一种高效率发光二极管

技术领域:

本发明涉及发光二极管的制作领域，具体为一种通过非周期性纳米结构掺杂剂提高发光二极管发光效率的方法，适用于包含发光层和透明电极结构的各类电致发光二极管。

背景技术：
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发光二极管在显示和照明领域具有日益广泛的应用。透明电极是发光二极管的重要组成部分，对发光二极管的光外耦合和电荷注入均具有至关重要的影响，从而显著影响器件的发光效率。现有技术主要针对单一性能的改善，例如：采用具有微纳结构或内部散射结构的透明基底提高光外耦合的效率，采用化学掺杂剂提高透明电极的功函数与电导率从而促进电荷注入。然而，如何同时改善两方面的性能，实现发光效率的大幅提升仍是本领域亟待解决的难题。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种高效率发光二极管，该方法在透明电极与发光层之间引入非周期性纳米结构掺杂剂，通过非周期性纳米结构掺杂剂同时改善透明电极的光外耦合效率和电荷注入效率，从而大幅提升发光二极管的发光效率。

本发明的技术方案是：

一种高效率发光二极管，在透明电极与发光层之间引入非周期性纳米结构掺杂剂，通过非周期性纳米结构掺杂剂同时改善透明电极的光外耦合效率和电荷注入效率，从而提升发光二极管的发光效率：在透明电极的表面形成非周期性纳米结构掺杂剂，利用其非周期性的纳米结构减少出射光的全内反射，从而提高发光二极管的出光率；同时，利用掺杂剂的表面电荷转移作用对透明电极进行掺杂以改善其功函数，从而提高电极的电荷注入效率。

所述的高效率发光二极管，掺杂剂为无机物、有机物或者两者的组合，包括但不局限于酸、氧化物、氯化物、碱金属的有机物、高分子聚合物之一种或两种以上。

所述的高效率发光二极管，掺杂剂具有高的透光率，透光率范围为80～100％。

所述的高效率发光二极管，掺杂剂在透明电极表面形成非周期性的纳米起伏结构，其高度范围为1～1000纳米。

所述的高效率发光二极管，优选的，非周期性的纳米起伏结构高度范围为20～100纳米。

所述的高效率发光二极管，掺杂剂的掺杂原理为表面电荷转移，即将掺杂剂与透明电极的表面接触后，两者之间产生电荷转移，从而对透明电极材料进行掺杂；掺杂类型为p型或n型。

所述的高效率发光二极管，在透明电极表面形成非周期性纳米结构掺杂剂的方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、印刷、喷涂、溶液浸泡、刮涂、提拉、旋涂之一或两种以上的组合。

所述的高效率发光二极管，透明电极材料为无机物或有机物，包括但不局限于石墨烯、碳纳米管或导电聚合物。

所述的高效率发光二极管，透明电极采用转移、沉积或涂覆的方法形成于透明基底表面，透明基底材料为刚性或柔性，包括但不局限于玻璃、石英或者柔性透明有机物。

本发明的设计思想是：

本发明采用非周期性纳米结构掺杂剂，将非周期性纳米结构的光提取作用与掺杂剂的电荷转移作用有机结合，实现对发光二极管发光过程的光电共调制，从而同时提高透明电极的光外耦合效率与电荷注入效率。

本发明的特点及有益效果是：

1.本发明突破了现有方法仅改善单一性能的局限，实现了透明电极的光外耦合效率和电荷注入效率的同步提高，从而大幅提升发光二极管的发光效率。

2.本发明所述方法与发光二极管的制作工艺兼容性高。

附图说明:

图1为实施例1中发光二极管为底发光结构示意图。图中，101透明基底，102单层石墨烯，103非周期性纳米结构掺杂剂，104发光层，105铝薄膜。

具体实施方式:

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

如图1所示，本实施例中，发光二极管为底发光结构，阳极采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)透明基底101表面的单层石墨烯102作为透明电极。在阳极与发光层104之间使用非周期性纳米起伏结构掺杂剂103，该掺杂剂的成分是双(三氟甲磺酰基)酰胺或其它高透光率为80～100％的p型掺杂剂，阴极采用铝薄膜105(其厚度为100纳米)，铝薄膜105位于发光层104之上。依次在单层石墨烯阳极表面形成双(三氟甲磺酰基)酰胺的非周期性纳米起伏结构(其高度为10纳米)、发光层和铝薄膜阴极。双(三氟甲磺酰基)酰胺的非周期性纳米起伏结构同时提高发光层在阳极一侧的出光率和阳极向发光层的空穴注入效率，该发光二极管的外量子效率达到27％。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

本实施例中，发光二极管为顶发光结构，采用玻璃透明基底表面的铝薄膜(其厚度为120纳米)作为底部的透明阴极，采用碳纳米管薄膜(其厚度为8纳米)作为顶部的透明阳极。依次在铝薄膜阴极表面形成发光层、双(三氟甲磺酰基)酰胺的非周期性纳米起伏结构(其高度为30纳米)和碳纳米管薄膜透明阳极，该发光二极管的外量子效率为20％。

实施例3

与实施例1不同之处在于：

本实施例中，发光二极管为全透明结构，阳极采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)透明基底表面的单层石墨烯作为透明电极，阴极采用碳纳米管薄膜(其厚度为10纳米)。依次在单层石墨烯阳极表面形成双(三氟甲磺酰基)酰胺的非周期性纳米起伏结构(其高度为15纳米)、发光层和碳纳米管薄膜透明阴极，该发光二极管的外量子效率为29％。

实施例结果表明，本发明方法在透明电极与发光层之间引入非周期性纳米结构掺杂剂，通过非周期性纳米结构掺杂剂同时改善透明电极的光外耦合效率和电荷注入效率，从而提升发光二极管的发光效率。其中，“非周期性”的含义及其所起的作用是指其不具有周期性的排列结构，从而不对出射光产生特定方向的光增强或造成其光谱的偏移。该方法工艺简单，与发光二极管的制作工艺兼容性高，为发展高性能发光二极管提供了有效的技术途径。

技术特征：

1.一种高效率发光二极管，其特征在于，在透明电极与发光层之间引入非周期性纳米结构掺杂剂，通过非周期性纳米结构掺杂剂同时改善透明电极的光外耦合效率和电荷注入效率，从而提升发光二极管的发光效率：在透明电极的表面形成非周期性纳米结构掺杂剂，利用其非周期性的纳米结构减少出射光的全内反射，从而提高发光二极管的出光率；同时，利用掺杂剂的表面电荷转移作用对透明电极进行掺杂以改善其功函数，从而提高电极的电荷注入效率。

2.按照权利要求1所述的高效率发光二极管，其特征在于，掺杂剂为无机物、有机物或者两者的组合，包括但不局限于酸、氧化物、氯化物、碱金属的有机物、高分子聚合物之一种或两种以上。

3.按照权利要求1所述的高效率发光二极管，其特征在于，掺杂剂具有高的透光率，透光率范围为80～100％。

4.按照权利要求1所述的高效率发光二极管，其特征在于，掺杂剂在透明电极表面形成非周期性的纳米起伏结构，其高度范围为1～1000纳米。

5.按照权利要求4所述的高效率发光二极管，其特征在于，优选的，非周期性的纳米起伏结构高度范围为20～100纳米。

6.按照权利要求1所述的高效率发光二极管，其特征在于，掺杂剂的掺杂原理为表面电荷转移，即将掺杂剂与透明电极的表面接触后，两者之间产生电荷转移，从而对透明电极材料进行掺杂；掺杂类型为p型或n型。

7.按照权利要求1所述的高效率发光二极管，其特征在于，在透明电极表面形成非周期性纳米结构掺杂剂的方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、印刷、喷涂、溶液浸泡、刮涂、提拉、旋涂之一或两种以上的组合。

8.按照权利要求1所述的高效率发光二极管，其特征在于，透明电极材料为无机物或有机物，包括但不局限于石墨烯、碳纳米管或导电聚合物。

9.按照权利要求1所述的高效率发光二极管，其特征在于，透明电极采用转移、沉积或涂覆的方法形成于透明基底表面，透明基底材料为刚性或柔性，包括但不局限于玻璃、石英或者柔性透明有机物。

技术总结
本发明涉及发光二极管的制作领域，具体为一种通过非周期性纳米结构掺杂剂提高发光二极管发光效率的方法。该方法在透明电极与发光层之间引入非周期性纳米结构掺杂剂，通过非周期性纳米结构掺杂剂同时改善透明电极的光外耦合效率和电荷注入效率，从而提升发光二极管的发光效率：在透明电极的表面形成非周期性纳米结构掺杂剂，利用其非周期性的纳米结构减少出射光的全内反射，从而提高发光二极管的出光率；同时，利用掺杂剂的表面电荷转移作用对透明电极进行掺杂以改善其功函数，从而提高电极的电荷注入效率。该方法工艺简单，与发光二极管的制作工艺兼容性高，为发展高性能发光二极管提供了有效的技术途径。

技术研发人员：马来鹏;任文才;杜金红;张鼎冬;成会明
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2019.10.14
技术公布日：2021.04.30