專利名稱：無機電致發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無機電致發(fā)光器件(electroluminescent device)，并且更加特別地涉及一種具有高發(fā)光效率的無機電致發(fā)光器件。
背景技術：
無機電致發(fā)光器件的一般堆疊結(jié)構(gòu)在美國專利第5,543,237和5,64,181號中公開。
具有這種典型堆疊結(jié)構(gòu)的無機電致發(fā)光器件在圖1中示出。參照圖1，此器件具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中在襯底1上形成了透明的氧化銦錫(ITO)電極2，并且在ITO電極2上形成第一介電層3。在第一介電層3上順序形成無機電致發(fā)光層4、第二介電層5和背電極。另外，在背電極6上形成保護層(未示出)，從而保護堆疊結(jié)構(gòu)不受外界影響。
無機電致發(fā)光器件由AC電壓驅(qū)動，該AC電壓建立了很強的交變電場，其中電子被加速并與熒光物質(zhì)碰撞。為了獲得高亮度，需要大量的電子。
此處，期望開發(fā)一種無機電致發(fā)光器件，其具有高發(fā)光效率并且可以由低電壓驅(qū)動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種無機電致發(fā)光器件，其具有高發(fā)光效率，并且可以以較低的電壓驅(qū)動。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種無機電致發(fā)光器件，包括襯底；透明電極，形成在襯底上；無機發(fā)光層，形成在電極上；介電層，形成在無機發(fā)光層上；以及，背電極，形成在介電層上，其中，在介電層與背電極之間設置了電場增強層。
優(yōu)選電場增強層由碳納米管或納米顆粒形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種無機電致發(fā)光器件，包括無機發(fā)光層；上和下介電層，分別形成在發(fā)光層之上和之下，并且與發(fā)光層一起形成了夾層結(jié)構(gòu)；上和下電極，分別形成在夾層結(jié)構(gòu)之上和之下；襯底，作為上述堆疊結(jié)構(gòu)的主框架，其中，在上電極與接觸上電極的上介電層之間的界面、以及下電極與接觸下電極的下介電層之間的界面中的至少一個界面處設置了電場增強層。
優(yōu)選電場增強層由碳納米管形成。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種無機電致發(fā)光器件，包括第一和第二襯底，彼此相對地布置；透明電極，形成在第一襯底上；無機發(fā)光層，形成在透明層上；介電層，形成在發(fā)光層上；背電極，形成在第二襯底上；以及，電場增強層，形成在背電極上，使得其與第一襯底上的介電層相接觸。
優(yōu)選透明電極、無機發(fā)光層、以及介電層形成在第一襯底上，而背電極和電場增強層形成在第二襯底上。另外，優(yōu)選電場增強層由碳納米管形成。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種無機電致發(fā)光器件，包括第一和第二襯底，彼此相對地布置；透明電極，形成在第一襯底上；第一電場增強層，形成在透明電極上；第一介電層，形成在透明電極上；背電極，形成在第二襯底上；第二電場增強層，形成在第二襯底上，使其與第一襯底上的介電層相接觸；第二介電層，形成在第二電場增強層上；以及，無機發(fā)光層，設置在第一與第二介電層之間。
優(yōu)選透明電極、第一電場增強層、第一介電層、無機發(fā)光層、以及第二介電層形成在第一襯底上，而背電極和電場增強層形成在第二襯底上。


通過參照附圖詳細地介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述和其它方面及優(yōu)點將變得更加明顯易懂，其中圖1為傳統(tǒng)無機電致發(fā)光器件的示意性剖視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例，具有堆疊結(jié)構(gòu)的無機電致發(fā)光器件的示意性剖視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實施例，具有堆疊結(jié)構(gòu)的無機電致發(fā)光器件的示意性剖視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實施例，具有堆疊結(jié)構(gòu)的無機電致發(fā)光器件的示意性剖視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第四實施例，具有堆疊結(jié)構(gòu)的無機電致發(fā)光器件的示意性剖視圖；圖6和7為照片，示出從根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光結(jié)構(gòu)中射出的輻射；以及圖8為示出從傳統(tǒng)的發(fā)光結(jié)構(gòu)射出的輻射的照片。
具體實施例方式
下面，將參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，用于制造根據(jù)下面實施例的結(jié)構(gòu)的公知方法和材料將不再詳細介紹。
第一實施例參照圖2，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的無機電致發(fā)光器件具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中在襯底10上形成由透明的氧化銦錫(ITO)形成的透明電極20，并且在ITO電極20上形成其中發(fā)生電場增強的無機發(fā)光層40。另外，在發(fā)光層40上順序形成介電層50和背電極，并且在介電層50與背電極60之間設置作為本發(fā)明特征的電場增強層70。在背電極60上形成保護層(未示出)，以將堆疊結(jié)構(gòu)從外界屏蔽開。在第一實施例中，由于電場增強層70不鄰近光穿過其傳播的襯底10，因此優(yōu)選的是電場增強層70由碳納米管形成。
第二實施例參照圖3，根據(jù)第二實施例的無機電致發(fā)光器件具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中在襯底11上順序形成由透明ITO形成的透明電極21和作為本發(fā)明特征的第一電場增強層71a。在第一電場增強層71a上形成第一介電層31，并且在第一介電層31上形成其中發(fā)生電場增強的無機發(fā)光層41。另外，在發(fā)光層41上順序形成第二介電層51和背電極61，并且在第二介電層51與背電極61之間設置同樣作為本發(fā)明特征的第二電場增強層71b。另外，在背電極61上形成保護層(未示出)，以將堆疊結(jié)構(gòu)從外界屏蔽開。在第二實施例中，由于第一電場增強層鄰近光穿過其傳播的襯底11形成，因此優(yōu)選的是第一電場增強層由透明材料形成。
第三實施例參照圖4，根據(jù)第三實施例的無機電致發(fā)光器件具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中在第一襯底12與第二襯底82之間設置其中發(fā)生電場增強的夾層結(jié)構(gòu)。更具體地說，在第一襯底12上形成由透明ITO形成的透明電極22，并且在ITO電極22上形成其中發(fā)生電場增強的無機發(fā)光層42。在發(fā)光層42上順序設置介電層52和背電極62，并且在介電層52與背電極62之間設置作為本發(fā)明特征的電場增強層72。優(yōu)選ITO電極22、發(fā)光層42和介電層52順序形成在第一襯底12上，而背電極62和電場增強層72順序形成在第二襯底82上。接著，將第一襯底12與第二襯底82結(jié)合，從而使第一襯底12上的介電層52與第二襯底82上的電場增強層72相接觸。
第四實施例參照圖5，根據(jù)第四實施例的無機電致發(fā)光器件具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中在第一襯底13與第二襯底83之間設置夾層結(jié)構(gòu)，如圖4的電致發(fā)光器件中所示的那樣。更具體地說，在第一襯底13上形成由透明ITO形成的透明電極23，并且在ITO電極23上順序形成第一電場增強層73a、第一介電層33和其中發(fā)生電場增強的無機發(fā)光層43。在發(fā)光層43上順序形成第二介電層53、第二電場增強層73b和背電極63。優(yōu)選的是ITO電極23、第一電場增強層73a、第一介電層33、發(fā)光層43和第二介電層53順序形成在第一襯底13上。另外，背電極63和第二電場增強層73b順序形成在第二襯底83上。接著，將第一襯底13與第二襯底83結(jié)合，從而使得第一襯底13上的第二介電層53與第二電場增強層73b相接觸。在第四實施例中，第一電場增強層73a鄰近光透過其中轉(zhuǎn)播的襯底13形成。因此，優(yōu)選的是第一電場增強層73a由透明納米顆粒形成。相比之下，第二電場增強層73b并未位于光路中，因此可以由碳納米管或一些其它非透明材料形成。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電致發(fā)光器件的特征在于，電場增強層形成在與介電層相接觸的電極上。電場增強層可以由碳納米管或具有電場增強特性的微粒形成。
在根據(jù)本發(fā)明的無機電致發(fā)光器件中，在向透明ITO電極和背電極施加交流(AC)電壓時，在電致發(fā)光器件端部產(chǎn)生了MV/cm量級的強電場，并且陷在介電層與無機發(fā)光層之間的界面處的電子從那里發(fā)射出來。此處，電子穿過發(fā)光層的導帶隧穿。射入發(fā)光層導帶中的電子在電場中加速，從而獲得了足以激發(fā)熒光物質(zhì)的輻射中心(the center of radiation)的能量。然后，電子在輻射中心處與周邊電子碰撞，以激發(fā)周邊電子。原來處于基態(tài)的受激電子又返回基態(tài)，結(jié)果由于兩狀態(tài)之間的能量差而發(fā)生了光發(fā)射。存在某些高能電子被撞擊出熒光物質(zhì)，于是該物質(zhì)部分地離子化從而發(fā)射次級電子(secondary electron)的可能性。同時，某些低能電子(包括由于碰撞或輻射發(fā)射而失去其大部分能量的電子)可以由ITO電極與背電極之間的界面俘獲。在外電壓的極性改變時，上述過程反向。根據(jù)費希爾(Fisher)原理(參照Journal of the Electrochemical SocietyReview and News，June 1971)，發(fā)光層與介電層之間的距離僅為幾個納米，即，它們彼此虛接觸(pseudo-contact)。因此，從發(fā)光層(即熒光器件的尖銳邊緣)射出的電子與空穴相結(jié)合并輻射出光，空穴在施加具有相反極性的電壓時產(chǎn)生。在此情況下，空穴的數(shù)量等于產(chǎn)生在相反電極上的電子的數(shù)量。因此，形成在相對電極上的電子越多，與電子結(jié)合的空穴就越多，從而射出更多的光，即，發(fā)光效率越高。根據(jù)本發(fā)明，與介電層接觸的電極的表面涂覆以由諸如碳納米管或納米顆粒的具有場發(fā)射特性的材料形成的場發(fā)射層。此處，由于場發(fā)射層與介電層之間的距離僅有幾個納米，因此場發(fā)射發(fā)生在場發(fā)射層與介電層之間以產(chǎn)生電子。產(chǎn)生的電子供給至介電層。場發(fā)射可發(fā)生在具有允許電子穿過的細孔或縫隙的材料中。這意味著，介電層與場發(fā)射層虛接觸，或者細孔或縫隙出現(xiàn)在介電層與場發(fā)射層之間。額外電子的提供增大了發(fā)光效率，并且進一步使得電致發(fā)光器件能夠在低壓下工作并具有高亮度。
本發(fā)明基于與介電層接觸的電極的電狀態(tài)(electrical state)。假設兩個相對的電極具有相同數(shù)量的電荷，在向介電層施加高電場以在介電層的與發(fā)光層接觸的表面上形成許多電子或空穴時，許多空穴或電子形成在介電層的另一表面上。如上所述，電極的與介電層相接觸的表面涂覆以場發(fā)射材料，諸如碳納米管或納米顆粒。因此，由于場發(fā)射層與介電層之間的距離僅為幾個納米，因此場發(fā)射發(fā)生在場發(fā)射層與介電層之間。按此方式，可以在電極的與場發(fā)射層接觸的表面處獲得更大數(shù)量的電荷。
如所述的那樣，在傳統(tǒng)發(fā)光器件中，少量的電荷被俘獲在介電層的與電極接觸的表面中。然而，若如本發(fā)明所教導的，電極以碳納米管涂覆，則可以在介電層的表面中俘獲大量的電荷，無論介電層的電學特性如何。
實驗示例圖6為示出從根據(jù)本發(fā)明的電致發(fā)光器件射出的輻射的照片。參照圖6，在鉻電極上利用濺射鍍覆Ni催化劑。接著，電場增強層利用化學氣相沉積(CVD)由碳納米管形成并貼附在襯底上。接著，在另一襯底上順序形成透明電極和熒光層(fluorescent layer)。然后，利用具有0.2mm厚度的玻璃板將兩個襯底彼此分開，向所得的結(jié)構(gòu)施加800V、30kHz脈沖的AC電壓，以產(chǎn)生圖6所示的輻射。
圖7為示出從根據(jù)本發(fā)明的電致發(fā)光器件射出的輻射的照片，其中與上述襯底相同的襯底利用具有0.2mm厚度的鋁襯底彼此分開，并向所得的結(jié)構(gòu)施加800V、30kHz脈沖的AC電壓。可在圖7中看到用作絕緣層的鋁顆粒。
圖8為示出從傳統(tǒng)的電致發(fā)光器件射出的輻射的照片，其中包括不包括場發(fā)射層的電極的襯底與包括涂覆以熒光層的透明電極的另一個襯底利用具有0.2mm厚度的玻璃板分開，并且向所得的結(jié)構(gòu)施加1100V、30kHz脈沖的AC電壓。
如圖6和7所示，根據(jù)本發(fā)明的電致發(fā)光器件輻射更亮，而如圖8所示，傳統(tǒng)的電致發(fā)光器件未發(fā)光。
上述實驗顯示出，在電致發(fā)光器件包括電場增強層時，發(fā)光效率明顯增大。若根據(jù)本發(fā)明的電場增強層形成在與介電層相接觸的電極上，則電場增強可以以較低的驅(qū)動電壓獲得。另外，用于驅(qū)動電致發(fā)光器件的驅(qū)動電壓可以通過適當選取用于絕緣層的材料并減小其厚度來降低。
根據(jù)本發(fā)明的這種電致發(fā)光器件可以在較低的真空狀態(tài)下、以比傳統(tǒng)技術更低的電壓工作，由此增大了器件的壽命，并降低了制造傳統(tǒng)的昂貴驅(qū)動電路的成本。
雖然已經(jīng)參照其優(yōu)選實施例具體地展示和介紹了本發(fā)明，但是本領域技術人員將理解，可以在不脫離如所附權利要求限定的本發(fā)明的精髓和范圍的情況下，作形式和細節(jié)上的各種改變。
權利要求
1.一種無機電致發(fā)光器件，包括襯底；透明電極，形成在襯底上；無機發(fā)光層，形成在電極上；介電層，形成在無機發(fā)光層上；以及背電極，形成在介電層上，其中，在介電層與背電極之間設置了電場增強層。
2.如權利要求1所述的器件，其中電場增強層由碳納米管或納米顆粒形成。
3.一種無機電致發(fā)光器件，包括無機發(fā)光層；上和下介電層，分別形成在發(fā)光層之上和之下，并且與發(fā)光層一起形成夾層結(jié)構(gòu)；上和下電極，分別形成在夾層結(jié)構(gòu)之上和之下；以及襯底，作為上述堆疊結(jié)構(gòu)的主框架，其中，在上電極與接觸上電極的上介電層之間的界面、以及下電極與接觸下電極的下介電層之間的界面中的至少一個界面處設置了電場增強層。
4.如權利要求3所述的器件，其中電場增強層由碳納米管形成。
5.一種無機電致發(fā)光器件，包括第一和第二襯底，彼此相對地布置；透明電極，形成在第一襯底上；無機發(fā)光層，形成在透明層上；介電層，形成在發(fā)光層上；背電極，形成在第二襯底上；以及電場增強層，形成在背電極上，使得其與第一襯底上的介電層相接觸。
6.如權利要求5所述的器件，其中透明電極、無機發(fā)光層、以及介電層形成在第一襯底上，而背電極和電場增強層形成在第二襯底上。
7.如權利要求6或7所述的器件，其中電場增強層由碳納米管形成。
8.一種無機電致發(fā)光器件，包括第一和第二襯底，彼此相對地布置；透明電極，形成在第一襯底上；第一電場增強層，形成在透明電極上；第一介電層，形成在透明電極上；背電極，形成在第二襯底上；第二電場增強層，形成在第二襯底上，使得其與第一襯底上的介電層相接觸；第二介電層，形成在第二電場增強層上；以及無機發(fā)光層，設置在第一與第二介電層之間。
9.如權利要求8所述的器件，其中透明電極、第一電場增強層、第一介電層、無機發(fā)光層、以及第二介電層形成在第一襯底上，而背電極和電場增強層形成在第二襯底上。
10.如權利要求8或9所述的器件，其中電場增強層由碳納米管形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無機電致發(fā)光器件。該器件具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中在與無機發(fā)光層相接觸的介電層與電極之間設置了電場增強層。在器件中，通過電場增強層提供了額外的電子，從而增大了發(fā)光效率，使得器件能夠發(fā)射具有所需亮度的光，并且延長器件的壽命。
文檔編號H05B33/22GK1520239SQ20031012372
公開日2004年8月11日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權日2002年12月24日
發(fā)明者韓仁澤 申請人:三星Sdi株式會社