CN117322158A - 量子点发光二极管及其制备方法和显示面板 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种量子点发光二极管，其中，包括：第一电极、第二电极、设置在所述第一电极与所述第二电极之间的量子点发光层，所述第一电极和所述第二电极中之一为反射电极，另一为透射电极或半透半反电极；在所述第一电极与所述第二电极之间设置有至少一层光调控层，所述光调控层配置为与所述反射电极构成微腔结构，使所述量子点发光二极管的光取出效率P满足：25％≤P≤98％。本公开实施例还提供了一种量子点发光二极管的制备方法和显示面板。
Description
本公开涉及显示领域，特别涉及一种量子点发光二极管及其制备方法和显示面板。
量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes，简称QLED)通常包括阴极、阳极和具有多个量子点纳米晶体的量子点发光层，量子点发光层夹在阴极和阳极之间。通过将电场施加到量子点发光二极管，使电子和空穴移动到量子点发光层中，发量子点光层中的电子和空穴被捕获在量子点中并被重新组合，发射光子。与有机发光二极管相比，量子点发光二极管的发射光谱更窄。然而，现有的量子点发光二极管的光取出效率普遍偏低，发光强度(Emission Intensity)难以作进一步提升。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种量子点发光二极管及其制备方法和显示面板。
第一方面，本公开实施例提供了一种量子点发光二极管，其中，包括：第一电极、第二电极、设置在所述第一电极与所述第二电极之间的量子点发光层，所述第一电极和所述第二电极中之一为反射电极，另一为透射电极或半透半反电极；
在所述第一电极与所述第二电极之间设置有至少一层光调控层，所述光调控层配置为与所述反射电极构成微腔结构，使所述量子点发光二极管的光取出效率P满足：25％≤P≤98％。
在一些实施例中，所述光调控层的透过率Q满足：70％≤Q＜100％；
所述光调控层的反射率R满足：0＜R≤30％。
在一些实施例中，所述光调控层的厚度包括：1nm～35nm。
在一些实施例中，所述光调控层的折射率包括：0.1～0.3。
在一些实施例中，所述光调控层的材料包括半导体材料或金属材料。
在一些实施例中，所述光调控层的材料包括所述金属材料，所述光调控层与所述量子点发光层不直接接触。
在一些实施例中，所述光调控层与所述反射电极之间存在至少一层功能介质层且满足：
φ
1表示光线在所述反射电极上发生反射所产生的相移，φ
2表示光线在所述光调控层上发生反射所产生的相移，k表示位于所述光调控层与所述反射电极之间的所述功能介质层的数量，n
i和d
i分别表示靠近所述反射电极的第i层所述功能介质层的折射率和厚度，m
1为预先配置的正整数，λ表示量子点发光层的发光峰值波长，i为整数且1≤i≤k。
在一些实施例中，所述第一电极和所述第二电极中之一为反射电极，另一为半透半反电极；
位于所述半透半反电极与所述反射电极之间的功能介质层满足：
φ
3表示光线在所述半透半反电极上发生反射所产生的相移，s表示位于所述半透半反电极与所述反射电极之间的所述功能介质层的数量，n
j和d
j分别表示靠近所述反射电极的第j层所述功能介质层的折射率和厚度，m
2为预先配置的正整数且m
2＞m
1，j为整数且1≤j≤s。
在一些实施例中，所述第一电极与所述第二电极中之一作为所述量 子点发光二极管的阴极，另一作为所述量子点发光二极管的阳极；
所述阴极与所述量子点发光层之间设置有电子传输层；
所述阳极与所述量子点发光层之间设置有空穴注入层和空穴传输层。
在一些实施例中，所述至少一层光调控层包括：第一光调控层，所述第一光调控层的材料包括半导体材料；
所述第一光调控层位于所述阳极与所述量子点发光层之间，所述第一光调控层的HOMO能级与所述空穴传输层的HOMO能级的差的绝对值大于1eV。
在一些实施例中，所述至少一层光调控层包括：第二光调控层，所述第二光调控层的材料包括半导体材料；
所述第二光调控层位于所述阴极与所述量子点发光层之间，所述第二光调控层的HOMO能级与所述空穴传输层的HOMO能级的差的绝对值小于0.5eV，所述第二光调控层的LUMO能级与所述空穴传输层的LUMO能级的差的绝对值大于1eV。
在一些实施例中，所述光调控层远离所述量子点发光层的一侧表面上的至少部分区域呈外凸形貌或内凹形貌；
和/或，所述光调控层靠近所述量子点发光层的一侧表面上的至少部分区域呈外凸形貌或内凹形貌。
在一些实施例中，还包括：衬底基板，所述第一电极位于所述衬底基板上，所述第二电极位于所述第一电极远离所述衬底基板的一侧；
所述第一电极为反射电极，所述第二电极为半透半反电极；
或者，所述第一电极为透射电极，所述第二电极为反射电极。
在一些实施例中，所述反射电极作为所述量子点发光二极管的阳极，所述反射电极的材料包括金属材料；
在所述反射电极靠近所述量子点发光层的一侧设置有与所述反射电 极相邻的金属氧化物电极。
第二方面，本公开实施例还提供了一种显示面板，其中，包括：如上述第一方面中提供的所述量子点发光二极管。
所述显示面板包括：发出蓝色光的第一量子点发光二极管和发出其他颜色光的第二量子点发光二极管，至少所述第一量子点发光二极管为所述量子点发光二极管；
所述第一量子点发光二极管中微腔结构的数量多于所述第二量子点发光二极管中微腔结构的数量。
第三方面，本公开实施例还提供了一种用于制备第一方面中所述量子点发光二极管的制备方法，包括：
形成第一电极、第二电极、量子点发光层和至少一层光调控层，所述量子点发光层位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述第一电极和所述第二电极中之一为反射电极，另一为透射电极或半透半反电极，所述光调控层位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述光调控层配置为与所述反射电极构成微腔结构，使所述量子点发光二极管的光取出效率P满足：25％≤P≤98％。
在一些实施例中，所述光调控层通过蒸镀工艺、旋涂工艺或打印工艺进行制备。
图1为本公开实施例提供的一种量子点发光二极管的截面示意图；
图2为本公开实施例中未设置光调控层的一种量子点发光二极管的截面示意图；
图3为在图2所示量子点发光二极管内位于空穴传输层与量子点发光层之间设置一层光调控层的截面示意图；
图4为模拟出的图2和图3所示量子点发光二极管的发光光谱图；
图5为模拟出的图3中所示量子点发光二极管内光调控层处于不同厚度情况下的发光光谱图；
图6为模拟出的图3中所示量子点发光二极管内光调控层处于不同折射率情况下的发光光谱图；
图7～图10为本公开实施例中光调控层位于量子点发光二极管内不同位置的截面示意图；
图11为模拟出的图2、图7～图10所示量子点发光二极管的发光光谱图；
图12为图2和图10所示量子点发光二极管的发光亮度-电流效率关系图；
图13为图2和图10所示量子点发光二极管的发光亮度-外量子效率关系图；
图14为本公开实施例提供的再一种量子点发光二极管的截面示意图；
图15为本公开实施例提供的一种量子点发光二极管的制备方法的流程图。
为使本领域的技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图对本公开提供的一种量子点发光二极管及其制备方法和显示面板进行详细描述。
如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即，测量系统的限制)而确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。例如，“约”可意味着相对于所陈述的值的差异在一种或多种标准偏差范围内，或者在±30％、20％、10％、5％范围内。
下文中，最高占据分子轨道(“HOMO”)能级或最低未占分子轨道(LUMO)能级是作为来自真空的绝对值表示的。此外，当HOMO能级或LUMO能级被称为‘深的’、‘高的’、或‘大的’时，所述HOMO能级或LUMO能级具有大的相对于‘0eV’即真空能级的绝对值，而当HOMO能级或LUMO能级被称为‘浅的’、‘低的’、或‘小的’时，所述HOMO能级或LUMO能级具有小的距离‘0eV’即真空能级的绝对值。
图1为本公开实施例提供的一种量子点发光二极管的截面示意图。如图1所示，该量子点发光二极管包括：第一电极1、第二电极2、设置在第一电极1与第二电极2之间的量子点发光层3，第一电极1和第二电极2中之一为反射电极，另一为透射电极或半透半反电极；在第一电极1与第二电极2之间设置有至少一层光调控层5，光调控层5配置为与所述反射电极构成微腔结构，使所述量子点发光二极管的光取出效率P满足：25％≤P≤98％。
其中，第一电极1和第二电极2中之一作为量子点发光二极管的阳极，另一作为量子点发光二极管的阴极。通过向第一电极1和第二电极2施加不同电压以形成电场，从而能够驱动量子点发光层3发光。
在本公开实施例中，在本公开实施例中，微腔结构能够有效提升量子点发光二极管的光取出效率。量子点发光二极管的光取出效率等于量子点发光二极管的实际出光量(本公开用量子点发光二极管的发光强度来表示)与量子点发光层3的出光量(本公开用量子点发光层3的发光强度来表示)的比值。
本公开的技术方案通过在第一电极1与第二电极2之间设置至少一层光调控层5，且光调控层5与反射电极形成微腔结构，基于该微腔结构的微腔效应可使得量子点发光二极管的光取出效率得到提升，有利于提升量子点发光二极管的发光强度。在本公开实施例中，光调控层5具体为具有半透半反特性的功能膜层。
当器件的发光区位于一个反射膜(即本公开中的反射电极)和半透半反射膜(即本公开中的光调控层5)构成的谐振腔内，腔长与光波的波长在同一数量级时，特定波长的光会得到选择和加强，光谱发生窄化，此为微腔效应。
需要说明的是，在图1所示情况中仅示例性画出了在第一电极1与第二电极2之间设置有一层光调控层5的情况，该情况仅起到示例性作用，其不会对本公开的技术方案产生限制。
另外，为使得光调控层5能够与反射电极形成微腔结构，则需保证在光调控层5与反射电极之间存在至少一层功能介质层；也就是说，光调控层5与反射电极不相邻。在图1所示情况中，第一电极1作为反射电极、第二电极2作为透明电极或半透半反电极，为使得光调控层5与反射电极(第一电极1)不相邻，则需将光调控层5设置于量子点发光层3与第二电极2之间，此时，光调控层5与反射电极之间存在一层功能介质层：量子点发光层3。
当然，在图1所示情况中还可以在该光调控层5与第二电极2/量子点发光层3之间设置其他光调控层5，以实现位于第一电极1与第二电极2之间的光调控层5数量大于或等于2，且每个光调控层5均能够与反射电极形成能够用于提升量子点发光二极管的光取出效率的微腔结构。此种情况未给出相应附图。
在一些实施例中，光调控层5与反射电极之间存在至少一层功能介质层且满足：
φ
1表示光线在反射电极上发生反射所产生的相移，φ
2表示光线在光调控层5上发生反射所产生的相移，k表示位于光调控层5与反射电极之间的功能介质层的数量，n
i和d
i分别表示靠近反射电极的第i层功能介 质层的折射率和厚度，m
1为预先配置的正整数(m
1表示光调控层5与反射电极所形成微腔的模数)，λ表示量子点发光层3的发光峰值波长，i为整数且1≤i≤k。
在图1所示情况中，光调控层5与反射电极之间仅存在一层功能介质层：量子点发光层3，即k取值为1。
通过满足上述式(1)，可使得光调控层5与反射电极所形成的微腔结构能够实现较强的微腔效应。
在一些实施例中，第一电极1和第二电极2中之一为反射电极，另一为半透半反电极(例如图1中第一电极1为反射电极，第二电极2为半透半反电极)，位于半透半反电极与反射电极之间的功能介质层满足：
φ
3表示光线在半透半反电极上发生反射所产生的相移，s表示位于半透半反电极与反射电极之间的功能介质层的数量，n
j和d
j分别表示靠近反射电极的第j层功能介质层的折射率和厚度，m
2为预先配置的正整数(m
2表示半透半反电极与反射电极所形成微腔的模数)且m
2＞m
1，j为整数且1≤j≤s。
也就是说，不仅光调控层5能够与反射电极形成提升量子点发光二极管的出光量的微腔结构，半透半反电极也能够与反射电极形成提升量子点发光二极管的出光量的微腔结构。此时，在图1所示情况中，存在两个能够提升量子点发光二极管的出光量的微腔结构，有利于进一步提升量子点发光二极管的光取出效率和发光强度。
在图1所示情况中，半透半反电极(第二电极2)与反射电极(第一电极1)之间存在两层功能介质层：量子点发光层3和光调控层5，即s取值为2。
通过满足上述式(2)，可使得半透半反电极与反射电极所形成的微 腔结构能够实现较强的微腔效应。
在本公开实施例中，m
1和m
2的具体取值可根据实际需要来进行设定。例如，在仅设置有1层光调控层5时，m
1＝1且m
2＝2,或者m
1＝1且m
2＝3，或者m
1＝2且m
2＝3；在设置有至少2层光调控层5时，各光调控层5与反射电极所形成微腔所对应的模数取值均不相同，且半透半反电极与反射电极所形成微腔的模数大于任意一层光调控层5与反射电极所形成微腔所对应的模数。在实际应用中，为避免量子点发光二极管的厚度过大，一般会将光调控层5/半透半反电极与反射电极所形成微腔的模数设计的较小。
在一些实施例中，光调控层5的透过率为Q，光调控层5的反射率R为1-Q，其中Q和R分别满足：70％≤Q＜100％，0＜R≤30％。
在一些实施例中，光调控层5的厚度包括：1nm～35nm。需要说明的是，本公开中范围A～B的表述方式中，限定的范围包括A和B两个端点值。
在一些实施例中，光调控层5的折射率包括：0.1～0.3。
在一些实施例中，光调控层5的材料包括半导体材料或金属材料(例如金、银、铜、铝、镁、锂等)。
进一步可选地，在光调控层5为金属材料时，光调控层5与量子点发光层3不直接接触，以避免量子点发光层3中的量子点发生淬灭，而使得量子点发光层3的发光强度降低，不利于量子点发光二极管的出光量的提升。另外，在光调控层5的材料为金属材料时，光调控层5的厚度为1nm～10nm，以保证其透过率70％≤Q＜100％。
需要说明的是，在一些情况中，即便将由金属材料制成的光调控层5与量子点发光层3相邻设置可能会使得量子点发光层3的出光量降低，但是，由于光调控层5的存在形成了微腔效应，相比于未设置光调控层5的量子点发光二极管，仍可在一定程度上提升量子点发光二极管的整 体出光效率。具体情况可参见后面的示例。
在光调控层5的材料为半导体材料时，对于光调控层5的设置位置，原则上不作限定。
下面将继续结合一些示例来对本公开的技术方案进行详细描述。
图2为本公开实施例中未设置光调控层的一种量子点发光二极管的截面示意图。图3为在图2所示量子点发光二极管内位于空穴传输层7与量子点发光层3之间设置一层光调控层的截面示意图。如图2和图3所示，在一些实施例中，为提升注入至量子点发光层3内载流子(包括电子和空穴)的数量，在阴极与量子点发光层3之间设置有电子传输层4(Electron Transport Layer，简称ETL)，阳极与量子点发光层3之间设置有空穴注入层8(Hole Injection Layer，简称HIL)和空穴传输层7(Hole Transport Layer，简称HTL)。
在一些实施例中，量子点发光二极管还包括衬底基板6，第二电极2位于第一电极1远离衬底基板6的一侧。
在图2和图3所示情况中，以第一电极1作为阳极、第二电极2作为阴极，且第一电极1为反射电极，第二电极2为半透半反电极或透明电极的情况为例；此时，量子点发光二极管为正置顶发射型量子点发光二极管。在将顶发射型量子点发光二极管应用至显示面板中时，由于用于驱动量子点发光二极管的薄膜晶体管(TFT)阵列是位于量子点发光二极管的非出光侧，故薄膜晶体管阵列不会对量子点发光二极管的出光造成遮挡，因此量子点发光二极管的出光面积可设计的相对较大，有利于提升像素开口率。
在一些实施例中，反射电极的材料包括金属材料。为实现功函数匹配(也可以看作是费米能级匹配)，在由金属材料所制成的反射电极靠近量子点发光层3的一侧设置有与反射电极相邻的金属氧化物电极9，金属氧化物电极9的材料为透明且导电的金属氧化物材料。
参见图2和图3所示，第一电极1(反射电极)的材料包括具有高的功函数的金属材料，包括但不限于镍、铂、钒、铬、铜、锌、金中至少之一。为尽可能达到全反射效果(反射率为100％或接近100％)以及保证良好的导电性，其厚度可设计的相对厚一些。可选地，作为反射电极的第一电极1的厚度为70nm～150nm，例如100nm。
金属氧化物电极9的材料包括但不限于金属氧化物，具体可以包括氧化锌(ZnO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、或氟掺杂氧化锡(FTO)中至少之一。金属氧化物电极9主要起到功函数匹配的作用，其厚度可设计的相对薄一些。可选地，金属氧化物电极9的厚度为5nm～12nm，例如8nm。
空穴注入层8的材料包括但不限于聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、铜酞菁。
空穴传输层7的材料包括但不限于p型聚合物材料和各种p型低分子量材料，例如，聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、具有聚-3,4-亚乙基二氧噻吩和聚(对苯乙烯磺酸钠)、4,4’-亚环己基双[N,N-双(4-甲基苯基)苯胺(TAPC)或者4,4’,4”-三(N-咔唑基)三苯胺(TCTA),N,N'-二(1-萘基)-N,N'-二苯基联苯胺(NPB)的混合物。
空穴注入层8和空穴传输层7的厚度是根据所需要的空穴传输速率来设定。可选地，空穴注入层8的厚度包括20nm～30nm，例如24.5nm；空穴传输层7的厚度包括20nm～30nm，例如26.8nm。
量子点发光层3的材料包括但不限于无镉(Cd)量子点材料或蓝光含镉量子点材料；其中，无镉量子点材料可以为磷化铟(InP)量子点或InP衍生的核壳结构量子点，例如InP/ZnSe/ZnS，InP/ZnSeS/ZnS；蓝光含镉量子点材料可以为CdS/ZnSe/ZnS,CdSe/ZnSe/ZnS,CdInS/ZnSe/ZnS。当然，量子点发光层3的材料还可以采用其他量子点，例如GaP/ZnSe，CsPbBr3/ZnS等量子点。 可选地，量子点发光层3的厚度为10nm～20nm，例如14.1nm。
电子传输层4的材料包括但不限于氧化锌(ZnO)、氧化镁锌(ZnMgO)、氧化铝锌(AZO)和氧化镁铝锌中的至少一种。可选地，电子传输层4的厚度包括5nm～20nm，例如8.9nm。
第二电极2可以为透明电极或半透半反电极。其中，当第二电极2为透明电极时，第二电极2的材料可采用导电的金属氧化物材料，具体可以包括氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌中至少之一；此时，为保证第二电极2的导电效果，由金属氧化物材料所形成的透明电极的厚度大于30nm，例如70nm。当第二电极2为半透半反电极时，第二电极2可采用具有比第一电极1功能函数更低的金属材料，包括但不限于铝、镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、银、锡、铅、铯、钡中至少之一；此时，为保证第二电极2具有一定的导电性以及呈现半透半反效果，其厚度不能设置过厚或过薄，可选地，由金属材料所形成的半透半反电极的厚度为1nm～15nm，例如10nm。
图4为依据图2和图3所示量子点发光二极管的发光光谱图。如图4所示，在图2和图3中，第一电极1(反射电极)的厚度为100nm，金属氧化物电极9的厚度为8nm，空穴传输层7的厚度为24.5nm，空穴注入层8的厚度为26.8nm，量子点发光层3的厚度为14.1nm，量子点发光层的材料为能够发出蓝色光的量子点材料，电子传输层4的厚度为8.9nm，第二电极2为半透半反电极且厚度为10nm。在图4中，以图3所示半透半反介质的材料为半导体材料(折射率约为0.2)且厚度为10nm的情况进行模拟。
通过图4所示模拟结果来看，相较于图2中未设置光调控层5的情况，图3中所示在空穴传输层7与量子点发光层3之间设置光调控层5的方案可有效提升量子点发光二极管的发光强度。具体地，相较于图2中所示单个微腔结构(半透半反电极与反射电极之间形成微腔结构)， 图4中所示双重微腔结构(光调控层5与反射电极之间形成微腔结构、半透半反电极与反射电极之间形成微腔结构)，其出光强度提升了约32％，半峰宽由优化前的39nm缩窄为27nm。其中，半峰宽的缩窄，即表示量子点发光二极管所发出的光的颜色越纯净，在将其应用至显示面板上时，有利于提升显示面板的色域。
需要说明的是，本公开实施例中以发出蓝色光的量子点发光二极管进行了模拟，以验证设置光调控层5后可对量子点发光二极管的光取出效率进行提升，该情况仅到示例性作用，其不会对本公开的技术方案产生限制。本公开的技术方案还可以适用于发出其他颜色光的量子点发光二极管，例如发出红色光的红光量子点二极管和发出绿色光的绿光量子点二极管。
图5为模拟出的图3中所示量子点发光二极管内光调控层处于不同厚度情况下的发光光谱图。如图5所示，以图3中光调控层5采用半导体材料且折射率约为0.2为前提，对不同厚度的光调控层5的情况分别进行了模拟，通过图5所示模拟结果可见，当图3所示量子点发光二极管内光调控层5的厚度在5nm～35nm时，该量子点发光二极管的出光强度相较于图2中所示量子点发光二极管的出光强度有所提升。
图6为模拟出的图3中所示量子点发光二极管内光调控层处于不同折射率情况下的发光光谱图。如图6所示，以图3中光调控层5采用半导体材料且厚度为10nm为前提，对不同折射率的光调控层5的情况分别进行了模拟，通过图6所示模拟结果可见，当图3所示量子点发光二极管内光调控层5的折射率在0.1～0.3时，该量子点发光二极管的出光强度相较于图2中所示量子点发光二极管的出光强度有所提升。
当然，基于前面式(1)和式(2)可见，在增设光调控层5时为实现较佳的微腔效应，需综合考虑到位于第一电极1与第二电极2之间其他各介质层的厚度、折射率。
本公开还对光调控层5采用金属材料且位于其他位置的情况进行模拟。图7～图10为本公开实施例中光调控层5位于量子点发光二极管内不同位置的截面示意图。如图7至图10所示，在图7所示情况中，光调控层5位于金属氧化物电极9与空穴注入层8之间；在图8所示情况中，光调控层5位于空穴注入层8与空穴传输层7之间；在图9所示情况中，光调控层5位于量子点发光层3与电子传输层4之间；在图10所示情况中，光调控层5位于电子传输层4与第二电极2之间。
图11为模拟出的图2、图7～图10所示量子点发光二极管的发光光谱图。如图11所示，在图7至图10中，第一电极1(反射电极)的厚度为100nm，金属氧化物电极9的厚度为8nm，空穴传输层7的厚度为24.5nm，空穴注入层8的厚度为26.8nm，量子点发光层3的厚度为14.1nm，电子传输层4的厚度为8.9nm，第二电极2为半透半反电极且厚度为10nm；在图7至图10中，光调控层5采用金属材料且厚度为3nm。
通过图11所示模拟结果来看，相较于图2中未设置光调控层5的情况，图7中所示在金属氧化物电极9与空穴注入层8之间设置光调控层5、图9中所示在量子点发光层3与电子传输层4之间设置光调控层5、图10中所示在电子传输层4与第二电极2之间设置光调控层5，该三种方案均可有效提升量子点发光二极管的发光强度。
图12为图2和图10所示量子点发光二极管的发光亮度-电流效率关系图。图13为图2和图10所示量子点发光二极管的发光亮度-外量子效率关系图。如图12和图13所示，图10中所示设置有光调控层5的量子点发光二极管的电流效率(Current Efficiency)约为图2中所示未设置有光调控层5的量子点发光二极管的2倍；图10所示设置有光调控层5的量子点发光二极管的外量子效率(External Quantum Efficiency,简称EQE)约为图2中所示未设置有光调控层5的量子点发光二极管的7倍；也就是说，在相同的电压下，图10所示设置有光调控层5的量子点 发光二极管的发光强度比图2中所示未设置有光调控层5的量子点发光二极管的发光强度高。
量子点发光二极管的外量子效率η
EQE：
η
EQE＝γ×η
rc×η
out
其中，γ为电子空穴平衡常数，η
rc为量子点发光层3的发光效率，η
out为量子点发光二极管的光取出效率。
通过预先实验测得光调控层5的增设，不会对量子点发光二极管内部的电子空穴平衡产生很大影响，图2和图10所示量子点发光二极管的电子空穴平衡常数取值近似相等。同时，由于图2和图10中使用相同材料、相同厚度的量子点发光层3，故图2和图10中量子点发光层3的发光效率相等。因此，图2和图10中所示量子点发光二极管的外量子效率的差异，必然是因为图2和图10所示量子点发光二极管的光取出效率的不同所导致。也就是说，相较于图2中所示单个微腔结构(半透半反电极与反射电极之间形成微腔结构)，图10中所示双重微腔结构(光调控层5与反射电极之间形成微腔结构、半透半反电极与反射电极之间形成微腔结构)可以有效提升量子点发光二极管的光取出效率。
此外，再参见图2、图8和图11，在图8所示方案中虽然存在光调控层5，但光调控层5与反射电极所形成微腔结构对量子点发光二极管的光取出效率的提升量，小于增设光调控层5后半透半反电极与反射电极之间的微腔效应减弱而导致量子点发光二极管的光取出效率降低的下降量，使得量子点发光二极管的实际光取出效率呈现下降。其中，增设光调控层5后半透半反电极与反射电极之间的微腔效应减弱，是因为增设光调控层5后半透半反电极与反射电极之间的光程发生了变化，并造成了半透半反电极与反射电极之间的微腔效应减弱。
在图7～图10所示方案中，增设光调控层5后对半透半反电极与反 射电极之间的微腔效应的影响相同；也就是说，在图7、图9、图10所示方案中，光调控层5与反射电极所形成微腔结构对量子点发光二极管的光取出效率的提升量，大于增设光调控层5后半透半反电极与反射电极之间的微腔效应减弱而导致量子点发光二极管的光取出效率降低的下降量，使得量子点发光二极管的实际光取出效率呈现提升。
当然，在一些情况中，也可能会出现在增设光调控层5后半透半反电极与反射电极之间的光程发生了变化，并造成了半透半反电极与反射电极之间的微腔效应增强的情况。
再次参见图11所示，图2所示量子点发光二极管的出光峰位在458nm附近，图7所示量子点发光二极管的出光峰位在450nm附近，图9所示量子点发光二极管的出光峰位在452nm附近，图10所示量子点发光二极管的出光峰位在465nm附近。以图2所示量子点发光二极管的出光峰位作为基准，图7、图9和图10所示量子点发光二极管的出光峰位发生漂移，且漂移量均小于10nm。以量子点发光层3中的量子点为蓝光量子点为例，则增设光调控层5后，可使得量子点发光二极管出现一定程度的峰位蓝移，在将该量子点二极管应用至显示面板中时，可以在一定程度上提升全彩显示的色域。此外，通过图11可见，图7、图9和图10所示量子点发光二极管的出光半峰宽缩窄，也有利于提升全彩显示的色域。
当然，需要说明的是，图11所示模拟结果并不是表明本公开中的光调控层5无法设置在空穴注入层8与空穴传输层7之间，而是表明在第一电极1为反射电极且厚度为100nm，金属氧化物电极9的厚度为8nm，空穴传输层7的厚度为24.5nm，空穴注入层8的厚度为26.8nm，量子点发光层3的厚度为14.1nm，电子传输层4的厚度为8.9nm，第二电极2为半透半反电极且厚度为10nm时，将采用金属材料制备且厚度为3nm光调控层5放置于空穴注入层8与空穴传输层7之间，无法提升量子点 发光二极管的出光强度。但是，在实际应用中，可通过对位于第一电极1和第二电极2之间的某些介质层(包括但不限于空穴注入层8、空穴传输层7、光调控层5、量子点发光层3、电子传输层4)的厚度和/或折射率进行调整(例如调整光调控层5的厚度、调整光调控层5的折射率、调整空穴传输层7的厚度、调整空穴传输层7的折射率等)，以使得将光调控层5放置于空穴注入层8与空穴传输层7之间后量子点发光二极管的出光强度能够得到提升。
在相关技术所涉及的量子点发光二极管中，会出现因载流子传输速率不平衡而导致量子点发光层3的发光效率较低的问题；例如，空穴传输速率明显大于电子传输速率(一般称为“多空穴体系”)，或者电子传输速率明显大于空穴传输速率(一般称为“多电子体系”)。
针对相关技术所涉及“多空穴体系”的问题，在本公开实施例中可选择电子传输速率大于对空穴传输速率的半导体材料来制备光调控层5，且将该光调控层5设置于阳极与量子点发光层3之间，以复用作空穴阻挡层。具体地，在一些实施例中，至少一层光调控层5包括：第一光调控层5，第一光调控层5的材料包括半导体材料；第一光调控层5位于阳极与量子点发光层3之间(例如图3、图7、图8中所示情况)，第一光调控层5的HOMO能级与空穴传输层7的HOMO能级的差的绝对值大于1eV，第一光调控层5复用作空穴阻挡层。
针对相关技术所涉及“多电子体系”的问题，在本公开实施例中可选择空穴传输速率大于对电子传输速率的半导体材料来制备光调控层5，且将该光调控层5设置于阴极与量子点发光层3之间，以复用作电子阻挡层。具体地，在一些实施例中，至少一层光调控层5包括：第二光调控层5，第二光调控层5的材料包括半导体材料；第二光调控层5位于阴极与量子点发光层3之间(例如图9、图10中所示情况)，第二光调控层5的HOMO能级与空穴传输层7的HOMO能级的差的绝对值小于 0.5eV，第二光调控层5的LUMO能级与空穴传输层7的LUMO能级的差的绝对值大于1eV，第一光调控层5复用作空穴阻挡层。
在一些实施例中，光调控层5远离量子点发光层3的一侧表面上的至少部分区域呈外凸形貌或内凹形貌；和/或，光调控层5靠近量子点发光层3的一侧表面上的至少部分区域呈外凸形貌或内凹形貌。通过上述设计，有利于提升光调控层5表面的光取出性能，有利于提升量子点发光二极管的光取出效率。
需要说明的是，在第一电极1作为阳极、第二电极2作为阴极的同时，第一电极1为透明电极，第二电极2为反射电极，此时量子点发光二极管为正置底发射型量子点发光二极管；此时，第一电极1的材料可采用金属氧化物材料，第二电极2的材料可采用金属材料。其中，当第一电极1的材料采用金属氧化物材料(例如ITO)时，则在第一电极1远离衬底基板6一侧无需再设置用于功函数匹配的金属氧化物电极9。
图14为本公开实施例提供的再一种量子点发光二极管的截面示意图。如图14所示，与前面实施例中不同的是，图14所示量子点发光二极管中第一电极1作为阴极、第二电极2作为阳极。此时，电子传输层4位于量子点发光层3靠近衬底基板6的一侧，空穴传输层7和空穴注入层8位于量子点发光层3远离衬底基板6的一侧。
在一些实施例中，图14中第一电极1为反射电极，第二电极2为透明电极或半透半反电极，即该量子点发光二极管为倒置顶发射型量子点二极管。
在另一些实施例中，图14中第一电极1为透明电极，第二电极2为反射电极，即该量子点发光二极管为倒置底发射型量子点二极管。
当然，图14中仅示例性画出了量子点发光二极管包括一层光调控层5且该光调控层5位于第一电极1与量子点发光层3之间的情况，对于该情况仅起到示例性作用，其不会对本公开的技术方案产生限制。
在本公开实施例中，量子点发光二极管可以为正置顶发射型量子点发光二极管、正置底发射型量子点发光二极管、倒置顶发射型量子点发光二极管、倒置底发射型量子点发光二极管中任意情况。量子点发光二极管内所设置的光调控层5的数量不作限定，例如1层、2层或多层；同时，光调控层5的设置位置也不作限定，可位于第一电极1与第二电极2之间任意位置，仅需保证光调控层5与反射电极不相邻即可。
另外，当量子点发光二极管为顶发射型量子点发光二极管(第一电极1为反射电极，第二电极2为透明电极或半透半反电极)时，可在第二电极2远离衬底基板6一侧设置取光层(Capping Layer)，以提升量子点发光二极管的光取出效率；该情况未给出相应附图。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种量子点发光二极管的制备方法。图15为本公开实施例提供的一种量子点发光二极管的制备方法的流程图。如图15所示，该制备方法包括：
步骤S0、形成第一电极、第二电极、量子点发光层和至少一层光调控层。
其中，量子点发光层位于第一电极与第二电极之间，第一电极和第二电极中之一为反射电极，另一为透射电极或半透半反电极，光调控层位于第一电极与第二电极之间，光调控层配置为与反射电极构成微腔结构，使量子点发光二极管的光取出效率P满足：25％≤P≤98％。
在一些实施例中，光调控层通过蒸镀工艺、旋涂工艺或打印工艺进行制备。在实际应用中，制备光调控层的具体工艺可根据光调控层的材料来进行选择，本公开不作限定。作为一种可选实施方案，可以通过旋涂纳米片材料来形成光调控层，这种纳米片可以有效增强光调控层在垂直方向的光取出性能。
此外，当量子点发光二极管内设置有电子注入层、空穴注入层、空穴传输层等介质层时，在步骤S0中也相应包括形成电子注入层、形成空 穴注入层、形成空穴传输层等步骤。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种显示面板，该显示面板包括前面任一实施例提供的量子点发光二极管，该量子点发光二极管可采用前面所提供的制备方法来进行制备。对于显示面板内量子点发光二极管及其制备方法的具体描述可参见前面实施例中的相应内容，此处不再赘述。
在一些实施例中，为实现显示面板的彩色显示，显示面板包括：发出蓝色光的第一量子点发光二极管和发出其他颜色光的第二量子点发光二极管，至少第一量子点发光二极管为所述量子点发光二极管；第一量子点发光二极管中微腔结构的数量多于所述第二量子点发光二极管中微腔结构的数量。
其中，上述其他颜色光具体可以为红色光、绿色光、青色光、品红色光和黄色光中至少之一。作为一个示例，显示面板上包括发出蓝色光的蓝光量子点发光二极管(第一量子点发光二极管)、发出红色光的红光量子点发光二极管(一种第二量子点发光二极管)、发出绿色光的绿光量子点发光二极管(一种第二量子点发光二极管)。
其中，可以仅在蓝光量子点发光二极管中设置光调控层，而在红光量子点发光二极管和绿光量子点发光二极管中不设置层，以使得蓝光量子点发光二极管中微腔结构数量多于红光量子点发光二极管和绿光量子点发光二极管中的微腔结构数量；或者，蓝光量子点发光二极管、红光量子点发光二极管和绿光量子点发光二极管中均设置有光调控层，但是蓝光量子点发光二极管中光调控层的数量多于红光量子点发光二极管和绿光量子点发光二极管中光调控层的数量。
在本公开实施例中，优选是在蓝光量子点发光二极管中设置光调控层，这是因为通过实验模拟出在蓝光量子点发光二极管中设置上述光调控层后，蓝光量子点发光二极管的光取出率能够有明显提升，光量子点 发光二极管的光取出率可以达到≥25％的水平。
在红光量子点发光二极管和绿光量子点发光二极管中设置光调控层时，通过实现模拟结果发现，红光量子点发光二极管和绿光量子点发光二极管的光取出率相较于未设置光调控层时所有提升，但是光取出率的提升效果没有蓝光量子点发光二极管的提升效果明显。
本公开实施例所提供的显示面板可应用至显示装置中，显示装置可以为电视、数码相机、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或者部件。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
Claims (18)
- 一种量子点发光二极管，其中，包括：第一电极、第二电极、设置在所述第一电极与所述第二电极之间的量子点发光层，所述第一电极和所述第二电极中之一为反射电极，另一为透射电极或半透半反电极；在所述第一电极与所述第二电极之间设置有至少一层光调控层，所述光调控层配置为与所述反射电极构成微腔结构，使所述量子点发光二极管的光取出效率P满足：25％≤P≤98％。
- 根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其中，所述光调控层的透过率Q满足：70％≤Q＜100％；所述光调控层的反射率R满足：0＜R≤30％。
- 根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其中，所述光调控层的厚度包括：1nm～35nm。
- 根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其中，所述光调控层的折射率包括：0.1～0.3。
- 根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其中，所述光调控层的材料包括半导体材料或金属材料。
- 根据权利要求5所述的量子点发光二极管，其中，所述光调控层的材料包括所述金属材料，所述光调控层与所述量子点发光层不直接接触。
- 根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其中,所述光调控层与所述反射电极之间存在至少一层功能介质层且满足：φ 1表示光线在所述反射电极上发生反射所产生的相移，φ 2表示光线在所述光调控层上发生反射所产生的相移，k表示位于所述光调控层与所述反射电极之间的所述功能介质层的数量，n i和d i分别表示靠近所述反射电极的第i层所述功能介质层的折射率和厚度，m 1为预先配置的正整数，λ表示量子点发光层的发光峰值波长，i为整数且1≤i≤k。
- 根据权利要求5所述的量子点发光二极管，其中，所述第一电极和所述第二电极中之一为反射电极，另一为半透半反电极；位于所述半透半反电极与所述反射电极之间的功能介质层满足：φ 3表示光线在所述半透半反电极上发生反射所产生的相移，s表示位于所述半透半反电极与所述反射电极之间的所述功能介质层的数量，n j和d j分别表示靠近所述反射电极的第j层所述功能介质层的折射率和厚度，m 2为预先配置的正整数且m 2＞m 1，j为整数且1≤j≤s。
- 根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其中，所述第一电极与所述第二电极中之一作为所述量子点发光二极管的阴极，另一作为所述量子点发光二极管的阳极；所述阴极与所述量子点发光层之间设置有电子传输层；所述阳极与所述量子点发光层之间设置有空穴注入层和空穴传输层。
- 根据权利要求9所述的量子点发光二极管，其中，所述至少一层光调控层包括：第一光调控层，所述第一光调控层的材料包括半导体材料；所述第一光调控层位于所述阳极与所述量子点发光层之间，所述第一光调控层的HOMO能级与所述空穴传输层的HOMO能级的差的绝对值大于1eV。
- 根据权利要求9所述的量子点发光二极管，其中，所述至少一层光调控层包括：第二光调控层，所述第二光调控层的材料包括半导体材料；所述第二光调控层位于所述阴极与所述量子点发光层之间，所述第二光调控层的HOMO能级与所述空穴传输层的HOMO能级的差的绝对值小于0.5eV，所述第二光调控层的LUMO能级与所述空穴传输层的LUMO能级的差的绝对值大于1eV。
- 根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其中，所述光调控层远离所述量子点发光层的一侧表面上的至少部分区域呈外凸形貌或内凹形貌；和/或，所述光调控层靠近所述量子点发光层的一侧表面上的至少部分区域呈外凸形貌或内凹形貌。
- 根据权利要求1至12中任一所述的量子点发光二极管，其中，还包括：衬底基板，所述第一电极位于所述衬底基板上，所述第二电极位于所述第一电极远离所述衬底基板的一侧；所述第一电极为反射电极，所述第二电极为半透半反电极，所述反 射电极与所述半透半反电极构成微腔结构；或者，所述第一电极为透射电极，所述第二电极为反射电极。
- 根据权利要求13所述的量子点发光二极管，其中，所述反射电极作为所述量子点发光二极管的阳极，所述反射电极的材料包括金属材料；在所述反射电极靠近所述量子点发光层的一侧设置有与所述反射电极相邻的金属氧化物电极。
- 一种显示面板，其中，包括：如上述权利要求1至14中任一所述量子点发光二极管。
- 根据权利要求15所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板包括：发出蓝色光的第一量子点发光二极管和发出其他颜色光的第二量子点发光二极管，至少所述第一量子点发光二极管为所述量子点发光二极管；所述第一量子点发光二极管中微腔结构的数量多于所述第二量子点发光二极管中微腔结构的数量。
- 一种如权利要求1至14中任一所述量子点发光二极管的制备方法，其中，包括：形成第一电极、第二电极、量子点发光层和至少一层光调控层，所述量子点发光层位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述第一电极和所述第二电极中之一为反射电极，另一为透射电极或半透半反电极；所述光调控层配置为与所述反射电极构成微腔结构，使所述量子点发光二极管的光取出效率P满足：25％≤P≤98％
- 根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述光调控层通过蒸镀工艺、旋涂工艺或打印工艺进行制备。
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