量子点发光二极管器件及其制备方法与流程

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是涉及量子点发光二极管器件及其制备方法。

背景技术：

量子点发光二极管(qd-led)是使用量子点材料作为发光层，并将发光层应用到有机或聚合物电致发光器件中的一种新型显示器件。由于量子点的发射光谱半峰宽狭窄，并且随着量子点尺寸大小的改变，光谱范围也会发生位移，因而qd-led器件不仅发光效率高，而且发光范围可覆盖整个可见光谱范围。因而，近几年来，qd-led器件的研究受到国内外研究小组的广泛关注。

目前量子点发光二极管的性能，如外量子效率相对有机发光二极管是较低的，主要由于空穴层迁移率较电子层较低，因而空穴的注入速率较电子来说比较慢，电子与空穴注入不平衡。目前提高量子点发光二极管的性能主要是通过优化材料的特性来实现，但能带匹配的空穴层可选择的范围较窄。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，通过将碳纳米管作为新的空穴层代替传统的空穴注入层和空穴传输层，可以有效的解决空穴迁移率低、电子与空穴注入不平衡等问题。

本发明提供一种量子点发光二极管器件，包括：基板；第一电极，设于所述基板上；空穴层，垂直设于所述第一电极上，所述空穴层具有一侧壁；电子传输层，设于所述侧壁上；量子点层，设于所述电子传输层上；第二电极，设于所述电子传输层上。

进一步地，所述空穴由碳纳米管构成，通过离子气相沉积法沉积制得。

进一步地，所述碳纳米管长度为1～5um，直径为10～50nm。

进一步地，所述量子点层通过旋涂、喷墨或电镀量子点溶液形成；所述量子点层具有至少一量子点，所述量子点包括球核以及外壳，所述外壳包覆所述球核。

进一步地，所述球核的材料为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅或硒化铅中的任一种或多种组合；所述外壳的材料为硫化锌或硒化锌。

进一步地，所述电子传输层具有至少一氧化锌纳米线，所述氧化锌纳米线长度为1～5um，所述氧化锌纳米线直径为10～80nm；所述第二电极厚度为100～200nm。

本发明另一目的提供一种量子点发光二极管器件制备方法，包括：提供一基板；制备一第一电极于所述基板上；沉积至少一碳纳米管于所述第一电极上形成一空穴层；溅射氧化锌种子于所述空穴层的侧壁上，加热生长成氧化锌纳米线，并形成一电子传输层；制备一量子点溶液；将所述量子点溶液涂覆于所述氧化锌纳米线上，烧结形成一量子点层；制备一第二电极于所述电子传输层上。

进一步地，在制备所述量子点溶液的步骤中，包括：将第一量子点溶液溶解于非极性溶剂中；所述第一量子点溶液的浓度为10～30mg/ml。

进一步地，所述非极性溶剂为正己烷、正辛烷、环己烷、甲苯或三氧甲烷任意一种。

进一步地，在制备所述量子点溶液的步骤中，所述量子点溶液的浓度为10～20mg/ml；在将所述量子点溶液涂覆于所述氧化锌纳米线的步骤中，所述量子点溶液涂覆的次数为1～5次；在形成所述量子点层的步骤中，所述烧结温度为100～200℃。

本发明的有益效果是：本发明提出新型三维结构的量子点发光二极管器件，利用垂直型碳纳米管代替传统的空穴注入和传输层，并在所述碳纳米管的侧壁上生长氧化锌纳米线作为电子传输层，所述氧化锌纳米线表面覆盖量子点层。当空穴和电子分别从所述碳纳米管和氧化锌纳米线两端注入，由于存在异质结界面，电子和空穴不能复合；电子和空穴转移至量子点的导带和价带上，电子和空穴复合后，并产生光子；每个氧化锌纳米线都可以看作一个发光单元。本发明氧化锌纳米线的密度高，形成高光电流密度，极大的提高发光亮度，达到提高发光二极管器件的发光性能的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明提供的量子点发光二极管器件的结构示意图；

图2为本发明提供的量子点发光二极管器件的能带结构的结构示意图；

图3为本发明提供的空穴碳纳米管以及氧化锌纳米线结构的示意图。

量子点发光二极管器件100；

基板101；第一电极102；空穴层103；

电子传输层104；量子点层105；第二电极106。

具体实施方式

以下是各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可以用实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右、内、外、侧等，仅是参考附图式的方向。本发明提到的元件名称，例如第一、第二等，仅是区分不同的元部件，可以更好的表达。在图中，结构相似的单元以相同标号表示。

本文将参照附图来详细描述本发明的实施例。本发明可以表现为许多不同形式，本发明不应仅被解释为本文阐述的具体实施例。本发明提供这些实施例是为了解释本发明的实际应用，从而使本领域其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供一种量子点发光二极管器件100，包括：基板101、第一电极102、空穴层103、电子传输层104、量子点层105以及第二电极106。

所述基板101为柔性基板，用以支撑整个量子点发光二极管器件。所述基板101的材料为聚酰亚胺；所述聚酰亚胺材料烘干后具有柔性特性。

所述第一电极102设于所述基板101上；所述第一电极102为透明ito电极，也即是阳极。

当给所述量子点发光二极管器件通电的时候，所述第一电极102用以将电流消除电子，也即是增加电子“空穴”。

所述空穴层103垂直设于所述第一电极102上，所述空穴层103具有一侧壁；所述空穴层103由多根碳纳米管构成，可通过离子气相沉积法沉积制得。本发明通过将碳纳米管作为新的空穴层103取代了传统的空穴注入层和空穴传输层，将空穴传输至所述量子点层105。

所述碳纳米管稳定性好，可以高效率的将空穴传输至所述量子点层105，可以将所述空穴与电子数量平衡。

单根碳纳米管长度为1～5um，最优为3um，也可以为2um或4um。单根碳纳米管的直径为10～50nm，最优为30nm，也可以为20nm或40nm。(参见图3)

所述电子传输层104设于所述侧壁上，用以传输阴极而来的电子；所述电子传输层104具有至少一氧化锌纳米线，并且密度要高，用以加强发光(参见图3)。所述氧化锌纳米线通过氧化锌种子在水溶条件下生长得到。

单根氧化锌纳米线长度为1～5um，最优为3um，也可以为2um或4um。所述氧化锌纳米线直径为10～80nm，最优为40nm，也可以为20nm、30nm、50nm或60nm。(参见图3)

所述量子点层105设于所述电子传输层104上；所述量子点层105在外界电场的作用下发出红光或者绿光。

所述量子点层105通过旋涂、喷墨或电镀方法制备。

具体地，如果通过旋涂方法，通过将量子点配制成量子点溶液旋涂于所述电子传输层104上，并烧结。所述旋涂速率1000～4000rpm/min，最优为2500rpm/min，也可以为1500rpm/min或3000rpm/min；所述烧结时间30～40秒，所述烧结温度100～200度。所述量子点溶液过浓会造成多层量子点膜形成，过稀则会造成单层覆盖度不满。

若是通过喷墨打印发制备单层膜，则将量子点溶液直接喷墨打印于所述电子传输层104，并烘干。所述烘干温度100～200度。

若是采用电镀法制备，则所述电镀的电压范围0～100v，烘干温度100～200度。

所述旋涂、喷墨、电镀量子点溶液制备方法至少重复1～5次，即形成1～5层的量子点膜。

所述量子点溶液的浓度为10～20mg/ml，最优为15mg/ml，也可以为12mg/ml或18mg/ml。

所述量子点层105具有至少一量子点，所述量子点包括球核以及外壳，所述外壳包覆所述球核。

所述球核的材料为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅或硒化铅中的任一种或多种组合；所述外壳的材料为硫化锌或硒化锌。

所述第二电极106设于所述电子传输层104上，所述第二电极106为阴极，当所述量子点发光二极管内有电流流通时，所述阴极会将电子注入电路。

最后给所述量子点发光二极管器件100外加电场，即可发出红光或绿光。

本发明的量子点发光二极管器件采用用垂直型碳纳米管代替传统的空穴注入和传输层，并在所述碳纳米管侧壁上生长氧化锌纳米线作为电子传输层104，所述氧化锌纳米线表面覆盖量子点层105。当空穴和电子分别从所述碳纳米管和氧化锌纳米线两端注入，并在所述量子点层105产生光子，所述每个氧化锌纳米线线都可以看作一个发光单元。

本发明还提供了一种量子点发光二极管器件制备方法，包括如下步骤s1～s7。

s1、提供一基板101；所述基板101为柔性基板，用以支撑整个量子点发光二极管。所述基板101的材料为聚酰亚胺；所述聚酰亚胺材料烘干后具有柔性特性。

s2、制备一第一电极102于所述基板101上；所述第一电极102为透明ito电极，也即是阳极。

当给所述量子点发光二极管通电的时候，所述第一电极102用以将电流消除电子，也即是增加电子“空穴”。

s3、沉积至少一碳纳米管于所述第一电极102上形成一空穴层103，并在氮气环境下烧结20分钟，烧结温度150度；所述空穴层103具有一侧壁。

单根碳纳米管长度为1～5um，最优为3um，也可以为2um或4um。单根碳纳米管的直径为10～50nm，最优为30nm，也可以为20nm或40nm。

s4、溅射氧化锌种子于所述空穴层103的侧壁上，加热生长成氧化锌纳米线，并形成一电子传输层104；所述加热温度为95℃。

单根氧化锌纳米线长度为1～5um，最优为3um，也可以为2um或4um。所述氧化锌纳米线直径为10～80nm，最优为40nm，也可以为20nm、30nm、50nm或60nm。

s5、制备一量子点溶液；所述量子点溶液的浓度为10～20mg/ml，最优为15mg/ml，也可以为12mg/ml或18mg/ml。

在所述制备一量子点溶液步骤中，包括：

将第一量子点溶液溶解于非极性溶剂中；所述非极性溶剂为正己烷、正辛烷、环己烷、甲苯、三氧甲烷任意一种溶剂。

所述第一量子点溶液的浓度为10～30mg/ml

s6、将所述量子点溶液涂覆于所述氧化锌纳米线上，烧结形成一量子点层105；

在将所述量子点溶液涂覆于所述氧化锌纳米线步骤中，所述量子点溶液涂覆的次数为1～5次。

具体地，如果通过旋涂方法，通过将量子点配制成量子点溶液旋涂于所述电子传输层104上，并烘干。所述旋涂速率1000～4000rpm/min；所述烘干时间30～40秒，所述烧结温度100～200度。所述量子点溶液过浓会造成多层量子点膜形成，过稀则会造成单层覆盖度不满。

若是通过喷墨打印发制备单层膜，则将量子点溶液直接喷墨打印于所述电子传输层104，并烘干。所述烧结温度100～200度。

若是采用电镀法制备，则所述电镀的电压范围0～100v，烧结温度100～200度。

所述旋涂、喷墨、电镀量子点溶液制备方法至少重复1～5次，即形成1～5层的量子点膜。

所述量子点溶液包括绿光量子点溶液或红光量子点溶液，制备的时候根据需要即可。

s7、制备一第二电极106于所述电子传输层104上。所述第二电极106设于所述电子传输层104上，所述第二电极106为阴极，当所述量子点发光二极管内有电流流通时，所述阴极会将电子注入电路。

最后给量子点发光二极管外加电压为2.5v，即可发光，颜色为红光或绿光；发光亮度大于5000cd/m2，所述量子点发光二极管器件100效率大于5cd/a。

本发明采用新型三维结构，采用垂直型碳纳米管代替传统的空穴注入和传输层，并在所述碳纳米管的侧壁上生长氧化锌纳米线作为电子传输层104，所述氧化锌纳米线表面覆盖量子点层105。

如图2所示，当所述空穴层103的空穴和所述电子传输层104的电子分别从所述碳纳米管和氧化锌纳米线两端注入，由于存在异质结界面，电子和空穴不能复合；电子和空穴转移至量子点的导带和价带上，电子和空穴复合后，产生光子；所述量子点层105的每个氧化锌纳米线都可以看作一个发光单元。并且本发明氧化锌纳米线的密度较高(参见图3)，形成高光电流密度，极大的提高发光亮度，达到提高器件性能的目的。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。