[发明专利]分层优化新型薄膜电致发光器件

说明书

本发明涉及一种薄膜电致发光光电子器件。

本世纪50年代以来，电致发光技术和器件得到了迅速的发展。最早出现的电致发光器件是粉末电致发光器件，即将某些可电致发光的粉末材料混杂在介质中并涂敷于导电玻璃上制成的电致发光器件。粉末电致发光器件由于其亮度低、寿命短而渐渐沉寂，代之而起的是采用真空淀积技术制成的薄膜电致发光器件。特别是1974年Inoguchi采用了双绝缘层夹心结构的薄膜电致发光器件[参考文献(1)]，使薄膜电致发光器件的亮度和寿命一跃而达到实用水平。所谓双绝缘层夹心结构薄膜电致发光器件，是将发光层淀积于两个绝缘层之间而形成的电容性薄膜电致发光器件。从那时至现在将近20年中，几乎所有薄膜电致发光器件的研究工作都是以这种双绝缘层夹心结构器件为基础而展开的，大体上可以归纳为以下三个方面：

A、绝缘层的改进：除广泛采用各种绝缘材料(如Y₂O₃、HfO₂、SiO₂、Al₂O₃、Si₃O₄、Ta₂O₅以及铁电材料PbTiO₃和a-BaTiO₃等)外，还采用了复合绝缘层，以改进绝缘层的介电性及ITO导电玻璃或背电极的附着性，并改善产生初电子的绝缘层与发光层的介面态。

B、发光层的改进：采用不同的稀土氟化物(如TbF₃、ErF₃、CeF₃、TmF₃、HoF₃等)作为发光中心，以增大其碰撞激发截面并得到不同的颜色。除采用ZnS外，还采用了其他碱土金属化合物(如SrS、CaS和BaS)作为基质，掺杂Eu(红)、Ce(兰)等，以得到不同的颜色。

C、薄膜淀积工艺的改进：采用了电子束蒸发(e-beam)化学汽相淀积(CVD)、磁控溅射(M-Sputtering)、原子层外延(ALE)、分子束外延(MB)以及金属有机化学汽相沉积(MOCVD)等工艺和L-B有机薄膜等。

经过近20年努力的结果，只有EnS：Mn(澄黄色)已商品化，EnS：TbF₃已接近商品化，而诸如红色的CaS：Eu、Y₂O₃：Eu、EnS：SmF，绿色的EnS：ErF和EnS：TbF₃，兰色的EnS：TmF₃ SrS：ce，F，白色的EnS：Pr，F、EnS：Pr，K、SrS：Ce，K，Eu等都远不如EnS：Mn，其亮度和寿命均达不到实用化的程度。上述情况不能不促使人们重新考虑这种双绝缘层夹心结构的合理性。实际上，在这种双绝缘层夹心结构中，发光层两边的绝缘层中没有电流通过，整个器件呈电容性，在发光层中维持了一个高达10⁶V/cm的电场，发光层实际上是在“预击穿”状态下工作的。为了在发光层中获得足够高的电场，驱动电压通常要在200V以上，如此高的驱动电压不仅影响了器件的寿命和可靠性，而且给驱动电路的设计和器件的工业化生产带来很大困难。在双绝缘层夹心结构中，电致发光的三个主要过程(即初电子的产生、载流子的加速和发光中心的碰撞激发)都在同一发光层中进行，由于发光中心的碰撞激发截面是随激发载流子的能量的增加而增加的，因此，为了获得足够大的激发截面，希望加速载流子的电场足够高。但另一方面，某些发光在高场中有可能出现场猝灭而使发光变弱。这一矛盾在双绝缘层夹心结构中是无法克服的，双绝缘层夹心结构的这一致命弱点很可能是导致众多的EL磷光体、CL磷光体和PL磷光体不能有良好的电致发光的根本原因。F，Williams等人曾提出过将载流子加速与发光中心的激发从空间上加以分离的设想[参考文献(2)(3)(4)(5)(6)]并探索过相应的结构，但并未显示出这些结构的优越性，并未取得实质性的进展，特别是在提高短波长发光亮度方面没有什么进展。

本发明的目的是对薄膜电致发光器件的结构及相应的功能材料加以进一步的改进，以提高其发光亮度，特别是短波长发光亮度，并大大拓宽控制、优化电致发光各个关键过程的材料的选择范围，为薄膜电致发光器件的彩色化创造条件。