CN108539028A - 一种量子点发光二极管器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种量子点发光二极管器件及其制备方法，其中，所述器件包括中间设置有凹槽的玻璃衬底，所述凹槽的底面、侧面及玻璃衬底的上表面均设置有底电极层，所述凹槽侧面及玻璃衬底上表面的底电极层上均设置有一绝缘层，所述凹槽底面的底电极层上依次设置有空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层，所述凹槽侧面和玻璃衬底上表面的绝缘层上以及电子传输层的表面均设置有顶电极层；本发明一方面杜绝了量子点发光层与外部空气、水分等接触，避免了量子点发光层被氧化腐蚀，从而延长了器件的使用寿命；另一方面，由于玻璃衬底设置凹槽后，其厚度变薄，量子点发光层发出的光经过的路径变短，从而增加了器件的出光效率。

Description

一种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，尤其涉及一种量子点发光二极管器件及其制备方法。

背景技术

基于无机纳米晶的量子点发光材料具有出射光颜色饱和，波长可调，光致、电致发光量子产率高等适合高性能显示器件的优点；从制备工艺角度来看，量子点发光材料适用于非真空条件下的旋涂、印刷、打印设备；因此，以量子点薄膜制备的量子点发光二极管（QLED）成为下一代显示技术的有力竞争者。

QLED器件通常包括玻璃衬底、电极1，空穴注入层、空穴传输层，发光层，电子传输层、电子注入层和电极2。然而，在传统的量子点发光二极管器件中，所述量子点发光层和其它功能层均是裸露设置在玻璃衬底表面的，这种结构使得量子点发光层易与空气中的水分、氧气等接触，导致发光层被侵蚀和破坏，从而降低了器件的使用寿命；同时由于玻璃衬底具有一定的厚度，使得量子点发光层发出的光要经过较长的路径射出，从而降低了器件的出光效率。

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量子点发光二极管器件及其制备方法，旨在解决现有的量子点发光二极管器件使用寿命较短以及出光效率较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种量子点发光二极管器件，其中，包括中间设置有凹槽的玻璃衬底，所述凹槽底面、侧面及玻璃衬底上表面均设置有底电极层，所述凹槽侧面及玻璃衬底上表面的底电极层上均设置有一绝缘层，所述凹槽底面的底电极层上依次设置有空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层，所述凹槽侧面和玻璃衬底上表面的绝缘层上以及电子传输层的表面均设置有顶电极层。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述凹槽的形状为矩形、圆柱形、梯形中的一种。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述绝缘层的材料为SiOx，SiNx，TiO2中的一种。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述空穴传输层和底电极之间还设置有空穴注入层。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述顶电极层上还设置有用于将空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层封装在所述凹槽内部的封装胶。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述底电极层的材料为ITO、AZO、FTO中的一种。

较佳地，所述的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。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述量子点发光层的厚度为10-100nm。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述空穴传输层和电子传输层的厚度均为5-100nm。

一种量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：

A、在玻璃衬底的中间位置设置一凹槽，并在所述凹槽的底面、侧面及玻璃衬底的上表面沉积一底电极层；

B、在所述凹槽侧面及玻璃衬底上表面的底电极层上沉积一绝缘层；

C、在所述凹槽底面的底电极层表面沉积空穴传输层;

D、在所述空穴传输层表面沉积量子点发光层;

E、在所述量子点发光层表面沉积电子传输层；

F、在凹槽侧面和玻璃衬底上表面的绝缘层上以及电子注入层表面上制作顶电极层。

有益效果：本发明提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，其中，通过在玻璃衬底中间位置上设置一凹槽，并采用封装胶将量子点发光层及空穴传输层、电子传输层等功能层密封在所述凹槽内部；一方面杜绝了量子点发光层与外部空气、水分等接触，避免了量子点发光层被氧化腐蚀，从而延长了器件的使用寿命；另一方面，由于玻璃衬底设置凹槽后，其厚度变薄，量子点发光层发出的光经过的路径变短，从而增加了器件的出光效率。

附图说明

图1为本发明一种量子点发光二极管器件较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明一种量子点发光二极管器件中，在玻璃衬底上设置凹槽侧面与底面夹角成120°的结构示意图。

图3为图2中的玻璃衬底沉积底电极层和绝缘层时的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种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量子点发光二极管器件为例，所述器件包括中间设置有凹槽的玻璃衬底20，所述凹槽底面11、侧面12及玻璃衬底上表面21均设置有底电极层30，所述凹槽侧面12及玻璃衬底上表面21的底电极层上均设置有一绝缘层40，所述凹槽底面11的底电极层从下至少依次设置有空穴传输层50、量子点发光层60以及电子传输层70，所述凹槽侧面12和玻璃衬底上表面21的绝缘层上以及电子传输层70的表面均设置有顶电极层80。

具体地，在本发明中，所述凹槽可以为各种形状，例如所述凹槽的形状可以为矩形、圆柱形、梯形中的一种；如图1所示，本发明以在厚度为2mm玻璃衬底上开凿一个深度为1mm的正方形凹槽为例；

首先，通过在所述正方形凹槽及玻璃衬底上表面（玻璃衬底未设置凹槽的部位）镀一底电极层；之后在所述正方形凹槽底端的底电极层上依次沉积空穴传输层50、量子点发光层60、电子传输层70以及顶电极层80；在所述空穴传输层50、量子点发光层60、电子传输层70以及顶电极层80的侧边与底电极层侧边之间设置有绝缘层40，以防止短路；最后在所述顶电极层80表面设置封装胶，从而将所述空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层封装在所述正方形凹槽内部。

较佳地，所述绝缘层40可通过化学气相沉积法去实现，所述空穴传输层、电子传输层可通过打印及喷涂等溶液法或真空蒸镀、溅射及化学气相沉积等真空方法制备；所述量子点发光层可通过打印或喷涂等方法实现；所述顶电极层可通过化学气相沉积法、磁控溅射、溶胶-凝胶法实现制备。

本发明通过将量子点发光层60及其他功能层封装在所述凹槽内部，一方面杜绝了量子点发光层与外部空气、水分等接触，避免了量子点发光层被氧化腐蚀，从而延长了器件的使用寿命；另一方面，由于玻璃衬底设置凹槽后，其厚度变薄，量子点发光层发出的光经过的路径变短，从而增加了器件的出光效率；进一步，本发明采用封装胶对所述器件进行封装，操作方便，便于批量自动化生产。

进一步，在图1所示的正方形凹槽中，由于所述凹槽的侧面与底面成90°角（即Φ=90°），导致在凹槽侧面沉积底电极层和绝缘层时存在较大的困难；为了便于在凹槽侧面沉积薄膜，本发明优选将凹槽侧面与底面的夹角设置为大于90°，例如可将夹角设置为120°（即Φ=120°），如图2所示；

具体地，如图2和图3所示，当在如图2所示的ITO 玻璃衬底20上制备量子点发光二极管器件时，首先在所述凹槽底部11和玻璃衬底未设凹槽的部位21边缘处涂上菲林100，然后采用化学气相沉积法在凹槽及玻璃衬底表面未涂菲林的部位镀上一层厚度为100-1000nm的绝缘层40；然后清洗所述菲林100，采用打印方法在所述凹槽底部11依次沉积空穴传输层50、量子点发光层60、电子传输层70；之后蒸镀顶电极层80（Al电极），所述Al电极需覆盖所述绝缘层40，但是不能覆盖到玻璃衬底上的ITO 30；最后，采用封装胶90进行封装。

进一步，在本发明中，所述绝缘层40的材料为SiOx，SiNx，TiO2中的一种，本发明优选SiNx作为绝缘层材料，SiNx不仅是一种高性能电绝缘材料，同时还具有耐高温、耐腐蚀的性质，其强度可维持在1200摄氏度的高温而不下降。

进一步，为了提高电子和空穴的复合效率，本发明可在所述空穴传输层和底电极层之间设置空穴注入层，或者/和在所述电子传输层和顶电极层之间设置电子注入层。

进一步，如图1所示，为了更好地杜绝量子点发光层与外界空气、水分的接触，所述顶电极层上还设置有用于将空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层封装在所述凹槽内部的封装胶90。

进一步，在本发明中，所述底电极层的材料为ITO、AZO、FTO中的一种，本发明优选ITO作为底电极层材料，ITO膜层的主要成份是氧化铟锡，在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透过率高，氧化锡导电能力强， ITO玻璃是一种具有高透过率的导电玻璃。

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；所述化合物包括二元化合物、三元化合物以及四元化合物。

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。

进一步，在本发明中，所述空穴传输层和电子传输层的厚度均为5-100nm；所述量子点发光层的厚度为10-100nm；优选地，在本发明提供的量子点发光二极管器件中，所述空穴传输层的厚度设置为30nm，所述电子传输层的厚度设置为30nm，所述量子点发光层的厚度为50nm；在该厚度值时，所述空穴传输层和电子传输层的导电性能最佳，所需驱动电压较低，使得器件的发光亮度和发光效率都有较大提升。

基于上述一种量子点发光二极管器件，本发明还提供一种量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：

S1、在玻璃衬底的中间位置设置一凹槽，并在所述凹槽的底面、侧面及玻璃衬底的上表面沉积一底电极层；

S2、在所述凹槽侧面及玻璃衬底上表面的底电极层上沉积一绝缘层；

S3、在所述凹槽底面的底电极层表面沉积空穴传输层;

S4、在所述空穴传输层表面沉积量子点发光层;

S5、在所述量子点发光层表面沉积电子传输层；

S6、在凹槽侧面和玻璃衬底上表面的绝缘层上以及电子注入层表面上制作顶电极层。

下面通过具体实施例对上述制备方法作进一步的讲解：

实施例1

采用如图1所示的ITO玻璃（玻璃尺寸为2cm×2cm×2mm，Φ=90°，凹槽尺寸为1.5cm×1.5cm×1mm），放置装有清洁剂溶液中，用毛刷刷洗干净表面，接着置于异丙醇中超声震荡清洗20min，完后用超纯水冲洗玻璃表面，再放入超纯水烧杯超声震荡10min，洗干净后用N₂气枪吹干玻璃。

按图3所示在玻璃上涂上菲林，在没有菲林的区域采用等离子体化学气相发（PECVD）沉积SiNx薄膜（绝缘层），然后用有机溶剂将菲林清洗干净；PECVD沉积工艺参数：射频源频率13.56MHz，沉积温度为200^oC，射频功率150W，工作气压133Pa，气源为硅烷（SiH₄）和氨气（NH₃）流量比=10sccm：90sccm，保护气体氩气（Ar），流量100sccm，沉积时间5min。

在沉积完SiNx绝缘层后，用打印方法在孔中依次打印上空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层和电子传输层；

采用真空蒸镀和已备好的掩膜板，在背面蒸镀上背电极金属Al，厚度100nm，如图1所示，Al覆盖到SiNx，切勿与ITO相连接，导致短路

实施例2

采用如图2所示的ITO玻璃（玻璃尺寸为2cm×2cm×2mm，Φ=120°，凹槽尺寸为1.5cm×1.5cm×1mm），放置装有清洁剂溶液中，用毛刷刷洗干净表面，接着置于异丙醇中超声震荡清洗20min，完后用超纯水冲洗玻璃表面，再放入超纯水烧杯超声震荡10min，洗干净后用N₂气枪吹干玻璃。

按图3所示在玻璃上涂上菲林，在没有菲林的区域采用等离子体化学气相发（PECVD）沉积SiNx薄膜（绝缘层），然后用有机溶剂将菲林清洗干净；PECVD沉积工艺参数：射频源频率13.56MHz，沉积温度为200^oC，射频功率150W，工作气压133Pa，气源为硅烷（SiH₄）和氨气（NH₃）流量比=10sccm：90sccm，保护气体氩气（Ar），流量100sccm，沉积时间5min。

在沉积完SiNx绝缘层后，用打印方法在孔中依次打印上空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层和电子传输层。

采用真空蒸镀和已备好的掩膜板，在背面蒸镀上背电极金属Al，厚度100nm，如图1所示，Al覆盖到SiNx，切勿与ITO相连接，导致短路。

综上所述，本发明提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，其中，通过在玻璃衬底中间位置上设置一凹槽，并采用封装胶将量子点发光层及空穴传输层、电子传输层等功能层密封在所述凹槽内部；一方面杜绝了量子点发光层与外部空气、水分等接触，避免了量子点发光层被氧化腐蚀，从而延长了器件的使用寿命；另一方面，由于玻璃衬底设置凹槽后，其厚度变薄，量子点发光层发出的光经过的路径变短，从而增加了器件的出光效率；进一步，本发明采用封装胶对所述器件进行封装，操作方便，便于批量自动化生产。

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)

1.一种量子点发光二极管器件，其特征在于，包括中间设置有凹槽的玻璃衬底，所述凹槽的底面、侧面及玻璃衬底的上表面均设置有底电极层，所述凹槽侧面及玻璃衬底上表面的底电极层上均设置有一绝缘层，所述凹槽底面的底电极层上依次设置有空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层，所述凹槽侧面和玻璃衬底上表面的绝缘层上以及电子传输层的表面均设置有顶电极层。

2.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述凹槽的形状为矩形、圆柱形、梯形中的一种。

3.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述绝缘层的材料为SiOx，SiNx，TiO2中的一种。

4.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述空穴传输层和底电极之间还设置有空穴注入层。

5.根据权利要求4所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述顶电极层上还设置有用于将空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层以及电子传输层封装在所述凹槽内部的封装胶。

6.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述底电极层的材料为ITO、AZO、FTO中的一种。

7.根据权利要求1所述的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所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述量子点发光层的厚度为10-100nm。

9.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述空穴传输层和电子传输层的厚度均为5-100nm。

10.一种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、在玻璃衬底的中间位置设置一凹槽，并在所述凹槽的底面、侧面及玻璃衬底的上表面沉积一底电极层；

B、在所述凹槽侧面及玻璃衬底上表面的底电极层上沉积一绝缘层；

C、在所述凹槽底面的底电极层表面沉积空穴传输层;

D、在所述空穴传输层表面沉积量子点发光层;

E、在所述量子点发光层表面沉积电子传输层；

F、在凹槽侧面和玻璃衬底上表面的绝缘层上以及电子注入层表面上制作顶电极层。