CN105261709A - 一种掺杂量子点的有机发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掺杂量子点的有机发光器件及其制备方法，包括基板、设置在所述基板之上的OLED阳极结构和OLED阴极结构，所述OLED阳极结构与所述OLED阴极结构之间还设置有掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层。本发明通过在有机电致发光薄膜层表面掺杂一种或多种不同大小的量子点材料，由于两种材料同时具有光致发光的特性，量子点因稳定性和激发效率高，不但可以自发光，还可以通过提供给OLED发光物质掺杂能级从而提升OLED自身的发光效率，降低OLED器件的功耗和驱动电流，同时增加了器件的稳定性和寿命。

Description

一种掺杂量子点的有机发光器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及平板显示技术领域，尤其涉及的是一种掺杂量子点的有机发光器件及其制备方法。

背景技术

在如今的平面显示领域中，由于平面显示器件具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用。现有的平面显示器件主要包括液晶显示器件(LiquidCrystalDisplay，LCD)及有机电致发光显示器件(OrganicLightEmittingDisplay，OLED)。

OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。从使用的有机电致发光材料的分子量来看，有机电致发光器件分为小分子有机电致发光器件(OLED)和高分子电致发光器件(PLED)。

如图1所示，现有技术中OLED的结构包括基板10、置于基板上的ITO透明阳极20、置于ITO透明阳极20上的空穴注入层30(空穴注入层的英文简称为HIL)、置于空穴注入层30上的空穴传输层40(空穴传输层的英文简称HTL)、置于空穴传输层40上的发光层50(发光层的英文简称为EML)、置于发光层50上的电子传输层60(电子传输层的英文简称为ETL)、置于电子传输层60上的电子注入层70(电子注入层的英文简称为EIL)以及置于电子注入层70上的阴极80。

如图2所示，微观结构下OLED的发光过程为电子从阴极80出发，需要足够的能量去穿过禁带81到达导带82，这个过程中是吸收电能的过程，然后电子再发生跃迁后释放出能量，产生光子。但不是所有电子在吸收了电能后都可以有效的穿过禁带81，所以OLED的发光效率取决于电子的跃迁成功率。

目前由于OLED显示器的功耗较高，同时寿命远远小于LCD，特别是对于OLED应用于大尺寸来讲，减少OLED的功耗可以变相提升大尺寸OLED器件的稳定性，所以需要提升OLED的发光效率。同时由于传统大尺寸OLED器件需要精细掩膜技术的工艺生产，导致生产良率比较低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种掺杂量子点的有机发光器件及其制备方法，旨在解决现有技术中OLED的发光效率较低，且因采用精细掩膜技术的工艺生产，导致生产良率比较低的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种掺杂量子点的有机发光器件，包括基板、设置在所述基板之上的OLED阳极结构和设置在所述OLED阳极结构之上的OLED阴极结构，其中，所述OLED阳极结构与所述OLED阴极结构之间还设置有掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层中包括有机发光物薄膜层，所述有机发光物薄膜层的表层镶嵌有至少一种量子点。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层为蓝色和绿色的有机电致发光薄膜层且表层镶嵌有红色量子点，或为蓝色的有机电致发光薄膜层且表层镶嵌有绿色和红色量子点，或为白色的有机电致发光薄膜层且表层镶嵌有近红外量子点。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述基板与所述OLED阳极结构之间还设置有可产生红、绿和蓝三种子像素的彩色滤光层。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述量子点规则的排列在所述有机电致发光薄膜层上，并由量子点中的电子产生分散的能级。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层中的量子点材料为CdSe、CdS、CdMnS、ZnSe、ZnMnS、InP、InAs、CuInS、MnZnS、PbS、PbSe或CdTe。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述OLED阳极结构包括从下至上依次设置的ITO阳极、空穴注入层和空穴传输层。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述OLED阴极结构包括从下至上依次设置的电子传输层及阴极。

所述掺杂量子点的有机发光器件，其中，所述空穴传输层的材料为聚三苯胺。

一种掺杂量子点的有机发光器件的制备方法，其中，包括步骤：

制备基板，并在基板上制备OLED阳极结构；

通过溶液成膜法在OLED阳极结构上制备有机电致发光薄膜层；

通过有机金属化学气相沉淀法或印刷法将量子点规则排列在有机电致发光薄膜层上；

在掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层上制备OLED阴极结构，得到掺杂量子点的有机发光器件。

有益效果：本发明通过在有机电致发光薄膜层表面掺杂一种或多种不同大小的量子点材料，由于两种材料同时具有光致发光的特性，量子点因稳定性和激发效率高，不但可以自发光，还可以通过提供给OLED发光物质掺杂能级从而提升OLED自身的发光效率，降低OLED器件的功耗和驱动电流，同时增加了器件的稳定性和寿命。

附图说明

图1为现有技术中OLED器件的结构示意图；

图2为现有技术中OLED器件的能级结构示意图；

图3为本发明所述掺杂量子点的有机发光器件的结构示意图；

图4为本发明所述掺杂量子点的有机发光器件中掺杂单一量子点的能级结构示意图；

图5为本发明所述掺杂量子点的有机发光器件中掺杂两种量子点的能级结构示意图；

图6为本发明所述掺杂量子点的有机发光器件的制备方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种掺杂量子点的有机发光器件及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图3，图3是本发明所述掺杂量子点的有机发光器件的结构示意图。如图3所示，所述掺杂量子点的有机发光器件包括基板100、设置在所述基板100之上的OLED阳极结构200和OLED阴极结构300，所述OLED阳极结构200与所述OLED阴极结构300之间还设置有掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层400。

量子点材料，由于电子和空穴被量子限域，可以将连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。

OLED和量子点均可以实现电致发光，其微观表现为，由于外部能量的激发电子从基态跃迁到激发态，电子与空穴发生复合，最终弛豫到基态。多余的能量通过复合和弛豫过程释放，辐射复合发出光子。

微观结构下OLED的发光过程为电子从阴极出发，需要足够的能量去穿过禁带到达导带部分，这个过程中是吸收电能的过程，然后电子再发生跃迁后释放出能量，产生光子。但不是所有电子在吸收了电能后都可以有效的穿过禁带部分，所以OLED的发光效率决定于电子的跃迁成功率。

本实施例中，通过在有机电致发光薄膜层400中镶嵌一种或多种不同大小的量子点材料来改变OLED原本的能级结构，从而提升电子的跃迁效率，提升OLED器件的发光效率。在有机电致发光薄膜层400中镶嵌一种或多种不同大小的量子点材料的本质是在有机电致发光薄膜层400中掺杂有机/无机电致发光物质来改变有机电致发光物质的能带组成。具体的，所述的量子点材料为CdSe、CdS、CdMnS、ZnSe、或ZnMnSe等Ⅱ～Ⅵ族量子点，InP、InAs等III～V量子点（Ⅱ～Ⅵ族量子点及III～V量子点均为本征量子点），或者为CulnS、MnZnS等掺杂量子点，或者为PbS、PbSe、CdTe、PbTe等近红外光的量子点。

当在有机电致发光薄膜层400中镶嵌单一种类的量子点时，其能级结构示意图如图4所示，电子从OLED阴极结构300出发，需穿过禁带301到达导带302。在此过程中，电子需足够的能量才能成功穿过。由于单一种类的量子点在禁带301间形成单一量子能带303，当电子通过单一量子能带303时，可以吸收其能量，提升了电子穿过禁带301的成功率和效率，从而提高了能量转化效率。

当在有机电致发光薄膜层400中镶嵌两种量子点时，其能级结构示意图如图5所示，电子从OLED阴极结构300出发，需穿过禁带301到达导带302。同样的，电子需要足够的能量才能成功穿过。与掺杂单一种类量子点相比，掺杂两种不同种类和大小的量子点时，可在禁带301间形成第一量子能带304和第二量子能带305。当电子从OLED阴极结构300出发时，在第一量子能带304和第二量子能带305都可吸收能量，大大提升了电子穿过禁带301的成功率和效率。但是与掺杂单一量子点的工艺相比，则更加复杂和困难。因为每多一种掺杂量子点，其能带结构会变得更加复杂，计算其位置和大小变得比较复杂，工艺难度也增加。故较佳的实施例是在有机电致发光薄膜层400中只镶嵌单一种类的量子点，不仅保证了电子穿过禁带301的成功率和效率，而且工艺简单。

同时，将有机/无机材质的量子点材料掺杂进入有机OLED器件中，由于量子点材料本身性能稳定，同时也可电致发光，所以可以在不影响OLED发光情况下提升OLED器件的发光效率，如此可以降低OLED器件的功耗，使得OLED驱动电流减小，增加器件的稳定性和寿命。

具体实施时，根据能带理论，如果需要提升OLED的发光效率必须增加电子从价带穿过禁带到达导带的概率。则根据能级的宽度与跃迁光谱之间的关系,量子点产生的掺杂能级必须要低于OLED正常发光的能级。假设量子点本身的价带与OLED发光材料的价带重合，则原理上对应于显示器件中应用时，掺杂的能级必须低于蓝光跃迁的能级，这样电子可以将此能级作为跳板继续跃迁上去。所以量子点掺杂可以有以下几种类型：

1）蓝色和绿色有机电致发光薄膜层+红色量子点；

2）蓝色有机电致发光薄膜层+绿色和红色量子点；

3）白色有机电致发光薄膜层+近红外量子点；

以上的三种类型均可以在接受电能后发出白光，发出的白光穿过彩色滤光层500产生红绿蓝三色，从而满足显示的需求。

在有机电致发光薄膜层400中镶嵌量子点，通过调整量子点材料的大小来改变掺杂能级的位置。其遵循：E∝1/R²公式，即量子点半径越大其能量越小，产生的能级就越窄。通过调整量子点材料在OLED薄膜中的位置，来调整其产生掺杂能级的数量。通过调整量子点材料在OLED薄膜中的含量来调整OLED发光的色度。

同时，由于量子点材料具有光致发光的特性，掺杂量子点的OLED器件中发光种类有多种。特别是掺杂能级的出现也会出现电子跃迁现象，从而产生相应波长的光，所以在本发明的多种实施例中，使用蓝色和绿色有机电致发光薄膜层掺杂单种量子点（红色）的为最佳的方式。这种方式掺杂能带较为单一，同时效率也相对较高，工艺比较简单。因为每多一种掺杂量子点其能带结构会变得更加复杂，计算其位置和大小变得比较复杂，同时工艺也会比较难。

具体实施时，所述OLED阳极结构200设置在所述基板100上，所述OLED阴极结构300设置在所述OLED阳极结构200上，所述OLED阳极结构200与电池的正极连接，所述OLED阴极结构300与电池的负极连接。

进一步的，如图3所示，所述OLED阳极结构200包括从下至上依次设置的ITO阳极210、薄膜晶体管220、空穴注入层230和空穴传输层240。所述OLED阴极结构300包括从下至上依次设置的电子传输层310及阴极320。所述基板100与所述OLED阳极结构200之间还设置有可产生红、绿和蓝三种子像素，并通过透明电极来驱动的彩色滤光层500。所述彩色滤光层500中设置有红、绿和蓝三种子像素，当白光通过时，则滤除其他颜色的光，只有红、绿、蓝三色光通过。

进一步的，所述基板100为玻璃或柔性材料；所述基板100、彩色滤光层500、ITO阳极210及空穴传输层240都是透光的；所述空穴传输层240的材料为聚三苯胺；所述电子传输层310的材料为八羟基喹啉铝。

进一步的，所述彩色滤光层500为有色阻材料，通过蒸镀的方式设置在基板100之上。在本发明所述掺杂量子点的有机发光器件中彩色滤光层500之上的各层（主要是白色发光层，白色发光层包括OLED阳极结构200、有机电致发光薄膜层400及OLED阴极结构300）发出的白光穿过彩色滤光层500后，分别通过红绿蓝三个子像素产生红绿蓝三色光形成单色光。本发明通过采用彩色滤光层500来替代现有技术中掩膜技术，降低了工艺难度，且适合于大尺寸的显示器件的生产。

基于上述实施例，本发明还提供一种掺杂量子点的有机发光器件的制备方法，如图6所示，其包括以下步骤：

步骤S101、制备基板，并在基板上制备OLED阳极结构；

上述步骤S101具体为，制备基板，并在基板上依次形成彩色滤光层、阳极及空穴传输层。即所述OLED阳极结构包括在基板上依次形成的彩色滤光层、阳极及空穴传输层。

步骤S102、通过溶液成膜法在OLED阳极结构上制备有机电致发光薄膜层；

步骤S103、通过有机金属化学气相沉淀法或印刷法将量子点规则排列在有机电致发光薄膜层上；

步骤S104、在掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层上制备OLED阴极结构，得到掺杂量子点的有机发光器件。

综上所述，本发明公开了一种掺杂量子点的有机发光器件及其制备方法，包括基板、设置在所述基板之上的OLED阳极结构和OLED阴极结构，所述OLED阳极结构与所述OLED阴极结构之间还设置有掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层。本发明通过在有机电致发光薄膜层表面掺杂一种或多种不同大小的量子点材料，由于两种材料同时具有光致发光的特性，量子点因稳定性和激发效率高，不但可以自发光，还可以通过提供给OLED发光物质掺杂能级从而提升OLED自身的发光效率，降低OLED器件的功耗和驱动电流，同时增加了器件的稳定性和寿命。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种掺杂量子点的有机发光器件，包括基板、设置在所述基板之上的OLED阳极结构和OLED阴极结构，其特征在于，所述OLED阳极结构与所述OLED阴极结构之间还设置有掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层。

2.根据权利要求1所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层中包括有机发光物薄膜层，所述有机发光物薄膜层的表层镶嵌有至少一种量子点。

3.根据权利要求2所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层为蓝色和绿色的有机电致发光薄膜层且表层镶嵌有红色量子点，或为蓝色的有机电致发光薄膜层且表层镶嵌有绿色和红色量子点，或为白色的有机电致发光薄膜层且表层镶嵌有近红外量子点。

4.根据权利要求1所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述基板与所述OLED阳极结构之间还设置有可产生红、绿和蓝三种子像素的彩色滤光层。

5.根据权利要求2所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述量子点规则的排列在所述有机电致发光薄膜层上，并由量子点中的电子产生分散的能级。

6.根据权利要求1所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层中的量子点材料为CdSe、CdS、CdMnS、ZnSe、ZnMnS、InP、InAs、CuInS、MnZnS、PbS、PbSe或CdTe。

7.根据权利要求1所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述OLED阳极结构包括从下至上依次设置的ITO阳极、空穴注入层和空穴传输层。

8.根据权利要求7所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述OLED阴极结构包括从下至上依次设置的电子传输层及阴极。

9.根据权利要求7所述掺杂量子点的有机发光器件，其特征在于，所述空穴传输层的材料为聚三苯胺。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的掺杂量子点的有机发光器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：

制备基板，并在基板上制备OLED阳极结构；

通过溶液成膜法在OLED阳极结构上制备有机电致发光薄膜层；

通过有机金属化学气相沉淀法或印刷法将量子点规则排列在有机电致发光薄膜层上；

在掺杂有量子点的有机电致发光薄膜层上制备OLED阴极结构，得到掺杂量子点的有机发光器件。