CN106098967A - 一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法 - Google Patents

一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106098967A
CN106098967A CN201610522767.XA CN201610522767A CN106098967A CN 106098967 A CN106098967 A CN 106098967A CN 201610522767 A CN201610522767 A CN 201610522767A CN 106098967 A CN106098967 A CN 106098967A
Authority
CN
China
Prior art keywords
led
electrons
emitting diode
performance
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610522767.XA
Other languages
English (en)
Inventor
陈文勇
张芹
杨颖�
顾小兵
钟小怡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang Hangkong University
Original Assignee
Nanchang Hangkong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang Hangkong University filed Critical Nanchang Hangkong University
Priority to CN201610522767.XA priority Critical patent/CN106098967A/zh
Publication of CN106098967A publication Critical patent/CN106098967A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/70—Testing, e.g. accelerated lifetime tests

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

本发明涉及一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法，通过对QD‑LED的电子/空穴注入、传输及复合的过程进行理论研究，并结合对用于验证的一系列不同结构QD‑LED芯片的试验研究，并利用电学性能测试、电致发光光谱、稳态/瞬态荧光光谱，并采用量化计算方法，对QD‑LED的电子/空穴注入、传输及复合进行理论建模，诠释其电荷平衡机制，探明影响QD‑LED整体效率与其它性能的关键因素，提出合理有效的改进方案，最终得到高性能与长寿命的QD‑LED。此发明为提高QD‑LED的电荷平衡与整体效率提供理论基础及研究途径，对开发新型高效的QD‑LED显示器件具有重要的应用价值和研究意义。

Description

一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法
技术领域
本发明涉及一种发光材料的制备，尤其涉及一种量子点发光材料对QD-LED组件内电子/空穴注入、传输与复合过程的研究。
背景技术
量子点材料(colloidal quantum dots，QDs)是指具有发光量子效率高、发射线宽窄、发射频率随量子点尺寸变化而改变等优异特性的半导体，因此，量子点发光二极管波长具有30nm量级的线宽和在原理上其发光波长可从可见光到红外连续可调，色纯度高等一系列优点。因此，自1994年量子点发光二极管(Quantum dot integrated LED，QD-LED)原型出现以来，QD-LED引起了人们极大的兴趣，成为继大功率LED和OLED之后显示领域的研究热点。但是，目前QD-LED的光效较低，其中，绿、红和蓝光QD-LED的光效最大值分别为60、25与2.7lm/W，远不能达到实用的水平。芯片的总体发光效率由电子/空穴的平衡因子、量子点材料的量子产率及芯片的取光效率等因素共同决定。因为量子点材料的量子产率(QuantumYield，QY)很高：红光量子点的QY达到了90％以上，绿光量子点的QY达到了100％，蓝光量子点的QY也接近了100％，可见，限制QD-LED器件效率的根本原因不是量子点的量子产率，而是其它因素。大量研究指出，QD-LED在无偏压(不工作)及有偏压(工作)状态下，电子往量子点发光层的注入数目均大于空穴，电子空穴注入的不平衡会造成量子点充电、荧光淬灭、俄歇复合及热驰豫，导致芯片的效率低，而且在大电流下，随着电流密度的增大，芯片效率越来越低。电子与空穴的平衡因子低，电荷不平衡是目前QD-LED器件效率低的主要原因。目前，提高电荷平衡方面的研究，主要集中在使用HOMO能级相对比较低的金属氧化物替代有机物作为空穴注入层，降低空穴传输层与量子点发光层之间的势垒；以及对空穴传输材料进行掺杂，提高其传导率与空穴迁移率，从而提高空穴的注入能力。但是，研究发现，通过对空穴传输层进行掺杂可以在一定范围内提高空穴的注入能力，但是因为HOMO能级的限制，提升能力非常有限；并且，相比有机物，使用金属氧化物作为空穴传输层反而会降低QD-LED器件的性能。迄今为止，通过优化与改良空穴注入与传输材料得到的最高QD-LED的外量子效率为7.5％，距离QD-LED的实际应用，还有很大需要提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法，该方法的提出为提高QD-LED的电荷平衡与整体效率提供理论基础及研究途径，对开发新型高效的QD-LED显示器件具有重要的应用价值和研究意义。
本发明采用如下技术方案：一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法，其特征步骤如下：
(1)电子/空穴注入、传输与复合理论模型的建立；
(2)QD-LED验证芯片的结构表征(SEM、TEM、XRD、AFM)；
(3)QD-LED验证芯片的性能表征(EQE、EL、J-V-L)；
(4)电子/空穴注入平衡表征(I-V、漏电流)；
(5)电子/空穴电荷平衡性能表征(EL、稳态/瞬态荧光)；
(6)QD-LED性能的分析与评价；
(7)QD-LED结构对电荷平衡的影响分析；
(8)QD-LED电子/空穴注入、传输与复合机制的诠释；
(9)QD-LED芯片的性能优化；
(10)新型QD-LED的重新设计；
(11)验证结构QD-LED芯片的制备。
本发明所述QE-LED制备方法如下：
(1)ITO分别用丙酮、甲醇、异丙醇、去离子水超声10min,再溶臭氧离子机处理15min；
(2)ZnO分散在乙醇中，2000r.p.m、40s旋涂在ITO基底上，用烤胶机80℃，烘烤30min,蒸发掉多余的溶剂；QDs(溶在三氯中)旋涂在ZnO层上，转速是3000r.p.m，旋转40s，80℃烘烤30min；poly-TPD是3000r.p.m、50s旋涂在QDs层上，然后120℃处理20min；再将PEDOT:PSS旋涂在poly-TPD上，3500r.p.m旋涂40s。这些过程都在是充满氩气的手套箱里操作；
(3)蒸镀Al电极，蒸镀的条件是真空度～4×10-6mbar，通过掩膜版控制Al电极的形状。
本发明通过对QD-LED电子/空穴的注入、传输与复合过程的理论建模，不仅可以进一步了解QD-LED的发光机理，还可以对LED器件进行失效分析。理论模型与实验操作的结合，更能够提出有效的实验方案，大大减少了实验步骤的探索过程。
本发明提出了添加缓冲层与双阻挡层的新型QD-LED结构，首先采用高电势的新型材料，在改善器件电子/空穴注入平衡可以起到有效的作用；为QD-LED材料的选取提供了新方向。
本发明的优点是：拟利用已有的LED器件制备、封装与测试研究方面的基础，
以及光学测试研究方面的基础，综合应用光学、材料学、化学、电子封装及精微制造、光电测试技术等相关学科结合的优势，针对电子/空穴在QD-LED组件内的注入、传输与复合的过程及机制进行研究，然后对QD-LED结构进行优化与调控，制备出高电荷平衡的高效新型QD-LED器件。本方法的提出为提高QD-LED的电荷平衡与整体效率提供理论基础及研究途径，对开发新型高效的QD-LED显示器件具有重要的应用价值和研究意义。
附图说明
图1为本发明的流经QD-LED的电流示意图。
图2为本发明的量子点在溶液中、玻璃上及QD-LED器件中的瞬态荧光光谱图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明的主要内容包括以下三方面：
(1)电荷的注入与流动机制研究。从注入限制和空间电荷限制两方面来研究电荷在QD-LED中的注入与流动机制，探索电子/空穴注入电流、未复合并泄漏的电子/空穴电流的测试方法，探明电荷注入密度和迁移率与材料特性、传输层厚度、温度及电场强度等参数的关系。
(2)高电荷平衡QD-LED结构的设计与调控。对QD-LED的整体结构进行优化和设计，有效调控其电荷平衡。优化QD-LED器件中每一层的功能、材料、厚度和制备工艺，研究材料介电常数、晶体晶形、温度、界面状态等对器件性能的影响。分析电子与空穴的运动行为、复合行为、电学行为、热力学稳定性等物理化学性能。探明高电荷平衡因子、高外量子效率、高光效、低开启电压、长寿命QD-LED的合理设计与有效调控方法。
(3)电荷平衡性能研究。研究对电子/空穴的注入、传输及复合过程进行跟踪探测，以及测试与表征电荷平衡性能的方法，分析与诠释电子、空穴的辐射复合及非辐射复合行为，探索结构设计、材料选择以及界面、能级、工艺匹配问题对电荷平衡的影响，以及实现高电荷平衡因子QD-LED器件的关键因素。
1、QD-LED的制备共大约包括10个工艺步骤：
(1)沉积背导电层，将背面导电层沉积在衬底上；
(2)制备ITO层，在衬底上制备ITO导电层作为电极之一；
(3)沉积电子传输层，将电子传输材料沉积在衬底上；
(4)制备量子点发光层，将量子点材料通过旋涂或印刷等方式沉积在电子传输层上，形成p-n结；
(5)制备空穴传输与注入层，利用有机或无机材料作为空穴传输层或注入层，将其用真空蒸镀或旋涂的方法制备在量子点发光层上；
(6)沉积窗口导电层，将导电材料沉积在发光层上，制作芯片的另外一个电极；
(7)退火，对芯片进行退火处理，提高芯片性能；
(8)连接引线，通过键合引线将芯片的电极与衬底的电极连接到一起；
(9)分割，对连在一起的芯片进行切割，得到独立的QD-LED芯片模块；
(10)测试，对发光模块进行目测和通电测试，测试其光电特性。
2、电荷注入、传输与复合理论建模可行性分析
(1)载流子通过QD-LED器件所形成的电流如图1所示，在外部电路上可以观测到的电流J等于由阳极注入的空穴所形成的电流Jh加上未复合并泄漏到阳极的电子形成的电流J'e，或者等于由阴极注入的电子所形成的电流Je加上未复合并泄漏到阴极的空穴形成的电流J'h。令在QD-LED中因复合而消失的电流为Jr，则注入载流子的平衡因子γ注入可以用Jr/J来表示。在外部回路中流通的电流J为可测量的电流，由于再结合而在组件内消失的空穴-电子对的相对电流Jr为不可测量的电流。但是，因为通常电子的注入数目远大于空穴，可以假设由阳极注入的空穴因全部复合而消失。那么，载流子的平衡因子γ注入可由(J-J'e)/J近似表示，此时J'e为电路的漏电流。通过测量QD-LED的I-V曲线，根据漏电流与总电流的比值，分析注入载流子的平衡因子，探明两电极之间载流子的注入平衡情况。
(2)为了表征QD-LED的电荷平衡性能，探明电子/空穴的注入及传输规律及电荷平衡性对发光效率的影响机制，进而为QD-LED的结构设计和可控制备提供依据。本项目拟采用稳态荧光光谱技术、瞬态荧光光谱技术、电学特性等表征手段，揭示器件结构对电荷平衡的影响机制。
(3)采用稳态/瞬态荧光光谱技术对电子-空穴的复合等进行表征。采用瞬态荧光光谱技术对QD-LED的荧光寿命进行测量；荧光淬灭越强、淬灭过程越快表示电荷平衡因子越低(见图2)。制备一系列相互比较的结构，根据荧光淬灭强度及淬灭时间快慢程度研究它们的电荷平衡能力，分析空穴传输材料的空穴注入与传输能力。据此，选择合适的结构与空穴传输材料，力求实现增加空穴的注入数目，提高QD-LED的电荷平衡。

Claims (2)

1.一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法，其特征步骤如下：
（1）电子/空穴注入、传输与复合理论模型的建立；
（2）QD-LED验证芯片的结构表征（SEM、TEM、XRD、AFM）；
（3）QD-LED验证芯片的性能表征（EQE、EL、J-V-L）；
（4）电子/空穴注入平衡表征（I-V、漏电流）；
（5）电子/空穴电荷平衡性能表征（EL、稳态/瞬态荧光）：用量子化学密度函数理论系统计算均聚物和共聚物不同连接方式的几何结构、能隙及电子性质；
（6）QD-LED性能的分析与评价；
（7）QD-LED结构对电荷平衡的影响分析；
（8）QD-LED电子/空穴注入、传输与复合机制的诠释；
（9）QD-LED芯片的性能优化；
（10）新型QD-LED的重新设计；
（11）验证结构QD-LED芯片的制备。
2.根据权利要求1所述的一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法，其特征在于：所述QE-LED制备方法如下：
（1）ITO分别用丙酮、甲醇、异丙醇、去离子水超声10min,再溶臭氧离子机处理15min；
（2）ZnO分散在乙醇中，2000r.p.m、40s旋涂在ITO基底上，用烤胶机80℃，烘烤30min,蒸发掉多余的溶剂；QDs(溶在三氯中)旋涂在ZnO层上，转速是3000r.p.m，旋转40s， 80℃烘烤30min；poly-TPD是3000r.p.m、50s旋涂在QDs层上，然后120℃处理20min；再将PEDOT:PSS旋涂在poly-TPD上，3500r.p.m旋涂40s，这些过程都在是充满氩气的手套箱里操作；
（3）蒸镀Al电极，蒸镀的条件是真空度～4×10-6mbar，通过掩膜版控制Al电极的形状。
CN201610522767.XA 2016-07-05 2016-07-05 一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法 Pending CN106098967A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610522767.XA CN106098967A (zh) 2016-07-05 2016-07-05 一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610522767.XA CN106098967A (zh) 2016-07-05 2016-07-05 一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106098967A true CN106098967A (zh) 2016-11-09

Family

ID=57213292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610522767.XA Pending CN106098967A (zh) 2016-07-05 2016-07-05 一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106098967A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115829042A (zh) * 2022-11-29 2023-03-21 南京贝迪新材料科技股份有限公司 一种量子点扩散板的结构性能评估方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008121793A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-09 The Penn State Research Foundation Mist fabrication of quantum dot devices
CN103333355A (zh) * 2013-04-11 2013-10-02 河南大学 一种提高薄膜电致发光器件稳定性的方法
WO2015089145A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Nanophotonica, Inc. A method and structure of promoting positive efficiency aging and stabilization of quantum dot light-emitting diode
CN105140358A (zh) * 2015-09-21 2015-12-09 福州大学 一种基于全刮涂技术制备量子点发光二极管的方法
CN105206718A (zh) * 2015-09-25 2015-12-30 南京理工大学 一种溶液法制备的CsPbX3无机钙钛矿量子点发光二极管
CN105261707A (zh) * 2015-09-08 2016-01-20 河南大学 一种新型量子点发光器件
CN105355804A (zh) * 2015-12-28 2016-02-24 Tcl集团股份有限公司 降低功函数的方法、倒置有机发光器件及制作方法
CN105609651A (zh) * 2016-01-07 2016-05-25 东南大学 自组装聚合物空穴传输层结构的高效量子点发光二极管

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008121793A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-09 The Penn State Research Foundation Mist fabrication of quantum dot devices
CN103333355A (zh) * 2013-04-11 2013-10-02 河南大学 一种提高薄膜电致发光器件稳定性的方法
WO2015089145A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Nanophotonica, Inc. A method and structure of promoting positive efficiency aging and stabilization of quantum dot light-emitting diode
CN105261707A (zh) * 2015-09-08 2016-01-20 河南大学 一种新型量子点发光器件
CN105140358A (zh) * 2015-09-21 2015-12-09 福州大学 一种基于全刮涂技术制备量子点发光二极管的方法
CN105206718A (zh) * 2015-09-25 2015-12-30 南京理工大学 一种溶液法制备的CsPbX3无机钙钛矿量子点发光二极管
CN105355804A (zh) * 2015-12-28 2016-02-24 Tcl集团股份有限公司 降低功函数的方法、倒置有机发光器件及制作方法
CN105609651A (zh) * 2016-01-07 2016-05-25 东南大学 自组装聚合物空穴传输层结构的高效量子点发光二极管

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高慧 等: "量子点电致发光器件发光层能级变化与驱动电压的关系研究", 《光电器件》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115829042A (zh) * 2022-11-29 2023-03-21 南京贝迪新材料科技股份有限公司 一种量子点扩散板的结构性能评估方法及系统
CN115829042B (zh) * 2022-11-29 2024-04-02 南京贝迪新材料科技股份有限公司 一种量子点扩散板的结构性能评估方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105552245B (zh) 电致发光器件及其制作方法、显示装置
Gil-Escrig et al. Efficient photovoltaic and electroluminescent perovskite devices
Anikeeva et al. Electronic and excitonic processes in light-emitting devices based on organic materials and colloidal quantum dots
CN106129262B (zh) 一种具有双空穴注入层的紫外有机发光器件及其制备方法
CN104766927B (zh) 有机发光二极管器件及其制备方法
CN105449112B (zh) 量子点电致发光器件、具有其的显示装置与照明装置
CN105140361B (zh) 量子点发光二极管及其制备方法
CN107123742B (zh) 一种倒置型底发射有机发光二极管及其制备方法
CN109346616B (zh) 一种白光钙钛矿型电致发光器件以及制备方法
Meng et al. White organic light-emitting diodes based on a combined electromer and monomer emission in doubly-doped polymers
CN106409665A (zh) 掺杂有机半导体的方法和掺杂组合物
CN107068884B (zh) 一种高效率紫外有机电致发光器件及其制备方法
Qasim et al. Large-area quantum-dot light emitting diode arrays with ZnO nanoparticles as electron transport/injection layer
CN107046101B (zh) 等离子体共振增强的蓝光有机发光二极管及其制备方法
Li et al. Degradation of phosphorescent organic light-emitting diodes under pulsed current stressing
CN107611229A (zh) 一种交流驱动提高硅基异质结电致发光器件发光稳定性的方法
US20220278293A1 (en) Organic electroluminescent device and array substrate
CN106098967A (zh) 一种量子点发光二极管的电荷注入、传输及复合方法
Chen et al. Efficient, color-stable flexible white top-emitting organic light-emitting diodes
CN109860404B (zh) 白光有机发光二极管及其制备方法
CN109103342A (zh) 基于金属纳米粒子的全溶液有机发光二极管及其制备方法
Liu et al. Enhanced luminance of organic light-emitting diodes with metal nanoparticle electron injection layer
TW202113029A (zh) 量子點發光二極體及其製造方法
Sharma et al. Fluorescent trilayer OLED device: An electrical and optical characterization-based simulation
CN106207014A (zh) 一种有机发光器件的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20161109

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication