CN108447998A - 量子点发光器件及制备方法、量子点发光显示装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种量子点发光器件及其制备方法、以及QLED显示装置，涉及显示技术领域。该量子点发光器件包括：第一电极和第二电极；位于所述第一电极和所述第二电极之间的量子点发光层；位于所述量子点发光层与所述第一电极之间的第一空穴传输层；位于所述第一空穴传输层与所述第一电极之间的空穴注入层；位于所述量子点发光层与所述第二电极之间的电子传输层；以及位于所述电子传输层与所述量子点发光层之间且嵌入至所述量子点发光层中的填充层。本公开可有效的阻止漏电，从而达到降低电流密度的效果。
Description
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种量子点发光器件及其制备方法、以及量子点发光显示装置。
背景技术
随着量子点技术的深入发展，量子点的稳定性以及发光效率不断提升，QLED(Quantum Dot Light Emitting Diode，量子点电致发光二极管)在显示领域的应用前景也日渐光明。在QLED的发展前期，仅以量子点发光层材料代替有机发光层材料，但仍保留有机空穴传输层和有机电子传输层，这样形成的器件结构效率偏低。高效的QLED器件始于采用TiO2纳米粒子或者ZnO纳米粒子作为电子传输层，这样可使QLED的效率达到EQE(ExternalQuantum Efficiency，外量子效率)10％以上。
但是，由于纳米粒子的成膜性较差，因此纳米粒子膜中难以避免针孔(pinhole)的产生，而且含有多层纳米粒子膜的QLED器件中由于pinhole的存在容易产生漏电，从而导致电流密度偏大，约高出OLED(Organic Light Emitting Diode，有机电致发光二极管)一个数量级以上，这就使得QLED器件的效率以及寿命均会受到影响。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种量子点发光器件及其制备方法、以及量子点发光显示装置，以用于解决现有QLED器件由于纳米粒子膜中有pinhole而造成的容易漏电的问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种量子点发光器件，包括：
第一电极和第二电极；
位于所述第一电极和所述第二电极之间的量子点发光层；
位于所述量子点发光层与所述第一电极之间的第一空穴传输层；
位于所述第一空穴传输层与所述第一电极之间的空穴注入层；
位于所述量子点发光层与所述第二电极之间的电子传输层；
以及位于所述电子传输层与所述量子点发光层之间且嵌入至所述量子点发光层中的填充层。
本公开的一种示例性实施例中，所述填充层包括第二空穴传输层。
本公开的一种示例性实施例中，所述第二空穴传输层的材料的能级与所述第一空穴传输层的材料的能级匹配。
本公开的一种示例性实施例中，第二空穴传输层的材料的能级在位于第一空穴传输层的材料的能级与量子点材料的能级之间。
所述第二空穴传输层的材料与所述第一空穴传输层的材料相同。
本公开的一种示例性实施例中，所述填充层的厚度小于5nm。
本公开的一种示例性实施例中，所述电子传输层包括由纳米粒子构成的传输层薄膜，所述纳米粒子包括二氧化钛纳米粒子、氧化锌纳米粒子、镁掺杂氧化锌纳米粒子或者铝掺杂氧化锌纳米粒子。
根据本公开的一个方面，提供一种量子点发光二极管显示装置，包括阵列排布的如上的量子点发光器件。
根据本公开的一个方面，提供一种量子点发光器件的制备方法，包括：
在衬底基板上方依次形成第一电极、空穴注入层、第一空穴传输层、以及量子点发光层；
在所述量子点发光层上方形成填充层，以使所述填充层嵌入至所述量子点发光层中；
在所述填充层上方依次形成电子传输层和第二电极。
本公开的一种示例性实施例中，所述在所述量子点发光层上方形成第二空穴传输层包括：
采用旋涂工艺在所述量子点发光层上方形成厚度小于5nm的第二空穴传输层。
本公开的一种示例性实施例中，所述第二空穴传输层的材料的能级与所述第一空穴传输层的材料的能级匹配。
本公开的一种示例性实施例中，第二空穴传输层的材料的能级在位于第一空穴传输层的材料的能级与量子点材料的能级之间。
本公开的一种示例性实施例中，所述第二空穴传输层的材料与所述第一空穴传输层的材料相同。
本公开的一种示例性实施例中，所述电子传输层包括由纳米粒子构成的传输层薄膜，所述纳米粒子包括二氧化钛纳米粒子或者、氧化锌纳米粒子、镁掺杂氧化锌纳米粒子或者铝掺杂氧化锌纳米粒子。
本公开示例性实施方式所提供的量子点发光器件及其制备方法、以及QLED显示装置，通过在发光层与电子传输层之间额外增加一嵌入至发光层中的填充层，由于填充材料溶液的流动性，形成该填充层的过程中实现对纳米粒子膜中产生的pinhole的填补，这样能够有效的阻止漏电，从而达到降低电流密度的效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出相关技术中量子点发光器件的结构示意图；
图2示意性示出本公开示例性实施例中量子点发光器件的结构示意图；
图3示意性示出本公开示例性实施例中量子点发光器件的制备方法流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
图1示出了相关技术中的量子点发光器件的结构示意图。由图可知，该量子点发光器件可以包括阳极101、空穴注入层102、空穴传输层103、量子点发光层104、纳米ZnO电子传输层105、以及阴极106。其中，量子点发光层104和纳米ZnO电子传输层105均采用纳米粒子成膜。考虑到纳米粒子的成膜性较差，其中难免产生pinhole，而且包含多层纳米粒子膜的QLED器件容易产生漏电，由此变化导致电流密度偏大，从而影响QLED器件的效率以及使用寿命。
基于此，相关文献中报道过采用空穴传输材料与量子点材料共混涂膜的方法来提高成膜性能，但这种方法会导致比较严重的相分离以及量子点聚集等问题，而且需要仔细调配量子点与不同空穴传输材料的比例，其操作过程较为繁杂。
本示例实施方式提供了一种量子点发光器件，如图2所示，该量子点发光器件20可以包括：相对设置的第一电极201和第二电极202，位于第一电极201和第二电极202之间的量子点发光层203，位于量子点发光层203与第一电极201之间的第一空穴传输层204，位于第一空穴传输层204与第一电极201之间的空穴注入层207，位于量子点发光层203与第二电极202之间的电子传输层205，以及位于量子点发光层203与电子传输层205之间且嵌入至量子点发光层203中的填充层206。
其中，所述量子点发光层203可以包括由量子点材料构成的量子点层薄膜，该量子点层薄膜中不可避免的会产生pinhole，所述填充层206可用于填平量子点发光层203中产生的pinhole，例如在采用旋涂工艺制备填充层206时可基于填充层材料溶液的流动性而实现其填平效果。
本公开示例性实施方式所提供的量子点发光器件，通过在量子点发光层203与电子传输层205之间额外增加一嵌入至量子点发光层中的填充层206，以在形成该填充层206的过程中实现对量子点发光层203中产生的pinhole的填补，这样能够有效的阻止漏电，从而达到降低电流密度的效果。
本示例实施方式中，所述填充层206可以包括第二空穴传输层，即采用空穴传输材料所形成的填充层。
基于此，该第二空穴传输层可与第一空穴传输层204共同包覆在量子点发光层203的周围，以提高量子点材料与空穴传输材料的接触面积，从而提高空穴的注入效率，同时由于空穴传输材料具有较高的LUMO值，其具有一定的电子阻挡作用，因此可以起到平衡空穴/电子注入的效果。此外，部分空穴/电子对会在该第二空穴传输层与电子传输层205的界面复合，该部分能量可以通过FRET(荧光共振能量转移)转移至量子点发光层203，从而不会影响QLED器件的效率。荧光共振能量转移指在两个不同的荧光基团中，如果一个荧光基团(供体Donor)的发射光谱与另一个基团(受体Acceptor)的吸收光谱有一定的重叠，当这两个荧光基团间的距离合适时(一般小于)，就可观察到荧光能量由供体向受体转移的现象。这样一来，该量子点发光器件便可从降低电流密度和平衡空穴/电子注入两个方面提高QLED器件的效率，且该量子点发光器件的实现方案简单、操作性强，而且不会引入相分离或者量子点聚集等其它问题。
可选的，第二空穴传输层206与第一空穴传输层204可以采用能级匹配的材料或者相同的材料，例如均可用来做空穴传输材料，例如PVK(Polyethylene carbazole，聚乙烯咔唑)，Poly-TPD poly[N,N‘-bis(4-butylphenyl)-N,N’-bis(phenyl)benzidine]聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]和TFB Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4′-(N-(4-butylphenyl)diphenylamine)][9,9’-二辛基芴-共聚-N-(4-丁基苯基)-二苯胺)]n等，这样便可形成空穴传输材料包覆量子点发光材料的结构，从而有助于提高空穴注入效率。第二空穴传输层206的材料与第一空穴传输层204的材料的能级匹配是指第二空穴传输层材料的能级(HOMO)最好位于第一空穴传输层与量子点的HOMO能级之间，这样，有利于空穴注入量子点，例如第一空穴传输层材料为TFB，第二空穴传输层材料为PVK)。或者，第二空穴传输层材料可与第一空穴传输层材料相同；与不使用平坦化层相比，使用平坦化层可增加空穴传输层与量子点的接触面积，增加空穴注入。
在此基础上，第二空穴传输层206与第一空穴传输层204还可以采用相同的材料，例如均可以采用PVK(Polyethylene carbazole，聚乙烯咔唑)的甲苯溶液，这样一来，只需配置同一份材料即可实现两层膜层的制备，从而能够达到简化工艺制程的效果。
本示例实施方式中，填充层206的厚度可以小于5nm。需要说明的是：这里的厚度是指填充层206填补量子点发光层203中的pinhole之后的厚度。其中，该填充层206的厚度例如可以通过调节填充层材料的浓度以及旋涂转速的方法而进行控制。基于此，该填充层206可在填补pinhole的同时起到平坦化的作用，从而有利于后续膜层的制备。
本示例实施方式中，所述电子传输层205可以包括由纳米粒子构成的传输层薄膜，其中的纳米粒子可以为二氧化钛(TiO2)纳米粒子或者氧化锌(ZnO)纳米粒子、镁掺杂氧化锌纳米粒子以及铝掺杂氧化锌纳米粒子中的一种或多种，该电子传输层205例如可以为ZnO纳米粒子的乙醇溶液，且该ZnO纳米粒子的粒径不大于5nm。由于电子传输层205与量子点发光层203均采用纳米粒子形成的膜层，其成膜性不佳才容易产生pinhole，本实施例在二者之间增加由空穴传输材料形成的第二空穴传输层206，便可填补量子点发光层203中的pinhole，以达到平坦化的效果。
本示例实施方式中，所述空穴注入层207例如可以采用PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))薄膜，该空穴注入层207的设置有助于进一步提升空穴注入效果。
本示例实施方式还提供了一种QLED显示装置，包括阵列排布的多个如上的量子点发光器件；其中，多个量子点发光器件的第一电极201或者第二电极202可以为一体化结构。
这样一来，该QLED显示装置不仅能够提高外量子效率，还能提高空穴注入效率以平衡空穴/电子注入的效果，且实现方案简单、操作性强，而且不会引入相分离或者量子点聚集等其它问题。
本示例实施方式还提供了一种量子点发光器件的制备方法，如图3所示，该制备方法可以包括如下步骤：
S1、在衬底基板上方依次形成第一电极201、空穴注入层207、第一空穴传输层204、以及量子点发光层203，该量子点发光层203可以包括由量子点材料构成的量子点层薄膜；
S2、在量子点发光层203上方形成填充层206，以使该填充层206嵌入至量子点发光层203中；
S3、在填充层206上方依次形成电子传输层205和第二电极202，该电子传输层205可以包括由纳米粒子构成的传输层薄膜。
本公开示例性实施方式所提供的量子点发光器件的制备方法，在量子点发光层203与电子传输层205之间额外增加一嵌入至量子点发光层203中的填充层206，以在形成该填充层206的过程中实现对量子点发光层203中产生的pinhole的填补，这样能够有效的阻止漏电，从而达到降低电流密度的效果。
本示例实施方式中，在量子点发光层203上方形成填充层206的方法可以包括：采用旋涂工艺在量子点发光层203上方形成厚度小于5nm的第二空穴传输层。其中，该厚度是指第二空穴传输层206填补量子点发光层203中的pinhole之后的厚度，其例如可以通过调节第一空穴传输层材料的浓度以及旋涂转速的方法而进行控制。
基于此，该第二空穴传输层可与第一空穴传输层204共同包覆在量子点发光层203的周围，以提高量子点材料与空穴传输材料的接触面积，从而提高空穴的注入效率，同时由于空穴传输材料具有较高的LUMO值，其具有一定的电子阻挡作用，因此可以起到平衡空穴/电子注入的效果。此外，部分空穴/电子对会在第二空穴传输层与电子传输层205的界面复合，该部分能量可以通过FRET转移至量子点发光层203，从而不会影响QLED器件的效率。基于此可知，该量子点发光器件可从降低电流密度和平衡空穴/电子注入两个方面提高QLED器件的效率，且该量子点发光器件的实现方案简单、操作性强，而且不会引入相分离或者量子点聚集等其它问题。
可选的，第二空穴传输层206与第一空穴传输层204可以采用能级匹配的材料或者能级相同的材料，例如均可采用空穴传输材料，这样便可形成空穴传输材料包覆量子点发光材料的结构，从而有助于提高空穴注入效率。
在此基础上，第二空穴传输层206与第一空穴传输层204还可以采用相同的材料，例如均可以采用PVK(Polyethylene carbazole，聚乙烯咔唑)的甲苯溶液，这样一来，只需配置同一份材料即可实现两层膜层的制备，从而能够达到简化工艺制程的效果。
本示例实施方式中，所述电子传输层205可以包括由纳米粒子构成的传输层薄膜，其中的纳米粒子可以为TiO2纳米粒子或者ZnO纳米粒子，该电子传输层205例如可以为ZnO纳米粒子的乙醇溶液，且该ZnO纳米粒子的粒径不大于5nm。
本示例实施方式中，所述空穴注入层207例如可以为PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))薄膜，该空穴注入层207的形成有助于进一步提升空穴注入效果。
下面以一具体实施例对所述量子点发光器件的制备方法进行详细的描述。示例的，所述量子点发光器件的制备方法可以包括：
S101、在衬底基板上采用沉积法形成第一电极201例如ITO电极，然后分别采用去离子水和异丙醇对形成有ITO电极的基板进行连续超声波清洗各15分钟，之后用氮气枪快速吹干，再在150℃的热台上烘烤5分钟，然后进行UV-臭氧(紫外光-臭氧)处理半小时，以清洁ITO表面并提高ITO功函。
S102、在空气环境中以3000转/分钟的转速在清洗后的ITO电极表面旋涂PEDOT:PSS，旋涂时间为1分钟，再将旋涂完毕的基板在空气中以130℃的温度退火20分钟以烘干未完全挥发的溶剂，从而得到空穴注入层207。
S103、在氩气手套箱中以2500转/分钟的转速在PEDOT：PSS膜层上旋涂PVK的甲苯溶液(30mg/mL)，旋涂时间为45s，再将旋涂完毕的基板在手套箱中以120℃的温度退火20分钟，从而得到第一空穴传输层204。
S104、以3000转/分钟的转速在PVK薄膜上旋涂红色CdSe/ZnS量子点的正己烷溶液(浓度为30mg/mL)，旋涂时间为45秒，再将旋涂完毕的基板在手套箱中以130℃的温度退火30分钟，从而得到红色子像素对应的量子点发光层203。需要说明的是：绿色子像素和蓝色子像素等其它子像素对应的量子点发光层203的形成方法与此类似，这里不再赘述。
S105、以5000转/分钟的转速在量子点发光层203上旋涂PVK的甲苯溶液(10mg/mL)，控制该层在填补完量子点发光层203中的pinhole之后的厚度小于5nm，再将旋涂完毕的基板在手套箱中以120℃的温度退火20分钟，从而得到第二空穴传输层206。
S106、以1500转/分钟的转速在PVK薄膜上旋涂一层ZnO纳米粒子的乙醇溶液(30mg/mL)，旋涂时间为45秒，其中ZnO纳米粒子的粒径不大于5nm，从而得到电子传输层205。
S107、在电子传输层205上采用蒸镀法形成厚度为200nm的第二电极202例如铝阴极，从而得到本实施例中的量子点发光器件。
需要说明的是：该实施例仅作为本发明的一种示例性实施方式，但本发明还可以采用其它可替换的方式来制备所述量子点发光器件，这里对此不作具体限定。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。
Claims (14)
1.一种量子点发光器件，其特征在于，包括：
第一电极和第二电极；
位于所述第一电极和所述第二电极之间的量子点发光层；
位于所述量子点发光层与所述第一电极之间的第一空穴传输层；
位于所述第一空穴传输层与所述第一电极之间的空穴注入层；
位于所述量子点发光层与所述第二电极之间的电子传输层；
以及位于所述电子传输层与所述量子点发光层之间且嵌入至所述量子点发光层中的填充层。
2.根据权利要求1所述的量子点发光器件，其特征在于，所述填充层包括第二空穴传输层。
3.根据权利要求2所述的量子点发光器件，其特征在于，所述第二空穴传输层的材料的能级与所述第一空穴传输层的材料的能级匹配。
4.根据权利要求3所述的量子点发光器件，其特征在于，第二空穴传输层的材料的能级介于第一空穴传输层的材料的能级与量子点发光层的材料的能级之间。
5.根据权利要求2所述的量子点发光器件，其特征在于，所述第二空穴传输层的材料与所述第一空穴传输层的材料相同。
6.根据权利要求1-5任一项所述的量子点发光器件，其特征在于，所述填充层的厚度小于5nm。
7.根据权利要求1所述的量子点发光器件，其特征在于，所述电子传输层包括二氧化钛纳米粒子、氧化锌纳米粒子、镁掺杂氧化锌纳米粒子以及铝掺杂氧化锌纳米粒子中的一种或多种。
8.一种量子点发光显示装置，其特征在于，包括阵列排布的如权利要求1-7任一项所述的量子点发光器件。
9.一种量子点发光器件的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上方依次形成第一电极、空穴注入层、第一空穴传输层、以及量子点发光层；
在所述量子点发光层上方形成填充层，以使所述填充层嵌入至所述量子点发光层中；
在所述填充层上方依次形成电子传输层和第二电极。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述在所述量子点发光层上方形成填充层包括：
采用旋涂工艺在所述量子点发光层上方形成厚度小于5nm的第二空穴传输层。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二空穴传输层的材料的能级与所述第一空穴传输层的材料的能级匹配。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，第二空穴传输层的材料的能级介于第一空穴传输层的材料的能级与量子点发光层的材料的能级之间。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二空穴传输层的材料与所述第一空穴传输层的材料相同。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述电子传输层包括二氧化钛纳米粒子、氧化锌纳米粒子、镁掺杂氧化锌纳米粒子以及铝掺杂氧化锌纳米粒子中的一种或多种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180824 |