量子点发光二极管及其制备方法与流程

本发明属于量子点领域，具体涉及一种量子点发光二极管及其制备方法。

背景技术：

量子点发光器件是在阳极和阴极加上直流电压驱动量子点材料发光的器件，其具有色彩饱和、纯度高、单色性佳、颜色可调以及可用溶液法制备等优点，被认为是下一代平板显示器的优势技术。

由于量子点发光二极管的多层结构，发光过程中的光子在辐射到器件外部会以不同形式损耗掉一大部分能量，从而减弱器件的外量子效率。其能量损耗的形式包括：金属表面等离子体激元(spp)损耗、衬底波导模式、ito/有机层波导模式等，其中spp损耗较大。spp是一种局域在金属/介质界面上的由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态，是一种只能沿界面方向传播的导波模式，而最终spp的能量都将转化为焦耳热损耗掉，导致器件量子效率低下。在底发射和顶发射量子点发光二极管中都存在spp损耗，其中顶发射器件中的spp损耗更严重，因为顶发射的器件中通常在阴极、阳极都使用金属电极，而两个金属电极都会存在spp损耗，如何减少spp损耗，对于量子点发光二极管的商业化应用具有重要意义。因此，不少研究学者试图采取不同的手段来降低spp损耗，比如增加发光层与金属电极之间的距离，由于spp在量子点发光二极管中是由激子辐射与金属相互作用引起，这样虽然能减少spp损耗，但也会增加器件工作电压，同时加大波导模式损耗。

因此，现有技术有待改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种量子点发光二极管及其制备方法，旨在解决现有量子点发光二极管中都存在spp损耗的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种量子点发光二极管，包括底电极和顶电极，以及设置在所述底电极和所述顶电极之间的量子点发光层，所述底电极与所述量子点发光层相对的表面呈褶皱结构，且所述底电极由金属材料组成。

本发明另一方面提供一种量子点发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

提供基底；

将金属材料沉积在所述基底上，然后进行退火处理，得到表面呈褶皱结构的第一金属电极层；再将所述金属材料沉积在所述第一金属电极层上，得到第二金属电极层；其中，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层组成所述底电极。

在所述第二金属电极层上沉积量子点发光层，在所述量子点发光层上沉积顶电极。

本发明提供的量子点发光二极管，通过在底电极(可以是阴极，也可以是阳极)的表面设置的褶皱结构，可有效减少spp损耗，提高器件光取出率。spp是一种自由电子和光子相互作用形成的导波模式，当spp波矢量小于发光层中出射光波矢量时，spp模式波矢量能被转化为光子辐射被提取，而褶皱结构的电极能够通过随机散射，使spp波产生动量损失，提高spp至光辐射的转化效率，减少spp损耗。

本发明提供的量子点发光二极管的制备方法中，将制备电极的金属材料沉积在基底上，具体过程是：先沉积第一金属电极层，沉积在基底上的二维金属薄膜(即第一金属电极层)会处于热力学不稳定状态，金属材料会发生不规则团聚，类似于焊接中的“反润湿”，热处理可以加速这种不规则团聚情况；在基底上沉积了第一金属电极层后，高温快速退火，使金属发生不规则团聚，从而形成褶皱结构，然后在第一金属电极层上沉积第二金属电极层，得到带有褶皱结构的完整的底电极。该制备方法得到的褶皱结构电极能有效减少spp损耗，提高量子点发光二极管效率，而且此方法操作简单，无需复杂工艺，成本低，适用于大尺寸工业生产。

附图说明

图1为本发明实施例底电极制备过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

一方面，本发明实施例提供了一种量子点发光二极管，包括底电极和顶电极，以及设置在所述底电极和所述顶电极之间的量子点发光层，所述底电极与所述量子点发光层相对的表面呈褶皱结构，且所述底电极由金属材料组成。

本发明实施例提供的量子点发光二极管，通过在底电极(可以是阴极，也可以是阳极，当所述底电极为阳极时，所述顶电极为阴极；当所述底电极为阴极时，所述顶电极为阳极)的表面设置的褶皱结构，可有效减少spp损耗，提高器件光取出率。spp是一种自由电子和光子相互作用形成的导波模式，当spp波矢量小于发光层中出射光波矢量时，spp模式波矢量能被转化为光子辐射被提取，而褶皱结构的电极能够通过随机散射，使spp波产生动量损失，提高spp至光辐射的转化效率，减少spp损耗。

进一步地，所述底电极的厚度为45-260nm。更进一步地，当所述量子点发光二极管为底发射型量子点发光二极管时，底电极的厚度优选为45-85nm，当所述量子点发光二极管为顶发射型量子点发光二极管时，底电极的厚度优选为100-260nm。具体在制备的时候，可以先将金属材料沉积在基底上，然后退火处理，得到厚度为30-60nm、表面呈褶皱结构的第一金属电极层，然后在所述第一金属电极层上沉积厚度为15-25nm或70-200nm的第二金属电极层。

底电极厚度选择的原理为：先沉积的第一金属电极层的厚度可选择在30-60nm，如果厚度太小金属膜无法产生表面起伏较大的褶皱结构，无法起到有效的随机散射作用来减少spp损耗；而过厚的薄膜会使金属薄膜趋于热力学稳定状态，难以在热处理过程中发生不规则团聚形成褶皱结构。因第一金属电极层的厚度为30-60nm，且具有褶皱结构，很难形成具有完整功能的电极层，所以在第一金属电极层上可再沉积厚度为15-25nm的第二金属电极层，从而形成厚度为45-85nm的完整的底电极，该情况下的底电极相对较薄，可以适合于底发射型量子点发光二极管。

然而，由于第一金属电极层褶皱结构的存在，使沉积薄膜容易呈岛状生长，这样容易存在电极孔隙，电极孔隙会造成器件发光区域中黑斑的产生，同时还会增大器件中的漏电流。为了消除电极孔隙这个问题，使本发明实施例产生更好的效果，可在第一金属电极层上优选沉积厚度为70-200nm的第二金属电极层。沉积的第二金属电极层如果过薄可能还会存在孔隙；沉积过厚的第二金属电极层会造成整个器件厚度增加，同时增加时间和工艺成本。沉积厚度为70-200nm的第二金属电极层后得到的完整底电极的厚度为100-260nm，因该情况下的底电极由于过厚，已不适合于底发射型量子点发光二极管，只适合于顶发射型量子点发光二极管。该厚度下的底电极，不仅可以减少spp损耗，而且可以消除电极孔隙，因此，本发明实施例中，顶发射型量子点发光二极管的效果是最佳的。

更进一步地，所述金属材料包括al、ag和cu/pt合金中的至少一种。

更进一步，如所述底电极为阳极，所述顶电极为阴极；则所述阳极与所述量子点发光层之间还层叠设置有空穴注入层和空穴传输层，所述空穴注入层与所述阳极相邻；而所述阴极与所述量子点发光层之间还层叠设置有电子注入层和电子传输层，所述电子注入层与所述阴极相邻。如所述底电极为阴极，所述顶电极为阳极，亦可如此。

进一步地，所述量子点发光二极管为顶发射型量子点发光二极管或底发射型量子点发光二极管。因在底发射型和顶发射型的量子点发光二极管中都存在spp损耗，所以两者都适用。然而，顶发射型的器件中的spp损耗更严重，因为顶发射型的器件中通常在阴极、阳极都使用金属电极，而两个金属电极都会存在spp损耗，因此本实施例的量子点发光二极管优选为顶发射型量子点发光二极管。但是，正如上述所述，如为底发射型量子点发光二极管，底电极的厚度为50-80nm；如为顶发射型量子点发光二极管，底电极的厚度为100-260nm。

另一方面，本发明实施例还提供了一种量子点发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

s01：提供基底；

s02：将金属材料沉积在所述基底上，然后进行退火处理，得到表面呈褶皱结构的第一金属电极层；再将所述金属材料沉积在所述第一金属电极层上，得到第二金属电极层；其中，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层组成所述底电极。

s03：在所述第二金属电极层上沉积量子点发光层，在所述量子点发光层上沉积顶电极。

上述制备方法得到量子点发光二极管中，所述底电极为阳极，所述顶电极为阴极；或者所述底电极为阴极，所述顶电极为阳极。

本发明实施例提供的量子点发光二极管的制备方法中，将制备电极的金属材料沉积在基底上，具体过程是：先沉积第一金属电极层，沉积在基底上的二维金属薄膜(即第一金属电极层)会处于热力学不稳定状态，金属材料会发生不规则团聚，类似于焊接中的“反润湿”，热处理可以加速这种不规则团聚情况；在基底上沉积了第一金属电极层后，高温快速退火，使金属发生不规则团聚，从而形成褶皱结构，然后在第一金属电极层上沉积第二金属电极层，得到带有褶皱结构的完整的底电极。该制备方法得到的褶皱结构电极能有效减少spp损耗，提高量子点发光二极管效率，而且此方法操作简单，无需复杂工艺，成本低，适用于大尺寸工业生产。

进一步地，上述步骤s01中，基板优选玻璃基板。

进一步地，上述步骤s02中：所述退火处理在惰性气体中进行。惰性气体可以为氮气、氦气、氖气等。更进一步地，所述退火处理的温度为500-80℃；所述退火处理的时间为2-6min。在该退火处理的条件下，可以更好地得到表面呈褶皱结构的底电极。

进一步地，上述步骤s02中，所述第一金属电极层的厚度为30-60nm，当所述量子点发光二极管为底发射型量子点发光二极管时，所述第二金属电极层的厚度为15-25nm；当所述量子点发光二极管为顶发射型量子点发光二极管时，所述第二金属电极层的厚度为70-200nm。关于底电极厚度的选择和沉积过程上面已经说明，这里不再做阐述。另外，本发明实施例的金属材料包括al、ag和cu/pt合金中的至少一种。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种量子点发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

利用真空蒸镀技术在玻璃基底上沉积30-60nm的ag金属膜即第一金属电极层(如图1中的金属膜1)。将沉积后的第一金属电极层在氮气保护下利用快速退火工艺在500-800℃退火2-6min，加速金属膜的团聚现象，形成如图1的褶皱结构，然后再蒸镀70-200nm的ag金属膜即第二金属电极层(如图1中的金属膜2)，两层金属膜(即第一金属电极层和第二金属电极层)作为器件阴极；之后在阴极上依次沉积器件其他发光层结构(如量子点发光层和阳极)。

实施例2

一种量子点发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

利用真空蒸镀技术在玻璃基底上沉积30-60nm的al金属膜即第一金属电极层(如图1中的金属膜1)。将沉积后的第一金属电极层在氮气保护下利用快速退火工艺在500-800℃退火2-6min，加速金属膜的团聚现象，形成如图1的褶皱结构，然后再蒸镀70-200nm的ag金属膜即第二金属电极层(如图1中的金属膜2)，两层金属膜(即第一金属电极层和第二金属电极层)作为器件阴极；之后在阴极上依次沉积器件其他发光层结构(如量子点发光层和阳极)。

实施例3

一种量子点发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

利用真空蒸镀技术在玻璃基底上沉积30-60nm的cu/pt金属膜即第一金属电极层(如图1中的金属膜1)。将沉积后的第一金属电极层在氮气保护下利用快速退火工艺在500-800℃退火2-6min，加速金属膜的团聚现象，形成如图1的褶皱结构，然后再蒸镀70-200nm的cu/pt金属膜即第二金属电极层(如图1中的金属膜2)，两层金属膜(即第一金属电极层和第二金属电极层)作为器件阴极，之后在阴极上依次沉积器件其他发光层结构(如量子点发光层和阳极)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。