[發明專利]基于碳量子點的載流子注入式藍光和白光LED及制作方法

無效

• 申請號: 201410161181.6
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103915553A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 張宇;王鶴林;張曉宇;于偉泳;王一丁;張鐵強;王國光
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50;H01L33/48;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明涉及新型材料在照明領域的應用。提出采用碳量子點作為LED發光層，利用碳量子點具有多種發光中心的特性，通過結構設計，給出基于碳量子點載流子注入式藍光和白光LED結構及其制作方法。

背景技術

近幾年，隨著全球能源危機以及人們節能環保意識的逐步增強，大量節能環保材料走進了我們的生活。發光二極管（Light-Emitting?Diode，簡寫LED）具有耗能低、產熱少、壽命長等優點，正逐步取代傳統的照明材料，成為新一代的照明光源。

傳統LED主要使用稀土材料或有機材料作為發光材料。半導體量子點是一種新型的LED發光材料，與傳統的LED發光材料相比，具有發光效率更高、使用壽命更長、顏色的純度更好等優勢。相較于傳統發光材料制備的LED，量子點LED具有發光顏色可調性，通過調整量子點的尺寸或激發條件，從而實現發光波長的調整，使得量子點的發光波長可覆蓋所有可見光波段。然而，如今應用于量子點LED的主要是重金屬元素量子點，如硫化鎘（CdS）、硒化鎘（CdSe）、硒化鉛（PbSe）、銻化汞（HgTe）、硫化鉛（PbS）等。顯現出價格昂貴、毒性大、污染環境等缺點，限制了它的普及應用。

為了克服以上所述問題，本文提出碳量子點（Carbon?Quantum?Dots，簡寫CDs）作為LED的發光層材料，其不但具備傳統半導體量子點的發光性能，如光飽和度高、壽命長等優勢，而且具備無毒、制備成本低、綠色環保等獨有優勢，此外，碳量子點是一種依賴于激發波長的發光層材料，具有多種發光中心。

經查找發現，目前已有使用碳量子點作為熒光粉發光材料的報道，例如專利201310030487.3和201310030487.3中將碳量子點熒光粉涂覆在藍光LED（如氮化鎵LED）上，使碳量子點熒光粉光致發光，專利201310267381.5將碳量子點發光粉末置于發光層上或與發光層中發光材料混合，通過發光層中其它發光材料發光作為碳量子點激發源，實現碳量子點熒光粉末發光。但是，使用碳量子點作為LED電致發光層材料，通過結構設計，實現載流子注入式藍光和白光LED及制作方法，國內外未見有相關報道。

發明內容

為了克服傳統量子點LED材料的重金屬污染、毒性大、價格昂貴等缺點，本發明提出采用無毒環保、均勻性好、色飽和度高、成本低廉的碳量子點作為LED發光材料，設計基于碳量子點的載流子注入式藍光和白光LED。

本發明是采用如下技術方案實現的，結合附圖說明如下：

1、基于碳量子點的載流子注入式藍光和白光LED及制作方法，以3.3nm碳量子點作為發光層，通過控制器件的電子遷移層和陰極的厚度及材料，實現載流子注入發光層，從而得到碳量子點的電致發光。其結構包括：導電玻璃（Indium?Tin?Oxides，簡寫ITO）薄膜的襯底1；聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)，簡寫PEDOT:PSS）空穴注入層2；聚三苯胺（Poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzi，簡寫Poly-TPD））空穴遷移層3；碳量子點發光層4；氧化鋅（ZnO）納米晶或1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯（1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene，簡寫TPBi））電子遷移層5；氟化鋰和鋁雙層電極（LiF/Al）或鋁電極（Al）陰極6。

2、基于碳量子點的載流子注入式藍光和白光LED及制作方法，基于碳量子點的載流子注入式LED的具體制備方法如下：

第一步、制備碳量子點；

第二步、將帶有ITO薄膜的玻璃襯底1，進行超聲凈洗和紫外線處理；

第三步、通過旋涂的方法將PEDOT:PSS溶液沉積在ITO電極上；

第四步、將滿足能級匹配要求的空穴遷移層旋涂在PEDOT:PSS空穴注入層2上；

第五步、將碳量子點溶液旋涂在空穴遷移層3上；

第六步、加熱退火后，通過熱蒸鍍或旋涂的方法，將滿足能級匹配要求的電子遷移層5沉積到碳量子點薄膜4上；

第七步、在器件表面熱蒸鍍電極6。