CN109427978B - 一种qled器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种QLED器件及其制备方法,包括石墨烯阴极、纳米金属中空柱、电子功能层、量子点发光层和阳极;所述纳米金属中空柱设置于所述石墨烯阴极上;所述电子功能层设置于所述纳米金属中空柱内和所述纳米金属中空柱间隙中;所述量子点发光层设置于所述纳米金属中空柱上和电子功能层上;所述阳极设置于所述量子点发光层上。本发明采用上述结构来增加电子注入,平衡载流子,增加QLED器件效率。一方面,G和金属在氧气作用下,氧化形成O‑‑X+偶极子,有助于电子注入。另一方面,电子功能层与纳米结构接触,可以增加接触面积,增加注入量。同时,金属层的存在可以阻挡空穴,从而有效的平衡了电子和空穴,增加了效率。
Description
技术领域
本发明涉及量子点发光二极管技术领域,尤其涉及一种QLED器件及其制备方法。
背景技术
半导体量子点具有尺寸可调谐的光电子性质,已经被广泛地应用于发光二极管、太阳能电池和生物荧光标记。量子点合成技术经过二十多年的发展,人们已经可以合成各种高质量的纳米材料,其光致发光效率可以达到 85%以上。由于量子点具有尺寸可调节的发光、发光线宽窄、光致发光效率高和热稳定性高等特点,因此以量子点作为发光层的量子点发光二极管(QD-LED)是极具潜力的下一代显示和固态照明光源。
量子点发光二极管(QLED)因具备高亮度、低功耗、广色域、易加工等诸多优点,近年来在照明和显示领域获得了广泛的关注与研究。经过多年的发展,QLED技术获得了巨大的发展。从公开报道的文献资料来看,目前最高的红色和绿色QLED的外量子效率已经超过或者接近20%,表明红绿QLED的内量子效率实际上已经接近100%的极限。然而,作为高性能全彩显示不可或缺的蓝色QLED目前不论是在电光转换效率还是在使用寿命上都远低于红绿QLED,从而限制了QLED在全彩显示方面的应用。
近年来,石墨烯在显示方面的应用成为一个热点,其可应用为透明电极,各功能层等。但是石墨烯的高功函数,大大的限制了电子的注入效率,因此,以石墨烯作为电极时,最大限度的提高电子注入效率是极为重要的。
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QLED器件及其制备方法,以解决现有石墨烯作为电极时,电子的注入效率较低的问题。
本发明的技术方案如下:
一种QLED器件,其中,包括石墨烯阴极、纳米金属中空柱、电子功能层、量子点发光层和阳极;
所述纳米金属中空柱设置于所述石墨烯阴极上;
所述电子功能层设置于所述纳米金属中空柱内和所述纳米金属中空柱间隙中;
所述量子点发光层垂直设置于所述纳米金属中空柱上和所述电子功能层上;
所述阳极设置于所述量子点发光层上。
所述的QLED器件,其中,还包括设置于所述纳米金属中空柱和所述电子功能层与所述,量子点发光层之间的第一功能层;和/或设置于所述量子点发光层和所述阳极之间的第二功能层。
所述的QLED器件,其中,所述纳米金属中空柱的金属为Mg、Al、Sm、Zn、Te中的一种或多种。
所述的QLED器件,其中,所述纳米金属中空柱的孔洞尺寸为10-30nm,高度为30-100nm,厚度为5-50nm。
所述的QLED器件,其中,所述石墨烯阴极的厚度为50-100nm。
所述的QLED器件,其中,所述电子功能层的厚度为10-40nm。
所述的QLED器件,其中,所述第一功能层为电子传输层,所述电子传输层的厚度为30-60nm。
所述的QLED器件,其中,所述第二功能层为空穴注入层、空穴传输层中的至少一种,所述第二功能层的厚度为0-100nm。
所述的QLED器件,其中,所述量子点发光层的厚度为10-100nm;和/或所述阳极的厚度为50-150nm。
一种如上任一所述的QLED器件的制备方法,其中,包括步骤:
制备石墨烯阴极;
在石墨烯阴极上制备纳米金属中空柱;
在纳米金属中空柱内和纳米金属中空柱间隙中制备电子功能层;
在纳米金属中空柱上和电子功能层上制备量子点发光层;
在量子点发光层上制备阳极,得到QLED器件。
有益效果:本发明上述器件结构能够增加电子注入,平衡载流子,增加器件效率。
附图说明
图1为本发明提供的的不含第一功能层、第二功能层的正装结构的QLED器件的结构示意图。
图2为本发明提供的的不含第一功能层、第二功能层的倒装结构的QLED器件的结构示意图。
图3为本发明提供的的含第一功能层、第二功能层的倒装结构的QLED器件的结构示意图。
图4为沉积金属所采用的模板的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种QLED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。
本发明提供一种QLED器件,其中,包括石墨烯(G)阴极、纳米金属中空柱、电子功能层、量子点发光层和阳极;
所述纳米金属中空柱设置于所述石墨烯阴极上;
所述电子功能层设置于所述纳米金属中空柱内和所述纳米金属中空柱间隙中;
所述量子点发光层设置于所述纳米金属中空柱上和所述电子功能层上;
所述阳极设置于所述量子点发光层上。
本发明所述电子功能层可以为电子注入层、电子传输层中的至少一种。换句话说,所述电子功能层可以为电子注入层,也可以为电子传输层,还可以同时包含电子注入层和电子传输层,所述电子传输层与所述量子点发光层叠合。
根据所述QLED器件发光类型的不同,所述QLED器件可以分为正装结构的QLED器件和倒装结构的QLED器件。
作为一个具体实施例,当所述QLED器件为倒装结构的QLED器件时,如图1所示,所述QLED器件包括基板1、设置于基板1上的石墨烯阴极2、垂直设置于石墨烯阴极2上的纳米金属中空柱3、设置于纳米金属中空柱内和纳米金属中空柱间隙中的电子功能层4、设置于纳米金属中空柱3上和电子功能层4上的量子点发光层5和设置于量子点发光层5上的阳极6。
作为一个具体实施例,当所述QLED器件为正装结构的QLED器件时,如图2所示,所述QLED器件包括基板7、设置于基板7上的阳极8、设置于阳极8上的量子点发光层9、设置于量子点发光层9上的纳米金属中空柱10、设置于纳米金属中空柱10内和纳米金属中空柱10间隙中的电子功能层11,及设置于电子功能层11上和纳米金属中空柱10上的石墨烯阴极12。 由于G的高功函数,使得电子很难注入,因此本发明采用G /纳米金属中空柱/电子功能层这种结构来增加电子注入,平衡载流子,增加QLED器件效率。一方面,G和金属在氧气作用下,氧化形成O--X+偶极子,有助于电子注入。另一方面,电子功能层与纳米结构接触,可以增加接触面积,增加注入量。同时,金属层的存在可以阻挡空穴,从而有效的平衡了电子和空穴,增加了效率。
优选的,所述QLED器件还可以包括设置于所述纳米金属中空柱和所述电子功能层与所述量子点发光层之间的第一功能层。具体的,所述电子功能层为电子注入层时,所述第一功能层为电子传输层。即当电子功能层为电子注入层时,所述QLED器件还可以包括设置于纳米金属中空柱和电子注入层与量子点发光层之间的电子传输层。
优选的,所述QLED器件还可以包括设置于所述量子点发光层和所述阳极之间的第二功能层。具体的,所述第二功能层可以为空穴注入层、空穴传输层中的至少一种。换句话说,所述QLED器件可以包括设置于量子点发光层和阳极之间的空穴注入层,所述QLED器件也可以包括设置于量子点发光层和阳极之间的空穴传输层,所述QLED器件还可以同时包括设置于量子点发光层和阳极之间的空穴注入层和空穴传输层,且所述空穴传输层与所述量子点发光层叠合。
作为一个优选具体实施例,如图3所示,所述QLED器件包括基板13、设置于基板13上的石墨烯阴极14、垂直设置于石墨烯阴极14上的纳米金属中空柱15、设置于纳米金属中空柱15内和纳米金属中空柱15间隙中的电子注入层16、设置于纳米金属中空柱15上和电子注入层16上的电子传输层17、设置于电子传输层17上的量子点发光层18、设置于量子点发光层18上的空穴传输层19、设置于空穴传输层19上的空穴注入层20及设置于空穴注入层20上的阳极21。
优选地,所述纳米金属中空柱的金属为还原性强的纳米状结构金属,如Mg、Al、Sm、Zn、Te等中的一种或多种。所述纳米金属中空柱的孔洞尺寸为10-30nm。这是因为孔洞尺寸太窄时,则其内部可以沉积的电子功能层材料较少,电子注入能力受限;孔洞尺寸太宽时,则比表面积较小,电子功能层与纳米状金属接触面积小,电子注入能力也受到限制。故孔洞尺寸要限制在一定区间内。所述纳米金属中空柱的高度为30-100nm,所述纳米金属中空柱的高度低于30nm时,则电子功能层也变薄,电子注入能力受限,当纳米中空柱高度大于100nm时,由于电子寿命有限,在寿命时间范围内不能迁移到量子点发光层,猝灭生热,不利于器件稳定性。故纳米金属中空柱的高度要限制在一定区间内。
优选地,所述纳米金属中空柱层的厚度为5-50nm之间。这是因为太薄时,G不能完全被覆盖,则金属被氧化形成的O--X+偶极子较少,则电子注入能力降低;太厚时,电子不能在其寿命范围内迁移到发光层,则会猝灭生热,影响器件稳定性。
优选地,所述石墨烯阴极的厚度为50-200nm,因为如果太薄,则导电性减弱,若太厚,则透光性减弱。
优选地,所述电子功能层的厚度为10-40nm。
优选地,所述第一功能层可以为电子传输层,其中所述电子传输层优选具有高的电子传输性能的n型氧化锌,其较佳的厚度为30-60nm。所述电子注入层的材料还可以选择低功函数的Ca,Ba等金属,也可以选择CsF, LiF,CsCO3等化合物,还可以是其它电解质型电子传输层材料。
优选地,所述量子点发光层的厚度为10-100nm。所述量子点发光层的材料可以为常见的红、绿、蓝三种的任意一种或者两种量子点或者其它黄光量子点。
优选地,所述第二功能层可以为空穴注入层、空穴传输层中的至少一种,此层的厚度为0-100nm,优选的厚度为40-50nm。这是因为太薄则导电性较弱,太厚则不利于注入。所述空穴注入层的材料可以为PEDOT:PSS、氧化镍、氧化钼、氧化钒、氧化铜、硫化铜、硫氰化铜、碘化铜等以及其它的优异的空穴传输材料。所述空穴传输层的材料可以为但不限于聚乙烯咔唑(PVK)、TFB、poly-TPD等,也包括氧化钼、氧化镍等无机氧化物材料中的一种或多种。
优选地,所述阳极的材料可以为但不限于Al或Ag等中的一种或多种。
需说明的是,本发明不限于上述结构的QLED器件,还可进一步包括界面功能层或界面修饰层,包括但不限于电子阻挡层、空穴阻挡层、电极修饰层、隔离保护层中的一种或多种。
本发明还提供一种QLED器件的制备方法较佳实施例,包括步骤:
制备石墨烯阴极;
在石墨烯阴极上制备纳米金属中空柱;
在纳米金属中空柱内和纳米金属中空柱间隙中制备电子功能层;
在纳米金属中空柱上和电子功能层上制备量子点发光层;
在量子点发光层上制备阳极,得到QLED器件。
具体的,本发明还提供一种倒装结构的QLED器件的制备方法具体实施例,包括步骤:
(1)、在基板上制备石墨烯阴极;
所述基板可以为玻璃基板。在基板上制备石墨烯阴极之前,将基板按次序置于丙酮、洗液、去离子水以及异丙醇中进行超声清洗,以上每一步超声均需持续10-20分钟左右,待超声完成后将基板放置于洁净烘箱内烘干。
待基板干燥后,在基板上通过旋涂、打印及喷涂等溶液法或蒸镀方法沉积一层石墨烯阴极,然后在100-200℃退火10-20分钟。
(2)、在石墨烯阴极上制备纳米金属中空柱;
待基板冷却后,在石墨烯阴极上通过模板沉积金属,得到纳米金属中空柱,所述模板具有环状中空的结构,如图3所示。采用蒸镀方法制备得到所述纳米金属中空柱。
(3)、在纳米金属中空柱内和纳米金属中空柱间隙中制备电子功能层;
之后,去除模板,在纳米金属中空柱内和纳米金属中空柱间隙中静滴电子注入材料,放入真空箱中抽真空5-15min,即可保证电子注入材料沉积在纳米金属中空柱内。然后,取出基片将未渗透的溶液在旋涂机上旋除。
(4)、在纳米金属中空柱上和电子功能层上制备第一功能层,然后在第一功能层上依次制备量子点发光层和第二功能层;
之后,沉积第一功能层(如电子传输层),其厚度为10-100nm。这一步沉积完成后将基板放置在60-100℃的加热台上加热20-40分钟,除去残留的溶剂。
之后,待基板冷却后,在其上沉积QD,此层的厚度为20-40nm,不需加热。
之后,沉积第二功能层(如空穴传输层),其厚度为50-100nm。这一步沉积完成后将基板置于100-200℃下退火10-30分钟。
(5)、在第二功能层上制备阳极,得到QLED器件。
在第二功能层上通过蒸镀的方式制备一层50-150nm的阳极,待蒸镀完成后,对其进行封装,形成QLED器件。本发明可以使用常用的机器封装也可以使用简单的手动封装。其中,所述阴极,其材料可以为金属银或者铝。
下面通过若干实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例的QLED器件的制备方法,包括如下步骤:
(1)、首先,将玻璃基板按次序置于丙酮,洗液,去离子水以及异丙醇中进行超声清洗,以上每一步超声均需持续15分钟左右。待超声完成后将玻璃基板放置于洁净烘箱内烘干,备用。
(2)、待玻璃基板干燥后,在其上沉积一层G,此层的厚度大概在80nm,这一步沉积完成后置于80℃的加热台上加热15min。
(3)、待冷却后,在其上通过模板法沉积一层纳米金属中空柱薄膜,此层的厚度为2nm。
(4)、之后,在纳米金属中空柱内和纳米金属中空柱间隙中注入材料 Liq,放入真空箱中抽真空5min,即可保证电子注入材料沉积在中空柱内。然后,取出基片将未渗透的溶液在旋涂机上旋除。其厚度8nm。
(5)、之后,在纳米金属中空柱上和纳米金属中空柱间隙的电子注入层Liq上沉积电子传输层ZnO,其厚度为40nm。这一步沉积完成后放置在80℃的加热台上加热30分钟,除去残留的溶剂。
(6)、待玻璃基板冷却后,在ZnO层上沉积QD,此层的厚度为30nm,不需加热。
(7)、在上述QD层上沉积一层空穴传输层TFB,层厚大概在80nm,150℃退火15min。
(8)、最后,将沉积完各功能层的玻璃基板置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一层100nm的金属Al作为阳极,制备得到QLED器件。
综上所述,本发明提供的一种QLED器件及其制备方法。本发明采用G /纳米金属中空柱/ 电子功能层这种结构来增加电子注入,平衡载流子,增加QLED器件效率。一方面,G和金属在氧气作用下,氧化形成O--X+偶极子,有助于电子注入。另一方面,电子功能层与纳米结构接触,可以增加接触面积,增加注入量。同时,金属层的存在可以阻挡空穴,从而有效的平衡了电子和空穴,增加了效率。
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QLED器件,其特征在于,包括石墨烯阴极、纳米金属中空柱、电子功能层、量子点发光层和阳极;
所述纳米金属中空柱设置于所述石墨烯阴极上;
所述电子功能层设置于所述纳米金属中空柱内和所述纳米金属中空柱间隙中;
所述量子点发光层设置于所述纳米金属中空柱上和所述电子功能层上;
所述阳极设置于所述量子点发光层上。
2.根据权利要求1所述的QLED器件,其特征在于,还包括设置于所述纳米金属中空柱和所述电子功能层与所述量子点发光层之间的第一功能层;和/或设置于所述量子点发光层和所述阳极之间的第二功能层。
3.根据权利要求1-2任一所述的QLED器件,其特征在于,所述纳米金属中空柱的金属为Mg、Al、Sm、Zn、Te中的一种或多种。
4.根据权利要求1-2任一所述的QLED器件,其特征在于,所述纳米金属中空柱的孔洞尺寸为10-30nm,高度为30-100nm,厚度为5-50nm。
5.根据权利要求1-2任一所述的QLED器件,其特征在于,所述石墨烯阴极的厚度为50-100nm。
6.根据权利要求1所述的QLED器件,其特征在于,所述电子功能层的厚度为10-40nm。
7.根据权利要求2所述的QLED器件,其特征在于,所述第一功能层为电子传输层,所述电子传输层的厚度为30-60nm。
8.根据权利要求2所述的QLED器件,其特征在于,所述第二功能层为空穴注入层、空穴传输层中的至少一种,所述第二功能层的厚度为0-100nm。
9.根据权利要求1所述的QLED器件,其特征在于,所述量子点发光层的厚度为10-100nm;和/或所述阳极的厚度为50-150nm。
10.一种如权利要求1-9任一所述的QLED器件的制备方法,其特征在于,包括步骤:
制备石墨烯阴极;
在石墨烯阴极上制备纳米金属中空柱;
在纳米金属中空柱内和纳米金属中空柱间隙中制备电子功能层;
在纳米金属中空柱上和电子功能层上制备量子点发光层;
在量子点发光层上制备阳极,得到QLED器件。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 516006 TCL technology building, No.17, Huifeng Third Road, Zhongkai high tech Zone, Huizhou City, Guangdong Province Applicant after: TCL Technology Group Co., Ltd Address before: 516006 Guangdong province Huizhou Zhongkai hi tech Development Zone No. nineteen District Applicant before: TCL RESEARCH AMERICA Inc. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |