CN106784369A - 一种阵列结构量子点发光二极管器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阵列结构量子点发光二极管器件及其制备方法，所述器件从下至上依次包括衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，其中，所述底电极上还设置有一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜，所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层和电子传输层均沉积在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔内。本发明将传统层状结构的QLED器件改变为阵列结构的QLED器件，所述阵列结构QLED器件能够将发光面细分为点阵发光，既可减少器件发热量，同时还可以更好的隔绝水分子及其它有害气体对QLED器件各个功能层的损害，从而达到延长QLED器件寿命的目的。

Description

一种阵列结构量子点发光二极管器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种阵列结构量子点发光二极管器件及其制备方法。

背景技术

半导体量子点（Quantum dot, QDs）具有荧光量子效率高、可见光波段发光可调、色域覆盖度宽广等特点。以量子点为发光材料的发光二极管被称为量子点发光二极管（Quantum dot light-emitting diode, QLED），具有色彩饱和、能效更高、色温更佳等优点，有望成为下一代固态照明和平板显示的主流技术。

在传统的QLED器件结构中，除了量子点发光层外，还需要引入两个电极和在电极与量子点之间添加各种功能层，这些功能层包括电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层等。QLED器件在外加偏压作用下，载流子（电子和空穴）进入发光层，然后以辐射跃迁的方式复合发光。

量子点发光二极管器件的结构对其性能及寿命有着重要的影响，传统结构的量子点发光二极管器件通常因为发热问题和有害气体分子的影响，导致QLED器件的使用寿命缩短。

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一种阵列结构量子点发光二极管器件及其制备方法，旨在解决传统结构的量子点发光二极管器件使用寿命较短的问题。

本发明的技术方案如下：

一种阵列结构量子点发光二极管器件，从下至上依次包括衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，其中，所述底电极上还设置有一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜，所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层和电子传输层均沉积在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔内。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述蜂窝孔的孔径为10~500nm。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述蜂窝孔的孔间距为30~600nm。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述蜂窝孔的孔深为100nm~150μm。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述电子传输层上还设置有一导热层。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述导热层材料为石墨烯和碳化硅中的一种。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述量子点发光层的材料为II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族单质中的一种或多种。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述的空穴注入层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）、非掺杂过渡金属氧化物、掺杂过渡金属氧化物、金属硫化物、掺杂金属硫化物中的一种或多种。

所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其中，所述的电子传输层材料为n型ZnO、TiO₂、SnO、Ta₂O₃、AlZnO、ZnSnO、InSnO、Alq3三(8-羟基喹啉)铝、Ca、Ba、CsF、LiF、CsCO₃中的一种或多种。

一种阵列结构量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：

A、在衬底表面沉积一层底电极；

B、在底电极表面移植一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜；

C、在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔道内沉积一层空穴注入层

D、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的空穴注入层上沉积一层空穴传输层；

E、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的空穴传输层上沉积一层量子点发光层；

F、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的量子点发光层上沉积一层电子传输层；

G、在所述电子传输层表面沉积顶电极，得到所述阵列结构量子点发光二极管器件。

有益效果：本发明通过在底电极上设置一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜，并将所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层和电子传输层依次沉积在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔内，从而将传统层状结构的QLED器件改变为阵列结构的QLED器件，所述阵列结构QLED器件能够将发光面细分为点阵发光，既可减少器件发热量，同时还可以更好的隔绝水分子及其它有害气体对QLED器件各个功能层的损害，从而达到延长QLED器件寿命的目的。

附图说明

图1为本发明一种阵列结构量子点发光二极管器件较佳实施例的第一结构示意图。

图2为本发明阳极氧化铝膜的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种阵列结构量子点发光二极管器件及其制备方法，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为本发明一种阵列结构量子点发光二极管器件较佳实施例的结构示意图，如图所示，本发明实施例以正型阵列结构量子点发光二极管器件为例，所述器件从下至上依次包括衬底10、底电极20、空穴注入层30、空穴传输层40、量子点发光层50、电子传输层60和顶电极70，其中，所述底电极20上还设置有一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜80，所述空穴注入层30、空穴传输层40、量子点发光层50和电子传输层60均沉积在所述阳极氧化铝膜80的蜂窝孔内。

传统的量子点发光二极管（QLED）器件是由衬底、底电极、功能层以及顶电极依次堆叠而形成的层状结构，所述QLED器件在工作时是由整个量子点发光层在发光，其发光面积较大，容易产生非常高的热量，所述热量容易损坏功能层结构，进而导致QLED器件寿命变短。

基于此，本发明通过在底电极20上设置一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜，并将所述空穴注入层30、空穴传输层40、量子点发光层50和电子传输层60依次沉积在所述阳极氧化铝膜80的蜂窝孔内，通过将各个功能层依次沉积在所述阳极氧化铝膜80的蜂窝孔内所形成的结构则为阵列结构；通过上述方法将传统层状结构的QLED器件改变为阵列结构的QLED器件，所述阵列结构QLED器件能够将发光面细分为点阵发光，点阵发光所产生的热量远远低于传统发光面所产生的热量，因此本发明提供的QLED器件既可减少发热量，同时还可以更好的隔绝水分子及其它有害气体对QLED器件各个功能层的损害，从而达到延长QLED器件寿命的目的。

具体地，如图2所示，所述阳极氧化铝膜具有精确的、不变形的蜂窝孔状结构，所述蜂窝孔之间在侧面没有交叉和连接，所述蜂窝孔的的孔径分布均匀、孔的深度可根据需要进行调节。

进一步，所述蜂窝孔的孔径为10~500nm，所述蜂窝孔的孔间距为30~600nm，所述蜂窝孔的孔深为100nm~150μm。优选地，所述蜂窝孔的孔径为250nm，孔间距为300nm，孔深为800nm，在该值时，即可保证将QLED器件的发光面尽可能多的划分为多点阵发光，还可保证位于所述蜂窝孔中的功能层性能较佳。

进一步，所述蜂窝孔的孔深与所述空穴注入层30的厚度、空穴传输层40的厚度、量子点发光层50的厚度和电子传输层60的厚度之和相等；也就是说所述阳极氧化铝膜上的蜂窝孔的孔深应该根据所述空穴注入层30的厚度、空穴传输层40的厚度、量子点发光层50的厚度和电子传输层60的厚度来进行调整；例如，当所述空穴注入层30的厚度为150nm、空穴传输层40的厚度为200nm、量子点发光层50的厚度为100nm、电子传输层60的厚度为200nm时，则所述蜂窝孔的孔深应该设置为650nm。

进一步，为了减少QLED器件的发热量，本发明还在所述电子传输层上设置一导热层90，所述导热层90材料为石墨烯或碳化硅中的一种；优选所述石墨烯作为导热层90，更进一步，所述导热层的厚度设置为3~5nm（例如4nm）；通过在电极间添加4nm的石墨烯导热层90，可明显加快器件的散热效率，从而提高器件的使用寿命。

进一步，在本发明中，所述衬底为玻璃或石英中的一种，所述的空穴注入层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）、非掺杂过渡金属氧化物、掺杂过渡金属氧化物、金属硫化物、掺杂金属硫化物中的一种或多种；所述的空穴传输层材料可选自具有空穴传输能力的有机材料，包括但不限于聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)（TFB）、聚乙烯咔唑（PVK）、聚(N, N'双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺)（poly-TPD）、聚(9,9-二辛基芴-共-双-N,N-苯基-1,4-苯二胺)（PFB）、4,4’,4’’-三(咔唑-9-基)三苯胺（TCTA）、4,4'-二(9-咔唑)联苯（CBP）、N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺（TPD）、N,N’-二苯基-N,N’-（1-萘基）-1,1’-联苯-4,4’-二胺（NPB）、掺杂石墨烯、非掺杂石墨烯、C₆₀或它们的混合物；所述的空穴传输层材料还可选自具有空穴传输能力的无机材料，包括但不限于掺杂或非掺杂的NiO、WO₃、MoO₃、CuO或它们的混合物；

所述的电子传输层材料为n型ZnO、TiO₂、SnO、Ta₂O₃、AlZnO、ZnSnO、InSnO、Alq3三(8-羟基喹啉)铝、Ca、Ba、CsF、LiF、CsCO₃中的一种或多种；优选地，所述电子传输层为n型ZnO、n型TiO₂；所述的顶电极为Al、Au或Ag中的一种。

进一步，在本发明中，所述量子点发光层的材料为II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族单质中的一种或多种。

具体地，所述量子点发光层使用的半导体材料包括但不限于II-VI半导体的纳米晶，比如CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe和其他二元、三元、四元的II-VI化合物；III-V族半导体的纳米晶，比如GaP、GaAs、InP、InAs和其他二元、三元、四元的III-V化合物；所述的用于电致发光的半导体材料还不限于II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物、IV族单质等。

基于上述阵列结构量子点发光二极管器件，本发明还提供一种阵列结构量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：

S1、在衬底表面沉积一层底电极；

S2、在底电极表面移植一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜；

S3、在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔道内沉积一层空穴注入层

S4、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的空穴注入层上沉积一层空穴传输层；

S5、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的空穴传输层上沉积一层量子点发光层；

S6、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的量子点发光层上沉积一层电子传输层；

S7、在所述电子传输层表面沉积顶电极，得到所述阵列结构量子点发光二极管器件。

进一步，在本发明中，所述的各层沉积方法可以是化学法或物理法，其中化学法包括但不限于化学气相沉积法、连续离子层吸附与反应法、阳极氧化法、电解沉积法、共沉淀法中的一种或多种；物理法包括但不限于旋涂法、印刷法、刮涂法、浸渍提拉法、浸泡法、喷涂法、滚涂法、浇铸法、狭缝式涂布法、条状涂布法、热蒸发镀膜法、电子束蒸发镀膜法、磁控溅射法、多弧离子镀膜法、物理气相沉积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法中的一种或多种。

下面通过具体实施例，对本发明一种阵列结构量子点发光二极管器件的制备方法作进一步的讲解：

实施例1

(1)、对玻璃衬底进行清洗，按次序置于超纯水、丙酮以及异丙醇中进行超声清洗。待超声完成后将玻璃衬底用氮气枪吹干备用。

(2)、在清洗处理过的玻璃上，通过磁控溅射法沉积一层图案化的ITO电极，ITO的厚度为60 nm。

(3)、将超薄AAO膜通过PMMA膜移植到ITO导电玻璃衬底上，AAO孔径为200nm、孔间距为400nm、孔深为200nm。

(4)、在移植完成的AAO孔道内通过喷墨打印方式依次打印一层50nm厚的空穴注入层PEDOT：PSS和一层50nm厚的空穴传输层TFB。

(5)、然后通过喷墨打印的方法制备CdSe/ZnS红色量子点层发光，量子点层度为50nm。

(6) 紧接着通过喷墨打印的方式在量子点发光层表面打印上电子传输层ZnO，ZnO的厚度为50 nm。

(7)、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50nm的金属铝作为阴极。

实施例二

(1)、对玻璃衬底进行清洗，按次序置于超纯水、丙酮以及异丙醇中进行超声清洗。待超声完成后将玻璃衬底用氮气枪吹干备用。

(2)、在清洗处理过的玻璃上，通过磁控溅射法沉积一层图案化的ITO电极，ITO的厚度为60 nm。

(3)、将超薄AAO膜通过PMMA膜移植到ITO导电玻璃衬底上，AAO孔径为200nm、孔间距为400nm、孔深为200nm。

(4)、在移植完成的AAO孔道内通过喷墨打印方式依次打印一层50nm厚的空穴注入层PEDOT：PSS和一层50nm厚的空穴传输层TFB。

(5)、然后通过喷墨打印的方法制备CdSe/ZnS红色量子点层发光，量子点层度为50nm。

(6)、紧接着通过喷墨打印的方式在量子点发光层表面打印上电子传输层ZnO，ZnO的厚度为50 nm。

(7)、在沉积顶电极前，先通过旋涂或者打印的方式在顶电极制备一层3~5nm厚的石墨烯导热层，以加快器件散热效率。

(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50nm的金属铝作为阴极,并完成器件封装。

综上所述，本发明通过在底电极上设置一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜，并将所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层和电子传输层依次沉积在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔内，从而将传统层状结构的QLED器件改变为阵列结构的QLED器件，所述阵列结构QLED器件能够将发光面细分为点阵发光，既可减少器件发热量，同时还可以更好的隔绝水分子及其它有害气体对QLED器件各个功能层的损害，从而达到延长QLED器件寿命的目的。

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)

1.一种阵列结构量子点发光二极管器件，从下至上依次包括衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，其特征在于，所述底电极上还设置有一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜，所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层和电子传输层均沉积在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔内。

2.根据权利要求1所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述蜂窝孔的孔径为10~500nm。

3.根据权利要求1所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述蜂窝孔的孔间距为30~600nm。

4.根据权利要求1所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述蜂窝孔的孔深为100nm~150μm。

5.根据权利要求1所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述电子传输层上还设置有一导热层。

6.根据权利要求5所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述导热层材料为石墨烯或碳化硅中的一种。

7.根据权利要求1所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述量子点发光层的材料为II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族单质中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述的空穴注入层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）、非掺杂过渡金属氧化物、掺杂过渡金属氧化物、金属硫化物、掺杂金属硫化物中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的阵列结构量子点发光二极管器件，其特征在于，所述的电子传输层材料为n型ZnO、TiO₂、SnO、Ta₂O₃、AlZnO、ZnSnO、InSnO、Alq3三(8-羟基喹啉)铝、Ca、Ba、CsF、LiF、CsCO₃中的一种或多种。

10.一种阵列结构量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：

A、在衬底表面沉积一层底电极；

B、在底电极表面移植一层具有蜂窝孔结构的阳极氧化铝膜；

C、在所述阳极氧化铝膜的蜂窝孔道内沉积一层空穴注入层

D、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的空穴注入层上沉积一层空穴传输层；

E、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的空穴传输层上沉积一层量子点发光层；

F、在所述阳极氧化铝膜蜂窝孔道内的量子点发光层上沉积一层电子传输层；

G、在所述电子传输层表面沉积顶电极，得到所述阵列结构量子点发光二极管器件。