CN106654031A - 具有微腔结构的顶发射qled场效应晶体管及制备方法 - Google Patents

具有微腔结构的顶发射qled场效应晶体管及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管及制备方法，依次包括：衬底、第一电极、绝缘层、第二电极、功能层、第三电极，所述第一电极为反射电极，所述第二电极为透明电极，所述第三电极为半反射电极。本发明对顶发射QLED场效应晶体管电极进行结构改进和优化，在器件中形成光学微腔。利用光的干涉作用，实现对光的选择性，增强了光学微腔腔长对应出射光波长的单色性和垂直方向发光效率。

Description

具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管及制备方法
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管及制备方法。
背景技术
近年来，量子点发光二极管（QLED）因具备高亮度、低功耗、广色域、易加工等诸多优点，在照明和显示领域获得了广泛的关注与研究。另外在微电子技术的发展背景下，场效应晶体管（FET）是目前现代微电子学中应用最广泛的器件之一。结合发光器件和FET的技术，可考虑将QLED和FET集成为QLED-FET（QLED场效应晶体管）发光器件，从而充分利用QLED的巨大应用前景。
随着小尺寸、被动驱动技术的日渐成熟，大尺寸、主动驱动技术显示成为研究主流，且大尺寸显示需要TFT驱动技术，因此QLED-FET集成发光器件需要将发光单元集成于Si基等非透明衬底的，一方面利用Si基衬底与电路更好的集成效果，另一方面可通过制备顶发射器件解决传统底发射器件难与TFT相结合的问题。但对于顶发射发光器件，其发光效率不高，且发光单色性不佳。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
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具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管及制备方法，旨在解决现有的顶发射发光器件发光效率不高、发光单色性不佳等问题。
本发明的技术方案如下：
一种具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，依次包括：衬底、第一电极、绝缘层、第二电极、功能层、第三电极，所述第一电极为反射电极，所述第二电极为透明电极，所述第三电极为半反射电极。
所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，所述功能层依次包括：空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层。
所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，所述功能层依次包括：电子注入层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层。
所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，所述绝缘层为PMMA或PI。
所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，所述绝缘层的厚度为10~300nm。
所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，所述第三电极为双层结构。
所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，所述第三电极的第一层为Al，第二层为Ag。
所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，所述第一电极为Al电极或Ag电极。
一种具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其中，依次包括：第一电极、反射层、绝缘层、第二电极、功能层、第三电极，所述第二电极为透明电极，所述第三电极为半反射电极。
一种如上所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管的制备方法，其中，包括步骤：
A、在衬底上沉积第一电极，所述第一电极为反射电极；
B、在第一电极上旋涂一层绝缘层；
C、在绝缘层上制备第二电极，所述第二电极为透明电极；
D、在第二电极上制作功能层；
E、在功能层上制作第三电极，所述第三电极为半反射电极。
有益效果：本发明对顶发射QLED场效应晶体管电极进行结构改进和优化，通过衬底的反射电极，及顶部的半反射电极，使得该顶发射器件形成光学微腔。利用光的干涉作用，实现对光的选择性，增强了出射光波长的单色性和垂直方向发光效率。
附图说明
图1为本发明具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管较佳实施例的结构示意图。
图2为本发明具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管的制备方法较佳实施例的流程图。
图3为本发明具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管第一实施例的结构示意图。
图4为本发明具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管及制备方法，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为本发明一种具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管较佳实施例的结构示意图，如图所示，依次包括：衬底10、第一电极11、绝缘层12、第二电极13、功能层14、第三电极15，所述第一电极11为反射电极，所述第二电极13为透明电极，所述第三电极15为半反射电极。
本发明的顶发射量子点场效应晶体管，在底部制作反射电极（即不透明电极）和在顶部制作半反射电极（即半透明电极），使整个器件内形成了光学微腔；另外，可通过控制调节微腔长度来调节微腔干涉效应，实现对光源出射光的选择和加强，提高器件发光单色性。而微腔长度通过改变绝缘层厚度来实现调节，本发明不采用ITO和电荷传输层来作为微腔调节层，可避免采用ITO作为微腔调节层带来的工艺复杂性及通过调节电荷传输层作为微腔调节层带来对器件性能的影响等缺点。
具体来说，形成光学微腔的方式主要是需要一个全反射层（即底部的反射电极）和半反射层（即顶部的半反射电极），从而组成谐振腔（即光学微腔）。在本发明的器件中，光学微腔的形成来自于第一电极11（即FET栅极）和第三电极15（作为FET漏极和QLED阳极），其中的第一电极11具有较强的光反射作用，第三电极15具备对器件内部光的半反射半透射作用，故第一电极11和第三电极15的存在可形成谐振腔，由于光的干涉作用，光源产生的出射光会得到选择、加强和窄化。其原理在于光的干涉作用会对某一波长的光进行加强并相对减弱其他波长的光，使得出射光单色性高、强度高。
光学微腔的调节依据来源于法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振方程，
，
器件发光波长λ与微腔长度L呈现一定的正比关系。因此通过对微腔长度的调制可以实际上保证出射光的单色性和强度，达到可控目的。微腔长度为顶电极（第三电极15）与底电极（第一电极11）之间长度，因此可通过中间层的厚度增加来实现调节目的，本发明选用FET中介质层（即绝缘层12）的厚度来进行调节，一方面避免QLED发光单元厚度变化对器件影响，一方面成本较低，方法简便，简单可靠。相对于通过控制ITO厚度的方法，本发明避免了较厚的ITO在成本及工艺等方面更高的要求。
本发明中，所述衬底10优选为硅基衬底。在硅基衬底上形成“电容单元”，其中的电容单元包括第一电极11和绝缘层12，其中的绝缘层12作为微腔长度调节层，即通过不同的绝缘层12厚度可以调节整个器件从反射电极（第一电极11）到半反射电极（第三电极15）之间的（微腔）长度，即不同的发光波长λ对应所需调节的绝缘层12厚度，优选的，所述绝缘层12厚度为10~300nm。电容单元上为“发光单元”QLED。电容单元即为晶体管，控制QLED的发光。
所述第一电极11优选为Al电极或Ag电极，其光反射效果较好，厚度优选1-100 nm，所述第一电极作为FET栅极，同时作为FET阳极或FET阴极。
所述的绝缘层12优选为PMMA或PI。
所述第二电极13优选为ITO或者IZO，第二电极13为透明电极，如通过溅射方式在绝缘层上沉积一层ITO层作为FET源极，并作为FET阴极或FET阳极，另外所述第二电极13还作为QLED阳极或QLED阴极。
根据QLED的结构不同，例如所述功能层14依次包括：空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层。或者，所述功能层14依次包括：电子注入层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层，另外，还可根据需要增加空穴注入层，那么所述功能层14依次包括：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。或者，所述功能层14依次包括：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。
其中，所述空穴传输层的厚度为1-100nm，优选为40-50nm，所述空穴传输层的材料可以为但不限于poly-TPD、TFB等有机传输材料，或NiO、MoO3等无机传输材料或其复合物。量子点发光层的厚度为优选10-100nm。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，电子注入层材料可以选择CsF，LiF或CsCO3等化合物。所述空穴注入层的材料可以但不限于PEDOT:PSS。
所述的第三电极15优选为双层结构，更优选的，在双层结构的第三电极15中，第一层为Al，第二层为Ag。其中的Al厚度为10nm，其中的Ag厚度为2nm。所述第三电极15作为FET漏极，并作为QLED阴极或QLED阳极。总的来说，当第一电极11作为FET阴极时，那么第二电极13作为FET阳极，同时第二电极13还作为QLED阳极，第三电极15作为QLED阴极。当第一电极11作为FET阳极时，那么第二电极13作为FET阴极，同时第二电极13还作为QLED阴极，第三电极15作为QLED阳极。
另外，本发明中的衬底可以为P型或N型掺杂衬底，这样衬底可以作为正极或负极，即衬底作为第一电极，同时在衬底上制作反射层，同样可以实现本发明的微腔效应。也就是说，本发明具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其依次包括：第一电极、反射层、绝缘层、第二电极、功能层、第三电极，所述第二电极为透明电极，所述第三电极为半反射电极。
本发明还提供一种如上所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管的制备方法较佳实施例，如图2所示，其包括步骤：
S1、在衬底上沉积第一电极，所述第一电极为反射电极；
S2、在第一电极上旋涂一层绝缘层；
S3、在绝缘层上制备第二电极，所述第二电极为透明电极；
S4、在第二电极上制作功能层；
S5、在功能层上制作第三电极，所述第三电极为半反射电极
在上述步骤S1中，首先在衬底10上通过蒸镀方式沉积第一电极11作为FET栅极，同时作为FET阳极或FET阴极，其中的第一电极11选择效果较好的反射材料，例如Ag或Al。
在所述步骤S2中，在第一电极11上旋涂一层绝缘层12，绝缘层12同时作为器件微腔长度调节层，绝缘层12厚度取决于所采用量子点发光层的发光波长。绝缘层12为透明介电材料。绝缘层12可选择如PMMA或聚酰亚胺（PI）材料。
在所述步骤S3中，在绝缘层12上制备第二电极13，第二电极13为透明电极，如通过溅射方式在绝缘层12上沉积一层ITO或者IZO层作为FET源极，并作为FET阴极或FET阳极，并作为QLED阳极或QLED阴极。
在所述步骤S4中，在所述第二电极13上制作功能层14，根据QLED的结构不同，例如所述功能层14依次包括：空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层。或者，所述功能层14依次包括：电子注入层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层。另外，还可根据需要增加空穴注入层，那么所述功能层14依次包括：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。或者，所述功能层14依次包括：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。
在所述步骤S5中，通过蒸镀方式沉积双层结构的顶电极15。顶电极
15为半反射电极，作为FET漏极，并作为QLED器件阴极或QLED阳极。
实施例1
如图3所示，硅基衬底20可采用标准Shiraki方法清洗，采用有机溶剂环境超声、多步强酸处理等以除去表面氧化层及有机杂质和金属元素杂质。在硅基衬底20上通过蒸镀方式沉积第一电极21作为FET栅极，并作为FET阴极，第一电极21选择良好的光反射材料，如Ag或Al等，厚度优选1-100 nm，例如20nm。
在第一电极21上旋涂一层绝缘层22，绝缘层22同时作为器件微腔长度调节层，绝缘层22厚度取决于所采用量子点发光层的发光波长。绝缘层22为透明介电材料。绝缘层22可选择PMMA或聚酰亚胺（PI）材料，例如选择PI材料时，可将PI和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）按体积比为1﹕1配比稀释后旋涂在第一电极21上。然后在红外箱中干燥5分钟，再在氩气氛围以及220℃条件下退火处理3小时。
在绝缘层22上制备第二电极23，第二电极23为透明电极，如通过溅射方式在绝缘层22上沉积一层ITO层作为第二电极23，所述第二电极23为FET源极，并作为FET阳极，同时作为QLED器件阳极。
在第二电极23上沉积一层空穴传输层24，此空穴传输层的厚度为1-100nm，优选40-50nm，如45nm，然后进行退火处理。
将量子点发光层25沉积在空穴传输层24表面，量子点发光层25厚度为10-100nm，如50nm。这一步的沉积完成后，放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂。
在量子点发光层25依次旋涂电子传输层和电子注入层（二者合并标记为26），其中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，如40nm，电子注入层材料可以选择CsF，LiF或CsCO3等化合物，或者其它电解质型电子传输层材料等。
最后在制作第三电极27（即顶电极），第三电极27为半反射电极，第三电极27作为FET漏极，并作为QLED阴极，如通过蒸镀方式沉积双层结构为Al（10 nm）/Ag（2 nm）的透明电极作为第三电极。
实施例2
如图4所示，硅基衬底30可采用标准Shiraki方法清洗，采用有机溶剂环境超声、多步强酸处理等以除去表面氧化层及有机杂质和金属元素杂质。在硅基衬底30上通过蒸镀方式沉积第一电极31作为FET栅极，并作为FET阳极，第一电极31选择良好的光反射材料，如Ag或Al等，厚度优选1-100 nm。
在第一电极31上旋涂一层绝缘层32，绝缘层32同时作为器件微腔长度调节层，绝缘层32厚度取决于所采用量子点发光层的发光波长。绝缘层32为透明介电材料。绝缘层32可选择PMMA或聚酰亚胺（PI）材料，例如选择PI材料时，可将PI和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）按体积比为1﹕1配比稀释后旋涂在第一电极31上。然后在红外箱中干燥5分钟，再在氩气氛围以及220℃条件下退火处理3小时。
在绝缘层32上制备第二电极33，第二电极33为透明电极，如通过溅射方式在绝缘层32上沉积一层ITO层作为第二电极33，所述第二电极33为FET源极，并作为FET阴极，同时作为QLED器件阴极。
在第二电极33上依次旋涂电子注入层和电子传输层（合并标记为34），其中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，如45nm，电子注入层材料可以选择CsF，LiF或CsCO3等化合物，或者其它电解质型电子传输层材料等。
再沉积一层量子点发光层35，量子点发光层35厚度为10-100nm，如50nm。这一步的沉积完成后，放置在80℃的加热台上加热10分钟，除去残留的溶剂。
在量子点发光层35表面沉积一层空穴传输层36，此空穴传输层的厚度为1-100nm，优选40-50nm，如45nm，然后进行退火处理。
最后在制作第三电极37（即顶电极），第三电极37为半反射电极，第三电极37作为FET漏极，并作为QLED阳极，如通过蒸镀方式沉积双层结构为Al（10 nm）/Ag（2 nm）的透明电极作为第三电极。
综上所述，本发明对顶发射QLED场效应晶体管电极进行结构改进和优化，在器件中形成光学微腔。利用光的干涉作用，实现对光的选择性，增强了光学微腔腔长对应出射光波长的单色性和垂直方向发光效率。
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)

1.一种具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，依次包括：衬底、第一电极、绝缘层、第二电极、功能层、第三电极，所述第一电极为反射电极，所述第二电极为透明电极，所述第三电极为半反射电极。
2.根据权利要求1所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，所述功能层依次包括：空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层。
3.根据权利要求1所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，所述功能层依次包括：电子注入层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层。
4.根据权利要求1所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘层为PMMA或PI。
5.根据权利要求1所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘层的厚度为10~300nm。
6.根据权利要求1所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，所述第三电极为双层结构。
7.根据权利要求5所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，所述第三电极的第一层为Al，第二层为Ag。
8.根据权利要求1所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，所述第一电极为Al电极或Ag电极。
9.一种具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管，其特征在于，依次包括：第一电极、反射层、绝缘层、第二电极、功能层、第三电极，所述第二电极为透明电极，所述第三电极为半反射电极。
10.一种如权利要求1所述的具有微腔结构的顶发射QLED场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、在衬底上沉积第一电极，所述第一电极为反射电极；
B、在第一电极上旋涂一层绝缘层；
C、在绝缘层上制备第二电极，所述第二电极为透明电极；
D、在第二电极上制作功能层；
E、在功能层上制作第三电极，所述第三电极为半反射电极。
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