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CN107910449A - 一种量子点发光二极管及其制备方法 - Google Patents

一种量子点发光二极管及其制备方法 Download PDF

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李山
谢志强
任思雨
苏君海
李建华
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Abstract

本发明涉及发光二极管技术领域，具体提供了一种量子点发光二极管及其制备方法，包括玻璃基板、依次层叠设于玻璃基板上的第一导电层、电子注入层、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层和第二导电层，所述量子点发光层与电子注入层之间还设置有电子传输钝化层，本发明通过在量子点发光层和电子注入层之间增加一个电子传输钝化层，解决了电子注入层与空穴传输层载流子迁移效率不平衡问题，有效的提高了发光器件的电流效率，使发光器件的电流效率达到最优状态。

Description

一种量子点发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种量子点发光二极管及其制备方法。
背景技术
量子点发光二极管（QLED）因具备高亮度、广色域、低功耗、易加工、可柔性化等优点，在照明和显示器件领域受到广泛的关注，经过三十多年的研究，QLED的技术取得了巨大的飞跃，其红光和绿光的外量子效率已经达到20%。
量子点发光二极管的发展和进步离不开无机氧化物电子注入层或传输层的使用，目前量子点发光二极管搭配使用最常见的电子注入或传输层为氧化锌纳米颗粒，其具有高的电子迁移率。由于材料的固有特性，无机氧化物材料多为n型半导体，有机小分子材料多为p型半导体，但无机氧化物材料的电子迁移率远大于有机小分子材料的空穴迁移率，这样导致量子点发光二极管中正负载流子迁移不平衡，使器件的电流效率不能达到最优状态。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种解决电子注入层与空穴传输层载流子迁移效率不平衡问题、有效提高发光器件的电流效率的量子点发光二极管及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：一种量子点发光二极管，包括玻璃基板、依次层叠设于所述玻璃基板上的第一导电层、电子注入层、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层和第二导电层，所述量子点发光层与电子注入层之间还设置有电子传输钝化层。
优选的，所述第一导电层为ITO、FTO或AZO中的一种。
优选的，所述电子注入层为氧化锌、氧化镓或氧化镍中的一种。
优选的，所述电子注入层为纳米薄膜、纳米颗粒、纳米线、纳米片或纳米带中的一种或多种组合。
优选的，所述电子传输钝化层为氧化锆、氧化铪、氧化硅、氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种或多种组合。
优选的，所述量子点发光层为核壳结构的无机材料组成，该量子点发光层可通过量子点尺寸调控发光波段和发光线的宽窄。
优选的，所述第二导电层为银、铝、铜和金中的一种或多种组合。
本发明还提供了一种量子点发光二极管的制备方法，包括以下步骤：S10、在玻璃基板上通过磁控溅射制备厚度为5~300nm的第一导电层；S20、在所述第一导电层上通过涂布或印刷制备厚度为10~200nm的电子注入层；S30、在所述电子注入层上通形成电子传输钝化层；S40、在所述电子传输钝化层上通过涂布或印刷制备厚度为5~200nm的量子点发光层；S50、在所述量子点发光层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的空穴传输层；S60、在所述空穴传输层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的空穴注入层；S70、在所述空穴注入层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的第二导电层。
优选的，所述步骤S30中通过磁控溅射、ALD或涂布方式制备电子传输钝化层。
优选的，所述电子传输钝化层的厚度为1~50nm，该厚度范围内的电子传输钝化层能够达到更好的降低电子迁移速率和平衡器件正负载流子比例的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在量子点发光层和电子注入层之间增加一个电子传输钝化层，解决了电子注入层与空穴传输层载流子迁移效率不平衡问题，有效的提高了发光器件的电流效率，使发光器件的电流效率达到最优状态。
附图说明
图1为本发明的量子点发光二极管结构示意图；
图2 为本发明的量子点发光二极管制备方法流程图；
图3为实施例二所制备的三组氧化锆薄膜厚度分别为0、5nm和10nm的量子点发光二极管的电流密度图；
图4为实施例二所制备的三组氧化锆薄膜厚度分别为0、5nm和10nm的量子点发光二极管的电流效率图；
其中，1为玻璃基板；2为第一导电层；3为电子注入层；4为量子点发光层；5为空穴传输层；6为空穴注入层；7为第二导电层；8为电子传输钝化层。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的阐述。
实施例一：如图1所示，一种量子点发光二极管，包括玻璃基板、依次层叠设于所述玻璃基板上的第一导电层、电子注入层、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层和第二导电层，所述量子点发光层与电子注入层之间还设置有电子传输钝化层，玻璃基板也可以是已经制备LTPS器件的玻璃基板。
本实施例中，所述第一导电层为ITO、FTO或AZO中的一种。
电子注入层为氧化锌、氧化镓或氧化镍中的一种，其物质的结构形态为纳米薄膜、纳米颗粒、纳米线、纳米片或纳米带中的一种或多种组合。
电子传输钝化层为氧化锆、氧化铪、氧化硅、氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种或多种组合。
量子点发光层为核壳结构的无机材料组成，该量子点发光层可通过量子点尺寸调控发光波段和发光线的宽窄。
第二导电层为银、铝、铜和金中的一种或多种组合。
由于无机氧化物的载流子迁移率一般比有机小分子材料大一个数量级以上，如本实施例中的电子注入层为氧化锌纳米颗粒，氧化锌纳米颗粒的电子迁移率为1.810-3 cm2V- 1s-1，有机空穴传输层材料poly-TPD或HATCN的空穴迁移率为1 10−4cm2V-1s-1。在发光器件中，正负载流子的迁移不平衡会导致有效电子和空穴的复合效率低，降低器件的电流效率，产生不必要的功耗。而在电子迁移率较高的电子注入层和量子点发光层间插入一个电子传输钝化层，可以遏制部分电子注入或通过量子点发光层，平衡整个器件中的正负载流子比例，提升电流效率。
本实施例中电子传输钝化层选取禁带宽度大的绝缘材料，这样使电子注入层与电子传输钝化层的导带和价带不匹配，电子难以直接跃迁传输，而是通过隧穿效应进行电子的传输，从而减少由电子注入层传输到量子点发光层的电子数量，达到降低电子迁移速率和平衡器件正负载流子比例的目的。
实施例二：如图2所示，一种量子点发光二极管制备方法，包括以下步骤：S10、在玻璃基板上通过磁控溅射制备厚度为5~200nm的第一导电层；S20、在所述第一导电层上通过涂布或印刷制备厚度为10~300nm的电子注入层；S30、在所述电子注入层上形成电子传输钝化层；S40、在所述电子传输钝化层上通过涂布或印刷制备厚度为5~200nm的量子点发光层；S50、在所述量子点发光层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的空穴传输层；S60、在所述空穴传输层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的空穴注入层；S70、在所述空穴注入层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的第二导电层。
其中，所述步骤S30中通过磁控溅射、ALD或涂布方式制备电子传输钝化层，电子传输钝化层的厚度为1~50nm，该厚度范围内的电子传输钝化层能够达到更好的降低电子迁移速率和平衡器件正负载流子比例的目的。
本实施例在具体实施过程中，通过磁控溅射法在玻璃基板上制备三组厚度为200nm的ITO薄膜，作为第一导电层；通过溶胶涂布法在所述的三组ITO薄膜上制备40nm的氧化锌纳米颗粒薄膜，作为电子注入层；通过ALD法在所述三组氧化锌纳米颗粒薄膜上制备厚度分别为0、5nm和10nm的三组氧化锆薄膜，作为电子传输钝化层，其中，厚度为0的氧化锆薄膜组别为第一组，厚度为5nm的氧化锆薄膜组别为第二组，厚度为10nm的氧化锆薄膜组别为第三组，因第一组氧化锆薄膜的厚度为0，即在氧化锌纳米颗粒薄膜上不沉积电子传输钝化层；接着通过溶胶涂布法在所述的三组氧化锆薄膜上制备25nm的核壳结构量子点，需要说明的是，基于第一组的氧化锆薄膜厚度为0，因此此处的核壳结构量子点是直接制备在氧化锌纳米颗粒薄膜上，作为量子点发光层；最后通过热蒸镀设备在所述的三组量子点发光层上依次制备70nm的空穴传输层、10nm的空穴注入层和100nm的第二导电层。
所制备的氧化锆薄膜厚度分别为0、5nm和10nm的量子点发光二极管的电流密度和电流效率图如图3和图4所示。随着氧化锆薄膜厚度的增加，所制备的量子点发光二极管的电流密度减小，如工作电压为13V时，氧化锆薄膜厚度为0、5nm和10nm的量子点发光二极管的电流密度依次为1011 mA/cm2、926 mA/cm2和786.6 mA/cm2；而所制备的量子点发光二极管的电流效率是随着厚度的增加而变大的，氧化锆薄膜厚度为0、5nm和10nm的量子点发光二极管的最大电流效率分别为6.54cd/A、7.07 cd/A和8.15cd/A。相比于未设置电子传输钝化层的量子点发光二极管器件，氧化锆电子传输钝化层的存在改变了器件中电子注入层到量子点发光层的电子传输方式，使电子传输由直接跃迁式为主变为以隧穿效应为主，从而有效降低了电子的迁移率，平衡了器件中不同电荷载流子的比例，达到了提高发光器件电流效率的效果。
本发明提供的一种量子点发光二极管及其制备方法，通过在量子点发光层和电子注入层之间增加一个电子传输钝化层，解决了电子注入层与空穴传输层载流子迁移效率不平衡问题，有效的提高了发光器件的电流效率，使发光器件的电流效率达到最优状态。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种量子点发光二极管，包括玻璃基板（1）、依次层叠设于玻璃基板上的第一导电层（2）、电子注入层（3）、量子点发光层（4）、空穴传输层（5）、空穴注入层（6）和第二导电层（7），其特征在于：所述量子点发光层（4）与电子注入层（3）之间还设置有电子传输钝化层（8）。
2.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于：所述第一导电层（2）为ITO、FTO或AZO中的一种。
3.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于：所述电子注入层（3）为氧化锌、氧化镓或氧化镍中的一种。
4.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于：所述电子注入层（3）为纳米薄膜、纳米颗粒、纳米线、纳米片或纳米带中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于：所述电子传输钝化层（8）为氧化锆、氧化铪、氧化硅、氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种或多种组合。
6.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（4）为核壳结构的无机材料组成。
7.根据权利要求1所述的量子点发光二极管，其特征在于：所述第二导电层（7）为银、铝、铜和金中的一种或多种组合。
8.根据权利要求1~7任一项所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、在玻璃基板上通过磁控溅射制备厚度为5~300nm的第一导电层；S20、在所述第一导电层上通过涂布或印刷制备厚度为10~200nm的电子注入层；S30、在所述电子注入层上形成电子传输钝化层；S40、在所述电子传输钝化层上通过涂布或印刷制备厚度为5~200nm的量子点发光层；S50、在所述量子点发光层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的空穴传输层；S60、在所述空穴传输层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的空穴注入层；S70、在所述空穴注入层上通过热蒸镀设备沉积厚度为5~200nm的第二导电层。
9.根据权利要求8所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤S30中通过磁控溅射、ALD或涂布方式制备电子传输钝化层。
10.根据权利要求8所述的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于：所述电子传输钝化层的厚度为1~50nm。
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