一种具有陷光结构的量子点发光二极管器件及其制备方法与流程

本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种具有陷光结构的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。

一个QLED器件通常包括衬底、电极1，空穴注入、空穴传输层，发光层，电子传输、电子注入层和电极2。根据电极1和电极2的相对位置，即背电极和顶电极，QLED的结构可以分为正型和反型器件两种，这仅仅是针对制作过程的分类，与发光出射方向无关。空穴注入和空穴传输层用于从外电路向发光层提供可迁移空穴，电子传输层用于提供可迁移电子。电子-空穴在量子点中形成激子，激子通过辐射复合输出光子。

传统的量子点器件所采用的衬底大都是ITO玻璃，ITO玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用溅射、蒸发等多种方法镀上一层氧化铟锡（俗称ITO）膜加工制作成的，在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透光率较高，同时由于波导效应的损失，量子点发光层所产生的光大部分在器件内部的传播过程中会被吸收掉，从而导致量子点发光器件的出光效率低；同时由于ITO薄膜需要用到稀有金属In，容易造成环境污染。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有陷光结构的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器件出光效率低且易造成环境污染的问题。

本发明的技术方案如下：

一种具有陷光结构的量子点发光二极管器件，依次包括衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层以及顶电极，其中，所述衬底采用具有陷光结构的BZO玻璃。

较佳地，所述的具有陷光结构的量子点发光二极管器件，其中，所述BZO玻璃包括玻璃本体和覆盖在玻璃本体上的BZO薄膜。

较佳地，所述的具有陷光结构的量子点发光二极管器件，其中，所述BZO薄膜的厚度为800-2000nm。

较佳地，所述的具有陷光结构的量子点发光二极管器件，其中，所述BZO薄膜的方块电阻为10-60Ω/□。

较佳地，所述的具有陷光结构的量子点发光二极管器件，其中，所述BZO薄膜的雾度范围为10-50%。

较佳地，所述的具有陷光结构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。

一种具有陷光结构的量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：

A、采用低压化学气相沉积法在玻璃本体上制备BZO薄膜生成具有陷光结构的BZO玻璃衬底；

B、采用真空蒸镀方法在BZO玻璃衬底表面制备底电极；

C、在底电极表面依次沉积空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及电子注入层；

D、在电子注入层表面真空蒸镀顶电极。

较佳地，所述的具有陷光结构的量子点发光二极管器件的制备方法，其中，所述步骤A具体包括：

A1、将清洗干净的玻璃放入反应室并加热至150-200^oC；

A2、将气态的水和乙二基锌按流量比为0.5-5的比例、以及乙二基锌和硼烷按流量比为2-6的比例通入反应室，进行沉积反应；

A3、沉积完成后，将所述玻璃取出反应室冰冷却，得到BZO玻璃衬底。

较佳地，所述的具有陷光结构的量子点发光二极管器件的制备方法，其中，所述反应室内的气压为2×10^-3 -8×10^-3mbar。

较佳地，所述的具有陷光结构的量子点发光二极管器件的制备方法，其中，沉积反应的时间为250-350s。

有益效果：本发明在制备量子点发光二极管器件的过程中，采用自身具有陷光结构的BZO玻璃作为衬底，使得量子点发光层发出的光在BZO玻璃的陷光作用下，有效的减少了光在器件内部传播的损失，从而提升器件的出光效率，降低生产成本，并且相对于传统的ITO玻璃衬底，本发明提供的BZO玻璃衬底成本更低、适合大批量大面积生产，且环保无污染。

附图说明

图1为本发明一种具有陷光结构的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BZO薄膜的电镜扫描图。

图3为本发明一种具有陷光结构的量子点发光二极管器件制备方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种具有陷光结构的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为本发明一种具有陷光结构的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，所述器件从下至上依次包括衬底10、底电极20、空穴注入层30、空穴传输层40、量子点发光层50、电子传输层60、电子注入层70以及顶电极80，其中，所述衬底10采用具有陷光结构的BZO玻璃。所述陷光结构是指在表面弄一些突起或者凹坑，以增加光程，增加光子的吸收量。

具体地，本发明提供的量子点发光二极管器件，采用BZO玻璃替代传统的ITO玻璃，作为所述量子点发光二极管器件的衬底；进一步，所述BZO玻璃包括BZO薄膜和玻璃，如图2所示，所述BZO薄膜具有微观纳米陷光结构，在BZO薄膜的陷光作用下，能有效减少量子点发光层50发出的光在器件内部传播过程中的损失，从而提高量子点发光二极管器件的出光效率；

进一步，本发明采用的BZO玻璃相对于传统的ITO玻璃，其成本更低，适合大批量大面积生产；

更进一步，由于ITO玻璃需要用到稀有金属In，所述In元素在地球含量较少，其开发比较困难，而BZO玻璃中的组成元素在地球含量很丰富，其制备过程非常简单且环保。

进一步，在本发明中，所述BZO薄膜的厚度为800-2000nm，优选地，所述BZO薄膜的厚度为1800nm，在该厚度值时，BZO薄膜的散色能力得到提高，BZO玻璃衬底的陷光作用更强，更有利于提高量子点放光层50的出光效率。

具体地，在本发明中，所述BZO薄膜的方块电阻为10-60Ω/□，方块电阻又称膜电阻，是用于间接表征薄膜膜层、玻璃镀膜膜层等样品上的真空镀膜的热红外性能的测量值；方阻仅与导电膜的厚度等因素有关，表征膜层致密性，同时表征对热红外光谱的透过能力，优选地，所述BZO薄膜的方块电阻为35Ω/□，在该值时，BZO薄膜的陷光作用更强。

进一步，在本发明中，所述BZO薄膜的雾度范围为10-50%；雾度是透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比，用百分数表示，通常仅将偏离入射光方向2.5度以上的散射光通量用于计算雾度。优选地，本发明中所述BZO薄膜的雾度范围为30%，在该雾度值时，所述BZO薄膜的散色能力较强。

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，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40的厚度设置为25nm，所述电子传输层60的厚度设置为20nm，在该厚度值时，所述空穴传输层40和电子传输层60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。

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。

基于上述具有陷光结构的量子点发光二极管器件，本发明还提供一种具有陷光结构的量子点发光二极管器件的制备方法，如图3所示，其中，包括步骤：

S100、采用低压化学气相沉积法在玻璃上制备BZO薄膜生成具有陷光结构的BZO玻璃衬底；

S200、采用真空蒸镀方法在BZO玻璃衬底表面制备底电极；

S300、在底电极表面依次沉积空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及电子注入层；

S400、在电子注入层表面真空蒸镀顶电极。

进一步，所述步骤S100具体包括：

S110、将清洗干净的玻璃放入反应室并加热至150-200^oC；

S120、将气态的水和乙二基锌按流量比为0.5-5的比例、以及乙二基锌和硼烷按流量比为2-6的比例通入反应室，进行沉积反应；

S130、沉积完成后，将所述玻璃取出反应室冰冷却，得到BZO玻璃衬底。

具体地，在本发明中，所述BZO薄膜是采用低压化学气相沉积（LPCVD）方法制备而成的，以乙二基锌（DEZ）、水（H₂O）和硼烷（B₂H₆）为气源前驱物，由于DEZ和H₂O常温常压下是以液体形式存在，需要水浴（60^oC-90^oC）通以氩气鼓泡使其以气态形式携带进入反应室，而气态的DEZ和H₂O遇冷容易凝结，堵塞气路，需要对气路做好保温措施；

在本发明中，H₂O/DEZ流量比范围为0.5-5，掺杂的B通常是经氢稀释为2%的B₂H₆，氢气不仅作为载气，还起到布气作用（布置气体将腔室气体成分布置均匀），DEZ/B₂H₆流量比为2-6；

将玻璃衬底加热温度范围150-200^oC，控制BZO薄膜厚度范围为800-2000nm，方块电阻为10-60Ω/□，雾度范围10%-50%。BZO薄膜在波长400nm-1100nm之间，平均透过率基本大于85%；反应流程为：DEZ、H₂O被氩气带入加热衬底表面和B₂H₆气体一起反应生产BZO薄膜，反应式为：Zn(C₂H₅)₂+H₂O→ZnO+2C₂H₆，由于B₂H₆分子活性较强，在较低的反应温度下，会分解形成B³⁺离子键入ZnO从而形成掺B的ZnO薄膜。

进一步，在本发明中，所述反应室内的气压为2×10^-3 -8×10^-3mbar；所述沉积反应的时间为250-350s。优选地，所述反应室内的气压为5×10^-3mbar，所述沉积反应的时间为300s，在该数值下，便于在玻璃衬底上形成成分均匀的BZO薄膜。

下面通过具体实施例对本发明的制备方案做进一步的说明：

实施例1

采用面积1.1m×1.3m×3mm的玻璃衬底，加入清洗剂水溶液喷淋在玻璃上下表面，经过毛刷刷洗后，进入高压喷淋超纯水冲洗玻璃表面的残液，最后经过80^oC风刀室将其吹干，送入LPCVD工序；

清洗干净的玻璃在加热腔快速加热到155^oC，传送到LPCVD反应腔，调节工艺压力为5×10^-3mbar，H₂O/DEZ流量比为1.1，DEZ/B₂H₆流量比为为3，DEZ流量为480sccm，H₂O流量528sccm，B₂H₆流量为160sccm，沉积时间300s。BZO薄膜厚度为1820nm，方块电阻在16Ω/□左右，雾度为25%。沉积完成后送出沉积腔室进行冷却，接着对玻璃进行切割，切割成所需尺寸的BZO玻璃。采用旋涂法在BZO玻璃上依次沉积空穴注入层，空穴传输层，量子点发光层和电子传输层及电子注入层，最用真空蒸镀Al电极，从而完成QLED器件的制备。

实施例2

采用面积1.1m×1.3m×3mm的玻璃衬底，加入清洗剂水溶液喷淋在玻璃上下表面，经过毛刷刷洗后，进入高压喷淋超纯水冲洗玻璃表面的残液，最后经过80^oC风刀室将其吹干，送入LPCVD工序；

清洗干净的玻璃在加热腔快速加热到175^oC，传送到LPCVD反应腔，调节工艺压力为5×10^-3mbar，H₂O/DEZ流量比为1.1，DEZ/B₂H₆流量比为为3，DEZ流量为480sccm，H₂O流量528sccm，B₂H₆流量为160sccm，沉积时间300s。BZO薄膜厚度为1900nm，方块电阻在13Ω/□左右，雾度为29%。沉积完成后送出沉积腔室进行冷却，接着对玻璃进行切割，切割成所需尺寸的BZO玻璃。采用旋涂法在BZO玻璃上依次沉积空穴注入层，空穴传输层，量子点发光层和电子传输层及电子注入层，最用真空蒸镀Al电极，从而完成QLED器件的制备。

实施例3

采用面积1.1m×1.3m×3mm的玻璃衬底，加入清洗剂水溶液喷淋在玻璃上下表面，经过毛刷刷洗后，进入高压喷淋超纯水冲洗玻璃表面的残液，最后经过80^oC风刀室将其吹干，送入LPCVD工序；

清洗干净的玻璃在加热腔快速加热到195^oC，传送到LPCVD反应腔，调节工艺压力为5×10^-3mbar，H₂O/DEZ流量比为1.1，DEZ/B₂H₆流量比为为3，DEZ流量为480sccm，H₂O流量528sccm，B₂H₆流量为160sccm，沉积时间300s。BZO薄膜厚度为1950nm，方块电阻在12Ω/□左右，雾度为35%。沉积完成后送出沉积腔室进行冷却，接着对玻璃进行切割，切割成所需尺寸的BZO玻璃。采用旋涂法在BZO玻璃上依次沉积空穴注入层，空穴传输层，量子点发光层和电子传输层及电子注入层，最用真空蒸镀Al电极，从而完成QLED器件的制备。

综上所述，本发明在制备量子点发光二极管器件的过程中，采用自身具有陷光结构的BZO玻璃作为衬底，使得量子点发光层发出的光在BZO玻璃的陷光作用下，有效的减少了光在器件内部传播的损失，从而提升器件的出光效率，降低生产成本，并且相对于传统的ITO玻璃衬底，本发明提供的BZO玻璃衬底成本更低、适合大批量大面积生产，且环保无污染。

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。