專利名稱：分層優化新型薄膜電致發光器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜電致發光光電子器件。
本世紀50年代以來，電致發光技術和器件得到了迅速的發展。最早出現的電致發光器件是粉末電致發光器件，即將某些可電致發光的粉末材料混雜在介質中并涂敷于導電玻璃上制成的電致發光器件。粉末電致發光器件由于其亮度低，壽命短而漸漸沉寂，代之而起的是采用真空淀積技術制成的薄膜電致發光器件。特別是1974年Inoguchi采用了雙絕緣層夾心結構的薄膜電致發光器件(參考文獻(1))，使薄膜電致發光器件的亮度和壽命一躍而達到實用水平。所謂雙絕緣夾心結構薄膜電致發光器件，是將發光層淀積于兩個絕緣層之間而形成的電容性薄膜電致發光器件。從那時至現在將近20年中，幾乎所有薄膜電致發光器件的研究工作都是以這種雙絕緣層夾心結構器件為基礎而展開的，大體上可以歸納為以下三個方面A、絕緣層的改進除廣泛采用各種絕緣材料(如Y2O3、HfO2、SiO2、Al2O3、Si3N4、Ta2O5以及鐵電材料PbTiO3和a-BaTiO3等)外，還采用了復合絕緣層，以改進絕緣層的介電性及與ITO導電玻璃或背電極的附著性，并改善產生初電子的絕緣層與發光層的介面態。
B、發光層的改進采用不同的稀土氟化物(如TbF3、ErF3、CeF3、TmF3、HoF3等)作為發光中心，以增大其碰撞激發截面并得到不同的顏色。除采用ZnS外，還采用了其他堿土金屬化合物(如SrS、CaS和BaS)作為基質，摻雜Eu(紅)、Ce(蘭)等，以得到不同的顏色。
C、薄膜淀積工藝的改進采用了電子束蒸發(e-beam)化學汽相淀積(CVD)、磁控濺射(M-Sputtering)、原子層外延(ALE)、分子束外延(MB)以及金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)等工藝和L-B有機薄膜等。
經過近20年努力的結果，只有EnSMn(澄黃色)已商品化，EnSTbF3已接近商品化，而諸如紅色的CaSEu、Y2O3Eu、EnSSmF3，綠色的EnSErF3和EnSTbF3，蘭色的EnSTmF3SrSce，F，白色的EnSPr，F、EnSPr，K、SrSCe，K，Eu等都遠不如EnSMn，其亮度和壽命均達不到實用化的程度。上述情況不能不促使人們重新考慮這種雙絕緣層夾心結構的合理性。實際上，在這種雙絕緣層夾心結構中，發光層兩邊的絕緣層中沒有電流通過，整個器件呈電容性，在發光層中維持了一個高達106V/cm的電場，發光層實際上是在“預擊穿”狀態下工作的。為了在發光層中獲得足夠高的電場，驅動電壓通常要在200V以上，如此高的驅動電壓不僅影響了器件的壽命和可靠性，而且給驅動電路的設計和器件的工業化生產帶來很大困難。在雙絕緣層夾心結構中，電致發光的三個主要過程(即初電子的產生、載流子的加速和發光中心的碰撞激發)都在同一發光層中進行，由于發光中心的碰撞激發截面是隨激發載流子能量的增加而增加的，因此，為了獲得足夠大的激發截面，希望加速載流子的電場足夠高。但另一方面，某些發光在高場中有可能出現場猝滅而使發光變弱。這一矛盾在雙絕緣層夾心結構中是無法克服的，雙絕緣層夾心結構的這一致命弱點很可能是導致眾多的EL磷光體、CL磷光體和PL磷光體不能有良好的電致發光的根本原因。F.Williams等人曾提出過將載流子加速與發光中心的激發從空間上加以分離的設想(參考文獻(2)(3)(4)(5)(6)并探索過相應的結構，但并未顯示出這些結構的優越性，并未取得實質性的進展，特別是在提高短波長發光亮度方面沒有什么進展。
本發明的目的是對薄膜電致發光器件的結構及相應的功能材料加以進一步的改進，以提高其發光亮度，特別是短波長發光亮度，并大大拓寬控制、優化電致發光各個關鍵過程的材料的選擇范圍，為薄膜電致發光器件的彩色化創造條件。
為了實現上述目的，本發明基于加速與激發空間分離、采用半導體功能材料及增設預熱層的設想，采用由低場“預熱”層和高場加速層組成的復合加速層或兩步加速層取代雙絕緣層夾心結構中的絕緣層，低場預熱層采用半絕緣材料或寬禁帶半導體材料，高場加速層則采用寬禁帶半導體極性材料。用復合加速層取代絕緣層以后，載流子加速與發光中心的碰撞激發兩個過程被空間分離于不同薄層中進行，大部分驅動電壓降在加速層上，一方面可有效地利用外加電場，另一方面可使發光層壓降減小、從而使發光層中的電場小于其猝滅場強。特別是，低場“預熱”和高場加速兩步加速的采用，既可得到比通常結構中高出數倍的熱電子能量，又可減少輸運過程中的能量損失，從而提高器件的發光亮度和效率。在兩步加速的基礎上，更進一步采用包括多個發光層的發光層疊加結構，可增加初電子源。使更多的發光中心被激發，從而進一步提高發光亮度和效率。以下結合具體實施例對本發明分層優化新型薄膜電致發光器件的技術特征作進一步的詳細說明。
附
圖1為具有對稱淀積復合加速層的薄膜電致發光器件的結構示意圖。
參考附圖1，本發明分層優化新型薄膜電致發光器件是由淀積于ITO導電玻璃1上的載流子加速層和發光層2以及背電極構成。載流子加速層包括低場預熱層3和高場加速層4，低場預熱層3可采用半絕緣材料或寬禁帶半導體材料(如SIO)，高場加速層4則可采用寬禁帶半導體極性材料(如厚度為20±15nmSIO2)。背電極5可采用銀或鋁金屬電極，也可采用ITO導電玻璃電極。復合加速層既可采取非對稱結構用于直流脈沖電壓驅動，也可采取對稱結構用于交流脈沖電壓驅動。采用對稱結構時，將低場預熱層和高場加速層對稱淀積于發光層的兩側，也即將發光層夾于對稱淀積的兩個高場加速層之間。
在這種具有兩步加速層的結構中，從低場預熱層與電極間的界面態與預熱層中的陷井能級上釋出的電子首先在低場預熱層中被預熱加速而具有一定的能量，然后電子進入高場加速層的導帶被高場加速，加速到高能態的熱電子在其過沖距離之內即逸出高場加速層、進入發光層，直接碰撞激發發光中心。
在通常情況下，僅有10-20%的發光中心被激發發光。因此，增加初電子源及擴大發光中心濃度或數量，可有效地改善發光。考慮到這一情況，可在兩步加速的基礎上，進一步采用包括多個發光層的發光層疊加結構，即在對稱淀積的復合加速層之間夾以2-4個發光層，相鄰發光層之間夾以高場加速層。在發光層疊加結構中，進入高場加速層的電子是那些產生于發光層與高場加速層介面態和在發光層中“預熱”了的載流子。
復合加速層結構的采用，帶來了一系列的積極效果。首先，驅動電壓的大部分降在復合加速層上并用于加速載流子，這就使得發光的閾值電壓可降至35V左右。其次，兩步加速使能量相加，而高場加速層中又可能出現彈射狀態，這都有利于載流子的輸運，因而可獲得比通常結構中能量高出數倍的熱電子。在單層磷光體情況下，如果選用Er3+的綠發射(2H11/2→4I15/2+4S3/2→4I15/2)與紅發射(2F9/2→4I15/2)之比R作為載流子能量高低的表征，則復合加速層結構的R值為48，而通常結構的R值僅為8+8，而前者的驅動電壓為80V，后者的驅動電壓卻高達150V。再次，采用復合加速層以后，使發光層中的電場降低，不僅成功地解決了通常結構中的場猝滅問題，而且高能量的載流子可使磷光體材料的選擇范圍大大拓寬。如果說場猝滅和載流子能量不夠高是通常結構器件彩色化的主要困難，那么復合加速層結構可廣泛適用于EL磷光體、CL磷光體和PL磷光體。例如，EnSCeF3在新結構中得到了明亮的蘭色發光。
由于復合加速層結構帶來的高熱電子能量、較低的載流子能量損失和大碰撞激發截面，可使薄膜電致發光器件的亮度和效率大大提高，并為薄膜電致發光器件的彩色化創造條件。
參考文獻(1)T.Inoguchietal，1974SID，Digest(1974)84.
(2)F.Williams1981SIDDigest，30(1981)(3)D.J.Robbins，etal，1982SID，(1982)130(4)Y.Nakanishi，etalSpringerProceedingsinphys.
Vol38(1989)65(5)J.I.Paukove，J.oflum.40.41(1988)97(6)H.J.Lozykowski，SpringerProceedingsinphys.
Vol38(1989)60
權利要求
1.一種薄膜電致發光器件，由淀積于ITO導電玻璃上的載流子加速層和發光層以及背電極構成；本發明的特征在于所述載流子加速層是由低場預熱層和高場加速層構成的復合加速層或兩步加速層，低場預熱層采用半絕緣材料或寬禁帶半導體材料，高場加速層采用寬禁帶半導體極性材料。
2.根據權利要求1所述的薄膜電致發光器件，其特征在于所述低場預熱層采用SiO材料;所述高場加速層采用厚度為20±15nm的Sio2材料。
3.根據權利要求1所述的薄膜電致發光器件，其特征在于所述發光層夾于兩個對稱淀積的復合加速層之間并采用交流電壓驅動發光。
4.根據權利要求3所述的薄膜電致發光器件，其特征在于所述夾于兩個對稱淀積的復合加速層之間的發光層采用包括2-4個發光層的發光層疊加結構，相鄰發光層之間夾以高場加速層。
全文摘要
本發明涉及一種薄膜電致發光光電子器件。由淀積于1TO導電玻璃上的載流子加速層和發光層以及背電極組成，復合加速層包括低場預熱層和高場加速層。發光層可夾于兩個對稱淀積的復合加速層之間，既可是單層結構，也可是2—4個發光層疊加、相鄰發光層之間夾以高場加速層的發光層疊加結構。本發明可顯著降低發光閾值電壓，提高短波長發光亮度并可大大拓寬控制，優化電致發光各個關鍵過程的材料的選擇范圍，并能提高薄膜電致發光器件的亮度、獲得藍色發光，實現彩色化。
文檔編號H05B33/14GK1073314SQ9210589
公開日1993年6月16日 申請日期1992年7月25日 優先權日1992年7月25日
發明者徐敘瑢, 雷剛, 申猛燕, 徐征 申請人:天津理工學院