表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件及其制備方法，自下而上包括基底上形成的陰極、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和陽(yáng)極，所述發(fā)光層制備于空穴傳輸層之上，由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成；金屬納米顆粒為金、銀和鉑中的一種或幾種，金屬納米顆粒大小20-100nm；量子點(diǎn)顆粒的大小是1-10nm；空穴傳輸層厚10-50nm,發(fā)光層厚5-30nm,電子傳輸層厚5-40nm；本發(fā)明利用金屬等離子共振峰與量子點(diǎn)發(fā)射波長(zhǎng)匹配，使得發(fā)射光增強(qiáng)，提高了器件的內(nèi)量子點(diǎn)效率和外量子效率，增加器件的發(fā)光效率，器件的能效大于5lm/W，發(fā)光亮度大于800cd/m2。制備方法簡(jiǎn)單易操作。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件領(lǐng)域，具體涉及一種表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件及其制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】
量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QD-LED)是使用量子點(diǎn)材料作為發(fā)光層應(yīng)用到有機(jī)或聚合物電致發(fā)光器件中的一種新型顯示器件。由于量子點(diǎn)的發(fā)射光譜半峰寬狹窄，并且隨著量子點(diǎn)尺寸大小的改變，光譜范圍也會(huì)發(fā)生位移，因而QD-LED器件不僅發(fā)光效率高，而且發(fā)光范圍可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍。因而，近幾年來(lái)，QD-LED器件的研究受到國(guó)內(nèi)外研究小組的廣泛關(guān)注。
[0003]表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件報(bào)導(dǎo)的比較少。一般來(lái)說(shuō)，激子會(huì)通過(guò)福射躍遷，非福射躍遷兩種方式裳減，在引入金屬納米顆粒后，由于在金屬顆粒周?chē)嬖诖罅康淖杂呻娮?，這些自由電子在激發(fā)光或者激發(fā)態(tài)熒光的誘導(dǎo)下產(chǎn)生表面等離子波。當(dāng)有機(jī)材料的發(fā)射波長(zhǎng)與表面等離子共振峰匹配時(shí)，會(huì)發(fā)生表面等離子共振。此時(shí)，激子會(huì)將一部分能量耦合到表面等離子中，這一過(guò)程比激子自發(fā)輻射的速率要快得多；同時(shí)，由于共振導(dǎo)致了熒光分子附近局域電場(chǎng)的增強(qiáng)，從而增大了態(tài)密度，結(jié)合Purcell的理論，激子的自發(fā)輻射速率與光子的態(tài)密度有關(guān)。引入金屬顆粒后激子的自發(fā)輻射速率會(huì)加快。因此，利用表面等離子提高發(fā)光二極管發(fā)光效率主要體現(xiàn)在內(nèi)量子效率以及外量子效率上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，利用金屬等離子共振峰與量子點(diǎn)發(fā)射波長(zhǎng)匹配，使得發(fā)射光增強(qiáng)，提高了器件的內(nèi)量子點(diǎn)效率和外量子效率，因而提高了器件的發(fā)光能效。自下而上包括基底上形成的陰極、空穴傳輸層，發(fā)光層，電子傳輸層和陽(yáng)極，所述發(fā)光層制備于空穴傳輸層之上，由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成。
[0007]金屬納米顆粒為金、銀和鉬中的一種或幾種,金屬納米顆粒大小20-100 nm。
[0008]量子點(diǎn)顆粒的大小是1-10 nm。
[0009]空穴傳輸層厚10-50 nm,發(fā)光層厚5-30 nm,電子傳輸層厚5-40 nm。
[0010]所述電子傳輸層是Zn0/Ti02復(fù)合納米顆粒結(jié)構(gòu)。
[0011]所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，包括如下步驟:
1)在透明導(dǎo)電玻璃基板形成的陰極上制備空穴傳輸層，并在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)0-40分鐘，燒結(jié)溫度100 — 200 0C ；
2)將量子點(diǎn)從油相轉(zhuǎn)過(guò)水相后，利用化學(xué)鍵與金屬納米顆粒結(jié)合，制備得到金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成的發(fā)光層；其中量子點(diǎn)顆粒的大小是1-10 nm,金屬顆粒大小20-100 nm。然后將發(fā)光層制備于空穴傳輸層之上,發(fā)光層與空穴傳輸層共同在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)0-40分鐘，燒結(jié)溫度60-200°C ;量子點(diǎn)利用化學(xué)鍵與金屬納米顆粒結(jié)合的溶液酸堿度條件為8-10 ；
3)將電子傳輸層制備于發(fā)光層之上，然后在氧氣中燒結(jié)0-40分鐘,燒結(jié)溫度60-200
V；
4)最后制備陽(yáng)極電極，電極材料為鋁、銀、金中的一種或幾種。
[0012]所述發(fā)光層中量子點(diǎn)為核殼結(jié)構(gòu)，核為硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、硫化鉛、硒化鉛中的一種或者幾種，殼為硫化鋅、硒化鋅中的一種。
[0013]所述電子傳輸層是Zn0/Ti02復(fù)合納米顆粒結(jié)構(gòu)。
[0014]發(fā)光層由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成，具體制備方法為:將量子點(diǎn)進(jìn)行配體交換后，使量子點(diǎn)外的配體從油溶性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?。將金屬納米顆粒放入水溶性的量子點(diǎn)溶液中，金屬納米顆粒與量子點(diǎn)的摩爾比為1:l(Tl:100，并調(diào)節(jié)溶液的pH值為8-10，攪拌時(shí)間超過(guò)30分鐘，形成金屬與量子點(diǎn)的復(fù)合顆粒。
[0015]器件的發(fā)光因表面等離子效應(yīng)具有增強(qiáng)作用，發(fā)光外量子效率提高，進(jìn)而發(fā)光總能效以及發(fā)光売度有所提聞。
[0016]有益效果
本發(fā)明提供的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，利用金屬等離子共振峰與量子點(diǎn)發(fā)射波長(zhǎng)匹配，使得發(fā)射光增強(qiáng)，提高了器件的內(nèi)量子點(diǎn)效率和外量子效率，增加器件的發(fā)光效率，器件的能效大于5 lm/W，發(fā)光亮度大于800 cd/m2。制備方法簡(jiǎn)單易操作。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖，其中:1 一陰極，2—空穴傳輸層，3—發(fā)光層,4一電子傳輸層,5—陽(yáng)極；
圖2是由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成的發(fā)光層結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
發(fā)光層由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成，具體制備方法為:將量子點(diǎn)進(jìn)行配體交換后，使量子點(diǎn)外的配體從油溶性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?。將金屬納米顆粒放入水溶性的量子點(diǎn)溶液中，金屬納米顆粒與量子點(diǎn)的摩爾比為1:l(Tl: 100，并調(diào)節(jié)溶液的pH值為8-10，攪拌時(shí)間超過(guò)30分鐘，形成金屬與量子點(diǎn)的復(fù)合顆粒。
[0019]實(shí)施例1
表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，如圖1所示，包括基底上形成的陰極1、空穴傳輸層2,發(fā)光層3,電子傳輸層4和陽(yáng)極5,陰極置于底層，由下至上分別是空穴傳輸層，發(fā)光層，無(wú)機(jī)納米顆粒電子傳輸層和陽(yáng)極，其中空穴傳輸層厚20nm，發(fā)光層厚30nm，無(wú)機(jī)納米顆粒電子傳輸層厚40nm，發(fā)光層由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成，量子點(diǎn)顆粒的大小是5 nm,金屬納米顆粒大小20 nm。所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件開(kāi)啟電壓2.6 V，發(fā)光能效大于5 lm/W，發(fā)光亮度大于800 cd/m2。
[0020]上述表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，包括如下步驟:
(I)在透明導(dǎo)電玻璃基板上制備空穴傳輸層PED0T，并在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)20分鐘，燒結(jié)
溫度150°C。[0021](2)將量子點(diǎn)從油相轉(zhuǎn)過(guò)水相后，利用化學(xué)鍵與金屬顆粒結(jié)合，制備得到金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成的發(fā)光層，溶液酸堿度為8，金屬納米顆粒與量子點(diǎn)的摩爾比為1:10，其中量子點(diǎn)顆粒的大小是5 nm,金屬顆粒大小20 nm。然后將發(fā)光層制備于空穴傳輸層之上，量子點(diǎn)為核殼結(jié)構(gòu)，核為硒化鎘，殼為硫化鋅。發(fā)光層與空穴傳輸層共同在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)20分鐘，燒結(jié)溫度200°C。
[0022](3)將Zn0/Ti02電子傳輸層制備于發(fā)光層之上,然后在氧氣中燒結(jié)20分鐘,燒結(jié)溫度200 °C。
[0023](4)最后制備陽(yáng)極電極，電極材料為鋁。
[0024]實(shí)施例2
表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，如圖1所示，包括基底上形成的陰極1、空穴傳輸層2,發(fā)光層3,電子傳輸層4和陽(yáng)極5,陰極置于底層，由下至上分別是空穴傳輸層，發(fā)光層，無(wú)機(jī)納米顆粒電子傳輸層和陽(yáng)極，其中空穴傳輸層厚50nm，金屬-量子點(diǎn)復(fù)合發(fā)光層厚20nm，無(wú)機(jī)顆粒電子傳輸層厚30 nm，發(fā)光層由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成，量子點(diǎn)顆粒的大小是5 nm,金屬納米顆粒大小50 nm。所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件開(kāi)啟電壓2.6 V，發(fā)光能效大于5 lm/W，發(fā)光亮度大于800 cd/m2。
[0025]上述表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，包括如下步驟:
(I)在透明導(dǎo)電玻璃基板上制備空穴傳輸層PED0T，并在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)時(shí)間15鐘，燒
結(jié)溫度200°C。
[0026](2)將量子點(diǎn)從油相轉(zhuǎn)過(guò)水相后，利用化學(xué)鍵與金屬顆粒結(jié)合，制備得到金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成的發(fā)光層，溶液酸堿度為9，金屬納米顆粒與量子點(diǎn)的摩爾比為1:100，其中量子點(diǎn)顆粒的大小是10 nm,金屬顆粒大小100 nm。然后將發(fā)光層制備于空穴傳輸層之上，量子點(diǎn)為核殼結(jié)構(gòu)，核為硫化鎘，殼為硫化鋅。發(fā)光層與空穴傳輸層共同在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)40分鐘，燒結(jié)溫度200°C。
[0027](3)將Zn0/Sn02電子傳輸層制備于發(fā)光層之上，將無(wú)機(jī)納米顆粒發(fā)光層在氧氣中燒結(jié)20分鐘，燒結(jié)溫度100 °C。
[0028](4)最后制備陽(yáng)極電極，電極材料為銀。
[0029]所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件開(kāi)啟電壓為2.6 V,能效大于5 lm/W,發(fā)光亮度大于800 cd/m2。
實(shí)施例3
表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，包括基底上形成的陰極、空穴傳輸層，量子點(diǎn)發(fā)光層，電子傳輸層和陽(yáng)極，陰極置于底層，由下至上分別是空穴傳輸層，發(fā)光層，無(wú)機(jī)納米顆粒電子傳輸層和陽(yáng)極，其中空穴傳輸層厚10 nm,量子點(diǎn)發(fā)光層厚30 nm,電子傳輸層厚40nm，發(fā)光層由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成，量子點(diǎn)顆粒的大小是5 nm,金屬納米顆粒大小100 nm。所述的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件開(kāi)啟電壓2.6 V，發(fā)光能效大于5 lm/ff,發(fā)光亮度大于800 cd/m2。
[0030]上述表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，包括如下步驟:
(I)在透明導(dǎo)電玻璃基板上制備空穴傳輸層PED0T，并在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)40分鐘，燒結(jié)
溫度100°C。
[0031](2)將量子點(diǎn)從油相轉(zhuǎn)過(guò)水相后，利用化學(xué)鍵與金屬顆粒結(jié)合，制備得到金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成的發(fā)光層，然后將發(fā)光層制備于空穴傳輸層之上，其中量子點(diǎn)顆粒的大小是5 nm,金屬納米顆粒大小100 nm，量子點(diǎn)為核殼結(jié)構(gòu)，核為碲化鎘，殼為硫化鋅。溶液酸堿度條件為10，金屬納米顆粒與量子點(diǎn)的摩爾比為1:50，金屬-量子點(diǎn)層制備之后在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)40分鐘，燒結(jié)溫度60°C。
[0032](3)將Ti02/Sn02電子傳輸層制備于量子點(diǎn)層之上,然后在氧氣中燒結(jié)40分鐘,燒結(jié)溫度60°C。
[0033](4)最后制備陽(yáng)極電極，電極材料為鋁。
【權(quán)利要求】
1.表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，自下而上包括基底上形成的陰極(I)、空穴傳輸層(2)、發(fā)光層(3)、電子傳輸層(4)和陽(yáng)極(5)，其特征在于:所述發(fā)光層(3)制備于空穴傳輸層(2)之上，由金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成。
2.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于:金屬納米顆粒為金、銀和鉬中的一種或幾種，金屬納米顆粒大小20-100 nm。
3.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于:量子點(diǎn)顆粒的大小是1-10 nm。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于:空穴傳輸層厚10-50 nm,發(fā)光層厚5-30 nm,電子傳輸層厚5-40 nm。
5.如權(quán)利要求4所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件，其特征在于:所述電子傳輸層是Zn0/Ti02復(fù)合納米顆粒結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求1所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)在透明導(dǎo)電玻璃基板形成的陰極上制備空穴傳輸層，并在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)0-40分鐘，燒結(jié)溫度100 — 200 0C ； 2)將量子點(diǎn)從油相轉(zhuǎn)過(guò)水相后，利用化學(xué)鍵與金屬納米顆粒結(jié)合，制備得到金屬納米顆粒與量子點(diǎn)復(fù)合而成的發(fā)光層；溶液酸堿度條件為8-10，其中量子點(diǎn)顆粒的大小是1-10nm,金屬顆粒大小20-100 nm,然后將發(fā)光層制備于空穴傳輸層之上,發(fā)光層與空穴傳輸層共同在氮?dú)猸h(huán)境下燒結(jié)0-40分鐘，燒結(jié)溫度60-200°C ； 3)將電子傳輸層制備于發(fā)光層之上，然后在氧氣中燒結(jié)0-40分鐘,燒結(jié)溫度60-200V； 4)最后制備陽(yáng)極電極，電極材料為鋁、銀、金中的一種或幾種。
7.權(quán)利要求6所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，其特征在于:所述發(fā)光層中量子點(diǎn)為核殼結(jié)構(gòu)，核為硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、硫化鉛、硒化鉛中的一種或者幾種，殼為硫化鋅、硒化鋅中的一種。
8.權(quán)利要求6所述的表面等離子體增強(qiáng)的量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的制備方法，其特征在于:所述電子傳輸層是Zn0/Ti02復(fù)合納米顆粒結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103840053SQ201410092711
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】陳靜, 雷威, 張曉兵 申請(qǐng)人:東南大學(xué)