CN115701229A - 发光二极管器件及其制备方法、发光基板、发光装置 - Google Patents

发光二极管器件及其制备方法、发光基板、发光装置 Download PDF

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CN115701229A CN202110876286.XA CN202110876286A CN115701229A CN 115701229 A CN115701229 A CN 115701229A CN 202110876286 A CN202110876286 A CN 202110876286A CN 115701229 A CN115701229 A CN 115701229A
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Abstract

本公开提供了一种发光二极管器件及其制备方法、发光基板、发光装置，其中，发光二极管器件，包括：层叠设置的阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层；其中，载流子平衡层的空穴迁移率大于电子迁移率，载流子平衡层的LUMO能级比电子传输层的LUMO能级浅，载流子平衡层的HOMO能级比发光层的HOMO能级浅。本公开技术方案可以提高器件的可靠性和寿命，同时还可以增大空穴与电子的复合区域，拓宽发光区域，提高器件发光效率。

Description

发光二极管器件及其制备方法、发光基板、发光装置
技术领域
本公开涉及光电技术领域，特别是涉及一种发光二极管器件及其制备方法、发光基板、发光装置。
背景技术
量子点(Quantum dots,QDs)具有荧光量子产率高，发光光谱窄，发光光谱可调等优点，在显示等领域具有广阔的应用前景。尤其是QDs可采用印刷技术制备低成本、大面积的自发光型量子点发光二极管(Quantum dot light-emitting diode,QLED)，有望发展成为下一代照明和显示应用的主流技术之一。
发明内容
本公开提供一种发光二极管器件及其制备方法、发光基板、发光装置，以提高器件性能和可靠性。
本公开提供了一种发光二极管器件，包括：
层叠设置的阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层；
其中，所述载流子平衡层的空穴迁移率大于电子迁移率，所述载流子平衡层的LUMO能级比所述电子传输层的LUMO能级浅，所述载流子平衡层的HOMO能级比所述发光层的HOMO能级浅。
在一种可选的实现方式中，所述载流子平衡层的HOMO能级比所述电子传输层的HOMO能级浅。
在一种可选的实现方式中，所述载流子平衡层的LUMO能级与所述电子传输层的LUMO能级之差大于或等于0.6eV，且小于或等于1.5eV。
在一种可选的实现方式中，所述载流子平衡层的电子迁移率比所述电子传输层的电子迁移率小2个数量级以上。
在一种可选的实现方式中，还包括设置在所述阳极层与所述发光层之间的空穴传输层，所述空穴传输层的空穴迁移率比所述载流子平衡层的空穴迁移率大1个数量级或者小1个数量级。
在一种可选的实现方式中，所述载流子平衡层的LUMO能级的绝对值大于或等于2.35eV，所述载流子平衡层的HOMO能级的绝对值小于或等于6.3eV。
在一种可选的实现方式中，所述载流子平衡层的材料包括第一化合物，所述第一化合物选自以下第一通式所示的化合物：
Figure BDA0003190433240000021
其中，L(n)表示增溶基团；n表示所述增溶基团的数量，n大于或等于2；Ar1、Ar2和Ar3相同或不同，其中至少一个选自第二通式所示的化合物，其余选自第三通式所示的化合物；
所述第二通式为：
Figure BDA0003190433240000022
其中，A选自氮或碳；
所述第三通式为以下通式中的任一种：
Figure BDA0003190433240000023
Figure BDA0003190433240000031
其中，X选自N、C、O或S；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，分别独立地选自具有1至30个碳原子的取代的烷基、具有1至30个碳原子的未取代的烷基、具有1至30个碳原子的取代的烷氧基、具有1至30个碳原子的未取代的烷氧基、具有6至40个碳原子的芳基、具有6至40个碳原子的芳氧基和具有7至40个碳原子的芳烷基中的任一种。
在一种可选的实现方式中，所述增溶基团选自具有2至40个碳原子的直链烷基、具有2至40个碳原子的支链烷基、具有2至40个碳原子的环状烷基、具有2至40个碳原子的直链烷氧基、具有2至40个碳原子的支链烷氧基和具有2至40个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
在一种可选的实现方式中，所述第一化合物的分子量小于或等于5000g/mol。
在一种可选的实现方式中，所述第一化合物的分子量小于或等于4000g/mol。
在一种可选的实现方式中，所述载流子平衡层的厚度大于或等于2微米，且小于或等于40微米。
在一种可选的实现方式中，所述载流子平衡层的厚度大于或等于5微米，且小于或等于25微米。
在一种可选的实现方式中，所述发光层为量子点发光层。
本公开提供了一种发光基板，包括：
衬底，以及多个设置在所述衬底一侧的如任一实施例所述的发光二极管器件，所述阳极层或者所述阴极层靠近所述衬底设置。
本公开提供了一种发光装置，包括如任一实施例所述的发光基板。
本公开提供了一种发光二极管器件的制备方法，所述制备方法包括：
依次形成阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层；或者，依次形成阴极层、电子传输层、载流子平衡层、发光层和阳极层；
其中，所述载流子平衡层的空穴迁移率大于电子迁移率，所述载流子平衡层的LUMO能级比所述电子传输层的LUMO能级浅，所述载流子平衡层的HOMO能级比所述发光层的HOMO能级浅。
在一种可选的实现方式中，所述依次形成阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层的步骤，包括：
依次形成所述阳极层和所述发光层；
在所述发光层背离所述阳极层的一侧旋涂第一化合物溶液，并对所述第一化合物溶液进行烘干处理，形成所述载流子平衡层；
在所述载流子平衡层背离所述阳极层的一侧依次形成所述电子传输层和所述阴极层；
所述依次形成阴极层、电子传输层、载流子平衡层、发光层和阳极层的步骤，包括：
依次形成所述阴极层和所述电子传输层；
在所述电子传输层背离所述阴极层的一侧旋涂第一化合物溶液，并对所述第一化合物溶液进行烘干处理，形成所述载流子平衡层；
在所述载流子平衡层背离所述阴极层的一侧依次形成所述发光层和所述阳极层；
其中，所述第一化合物选自以下第一通式所示的化合物：
Figure BDA0003190433240000041
其中，L(n)表示增溶基团；n表示所述增溶基团的数量，n大于或等于2；Ar1、Ar2和Ar3相同或不同，其中至少一个选自第二通式所示的化合物，其余选自第三通式所示的化合物；
所述第二通式为：
Figure BDA0003190433240000051
其中，A选自氮或碳；
所述第三通式为以下通式中的任一种：
Figure BDA0003190433240000052
其中，X选自N、C、O或S；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，分别独立地选自具有1至30个碳原子的取代的烷基、具有1至30个碳原子的未取代的烷基、具有1至30个碳原子的取代的烷氧基、具有1至30个碳原子的未取代的烷氧基、具有6至40个碳原子的芳基、具有6至40个碳原子的芳氧基和具有7至40个碳原子的芳烷基中的任一种。
在一种可选的实现方式中，所述依次形成所述阳极层和所述发光层的步骤，包括：
形成所述阳极层；
在所述阳极层的一侧形成空穴传输层；
在所述空穴传输层背离所述阳极层的一侧形成所述发光层；
所述在所述载流子平衡层背离所述阴极层的一侧依次形成所述发光层和所述阳极层的步骤，包括：
在所述载流子平衡层背离所述阴极层的一侧形成所述发光层；
在所述发光层背离所述载流子平衡层的一侧形成空穴传输层；
在所述空穴传输层背离所述载流子平衡层的一侧形成所述阳极层；
其中，所述空穴传输层的空穴迁移率比所述载流子平衡层的空穴迁移率大1个数量级或者小1个数量级。
现有技术相比，本公开包括以下优点：
本公开技术方案，由于载流子平衡层的LUMO能级比发光层的LUMO能级浅，因此在电子传输层和发光层之间形成阻碍电子传输的势垒，从而可以降低电子从电子传输层至发光层的传输速度，使电子从电子传输层至发光层的传输速度与空穴从阳极层至发光层的传输速度接近，一方面可以降低未发生复合的电子即过剩电子的数量，避免过剩电子堆积在发光层靠近阳极层一侧的表面，因此可以提高阳极层与发光层之间膜层(如空穴传输层等)的特性稳定性，提高器件的可靠性和寿命；另一方面，由于电子从电子传输层至发光层的传输速度降低，使得部分电子堆积在载流子平衡层与发光层的界面以及载流子平衡层的内部，并且由于载流子平衡层的空穴迁移率大于电子迁移率，载流子平衡层的HOMO能级比发光层的HOMO能级浅，这些因素都可以促使空穴向载流子平衡层迁移，使空穴和电子在载流子平衡层的内部以及载流子平衡层与发光层的界面处发生复合，从而可以增大空穴与电子的复合区域，拓宽发光区域，提高器件发光效率。
上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本公开的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。需要说明的是，附图中的比例仅作为示意并不代表实际比例。
图1示意性地示出了本公开提供的一种发光二极管器件的剖面结构示意图；
图2示意性地示出了本公开提供的一种发光二极管器件的能级结构示意图；
图3示意性地示出了相关技术中一种发光基板的多层膜表面；
图4示意性地示出了本公开提供的一种发光基板的多层膜表面；
图5示意性地示出了本公开提供的一种发光基板的剖面结构示意图；
图6示意性地示出了本公开提供的另一种发光基板的剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本公开一实施例提供了一种发光二极管器件，参照图1示意性地示出了本实施例提供的一种发光二极管器件的剖面结构示意图。如图1所示，该发光二极管器件包括：层叠设置的阳极层11、发光层12、载流子平衡层13、电子传输层14和阴极层15。
其中，载流子平衡层13的空穴迁移率大于电子迁移率。
参照图2示意性地示出了本实施例提供的一种发光二极管器件的能级结构示意图。如图2所示，载流子平衡层13的LUMO能级比电子传输层14的LUMO能级浅，载流子平衡层13的HOMO能级比发光层12的HOMO能级浅。
其中，载流子平衡层13的LUMO能级比电子传输层14的LUMO能级浅，指的是载流子平衡层13的LUMO能级高于电子传输层14的LUMO能级。由于载流子平衡层13的LUMO能级与电子传输层14的LUMO能级都是负值，因此载流子平衡层13的LUMO能级绝对值小于电子传输层14的LUMO能级绝对值。
其中，载流子平衡层13的HOMO能级比发光层12的HOMO能级浅，指的是载流子平衡层13的HOMO能级高于发光层12的HOMO能级。由于载流子平衡层13的HOMO能级与发光层12的HOMO能级都是负值，因此载流子平衡层13的HOMO能级绝对值小于发光层12的HOMO能级绝对值。
由于载流子平衡层13的LUMO能级比发光层12的LUMO能级浅，因此在电子传输层14和发光层12之间形成阻碍电子传输的势垒，从而可以降低电子从电子传输层14至发光层12的传输速度，使电子从电子传输层14至发光层12的传输速度与空穴从阳极层11至发光层12的传输速度接近，一方面可以降低未发生复合的电子即过剩电子的数量，避免过剩电子堆积在发光层12靠近阳极层11一侧的表面，因此可以提高阳极层11与发光层12之间膜层(如空穴传输层16等)的特性稳定性，提高器件的可靠性和寿命，这种情况下，载流子平衡层13起到调控载流子平衡的作用；另一方面，由于电子从电子传输层14至发光层12的传输速度降低，使得部分电子堆积在载流子平衡层13与发光层12的界面以及载流子平衡层13的内部，并且由于载流子平衡层13的空穴迁移率大于电子迁移率，载流子平衡层13的HOMO能级比发光层12的HOMO能级浅，这些因素都可以促使空穴向载流子平衡层13迁移，使空穴和电子在载流子平衡层13的内部以及载流子平衡层13与发光层12的界面处都可以发生复合，从而可以增大空穴与电子的复合区域，拓宽发光区域，提高器件发光效率。
本实施例提供的发光二极管器件，通过在发光层12和电子传输层14之间设置载流子平衡层13，并且载流子平衡层13的空穴迁移率大于电子迁移率，载流子平衡层13的LUMO能级比电子传输层14的LUMO能级浅，载流子平衡层13的HOMO能级比发光层12的HOMO能级浅，可以降低电子从电子传输层14至发光层12的传输速度，提高器件的发光效率、可靠性和寿命。
另外，在制备发光二极管器件的过程中，发光层12和电子传输层14的制备材料都是将纳米粒子分散在溶剂中，在成膜去除溶剂之后，膜层表面张力较大，在多层膜叠加时，如将电子传输层14直接覆盖在发光层12之上或者将发光层12直接覆盖在电子传输层14之上时，容易出现表面不均的问题(如图3所示)，工艺稳定性较差，因此对溶剂体系的材料和工艺要求较高。
本实施例中，通过在发光层12和电子传输层14之间设置载流子平衡层13，该载流子平衡层13起到平坦化发光层12或电子传输层14表面的作用，因此，可以缓解发光层12或电子传输层14的表面张力，提升表面均一性(如图4所示)，提升工艺稳定性，增大溶剂材料的选择范围，降低工艺精度要求。
在一种可选的实现方式中，载流子平衡层13的HOMO能级可以比电子传输层14的HOMO能级浅。具体地，载流子平衡层13的HOMO能级高于电子传输层14的HOMO能级。这样，可以对空穴形成迁移势垒，阻止空穴向电子传输层14传输，提高器件的发光效率。
在一种可选的实现方式中，载流子平衡层13的LUMO能级与电子传输层14的LUMO能级之差可以大于或等于0.6eV，且小于或等于1.5eV。本实现方式中，在电子传输层14与发光层12之间形成的阻碍电子的传输势垒高度大于或等于0.6eV，且小于或等于1.5eV。这样，既可以确保形成在发光层12和电子传输层14之间的传输势垒能够有效地阻碍电子的传输，降低电子的传输速度；又可以确保电子能够跨越该传输势垒从电子传输层14传输至发光层12，防止该传输势垒过高而导致电子无法跨越。
在一种可选的实现方式中，载流子平衡层13的LUMO能级的绝对值可以大于或等于2.35eV。由于载流子平衡层13的LUMO能级为负值，本实现方式中，载流子平衡层13的LUMO能级可以小于或等于-2.35eV。在具体实现中，载流子平衡层13的LUMO能级的具体数值可以根据电子传输层14的LUMO能级等因素确定，本实施例对此不作限定。
在一种可选的实现方式中，载流子平衡层13的HOMO能级的绝对值可以小于或等于6.3eV。由于载流子平衡层13的HOMO能级为负值，本实现方式中，载流子平衡层13的HOMO能级可以大于或等于-6.3eV。在具体实现中，载流子平衡层13的HOMO能级的具体数值可以根据发光层12的HOMO能级以及电子传输层14的HOMO能级等因素确定，本实施例对此不作限定。
参照图1，上述的发光二极管器件还可以包括设置在阳极层11与发光层12之间的空穴传输层16。空穴传输层16主要用于传输空穴，可以选用聚合物材料，例如PVK、TFB等，也可选用分子量不高于4000的有机小分子材料，空穴传输层16的空穴迁移率一般不低于10- 6cm2/Vs。
相关技术中，为了避免出现过剩电子，通常电子传输层14采用电子迁移率较低的材料，空穴传输层16采用空穴迁移率较高的材料，导致电子传输层14和空穴传输层16的材料选择范围大大减小。本实施例中，由于载流子平衡层13的设置可以降低电子从电子传输层14至发光层12的传输速度，缩小电子的传输速度与空穴的传输速度之间的差距，因此可以增大电子传输层14以及空穴传输层16等膜层的材料选择范围。
在一种可选的实现方式中，发光层12可以为量子点发光层，本实施例对此不作限定。这样，发光二极管器件可以具有荧光量子产率高，发光光谱窄，发光光谱可调等优点。量子点发光层主要的功能是在量子点上激子复合进行发光，量子点可以选择Ⅱ-Ⅵ族、钙钛矿、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ、硅系量子点或者碳量子点等。
在具体实现中，阳极层11的材料可以为具有高功函数的材料。当本实施例提供的发光二极管器件用于发光基板时，可以设置阳极层11靠近发光基板的衬底设置，若该发光基板为底发射结构，则阳极层11可以采用透明氧化物材料如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，IZO)等，厚度可以大于或等于80纳米，且小于或等于200纳米；若该发光基板为顶发射结构，则阳极层11可以采用透明氧化物材料以及金属层如Ag等的复合结构制备，如Ag/ITO或Ag/IZO等。其中，金属层Ag的厚度可以大于或等于80纳米且小于或等于100纳米,金属氧化物厚度可以大于或等于5纳米且小于或等于10纳米。在顶发射结构中，阳极层11在可见光波段的平均反射率可以大于或等于85％，且小于或等于95％。需要说明的是，当本实施例提供的发光二极管器件用于发光基板时，还可以设置阴极层15靠近发光基板的衬底设置，在这种结构中阳极层11的材料可以根据实际需求进行选择，本实施例对此不作限定。
电子传输层14主要负责电子的传输，可以选择ZnO、ZnMgO等金属氧化物，也可以选用分子结构中包含蒽类、三嗪等吸电子基团的蒸镀型材料，该电子传输层14的电子迁移率可以大于或等于10-4cm2/Vs。
如图1所示，上述的发光二极管器件还可以包括设置在阳极层11和空穴传输层16之间的空穴注入层17。空穴注入层17的主要作用为降低空穴注入势垒，提高空穴注入效率，可以选用如PSS:PEDOT，NiOx等材料制备；也可采用对空穴传输材料进行p型掺杂的方式制备得到。
上述的发光二极管器件还可以包括设置在空穴传输层16与发光层12之间的电子阻挡层，电子阻挡层起到阻挡电子向空穴传输层16迁移的作用。
上述的发光二极管器件还可以包括设置在载流子平衡层13与电子传输层14之间的空穴阻挡层，空穴阻挡层起到阻挡空穴向电子传输层14迁移的作用。
在一种可选的实现方式中，载流子平衡层13的电子迁移率比电子传输层14的电子迁移率小2个数量级以上。具体地，载流子平衡层13的电子迁移率至少比电子传输层14的电子迁移率低2个数量级以上。例如，载流子平衡层13的电子迁移率的数量级为10-6，电子传输层14的电子迁移率的数量级可以位10-4或10-3等。本实现方式可以进一步降低电子从电子传输层14向发光层12的传输速度，进一步降低发光层12靠近阳极层11一侧表面的过剩电子堆积，提高器件的稳定性、可靠性和器件性能。
在一种可选的实现方式中，空穴传输层16的空穴迁移率可以比载流子平衡层13的空穴迁移率大1个数量级或者小1个数量级。具体地，载流子平衡层13的空穴迁移率与空穴传输层16的空穴迁移率的数量级差值可以在1个数量级以内。
在一种可选的实现方式中，载流子平衡层13的厚度可以大于或等于2微米，且小于或等于40微米。进一步地，载流子平衡层13的厚度可以大于或等于5微米，且小于或等于25微米。通过选取合适的厚度，一方面，可以有效降低电子的传输速度，另一方面确保电子能够穿过载流子平衡层13进入发光层12内。在具体实现中，载流子平衡层13的厚度可以根据实际需求确定，本实施例对此不作限定。
在一种可选的实现方式中，载流子平衡层13的材料可以包括第一化合物，第一化合物选自以下第一通式所示的化合物：
Figure BDA0003190433240000121
其中，L表示增溶基团。
在具体实现中，增溶基团可以选自具有2至40个碳原子的直链烷基、具有2至40个碳原子的支链烷基、具有2至40个碳原子的环状烷基、具有2至40个碳原子的直链烷氧基、具有2至40个碳原子的支链烷氧基和具有2至40个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
进一步地，增溶基团可以选自具有2至30个碳原子的直链烷基、具有2至30个碳原子的支链烷基、具有2至30个碳原子的环状烷基、具有2至30个碳原子的直链烷氧基、具有2至30个碳原子的支链烷氧基和具有2至30个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
更进一步地，增溶基团可以选自具有2至20个碳原子的直链烷基、具有2至20个碳原子的支链烷基、具有2至20个碳原子的环状烷基、具有2至20个碳原子的直链烷氧基、具有2至20个碳原子的支链烷氧基和具有2至20个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
更进一步地，增溶基团可以选自具有2至15个碳原子的直链烷基、具有2至15个碳原子的支链烷基、具有2至15个碳原子的环状烷基、具有2至15个碳原子的直链烷氧基、具有2至15个碳原子的支链烷氧基和具有2至15个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
更进一步地，增溶基团可以选自具有3至15个碳原子的直链烷基、具有3至15个碳原子的支链烷基、具有3至15个碳原子的环状烷基、具有3至15个碳原子的直链烷氧基、具有3至15个碳原子的支链烷氧基和具有3至15个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
其中，增溶基团L可以直接键合在Ar1、Ar2和Ar3中的任意位置。
n表示增溶基团的数量。在具体实现中，n可以大于或等于2。即第一化合物至少包含两个增溶基团。
Ar1、Ar2和Ar3可以相同或不同，其中至少一个选自第二通式所示的化合物，其余选自第三通式所示的化合物。即Ar1、Ar2和Ar3中的至少一个选自第二通式所示的化合物，其余选自第三通式所示的化合物。
本实现方式中，第二通式可以为：
Figure BDA0003190433240000131
其中，A选自氮或碳。
第三通式可以为以下通式中的任一种：
Figure BDA0003190433240000132
Figure BDA0003190433240000141
其中，X选自氮、碳、氧或硫。
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8可以相同或不同，分别独立地选自具有1至30个碳原子的取代的烷基、具有1至30个碳原子的未取代的烷基、具有1至30个碳原子的取代的烷氧基、具有1至30个碳原子的未取代的烷氧基、具有6至40个碳原子的芳基、具有6至40个碳原子的芳氧基和具有7至40个碳原子的芳烷基中的任一种。
在一种可选的实现方式中，第一化合物的分子量可以小于或等于5000g/mol。进一步地，第一化合物的分子量可以小于或等于4000g/mol。
下面对几种具体结构的发光二极管器件的器件性能进行对比。
结构1：发光二极管器件包括层叠设置的阳极层11、空穴注入层17、空穴传输层16、量子点发光层12、载流子平衡层13、电子传输层14以及阴极层15。其中，阳极层11的材料为ITO，厚度大于或等于40纳米且小于或等于45纳米。空穴注入层17的厚度大于或等于35纳米且小于或等于40纳米。空穴传输层16的厚度大于或等于35纳米且小于或等于40纳米。发光层12的厚度大于或等于10纳米且小于或等于20纳米。载流子平衡层13的厚度为5纳米。电子传输层14的厚度大于或等于30纳米且小于或等于60纳米。阴极层15的材料为金属铝，厚度为100纳米。
在具体实现中，空穴注入层17可以采用PEDOT溶液制备。空穴传输层16可以采用PVK溶液制备。量子点发光层12可以采用CdSe红光量子点溶液制备，量子点发光层12的材料参数如表1中的EML材料所示。载流子平衡层13可以采用A1溶液制备，载流子平衡层13的材料参数如表1中的化合物A1材料所示。电子传输层14采用ZnO溶液制备，电子传输层14的材料参数如表1中的ETL材料所示。可选地，具体制备流程如下：
将清洗后的载有阳极层11的玻璃基板进行紫外臭氧清洗机处理15min，转移至充满氮气保护的手套箱内，旋涂PEDOT溶液，转速3000rpm，旋涂时长40s，在130℃下烘烤20min，放置到室温之后，形成空穴注入层17；之后在空穴注入层17上旋涂预混合的PVK溶液，转速3000rpm，旋涂时长40s，在130℃下烘烤20min，形成空穴传输层16；之后在空穴传输层16上旋涂CdSe红光量子点溶液，转速4000rpm，旋涂时长40s，100℃下退火10min，形成量子点发光层12；之后在量子点发光层12上旋涂A1溶液，转速3000rpm，旋涂时长40s，在130℃下烘烤20min，形成载流子平衡层13；之后在载流子平衡层13上旋涂ZnO溶液，转速3000rpm，40s，在100℃下烘烤10min，形成电子传输层14；之后在电子传输层14上蒸镀铝作为阴极。上述制备过程制备得到的发光二极管器件的阳极层靠近玻璃基板，该发光二极管器件的结构为正置结构，如图1所示。
在具体实现中，还可以在玻璃基板上依次形成阴极层15、电子传输层14、载流子平衡层13、发光层12、空穴传输层16、空穴注入层17和阳极层11，各层的制备工艺可以参照上述的工艺参数，这里不再赘述，最终制备得到阴极层15靠近玻璃基板的发光二极管器件，该发光二极管器件的结构为倒置结构。本实施例对发光二极管器件的正置或倒置结构不作具体限定。
结构2：载流子平衡层13的厚度为15纳米。其它与结构1相同。
结构3：载流子平衡层13的厚度为30纳米。其它与结构1相同。
结构4：载流子平衡层13的厚度为15纳米。载流子平衡层13的材料参数如表1中的A2材料所示。其它与结构1相同。
对比结构1：在结构1的基础上去除了载流子平衡层13，其它与结构1相同。
对比结构2：在发光层12与电子传输层14之间设置功能层，材料为PVK，厚度为20nm，其它与结构1相同。功能层的材料参数如表1中的PVK材料所示，PVK材料的通式如下：
Figure BDA0003190433240000161
表1
Figure BDA0003190433240000162
在表1中，PVK为空穴型材料，因此仅示出了空穴迁移率。电子传输层14的材料ETL为电子型材料，因此仅示出了电子迁移率。载流子平衡层13的材料如化合物A1或化合物A2都是偏空穴型材料，电子迁移率比空穴迁移率低。需要说明的是，化合物A1或化合物A2都属于第一化合物。
通过对上述几种结构器件的电流-电压-亮度特性进行测试，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003190433240000171
由表2可以看出，与未设置载流子平衡层13的对比结构1相比，设置有载流子平衡层13的结构1至结构4的电流效率明显提升，但电压也稍有上升，这是因为增加载流子平衡层13之后，增加了电子从电子传输层14向发光层12的传输势垒，一定程度上降低了电子的传输速度，缓解了过剩电子在空穴传输层16和发光层12界面的堆积，平衡了发光层12中的载流子，从而可以提升器件性能。
由表1和表2可以看出，对比结构2中，由于PVK具有较浅的LUMO能级，即PVK的LUMO能级(-2.2eV)高于化合物A1的LUMO能级(-2.6eV)以及化合物A2的LUMO能级(-2.5eV)，导致电子传输层14与发光层12之间的传输势垒过大，导致电压严重升高，并且电流效率也远低于结构1至结构4。
结构1至结构3调整了载流子平衡层13的厚度，分别为5纳米、15纳米和30纳米。由表2可以看出，随着载流子平衡层13厚度的增加，电压逐渐上升，电流效率先上升后下降，这是由于在载流子平衡层13厚度增加的初始阶段，电子的传输势垒增大，电子的传输速度降低，发光层12以及载流子平衡层13内均可发生电子和空穴复合，此时可以提高器件的发光效率，然而当发光效率达到某个临界值之后，若继续增大载流子平衡层13厚度，可能导致电子传输势垒过大，导致电子无法传输至发光层内，因此导致电压升高且发光效率降低。
对比结构2和结构4，载流子平衡层13的厚度相同，载流子平衡层13的材料分别为化合物A1和化合物A2，由表2可以看出，结构2具有更小的电压和更高的电流效率。这是由于化合物A1与电子传输层14之间的界面势垒小于化合物A2与电子传输层14之间的界面势垒，并且化合物A1的电子迁移率以及空穴迁移率较高，所以当载流子平衡层13的材料为化合物A1时，可以使发光二极管器件具有更小的电压和更高的电流效率。
本公开一实施例提供了一种发光基板，参照图5和图6，其中，包括：衬底50，以及多个设置在衬底50一侧的如任一实施例所述的发光二极管器件。
其中，发光二极管器件包括层叠设置在衬底50一侧的阳极层11、发光层12、载流子平衡层13、电子传输层14和阴极层15。
在一种可选的实现方式中，参照图5，可以设置阳极层11靠近衬底50设置。如图5所示，在阳极层11和发光层12之间还可以层叠设置有空穴注入层17和空穴传输层16，空穴注入层17靠近阳极层11设置，发光层12设置在空穴传输层16背离阳极层11的一侧。
在另一种可选的实现方式中，参照图6，还可以设置阴极层15靠近衬底50设置。如图6所示，在发光层12和阳极层11之间还可以层叠设置有空穴传输层16和空穴注入层17，空穴传输层16靠近发光层12设置，阳极层11设置在空穴注入层17背离发光层12的一侧。
本实施例提供的发光基板上还可以设置连接各发光二极管器件的驱动电路，驱动电路还可以与控制电路连接，以根据控制电路输入的电信号，驱动各个发光二极管器件发光。该驱动电路可以为有源驱动电路或者无源驱动电路。
在该示例中，该发光基板可以用于照明，即应用于照明装置中；还可以用于显示，即可以应用于发光装置中。
本公开另一实施例还提供了一种发光装置，该发光装置可以包括任一实施例所述的发光基板。
在一些实施例中，该发光装置可以为照明装置。此时，发光装置作为光源，实现照明功能。例如，发光装置可以是液晶显示装置中的背光模组，用于内部或外部照明的灯，或各种信号灯等。
在另一些实施例中，该发光装置可以为显示装置。此时，发光基板为显示基板，用于实现显示图像(即画面)功能。发光装置可以包括显示器或包含显示器的产品。其中，显示器可以是平板显示器(Flat Panel Display，FPD)，微型显示器等。若按照用户能否看到显示器背面的场景划分，显示器可以是透明显示器或不透明显示器。若按照显示器能否弯折或卷曲，显示器可以是柔性显示器或普通显示器(可以称为刚性显示器)。示例的，包含显示器的产品可以包括：计算机显示器、电视、广告牌、具有显示功能的激光打印机、电话、手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、膝上型计算机、数码相机、便携式摄录机、取景器、车辆、大面积墙壁、剧院的屏幕或体育场标牌等。
本公开另一实施例还提供了一种发光二极管器件的制备方法，该制备方法包括：依次形成阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层；或者，依次形成阴极层、电子传输层、载流子平衡层、发光层和阳极层。
其中，载流子平衡层的空穴迁移率大于电子迁移率，载流子平衡层的LUMO能级比电子传输层的LUMO能级浅，载流子平衡层的HOMO能级比发光层的HOMO能级浅。
采用本实施例提供的制备方法，可以制备得到上述任一实施例所述的发光二极管器件。
在一种可选的实现方式中，依次形成阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层的步骤，可以包括：依次形成阳极层和发光层；然后在发光层背离阳极层的一侧旋涂第一化合物溶液，并对第一化合物溶液进行烘干处理，形成载流子平衡层；之后在载流子平衡层背离阳极层的一侧依次形成电子传输层和阴极层。
其中，依次形成阳极层和发光层的步骤，可以包括：首先形成阳极层；然后在阳极层的一侧形成空穴传输层；之后在空穴传输层背离阳极层的一侧形成发光层。其中，空穴传输层的空穴迁移率比载流子平衡层的空穴迁移率大1个数量级或者小1个数量级。
在具体实现中，在阳极层的一侧形成空穴传输层的步骤，可以进一步包括：在阳极层的一侧形成空穴注入层，在空穴注入层背离阳极层的一侧形成空穴传输层。
下面给出一种发光二极管器件的具体制备流程：
将清洗后的载有阳极层11的玻璃基板进行紫外臭氧清洗机处理15min，转移至充满氮气保护的手套箱内，旋涂PEDOT溶液，转速3000rpm，旋涂时长40s，在130℃下烘烤20min，放置到室温之后，形成空穴注入层17；之后在空穴注入层17上旋涂预混合的PVK溶液，转速3000rpm，旋涂时长40s，在130℃下烘烤20min，形成空穴传输层16；之后在空穴传输层16上旋涂CdSe红光量子点溶液，转速4000rpm，旋涂时长40s，100℃下退火10min，形成量子点发光层12；之后在量子点发光层12上旋涂A1溶液，转速3000rpm，旋涂时长40s，在130℃下烘烤20min，形成载流子平衡层13；之后在载流子平衡层13上旋涂ZnO溶液，转速3000rpm，40s，在100℃下烘烤10min，形成电子传输层14；之后在电子传输层14上蒸镀铝作为阴极。采用本实现方式提供的制备方法可以制备得到正置结构的发光二极管器件，如图1所示。
在一种可选的实现方式中，依次形成阴极层、电子传输层、载流子平衡层、发光层和阳极层的步骤，可以包括：依次形成阴极层和电子传输层；在电子传输层背离阴极层的一侧旋涂第一化合物溶液，并对第一化合物溶液进行烘干处理，形成载流子平衡层；在载流子平衡层背离阴极层的一侧依次形成发光层和阳极层。
其中，在载流子平衡层背离阴极层的一侧依次形成发光层和阳极层的步骤，可以包括：在载流子平衡层背离阴极层的一侧形成发光层；在发光层背离载流子平衡层的一侧形成空穴传输层；在空穴传输层背离载流子平衡层的一侧形成阳极层。其中，空穴传输层的空穴迁移率比载流子平衡层的空穴迁移率大1个数量级或者小1个数量级。
在具体实现中，在空穴传输层背离载流子平衡层的一侧形成阳极层的步骤，可以进一步包括：在空穴传输层背离载流子平衡层的一侧形成空穴注入层，在空穴注入层背离载流子平衡层的一侧形成阳极层。
本实现方式中，各层的制备工艺可以参照上一实现方式，这里不再赘述。采用本实现方式提供的制备方法可以制备得到倒置结构的发光二极管器件。
其中，第一化合物可以选自以下第一通式所示的化合物：
Figure BDA0003190433240000211
其中，L表示增溶基团。
在具体实现中，增溶基团可以选自具有2至40个碳原子的直链烷基、具有2至40个碳原子的支链烷基、具有2至40个碳原子的环状烷基、具有2至40个碳原子的直链烷氧基、具有2至40个碳原子的支链烷氧基和具有2至40个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
进一步地，增溶基团可以选自具有2至30个碳原子的直链烷基、具有2至30个碳原子的支链烷基、具有2至30个碳原子的环状烷基、具有2至30个碳原子的直链烷氧基、具有2至30个碳原子的支链烷氧基和具有2至30个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
更进一步地，增溶基团可以选自具有2至20个碳原子的直链烷基、具有2至20个碳原子的支链烷基、具有2至20个碳原子的环状烷基、具有2至20个碳原子的直链烷氧基、具有2至20个碳原子的支链烷氧基和具有2至20个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
更进一步地，增溶基团可以选自具有2至15个碳原子的直链烷基、具有2至15个碳原子的支链烷基、具有2至15个碳原子的环状烷基、具有2至15个碳原子的直链烷氧基、具有2至15个碳原子的支链烷氧基和具有2至15个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
更进一步地，增溶基团可以选自具有3至15个碳原子的直链烷基、具有3至15个碳原子的支链烷基、具有3至15个碳原子的环状烷基、具有3至15个碳原子的直链烷氧基、具有3至15个碳原子的支链烷氧基和具有3至15个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
其中，增溶基团L可以直接键合在Ar1、Ar2和Ar3中的任意位置。
n表示增溶基团的数量。在具体实现中，n可以大于或等于2。即第一化合物至少包含两个增溶基团。
Ar1、Ar2和Ar3可以相同或不同，其中至少一个选自第二通式所示的化合物，其余选自第三通式所示的化合物。本实现方式中，第二通式可以为：
Figure BDA0003190433240000221
其中，A选自氮或碳。
第三通式可以为以下通式中的任一种：
Figure BDA0003190433240000222
Figure BDA0003190433240000231
其中，X选自氮、碳、氧或硫。
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8可以相同或不同，分别独立地选自具有1至30个碳原子的取代的烷基、具有1至30个碳原子的未取代的烷基、具有1至30个碳原子的取代的烷氧基、具有1至30个碳原子的未取代的烷氧基、具有6至40个碳原子的芳基、具有6至40个碳原子的芳氧基和具有7至40个碳原子的芳烷基中的任一种。
第一化合物的分子量可以小于或等于5000g/mol。进一步地，第一化合物的分子量可以小于或等于4000g/mol。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本公开所提供的一种发光二极管器件及其制备方法、发光基板、发光装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
本文中所称的“一个实施例”、“实施例”或者“一个或者多个实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本公开的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种发光二极管器件，其特征在于，包括：
层叠设置的阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层；
其中，所述载流子平衡层的空穴迁移率大于电子迁移率，所述载流子平衡层的LUMO能级比所述电子传输层的LUMO能级浅，所述载流子平衡层的HOMO能级比所述发光层的HOMO能级浅。
2.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述载流子平衡层的HOMO能级比所述电子传输层的HOMO能级浅。
3.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述载流子平衡层的LUMO能级与所述电子传输层的LUMO能级之差大于或等于0.6eV，且小于或等于1.5eV。
4.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述载流子平衡层的电子迁移率比所述电子传输层的电子迁移率小2个数量级以上。
5.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，还包括设置在所述阳极层与所述发光层之间的空穴传输层，所述空穴传输层的空穴迁移率比所述载流子平衡层的空穴迁移率大1个数量级或者小1个数量级。
6.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述载流子平衡层的LUMO能级的绝对值大于或等于2.35eV，所述载流子平衡层的HOMO能级的绝对值小于或等于6.3eV。
7.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述载流子平衡层的材料包括第一化合物，所述第一化合物选自以下第一通式所示的化合物：
Figure FDA0003190433230000011
其中，L(n)表示增溶基团；n表示所述增溶基团的数量，n大于或等于2；Ar1、Ar2和Ar3相同或不同，其中至少一个选自第二通式所示的化合物，其余选自第三通式所示的化合物；
所述第二通式为：
Figure FDA0003190433230000021
其中，A选自氮或碳；
所述第三通式为以下通式中的任一种：
Figure FDA0003190433230000022
其中，X选自N、C、O或S；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，分别独立地选自具有1至30个碳原子的取代的烷基、具有1至30个碳原子的未取代的烷基、具有1至30个碳原子的取代的烷氧基、具有1至30个碳原子的未取代的烷氧基、具有6至40个碳原子的芳基、具有6至40个碳原子的芳氧基和具有7至40个碳原子的芳烷基中的任一种。
8.根据权利要求7所述的发光二极管器件，其特征在于，所述增溶基团选自具有2至40个碳原子的直链烷基、具有2至40个碳原子的支链烷基、具有2至40个碳原子的环状烷基、具有2至40个碳原子的直链烷氧基、具有2至40个碳原子的支链烷氧基和具有2至40个碳原子的环状烷氧基中的任一种。
9.根据权利要求7所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一化合物的分子量小于或等于5000g/mol。
10.根据权利要求9所述的发光二极管器件，其特征在于，所述第一化合物的分子量小于或等于4000g/mol。
11.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述载流子平衡层的厚度大于或等于2微米，且小于或等于40微米。
12.根据权利要求11所述的发光二极管器件，其特征在于，所述载流子平衡层的厚度大于或等于5微米，且小于或等于25微米。
13.根据权利要求1至12任一项所述的发光二极管器件，其特征在于，所述发光层为量子点发光层。
14.一种发光基板，其特征在于，包括：
衬底，以及多个设置在所述衬底一侧的如权利要求1至13任一项所述的发光二极管器件，所述阳极层或者所述阴极层靠近所述衬底设置。
15.一种发光装置，其特征在于，包括如权利要求14所述的发光基板。
16.一种发光二极管器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
依次形成阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层；或者，依次形成阴极层、电子传输层、载流子平衡层、发光层和阳极层；
其中，所述载流子平衡层的空穴迁移率大于电子迁移率，所述载流子平衡层的LUMO能级比所述电子传输层的LUMO能级浅，所述载流子平衡层的HOMO能级比所述发光层的HOMO能级浅。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述依次形成阳极层、发光层、载流子平衡层、电子传输层和阴极层的步骤，包括：
依次形成所述阳极层和所述发光层；
在所述发光层背离所述阳极层的一侧旋涂第一化合物溶液，并对所述第一化合物溶液进行烘干处理，形成所述载流子平衡层；
在所述载流子平衡层背离所述阳极层的一侧依次形成所述电子传输层和所述阴极层；
所述依次形成阴极层、电子传输层、载流子平衡层、发光层和阳极层的步骤，包括：
依次形成所述阴极层和所述电子传输层；
在所述电子传输层背离所述阴极层的一侧旋涂第一化合物溶液，并对所述第一化合物溶液进行烘干处理，形成所述载流子平衡层；
在所述载流子平衡层背离所述阴极层的一侧依次形成所述发光层和所述阳极层；
其中，所述第一化合物选自以下第一通式所示的化合物：
Figure FDA0003190433230000041
其中，L(n)表示增溶基团；n表示所述增溶基团的数量，n大于或等于2；Ar1、Ar2和Ar3相同或不同，其中至少一个选自第二通式所示的化合物，其余选自第三通式所示的化合物；
所述第二通式为：
Figure FDA0003190433230000042
其中，A选自氮或碳；
所述第三通式为以下通式中的任一种：
Figure FDA0003190433230000051
其中，X选自N、C、O或S；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同，分别独立地选自具有1至30个碳原子的取代的烷基、具有1至30个碳原子的未取代的烷基、具有1至30个碳原子的取代的烷氧基、具有1至30个碳原子的未取代的烷氧基、具有6至40个碳原子的芳基、具有6至40个碳原子的芳氧基和具有7至40个碳原子的芳烷基中的任一种。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述依次形成所述阳极层和所述发光层的步骤，包括：
形成所述阳极层；
在所述阳极层的一侧形成空穴传输层；
在所述空穴传输层背离所述阳极层的一侧形成所述发光层；
所述在所述载流子平衡层背离所述阴极层的一侧依次形成所述发光层和所述阳极层的步骤，包括：
在所述载流子平衡层背离所述阴极层的一侧形成所述发光层；
在所述发光层背离所述载流子平衡层的一侧形成空穴传输层；
在所述空穴传输层背离所述载流子平衡层的一侧形成所述阳极层；
其中，所述空穴传输层的空穴迁移率比所述载流子平衡层的空穴迁移率大1个数量级或者小1个数量级。
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