CN109980104A - 一种qled器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种QLED器件,所述QLED器件包括发光层,其中,所述发光层为量子点与HLCT材料组成的复合发光层。本发明中HLCT材料是可以将三线态激子转化为单线态激子,通过荧光共振能量传递将能量传递给量子点增强量子点的发光,而且在较高的驱动电流下,仍然可以保持器件对三线态激子的利用,从而进一步QLED器件的电流效率并且保证器件的效率稳定。
Description
技术领域
本发明涉及QLED器件技术领域,尤其涉及一种QLED器件。
背景技术
胶体量子点因其荧光效率高、单色性好,发光波长可调控和稳定性好而在显示器件领域有着可观的应用前景。基于量子点的发光二极管(量子点发光二极管,Quantum dotlight-emitting diode,QLED)具有更好的色彩饱和度、能效色温以及寿命长等优点,有望成为下一代固体照明和平板显示的主流技术。
白光量子点发光二极管器件报导的比较少,主要结构一种是采用三基色量子点发光,即选用红、绿、蓝量子点作为三基色混合发光为白色,其中蓝色量子点需要控制量子点的尺寸在1 nm左右,因而对量子点的制备带来较大的难度;第二种采用蓝色荧光粉作为基底,结合黄色量子点发光,与蓝色荧光粉激发共同作用产生白光。但是不论哪一种方法,目前的所制备的器件效率都比较低,因为一般主体材料形成单线态激子与三线态激子的统计概率为1/3,因此对于量子点电致荧光器件,其最大激子利用率通常不超过25%,这直接导致器件的效率低下、发热严重。有研究人员通过各种方法提高白光量子点发光二极管器件的效率,比如将有机荧光材料如热激发延迟荧光TADF材料运用到各种发光器件之中并取得了良好的效果。TADF材料要求具有较小的单线态-三线态能级差(ΔEST),而在分子设计上要具有小的ΔEST一般会具有小的辐射系数kf从而导致低光致荧光效率,而且在高电流密度情况下还会使得T1态激子的累积,造成不利的三线态-三线态和单线态-三线态猝灭,影响器件对三线态激子的转换利用。
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机局域激发与电荷激发杂化材料(HLCT材料)与无机量子点复合白光发光二极管及其制备方法。发光层中HLCT材料与量子点材料发出的光复合形成白光。发光层中使用HLCT材料作为主体材料,不仅可以将三线态激子转化为单线态激子,通过荧光共振能量传递将能量传递给量子点发光层增强量子点的发光,而且在较高的驱动电流下,仍然可以保持器件对三线态激子的利用,从而进一步提高白光量子点发光二极管的电流效率并且保证器件的稳定。本发明的技术方案如下:
一种QLED器件,所述QLED器件包括发光层,其中,所述发光层材料由局域激发与电荷激发杂化材料和量子点组成。
所述的QLED器件,其中,所述局域激发与电荷激发杂化材料为蓝光材料。
所述的QLED器件,其中,所述局域激发与电荷激发杂化材料选自
、和中的一种。
所述的QLED器件,其中,所述量子点为黄光量子点,选自II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、 II-IV-VI族化合物和IV族单质中的一种或多种。
所述的QLED器件,其中,所述局域激发与电荷激发杂化材料的荧光发射光谱与所述量子点吸收光谱部分重叠,所述重叠部分的面积占所述量子点荧光吸收光谱面积的20%以上。
所述的QLED器件,其中,所述局域激发与电荷激发杂化材料的发光光谱峰为420nm~520nm。
所述的QLED器件,其中,所述量子点的发光光谱峰为520nm~630nm。
所述的QLED器件,其中,所述发光层中,所述量子点的质量分数为5~10wt%。
所述的QLED器件,其中,所述的QLED器件包括阴极和阳极,以及设置在所述阴极和所述阳极之间的所述发光层,其中,在所述阴极和所述发光层之间还设置有电子传输层。
所述的QLED器件,其中,所述的QLED器件包括阴极和阳极,以及设置在所述阴极和所述阳极之间的所述发光层,其中,在所述阳极和所述发光层之间还设置有空穴传输层。
局域激发与电荷激发杂化材料(hydridized local and charge trasfer,HLCT)同时拥有相匹配的局域激发态(local excited,LE)和电荷激发态(charge transfer,CT)特点,并且具有较低的LE态T1能级和较小的CT态三线态能级-单线态能级差ΔEST,从而抑制从T2能级至T1能级的内部转换(internal conversion,IC)过程,使得三线态激子通过反系间跨越(reverse intersystem crossing,RISC)和IC过程实现Tm到Sn再到S1的转化(m>=2,n>=1),实现对三线态激子的利用,正因为HLCT材料从三重CT态到单重CT态的转换过程强于三重CT态到三重LE态的转换过程,可有效避免T1态激子的堆积,从而即使在较高的电流密度条件下仍然可以保证器件对三线态激子的转换利用,从而增强量子点二极管对激子的利用率并且保证器件的发光稳定性。
附图说明
图1为本发明的一种发光二极管器件较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种QLED器件,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。
本发明的发光层可应用于多种现有QLED器件结构。具体的,图1为本发明的一种QLED器件较佳实施例的结构示意图,如图1所示,本发明实施例以正型QLED器件为例,所述器件从下至上依次包括阳极基板101、空穴功能层102、发光层103、电子功能层104和阴极层105,其中所述发光层103为本发明量子点材料与HLCT材料组合的复合材料层。
具体地,本发明提供的QLED器件,其中,所述发光层103由HLCT材料与所述量子点发光材料复合形成,所述HLCT材料通过将三线态激子转换为单线态激子再通过荧光共振能量传递途径将能量传递给量子点,实现QLED器件对三线态激子的利用,而且在较高的驱动电流下,仍然可以保持器件对三线态激子的利用,从而增强QLED器件对激子的利用率并且保证器件的发光稳定。
进一步,如图1所示,所述发光层103的结构为量子点发光材料与HLCT材料复合形成的发光层103,通过调节所述发光层103中HLCT材料与量子点材料的比例,只将部分激子从HLCT材料传递给量子点发出黄光,剩余部分激子激发HLCT材料发出蓝光,蓝光与黄光复合发出白光。由于本发明复合白光的产生不仅要求所述HLCT材料有足够强的自发光,而且还要求所述HLCT材料将部分激子通过Foster荧光共振转移传递给量子点材料,因此HLCT材料在复合发光层中应当有较高的比重,优选地,所述量子点复合发光层中HLCT材料所占比例在90~95wt%,量子点发光材料比例在5~10wt%。
进一步,为使HLCT材料有效地向量子点传递能量,HLCT材料的能级应当与量子点发光材料的能级匹配,例如,所述局域激发与电荷激发杂化材料的荧光发射光谱与所述量子点吸收光谱部分重叠,所述重叠部分的面积占所述量子点荧光吸收光谱面积的20%以上。优选的,所述HLCT荧光材料可选用发光光谱对应420nm~520nm之间的HLCT蓝色发光材料,例如,可选自
、或中的一种,但不限于此。
进一步,在本发明中,所述量子点选取发光光谱峰值在黄色发光区间520nm~630nm的II-VI族化合物、III-V族化合 物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族单质中的一种或多种。所述量子点发光层使用的半导体材料包括但不限于II-VI半导体的纳米 晶,比如CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe和其他二元、三 元、四元的II-VI化合物;III-V族半导体的纳米晶,比如GaP、GaAs、InP、InAs和其他二元、三 元、四元的III-V化合物;所述的用于电致发光的半导体材料还不限于II-V族化合物、III- VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物、IV族单质等。
进一步,在本发明中,所述阳极基板101材料可选自铟掺杂氧化锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、铝掺杂氧化锌(AZO)中的一种或多种;所述的空穴注入层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)、非掺杂过渡金属氧化物、掺杂过渡金属氧化物、金属硫化物、掺杂金属硫化物中的一种或多种。
进一步,在本发明中,所述的空穴功能层102材料可选自具有空穴传输能力的有机材料,包括但不限于聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二 苯胺)(TFB)、聚乙烯咔唑(PVK)、聚(N, N'双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺)(poly- TPD)、聚(9,9-二辛基芴-共-双-N,N-苯基-1,4-苯二胺)(PFB)、4,4’,4’’-三(咔唑-9-基)三 苯胺(TCTA)、4,4'-二(9-咔唑)联苯(CBP)、N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-1,1’-联 苯-4,4’-二胺(TPD)、N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(NPB)、掺杂石墨 烯、非掺杂石墨烯、C60或它们的混合物;所述的空穴传输层材料还可选自具有空穴传输能力 的无机材料,包括但不限于掺杂或非掺杂的NiO、WO3、MoO3、CuO或它们的混合物;
进一步,在本发明中所述的电子功能层104材料为n型ZnO、TiO2、SnO、Ta2O3、AlZnO、ZnSnO、InSnO、Alq3三(8-羟 基喹啉)铝、Ca、Ba、CsF、LiF、CsCO3中的一种或多种;优选地,所述电子传输层为n型ZnO、n型 TiO2;所述的阴极为Al或Ag;
进一步,在上述实施方式中,所述空穴传输层可以为空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层中的一种或者多种。
所述电子传输层可以为电子注入层、电子传输层、空穴阻挡层中的一种或者多种。
应当注意,所述空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、电子注入层、电子传输层、空穴阻挡层都不是必需的,可以根据实际情况增加或者减少。
基于上述一种复合量子点发光二极管器件,结合本发明的具体实施方式,还提供一种QLED器件的制备方法,其中,包括步骤:
S10在阳极基板101表面沉积至少一层空穴传输层102;
S20在空穴传输层102表面沉积由量子点和HLCT材料组成的发光层103;
S30在发光层103表面沉积至少一层电子传输层104;
S40在电子传输层104表面沉积阴极层105,得到所述QLED器件。
具体地,当制备如图1所述的复合量子点发光二极管器件时,则所述步骤B具体包括:先按质量比将量子点材料与HLCT材料按一定比例混合均匀,如HLCT材料TPA-PA的为95份,量子点CdTe/CdSe为5份,并溶解在溶剂中,形成均匀分散的混合溶液;然后在所述空穴传输层表面沉积所述混合溶液。
进一步, 所述溶剂为正辛烷、异辛烷、甲苯、苯、氯苯、二甲苯、氯仿、丙酮、环己烷、正己烷、正戊烷、异 戊烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、六甲基磷酰 胺、正丁醚、苯甲醚、苯乙醚、苯乙酮、苯胺、二苯醚中的一种或多种。
进一步,在本发明中,所述的各层沉积方法可以是化学法或物理法,其中化学法包括但不限于化学气相沉积法、连续离子层吸附与反应法、阳极氧化法、电解沉积法、共沉淀法中的一种或多种;物理法包括但不限于旋涂法、印刷法、刮涂法、浸渍提拉法、浸泡法、喷涂法、滚涂法、浇铸法、狭缝式涂布法、条状涂布法、热蒸发镀膜法、电子束蒸发镀膜法、磁控溅射法、多弧离子镀膜法、物理气相沉积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法中的一种或多种。
下面通过具体实施例,对本发明方案作进一步的讲解:
实施例1
本实施例QLED器件的结构为:在玻璃衬底依次层叠形成的阳极层101、空穴功能层102、发光层103、电子功能层104和阴极层105。
阳极层101材料为ITO,空穴功能层102 为PEDOT:PSS和TFB层叠形成的复合层;发光层103材料为TPA-PA与CdSeZnS核壳量子点组成的发光层;电子功能层104为ZnS和ZnO层叠形成的复合层;阴极层105的材料为Al。
本实施例QLED器件的制备方法如下:
a.在ITO衬底上旋涂一层PEDOT:PSS薄膜作为空穴注入层;
b.在PEDOT:PSS层上旋涂一层TFB层;
c.先将CdSeZnS核壳量子点与TPA-PA按重量比例5:95混合均匀,溶解在正己烷与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中,然后将该混合溶液旋涂在TFB层 上,得到量子点复合发光层;
d.接着,在量子点复合发光层上旋涂一层ZnO;
e. 最后,在ZnO上蒸镀一层Al,得到量子点发光二极管。
实施例2
本实施例QLED器件的结构为:在玻璃衬底依次层叠形成的阳极层101、空穴功能层102、发光层103、电子功能层104和阴极层105。
阳极层101材料为ITO,空穴功能层102 为PEDOT:PSS和TFB层叠形成的复合层;发光层103材料为TPA-PA与CdSeZnS核壳量子点组成的发光层;电子功能层104为ZnS和ZnO层叠形成的复合层;阴极层105的材料为Al。
本实施例QLED器件的制备方法如下:
a.在ITO衬底上旋涂一层PEDOT:PSS薄膜作为空穴注入层;
b.在PEDOT:PSS层上旋涂一层TFB层;
c.先将CdSe@ZnS量子点与TPA-PA按重量比例2:98混合均匀,溶解在正己烷与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中,然后将该混合溶液旋涂在TFB层 上,得到量子点复合发光层;
d.接着,在量子点复合发光层上旋涂一层ZnO;
e. 最后,在ZnO上蒸镀一层Al,得到量子点发光二极管。
综上所述,本发明的目的在于提供一种HLCT材料与量子点复合的QLED器件及其制备方法,发光层中HLCT材料与量子点复合发出白光。发光层中使用HLCT材料作为主体材料,不仅可以将三线态激子转化为单线态激子,通过荧光共振能量传递将能量传递给量子点发光层增强量子点的发光,而且在较高的驱动电流下,仍然可以保持器件对三线态激子的利用,从而进一步提高白光量子点发光二极管的电流效率并且保证器件的稳定。
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,所述QLED器件包括发光层,其特征在于,所述发光层材料由局域激发与电荷激发杂化材料和量子点组成。
2.根据权利要求1所述的QLED器件,其特征在于,所述局域激发与电荷激发杂化材料为蓝光材料。
3.根据权利要求2所述的QLED器件,其特征在于,所述局域激发与电荷激发杂化材料选自
、和中的一种。
4.根据权利要求1所述的QLED器件,其特征在于,所述量子点为黄光量子点,选自II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、 II-IV-VI族化合物和IV族单质中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的QLED器件,其特征在于,所述局域激发与电荷激发杂化材料的荧光发射光谱与所述量子点吸收光谱部分重叠,所述重叠部分的面积占所述量子点荧光吸收光谱面积的20%以上。
6.根据权利要求5所述的QLED器件,其特征在于,所述局域激发与电荷激发杂化材料的发光光谱峰为420nm~520nm。
7.根据权利要求5所述的QLED器件,其特征在于,所述量子点的发光光谱峰为520nm~630nm。
8.根据权利要求1所述的QLED器件,其特征在于,所述发光层中,所述量子点的质量分数为5~10wt%。
9.根据权利要求1-8任一项所述的QLED器件,其特征在于,所述的QLED器件包括阴极和阳极,以及设置在所述阴极和所述阳极之间的所述发光层,其特征在于,在所述阴极和所述发光层之间还设置有电子功能层。
10.根据权利要求1-8任一项所述的QLED器件,其特征在于,所述的QLED器件包括阴极和阳极,以及设置在所述阴极和所述阳极之间的所述发光层,在所述阳极和所述发光层之间还设置有空穴功能层。
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