一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件及制备方法与流程

本发明涉及QLED白光器件技术领域，尤其涉及一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件及制备方法。

背景技术：

量子点发光二极管具有色纯度高，轻薄可柔性等特性，而且适合大面积涂布工艺制备，不但在显示方面有很好的应用前景，而且由于其制备成本低，所以在照明领域也有潜在的优势。

制备白光二极管的通常方法有两种，一是采用RGB三基色的堆叠，也就是说在同一器件中有红绿蓝三个颜色的发光层，二是通过红绿蓝三色发光材料掺杂比例的不同在同一发光层中获得白光。然而这两种方面都有自己的缺点，比如三基色堆叠的方法其器件结构复杂，而三基色掺杂的方法由于存在能量传递过程，降低了发光效率，另外对于这两种方法由于三基色发光材料稳定性的不同，都存在使用过程中色坐标漂移的问题。

为了解决上述问题，利用单一发光体获得白光就成为最优化的选择。首先基于单发光体材料制备的白光器件结构简单，其次不存在红绿蓝三基色发光材料掺杂获得白光时相互之间的能量转移，所以可以得到高效的器件，最后单一发光材料保证了器件在使用过程中色坐标的漂移问题可以大大缓解。

对于发光量子点来说，其发光颜色可随颗粒尺寸变化。当量子点尺寸逐渐增大，发光颜色从蓝色开始慢慢红移，因此可以通过调节颗粒尺寸得到红绿蓝三基色的发光。然而当量子点的尺寸在一个特定值时，量子点可以发出高效的白光，而这一尺寸则被称为预定尺寸。预定尺寸量子点的白光其实是包括量子点的本征发光和缺陷态发光两个部分，其中本征发光是高能的，蓝色发光，而缺陷态发光则是低能的，黄色发光。通常缺陷态对于发光是淬灭的，是激子的无辐射复合中心，即使是辐射中心的缺陷态一来受制于态密度过低，二来不易控制，所以发光强度不高也不太作为发光体使用。但是出于预定尺寸的量子点其缺陷态的发光，只有在预定尺寸下才具有非常高的强度，因此既是强发光体，而且可控性比较好，是理想的白光发光材料。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件及制备方法，旨在解决现有量子点发光层采用三基色堆叠结构或者混合结构，导致不同发光材料之间的能量转移，不同发光材料随着使用时间衰减不同而产生的色坐标漂移的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述白光QLED器件自下而上依次包括衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层以及顶电极，其中，所述量子点发光层的材料为预定尺寸的量子点。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述预定尺寸的量子点为2~10nm的量子点。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述预定尺寸的量子点为预定尺寸的II-VI族量子点。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述预定尺寸的II-VI族量子点为CdSe、CdS、CdSeS、Cd_xZn_1-xSe_yS_1-y中的一种，Cd_xZn_1-xSe_yS_1-y中，0≤x≤1，0≤y≤1，并且x和y不同时为0。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述空穴注入层为PEDOT：PSS、氧化钼、氧化镍、HATCN中的一种。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述空穴传输层为PVK、TFB、polyTPB、NPB、TAPC、NiO、V₂O₅、MoO₃、WO₃中的一种。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述电子传输层为Alq、OXD-7、ZnO、TiO₂中的一种。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述量子点发光层的厚度为20~50纳米，所述空穴注入层的厚度为10~30纳米。

所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件，其中，所述空穴传输层的厚度为40~60纳米。

一种如上任一所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件的制备方法，其中，包括步骤：

A、在含有衬底的底电极上依次制备空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层，其中，所述量子点发光层的材料为预定尺寸的量子点；

B、然后在量子点发光层上制备电子传输层；

D、在电子传输层上蒸镀一顶电极，形成白光QLED器件。

有益效果：本发明利用预定尺寸的单量子点材料作为发光体，可以获得高效的白光QLED器件，一方面器件结构简单，不需要采用堆叠工艺，另一方面不存在不同颜色发光体之间的能量传递，减少损耗。另外，本发明白光QLED器件可明显改善器件在使用过程中由于不同发光体稳定性不同造成的白光色坐标漂移的问题。

附图说明

图1为本发明的一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明预定尺寸的CdSe在不同波长下的吸收与发光的示意图。

图3为本发明的一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件的制备方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件及制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明的一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件较佳实施例的结构示意图，如图所示，所述白光QLED器件自下而上依次包括衬底1、底电极2、空穴注入层3、空穴传输层4、量子点发光层5、电子传输层6以及顶电极7，其中，所述量子点发光层5的材料为预定尺寸的量子点。本发明利用单一白光材料作为量子点发光层，不但器件结构简单，而且不存在能量传递，改善了发光效率，同时没有三基色白光器件中不同颜色使用寿命不同的问题。

对于白色发光二极管器件来说目前主要采用两种方式，一个是三基色的堆叠结构，也就是说器件中分别包含红绿蓝三种不同的发光层，这种器件结构非常复杂，导致良品率低，制备成本高；另一个是三基色混合的结构，在同一发光层中按照优化的比例分别掺入适量的红绿蓝三基色发光材料，这种器件中由于存在不同颜色发光体之间的能量传递，因此降低了器件整体的发光效率。而且通过三种发光材料实现白光的方法，无法避免三种材料不同衰减特性带来的发光色坐标随着使用产生的漂移。

本发明量子点发光层采用预定尺寸的量子点，该量子点的发光包括两部分，一个是来源于本征带带跃迁的蓝色发光，另一个是来源于缺陷态的长波，宽谱带的发光，因此表现出非常强的白光发射。预定尺寸的量子点同时具有来自带带跃迁的本征蓝色发光以及来自于缺陷态的长波发光，因此表现出非常强的白光，也就是说可以通过单一尺寸，单一组份的量子点得到白色发光。在量子点合成过程中，主要包括三个部分：（1）成核和生长，（2）结晶，（3）表面重构。其中量子点的发光峰位会随着生长过程，也就是颗粒尺寸不断长大的过程，逐渐发生红移。结晶是不断完成量子点晶格结构，减少内部缺陷的过程。生长和结晶两个过程都会降低缺陷密度，而缺陷通常被认为是无辐射复合中心。然而当量子点的生长进入特定的尺寸时，缺陷表现出强空穴受主特性，而由于预定尺寸量子点的尺寸非常小，导致电子波函数与表面负离子位置发生强的交叠，那么被表面缺陷态俘获的空穴发生辐射复合的几率就大大增加了，这就是预定尺寸量子点具有非常强缺陷态发光的原因。一旦量子点继续长大，超过了预定尺寸，那么缺陷态减少，而且辐射复合几率降低。图2为本发明预定尺寸的CdSe在不同波长下的吸收与发光的示意图。

本发明所述预定尺寸的量子点大约为2~10nm的量子点，即当单一量子点的尺寸在2~10nm范围内时，量子点可以发出高效的白光。优选地，所述预定尺寸的量子点可以为预定尺寸的II-VI族量子点，所述II-VI族量子点的预定尺寸大约为2~4nm，例如，所述预定尺寸的II-VI族量子点可以为但不限于预定尺寸的CdSe、CdS、CdSeS、Cd_xZn_1-xSe_yS_1-y（其中0≤x≤1，0≤y≤1，并且x和y不同时为0）等中的一种，具体地，所述CdSe的预定尺寸大约为3nm，CdS的预定尺寸大约为3nm，CdSeS的预定尺寸大约为2.5nm、所述Cd_xZn_1-xSe_yS_1-y的预定尺寸大约为4nm。本发明采用上述预定尺寸的量子点作为量子点发光层的材料，应用于白光二极管器件制作中，一方面由于采用的是单一尺寸，单一组份的白光发光体，所以不需要采用堆叠结构，工艺简单，可降低生产成本，另一方面单一白色发光材料中不存在不同发光材料之间的能量转移，可以改善器件的发光效率。最后也不存在采用三基色白光技术中不同发光材料随着使用时间衰减不同而产生的色坐标漂移问题。

图3为本发明的一种如上任一所述的基于预定尺寸量子点的白光QLED器件的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：

S100、在含有衬底的底电极上依次制备空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层，其中，所述量子点发光层的材料为预定尺寸的量子点；

步骤S100具体为，本发明在制备上述空穴注入层、空穴传输层和量子点发光层之前，对衬底进行预处理。预处理具体包括步骤：将干净的衬底（如玻璃衬底）用氧气等离子体处理（Plasma treatment），以进一步出去衬底（如玻璃衬底）表面附着的有机物并提高衬底的功函数，此过程也可采用紫外-臭氧处理（UV-Ozone treatment）来完成。

然后在处理过的衬底上蒸镀一底电极，在底电极表面制备一层空穴注入层，此层厚度可以为10~30纳米，空穴注入层的材料可以为但不限于PEDOT：PSS、氧化钼、氧化镍、HATCN等中的一种，也可以是其它具有良好空穴注入性能的材料，此处优选PEDOT:PSS作为空穴注入层。

接着置于氮气气氛中，在空穴注入层表面制备一层空穴传输层，此空穴传输层的材料可以是常用的导电聚合物PVK、TFB、polyTPB、NPB、TAPC等、以及无机氧化物NiO、V₂O₅、MoO₃、WO₃等，还可以是其它高性能的空穴传输材料，所制备的空穴传输层的厚度可以为40~60纳米。

在空穴传输层上制备量子点发光层。所述量子点发光层的材料为预定尺寸的量子点，所述预定尺寸的量子点优选为预定尺寸的II-VI族量子点，例如，可以为但不限于CdSe、CdS、Cd_xZn_1-xSe_yS_1-y等量子点中的一种。

S200、然后在量子点发光层上制备电子传输层；

步骤S200具体为，在量子点发光层表面制备一层电子传输层。其中，所述电子传输层可以为但不限于Alq、OXD-7、无机氧化物ZnO、TiO₂中的一种，所述电子传输层优选具有高的电子传输性能的氧化锌，其较佳的厚度为10-30nm。

S300、在电子传输层上蒸镀一顶电极，形成白光QLED器件；

步骤S300具体为，将经上述处理后的衬底置于蒸镀仓中通过掩膜板热蒸镀一顶电极，得到白光QLED器件。

本发明上述各功能层均可以通过旋涂、打印及喷涂等溶液法或者真空蒸镀、溅射等真空方法制备。

本发明利用单一尺寸，单一组份的量子点作为白光发光材料。基于此技术制备的白光QLED器件，不但避免了之前三基色白光技术包括堆叠和混合结构中由于三基色发光材料不同引起的器件随着使用时间而发生的颜色漂移现象，而且简化了器件结构，降低了生产成本，同时不存在不同发光材料之间的能量传递，所以改善了发光效率。

需说明的是，本发明预定尺寸量子点不限于用于制备顶发射或底发射；也不限于用于制备正型器件或反型器件。

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一个白光QLED器件中，衬底是玻璃，底电极是120nmITO，空穴注入层是PEDOT:PSS(20nm)。空穴传输层是TFB，空穴传输层厚度是45nm。量子点发光层是3nm的CdSe量子点，厚度是30纳米。电子传输层是纳米氧化锌，电子传输层厚度是20nm。顶电极是Al。

实施例2

一个白光QLED器件中，衬底是玻璃，底电极是120nmITO，空穴注入层是PEDOT:PSS(20nm)。空穴传输层是TFB，空穴传输层厚度是50nm。量子点发光层是2.5nm的CdSeS量子点，厚度是25纳米。电子传输层是纳米氧化锌，电子传输层厚度是25nm。顶电极是Al。

实施例3

一个白光QLED器件中，衬底是玻璃，底电极是120nmITO，空穴注入层是PEDOT:PSS(20nm)。空穴传输层是poly-TPD，空穴传输层厚度是45nm。量子点发光层是3nm的CbS量子点，厚度是30纳米。 ETL是纳米氧化锌，电子传输层厚度是20nm。顶电极是Al。

综上所述，本发明提供的一种基于预定尺寸量子点的白光QLED器件及制备方法，本发明利用单一尺寸，单一组份的预定尺寸量子点作为白光发光材料。基于此技术制备的白光QLED器件，不但避免了之前三基色白光技术包括堆叠和混合结构中由于三基色发光材料不同引起的器件随着使用时间而发生的颜色漂移现象，而且简化了器件结构，降低了生产成本，同时不存在不同发光材料之间的能量传递，所以改善了发光效率。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。