CN108807709A - 一种发光二极管及其制作方法、显示基板、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管及其制作方法、显示基板、显示装置，该发光二极管包括：依次设置的阳极、发光层、电子传输层、金属过渡层和阴极，所述阴极由透明导电氧化物材料制成；所述金属过渡层由含锡物质制成，用于提高所述阴极的载流子注入的有效面积。本发明通过采用由含锡物质制成金属过渡层，能够使得阴极的载流子注入更容易，从而能够降低给发光二极管施加的操作电压，进而能够提高其使用寿命。

Description

一种发光二极管及其制作方法、显示基板、显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种发光二极管及其制作方法、显示基板、显示装置。
背景技术
当今社会，人们对显示装置的要求也越来越高。虽然有源矩阵有机发光二极体(Active-matrix organic light emitting diode，简称AMOLED)显示技术被众人称为下一代显示技术，但是，由于受限于使用寿命等因素，目前主要采用掩膜蒸镀的方法制作AMOLED，面临技术难度高、量产化难、产品良率低、商品价格高等严重问题。
目前，采用溶液法制成的顶发射的发光二极管中，电子传输层(ElectronTransport Layer，简称ETL)通常采用具有高折射率的金属氧化物纳米颗粒，如：氧化锌、氧化镁锌等。如果采用很薄的金属阴极(Transparent Cathode)，面临着透光率不够、界面全反射严重等问题。如果采用全透明材料(如：ITO、IZO等)制作阴极，由于这类材料具有较高的功函(ITO为4.7eV，IZO为5.1eV)，使得载流子注入困难。
因而，如何使阴极的载流子注入容易，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种发光二极管及其制作方法、显示基板、显示装置，用于使阴极的载流子注入容易。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种发光二极管，包括依次设置的阳极、发光层、电子传输层、金属过渡层和阴极，所述阴极由透明导电氧化物材料制成；所述金属过渡层由含锡物质制成，用于提高所述阴极的载流子注入的有效面积。
优选的，所述含锡物质为：锡；或者，锡与其他金属的合金；或者，锡与其他金属的异形体；或者，锡与氧化锡组合构成的物质。
优选的，所述其他金属包括以下至少之一：银、铝和铟。
优选的，所述金属过渡层的厚度为0.5至15纳米。
第二方面，本发明实施例还提供一种显示基板，包括上述的发光二极管。
第三方面，本发明实施例还提供一种显示装置，包括上述的显示基板。
第四方面，本发明实施例还提供一种发光二极管的制作方法，包括：
提供一衬底基板；
在所述衬底基板上依次制作阳极、发光层和电子传输层；
在所述电子传输层上制作金属过渡层，所述金属过渡层由含锡物质制成，用于提高阴极的载流子注入的有效面积；
在所述金属过渡层上制作阴极，所述阴极由透明导电氧化物材料制成。
优选的，所述含锡物质为锡时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用溅射方式、蒸镀方式或原子层沉积方式，在所述电子传输层上沉积锡，得到由锡制成的所述金属过渡层。
优选的，所述含锡物质为锡与其他金属的合金，或者，锡与其他金属的异形体时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用蒸镀方式，在所述电子传输层上蒸镀锡和其他金属，得到由锡与其他金属的合金或者锡与其他金属的异形体制成的所述金属过渡层。
优选的，所述含锡物质为锡与氧化锡组合构成的物质时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用蒸镀方式，在所述电子传输层上沉积锡，对沉积后的锡进行氧等离子体处理，得到由锡与氧化锡制成的所述金属过渡层。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过采用由含锡物质制成金属过渡层，能够使得阴极的载流子注入更容易，从而能够降低给发光二极管施加的操作电压，进而能够提高其使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的发光二极管的结构示意图；
图2为在电子传输层上沉积8纳米的铝的AFM表征图；
图3为在电子传输层上沉积8纳米的铟的AFM表征图；
图4为在电子传输层上沉积8纳米的锡的AFM表征图；
图5为在空白玻璃上沉积8纳米的锡的AFM表征图；
图6为QLED1、QLED2和QLED3的亮度-电流效率对比图；
图7为本发明一些优选实施例的发光二极管的结构示意图；
图8为本发明实施例二的发光二极管的制作方法的流程示意图。
附图标记说明：
10-发光二极管；11-阳极；12-发光层；13-电子传输层；14-金属过渡层；15-阴极；16-空穴注入层；17-空穴传输层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1为本发明实施例一的发光二极管的结构示意图，该发光二极管10包括依次设置的阳极(Anode)11、发光层12、电子传输层(ETL)13、金属过渡层(Metal bufferlayer)14和阴极(Transparent Cathode)15，所述阴极15由透明导电氧化物材料制成；所述金属过渡层14由含锡物质制成，用于提高所述阴极的载流子注入的有效面积。
本发明实施例的发光二极管中，采用由含锡物质制成的金属过渡层，能够使得阴极的载流子注入更容易，从而能够降低给发光二极管施加的操作电压，进而能够提高其使用寿命。由于量子点(Quantum dot，简称QD)技术不断深入发展，电致发光二极管的研究日益深入，量子效率不断提升。量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes，简称QLED)的发光效率高，色纯度高，且稳定性高。因此，采用新的工艺和技术实现其产业化已成为未来的趋势。
因此，在本发明的一些优选实施例中，所述发光二极管为量子点发光二极管，所述发光层为量子点发光层。
当采用透明导电氧化物材料制作发光二极管的阴极时，由于这类材料具有较高的功函(ITO为4.7eV，IZO为5.1eV)，可以在电子传输层与阴极之间制作一金属过渡层，以起到调节功函的作用，以降低载流子注入的难度。
在一实验中，采用功函类似的金属铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)制作QLED器件的金属过渡层，其中，铝、铟、锡的功函分别为4.3eV、4.1eV和4.4eV，并通过原子力显微镜(AtomicForce Microscope，简称AFM)对由这三种金属分别制成的金属过渡层进行观察，请参阅图2-5。可以发现，从铝、铟到锡，沉积形成的金属过渡层的表面的粗糙度递增。也就是说，由锡制成的金属过渡层的表面最为粗糙。而且，由锡制成的金属过渡层的表面形成为不连续的柱状形貌，这种特殊的形貌能在一定程度上嵌入ETL层，从而提高阴极的载流子注入的有效面积，使得载流子注入更为容易。
假设制作的QLED器件为QLED1、QLED2、QLED3，其中，QLED1、QLED2、QLED3的金属过渡层分别由金属铝、铟、锡制成，其余膜层的材料、结构和尺寸均相同。给QLED1、QLED2、QLED3通电，测量这3个器件的亮度，得到QLED1、QLED2、QLED3的亮度(Luminance)-电流效率(CurrentEfficiency)图，如图6所示。由图6可知，QLED1、QLED2、QLED3发出亮度相同的光线时，QLED1的电流效率最低，QLED3的电流效率最高。且QLED1、QLED2、QLED3中，金属过渡层的粗糙度递增。因此，沉积形成的金属过渡层的粗糙度与QLED器件的电流效率成正比。
因此，由金属锡制作的金属过渡层，其粗糙的表面具有特殊的岛状形貌，且岛状高度可大于或等于10纳米，对出光具有正面影响，使得光线不容易被镜面反射，且光线的出射角度不同，还能形成光的干涉等等，透射的光线的强度高，对出光起到正面影响。
因此，本发明实施例的发光二极管中，采用由含锡物质制作金属过渡层。
优选的，所述含锡物质为：锡；或者，锡与其他金属的合金；或者，锡与其他金属的异形体；或者，锡与氧化锡组合构成的物质。
其中，所述含锡物质为：锡与其他金属的合金；或者，锡与其他金属的异形体时，不仅使得载流子注入更为容易，且可通过调整锡与其他金属的比例，使得制成的金属过渡层与电子传输层更为匹配，能够进一步提升QLED器件的效率。
所述含锡物质为：锡与氧化锡组合构成的物质时，锡与电子传输层匹配度高，氧化锡能提高金属过渡层与阴极之间的匹配度，从而进一步降低载流子注入的难度。
优选的，所述其他金属包括以下至少之一：银、铝和铟。
优选的，所述金属过渡层的厚度为0.5至15纳米，金属过渡层的厚度较薄，有利于增强光线的透光。
由于在电子传输层上沉积金属锡时，形成的不连续的柱状形貌中，柱状高度可高达10纳米。因此，兼顾金属过渡层的透光性和金属过渡层嵌入电子传输层的嵌入程度，进一步的，所述金属过渡层的厚度为5至10纳米。此时，金属过渡层的透光性强，且嵌入电子传输层的程度高，载流子注入的有效面积大，有助于降低载流子注入的难度。
可选的，所述透明导电氧化物材料为ITO或者IZO。
可选的，所述阴极的厚度为50-5000nm。
可选的，电子传输层由氧化锌(ZnO)制成。
可选的，请参阅图7，在本发明的其他一些实施例中，所述发光二极管10还可以包括依次设置的空穴注入层16(Hole Inject Layer，简称HIL)和空穴传输层17(HoleTransport Layer，简称HTL)，所述空穴注入层16位于所述空穴传输层17和所述阳极11之间，所述空穴传输层17位于所述空穴注入层16和所述发光层12之间。
可选的，空穴注入层由聚乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)制成。
可选的，空穴传输层由聚(9，9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)(TFB)制成。
可选的，所述发光二极管为顶发射结构，能够实现窄带发射，进一步提升发光的色纯度。
本发明实施例的发光二极管包括金属过渡层，从而形成一个微腔，可根据需求调节该微腔的腔长。具体的，可调节阴极、电子传输层、发光层、空穴传输层和/或空穴注入层的厚度，从而形成腔长可调的微腔，以调控出光分布，对出光起到进一步的正面影响。本发明还提供了一种显示基板，包括上述的发光二极管。
本发明还提供了一种显示装置，包括上述的显示基板。
参阅图8，图8是本发明实施例二的发光二极管的制作方法的流程示意图，该方法包括：
步骤S81：提供一衬底基板；
步骤S82：在所述衬底基板上依次制作阳极、发光层和电子传输层；
具体的，可在氮气的干燥环境下依次制作阳极、发光层和电子传输层。
步骤S83：在所述电子传输层上制作金属过渡层，所述金属过渡层由含锡物质制成，用于提高阴极的载流子注入的有效面积；
步骤S84：在所述金属过渡层上制作阴极，所述阴极由透明导电氧化物材料制成。
采用本发明实施例的制作方法制成的发光二极管，金属过渡层由含锡物质制成，能够使得阴极的载流子注入更容易，从而能够降低给发光二极管施加的操作电压，进而能够提高其使用寿命。
可选的，步骤S82中的发光层为量子点发光层，采用本发明实施例的制作方法制成的发光二极管为量子点发光二极管。
可选的，所述含锡物质为锡时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用溅射方式、蒸镀方式或原子层沉积方式，在所述电子传输层上沉积锡，得到由锡制成的所述金属过渡层。
其中，采用蒸镀方式时，可采用SnH4加合物退火的方式沉积锡。即，在电子传输层上喷射或旋涂SnH4溶液，该SnH4溶液中含有加合物，再加热分解成锡和H2，得到由锡制成的所述金属过渡层。其中，加合物为含氮加合物，以维持SnH4溶液的稳定性，使SnH4以液态形式存在于溶液中，利于后续反应。
采用原子层沉积方式时，可将基板放入真空沉积系统，沉积5-10nm金属Sn，沉积速率可以为0.5-5埃米/秒，例如3埃米/秒。
可选的，所述含锡物质为锡与其他金属的合金，或者，锡与其他金属的异形体时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用蒸镀方式，在所述电子传输层上蒸镀锡和其他金属，得到由锡与其他金属的合金或者锡与其他金属的异形体制成的所述金属过渡层。
具体的，可将锡与其他金属以共蒸形式沉积，其中，锡与其他金属的沉积速率不相同，得到由锡与其他金属的合金或者锡与其他金属的异形体制成的所述金属过渡层。
其中，所述其他金属包括以下至少之一：银、铝和铟。
可选的，所述含锡物质为锡与氧化锡组合构成的物质时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用蒸镀方式，在所述电子传输层上沉积锡，对沉积后的锡进行氧等离子体处理，得到由锡与氧化锡制成的所述金属过渡层。此时，金属过渡层中的氧化锡能提高金属过渡层与阴极之间的匹配度，从而进一步降低载流子注入的难度。
优选的，所述透明导电氧化物材料为ITO或者IZO。
可采用溅射沉积方式，在0.1-15Pa，氩气(Ar)10-100sccm的流速下，沉积50-500nm的ITO或者IZO。
可选的，采用上述制作方法制作顶发射结构的发光二极管，能够实现窄带发射，进一步提升发光的色纯度。
可选的，步骤S82包括：
在所述衬底基板上依次制作阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层和电子传输层。
其中，可在氮气的干燥环境下依次制作阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层和电子传输层。
可在阳极上沉积PEDOT：PSS，制成空穴注入层。
可在空穴注入层上沉积TFB，制成空穴传输层。
可在发光层上沉积氧化锌，制成电子传输层。
采用本发明实施例的发光二极管的制作方法，所制作的发光二极管包括金属过渡层，从而形成一个微腔，可根据需求调节该微腔的腔长。具体的，可调节阴极、电子传输层、发光层、空穴传输层和/或空穴注入层的厚度，从而形成腔长可调的微腔，以调控出光分布，对出光起到进一步的正面影响。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，包括依次设置的阳极、发光层、电子传输层、金属过渡层和阴极，所述阴极由透明导电氧化物材料制成；所述金属过渡层由含锡物质制成，用于提高所述阴极的载流子注入的有效面积。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述含锡物质为：锡；或者，锡与其他金属的合金；或者，锡与其他金属的异形体；或者，锡与氧化锡组合构成的物质。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述其他金属包括以下至少之一：银、铝和铟。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述金属过渡层的厚度为0.5至15纳米。
5.一种显示基板，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的发光二极管。
6.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求5所述的显示基板。
7.一种发光二极管的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底基板；
在所述衬底基板上依次制作阳极、发光层和电子传输层；
在所述电子传输层上制作金属过渡层，所述金属过渡层由含锡物质制成，用于提高阴极的载流子注入的有效面积；
在所述金属过渡层上制作阴极，所述阴极由透明导电氧化物材料制成。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，
所述含锡物质为锡时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用溅射方式、蒸镀方式或原子层沉积方式，在所述电子传输层上沉积锡，得到由锡制成的所述金属过渡层。
9.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，
所述含锡物质为锡与其他金属的合金，或者，锡与其他金属的异形体时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用蒸镀方式，在所述电子传输层上蒸镀锡和其他金属，得到由锡与其他金属的合金或者锡与其他金属的异形体制成的所述金属过渡层。
10.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，
所述含锡物质为锡与氧化锡组合构成的物质时，所述在所述电子传输层上制作金属过渡层的步骤包括：
采用蒸镀方式，在所述电子传输层上沉积锡，对沉积后的锡进行氧等离子体处理，得到由锡与氧化锡制成的所述金属过渡层。
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