CN103426986A

CN103426986A - 一种量子点电致发光器件以及制备方法和应用

Info

Publication number: CN103426986A
Application number: CN2012101754844A
Authority: CN
Inventors: 翟保才; 张文君; 许键
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明提供一种量子点电致发光器件以及制备方法和应用，量子点电致发光器件包括：电子注入层（即阴极）、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层、阳极辅助层、空穴注入层（即阳极）。本发明具有制备过程相对简单、发光颜色可通过量子点尺寸进行调节、可制成柔性器件、发光色纯度高等优点，可省掉滤光片，可应用于与夜视成像系统。

Description

一种量子点电致发光器件以及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及特殊照明用光源器件，具体涉及一种量子点电致发光器件以及制备方法和应用，适用于夜视成像系统兼容领域。

背景技术

近些年，随着全球能源问题及人们环保意识的增强，大量节能环保材料走进人们的生活。发光二极管（LED）具有亮度高、能耗低、开启电压低、响应快、无辐射、寿长命等优点，成为新一代照明光源。最近，具有非常特殊的光学特性和荧光机理的半导体纳米晶体量子点（QDs）材料被广泛应用于LED技术中。

对飞行器而言，航空舱内机载设备的光源、指示灯、显示器等光光部件均要求与夜视成像系统（Night Vision Imaging System）相兼容。所谓的夜视兼容就是指飞行器舱内发光光源发出的光不会与NVIS系统相干涉，并保持舱内裸眼可视环境。而一个未经夜视兼容性设计或设计不良的发光体，会产生裸视环境下的镁光灯效应，导致飞行员失视，甚至导致NVIS系统不能正常工作或破坏。

对于传统的舱内照明系统经测试其辐亮度NRB（NVIS Radiance ClassB）基本处在1×10^-6级（荧光灯照明系统）及1×10^-7-1×10^-8级（某些白光LED系统），均远高于标准中所规定的数量级。普通荧光系统的高NRB值是由于紫外相应荧光粉引起的，而普通商用白光LED是蓝光芯片发射蓝光激发黄色荧光粉，可以得到较窄光谱半宽度的光谱，但仍有一部分近红外光谱的能量辐射。因此照明系统需采用在发光光源前面增加滤波片的方法，来滤除近红外区域多余的辐射光谱。这些滤光片通过材料本身的原子或分子对光谱中感应波段进行吸收，来滤除一定波长范围内的光谱。但是这种方案将会导致夜视兼容照明系统的安全性逐步降低，制造变得比较复杂，成本也越来越高，最终的实用价值往往要大打折扣。而本发明引入的量子点电致发光器件具有发光光谱覆盖整个可见光区域并且光色可通过量子点尺寸进行调节、极窄的发光光谱半宽度（19nm）、可制成柔性器件等优点，因此成为夜视兼容照明系统的理想发光光源。

衡量发光光源是否满足夜视兼容性的两个主要指标是辐亮度（NR）和色度，相应技术说明可参照GJB 1394-92《与夜视成像系统兼容的飞机内部照明》以及美国军用标准MIL-STD-3009。

在现有专利中，没有提到过把量子点电致发光器件应用于夜视兼容照明系统的方案。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种量子点电致发光器件以及制备方法和应用，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

本发明的目的是针对目前与夜视成像系统相兼容的发光光源均为一般光源前加装滤光片或多个LED配色发光所存在的研制过程复杂，成本较高，最终的实用价值往往大打折扣等问题。本发明提出了一类具有制备过程相对简单、发光颜色可通过量子点尺寸进行调节、可制成柔性器件、发光色纯度高等优点的量子点电致发光器件，可省掉滤光片而应用于夜视成像兼容系统中。

本发明为一种量子点电致发光器件，用于夜视成像系统，采用“三明治”夹心结构，即在电子传输层与空穴传输层之间加入量子点发光层。电子和空穴分别从金属阴极和透明阳极注入到量子点发光层，在该层电子与空穴复合产生激子，激子激发量子点纳米晶体材料发光。半导体量子点电致发光器件的空穴注入层（阳极）、空穴传输层及量子点发光层一般是由一定浓度相应化学材料的溶液按一定的工艺旋涂而成，器件的电子传输层和电子注入层（阴极）等一般是采用热蒸发镀膜的方法制成。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面是提供一种量子点电致发光器件，包括：阴极部，提供并传输电子；阳极部，提供并传输空穴；以及发光部，根据所述阴极部传输来的所述电子以及所述阳极部传输来的所述空穴，在该层复合产生激子，所述激子激发所述发光部发光。

进一步，本发明的一种量子点电致发光器件还可以具有这样的特征：

其中，所述阴极部，具有提供所述电子的电子注入层，以及接收并传输所述电子注入层提供的电子并阻碍所述空穴进入所述阴极部的电子传输层；

所述阳极部，具有提供空穴的空穴注入层和阳极辅助层，以及接收并传输所述空穴注入层所提供的空穴并阻碍所述电子进入所述阳极部的空穴传输层；以及

所述发光部，具有量子点发光层，所述激子激发量子点纳米晶体材料发光。

进一步，本发明的一种量子点电致发光器件还可以具有这样的特征：所述电子注入层（阴极）为铝、钙、镁、银的一种或两种。

进一步，本发明的一种量子点电致发光器件还可以具有这样的特征：所述电子传输层为氧化锌ZnO层或者Alq3层。较佳的，所述电子传输层为氧化锌ZnO层。

进一步，本发明的一种量子点电致发光器件还可以具有这样的特征：所述空穴传输层为Poly-TPD层。

进一步，本发明的一种量子点电致发光器件还可以具有这样的特征：所述阳极辅助层为PEDOT:PSS层。

进一步，本发明的一种量子点电致发光器件还可以具有这样的特征：所述空穴注入层（阳极）为ITO薄膜，所述ITO薄膜蒸镀在基片上，所述基片为玻璃、硅Si或柔性材料上，所述柔性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET化学式为-OCH2-CH2OCOC6H4CO-）。

作为本发明的第二方面是提供一种量子点电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

半导体量子点电致发光器件的空穴注入层（阳极）、空穴传输层及量子点发光层由一定浓度相应化学材料的溶液按一定的工艺旋涂而成，器件的电子传输层和电子注入层（阴极）采用热蒸发镀膜的方法制成；

a.把准备好ITO基片（玻璃）依次在肥皂水、丙酮、异丙醇、超纯水中清洗，氮气吹干；

b.在ITO基片（玻璃）的薄膜面旋涂PEDOT:PSS层，磁力加热台加热进行固膜，然后冷却；

c.然后在手套箱中旋涂Poly-TPD层，加热固膜、冷却；

d.旋涂量子点发光层，加热固膜、冷却；

e.盖上掩膜板，放入蒸镀室，依次蒸镀电子传输层和电子注入层（阴极）然后取出，即可。

进一步，本发明的制备方法还可以具有这样的特征：

步骤b中，所述加热温度为150℃，旋涂的转速为2000rmp；

步骤c中，所述加热温度为120℃，旋涂的转速为2000rmp；

步骤d中，所述加热温度为80℃；旋涂的转速为1000rmp。

作为本发明的第三方面是提供一种量子点电致发光器件的应用，其特征在于，用于夜视成像系统。

本发明的有益效果：

本发明具有制备过程相对简单、发光颜色可通过量子点尺寸进行调节、可制成柔性器件、发光色纯度高等优点，可省掉滤光片，可应用于与夜视成像系统（NVIS）兼容的设备照明、指示及背光部分的光源。

附图说明

图1为本发明的一种实施例。

图2为本发明的另一种实施例。

图3为本发明的再一种实施例。

附图说明：

11-Al电极，12-Alq3层，13-量子点发光层QDs，14-Poly-TPD层，15—PEDOT:PSS层，16—ITO薄膜。

21—Al电极，22—ZnO层，23—量子点发光层QDs，24—Poly-TPD层，25PEDOT:PSS层，26ITO薄膜。

31—Al电极，30—Ca电极，32ZnO层，33—量子点发光层QDs，34Poly-TPD层，35—PEDOT:PSS层，36—ITO薄膜。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或厂商提供的条件进行。

量子点电致发光器件的空穴注入层（即阳极）、空穴传输层及量子点发光层一般是由一定浓度相应化学材料的溶液按一定的工艺旋涂而成；电子传输层和电子注入层（即阴极）等一般是采用热蒸发镀膜的方法制成。

实施例1

图1为本发明的一种实施例，如图1所示，量子点电致发光器件包括：电子注入层（阴极）、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层、阳极辅助层、空穴注入层（阳极）。

电子注入层（阴极）为Al电极11，电子传输层为Alq3层12，量子点发光层为量子点发光层QDs23，空穴传输层为Poly-TPD层14，阳极辅助层为PEDOT:PSS层15，以及空穴注入层（阳极）为ITO薄膜16。

一种量子点电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

1.溶液配制：

提前一天配置Poly-TPD/氯苯溶液、量子点（如523nm CdSe/ZnS）/甲苯溶液，浓度分别为10mg/ml、5mg/ml。加入搅拌子后放在1000rpm转速的磁力搅拌器上搅拌一天，备用。

2.清洗：

(1)把切割好适当尺寸(约2cm*2cm*1.1mm)的ITO玻璃（ITO薄膜蒸镀在基片上，方阻《15Ω）放入肥皂水中超声清洗两次，每次15分钟,取出氮气吹干。

(2)放入丙酮中超声清洗两次，每次15分钟，氮气吹干。

(3)放入异丙醇中超声清洗两次，每次15分钟，氮气吹干。

(4)超纯水中超声清洗两次，每次15分钟，用氮气吹干，然后把ITO放在150℃的加热台上烘烤10分钟，冷却至室温。

3.旋涂PEDOT:PSS层：

把清洗好的ITO玻璃放在转速为2000rmp的匀胶机上旋涂PEDOT层，旋涂时间为40秒，然后取下，放入150℃的加热台上烘烤10分钟，等基片降至室温后放入高纯氮环境的手套箱中。

4.旋涂Poly-TPD层：

在手套箱内转速为2000rmp的匀胶机上旋涂浓度为10mg/ml的Poly-TPD/氯苯溶液，时间为40秒。然后在120℃的加热台上烘烤30分钟，冷却。

5.旋涂胶体量子点发光层：

在转速为1000rmp的匀胶机上旋涂浓度为5mg/ml的量子点溶液，时间为40秒，在80℃的加热台上烘烤30分钟，冷却。

6.镀膜，Alq3层和Al电极：

7.盖上掩膜板，固定在基片台上，放入镀膜腔室，在真空度低于10^-4pa的环境中分别按

的蒸镀速率蒸镀Alq3层和Al电极层，两层的厚度分别为30nm、1500nm。

然后把器件从镀膜室中取出，以便后续操作。至此器件芯片部分的制作基本完成。

制成的产品参见图1，为实施例制备的夜视成像系统兼容的量子点电致发光器件的截面图。

实施例2

图2为本发明的另一种实施例，如图2所示，量子点电致发光器件包括：电子注入层（阴极）、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层、阳极辅助层、空穴注入层（阳极）。

电子注入层（阴极）为Al电极21，电子传输层为ZnO层22，量子点发光层为量子点发光层QDs23、空穴传输层为Poly-TPD层24，阳极辅助层为PEDOT:PSS层25、空穴注入层（阳极）为ITO薄膜26。

用ZnO层替代Alq3层，具体如下：准备吸光度（OD）>40的ZnO/异丙醇溶液，旋涂在步骤5后的基片上，匀胶机的转速为1K rmp，时间为40秒，然后放在80℃的加热台上烘烤30分钟，冷却。加盖掩膜板固定在基板上，放入镀膜机的蒸镀室蒸镀电极。

其余同实施例1。

制成的产品如图2，以ZnO作为电子传输层的量子点电致发光器件截面图。会取得更窄的光谱半宽度，及更加优异的发光效果。

实施例3

图3为本发明的再一种实施例，如图3所示，量子点电致发光器件包括：电子注入层（阴极）、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层、阳极辅助层、空穴注入层（阳极）。

电子注入层（阴极）为Al电极31和Ca电极30组成的Ca/Al混合电极，电子传输层为ZnO层32，量子点发光层为量子点发光层QDs33，空穴传输层为Poly-TPD层34、阳极辅助层为PEDOT:PSS层35、和空穴注入层（阳极）问哦ITO薄膜36。

其中电子注入层（即阴极）可以功函数更低的金属制作的混合电极，如Ca/Al，Mg/Ag等。在本实施例中，选用Ca/Al混合电极。

基片为玻璃、硅Si或柔性材料上，所述柔性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET化学式为-OCH2-CH2OCOC6H4CO-）。

其余同实施例1。

制成的产品如图3，Ca/Al混合电极的量子点电致发光器件截面图。

基本设计方法;

(1)器件的光谱分布曲线需结合GJB 1394-92《与夜视成像系统兼容的飞机内部照明》以及美国军用标准MIL-STD-3009上的计算方法建立相应的亮度、NR_A或NR_B辐亮度数据库，分析需设计的夜视兼容光源的亮度要求、辐亮度要求、色坐标要求。

(2)如果NR_A（或NR_B）辐亮度或色度坐标不符合要求，可以通过调整所用纳米量子点(QDs)材料的化学组分与尺寸来微调器件的发光光谱，使其发光光谱余量远离近红外区域，以便制备出满足1976UCS夜视兼容色度图中所要求的夜视绿（A/B）、夜视黄、夜视红、夜视白发光器件。若光亮度、寿命、特殊环境的耐受性等重要指标达不到要求，则需要分析改进制备工艺流程。

本发明未详述部分可参照相关设计手册和标准加以确定。以上只是对本发明中与夜视系统相兼容的该类器件的一般实施方式进行了描述，相关领域的技术人员在该范围内，进行的通常变化和基本材料的替换，都应包含在本专利的保护范围内。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims

1.一种量子点电致发光器件，其特征在于，包括：

阴极部，提供并传输电子；

阳极部，提供并传输空穴；以及

发光部，根据所述阴极部传输来的所述电子以及所述阳极部传输来的所述空穴，在该层复合产生激子，所述激子激发所述发光部发光。

2.根据权利要求1所述的一种量子点电致发光器件，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种量子点电致发光器件，其特征在于：

所述电子注入层为铝、钙、镁、银的一种或两种。

4.根据权利要求2所述的一种量子点电致发光器件，其特征在于：

所述电子传输层为氧化锌ZnO层或者Alq3层。

5.根据权利要求2所述的一种量子点电致发光器件，其特征在于：所述空穴传输层为Poly-TPD层。

6.根据权利要求2所述的一种量子点电致发光器件，其特征在于：所述阳极辅助层为PEDOT:PSS层。

7.根据权利要求2所述的一种量子点电致发光器件，其特征在于：所述空穴注入层为ITO薄膜，所述ITO薄膜蒸镀在基片上，所述基片为玻璃、硅Si或柔性材料上，所述柔性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

8.一种如权利要求1所述的量子点电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

半导体量子点电致发光器件的空穴注入层、空穴传输层及量子点发光层由一定浓度相应化学材料的溶液按一定的工艺旋涂而成，器件的电子传输层和电子注入层采用热蒸发镀膜的方法制成；

a.把准备好ITO基片依次在肥皂水、丙酮、异丙醇、超纯水中清洗，氮气吹干；

b.在ITO基片的薄膜面旋涂PEDOT:PSS层，磁力加热台加热进行固膜，然后冷却；

c.然后在手套箱中旋涂Poly-TPD层，加热固膜、冷却；

d.旋涂量子点发光层，加热固膜、冷却；

e.盖上掩膜板，放入蒸镀室，依次蒸镀电子传输层和电子注入层然后取出，即可。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：其中，步骤b中，所述加热温度为150℃，旋涂的转速为2000rmp；

所述步骤c中，所述加热温度为120℃，旋涂的转速为2000rmp；

所述步骤d中，所述加热温度为80℃；旋涂的转速为1000rmp。

10.一种如权利要求1所述的量子点电致发光器件的应用，其特征在于，用于夜视成像系统。