CN106299053A - 一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法 - Google Patents

一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法，方法包括：在基板上依次制备空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层；然后在量子点发光层上制备一层有机聚合物，随后将有机聚合物制成具有光子晶体结构的电子阻隔层；在电子阻隔层上依次制备电子传输层和电子注入层；在电子注入层上蒸镀一阴极，形成QLED。本发明在量子点发光层上沉积一层功能材料，然后利用飞秒激光多光束干涉法或其他方法制备出具有光子晶体结构的电子阻隔层，利用光子晶体的表面效应，从而有效利用量子点射向金属电极一侧的光，提高量子点发光二极管的出光效率。

Description

一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法
技术领域
本发明涉及量子点发光二极管技术领域，尤其涉及一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法。
背景技术
量子点具有发光峰窄、量子产额高等优点，加上可利用印刷工艺制备，所以基于量子点的发光二极管(即量子点发光二极管：QLED)近来受到人们的普遍关注，其器件性能指标也发展迅速。在QLED中，量子点发光层背光一侧的光往往无法有效利用，金属电极虽然有一定的反射作用，但是也有较大的吸收损耗，因此，如何有效利用量子点发光层背光一侧的光，提高QLED器件的发光效率是目前研究的一个重点。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法，旨在解决现有量子点背光一侧的光无法有效利用，QLED器件的发光效率较低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管的制备方法，其中，包括步骤：
A、在基板上依次制备空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层；
B、然后在量子点发光层上制备一层有机聚合物，随后将有机聚合物制成具有光子晶体结构的电子阻隔层；
C、在电子阻隔层上依次制备电子传输层和电子注入层；
D、在电子注入层上蒸镀一阴极，形成QLED。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管的制备方法，其中，采用等离子体刻蚀、纳米压印或飞秒激光多光束干涉法将有机聚合物制成具有光子晶体结构的电子阻隔层。
一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，所述量子点发光二极管自下而上依次包括基板、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子阻隔层、电子传输层、电子注入层以及阴极，其中，所述电子阻隔层具有光子晶体结构。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，所述电子阻隔层的材料是PMMA。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，所述光子晶体结构包括均匀排列的多个圆孔。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，所述圆孔的直径为100~200nm。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，相邻圆孔中心之间的间距为200-300nm。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，所述空穴传输层的材料为PVK或poly-TPD。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，所述量子点发光层的材料为CdSe/ZnS、CdS/ZnSe或CdZnS/ZnS。
所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其中，所述电子传输层的材料为n型氧化锌。
有益效果：本发明通过在量子点发光层上沉积一层功能材料，然后制备出具有光子晶体结构的电子阻隔层，利用光子晶体的表面效应，即全反射作用和量子点发射光与光子晶体表面状态的耦合作用，从而有效利用量子点射向金属电极一侧的光，提高量子点发光二极管的出光效率。
附图说明
图1为本发明的一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管的制备方法较佳实施例的流程图。
图2为光子晶体结构的电子阻隔层的结构示意图。
图3为本发明的一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。
请参阅图1，图1为本发明的一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：
S100、在基板上依次制备空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层；
步骤S100具体为，本发明在制备上述空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层之前，对基板进行预处理。预处理具体包括步骤：将干净的基板（如ITO基板）用氧气等离子体处理（Plasma treatment），以进一步除去基板（如ITO基板）表面附着的有机物并提高基板的功函数，此过程也可采用紫外-臭氧处理（UV-Ozone treatment）来完成。
然后在处理过的基板表面制备一层空穴注入层，此层厚度可以为10-100nm，空穴注入层的材料可以是水溶性的PEDOT:PSS，也可以是其它具有良好空穴注入性能的材料，此处优选PEDOT:PSS作为空穴注入层。
接着将基板置于氮气气氛中，在空穴注入层表面制备一层空穴传输层，此空穴传输层的材料可以是常用的PVK，Poly-TPD，也可以是它们的混合物，还可以是其它高性能的空穴传输材料，所制备的空穴传输层的厚度可以为10-100nm。
在空穴传输层上制备量子点发光层。所述量子点发光层的材料可以为但不限于CdSe/ZnS、CdS/ZnSe、CdZnS/ZnS等核壳量子点材料或者基于渐变壳的量子点材料。
S200、然后在量子点发光层上制备一层有机聚合物，随后将有机聚合物制成具有光子晶体结构的电子阻隔层；
步骤S200具体为，在量子点发光层表面沉积一层有机聚合物，所述有机聚合物优选为PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），然后采用纳米压印、等离子体刻蚀、飞秒激光多光束干涉法或其他方法将有机聚合物制成具有光子晶体结构的电子阻隔层。所述光子晶体结构包括均匀排列的多个圆孔，所述圆孔的直径为100-200nm，相邻圆孔中心之间的间距为200-300nm。优选地，采用飞秒激光多光束干涉法将有机聚合物制成圆孔形状均匀排列的具有光子晶体结构的电子阻隔层。图2为光子晶体结构的电子阻隔层的结构示意图。
S300、在电子阻隔层上依次制备电子传输层和电子注入层；
步骤S300具体为，然后再制备一层电子传输层和电子注入层。其中，所述电子传输层优选具有高的电子传输性能的n型氧化锌，其较佳的厚度为30-60nm；电子注入层的材料可以选择低功函数的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。
S400、在电子注入层上蒸镀一阴极，形成QLED；
步骤S400具体为，将经上述处理后的基板置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一层阴极，其较佳的厚度为60-120nm，得到QLED器件。
本发明通过在量子点发光层上沉积一层功能材料，然后采用纳米压印、等离子体刻蚀、飞秒激光多光束干涉法或其他方法制备出具有光子晶体结构的电子阻隔层，利用光子晶体的表面效应，即全反射作用和量子点发射光与光子晶体表面状态的耦合作用，从而有效利用量子点射向金属电极一侧的光，提高量子点发光二极管的出光效率。本发明制得的器件结构稳定，出光效率高。
本发明上述各功能层均可以通过旋涂、打印及喷涂等溶液法或者真空蒸镀、溅射等真空方法制备。
基于上述方法，本发明还提供一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其采用如上任一所述的量子点发光二极管的制备方法制备而成。如图3所示，所述量子点发光二极管自下而上依次包括基板1、空穴注入层2、空穴传输层3、量子点发光层4、电子阻隔层5、电子传输层6、电子注入层7以及阴极8，其中，所述电子阻隔层5具有光子晶体结构。通过本发明上述方法制得的器件结构新颖且更稳定，出光效率高。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
量子点发光二极管的制备步骤如下：
1）、首先，将图案化的ITO基板按次序置于丙酮，洗液，去离子水以及异丙醇中进行超声清洗，以上每一步超声均需持续15分钟左右。待超声完成后，将ITO基板放置于洁净烘箱内烘干备用。
2)、待ITO基板烘干后，用氧气等离子体处理（Plasma treatment）ITO基板表面5分钟，以进一步除去ITO基板表面附着的有机物，并提高ITO基板的功函数。
3）、然后，在经过上步处理的ITO基板上沉积一层空穴注入层PEDOT:PSS，此层的厚度为30nm，并将基板置于150℃的加热台上加热30分钟以除去水分，此步需在空气中完成。
4）、紧接着，将干燥后的涂有空穴注入层PEDOT:PSS的ITO基板置于氮气气氛中，沉积一层空穴传输层材料PVK，此层的厚度为50nm，并将ITO基板置于150℃的加热台上加热30分钟，以除去溶剂。
5）、待上一步处理的ITO基板冷却后，将量子点发光层CdSe/ZnS沉积在空穴传输层PVK表面，其厚度为40nm。这一步的沉积完成后将ITO基板放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂。
6）、然后，在量子点发光层表面沉积一层有机聚合物PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），其厚度为120nm，随后，将ITO基板放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂，然后采用飞秒激光多光束干涉法制备出圆孔形状均匀排列的具有光子晶体结构的电子阻隔层PMMA，圆孔的直径为200nm，相邻圆孔中心之间的间距为300nm。
7）、随后，再依次沉积电子传输层和电子注入层，其中电子传输层选择具有高的电子传输性能的n型氧化锌，其厚度为60nm，电子注入层材料选择低功函数的Ca金属。
8）、最后，将沉积完各功能层的片子置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一层100nm的铝作为阴极，厚度为100nm，器件制备完成。
综上所述，本发明提供的一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法，本发明通过在量子点发光层上沉积一层功能材料，然后采用纳米压印、等离子体刻蚀、飞秒激光多光束干涉法或其他方法制备出具有光子晶体结构的电子阻隔层，利用光子晶体的表面效应，即全反射作用和量子点发射光与光子晶体表面状态的耦合作用，从而有效利用量子点射向金属电极一侧的光，提高量子点发光二极管的出光效率。本发明制得的器件结构稳定，出光效率高。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、在基板上依次制备空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层；
B、然后在量子点发光层上制备一层有机聚合物，随后将有机聚合物制成具有光子晶体结构的电子阻隔层；
C、在电子阻隔层上依次制备电子传输层和电子注入层；
D、在电子注入层上蒸镀一阴极，形成QLED。
2.根据权利要求1所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，采用等离子体刻蚀、纳米压印或飞秒激光多光束干涉法将有机聚合物制成具有光子晶体结构的电子阻隔层。
3.一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，所述量子点发光二极管自下而上依次包括基板、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子阻隔层、电子传输层、电子注入层以及阴极，其中，所述电子阻隔层具有光子晶体结构。
4.根据权利要求3所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，所述电子阻隔层的材料是PMMA。
5.据权利要求3所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，所述光子晶体结构包括均匀排列的多个圆孔。
6.根据权利要求5所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，所述圆孔的直径为100~200nm。
7.根据权利要求5所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，相邻圆孔中心之间的间距为200-300nm。
8.根据权利要求3所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，所述空穴传输层的材料为PVK或poly-TPD。
9.根据权利要求3所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，所述量子点发光层的材料为CdSe/ZnS、CdS/ZnSe或CdZnS/ZnS。
10.根据权利要求3所述的基于光子晶体结构的量子点发光二极管，其特征在于，所述电子传输层的材料为型氧化锌。
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