CN106816539B - 量子点发光二极管装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种量子点发光二极管。所述量子点发光二极管包括基板、依次层叠设于所述基板的空穴传输层、空穴型平坦化层、量子点发光层、电子传输层和阴极，所述量子点发光层包括依次叠设的第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层，所述第一量子点亚层和所述第三量子点亚层带负电荷，所述第二量子点亚层带正电荷。本发明提供的量子点发光二极管，量子点密度高、均一性好，发光效率高。本发明还提供一种量子点发光二极管的制造方法。
Description
【技术领域】
本发明涉及发光二极管技术领域，具体涉及一种量子点发光二极管装置及其制造方法。
【背景技术】
发光二极管越来越多地被应用于现代显示技术中，相比于传统光源具有很多优势，如低能耗、长寿命、坚固性、小尺寸和快速转换。一般的发光二极管由无机化合物半导体制成，所述无机半导体发射与带隙相一致的频率的单色光，而不能发射混合色光，例如白光。白光发光二极管可以作为光源，且使用目前的滤色镜技术能够产生全彩色显示。一种用于产生白光的方法是联合多个LED以同时发射三原色，混合产生白光。另一种方法是使用黄色荧光粉转化单色蓝光，或者多种荧光粉发射不同颜色来转化紫外光，从一个LED形成广谱白光，但是这种方法的颜色控制受限。有机发光二极管也能相对廉价地制作以产生各种色光和白光，但是其效率和实用寿命相对于无机发光二极管存在不租，因为发光层是由一种有机材料组成，通常要求相对高的电流密度和驱动电压以实现高亮度，从而加速了有机发光二极管的性能退化，尤其是在氧气、水和紫外光子存在的条件下。
无机量子点发光二极管相比于有机发光二极管和其他发光二极管具有一定优势，包括稳定性、可溶液加工性和极佳的色纯度。因此，量子点发光二极管被越来越广泛的开发应用于显示和光源。
相关技术中，量子点发光二极管采用CdSe-ZnS量子点作为发光材料层，是通过旋涂、印刷或浇注等方法制备得到，该工艺容易产生材料面缺失和聚集现象，从而造成量子点密度不高、量子点的均一性比较差的缺点，而影响量子点发光二极管的发光性能。
因此，有必要提供一种新的工艺解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种能有效提高量子点面密度以及均一性，从而提高发光效率的量子点发光二极管。
本发明的技术方案是：
一种量子点发光二极管，包括基板、依次层叠设于所述基板的空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极，所述量子点发光二极管还包括形成于所述空穴传输层和量子点发光层之间的空穴型平坦化层，所述量子点发光层包括依次叠设的第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层，所述第一量子点亚层和所述第三量子点亚层带负电荷，所述第二量子点亚层带正电荷。
优选的，所述量子点发光层为RGB发光层结构，所述第一量子点亚层为带负电荷的蓝光发光层，所述第二量子点亚层为带正电荷的绿光发光层，所述第三量子点亚层为带负电荷的红光发光层。
优选的，所述第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层均包含若干个纳米晶粒和形成于所述纳米晶粒表面的有机配体。
优选的，所述纳米晶粒为单一材料棒，或由核和壳体组成的多层结构，或由核、钝化层和壳体组成的多层结构，所述单一材料棒、核、钝化层和壳体的材料为金属、金属合金、金属氧化物、绝缘体或半导体材料。
优选的，所述纳米晶粒材料选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB、IIB、IIIA、IVA、VA族元素，优选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Mo、Rh、W、Au、Pt、Pd、Ag、Co、Cd、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Hg中的至少一种。
优选的，所述有机配体为带有C00-或/和NH4+官能团的有机配体。
优选的，所述第一量子点亚层的所述有机配体为聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)；所述第二量子点亚层的所述有机配体为甲基丙烯酸二甲氨乙酯；所述第三量子点亚层的所述有机配体为聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)。
优选的，所述第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层的厚度为1-10nm。
优选的，所述空穴型平坦化层是厚度为1-100nm的高分子薄膜，所述高分子薄膜的材料为聚(N,N’二苯基-N,N’二(3-甲基苯基-1,1,-联苯-4,4’-二胺))。
本发明还提供一种量子点发光二极管的制造方法。所述量子点发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
提供基板，并在所述基板上制备形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上制备形成空穴型平坦化层；
在所述空穴型平坦化层上依次涂覆带负电荷的第一量子点亚层、带正电荷的第二量子点亚层和带负电荷的第三量子点亚层，所述第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层通过表面电荷静电吸附的自组装方式制备形成量子点发光层；
在所述量子点发光层上依次制备形成电子传输层和阴极。
与相关技术相比，本发明提供的量子点发光二极管装置，具有如下有益效果：
一、所述量子点发光二极管装置的量子点发光层包括依次叠设的第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层，所述第一量子点亚层和所述第三量子点亚层带负电荷，所述第二量子点亚层带正电荷。所述量子点发光层通过表面电荷静电吸附的自组装方式制备形成，可有效杜绝量子点堆积或缺失的情况，从而有效提高量子点面密度以及均一性，提高所述量子点发光二极管的发光效率。
二、所述量子点发光二极管装置在所述空穴传输层与量子点发光层之间设置一层空穴平坦化层，起到量子点生长的平坦化作用，空穴与发光层之间的能垒降低作用和提高空穴传输效率。
三、所述量子点发光层为RGB发光层结构，所述第一量子点亚层为带负电荷的蓝光发光层，所述第二量子点亚层为带正电荷的绿光发光层，所述第三量子点亚层为带负电荷的红光发光层，使所述量子点发光二极管为全彩发光二极管。
【附图说明】
图1为本发明提供量子点发光二极管的结构示意图；
图2为图1所示量子点发光二极管中量子点发光层的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请参阅图1，为本发明提供的量子点发光二极管的结构示意图。所述量子点发光二极管100包括依次叠设的基板1、空穴传输层2、空穴型平坦化层3、量子点发光层4、电子传输层5和阴极6。
所述基板1包括衬底11及沉积于所述衬底11上的导电阳极12。所述衬底11为刚性衬底或柔性衬底，其中刚性衬底为玻璃、硅片或其它刚性材料；柔性衬底为塑料衬底、铝箔、超薄金属或超薄玻璃。所述导电阳极12由ITO、石墨烯、铟镓锌氧化物或其它导电材料形成，且通过溅射、蒸发等方式沉积于所述衬底11表面。
所述空穴传输层2的材质为金属氧化物纳米颗粒，材料选自VIII或IIIA族元素的金属氧化物，如NiO、B2O3、In2O3等，优选为NiO。所述空穴传输层2通过溶胶凝胶法沉积于所述基板1上，其厚度为10-50nm。
所述空穴平坦化层3是厚度为1-100nm的高分子薄膜，所述高分子薄膜的材料优选为聚(N,N’二苯基-N,N’二(3-甲基苯基-1,1,-联苯-4,4’-二胺))，且通过旋涂工艺沉积于所述空穴传输层2。
请结合参阅图2，为图1所示量子点发光二极管中量子点发光层的结构示意图。所述量子点发光层4为RGB发光层结构，包括第一量子点亚层41、第二量子点亚层41和第三量子点亚层43。其中，所述第一量子点亚层41为带负电荷的蓝光发光层，所述第二量子点亚层42为带正电荷的绿光发光层，所述第三量子点亚层43为带负电荷的红光发光层。所述第一量子点亚层41、第二量子点亚层42和第三量子点亚层43之间通过表面电荷的静电吸附自动组装，每个亚层的厚度为1-10nm。
所述第一量子点亚层41、第二量子点亚层41和第三量子点亚层43均包含若干个纳米晶粒和形成于所述纳米晶粒表面的有机配体。其中所述纳米晶粒为单一材料棒，或由核和壳体组成的多层结构，或由核、钝化层和壳体组成的多层结构，所述单一材料棒、核、钝化层和壳体的材料可采用相同材料，也可采用不同材料，可以选择为金属、金属合金、金属氧化物、绝缘体或半导体材料。优选的，所述纳米晶粒材料选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB、IIB、IIIA、IVA、VA族元素；更优选的，所述纳米晶粒材料选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Mo、Rh、W、Au、Pt、Pd、Ag、Co、Cd、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Hg中的至少一种。所述有机配体为带有C00-或/和NH4+官能团的有机配体。
本实施方式中，所述第一量子点亚层41为CdSe-聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)；所述第二量子点亚层42为CdSe-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯；所述第三量子点亚层43为CdSe-聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)，分别通过旋涂的方式沉积形成。
所述电子传输层5的材质为金属氧化物纳米颗粒，材料选自IIB或VA族元素的金属氧化物，如ZnO或Sb2O3等，优选为ZnO。所述电子传输层5通过溶胶凝胶法沉积于所述量子点发光层4，其厚度为10-30nm。
所述阴极6的材料为Al，通过真空热蒸镀沉积于所述电子传输层5，且所述阴极6与所述导电阳极12电连接。
本发明提供一种量子点发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
步骤S1：在所述基板1上制备形成所述空穴传输层2；
具体的，包括进行基板预处理：首先再所述基板1上采用丙酮或异丙胺容易进行超声波清洗；然后进行加热烘烤，加热温度为120-200℃，烘烤时间为20-50min；再将所述基板1转移至等离子清洗机中，在13.56MHZ的射频作用下通入Ar/O2气体进行基板除有机物处理，处理时间为10-20min；
在预处理后的所述基板1上通过溶胶凝胶法沉积所述空穴传输层2，所述空穴传输层2的材质为NiO纳米颗粒，厚度为10-50nm；
步骤S2：在所述空穴传输层2上制备形成所述空穴型平坦化层3；
具体的，通过旋涂设备，在所述空穴传输层2上涂覆一层聚(N,N’二苯基-N,N’二(3-甲基苯基-1,1,-联苯-4,4’-二胺)，形成厚度为1-100nm的所述空穴型平坦化层3；
步骤S3：在所述空穴型平坦化层3上通过表面电荷静电吸附的自组装方式制备形成所述量子点发光层4；
具体的，在所述空穴平坦化层3上旋涂一层厚度为带负电荷的蓝光发光层CdSe-聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)，形成所述第一量子点亚层41，其厚度为1-10nm；然后再旋涂一层带正电荷的绿光发光层CdSe-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯，形成所述第二量子点亚层42，其厚度为1-10nm；最后沉积一层带负电荷的红光发光层CdSe-聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)，形成所述第三量子点亚层43，其厚度为1-10nm；所述第一量子点亚层41、第二量子点亚层42和第三量子点亚层43通过表面电荷静电吸附进行组装；
步骤S4：在所述量子点发光层4上依次制备形成所述电子传输层5和阴极6
具体的，在所述量子点发光层4上通过溶胶凝胶法沉积形成厚度为10-30nm的所述电子传输层5，所述电子传输层5的材质为ZnO纳米颗粒；然后在所述电子传输层5上通过真空热蒸沉积形成所述阴极6，所述阴极6的材质为Al，并将所述阴极与所述导电阳极12电连接。
与相关技术相比，本发明提供的量子点发光二极管装置，具有如下有益效果：
一、所述量子点发光二极管装置的量子点发光层包括依次叠设的第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层，所述第一量子点亚层和所述第三量子点亚层带负电荷，所述第二量子点亚层带正电荷。所述量子点发光层通过表面电荷静电吸附的自组装方式制备形成，可有效杜绝量子点堆积或缺失的情况，从而有效提高量子点面密度以及均一性，提高所述量子点发光二极管的发光效率。
二、所述量子点发光二极管装置在所述空穴传输层与量子点发光层之间设置一层空穴平坦化层，起到量子点生长的平坦化作用，空穴与发光层之间的能垒降低作用和提高空穴传输效率。
三、所述量子点发光层为RGB发光层结构，所述第一量子点亚层为带负电荷的蓝光发光层，所述第二量子点亚层为带正电荷的绿光发光层，所述第三量子点亚层为带负电荷的红光发光层，使所述量子点发光二极管为全彩发光二极管。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种量子点发光二极管，包括基板、依次层叠设于所述基板的空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极，其特征在于，所述量子点发光二极管还包括形成于所述空穴传输层和量子点发光层之间的空穴型平坦化层，所述量子点发光层包括依次叠设的第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层，所述第一量子点亚层和所述第三量子点亚层带负电荷，所述第二量子点亚层带正电荷，所述量子点发光层由所述第一量子点亚层、所述第二量子点亚层和所述第三量子点亚层通过表面电荷吸附的自组装方式制备形成。
2.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述量子点发光层为RGB发光层结构，所述第一量子点亚层为带负电荷的蓝光发光层，所述第二量子点亚层为带正电荷的绿光发光层，所述第三量子点亚层为带负电荷的红光发光层。
3.根据权利要求2所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层均包含若干个纳米晶粒和形成于所述纳米晶粒表面的有机配体。
4.根据权利要求3所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述纳米晶粒为单一材料棒，或由核和壳体组成的多层结构，或由核、钝化层和壳体组成的多层结构，所述单一材料棒、核、钝化层和壳体的材料为金属、金属合金、金属氧化物、绝缘体或半导体材料。
5.根据权利要求4所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述纳米晶粒材料选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB、IIB、IIIA、IVA、VA族元素。
6.根据权利要求5所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述纳米晶粒材料选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Mo、Rh、W、Au、Pt、Pd、Ag、Co、Cd、Hf、Ta、Re、Os、Ir、Hg中的至少一种。
7.根据权利要求3所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述有机配体为带有C00-或/和NH4+官能团的有机配体。
8.根据权利要求7所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述第一量子点亚层的所述有机配体为聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)；所述第二量子点亚层的所述有机配体为甲基丙烯酸二甲氨乙酯；所述第三量子点亚层的所述有机配体为聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层的厚度为1-10nm。
10.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于，所述空穴型平坦化层是厚度为1-100nm的高分子薄膜，所述高分子薄膜的材料为聚(N,N’二苯基-N,N’二(3-甲基苯基-1,1,-联苯-4,4’-二胺))。
11.一种量子点发光二极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供基板，并在所述基板上制备形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上制备形成空穴型平坦化层；
在所述空穴型平坦化层上依次涂覆带负电荷的第一量子点亚层、带正电荷的第二量子点亚层和带负电荷的第三量子点亚层，所述第一量子点亚层、第二量子点亚层和第三量子点亚层通过表面电荷静电吸附的自组装方式制备形成量子点发光层；
在所述量子点发光层上依次制备形成电子传输层和阴极。
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