CN111276584B - 一种量子点发光器件、显示装置及电子传输材料溶液 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种量子点发光器件，包括电子传输层，所述电子传输层的材料包括第一电子传输材料，以及，第二电子传输材料；其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率。通过加入两种电子迁移率不同的第一电子传输材料和第二电子传输材料作为电子传输层，使量子点发光器件获得较高的出光亮度和发光效率。本申请还提供了一种电子传输材料溶液，包括所述第一电子传输材料和/或第二电子传输材料；本申请还提供一种显示装置。

Description

一种量子点发光器件、显示装置及电子传输材料溶液
技术领域
本申请属于显示技术领域，具体涉及一种量子点发光器件、显示装置及电子传输材料溶液。
背景技术
量子点由于具有发光效率高、色纯度高、发光波长可调等优异性能，在发光器件领域具有广泛的应用前景。量子点发光器件利用量子点作为发光材料，量子点材料的两侧设置有电子传输层和空穴传输层，在电压驱动下，电子和空穴传输至量子点层中复合，使电致发光器件发光。
然而目前量子点发光二极管的出光亮度与发光效率难以平衡，发光效率高而出光亮度低，出光亮度高而发光效率低，亟需提供一种光学性能优良的量子点发光器件。
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，包括电子传输层，所述电子传输层包括第一电子传输材料，以及，第二电子传输材料；
其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率。
进一步地，所述第一电子传输材料、所述第二电子传输材料混合分布于所述电子传输层。
进一步地，所述第一电子传输材料的电子迁移率为0.05×10-3～1×10-3cm2/V·s，和/或，
所述第二电子传输材料的电子迁移率为1×10-3～100×10-3cm2/V·s。
进一步地，在所述电子传输层中，所述第一电子传输材料的含量大于50wt％，优选为60-90wt％。
进一步地，所述第一电子传输材料和所述第二电子传输材料分别独立的选自掺杂的金属氧化物；
优选地，所述第一电子传输材料和所述第二电子传输材料分别独立的选自掺杂的氧化钛、掺杂的氧化锌、掺杂的氧化锡、掺杂的氧化镁中的一种。
进一步地，所述第一电子传输材料包含第一掺杂元素，所述第一掺杂元素包括锂、钾、钠、氮、磷、硼中的一种或多种；
优选地，相对于所述第一电子传输材料的主金属元素，所述第一掺杂元素的摩尔百分比为5％-100％；
优选地，所述第一掺杂元素的个数不超过2个。
进一步地，所述第二电子传输材料包含第二掺杂元素，所述第二掺杂元素包括铝、镓、镁、铟、镉、钙中的一种或多种；
优选地，相对于所述第二电子传输材料的主金属元素，所述第二掺杂元素的摩尔百分比为0.2-60％；
优选地，所述第二掺杂元素的个数不超过2个。
本申请还提供一种显示装置，包括如上所述的量子点发光器件。
本申请还提供一种电子传输材料溶液，包括：第一电子传输材料，以及第二电子传输材料；
其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率。
进一步地，在所述电子传输材料溶液中，所述第一电子传输材料的质量百分比大于所述第二电子传输材料的质量百分比；
优选地，在所述电子传输材料溶液中，所述第一电子传输材料溶液的浓度为2-5wt％；
优选地，在所述电子传输材料溶液中，所述第二电子传输材料溶液的浓度为0.2-1.5wt％。
有益效果：本申请的量子点发光器件包括电子传输层，所述电子传输层包括第一电子传输材料，以及，第二电子传输材料；其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率。电子传输层包括电子迁移率不同的第一电子传输材料和第二电子传输材料，使得量子点发光器件获得较高的出光亮度和发光效率。
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电压-出光亮度图；
图2为本申请中一个实施方式的量子点发光器件的电压-发光效率图；
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。示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本申请公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
正如背景技术中所描述，目前量子点发光器件存在发光效率和出光亮度无法兼顾平衡的问题，基于此，本申请提供一种量子点发光器件，包括电子传输层，电子传输层包括第一电子传输材料，以及，第二电子传输材料；其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率。本申请的电子传输层通过迁移率不同的第一电子传输材料和第二电子传输材料控制电子传输层的导电性，使传输至量子点发光层中的电子与空穴尽量平衡且发出更多的光，使量子点发光器件兼具较高的出光亮度和发光效率，大幅提高量子点发光器件整体光学性能。
在本申请一个具体实施方式中，所述第一电子传输材料、所述第二电子传输材料混合分布于电子传输层。在电子传输层中，第一电子传输材料、第二电子传输材料均匀混合分布，可以使电子传输层兼具两种电子传输材料的优点，使电子传输性能更稳定、电子传输效率更高，使该电子传输层制备的量子点发光器件拥有较高的出光亮度和发光效率。
在一个具体实施方式中，本申请的第一电子传输材料的电子迁移率低于第二电子传输材料的电子迁移率，电子传输层中的第一电子传输材料可以减缓电子的传输速率，第二电子传输材料可以提高电子传输速率。电子传输层中不同电子迁移率的第一电子传输材料和第二电子传输材料共同作用，降低量子点发光器件的电子迁移率，提高功能层间能级匹配，降低电流密度，可有效提高QLED器件的发光效率。
在一个具体实施方式中，第一电子传输材料的电子迁移率可以为0.05×10-3～1×10-3cm2/V·s，例如第一电子传输材料的电子迁移率可以为0.05×10-3cm2/V·s、0.08×10- 3cm2/V·s、0.1×10-3cm2/V·s、0.2×10-3cm2/V·s、0.3×10-3cm2/V·s、0.4×10-3cm2/V·s、0.5×10-3cm2/V·s、0.6×10-3cm2/V·s、0.7×10-3cm2/V·s、0.8×10-3cm2/V·s或0.9×10- 3cm2/V·s、1×10-3cm2/V·s，第二电子传输材料的电子迁移率可以为1×10-3～100×10- 3cm2/V·s，例如第二电子传输材料的电子迁移率可以为1×10-3cm2/V·s、5×10-3cm2/V·s、10×10-3cm2/V·s、30×10-3cm2/V·s、50×10-3cm2/V·s、60×10-3cm2/V·s、80×10-3cm2/V·s或100×10-3cm2/V·s，电子迁移率较小的第一电子传输材料使量子点发光器件获得较高发光效率，电子迁移率较高的第二电子传输材料使量子点发光器件获得较高出光亮度，从而使得量子点发光器件的整体发光性能得到提高。
在一个具体实施方式中，在量子点发光器件的电子传输层中，第一电子传输材料的含量大于50wt％，第二电子传输材料的含量小于50wt％。在量子点发光器件中，电子传输速率一般比空穴传输速率快，电子在第二电子传输材料中比在第一电子传输材料中传输速率更快，通过提高电子传输层中第一电子传输材料的含量，可使电子传输速度降低得以合适的电子传输速率与数量传输至量子点发光层中与空穴复合，从而使量子点发光器件获得较高的发光效率和出光亮度，在电子传输层中，第一电子传输材料的含量优选为60-90wt％，能使量子点发光器件获得更好的光学性能。
在一个具体实施方式中，本申请的第一电子传输材料和第二电子传输材料分别独立的选自掺杂的金属氧化物，掺杂的金属氧化物优选为掺杂的氧化钛、掺杂的氧化锌、掺杂的氧化锡、掺杂的氧化镁中的一种，第一电子传输材料、第二电子传输材料中被掺杂的金属氧化物可以有效传输电子，有利于使电子传输层的电子与空穴达到平衡。
在一个具体实施方式中，第一电子传输材料包含第一掺杂元素，所述第一掺杂元素包括锂、钾、钠、氮、磷、硼中的一种或多种。被掺杂的金属氧化物一般为N型金属氧化物。例如第一电子传输材料可以是掺钾二氧化钛、掺钠氮氧化锌、掺磷氧化镁、掺硼二氧化锡、掺钠锂氧化锌、掺磷硼二氧化钛、掺镁锂氧化锌。第一掺杂元素可减少被掺杂的金属氧化物的电子数量，有效调节第一电子传输材料的电子传输速率。
在一个具体实施方式中，相对于所述第一电子传输材料的主金属元素，所述第一掺杂元素的摩尔百分比为5％-100％。本申请中第一掺杂元素的摩尔百分比指第一掺杂元素/主金属元素的摩尔百分比，可以理解的是，主金属元素指被掺杂的金属氧化物中含量最高的金属元素。在本实施方式中，第一掺杂元素的个数不超过2个，第一掺杂元素不超过2个可以使第一电子传输材料的制备工艺重复性好，降低掺杂制备工艺难度。
在一个具体实施方式中，第二电子传输材料包含第二掺杂元素，所述第二掺杂元素包括铝、镓、镁、铟、镉、钙中的一种或多种；被掺杂的金属氧化物一般为N型金属氧化物。例如第二电子传输材料可以是掺铝二氧化锡、掺镓氧化锌、掺镁氧化锌、掺镁铝二氧化锡、掺铟镉二氧化钛、掺钙二氧化钛。第二掺杂元素可增加被掺杂的金属氧化物的电子数量；
在一个具体实施方式中，相对于所述第二电子传输材料的主金属元素，所述第二掺杂元素的摩尔百分比为0.2％-60％，本申请中第二掺杂元素的摩尔百分比指第二掺杂元素/主金属元素的摩尔百分比，可以理解的是，主金属元素指被掺杂的金属氧化物中含量最高的金属元素。在本实施方式中，第二掺杂元素的个数不超过2个，第二掺杂元素不超过2个可以使第二电子传输材料的制备工艺重复性好，降低掺杂制备工艺难度。
本申请的电子传输层中的第一电子传输材料包括合适的第一掺杂元素，第二电子传输材料包括合适的第二掺杂元素，第二电子传输材料与第一电子传输材料共同作用，有效提高电子注入量，并调节注入量子点发光层的电子与空穴达到平衡，有效的平衡量子点发光器件的电子与空穴传输速率，并增加电子空穴对数量，从而使量子点发光器件获得较高发光效率和出光亮度，有效提高量子点发光器件的整体发光性能。
本申请还提供一种显示装置，包括上述的量子点发光器件，量子点发光器件包括电子传输层，电子传输层的材料包括第一电子传输材料，以及，第二电子传输材料；其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率。显示装置包括但不限于手机、电脑、车载显示器、AR显示器、VR显示器、智能手表、显示屏、显示面板等装置或部件，部件例如可以为QLED器件、OLED器件、PLED器件、Micro-LED器件、Mini-LED器件等电致发光器件。本申请的显示装置可以为顶发光显示装置，也可以为底发光显示装置，还可以为透明显示装置。本申请对此不进行限制，只要满足发光要求即可。
本申请还提供一种电子传输材料溶液，包括第一电子传输材料和第二电子传输材料，其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率。电子经过制备得到的电子传输层中的第一电子传输材料和第二电子传输材料，缓解空穴与电子注入速度的不平衡性，在量子点发光器件亮度变化不大的基础上，提高发光效率。
在一个具体实施方式中，在电子传输材料溶液中，第一电子传输材料的质量百分比大于所述第二电子传输材料的质量百分比。第一电子传输材料含量高，使制备得到的电子传输层有效减缓电子传输速率，使电子与空穴注入速度趋于平衡，提高量子点发光器件的发光效率。
在一个具体实施方式中，在所述电子传输材料溶液中，所述第一电子传输材料溶液的浓度为2-5wt％，在所述电子传输材料溶液中，所述第二电子传输材料溶液的浓度为0.2-1.5wt％，如此可以更好的制备电子传输层，并且得到的电子传输层电子传输性能优良。
本申请的电子传输溶液的溶剂包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、甲氧基乙醇、1-甲氧基-2-丙醇及其异构体或混合物中的一种或多种。
本申请还提供一种量子点发光器件的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备第一电子传输材料溶液；
S2：制备第二电子传输材料溶液；
S3：使所述第一电子传输材料溶液与所述第二电子传输材料溶液混合；
S6：形成包括第一电子传输材料和第二电子传输材料的电子传输层。
当QLED器件为正置结构时，在S6之前包括步骤：
S41：在衬底上制备阳极；
S51：在阳极上制备量子点发光层；
S6包括：在量子点发光层上形成包括第一电子传输材料和第二电子传输材料的电子传输层；
在S6之后还包括步骤：
S71：在电子传输层上制备阴极，得到正置结构的QLED器件。
本发明还提供一种QLED器件的制备方法另一较佳实施例，当所述QLED器件为倒置结构时，S6之前包括步骤：
S42：在衬底上制备阴极；
S6包括步骤：在阴极上形成包括第一电子传输材料和第二电子传输材料的电子传输层；
在S6之后还包括步骤：
S52：在电子传输层上形成量子点发光层；
S72：在量子点发光层上形成阳极，得到倒置结构的QLED器件。
具体的，可以搅拌第一电子传输材料溶液与第二电子传输材料溶液的混合溶液使其混合均匀，也可以对第一电子传输材料溶液与第二电子传输材料溶液的混合溶液进行超声处理使其混合均匀，以使固化成膜后两种电子传输材料的分布更加均匀，载流子输运时的一致性更强，器件发光后出光膜面更平整光滑。
下面通过若干实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例的QLED器件的制备步骤如下：
1)制备第一电子传输材料溶液：掺镁锂氧化锌溶液；
2)制备第二电子传输材料溶液：掺铝氧化锌溶液；
3)通过超声处理使掺镁铝氧化锌溶液和掺铝氧化锌溶液混合均匀；
4)在玻璃衬底上溅射一层180nm的ITO阳极；
5)在ITO上旋涂一层45nm的PEDOT:PSS层；
6)在PEDOT:PSS层上旋涂一层35nm的TFB层；
7)在TFB层上喷墨打印一层20nm的CdSe/ZnS量子点发光层；
8)在CdSe/ZnS量子点发光层上旋涂掺镁锂氧化锌和掺铝氧化锌混合溶液，形成一层厚度为60nm，具有98wt％掺镁锂氧化锌、2wt％掺铝氧化锌的电子传输层；
9)在电子传输层上形成一层厚度为100nm的Al阴极，得到QLED器件。
实施例2
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有90wt％掺镁锂氧化锌、10wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
实施例3
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有98wt％掺镁锂氧化锌、2wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
实施例4
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有75wt％掺镁锂氧化锌、25wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
实施例5
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有67wt％掺镁锂氧化锌、33wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
实施例6
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有60wt％掺镁锂氧化锌、40wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
实施例7
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有53wt％掺镁锂氧化锌、47wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
实施例8
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有40wt％掺镁锂氧化锌、60wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
实施例9
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有20wt％掺镁锂氧化锌、80wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
对比例1
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有100wt％掺铝氧化锌的电子传输层。
对比例2
本实施例的QLED器件的制备步骤基本如实施例1，所不同之处在于形成具有100wt％掺镁锂氧化锌的电子传输层。
对实施例1至9以及对比例1至2的量子点发光器件进行光学测试，测定的电压-出光亮度变化情况请见图1、电压-发光效率变化情况请见图2，在电压为3V条件下的发光效率、出光亮度以及外量子效率(EQE)结果请见表1。
表1
Figure BDA0002386237510000091
通过分别采用不超过两种以上的元素对氧化锌进行掺杂，制备出第一电子传输材料、第二电子传输材料，不仅降低了电子传输层元素掺杂的难度，同时提高了第一电子传输材料、第二电子传输材料与量子点发光器件制备工艺的可重复性，兼顾量子点发光器件的出光亮度与发光效率的平衡。由图1至2、表1可以看出，相对于对比例1，本申请的实施例1至9在保证较优出光亮度的情况下获得更高的发光效率、EQE；相对于对比例2，本申请的实施例1至9在发光效率变化不大的情况下，获得较高的出光亮度，如实施例2～7相对于对比例2提高了约1～3倍的出光亮度。
实施例1至9、对比例1至2仅示例出第一电子传输材料为掺镁锂氧化锌、第二传输材料为掺铝氧化锌的情况，当第一电子传输材料为其他材料，第二电子传输材料为其他材料时可参考实施例1至9、对比例1至2进行试验以及比较分析。
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 (12)

1.一种量子点发光器件，其特征在于，包括电子传输层，所述电子传输层的材料包括第一电子传输材料、第二电子传输材料；
其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率，所述第一电子传输材料、所述第二电子传输材料混合分布于所述电子传输层，所述第一电子传输材料的电子迁移率为0.05×10-3~1×10-3cm2/V·s，所述第二电子传输材料的电子迁移率为1×10-3~100×10-3cm2/V·s，所述第一电子传输材料和所述第二电子传输材料分别独立的选自同一金属氧化物的不同掺杂，所述第一电子传输材料的含量大于50 wt%，所述第一电子传输材料包含第一掺杂元素，所述第一掺杂元素包括锂、钾、钠、氮、磷、硼中的一种或多种，所述第二电子传输材料包含第二掺杂元素，所述第二掺杂元素包括铝、镓、镁、铟、镉、钙中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的量子点发光器件，其特征在于，在所述电子传输层中，所述第一电子传输材料的含量为60-90wt%。
3.根据权利要求1所述的量子点发光器件，其特征在于，所述第一电子传输材料和所述第二电子传输材料分别独立的选自氧化钛、掺杂的氧化锌、掺杂的氧化锡、掺杂的氧化镁中的一种。
4.根据权利要求3所述的量子点发光器件，其特征在于，相对于所述第一电子传输材料的主金属元素，所述第一掺杂元素的摩尔百分比为5%-100%。
5.根据权利要求4所述的量子点发光器件，其特征在于，所述第一掺杂元素的个数不超过2个。
6.根据权利要求3所述的量子点发光器件，其特征在于，相对于所述第二电子传输材料的主金属元素，所述第二掺杂元素的摩尔百分比为0.2%-60%。
7.根据权利要求6所述的量子点发光器件，其特征在于，所述第二掺杂元素的个数不超过2个。
8.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的量子点发光器件。
9.一种电子传输材料溶液，其特征在于，包括：
第一电子传输材料，以及第二电子传输材料；
其中，所述第一电子传输材料的电子迁移率低于所述第二电子传输材料的电子迁移率，所述第一电子传输材料的电子迁移率为0.05×10-3~1×10-3cm2/V·s，所述第二电子传输材料的电子迁移率为1×10-3~100×10-3cm2/V·s，所述第一电子传输材料和所述第二电子传输材料分别独立的选自同一金属氧化物的不同掺杂，所述第一电子传输材料的含量大于50 wt%，所述第一电子传输材料包含第一掺杂元素，所述第一掺杂元素包括锂、钾、钠、氮、磷、硼中的一种或多种，所述第二电子传输材料包含第二掺杂元素，所述第二掺杂元素包括铝、镓、镁、铟、镉、钙中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的电子传输材料溶液，其特征在于，在所述电子传输材料溶液中，所述第一电子传输材料的质量百分比大于所述第二电子传输材料的质量百分比。
11.根据权利要求10所述的电子传输材料溶液，其特征在于，在所述电子传输材料溶液中，所述第一电子传输材料溶液的浓度为2-5wt%。
12.根据权利要求10所述的电子传输材料溶液，其特征在于，在所述电子传输材料溶液中，所述第二电子传输材料溶液的浓度为0.2-1.5wt%。
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