CN112420971B - 一种优化发光二极管的方法 - Google Patents

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Abstract

一种优化发光二极管的方法，属于发光二极管领域。发光二极管包括阳极、衬底、空穴传输层、量子点发光二极管、电子传输层以及阴极，其中，电子传输层为金属氧化物材料。在电子传输层中，利用具有活泼的氮元素或氧元素的有机分子在作为电子传输层的基体的金属氧化物材料表面形成氢键，并抑制羟基与羟基脱水缩合反应。其中，有机分子包括N,N‑二甲基苯胺、二苯甲酮或N‑乙烯基吡咯烷酮；其中，金属氧化物材料是纳米颗粒；有机分子和纳米颗粒状态的金属氧化物材料是以共混方式存在于电子传输层。上述方法能够优化发光二极管中的电子和空穴的复合平衡，从而改善其效率和寿命。

Description

一种优化发光二极管的方法
技术领域
本申请涉及发光二极管领域，具体而言，涉及一种优化发光二极管的方法。
背景技术
量子点发光二极管是一种相对较新颖的二极管，因引入量子点而具有优于传统发光二极管的优势。但是，要将其实现产业化，仍需要解决诸多问题，例如，其寿命和效率。
发明内容
基于上述的不足，本申请提供了一种优化发光二极管的方法，以部分或全部地改善、甚至解决其寿命和效率不佳的问题。
本申请是这样实现的：
在第一方面，本申请的示例提供了一种优化发光二极管的方法。
其中的发光二极管是一种基于量子点的器件，并且还具有阳极、衬底、空穴传输层、量子点发光二极管、电子传输层以及阴极。
其中，电子传输层为金属氧化物材料且以纳米颗粒的形式提供。
因此，上述的优化的方法包括：
在电子传输层中，利用具有活泼的氮元素和/或氧元素的有机分子在作为电子传输层的基体的金属氧化物材料表面形成氢键，并抑制羟基与羟基脱水缩合反应。其中，有机分子包括N,N-二甲基苯胺、二苯甲酮或N-乙烯基吡咯烷酮；其中，金属氧化物材料是纳米颗粒；有机分子和纳米颗粒状态的金属氧化物材料是以共混方式存在于电子传输层。
该优化方法，通过在电子传输层中引入前述之有机分子，并利用该有机分子与金属氧化物材料的反应实现对金属氧化物的改性。具体而言，金属氧化物纳米颗粒的表面会存在羟基，且容易发生缩聚形成-O-键并产生水分。而本申请中所引入使用的有机分子可以通过其存在的活泼的氮元素、氧元素与羟基形成氢键，同时也能够阻碍羟基间的缩聚(相应避免水分的产生)。由此，通过形成氢键和抑制羟基间的缩聚反应，从而可以对电子在电子传输层的传输起到限制作用，从而与空穴传输更易达到平衡(通常地，电子的迁移率大于空穴的迁移率)。
可选地，方法包括：将金属氧化物的纳米颗粒与有机分子在有机试剂中分散，形成溶液；利用溶液制膜，并进行热处理以干燥膜。
可选地，有机试剂包括甲醇、乙醇、乙腈、丁醇或异丙醇，干燥膜的方法包括将膜加热至30至150摄氏度。
可选地，将金属氧化物的纳米颗粒与有机分子在有机试剂中分散的方法包括：将金属氧化物的纳米颗粒与有机分子预先在20至100摄氏度的温度下混合，然后再加入到有机试剂中。
可选地，溶液中，金属氧化物的纳米颗粒与有机分子的浓度为5～60mg/ml。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的优化发光二极管的方法进行具体说明：
一般地，量子点发光二极管具有下述之结构：阳极、衬底、空穴传输层、量子点发光二极管、电子传输层以及阴极，并且各个结构以层状结构组合。
在本申请示例中，针对具有上述结构的以金属氧化物制作的电子传输层进行优化，以便使电子和空穴的复合平衡。并且，主要是通过降低电子的迁移率，使其与空穴的迁移率匹配。针对该思路，本申请根据金属氧化物制作的电子传输层的特点—表面具有羟基，且容易缩聚形成-O-键—引入其他成分进行改性，从而对二极管实现优化。
示例中的“其他成分”是一种具有活泼的氮元素或氧元素的有机分子。并且因此，该有机分子能够与金属氧化物材料表面的羟基形成氢键，并抑制羟基与羟基脱水缩合反应，从而同时可以达到在金属氧化物表面形成氢键并阻止-O-键的产生。这样的有机分子例如可以是N,N-二甲基苯胺、二苯甲酮或N-乙烯基吡咯烷酮。
本申请的上述优化原理，可以通过下述的描述而被示明。
以氧化锌作为金属氧化物、N,N-二甲基苯胺作为有机分子为例，其反应方式如下。
Figure BDA0002799240700000031
N元素最外侧有一对电子，羟基中的H与O的形成共价键由于O的强吸电子能力而使得电子对更靠近O，从而羟基中的H倾向于与N元素形成氢键，从而使得分子链变长，延缓了电子的移动速率，又由于氢键的吸电子能力，进一步减慢了电子的迁移速度，进一步，苯环还具有强吸电子能力，也能降低电子迁移率。
以氧化锌作为金属氧化物、二苯基甲酮作为有机分子为例，其反应方式如下。
Figure BDA0002799240700000041
具体地，在示例中，有机分子通过与金属氧化的纳米颗粒共混而存在于“新”的电子传输层中。例如，将金属氧化物的纳米颗粒与有机分子分散在有机试剂中以形成溶液；然后，利用该溶液制膜，并进行热处理以干燥膜。
其中的有机试剂包括甲醇、乙醇、乙腈、丁醇或异丙醇。根据有机试剂的不同，以及金属氧化物纳米颗粒和有机分子的不同，可以选择不同的方式制作溶液。示例性地，本申请包括：预先在20至100摄氏度的温度下，将金属氧化物的纳米颗粒与有机分子混合，然后再加入到有机试剂中，并通过适当的搅拌。示例中的溶液的浓度可以限制为：金属氧化物的纳米颗粒与有机分子的浓度为5～60mg/ml。即每毫升溶液中的金属氧化物纳米颗粒和有机分子的总质量。
其中利用溶液制膜的方式包括旋涂、滴涂、刮涂、涂布等。
干燥由溶液制作的膜的方法包括将膜加热至30至150摄氏度。
以下结合实施例对本申请作进一步的详细描述。
实施例1
1)ZnO纳米颗粒与二苯甲酮有机分子的混合：
取0.5mmol的二苯甲酮有机分子溶解在5ml的乙醇溶液中，然后向含有二苯甲酮有机分子的乙醇溶液中添加100mg的ZnO纳米颗粒，在惰性气体保护下50℃加热搅拌30min形成均一的混合溶液备用。
2)利用ZnO纳米颗粒与二苯甲酮有机分子的混合液制备固态膜：
采用旋涂的方式在干净的玻璃基底上利用适当的转速制备一层含有二苯甲酮有机分子的ZnO纳米颗粒固态膜，然后采用80℃对固态膜进行退火。
实施例2至实施例5，以及对比例1-3按照上述实施例1的方式实施，区别在于金属氧化物纳米颗粒和有机分子的区别，具体如表1所示。
表1
组别 金属氧化物 有机分子
实施例1 氧化锌 二苯甲酮
实施例2 氧化锌 N,N-二甲基苯胺
实施例3 氧化锌 N-乙烯基吡咯烷酮
实施例4 氧化镍 二苯甲酮
实施例5 二氧化钛 N-乙烯基吡咯烷酮
对比例1 氧化锌 不加
对比例2 氧化镍 不加
对比例3 二氧化钛 不加
试验例
(一)器件制备
(1)在100nm的ITO衬底上，旋涂PEDOT:PSS，旋涂转速为5000rpm，旋涂时间为30s；然后于150℃条件下加热处理15min，形成厚度为30nm的PEDOT:PSS空穴注入层。
(2)在步骤(1)形成的空穴注入层上旋涂TFB，TFB的浓度为8mg/mL，旋涂转速为3000rpm，旋涂时间为30s；然后于80℃条件下加热处理30min，形成厚度为30nm的TFB空穴传输层。
(3)在步骤(2)形成的空穴传输层上旋涂CdS量子点，量子点的浓度为20mg/mL，溶剂为正辛烷，旋涂转速为2000rpm，旋涂时间为30s，然后于80℃条件下加热处理5min，形成厚度为30nm的量子点发光层。
(4)在步骤(3)形成的量子点发光层上旋涂含有有机分子的金属氧化物溶液，金属氧化物的浓度为30mg/mL，溶剂为乙醇，旋涂转速为2000rpm，旋涂时间为30s；然后于80℃条件下加热处理30min，形成厚度为40nm的电子传输层。
(5)在步骤(4)形成的电子传输层上，通过热蒸发镀膜的方式，蒸镀Ag；其中，真空度≤3×10-4Pa，速度为
Figure BDA0002799240700000062
时间为200s，形成厚度为20nm的Ag顶电极。
待蒸镀完成后，对其进行常规封装，得到量子点发光二极管器件。
将上述实施例1-5的方案应用于上述制备方法，以制作对应的红色量子点发光二极管器件(实验组)；将上述对比例1-3中的方案应用于上述制备方法，以制作对应的量子点发光二极管器件(对照组)。
(二)性能测试
将上述实验组和对照组的量子点发光二极管测试其性能，结果如表2所示。
Figure BDA0002799240700000061
表2中，EQE表示外量子点效率(External Quantum Efficiency)；1000nit@T95表示，量子点发光二极管器件从1000尼特的最大亮度衰减至95％所用的时间。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发光二极管的制备方法，所述发光二极管包括阳极、衬底、空穴传输层、量子点发光二极管、电子传输层以及阴极，其中，电子传输层为金属氧化物材料，其特征在于，所述方法包括：
在所述电子传输层中，利用具有活泼的氮元素和/或氧元素的有机分子在作为所述电子传输层的基体的金属氧化物材料表面形成氢键，并抑制羟基与羟基脱水缩合反应；
其中，所述有机分子包括N,N-二甲基苯胺或N-乙烯基吡咯烷酮；
其中，所述金属氧化物材料是纳米颗粒；
所述有机分子和纳米颗粒状态的所述金属氧化物材料是以共混方式存在于所述电子传输层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述金属氧化物的纳米颗粒与所述有机分子在有机试剂中分散，形成溶液；
利用所述溶液制膜，并进行热处理以干燥所述膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机试剂包括甲醇、乙醇、乙腈、丁醇或异丙醇，干燥所述膜的方法包括将所述膜加热至30至150摄氏度。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，将所述金属氧化物的纳米颗粒与所述有机分子在有机试剂中分散的方法包括：
将所述金属氧化物的纳米颗粒与所述有机分子预先在20至100摄氏度的温度下混合，然后再加入到所述有机试剂中。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶液中，所述金属氧化物的纳米颗粒与所述有机分子的浓度为5~60mg/ml。
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