CN210272429U - 一种量子点电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种量子点电致发光器件，包括依次层叠的透明衬底，阴极、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层及金属阳极，所述阴极为透明的氮化镓材料。针对现有的量子点材料电致发光器件存在的能级不匹配问题，采用了透明的氮化镓材料作为电致发光器件的阴极及电子注入层，结合氮化镓材料的高的电子迁移率及其与量子点材料的LUMO能级匹配的表面功函数，有利于降低量子点器件的启亮电压，提升其电致发光效率与工作寿命，推动量子点材料在下一代显示和照明领域的应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及宽禁带半导体光电器件领域，具体涉及一种量子点电致发光器件及其制备方法。
背景技术
目前主流的固态照明方法是用蓝光的LED芯片与传统的黄色钇铝石榴石(yttriumaluminum garnet,YAG:Ce)荧光粉组合而获得白光LED。这种黄色荧光粉的发射光谱主要含有黄绿光，其红光成分相对不足，这就造成了此类白光LED的显色指数较低(一般不大于80)，甚至不及传统的白炽灯等光源。而稀土荧光粉的颗粒一般较大(微米量级)存在严重的光散射问题，易造成白光LED的效率降低，另外其制备条件也相对苛刻，一般需要高温。因此，要获得高显色性的、高效率的白光LED必须要具备性能优异的发光材料。量子点作为发光材料，相较于传统的荧光粉而言，具有颗粒尺寸小、发光峰位可调、色彩饱和度高、量子产率高等诸多优点，有望成为下一代显示和照明的主导者。
量子点发光二极管(quantum dot light emitting diodes,QLED)电致发光器件主要有两种。一种是直接载流子注入复合，电子和空穴分别经过电子传输层和空穴传输层直接注入到量子点发光层，在量子点发光层中通过辐射复合发光；另一种是
共振能量转移((
resonance energy transfer,FRET)或者二者共同的作用。跨越量子点发光层的电子输运到空穴传输层(Hole Transfer Layer，HTL)，和其中的空穴作用形成激子。同时，跨越量子点发光层的空穴也输运到电子传输层(Electron Transfer Layer，ETL)，和其中的电子作用形成激子，再经过FRET能量转移传递给量子点，进而又重新在量子点发光层形成电子-空穴对，再通过辐射复合发光。这两种过程既能独立存在又能共同作用实现量子点的电致发光。然而，由于电致发光的量子点材料的未占有电子的最低能级(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)一般在-3.9eV左右，而ITO的功函数在-4.7eV，两者能级不匹配往往阻碍载流子的注入而影响发光性能。而氮化镓材料的表面功函数在-3.9eV，与量子点材料的能级匹配，非常适合电子的注入与传输，有利于降低量子点器件的启亮电压，提升其电致发光效率与工作寿命，推动量子点材料在下一代显示和照明领域的应用。
实用新型内容
本实用新型创新性地提出了一种新型的量子点电致发光器件。本实用新型提出的利用氮化镓材料的高电子迁移率与合适的表面功函数，从而解决目前量子点材料电致发光器件因能级不匹配而造成的高启亮电压与电致发光效率较低的问题。
此量子点电致发光器件包括依次层叠的透明衬底，阴极、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层及金属阳极，所述阴极为透明的氮化镓材料层。
优选地，所述氮化镓材料包括非掺杂、掺杂的N型氮化镓单晶层或多层，其中掺杂的原子包括Si，Ge。
优选次，所述量子点电致发光器件还包括在阴极层和量子点发光层之间依次层叠的电子注入层和电子传输层，其中所述氮化镓材料既为阴极又为电子注入层。
优选地，所述透明衬底包括蓝宝石衬底、氮化镓自支撑衬底或者两者的结合。
优选地，所述量子点发光层的厚度为(30±10)nm。
优选地，所述量子点发光层包括红光、绿光、蓝光量子点，可以包括不同结构，不同元素，不同直径大小。
优选地，所述空穴传输层的厚度为(20±10)nm。
优选地，所述空穴注入层(如PEDOT:PSS)的厚度为5-40nm。
优选地，所述空穴传输层的材料包括芳香族化合物、咔唑类化合物或有机金属配合物；
优选地，所述空穴传输层的材料包括聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)(TFB)和聚乙烯咔唑(PVK)。
优选地，所述空穴注入层的材料包括以碳或硅做主链的共轭或非共轭高电导体系构成的薄膜(如PEDOT:PSS)或无机氧化物。
优选地，所述空穴注入层包括聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚对苯乙炔。
优选地，所述金属阳极的厚度为(200±100)nm。
优选地，所述金属阳极的材料包括Al、Au或Ag中的任意一种或至少两种以上金属的合金。
本实用新型的量子点电致发光器件可以通过如下步骤制得：
(1)提供透明衬底；
(2)在步骤(1)中的所述衬底上生长一层氮化镓单晶层作为阴极/电子注入层；
(3)分别用洗液、去离子水、异丙醇超声清洗各10min(请核实确认，是三种液体各清洗10分钟还是总共清洗10分钟)，清洗表面污染物，高压氮气吹干后，采用氧气等离子对其进行表面修饰，然后在氮气手套箱内旋涂量子点材料，得量子点发光层；
(4)在步骤(3)所述的量子点发光层上通过溶液加工工艺依次旋涂空穴传输层和空穴注入层；
(5)放入真空蒸镀腔室，在真空度低于3×10-4Pa条件下蒸镀金属阳极；
其中，量子点材料、空穴传输层的材料和空穴注入层的材料的溶剂包括甲苯、二甲苯、氯苯中的任意一种或其任意一种与高沸点醚类共混的复合溶剂。
优选地，在步骤(3)所述的量子点发光层上通过真空蒸镀工艺，在真空度低于3×10-4Pa条件下依次形成空穴传输层和空穴注入层。
优选地，可通过研磨抛光处理工艺提高所述衬底的透光性的方法。
与现有技术相比，本实用新型的优点和效果：本实用新型提出了一种新型量子点电致发光器件。该器件结构能利用氮化镓材料的高电子迁移率及与量子点材料的LUMO能级匹配的表面功函数，能有效降低量子点器件的启亮电压，提升其电致发光效率与工作寿命，推动量子点材料在下一代显示和照明领域的应用。
附图说明
图1为本实用新型的实施例一与实施例二所示的基于氮化镓衬底的量子点电致发光器件结构示意图。
图2为本实用新型的实施例一所示的结构制备的红光量子点制备的电致发光器件照片及红光光谱图像。
图中，11：蓝宝石衬底；12：氮化镓阴极/电子注入层；13：量子点发光层；14：空穴传输层；15：空穴注入层；16：金属电极。
具体实施方式
实施列一
选用图1所示的器件结构，采用双抛的透明蓝宝石作为衬底，在蓝宝石衬底11上面生长一层氮化镓单晶层作为阴极/电子注入层12，分别用洗液(如洗洁精)、去离子水、异丙醇超声清洗各10min，清洗表面污染物，高压氮气吹干后，采用氧气等离子对其进行表面修饰，然后在氮气手套箱内旋涂红光量子点材料制备量子点发光层13，厚度为30nm，所用溶剂是二甲苯，再在红光量子点发光层13表面旋涂空穴传输层14，所用材料为TFB，旋涂速度为2000转每秒，时间为1分钟，厚度为(20±10)nm，旋涂空穴注入层15，所用材料为PEDOT:PSS,旋涂速度为2000转每秒，时间为1分钟，厚度为(40±10)nm，在高真空蒸镀仓中，真空度低于3×10-4Pa的条件下蒸镀金属阳极铝16，厚度为(200±100)nm，最后用环氧树脂粘贴玻璃封装片并进行紫外固化封装。
采用该工艺制备的QLED，除了金属电极外，其他功能层均采用低成本的溶液法制备，具有结构简单，成本低等优点。器件的启亮电压低，器件在电压为2伏时启亮。
实施列二
选用图1所示的器件结构，采用双抛的透明蓝宝石作为衬底，在蓝宝石衬底11上面生长一层氮化镓单晶层作为阴极/电子注入层12，分别用洗液、去离子水、异丙醇超声清洗各10min，清洗表面污染物，高压氮气吹干后，采用氧气等离子对其进行表面修饰，然后在氮气手套箱内旋涂红光量子点材料制备量子点发光层13，厚度为30nm，所用溶剂是二甲苯，然后放入真空蒸镀腔室，在真空度低于3×10-4Pa以下时依次蒸镀空穴传输层14,所用材料为N,N′-二苯基-N,N′-(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺(NPB)，厚度为(20±10)nm，空穴注入层15，所用材料为氧化钼，厚度为5nm，金属阳极Al16，厚度为(200±10)nm，最后用环氧树脂粘贴玻璃封装片并进行紫外固化封装。
采用该工艺制备的QLED，除了量子点材料采用旋涂工艺制备外，其他功能层均采用真空蒸镀工艺制备，器件的启亮电压低，器件在电压为2伏时启亮。
上述列举了本实用新型的实例方式，但本实用新型的上述实施方案都只能认为是对本实用新型的说明而不能限制本实用新型。因此，只要通过涉及以宽禁带半导体材料作为透明阴极与电子注入层，采用量子点材料作为发光层的电致发光器件及其制备工艺技术，都应认为属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种量子点电致发光器件，其特征在于，包括依次层叠的透明衬底，阴极、量子点发光层、空穴传输层、空穴注入层及金属阳极，所述阴极为透明的氮化镓材料，所述氮化镓材料包括非掺杂或掺杂的N型氮化镓单晶层或多层，所掺杂的原子包括Si，Ge。
2.根据权利要求1项所述的量子点电致发光器件，其特征在于，还包括在阴极层和量子点发光层之间依次层叠的电子注入层和电子传输层，其中所述氮化镓材料既作为阴极又为电子注入层。
3.根据权利要求1或2所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述透明衬底为蓝宝石衬底、氮化镓自支撑衬底或者两者的结合。
4.根据权利要求1或2所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述量子点发光层的厚度为(30 ± 10) nm；所述量子点发光层包括红光、绿光、蓝光量子点。
5.根据权利要求1或2所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述空穴传输层的厚度为(20 ±10) nm；
所述空穴注入层的厚度为5-40 nm;
所述空穴传输层的材料为芳香族化合物、咔唑类化合物或有机金属配合物；
所述空穴注入层的材料为以碳或硅做主链的共轭或非共轭高电导体系构成的薄膜或无机氧化物。
6.根据权利要求1或2所述的量子点电致发光器件，其特征在于，所述金属阳极的厚度为200 ± 100 nm；所述金属阳极的材料包括Al、Au或Ag中的任意一种或至少两种以上金属的合金。
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| CN201920523781.0U CN210272429U (zh) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | 一种量子点电致发光器件 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110416424A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-11-05 | 华南理工大学 | 一种量子点电致发光器件及其制备方法 |
| WO2021232502A1 (zh) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | 显示面板及显示面板的制备方法 |
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2019
- 2019-04-17 CN CN201920523781.0U patent/CN210272429U/zh active Active
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