CN1364395A - 电致发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电致发光装置包括两个电极(3,5),其中至少一层有机电致发光半导体(4)安置其间,还有一个支承所述装置的基底(2),一个电流源(1)电连接于所述电极。本发明的装置的特征在于所述基底(2)是金属或合金制成的。

Description

电致发光装置及其制造方法
技术领域
本发明是关于电致发光装置，这种装置有两个电极，两电极之间至少有一层有机电致发光半导体及支持这个装置的基底，以及一个用导电方式和前述的两个电极连接起来的电流源。本发明还涉及制造这种装置的方法。
背景技术
在本发明中所说的“至少有一层有机电致发光半导体”，应该理解为一种导电体，通常为多层有机材料，当向这种材料的一面注入电子，另一面注入正的空穴，便会在里面发生电致发光现象。这两种相反符号的电荷的复合便产生光的发射。这就是本发明意义上的所谓的注入式电致发光。
在有机半导体中首次出现电致发光现象是在1960年，而在有机薄膜中的电致发光系统的发展则是在八十年代的后半叶。在这方面参阅下面的文章：A.L.Kraft，A.C.Grimsdale，A.B.Holmes，Electroluminescent conjugated polymers-Seeing polymers in anew light，Angew.Chem.Int.Ed.(1998)37，402-428，et R.H.Friend，R.W.Gymer，A.B.Holmes，J.H.Burroughes，R.N.Marks，C.Taliani，D.D.C.Bradley，D.A.Dos Santos，J.L.Bredas，M.Lgdlund，W.R.Salaneck，Electroluminescence in conjugatedpolymers，Nature/1999/397，121-128。
在所用的大多数系统中，是用玻璃做基底，在基底上相继沉积薄层，构成电致发光系统。而最近考虑用PET(对苯甲二酸乙二醇聚酯(polyéthylène téréphtalate))取代玻璃。玻璃和PET都是透明的，在基底上面直接沉积铟—锡氧化物(ITO)，用来构成向有机半导体注入带正电荷的空穴的直流电的正极，然后沉积一或多层薄层的有机半导体在ITO层之上，这些层通常是由不同的分子构成的。最后在整个面上沉积一薄层铝，镁或钙，构成向有机半导体注入电子的负极，正是由空穴—电子的复合而形成系统发光，透过玻璃基底或PET基底发射出去。在通常用交流电的系统中(SCALE：Symmetrically Configured Alternating CurrentLight Emiting devices)看到的是同样的电极(在玻璃或PET上的ITO及铝、铜或金)，而没有必要再去区分这个电极和那个电极之间的作用不同。
这些装置有一种缺陷：其所用的基底是一种热绝缘材料。当以大功率使用时，这样的基底不能够相适应将热量散发出去，导致在装置中形成破坏。另外，玻璃基底易碎，而PET基底则软，这两种基底中没有一种能够在电致发光装置使用时能抵抗所承受的机械静应力和动应力。
还有利用“磷光体”作为电致发光光源的系统，这些磷光体都是由无机物构成，与一层硬的导电基底被一层通常是电阻可变的电介质层分开来。磷光体通常都是密封在一种可聚合的树脂内，将磷光体置于交变电场中，使内部由于热作用而产生的电子和在价带(bande de valence)中具有的相应的正电荷的空穴产生运动，由于电子碰撞而激发，由此而发光，就是说，在这种情况下产生本征电致发光(例如见WO-97/46053和US-A-3,626,240)。
为了激励“磷光体”，必须建立一个足够强度的交变场，由此需要有一个介电层和/或电阻层，由此得出60～500V的高电压，产生从50Hz到2.5kHz振荡的交变电流，以及约100μm的厚度。
发明内容
本发明的目的在于用一种简单的方法制成一种有机半导体电致发光装置而免除上述的弊病。
根据本发明，可以预计一种如上面描述的电致发光装置，其中的基底是由一种金属或者一种合金构成，这种基底具有足够好的导热性能，以能排出电致发光系统所释放的热，特别是将电致发光体用于高功率密度的时候。
所述的合金为钢，例如为软钢或不锈钢是相当有好处的。钢同时有硬度和易于成型的性质，这于电致发光装置在多个方面的应用都是非常有好处的，例如照明牌、内部或外部光源，装饰系统、不变的或可编程的显示系统。
根据本发明的一种有利的实施方式，第一个电极是沉积在至少一层的有机电致发光半导体层的第一侧，是在半导体层的第一面上，即相对于基底的面上，第二个电极是沉积在至少一层的有机电致发光半导体的第二侧，是在这半导体层的第二面上，即和基底相反的面上。这第二个电极至少让部分光线透过。
如前面已经说过的那样，这种装置可以有一个有机电致发光半导体层，也可以有相迭多层半导体层。在仅有一层半导体的情况下，第一面和第二面肯定为这一层的两个面；在有相迭的多层的情况下，是为这些层所构成的整体的两个外面。
由于用金属作基底，用合金或用钢，其有利之处在于可以安排电致发光系统中各层的顺序和根据以往技术所安排的电致发光系统中各层的顺序相反。事实上，装置发出的光不再是透过基底，而只透过一个电极—和基底相反的电极，并通常透过这个面的外包装，这个外包装是透明材料，隔绝气和水。
最好是用尽可能好的透明材料制造位于和基底相反的面的电极，例如可以考虑使用无机电极材料，如在已知的电致发光装置或光电池中直接用玻璃或PET基底支承的电极。作为例子，并非是穷举，可以举出铟—锡氧化物(ITO)、铟—锌氧化物(IZO)，或者以铟(锌、镓)的氧化物为基质的系统，亦或ZnO、SnO2、ZnS、CdS、ZnSe、ZnxCd1-xO、ZnTe，还可以使用导电且透明的有机材料，例如镀P的轭合聚合物(polymères conjugués)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophène)、聚苯胺(polyaniline)、聚乙炔(polyacétylène(CHx))以及这些物质的派生物或混合物。还可以使用这些导电层的多层重迭，例如一层ITO上面覆盖一层共轭聚合物。
作为透明的封装材料，作为例子可以用所谓的PECVD(physical Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术沉积一薄层氧化硅(SiOx)。
根据本发明的一种好的实施方式，基底和电源连接，钢是一种电良导体，因此可以将电流引向和它相接的电极，基底本身可以起到电极的作用。
显然，还可以有另一种根据本发明的装置；在这种装置中是基底支承着一个电极，而电极直接与电源联接，而不是装置经过基底和电源连接。
可以将具有这种作用的任何材料用作基底端的电极材料。特别是可以将上面列举的材料用于与基底相反的端的电极。而且不仅可以将钢片状的基底用于电极，还可以将表面经过处理的这种片状物用作电极。
根据本发明，可以考虑各种能够将钢片的表面或钢片的内部处理成良导电体的材料用于钢片的表面处理，例如可以预先将钢片进行受控氧化处理，使它至少在表面有良导电材料的富集，例如Fe3O4的富集。这种受控氧化可以用已知的方式，例如用电解或用空气氧化。
对于表面处理，还可以考虑在钢片上做导电包层，特别是锌，熔合有或多或少的铝的锌、铝、铬或锡，根据情况，和根据技术人员所熟悉的技术，这样的包层可以例如用电解沉积，或用热浸沾沉积。
对于表面处理，亦可考虑在基底上涂一薄层与基底不同的别的金属或合金，例如在钢片上涂铝、镁、或钙，这种涂制可以采用任何技术人员所熟悉的方法，例如真空蒸镀或阴极溅射。
还可以考虑在裸的基底上或是已经经过表面处理的基底上涂上至少一层导电聚合物，作为例子可以举出聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、以及这些物质的派生物或混合物。
根据本发明的一种好的实施方式，基底是用一种反射有机电致发光半导体层发出的光的材料处理过的钢。为此，用作基底的钢是非透明的，经过抛光或做非透明的包层。还可以使在基底边的电极以及基底的可能的表面包层也是透明的。这样的安排可以使系统的发光致率提高不少。
对于电极材料，在此情况下特别可以使用恰好上面所指出的用于制作和基底相对反面的电极的材料中的某一种。
将用作基底的透明材料玻璃、PET用不透明的钢替代，使能利用相同的两个面，或通常一个与另一个不同的两个面(颜色或显示变化)来建立电致发光装置。
根据本发明的其它的细节和特征将在权利要求书1至17条中说明。
本发明还涉及电致发光装置的制作方法。装置中有安布在两个电极之间的至少一层有机电致发光半导体、一个由基底构成的装置支承物，以及两个电极与电源的连接。根据本发明，这个方法中包括将第一个电极安布在用金属或合金做成的基底上，将至少一层有机电致发光半导体沉积在第一个电极上，将至少能部分透光的第二电极沉积在所述的至少一层的有机半导体上，通常还要在第二个电极上沉积一层隔绝水和空气的透明材料以将整个装置封装起来。
根据本发明的方法的别的细节和特征将在权利要求书的18至24条中说明。
附图说明
后面从本发明的几个实施例的描述可以看出本发明的别的细节和特征，后面的描述并非是限制性的，而且要参照下列附图：
图1至图4都是根据本发明的装置的剖面示意图。必须指出，其尺寸并非按比例给出的，不必遵守各层之间的相对尺寸。
具体实施方式
在图1中示出一个用直流电源1供电的电致发光装置。其中的基底2是用钢片做成的，例如用软钢片做成，上面支承着一薄层锌铝合金3，用作负极。这层合金可以例如是用热浴浸渍(dimmersion en bain chaud)的方法沉积在钢上。在负电极3上涂上一层适当的有机电致发光半导体4，例如是在溶液的形式下涂制的，然后在大气压下，或在不完全真空情况下蒸发溶剂，或者是在小分子质量的低聚物真空下的蒸发-凝聚。在和基底2相反的面上有一透明的正电极5，例如是以ITO为基质，最好是在真空下在有机半导体层4上沉积而成的，例如是用反应阴极溅射技术沉积。最后为了保护上述做成的整体，制作一层透明的封装层6，例如是由氧化硅，特别是用PECVD(physical Enhanced ChemicalVapor Deposition)方法。并在钢片2的外面涂制一层绝缘层7，例如是电绝缘漆层。
根据本发明，至少一层的有机电致发光半导体层很薄，其最大厚度可以为几微米。
在图1所示的情况下，电源1是直接和两个电极3和5相接的。当然，可以将电源1和钢片2相接，钢片2就将电流引向电极3。
在图2中所示的装置与在图1中所示的装置相似，但用的是一个交流电源8供电，这个电源一方面和以ITO5为基质的电极层连接，一方面和钢片2连接，钢片2既构成基底，又作为与电极5相反的电极。这两个电极交替作为正极和负极。
为了改善电的分布和通过，在钢片上包上一层有机导电层9，例如为CHx(聚乙炔)，可用真空反应溅射的办法沉积在钢片上。这个导电层是透明的，且这个导电层9所覆盖的钢片的面是经过事先处理的，用来反射电致发光系统所发出的光，这可以提高电致发光系统的效率。
在图2所示的实施例中，将有机电致发光半导体表示成两层4′、4″，这两层可以是相同的，也可以是不同的。
同样可以在层4′、4″与以ITO为基质的电极之间有一聚乙炔层，(图中未画出)，类似于层9，这亦是为了改善电的分布和通过。
图3所示的实施例和图1所示的实施例相似，其不同之处在于此处的基底2是用作正极。为此，最好是用受控氧化的方式制出一个例如为Fe3O4的富集层10。在这种情况下，相反的电极11最好是用透明导电的聚合物构成。
根据图4所示的实施例，软钢片用作基底2，两个相同的电致发光装置位于基底2的每个表面。
这种基底的两个面都是在真空中用等离子体激活的，然后在真空中用蒸镀或用阴极沉积的方法在每个面上沉积一层铝12。
在连续的有机电致发光半导体层4′、4″与由ITO层构成的电极5之间制一聚乙炔层13，用来改善电流的分布和通过。
这个图中所示的布局是不能视作根据以往的技术的电致发光装置的，因为在这些电致发光装置中光要透过基底。
应当肯定，本发明丝毫也不限制在上面描述的实施方式中，其中的修改也可能不是出自权利要求的范围。
例如，可以在基底与至少一层的有机电致发光半导体层之间引入一层非常薄的电绝缘层，能够允许电子通过隧道效应通过，例如为的是使电子的传输均匀。
还可以考虑在至少一层有机电致发光半导体层中掺入电致磷光分子，以能提高量子效率。

Claims (24)

1.电致发光装置，其中有两个电极(2，3，5)，在两个电极之间有至少一层有机电致发光半导体(4、4′、4″)和一个支承述及的装置的基底(2)，还有一个用导电的方式和两个电极连接的电源(1、8)，其特征在于所说的基底(2)是用金属或合金制成的。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于其中的第一个电极(2、3)是在述及的至少一层有机电致发光半导体(4、4′、4″)的第一侧，即在朝向基底(2)的第一面上；特征还在于第二个电极(5)是在至少一层有机电致发光半导体层(4、4′、4″)的第二侧，即在背向基底(2)的第二面上，第二个电极(5)至少允许一部分光透过。
3.根据权利要求1和2中任一条的装置，其特征在于所说的合金为钢。
4.根据权利要求1至3中任意一条的装置，其特征在于其中的基底(2)和电源(1、8)连接。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于其基底(2)构成述及的两个电极中的一个。
6.根据权利要求4的装置，其特征在于其中的基底(2)与两个电极中的一个(3)是导电接触的，且将电流引向这个电极。
7.根据权利要求1至3中任意一条的装置，其特征在于述及的基底(2)支承着两个电极中的一个(3)，电极(3)与电源(1、8)连接。
8.根据权利要求1至6中任意一条的装置，其特征在于其基底(2)是由一个表面经过处理的钢片构成。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于其中的表面经过处理的基底(2)在钢片的表面有导电的化合物(10)。
10.根据权利要求8的装置，其特征在于其中的钢片具有导电的表面包层(3，9，12)。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于述及的表面包层至少有一层的材料是从下面的一组材料中选出来的：锌、掺铝的锌、铝、镁、钙、锡、铬。
12.根据权利要求10的装置，其特征在于其表面包层中至少有一层导电聚合物。
13.根据权利要求12的装置，其特征在于述及至少一层的导电聚合物是从下面一组材料中选出来的：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、这些材料的派生物及这些材料的混合物。
14.根据权利要求8至13中任意一条的装置，其特征在于述及的基底(2)是经过处理的钢，以能反射由至少一层有机电致发光半导体(4、4′、4″)发出的光。
15.根据权利要求2至14中任意一条的装置，其特征在于在和基底(2)相反侧的第二电极(5)具有一个透明材料的包装层(6)，以隔绝水和空气。
16.根据权利要求1至15中任意一条的装置，其特征在于其中的基底(2)有两部分，其中的一个部分是导电的，支承着述及的装置，且通常和电源连接；另一部分与外边是电绝缘的。
17.根据权利要求1至15的装置，其特征在于在述及的基底的第一面上支承着述及的装置，而在和第一面相反的第二面上支承着一个根据权利要求1的附加的电致发光装置。
18.电致发光装置的制造方法，装置中有：
—在两个电极之间安置的至少一层有机电致发光半导体，
—由基底构成的一个装置的支承物，以及
—两个电极到电流源的连接，其特征在于，
—将第一电极安置在用金属或合金制成的基底上，
—将述及的至少一层有机电致发光半导体沉积在第一电极，且
—将至少能够部分透光的第二电极沉积在述及的至少一层有机电致发光半导体上，
—且通常要在第二电极上沉积一层透明的隔绝空气和水的材料，将装置包装起来。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于述及的基底由钢片构成。
20.根据权利要求18及19中某一条的方法，其特征在于在述及的安置第一电极中有将钢片活化，以使可起到第一电极的作用，其特征还在于在这个方法中可将电流源和钢片连接起来。
21.根据权利要求18和19中任一条的方法，其特征在于述及的安置第一电极中有将第一电极涂制在基底的表面上。
22.根据权利要求18至21中任意一条的方法，其特征在于其中有预先对基底的表面进行处理。
23.根据权利要求22的方法，其特征在于在表面处理中有用至少一种导电化合物做表面包层。
24.根据权利要求22的方法，其特征在于表面处理中有至少在基底的表面富集导电的化合物。
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