[发明专利]具有间隔器元件的电致发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及含有发射量子点的电致发光器件；和更具体地涉及用于提高光输出、耐用性和降低制造成本的电致发光器件结构。

背景技术

自从二十世纪六十年代早期已制备半导体发光二极管(LED)器件，其主要是无机的并且目前被制造用于宽范围的消费者和工业应用。包括LED的各层基于晶体半导体材料。这些晶体基无机LED具有亮度高、寿命长和环境稳定性优异的优点。提供这些优点的晶体半导体层也具有许多缺点。主要缺点为制造成本高；难以由相同芯片组合多色输出；光输出效率低；和需要高成本的刚性基材。

在二十世纪八十年代中期，发明了基于使用小分子量分子的有机发光二极管(OLED)(Tang等人，Applied Physics Letter 51，913(1987))。二十世纪九十年代早期，发明了聚合物型LED(Burroughs等人，Nature347，539(1990))。随后的15年间，有机基LED显示器已经进入市场，对器件寿命、效率和亮度方面一直有重大改进。例如，包含磷光发射体的器件具有高达19％的外部量子效率；而器件寿命通常报告以数万小时计。但是，与晶体基无机LED相比，OLED亮度低、使用寿命短并且需要昂贵的封装用于器件工作。

为提高OLED的性能，二十世纪九十年代后期提出了包含有机物和量子点的混合发射体的OLED器件(Mattoussi等人，Journal of AppliedPhysics 83，7965(1998))。量子点为发光的纳米尺度半导体晶体。向发射体层添加量子点可以提高器件的色域；通过简单地改变量子点粒度可以得到红色、绿色和蓝色发光；并且制造成本可以降低。因为例如量子点在发射体层中聚集的问题，这些器件的效率比通常的OLED器件低得多。当纯的量子点薄膜用作发射体层时，效率甚至更低(Hikmet等人，Journal of Applied Physics 93，3509(2003))。效率低是由于量子点层的绝缘性质。后来，当在有机空穴和电子传输层之间沉积单层量子点薄膜时，效率得到提高(至～1.5cd/A)(Coe等人，Nature 420，800(2002))。据说由量子点发光主要是由于无机分子上的激发子的Forster能量转换(在有机分子上发生电子-空穴复合)。不管将来在效率方面有任何改进，这些混合器件仍然具有与纯OLED器件有关的所有缺点。

最近，通过在真空沉积的无机n-和p-GaN层之间插入单层厚核/壳CdSe/ZnS量子点层构成了主要全无机LED(Mueller等人，Nano Letters5，1039(2005))。所得器件具有0.001至0.01％的低外部量子效率。该问题部分可能与据报告存在后增长的三辛基氧膦(TOPO)和三辛基膦(TOP)的有机配体有关。这些有机配体是绝缘体并会导致量子点上的电子和空穴注入差。此外，由于使用高真空技术产生的电子和空穴半导体层和使用蓝宝石基材，该结构的余部制造昂贵。

如Kahen的共有未决的一般转让USSN 11/226,622中所述，可以向层中的量子点提供额外的半导体纳米颗粒以提高发光层的导电率，在此将其全部引入作为参考。

量子点发光二极管结构可以用于形成平板显示器和区域照明灯。彩色光或白色光照明应用同样有价值。不同的材料可以用于发射不同的颜色，该材料可以在表面上形成图案以形成全彩色像素。在各实施方案中，量子点LED可以被电子或光子激发，并且可以与杂化无机-有机LED的发光有机主晶材料混合或共混。

无机和杂化无机-有机发光二极管(LED)是依赖涂布在基材上的材料薄膜层的电致发光技术。这些技术通常使用固定到LED器件外围的基材的面层，来保护器件免受物理伤害。材料的薄膜层可以包括如LED技术中已知和教导的例如有机材料、量子点、熔凝的无机纳米颗粒、电极、导体和硅电子元件。面层可以包括空隙，当将面层固定到基材时避免面层与材料的薄膜层接触。另外，已知的是在材料的薄膜层和面层之间提供一个聚合物层。

虽然量子点可以是有用和稳定的光发射体，但是在现有技术设计中，发射光可能被拦截在用来为量子点提供电流或光激励的发光结构内。由于所用材料的高光学指数，由复合过程产生的许多光子由于全内反射而实际上被拦截在器件中。这些拦截的光子并不离开器件，对这些器件的光输出没有贡献。因为光由发光层沿各个方向发射，一些光由器件直接发射，一些光发射进器件中并被反射出来或被吸收，一些光横向发射并被构成器件的各个层拦截和吸收。通常，这种方式中可能损失高达80％的光。