CN106505158B - 一种量子点发光二极管器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种量子点发光二极管器件及其制备方法，所述器件依次包括衬底、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，其特征在于，所述衬底表面沉积有一减反层，所述减反层是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构。本发明通过在衬底表面沉积一由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的减反层；根据光的干涉原理，所述减反层可有效减少量子点发光层发出的光的反射，增加光的透射，从而达到增强量子点放光二极管器件的出光效率的目的；并且本发明通过对减反层表面进行微观织构化处理，可进一步增强量子点放光二极管器件的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种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。
QLED器件通常包括电极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。然而，在量子点发光二极管器件中，由于波导效应的损失，从发光层发出的光大部分只能在器件的内部传播，并被吸收掉，导致量子点发光二极管器件的出光效率低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
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器件及其制备方法，旨在解决现有的量子点器件中从发光层发出的光大部分只能在器件的内部传播，并被吸收掉，导致量子点发光二极管器件的出光效率低的问题。
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，所述衬底表面沉积有一减反层，所述减反层是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构。
较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述减反层表面为微观织构化表面。
较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述减反层的厚度为20-400nm。
较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物的折射率范围均为1-4。
较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述减反层中，靠近衬底表面的折射率大于远离衬底表面的折射率。
较佳地，所述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。
较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述量子点发光层的厚度为10-100nm。
较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述空穴传输层和电子传输层的厚度均为5-100nm。
一种量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：
A、先在含有底电极的衬底上沉积TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物作为减反层；
B、在减反层表面依次沉积空穴注入层和空穴传输层；
C、在空穴传输层表面沉积量子点发光层;
D、在量子点发光层表面沉积电子传输层;
E、在电子传输层表面沉积电子注入层;
F、在电子注入层表面制作顶电极。
较佳地，所述的量子点发光二极管器件的制备方法，其中，所述步骤A之后、步骤B之前还包括：
S、采用离子束刻蚀法、化学溶液刻蚀、物理喷砂法或等离子体刻蚀法中的一种方法对减反层表面进行微观织构化处理。
有益效果：本发明提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，其中，通过在衬底表面沉积一减反层，所述减反层是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构；根据光的干涉原理，所述减反层可有效减少量子点发光层发出的光的反射，增加光的透射，从而达到增强量子点放光二极管器件的出光效率的目的；并且本发明通过对减反层表面进行微观织构化处理，可进一步增强量子点放光二极管器件的出光效率。
附图说明
图1为本发明一种量子点发光二极管器件较佳实施例的第一结构示意图。
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30、空穴注入层40、空穴传输层50、量子点发光层60、电子传输层70、电子注入层80以及顶电极90，其中，所述衬底10表面沉积有一减反层20，所述减反层是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构。
具体地，在本发明中，所述衬底10为ITO玻璃，在沉积ITO前，先在玻璃衬底10上镀一层减反层20，所述减反层20是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构，所述TaON和TaOx中掺杂的元素可以为Si、Al、W、Cu、Au、Ag中的任意一种或多种。
所述TaON和TaOx是一种具有高介电性和高折射率的电材料，当采用TaON/TaOx的叠层结构作为减反层时，可有效减少光的反射，增强光的透射，从而提高量子点发光二极管的出光效率。
下面将以TaON/TaOx形成的减反层为例对本发明方案做进一步的讲解：
在本发明中，如图1所示，为了进一步增强量子点发光二极管器件的出光效率，对减反层表面进行微观织构化处理，使减反层表面形成微观织构化表面；优选地，比如通过等离子刻蚀方法进行微观织构化处理，即利用Ar离子在减反层表面进行轰击，使减反层表面留下纳米级或微米级的坑，增加其表面粗糙度，形成微观织构化表面。
相对于平滑表面，微观织构化表面可有效减少光的反射，增加光的透射，从而提高量子点发光二极管的出光效率。
进一步，本发明采用电子回旋共振等离子体法沉积TaON/TaOx叠层结构作为减反层，所述的减反层叠层结构顺序可以但不限于TaON/TaOx，也就是说可以先在衬底上沉积TaON薄膜层，再沉积TaOx薄膜层；也可以先在衬底上沉积TaOx薄膜层，再沉积TaON薄膜层；
进一步，在本发明中，所述TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物的折射率范围均为1-4，且在减反层中，靠近衬底表面的薄膜折射率要大于远离衬底表面的薄膜折射率，其折射率差值控制在0.5以内；例如，当减反层的叠层结构顺序为TaON/TaOx，则NTaON>NTaOx；优选地，当TaON的折射率为2.5时，TaOx的折射率为2.2。通过控制TaON和TaOx的折射率可以有效增强光的透射，从而提高量子点发光二极管器件的出光效率。
进一步，在本发明中，所述减反层的厚度为20-400nm；优选地，将所述减反层中的TaON薄膜层和TaOx薄膜层的厚度均设置为入射光波长的1/4倍，例如当入射光为蓝光时，其波长为440nm，则可沉积TaON/TaOx厚度为100nm/100nm。本发明可通过控制减反层厚度，达到使两束反射光程差是入射光波长的nπ倍（n为基数），从而减少反射，增强光的透射，以达到增强器件出光的目的。
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。
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；所述量子点发光层的厚度为10-100nm；优选地，在本发明提供的量子点发光二极管器件中，所述空穴传输层的厚度设置为30nm，所述电子传输层的厚度设置为30nm，所述量子点发光层的厚度为50nm；在该厚度值时，所述空穴传输层和电子传输层的导电性能最佳，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。
基于上述一种量子点发光二极管器件，本发明还提供一种量子点发光二极管器件的制备方法，其中包括步骤：
一种量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：
S100、先在含有底电极的衬底上沉积TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物作为减反层；
S200、在减反层表面依次沉积空穴注入层和空穴传输层；
S300、在空穴传输层表面沉积量子点发光层;
S400、在量子点发光层表面沉积电子传输层;
S500、在电子传输层表面沉积电子注入层;
S600、在电子注入层表面制作顶电极。
较佳地，所述步骤S100之后、步骤S200之前还包括：
S、采用离子束刻蚀法、化学溶液刻蚀、物理喷砂法或等离子体刻蚀法中的一种对减反层表面进行微观织构化处理。
较佳地，在本发明中，利用电子回旋共振等离子体方法沉积氧化钽/氮氧化钽，该方法沉积的薄膜致密性好，折射率高，沉积速率快，适用于作为减反层；优选地，采用离子束刻蚀对减反层表面进行处理形成微观织构化表面，进一步提升器件出光率；
进一步，空穴注入层、空穴传输层和电子传输层可以通过打印、旋涂及喷涂等溶液法或者真空蒸镀、溅射及化学气相沉积等真空方法制备；量子点发光层可通过旋涂、打印及喷涂等方法实现；顶电极则可用化学气相沉积（CVD）、磁控溅射、溶胶-凝胶法等实现。
下面通过具体实施例，对本发明方案作进一步的讲解：
实施例1
将玻璃衬底刷洗干净，于异丙醇溶液超声振荡清洗3次，最后用去离子水漂洗后吹干，放入ECR设备真空上料室，送入ECR反应腔室，抽真空，直到真空度达到3×10-4pa便可开始进行沉积。设置工艺参数：第一步，沉积TaON薄膜30nm，微波功率Coil功率为400W，电流为2.7A；衬底偏压功率设为300W，气体流量设置为Ar：O2：N2=20：0.5：1.5，单位：sccm，衬底倾斜角度设为30°，时间为240s。挡板关上，先进行预沉积，采用相同的工艺参数沉积60s，完后打开挡板沉积240s，在玻璃表面镀上一层厚度约30nm的TaON薄层，完后抽真空300s进行下步；第二步，沉积TaOx薄膜20nm，微波功率Coil功率为500W，电流为2.7A；衬底偏压功率设为300W，气体流量设置为Ar：O2：N2=20sccm：2sccm：0sccm，衬底倾斜角度设为30°，时间为160s，关上挡板进行预沉积60s，再打开挡板沉积160s，在TaON薄膜上镀厚度为20nm的TaOx，形成TaON/TaOx叠层减反膜。
镀完减反层，通过转移腔室中机械手，将样品送至IBE真空腔室，待真空达到3×10-4pa，设置参数，射频功率设为180W，Grid61电压为-525V，Grid62电压为100V，气体流量Ar：O2=18:0，单位sccm，衬底倾斜角度为65°，时间为15s，检查无误后点击开始，便完成了减反层表面微观织构化。
实施例2
将玻璃衬底刷洗干净，放异丙醇溶液超声振荡清洗3次，最后用去离子水漂洗后吹干，放入ECR设备真空上料室，送入ECR反应腔室，抽真空，直到真空度达到3×10-4pa便可开始进行沉积。设置工艺参数：第一步，沉积TaON薄膜30nm，微波功率Coil功率为400W，电流为2.7A；衬底偏压功率设为300W，气体流量设置为Ar：O2：N2=20：0.5：1.5，单位：sccm，衬底倾斜角度设为30°，时间为240s。挡板关上，先进行预沉积，采用相同的工艺参数沉积60s，完后打开挡板沉积240s，在玻璃表面镀上一层厚度约30nm的TaON薄层，完后抽真空300s进行下步；第二步，沉积TaOx薄膜50nm，微波功率Coil功率为500W，电流为2.7A；衬底偏压功率设为300W，气体流量设置为Ar：O2：N2=20sccm：2sccm：0sccm，衬底倾斜角度设为30°，时间为400s，关上挡板进行预沉积60s，再打开挡板沉积160s，在TaON薄膜上镀厚度为50nm的TaOx，形成TaON/TaOx叠层减反膜。
镀完减反层，通过转移腔室中机械手，将样品送至IBE真空腔室，待真空达到3×10-4pa，设置参数，射频功率设为180W，Grid61电压为-525V，Grid62电压为100V，气体流量Ar：O2=18:0，单位sccm，衬底倾斜角度为65°，时间为15s，检查无误后点击开始，便完成了减反层表面微观织构化。
实施例3
将玻璃衬底刷洗干净，放异丙醇溶液超声振荡清洗3次，最后用去离子水漂洗后吹干，放入ECR设备真空上料室，送入ECR反应腔室，抽真空，直到真空度达到3×10-4pa便可开始进行沉积。设置工艺参数：第一步，沉积TaON薄膜30nm，微波功率Coil功率为400W，电流为2.7A；衬底偏压功率设为300W，气体流量设置为Ar：O2：N2=20：0.5：1.5，单位：sccm，衬底倾斜角度设为30°，时间为240s。挡板关上，先进行预沉积，采用相同的工艺参数沉积60s，完后打开挡板沉积240s，在玻璃表面镀上一层厚度约30nm的TaON薄层，完后抽真空300s进行下步；第二步，沉积TaOx薄膜70nm，微波功率Coil功率为500W，电流为2.7A；衬底偏压功率设为300W，气体流量设置为Ar：O2：N2=20sccm：2sccm：0sccm，衬底倾斜角度设为30°，时间为560s，关上挡板进行预沉积60s，再打开挡板沉积160s，在TaON薄膜上镀厚度为70nm的TaOx，形成TaON/TaOx叠层减反膜。
镀完减反层，通过转移腔室中机械手，将样品送至IBE真空腔室，待真空达到3×10-4pa，设置参数，射频功率设为180W，Grid61电压为-525V，Grid62电压为100V，气体流量Ar：O2=18:0，单位sccm，衬底倾斜角度为65°，时间为15s，检查无误后点击开始，便完成了减反层表面微观织构化。
综上所述，本发明提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，其中，通过在衬底表面沉积一减反层，所述减反层是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构；根据光的干涉原理，所述减反层可有效减少量子点发光层发出的光的反射，增加光的透射，从而达到增强量子点放光二极管器件的出光效率的目的；并且本发明通过对减反层表面进行微观织构化处理，可进一步增强量子点放光二极管器件的出光效率。
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。
Claims (10)
1.一种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，其特征在于，所述衬底与所述底电极之间设有一减反层，所述减反层是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构；
所述叠层结构中，由TaON或其掺杂物形成的层结构靠近所述衬底一侧。
2.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述减反层表面为微观织构化表面。
3.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述减反层的厚度为20-400nm。
4.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物的折射率范围均为1-4。
5.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述减反层中，靠近衬底表面的折射率大于远离衬底表面的折射率。
6.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，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。
7.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述量子点发光层的厚度为10-100nm。
8.根据权利要求1所述的量子点发光二极管器件，其特征在于，所述空穴传输层和电子传输层的厚度均为5-100nm。
9.一种量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供衬底，衬底上沉积TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物作为减反层，所述减反层是由TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物组成的叠层结构，所述叠层结构中，由TaON或其掺杂物形成的层结构靠近所述衬底一侧；
在减反层表面形成底电极；
在底电极表面沉积空穴注入层；
在空穴注入层表面沉积空穴传输层；
在空穴传输层表面沉积量子点发光层；
在量子点发光层表面沉积电子传输层；
在电子传输层表面沉积电子注入层；
在电子注入层表面制作顶电极。
10.根据权利要求9所述的量子点发光二极管器件的制备方法，其特征在于，所述在衬底上沉积TaON或其掺杂物和TaOx或其掺杂物作为减反层之后、所述在减反层表面形成底电极之前还包括：
采用离子束刻蚀法、化学溶液刻蚀、物理喷砂法或等离子体刻蚀法中的一种方法对减反层表面进行微观织构化处理。
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