CN106410057B - 量子阱能级结构的qled器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种量子阱能级结构的QLED器件，包括依次层叠设置的衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，所述量子点发光层为量子阱能级结构，包括依次交替层叠的第一带隙层和第二带隙层，且所述量子点发光层的两个表层均为所述第一带隙层；其中，所述第一带隙层由第一带隙材料制成，所述第二带隙层由量子点发光材料制成，所述第一带隙材料的带隙宽度大于所述量子点发光材料的带隙宽度，且两者能级差≥0.5eV。

Description

量子阱能级结构的QLED器件
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种量子阱能级结构的QLED器件。
背景技术
由于具有高色纯度、发光颜色连续可调以及轻薄、可柔性等特性，且适合大面积涂布工艺制备，量子点发光二极管(QLED)在显示方面具有巨大的应用优势。量子点发光材料的尺寸通常在1～100纳米，由于量子尺寸效应，发光随着颗粒变小而逐渐蓝移。但是，另一方面，由于量子点比表面积比较大，所以表面缺陷态对发光的淬灭显著，同时三维受限的尺寸也增大了俄歇复合的几率，导致激子复合效率降低。
量子点发光层是通过溶液法制备的量子点薄膜，其量子点表面包覆了大量的表面配体，表面配体虽然能起到良好的钝化作用，改善了发光，但是却阻挡了相邻量子点的紧密接触(存在大量的空隙)，使得量子点薄膜不致密，从而造成量子点发光二极管器件在驱动时，存在很高的漏电流，进而降低了器件的电流效率。为了解决上述问题，人们通过核壳结构或者表面包覆来钝化表面缺陷态，减少对发光的淬灭，但是这种方法却无法克服俄歇过程对发光的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子阱能级结构的QLED器件，旨在解决现有QLED器件中的量子点发光层膜层不致密，导致漏电流高、且激子复合效率低的问题。
本发明是这样实现的，一种量子阱能级结构的QLED器件，包括依次层叠设置的衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，所述量子点发光层为量子阱能级结构，包括依次交替层叠的第一带隙层和第二带隙层，且所述量子点发光层的两个表层均为所述第一带隙层；
其中，所述第一带隙层由第一带隙材料制成，所述第二带隙层由量子点发光材料制成，所述第一带隙材料的带隙宽度大于所述量子点发光材料的带隙宽度，且两者能级差≥0.5eV。
本发明提供的量子阱能级结构的QLED器件，含有量子阱能级结构的发光层，且所述发光层中，宽带隙材料和窄带隙发光材料交替设置。一方面，所述量子点发光层的两个表层均为所述第一带隙层，可以增强对激子的限域作用，阻挡空穴或电子进入其他功能层，改善激子的复合效率；另一方面，所述量子阱能级结构中，所述第二带隙层(阱发光层)的两侧均为宽能带的所述第一带隙层，从而使得注入所述量子点发光层中的电子和空穴被有效阻挡在阱发光层中，进而降低QLED器件的漏电流，提高QLED器件的电流效率。
此外，本发明提供的量子阱能级结构的QLED器件，可以通过在所述量子阱能级结构的所述第二带隙层(阱发光层)中加入红、绿、蓝不同的发光材料，从而得到高效的白光QLED器件。进一步的，本发明所述量子阱能级结构的白光QLED器件，加入红、绿、蓝不同的发光材料的方式灵活多变，即可以通过在同一所述第二带隙层(阱发光层)中加入红、绿、蓝不同的发光材料来得到白光QLED器件，也可以通过在不同的所述第二带隙层(阱发光层)中分别加入红、绿、蓝不同的发光材料来得到白光QLED器件。
附图说明
图1是本发明实施例提供的量子阱能级结构的QLED器件结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的QLED器件的量子阱能级结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
有鉴于此，结合图1，本发明实施例提供了一种量子阱能级结构的QLED器件，包括依次层叠设置的衬底1、底电极2、空穴注入层3、空穴传输层4、量子点发光层5、电子传输层6和顶电极7，所述量子点发光层5为量子阱能级结构，包括依次交替层叠的第一带隙层51和第二带隙层52，且所述量子点发光层5的两个表层均为所述第一带隙层51；
其中，所述第一带隙层51由第一带隙材料制成，所述第二带隙层52由量子点发光材料制成，所述第一带隙材料的带隙宽度大于所述量子点发光材料的带隙宽度，且两者能级差≥0.5eV。
具体的，所述衬底1的选择没有明确限制，可以采用柔性衬底1，也可以采用硬质衬底1，如玻璃衬底1。所述底电极2设置在衬底1上，所述底电极2可为本领域常规透明导电电极，包括但不限于ITO电极。
所述空穴注入层3、空穴传输层4、电子传输层6均可参照本领域的常规材料和厚度。具体的，所述空穴注入层3包括但不限于PEDOT：PSS、氧化钼、氧化镍、HATCN中的至少一种。所述空穴传输层4包括导电聚合物、无机氧化物，其中，导电聚合物包括但不限于PVK、TFB、polyTPB、NPB、TAPC中的至少一种；所述无机氧化物包括但不限于NiO、V2O5、MoO3、WO3中的至少一种。所述电子传输层6包括有机导电材料、无机氧化物，其中，所述有机导电材料包括但不限于Alq、OXD-7中的至少一种，所述无机氧化物包括但不限于ZnO、TiO2中的至少一种。本发明实施例中，位于所述量子点发光层5两侧的上述载流子注入/传输层无法有效的阻挡注入其中的电子和空穴、及其复合，同时也不能有效的把激子限制在发光层中，由此，容易降低QLED器件的辐射复合效率。进一步的，如果电子和空穴扩散到其他功能层，还有可能引入杂光，破坏整个显示器件的显示效果。
所述顶电极7可以采用本领域的常规材料和厚度，本发明实施例没有严格限定。
本发明实施例通过对量子点发光层5构建量子阱能级结构来改善其发光效率，获得高效的QLED器件。具体的，本发明实施例所述量子点发光层5为量子阱能级结构，包括依次交替层叠的第一带隙层51和第二带隙层52，且所述量子点发光层5的两个表层均为所述第一带隙层51。其中，所述第一带隙层51由第一带隙材料制成，所述第二带隙层52由量子点发光材料制成，所述第一带隙材料的带隙宽度大于所述量子点发光材料的带隙宽度，且两者能级差≥0.5eV。当两者能级差≥0.5eV时，所述第一带隙层51的对激子的束缚效果明显。本发明实施例采用多层宽带隙材料、窄带隙材料交替的材料作为发光层材料，构成多层量子阱能级结构(如宽带隙-窄带隙-宽带隙-窄带隙-宽带隙的结构)，一方面，可以增强对激子的限域作用，改善激子的复合效率；另一方面，所述量子阱能级结构中，每层第二带隙层52(阱发光层)的两侧均为宽能带的第一带隙层51，从而使得注入所述量子点发光层5中的电子和空穴被有效阻挡在阱发光层中，进而降低QLED器件的漏电流，提高QLED器件的电流效率。
本发明实施例中，优选的，所述第一带隙材料包括2-6族半导体材料、无机纳米氧化物、聚合物材料中的至少一种。上述材料均为绝缘材料，从而可以更好地将载流子束缚在阱结构中。具体的，所述2-6族半导体材料包括但不限于ZnS、ZnSe；和/或所述无机纳米氧化物包括但不限于ZnO、TiO2、SiO2、Al2O3；和/或所述聚合物材料包括但不限于PMMA、PVP、PS、TFB、poly-TPD、PVK。
值得注意的是，本发明实施例所述QLED电致器件中，只有量子阱能级结构中的所述第二带隙层52发光。所述第二带隙发光材料为发光量子点，包括但不限于CdSe/ZnS、CdS/ZnS、ZnSe/ZnS、CdxZn1-xSeyS1-y/ZnS中的至少一种。
本发明实施例中，所述量子阱能级结构中所述第一带隙层51或所述第二带隙层52的层数没有严格限制，可根据不同的发光材料和器件性能进行调节设定。所述第二带隙层52的厚度根据不同的量子点材料和发光类型进行调节设定。所述第一带隙层51的厚度不易过厚，优选的，所述第一带隙层51的厚度≤5nm。若所述第一带隙层51的厚度过高，则电阻较大，影响所述QLED的性能。本发明实施例可以通过分别优化所述第一带隙层51和/或所述第二带隙层52的厚度和能级结构，有效限域激子，阻挡电子和空穴。
本发明实施例还可以在构造多层量子阱能级结构时，通过分别优化所述第二带隙层52的不同发光和厚度，得到红绿蓝三色不同的发光，从而可以得到高效的白光QLED。即所述QLED器件可以为白光QLED，此时，所述量子点发光层5中含有红、绿、蓝三种量子点。
作为一个具体实施例，所述白光QLED中，每一层的所述第二带隙层52由红、绿、蓝三种量子点混合制成。此处，应当理解的是，虽然红、绿、蓝三种量子点可以同时在一个层结构中混合制备白光QLED，但并不表示所述白光QLED中只含有一层第二带隙层52，所述第二带隙层52的层数没有限定。
作为另一个具体实施例，所述白光QLED中，所述第二带隙层52的层数≥3，且每一层的所述第二带隙层52由红、绿、蓝三种量子点中的一种制成。此处，应当理解的是，虽然红、绿、蓝三种量子点分别在不同的层结构制备白光QLED，但并不表示所述白光QLED中只含有三层不同颜色的第二带隙层52，所述第二带隙层52的层数可以根据量子点的类型及其厚度进行调整。
本发明实施例提供的量子阱能级结构的QLED器件，含有量子阱能级结构的发光层，且所述发光层中，宽带隙材料和窄带隙发光材料交替设置。一方面，所述量子点发光层的两个表层均为所述第一带隙层，可以增强对激子的限域作用，阻挡空穴或电子进入其他功能层，改善激子的复合效率；另一方面，所述量子阱能级结构中，所述第二带隙层(阱发光层)的两侧均为宽能带的所述第一带隙层，从而使得注入所述量子点发光层中的电子和空穴被有效阻挡在阱发光层中，进而降低QLED器件的漏电流，提高QLED器件的电流效率。
此外，本发明实施例提供的量子阱能级结构的QLED器件，可以通过在所述量子阱能级结构的所述第二带隙层(阱发光层)中加入红、绿、蓝不同的发光材料，从而得到高效的白光QLED器件。进一步的，本发明所述量子阱能级结构的白光QLED器件，加入红、绿、蓝不同的发光材料的方式灵活多变，即可以通过在同一所述第二带隙层(阱发光层)中加入红、绿、蓝不同的发光材料来得到白光QLED器件，也可以通过在不同的所述第二带隙层(阱发光层)中分别加入红、绿、蓝不同的发光材料来得到白光QLED器件。下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种量子阱能级结构的QLED器件，包括依次层叠设置的衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，其中，所述衬底为玻璃基底，所述底电极为ITO，厚度为120nm；所述空穴注入层为PEDOT:PSS，厚度为20nm；所述空穴传输层为TFB，厚度为45nm；所述量子点发光层为三层量子阱能级结构功能层，包括依次设置的PMMA/(CdSe/ZnS)QDs/PMMA，厚度为50nm，其中，两侧PMMA厚度都是5nm，中间量子点(CdSe/ZnS)层的厚度为40nm；所述电子传输层为纳米氧化锌，厚度为20nm；所述顶电极为Al。
实施例2
一种量子阱能级结构的QLED器件，包括依次层叠设置的衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，其中，所述衬底为玻璃基底，所述底电极为ITO，厚度为120nm；所述空穴注入层为PEDOT:PSS，厚度为20nm；所述空穴传输层为TFB，厚度为45nm；所述量子点发光层为七层量子阱能级结构功能层，包括依次设置的PMMA/(CdSe/ZnS)red QD/PMMA/(CdSe/ZnS)green QD/PMMA/(CdZnS/ZnS)blue QD/PMMA，厚度为80nm，其中，四层PMMA厚度都是5nm，红、绿、蓝量子点层的厚度分别为15nm、20nm和25nm；所述电子传输层为纳米氧化锌，厚度为25nm；所述顶电极为Al。
本发明实施例提供的所述QLED器件的量子点发光层如图2所示。
实施例3
一种量子阱能级结构的QLED器件，包括依次层叠设置的衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，其中，所述衬底为玻璃基底，所述底电极为ITO，厚度为120nm；所述空穴注入层为PEDOT:PSS，厚度为20nm；所述空穴传输层为TFB，厚度为45nm；所述量子点发光层为三层量子阱能级结构功能层，包括依次设置的SiO2/(CdSe/ZnS)QD/SiO2，厚度为40nm，其中，两侧SiO2厚度都是5nm，采用纳米溶液旋涂制备，发光量子点的厚度为30nm；所述电子传输层为纳米氧化锌，厚度为20nm；所述顶电极为Al。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种量子阱能级结构的QLED器件，包括依次层叠设置的衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和顶电极，其特征在于，所述量子点发光层为量子阱能级结构，包括依次交替层叠的第一带隙层和第二带隙层，且所述量子点发光层的两个表层均为所述第一带隙层；
其中，所述第一带隙层由第一带隙材料制成，所述第二带隙层由量子点发光材料制成，所述第一带隙材料的带隙宽度大于所述量子点发光材料的带隙宽度，且两者能级差≥0.5eV。
2.如权利要求1所述的量子阱能级结构的QLED器件，其特征在于，所述第一带隙层的厚度≤5nm。
3.如权利要求1所述的量子阱能级结构的QLED器件，其特征在于，所述第一带隙材料包括2-6族半导体材料、无机纳米氧化物、聚合物材料中的至少一种。
4.如权利要求3所述的量子阱能级结构的QLED器件，其特征在于，所述2-6族半导体材料包括ZnS、ZnSe；和/或
所述无机纳米氧化物包括ZnO、TiO2、SiO2、Al2O3；和/或
所述聚合物材料包括PMMA、PVP、PS、TFB、poly-TPD、PVK。
5.如权利要求1所述的量子阱能级结构的QLED器件，其特征在于，所述第二带隙层中的量子点发光材料，包括CdSe/ZnS、CdS/ZnS、ZnSe/ZnS、CdxZn1-xSeyS1-y/ZnS中的至少一种。
6.如权利要求1-5任一所述的量子阱能级结构的QLED器件，其特征在于，所述QLED器件为白光QLED，所述量子点发光层中含有红、绿、蓝三种量子点。
7.如权利要求6所述的量子阱能级结构的QLED器件，其特征在于，每一层的所述第二带隙层由红、绿、蓝三种量子点混合制成。
8.如权利要求6所述的量子阱能级结构的QLED器件，其特征在于，所述第二带隙层的层数≥3，且每一层的所述第二带隙层由红、绿、蓝三种量子点中的一种制成。
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