CN109119541A - 量子点发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种量子点发光元件，量子点发光元件的电子注入层和电子传输层含有菲咯啉化合物或喹啉化合物。由本发明提供的发光元件可实现高发光效率及高色再现性。本发明的量子点发光元件可用于量子点显示器、液晶显示器的背光源、照明、计器类等的光源、标示板或标识灯等。

Description

量子点发光元件
技术领域
本发明涉及量子点发光元件，具体涉及能用于显示元件、平板显示器、背光灯、照明、内部装饰、指向标、广告牌、电子照相机及光信号发生器等领域的阴极和阳极之间发光材料使用量子点材料的量子点发光元件。
背景技术
量子点(Quantum dot)又称纳米晶，由有限数目的原子组成，尺寸均为纳米数量级。受到光或电作用，能发出光，发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。
阴极和阳极之间使用量子点材料的发光材料的发光元件又称量子点发光元件(QLED，Quantum Dot Light Emitting Device)。随着科学技术的不断发展，人们对显示器画质的要求越高，因此量子点发光元件其高色纯度，色饱和度和广色域等优点被认为是未来最具代表性的显示技术。
量子点发光元件的阴极和阳极之间一般包括电子注入层，电子传输层，发光层，空穴传输层以及空穴注入层。一般氧化锌(ZnO)是电子注入层兼做电子传输层使用。但是氧化锌存在粒径不均匀及易发生团聚的问题。通过旋涂方式沉积的膜会出现较为粗糙的现象，导致出现较大的电流泄漏等问题，严重影响到量子点发光元件驱动电压，寿命，发光效率和色纯度性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供能够解决上述现有技术的问题，可降低驱动电压，提高寿命，发光效率和色纯度性能的量子点发光元件。
本发明提供使用具有优异的电子注入和传输性能的发光材料作为电子注入层或电子传输层，电子注入层兼做电子传输层，实现低驱动电压，高寿命，发光效率和色纯度性能好的量子点发光元件。
在本发明中，提供一种量子点发光元件，其为利用电能发光的元件，在阳极和阴极之间存在发光材料，所述发光材料含有式1表示的化合物的电子传送层材料和量子点发光材料；
其中，X选自含有氮原子或硫原子的稠环，Y为单键且可以单独或组合键合，选自可被取代的烷基、可被取代的链烯基、可被取代的环烷基、可被取代的芳基、可被取代的杂环基、可被取代的硅烷基、可被取代的醚基或可被取代的硫醚基；n是2以上的整数。
为了进一步降低驱动电压，使用式1的化合物优选X为可被取代的喹啉化合物或可被取代的菲咯啉化合物。
特别是考虑到优异的薄膜形成能力，所述量子点发光元件优选使用含有下述式2所示的菲咯啉化合物；
其中，R1-R8可以相同或不同，分别独立选自氢、可被取代的烷基、可被取代的环烷基、可被取代的芳烷基、可被取代的链烯基、可被取代的环烯基、可被取代的炔基、可被取代的羧基、可被取代的烷硫基、可被取代的烷氧基、可被取代的烷硫基、可被取代的芳基醚基、可被取代的芳基硫醚基、可被取代的芳基、可被取代的杂芳基、卤素、可被取代的卤代烷基、可被取代的卤代烯基、可被取代的卤代炔基，可被取代的氰基、可被取代的羰基、可被取代的羧基、可被取代的氧羰基、可被取代的氨基甲酰基、氨基、硝基、可被取代的硅烷基或可被取代的硅氧烷基；R1-R8至少一种用于连接；n是2以上的整数。
如果发光材料的分子量过大，则升华性降低，真空蒸镀时热分解的概率变大，另一方面，如果发光材料的分子量过小，则因薄膜形成能力变差导致发光元件的性能降低的情况较多。从升华性，薄膜形成能力及合成的容易性方面考虑优选n是2。
上述烷基优选为C1-C20的烷基；进一步优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基等饱和脂肪族烃基中的一种或多种。上述烷基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述环烷基优选为C3-C20的环烷基；进一步优选为环丙基、环已基、降冰片基或金刚烷基等饱和脂环式烃基中的一种或多种。上述环烷基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述杂环基优选为C2-C20的杂环基；进一步优选为吡喃环、哌啶环或环状酰胺等环内具有碳以外的原子的脂肪族环中的一种或多种。上述杂环基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述链烯基优选为C2-C20的链烯基；进一步优选为乙烯基、烯丙基或丁二烯基等包含双键的不饱和脂肪族烃基中的一种或多种。上述链烯基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述环烯基优选为C3-C20的环烯基；进一步优选为环戊烯基、环戊二烯基或环己烯基等包含双键的不饱和脂环式烃基中的一种或多种。上述环烯基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述炔基优选为C2-C20的炔基；进一步优选为乙炔基等包含三键的不饱和脂肪族烃基。上述炔基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述烷氧基优选为C1-C20的烷氧基；进一步优选为甲氧基、乙氧基或丙氧基等介由醚键键合脂肪族烃基的官能团中的一种或多种。该脂肪族烃基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述烷硫基是烷氧基的氧原子被置换为硫原子的基团。优选为C1-C20的烷硫基；烷硫基的烷基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述芳基优选为C6-C60的芳基；进一步优选为苯基、萘基、联苯基、菲基、苯三联苯基或芘基等芳香族烃基中的一种或多种。芳基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述杂芳基优选为C4-C60的芳香族杂环基；进一步优选为呋喃基、噻吩基、吡咯、苯并呋喃基、苯并噻吩基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、吡啶基或喹啉基等中的一种或多种。芳香族杂环基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述芳基醚基优选为C6-C40的芳基醚基；进一步优选为苯氧基等介由醚键键合芳香族烃基的官能团。芳基醚基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述芳基硫醚基是芳基醚基的醚键的氧原子被置换为硫原子的基团。优选为C6-C60的芳基硫醚基。芳基硫醚基中的芳香族烃基可以具有取代基也可以没有取代基。
上述卤素原子选自于氟、氯、溴或碘。
上述羰基、羧基、氧羰基、氨基甲酰基、烷氨基可以具有取代基也可以没有取代基。对于烷氨基取代基的碳数没有特别限制，通常为2以上60以下的范围。
上述硅烷基表示为例如三甲基硅烷基、三乙基硅烷基、二甲基叔丁基硅烷基或三苯基硅烷基等具有与硅原子键合的键的官能团，硅烷基可以具有取代基也可以没有取代基。对于硅烷基的碳数没有特别限制，通常为1以上40以下的范围。
上述取代基选自于氘、卤素、C1-C15的烷基、C3-C15的环烷基、C3-C15的杂环基、C2-C15的链烯基、C4-C15的环烯基、C2-C15的炔基、C1-C55的烷氧基、C1-C55的烷巯基、C6-C55的芳基醚基、C6-C55的芳基硫醚基、C6-C55的芳基、C4-C55的芳香族杂环基、羰基、羧基、氧羰基、氨基甲酰基、C1-C55的烷氨基或C3-C15的硅原子数为1-5的硅烷基中的一种或多种。
如果发光材料的分子量过大，则升华性降低，真空蒸镀时热分解的概率变大，另一方面，对溶剂的溶解度小打印时不能控制膜厚。从升华性，打印时溶解度方面考虑，所述取代基优选甲基、乙基、叔丁基。
本发明中的发光材料，可以蒸镀、也可以打印。打印是包含旋涂、丝网印刷、夹缝式涂布、喷墨涂布或激光转写。
所述作为菲咯啉化合物和喹啉化合物，没有特别限定，优选列举如下的例子。
具体实施方式
在下面的实施例中，分别使用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)、聚乙烯咔唑(PVK)、硒化镉(CdSe)、硫化硒(CdS)、硫化锌(ZnS)、氟化锂(LiF)、氧化锌(ZnO)、三(8－羟基喹啉)铝(Alq3)、2,2'-(1,4-亚苯基)-双[9-苯基]-1,10-菲咯啉(E-4)、2,2'-(1,3-亚苯基)-双[9-苯基]-1,10-菲咯啉(E-20)、2,2'-(1,3-亚苯基)-双[9-(4-叔丁基)-苯基]-1,10-菲咯啉、(E-25)、2,2'-(1,3-亚苯基)-双[9-萘基]-1,10-菲咯啉(E-33)、2,2'-(1,3-亚苯基)-双[9-苯基]-苯并[h]喹啉(E-118)、2,2'-(1,4-亚苯基)-双[8-苯基]苯并噻吩(E-185)
比较例1
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层、在发光层上打印ZnO的乙醇溶液利用真空低压热压后干燥形成40nm的电子传输层、然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层、封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为7.0V、发光亮度为230cd/m2，颜色为红光的性能。
比较例2
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层、在发光层上蒸镀AlQ3形成40nm的电子传输层、然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层、封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为8.5V、发光亮度为132cd/m2，颜色为红光的性能。
实施例1
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层，在发光层上蒸镀E-4形成40nm的电子传输层，然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层，封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为4.6V、发光亮度为458cd/m2，颜色为红光的性能。
实施例2
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层，在发光层上蒸镀E-33形成40nm的电子传输层，然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层，封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为4.7V、发光亮度为432cd/m2，颜色为红光的性能。
实施例3
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层、在发光层上蒸镀E-20形成40nm的电子传输层、然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层、封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为4.4V、发光亮度为450cd/m2，颜色为红光的性能。
实施例4
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层、在发光层上蒸镀E-118形成40nm的电子传输层、然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层、封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为5.3V、发光亮度为443cd/m2，颜色为红光的性能。
实施例5
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层、在发光层上打印E-25的乙醇溶液利用真空低压热压后干燥形成40nm的电子传输层、然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层、封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为4.2V、发光亮度为414cd/m2，颜色为红光的性能。
实施例6
ITO基板清洗，ITO电极层上打印PEDOT：PSS(CAS：155090-83-8)，然后经真空低压热板干燥形成厚度35nm的空穴注入层，然后在空穴注入层上打印PVK材料(CAS：25067-59-8)并利用真空低压热板热压后干燥形成的空穴传输层，在空穴传输层上打印量子点材料(组成为CdSe/CdS/ZnS)并利用真空低压热压后干燥形成5nm的发光层、在发光层上蒸镀E-185形成40nm的电子传输层、然后蒸镀0.5nm的LiF、最后蒸镀银形成100nm的电极层、封装形成发光元件。
制备的发光元件的正电极为ITO电极、负电极为银电极，使用数字源表(DigitalSource meter-Tektronix社)恒流电流(10mA/cm2)驱动下测试了驱动电压。同时，使用分光放射亮度计(CS1000、Konica Minolta社)测试了发光元件的发光特性之一的发光亮度。
其结果、发光元件显示驱动电压为6.0V、发光亮度为354cd/m2，颜色为红光的性能。
比较例1～2、实施例1～6的评测结果总结见表1。
表1

Claims (5)

1.一种量子点发光元件，其为利用电能发光的元件，其特征在于：在阳极和阴极之间存在发光材料，所述发光材料含有式1表示的化合物的电子传送层材料和量子点发光材料；
其中，X选自含有氮原子或硫原子的稠环，Y为单键且可以单独或组合键合，所述Y选自可被取代的烷基、可被取代的链烯基、可被取代的环烷基、可被取代的芳基、可被取代的杂环基、可被取代的硅烷基、可被取代的醚基或可被取代的硫醚基；n是2以上的整数。
2.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其特征在于：X为可被取代的喹啉化合物。
3.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其特征在于：X为可被取代的菲咯啉化合物。
4.根据权利要求3所述的量子点发光元件，其特征在于：所述菲咯啉化合物含有下述式2所示的结构；
其中，R1-R8可以相同或不同，分别独立选自氢、可被取代的烷基、可被取代的环烷基、可被取代的芳烷基、可被取代的链烯基、可被取代的环烯基、可被取代的炔基、可被取代的羧基、可被取代的烷硫基、可被取代的烷氧基、可被取代的烷硫基、可被取代的芳基醚基、可被取代的芳基硫醚基、可被取代的芳基、可被取代的杂芳基、卤素、可被取代的卤代烷基、可被取代的卤代烯基、可被取代的卤代炔基，可被取代的氰基、可被取代的羰基、可被取代的羧基、可被取代的氧羰基、可被取代的氨基甲酰基、氨基、硝基、可被取代的硅烷基或可被取代的硅氧烷基；R1-R8至少一种用于连接；n是2以上的整数。
5.根据权利要求1或4所述的量子点发光元件，其特征在于：n为2。
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