CN113258008A - 量子点电致发光器件及包括其的照明装置和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及量子点电致发光器件及包括其的照明装置和显示装置。量子点电致发光器件包括：第一电极；第二电极；设置于所述第一电极和所述第二电极之间的电子传输层和空穴传输层；以及量子点发光层，其中，所述电子传输层包括第一电子传输层和第二电子传输层，且所述量子点发光层设置于所述第一电子传输层和所述第二电子传输层之间。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种量子点电致发光器件及包括该量子点电致发光器件的照明装置和显示装置。
背景技术
电致发光是物质在一定的电场作用下被相应的电能所激发而产生的发光现象。电致发光器件主要包括半导体发光二极管(GaN、GaAs等)、有机发光二极管(OLED)和量子点发光二极管(QLED)等。发光二极管的工作原理是通过外部电压将电子和空穴两种载流子从二极管两端注入发光活性层，电子和空穴在发光活性层相遇形成激子，之后激子通过辐射复合产生发光。
研究表明，在单个量子点中，电子和空穴的注入不是同时进行的。若电子先注入量子点，就会使得量子点产生负充电状态，这种负电量子点会通过库伦作用加速空穴的注入和激子的形成；反之，若空穴先注入量子点，就会使得量子点产生正充电状态，但研究发现，量子点的正充电是较为低效的(参见引用文献1)。同样的现象在量子点的光致发光中也得到了证实，研究发现，负充电的三子态要比正充电的三子态具有更高的光致发光量子产率(参见引用文献2)。
对于传统的量子点电致发光器件而言，发光活性层(即量子点发光层)位于电子传输层和空穴传输层之间。在这种结构下，载流子会在量子点发光层及其附近堆积，这就大大增加了量子点充正电的概率，从而使得器件性能较低。特别地，在反式结构的量子点电致发光器件中，由于常用的ZnO等无机电子传输层材料的载流子迁移率普遍远高于有机空穴传输层，因此会导致激子形成区域集中在量子点发光层与空穴传输层的界面处，在此界面处的空穴堆积会导致激子淬灭，从而降低了发光效率。因此，需要设计一种全新的量子点电致发光器件结构以改善激子的生成与复合效率。
引用文献：
1.Y.Deng等人,Deciphering exciton-generation processes in quantum-dotelectroluminescence,2020,arXiv:2001.02784[physics.optics]。
2.W.K.Bae等人,Controlling the influence of Auger recombination on theperformance of quantum-dot light-emitting diodes,2013,Nat.Commun.4,2661。
发明内容
本发明创新地将量子点电致发光器件中的量子点发光层的位置由常规的电子传输层和空穴传输层之间移到电子占主导的电子传输层中间，使之远离PN结界面。如此一来，量子点发光层在工作时量子点主要充正电的概率大大降低，即抑制了空穴对量子点的发光猝灭过程，从而大大提高了内量子效率，改善了量子点电致发光器件的性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种量子点电致发光器件，其包括：第一电极；第二电极；设置于所述第一电极和所述第二电极之间的电子传输层和空穴传输层；以及量子点发光层，其中，所述电子传输层包括第一电子传输层和第二电子传输层，且所述量子点发光层设置于所述第一电子传输层和所述第二电子传输层之间。
在一实施例中，所述量子点电致发光器件还包括：一个或两个第一修饰层，其设置于所述第一电子传输层的任一侧或两侧，其中，所述第一电子传输层比所述第二电子传输层更远离所述空穴传输层。
在一实施例中，所述第一修饰层由用于修饰器件界面的材料形成，该材料包括PEI、PEIE、PMMA和氧化铝。
在一实施例中，所述量子点电致发光器件还包括：一个或两个第二修饰层，其设置于所述空穴传输层的任一侧或两侧。
在一实施例中，所述第二修饰层由阳极修饰材料形成，该材料包括LiF、V2O5和MoO3。
在一实施例中，所述第一电子传输层和所述第二电子传输层由相同的材料形成，或者所述第一电子传输层和所述第二电子传输层由不同的材料形成。
在一实施例中，所述第一电子传输层和所述第二电子传输层分别由无机材料或有机材料形成，所述无机材料包括ZnO、ZnMgO、SnO2和TiO2，所述有机材料包括TPBi、TmPyPB、B3PYMPM和B4PyMPM。
在一实施例中，所述第一电子传输层和所述第二电子传输层分别由多层不同的材料形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种照明装置，其包括如上所述的量子点电致发光器件。
根据本发明的又一方面，提供了一种显示装置，其包括如上所述的量子点电致发光器件。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
本发明创新地将量子点电致发光器件中的量子点发光层的位置由常规的电子传输层和空穴传输层之间移到电子占主导的电子传输层中间，使之远离PN结界面。如此一来，量子点发光层在工作时量子点主要充正电的概率大大降低，即抑制了空穴对量子点的发光猝灭过程，从而大大提高了内量子效率，改善了量子点电致发光器件的性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是根据本发明第一实施例的量子点电致发光器件的结构示意图。
图2是根据本发明第二实施例的量子点电致发光器件的结构示意图。
图3示意性示出了根据本发明的示例性量子点电致发光器件的实例。
图4示出了根据本发明的量子点电致发光器件与常规器件相比的外量子效率的变化趋势。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不必用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
图1是根据本发明第一实施例的量子点电致发光器件的结构示意图。如图1所示，该实施例的量子点电致发光器件主要包括：位于两端的电极1和电极2以及设置于两个电极之间的电子传输层、空穴传输层和量子点发光层。其中，电子传输层包括电子传输层A和电子传输层A’，而量子点发光层设置于两个电子传输层之间。
电极1可选用包括但不限于ITO、FTO和银纳米线网络等透明导电基底中的一种。
电子传输层A和电子传输层A’均可选用无机电子传输层材料包括但不限于ZnO、ZnMgO、SnO2和TiO2中的一种，或者选用有机电子传输层材料包括但不限于TPBi、TmPyPB、B3PYMPM和B4PyMPM中的一种。
电子传输层A’和电子传输层A可选用同一种材料进行器件构造，也可选用不同的材料进行器件构造。
电子传输层A’和电子传输层A可以分别包括多个层，每层由不同的材料形成。
量子点发光层可选用无机电子传输层材料包括但不限于CdSe、CuInS2和InP量子点中的一种。
空穴传输层可选用无机空穴传输层材料包括但不限于NiOx，或者选用有机空穴传输层材料包括但不限于PEDOT:PSS、PVK、Poly-TPD、TFB和CBP中的一种。
电极2可选用包括但不限于Al、Au和Ag等金属电极中的一种，或者选用其他可加工在器件表面的导电电极材料。
图2是根据本发明第二实施例的量子点电致发光器件的结构示意图。如图2所示，第二实施例的量子点电致发光器件与第一实施例的量子点电致发光器件在结构上的不同之处主要在于：在电子传输层A及空穴传输层处可加入一个或多个修饰层，起到调控电子/空穴的注入及传输、防止器件结构失效等作用，其中，电子传输层A比电子传输层A’更远离空穴传输层。
具体地，可在电子传输层A的任一侧或两侧设置修饰层B和/或修饰层B’,修饰层B和修饰层B’可由用于修饰器件界面的材料形成，该材料可选用包括但不限于PEI、PEIE、PMMA和氧化铝中的一种。同样地，可在空穴传输层的任一侧或两侧设置修饰层C和/或修饰层C’,修饰层C和修饰层C’可由阳极修饰材料形成，该材料可选用包括但不限于LiF、V2O5和MoO3中的一种。
第二实施例的量子点电致发光器件的其他方面可以与第一实施例相同，在此不再赘述。
根据本发明各实施例的量子点电致发光器件中的各层结构的制备可采用包括但不限于旋涂、刮涂、喷涂、丝网印刷和喷墨打印等方式。另外，有机电子传输层和有机空穴传输层可采用材料热蒸镀方式进行制备。金属电极、无机材料LiF和MoO3等也可采用材料热蒸镀方式进行制备。
图3示意性示出了根据本发明的示例性量子点电致发光器件的实例。该实例只是用于说明的目的，而不对本发明构成任何限制。该实例采用反式器件结构进行构筑，反式器件结构是指从电子传输层一侧开始进行器件制备的器件结构。为了清楚显示，图3中的各层结构从下往上面积递减，而实际并不一定如此。
参考图3，并对照图2中的相应结构(其中的修饰层B和修饰层C被省略)，该实例的量子点电致发光器件中的各层结构依次为：电极1采用ITO；电子传输层A采用ZnO，采用溶液旋涂工艺制备，厚度约为40nm；修饰层B’采用PEI，采用溶液旋涂工艺制备；量子点发光层采用InP红光量子点，同样采用溶液旋涂工艺制备，厚度为10-25nm；电子传输层A’采用TPBi，采用真空热蒸镀工艺制备，厚度为3-12nm；空穴传输层采用CBP，采用真空热蒸镀工艺制备，厚度约为60nm；修饰层C’采用MoO3，采用真空热蒸镀工艺制备，厚度为3-12nm；电极2采用Al，采用真空热蒸镀工艺制备，厚度约为100nm。
请注意，在不同的实例中，修饰层可不同。
另外，在不同的实例中，根据本发明的量子点电致发光器件可采用正式器件结构进行构筑，正式器件结构是指从空穴传输层一侧开始进行器件制备的器件结构。
图4示出了根据本发明的量子点电致发光器件与常规器件相比的外量子效率(EQE)的变化趋势。在图4中，“标准”代表常规量子点电致发光器件，即其只包含图3中的电极1、电子传输层A、量子点发光层、空穴传输层和电极2；“PEI”代表在常规量子点电致发光器件中加入了由PEI形成的修饰层B’；“TPBi”代表在常规量子点电致发光器件中加入了由TPBi形成的电子传输层A’；“PEI&TPBi”代表在常规量子点电致发光器件中加入了由PEI形成的修饰层B’和由TPBi形成的电子传输层A’。
从图4可见，相对于标准器件来说，加入PEI之后，器件的外量子效率有所提高，这是由于PEI在一定程度上抑制了器件中的漏电流；在加入TPBi后，器件的外量子效率得到了很大的提高；而同时含有PEI和TPBi的器件的外量子效率提高了约80％，这主要由于TPBi的加入改变了器件中电荷的分布，抑制了量子点附近的空穴聚集，减弱了空穴对量子点中激子的猝灭过程。这一对比结果证明了根据本发明的量子点电致发光器件的显著进步。
本发明还涉及一种照明装置和一种显示装置，其均包括根据本发明的量子点电致发光器件。通过使用根据本发明的量子点电致发光器件，照明装置和显示装置的性能均可显著提升。
本发明创新地将量子点电致发光器件中的量子点发光层的位置由常规的电子传输层和空穴传输层之间移到电子占主导的电子传输层中间，使之远离PN结界面。如此一来，量子点发光层在工作时量子点主要充正电的概率大大降低，即抑制了空穴对量子点的发光猝灭过程，从而大大提高了内量子效率，改善了量子点电致发光器件的性能。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种量子点电致发光器件，包括：
第一电极；
第二电极；
设置于所述第一电极和所述第二电极之间的电子传输层和空穴传输层；以及
量子点发光层，
其中，所述电子传输层包括第一电子传输层和第二电子传输层，且所述量子点发光层设置于所述第一电子传输层和所述第二电子传输层之间。
2.根据权利要求1所述的量子点电致发光器件，还包括：
一个或两个第一修饰层，其设置于所述第一电子传输层的任一侧或两侧，其中，所述第一电子传输层比所述第二电子传输层更远离所述空穴传输层。
3.根据权利要求2所述的量子点电致发光器件，其中，所述第一修饰层由用于修饰器件界面的材料形成，该材料包括PEI、PEIE、PMMA和氧化铝。
4.根据权利要求1所述的量子点电致发光器件，还包括：
一个或两个第二修饰层，其设置于所述空穴传输层的任一侧或两侧。
5.根据权利要求4所述的量子点电致发光器件，其中，所述第二修饰层由阳极修饰材料形成，该材料包括LiF、V2O5和MoO3。
6.根据权利要求1所述的量子点电致发光器件，其中，所述第一电子传输层和所述第二电子传输层由相同的材料形成，或者所述第一电子传输层和所述第二电子传输层由不同的材料形成。
7.根据权利要求6所述的量子点电致发光器件，其中，所述第一电子传输层和所述第二电子传输层分别由无机材料或有机材料形成，所述无机材料包括ZnO、ZnMgO、SnO2和TiO2，所述有机材料包括TPBi、TmPyPB、B3PYMPM和B4PyMPM。
8.根据权利要求1所述的量子点电致发光器件，其中，所述第一电子传输层和所述第二电子传输层分别包括多个层，每层由不同的材料形成。
9.一种照明装置，其包括根据权利要求1-8中任一项所述的量子点电致发光器件。
10.一种显示装置，其包括根据权利要求1-8中任一项所述的量子点电致发光器件。
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