CN109390441A - Qled器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种QLED器件，包括依次层叠在衬底的底电极、双极性俄歇能量倍增结构和顶电极，所述双极性俄歇能量倍增结构为依次结合的空穴传输层、量子点发光层和电子传输层，其中，所述电子传输层由n型纳米材料制成，所述空穴传输层由p型纳米材料制成。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管技术领域，尤其涉及一种QLED器件。
背景技术
量子限域效应使得发光量子点在纳米尺度下，其发光颜色可以随尺寸进行调节，特别是对于2-6族半导体材料来说，可以通过改变量子点的尺寸获得覆盖整个可见光谱(从红光到蓝光)的连续可调的发光。与有机发光材料相比，量子点还具有对水氧阻抗性更高等优点。基于此，基于量子点的发光二极管(QLED)具有高色纯度、发光颜色连续可调、抗水氧性能好的优点。此外，QLED同时兼具有机发光二极管(OLED)轻薄，可柔性等特点，因此在显示领域具有非常好的应用前景。尽管QLED展现出较好的应用前景，然而目前QLED器件仍然存在蓝光效率低，器件稳定性差等缺陷，阻碍了该技术的进一步产业化。
目前，QLED器件起亮电压高，大多需要高驱动电压条件才能工作运行。而高驱动电压不但会由于量子斯塔克效应显著淬灭发光，同时也会影响器件的稳定性。因此如何进一步降低QLED的驱动电压成为下一步改善器件性能的主要目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种QLED器件，旨在解决现有QLED器件起亮电压高，导致器件发光淬灭、且稳定性差的问题。
本发明是这样实现的，一种QLED器件，包括依次层叠在衬底的底电极、双极性俄歇能量倍增结构和顶电极，所述双极性俄歇能量倍增结构为依次结合的空穴传输层、量子点发光层和电子传输层，其中，所述电子传输层由n型纳米材料制成，所述空穴传输层由p型纳米材料制成。
本发明提供的QLED器件，构建了双极性俄歇能量倍增结构。所述双极性俄歇能量倍增结构中，所述电子传输层由n型纳米材料制成，所述空穴传输层由p型纳米材料制成。
一方面，特定的双极性俄歇能量倍增结构，可以同时在电子传输层和空穴传输层的两侧利用俄歇能量倍增效应获得更多的能量，从而显著降低器件的起亮和驱动电压。由于量子斯塔克效应的作用，QLED器件中量子点的发光效率受驱动电压的影响较大，因此降低QLED器件的驱动电压可以改善器件的功率效率，提高QLED器件的发光效率。而与OLED不同，影响QLED器件稳定性最大的因素不是电流驱动带来的热效应，而是电压对发光的淬灭。本发明降低QLED器件的驱动电压，可以有效减少淬灭，显著提高QLED器件的使用寿命。综上，特定的双极性俄歇能量倍增结构，可以赋予QLED器件较高的发光效率和较长的使用寿命。
另一方面，分别采用高迁移率的n型纳米材料和p型纳米材料作为电子传输层材料和空穴传输层材料，可以使得电子传输层材料的能级、空穴传输层材料的能级和正负电极之间更加匹配，能够形成无势垒注入的完全欧姆接触，明显改善载流子的传输损失，保证载流子的高效注入，进而提高复合发光效率，提高QLED器件发光效率。
此外，分别采用n型纳米材料和p型纳米材料作为电子传输层材料和空穴传输层材料，使得电子传输层与发光层之间、空穴传输层与发光层之间可以形成非常高的界面能级，可以有效阻挡注入载流子在界面的累积，形成界面电场，提高激子界面跃迁的几率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的正型QLED器件结构示意图；
图2是本发明实施例提供的反型QLED器件结构示意图；
图3是本发明实施例提供的QLED器件的能级结构示意图。
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。
通常在发光二极管器件中，即使不考虑注入和传输带来的能量损失，器件起亮所需要的最低电压也要超过发射光子的能量。但是当在器件中引入纳米尺寸的功能传输材料时，一些在体相材料中存在但不会影响器件宏观性能的物理规律被放大，进而影响到器件的性能，表现出特殊的效用。此外，QLED器件中，在纳米尺度下，单电子或者空穴由于和另一对电子空穴被限域在纳米尺寸下，波函数高度交叠，从而产生能量转移，导致电子空穴对，也就是所谓的激子，获得额外的能量，产生所谓的超低压起亮现象。我们定义为俄歇能量倍增现象，可以帮助发光二极管实现低于发射光子能量的起亮电压。
有鉴于此，结合图1、图2，本发明实施例提供了一种QLED器件，包括依次层叠在衬底1的底电极2、双极性俄歇能量倍增结构3和顶电极4，所述双极性俄歇能量倍增结构3为依次结合的空穴传输层31、量子点发光层32和电子传输层33，其中，所述电子传输层33由n型纳米材料制成，所述空穴传输层31由p型纳米材料制成。
本发明实施例中，所述QLED器件可以为正型QLED器件，也可以为反型QLED器件。
作为一种具体情形，如图1所示，所述QLED器件可以为正型QLED器件。具体的，所述底电极2为阳极，所述顶电极4为阴极，所述空穴传输层31、量子点发光层32和电子传输层33依次结合在所述阳极上。
作为另一种具体情形，如图2所示，所述QLED器件可以为反型QLED器件。具体的，所述底电极2为阴极，所述顶电极4为阳极，所述电子传输层33、量子点发光层32和空穴传输层31依次结合在所述阳极上。
本发明实施例中，分别采用n型纳米材料和p型纳米材料作为电子传输层材料和空穴传输层材料，使得空穴传输层31、量子点发光层32和电子传输层33形成双极性俄歇能量倍增结构3(同时倍增电子和空穴两种载流子)，可以通过所述双极性俄歇能量倍增结构3增大俄歇能量倍增的几率，降低QLED器件的起亮和驱动电压，显著提高QLED器件的发光效率和使用寿命。
具体的，分别采用n型纳米材料和p型纳米材料作为电子传输层材料和空穴传输层材料，通过构建所述双极性俄歇能量倍增结构3，不仅具有很高的载流子迁移率，而且在载流子传输层(空穴传输层31、电子传输层33)与量子点发光层32的界面形成高的界面能级，使得载流子累积在界面处，形成界面电场，帮助界面激子通过俄歇过程获得额外的能量并跃迁至发光层中，有效提高载流子的注入和激子界面跃迁效率，实现超低压起亮和更低的驱动电压，使得起亮电压设置低于发射光子的能量(这在常规QLED器件中是不可能实现的)。
此外，所述双极性俄歇能量倍增结构3可以降低空穴传输层31、电子传输层33与正负极之间的能级差，实现无注入势垒的完全欧姆接触，保证载流子的高效注入；同时，载流子传输层与量子点发光层32之间高界面能级形成的界面电场的形成，可以进一步提高激子界面跃迁几率，提高发光效率。本发明实施例QLED器件的能级结构示意图如图3所示，该实施例中，2表示阳极能级，4表示阴极能级。
为了在电子和空穴传输层与发光层之间要形成非常高的界面能级，从而有效阻挡注入载流子在界面的累积，形成界面电场，优选的，电子传输层33的价带能级比量子点发光层32的价带能级至少深0.5eV，从而有效地将空穴阻挡在界面处；优选的，量子点发光层32的导带能级比空穴传输层31的导带能级至少深0.5eV，从而有效地将电子阻挡在界面处。此处，“深”是指能级价带或能级导带相对于真空能级而言。
优选的，所述p型纳米材料的迁移率大于10-3cm2/Vs。优选的，所述n型纳米材料的迁移率大于10-3cm2/Vs。优选的n型纳米材料、p型纳米材料具有高迁移率，可以明显改善载流子的传输损失。
具体的，所述n型纳米材料为金属掺杂纳米氧化物形成的n型纳米材料。所述p型纳米材料为金属掺杂纳米氧化物形成的p型纳米材料。通过金属掺杂技术可以提高纳米氧化物的迁移率，减少传输损失，有利于能量倍增的发生。此外，通过掺杂还可以调控纳米材料的能级结构，从而在传输层与发光层界面形成非常高的能级势垒。
优选的，所述n型纳米材料为铜、铁、铝、镍中的至少一种掺杂在纳米氧化钼、纳米氧化镍、纳米氧化钨、纳米氧化钒中的至少一种中形成的纳米材料。优选的，所述p型纳米材料为铝、锂、镧、铟、钆、镁中的至少一种掺杂在纳米ZnO、纳米TiO2中的至少一种中形成的纳米材料。
本发明实施例中，金属掺杂纳米氧化物形成的n型纳米材料、金属掺杂纳米氧化物形成的p型纳米材料中，金属的摩尔掺杂比例可以在0-100％之间，但不为0。金属掺杂纳米氧化物形成的纳米材料中，掺杂比例的范围越大，对能带和传输特性的调控越针对性。
本发明实施例中，所述n型纳米材料和所述p型纳米材料的尺寸在纳米尺寸范围内。优选的，所述n型纳米材料和所述p型纳米材料的纳米尺寸不同，从而有利于能级匹配。
作为一个具体实施例，所述空穴传输层31由铜掺杂的纳米氧化钼制成，所述电子传输层33由锂掺杂的纳米ZnO制成，且所述铜掺杂的纳米氧化钼的尺寸为10nm，所述锂掺杂的纳米ZnO的尺寸为3nm。
作为另一个具体实施例，所述空穴传输层31由铜掺杂的纳米氧化钼制成，所述电子传输层33由铝掺杂的纳米ZnO制成，且所述铜掺杂的纳米氧化钼的尺寸为5nm，所述铝掺杂的纳米ZnO的尺寸为3nm。
本发明实施例中，所述量子点发光层32中的量子点材料，可以为常规的量子点材料，包括2-6族核壳半导体材料、4-6族核壳半导体材料、1-3-6族半导体材料、钙钛矿发光材料。具体的，所述2-6族核壳半导体材料包括但不限于CdSe/ZnS、CdZnS/ZnS、CdxZn1-xSeyS1-y/ZnS；所述4-6族核壳半导体材料包括但不限于PbSe、PbS、PbSe/CdS、PbSe/ZnS；所述1-3-6族半导体材料包括但不限于Cu-In-S；所述钙钛矿发光材料包括但不限于MAPbX3、CsPbX3。
当然，所述QLED器件还可以根据需要设置为顶发射型QLED器件或底发射型QLED器件。
本发明实施例提供的QLED器件，构建了双极性俄歇能量倍增结构。所述双极性俄歇能量倍增结构中，所述电子传输层由n型纳米材料制成，所述空穴传输层由p型纳米材料制成。
一方面，特定的双极性俄歇能量倍增结构，可以同时在电子传输层和空穴传输层的两侧利用俄歇能量倍增效应获得更多的能量，从而显著降低器件的起亮和驱动电压。由于量子斯塔克效应的作用，QLED器件中量子点的发光效率受驱动电压的影响较大，因此降低QLED器件的驱动电压可以改善器件的功率效率，提高QLED器件的发光效率。而与OLED不同，影响QLED器件稳定性最大的因素不是电流驱动带来的热效应，而是电压对发光的淬灭。本发明实施例降低QLED器件的驱动电压，可以有效减少淬灭，显著提高QLED器件的使用寿命。综上，特定的双极性俄歇能量倍增结构，可以赋予QLED器件较高的发光效率和较长的使用寿命。
另一方面，分别采用高迁移率的n型纳米材料和p型纳米材料作为电子传输层材料和空穴传输层材料，可以使得电子传输层材料的能级、空穴传输层材料的能级和正负电极之间更加匹配，能够形成无势垒注入的完全欧姆接触，明显改善载流子的传输损失，保证载流子的高效注入，进而提高复合发光效率，提高QLED器件发光效率。
此外，分别采用n型纳米材料和p型纳米材料作为电子传输层材料和空穴传输层材料，使得电子传输层与发光层之间、空穴传输层与发光层之间可以形成非常高的界面能级，可以有效阻挡注入载流子在界面的累积，形成界面电场，提高激子界面跃迁的几率。
下面，结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种QLED器件，包括依次层叠在玻璃衬底的底电极、双极性俄歇能量倍增结构和顶电极，所述双极性俄歇能量倍增结构为依次结合的空穴传输层、量子点发光层和电子传输层，其中，所述衬底为玻璃基底，所述阳极为120nm的ITO，所述电子传输层为尺寸为5nm、厚度为25nm的氧化镍，所述量子点发光层为40nm的CdSe/ZnS(发光波长530纳米，量子产额90％)，所述空穴传输层为尺寸为3nm、厚度为20nm的氧化锌，所述阴极为Al。
实施例2
一种QLED器件，包括依次层叠在玻璃衬底的底电极、双极性俄歇能量倍增结构和顶电极，所述双极性俄歇能量倍增结构为依次结合的空穴传输层、量子点发光层和电子传输层，其中，所述衬底为玻璃基底，所述阳极为120nm的ITO，所述电子传输层为厚度为50nm的铜掺杂的纳米氧化钼，且掺杂后的纳米氧化钼的尺寸为10nm，铜的掺杂重量百分含量为10％，所述量子点发光层为40nm的CdSe/ZnS(发光波长632纳米，量子产额85％)，所述空穴传输层为厚度为20nm的锂掺杂的纳米氧化锌，且掺杂后的纳米氧化锌的尺寸为3nm，锂的掺杂重量百分含量为5％，所述阴极为Al。
实施例3
一种QLED器件，包括依次层叠在玻璃衬底的底电极、双极性俄歇能量倍增结构和顶电极，所述双极性俄歇能量倍增结构为依次结合的空穴传输层、量子点发光层和电子传输层，其中，所述衬底为玻璃基底，所述阳极为120nm的ITO，所述电子传输层为厚度为30nm的铜掺杂的纳米氧化钼，且掺杂后的纳米氧化钼的尺寸为5nm，铜的掺杂重量百分含量为10％，所述量子点发光层为40nm的CdSe/ZnS(发光波长530纳米，量子产额90％)，所述空穴传输层为厚度为20nm的铝掺杂的纳米氧化锌，且掺杂后的纳米氧化锌的尺寸为3nm，锂的掺杂重量百分含量为5％，所述阴极为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 (10)
1.一种QLED器件，其特征在于，包括依次层叠在衬底的底电极、双极性俄歇能量倍增结构和顶电极，所述双极性俄歇能量倍增结构为依次结合的空穴传输层、量子点发光层和电子传输层，其中，所述电子传输层由n型纳米材料制成，所述空穴传输层由p型纳米材料制成。
2.如权利要求1所述的QLED器件，其特征在于，所述n型纳米材料为金属掺杂纳米氧化物形成的n型纳米材料。
3.如权利要求2所述的QLED器件，其特征在于，所述n型纳米材料为铜、铁、铝、镍中的至少一种掺杂在纳米氧化钼、纳米氧化镍、纳米氧化钨、纳米氧化钒中的至少一种中形成的纳米材料。
4.如权利要求1所述的QLED器件，其特征在于，所述p型纳米材料为金属掺杂纳米氧化物形成的p型纳米材料。
5.如权利要求4所述的QLED器件，其特征在于，所述p型纳米材料为铝、锂、镧、铟、钆、镁中的至少一种掺杂在纳米ZnO、纳米TiO2中的至少一种中形成的纳米材料。
6.如权利要求1项所述的QLED器件，其特征在于，所述n型纳米材料和所述p型纳米材料的纳米尺寸不同。
7.如权利要求1-6任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述电子传输层的价带能级比量子点发光层的价带能级至少深0.5eV；和/或
所述量子点发光层的导带能级比所述空穴传输层的导带能级至少深0.5eV。
8.如权利要求1-6任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述p型纳米材料的迁移率大于10-3cm2/Vs；和/或
所述n型纳米材料的迁移率大于10-3cm2/Vs。
9.如权利要求1-6任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述底电极为阳极，所述顶电极为阴极，所述空穴传输层、量子点发光层和电子传输层依次结合在所述阳极上。
10.如权利要求1-6任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述底电极为阴极，所述顶电极为阳极，所述电子传输层、量子点发光层和空穴传输层依次结合在所述阴极上。
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