一种量子点发光二极管及其制备方法与流程

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种量子点发光二极管及其制备方法。

背景技术：

量子点作为一种典型的无机纳米晶体，其具有发光颜色随粒径可调、高色纯、长寿命、易分散且量子点产率高等优点，非常适合制备高性能显示器件。此外，由于量子点的制备工艺通常是采用溶液法制备，制备好的量子点可分散于溶剂中配置成量子点溶液，非常适合采用旋涂、印刷、打印等方式制备成膜，有利于大面积加工制备。如采用喷墨打印的方式将量子点墨水沉积在特定位置形成精密像素薄膜结构，且非常适合制备大尺寸彩色qled显示屏。因此，量子点发光二级管（qled）被普遍认为是下一代显示技术的极具潜力的竞争者，有望应用于新一代高色域、低功耗的新型显示领域。

目前，传统的qled器件主要是借鉴了oled器件结构，包括顶电极和底电极、量子点发光层和在两个电极与量子点之间添加的各种功能层，这些功能层包括空穴注入、空穴传输、电子注入、电子传输层等。在外加电压的激发下，载流子（电子和空穴）通过两端电极和各功能层进入量子点发光层进行复合形成激子，复合后激子通过辐射跃迁的方式释放能量，从而实现发光。

近年来，通过对量子点材料能级结构的调控以及qled器件结构的不断优化，现有红绿蓝量子点的器件效率已经接近oled水平，促使了qled技术实现大规模商业化的可能性。然而，现有qled器件结构本身会给器件性能带来一些不利的影响，如量子点发光层发热和稳定性问题，其热源主要来源于两方面。第一、量子点自身缺陷态的非辐射复合以及量子点间界面的电阻效应产生的焦耳热。第二、来源于量子点层中未出射的光子的再吸收所释放的热能等。量子点发光层产生的热能如不及时的向外界释放，会造成量子点自身发生物理或化学变化，从而影响器件的性能，如降低其发光效率乃至猝灭，减缓其使用寿命等，这成为了制约了量子点真正实现商业化的关键因素之一。

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层的散热效率较低，导致量子点发光二极管使用寿命短、发光效率低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种量子点发光二极管，包括阴极、阳极以及设置在所述阴极和阳极之间的量子点发光层，其中，所述量子点发光层材料为由量子点材料和介孔材料组成的复合材料。

一种量子点发光二极管的制备方法，其中，包括步骤：

提供一种阳极基板，在所述阳极基板表面制备量子点发光层，所述量子点发光层材料为由量子点材料和介孔材料组成的复合材料；

在所述量子点发光层表面制备阴极，制得量子点发光二极管；

或者，提供一种阴极基板，在所述阴极基板表面制备量子点发光层，所述量子点发光层材料为由量子点材料和介孔材料组成的复合材料；

在所述量子点发光层表面制备阳极，制得量子点发光二极管。

有益效果：本发明通过将量子点材料和介孔材料组成的复合材料作为量子点发光层材料，所述量子点材料可进入到介孔材料的介孔中，这不仅可以保持量子点材料原有的发光性能，还可以有效地保护量子点免受外来环境的影响；同时，介孔材料的高热传导率和介孔结构特点还可以提高量子点发光层的散热效率，能及时、有效地将量子点发光层产生的热能传递至外界，显著降低了量子点发光二极管的工作温度，有助于减缓量子点发光二极管的衰减，从而提高其工作寿命。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中提供的一种量子点发光二极管的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的一种量子点发光二极管的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种量子点发光二极管及其制备方法，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。

量子点发光二极管有多种形式，且所述量子点发光二极管分为正式结构和反式结构，所述反式结构的量子点发光二极管可包括从下往上层叠设置的衬底、阴极、量子点发光层以及阳极。而本发明的具体实施方式中将主要以如图1所示的正式结构的量子点发光二极管为实施例进行介绍。

具体地，如图1所示，所述量子点发光二极管包括从下往上层叠设置的衬底10、阳极20、量子点发光层30以及阴极40，其中，所述量子点发光层材料为由量子点材料和介孔材料组成的复合材料。

介孔材料是指孔径介于2-50nm的一类多孔材料，其具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调以及高热传导率等特点。本实施例将量子点材料和介孔材料组成的复合材料作为量子点发光层材料，所述量子点材料可负载在介孔材料的介孔中，这不仅可以保持量子点材料原有的发光性能，还可以有效地保护量子点材料免受外来环境的影响；同时介孔材料的高热传导率和介孔结构特点还可以提高量子点发光层的散热效率，能及时、有效地将量子点发光层产生的热能传递至外界，显著降低了量子点发光二极管的工作温度，有助于减缓量子点发光二极管的衰减，从而提高量子点发光二极管的工作寿命。

在一种优选的实施方式中，所述介孔材料的孔径为2-20nm。由于量子点材料的尺寸通常为2-20nm，若介孔材料的孔径小于2nm，则量子点材料不能进入介孔材料内部（介孔中），即介孔材料不能包覆量子点材料，从而不能有效地保护量子点材料免受外界环境的干扰；若介孔材料的孔径大于20nm，则一个介孔材料中可能会混有多个量子点材料，从而可能造成量子点材料不能较好的分散在介孔材料内部，导致量子点材料的发光性能降低。本实施例优选介孔材料的孔径为2-20nm，既能够保护量子点材料免受外界环境的干扰，又能够保持量子点材料原有的发光性能不受影响。

优选的，所述介孔材料的粒径为2-100um，在该粒径范围内，所述介孔材料便于包覆量子点材料，从而避免量子点材料免受外界环境的干扰。

优选的，所述介孔材料的热传导率大于或等于300wm^-1k^-1，只有当所述介孔材料具有较高的热传导率时，才能够保证量子点发光层产生的热量能够快速有效的传递至外界，显著降低量子点发光二极管的工作温度，有助于减缓量子点发光二极管的衰减，从而提高量子点发光二极管的工作寿命。

更优选的，所述介孔材料选自氮化硼、氮化铝和氧化铍等中的一种或多种，但不限于此。

优选的，所述量子点材料选自ii-vi族化合物、iii-v族化合物和i−iii−vi族化合物中的一种或多种，但不限于此。更优选的，所述ii-vi族化合物选自cdse、cds、cdte、znse、zns、cdte、znte；cdzns、cdznse、cdznte、znses、znsete、zntes、cdses、cdsete、cdtes；cdznses、cdznsete和cdznste中的一种或多种，但不限于此；所述iii-v族化合物选自inp、inas、gap、gaas、gasb、aln、alp、inasp、innp、innsb、gaalnp和inalnp中的一种或多种，但不限于此；所述i−iii−vi族化合物选自cuins2、cuinse2和agins2中的一种或多种，但不限于此。

优选的，所述量子点发光层的厚度为30-120纳米。

优选的，所述阳极材料选自ito、fto或zto中的一种，但不限于此。更优选的，所述阳极的厚度为20-150nm。

优选的，所述阴极材料选自ag、mo、al、cu和au中的一种或多种，但不限于此。更优选的，所述阴极的厚度为60-130nm。

在一种优选的实施方式中，所述阳极和量子点发光层之间还设置有空穴功能层，所述空穴功能层为空穴注入层和/或空穴传输层。优选的，所述量子点发光二极管包括从下往上层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层以及阴极，其中，所述量子点发光层材料为由量子点材料和介孔材料组成的复合材料。

更优选的，本实施例中，所述空穴注入层材料选自peodt：pss、moo3、woo3、nio、hatcn、cuo、v2o5和cus等中的一种或多种，但不限于此。所述空穴注入层厚度优选为20-150nm。

更优选的，本实施例中，所述空穴传输层材料可以为小分子有机物，也可以为高分子导电聚合物。具体的，所述空穴传输层材料选自tfb、pvk、poly-tbp、poly-tpd、npb、tcta、tapc、cbp、peodt：pss、moo3、woo3、nio、cuo、v2o5和cus等中的一种或多种，但不限于此。

在一种优选的实施方式中，所述量子点发光层和阴极之间还设置有电子功能层，所述电子功能层为电子注入层和/或电子传输层。优选的，所述量子点发光二极管包括从下往上层叠设置的衬底、阳极、量子点发光、电子传输层以及阴极，其中，所述量子点发光层材料为由量子点材料和介孔材料组成的复合材料。

优选的，本实施例中，所述电子传输层材料选自zno、sno、znsno、zro、alzno、tio2、alq3、taz、tpbi、pbd、bcp、bphen和csco3中的一种或多种，但不限于此。更优选的，所述电子传输层的厚度为10-120nm。

本发明还提供一种如图1所示量子点发光二极管的制备方法的实施例，具体包括以下步骤：

提供一衬底，在所述衬底上制备阳极；

在所述阳极表面制备量子点发光层，所述量子点发光层材料为由量子点材料和介孔材料组成的复合材料；

在所述量子点发光层表面制备阴极，制得量子点发光二极管。

优选的，本实施例中，所述量子点发光层材料的制备方法包括如下步骤：

将介孔材料分散在非极性溶剂中制得介孔材料溶液，在惰性气体氛围下对所述介孔材料溶液进行加热回流处理；

将量子点材料分散在非极性溶剂中制得量子点溶液，将所述量子点溶液与所述经过加热回流处理的介孔材料溶液混合，得到混合溶液；

在惰性气体氛围下对所述混合溶液进行加热处理使得所述混合溶液中的溶剂挥发完全，制得所述量子点发光层材料。

在一种优选的实施方式中，将介孔材料分散在非极性溶剂中进行浸泡和活化，制得介孔材料溶液；然后在惰性气氛下，以60-200℃的温度对所述介孔材料溶液进行加热回流处理10min-48h。本实施例利用介孔材料在高温下易溶胀，低温下易收缩的性质，对所述介孔材料溶液加热回流处理。在60-200℃的温度下处理10min-48h，可使所述介孔材料充分溶胀，从而有利于量子点材料充分进入到介孔材料的介孔中。

优选的，所述非极性溶剂为正己烷、正戊烷和正己烷中的一种或多种，但不限于此。

在一种优选的实施方式中，将量子点溶液与所述经过加热回流处理的介孔材料溶液混合，得到混合溶液。优选的，所述量子点溶液的浓度为0.1-100mg/ml。优选的，所述介孔材料溶液的浓度为1-10mg/ml。更优选的，所述混合溶液中，介孔材料与量子点材料的质量比为500-50:1，在该比例范围内，有利于所述量子点材料充分进入到介孔材料的介孔中。

在一种优选的实施方式中，在惰性气体氛围下对所述混合溶液进行加热处理使得所述混合溶液中的溶剂挥发完全，所述加热温度为60-200℃。在惰性气氛下对混合溶液进行加热，可有效保护量子点材料，避免量子点材料被氧化；在该加热过程中，所述混合溶液中的溶剂逐渐挥发殆尽，将剩下的产物置于真空烘箱中干燥，可制得量子点材料与介孔材料的复合物，即量子点发光层材料。

进一步地，在本实施例中，各层制备方法可以是化学法或物理法，其中化学法包括但不限于化学气相沉积法、连续离子层吸附与反应法、阳极氧化法、电解沉积法、共沉淀法中的一种或多种；物理法包括但不限于溶液法（如旋涂法、印刷法、刮涂法、浸渍提拉法、浸泡法、喷涂法、滚涂法、浇铸法、狭缝式涂布法或条状涂布法等）、蒸镀法（如热蒸镀法、电子束蒸镀法、磁控溅射法或多弧离子镀膜法等）、沉积法（如物理气相沉积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法等）中的一种或多种。

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种量子点发光二极管，如图2所示，包括从下往上层叠设置的衬底10、阳极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以及阴极70，其中，所述量子点发光层材料为cdse/cds量子点和氮化硼组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光层材料的制备方法包括步骤：

1）、将1g粒径为20~50um，孔径大小为8~10nm的六方相氮化硼分散在150ml正己烷中进行浸泡和活化，得到氮化硼溶液，然后在惰性气体气氛，100^oc下对所述氮化硼溶液加热回流8h；

2）、将20mg平均粒径为6nm的cdse/cds量子点分散在正己烷溶剂中，得到cdse/cds溶液。接着，将cdse/cds溶液加入到所述氮化硼溶液中，撤掉回流装置，继续在100^oc下加热，直到溶剂完全挥发。最后将产物置于真空烘箱下干燥处理12h，即可得到由cdse/cds量子点和氮化硼组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光二极管的制备方法包括步骤：

1）、在衬底上制备ito阳极，所述阳极厚度为100nm；

2）、在所述阳极表面沉积pedot:pss作为空穴注入层，厚度为40nm；

3）、在空穴注入层表面沉积tfb作为空穴传输层，厚度为80nm；

4）、在空穴传输层表面沉积所述由cdse/cds量子点和氮化硼组成的复合材料作为量子点发光层，厚度为100nm；

5）、在所述量子点发光层表面沉积zno作为电子传输层，厚度为60nm；

6）、在所述电子传输层表面沉积al作为阴极，厚度为50nm，制得所述量子点发光二极管。

实施例2

一种量子点发光二极管，包括从下往上层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及阴极，其中，所述量子点发光层材料为cdse/cds量子点和氮化铝组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光层材料的制备方法包括步骤：

1）、将1g粒径为20~50um，孔径大小为8~10nm的氮化铝分散在150ml正己烷中进行浸泡和活化，得到氮化铝溶液，然后在惰性气体气氛，100^oc下对所述氮化铝溶液加热回流8h；

2）、将20mg平均粒径为6nm的cdse/cds量子点分散在正己烷溶剂中，得到cdse/cds溶液。接着，将cdse/cds溶液加入到所述氮化铝溶液中，撤掉回流装置，继续在100^oc下加热，直到溶剂完全挥发。最后将产物置于真空烘箱下干燥处理12h，即可得到由cdse/cds量子点和氮化铝组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光二极管的制备方法包括步骤：

1）、在衬底上制备ito阳极，所述阳极厚度为100nm；

2）、在所述阳极表面沉积pedot:pss作为空穴注入层，厚度为40nm；

3）、在空穴注入层表面沉积tfb作为空穴传输层，厚度为80nm；

4）、在空穴传输层表面沉积所述由cdse/cds量子点和氮化铝组成的复合材料作为量子点发光层，厚度为100nm；

5）、在所述量子点发光层表面沉积zno作为电子传输层，厚度为60nm；

6）、在所述电子传输层表面沉积al作为阴极，厚度为50nm，制得所述量子点发光二极管。

实施例3

一种量子点发光二极管，如图所示，包括从下往上层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及阴极，其中，所述量子点发光层材料为inp/zns量子点和氮化硼组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光层材料的制备方法包括步骤：

1）、将1g粒径为20~50um，孔径大小为8~10nm的六方相氮化硼分散在150ml正己烷中进行浸泡和活化，得到氮化硼溶液，然后在惰性气体气氛，100^oc下对所述氮化硼溶液加热回流8h；

2）、将20mg平均粒径为6nm的inp/zns量子点分散在正己烷溶剂中，得到inp/zns溶液。接着，将inp/zns溶液加入到所述氮化硼溶液中，撤掉回流装置，继续在100^oc下加热，直到溶剂完全挥发。最后将产物置于真空烘箱下干燥处理12h，即可得到由inp/zns量子点和氮化硼组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光二极管的制备方法包括步骤：

1）、在衬底上制备ito阳极，所述阳极厚度为100nm；

2）、在所述阳极表面沉积pedot:pss作为空穴注入层，厚度为40nm；

3）、在空穴注入层表面沉积tfb作为空穴传输层，厚度为80nm；

4）、在空穴传输层表面沉积所述由inp/zns量子点和氮化硼组成的复合材料作为量子点发光层，厚度为100nm；

5）、在所述量子点发光层表面沉积zno作为电子传输层，厚度为60nm；

6）、在所述电子传输层表面沉积al作为阴极，厚度为50nm，制得所述量子点发光二极管。

实施例4

一种量子点发光二极管，包括从下往上层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及阴极，其中，所述量子点发光层材料为inp/zns量子点和氮化铝组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光层材料的制备方法包括步骤：

1）、将1g粒径为20~50um，孔径大小为8~10nm的氮化铝分散在150ml正己烷中进行浸泡和活化，得到氮化铝溶液，然后在惰性气体气氛，100^oc下对所述氮化铝溶液加热回流8h；

2）、将20mg平均粒径为6nm的inp/zns量子点分散在正己烷溶剂中，得到inp/zns溶液。接着，将inp/zns溶液加入到所述氮化铝溶液中，撤掉回流装置，继续在100^oc下加热，直到溶剂完全挥发。最后将产物置于真空烘箱下干燥处理12h，即可得到由inp/zns量子点和氮化铝组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光二极管的制备方法包括步骤：

1）、在衬底上制备ito阳极，所述阳极厚度为100nm；

2）、在所述阳极表面沉积pedot:pss作为空穴注入层，厚度为40nm；

3）、在空穴注入层表面沉积tfb作为空穴传输层，厚度为80nm；

4）、在空穴传输层表面沉积所述由inp/zns量子点和氮化铝组成的复合材料作为量子点发光层，厚度为100nm；

5）、在所述量子点发光层表面沉积zno作为电子传输层，厚度为60nm；

6）、在所述电子传输层表面沉积al作为阴极，厚度为50nm，制得所述量子点发光二极管。

实施例5

一种量子点发光二极管，包括从下往上层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及阴极，其中，所述量子点发光层材料为cdse/cds量子点和氮化铝组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光层材料的制备方法包括步骤：

1）、将1g粒径为20~50um，孔径大小为8~10nm的氧化铍分散在150ml正己烷中进行浸泡和活化，得到氮化铝溶液，然后在惰性气体气氛，100^oc下对所述氧化铍溶液加热回流8h；

2）、将20mg平均粒径为6nm的cdse/cds量子点分散在正己烷溶剂中，得到cdse/cds溶液。接着，将cdse/cds溶液加入到所述氧化铍溶液中，撤掉回流装置，继续在100^oc下加热，直到溶剂完全挥发。最后将产物置于真空烘箱下干燥处理12h，即可得到由cdse/cds量子点和氧化铍组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光二极管的制备方法包括步骤：

1）、在衬底上制备ito阳极，所述阳极厚度为100nm；

2）、在所述阳极表面沉积pedot:pss作为空穴注入层，厚度为40nm；

3）、在空穴注入层表面沉积tfb作为空穴传输层，厚度为80nm；

4）、在空穴传输层表面沉积所述由cdse/cds量子点和氧化铍组成的复合材料作为量子点发光层，厚度为100nm；

5）、在所述量子点发光层表面沉积zno作为电子传输层，厚度为60nm；

6）、在所述电子传输层表面沉积al作为阴极，厚度为50nm，制得所述量子点发光二极管。

实施例6

一种量子点发光二极管，包括从下往上层叠设置的衬底、阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及阴极，其中，所述量子点发光层材料为inp/zns量子点和氮化铝组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光层材料的制备方法包括步骤：

1）、将1g粒径为20~50um，孔径大小为8~10nm的氧化铍分散在150ml正己烷中进行浸泡和活化，得到氮化铝溶液，然后在惰性气体气氛，100^oc下对所述氧化铍溶液加热回流8h；

2）、将20mg平均粒径为6nm的inp/zns量子点分散在正己烷溶剂中，得到inp/zns溶液。接着，将inp/zns溶液加入到所述氧化铍溶液中，撤掉回流装置，继续在100^oc下加热，直到溶剂完全挥发。最后将产物置于真空烘箱下干燥处理12h，即可得到由inp/zns量子点和氧化铍组成的复合材料。

本实施例中，所述量子点发光二极管的制备方法包括步骤：

1）、在衬底上制备ito阳极，所述阳极厚度为100nm；

2）、在所述阳极表面沉积pedot:pss作为空穴注入层，厚度为40nm；

3）、在空穴注入层表面沉积tfb作为空穴传输层，厚度为80nm；

4）、在空穴传输层表面沉积所述由inp/zns量子点和氧化铍组成的复合材料作为量子点发光层，厚度为100nm；

5）、在所述量子点发光层表面沉积zno作为电子传输层，厚度为60nm；

6）、在所述电子传输层表面沉积al作为阴极，厚度为50nm，制得所述量子点发光二极管。

综上所述，本发明提供一种量子点发光二极管。本发明通过将量子点材料和介孔材料组成的复合材料作为量子点发光层材料，所述量子点材料可进入到介孔材料的介孔中，这不仅可以保持量子点材料原有的发光性能，还可以有效地保护量子点免受外来环境的影响；同时，介孔材料的高热传导率和介孔结构特点还可以提高量子点发光层的散热效率，能及时、有效地将量子点发光层产生的热能传递至外界，显著降低了量子点发光二极管的工作温度，有助于减缓量子点发光二极管的衰减，从而提高其工作寿命。

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。