[发明专利]多层量子点发光二极管及其制造方法

说明书

一种量子点(QD)发光二极管(QLED)器件具有多层有效发射区。该多层有效发射区具有与(n‑1)个量子势垒(QB)层交错的n个QD层，其中n是大于1的正整数，使得每个QB层都夹在两个相邻的QD层之间。

对相关申请的引用

本专利申请要求于2017年10月13日提交的美国临时专利申请62/572,056的权益，该临时专利申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本公开总体涉及量子点发光二极管，尤其涉及一种具有由多个交错量子点层和量子势垒层形成的具有很高的外部量子效率的有效发射区的发光二极管以及一种制造该发光二极管的方法。

背景技术

量子点(QD)是一种半导体纳米颗粒，是最近科学研究的主题。量子点是极小的纳米晶体半导体材料，其典型直径大约为2至10纳米。与块体材料相比，量子点具有许多独特的特点，例如色彩饱和度高、光谱窄、发射波长可调、耐用以及制造工艺简单(参见参考文献[1]至[10])，这使量子点成为一种很有前途的材料，可用于制造适合于各种应用(例如显示设备、激光器、数字看板、照明或灯光设备等)的发光二极管(LED)。量子点LED(QLED)因其高电致发光量子产率和针对高效电荷注入设计的器件结构而能够实现更高的能效。与其他类型的照明装置(例如白炽灯泡、荧光灯泡和有机LED(OLED))相比，QLED的使用寿命通常长得多。而且，随着能够对其大批量生产，QLED的成本也得以降低。

量子点利用半导体中的量子限制效应。当粒子的大小处于电子-空穴对的电子-空穴距离的尺度(也称为激子玻尔半径)时，会发生量子约束效应。在量子点中，晶体的尺寸与激子玻尔半径处于同一量级。如此小的尺寸意味着晶体处于离散能级，这可用无限势阱中的粒子能量来解释(也称为“盒中粒子”状态)。量子点的能级与其大小的关系可用公式(1)描述，该公式表示球形盒(在所有三个维度上的长度都相同)的带隙能量。

其中p＝1,2,…是能级指数，E_p是第p个能级的能量，h是普朗克常数，m是点电荷的有效质量，L是粒子半径。公式(1)表明能量E_p随量子点大小的变化(即L的变化)而变化，这是因为量子点中的激发与“盒中粒子”的表现类似。此外，公式(1)表明光(即，光子)的能量与其频率ν和普朗克常数因子h系数成正比。因此，改变量子点的大小能产生不同的波长，进而产生不同的颜色。

量子点溶液的发射光谱显现出30纳米至40纳米半峰全宽(FWHM)，具体取决于量子点胶体合成期间达到的单分散程度。较小的FWHM导致较高的色纯度，这对于发光应用很重要。此外，量子点可用于白光照明，而白光照明可按其色温和显色指数(CRI)进行评估。

对于发光体来说，核-壳型复合量子点表现出很吸引人的特性。已经证明，用较高带隙的无机材料包覆纳米晶体可通过钝化非辐射复合位点来提高光致发光量子产率。硒化镉/硫化锌(CdSe/ZnS)量子点结构表现出很高的量子产率(40％至60％)，这使其成为QLED发光体的良好候选者。除了高量子产率之外，核-壳型CdSe/ZnS颗粒还具有很窄的带边发射，因而横跨大部分可见光谱(从470到625纳米)。ZnS包覆颗粒比有机钝化点更坚固，对于光电器件结构可能更有用。电致发光器件(例如QLED)可将CdSe/ZnS点结合到发光器件中。这可在制造过程中显现出更高的稳定性。

另外，与裸露的CdSe量子点相比，CdSe/ZnS因表面钝化而寿命更长。总之，CdSe/ZnS因而量子产率高而具有更好地能效。可利用其核-壳结构实现高效的电荷注入以及更长的使用寿命。