CN110299456A - Qled器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种QLED器件及其制备方法。该QLED器件包括层叠设置的阳极、量子点发光层、阴极，所述量子点发光层和所述阳极之间层叠设置有空穴功能层和第一多铁性材料电极化层，且所述第一多铁性材料电极化层在所述空穴功能层和所述量子点发光层之间；和/或所述量子点发光层和所述阴极之间层叠设置有电子功能层和第二多铁性材料电极化层，且所述第二多铁性材料电极化层在所述电子功能层和所述量子点发光层之间；其中，所述第一多铁性材料电极化层、所述第二多铁性材料电极化层为多铁性材料在预设外加磁场作用下产生内电场的材料层。本发明不仅不会损坏器件结构，而且具有可提高载流子注入、改善载流子平衡的效果。

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，具体涉及一种QLED器件及其制备方法。
背景技术
量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes QLED)是基于无机纳米晶的量子点材料的发光器件，由于其具有波长可调、发射光谱窄、稳定性高、电致发光量子产率高等优点，成为下一代显示技术的有力竞争者。
在多层结构QLED器件中，影响其发光效率的重要一点即载流子平衡问题。通常可迁移空穴由阳极经空穴注入、传输层到达发光层，并与由阴极经电子注入、传输层迁移的电子复合形成激子，进而激子辐射发射光子。因此，降低载流子的注入势垒，提高发光层载流子数目能够增加激子数量，从而有效提高器件发光效率。在陈崧等人的专利中，有利用铁电性材料改变薄膜两端电势差的先例，其具体操作如下，在发光层和载流子传输层之间加入铁电材料，利用预设外电场对铁电材料进行偶极矩设定。利用此偶极矩降低电子传输层到量子点发光层之间的电子(或者空穴)注入势垒，达到提高电子注入、改善载流子平衡的效果。在上述发明中，由于需要预先施加外电场来对铁电材料进行偶极矩设定，从而会对QLED器件其它功能层产生不可逆损伤，因此需要改进产生内电场方式来保护器件结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种QLED器件及其制备方法，旨在解决现有外电场来对铁电材料进行偶极矩设定对QLED器件产生不可逆损伤的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种QLED器件，包括层叠设置的阳极、量子点发光层、阴极，所述量子点发光层和所述阳极之间层叠设置有空穴功能层和第一多铁性材料电极化层，且所述第一多铁性材料电极化层在所述空穴功能层和所述量子点发光层之间；和/或
所述量子点发光层和所述阴极之间层叠设置有电子功能层和第二多铁性材料电极化层，且所述第二多铁性材料电极化层在所述电子功能层和所述量子点发光层之间；
其中，所述第一多铁性材料电极化层、所述第二多铁性材料电极化层为多铁性材料在外加磁场作用下产生内电场的材料层。
本发明另一方面提供一种QLED器件的制备方法，包括如下步骤：
提供多铁性材料，将所述多铁性材料沉积在空穴功能层和量子点发光层之间，得到第一多铁性材料层；将沉积有所述第一多铁性材料层的器件置于预设外加磁场中，对所述多铁性材料进行电极化，形成第一多铁性材料电极化层，得到QLED器件；或
所述多铁性材料沉积在电子功能层和量子点发光层之间，得到第二多铁性材料层；将沉积有所述第二多铁性材料层的器件置于预设外加磁场中，对所述多铁性材料进行电极化，形成第二多铁性材料电极化层，得到QLED器件。
本发明提供的QLED器件，在载流子功能层(电子功能层和/或功能传输层)和量子点发光层之间设置有一层多铁性材料电极化后形成的多铁性材料电极化层。多铁性材料是包含两种及两种以上铁的基本性能的一种复合材料(如铁磁性和铁电性等)，多铁性材料本身不但具备单一的铁性，而且通过铁性的耦合复合协同作用，可以通过磁场控制内部电荷极化。因此，本发明在量子点发光层和载流子功能层之间加入多铁性材料，利用预设外加磁场对多铁性材料进行电极化产生内电场，从而形成多铁性材料电极化层。相对于外加电场产生内电场，本发明利用外加磁场对多铁性材料极化电荷形成的内电场不仅对器件结构进行了有效保护，不会损坏器件的功能层，而且更方便实施操作，同样达到降低载流子功能层到量子点发光层之间的电子(空穴)注入势垒，从而达到提高载流子注入、改善载流子平衡的有益效果。本发明在不改变现有载流子传输材料的基础上降低载流子注入势垒、改变载流子平衡，提高器件性能，同时可以阻隔量子点和载流子传输材料的直接接触，增强器件稳定性。
附图说明
图1为本发明QLED器件中多铁性材料置于电子注入层一侧的原理图；
图2为本发明QLED器件中多铁性材料置于空穴注入层一侧的原理图。
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。
一方面，本发明实施例提供了一种QLED器件，包括层叠设置的阳极、量子点发光层、阴极，所述量子点发光层和所述阳极之间层叠设置有空穴功能层和第一多铁性材料电极化层，且所述第一多铁性材料电极化层在所述空穴功能层和所述量子点发光层之间；和/或
所述量子点发光层和所述阴极之间层叠设置有电子功能层和第二多铁性材料电极化层，且所述第二多铁性材料电极化层在所述电子功能层和所述量子点发光层之间；
其中，所述第一多铁性材料电极化层、所述第二多铁性材料电极化层为多铁性材料在预设外加磁场作用下产生内电场的材料层。
本发明实施例提供的QLED器件，在载流子功能层(电子功能层和/或空穴功能层)和量子点发光层之间设置有一层多铁性材料电极化后形成的多铁性材料电极化层。多铁性材料是包含两种及两种以上铁的基本性能的一种复合材料(如铁磁性和铁电性等)，多铁性材料本身不但具备单一的铁性，而且通过铁性的耦合复合协同作用，可以通过磁场控制内部电荷极化。因此，本发明实施例在量子点发光层和载流子功能层之间加入多铁性材料，利用预设外加磁场对多铁性材料进行电极化产生内电场，从而形成多铁性材料电极化层。相对于外加电场产生内电场，本发明利用外加磁场对多铁性材料极化电荷形成的内电场不仅对器件结构进行了有效保护，不会损坏器件的功能层，而且更方便实施操作，同样达到降低载流子功能层到量子点发光层之间的电子(空穴)注入势垒，从而达到提高载流子注入、改善载流子平衡的有益效果。
为改善QLED载流子注入平衡，降低注入势垒，从而提高器件发光性能，现有利用外电场来对铁电材料进行偶极矩设定会对QLED器件产生损伤。而本发明在不改变现有载流子传输材料的基础上降低载流子注入势垒、改变载流子平衡，提高器件性能，同时可以阻隔量子点和载流子传输材料的直接接触，增强器件稳定性。
本发明实施例的具体原理为：如图1所示，对多铁性材料施加外磁场，从而在多铁性材料层内部发生电荷极化形成内部电场(即形成第二多铁性材料电极化层)。当内部电场中的偶极矩方向由电子注入层指向量子点发光层间时，即与器件外电场一致时，此时效果类似增高电子注入层的电子传输能带，从而降低了电子注入势垒。同样地，如图2所示，对于量子点发光层与空穴注入层之间的多铁性材料层，施加不同方向磁场产生反向偶极矩时(即形成第一多铁性材料电极化层)，则等效的降低了空穴注入层的空穴传输能带，降低空穴传输势垒。由于多铁性材料的厚度小于10nm，载流子以有效隧穿方式传导，因此降低载流子注入传输势垒可以有效改善载流子注入平衡问题，提高器件效率和稳定性。除此之外，多铁性材料可以作为阻挡层间隔量子点与传输层有机材料间的直接接触，从而降低了激子淬灭和器件结构损坏几率，提高器件稳定性。
进一步地，所述多铁性材料为单相多铁性材料，即常见的多铁性材料，所述单相多铁性材料选自Bi基钙钛矿氧化物和稀土锰氧化物中的至少一种。具体地，所述Bi基钙钛矿氧化物选自BiFeO3和BiMnO3中的至少一种。所述稀土锰氧化物选自YMnO3、TbMnO3和TbMn2O5中的至少一种。具体地，所述第一多铁性材料电极化层的厚度为1-10nm，所述第二多铁性材料电极化层的厚度为1-10nm。具体地，对多铁性材料进行电极化的所述预设外加磁场的强度为200-300Oe(磁场强度单位)。施加磁场的目的是使多铁性材料极化，如果磁场过大极易损坏器件，而过小则极化程度较小，达不到目的，因此，外加磁场的强度在200-300Oe范围内的极化效果最佳。
进一步地，所述空穴功能层为空穴传输层、空穴注入层中的至少一层；即从阳极到量子点发光层可以依次为：阳极、空穴传输层、第一多铁性材料电极化层、量子点发光层，或为阳极、空穴注入层、第一多铁性材料电极化层、量子点发光层，或为阳极、空穴注入层、空穴传输层、第一多铁性材料电极化层、量子点发光层。而所述电子功能层为电子传输层、电子注入层中的至少一层；即从阴极到量子点发光层可以依次为：阴极、电子传输层、第二多铁性材料电极化层、量子点发光层，或为阴极、电子注入层、第二多铁性材料电极化层、量子点发光层，或为阴极、电子注入层、电子传输层、第二多铁性材料电极化层、量子点发光层。
本发明另一方面提供一种QLED器件的制备方法，包括如下步骤：
S01：提供多铁性材料，将所述多铁性材料沉积在空穴功能层和量子点发光层之间，得到第一多铁性材料层；将沉积有所述第一多铁性材料层的器件置于预设外加磁场中，对所述多铁性材料进行电极化，形成第一多铁性材料电极化层，得到QLED器件；
或者该制备方法包括如下步骤：
T01：提供多铁性材料，所述多铁性材料沉积在电子功能层和量子点发光层之间，得到第二多铁性材料层；将沉积有所述第二多铁性材料层的器件置于预设外加磁场中，对所述多铁性材料进行电极化，形成第二多铁性材料电极化层，得到QLED器件。
本发明实施例提供的QLED器件的制备方法，在载流子功能层(电子功能层和/或空穴功能层)和量子点发光层之间沉积一层多铁性材料层：即可以在空穴功能层和量子点发光层之间沉积第一多铁性材料层，也可以在电子功能层和量子点发光层之间沉积第二多铁性材料层，或者同时沉积第一多铁性材料层和第二多铁性材料层，然后将沉积有所述第一多铁性材料层和/或所述第二多铁性材料层的器件置于预设外加磁场中进行电极化，得到本发明的QLED器件。该制备方法简单易行，方便实施操作，而且最终得到QLED器件在不改变现有载流子传输材料的基础上，降低载流子注入势垒、改变载流子平衡，提高器件性能，同时可以阻隔量子点和载流子传输材料的直接接触，增强器件稳定性。
具体地，多铁性材料层的制备方法有物理法如磁控溅射法、分子束外延沉积法、激光脉冲沉积法等，还有化学法如溶胶-凝胶法、水热法等。为适应QLED器件的制备方法，本发明实施例的多铁性材料层优选采用喷墨打印、旋涂、磁控溅射等方法制备。
制备多层结构的QLED器件过程中，在量子点发光层和载流子功能层之间增加一层多铁性材料，然后完成其余各功能层的制备。同时铁电材料作为绝缘体，厚度控制在10nm以内。当施加外磁场后材料内部发生电荷极化形成内电场，即使外加磁场消失，多铁性材料仍能保持一定内电场，这样的内电场可以改变载流子的注入势垒。通过降低载流子注入势垒，可以调控发光层载流子注入平衡，从而提高发光效率。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
对比例1
一种无多铁性材料层的QLED器件，该QLED器件结构为：
ITO/PEDOT:PSS/PVK/Green-QDs/ZnO/Al。
实施例1
一种设置有多铁性材料层的QLED器件，该多铁性材料置于电子传输层一侧，该QLED器件结构为：
ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/PVK/Green-QDs/BiFeO3/ZnO/Al。
其中PEDOT:PSS、PVK、ODs、ZnO通过旋涂法制备，BiFeO3多铁性材料层通过喷墨打印法制备，其中BiFeO3厚度控制在1nm～10nm。
对实施例1和对比例1的两种器件进行性能测试发现，在2mA的电流下，发光区域为0.04m2，实施例1的器件亮度为9000cd/m2，对比例1的器件亮度为8000cd/m2，即加入多铁性材料后器件的亮度提升为原来的12.5％。值得注意的是，在进行测试前，需施加外加磁场对多铁性材料层进行电极化(即形成多铁性材料电极化层)，此时磁场大小选择为300Oe，方向垂直于器件薄膜表面，由Al电极至ITO方向。
实施例2
一种设置有多铁性材料层的QLED器件，该多铁性材料置于空穴传输层一侧，该QLED器件结构为：
ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/PVK/BiFeO3/Green-QDs/ZnO/Al。
其中PEDOT:PSS、PVK、ODs、ZnO通过旋涂法制备，BiFeO3多铁性材料层通过喷墨打印法制备，其中BiFeO3厚度控制在1nm～10nm。
对实施例2和对比例1的两种器件进行性能测试发现，在2mA的电流下，发光区域为0.04m2，实施例2的器件亮度为9500cd/m2，对比例1的器件亮度为8000cd/m2，即加入多铁性材料后器件的亮度提高了18.75％。同样在进行测试前，需施加外加磁场对多铁性材料层进行电极化(即形成多铁性材料电极化层)，此时磁场大小选择为300Oe，方向垂直于器件薄膜表面，由ITO至Al电极方向。
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，包括层叠设置的阳极、量子点发光层、阴极，其特征在于，所述量子点发光层和所述阳极之间层叠设置有空穴功能层和第一多铁性材料电极化层，且所述第一多铁性材料电极化层在所述空穴功能层和所述量子点发光层之间；和/或
所述量子点发光层和所述阴极之间层叠设置有电子功能层和第二多铁性材料电极化层，且所述第二多铁性材料电极化层在所述电子功能层和所述量子点发光层之间；
其中，所述第一多铁性材料电极化层、所述第二多铁性材料电极化层为多铁性材料在预设外加磁场作用下产生内电场的材料层。
2.如权利要求1所述的QLED器件，其特征在于，所述多铁性材料为单相多铁性材料。
3.如权利要求2所述的QLED器件，其特征在于，所述单相多铁性材料选自Bi基钙钛矿氧化物和稀土锰氧化物中的至少一种。
4.如权利要求3所述的QLED器件，其特征在于，所述Bi基钙钛矿氧化物选自BiFeO3和BiMnO3中的至少一种。
5.如权利要求3所述的QLED器件，其特征在于，所述稀土锰氧化物选自YMnO3、TbMnO3和TbMn2O5中的至少一种。
6.如权利要求1所述的QLED器件，其特征在于，第一多铁性材料电极化层的厚度为1-10nm；和/或
第二多铁性材料电极化层的厚度为1-10nm。
7.如权利要求1-6任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述空穴功能层为空穴传输层、空穴注入层中的至少一层；和/或
所述电子功能层为电子传输层、电子注入层中的至少一层。
8.如权利要求1-6任一项所述的QLED器件，其特征在于，所述预设外加磁场的强度为200-300Oe。
9.一种QLED器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供多铁性材料，将所述多铁性材料沉积在空穴功能层和量子点发光层之间，得到第一多铁性材料层；将沉积有所述第一多铁性材料层的器件置于预设外加磁场中，对所述多铁性材料进行电极化，形成第一多铁性材料电极化层，得到QLED器件；或
所述多铁性材料沉积在电子功能层和量子点发光层之间，得到第二多铁性材料层；将沉积有所述第二多铁性材料层的器件置于预设外加磁场中，对所述多铁性材料进行电极化，形成第二多铁性材料电极化层，得到QLED器件。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，沉积得到所述第一多铁性材料层和/或第二多铁性材料层的方法包括：喷墨打印、磁控溅射和旋涂中的至少一种。
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