CN105449112B - 量子点电致发光器件、具有其的显示装置与照明装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种量子点电致发光器件、具有其的显示装置与照明装置。该量子点电致发光器件包括依次设置的第一电极、第一功能层、第一电荷调节层、量子点发光层、第二电荷调节层、第二功能层与第二电极，其中，第一电荷调节层与第二电荷调节层的材料各自独立地选自禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料，且第一电荷调节层与第二电荷调节层的厚度均在1～30nm内。该器件的发光效率较高，且器件亮度的半衰期寿命较长。

Description

量子点电致发光器件、具有其的显示装置与照明装置

技术领域

本申请涉及光电器件技术领域，具体而言，涉及一种量子点电致发光器件、具有其的显示装置与照明装置。

背景技术

量子点是一种新型的纳米发光材料，其直径在1-20nm的范围内。由于其尺寸较小，因此，其内部的电子和空穴在运动中会受到限制，产生量子限域效应，连续的能带结构变成分子特性的分立能级结构，当量子点受激发后，电子从导带跃迁至价带后与空穴复合发射出光子。其发射光谱可以通过调整量子点的尺寸来调节，并且有发射光谱的单色性好，发光效率高的优点，是一类具有广泛应用前景的光电功能材料。

量子点电致发光器件(QD-LED)由于具有量子点而具有众多的优点，比如具色彩饱和、纯度高、单色性佳、颜色可调、制备方法简单与可大规模制备等，解决了现有技术中的有机发光二极管(OLED)中有机发光材料半峰宽较宽，颜色不可调，发光不稳定与制备工艺复杂等缺点。因此，QD-LED在照明和显示领域里展具广阔的应用前景。

QD-LED工作时，正电荷和负电荷分别从阳极和阴极注入器件，再分别经由空穴传输层和电子传输层流入量子点发光层，最终在量子点上复合形成激子对后发出光子，当一种载流子流入数量相对于另一种载流子过多时，量子点上就会出现电荷集聚的情况，这对器件的发光效率和使用寿命都会产生严重的影响。因此，提高QD-LED的发光效率和寿命，首先需要解决的量子点发光层上电荷注入不平衡的问题。

目前调节QD-LED器件中电荷传输的方法包括：1)调整电荷传输层中的材料的能级结构和电荷传输能力，但因为目前可选的材料相对有限，所以该方法具有很大的局限性。2)调整量子点本身的掺杂程度和核壳结构，但因为对光学性能的要求，所以用该思路调节所受到的限制更大。

中国专利(201410146156.0)中公布了一种调节电荷传输的方法，在量子点发光层与电子传输层之间设置一层电子阻挡层的方法实现了对电子注入的调节。但是该方法任仍有不足，尤其是当空穴传输材料选用最高已占轨道(highest occupied molecular，简称HOMO)能级较常用的聚乙烯咔唑(PVK)、聚((9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共(4,4′-(N-(4-仲-丁基苯基)二苯胺))(TFB)、N′,N′-双(4-丁基苯基),-N′,N′-双(苯基)联苯胺(poly-TPD)等更深的联苯对二邻甲苯基硅烷(UGH-1)、对二苯甲基硅烷基苯(UGH-2)、1，4-二苯甲基硅烷基苯(UGH-3)等材料时，QD-LED中的空穴注入能力可以得到极大地提升；同时，为了适应绿光或蓝光量子点的导带位置，提高器件的开启电压，需要对电子注入层材料的能带位置进行调整，这就会牺牲掉电子传输层中一部分的电子传输能力，所以就会进一步造成器件内部空穴注入能力相对于电子注入能力较大，导致量子点发光层上电荷注入不平衡更加凸显。

发明内容

本申请旨在提供一种量子点电致发光器件、具有其的显示装置与照明装置，以解决现有技术中的量子点发光层上电荷注入不平衡的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种量子点电致发光器件，该量子点电致发光器件包括：第一电极、第一功能层、第一电荷调节层、量子点发光层、第二电荷调节层、第二功能层与第二电极，其中，第一功能层设置在上述第一电极的表面；第一电荷调节层设置在上述第一功能层的远离上述第一电极的表面上；量子点发光层，设置在上述第一电荷调节层的远离上述第一功能层的表面上；第二电荷调节层设置在上述量子点发光层的远离上述量子点发光层的表面上；第二功能层设置在上述第二电荷调节层的远离上述第一电荷调节层的表面上；第二电极设置在上述第二功能层的远离上述第二电荷调节层的表面上，其中，上述第一电荷调节层与上述第二电荷调节层的材料各自独立地选自禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料，上述第一电荷调节层与上述第二电荷调节层的厚度均在1～30nm之间。

进一步地，上述绝缘材料为聚α-甲基苯乙烯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸亚丙酯与聚氯乙烯中的一种或多种。

进一步地，上述第一电极为阳极，上述第一功能层为空穴传输层和/或空穴注入层。

进一步地，上述第二电极为阴极，上述第二功能层为电子传输层和/或电子注入层。

进一步地，上述第一电极的厚度为10～800nm，上述第二电极的厚度为10～800nm。

进一步地，上述量子点电致发光器件还包括基板，上述基板设置在上述第一电极的远离上述第一功能层的表面上或上述第二电极的远离上述第二功能层的表面上。

为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种显示装置，包括量子点电致发光器件，该量子点电致发光器件为上述的量子点电致发光器件。

为了实现上述目的，根据本申请的又一个方面，提供了一种照明装置，包括量子点电致发光器件，该量子点电致发光器件为上述的量子点电致发光器件。

应用本申请的技术方案，量子点电致发光器件中同时包括第一电荷调节层与第二电荷调节层，这两层电荷调节层均为禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料层，且这两层的厚度均在1～30nm之间，这样电子与空穴发生隧穿效应，能够更好地调控电子向量子点发光层的注入势垒，空穴向量子点发光层的注入势垒，进而能够有效地阻隔电极与量子点发光层直接的电子和/或空穴的耦合，进而保证了量子点发光层的电中性，保证了量子点发光层具有较高的电子与空穴的复合效率，提高了量子点电致发光器件的发光效率；同时，在量子点发光器件长时间工作情况下，保持载流子的平衡注入，使量子点发光层一直保持较好的电中性，减少器件中的空间电荷累积，使得器件亮度半衰期寿命大大延长。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请一种典型实施方式提供的量子点电致发光器件的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一电极；20、第一功能层；30、第一电荷调节层；40、量子点发光层；50、第二电荷调节层；60、第二功能层；70、第二电极。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的量子点电致发光器件中的量子点发光层上的电荷注入不平衡，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种量子点电致发光器件、具有其的显示装置与照明装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种量子点电致发光器件，该器件中包括第一电极10、第一功能层20、第一电荷调节层30、量子点发光层40、第二电荷调节层50、第二功能层60与第二电极70，其中，第一功能层20设置在所述第一电极10的表面上，第一电荷调节层30设置在上述第一功能层20的远离第一电极10的表面上；量子点发光层40设置在上述第一电荷调节层30的远离上述第一功能层20的表面上；第二电荷调节层50设置在上述量子点发光层40的远离上述第一电荷调节层30的表面上；第二功能层60设置在所述第二电荷调节层50的远离所述量子点发光层40的表面上；第二电极70设置在上述第二功能层60的远离所述第二电荷调节层50的表面上，其中，上述第一电荷调节层30与上述第二电荷调节层50的材料各自独立地选自禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料，所述第一电荷调节层30厚度与所述第二电荷调节层50的厚度均在1～30nm之间。

上述的量子点电致发光器件中同时包括第一电荷调节层30与第二电荷调节层50，这两层电荷调节层均为禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料层，且这两层的厚度均在1～30nm之间，这样电子与空穴发生隧穿效应，能够更好地调控电子向量子点发光层40的注入势垒，空穴向量子点发光层40的注入势垒，进而能够有效地阻隔电极与量子点发光层40直接的电子和/或空穴的耦合，进而保证了量子点发光层40的电中性，保证了量子点发光层40具有较高的电子与空穴的复合效率，提高了量子点电致发光器件的发光效率；同时，在量子点发光器件长时间工作情况下，保持载流子的平衡注入，使量子点发光层40一直保持较好的电中性，减少器件中的空间电荷累积，使得器件亮度半衰期寿命大大延长。

为了进一步保证第一电荷调节层30与上述第二电荷调节层50对电子与空穴的阻隔作用，并且避免绝缘材料对量子点发光层40中的量子点造成损伤，优选上述绝缘材料为聚α-甲基苯乙烯树脂(PMS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸亚丙酯(PPC)与聚氯乙烯(PVC)中的一种或多种。

上述的第一功能层20可以是空穴注入层和/或空穴传输层，也可以是电子注入层和/或电子传输层。第一功能层20能够使得注入的电子或空穴有效地传输进入量子点发光层40。本领域技术人员可以根据实际的情况选择合适的第一功能层20。

本申请的另一种实施例中，上述的第一电极10为阳极，上述第一功能层20为空穴传输层和/或空穴注入层。第一功能层20可以为空穴传输层，也可以为空穴输入层，也可以同时包括空穴传输层与空穴输入层。

为了降低量子点电致发光器件的成本，制备方便，本申请优选形成上述阳极的物质为铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化锡、铝锌氧化物或镉锡氧化物。

同样地，第二功能层60可以是空穴注入层和/或空穴传输层，也可以是电子注入层和/或电子传输层。第二功能层60能够使得注入的电子或空穴有效地传输进入量子点发光层40。本领域技术人员可以根据实际的情况选择合适的第二功能层60。

本申请的又一种实施例中，上述第二电极70为阴极，上述第二功能层60为电子传输层和/或电子注入层。第二功能层60可以是电子注入层，也可以是电子传输层，也可以同时包括电子注入层与电子传输层。一种优选的实施方式中，可以采用ZnO层作为第二功能层，ZnO层可以同时起到电子传输层与注入层的作用。

本申请的再一种实施例中，上述阴极为Al极、Ca极、Ba极、Ca/Al极、Ag极、Ca/Ag极、BaF₂/Ca/Al极、BaF₂/Ca/Ag极与Mg极中的一种或多种的合金。但并不限于上述的阴极，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的阴极。

本申请的再一种实施例中，上述第一电极10的厚度为10～800nm，当第一电极10的厚度控制在此范围内，可以使得电荷更好地传输。

为了同时保证电子与空穴更好地传输，本申请优选上述第二电极70的厚度为10～800nm。

为了更好地保护量子点电致发光器件，本申请优选上述量子点电致发光器件还包括基板，上述基板设置在上述第一电极10的远离上述第一功能层20的表面上或上述第二电极70的远离上述第二功能层60的表面上。基板与阳极接触设置，当第一电极10为阳极时，基板设置在第一电极10的远离上述量子点发光层40的表面，当第二电极70为阳极时，基板设置在第二电极70的远离上述量子点发光层40的表面。另外，本领域技术人员公知的是，第一电极10与第二电极70中必然有一个电极是透明的，并且，当基板与透明电极接触设置时，基板也必须是透明的。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种显示装置，该显示装置包括量子点电致发光器件，该量子点电致发光器件为上述的量子点电致发光器件。

该显示装置中包括上述的量子点电致发光器件，使得该显示装置的发光效率较高。

本申请的再一种典型的实施方式中，提供了一种照明装置，该照明装置包括量子点电致发光器件，该量子点电致发光器件为上述的量子点电致发光器件。

该照明装置由于包括上述的量子点电致发光器件，其发光效率较高。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。

实施例1

1)对厚度为200nm的阳极ITO(氧化铟锡)进行清洗处理。

用乙醇、去离子水和丙酮分别超声清洗处理10分钟，然后用N₂吹干附着于玻璃表面的液体，并经过臭氧-紫外处理10分钟，以清除ITO表面的杂质。

2)制作第一功能层。

在空气环境中，在清洁ITO透明导电玻璃上以3000转/分钟的转速旋涂PEDOT:PSS(聚对苯乙烯磺酸溶液)，时间为45秒。旋涂完成后在空气中140℃下退火处理30分钟。再将其转移至氮气环境的手套箱中，100℃退火40分钟，最终在ITO表面形成一层PEDOT:PSS层，即形成空穴注入层。然后在PEDOT:PSS层上以2000转/分钟的转速旋涂UGH-1(联苯对二邻甲苯基硅烷)氯苯溶液(浓度为8mg/ml)，旋涂时间为45秒。旋涂完成后在手套箱中150℃退火30分钟形成联苯对二邻甲苯基硅烷的(UGH-1)空穴传输层。

3)制作第一电荷调节层：在空穴传输层上以2000转/分钟的转速旋涂PMMA苯甲酸乙酯溶液(浓度为1mg/ml)，旋涂时间为45秒，旋涂完成后在手套箱中150℃退火60分钟形成PMMA层。PMMA层厚度为8nm。

4)制作量子点发光层。

量子点为CdZnS/ZnS核壳结构，发射波长为450nm的蓝光量子点，分散在正辛烷中，浓度为30mg/ml，转速为2000转/分钟，旋涂时间为45秒。

5)制作第二电荷调节层。

在量子点发光层上以2000转/分钟的转速旋涂PMMA丙酮溶液(浓度为0.5mg/ml)，转速为2000转/分钟，旋涂时间为45秒，形成第二电荷调节层，其厚度为4nm。

6)制作第二功能层。

在第二电荷调节层上再旋涂一层Zn_0.85Mg_0.15O乙醇溶液(浓度为60mg/ml)，转速为2000转/分钟，旋涂时间为45秒。

7)制作阴极。

将旋涂完成的器件置于真空蒸镀仓内，蒸镀阴极银电极，厚度为200nm，得到量子点电致发光器件。

实施例2

与实施例1的区别在于：第一电荷调节层的制作过程中PMMA丙酮溶液的浓度为0.125mg/ml，形成的第一电荷调节层的厚度为1nm；量子点为红光量子点，发射波长为640nm。第二功能层的制作过程中在第二电荷调节层上再旋涂一层Zn_0.95Mg_0.05O乙醇溶液(浓度为60mg/ml)，转速为2000转/分钟，旋涂时间为45秒。

实施例3

与实施例1的区别在于：第一电荷调节层的制作过程中PMMA苯甲酸乙酯溶液的浓度为2mg/ml，形成的厚度为16nm。

实施例4

与实施例1的区别在于：第一电荷调节层的制作过程中PMMA丙酮溶液的浓度为3.75mg/ml，形成的第一电荷调节层的厚度为30nm。

实施例5

与实施例1的区别在于：第二电荷调节层的制作过程中PMMA丙酮溶液的浓度为0.125mg/ml，形成的厚度为1nm。

实施例6

与实施例1的区别在于：第二电荷调节层的制作过程中PMMA丙酮溶液的浓度为3.75mg/ml，形成的厚度为30nm。

对比例1

与实施例1的区别在于：第一电荷调节层的制作过程中PMMA丙酮溶液的浓度为5mg/ml，形成的第一电荷调节层的厚度为40nm。

对比例2

与实施例1的区别在于：第二电荷调节层的制作过程中PMMA丙酮溶液的浓度为5mg/ml，形成的厚度为40nm。

对比例3

与实施例1的区别在于：量子点器件中不包括第一电荷调节层与第二电荷调节层。

对比例4

与实施例1的区别在于：量子点器件中不包括第一电荷调节层。

对比例5

与实施例1的区别在于：量子点器件中不包括第二电荷调节层。

对比例6

与实施例1的区别在于：第一电荷调节层与第二电荷调节层的材料为TiO₂，其禁带宽度为3eV。

对上述各实施例与对比例的量子点电致发光器件的性能进行测试，采用UV3600荧光光谱仪测量发射峰对应的波长(峰值波长)进行测试，采用Keithley2400测定量子点发光器件的电流密度-电压曲线，采用积分球(FOIS-1)结合海洋光学的光谱仪(QE-6500)测定量子点发光器件的亮度，根据测定得到的电流密度与亮度计算量子点发光器件的外量子效率，外量子效率表征在观测方向上发光器件发出的光子数与注入器件的电子数之间的比值，是表征器发光器件发光效率的重要参数，外量子效率越高，说明器件的发光效率越高。具体的测试结果见表1。

表1

由表1的测试结果可知，当量子点电致发光器件同时包括第一电荷调节层与第二电荷调节层，且第一电荷调节层与所述第二电荷调节层的材料各自独立地选自禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料，且第一电荷调节层与第二电荷调节层的厚度均在0.1～30nm之间时，量子点发光器件的外量子效率较高，其寿命较长。另外，实施例2中的外量子效率较高是由于红色量子点电致发光器件的高，其它实施例的量子点发光层中的量子点均为蓝光量子点，蓝光量子点的电致发光器件的外量子效率一般比红色量子点电致发光器件的外量子效率低。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的量子点电致发光器件中同时包括第一电荷调节层与第二电荷调节层，这两层电荷调节层均为禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料层，且这两层的厚度均在1～30nm之间，这样电子与空穴发生隧穿效应，能够更好地调控电子向量子点发光层的注入势垒，空穴向量子点发光层的注入势垒，进而能够有效地阻隔电极与量子点发光层直接的电子和/或空穴的耦合，进而保证了量子点发光层的电中性，保证了量子点发光层具有较高的电子与空穴的复合效率，提高了量子点电致发光器件的发光效率；同时，在量子点发光器件长时间工作情况下，保持载流子的平衡注入，使量子点发光层一直保持较好的电中性，减少器件中的空间电荷累积，使得器件亮度半衰期寿命大大延长。

2)本申请的显示装置由于具有本申请的量子点电致发光器件，使得其的发光效率较高。

3)本申请的照明装置由于具有本申请的量子点电致发光器件，使得其的发光效率较高。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种量子点电致发光器件，其特征在于，所述量子点电致发光器件包括：

第一电极(10)；

第一功能层(20)，设置在所述第一电极(10)的表面；

第一电荷调节层(30)，设置在所述第一功能层(20)的远离所述第一电极(10)的表面上，所述第一电荷调节层(30)用于阻隔电子与空穴中的一种；

量子点发光层(40)，设置在所述第一电荷调节层(30)的远离所述第一功能层(20)的表面上；

第二电荷调节层(50)，设置在所述量子点发光层(40)的远离所述第一电荷调节层(30)的表面上，所述第二电荷调节层(50)用于阻隔电子与空穴中的另一种；

第二功能层(60)，设置在所述第二电荷调节层(50)的远离所述量子点发光层(40)的表面上；以及

第二电极(70)，设置在所述第二功能层(60)的远离所述第二电荷调节层(50)的表面上，其中，所述第一电荷调节层(30)与所述第二电荷调节层(50)的材料各自独立地选自禁带宽度Eg≥5eV的绝缘材料，所述第一电荷调节层(30)厚度与所述第二电荷调节层(50)的厚度均在1～30nm之间。

2.根据权利要求1所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述绝缘材料为聚α-甲基苯乙烯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸亚丙酯与聚氯乙烯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述第一电极(10)为阳极，所述第一功能层(20)为空穴传输层和/或空穴注入层。

4.根据权利要求3所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述第二电极(70)为阴极，所述第二功能层(60)为电子传输层和/或电子注入层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述第一电极(10)的厚度为10～800nm，所述第二电极(70)的厚度为10～800nm。

6.根据权利要求1所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述量子点电致发光器件还包括基板，所述基板设置在所述第一电极(10)的远离所述第一功能层(20)的表面上或所述第二电极(70)的远离所述第二功能层(60)的表面上。

7.一种显示装置，包括量子点电致发光器件，其特征在于，所述量子点电致发光器件为权利要求1至6中任一项所述的量子点电致发光器件。

8.一种照明装置，包括量子点电致发光器件，其特征在于，所述量子点电致发光器件为权利要求1至6中任一项所述的量子点电致发光器件。