发光装置制造方法及图纸

我们描述一种发光装置(120，130)，所述发光装置包括基底(102)和沉积在所述基底上的包含钙钛矿晶体的膜(122，132)，其中所述包含钙钛矿晶体的膜用绝缘氧化物或绝缘氮化物的层(124，134)包封，或者包封在绝缘氧化物或绝缘氮化物的基体(124，134)内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发光装置专利
本专利技术一般涉及包括包含钙钛矿晶体的膜的发光装置，所述包含钙钛矿晶体的膜用绝缘氧化物、绝缘氮化物或绝缘金属氧化物/氢氧化物网络的层包封，或者包封在绝缘氧化物、绝缘氮化物或绝缘金属氧化物/氢氧化物网络的基体内，以及用于制备所述发光装置的方法。专利技术背景先前，我们在我们的共同未决的申请GB1407606.1和GB1421133.8中已经描述基于钙钛矿的发光装置。基于地球丰富的有机金属卤化物钙钛矿材料的发光装置近期已经被证明表现出明亮且颜色受控的电致发光(参见Tan，Z.-K.等，NatureNanotechnology9，687-692(2014))。在Tan等中公开的装置的典型实例包括TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/F8膜结构。在这些装置的一些中，在TiO2上方并且在CH3NH3PbI3-xClx下方包括Al2O3的薄层作为两者之间的层，用于优化装置效率并使发光最小化，Al2O3用作针对来自其他电极的空穴的屏障。F.Zhang等(ACSNano，2015，9(4)，第4533-4542页)已经报道了明亮发光且颜色可调节的胶体CH3NH3PbX3(X＝Br、I、Cl)量子点，其具有在室温下高至70％的绝对量子产率和低激发流畅度。可以在例如L.Protesescu等，NanoLett.2015，15，3692-3696中找到与基于钙钛矿的光致发光装置相关的其他现有技术。然而，存在对于基于钙钛矿的光致发光装置的进一步改善的需求。专利技术概述根据本专利技术的第一方面，因此提供一种发光装置，所述发光装置包括基底和沉积在所述基底上的包含钙钛矿晶体的膜，其中所述包含钙钛矿晶体的膜用绝缘氧化物或绝缘氮化物的层包封，或者包封在绝缘氧化物或绝缘氮化物的基体内。所述发光装置可以是光致发光装置。我们注意到，在本说明书全文中关于作为光致发光装置(其可以通过光吸收激发以得到光致发光装置)的装置的表述同样适用于可以通过电激发激发的装置，所述装置可能需要在钙钛矿晶体层或膜上方和下方的电连接，以得到电致发光装置，或例如发光二极管。因此，此处描述的针对光致发光装置的优选实施方案同样适用于如在本说明书全文中描述的发光装置。本专利技术人已经认识到，通过用绝缘氧化物或绝缘氮化物的层包封包含钙钛矿晶体的膜，或者将包含钙钛矿晶体的膜包封在绝缘氧化物或绝缘氮化物的基体内，与其中省略了包封层或基体的基本上类似的光致发光装置相比，钙钛矿晶体的光致发光产率基本上相同或者甚至更高。这是出人意料的结果，因为通常将认为沉积到包含钙钛矿晶体的膜上的包封层或基体在包封层或基体的沉积期间将导致在钙钛矿材料的表面处或表面附近引入电子缺陷状态，由此降低钙钛矿晶体的光致发光产率。本专利技术人反而已经观察到，与基本上类似的沉积在基底上的原始的钙钛矿晶体相比，包封的钙钛矿晶体的光致发光产率相同或甚至更高。“原始的”在此是指在光致发光装置的工作之前的包含钙钛矿晶体的膜，因为未包封的钙钛矿晶体的光致发光产率在光致发光装置的工作期间例如在空气中降低，如下文将描述的。此外，包封层或基体有利地提高包含钙钛矿晶体的膜针对以下中的一种或多种的稳定性：钙钛矿晶体的光引发劣化，包封装置对氧和/或水的暴露，和钙钛矿晶体的热劣化，如下文将进一步描述的。因此，在所述光致发光装置的一个优选实施方案中，所述绝缘氧化物或绝缘氮化物的层或基体被配置为防止在所述光致发光装置的工作期间所述钙钛矿晶体的光致发光产率的降低。绝缘氧化物或绝缘氮化物的层或基体可以通过在晶体周围形成致密基体进一步防止钙钛矿晶体的聚集。绝缘氧化物或氮化物可以例如包封在例如可以作为层沉积在装置结构顶上的PMMA、聚苯乙烯、聚酰亚胺或其他材料的聚合物基体内。优选地，用于包封绝缘氧化物或氮化物的基体的材料可以选择为使得用于将基体沉积到包含钙钛矿晶体的膜上的加工温度可以低于在高于其时钙钛矿晶体可能劣化的阈值，并且特别地低于大约80℃-100℃。如上文概述，本专利技术人已经观察到，未包封的钙钛矿晶体的光致发光产率在光致发光装置的工作期间显著降低。这主要在光致发光装置正在空气中工作时观察到，如下文将进一步描述的。已经确定对氧和/或水的暴露以及光引发劣化是钙钛矿在光致发光装置的工作期间劣化的主要原因。用绝缘氧化物或绝缘氮化物包封包含钙钛矿晶体的膜有利地防止钙钛矿晶体在光致发光过程期间劣化。与基本上类似的、原始的(即在工作之前)、未包封的包含钙钛矿晶体的膜相比，或者与正在例如氮气氛中工作时的基本上类似的、未包封的包含钙钛矿晶体的膜相比，通过使用如本文描述的方法用绝缘氧化物或绝缘氮化物的层包封包含钙钛矿晶体的膜或者将包含钙钛矿晶体的膜包封在绝缘氧化物或绝缘氮化物的基体内，基于钙钛矿晶体的膜保持或者甚至提高光致发光产率。因此，在所述光致发光装置的一个优选实施方案中，所述钙钛矿晶体的光致发光产率与基本上类似的、原始的、未包封的钙钛矿晶体的光致发光产率基本上相同，或高于基本上类似的、原始的、未包封的钙钛矿晶体的光致发光产率。本专利技术人已经认识到，本文描述的方法可以应用于其中基于钙钛矿晶体的膜包含钙钛矿纳米晶体，特别是纳米颗粒或钙钛矿纳米线，更特别是钙钛矿量子点、钙钛矿量子线和/或钙钛矿量子阱的装置。因此，在所述光致发光装置的一个优选实施方案中，所述钙钛矿晶体包括钙钛矿纳米晶体，特别是钙钛矿纳米颗粒或钙钛矿纳米线，优选钙钛矿量子点(例如胶体钙钛矿量子点)、钙钛矿量子线或钙钛矿量子阱，并且更优选钙钛矿量子点。将理解，包含钙钛矿晶体的膜可以仅由钙钛矿晶体(例如钙钛矿量子点、钙钛矿量子线、钙钛矿量子阱，或更一般地，钙钛矿纳米颗粒或钙钛矿纳米线)组成。备选地，包含钙钛矿晶体的膜可以由例如有机-无机混合钙钛矿膜或其中钙钛矿晶体包埋在可以是有机物或无机物的另一材料的基体内的膜组成。其中可以使用钙钛矿量子点、钙钛矿量子线或钙钛矿量子阱的发光装置由此可以提供例如更亮的显示器，改善的寿命，和优于基于其他技术的照明装置如LCD或OLED的其他优点。应注意，本文描述的方法和装置可以应用于具有不同形状和/或尺寸的钙钛矿材料。基于钙钛矿的膜可以包含钙钛矿光致发光材料的小微晶，其可以具有不同的大小和形状，物理尺寸从nm尺度到微米尺度。这涵盖所有常用的术语，包括例如钙钛矿纳米颗粒、纳米线、量子点、量子线、量子阱等。在一些实施方案中，所述微晶具有高于微米尺度的物理维度。在本说明书全文中关于“纳米晶体”的表述应理解为至少一个维度小于大约100nm或几百nm的晶体。在所述光致发光装置的另一个优选实施方案中，所述绝缘氧化物或绝缘氮化物选自氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化镍、氧化镁、氧化锌、氮化钛和氮化硅。优选地，用于绝缘层或基体的材料可以选择为使得用于沉积绝缘层或基体的沉积温度不超过钙钛矿晶体劣化、并且特别是钙钛矿晶体的光致发光产率降低的温度。因此，在所述光致发光装置的一个优选实施方案中，所述绝缘氧化物是氧化铝。氧化铝可以使用诸如原子层沉积的技术沉积到基底上，这允许例如低至20℃的沉积温度，如下文将进一步描述的，由此防止钙钛矿晶体的劣化。在所述光致发光装置的一个优选实施方案中，包封所述包含钙钛矿晶体的膜的所述绝缘氧化物或绝缘氮化物层或基体为5至1000nm厚。具有至少大约5nm的厚度的包封本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光致发光装置，所述光致发光装置包括基底和沉积在所述基底上的包含钙钛矿晶体的膜，其中所述包含钙钛矿晶体的膜用绝缘氧化物或绝缘氮化物的层包封，或者包封在绝缘氧化物或绝缘氮化物的基体内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.30 GB 1511490.3;2015.10.30 GB 1519269.31.一种光致发光装置，所述光致发光装置包括基底和沉积在所述基底上的包含钙钛矿晶体的膜，其中所述包含钙钛矿晶体的膜用绝缘氧化物或绝缘氮化物的层包封，或者包封在绝缘氧化物或绝缘氮化物的基体内。2.根据权利要求1所述的光致发光装置，其中所述绝缘氧化物或绝缘氮化物的层或基体被配置为防止在所述光致发光装置的工作期间所述钙钛矿晶体的光致发光产率的降低。3.根据权利要求1或2所述的光致发光装置，其中所述钙钛矿晶体的光致发光产率与基本上类似的、原始的、未包封的钙钛矿晶体的光致发光产率基本上相同，或高于基本上类似的、原始的、未包封的钙钛矿晶体的光致发光产率。4.根据权利要求1、2或3所述的光致发光装置，其中所述钙钛矿晶体包括钙钛矿纳米晶体，特别是钙钛矿纳米颗粒或钙钛矿纳米线，优选钙钛矿量子点、钙钛矿量子线或钙钛矿量子阱，更优选钙钛矿量子点。5.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中所述绝缘氧化物或绝缘氮化物选自氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化镍、氧化镁、氧化锌、氮化钛和氮化硅。6.根据权利要求1至4中任一项所述的光致发光装置，其中所述绝缘氧化物是氧化铝。7.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中包封所述包含钙钛矿晶体的膜的所述绝缘氧化物或绝缘氮化物层或基体为5至1000nm厚。8.根据权利要求7所述的光致发光装置，其中包封所述包含钙钛矿晶体的膜的所述绝缘氧化物或绝缘氮化物层或基体为50至500nm厚。9.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中包封所述包含钙钛矿晶体的膜的所述绝缘氧化物或绝缘氮化物层或基体是通过基于蒸气的沉积方法沉积的。10.根据权利要求9所述的光致发光装置，其中所述基于蒸气的沉积方法选自大气原子层沉积、化学气相沉积、真空原子层沉积，优选大气原子层沉积。11.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中所述光致发光装置的光致发光产率为至少50％。12.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中所述光致发光装置的光致发光产率为50-80％。13.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中所述光致发光装置在将其在20℃下暴露于水1分钟后保持其光致发光产率的至少95％。14.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中所述包含钙钛矿晶体的膜与未用绝缘氧化物或绝缘氮化物的层包封或者未包封在绝缘氧化物或绝缘氮化物的基体内的等同的包含钙钛矿晶体的膜相比具有改善的针对热劣化的稳定性。15.根据权利要求14所述的光致发光装置，所述光致发光装置针对高达170℃下至少10分钟的热劣化是稳定的。16.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中所述钙钛矿晶体具有1至200nm、优选1至20nm的直径。17.根据任一前述权利要求所述的光致发光装置，其中所述钙钛矿晶体由有机金属卤化物钙钛矿或金属-金属卤化物钙钛矿材料组成。18.根据权利要求17所述的光致发光装置，其中所述有机金属卤化物钙钛矿或金属-金属卤化物钙钛矿具有AMX3结构，其中A是一价阳离子，M是二价阳离子，并且X是卤素阴离子。19.根据权利要求18所述的光致发光装置，其中二价阳离子M是二价金属阳离子。20.根据权利要求18所述的光致发光装置，其中二价金属阳离子是锡(Sn2+)或铅(Pb2+)。21.根据权利要求18至20中任一项所述的光致发光装置，其中所述一价阳离子是碱金属阳离子。22.根据权利要求18至21中任一项所述的光致发光装置，其中所述一价阳离子是铯(Cs+)或铷(Rb+)。23.根据权利要求18至20中任一项所述的光致发光装置，其中所述一价阳离子是伯、仲或叔铵阳离子[HNR1R2R3]+，其中R1、R2和R3中的每个相同或不同，并且选自氢、未取代或取代的C1-C20烷基和未取代或取代的C5-C18芳基。24.根据权利要求18至20中任一项所述的光致发光装置，其中所述一价阳离子具有形式[R1R2N-CH＝NR3R4]+：其中R1、R2、R3和R4中的每个相同或不同，并且选自氢、未取代或取代的C1-C20烷基和未取代或取代的C5-C18芳基。25.根据权利要求18至20中任一项所述的光致发光装置，其中所述一价阳离子具有形式(R1R2N)(R3R4N)C＝NR4R6：其中R1、R2、R3、R4、R5和R6中的每个相同或不同，并且选自氢、未取代或取代的C1-C20烷基和未取代或取代的C5-C18芳基。26.根据权利要求18至25中任一项所述的光致发光装置，其中X为选自氯离子、溴离子、碘离子和氟离子的卤素阴离子，并且，在AMX3结构中，各个卤离子相同或不同。27.根据权利要求17所述的光致发光装置，其中有机金属卤化物钙钛矿材料或金属-金属卤化物钙钛矿具有A1-iBiMX3结构，其中：A和B各自是如权利要求21至25的任一项中所述的一价阳离子，其中A和B不同；M是如权利要求19和20中所述的二价金属阳离子；X是如权利要求26中所述的卤素阴离子；并且i在0和1之间。28.根据权利要求17所述的光致发光装置，其中所述有机金属卤化物钙钛矿或金属-金属卤化物钙钛矿材料具有AMX3-kYk结构，其中：A是如权利要求21至25的任一项中所述的一价阳离子；M是如权利要求19和20中所述的二价金属阳离子；X和Y各自是如权利要求26中所述的卤素阴离子，其中X和Y不同；并且k在0和3之间。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·亨利·弗兰德，李广如，狄大卫，礼萨·萨贝里·穆加达姆，陈致匡，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，阿卜杜拉阿齐兹国王科技城，
类型：发明
国别省市：英国,GB