CN109980109A - Qled器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种QLED器件，包括阳极和阴极，以及设置在所述阳极和所述阴极之间的叠层，所述叠层包括层叠结合的界面修饰层和电子功能层，其中，所述界面修饰层设置在所述电子功能层和所述阴极之间，且所述界面修饰层的材料选自富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物中的至少一种。

Description

QLED器件及其制备方法
技术领域
本发明属于显示技术领域，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等特点，以量子点作为发光层的量子点发光二极管(QLED)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。
金属氧化物纳米颗粒由于具有高的电子传输特性，被广泛应用于QLED中作为电子传输层来提高器件效率。但是，金属氧化物纳米颗粒由于其体积很小，其比表面积很大，其上有很多的-OH悬挂键以及氧空位缺陷，与阴极直接接触时，阴极注入的电子在此处很容易补偿其上的缺陷，影响电子注入效率。因此，修饰阴极与金属氧化物的界面极为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种QLED器件及其制备方法，旨在解决现有QLED器件中，以金属氧化物纳米颗粒作为电子传输层材料时，阴极注入的电子电子传输层表面的-OH悬挂键以及氧空位缺陷结合，影响电子注入效率的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种QLED器件，包括阳极和阴极，以及设置在所述阳极和所述阴极之间的叠层，所述叠层包括层叠结合的界面修饰层和电子功能层，其中，所述界面修饰层靠近所述阴极设置，且所述界面修饰层的材料选自富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物中的至少一种。
相应的，一种QLED器件的制备方法，包括以下步骤：
提供预制器件，所述预制器件表面设置有电子功能层，；
在所述电子功能层表面沉积界面修饰层材料，形成界面修饰层；
或
所述QLED器件的制备方法，包括以下步骤：
提供预制器件，所述预制器件表面设置有所述阴极；
在阴极表面沉积界面修饰层材料，形成界面修饰层。
本发明提供的QLED器件，包括叠层，所述叠层包括层叠结合的界面修饰层和电子功能层，例如：所述电子功能层为电子传输层，所述电子传输层材料为纳米金属氧化物，所述设置界面修饰层材料可以填充金属氧化物的表面氧空位、钝化金属氧化物表面的悬挂键-OH，减少电子与缺陷的复合中心，促进阴极的电子注入，从而可以减少电子的损失，提高器件效率。具体的，所述界面修饰层的材料选自富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物中的至少一种。本发明中，在所述阴极层与所述界面修饰层之间还可以设置其它电子功能(例如电子注入层)。进一步的，所述面修饰层与所述阴极层叠结合，所述界面修饰层的材料可以补充所述阴极特别是ITO阴极的表面氧空位，提高ITO表面功函数，进一步增加电子注入效率。此外，上述材料形成的界面修饰层，与阴极能级匹配，且具有偶极子特性，能够进一步促进电子的注入。综上，在所述阴极与所述电子传输层特别是纳米金属氧化物电子传输层之间设置有界面修饰层的QLED器件，能够有效提高器件的发光性能。
本发明提供的QLED器件的制备方法，只需在常规的QLED器件的制备方法的基础上，在阴极或电子传输层表面沉积一层富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物的界面修饰层材料即可。基于选择的界面修饰层的材料特性，易于通过多种途径沉积获取界面修饰层。该方法工艺相对成熟，简单可控，有利于实现规模化生产。
附图说明
图1是本发明实施例提供的反型QLED器件的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的正型QLED器件的结构示意图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例提供了一种QLED器件，包括阳极和阴极，以及设置在所述阳极和所述阴极之间的叠层，所述叠层包括层叠结合的界面修饰层和电子功能层，其中，所述界面修饰层靠近所述阴极设置，且所述界面修饰层的材料选自富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物中的至少一种。
本发明提供的QLED器件，包括叠层，所述叠层包括层叠结合的界面修饰层和电子功能层，例如：所述电子功能层为电子传输层，所述电子传输层材料为纳米金属氧化物，所述设置界面修饰层材料可以填充金属氧化物的表面氧空位、钝化金属氧化物表面的悬挂键-OH，减少电子与缺陷的复合中心，促进阴极的电子注入，从而可以减少电子的损失，提高器件效率。具体的，所述界面修饰层的材料选自富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物中的至少一种。本发明中，在所述阴极层与所述界面修饰层之间还可以设置其它电子功能(例如电子注入层)。进一步的，所述面修饰层与所述阴极层叠结合，所述界面修饰层的材料可以补充所述阴极特别是ITO阴极的表面氧空位，提高ITO表面功函数，进一步增加电子注入效率。此外，上述材料形成的界面修饰层，与阴极能级匹配，且具有偶极子特性，能够进一步促进电子的注入。综上，在所述阴极与所述电子传输层特别是纳米金属氧化物电子传输层之间设置有界面修饰层的QLED器件，能够有效提高器件的发光性能。
具体的，本发明实施例的所述界面修饰材料选自富勒烯脂类衍生物(IPCBM)、富勒烯醇类衍生物(PCBE-OH)、富勒烯羧酸类衍生物(PCBA)、富勒烯磷酸酯类衍生物(BPCPO)、富勒烯氰基类衍生物(PCBB-CN-C8)中的至少一种。所述富勒烯脂类衍生物(IPCBM)、富勒烯醇类衍生物(PCBE-OH)、富勒烯羧酸类衍生物(PCBA)、富勒烯磷酸酯类衍生物(BPCPO)、富勒烯氰基类衍生物(PCBB-CN-C8)的结构如下所示：
上述界面修饰层材料中，均含有富勒烯的结构主体。所述富勒烯具有优异的导电性、较高的电子迁移率，能够进行电荷传输。进一步的，上述界面修饰层材料中的脂类、醇类、羧酸类、磷酸酯类、氰基类基团，不仅可以有效填充金属氧化物的表面氧空位、钝化金属氧化物表面的悬挂键-OH，减少电子与缺陷的复合中心，促进阴极的电子注入；而且可以补充所述阴极特别是ITO阴极的表面氧空位，提高ITO表面功函数，进一步增加电子注入效率，提高QLED器件的发光效率。
优选的，所述界面修饰层的厚度为2-10nm。若所述界面修饰层的厚度过薄，则难以发挥其对应的性能；若所述界面修饰层的厚度过厚，则由于电子传输到所述量子点发光层的路径变长，部分寿命较短的电子可能无法有效进入到所述量子点发光层中进行复合发光，进而会降低器件的发光效率。
本发明实施例所述QLED器件中，所述电子功能层为电子传输层。作为一种具体实施情形，所述电子传输层的材料为纳米金属氧化物，从而能够有效解决纳米金属氧化物作为电子传输层时对电子注入效率的影响，显著提升纳米金属氧化物电子传输层的性能。
本发明实施例中，所述QLED器件还包括设置在所述量子点发光层和所述阳极之间的空穴功能层。具体的，所述空穴功能层为空穴传输层和空穴注入层中的至少一种。
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。作为一种具体实施方式，如图1所示，所述QLED器件为正型QLED器件，包括衬底1，结合在所述衬底1表面的阳极2，依次设置在所述阳极2上的空穴传输层3、量子点发光层4、电子传输层5、界面修饰层6和阴极7。作为另一种实施方式，如图2所示，所述QLED器件为反型QLED器件，包括衬底1，结合站在所述衬底表面的阴极7，依次设置在所述阴极7表面的界面修饰层6、电子传输层5、量子点发光层4、空穴传输层3和阳极2。
具体的，衬底1的选择没有严格限制，可以采用硬质衬底或柔性衬底，硬质衬底包括但不限于玻璃板。
阳极2可选自掺杂金属氧化物，包括但不限于铟掺杂氧化锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、铟掺杂氧化锌(IZO)、镁掺杂氧化锌(MZO)、铝掺杂氧化镁(AMO)中的一种或多种，也可以选自掺杂或非掺杂的透明金属氧化物之间夹着金属的复合电极，包括但不限于AZO/Ag/AZO、AZO/Al/AZO、ITO/Ag/ITO、ITO/Al/ITO、ZnO/Ag/ZnO、ZnO/Al/ZnO、TiO2/Ag/TiO2、TiO2/Al/TiO2、ZnS/Ag/ZnS、ZnS/Al/ZnS的一种或多种。
空穴传输层3的材料可选用常规的空穴传输材料，可以为聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)、聚乙烯咔唑、聚(N,N'双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺)、聚(9,9-二辛基芴-共-双-N,N-苯基-1,4-苯二胺)、4,4’,4”-三(咔唑-9-基)三苯胺、4,4'-二(9-咔唑)联苯。空穴传输层3的厚度为0-100nm，优选40-50nm。空穴传输层3的厚度太薄则导电性较弱，且导致空穴电子不平衡，发光区可能在电子传输层5而不在量子点发光层4。空穴传输层3的厚度太厚则不利于注入。
量子点发光层4的材料可以为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。量子点发光层4的厚度为10-100nm。
电子传输层5为具有电子传输特性的金属氧化物，如TiO2、ZnO、SnO2等。电子传输层5的厚度为30-60nm。
界面修饰层6的材料和厚度如上文所述，此处不再赘述。
阴极7可以选择银、铝等金属或合金。
本发明实施例提供的QLED器件，可以通过下述方法制备获得。
相应的，本发明实施例还提供了一种QLED器件的制备方法。
作为一种实施方式，所述QLED器件的制备方法包括以下步骤：
S01提供预制器件，所述预制器件表面设置有所述电子功能层，；
S02在所述电子功能层表面沉积界面修饰层材料，形成界面修饰层。
作为另一种实施方式，所述QLED器件的制备方法，包括以下步骤：
Q01提供预制器件，所述预制器件表面设置有所述阴极；
Q02在所述阴极表面沉积界面修饰层材料，形成界面修饰层。
本发明实施例提供的QLED器件的制备方法，只需在常规的QLED器件的制备方法的基础上，在阴极或电子传输层表面沉积一层富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物的界面修饰层材料即可。基于选择的界面修饰层的材料特性，易于通过多种途径沉积获取界面修饰层。该方法工艺相对成熟，简单可控，有利于实现规模化生产。
具体的，上述两种方法中，各层的材料如上文所述，为了节约篇幅，此处不在赘述。
沉积含有富勒烯结构的材料的方法，包括化学法和物理法，其中，所述物理法包括物理镀膜法和溶液加工法。具体的，化学法包括：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。所述物理镀膜法包括：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、脉冲激光沉积法等。所述溶液加工法包括旋涂法、印刷法、打印法、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。本发明实施例优选采用溶液加工法制备得到均匀且致密的界面修饰层。进一步优选的，在沉积含有富勒烯结构的材料后，在80-120℃的条件下进行退火处理，制备界面修饰层。
本发明实施例中，所述阴极、阳极可以通过采用掩膜版蒸镀的方法实现，所述空穴传输层、量子点发光层、电子传输层可以采用常规的沉积方法实现，具体的，可参见制备界面修饰层的上述方法。
所述阳极基板或所述阴极基板在沉积功能材料前，还包括清洗处理。作为一种优选方式，将所述阳极基板或所述阴极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，更优选为15分钟左右。待超声完成后将所述阳极基板或所述阴极基板放置于洁净烘箱内烘干备用。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种反型QLED器件，包括衬底，结合站在所述衬底表面的阴极，依次设置在所述阴极表面的界面修饰层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层和阳极，其中，所述界面修饰层的材料为富勒烯脂类衍生物(IPCBM)、富勒烯醇类衍生物(PCBE-OH)、富勒烯羧酸类衍生物(PCBA)、富勒烯磷酸酯类衍生物(BPCPO)、富勒烯氰基类衍生物(PCBB-CN-C8)中的至少一种。
所述反型QLED器件的制备方法，包括以下步骤：
将图案化的ITO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ITO放置于洁净烘箱内烘干备用。
待ITO基片干燥后，在其上沉积一层界面修饰材料(例如PCBE-OH)，100℃退火15min，制备界面修饰层，所述界面修饰层的厚度层厚为3nm。
待上步片子冷却后，沉积一层金属氧化物电子传输层ZnO，此层的厚度为40nm，将其置于100℃的热台上加热15min。
待上一步处理的片子冷却后，在其上旋涂QDs，此层的厚度为40nm，此步骤不需加热。
之后，沉积空穴传输层PVK，其厚度为50nm。这一步的沉积完成后将片子放置在100℃的加热台上加热30分钟，除去残留的溶剂。
最后，将沉积完各功能层的片子置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一层100nm的金属银或者铝作为阴极。器件制备完成。
实施例2
一种正型QLED器件，包括衬底，结合在所述衬底表面的阳极，依次设置在所述阳极上的空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、界面修饰层和阴极，其中，所述界面修饰层的材料为富勒烯脂类衍生物(IPCBM)、富勒烯醇类衍生物(PCBE-OH)、富勒烯羧酸类衍生物(PCBA)、富勒烯磷酸酯类衍生物(BPCPO)、富勒烯氰基类衍生物(PCBB-CN-C8)中的至少一种。
所述正型QLED器件的制备方法，包括以下步骤：
在ITO上沉积空穴传输层PVK，此层的厚度为50nm，150℃加热退火15min。
待上部片子冷却后，在其上沉积QDs，此层的厚度为40nm，不需加热。
之后，沉积电子传输层ZnO，其厚度为40nm之间。这一步的沉积完成后将片子放置在80℃的加热台上加热30分钟，除去残留的溶剂。
冷却后，沉积一层界面修饰材料(例如PCBB-CN-C8)于其上，此层的厚度为3nm，将其置于100℃的热台上加热30min。
最后，将沉积完各功能层的片子置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一层100nm的金属银或者铝作为阴极。
值得注意的是，本发明上述实施例中，界面修饰层材料的具体选择只是作为一种实施情形呈现，并非用于限定具体的界面修饰层材料类型。本发明实施例提供的富勒烯脂类衍生物(IPCBM)、富勒烯醇类衍生物(PCBE-OH)、富勒烯羧酸类衍生物(PCBA)、富勒烯磷酸酯类衍生物(BPCPO)、富勒烯氰基类衍生物(PCBB-CN-C8)，均可用于上述两种具体实施例中。
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，包括阳极和阴极，以及设置在所述阳极和所述阴极之间的叠层，所述叠层包括层叠结合的界面修饰层和电子功能层，其中，所述界面修饰层设置靠近所述阴极设置，且所述界面修饰层的材料选自富勒烯脂类衍生物、富勒烯醇类衍生物、富勒烯羧酸类衍生物、富勒烯磷酸酯类衍生物、富勒烯氰基类衍生物中的至少一种。
2.如权利要求1所述的QLED器件，其特征在于，所述界面修饰层的材料选自
中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的QLED器件，其特征在于，所述界面修饰层的厚度为2-10nm。
4.如权利要求1至3任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述电子功能层为电子传输层，所述电子传输层的材料为纳米金属氧化物。
5.如权利要求1至3任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述界面修饰层与所述阴极层叠结合，所述阴极材料为ITO。
6.如权利要求1至3任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述QLED器件还包括设置在所述叠层和所述阳极之间的空穴功能层的量子点发光层，所述空穴功能层靠近阳极层设置，所述量子点发光层靠近所述叠层设置。
7.一种如权利要求1-6任一项QLED器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供预制器件，所述预制器件表面设置有所述电子功能层，；
在所述电子功能层表面沉积界面修饰层材料，形成界面修饰层；
或
所述QLED器件的制备方法，包括以下步骤：
提供预制器件，所述预制器件表面设置有所述阴极；
在所述阴极表面沉积界面修饰层材料，形成界面修饰层。
8.如权利要求7所述的QLED器件的制备方法，其特征在于，沉积含有富勒烯结构的材料的方法，包括化学法和物理法，其中，所述物理法包括物理镀膜法和溶液加工法。
9.如权利要求8所述的QLED器件的制备方法，其特征在于，所述溶液加工法包括旋涂法、印刷法、打印法、浸渍提拉法、浸泡法、喷涂法、滚涂法、浇铸法、狭缝式涂布法和条状涂布法。
10.如权利要求7-9任一项所述的QLED器件的制备方法，其特征在于，在沉积含有富勒烯结构的材料后，在80-120℃的条件下进行退火处理，制备界面修饰层。
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