CN110943174B - 一种量子点白光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种量子点白光二极管,所述量子点白光二极管包括阴极、阳极以及设置在阴极和阳极之间的发光层,发光层包括层叠设置的蓝光有机荧光层、间隔层以及量子点发光层,蓝光有机荧光层靠近阴极一侧设置,量子点发光层靠近阳极一侧设置,间隔层设置在蓝光有机荧光层和量子点发光层之间,间隔层材料的三线态激子能量大于蓝光有机荧光层中蓝光有机荧光材料的三线态激子能量,且间隔层材料的三线态激子能量大于量子点发光层中量子点的激子能量。本发明量子点白光二极管中通过间隔层的设置可阻止蓝光有机荧光层中的单线态激子转移至量子点发光层,而让其三线态激子扩散至量子点发光层并敏化量子点发光,从而有效提升量子点白光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域,尤其涉及一种量子点白光二极管。
背景技术
当前,白光二极管广泛应用于显示和照明领域,其主要分为无机白光二极管和有机或量子点白光二极管两大类。其中二者最大的区别是:无机白光二极管为点发光,而有机或量子点白光二极管为面发光,这促进了显示和照明设备及应用场景的多样化发展,为人们的生活带来想象和便利。
在面发光技术中,量子点发光颜色鲜明细腻且易调节使得量子点白光二极管在显示和照明领域具有独特的优势,例如能够逼真地显示或再现还原物品本来的面貌,给人以视觉上的震撼和享受。
经过近三十年的发展,红绿单色量子点发光二极管在效率和寿命等发面取得了很大的进步,已达到商业化的标准,然而蓝光量子点发光二极管在寿命上却相差甚远,因此为了实现高效稳定长寿命的量子点白光二极管,寻找合适的蓝光替代材料是当务之急。
在此之前,业界已经提出用蓝光有机材料结合红绿量子点实现白光,然而这些案例广泛应用磷光材料或者热活化延迟荧光材料(TADF)作为蓝光物质,虽然这些物质发光效率很高,但寿命依然达不到商业化的要求,因此难以实现长寿命的目标;而对于应用蓝光有机荧光物质与红绿量子点相结合的案例,其往往只是一种概念,并没有给出切实可行的实现方案。
对于蓝光有机荧光发光二极管,其优势是稳定性好、寿命长,满足商业化条件,而不足之处在于发光效率低。这是因为有机荧光材料只有单线态激子发生辐射复合放出蓝光,三线态激子则以非辐射复合的形式回到基态,而单线态激子和三线态激子的比例是1:3,因此,蓝光有机荧光发光二极管的理论最大内量子效率只有25%,与我们追求的100%的内量子效率有很大的差距。很显然,对于蓝光有机荧光粉与红绿量子点相结合的白光二极管而言,如此低效的蓝光发光严重制约了白光二极管的内量子效率。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
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量子点白光二极管,旨在解决现有蓝光有机荧光发光二极管内量子效率低下,严重制约量子点白光二极管发光效率的问题。
本发明的技术方案如下:
一种量子点白光二极管,包括阴极、阳极以及设置在所述阴极和阳极之间的发光层,其中,所述发光层包括层叠设置的蓝光有机荧光层、间隔层以及量子点发光层,所述蓝光有机荧光层靠近阴极一侧设置,所述量子点发光层靠近阳极一侧设置,所述间隔层设置在所述蓝光有机荧光层和所述量子点发光层之间,所述间隔层材料的三线态激子能量大于蓝光有机荧光层中蓝光有机荧光材料的三线态激子能量,且所述间隔层材料的三线态激子能量大于量子点发光层中量子点的激子能量。
有益效果:本发明通过在所述发光层的蓝光有机荧光层和量子点发光层之间设置一具有电子和空穴迁移能力的间隔层,所述间隔层能够阻止蓝光有机荧光层材料的单线态激子向量子点转移,使单线态激子能够完全用来产生蓝光,同时所述间隔层还可使蓝光有机发光层中的三线态激子扩散至量子点发光层并敏化量子点发光,从而有效提高量子点白光二极管的量子效率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中提供的一种量子点白光二极管的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的一种量子点白光二极管的结构示意图。
图3为本发明实施例3提供的一种量子点白光二极管的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种量子点白光二极管,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。
量子点发光二极管有多种形式,且所述量子点发光二极管分为正式结构和反式结构,所述反式结构的量子点白光二极管可包括从下往上层叠设置的衬底、阴极、电子传输层、蓝光有机荧光层、间隔层、量子点发光层、空穴传输层以及阳极。而本发明的具体实施方式中将主要以如图1所示的正式结构的量子点白光二极管为实施例进行介绍。具体地,如图1所示,所述正式结构的量子点白光二极管包括从下往上层叠设置的衬底10、阳极20、空穴传输层30、蓝光有机荧光层40、间隔层50、量子点发光层60、电子传输层70以及阴极80;其中所述间隔层材料为同时具有电子和空穴迁移能力的材料,所述间隔层材料的三线态激子能量大于蓝光有机荧光层中蓝光有机荧光材料的三线态激子能量,且所述间隔层材料的三线态激子能量大于量子点发光层中量子点的激子能量。
本实施例通过在蓝光有机荧光层和量子点发光层之间设置一同时具有电子和空穴迁移能力的间隔层,能够使得量子点白光二极管的发光效率得到有效提升。实现上述效果的机理具体如下:
为保证本实施例中所述蓝光有机荧光层和量子点发光层能够稳定发光,所述间隔层既要将从阴极注入的电子传输给蓝光有机荧光层,又要将从阳极注入的空穴传输给量子点发光层,故所述间隔层材料为同时具有电子和空穴迁移能力的材料;同时,为避免蓝光有机荧光层的三线态激子和量子点发光层中量子点的激子被间隔层猝灭,所述间隔层材料的三线态激子能量应大于蓝光有机荧光层中蓝光有机荧光材料的三线态激子能量,且所述间隔层材料的三线态激子能量还应大于量子点发光层中量子点的激子能量。本实施例中的间隔层既能够阻止蓝光有机荧光层中的单线态激子向量子点转移,使单线态激子能够完全用来产生蓝光,同时所述间隔层还可使蓝光有机发光层中的三线态激子扩散至量子点发光层并敏化量子点发光,从而有效提高量子点白光二极管的发光效率。
需要说明的是,正式结构的量子点白光二极管还可以包括从下往上叠层设置的衬底、阳极、空穴传输层、量子点发光层、间隔层、蓝光有机荧光层、电子传输层以及阴极;其中所述间隔层材料为同时具有电子和空穴迁移能力的材料,所述间隔层材料的三线态激子能量大于蓝光有机荧光层中蓝光有机荧光材料的三线态激子能量,且所述间隔层材料的三线态激子能量大于量子点发光层中量子点的激子能量。这种结构的量子点白光二极管同样能够提升其发光效率,实现上述效果的机理与上述实施例相同。
在一种优选的实施方式中,单线态激子一般通过Forster能量转移的方式传递激子能量,它的有效作用半径通常在3-5nm之间,而三线态激子由于其寿命较长,其激子扩散长度可达100nm。本实施例通过将间隔层的厚度设置为3-100nm,使其可有效阻止蓝光有机荧光层中的单线态激子转移至量子点发光层,而便于让其三线态激子扩散至量子点发光层并敏化量子点发光,通过将间隔层的厚度设置为3-100nm可有效提升量子点白光二极管的量子效率。
更优选的,所述间隔层的厚度为3-10nm,在该厚度范围内,所述间隔层同样能够有效阻隔蓝光有机荧光层材料的单线态激子转移至量子点发光层,并更有利于所述蓝光有机荧光层材料的三线态激子扩散至量子点发光层并敏化量子点发光,可进一步提升量子点白光二极管的发光效率。
在一种优选的实施方式中,为保证电子和空穴在蓝光有机荧光层和量子点发光层之间运动不受影响,所述间隔层材料为同时具有电子和空穴迁移能力的第一双极性分子。优选的,所述第一双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。更优选的,所述第一双极性分子为CBP,由于CBP的空穴迁移率和电子迁移率相近,分别为10-3cm2V-1S-1和10- 4cm2V-1S-1,相近的空穴和电子迁移率能够保证电荷的传输和平衡,减少电荷在发光层的积累,有利于提升量子点发光二极管的发光效率并保持光谱的稳定型;更重要的是所述CBP的三线态激子能量T1为2.56eV,高于红、黄、绿量子点的激子能量和常见的蓝光有机荧光材料的三线态激子能量。
在一种优选的实施方式中,为保证电子和空穴在蓝光有机荧光层和量子点发光层之间运动不受影响,所述间隔层材料为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料。优选的,所述第一n型半导体材料为TPBi(T1=2.75eV)、Bepp2(T1=2.60eV)、BTPS(T1=2.79eV)和TmPyPb(T1=2.78eV)中的一种或多种;所述第一p型半导体材料为TAPC(T1=2.98eV)、mCP(T1=2.91eV)和TCTA(T1=2.76eV)中的一种或多种,所述T1是指半导体材料的三线态激子能量。作为举例,所述由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料可以为TCTA:TPBi、TCTA:TmPyPb和mCP:TmPyPb中的一种,但不限于此。
在一种优选的实施方式中,所述蓝光有机荧光层包括第一主体材料以及掺杂在所述第一主体材料中的蓝光有机荧光材料,其中,所述第一主体材料为第二双极性分子、第二n型半导体材料、第二p型半导体材料以及由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料中的一种。为防止所述蓝光有机荧光材料的单线态激子和三线态激子被第一主体材料猝灭,所述第一主体材料的单线态激子能量大于所述蓝光有机荧光材料的单线态激子能量,且所述第一主体材料的三线态激子能量大于所述蓝光有机荧光材料的三线态激子能量。
优选的,所述蓝光有机荧光层中的第一主体材料为第二双极性分子,所述第二双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。所述第二双极性分子可以保证电荷的传输和平衡,减少电荷在发光层的累积,有利于提升量子点白光二极管的发光效率,减小效率滚降,并保持光谱的稳定性,这对白光二极管而言至关重要。
优选的,所述蓝光有机荧光层中的第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料,所述第二n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种;所述第二p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,所述T1是指半导体材料的三线态激子能量。作为举例,所述由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料可以为TCTA:TPBi、TCTA:TmPyPb和mCP:TmPyPb中的一种,但不限于此。所述由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料同样可以保证电荷的传输和平衡,减少电荷在发光层的累积,有利于提升量子点白光二极管的发光效率,减小效率滚降,并保持光谱的稳定性,这对白光二极管而言至关重要。
优选的,所述蓝光有机荧光材料可以是4P-NPD、Cz-2pbb、POTA和DADBT等中的一种或多种,但不限于此。在所述蓝光有机荧光层中,蓝光有机荧光材料可以捕获电子空穴形成激子,也可以接收从第一主体材料中转移来的激子。
优选的,本实施例中,所述蓝光有机荧光层的厚度为10-50nm。
在一种优选的实施方式中,所述蓝光有机荧光层还可以为蓝光有机荧光材料单独形成的发光层,所述蓝光有机荧光材料为同时具有电子和空穴迁移能力的双极性材料。优选的,所述蓝光有机荧光材料可以是4P-NPD、Cz-2pbb、POTA和DADBT等中的一种或多种,但不限于此。更优选的,本实施例中,所述蓝光有机荧光层的厚度为5-30nm。
在一种优选的实施方式中,当所述量子点发光层材料包括量子点和第二主体材料时,为防止量子点激子被第二主体材料猝灭,所述第二主体材料的单线态激子能量和三线态激子能量均大于所述量子点的激子能量。在本实施例中,所述量子点发光层发光机制包括三种:1、电子、空穴分别从阴极和阳极传输至量子点发光层发生辐射复合放出光子;2、蓝光有机荧光层材料的三线态激子扩散至量子点发光层并通过Dexter能量转移的方式将三线态激子传递给量子点,并激发量子点放出光子;3、电子、空穴分别从阴极和阳极传输至第二主体材料中形成单线态和三线态激子,所述第二主体材料中形成的单线态和三线态激子分别通过Forster和Dexter能量转移传递给量子点,并在量子点发光层中辐射复合发出光子。
优选的,本实施例中,所述第二主体材料为第三双极性分子、第三n型半导体材料、第三p型半导体材料以及由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料中的一种,但不限于此。更优选的,所述第三双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此;所述第三n型半导体材料TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种,但不限于此;所述第三p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,但不限于此。
在一种优选的实施方式中,所述量子点发光层材料为量子点,则在本实施例中,所述量子点发光层发光机制包括两种:1、电子、空穴分别从阴极和阳极传输至量子点发光层发生辐射复合放出光子;2、蓝光有机荧光层材料的三线态激子扩散至量子点发光层并通过Dexter能量转移的方式将三线态激子传递给量子点,并激发量子点放出光子。
在一种优选的实施方式中,所述蓝光有机荧光层靠近阳极一侧设置,所述量子点发光层靠近阴极一侧设置,所述有机蓝光荧光层材料包括第一主体材料以及掺杂在所述第一主体材料中的蓝光有机荧光材料,所述量子点发光层材料包括量子点和第二主体材料,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料选自第二双极性材料、第二p型半导体材料以及由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料中的一种,所述第二主体材料选自第三双极性材料、第三n型半导体材料以及由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料中的一种。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料为第二p型半导体材料,所述第二主体材料为第三n型半导体材料。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料中的一种时,所述第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料,所述第二主体材料为第三n型半导体材料。此时,第一主体材料可以保证电子和空穴在整个蓝光有机荧光层中分布,得到充分的蓝光发光,且有利于降低三线态激子湮灭概率。另一方面,均匀分散的三线态激子有利于其向量子点层的扩散,保证量子点的发光。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料为第二p型半导体材料,所述第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料。此时,第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料,兼具优异的电子空穴迁移能力,能够有效降低量子点发光层的阻抗,使激子能够在量子点发光层均匀分布,降低激子湮灭的可能性,提高量子点发光的稳定性。
优选的,当所述阻隔层材料为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料,所述第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料。由于第一主体材料和第二主体材料兼具p型半导体材料和n型半导体材料的半导体特性,即兼具良好的电子和空穴迁移能力,有利于降低整个发光层的阻抗,保证阳极方向传输来的空穴可以无阻碍地向量子点发光层运动,同时保证量子点发光层运动来的电子可以无阻碍地通过蓝光有机荧光层,使电荷载流子能够均匀地分布在整个发光层中,降低激子湮灭的概率,提高器件的效率和稳定性。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子时,所述第一主体材料为第二双极性分子,所述第二主体材料为第三双极性分子。顾名思义,双极性分子同样具有优异的电子空穴迁移能力,可以降低整个发光层的阻抗,使得激子均匀分散在整个发光层中,提高器件的效率和稳定性。而且,采用双极性分子有利于简化器件结构和制作过程。
更优选的,在本实施例中,所述第一双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。所述第二双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。所述第三双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。优选的,所述第一n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种,但不限于此。所述第二n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种,但不限于此。所述第三n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种,但不限于此。优选的,所述第一p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,但不限于此。所述第二p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,但不限于此。所述第三p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,但不限于此。
在一种优选的实施方式中,所述蓝光有机荧光层靠近阴极一侧设置,所述量子点发光层靠近阳极一侧设置,所述有机蓝光荧光层材料包括第一主体材料以及掺杂在所述第一主体材料中的蓝光有机荧光材料,所述量子点发光层材料包括量子点和第二主体材料,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料选自第二双极性材料、第二n型半导体材料以及由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料中的一种,所述第二主体材料选自第三双极性材料、第三p型半导体材料以及由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料中的一种。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料为第二n型半导体材料,所述第二主体材料为第三p型半导体材料。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料,所述第二主体材料为第三p型半导体材料。此时,第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料可以保证电子和空穴在整个蓝光有机荧光层中分布,得到充分的蓝光发光,且有利于降低三线态激子湮灭概率。另一方面,均匀分散的三线态激子有利于其向量子点层的扩散,保证量子点的发光。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子或者为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料为第二n型半导体材料,所述第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料。此时,所述第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料,兼具优异的电子空穴迁移能力,能够有效降低量子点发光层的阻抗,使激子能够在量子点发光层均匀分布,降低激子湮灭的可能性,提高量子点发光的稳定性。
优选的,当所述阻隔层材料为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料时,所述第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料,所述第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料。由于第一主体材料和第二主体材料兼具p型半导体材料和n型半导体材料的半导体特性,即兼具良好的电子和空穴迁移能力,有利于降低整个发光层的阻抗,保证阳极方向传输来的空穴可以无阻碍地向蓝光有机荧光层运动,同时保证有机荧光层运动来的电子可以无阻碍地通过量子点发光层,使电荷载流子能够均匀地分布在整个发光层中,降低激子湮灭的概率,提高器件的效率和稳定性。
优选的,当所述阻隔层材料为第一双极性分子时,所述第一主体材料为第二双极性分子,所述第二主体材料均为第三双极性分子。双极性分子同样具有优异的电子空穴迁移能力,可以降低整个发光层的阻抗,使得激子均匀分散在整个发光层中,提高器件的效率和稳定性。而且,采用双极性分子有利于简化器件结构和制作过程。
更优选的,在本实施例中,所述第一双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。所述第二双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。所述第三双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种,但不限于此。优选的,所述第一n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种,但不限于此。所述第二n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种,但不限于此。所述第三n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种,但不限于此。优选的,所述第一p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,但不限于此。所述第二p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,但不限于此。所述第三p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种,但不限于此。
在一种优选的实施方式中,为防止蓝光有机荧光材料的三线态激子能量被猝灭,所述蓝光有机荧光材料的三线态激子能量应大于量子点发光层中量子点的能量。因此,在所述发光层中,根据蓝光有机荧光材料的三线态激子能量大小的不同,所述量子点发光层中量子点的选择也不相同。当所述蓝光有机荧光材料的三线态激子能量大于2.38eV时,所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点,或者所述量子点发光层中的量子点材料为由红光量子点和绿光量子点组成的混合量子点,或者所述量子点发光层中的量子点材料为包括红光量子点、黄光量子点和绿光量子点的混合量子点,其中,所述黄光量子点的发光光谱的半波宽大于70nm。
作为举例,当所述蓝光有机荧光材料为Cz-2pbb(T1=2.46eV)或POTA(T1=2.44eV)中的一种时,所述黄光量子点为CuInS/ZnS,ZnCuInS/ZnS、AgInS/ZnS和InP/ZnS等中的一种或多种,但不限于此;所述红、绿两种量子点可独立地选自CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/CdS/ZnS、CuInS/ZnS,ZnCuInS/ZnS、AgInS/ZnS和InP/ZnS中的一种或多种,但不限于此。
在一种优选的实施方式中,当蓝光有机荧光材料的三线态激子能量大于2.38eV时,所述量子点发光层为层叠设置的红光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层,其中,所述红光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层的厚度均为5-15nm。
在一种优选的实施方式中,当蓝光有机荧光层材料的三线态激子能量大于2.38eV时,所述量子点发光层为红光量子点和绿光量子点混合形成的单一混合膜层,其中,所述单一混合膜层的厚度为10-30nm。
在一种优选的实施方式中,当蓝光有机荧光层材料的三线态激子能量大于2.38eV时,所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点,所述量子点发光层中的厚度为5-50nm。
在一种优选的实施方式中,当蓝光有机荧光层材料的三线态激子能量大于2.38eV时,所述量子点发光层中的量子点材料为包括红光量子点、黄光量子点和绿光量子点的混合量子点,所述量子点发光层中的厚度为15-50nm。
在一种优选的实施方式中,当蓝光有机荧光层材料的三线态激子能量大于2.38eV时,所述量子点发光层为层叠设置的红光量子点薄膜层、黄光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层,其中,所述红光量子点薄膜层、黄光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层的厚度均为5-15nm。
在一种优选的实施方式中,当蓝光有机荧光层材料的三线态激子能量为2.25eV-2.38eV时,所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点,或者所述量子点发光层中的量子点材料为由红光量子点和黄光量子点组成的混合量子点,其中,所述黄光量子点的发光光谱的半波宽大于70nm,所述红光量子点发光光谱的半波宽不受限制。当所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点时,所述量子点发光层厚度为5-50nm。当所述量子点发光层中的量子点材料为由红光量子点和黄光量子点混合形成的单一混合膜层,其中,所述单一混合膜层的厚度为10-50nm;当所述量子点发光层为层叠设置的红光量子点薄膜层和黄光量子点薄膜层,其中,所述红光量子点薄膜层和黄光量子点薄膜层的厚度均为5-15nm。
作为举例,当蓝光有机荧光层材料为4P-NPD(T1=2.3eV)或DADBT(T1=2.38eV)时,所述红光量子点为CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/CdS/ZnS、CuInS/ZnS,ZnCuInS/ZnS、AgInS/ZnS和InP/ZnS中的一种或多种,但不限于此;所述黄光量子点为CuInS/ZnS,ZnCuInS/ZnS、AgInS/ZnS和InP/ZnS中的一种或多种,但不限于此。
在一种优选的实施方式中,所述衬底可以为刚性材质的衬底,如玻璃等,也可以为柔性材质的衬底,如PET或PI等中的一种。
在一种优选的实施方式中,所述阳极可以选自铟掺杂氧化锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、铝掺杂氧化锌(AZO)等中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中,所述空穴传输层的材料可以选自具有良好空穴传输性能的材料,例如可以选自但不限于p型的TAPC、mCP、TFB、PVK、Poly-TPD、PFB、TCTA、CBP、TPD和NPB等中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中,所述电子传输层的材料可以选自具有良好电子传输性能的材料,例如可以选自但不限于n型的TPBi、Bepp2、BTPS、TmPyPb、ZnO、TiO2、Fe2O3、SnO2、Ta2O3、AlZnO、ZnSnO和InSnO等中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中,所述阴极可选自铝(Al)电极、银(Ag)电极和金(Au)电极等中的一种。
需说明的是,本发明量子点白光二极管还可以包含以下功能层的一层或者多层:设置于阳极和空穴传输层之间的空穴注入层,设置于阴极和电子传输层之间的电子注入层。
本发明还提供一种如图1所述正式结构的量子点白光二极管的制备方法的实施例,具体的包括以下步骤:
提供一衬底,在所述衬底上形成阳极;
在所述阳极上制备空穴传输层;
在所述空穴传输层上制备蓝光有机荧光层;
在所述蓝光有机荧光层上制备间隔层;
在所述间隔层上制备量子点发光层;
在所述量子点发光层上制备电子传输层;
在所述电子传输层上制备阴极,得到所述量子点白光二极管;
其中,所述间隔层材料为同时具有电子和空穴迁移能力的材料,所述间隔层材料的三线态激子能量大于蓝光有机荧光层中蓝光有机荧光材料的三线态激子能量,且所述间隔层材料的三线态激子能量大于量子点发光层中量子点的激子能量。
本发明中,各层制备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溶液法(如旋涂法、印刷法、刮涂法、浸渍提拉法、浸泡法、喷涂法、滚涂法、浇铸法、狭缝式涂布法或条状涂布法等)、蒸镀法(如热蒸镀法、电子束蒸镀法、磁控溅射法或多弧离子镀膜法等)、沉积法(如物理气相沉积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法等)中的一种或多种。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1:以TCTA:TmPyPb混合材料作为间隔层材料,如图2所示,量子点白光二极管自下而上依次包括:ITO阳极101、空穴注入层102、空穴传输层103、量子点发光层104、间隔层105、蓝光有机荧光层106、电子传输层107、电子注入层108以及阴极109,其具体的制备包括以下步骤:
在图案化的ITO玻璃上用溶液法沉积PEDOT:PSS作为空穴注入层,厚度为30nm;
在PEDOT:PSS上用溶液法沉积TFB作为空穴传输层,厚度为30nm;
在TFB上用溶液法沉积混合的红绿量子点作为量子点发光层,厚度为15nm;
在量子点发光层上用蒸镀法共蒸沉积TCTA:TmPyPb混合材料作为间隔层,厚度为8nm;
在间隔层上用蒸镀法共蒸沉积POTA和TCTA:TmPyPb作为蓝光有机荧光层,厚度为15nm;
在蓝光有机荧光层上用蒸镀法沉积TmPyPb作为电子传输层,厚度为30nm;
在TmPyPb上用蒸镀法沉积LiF作为电子注入层,厚度为1nm;
在LiF上用蒸镀法沉积Al作为阴极,厚度为100nm。
实施例2:以CBP作为间隔层材料,量子点白光二极管自下而上依次包括:ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、间隔层、蓝光有机荧光层、电子传输层、电子注入层以及阴极,其具体的制备包括以下步骤:
在图案化的ITO玻璃上用溶液法沉积PEDOT:PSS作为空穴注入层,厚度为30nm;
在PEDOT:PSS上用溶液法沉积TFB作为空穴传输层,厚度为30nm;
在TFB上用溶液法沉积CBP:红绿量子点混合材料作为量子点发光层,厚度为20nm;
在量子点发光层上用蒸镀法沉积CBP作为间隔层,厚度为8nm;
在间隔层上用蒸镀法沉积POTA和CBP作为蓝光有机荧光层,厚度为15nm;
在蓝光有机荧光层上用蒸镀法沉积TmPyPb作为电子传输层,厚度为30nm;
在TmPyPb上用蒸镀法沉积LiF作为电子注入层,厚度为1nm;
在LiF上用蒸镀法沉积Al作为阴极,厚度为100nm。
实施例3:以TCTA:TPBi混合材料作为间隔层材料,如图3所示,量子点白光二极管自下而上依次包括:ITO阳极201、空穴注入层202、空穴传输层203、蓝光有机荧光层204、间隔层205、量子点发光层206、电子传输层207、电子注入层208以及阴极209,其具体的制备包括以下步骤:
在图案化的ITO玻璃上用溶液法沉积PEDOT:PSS作为空穴注入层,厚度为30nm;
在PEDOT:PSS上用溶液法沉积TFB作为空穴传输层,厚度为30nm;
在TFB上用蒸镀法共蒸沉积POTA和TCTA:TmPyPb作为蓝光有机荧光层,厚度为15nm;
在蓝光有机荧光层上用蒸镀法共蒸沉积TCTA:TPBi混合材料作为间隔层,厚度为8nm;
在间隔层上用溶液法依次沉积层叠的红、绿量子点薄膜作为量子点发光层,红光量子点薄膜厚度为5nm,绿光量子点薄膜厚度为10nm;
在量子点发光层上用蒸镀法沉积TmPyPb作为电子传输层,厚度为30nm;
在TmPyPb上用蒸镀法沉积LiF作为电子注入层,厚度为1nm;
在LiF上用蒸镀法沉积Al作为阴极,厚度为100nm。
实施例4:以NPB作为间隔层材料,量子点白光二极管自下而上依次包括:ITO阳极、空穴注入层、空穴传输层、蓝光有机荧光层、间隔层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层以及阴极,其具体的制备包括以下步骤:
在图案化的ITO玻璃上用溶液法沉积PEDOT:PSS作为空穴注入层,厚度为30nm;
在PEDOT:PSS上用溶液法沉积TFB作为空穴传输层,厚度为30nm;
在TFB上用蒸镀法沉积Cz-2pbb作为蓝光有机荧光层,厚度为15nm;
在蓝光有机荧光层上用蒸镀法沉积NPB作为间隔层,厚度为8nm;
在间隔层上用溶液法依次沉积层叠的红、绿量子点薄膜作为量子点发光层,红光量子点薄膜厚度为5nm,绿光量子点薄膜厚度为10nm;
在量子点发光层上用蒸镀法沉积TmPyPb作为电子传输层,厚度为30nm;
在TmPyPb上用蒸镀法沉积LiF作为电子注入层,厚度为1nm;
在LiF上用蒸镀法沉积Al作为阴极,厚度为100nm。
综上所述,本发明提供一种量子点白光二极管,通过在所述发光层的蓝光有机荧光层和量子点发光层之间设置一具有电子和空穴迁移能力的间隔层,所述间隔层能够阻止蓝光有机荧光层材料的单线态激子向量子点转移,使单线态激子能够完全用来产生蓝光;所述间隔层还可使蓝光有机发光层中的三线态激子扩散至量子点发光层并敏化量子点发光,从而有效提升量子点白光二极管的发光效率。
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 (15)
1.一种量子点白光二极管,包括阴极、阳极以及设置在所述阴极和阳极之间的发光层,其特征在于,所述发光层包括层叠设置的蓝光有机荧光层、间隔层以及量子点发光层,所述蓝光有机荧光层靠近阴极一侧设置,所述量子点发光层靠近阳极一侧设置,所述间隔层设置在所述蓝光有机荧光层和所述量子点发光层之间,所述间隔层材料的三线态激子能量大于蓝光有机荧光层中蓝光有机荧光材料的三线态激子能量,且所述间隔层材料的三线态激子能量大于量子点发光层中量子点的激子能量;
所述间隔层材料为由第一n型半导体材料和第一p型半导体材料组成的混合材料,
或者,所述间隔层材料为同时具有电子和空穴迁移能力的第一双极性分子。
2.根据权利要求1所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述间隔层的厚度为3-10nm。
3.根据权利要求1所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述第一双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种;
或者,所述第一n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种;
或者,所述第一p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述蓝光有机荧光层材料为蓝光有机荧光材料。
5.根据权利要求4所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述蓝光有机荧光层的厚度为5-30nm;和/或所述蓝光有机荧光材料为4P-NPD、Cz-2pbb、POTA和DADBT中的一种或多种。
6.根据权利要求1-3任一项所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述蓝光有机荧光层材料包括第一主体材料以及掺杂在所述第一主体材料中的蓝光有机荧光材料,所述第一主体材料的单线态激子能量大于所述蓝光有机荧光材料的单线态激子能量,且所述第一主体材料的三线态激子能量大于所述蓝光有机荧光材料的三线态激子能量。
7.根据权利要求6所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述蓝光有机荧光层的厚度为10-50nm;和/或所述蓝光有机荧光材料为4P-NPD、Cz-2pbb、POTA和DADBT中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述量子点发光层材料包括量子点和第二主体材料,其中,所述第二主体材料的单线态激子能量和三线态激子能量均大于所述量子点的激子能量。
9.根据权利要求8所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述第一主体材料选自第二双极性材料、第二n型半导体材料以及由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料中的一种,所述第二主体材料选自第三双极性材料、第三p型半导体材料以及由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料中的一种。
10.根据权利要求9所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述第一主体材料为第二n型半导体材料,所述第二主体材料为第三p型半导体材料;
或者,所述第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料,所述第二主体材料为第三p型半导体材料;
或者,所述第一主体材料为第二n型半导体材料,所述第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料;
或者,所述第一主体材料为第二双极性分子,所述第二主体材料为第三双极性分子;
或者,所述第一主体材料为由第二n型半导体材料和第二p型半导体材料组成的混合材料;所述第二主体材料为由第三n型半导体材料和第三p型半导体材料组成的混合材料。
11.根据权利要求9或10所述的量子点白光二极管,其特征在于,
所述第二n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种;
和/或,所述第三n型半导体材料为TPBi、Bepp2、BTPS和TmPyPb中的一种或多种;
和/或,所述第二p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种;
和/或,所述第三p型半导体材料为TAPC、mCP和TCTA中的一种或多种;
和/或,所述第二双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种;
和/或,所述第三双极性分子为CBP和NPB中的一种或两种。
12.根据权利要求1所述的量子点白光二极管,其特征在于,当蓝光有机荧光材料的三线态激子能量大于2.38eV时,所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点,或者所述量子点发光层中的量子点材料为由红光量子点和绿光量子点组成的混合量子点,或者所述量子点发光层中的量子点材料为包括红光量子点、黄光量子点和绿光量子点的混合量子点,其中,所述黄光量子点的发光光谱的半波宽大于70nm。
13.根据权利要求1所述的量子点白光二极管,其特征在于,当蓝光有机荧光材料的三线态激子为2.25eV-2.38eV时,所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点,或者所述量子点发光层中的量子点材料为由红光量子点和黄光量子点组成的混合量子点,其中,所述黄光量子点的发光光谱的半波宽大于70nm。
14.根据权利要求12所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述量子点发光层为层叠设置的红光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层,所述红光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层的厚度均为5-15nm;或者,
所述量子点发光层为红光量子点和绿光量子点混合形成的单一混合膜层,其中,所述单一混合膜层的厚度为10-30nm;或者,
所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点,所述量子点发光层中的厚度为5-50nm;或者
所述量子点发光层中的量子点材料为包括红光量子点、黄光量子点和绿光量子点的混合量子点,所述量子点发光层中的厚度为15-50nm;或者
所述量子点发光层为层叠设置的红光量子点薄膜层、黄光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层,其中,所述红光量子点薄膜层、黄光量子点薄膜层和绿光量子点薄膜层的厚度均为5-15nm。
15.根据权利要求13所述的量子点白光二极管,其特征在于,所述量子点发光层中的量子点材料为黄光量子点,所述量子点发光层厚度为5-50nm;或者,
所述量子点发光层中的量子点材料为由红光量子点和黄光量子点混合形成的单一混合膜层,所述单一混合膜层的厚度为10-50nm;或者,
所述量子点发光层为层叠设置的红光量子点薄膜层和黄光量子点薄膜层,所述红光量子点薄膜层和黄光量子点薄膜层的厚度均为5-15nm。
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