CN112331786B - 发光器件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光器件，包括基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层；第一电极层设置在基板上，发光功能层设置在第一电极层上，第二电极层设置在发光功能层上，发光功能层包含量子点发光材料以及卤化‑石墨烯氧化物。由于目前常用的Ⅱ‑Ⅵ族、Ⅲ‑Ⅴ族量子点等是n型半导体，所以发光层的电子导电性明显好于空穴导电性，这是QLED电荷不平衡的一个重要原因。为了促进电荷平衡，提高发光层的空穴导电性至关重要。上述发光器件中的发光功能层包含量子点发光材料以及卤化‑石墨烯氧化物，卤化‑石墨烯氧化物具有出色的吸电子性能，能够提高发光功能层的空穴浓度，从而提高其空穴导电性，使电子空穴更加平衡，从而提高发光器件的性能。

Description

发光器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种发光器件及其制作方法。
背景技术
由于量子点独特的光电性质，如发光波长随尺寸和成分连续可调、发光光谱窄、荧光效率高、稳定性好等，基于量子点的电致发光二极管(QLED)在显示领域得到广泛的关注和研究。此外，QLED显示还具有可视角大、对比度高、响应速度快、可柔性等诸多LCD所无法实现的优势，有望成为下一代的显示技术。
经过几十年的发展，QLED的性能取得了很大的进步。例如：在没有特殊光提取层的前提下，红、绿光QLED已报道的最高外量子效率均已超过20％，接近理论极限，蓝光QLED的最高外量子效率也接近20％。但是，QLED在寿命方面的表现却差强人意，主要原因可能是空穴的注入能力相对较差，导致QLED存在严重的电子空穴不平衡的问题。因此，提高空穴注入能力对提高QLED的寿命具有重要意义。
造成QLED空穴注入能力不足的原因主要有以下两方面：(1)量子点的价带顶能级较大，一般位于6.0～7.0eV，使得阳极至量子点发光层之间有明显的空穴注入势垒，而又缺乏能级匹配的空穴传输材料；(2)目前主流的Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族量子点一般是n型半导体，所以空穴是少子，本身就存在电子数多于空穴数的情况，导致发光层中电子电导率好于空穴导电率，非常不利于空穴的有效注入和传输，以及QLED的电荷平衡。
发明内容
基于此，有必要提供一种发光器件及其制作方法，以提高空穴导电率。
一种发光器件，包括基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层；所述第一电极层设置在所述基板上，所述发光功能层设置在所述第一电极层上，所述第二电极层设置在所述发光功能层上，所述发光功能层包含量子点发光材料以及卤化-石墨烯氧化物。
在其中一个实施例中，所述发光功能层包括层叠设置的量子点发光层以及界面层，所述量子点发光层的材料包含所述量子点发光材料，所述界面层的材料包含所述卤化-石墨烯氧化物。
在其中一个实施例中，所述量子点发光层至少有一层，所述界面层至少有两层，所述量子点发光层和所述界面层交替层叠。
在其中一个实施例中，所述量子点发光层至少有两层，所述界面层至少有三层，所述发光功能层中位于外侧的两层均为所述界面层。
在其中一个实施例中，所述界面层的厚度为1nm～5nm。
在其中一个实施例中，所述量子点发光层的厚度为8nm～35nm。
在其中一个实施例中，所述发光功能层的厚度为10nm～100nm。
在其中一个实施例中，所述卤化-石墨烯氧化物选自氟化-石墨烯氧化物、氯化-石墨烯氧化物、溴化-石墨烯氧化物和碘化-石墨烯氧化物中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述第一电极层与所述发光功能层之间和/或所述发光功能层与所述第二电极层之间还设置有载流子功能层。
在其中一个实施例中，所述载流子功能层为空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层中的至少一层。
一种发光器件的制作方法，包括以下步骤：
提供或制作设置有第一电极层的基板；
在所述第一电极层上制作发光功能层，所述发光功能层包含量子点发光材料以及卤化-石墨烯氧化物；
在所述发光功能层上制作第二电极层。
在其中一个实施例中，所述在所述第一电极层上制作发光功能层，包括：
在所述第一电极层上制作层叠设置的量子点发光层以及界面层，所述量子点发光层的材料包含所述量子点发光材料，所述界面层的材料包含所述卤化-石墨烯氧化物。
与现有方案相比，上述发光器件及其制作方法具有以下有益效果：
上述发光器件中的发光功能层包含量子点发光材料以及卤化-石墨烯氧化物，卤化-石墨烯氧化物具有出色的吸电子性能，能够提高发光功能层的空穴浓度，从而提高其空穴导电性，使电子空穴更加平衡，从而提高发光器件的性能。
附图说明
图1为一实施例的发光器件的结构示意图；
图2为另一实施例的发光器件的结构示意图；
图3为实施例1、5和对比例1的发光器件的电流密度(J)-电压(V)曲线；
图4为实施例1、5和对比例1的发光器件的外量子效率(EQE)-电流密度(J)曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1和图2所示，本发明提供一种发光器件100，该发光器件100包括基板110、第一电极层120、发光功能层130以及第二电极层140。
第一电极层120设置在基板110上，发光功能层130设置在第一电极层120上，第二电极层140设置在发光功能层130上。
其中，发光功能层130包含量子点发光材料以及卤化-石墨烯氧化物。
由于目前常用的Ⅱ-Ⅵ族(例如：CdSe、CdS等)、Ⅲ-Ⅴ族量子点(例如：InP、InAs等)等是n型半导体，所以发光层的电子导电性明显好于空穴导电性，这是QLED电荷不平衡的一个重要原因。为了促进电荷平衡，提高发光层的空穴导电性至关重要。因此，本发明采用卤化-石墨烯氧化物处理发光层，利用其出色的吸电子性能提高发光层的空穴浓度，继而提高其空穴导电性，使电子空穴更加平衡，从而提高QLED的性能。
上述发光器件100中发光功能层130中采用了卤化-石墨烯氧化物，好处在于：(1)卤素能够与量子点表面未配对的金属阳离子有效地结合，形成稳定的GO-H(卤素)-M(金属阳离子)结构，由于卤素具有强的吸电子能力，从而能够将量子点中的一部分电子吸引到石墨烯氧化物中，从而在量子点中产生空穴，继而提高量子点的空穴浓度和空穴导电性；(2)石墨烯氧化物同时具有优异的电子导电性和空穴导电性；(3)石墨烯氧化物是一种二维层状物质，与类球状的量子点具有广阔的接触面，有利于卤素原子与量子点结合。
在其中一个示例中，卤化-石墨烯氧化物选自氟化-石墨烯氧化物(F-GO)、氯化-石墨烯氧化物(Cl-GO)、溴化-石墨烯氧化物(Br-GO)和碘化-石墨烯氧化物(I-GO)中的至少一种。
在其中一个示例中，发光功能层130包括层叠设置的量子点发光层131以及界面层132。量子点发光层131的材料包含量子点发光材料，界面层132的材料包含卤化-石墨烯氧化物。
发光功能层130的总厚度可以是10nm～100nm。在其中一个示例中，发光功能层130的总厚度为20nm～50nm。在其中一个示例中，单一的卤化-石墨烯氧化物层的厚度为1nm～5nm，单一的量子点发光层131的厚度优选8nm～35nm。
在其中一个示例中，量子点发光层131至少有一层，界面层132至少有两层，量子点发光层131和界面层132交替层叠。
在图1所示的具体示例中，卤化-石墨烯氧化物单独成层，在量子点发光层131的两端同时设置，形成界面层132/量子点发光层131/界面层132的结构。
进一步地，如图2所示，在其中一个示例中，量子点发光层131至少有两层，界面层132至少有三层，并且发光功能层130中位于外侧的两层均为界面层132。在本示例中发光功能层130形成界面层132/量子点发光层131/界面层132/量子点发光层131/界面层132的结构，这种结构的好处是可以在整个发光层中进一步地提高空穴的浓度和导电性，更好地促进电荷平衡。
在其中一个示例中，第一电极层120与发光功能层130之间和/或发光功能层130与第二电极层140之间还设置有载流子功能层。
载流子功能层为空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层中的至少一层。
具体地，第一电极层120为阴极层，第二电极层140为阳极层，第一电极层120与发光功能层130之间设置有电子传输层和电子注入层中的至少一层，第二电极层140与发光功能层130之间设置有空穴传输层和空穴注入层中的至少一层。或者，第一电极层120为阳极层，第二电极层140为阴极层，第一电极层120与发光功能层130之间设置有空穴传输层和空穴注入层中的至少一层，第二电极层140与发光功能层130之间设置有电子传输层和电子注入层中的至少一层。
在图1所示的具体示例中，发光器件100包括依次层叠设置的基板110、第一电极层120(阳极层)、空穴注入层150、空穴传输层160、界面层132、量子点发光层131、界面层132、电子传输层170以及第二电极层140(阴极层)。
在图2所示的具体示例中，发光器件100包括依次层叠设置的基板110、第一电极层120(阳极层)、空穴注入层150、空穴传输层160、界面层132、量子点发光层131、界面层132、量子点发光层131、界面层132、电子传输层170以及第二电极层140(阴极层)。
其中，空穴注入材料可以是导电聚合物，例如：PEDOT:PSS；也可以是高功函数的n型半导体，例如：HAT-CN、MoO3、WO3、V2O5、Rb2O等。
空穴传输材料可以是无机半导体，例如NiO、Cu2O等；也可以是有机半导体，例如：TFB、NPB、TAPC、TCTA、CBP等。
电子传输材料可以是无机半导体，例如ZnO、TiO2、SnO2等；可以是有机半导体，例如：TPBi、Bphen、TmPyPb、B3PYMPM、BCP等。
电子注入材料可以是碱金属盐，例如LiF、NaF、CsF、Cs2CO3等；也可以是低功函数金属，例如Mg、Mg:Ag合金、Yb等。
进一步地，本发明还提供一种上述任一实施例的发光器件100的制作方法，包括以下步骤：
步骤S11，提供或制作设置有第一电极层120的基板110；
步骤S12，在第一电极层120上制作发光功能层130，发光功能层130包含量子点发光材料以及卤化-石墨烯氧化物；
步骤S13，在发光功能层130上制作第二电极层140。
在其中一个示例中，卤化-石墨烯氧化物的通过以下方法制备得到：
取石墨烯氧化物、溶剂以及卤化亚砜混合，加热反应。蒸馏去除未反应的卤化亚砜。
以下提供一个具体的制备氯化石墨烯氧化物(Cl-GO)的示例。
步骤S21，取250mg石墨烯氧化物(GO)、5ml苯、以及25ml氯化亚砜混合，然后加热至70℃并搅拌24小时；
步骤S22，利用真空蒸馏法去除过量的氯化亚砜，得到固体产物，然后用丙酮溶解；
步骤S23，过滤，然后将滤液放进真空干燥箱，最后得到氯化石墨烯氧化物固体。
氟化-石墨烯氧化物(F-GO)、溴化-石墨烯氧化物(Br-GO)、碘化-石墨烯氧化物(I-GO)的制备方法同上述方法，将氯化亚砜修改为氟化亚砜、溴化亚砜、碘化亚砜即可。
本发明中卤化-石墨烯氧化物不限于利用上述方法制备，还可以采用其他的方法制备。
以下以提供具体的实施例对本发明的发光器件作进一步说明。
实施例1
本实施例的发光器件的制作方法包括以下步骤：
(1)以透明导电薄膜ITO作为阳极，厚度为50nm；
(2)在阳极上利用溶液法沉积PEDOT:PSS为空穴注入层，厚度为50nm；
(3)在空穴注入层上利用溶液法沉积TFB作为空穴传输层，厚度为30nm；
(4)在空穴传输层上利用溶液法沉积F-GO作为第一界面层，厚度为3nm；
(5)在第一界面层上利用溶液法沉积CdSe/ZnSe作为量子点发光层，厚度为25nm；
(6)在量子点发光层上利用溶液法沉积F-GO作为第二界面层，厚度为3nm；
(7)在第二界面层上利用溶液法沉积ZnO纳米颗粒作为电子传输层，厚度为40nm；
(8)在电子传输层上利用蒸镀法沉积Ag作为阴极，厚度为100nm。
实施例2
本实施例的发光器件的制作方法包括以下步骤：
(1)以透明导电薄膜ITO作为阳极，厚度为50nm；
(2)在阳极上利用溶液法沉积PEDOT:PSS为空穴注入层，厚度为50nm；
(3)在空穴注入层上利用溶液法沉积TFB作为空穴传输层，厚度为30nm；
(4)在空穴传输层上利用溶液法沉积Cl-GO作为第一界面层，厚度为3nm；
(5)在第一界面层上利用溶液法沉积CdSe/ZnSe作为量子点发光层，厚度为25nm；
(6)在量子点发光层上利用溶液法沉积Cl-GO作为第二界面层，厚度为3nm；
(7)在第一界面层上用溶液法沉积ZnO纳米颗粒作为电子传输层，厚度为40nm；
(8)在电子传输层上利用蒸镀法沉积Ag作为阴极，厚度为100nm。
实施例3
本实施例的发光器件的制作方法包括以下步骤：
(1)以透明导电薄膜ITO作为阳极，厚度为50nm；
(2)在阳极上利用溶液法沉积PEDOT:PSS为空穴注入层，厚度为50nm；
(3)在空穴注入层上利用溶液法沉积TFB作为空穴传输层，厚度为30nm；
(4)在空穴传输层上利用溶液法沉积Br-GO作为第一界面层，厚度为3nm；
(5)在第一界面层上利用溶液法沉积CdSe/ZnSe作为量子点发光层，厚度为25nm；
(6)在量子点发光层上利用溶液法沉积Br-GO作为界面层，厚度为3nm；
(7)在第二界面层上利用溶液法沉积ZnO纳米颗粒作为电子传输层，厚度为40nm；
(8)在电子传输层上利用蒸镀法沉积Ag作为阴极，厚度为100nm。
实施例4
本实施例的发光器件的制作方法包括以下步骤：
(1)以透明导电薄膜ITO作为阳极，厚度为50nm；
(2)在阳极上利用溶液法沉积PEDOT:PSS为空穴注入层，厚度为50nm；
(3)在空穴注入层上利用溶液法沉积TFB作为空穴传输层，厚度为30nm；
(4)在空穴传输层上利用溶液法沉积I-GO作为第一界面层，厚度为3nm；
(5)在第一界面层上利用溶液法沉积CdSe/ZnSe作为量子点发光层，厚度为25nm；
(6)在量子点发光层上利用溶液法沉积I-GO作为第二界面层，厚度为3nm；
(7)在第二界面层上利用溶液法沉积ZnO纳米颗粒作为电子传输层，厚度为40nm；
(8)在电子传输层上利用蒸镀法沉积Ag作为阴极，厚度为100nm。
实施例5
本实施例的发光器件的制作方法包括以下步骤：
(1)以透明导电薄膜ITO作为阳极，厚度为50nm；
(2)在阳极上利用溶液法沉积PEDOT:PSS为空穴注入层，厚度为50nm；
(3)在空穴注入层上利用溶液法沉积TFB作为空穴传输层，厚度为30nm；
(4)在空穴传输层上利用溶液法沉积F-GO作为第一界面层，厚度为3nm；
(5)在第一界面层上利用溶液法沉积CdSe/ZnSe作为第一量子点发光层，厚度为10nm；
(6)在第一量子点发光层上利用溶液法沉积F-GO作为第二界面层，厚度为3nm；
(7)在第二界面层上利用溶液发沉积CdSe/ZnSe作为第二量子点发光层，厚度为10nm；
(8)在第二量子点发光层上利用溶液发沉积F-GO作为第三界面层，厚度为3nm；
(9)在第三界面层上利用溶液法沉积ZnO纳米颗粒作为电子传输层，厚度为40nm；
(10)在电子传输层上利用蒸镀法沉积Ag作为阴极，厚度为100nm。
对比例1
本对比例的发光器件的制作方法包括以下步骤：
(1)以透明导电薄膜ITO作为阳极，厚度为50nm；
(2)在阳极上利用溶液法沉积PEDOT:PSS为空穴注入层，厚度为50nm；
(3)在空穴注入层上利用溶液法沉积TFB作为空穴传输层，厚度为30nm；
(4)在空穴传输层上利用溶液法沉积CdSe/ZnSe作为量子点发光层，厚度为25nm；
(5)在量子点发光层上利用溶液法沉积ZnO纳米颗粒作为电子传输层，厚度为40nm；
(6)在电子传输层上利用蒸镀法沉积Ag作为阴极，厚度为100nm。
测试实施例1、实施例5和对比例1制作得到的发光器件对应的纯空穴器件(HOD)的电流密度(J)-电压(V)曲线，纯空穴器件结构为实施例1、实施例5和对比例1中发光器件100对应的阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光功能层与阴极结构组成的器件结构，阴极结构为MoO3/Au，MoO3起阻挡电子传输的作用，通过纯空穴器件反应发光功能层的空穴导电性，电流密度越大，发光功能层的空穴导电性越强。实施例1、实施例5和对比例1的纯空穴器件结构是ITO/PEDOT:PSS/TFB/发光功能层/MoO3/Au，其中，对比例1没有F-GO界面层，发光功能层为量子点发光层，实施例1有一个F-GO/QD/F-GO结构单元的发光功能层，实施例5有两个F-GO/QD/F-GO结构单元的发光功能层。由图3可见，三者电流密度关系为：实施例5＞实施例1＞对比例1，由此可以看出实施例1和实施例5的空穴导电性优于对比例1的空穴导电性。
图4为实施例1、5和对比例1的发光器件的外量子效率(EQE)-电流密度(J)曲线。可以看出：相对于对比例1，实施例1和实施例5的EQE都有了明显的提高。实施例1和实施例5的效率衰减有了不同程度的改善，且实施例5的效率曲线非常稳定，衰减很小。这些结果表明提高发光层的空穴导电性非常有助于提高QLED的效率和稳定性。
由于目前常用的Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族量子点等是n型半导体，所以发光层的电子导电性明显好于空穴导电性，这是QLED电荷不平衡的一个重要原因。为了促进电荷平衡，提高发光层的空穴导电性至关重要。上述发光器件中的发光功能层包含量子点发光材料以及卤化-石墨烯氧化物，卤化-石墨烯氧化物具有出色的吸电子性能，能够提高发光功能层的空穴浓度，从而提高其空穴导电性，使电子空穴更加平衡，从而提高发光器件的性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发光器件，其特征在于，包括基板、第一电极层、发光功能层以及第二电极层；所述第一电极层设置在所述基板上，所述发光功能层设置在所述第一电极层上，所述第二电极层设置在所述发光功能层上，所述发光功能层包括层叠设置的量子点发光层以及界面层，所述量子点发光层至少有两层，所述界面层至少有三层，所述量子点发光层和所述界面层交替层叠，所述发光功能层中位于外侧的两层均为所述界面层，所述量子点发光层的材料包含量子点发光材料，所述界面层的材料包含卤化-石墨烯氧化物，所述界面层的厚度为1nm～5nm，所述量子点发光层的厚度为8nm～35nm，所述发光功能层的厚度为10nm～100nm。
2.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，
所述发光功能层的厚度为10nm～100nm。
3.如权利要求1或2所述的发光器件，其特征在于，所述卤化-石墨烯氧化物选自氟化-石墨烯氧化物、氯化-石墨烯氧化物、溴化-石墨烯氧化物和碘化-石墨烯氧化物中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的发光器件，其特征在于，所述第一电极层与所述发光功能层之间和/或所述发光功能层与所述第二电极层之间还设置有载流子功能层。
5.如权利要求4所述的发光器件，其特征在于，所述载流子功能层为空穴注入层、空穴传输层、电子传输层和电子注入层中的至少一层。
6.如权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述空穴注入层的材料为PEDOT:PSS、HAT-CN、MoO3、WO3、V2O5或Rb2O。
7.如权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述空穴传输层的材料为NiO、Cu2O、TFB、NPB、TAPC、TCTA或CBP。
8.如权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述电子传输层材料为ZnO、TiO2、SnO2、TPBi、Bphen、TmPyPb、B3PYMPM或BCP。
9.一种发光器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供或制作设置有第一电极层的基板；
在所述第一电极层上制作发光功能层，所述发光功能层包括层叠设置的量子点发光层以及界面层，所述量子点发光层至少有两层，所述界面层至少有三层，所述量子点发光层和所述界面层交替层叠，所述发光功能层中位于外侧的两层均为所述界面层，所述量子点发光层的材料包含量子点发光材料，所述界面层的材料包含卤化-石墨烯氧化物，所述界面层的厚度为1nm～5nm，所述量子点发光层的厚度为8nm～35nm，所述发光功能层的厚度为10nm～100nm；
在所述发光功能层上制作第二电极层。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述卤化-石墨烯氧化物选自氟化-石墨烯氧化物、氯化-石墨烯氧化物、溴化-石墨烯氧化物和碘化-石墨烯氧化物中的至少一种。
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