CN114551739A - 用于改进注入电子传输层的超薄金属夹层 - Google Patents

Abstract

发光装置包括：第一电极；电子传输层(ETL)；第二电极，其为包括导电纳米颗粒的透明导电电极(TCE)；与所述第一电极和所述第二电极电接触的发射层(EML)；以及在所述TCE和所述ETL之间的超薄金属层，其中所述超薄金属层在所述TCE和所述ETL之间提供能量台阶。

Description

用于改进注入电子传输层的超薄金属夹层

技术领域

本公开涉及一种量子点(QD)发光二极管(QLED)装置，包括位于透明导电电极(TCE)和电子传输层(ETL)之间的超薄金属层，该金属层以最小的透明度损失改善向ETL中的电荷注入。

背景技术

基本QLED装置包括在阳极与阴极之间的至少一个电致发光QD(发光)层(EML)。基本QLED还可以包括在阴极和EML之间的一个ETL以及在EML和阳极之间的一个空穴传输层(HTL)。基本QLED可进一步包括在阴极与ETL之间的电子注入层(EIL)以及在HTL与阳极之间的空穴注入层(HIL)。基本QLED的层可以沉积在基板上。基板可以是透明的并且由刚性或柔性材料形成。基板可以具有驱动QLED的薄膜晶体管(TFT)结构。

如果从其上沉积有这些层的基板发射光，则QLED装置被称为底部发射(BE)。如果光远离基板发射，则QLED装置被称为是顶部发射(TE)。

TE装置被认为是与BE装置相比优选的结构，因为如果基板具有TFT结构，则导致亮度显著降低。QLED装置可以具有“标准”结构，其中阳极与TFT基板接触。QLED装置可以具有“倒置”结构，其中阴极与TFT基板接触。

相关技术中的QLED装置使用半透明的薄金属层，如在US6812637B2中所公开的具有约15纳米(nm)的厚度的Ag/Mg合金。这种类型的装置要求光学透明度与电导率之间的权衡，因为金属层不能远薄于15nm不然电导率太低，金属层也不能远远厚于15nm不然透明度太低。关于金属层厚度的折衷，一种相关技术QLED被提供，其具有50％-60％的透明度(“半透明”)，具有足够的导电性，可在手机大小的≤6”显示屏上传输电流。对于较大的显示器，这种相关的技术的QLED具有过大的电压降，从而导致整个显示器上较差的亮度均匀性。出于本公开的目的，“透明”是指具有比在相关技术装置中所实现的更高的透明度(＞60％)的装置。半透明装置导致空腔效应，这导致在宽视角下不良的色移。因此，期望QLED装置具有透明电极。

为了实现可以应用于较大显示器尺寸的QLED技术，可以使用辅助线栅电极将电流传输至显示器的每个像素。TCE可跨每个像素散布电流。相关相关装置如美国专利申请号No.16689383(事务所卷号：18049SLE)是其中TCE是透明纳米颗粒层的应用，例如氧化铟锡微粒(ITO NPs)。ITO NPs可以具有＞95％的透明度，并且辅助线栅电极可以相对厚以实现跨显示器的良好导电性。使用NP电极还可以向可能被用于形成线栅极的湿法蚀刻工艺损坏的ETL层提供保护。

图1示出了相关技术的QD-LED100和可用于各元件的材料。所述QD-LED包括底部反射器102、阳极103、HIL106、HTL109、EML105、ETL107以及包括导电纳米颗粒层和线栅辅助电极108的组合的TCE104。沉积在像素之间的堤部(未明确示出)上方的线栅辅助电极108将电流传输到显示器的每个像素。TCE104的导电纳米颗粒层横跨像素传播电流。与目前在相关技术OLED显示器中使用的15nmAg/Mg半透明金属膜相比，TCE104的导电纳米颗粒层提供了高得多的透射。

TCE材料的优选候选物是铟锡氧化物(ITO)纳米颗粒(NP)，其可以被溶液处理以获得具有良好导电性的透明膜。在本公开中，不同技术可以用于溶液处理。这些技术可以包括但不限于旋涂、刮涂和喷墨印刷。ITO NPs对化学蚀刻工艺也具有良好的适应力，这使得线栅辅助电极108能够沉积在装置的顶部上。

虽然图1中所示的相关技术装置100实现了高度透明的高导电性电极，该装置的一个缺点是ITO NPs与掺镁氧化锌(MgZnO)、掺铝氧化锌(AlZnO)、掺镓氧化锌(GaZnO)或氧化锌(ZnO)的公共ETL之间存在能级失配。能级之间的这种失配导致TCE层与ETL层之间的注入不佳，并且可导致更低的外部量子效率(EQE)和更高的操作电压。

图2A示出了相关技术QD-LED装置200的能级图。理想的QLED装置具有良好的电荷平衡和对准的能级，以实现高效率、低操作电压和长寿命。如图2A所示，电子通过ETL204从阴极202流到EML206。空穴通过HTL208和HIL210从节点212流向EML206。

图2B示出了图1中所示的包括ITO纳米颗粒透明电极的改进的技术装置100的能级图的示例。所示能量值对于所示类型的材料而言是典型的，可基于材料的组成(例如，ETL的掺杂浓度)或沉积方法而变化。该能量图说明在ITO NP TCE104与由Mg0.1Zn0.9O(10％Mg浓度)形成的ETL107之间的相对大的能量跃变。镁(或另一种掺杂剂)的浓度可以在0％-25％之间变化。

发明内容

本公开涉及用于改善注入电子传输层的超薄金属夹层。

在本公开的第一方面中，发光装置包括第一电极；电子传输层(ETL)；第二电极，其为包括导电材料的透明导电电极(TCE)；发射层(EML)，与所述第一电极和所述第二电极电接触的；以及超薄金属层，位于所述TCE和所述ETL之间，所述超薄金属层在所述TCE和所述ETL之间提供能量台阶。

在第一方面的实施方式中，所述超薄金属层具有在1纳米与5纳米之间的厚度。

在第一方面的另一个实施方式中，所述导电材料包括导电纳米颗粒、碳纳米管、银纳米线以及PEDOT：PSS中的至少一种。

在第一方面的又另一个实施方式中，所述导电纳米颗粒包括氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡(ATO)。

在第一方面的另一个实施方式中，所述超薄金属层包括初始沉积在ETL上的晶种层，并且所述晶种层包括金属氧化物或不同于所述超薄金属层的金属。

在第一方面的又一实施方式中，所述晶种层包括铜、铝、银、锗、金、氧化钼或氧化钨。

在第一方面的又一实施方式中，所述超薄金属层是至少两种金属的合金。

在第一方面的又一实施方式中，所述超薄金属层包括在同时溅射或热蒸镀的至少两种金属。

在第一方面的又一实施方式中，所述发光装置还包括基板；底部反射器，所述底部反射器位于所述第一电极与所述基板之间；空穴注入层(HIL)；空穴传输层(HTL)；以及设置在所述第二电极上的线栅辅助电极，其中，所述第一电极设置在所述发光装置的观看侧和所述基板之间的所述基板上，所述ETL位于所述第一电极与所述观看侧之间，所述第二电极位于所述第一电极与所述观看侧之间。

在第一方面的又一实施方式中，所述底部反射器包括铝或银，所述线栅辅助电极包括铝、铜、金或银，所述第一电极为包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝或银的阳极，所述HIL包括PEDOT：PSS、氧化钼(MoO₃)或氧化锡(WO₃)，所述HTL包括TFB、PVK、聚-TPD或OTPD，所述EML包括量子点，所述量子点包括硒化钙，磷化铟硒化锌，所述ETL包括氧化锌或金属掺杂的氧化锌，所述第二电极为纳米颗粒透明导电电极，并且所述纳米颗粒由ITO、氧化铟锌、氧化铝锌(AzO)或氧化锑锡(ATO)形成。

在第一方面的又一实施方式中，所述HIL设置在所述阳极和所述HTL之间，所述HTL设置在所述HIL和所述EML之间。

在第一方面的又一实施方式中，光从所述基板发射离开。

在第一方面的又一实施方式中，所述HIL设置在所述HTL和所述第二电极之间，所述HTL设置在所述发光层和所述HTL间。

在第一方面的另一实施方式中，所述超薄金属层的能级在TCE和ETL的能级之间。

在本公开内容的第二方面，发光装置包括基板；第一电极，设置在所述装置的观看侧和所述基板之间的所述基板上；底部反射器，所述底部反射器位于所述第一电极与所述基板之间；电子传输层(ETL)，所述电子传输层位于所述第一电极与所述观看侧之间；第二电极，设置在所述ETL与所述观看侧之间，其中所述第二电极包括导电纳米颗粒，与该第一电极和该第二电极电接触的一个发射层(EML)；以及位于所述第二电极和所述电子传输层之间的超薄金属层；空穴注入层(HIL)；空穴传输层(HTL)；以及设置在所述第二电极上的线栅辅助电极，其中，所述超薄金属层的能级在纳米颗粒和ETL的能级之间。

在第二方面的实施方式中，所述超薄金属层具有在1nm与5nm之间的厚度。

在第二方面的另一实施方式中，所述第二电极是包括导电纳米颗粒、碳纳米管、银纳米线、以及PEDOT：PSS中的至少一种的透明导电电极(TCE)。

在第二方面的又一实施方式中，所述导电纳米颗粒包括氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡(ATO)。

在第二方面的又一实施方式中，所述HIL设置在所述阳极和所述HTL之间，所述HTL设置在所述HIL和所述EML之间。在第二方面的又一实施方式中，所述HIL设置在所述HTL和所述第二电极之间，所述HTL设置在所述EML和所述HIL之间。

附图说明

当与附图一起阅读时，可从以下详细描述中最好地理解示例公开的各个方面。

图1示出了改进的相关技术量子点(QD)发光二极管(QD-LED)和用于每种元件的可能的材料。

图2A示出了相关技术QD-LED装置的能级图。

图2B示出了图1中所示的改进的相关技术装置的能级图的示例。

图3示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置的“标准”结构。

图4示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置的“倒置”结构。

图5A示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置的总体能量图。

图5B示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置的具体示例，该QLED装置具有可能的材料和相应的能级。

图6示出了根据本公开的示例实施方式的用于QLED装置的的不同元件的具有的可能的材料和可能的材料的相应能级。

具体实施方式

以下描述包含与本公开中的示例实施方式有关的具体信息。附图及其附带的详细描述针对于示例实施方式。然而，本发明不限于这些示例实施方式。本领域技术人员可以想到本公开的其他变化和实施方式。除非另有说明，附图中相同或相应的元件可以由相同或相应的附图标记表示。此外，附图和图示通常不是按比例的并且不旨在对应于实际的相对尺寸。

为了一致性和易于理解，在示范性附图中通过数字来标识类似的特征(尽管在一些示例中未示出)。然而，不同实施例中的特征在其他方面可不同，且因此将不狭隘地限于图中所示的内容。

短语“在一个实现方式中”和“在一些实现方式中”可以指代相同或不同实现方式中的一个或多个。术语“耦合”被定义为连接(无论是直接地还是经由介入部件间接地)，并且不一定限于物理连接。术语“包括(comprising)”意指“包括，但不一定限于”，并且确切地指示在所描述的组合、组、系列和等效物中的开放式包含或成员关系。

另外，以下本公开中描述的以下段落、(子)项目符号、要点、动作、行为、术语、替代方案、实例、或权利要求中的任何两个或更多个可以在逻辑上、合理地、和恰当地组合，以形成特定方法。以下公开中描述的任何句子、段落、(子)-项目符号、要点、行动、行为、术语或规则可单独实施，以形成特定方法。在以下公开中，依赖性(例如，“根据”、“更确切地”、“优选地”、“在一个实施例中”、“在一个实现方式中”、“在一个替代方案中”等)仅指将不限制具体方法的一个可能的实例。

为了解释而非限制，阐述了具体细节(如功能、技术、协议和标准)以便提供对所描述技术的理解。

在其他实例中，众所周知的方法、技术、系统和架构的详细描述被省略，以便不以不必要的细节模糊描述。

图3示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置300的“标准”结构。图4示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置400的“倒置”结构。

图3中的QLED装置300的“标准”结构包括以上反射器302、阳极303、HIL306、HTL309、包括量子点(QDs)的EML305、ETL307、包括与线栅辅助电极308组合的导电纳米颗粒层的TCE304。为了改善从TCE304的导电纳米颗粒层的注入，在TCE304的导电纳米颗粒层和ETL307之间沉积超薄金属层310。超薄金属层310在TCE304和ETL307的能级之间具有功函数

值，使得能隙被分成2个台阶。

图4中的QLED装置400的“倒置”结构包括背反射器402、阴极403、ETL407、包括量子点(QDs)的EML405、HTL409、HIL406、以及包括与线栅辅助电极408组合的导电纳米颗粒层的TCE404。为了改善来自TCE404的导电纳米颗粒层的注入，在TCE404的导电纳米颗粒层和HIL406之间沉积超薄金属层410。超薄金属层410在TCE404和HIL406的能级之间具有功函数

值，使得能隙被分成2个台阶。

图5A示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置300的总体能量图。图5A中的QLED装置300具有NPTCE304和在TCE304与ETL307之间的超薄金属层310。TCE304为透明导电材料，例如铟钛氧化物纳米粒子。图5B示出了根据本公开的示例实施方式的QLED装置300的具体实例，该QLED装置具有可能的材料和相应的能级。对于具有约-3.4eV的能量水平的MgZnO的ETL307，以及ITONP的TCE304，其具有约-4.7eV的能量水平，诸如银

和铝

等金属都是超薄金属层310的合适中间层，从而实现TCE304和ETL307之间的能量阶跃。

超薄金属层310必须是光学性质上的薄，使得它不显著地抵消TCE304的高透明度。对于几种金属，厚度＜5nm的膜具有超过70％的透明度。超薄金属层310越薄，其透明度越高。由于超薄金属层310充当TCE304与ETL307之间的界面，对于超薄金属层310来说重要的是具有足够的厚度以确保跨越界面的连续性，使得可实现其对能量势垒台阶的影响。在本发明的一些实施例中，期望超薄金属层310具有1nm和5nm之间的厚度。

由于称为岛状或Volmer-Weber模式的现象，超薄金属层310均匀地沉积可能是有挑战性的，这是不期望的，因为它会导致显示器的像素之间的性能不均匀。已经证明了确保超薄金属层310的均匀沉积的方法(即，Yan-GangBi等人，2019)并且包括使用晶种层，如1nm的另一种金属，使用基底层，如1nm的金属氧化物，以及与第二金属组合沉积该金属层，该第二金属涉及同时溅射或热蒸发两种不同的金属，使得该超薄金属层成为合金。

在本公开的实施例中，超薄金属层310具有小于或等于5nm的厚度。

在本公开的另一个实施方式中，超薄金属层310是具有功函数

的金属，其具有在TCE304和ETL307的能量值12之间的能量值。如果ETL307由

形成并且TCE304由ITO纳米颗粒

形成，则超薄金属层310的具有相应能级的一些适当金属如下表1所示：

表1

金属	W.F.(eV)
		Ag	-4.3
Mo	-4.4
		Sn	-4.4
Ti	-4.3
		Al	-3.8
Mn	-4.1
		In	-4.1
Mg	-3.7
		Zn	-3.6

值得注意的是，N.B.-4.7eV是体ITO的功函数。ITONP膜的实际能级/功函数可稍微不同。

在本公开的另一实施例中，超薄金属层310包括初始沉积在ETL307上的晶种层。该晶种层可以是＜1.5nm的另一种金属(如铜、铝、银、锗或金)或＜1.5nm的金属氧化物(如氧化钼或氧化钨)。

在本公开的进一步的实施例中，超薄金属层310是至少两种金属的合金。例如，银和铝可通过溅射或热蒸发同时沉积。

对于根据本公开的装置，可利用以下材料：

底部反射器302可以是铝或银。

阳极303可以是氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝或银。

HIL306可以是PEDOT：PSS、氧化钼(MoO₃)或氧化钼(WO₃)。

HTL309可以是TFB、PVK、聚-TPD或OTPD。

EML305中的QDs可以具有包括硒化镉、磷化铟或硒化锌的核。

ETL307可以是氧化锌或金属掺杂的氧化锌。

TCE304可由诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡(ATO)的导电纳米颗粒形成。或者，TCE304可包括碳纳米管、银纳米线或PEDOT：PSS。在一些实施方式中，TCE304可以是以上材料的任何掺合物。在一些其他实施方式中，TCE304可包括溅射的ITO。

线栅辅助电极308可以是铝、铜、金或银。

图6示出了根据本公开的示例实施方式的用于QLED装置的的不同元件的具有的可能的材料和可能的材料的相应能级。

从以上的公开内容来看，显而易见的是，可以利用不同技术来实现本公开内容的概念，而不脱离那些概念的范围。此外，虽然已经具体参照某些实施方式描述了这些概念，但是本领域普通技术人员可以认识到，在不脱离这些概念的范围的情况下，可以在形式和细节上做出改变。如此，本公开在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。可以理解，本公开不限于具体描述的实施方式，而是在不脱离本公开的范围的情况下，许多重新布置、修改和替换是可能的。

Claims (20)

1.一种发光装置，包括：

第一电极；

电子传输层；

第二电极，其为透明导电电极，包括导电材料；

发射层，与该第一电极以及第二电极电接触；以及

超薄金属层，在所述透明导电电极和所述电子传输层之间；

其中所述超薄金属层在所述透明导电电极与所述电子传输层之间提供能量台阶。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于:所述超薄金属层的厚度在1纳米到5纳米之间。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述导电材料包括导电纳米颗粒、碳纳米管、银纳米线和PEDOT:PSS中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述导电纳米颗粒包括氧化铟锡、氧化铝锌、氧化锑锡。

5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述超薄金属层包括初始沉积在电子传输层上的晶种层，

并且所述晶种层包括金属氧化物或不同于所述超薄金属层的金属。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述晶种层包括铜、铝、银、锗、金、氧化钼或氧化钨。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述超薄金属层是至少两种金属的合金。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述超薄金属层包括在同时溅射或热蒸镀的至少两种金属。

9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括

基板；

底部反射器，位于所述第一电极与所述基板之间；

空穴注入层；

空穴传输层；以及

设置在所述第二电极上的线栅辅助电极，

其中，所述第一电极设置在所述发光装置的观看侧和所述基板之间的所述基板上，

所述电子传输层位于所述第一电极与所述观看侧之间，

所述第二电极位于所述第一电极与所述观看侧之间。

10.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，

所述底部反射器包括铝或银，

所述线栅辅助电极包括铝、铜、金或银，

所述第一电极为包括氧化铟锡、氧化铟锌、铝或银的阳极，

所述空穴注入层包括PEDOT：PSS、氧化钼或氧化锡，

所述空穴传输层包括TFB、PVK、聚TPD或OTPD，

所述发射层包括含有硒化镉、磷化铟或硒化锌的量子点，

所述电子传输层包括氧化锌或金属掺杂的氧化锌，

所述第二电极为纳米颗粒透明导电电极，并且所述纳米颗粒由ITO、氧化铟锌、氧化铝锌或氧化锑锡形成。

11.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，

所述空穴注入层设置在所述第一电极和所述空穴传输层之间，

所述空穴传输层设置在所述空穴注入层和所述发射层之间。

12.根据权利要求11所述的发光装置，其特征在于，

光从所述基板发射离开。

13.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，

所述空穴注入层设置在所述空穴传输层和所述第二电极之间，

所述空穴传输层设置在所述发光层和所述空穴传输层间。

14.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述超薄金属层的能级在透明导电电极和电子传输层的能级之间。

15.一种发光装置，其特征在于，包括

基板；

第一电极，设置在所述装置的观看侧和所述基板之间的所述基板上；

底部反射器，所述底部反射器位于所述第一电极与所述基板之间；

电子传输层，所述电子传输层位于所述第一电极与所述观看侧之间；

第二电极，设置在所述电子传输层与所述观看侧之间，其中所述第二电极包括导电纳米颗粒，与该第一电极和该第二电极电接触的一个发射层；以及

位于所述第二电极和所述电子传输层之间的超薄金属层；

空穴注入层；

空穴传输层；以及

设置在所述第二电极上的线栅辅助电极，

其中，所述超薄金属层的能级在纳米颗粒和电子传输层的能级之间。

16.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，

所述超薄金属层具有在1纳米与5纳米之间的厚度。

17.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，

所述第二电极是包括导电纳米颗粒、碳纳米管、银纳米线、以及PEDOT：PSS中的至少一种的透明导电电极。

18.根据权利要求17所述的发光装置，其特征在于，

所述导电纳米颗粒包括氧化铟锡、氧化铝锌、氧化锑锡。

19.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，

所述空穴注入层设置在所述第一电极和所述空穴传输层之间，

所述空穴传输层设置在所述空穴注入层和所述发射层之间。

20.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，

所述空穴注入层设置在所述空穴传输层和所述第二电极之间，

所述空穴传输层设置在所述发射层和所述空穴注入层之间。

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