CN110212105B - 量子点发光器件及其制备方法、照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子点发光器件及其制备方法、照明装置，该量子点发光器件包括：至少两层量子点发光层，及间隔层，所述间隔层设置于相邻的量子点发光层之间，所述间隔层为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物。本发明使用具有两极性电荷传输特性的金属氧化物作为量子点发光层的间隔层，避免了量子点层与层之间相互影响、膜层被破坏的问题，同时保证电子与空穴可以在各量子点层复合，提高了载流子的平衡注入，实现所有量子点层的发光，混色后观察到白光。

Description

量子点发光器件及其制备方法、照明装置

技术领域

本申请属于发光器件领域，具体涉及一种量子点发光器件及其制备方法、照明装置。

背景技术

量子点由于具有激发光谱宽、发射光谱窄、发光波长随尺寸可调、色纯度高、发光效率高等优异特性，在照明领域具有广泛的应用前景。通过对量子点材料施加一定的电场，量子点会发出特定频率的光线。多种量子点被激发时会产生多个不同波长的光线，多种光线复合后可以观察到白光。

现有技术中，利用红绿蓝三基色的混合量子点材料制备白光发光器件时，不同的量子点之间会发生能量转移，蓝光易淬灭，导致器件发光效率低。利用叠层结构方式制备的白光发光器件，是将多个量子点发光层串联起来，各量子点发光层之间存在多层结构，器件过于复杂。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种量子点发光器件，有效提高发光器件的发光效率。

本发明提供了一种量子点发光器件，包括：至少两层量子点发光层，及间隔层，所述间隔层设置于相邻的量子点发光层之间，所述间隔层为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物。

优选的，所述金属氧化物为氧化锌。

优选的，所述金属氧化物为元素掺杂的氧化锌。

优选的，所述间隔层的厚度为3～10nm。

优选的，所述量子点发光器件包括两层量子点发光层，一层发射蓝光，另一层发射黄光。

优选的，所述量子点发光器件包括阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一量子点发光层、间隔层、第二量子点发光层、电子传输层、阴极。

优选的，所述量子点发光器件包括三层量子点发光层，所述三层量子点发光层分别发射红光、绿光、蓝光。

优选的，所述量子点发光器件包括阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一量子点发光层、第一间隔层、第二量子点发光层、第二间隔层、第三量子点发光层、电子传输层、阴极。

本发明还提供了一种照明装置，包括上述任一所述的量子点发光器件。

本发明还提供了一种量子点发光器件的制备方法，包括以下步骤：

设置至少两个量子点发光层，在设置量子点发光层的过程中，在相邻的两个量子点发光层之间形成所述间隔层，其中，所述间隔层为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物。

有益效果：本发明使用具有两极性电荷传输特性的金属氧化物作为量子点发光层的间隔层，避免了量子点层与层之间相互影响、膜层被破坏的问题，同时保证电子与空穴可以在各量子点层复合，提高了载流子的平衡注入，实现所有量子点层的发光，混色后观察到白光。器件结构较为简单，便于产业化。

附图说明

图1为本申请中一个实施方式的量子点发光器件的结构示意图之一；

图2为本申请中一个实施方式的量子点发光器件的结构示意图之二；

图3为本申请一个实施方式的量子点发光器件的发光谱；

图4为本申请一个实施方式的量子点发光器件的发光谱；

图5为本申请一个实施方式的量子点发光器件的发光谱。

在附图中相同的部件使用了相同的附图标记。附图仅示意性地显示了本申请的实施方案。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式，对本申请实施例中的技术方案进行详细地描述。应注意的是，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部实施方式。

如背景技术所述，通过将不同发光颜色的量子点材料混合的方式来制备一层量子点发光层，得到的白光量子点器件发光效率低。如混合红绿蓝量子点作发光层，量子点之间会发生荧光共振能量转移，部分短波长的光会转化为长波长的光，导致器件的色坐标漂移严重，发光不稳定。叠层的器件结构尽管可以缓解上述问题，但是量子点发光层之间的连接层是多层结构，整个叠层器件的层数过多，结构过于复杂，制备过程繁琐。本申请的发明人发现，多层量子点发光层的结构可以实现稳定的白光发射，且器件结构相对简单，出光效率高。

在一个具体的实施方式中，量子点发光器件包括至少两层量子点发光层，相邻的量子点发光层之间设置有间隔层，其中间隔层为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物。两极性电荷传输特性是指在电压驱动下，既可以传输电子，又可以传输空穴的性质。在量子点发光层之间设置间隔层，用以阻挡相邻膜层的接触，从而避免上层的量子点溶液在沉积成膜时破坏下层的量子点膜。并且，器件中的间隔层要具备载流子传输能力，具有两极性电荷传输特性的金属氧化物在电压驱动下能够向相邻的量子点发光层有效传递电子和空穴。

在一个具体的实施方式中，金属氧化物为氧化锌。

在一个具体的实施方式中，金属氧化物为元素掺杂的氧化锌。进一步的，发明人发现，氧化锌作为间隔层时，出光效果仍然不是很好，不能保证所有的量子点发光层均可以稳定发光，而只有靠近器件空穴传输层一端的量子点膜层会发光，会实现不了白光发射。这是由于氧化锌与两侧的量子点发光层功函数不匹配，电子和空穴无法向其两侧的量子点发光层有效注入，导致有的量子点发光层无法稳定出光，甚至不出光。在本实施方式中，通过元素掺杂的方式，可以调控氧化锌的功函数，使间隔层的功函数与两侧的量子点发光层较好匹配，从而电子和空穴在各量子点发光层都可以有效复合，量子点材料均实现稳定出光。

在一个具体的实施方式中，氧化锌中掺杂的元素可以是镁元素、锂元素、铝元素、钨元素、镍元素、锡元素、镓元素、硅元素、钛元素等。

在一个具体的实施方式中，间隔层的厚度为3～10nm。间隔层如果太薄，起不到阻挡隔离作用，下层的量子点层会遭到破坏，还可能会造成漏电流，影响器件性能。间隔层如果太厚，载流子的传输距离大，不利于电子和空穴向两侧量子点发光层的注入，量子点材料不易出光。

在一个具体的实施方式中，量子点发光器件包括两层量子点发光层。参见图1，器件依次包括阳极100、空穴注入层200、空穴传输层300、第一量子点发光层411、间隔层510、第二量子点发光层412、电子传输层600、阴极700。除上述这些功能层外，发光结构还可以包括电子阻挡层、中间绝缘层等其他功能层，此处不做限定。

间隔层510位于第一量子点发光层411与第二量子点发光层412之间，可以向两侧的量子点发光层分别提供电子和空穴，并且该间隔层具有和量子点发光层匹配的功函数，从而实现载流子的有效注入。另外，间隔层510的存在，还减少了第一量子点发光层411与第二量子点发光层412之间的电荷自发转移，减少器件中的空间电荷累积，有利于提高器件寿命。

需要说明的是，量子点发光器件的具体结构不受特别的限制，本领域内任何已知的量子点电致器件的结构均可，只要该器件包括至少两层量子点发光层，且相邻量子点发光层之间存在间隔层即可。量子点发光器件的具体结构也可根据发光器件的具体使用要求进行选择。

在一个具体的实施方式中，量子点发光器件依次包括阳极100、空穴注入层200、空穴传输层300、第一量子点发光层411、间隔层510、第二量子点发光层412、电子传输层600、阴极700。其中，第一量子点发光层411发射蓝色光线，第二量子点发光层412发射黄色光线。第一量子点发光层411为蓝光量子点，第二量子点发光层412为黄光量子点或者红绿混合量子点。光线混合后，可以观察到白光。另外，量子点发光层的具体材料选择不受特别的限制，本领域内任何已知的量子点材料均可，只要该量子点发光层能将电信号转变为光信号，满足白光发射要求即可。

在一个具体的实施方式中，量子点发光器件包括三层量子点发光层。参见图2，器件依次包括阳极100、空穴注入层200、空穴传输层300、第一量子点发光层421、第一间隔层521、第二量子点发光层422、第二间隔层522、第三量子点发光层423、电子传输层600、阴极700。除上述这些功能层外，发光结构还可以包括电子阻挡层、中间绝缘层等其他功能层，此处不做限定。

第一间隔层521位于第一量子点发光层421与第二量子点发光层422之间，第一间隔层521可以向两侧的量子点发光层分别提供电子和空穴，并且第一间隔层521具有和第一及第二量子点发光层匹配的功函数，从而实现载流子的有效注入。第二间隔层522位于第二量子点发光层422与第三量子点发光层423之间，第二间隔层522可以向两侧的量子点发光层分别提供电子和空穴，并且第二间隔层522具有和第二及第三量子点发光层匹配的功函数，从而实现载流子的有效注入。另外，第一及第二间隔层的存在，还减少了第一量子点发光层与第二量子点发光层之间、第二量子点发光层与第三量子点发光层之间的电荷自发转移，减少器件中的空间电荷累积，有利于提高器件寿命。

在一个具体的实施方式中，量子点发光器件依次包括阳极100、空穴注入层200、空穴传输层300、第一量子点发光层421、第一间隔层521、第二量子点发光层422、第二间隔层522、第三量子点发光层423、电子传输层600、阴极700。上述三层量子点发光层分别发射红色光线、绿色光线、蓝色光线，顺序不做限定。三种光线混合后，可以观察到白光。

阳极100的材料不受特别的限制，本领域内任何已知的阳极材料均可，可根据实际情况进行选择，如玻璃/铟锡氧化物、氟掺氧化锡、铟锌氧化物、铝掺氧化锌、锑掺氧化锌、镓掺氧化锌、镉掺氧化锌、铜铟氧化物、氧化锡、氧化锆、铝、钙、钡、银等中的一种或多种，但是不限于此。

空穴注入层200的材料不受特别的限制，本领域内任何已知的空穴注入材料均可，可根据实际情况进行选择，如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、酞菁铜、2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰醌-二甲烷、2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲、掺杂聚(全氟乙烯-全氟醚磺酸)的聚噻吩并噻吩、MoO₃、VO₂、WO₃、CrO₃、CuO、MoS₂、MoSe₂、WS₂、WSe₂、CuS等中的一种或多种，但是不限于此。

空穴传输层300的材料不受特别的限制，本领域内任何已知的空穴传输材料均可，可根据实际情况进行选择，如聚(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)苯胺、4,4'-二(9-咔唑)联苯、N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺、N,N'-二苯基-N,N'(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺等中的一种或多种，但是不限于此。

电子传输层600的材料不受特别的限制，本领域内任何已知的电子传输材料均可，可根据实际情况进行选择，如ZnO、TiO₂、SnO₂、Ta₂O₃、InSnO、Alq₃、Ca、Ba、CsF、LiF、CsCO等中的一种或多种，但是不限于此。

阴极700的材料不受特别的限制，本领域内任何已知的阴极材料均可，可根据实际情况进行选择，如玻璃/铟锡氧化物、氟掺氧化锡、铟锌氧化物、铝掺氧化锌、锑掺氧化锌、镓掺氧化锌、镉掺氧化锌、铜铟氧化物、氧化锡、氧化锆、铝、钙、钡、银等中的一种或多种，但是不限于此。

本申请还提供一种量子点发光器件的制备方法，包括以下步骤：设置至少两个量子点发光层，在设置量子点发光层的过程中，在相邻的两个量子点发光层之间形成间隔层，其中，所述间隔层为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物。

在本申请一个典型的实施例中，公开了一种照明装置，包括量子点发光器件。量子点发光器件包括至少两层量子点发光层，及间隔层，间隔层设置于相邻的量子点发光层之间，间隔层为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物。该器件结构有利于提高照明装置的出光稳定性，照明过程中色坐标基本无漂移。

实施例1

量子点发光器件，包括依次相邻的阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一量子点发光层、间隔层、第二量子点发光层、电子传输层和阴极。其中，间隔层材料为Al掺杂的ZnO。

实施例1中发光器件的具体制备过程如下：

1)在ITO阳极上依次形成PEDOT:PSS空穴注入层，TFB空穴传输层；

2)在步骤1)的TFB空穴传输层上沉积蓝光CdZnSe量子点材料，形成第一量子点发光层；

3)在步骤2)的第一量子点发光层上沉积ZnAlO，形成厚度约为3nm的间隔层；

4)在步骤3)的间隔层上沉积红光CdSe和绿光CdSe混合量子点材料，形成第二量子点发光层；

5)在步骤4)的第二量子点发光层上沉积ZnO，形成电子传输层；

6)在步骤5)的电子传输层上蒸镀阴极铝，封装后得到量子点发光器件。

对上述量子点发光器件进行性能测试得到，3V时色坐标(0.43，0.42)为暖白光(发光谱见图3)，发光亮度为1775cd/m²，光功率效率为11.97lm/W。

实施例2

量子点发光器件，包括依次相邻的阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一量子点发光层、间隔层、第二量子点发光层、电子传输层和阴极。其中，间隔层材料为Mg、Al、Li共掺杂的ZnO。

实施例2中发光器件的具体制备过程如下：

1)在ITO阳极上依次形成PEDOT:PSS空穴注入层，TFB空穴传输层；

2)在步骤1)的TFB空穴传输层上沉积蓝光CdZnS量子点材料，形成第一量子点发光层；

3)在步骤2)的第一量子点发光层上沉积ZnMgAlO，形成厚度约为4nm的间隔层；

4)在步骤3)的间隔层上沉积红光CdSeS和绿光CdSe混合量子点材料，形成第二量子点发光层；

5)在步骤4)的第二量子点发光层上沉积ZnO，形成电子传输层；

6)在步骤5)的电子传输层上蒸镀阴极铝，封装后得到量子点发光器件。

对上述量子点发光器件进行性能测试得到，3V时色坐标(0.35，0.40)为暖白光(发光谱见图4)，发光亮度为738cd/m²，光功率效率为12.44lm/W。

实施例3

量子点发光器件，包括依次相邻的阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一量子点发光层、第一间隔层、第二量子点发光层、第二间隔层、第三量子点发光层、电子传输层和阴极。其中，第一间隔层材料为Al掺杂的ZnO，第二间隔层材料为Mg掺杂的ZnO。

实施例3中发光器件的具体制备过程如下：

1)在ITO阳极上依次形成PEDOT:PSS空穴注入层，TFB空穴传输层；

2)在步骤1)的TFB空穴传输层上沉积蓝光CdZnSe量子点材料，形成第一量子点发光层；

3)在步骤2)的第一量子点发光层上沉积ZnAlO，形成厚度约为5nm的第一间隔层；

4)在步骤3)的第一间隔层上沉积绿光CdSe量子点材料，形成第二量子点发光层；

5)在步骤4)的第二量子点发光层上沉积ZnMgLiO，形成形成厚度约为5nm的第二间隔层；

6)在步骤5)的第二间隔层上沉积红光CdSeS量子点材料，形成第三量子点发光层；

7)在步骤6)的第三量子点发光层上沉积ZnO，形成电子传输层；

8)在步骤7)的电子传输层上蒸镀阴极铝，封装后得到量子点发光器件。

对上述量子点发光器件进行性能测试得到，3V时色坐标(0.32，0.31)为正白光(发光谱见图5)，发光亮度为1622cd/m²，光功率效率为3.45lm/W。

尽管发明人已经对本申请的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本申请精神的实质，本申请中出现的术语用于对本申请技术方案的阐述和理解，并不能构成对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种量子点发光器件，其特征在于，由阳极、空穴注入层、空穴传输层、至少两层量子点发光层、设置于相邻的量子点发光层之间的间隔层、电子传输层、阴极组成；

所述间隔层仅为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物；所述金属氧化物为元素掺杂的氧化锌；所述间隔层的厚度为3~10 nm。

2.根据权利要求1所述的量子点发光器件，其特征在于，所述量子点发光器件包括两层量子点发光层，一层发射蓝光，另一层发射黄光。

3.根据权利要求2所述的量子点发光器件，其特征在于，所述量子点发光器件包括阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一量子点发光层、间隔层、第二量子点发光层、电子传输层、阴极。

4.根据权利要求1所述的量子点发光器件，其特征在于，所述量子点发光器件包括三层量子点发光层，所述三层量子点发光层分别发射红光、绿光、蓝光。

5.根据权利要求4所述的量子点发光器件，其特征在于，所述量子点发光器件包括阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一量子点发光层、第一间隔层、第二量子点发光层、第二间隔层、第三量子点发光层、电子传输层、阴极。

6.一种照明装置，其特征在于，包括权利要求1~5任一所述的量子点发光器件。

7.一种如权利要求1-5中任一所述量子点发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置至少两个量子点发光层，在设置量子点发光层的过程中，在相邻的两个量子点发光层之间形成所述间隔层，其中，所述间隔层为具有两极性电荷传输特性的金属氧化物。

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