上沉积空穴注入层、空穴传输层中的至少一层；和/或
在沉积所述顶电极之前，还包括在所述量子点发光层上沉积电子传输层、电子注入层中的至少一层。
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