CN111788866B

CN111788866B - 发光装置

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Publication number: CN111788866B
Application number: CN201880090484.XA
Authority: CN
Inventors: 兼弘昌行
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: WO2019171503A1; US11342523B2; CN111788866A; US20200411785A1

Abstract

在具备量子点的发光装置中，为了有效地防止量子点的氧化提供了一种具备发光元件(P)的发光装置(2)，发光元件(P)包含第一电极(6)、第二电极(18)以及在所述第一电极(6)和所述第二电极(18)之间的量子点层(18)；在量子点层(12)中层叠有量子点(20)，量子点(20)包含核(22)、覆盖该核(22)的壳(24)、在该壳(24)的表面配位且具有抗氧化性的配体(26)。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，其包括含有量子点的发光元件。

背景技术

专利文献1记载了一种向分散有量子点的溶剂中添加抗氧化剂，以防止量子点的氧化以及由于量子点的氧化而造成量子点的聚集的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报“特开2010-9995号公报(2010年1月14日公开)”

发明内容

本发明所要解决的技术问题

作为使用量子点的装置，已经提出了许多具备量子点的发光装置。在该发光元件中，当量子点被氧化时，该量子点失活，发光元件的发光效率降低。因此，在具备量子点的发光元件中，需要更有效地防止量子点被氧化。如专利文献1所述，发明人发现了一种比向分散有量子点的溶剂中添加抗氧化剂的方法更有效地防止量子点氧化的方法。

用于解决技术问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的一方面涉及的发光装置是一种包括第一电极、第二电极、包含所述第一电极和所述第二电极之间的量子点层的发光元件在所述量子点层中层叠有量子点，该量子点包含核、覆盖该核的壳、在该壳的表面配位并具有抗氧化性的配体。

此外，为解决上述问题，本发明的一方面涉及的发光装置的制造方法是包含发光元件的发光装置的制造方法，所述发光元件包括第一电极、第二电极、所述第一电极和所述第二电极之间的所述量子点层，所述发光装置的制造方法包括：合成工序，其合成包含核以及覆盖所述核的壳的量子点并具有抗氧化性的配体；配位工序，其使所述配体在所述量子点的所述壳的表面配位；成膜工序，其由在溶剂中分散有所述量子点的溶液，形成层叠有所述量子点的所述量子点层，所述量子点配位有所述配体。

此外，为解决上述问题，本发明的一方面涉及的发光装置的制造装置是制造包含发光元件的发光装置的制造装置，所述发光元件包括第一电极、第二电极、所述第一电极和所述第二电极之间的所述量子点层，所述发光装置的制造装置包括：合成装置，其合成包含核以及覆盖所述核的壳的量子点、具有抗氧化性的配体；配位装置，其使所述配体在所述量子点的所述壳的表面配位；成膜装置，其由在溶剂中分散有所述量子点的溶液，形成层叠有所述量子点的所述量子点层，所述量子点配位有所述配体。

有益效果

根据本发明的一方面，有效地防止了量子点被氧化，这关系到具备量子点的发光器件的可靠性和寿命的改善。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1涉及的发光装置的截面图和示出包括在发光装置中的量子点的概略图。

图2是示出本发明的实施方式1涉及的发光装置的制造方法的一个示例的工序截面图。

图3是示出本发明的实施方式1涉及的量子点层的形成方法的一个示例的流程图。

图4是用于说明本发明的实施方式1涉及的量子点与配体的合成方法，以及量子点与配体的配位方法的概略图。

图5是本发明的实施方式2涉及的发光装置的俯视图和截面图。

图6是示出本发明的实施方式2涉及的量子点的结构的概略图。

图7是示出本发明的各实施方式涉及的发光装置的制造装置的框图。

具体实施方式

[实施方式1]

在本说明书中，从发光装置的量子点层到第一电极的方向记载为“向下”，从发光装置的量子点层到第二电极的方向记载为“向上”。

图1示出了本实施方式涉及的发光装置2的放大截面图和发光装置2所包括的量子点20的放大图。

如图1的(a)所示，发光装置2具有在形成有未图示的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)的阵列基板4上层叠各层的结构。在阵列基板4上，通过从下层开始依次层叠第一电极6、空穴注入层8、空穴传输层10、量子点层12、电子传输层14、电子注入层16和第二电极18，从而形成发光元件P。

阵列基板4是形成有驱动第一电极6和第二电极18的TFT的基板。基板的材质可以是玻璃，也可以是可弯曲的塑料。当将塑料用作阵列基板4时，可以获得柔性的发光装置2。TFT可以通过现有公知的方法形成在阵列基板4上。

在本实施方式中，第一电极6是阳极，第二电极18是阴极。第一电极6和第二电极18中的至少一个是透明或半透明电极，作为透明电极可以包括例如ITO、IZO或ISO等的透明氧化物。半透明电极可以包括Al、Ag或MgAg等的金属材料。此外，第一电极6或第二电极18也可以包括金属材料，作为金属材料优选为具有高可见光反射率的Al、Cu、Au、Ag等。

空穴注入层8、空穴传输层10、电子传输层14以及电子注入层16可以包含用于现有公知的发光元件的各层的材料。作为空穴注入层可以包括例如PEDOT：PSS、MoO₃、NiO等。作为空穴传输层可以包括例如TPD、聚TPD、PVK、TFB、CBP、NPD等。作为电子传输层可以包括例如ZnO纳米颗粒、MgZnO纳米颗粒等。作为电子注入层可以包括例如Alq₃、PBD、TPBi、BCP、Balq、CDBP、Liq等。

量子点层12具有多个量子点20(半导体纳米粒子)。量子点20可以包括层叠在量子点层12中的一层到多层。量子点20是具有价带能级和导带能级且通过价带能级的空穴和导带能级的电子的复合而发光的发光材料。来自量子点20的发光由于量子限制效应而具有窄光谱，因而可以获得具有相对深的色度的发光。

在本实施方式中，如图1的(b)所示，量子点20包括核22、覆盖核22的壳24、配位在壳24的表面的配体26。

核22和壳24可以包含具有现有公知的核/壳结构的量子点的材料。在本实施例中，优选地，核22包括C、Si、Ge、Sn、P、Se、Te、Cd、Zn、Mg、S、In、O。壳24包括Cd、Se、S、Zn、Te、In、P、O、Te、Mg。尽管核22被壳24覆盖，但是为了简化附图中的图示，透过壳24图示核22。

配体26具有长链部28、抗氧化部30和配位部32。配体26在长链部28的一端具有抗氧化部30，在另一端具有配位部32。配体26通过壳24的表面和配位部32的配位结合而配位于量子点20上。

抗氧化部30具有抗氧化性。具体地，抗氧化部30具有通过使氧或自由基化合物的捕捉以及失活来防止量子点20的失活的功能，其中氧或自由基化合物为量子点20失活的主要原因。抗氧化部30抑制例如自由基和氧的反应，或者捕捉由该反应产生的过氧自由基。或者，抗氧化部30例如对由过氧自由基的去氢反应而产生的过氧化氢进行分解。

抗氧化部30包括例如受阻胺化合物、酚类化合物、磷酸系化合物和硫系化合物中的至少一种或它们的复合化合物。特别是，在抗氧化部30包含受阻胺化合物的情况下，抗氧化部30一般具有比包含酚类化合物的抗氧化部30更高的抗氧化能力。再者，包含受阻胺化合物的抗氧化部30具有强力的抗光氧化作用。因此，如本实施例的发光装置2那样，在量子点20本身发光的装置中，量子点20优选具备配体26，配体26具有抗氧化部30，抗氧化部30起到强抗光氧化作用且包含受阻胺化合物。

此外，可以考虑将发光装置2用作在室外使用的显示装置，例如智能手机、可穿戴终端、数字标牌等。在这种情况下，优选发光装置2具备量子点20，该量子点20包括配体26，该配体26具有抗氧化部30，抗氧化部30起到强抗光氧化作用且包含受阻胺化合物。

进一步，在将受阻胺化合物单独用于抗氧化部30的情况下，与使用上述复合化合物的情况相比，从可以减少发光装置2的着色这一点来看是优选的。例如，在抗氧化部30中使用了受阻胺化合物和酚类化合物的复合化合物的情况下，由于酚类化合物具有醌结构，因而发光装置2会被着色。另一方面，如果仅将受阻胺化合物用于抗氧化部30，则可以减少发光装置2的着色产生。

本实施方式涉及的配体26的示例由以下通式(1)表示。

[化1]

另外，抗氧化部30由通式(1)中的R¹和2，2，6，6-四甲基哌啶醇骨架构成。其中R¹包含氢原子、羟基、碳原子数1～30的烷基、羟基烷基、烷氧基、羟基烷氧基或氧自由基。此外，R¹也可以包含受阻胺化合物、酚类化合物、磷酸系化合物和硫系化合物中的至少一个。

另外，R²是长链部28，从－(CH₂)_n－、－(CH₂-O)_m－、－(CH₂)_x－(CH＝CH)－(CH₂)_y－或这些组合构成的基中选择。其中0≤n≤18，0≤m≤18，4≤n+m≤18，4≤x+y≤18，4≤m+x+y≤18，4≤m+x+y≤18。

另外，Q是配位部32，且是羟基、硫醇基、羧基、氨基、磺基、巯基、磷酸基(H₂PO₄－)、PH₂(＝O)－或POH(OH)(＝O)－。

参照图2说明本实施方式涉及的发光装置2的制造方法。图2是用于说明发光装置2的制造方法的工序剖面图。

首先，制作具有TFT和连接到该TFT的各种布线的阵列基板4，使用溅射法等在阵列基板4上形成与TFT电连接的第一电极6。接着，在第一电极6的上层，通过涂布形成等来从下方依次形成空穴注入层8和空穴输送层10，得到图2的(a)所示的层叠结构。

接着，形成量子点层12。在图2基础上，将参照图3和图4详细地说明量子点层12的形成。图3是用于说明量子点20的合成方法和包括量子点20的量子点层12的形成方法的流程图。图4是用于更详细地说明量子点20的合成方法的概略图。

首先，如图4的(a)中所示，合成具有核/壳结构的、在配体26配位之前的量子点20a(步骤S10)，所述核/壳结构包括核22和覆盖核22的壳24。量子点20a也可以用化学合成法等现有公知的合成方法合成。此时，如果将得到的量子点20a的核22的直径设为DL，则直径DL优选为2～10nm。

与上述量子点20a的合成分开，进行图4的(b)所示的配体26的合成(步骤S12)。例如，通过使具有2，2，6，6－四甲基哌啶醇骨架的醇和至少一个末端具有脂肪酸且具有期望长度的化合物进行酯化得到由通式(1)表示的配体26。例如，通过脂肪酸和醇的直接酯化、脂肪酸的卤化物和醇的反应、或者脂肪酸和醇的酯交换反应等，可以进行上述酯化。所得到的酯化合物可以适当地使用蒸馏、重结晶、使用过滤材料或吸附材料的方法等进行精制。此时，如果将从所获得的配体26的一端到另一端即从抗氧化部30的端部到配位部32的端部的长度设为配体的长度LL，则长度LL优选为0.5～5nm。

接着，合成的量子点20a的壳24的表面与配体26的配位部32进行配位结合，得到图4的(c)中所示的配体26配位后的量子点20(步骤S14)。上述配位可以通过在分散有量子点20a的溶液中添加使配体26分散的溶液的方法，或者在上述两种溶液混合之后离心分离除去残差的方法等进行。图4的(c)示出一个配体26配位于壳24上的状态，但是比这更多的配体26可以配位于一个量子点20中。

由此，如图4的(d)所示，得到了量子点20分散在溶剂12a中的溶液12b。溶剂12a可以是上述混合液的溶剂，例如，十六烷、十八烷等非环脂肪族溶剂、环己烷等环脂肪族溶剂或甲苯等芳香族溶剂。

接下来，如图2的(b)所示，将量子点20分散的溶液12b涂布在空穴输送层10的上面(步骤S16)。接着，在溶液12b中部分去除溶剂12a(步骤S18)。由此，获得图2的(c)所示的量子点层12，完成量子点层12的形成工序。

最后，通过涂布形成等，在量子点层12的上层从下方开始依次形成电子输送层14、电子注入层16和第二电极18，得到图2的(d)所示的层叠结构。由此，得到本实施方式涉及的发光装置2。

本实施方式的发光装置2在量子点层12中包括由具有抗氧化性的配体26配位的量子点20。因此，在本实施方式中，与由添加了具有抗氧化性的化合物且分散有量子点的溶液来形成的量子点层相比，在量子点周围中具有抗氧化性的化合物的密度更高。由此，可以更有效地提高针对量子点20的抗氧化功能。因此，可以更有效地降低由于量子点20的氧化而导致的发光装置2的发光效率的降低。

另外，配体26的抗氧化部30的单重态氧淬灭速度在1×10⁵以上且1×10¹⁰以下。单重态氧淬灭速度是抗氧化部30的抗氧化作用的指标。如果抗氧化部30具有的单重态氧淬灭速度在上述范围内，则可以有效地防止量子点20的氧化。

[实施方式2]

图5表示本实施方式涉及的发光装置34的放大俯视图和放大截面图。图5的(a)透过本实施方式涉及的发光装置34的上面示出了电子传输层14、电子注入层16和第二电极18。图5的(b)是图5的(a)中的A-A线向视截面图。

本实施方式涉及的发光装置34与先前实施方式的发光装置2相比，还具备边缘罩36，除了从第一电极6到量子点层12的各层分别被分割为多个发光元件之外，也可以具有相同的结构。即，从第一电极6到量子点层12的每一层形成在多个划分的发光元件中的每一个。另外，在本实施方式中，电子传输层14、电子注入层16和第二电极18共用地形成在多个被分割的发光元件上。

在本实施方式中，如图5所示，从第一电极6到量子点层12的各层被分割为红色发光元件RP、绿色发光元件GP和蓝色发光元件BP。红色发光元件RP中的量子点层12作为量子点具有在发光时发射红色光的红色量子点20R。此外，绿色发光元件GP和蓝色发光元件BP中的量子点层12分别包括作为量子点的绿色量子点20G和蓝色量子点20B，绿色量子点20G和蓝色量子点20B在发光时分别发出绿色光和蓝色光。

此处，蓝光是在400nm以上且500nm以下的波长带中具有发光中心波长的光。此外，绿光是在超过500nm且600nm以下的波长带中具有发光中心波长的光。此外，红光是在超过600nm且780nm以下的波长带中具有发光中心波长的光。

图6的(a)、(b)以及(c)分别是示出本实施方式涉及的红色量子点20R、绿色量子点20G和蓝色量子点20B的概略图。红色量子点20R、绿色量子点20G和蓝色量子点20B中的每一个与先前实施方式中的量子点20相同地包括核22、覆盖核22的壳24和配位于壳24表面的配体26。

量子点发出的光的波长通常与量子点的核心直径的大小成比例。因此，红色量子点20R、绿色量子点20G和蓝色量子点20B具有彼此不同的大小。例如，绿色量子点20G的核22的直径小于红色量子点20R的核22的直径，且大于蓝色量子点20B的核22的直径。与此同时，在本实施方式中，绿色量子点20G的配体26的长度比红色量子点20R的配体26的长度短，且比蓝色量子点20B的配体26的长度长。

如图6所示，在红色量子点20R、绿色量子点20G和蓝色量子点20B的每一个中，量子点的核的直径分别设为直径DLR、直径DLG和直径DLB。在这种情况下，也可以是直径DLR＞直径DLG＞直径DLB。此外，如图6所示，在红色量子点20R、绿色量子点20G和蓝色量子点20B的每一个中，配体的长度分别设为长度LLR、长度LLG和长度LLB，在这种情况下，也可以是长度LLR＞长度LLG＞长度LLB。

本实施方式中的各量子点的直径和配体的长度具有上述尺寸，从而可以更有效地设计发射各自波长的光的量子点。

红色量子点20R、绿色量子点20G和蓝色量子点20B的每一个可以通过与先前实施方式中的量子点20相同的制造方法来制造。在此，可以通过改变长链部28的长度来设计各个量子点中的配体26的长度。

在本实施方式中的发光装置34的制造方法中，首先在阵列基板4上形成边缘罩36。接着，对于由边缘罩36分割的区域分别形成第一电极6、空穴注入层8、空穴输送层10和量子点层12。此时，在红色发光元件RP、绿色发光元件GP和蓝色发光元件BP的每一个中，量子点层12分别由分散有红色量子点20R、绿色量子点20G和蓝色量子点20B的溶液来形成。

在量子点层12的形成中，例如，首先将分散有红色量子点20R的溶液12b涂布在红色发光元件RP中的空穴传输层10的上层，部分去除红色发光元件RP中的溶剂12a。由此，形成红色发光元件RP中的量子点层12。通过在绿色发光元件GP和蓝色发光元件BP中进行同样的工序，分别在绿色发光元件GP和蓝色发光元件BP中形成量子点层12。

另外，空穴注入层8和空穴输送层10可以在各个发光元件中包含不同的材料，也可以对各个发光元件中的每个量子点20的材料选择适当的材料来形成。

最后，与先前实施方式相同，通过涂布形成等，在量子点层12和边缘罩36的上层从下方依次形成电子输送层14、电子注入层16和第二电极18。由此，得到图5所示的发光装置34。

本实施方式涉及的发光装置34包括在各自不同的发光元件中分别包含发出红色、绿色和蓝色的量子点层12。因此，本实施方式涉及的发光装置34可以显示复合色。此外，由于每个颜色的量子点可以与具有适当长度的配体26配位，因此可以更有效地减少量子点的氧化。

图7是示出本实施方式涉及的发光装置的制造装置40的框图。发光装置的制造装置40包括控制器42、合成装置44、配位装置46和成膜装置48。控制器42控制合成装置44、配位装置46和成膜装置48。合成装置44合成在上述各实施方式中的核/壳结构的量子点20a和配体26。配位装置46使上述各实施例中的核/壳结构的量子点20a和配体26配位。成膜装置48进行上述各实施方式涉及的包含量子点层12的发光装置的各层的成膜。

[总结]

方面1的发光装置是包括发光元件的发光装置，发光元件包含第一电极、第二电极、在所述第一电极和所述第二电极之间的量子点层，在所述量子点层中层叠有量子点，该量子点包含核、覆盖该核的壳、在该壳的表面配位并具有抗氧化性的配体。

在方面2中，所述配体包含受阻胺化合物、酚类化合物、磷酸系化合物和硫系化合物中的至少一种。

在方面3中，所述配体的单重态氧淬灭速度在1×10⁵以上且1×10¹⁰以下。

在方面4中，包含多个所述发光元件，每个该发光元件包含所述第一电极和所述量子点层，多个所述发光元件共用所述第二电极。

在方面5中，作为所述发光元件，其包含：红色发光元件，其在所述量子点层具备发射红色光的红色量子点、绿色发光元件，其在所述量子点层具备发射绿色光的绿色量子点、以及蓝色发光元件，其在所述量子点层具备发射蓝色光的蓝色量子点。

在方面6中，所述绿色量子点的所述配体的长度比所述红色量子点的所述配体的长度短，且比所述蓝色量子点2的所述配体的长度长。

方面7的发光装置的制造方法是包含发光元件的发光装置的制造方法，所述发光元件包括第一电极、第二电极、在所述第一电极和所述第二电极之间的所述量子点层，所述发光装置的制造方法包括：合成工序，其合成包含核以及覆盖所述核的壳的量子点和具有抗氧化性的配体；配位工序，其使所述配体在所述量子点的所述壳的表面配位；成膜工序，其由在溶剂中分散有所述量子点的溶液，形成层叠有所述量子点的所述量子点层，所述量子点配位有所述配体。

方面8的发光装置的制造装置是制造包含发光元件的发光装置的制造装置，所述发光元件包括：第一电极；第二电极；在所述第一电极和所述第二电极之间的所述量子点层，所述发光装置的制造装置包括：合成装置，其合成包含核以及覆盖所述核的壳的量子点、具有抗氧化性的配体；配位装置，其使所述配体在所述量子点的所述壳的表面配位；成膜装置，其由在溶剂中分散有所述量子点的溶液，形成层叠有所述量子点的所述量子点层，所述量子点配位有所述配体。

本发明不限于上述各实施方式，能在权利要求所示的范围中进行各种变更，将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。进一步地，能够通过组合各实施方式分别公开的技术手段来形成新的技术特征。

附图标记说明

2、34发光装置

6 第一电极

12 量子点层

12a 溶剂

12b 溶液

18 第二电极

20、20a量子点

20B 蓝色量子点

20G 绿色量子点

20R 红色量子点

22 核

24 壳

26 配体

40 发光装置的制造装置

P 发光元件

RP 红色发光元件

GP 绿色发光元件

BP 蓝色发光元件

Claims

1.一种发光装置，其特征在于，

其包括发光元件，

所述发光元件包含第一电极、第二电极、在所述第一电极和所述第二电极之间的量子点层，

在所述量子点层中层叠有量子点，所述量子点包含核、覆盖所述核的壳、在所述壳的表面配位并具有抗氧化性的配体，

所述发光装置包含多个所述发光元件，每个所述发光元件包含所述第一电极和所述量子点层，多个所述发光元件共用所述第二电极，

作为所述发光元件，其包含：

红色发光元件，其在所述量子点层具备发射红色光的红色量子点、绿色发光元件，其在所述量子点层具备发射绿色光的绿色量子点、以及

蓝色发光元件，其在所述量子点层具备发射蓝色光的蓝色量子点，

配位在所述绿色量子点的所述配体的长度比配位在所述红色量子点的所述配体的长度短，且比配位在所述蓝色量子点的所述配体的长度长。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述配体包含受阻胺化合物、酚类化合物、磷酸系化合物和硫系化合物中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述配体的单重态氧淬灭速度在1×10⁵以上且1×10¹⁰以下。