CN112071998A - 一种发光器件、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光器件、显示装置，涉及显示技术领域，该发光器件能解决量子点发光层在电子传输层表面不易附着的问题一种发光器件，包括依次层叠设置的电子传输层、自组装单分子层和量子点发光层；所述电子传输层包括第一表面基团；所述量子点发光层包括量子点配体修饰的量子点，所述量子点配体包括第一烷基链；所述自组装单分子层包括硅烷衍生物，所述硅烷衍生物的一端包括第二烷基链、另一端包括硅氧基团；其中，所述第二烷基链与所述第一烷基链通过范德华力结合，所述硅氧基团与所述第一表面基团以化学键形式结合。本发明适用于发光器件的制作。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种发光器件、显示装置。
背景技术
量子点(Quantum Dot，QD)作为新型的发光材料，具有光色纯度高、发光量子效率高、发光颜色可调、使用寿命长等优点，成为目前新型LED(Light Emitting Diodes，发光二极管)发光材料的研究热点。以量子点材料作为发光层的量子点发光二极管(Quantum DotLight Emitting Diodes，QLED)成为了目前新型显示器件研究的主要方向。
量子点发光二极管包括阳极、阴极和发光层。为了提高电子传输效率，量子点发光二极管还包括位于阴极和发光层之间的电子传输层。目前。电子传输层的材料多采用金属氧化物。而通过溅射工艺形成的金属氧化物薄膜的表面非常光滑致密，那么后续在该金属氧化物薄膜上形成量子点发光层时，量子点与金属氧化物的粘合性较小，使得量子点在该金属氧化物薄膜的表面上不易附着，从而造成量子点发光薄膜疏松，甚至出现较大pin-hole(针孔)，进而导致形成的量子点发光二极管的漏电流较大，产品质量大幅下降。
发明内容
本发明的实施例提供一种发光器件、显示装置，该发光器件能解决量子点发光层在电子传输层表面不易附着的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供了一种发光器件，包括依次层叠设置的电子传输层、自组装单分子层和量子点发光层；
所述电子传输层包括第一表面基团；所述量子点发光层包括量子点配体修饰的量子点，所述量子点配体包括第一烷基链；所述自组装单分子层包括硅烷衍生物，所述硅烷衍生物的一端包括第二烷基链、另一端包括硅氧基团；
其中，所述第二烷基链与所述第一烷基链通过范德华力结合，所述硅氧基团与所述第一表面基团以化学键形式结合。
可选的，所述硅烷衍生物包括聚二甲基硅氧烷、十八烷基三氯硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、三(十六烷基)-甲氧基硅烷、三(十八烷基)-甲氧基硅烷、三(十二烷基)-甲氧基硅烷、三(辛基)-甲氧基硅烷中的任一种。
可选的，所述第二烷基链包括硅烷基链或者硅氧烷基链。
可选的，所述硅氧基团包括硅氧键、以及与所述硅氧键键合的反应基团，所述反应基团包括-Si-Cl、-Si-OH、-Si-OCH3中的任一种。
可选的，所述第一表面基团包括-OH或者-O-。
可选的，所述第一烷基链的长度为n个碳，其中，n为正整数，且8≤n≤18。
可选的，所述电子传输层还包括溅射型氧化锌薄膜，所述第一表面基团与所述溅射型氧化锌薄膜的锌键合。
可选的，所述溅射型氧化锌薄膜掺杂有镁、铝、锆、钇中的任一种。
可选的，所述电子传输层还包括氧化锌纳米粒子薄膜，所述第一表面基团与所述氧化锌纳米粒子薄膜的锌键合；
所述发光器件还包括位于所述电子传输层和所述自组装单分子层之间的金属氧化物层，所述金属氧化物层包括第二表面基团，所述第二表面基团与所述第一表面基团相同、且所述第二表面基团的数量大于所述第一表面基团的数量。
可选的，所述发光器件还包括阴极，以及依次层叠设置的空穴传输层、空穴注入层和阳极；
其中，所述阴极位于所述电子传输层中远离所述自组装单分子层的一侧，所述空穴传输层位于所述量子点发光层和所述空穴注入层之间。
另一方面，提供了一种显示装置，包括上述的发光器件。
本发明的实施例提供了一种发光器件、显示装置，该发光器件包括依次层叠设置的电子传输层、自组装单分子层和量子点发光层；所述电子传输层包括第一表面基团；所述量子点发光层包括量子点配体修饰的量子点，所述量子点配体包括第一烷基链；所述自组装单分子层包括硅烷衍生物，所述硅烷衍生物的一端包括第二烷基链、另一端包括硅氧基团；其中，所述第二烷基链与所述第一烷基链通过范德华力结合，所述硅氧基团与所述第一表面基团以化学键形式结合。这样，自组装单分子层一侧与电子传输层以化学键形式结合，结合力较高，稳定性强。同时，自组装单分子层另一侧与量子点发光层通过范德华力结合，使得量子点发光层能够更容易地在自组装单分子层表面附着，从而解决了量子点发光层在电子传输层表面不易附着的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种发光器件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种氧化锌纳米粒子和量子点的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种氧化锌纳米粒子薄膜和量子点发光薄膜的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种溅射型氧化锌薄膜和量子点发光薄膜的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种溅射型氧化锌薄膜、自组装单分子层和量子点发光薄膜的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种氧化锌薄膜的XPS图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的实施例中，采用“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，仅为了清楚描述本发明实施例的技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
在本发明的实施例中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光器件，参考图1所示，包括依次层叠设置的电子传输层2、自组装单分子层3和量子点发光层4。
电子传输层包括第一表面基团；参考图2中B图所示，量子点发光层包括量子点配体120修饰的量子点121，量子点配体包括第一烷基链；自组装单分子层包括硅烷衍生物，硅烷衍生物的一端包括第二烷基链、另一端包括硅氧基团。
其中，第二烷基链与第一烷基链通过范德华力结合，硅氧基团与第一表面基团以化学键形式结合。
上述电子传输层的具体材料不做限定，其可以包括N型半导体材料，例如：金属氧化物，该金属氧化物可以是氧化锌(ZnO)或者二氧化钛(TiO2)。目前，实际生产中多采用氧化锌制作电子传输层。
这里对于第一表面基团的具体结构不做限定，可以根据电子传输层的材料确定。
上述量子点发光层中，量子点的具体材料不做限定，示例的，其可以包括钙钛矿结晶材料，或者，包括含有金属纳米粒子的复合材料等。上述量子点发光层可以仅包括单一发光颜色的量子点发光层，例如：红色量子点发光层、绿色量子点发光层或者蓝色量子点发光层，此时，该发光器件可用于单一颜色的显示。或者，该量子点发光层还可以同时包括红色量子点发光层、绿色量子点发光层和蓝色量子点发光层，此时，该发光器件可用于彩色显示。
烷基链包括烷基，烷基即饱和烃基，是烷烃分子中少掉一个氢原子而成的烃基。烷基是一类仅含有碳、氢两种原子的链状有机基团。上述第一烷基链和第二烷基链的化学结构可以相同，也可以不同。
范德华力(又称分子间作用力)产生于分子或原子之间的静电相互作用。上述第二烷基链与第一烷基链通过范德华力结合，大幅提高了量子点发光层在自组装单分子层表面的附着力。
上述自组装单分子层(Self-assembled Monolayers，SAMs)中，硅烷衍生物的具体结构不做限定，只要满足一端包括第二烷基链、另一端包括硅氧基团即可。
本发明的实施例提供了一种发光器件，该发光器件包括依次层叠设置的电子传输层、自组装单分子层和量子点发光层；电子传输层包括第一表面基团；量子点发光层包括量子点配体修饰的量子点，量子点配体包括第一烷基链；自组装单分子层包括硅烷衍生物，硅烷衍生物的一端包括第二烷基链、另一端包括硅氧基团；其中，第二烷基链与第一烷基链通过范德华力结合，硅氧基团与第一表面基团以化学键形式结合。
这样，自组装单分子层一侧与电子传输层以化学键形式结合，结合力较高，稳定性强。同时，自组装单分子层另一侧与量子点发光层通过范德华力结合，使得量子点发光层能够更容易地在自组装单分子层表面附着，从而解决了量子点发光层在电子传输层表面不易附着的问题。另外，相关技术中，电子传输层的电子导电性较高，容易引发大量电子注入，导致电子在电子传输层和量子点发光层的界面富集，出现电子和空穴失衡(即载流子不平衡)的问题；而本发明中，自组装单分子层设置在电子传输层和量子点发光层之间，且具有一定的电子阻挡作用，能够防止大量电子富集，有利于载流子的平衡，从而进一步提高器件性能。
可选的，为了降低成本，硅烷衍生物可以包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)、正丙基三甲氧基硅烷(PTS)、正十二烷基三甲氧基硅烷(DTS)、正辛基三甲氧基硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、三(十六烷基)-甲氧基硅烷、三(十八烷基)-甲氧基硅烷、三(十二烷基)-甲氧基硅烷、三(辛基)-甲氧基硅烷中的任一种。
可选的，第二烷基链包括硅烷基链或者硅氧烷基链。若第二烷基链包括硅烷基链，此时，第一烷基链也可以包括硅烷基链。若第二烷基链包括硅氧烷基链，此时，第一烷基链也可以包括硅氧烷基链。
可选的，硅氧基团包括硅氧键、以及与硅氧键键合的反应基团，反应基团包括-Si-Cl、-Si-OH、-Si-OCH3中的任一种。-Si-Cl、-Si-OH、-Si-OCH3可以分别与第一表面基团结合，形成稳定结构。
可选的，第一表面基团包括-OH或者-O-。此时，电子传输层的材料可以包括金属氧化物。金属氧化物在制作完成后，其表面存在-OH或者-O-。示例的，若电子传输层的材料为氧化锌(ZnO)，氧(O)在氧化锌表面有O1、O2和O3三种存在形式。具体的，O1状态为-Zn-O-Zn-，O2状态为O空位，O3状态为-Zn-O-H或-Zn-O-。其中，处于O3状态的氧可以分别与-Si-Cl、-Si-OH、-Si-OCH3等基团结合，形成Zn-O-Si-结构。
为了进一步提高量子点发光层和自组装单分子层的结合力，第一烷基链的长度为n个碳，其中，n为正整数，且8≤n≤18。
上述第一烷基链的长度在8-18个碳(C)之间，例如：第一烷基链的长度为8、10、12、14、16或者18个碳。
可选的，电子传输层还包括溅射型氧化锌薄膜，第一表面基团与溅射型氧化锌薄膜的锌键合。
这里溅射型氧化锌薄膜是通过溅射工艺形成的氧化锌薄膜，其可以仅包括氧化锌，或者，还可以包括掺杂有金属的氧化锌，具体可以根据实际要求确定。若第一表面基团包括-OH或者-O-，则第一表面基团与溅射型氧化锌薄膜的锌键合形成Zn-OH或者Zn-O-。
进一步可选的，为了提高电子传输效率和导电性，溅射型氧化锌薄膜掺杂有镁(Mg)、铝(Al)、锆(Zr)、钇(Y)中的任一种。
相关技术中，电子传输层多采用氧化锌制作。氧化锌薄膜包括两种制作方式：一种为采用磁控溅射工艺形成如图4所示的溅射型氧化锌薄膜13，另一种为采用旋涂工艺形成如图3所示的氧化锌纳米粒子薄膜11。参考图3所示，氧化锌纳米粒子薄膜11中，氧化锌纳米颗粒111之间存在间隙，同时，参考图2中A图所示，氧化锌纳米颗粒111表面还存在有机配体110，使得氧化锌纳米颗粒与量子点发光层的粘合性较好。参考图4所示，溅射型氧化锌薄膜13表面比较光滑致密，量子点发光层12中量子点与氧化锌的粘合性较小，量子点在氧化锌表面不易沉积，导致形成的量子点发光薄膜疏松，甚至出现较大pin-hole(针孔)，进而导致形成的量子点发光二极管的漏电流较大，产品质量大幅下降。
本发明实施例中，在溅射型氧化锌薄膜和量子点发光层之间设置自组装单分子层，参考图5所示，自组装单分子层14分别与溅射型氧化锌薄膜13和量子点发光层12紧密结合，从而解决量子点发光层在溅射型氧化锌薄膜表面不易附着的问题。
需要说明的是，通过XPS(X射线光电子能谱技术)测试方法，可以得到氧化锌薄膜表面氧的存在形式。图6为氧化锌薄膜的XPS O 1s图谱，其中，O 1s是指氧在轨道1上。图6中，横坐标为光电子的动能，单位为eV，纵坐标为相对强度。图6中，通过分峰得到3组峰，分别为O1(529.0-530.0eV)、O2(531.0-532.0eV)、O3(532.1-533.0eV)，其中，O1、O2和O3分别代表了氧在氧化锌薄膜表面的三种存在形式，即O1状态为-Zn-O-Zn-，O2状态为O空位，O3状态为-Zn-O-H或-Zn-O-。其中，处于O3状态的氧可以分别与-Si-Cl、-Si-OH、-Si-OCH3等基团结合，对应形成如图5所示的化学结构20、化学结构21、化学结构22，化学结构20、化学结构21、化学结构22均包括-O-Si-。
另外，分别对溅射型氧化锌薄膜和氧化锌纳米粒子薄膜进行XPS测试，可以得到如表一所示的溅射型氧化锌薄膜和氧化锌纳米粒子薄膜中氧处于不同状态下的比例。
表一
| O1(Zn-O-Zn) | O2(O空位) | O3(Zn-O-H) | |
| ZnO纳米粒子薄膜 | 49.8％ | 34.6％ | 15.6％ |
| 溅射型ZnO薄膜 | 42.8％ | 32.0％ | 25.2％ |
从表一中可以得出，溅射型氧化锌薄膜中处于O3状态的比例为25.2％，明显高于氧化锌纳米粒子薄膜中处于O3状态的比例(15.6％)。通过多次测试发现，溅射型氧化锌薄膜中处于O3状态的比例范围为20-40％，氧化锌纳米粒子薄膜中处于O3状态的比例范围为10-15％左右。
那么，若电子传输层采用溅射型氧化锌薄膜制作，其表面有足够多的Zn-O-H基团，从而实现与自组装单分子层的紧密结合。
若电子传输层采用氧化锌纳米粒子薄膜制作，其表面的Zn-O-H基团数量有所欠缺，为了进一步提高与自组装单分子层的结合力，在电子传输层和自组装单分子层之间设置金属氧化物层，具体结构如下：
可选的，电子传输层还包括氧化锌纳米粒子薄膜，第一表面基团与氧化锌纳米粒子薄膜的锌键合。此时，第一表面基团可以包括-OH或者-O-，第一表面基团与氧化锌纳米粒子薄膜的锌键合形成Zn-OH或者Zn-O-。
发光器件还包括位于电子传输层和自组装单分子层之间的金属氧化物层，金属氧化物层包括第二表面基团，第二表面基团与第一表面基团相同、且第二表面基团的数量大于第一表面基团的数量。
这里对于金属氧化物层的具体材料不做限定，示例的，该金属氧化物层的材料可以是氧化硅(SiOx)，氧化硅表面的-OH或者-O-的数量大于氧化锌表面的-OH或者-O-的数量，以进一步提高与自组装单分子层的结合力。
可选的，参考图1所示，发光器件还包括阴极，以及依次层叠设置的空穴传输层、空穴注入层和阳极；其中，阴极位于电子传输层中远离自组装单分子层的一侧，空穴传输层位于量子点发光层和空穴注入层之间。
该发光器件属于倒置型，将其应用在显示装置中时，该发光器件的阴极可以与显示装置中显示基板的薄膜晶体管电连接。
实施例二
本发明实施例提供了一种显示装置，包括实施例一提供的发光器件。
该显示装置可以是QLED显示装置，还可以是包括该QLED显示装置的电视、数码相机、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或者部件；具有反应速度高、性能稳定、寿命长的优点。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光器件的制作方法，该发光器件的结构可以参考图1所示，该制作方法包括：
S01、在衬底上形成阴极。
该衬底的材料可以是刚性材料，例如：玻璃；或者可以是柔性材料，例如：PET(Polyethylene Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(Polyimide，聚酰亚胺)等。阴极的材料可以是透明的ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)、FTO(掺杂氟的SnO2)、导电聚合物等，或者，也可以是不透明的铝(Al)、银(Ag)等金属。
S02、在阴极上以磁控溅射工艺沉积氧化锌薄膜或者掺杂有Mg、Al、Zr、Y中任一种的氧化锌薄膜，形成电子传输层(ET)，其厚度范围为50-300nm。
S03、通过旋涂、浸泡、或者LB等工艺在电子传输层上形成自组装单分子层(SAMs)。
一般将转移沉积到基底上的膜叫做Langmuir-Blodgett膜，简称为LB膜。LB膜技术指：在适当的条件下，不溶物单分子层可以通过特定的方法转移到固体基底上，并且基本保持其定向排列的分子层结构。采用LB膜技术的制作工艺称为LB工艺。
S04、通过喷薄打印等工艺在自组装单分子层上形成量子点发光层，该量子点发光层的厚度范围为20-50nm，其可以包括红色量子点发光层、绿色量子点发光层、蓝色量子点发光层。
S05、采用蒸镀工艺在量子点发光层上依次形成空穴传输层(HT)、空穴注入层(HI)。
S06、在空穴注入层上形成阳极(Anode)；阳极的材料可以是Al、Ag等金属，或者是金属氧化物，例如：IZO(氧化铟锌)。其中，若阳极的材料为IZO，则可以采用磁控溅射工艺制作。阳极的厚度范围可以是10-100nm。
本发明实施例中，发光器件中各膜层的具体结构可以参考实施例一中的相关说明，这里不再赘述。
通过上述方法形成的发光器件，自组装单分子层一侧与电子传输层以化学键形式结合，结合力较高，稳定性强。同时，自组装单分子层另一侧与量子点发光层通过范德华力结合，使得量子点发光层能够更容易地在自组装单分子层表面附着，从而解决了量子点发光层在电子传输层表面不易附着的问题。另外，自组装单分子层设置在电子传输层和量子点发光层之间，且具有一定的电子阻挡作用，能够防止大量电子富集，有利于载流子的平衡，从而进一步提高器件性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种发光器件，其特征在于，包括依次层叠设置的电子传输层、自组装单分子层和量子点发光层；
所述电子传输层包括第一表面基团；所述量子点发光层包括量子点配体修饰的量子点，所述量子点配体包括第一烷基链；所述自组装单分子层包括硅烷衍生物，所述硅烷衍生物的一端包括第二烷基链、另一端包括硅氧基团；
其中，所述第二烷基链与所述第一烷基链通过范德华力结合，所述硅氧基团与所述第一表面基团以化学键形式结合。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述硅烷衍生物包括聚二甲基硅氧烷、十八烷基三氯硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、三(十六烷基)-甲氧基硅烷、三(十八烷基)-甲氧基硅烷、三(十二烷基)-甲氧基硅烷、三(辛基)-甲氧基硅烷中的任一种。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第二烷基链包括硅烷基链或者硅氧烷基链。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述硅氧基团包括硅氧键、以及与所述硅氧键键合的反应基团，所述反应基团包括-Si-Cl、-Si-OH、-Si-OCH3中的任一种。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一表面基团包括-OH或者-O-。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一烷基链的长度为n个碳，其中，n为正整数，且8≤n≤18。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述电子传输层还包括溅射型氧化锌薄膜，所述第一表面基团与所述溅射型氧化锌薄膜的锌键合。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其特征在于，所述溅射型氧化锌薄膜掺杂有镁、铝、锆、钇中的任一种。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述电子传输层还包括氧化锌纳米粒子薄膜，所述第一表面基团与所述氧化锌纳米粒子薄膜的锌键合；
所述发光器件还包括位于所述电子传输层和所述自组装单分子层之间的金属氧化物层，所述金属氧化物层包括第二表面基团，所述第二表面基团与所述第一表面基团相同、且所述第二表面基团的数量大于所述第一表面基团的数量。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件还包括阴极，以及依次层叠设置的空穴传输层、空穴注入层和阳极；
其中，所述阴极位于所述电子传输层中远离所述自组装单分子层的一侧，所述空穴传输层位于所述量子点发光层和所述空穴注入层之间。
11.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的发光器件。
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