專利名稱：帶量子點(diǎn)的電致發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致發(fā)光器件，它配備有第一電極和第二電極以及帶量子點(diǎn)的光學(xué)層，其中，光學(xué)層在電場作用下發(fā)光。本發(fā)明還涉及一種制造電致發(fā)光器件的方法。
近些年來，電致發(fā)光器件已變得非常重要并特別被用作顯示器件或背景照明體系。
目前最著名的電致發(fā)光器件是傳統(tǒng)LED(發(fā)光二極管)和OLED(有機(jī)發(fā)光二極管)。
在傳統(tǒng)的LED中，光發(fā)射源自電子-空穴對(duì)(激子)在導(dǎo)電方向上極化的p-n結(jié)的過渡區(qū)內(nèi)重新結(jié)合(半導(dǎo)體)。該半導(dǎo)體的帶隙寬度在很大程度上決定了發(fā)射光的波長。
在OLED中，兩個(gè)電極之間安置有一層(或多層)半導(dǎo)體有機(jī)層。當(dāng)在導(dǎo)電方向上對(duì)兩個(gè)電極施加電壓時(shí)，電子從陰極，空穴從陽極遷移到半導(dǎo)體的有機(jī)層內(nèi)，重新結(jié)合并產(chǎn)生光子。由此產(chǎn)生的發(fā)射光的波長取決于有機(jī)半導(dǎo)體材料的電子性質(zhì)。
包含薄膜的無機(jī)電致發(fā)光器件也是已知的，它們雖然具有高度穩(wěn)定性，卻只有低的效率和亮度。這些無機(jī)電致發(fā)光器件以50～100V交流電壓操作時(shí)還會(huì)產(chǎn)生其它問題，如與EMC或屏蔽相關(guān)的問題。
在薄膜電致發(fā)光器件中特別合適的光發(fā)射材料是量子點(diǎn)。量子點(diǎn)是態(tài)結(jié)構(gòu)介于分子與固體之間的半導(dǎo)體納米顆粒。量子點(diǎn)在最低空導(dǎo)態(tài)中的一個(gè)電子與最高空價(jià)態(tài)中的一個(gè)空穴重新結(jié)合并發(fā)出一個(gè)光子時(shí)發(fā)光。由此發(fā)射光子的能量對(duì)應(yīng)于帶隙寬度，在量子點(diǎn)的情況下，它是體積材料的帶隙與量子化驗(yàn)室能量的加和。后者取決于粒子尺寸。所以，發(fā)射光子的波長，從而發(fā)射光的顏色，直接依賴于顆粒尺寸。改變量子點(diǎn)的尺寸，可獲得紫外、可見或紅外光譜范圍的發(fā)射。
為了穩(wěn)定化各量子點(diǎn)，即防止聚結(jié)，要在表面上涂布有機(jī)配體如三辛基膦氧化物(TOPO)。層內(nèi)兩個(gè)量子點(diǎn)之間的距離約為有機(jī)配體長度的2倍。這意味著帶量子點(diǎn)的層只有低電導(dǎo)率。在包含帶量子點(diǎn)的薄膜作為發(fā)光層的電致發(fā)光器件的情況下，低電導(dǎo)率對(duì)發(fā)光有不利作用。一個(gè)缺點(diǎn)是，由于電導(dǎo)率低，光學(xué)層的厚度只能小于200nm。這又使電致發(fā)光器件特別是光學(xué)層強(qiáng)度降低。
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種具有高穩(wěn)定性、高效率和高亮度的能制成大尺寸的電致發(fā)光器件。
該目的由以下一種電致發(fā)光器件實(shí)現(xiàn)了它配備有第一電極和第二電極以及帶量子點(diǎn)的壓制光學(xué)層，其中所述壓制光學(xué)層在電場作用下發(fā)光。
在壓制光學(xué)層內(nèi)，量子點(diǎn)表面不再有有機(jī)配體。其結(jié)果，光學(xué)層內(nèi)兩個(gè)量子點(diǎn)之間的距離就減小了。這意味著這種光學(xué)層具有更高的電導(dǎo)率，從而能以更大的層厚制造。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加的電導(dǎo)率為構(gòu)造電致發(fā)光器件提供了更多的機(jī)會(huì)，即更大的設(shè)計(jì)自由度?？傊?，該電致發(fā)光器件具有更高的穩(wěn)定性。
如權(quán)利要求2和3中所述的優(yōu)選量子點(diǎn)因表面改性而具有良好的螢光性能。
如權(quán)利要求4和5中所述的優(yōu)選結(jié)構(gòu)保證在電子通過各量子點(diǎn)之間的空穴直接從陽極遷移到陰極時(shí)不會(huì)發(fā)生短路。
如權(quán)利要求6中所述的優(yōu)選結(jié)構(gòu)保證在量子點(diǎn)之間有導(dǎo)電橋，這增進(jìn)了壓制光學(xué)層內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移。
此外，本發(fā)明涉及一種制造以下電致發(fā)光器的方法它配備有第一電極和第二電極以及帶量子點(diǎn)的壓制光學(xué)層，其中，所述壓制光學(xué)層在電場作用下發(fā)光，在壓制光學(xué)層制造期間，產(chǎn)生一層量子點(diǎn)和填料材料顆粒，然后進(jìn)行壓制，其中填料材料的顆粒直徑小于量子點(diǎn)的直徑。
在該方法中優(yōu)先開發(fā)的是納米晶材料的熔點(diǎn)降低。通過開發(fā)這一效應(yīng)，可在低溫T下壓制光學(xué)層，大多在T＜300℃下。在壓制過程中，填料顆粒因熔點(diǎn)下降而比量子點(diǎn)先熔化，因而填料材料能均勻分布在量子點(diǎn)之間。制成的壓制光學(xué)層是一層包含填料材料的封裝(enclosure)層，量子點(diǎn)分布在其中。
本發(fā)明還要參考附圖中所示的實(shí)施例作進(jìn)一步描述，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。


圖1以橫截面示意按照本發(fā)明的一種電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
圖2以橫截面示意按照本發(fā)明的另一種電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
按照?qǐng)D1，本發(fā)明顯示器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案有一個(gè)透明基質(zhì)1，它包含，例如，玻璃或塑料。在透明基質(zhì)1上涂布第一電極2，它包含一種透明的導(dǎo)電材料，如ITO(摻銦的氧化錫)。在第一電極2上有壓制光學(xué)層3。該壓制光學(xué)層3包含量子點(diǎn)，它們在電場作用下發(fā)光。在壓制光學(xué)層3上是第二電極4，它優(yōu)選包含一種金屬，如銀。
兩個(gè)電極2，4在提供時(shí)都帶接線端并與電源連接。
電致發(fā)光器件在提供時(shí)優(yōu)選帶包含塑料如聚甲基丙烯酸甲酯的保護(hù)性封裝，以便保護(hù)器件，尤其免遭濕氣。
圖2示意本發(fā)明電致發(fā)光器件的另一個(gè)實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，電致發(fā)光器件配置有一個(gè)基質(zhì)，在其上有一個(gè)壓制光學(xué)層3。在壓制光學(xué)層3上涂布有第一和第二電極2，4。
或者，電致發(fā)光器件還可以配置更多的層。
壓制光學(xué)層3包含量子點(diǎn)。量子點(diǎn)優(yōu)選包含所謂的復(fù)合半導(dǎo)體，即由周期表內(nèi)多種主族元素構(gòu)成的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料例如是一種IV族材料、III/V族材料、II/VI族材料、I/VII族材料或一種或多種這類半導(dǎo)體材料的組合。優(yōu)選量子點(diǎn)包含II/VI族材料，如CdSe，CdS，CdTe，ZnS，HgS，ZnTe，ZnSe或III/V族材料，如InP，InAs，InN，GaAs，GaN，GaP，GaSb，AlAs或AlP。
或者，量子點(diǎn)也可以具有下述結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)有一個(gè)包含半導(dǎo)體材料的核，核被一種帶隙較寬的無機(jī)封裝所包圍。無機(jī)封裝材料優(yōu)選也是一種復(fù)合半導(dǎo)體。這類量子點(diǎn)被命名為“核殼量子點(diǎn)”。優(yōu)選的核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)有，例如，CdSe/CdS，CdSe/ZnS，CdTe/CdS，InP/ZnS，GaP/ZnS，Si/ZnS，InN/GaN，InP/CdSSe，InP/ZnSeTe，GaInP/ZnSe，GaInP/ZnS，Si/AlP，InP/ZnSTe，GaInP/ZnSTe或GaInP/ZnSSe。
量子點(diǎn)的直徑優(yōu)選在1～10nm之間。特別優(yōu)選量子點(diǎn)的直徑在1～5nm之間。
量子點(diǎn)一般用膠體化學(xué)合成法生成。通常是將一種含金屬化合物與一種含非金屬化合物的反應(yīng)對(duì)混合在有機(jī)溶劑或水中，然后使它們在高溫下發(fā)生反應(yīng)。
為產(chǎn)生包含核和無機(jī)封裝的量子點(diǎn)，首先要如上所述形成核。然后讓溶液冷卻下來，再在溶液中加入一種或多種無機(jī)封裝的前體(prestage)。在硫化物-基無機(jī)封裝如CdS的情況下，一開始可只加入一種含Cd的前體，然后用H2S使之轉(zhuǎn)化為CdS封裝。
在沉淀反應(yīng)期間，要加入復(fù)合配位體，它們粘著在量子點(diǎn)的表面。為了改進(jìn)尺寸分布，隨后可進(jìn)行尺寸分級(jí)。
優(yōu)選用作復(fù)合配位體的是在壓制溫度下?lián)]發(fā)而無殘留物的有機(jī)配體。優(yōu)選用作復(fù)合配體的是吡啶?；蛘?，在合成量子點(diǎn)期間一開始也可以用其它復(fù)合配位體，如十六胺(HAD)、三辛基膦氧化物(TOPO)和/或三辛基膦(TOP)。在生產(chǎn)壓制光學(xué)層之前，要通過用吡啶多次洗滌把它們置換成吡啶。
在本文內(nèi)容中，壓制是描述結(jié)合顆粒，即量子點(diǎn)，同時(shí)形成光學(xué)層3的物理過程。該過程可通過熱、壓力、光暴露、化學(xué)反應(yīng)或這些方法的組合進(jìn)行。尤其優(yōu)選用熱進(jìn)行壓制工藝。該工藝也可稱做光學(xué)層3的燒結(jié)。
為了產(chǎn)生壓制光學(xué)層3，要在基質(zhì)1上涂布含穩(wěn)定化量子點(diǎn)的懸浮液。該過程可以通過，例如，將基質(zhì)反復(fù)浸在懸浮液內(nèi)或用旋涂方法進(jìn)行?；|(zhì)1可已提供有第二電極2。
然后在惰性或減壓氣氛下和不超過300℃的溫度下壓制該光學(xué)層。在壓制期間施加超壓可降低壓制溫度。
如果壓制光學(xué)層3除了量子點(diǎn)以外還要包含填料材料基質(zhì)，則要將填料材料的顆粒與穩(wěn)定化量子點(diǎn)一起加在懸浮液中，其中填料材料顆粒的直徑小于量子點(diǎn)的顆粒直徑。然后在基質(zhì)1上涂布光學(xué)層并壓制，如上所述。在壓制過程中，由于納米晶材料的熔點(diǎn)下降，填料材料顆粒比量子點(diǎn)先熔化并均勻分布在量子點(diǎn)之間。由此獲得壓制光學(xué)層3，它包含一層填料材料封裝薄膜，量子點(diǎn)分布在其中。
電致發(fā)光器件本身的制造用已知方法進(jìn)行。
實(shí)施方案1的實(shí)施例為生產(chǎn)按照本發(fā)明的一種電致發(fā)光器件，要制備經(jīng)吡啶穩(wěn)定化的CdSe/ZnS量子點(diǎn)在甲苯中的懸浮液，其中CdSe/ZnS量子點(diǎn)的顆粒直徑為5nm。用旋涂法在作為基質(zhì)1的玻璃板上涂布一層懸浮液，該玻璃板上先已涂有ITO的第一電極2。所得層結(jié)構(gòu)要在不超過300℃的惰性氣氛中壓制20分鐘。然后冷卻到室溫，用蒸氣沉積法將Al的第二電極4涂布到壓制光學(xué)層3上。第一電極與第二電極2，4提供有接線端，并連接到電源上。施加大于2V的電壓后，獲得波長在620nm范圍內(nèi)的光發(fā)射，光譜對(duì)應(yīng)于CdSe/ZnS量子點(diǎn)在甲苯中的懸浮液的光致發(fā)光光譜。
所得電致發(fā)光器件具有更高的穩(wěn)定性及提高的效率和亮度。
實(shí)施方案2的實(shí)施例為生產(chǎn)按照本發(fā)明的一種電致發(fā)光器件，要制備經(jīng)吡啶穩(wěn)定化的CdSe/CdS量子點(diǎn)在甲苯中的懸浮液，其中CdSe/CdS量子點(diǎn)的顆粒直徑為5nm。用旋涂法在作為基質(zhì)1的塑料薄膜上涂布一層懸浮液，所得層結(jié)構(gòu)要在惰性氣氛中，以約1000巴的超壓和不超過150℃的溫度壓制10分鐘。然后冷卻到室溫，用蒸氣沉積法將Al/Au的第一電極2和Al/Au的第二電極4以指形電極的形式涂布到壓制光學(xué)層3上。第一電極與第二電極2，4提供有接線端，并連接到電源上。施加大于2V的電壓后，獲得波長在620nm范圍內(nèi)的光發(fā)射。
所得電致發(fā)光器件具有更高的穩(wěn)定性及提高的效率和亮度。
實(shí)施方案3的實(shí)施例為生產(chǎn)按照本發(fā)明的電致發(fā)光器件，要制備經(jīng)吡啶穩(wěn)定化的InP/ZnS量子點(diǎn)在甲苯中的懸浮液，其中InP/ZnS量子點(diǎn)的顆粒直徑為4nm。通過將已涂布SnO2:F的第一電極2的玻璃板基質(zhì)1反復(fù)浸在懸浮液內(nèi)的方法，在已涂有SnO2:F的基質(zhì)1上涂布一層懸浮液。將所得層結(jié)構(gòu)在不超過300℃的惰性氣氛中壓制15分鐘。然后冷卻到室溫，再在壓制光學(xué)層3上涂布Au的第二電極4。第一電極與第二電極2，4提供有接線端，并連接到電源上。施加大于2.5V的電壓后，獲得波長在590nm范圍內(nèi)的光發(fā)射。
所得電致發(fā)光器件具有更高的穩(wěn)定性及提高的效率和亮度。
實(shí)施方案4的實(shí)施例為生產(chǎn)按照本發(fā)明的電致發(fā)光器件，要制備經(jīng)吡啶穩(wěn)定化的CdTe量子點(diǎn)和顆粒直徑為2nm的ZnS顆粒在甲苯中的懸浮液。用旋涂法在玻璃板基質(zhì)1上涂布一層該懸浮液，玻璃板上先已涂有ITO的第一電極2。所得層結(jié)構(gòu)要在不超過120℃的惰性氣氛中壓制20分鐘。然后冷卻到室溫，獲得有ZnSe封裝薄膜的壓制光學(xué)層3，在其中嵌入CdTe量子點(diǎn)。用蒸氣沉積法在壓制光學(xué)層3上涂布In/Ni的第二電極4。第一電極和第二電極2，4提供有接線端，并連接到電源上。施加大于3V的電壓后，獲得波長在580nm范圍內(nèi)的光發(fā)射。
所得電致發(fā)光器件具有更高的穩(wěn)定性及提高的效率和亮度。
實(shí)施方案5的實(shí)施例為生產(chǎn)按照本發(fā)明的電致發(fā)光器件，要制備顆粒直徑為4.5nm且經(jīng)吡啶穩(wěn)定化的CdSe/CdS量子點(diǎn)和顆粒直徑為2nm的CdS顆粒在甲苯中的懸浮液。用旋涂法，在一塊已涂有ITO的第一電極2的玻璃板基質(zhì)1上涂布一層該懸浮液。所得層結(jié)構(gòu)要在不超過120℃的惰性氣氛中壓制20分鐘。然后冷卻到室溫，獲得帶封裝薄膜CdS并且CdSe/CdS嵌入在其中的壓制光學(xué)層。用蒸氣沉積法在壓制光學(xué)層3上涂布In/Ni的第二電極4。第一電極與第二電極2，4提供有接線端，并連接到電源上。施加大于2.8V的電壓后，獲得波長在600nm范圍內(nèi)的光發(fā)射。
所得電致發(fā)光器件具有更高的穩(wěn)定性及提高的效率和亮度。
權(quán)利要求
1.一種電致發(fā)光器件，配備有第一電極和第二電極，以及帶量子點(diǎn)的壓制光學(xué)層，其中，壓制光學(xué)層在電場作用下發(fā)光。
2.如權(quán)利要求1所述的電致發(fā)光器件，其特征在于一個(gè)量子點(diǎn)包含一個(gè)半導(dǎo)體材料核，該核被一種帶隙較寬的無機(jī)封裝所包圍。
3.如權(quán)利要求2所述的電致發(fā)光器件，其特征在于所述無機(jī)封裝包含半導(dǎo)體材料。
4.如權(quán)利要求1所述的電致發(fā)光器件，其特征在于所述壓制光學(xué)層包含填料的基質(zhì)，量子點(diǎn)被嵌入在其中。
5.如權(quán)利要求4所述的電致發(fā)光器件，其特征在于所述填料的帶隙比半導(dǎo)體材料的量子點(diǎn)的半導(dǎo)體材料或具有半導(dǎo)體材料核的量子點(diǎn)的半導(dǎo)體材料的更寬。
6.如權(quán)利要求5所述的電致發(fā)光器件，其特征在于所述填料和無機(jī)封裝包含相同的半導(dǎo)體材料。
7.一種制備電致發(fā)光器件的方法，所述器件配備有第一電極和第二電極以及帶量子層的壓制光學(xué)層，該光學(xué)層在電場作用下發(fā)光。在壓制光學(xué)層制造期間，產(chǎn)生一層量子點(diǎn)和填料顆粒，然后進(jìn)行壓制，其中填料顆粒的直徑小于量子點(diǎn)的直徑。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種電致發(fā)光器件，它配備有第一電極和第二電極以及帶量子點(diǎn)的壓制光學(xué)層，其中該壓制光學(xué)層在電場作用下發(fā)光。按照本發(fā)明的電致發(fā)光器件具有更好的穩(wěn)定性及更高的效率和亮度。
文檔編號(hào)H05B33/12GK1759160SQ200480006468
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者D·伯特拉姆, H·胡梅爾, T·于斯特爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司