一種量子點發光二極管器件及其制備方法與流程

本發明涉及量子點技術領域，尤其涉及一種量子點發光二極管器件及其制備方法。

背景技術：

基于無機納米晶的量子點發光材料具有出射光顏色飽和，波長可調，光致、電致發光量子產率高等適合高性能顯示器件的優點；從制備工藝角度來看，量子點發光材料適用于非真空條件下的旋涂、印刷、打印設備；因此，以量子點薄膜制備的量子點發光二極管（QLED）成為下一代顯示技術的有力競爭者。

一個QLED器件通常包括電極1，空穴注入、空穴傳輸層，發光層，電子傳輸、電子注入層和電極2。根據電極1和電極2的相對位置，即背電極和頂電極，QLED的結構可以分為正型和反型器件兩種，這僅僅是針對制作過程的分類，與發光出射方向無關。空穴注入和空穴傳輸層用于從外電路向發光層提供可遷移空穴，電子傳輸層用于提供可遷移電子。電子-空穴在量子點中形成激子，激子通過輻射復合輸出光子。

如上所述的傳統的層狀結構結合量子點材料的成膜特點至少有以下缺陷：（1）在平面結構下，因為載流子傳輸層和發光材料之間的接觸面積所限，大部分載流子不能直接注入量子點材料，而需要須要在量子點之間遷移，導致載流子注入發光層的效率較低；（2）由于量子點之間有配體阻隔，載流子在量子點之間以非常低的遷移率進行傳輸，大大降低激子形成率；（3）激子形成后，量子點之間有使激子解離的效果，從而降低發光效率；（4）載流子注入、傳輸不平衡導致形成大量激子-載流子的三體結構淬滅激子；（5）平面結構會導致較低的發光外耦合效率，即較低的光出射效率。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種量子點發光二極管器件及其制備方法，旨在解決現有的量子點器件中由于發光層的與載流子傳輸層的接觸面積有限，導致量子點器件的發光效率低的問題。

本發明的技術方案如下：

一種量子點發光二極管器件，依次包括襯底、底電極、空穴注入層、空穴傳輸層、量子點發光層、電子傳輸層、電子注入層以及頂電極，其中，所述量子點發光層至少有一面設置有成周期排布的多個凹槽。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述每個凹槽為長條形凹槽，且所述長條形凹槽間隔設置。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述凹槽交錯排布在量子點發光層表面。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述凹槽為長方形、圓形、橢圓形、菱形、三角形、五角星形中的一種。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述量子點發光層的材料為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族單質中的一種或多種。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述化合物包括二元化合物、三元化合物以及四元化合物。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述量子點發光層的厚度為10-100nm。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述量子點發光層的厚度大于所述凹槽的深度。

較佳地，所述的量子點發光二極管器件，其中，所述空穴傳輸層和電子傳輸層的厚度均為5-100nm。

一種量子點發光二極管器件的制備方法，其中，包括步驟：

A、先在含有底電極的襯底沉積空穴注入層；

B、在空穴注入層表面沉積空穴傳輸層；

C、在空穴傳輸層表面沉積量子點發光層，其中，在所述量子點發光層至少一面制作出成周期排布的多個凹槽;

D、在量子點發光層表面沉積電子傳輸層;

E、在電子傳輸層;表面沉積電子注入層

F、在電子注入層表面制作頂電極。

有益效果：本發明通過在量子點發光層至少一面設置成周期排布的多個凹槽，增加載流子傳輸層與量子點發光層材料之間的接觸面積，從而提高載流子注入量子點發光層的效率；還可減少載流子在量子點之間傳輸的阻隔，使更多的激子可通過載流子直接注入或較短的量子點之間遷移形成；還具有降低量子點之間解離激子的作用；還可減少因載流子注入、傳輸不平衡導致形成大量激子-載流子的三體結構，減少激子猝滅；同時還可利用光柵耦合原理，增加二極管的光耦合以及光出射效率。

附圖說明

圖1為本發明一種量子點發光二極管器件較佳實施例的第一結構示意圖。

圖2為本發明一種量子點發光二極管器件較佳實施例的第二結構示意圖。

圖3為本發明一種量子點發光二極管器件中量子點發光層第一結構示意圖。

圖4為本發明一種量子點發光層二極管器件中量子點發光層第二結構示意圖。

具體實施方式

本發明提供一種量子點發光二極管器件及其制備方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參閱圖1，圖1為本發明一種量子點發光二極管器件較佳實施例的結構示意圖，如圖所示，本發明實施例以正型量子點發光二極管器件為例，所述器件從下至上依次包括襯底10、底電極20、空穴注入層30、空穴傳輸層40、量子點發光層50、電子傳輸層60、電子注入層70以及頂電極80，其中，所述量子點發光層50至少有一面設置有成周期排布的多個凹槽51。

具體地，如圖1所示，當所述量子點發光層50只有一面設置有周期排布的凹槽51時，此時與所述凹槽直接接觸的載流子可從多個方向注入到量子點發光層，所述載流子可以為電子或空穴，由于所述凹槽51呈周期排布，周期結構可形成光柵，當柵格尺寸和材料的光學常數滿足散射條件時，光柵會在發光層內形成散射光，將本來處于出射椎體之外的光波波矢推移到發射椎體之內，從而增強量子點發光層的發光效率。

較佳地，所述量子點發光層可兩面均設置周期排布的凹槽51，如圖2所示，此時電子和空穴均可直接與凹槽接觸，且均可從多個方向注入到量子點發光層中，并且通過兩面均設置凹槽可有效增加載流子與量子點發光層的接觸面積，從而提高量子點發光層的發光效率。

進一步，在本發明中，如圖3所示，所述每個凹槽為長條形凹槽，且所述長條形凹槽間隔設置，較佳地，相鄰兩個長條形凹槽之間相隔一個長條形凹槽的寬度，也就是說所述長條形凹槽與量子點發光層中未挖槽的凸起交替排布；

進一步，所述量子點發光層的厚度為10-100nm，且所述量子點發光層的厚度大于所述凹槽的深度，較佳地，所述量子點發光層的厚度可設置為30nm，所述凹槽的深度可設置為20nm，通過這種設置可使載流子與量子點發光層充分接觸，有效提高載流子注入量子點發光層的效率；同時所述凹槽的深度小于所述量子點發光層的厚度，可避免電子傳輸層與空穴傳輸層直接接觸，從而防止激子的生成量變少，降低量子點發光二極管器件的發光效率。

進一步，在本發明中，所述空穴傳輸層和電子傳輸層的厚度均為5-100nm，優選地，在本發明提供的量子點發光二極管器件中，所述空穴傳輸層40的厚度設置為30nm，所述電子傳輸層60的厚度設置為30nm，在該厚度值時，所述空穴傳輸層40和電子傳輸層60的導電性能最佳，所需驅動電壓較低，使得器件的發光亮度和發光效率都有較大提升。

進一步，在本發明中，所述凹槽交錯排布在量子點發光層表面，如圖4所示，所述量子點發光層表面類似棋盤一樣，所述凹槽在橫向和豎向均與未挖槽的凸起交替排布；這種排列方法，使得凹槽在橫向和豎向兩個方向同時出現重復的周期結構，即二維周期結構，在這種結構形成的光柵可以在不同方向將本來處于出射椎體之外的光波波矢推移到發射椎體之內，從而有效提高光的出射效率；優選地，所述凹槽為長方形、圓形、橢圓形、菱形、三角形、五角星形中的一種。

進一步，在本發明中，所述量子點發光層的材料為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族單質中的一種或多種；所述化合物包括二元化合物、三元化合物以及四元化合物。

具體地，所述量子點發光層使用的半導體材料包括但不限于II-VI半導體的納米晶，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族半導體的納米晶，比如GaP、GaAs、InP、InAs和其他二元、三元、四元的III-V化合物；所述的用于電致發光的半導體材料還不限于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族單質等。

基于上述量子點發光二極管器件，本發明還提供一種量子點發光二極管器件的制備方法，其中，包括步驟：

S1、先在含有底電極的襯底沉積空穴注入層；

S2、在空穴注入層表面沉積空穴傳輸層；

S3、在空穴傳輸層表面沉積量子點發光層，其中，在所述量子點發光層至少一面制作出成周期排布的多個凹槽;

S4、在量子點發光層表面沉積電子傳輸層;

S5、在電子傳輸層;表面沉積電子注入層

S6、在電子注入層表面制作頂電極。

具體地，在所述步驟S3中，在制備量子點發光層時，當沉積量子點發光層材料薄膜后，利用光刻、離子刻蝕或濕法刻蝕的方法在量子點發光層薄膜上制作出成周期排布的凹槽；更具體地步驟可分為：待量子點發光層成膜后，依次通過加蒙版、涂光刻膠、曝光、清洗、刻蝕以及涂布等步驟制備出所述成周期排布的凹槽。

下面通過具體例子對本發明進行詳細的說明：

實施例1

在一個量子點發光二極管器件中，玻璃基底，120nmITO；空穴傳輸層厚度為30nm，量子點發光層其中一面上設置有成周期排布的長條形凹槽，所述量子點發光層厚度為20nm，所述量子點發光層的材料含有一個中間核，材料為CdSe、核外層有殼層材料為ZnS；所述電子傳輸層的厚度為30nm，電極是Al。

實施例2

在一個量子點發光二極管器件中，玻璃基底，120nmITO；空穴傳輸層厚度為30nm，量子點發光層其中一面上設置有成周期排布的長條形凹槽，所述量子點發光層厚度為40nm，所述量子點發光層的材料為可以包含CdSe、CdS、ZnS、ZnSe的合金體；所述電子傳輸層的厚度為30nm，電極是Al。

實施例3

在一個量子點發光二極管器件中，玻璃基底，120nmITO；空穴傳輸層厚度為100nm，量子點發光層其中一面上設置有成周期排布的長條形凹槽，所述量子點發光層厚度為60nm，所述量子點發光層的材料為InP；所述電子傳輸層的厚度為100nm，電極是Al。

綜上所述，本發明提供一種量子點發光二極管器件及其制備方法，通過在量子點發光層至少一面設置成周期排布的多個凹槽，增加載流子傳輸層與量子點發光層材料之間的接觸面積，從而提高載流子注入量子點發光層的效率；還可減少載流子在量子點之間傳輸的阻隔，使更多的激子可通過載流子直接注入或較短的量子點之間遷移形成；還具有降低量子點之間解離激子的作用；還可減少因載流子注入、傳輸不平衡導致形成大量激子-載流子的三體結構，減少激子猝滅；同時還可利用光柵耦合原理，增加二極管的光耦合以及光出射效率。

應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。