复合薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合薄膜，所述复合薄膜包括依次层叠结合的N层薄膜，且所述N层薄膜为含有掺杂金属离子的纳米氧化锌薄膜，且从第一层薄膜到第N层薄膜，所述掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高，其中，所述掺杂金属离子的离子半径为Zn

Composite thin films and their preparation methods and Applications

【技术实现步骤摘要】
复合薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于显示
，尤其涉及一种复合薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
近来，随着显示技术的不断发展，以量子点材料作为发光层的量子点发光二极管(QLED)展现出了巨大的应用前景。由于其发光效率高、发光颜色可控、色纯度高、器件稳定性好、可用于柔性用途等特点，使QLED在显示技术、固态照明等领域受到了越来越多的关注。近年来，通过沉积氧化锌胶体溶液制得的纳米氧化锌电子传输层逐渐成为了量子点发光二极管中主要采用的电子传输层方案。一方面，纳米氧化锌电子传输层具有优良的电子传输能力，其电子迁移率高达10-3cm2/V·S以上。另一方面，纳米氧化锌与阴极和量子点发光层，尤其是红色量子点发光层之间具有良好的能级匹配关系，显著降低了电子从阴极到量子点发光层的注入势垒，并且其较深的价带能级又可以起到有效阻挡空穴的功能。这些特性都使纳米氧化锌电子传输层成为了量子点发光二极管器件的首选，显著提升了器件的稳定性和发光效率。虽然纳米氧化锌材料为量子点发光二极管带来了优良的性能，但是在实际应用中该材料仍有一些问题亟待解决。例如，当把量子点发光二极管应用在显示
时，作为显色的基本单元，量子点发光二极管必须能够发出红、绿、蓝三种颜色。也就是说，显示技术中需要用到由红色绿色蓝色三种量子点发光层分别组成的红绿蓝三种量子点发光二极管。而当把纳米氧化锌电子传输层应用在红绿蓝三种量子点发光二极管中时，不同颜色的发光二极管其电子注入效率也是不同的。如前文所述，纳米氧化锌电子传输层与红色量子点发光层之间有着非常好的能级匹配关系，两者的导带能级非常接近，这使得红色量子点发光二极管具有优秀的电子注入效率。而在其它两个颜色的量子点发光二极管中，随着发光波长向着短波长方向移动，量子点发光层的导带能级在不断提高，与纳米氧化锌电子传输层之间的电子注入势垒也在不断增大(见图1)。尤其是蓝色量子点发光二极管，其蓝色量子点发光层的导带能级要明显高于纳米氧化锌电子传输层的导带能级，这大大增加了QLED器件中的电子注入势垒，进而明显降低了QLED器件中的电子注入效率。为了解决这一难题，越来越多的研究人员尝试使用金属离子掺杂纳米氧化锌的方式来提高纳米氧化锌电子传输层的导带能级。随之而来的问题是，虽然纳米氧化锌电子传输层在导带能级提高后与量子点发光层之间的电子注入势垒缩小了，但是其与阴极之间又产生了新的注入势垒。这使得该方法很难从根本上改善QLED器件中的电子注入效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合薄膜及其制备方法，旨在解决蓝色或者绿色量子点发光二极管中纳米氧化锌电子传输层与阴极和量子点发光层之间能级匹配关系较差，导致电子注入势垒较高的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种含有上述复合薄膜的发光器件。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种复合薄膜，所述复合薄膜包括依次层叠结合的N层薄膜，且所述N层薄膜为含有掺杂金属离子的纳米氧化锌薄膜，且从第一层薄膜到第N层薄膜，所述掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高，其中，所述掺杂金属离子的离子半径为Zn2+半径的85％-115％；所述掺杂金属离子的氧化物的导带能级高于氧化锌的导带能级；所述N的取值范围满足：3≤N≤9。相应的，一种复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：制备不同掺杂浓度的含掺杂金属离子的氧化锌胶体溶液，其中，所述掺杂金属离子的离子半径为Zn2+半径的85％-115％；所述掺杂金属离子的氧化物的导带能级高于氧化锌的导带能级；提供基板，按照所述掺杂金属离子的掺杂浓度由小到大或由大到小的顺序，在所述基板上依次沉积所述含掺杂金属离子的氧化锌胶体溶液，经退火处理，制备掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高或逐层降低的N层含有掺杂金属离子的纳米氧化锌薄膜，得到复合薄膜，其中，所述N的取值范围满足：3≤N≤9。以及，一种发光器件，所述发光器件包括阳极和阴极，以及设置在阳极和阴极之间层叠结合的发光层和电子传输层，所述电子传输层靠近所述阴极设置，所述发光层靠近所述阳极设置，，所述电子传输层为上述的复合薄膜；或所述电子传输层为上述方法制备的复合薄膜，且沿着所述阴极到所述发光层的方向，从第一层薄膜到第N层薄膜，所述复合薄膜中掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高。本专利技术提供的复合薄膜，采用与锌离子具有相似离子半径、并且其氧化物具有较高导带能级和较深价带能级的金属离子掺杂氧化锌纳米材料，并通过逐渐改变掺杂离子浓度，形成掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高的复合薄膜。由于该复合薄膜具有逐渐连续变高的导带能级，因此其作为电子传输层与阴极和蓝色或绿色量子点发光层之间都具有良好的能级匹配关系，从本质上解决了蓝色或者绿色量子点发光二极管器件中电子注入势垒较高的难题。同时，由于复合薄膜的价带能级不会降低，确保了掺杂后氧化锌复合薄膜对空穴的阻挡作用，进而显著提高了QLED器件的发光效率和器件性能。此外，本专利技术所用的掺杂金属离子的可选择性很广，只要符合掺杂金属离子的离子半径与Zn2+的离子半径较为接近，且掺杂金属离子其氧化物的导带能级要明显高于氧化锌的导带能级，同时其价带能级不能明显浅于氧化锌的价带能级的能级特征的金属离子都可以使用，因此可根据实际应用中对于电子传输层的具体要求进行有针对性的选择，具有很强的适用性和实用性。本专利技术提供的复合薄膜的制备方法，制备不同掺杂浓度的含掺杂金属离子的氧化锌胶体溶液，然后沿着从阴极到量子点发光层的方向，按照掺杂金属离子的掺杂浓度由小到大的顺序，依次进行沉积，并进行简单的热处理即可制得，整个过程操作简单，成本低廉，具有良好的可重复性。本专利技术提供的发光器件，含有上述复合薄膜作为电子传输层，因此，能够显著提高了发光器件的发光效率和器件性能。附图说明图1是现有技术提供的红绿蓝三色量子点发光二极管的能级示意图；图2是本专利技术实施例提供的量子点发光二极管的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。氧化锌材料具有纤锌矿结构，其中锌离子位于由氧离子构成的四面体的中心，即每个锌离子都被四个氧离子所环绕，构成了配位数为四的阳离子。对于氧化锌材料而言，将离子半径相差不大的金属离子掺杂到氧化锌的纤锌矿结构中，金属离子会替代Zn2+位点形成固溶体。当选用的掺杂金属离子的氧化物具有不同导带能级和价带能级时，就可以对掺杂后的氧化锌材料的能级结构进行调整。例如将其氧化物具有较高导带能级的金属离子掺杂氧化锌纳米材料，就可以提高掺杂后氧化锌纳米材料的导带能级，进而降低蓝绿量子点发光层与纳米氧化锌电子传输层之间的电子注入势垒。然而该方法仍存在着一个明显的问题，即虽然纳米氧化锌电子传输层在导带能级提高后与量子点发光层之间的电子注入势垒缩小了，但是其与阴极之间又产生了新的注入势垒。这使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜包括依次层叠结合的N层薄膜，且所述N层薄膜为含有掺杂金属离子的纳米氧化锌薄膜，且从第一层薄膜到第N层薄膜，所述掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高，其中，所述掺杂金属离子的离子半径为Zn

【技术特征摘要】
1.一种复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜包括依次层叠结合的N层薄膜，且所述N层薄膜为含有掺杂金属离子的纳米氧化锌薄膜，且从第一层薄膜到第N层薄膜，所述掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高，其中，所述掺杂金属离子的离子半径为Zn2+半径的85％-115％；所述掺杂金属离子的氧化物的导带能级高于氧化锌的导带能级；所述N的取值范围满足：3≤N≤9。2.如权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜中，所述掺杂金属离子选自Mg2+、Mn2+、Zr4+中的至少一种。3.如权利要求2所述的复合薄膜，其特征在于，所述掺杂金属离子为Zr4+，且以单层薄膜金属元素的总摩尔量为100％计，所述第一层薄膜中，所述Zr4+的摩尔百分含量为0-5％；所述第N层薄膜中，所述Zr4+的摩尔百分含量为35-45％。4.如权利要求2所述的复合薄膜，其特征在于，所述掺杂金属离子为Mg2+，且以单层薄膜金属元素的总摩尔量为100％计，所述第一层薄膜中，所述Mg2+的摩尔百分含量为0-2％；所述第N层薄膜中，所述Mg2+的摩尔百分含量为25-35％。5.如权利要求2所述的复合薄膜，其特征在于，所述掺杂金属离子为Mn2+，且以单层薄膜金属元素的总摩尔量为100％计，所述第一层薄膜中，所述Mn2+的摩尔百分含量为0-5％；所述第N层薄膜中，所述Mn2+的摩尔百分含量为20-30％。6.如权利要求1-5任一项所述的复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜中，单层薄膜的厚度为10-20nm，所述复合薄膜的总厚度为30-180nm。7.一种复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备不同掺杂浓度的含掺杂金属离子的氧化锌胶体溶液，其中，所述掺杂金属离子的离子半径为Zn2+半径的85％-115％；所述掺杂金属离子的氧化物的导带能级高于氧化锌的导带能级；提供基板，按照所述掺杂金属离子的掺杂浓度由小到大或由大到小的顺序，在所述基板上依次沉积所述含掺杂金属离子的氧化锌胶体溶液，经退火处理，制备掺杂金属离子的掺杂浓度逐层升高或逐层降低的N层含有掺杂金属离子的纳米氧化锌薄膜，得到复合薄膜，其中，所述N的取值范围满足：3≤N≤9。8.如权利要求7所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为200～400℃时，所述退火处理的时间为0.5～4h。9.如权利要求8所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为200～300℃时，所述退火处理的时间为1.5～3.5h。10.如权利要求7至9任一项所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属离子选自Mg2+、Mn2+、Zr4+中的至少一种。11.如权利要求7至9任一项所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属离子为Zr4+，且不同掺杂浓度的含掺杂金属离子的氧化锌胶体溶液中，以金属离子的以金属元素的总摩尔量为100％计，掺杂浓度最低的含掺杂金属离子的氧化锌胶体溶液中，所述Zr4+的摩尔百分含量为0-5％；掺杂浓度最高的含掺杂金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴龙佳，
申请(专利权)人：TCL集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44