CN115623806A - 发光装置及量子点led的使用方法 - Google Patents

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CN115623806A CN202110802082.1A CN202110802082A CN115623806A CN 115623806 A CN115623806 A CN 115623806A CN 202110802082 A CN202110802082 A CN 202110802082A CN 115623806 A CN115623806 A CN 115623806A
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quantum
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彭笑刚
林星
戴兴良
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Zhejiang University ZJU
Najing Technology Corp Ltd
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Zhejiang University ZJU
Najing Technology Corp Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots

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Abstract

本申请提供了一种发光装置和量子点LED的使用方法。在该发光装置中，发光装置包括至少一个量子点LED，量子点LED包括依次叠置的第一电极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和第二电极，量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于50％，量子点LED的平均光子电压与工作电压的比值大于等于1，量子点LED电致发光包括热电辅助的上转换发光。在上述发光装置中，量子点LED可实现高的外部能量转换效率。

Description

发光装置及量子点LED的使用方法
技术领域
本申请涉及量子点LED技术领域，具体而言，涉及发光装置及量子点LED的使用方法。
背景技术
热电泵浦LED(thermoelectric-pumped LED，或TEP-LED)在亚带隙电功和珀尔帖(Peltier)热的作用下，可以实现能量转换效率大于100％。然而，由于外延生长的III-V族半导体发光芯片的高成本和低载流子密度下的效率滚降，人们并不容易获得高性价比、高效率的LED。III-V族芯片只能通过不断优化昂贵且精细的外延生长技术以减少晶格缺陷缺陷，提升器件效率。因此，需要一种低成本的高效率TEP-LED设计和制备方法。
发明内容
本申请的目的在于提供一种低成本的高外部能量转换效率的发光装置及量子点LED的使用方法。
为了实现上述目的，根据本申请的第一个方面，提供了一种发光装置，发光装置包括至少一个量子点LED，上述量子点LED包括依次叠置的第一电极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和第二电极，上述量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于50％，上述量子点LED的平均光子电压与工作电压的比值大于等于1，上述量子点LED电致发光包括热电辅助的上转换发光。
进一步地，上述工作电压等于上述平均光子电压，上述量子点LED电致发光中50％以上的发光为热电辅助上转换发光。
进一步地，上述量子点层包括红色量子点，上述工作电压为1.86V，上述量子点LED电致发光中90％以上的发光为热电辅助上转换发光。
进一步地，上述量子点层的量子点无内部晶格缺陷，且上述量子点无表面陷阱发光，上述量子点层的量子点呈现荧光非闪烁，且呈现90％以上荧光量子产率。
进一步地，上述量子点层具有1～2个单层量子点的厚度。
进一步地，上述电子传输层包括ZnMgO纳米晶层，上述空穴传输层包括依次设置的PVK层、Poly-TPD层和PEDOT：PSS层；上述第一电极为银电极，上述第二电极为ITO电极。
进一步地，上述量子点层的量子点为CdSe/CdS核壳量子点，或者CdSe/CdSeS/ZnS核壳量子点。
进一步地，上述平均光子电压与工作电压的比值小于2。
进一步地，上述量子点LED的使用温度为-40～50摄氏度，上述量子点LED的外量子效率(EQE)随着上述使用温度的升高而升高。
进一步地，上述量子点LED的工作电压低于上述平均光子电压0.05～0.2V。
进一步地，在100cd·m-2工作条件下，上述量子点LED的内部能量效率大于等于90％。
进一步地，上述量子点LED的外部能量转换效率大于等于20％。
进一步地，上述量子点LED的内部量子效率大于等于90％。
进一步地，上述发光装置为照明装置或者显示装置，上述量子点LED包括多种发射波段的量子点LED，每种量子点LED的工作电压独立控制，使得各上述量子点LED的平均光子电压与对应的工作电压的比值大于等于1。
进一步地，上述量子点LED为溶液法制备。
根据本申请的第二个方面，提供了一种量子点LED的使用方法，上述量子点LED包括依次叠置的第一电极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和第二电极，上述量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于85％，使得各个上述量子点LED的平均光子电压与工作电压的比值大于等于1，上述量子点LED电致发光包括热电辅助的上转换发光。
上述发光装置及量子点LED使用方法中，通过工作电压和平均光子电压的大小关系设定，量子点LED保持高能量转换效率从而降低功耗。此外，采用成本廉价的溶液加工工艺和化学材料即可以制备出高IQE的量子点LED，因此大面积制备TEP-QLED器件的成本很低。
附图说明
下图构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请一种实施例的量子点LED的结构示意图。
图2示出了用于温度相关性能表征装置的结构示意图。
图3示出了实施例1使用的CdSe/CdS核/壳量子点集合体的光致发光衰减动力学曲线，内置图为其TEM图。
图4示出了实施例1的QLED器件的EQE/EPE、亮度随工作电压变化的情况。
图5示出了实施例1的QLED器件在不同工作电压下的电致发光强度变化。
图6示出了实施例1得到的QLED器件在不同温度下的EQE和工作电压的关系图。
图7示出了不同温度下，实施例1得到的QLED器件的工作电压和亮度的关系图。
图8示出了不同温度下，实施例1得到的QLED器件的工作电压和电流密度的关系图。
图9示出了实施例1得到的QLED器件在特定EQE下，温度和工作电压的关系图。
图10示出了实施例1得到的QLED器件在不同温度下，IQE和V/Vp的关系图。
图11示出了实施例2～实施例4得到的QLED器件在不同工作电压下的EQE曲线。
图12示出了实施例2～实施例4得到的QLED器件在不同亮度下的EPE曲线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
提高LED的外部能量转换效率(external power conversion efficiency，EPE)可以减少能量成本，减轻散热问题从而延长发光器件的寿命。对于产业界LED应用来说，工作电压V(驱动电压)大于Vp(平均光子电压)可获得最大化的绝对能量输出，减少昂贵的发光芯片的面积，避免内部量子效率(IQE)在低电流密度下的衰减。LED的电-光能量转换效率(或称EPE)由三项组成，即IQE、Vp/V和光提取效率(LEE)：
EPE＝IQE×Vp/V×LEE＝IPE×LEE (1)，
其中V是驱动电压，Vp定义为平均光子能量hv和基本电荷q之间的比值，即Vp代表平均光子电压，例如材料的发光中心在620nm，对应光子能量为2eV，光子电压为2V。h是普朗克常数，v是光波的频率。LEE取决于器件的光学设计。因此，LED的高EPE本质上取决于器件的内部能量效率(IPE)，而IPE又与IQE和Vp/V有关。同时获得高IQE和低工作电压是追求高EPE的关键。对于体相(Bulk)尺寸的半导体晶体，IQE可以用下述公式计算：
Figure BDA0003165038500000041
n是在活性区域的载流子密度，A是间接复合(也称为Shockley-Read-Hall)常数，B是辐射常数，C是俄歇复合常数。公式(2)表明在低载流子密度时，IQE会锐减。间接复合和俄歇复合无法避免。目前，基于外延半导体材料的LED器件有两种方案或能实现TEP-LED。第一种是设置工作电压远低于kBT/q，kB为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，此区间内，IQE不依赖于载流子浓度，是一个接近0的常数。光子能量主要来自Peltier热，缺点是器件亮度很低，只有皮瓦量级。第二种是通过非对称势垒差设计，使低电压下发光区内有过剩载流子，IQE是一个接近1的常数，这对控制材料缺陷复合中心浓度提出了极高的要求。
胶体量子点(QDs)是一种溶液可加工的半导体纳米晶体，由于其尺寸通常小于较高合成温度时杂质的自由扩散长度，具有三维载流子量子限域效应。通常量子点具有大于等于50％的荧光量子产率，因此量子点用于TEP-LED是非常有利的。此外采用廉价的溶液处理技术和化学级材料可以制备出高IQE的QLED(量子点发光二极管)，这意味着大面积器件的制备成本降低。
基于上述分析，本申请提出了一种发光装置，发光装置包括至少一个量子点LED，量子点LED包括依次叠置的第一电极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和第二电极，量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于50％，量子点LED的平均光子电压与工作电压的比值大于等于1，量子点LED电致发光包括热电辅助的上转换发光。平均光子电压根据理论公式计算得到。该使用方法可以提高量子点LED的外部能量转换效率(EPE)，从而实现节能减排。
在本申请中，量子点LED也被简称为QLED。热电辅助上转换发光的QLED简称TEP-QLED，热电辅助上转换发光是上述发光装置工作时产生的结果。热电辅助的定义参考传统外延型半导体LED的定义。热电辅助上转换发光的原理是：电压源向载流子做功，载流子在扩散过程中同时吸收晶格热能，发出带边光子。带边光子能量可以显著大于输入的电学能量，这部分能量实际来自于晶格热能。因此，热电辅助上转换发光可能可以降低发光装置的工作温度。
在一些实施例中，工作电压等于平均光子电压，量子点LED电致发光中50％以上的发光为热电辅助上转换发光。在一些实施例中，工作电压小于平均光子电压，则该比例会上升。
量子点LED的工作电压的选择和使用的量子点的平均光子能量有关。在一些实施例中，量子点层包括红色量子点，工作电压为1.86V，量子点LED电致发光中90％以上的发光为热电辅助上转换发光。
在一些实施例中，量子点层的量子点无内部晶格缺陷，且量子点无表面陷阱发光，量子点层的量子点呈现荧光非闪烁。量子点在其晶格内无缺陷，消除了缺陷相关的间接复合。量子点表面通过特定的配体钝化，表面陷阱可以大部分被去除。因此可以达到大于等于90％的量子产率，甚至100％的量子产率。
在一些实施例中，量子点的LED的电子传输层包括一层或多层，空穴传输层包括一层或多层。在一些实施例中，量子点的LED的结构还可包括其他辅助功能层。
在一些实施例中，量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于85％，或者量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于90％，或者量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于95％。荧光量子产率越大，越有利于提高EPE。
在一些实施例中，量子点层具有1～2个单层量子点的厚度。在保持高IQE的同时降低工作电压是QLED实现高IPE的关键。传统QLED的发射层通常由一层约30nm的紧密堆积的量子点薄膜组成，即3～4层量子点单层。相邻量子点之间的载流子跳跃以及载流子传输层的低迁移率消耗了电势并降低下电流密度和发光强度。另一方面，将量子点层的厚度减小到亚单层会增加漏电流的风险，进而阻碍高IQE的实现。将发射层的厚度限制在1～2个量子点单层，以消除不必要的电压损耗。单层量子点的厚度为各个量子点未堆叠的状态，因此约等于量子点的平均尺寸。量子点的平均尺寸可以为1～20nm，或者5～50nm。
在一些实施例中，量子点层的量子点的半峰宽小于等于80meV。
在一些实施例中，量子点LED的结构中，电子传输层包括ZnMgO纳米晶层，空穴传输层包括依次设置的PVK层、Poly-TPD层和PEDOT：PSS层；第一电极为银电极，第二电极为ITO电极。量子点LED也可以选用其他更好的材料和/或结构。
在一些实施例中，量子点层的量子点为CdSe/CdS核壳量子点，或者CdSe/CdSeS/ZnS核壳量子点。量子点的种类不限，也可以选择其他高电致发光效率的量子点。量子点还可以是无镉量子点或者掺杂量子点。
在一些实施例中，平均光子电压与工作电压的比值小于等于2。在一些实施例中，平均光子电压与工作电压的比值小于等于1.2。在一些实施例中，平均光子电压与工作电压的比值小于等于1.15。在前述比值范围内，按现有量子点材料及工艺可以制得较高EPE的QLED。
在一些实施例中，量子点LED的使用温度为-40～50摄氏度，量子点LED的外量子效率(EQE)随着使用温度的升高而升高。
在一些实施例中，量子点LED的工作电流密度低于1mA/cm2，或者为0.5～0.6mA/cm2。如现有材料及工艺改进，则其工作电流密度可进一步增加。
在一些实施例中，量子点LED的工作电压低于平均光子电压0.05～0.2V。
在一些实施例中，在100cd/m2工作条件下，量子点LED的内部能量效率(IPE)大于等于90％。如现有材料及工艺改进，则IPE可进一步增加，或能超过100％。
在一些实施例中，量子点LED的外部能量转换效率(EPE)大于等于20％。在一些实施例中，量子点LED未设置有光提取结构，量子点LED的外部能量转换效率大于等于20％。在一些实施例中，量子点LED内部设置有光提取结构。在一些实施例中，量子点LED外部设置有光提取结构，则发光装置的外部能量转换效率大于量子点LED的外部能量转换效率，即大于20％。
在一些实施例中，量子点LED的内部量子效率(IQE)大于等于90％。
在一些实施例中，量子点LED为溶液法制备，实现低成本制备。
在一些实施例中，上述发光装置为照明装置或者显示装置，量子点LED包括多种发射波段的量子点LED，每种量子点LED的工作电压独立控制，使得各量子点LED的平均光子电压与对应的工作电压的比值大于等于1。
在一些实施例中，上述量子点LED的种类包括红色量子点LED，绿色量子点LED，蓝色量子点LED。
本申请的第二个方面，提供了一种量子点LED的使用方法，量子点LED包括依次叠置的第一电极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和第二电极，量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于85％，使得各个量子点LED的平均光子电压与工作电压的比值大于等于1，量子点LED电致发光包括热电辅助的上转换发光。上述工作电压为根据平均光子电压人为设定。
在一些实施例中，平均光子电压与工作电压的比值小于等于2。在一些实施例中，平均光子电压与工作电压的比值小于等于1.2。在一些实施例中，平均光子电压与工作电压的比值小于等于1.15。
在一些实施例中，或者量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于85％，量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于90％，或者量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于95％。荧光量子产率越大，越有利于提高EPE。
在一些实施例中，量子点LED的使用温度为-40～120摄氏度。在一些实施例中，量子点LED的使用温度为-40～120摄氏度。理论上，温度越高，热辅助上转换发光越显著，使用温度的上限需要考虑量子点LED的各层材料的稳定性。广的使用温度范围对相关产品的应用是非常有利的。在一些实施例中，量子点LED的使用温度为-40～50摄氏度，量子点LED的外量子效率(EQE)随着使用温度的升高而升高。
以下通过实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
高质量CdSe/CdS核壳量子点群的合成方法
化学品：肉豆蔻酸(98％)、硬脂酸(>90％)、月桂酸(99.5％)、氧化镉(CdO，99.998％)、硒粉(Se，200目，99.999％)、1-十八烯(ODE，90％)、油酸(99％或90％)、硫磺粉(S，99.98％)、油胺(>98％)购自Aldrich或阿尔法埃萨尔。三丁基膦(TBP)购自Acros。环庚烷(>98.0％)购自TCI。甲苯、甲醇、氯仿、丙酮和乙腈为从国药试剂中获得。所有的化学品都是直接使用的，除非额外说明。
CdSe核量子点的合成(第一吸收峰位于570nm)
硒悬浮液是将0.15mmol的硒粉分散于3mL的ODE中，超声处理5min制成的。在典型的合成中，CdO(0.2mmol)和肉豆蔻酸(0.45mmol)装入25mL三颈烧瓶中，并加入4mL ODE。搅拌后氩气鼓泡10分钟，将混合物加热至290℃以获得无色溶液。
将混合物冷却至250℃后，将1mL硒悬浮液快速注入烧瓶，进一步降低温度至220℃。反应温度保持在240℃以便进一步生长。生长5min后，另取硒悬浮液的注射器(0.3mmol硒粉分散于2mL的ODE和1mL油酸中)，以0.015mL/min的速率滴加硒悬浮液至反应瓶中。每5min摇动注射器保持悬浮液均匀。在加入一定剂量的硒悬浮液，使反应液反应5min。反应循环，即加入一剂量的硒悬浮液，反应5min，一直持续到获得具有目标尺寸的CdSe量子点。
CdSe核量子点的纯化
对于CdSe核量子点的纯化，混合溶液制备丙酮、氯仿和甲醇(体积比为1:1:1)作为沉淀剂溶液。粗反应溶液(1-1.5mL)和沉淀剂溶液(2mL)连续装入4mL小瓶。加热至～50℃后，立即以4000转/min的速度将小瓶离心20s。上清液被迅速去除。然后将量子点沉淀物溶解在～0.5mL甲苯中，再次向其中添加2mL沉淀剂溶液进行另一个循环纯化。此纯化程序再重复两次。实施例中，数值前面的符号“～”代表“约”。
外延生长CdS制备CdSe/CdS核壳量子点
S-ODE溶液：硫磺粉末(1mmol)溶于ODE(10mL)中，经超声处理制备。在一个典型合成，CdO(0.5mmol)和肉豆蔻酸(1.1mmol)(或1.15mmol月桂酸)装入25mL三颈烧瓶中，其中含有3.5mL ODE。搅拌后氩气鼓泡10min，将混合物加热到290℃，变成无色溶液。然后将混合物冷却到150℃以下。纯化了的CdSe核量子点溶解在ODE中并注入反应液中。将新混合物加热至250℃并氩气排净。将一剂S-ODE装入注射器中，以0.015mL/min的速率滴加至反应烧瓶。添加一剂S-ODE后，反应溶液允许反应2min。向烧瓶中以0.2mL/min的速度添加一剂油酸(0.2mmol)，然后搅拌2min。对于第二个循环，反应持续时间均在添加S-ODE和油酸后的5min内。本反应循环中，加入一剂S-ODE，反应5min，然后添一剂油酸重复反应5min，直至获得目标CdSe/CdS核壳量子点。高质量CdSe/CdS核壳量子点的壳厚度为7～8个单层时(光致发光峰位为～630nm)，油酸总量与肉豆蔻酸(或月桂酸)之摩尔比在3:1到4:1之间。
配体交换
1mL ODE和2mL油胺的混合物置于三颈烧瓶中在氩气气氛下加热至200℃。向该混合物中注入0.1mL TBP。将纯化的羧酸盐为配体的核壳量子点溶解在0.3mL ODE中，然后注入烧瓶。反应混合物在200℃下保持5-10min完成配体交换。
最终得到的量子点的PL峰值波长为632.6nm，FWHM 30nm，平均尺寸为10nm的量子点用于下述所有测试和应用。
Zn0.9Mg0.1O的制备
将水合醋酸锌(2.7mmol)和水合醋酸镁(0.3mmol)的DMSO溶液(30mL)与TMAH(5mmol)的乙醇溶液(10mL)逐滴混合。在环境条件下，将混合物在50℃水浴中搅拌1小时。通过添加乙酸乙酯沉淀得到Zn0.9Mg0.1O纳米晶，再通过乙醇/乙酸乙酯组合两次分散/沉淀进一步纯化，并在乙醇中重新分散。
CdSe/CdS QLED制备方法
ITO涂层玻璃基板(～40Ω方阻)在超声波浴中，用丙酮、去离子水和乙醇清洗。使用紫外线臭氧清洁仪(Harrick plasma，PDC-32G-2)进行氧等离子体处理8min。将PEDOT:PSS溶液(Baytron PVP Al 4083)在3500r.p.m.下旋涂到基板上45s并在150℃下烘烤30min。将PEDOT:PSS涂覆的基板用氧等离子体处理4min，然后转移到充氮手套箱(O2<1ppm，H2O<1ppm)中进行后续处理。聚TPD溶液(在氯苯中，8mg mL-1)在2000r.p.m.下旋涂45s并在150℃下烘烤30min。PVK溶液(在间二甲苯中，8mg mL-1)在2000r.p.m.下旋涂45s，然后在150℃下烘烤30min。CdSe/CdS QD溶液(在辛烷中，～12mg mL-1)和Zn0.9Mg0.1O纳米晶体(在乙醇中，约30mg/mL)以2000r.p.m.的速度，45s逐层旋涂到基底上，量子点层的厚度为1个单层。接下来，在高真空(～2×10-7torr)下，通过热蒸发系统(Trovato 300C)沉积Ag电极(100nm)。TEP-QLED的结构参见图1。
测试方法：
器件表征测试在常温下进行。使用Keithley 2400数字源表以及与QE Pro光谱仪耦合的积分球(海洋光学FOIS-1)。从电压0起，器件扫描速率为0.01V/s。
在低电压区域，EL强度通过多模式光纤(核直径62.5nm)和单光子探测器(PicoQuantτ-SPAD APD)检测。光子计数由单光子计数模块(Becker-Hickl DPC-230)记录。
为了在非常低的偏压下获得绝对亮度，通过归一化因子来校正光子计数，使得1.5-1.6V区间内的亮度和使用积分球测量的亮度具有一致性。
温度相关性能表征装置的结构示意图如图2。器件在室温下表征结束后，将器件转移到温控金属衬底上。金属衬底与热电降温(TEC)元件相连，TEC元件的底面温度通过冰水循环系统保持在～0℃。为了避免水分凝结和冻结而散射光，将装置放入一个密封不完全的盒子中，用氮气填充剩余体积，保持盒体内部正压。通过QE-Pro获得的光密度被一因子矫正，从而使得室温下的亮度和积分球方法测得的一致。不同温度下的测试结果使用同样的矫正因子进行亮度换算。驱动TEC元件的电压源被设定不同的目标值从而达到合适的支架温度。每次采集数据前，至少等待5min以保持测试过程中温度稳定。
用于制备上述TEP-QLED的CdSe/CdS核壳量子点具有优异的光致发光性能，即92％的光致发光量子效率、单指数光致发光衰减动力学和稳定发射，参见图3。QLED器件经过测试得到厚度如下：ZnMgO层60nm，量子点层10nm，聚TPD+PVK层30nm，PEDOT层40nm，ITO涂层100nm。
图4显示了实施例1的TEP-QLED在不同工作电压下，EPE、EQE和亮度的变化情况，EPE和EQE曲线的交叉点为EL能量峰值(1.96eV)。特别地，在显示领域相关亮度(100cd/m2)下的工作电压为1.89V，达到了104％的Vp/V值，因此，EPE(21.5％)超过EQE(20.5％)。采用文献法(Neyts,K.A.Simulation of light emission from thin-filmmicrocavities.J.Opt.Soc.Am.A 15(1998)，Sullivan,K.G.&Hall,D.G.Enhancement andinhibition of electromagnetic radiation in plane-layered media IPlane-wavespectrum approach to modeling classical effects.J.Opt.Soc.Am.B 14(1997))测定装置的光提取效率为23％。因此，器件的峰值IPE接近100％(为93.5％)，峰值IQE为91％。这些结果均属于高效TEP-LED的体现。
如图5所示，1.86V，1.96V(Vp＝hv/q＝1.96V)，2.20V下的实施例1器件的归一化的电致发光光谱互相重叠，排除了低能缺陷发射状态。1.96eV下的电致发光峰窄且对称，基本上所有的电致发光都在1.86V下获得的，在1.96V下获得的一半的电致发光都是Peltier热辅助发射。
溶液法制备的QLED中，亚带隙电致发光(EL)经常被观察到，现有技术通常认为这是俄歇介导空穴注入的结果，而不是热电泵浦。在所提出的俄歇过程中，一对(甚至多对)电子和空穴在量子点层和电子/空穴注入层之间的界面处复合，以促进第三自由载流子进入发射层，随后电子-空穴辐射复合，发射带隙能量的光子。总的来说，两对载流子被湮灭以发射一个光子，将俄歇介导过程的IQE上限设为50％。然而，实施例1的器件在1.86V下的IQE>90％，因此证明了不是通过俄歇介导的电荷注入实现的亚带隙EL。
TEP-LED的工作机理是通过吸收晶格声子，在异质结处进行热辅助电荷扩散。因此，TEP-LED的一个关键特性是在给定电压下的温度增强IPE。图6清楚地示出，在给定的偏压下，当工作温度从-40℃增加到50℃时，实施例1的QLED器件的EQE急剧增加。结果(图7和图8)进一步显示，对于电流和亮度，都发生这样的温度增强。图9说明，在给定的11.5％(50％)的EQE(IQE)下，Vp/V从-40℃时的99％稳定地增加到50℃时的112％，表明随着温度升高，帕尔贴热对EL的贡献增强。传统的GaN LED，间接复合速率将随着工作温度升高而升高，因此IQE将向左下方偏，但是由于量子点几乎无缺陷的本质，IQE完美地向上偏(参见图10)，即特定亮度下的EPE升高。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，QD溶液的QD浓度为15mg/mL。量子点层的厚度为2个单层，且QD溶液为CdSe/CdSeS/ZnS的辛烷溶液，纳晶科技生产，量子点的PL峰值波长为625nm，FWHM为23.5nm。
实施例3
实施例3与实施例2的区别在于，QD溶液的QD浓度为20mg/mL。量子点层的厚度为3个单层。
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于，QD溶液的QD浓度为24mg/mL。量子点层的厚度为4个单层。
图11中，量子点层厚度从4个单层降低到2个单层，工作电压下降0.15V。图12中，具有2个单层厚度的量子点层的QLED器件具有100-10,000cd/m2亮度区间下的最高EPE。
综上，高质量的量子点可为温和条件下激发的上转换EL提供近100％的荧光量子产率，从而TEP-QLED具有近100％的IPE。LEE可以通过光提取技术手段提高。因此可以获得高亮度的TEP-QLED用于照明或者显示。鉴于TEP-QLED在低载流子密度下IQE近100％，未来可能可以实现EL冷却器件，冷却效应从而使得器件中的量子点层和电荷传输层更稳定。
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 (16)

1.一种发光装置，其特征在于，所述发光装置包括至少一个量子点LED，所述量子点LED包括依次叠置的第一电极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和第二电极，所述量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于50％，所述量子点LED的平均光子电压与工作电压的比值大于等于1，所述量子点LED电致发光包括热电辅助的上转换发光。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述工作电压等于所述平均光子电压，所述量子点LED电致发光中50％以上的发光为热电辅助上转换发光。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述量子点层包括红色量子点，所述工作电压为1.86V，所述量子点LED电致发光中90％以上的发光为热电辅助上转换发光。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述量子点层的量子点无内部晶格缺陷，且所述量子点无表面陷阱发光，所述量子点层的量子点呈现荧光非闪烁，且呈现90％以上荧光量子产率。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述量子点层具有1～2个单层量子点的厚度。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述电子传输层包括ZnMgO纳米晶层，所述空穴传输层包括依次设置的PVK层、Poly-TPD层和PEDOT：PSS层；所述第一电极为银电极，所述第二电极为ITO电极。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述量子点层的量子点为CdSe/CdS核壳量子点，或者CdSe/CdSeS/ZnS核壳量子点。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述平均光子电压与工作电压的比值小于2。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述量子点LED的使用温度为-40～50摄氏度，所述量子点LED的外量子效率随着所述使用温度的升高而升高。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述量子点LED的工作电压低于所述平均光子电压0.05～0.2V。
11.根据权利要求1-10任一所述的发光装置，其特征在于，在100cd/m2工作条件下，所述量子点LED的内部能量效率大于等于90％。
12.根据权利要求1-10任一所述的发光装置，其特征在于，所述量子点LED的外部能量转换效率大于等于20％。
13.根据权利要求1-10任一所述的发光装置，其特征在于，所述量子点LED的内部量子效率大于等于90％。
14.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述量子点LED为溶液法制备。
15.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置为照明装置或显示装置，所述量子点LED包括多种发射波段的量子点LED，每种量子点LED的工作电压独立控制，各所述量子点LED的平均光子电压与对应的工作电压的比值大于等于1。
16.一种量子点LED的使用方法，其特征在于，所述量子点LED包括依次叠置的第一电极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和第二电极，所述量子点层的量子点的荧光量子产率大于等于85％，使得各个所述量子点LED的平均光子电压与工作电压的比值大于等于1，所述量子点LED电致发光包括热电辅助的上转换发光。
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