CN114079027B - 发光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光器件及其制备方法。该制备方法包括步骤：在阳极上制作发光层；在发光层上沉积金属层；通入氧气使金属层氧化得到电子传输层；在电子传输层上制作阴极。或者，制备方法包括步骤：在阴极上沉积金属层；通入氧气使金属层氧化得到电子传输层；在电子传输层上制作发光层；在发光层上制作阳极。上述发光器件及其制备方法先在基底上沉积金属层，再通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层，能够提高电子传输层的成膜均匀性，电子传输层和发光层之间具有更优异的界面性质，更有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更好的效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光器件技术领域，特别是涉及一种发光器件及其制备方法。
背景技术
近年来，量子点荧光材料由于其光色纯度高、发光颜色可调、使用寿命长等优点，广泛被看好用于平板显示领域，成为极具潜力的下一代显示和固态照明光源。在已有的报道中，量子点的光致发光量子产率已经接近100％，其光学性能可以得到保证的情况下，以量子点为发光层的量子点发光二极管由于其制备和应用过程中影响因素过多，导致QLED器件最终达到的内量子效率普遍偏低，从而影响其使用性能。因此，解决QLED器件的效率问题，对实现QLED的产业化尤为关键。
QLED的器件结构是典型的夹层式结构，最简单的QLED器件是由阴极层、阳极层及夹在两电极层之间的量子点发光层的单层器件。单层器件结构简单，但由于有机发光层材料一般具有单载流子传输特性，即对空穴和电子的传输特性不不同的，所以很容易导致载流子注入不平衡，器件的发光效率较低。在实际的器件结构设计中，为了获得更佳的器件性能，常常会在QLED器件基础结构上引入不同作用的功能层以平衡载流子。电子传输层(ETL)是发光器件的重要的功能层之一。对于QLED器件的电子传输层，其通常采用氧化金属层，由于其汽化温度高，难以采用蒸镀方法制作。目前通过喷墨打印的方式得到的电子传输层存在咖啡环现象，导致成膜不均匀，进而影响发光器件的效率。
发明内容
基于此，有必要提供一种发光器件及其制备方法，以提供发光器件的效率。
一种发光器件的制备方法，包括以下步骤：
在阳极上制作发光层；
在所述发光层上沉积金属层；
通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层；
在所述电子传输层上制作阴极。
与现有方案相比，上述发光器件的制备方法具有以下有益效果：
上述发光器件的制备方法先在阴极上沉积金属层，再通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层，能够提高电子传输层的成膜均匀性，电子传输层和发光层之间具有更优异的界面性质，更有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更好的效率。
同时，试验表明，上述电子传输层的制备方法能够降低发光器件的启亮电压以及提高发光器件的寿命。
上述电子传输层的制备方法操作简单，成本低廉，易于控制，易于实现产业化。
在其中一个实施例中，所述金属层为锌层或钛层。相应地，经过氧气氧化得到的电子传输层材质为氧化锌、氧化钛等。
在其中一个实施例中，所述金属层的厚度为10nm～100nm。进一步地，在其中一个实施例中，金属层的厚度为20nm～80nm。
在其中一个实施例中，沉积金属层的方法为蒸镀。通过蒸镀金属的方法，有利于在基底上形成厚度均匀的金属层。
在其中一个实施例中，通入氧气时，环境温度为-10℃～300℃。进一步地，在其中一个实施例中，通入氧气时，环境温度为20℃～300℃。
在其中一个实施例中，所述发光器件的制备方法还包括制备电子注入层、空穴注入层和空穴传输层中至少一层的步骤。
在其中一个实施例中，所述发光器件的制备方法制备得到的发光器件，包括依次层叠设置的基板、第一电极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及第二电极。
在其中一个实施例中，所述发光层包含量子点发光材料。
一种发光器件的制备方法，包括以下步骤：
在阴极上沉积金属层；
通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层；
在所述电子传输层上制作发光层；
在所述发光层上制作阳极。
与现有方案相比，上述发光器件的制备方法具有以下有益效果：
上述发光器件的制备方法先在阴极上沉积金属层，再通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层，能够提高电子传输层的成膜均匀性，电子传输层和发光层之间具有更优异的界面性质，更有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更好的效率。同时，由于发光器件中电子传输层为发光层的下层薄膜，金属层的梯度氧化可以使发光器件的能带过渡会更加平缓，从而得到更低的启亮电压和更高的器件效率和寿命。
同时，试验表明，上述电子传输层的制备方法能够降低发光器件的启亮电压以及提高发光器件的寿命。
上述电子传输层的制备方法操作简单，成本低廉，易于控制，易于实现产业化。
在其中一个实施例中，通过控制氧气通过的时间以及通入氧气时的环境温度，控制所述金属层氧化的程度，以使得到的所述电子传输层从表面到内部氧含量逐渐升高。
在其中一个实施例中，所述金属层为锌层或钛层。相应地，经过氧气氧化得到的电子传输层材质为氧化锌、氧化钛等。
在其中一个实施例中，所述金属层的厚度为10nm～100nm。进一步地，在其中一个实施例中，金属层的厚度为20nm～80nm。
在其中一个实施例中，沉积金属层的方法为蒸镀。通过蒸镀金属的方法，有利于在基底上形成厚度均匀的金属层。
在其中一个实施例中，通入氧气时，环境温度为-10℃～300℃。进一步地，在其中一个实施例中，通入氧气时，环境温度为20℃～300℃。
在其中一个实施例中，所述发光器件的制备方法还包括制备电子注入层、空穴注入层和空穴传输层中至少一层的步骤。
在其中一个实施例中，所述发光器件的制备方法制备得到的发光器件，包括依次层叠设置的基板、第一电极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层以及第二电极。
在其中一个实施例中，所述发光层包含量子点发光材料。
一种发光器件，通过上述任一实施例所述的制备方法制备得到。
附图说明
图1为本发明一实施例的发光器件的制备方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例的发光器件的结构示意图；
图3为本发明另一实施例的发光器件的制备方法的流程示意图；
图4为本发明一实施例的发光器件的结构示意图。
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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
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。
请参考图1和图2所示，本发明提供一种发光器件的制备方法100，包括以下步骤：
步骤S110，在阳极220上制作发光层250；
步骤S120，在所述发光层250上沉积金属层；
步骤S130，通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层260；
步骤S140，在所述电子传输层260上制作阴极280。
上述发光器件的制备方法100所制得的发光器件为正置型器件。
上述发光器件的制备方法100先在发光层250上沉积金属层，再通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层260，能够提高电子传输层260的成膜均匀性，电子传输层260和发光层250之间具有更优异的界面性质，更有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更好的效率。
同时，试验表明，上述发光器件的制备方法100能够降低发光器件200的启亮电压以及提高发光器件的寿命。
上述发光器件的制备方法100操作简单，成本低廉，易于控制，易于实现产业化。
在其中一个示例中，金属层为锌层或钛层，相应地，经过氧气氧化得到的电子传输层260材质为氧化锌、氧化钛等。
在其中一个示例中，金属层的厚度为10nm～100nm。进一步地，在其中一个示例中，金属层的厚度为20nm～80nm。在一些具体的示例中，金属层的厚度为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm。
在其中一个示例中，沉积金属层的方法为蒸镀。通过蒸镀金属的方法，有利于形成厚度均匀的金属层。沉积金属层的方法不限于蒸镀，能够形成金属层即可，优选能够形成厚度均匀的金属层的方法。
在其中一个示例中，通入氧气时，环境温度为-10℃～300℃。进一步地，在其中一个示例中，通入氧气时，环境温度为20℃～300℃。在一些具体的示例中，通入氧气时，环境温度为30℃、50℃、80℃、100℃、120℃、200℃。
在其中一个示例中，发光器件的制备方法还包括制备电子注入层270、空穴注入层230和空穴传输层240中至少一层的步骤。
如图2所示，一具体示例的发光器件的制备方法制备得到的发光器件200，包括依次层叠设置的基板210、阳极220、空穴注入层230、空穴传输层240、发光层250、电子传输层260、电子注入层270以及阴极280。
可以理解地，发光器件200具有用于承载其他功能层的基板210，基板210可以采用硬质基板，如玻璃基板，也可以采用柔性基板，如聚酰亚胺、聚降冰片烯等。
阳极的材料可以选用但不限于ITO等。
阴极的材料可以选用但不限于包括金属银、金属铝等。
在其中一个示例中，阴极的厚度为60nm～120nm，例如在一些具体的示例中，阴极的厚度为70nm、80nm、90nm、100nm、110nm。
空穴注入层230可以采用常规的空穴注入材料制成，包括但不限于PEDOT:PSS。
在其中一个示例中，空穴传输层240的厚度为10nm～100nm。例如在一些具体的示例中，空穴传输层240的厚度为20nm、40nm、60nm、80nm。
电子注入层270可以采用常规的电子注入材料制成，包括但不限于LiF、CsF等化合物。
在其中一个示例中，电子传输层260的厚度为10～100nm。例如在一些具体的示例中，电子传输层260的厚度为20nm、40nm、60nm、80nm。
空穴传输层240可以采用常规的空穴传输材料制成，包括但不限于NPB、TFB等有机材料，以及NiO、MoO3等无机材料及其复合物。
在其中一个示例中，空穴传输层240的厚度为10nm～100nm。例如在一些具体的示例中，空穴传输层240的厚度为20nm、40nm、60nm、80nm。
在其中一个示例中，发光层250包含量子点发光材料。可以采用常规的量子点发光材料制成。对于QLED器件的电子传输层260，其通常采用氧化金属层，由于其汽化温度高，难以采用蒸镀方法制作。目前通过喷墨打印的方式得到的电子传输层260存在咖啡环现象，导致成膜不均匀，进而影响发光器件200的效率。本发明的电子传输层260的制备方法尤其适用于QLED器件的电子传输层260的制备。
在其中一个示例中，发光层250的厚度为30nm～50nm。例如在一些具体的示例中，发光层250的厚度为30nm、35nm、40nm、45nm。
进一步地，本发明还提供一种发光器件，其是通过上述任一示例的发光器件的制备方法制备得到。
请参考图3和图4所示，本发明还提供另外一种发光器件的制备方法300，包括以下步骤：
步骤S310，在阴极420上沉积金属层；
步骤S320，通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层440；
步骤S330，在所述电子传输层440上制作发光层450；
步骤S340，在所述发光层450上制作阳极480。
上述发光器件的制备方法100所制得的发光器件为倒置型器件。
上述发光器件的制备方法300先在阴极420上沉积金属层，再通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层460，再在电子传输层460制作发光层450，能够提高电子传输层460的成膜均匀性，电子传输层460和发光层450之间具有更优异的界面性质，更有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更好的效率。同时，由于发光器件中电子传输层460为发光层的下层薄膜，金属层的梯度氧化可以使发光器件的能带过渡会更加平缓，从而得到更低的启亮电压和更高的器件效率和寿命。
同时，试验表明，上述发光器件的制备方法300能够降低发光器件400的启亮电压以及提高发光器件的寿命。
上述发光器件的制备方法300操作简单，成本低廉，易于控制，易于实现产业化。
在其中一个示例中，通过控制氧气通过的时间以及通入氧气时的环境温度，控制金属层氧化的程度，以使得到的电子传输层460从表面到内部氧含量逐渐升高，即形成梯度氧化的效果。
在其中一个示例中，金属层为锌层或钛层，相应地，经过氧气氧化得到的电子传输层440材质为氧化锌、氧化钛等。
在其中一个示例中，金属层的厚度为10nm～100nm。进一步地，在其中一个示例中，金属层的厚度为20nm～80nm。在一些具体的示例中，金属层的厚度为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm。
在其中一个示例中，沉积金属层的方法为蒸镀。通过蒸镀金属的方法，有利于形成厚度均匀的金属层。沉积金属层的方法不限于蒸镀，能够形成金属层即可，优选能够形成厚度均匀的金属层的方法。
在其中一个示例中，通入氧气时，环境温度为-10℃～300℃。进一步地，在其中一个示例中，通入氧气时，环境温度为20℃～300℃。在一些具体的示例中，通入氧气时，环境温度为30℃、50℃、80℃、100℃、120℃、200℃。
在其中一个示例中，发光器件的制备方法还包括制备电子注入层、空穴注入层和空穴传输层中至少一层的步骤。
如图2所示，一具体示例的发光器件的制备方法制备得到的发光器件400，包括依次层叠设置的基板410、阴极420、电子注入层430、电子传输层440、发光层450、空穴传输层460、空穴注入层470以及阳极480。
关于电子注入层、空穴注入层、发光层、空穴传输层等功能层的进一步阐述与前述发光器件的制备方法100中的阐述相同，此处不再赘述。
进一步地，本发明还提供一种发光器件，其是通过上述任一示例的发光器件的制备方法300制备得到。
以下通过具体示例对本发明作进一步说明。但本发明并不局限于下述示例，应当理解，所附权利要求概括了本发明的范围在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到，对本发明的各实施例所进行的一定的改变，都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。
示例1
本示例制备8个正置底发射型QLED器件。
QLED器件的制备方法包括：
提供基板，在基板上制作阳极、在阳极上制作空穴注入层，在空穴注入层上制作空穴传输层，在空穴传输层上制作发光层，在发光层上制作电子传输层，在电子传输层上制作电子注入层，在电子注入层上制作阴极。
基板为玻璃基板，阳极为ITO，空穴注入层为PEDOT:PSS，空穴传输层为TFB，发光层为红色CdSe/ZnS量子点。
其中，1号器件和2号器件的电子传输层是通过喷墨打印ZnO墨水形成的纳米颗粒ZnO层，厚度为50nm。3号至8号器件的电子传输层采用本发明的制备方法制备，具体是在基底(在本示例中，基底由基板、阳极、空穴注入层、空穴传输层以及发光层构成)上通过蒸镀金属形成锌金属层，再缓慢通入氧气，使锌金属层发生氧化。
3号器件和4号器件的电子传输层的厚度为20nm，5号器件和6号器件的电子传输层的厚度为50nm，7号器件和8号器件的电子传输层的厚度为80nm。
除以上提及的区别，上述8个QLED器件之间各功能层的制备方法以及工艺参数相同。
测试上述8个QLED器件的启亮电压、器件效率以及器件寿命，测试结果如表1所示。
表1
从表1中可以看出，相比采用传统的喷墨打印制备电子传输层得到的QLED器件，采用本发明的制备方法制备电子传输层得到的QLED器件，能够大幅度降低器件的启亮电压的同时提高器件的电流效率和寿命，这是由于蒸镀的锌金属层和CdSe/ZnS量子点发光层之间、EIL(电子注入层)蒸镀层之间具有更优异的界面性质，有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更高的激子复合效率和更低的启亮电压，从而提高了器件寿命。
示例2
本示例制备8个倒置顶发射型QLED器件。
QLED器件的制备方法包括：
提供基板，在基板上制作阴极、在阴极上制作电子传输层，在电子传输层上制作发光层，在发光层上制作空穴传输层，在空穴传输层上制作空穴注入层，在空穴注入层上制作阳极。
基板为玻璃基板，阳极为Ag电极，空穴注入层为MoO3，空穴传输层为NPD，发光层为红色CdSe/ZnS量子点，阴极为ITO-Ag-ITO。
其中，1号器件和2号器件的电子传输层是通过喷墨打印ZnO墨水形成的纳米颗粒ZnO层，厚度为50nm。3号至8号器件的电子传输层采用本发明的制备方法制备，具体是在基底(在本示例中，基底由基板以及阴极构成)上通过蒸镀金属形成锌金属层，再缓慢通入氧气，使锌金属层发生氧化。
3号器件和4号器件的电子传输层的厚度为20nm，5号器件和6号器件的电子传输层的厚度为50nm，7号器件和8号器件的电子传输层的厚度为80nm。
除以上提及的区别，上述8个QLED器件之间各功能层的制备方法以及工艺参数相同。
测试上述8个QLED器件的启亮电压、器件效率以及器件寿命，测试结果如表2所示。
表2
从表2中可以看出，相比采用传统的喷墨打印制备电子传输层得到的QLED器件，采用本发明的制备方法制备电子传输层得到的QLED器件，能够大幅度降低器件的启亮电压的同时提高器件的电流效率和寿命，这是由于蒸镀的锌金属层和CdSe/ZnS量子点发光层之间具有更优异的界面性质，更有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更好的效率和更低的启亮电压，从而提高了器件寿命。
同时，由于倒置顶发射器件中ZnO为发光层的下层薄膜，Zn金属层的梯度氧化可以使QLED器件的能带过渡会更加平缓，从而得到更低的启亮电压和更高的器件效率和寿命。
倒置器件中ITO与纯金属Zn功函数接近，底层Zn金属通过控制氧气的通过时间、工艺和氧化温度，可以控制表层金属锌受到氧化成为ZnO的厚度，从而形成由Zn至氧含量逐渐升高的ZnO度渐变功能层，而金属Zn层和ZnO则由于一体化蒸镀的工艺原因，界面更加紧密且无层间缺陷，且符合半导体发光二极管能级匹配的要求，因此具有较好的器件效果；而正置结构中低氧甚至无氧的金属锌层会直接接触量子点材料，这种结构容易导致量子点材料发生淬灭。
示例3
本示例制备8个倒置顶发射型QLED器件。
QLED器件的制备方法包括：
提供基板，在基板上制作阴极、在阴极上制作电子传输层，在电子传输层上制作发光层，在发光层上制作空穴传输层，在空穴传输层上制作空穴注入层，在空穴注入层上制作阳极。
基板为玻璃基板，阳极为Ag电极，空穴注入层为MoO3，空穴传输层为NPD，发光层为红色CdSe/ZnS量子点，阴极为ITO-Ag-ITO。
其中，1号器件和2号器件的电子传输层是通过喷墨打印TiO2墨水形成的纳米颗粒TiO2层，厚度为50nm。3号至8号器件的电子传输层采用本发明的制备方法制备，具体是在基底(在本示例中，基底由基板以及阴极构成)上通过蒸镀金属形成钛金属层，再缓慢通入氧气，使钛金属层发生氧化。
3号器件和4号器件的电子传输层的厚度为20nm，5号器件和6号器件的电子传输层的厚度为50nm，7号器件和8号器件的电子传输层的厚度为80nm。
除以上提及的区别，上述8个QLED器件之间各功能层的制备方法以及工艺参数相同。
测试上述8个QLED器件的启亮电压、器件效率以及器件寿命，测试结果如表3所示。
表3
从表3中可以看出，相比采用传统的喷墨打印制备电子传输层得到的QLED器件，采用本发明的制备方法制备电子传输层得到的QLED器件，启亮电压有所降低，电流效率和寿命有所提升。相比示例1和示例2，本示例中启亮电压降低的幅度和电流效率和寿命有提升的幅度都较小，这是由于蒸镀的TiO2层虽然可以欧姆接触，但是由于其与CdSe/ZnS量子点发光层的能带结构及电子迁移率等性质匹配性降低，因此对器件效率的影响偏小。
与现有方案相比，上述具有以下有益效果：
上述电子传输层的制备方法先在基底上沉积金属层，再通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层，能够提高电子传输层的成膜均匀性，电子传输层和发光层之间具有更优异的界面性质，更有利于层间欧姆接触，可以使器件具有更好的效率。
同时，试验表明，上述电子传输层的制备方法能够降低发光器件的启亮电压以及提高发光器件的寿命。
上述电子传输层的制备方法操作简单，成本低廉，易于控制，易于实现产业化。
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 (6)
1.一种发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在阴极上沉积金属层，金属层的厚度为10nm~100nm，所述金属层为锌层或钛层，沉积金属层的方法为蒸镀，所述阴极的厚度为60nm～120nm；
通入氧气使所述金属层氧化得到电子传输层，通过控制氧气通过的时间以及通入氧气时的环境温度，控制所述金属层氧化的程度，以使得到的所述电子传输层从靠近阴极的表面到远离阴极的表面氧含量逐渐升高；
在所述电子传输层上制作发光层，所述发光层的厚度为30nm～50nm；
在所述发光层上制作阳极；
还包括制备空穴传输层；所述空穴传输层的厚度为10nm～100nm。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通入氧气时，环境温度为-10℃~300℃。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，通入氧气时，环境温度为20℃～300℃。
4.如权利要求1~3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属层的厚度为20nm～80nm。
5.如权利要求1~3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述发光层包含量子点发光材料；所述空穴传输层包括NPB、TFB、NiO和MoO3中的至少一种。
6.一种发光器件，其特征在于，通过如权利要求1~5中任一项所述的制备方法制备得到。
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