DE10342408B4

DE10342408B4 - Dual photoluminescent display element, display and method

Info

Publication number: DE10342408B4
Application number: DE10342408A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Redecker; Joerg Fischer; Arthur Mathea
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: DE10342408A1

Abstract

Photolumineszenzanzeigeelement (PQD), bestehend aus
einem Glassubstrat (1),
einem lichtdurchlässigen Kontakt (2),
einer Emitterschicht (4), und
einem Metallkontakt (5),
welches in einem emissiven Modus zur Umwandlung von Signalspannungen in Licht und in einem reemissiven Modus zur Unterdrückung einer Photolumineszenzemission schaltbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Photolumineszenzanzeigeelement ein Mittel zur elektrischen Verbindung von lichtdurchlässigem Kontakt (2) und Metallkontakt (5) derart aufweist, dass besagte Kontakte (2, 5) im reemissiven Modus kurzgeschlossen sind, wobei die Dicke der Emitterschicht (4) zwischen 10–20 nm beträgt.Photoluminescent display element (PQD) consisting of
a glass substrate (1),
a translucent contact (2),
an emitter layer (4), and
a metal contact (5),
which is switchable in an emissive mode for converting signal voltages into light and in a reemissive mode for suppressing photoluminescence emission,
characterized in that
the photoluminescent display element comprises means for electrically connecting transparent contact (2) and metal contact (5) such that said contacts (2, 5) are shorted in the reemissive mode, the thickness of the emitter layer (4) being between 10-20 nm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Photolumineszenzanzeigeelement (PQD, Photoluminescence Quenching Device), welches in einem reemissiven Modus zur Unterdrückung einer Photolumineszenzemission und in einem emissiven Modus zur Umwandlung von Signalspannungen in Licht schaltbar ist, ein Display auf Basis von Photolumineszenzanzeigeelementen sowie ein Verfahren zur Umwandlung von Signalspannungen in optische Bildinformationen mit den im Oberbegriff der Ansprüche 1, 23 und 24 genannten Merkmalen.The The invention relates to a photoluminescent display element (PQD, Photoluminescence Quenching Device), which in a reemissive mode to suppress a Photoluminescent emission and in an emissive mode for conversion of signal voltages in light is switchable, a display based of photoluminescent display elements and a method of conversion of signal voltages in optical image information with those in the preamble the claims 1, 23 and 24 mentioned features.

Flachdisplays auf der Basis organischer Leuchtdioden (OLEDs), bei denen das Halbleitermaterial der herkömmlichen Leuchtdioden (LEDs) durch ein organisches Material ersetzt wurde, zeichnen sich durch einen weiten Betrachtungswinkel, hohe Brillanz und eine sehr kurze Schaltzeit aus. Selbstemissive OLEDs wandeln in Durchlassrichtung Signalspannungen in Licht um. Sie werden unter Bedingungen mit niedrigem bis mittlerem Umgebungslichtanteil energetisch vorteilhaft eingesetzt. Bei einem hohen Anteil an Umgebungslicht, z. b. in direktem Sonnenlicht, muss jedoch überproportional viel Leistung aufgewendet werden, um die benötigte Helligkeit zu erreichen. Zudem sind die benötigten Ströme für die Ansteuerung der emissiven Bauelemente entsprechend hoch. Hier sind reflektive und reemissive Technologien, wie zum Beispiel Flüssigkristallanzeigen oder elektrophoretische Displays, überlegen. Sie benötigen zum Schalten lediglich kapazitive Steuerströme und haben deshalb eine deutlich geringere Leistungsaufnahme verglichen mit selbstemissiven Technologien. Ihr Nachteil besteht jedoch darin, dass sie für die Operation unter Bedingungen mit wenig Umgebungslicht eine zusätzliche Beleuchtung (Backlight oder Frontlight) benötigen, durch welche sich die baulichen Ausmaße und die Energieaufnahme überproportional erhöhen. OLED-Displays als selbstemissive Technologie benötigen diese Hintergrundbeleuchtung nicht. Dies ermöglicht den Bau kompakter und leichter Displays.flat panel displays on the basis of organic light-emitting diodes (OLEDs), in which the semiconductor material the conventional one Light emitting diodes (LEDs) has been replaced by an organic material, characterized by a wide viewing angle, high brilliance and a very short switching time. Convert self-reactive OLEDs in the forward direction signal voltages in light to. They are under Conditions with low to medium ambient light share energetically used advantageously. With a high proportion of ambient light, z. b. in direct sunlight, but must disproportionately much power spent become the needed To achieve brightness. In addition, the required currents for driving the emissive Components correspondingly high. Here are reflective and reemissive Technologies, such as liquid crystal displays or electrophoretic Displays, superior. you need For switching only capacitive control currents and therefore have a clear lower power consumption compared to self-defeating technologies. Their disadvantage, however, is that they are for the operation under conditions with little ambient light an additional lighting (backlight or Frontlight), through which the structural dimensions and the energy intake disproportionately increase. OLED displays as self-reactive technology need this backlight Not. this makes possible the construction of compact and lightweight displays.

Aus WO 03/061008 A1 ist ein Display bekannt, welches in einem lichtemittierenden Modus und einem Abtastmodus („sensing/scanner mode") arbeitet. Verschiedene Pixel desselben Displays funktionieren in verschiedenen Moden: Einige Pixel emittieren Lichtsignale, die anderen empfangen die Lichtsignale und verwandeln sie in einen Photostrom, um die empfangenen Signale zu registrieren. Solch eine Vorrichtung kann als interaktives Display verwendet werden, bei dem ein Spiegelstift dicht an die Oberfläche des Displays gebracht wird um Licht in einem begrenzten Bereich zu reflektieren. Das reflektierte Licht wird dann durch die Abtastsubpixel detektiert. Jedoch wird ein reemissiver Modus nicht beschrieben und realisiert.Out WO 03/061008 A1 For example, a display is known which operates in a light emitting mode and a sensing / scanner mode Different pixels of the same display operate in different modes: some pixels emit light signals, the others receive the light signals and convert them into a photocurrent Such a device may be used as an interactive display, in which a mirror pin is brought close to the surface of the display to reflect light in a limited area, the reflected light is then detected by the scanning subpixels reemissive mode not described and realized.

Bauelemente, die auf der Basis organischer Leuchtdioden sowohl im emissiven als auch im reemissiven Modus betrieben werden können, sind aus DE 100 42 974 A1 bekannt. Sie vereinigen die Vorteile der selbstemissiven Technologie für den Betrieb bei wenig oder gar keinem Umgebungslicht mit den Vorteilen der reemissiven Technologie bei hohem Umgebungslichtanteil. Ein solches Photolumineszenzanzeigeelement (PQD) weist eine relativ einfache Schichtstruktur auf. Es besteht im wesentlichen aus einem transparent leitfähigem Kontakt, einer Lochtransportschicht, einer Emitterschicht sowie einem metallischen Gegenkontakt. Im selbstemissiven Modus, d. h. bei Betrieb in Durchlassrichtung, erfordern die PQDs eine Ladungsträgerinjektion in das aktive Material. Die injizierten Ladungsträger wandern unter dem Einfluss einer angelegten Spannung zum jeweiligen Gegenkontakt. Beim Aufeinandertreffen von entgegengesetzten Ladungen kommt es zur Bildung von angeregten Zuständen (Exzitonen oder Elektron-Loch-Paaren). Der angeregte Zustand zerfällt nach einigen Nanosekunden unter Emission von Photlumineszenzlicht. Im reemissiven Modus bei hohem Umgebungslichtanteil wird nun das Umgebungslicht zur Anregung genutzt und die Intensität des Photolumineszenzlichts durch das Anlegen einer externen Spannung in Sperrichtung des PQD gesteuert. Dazu wird der metallische Gegenkontakt positiv gegenüber dem transparenten Kontakt gepolt. Die angelegte Steuerspannung bewirkt die Aufspaltung der angeregten Zustände in der Emitterschicht zu Ladungsträgern, die dann über die Kontakte abgeführt werden. Die Relaxation der Exzitonen in den Grundzustand und somit die Lumineszenz wird unterdrückt. Dieser Vorgang wird auch als feldinduzierte Photolumineszenz-Löschung bezeichnet. Der Pixel erscheint dunkler als ohne angelegte Spannung.Components that can be operated on the basis of organic light-emitting diodes in both the emissive and in the reemissive mode, are out DE 100 42 974 A1 known. They combine the advantages of self-emitting technology for operation in low or no ambient light with the advantages of the reemissive technology in high ambient light levels. Such a photoluminescent display element (PQD) has a relatively simple layer structure. It consists essentially of a transparent conductive contact, a hole transport layer, an emitter layer and a metallic mating contact. In the self-emissive mode, ie in forward-biased operation, the PQDs require carrier injection into the active material. The injected charge carriers migrate under the influence of an applied voltage to the respective mating contact. The collision of opposite charges leads to the formation of excited states (excitons or electron-hole pairs). The excited state decays after a few nanoseconds with emission of photoluminescent light. In the reemissive mode with high ambient light component, the ambient light is now used for the excitation and the intensity of the photoluminescence light is controlled by the application of an external voltage in the reverse direction of the PQD. For this purpose, the metallic mating contact is positively poled relative to the transparent contact. The applied control voltage causes the splitting of the excited states in the emitter layer into charge carriers, which are then dissipated via the contacts. The relaxation of the excitons in the ground state and thus the luminescence is suppressed. This process is also referred to as field-induced photoluminescent quenching. The pixel appears darker than without applied voltage.

Bei entsprechender Wahl der Kontakt- und lichtemittierenden Materialien lässt sich mit den oben beschriebenen Bauelementen der Betrieb sowohl im emissiven als auch im reemissiven (Photolumineszenzlöschungs-)Modus, der so genannte duale Betrieb, realisieren. Vorteilhafterweise wird hierfür keine zusätzliche Beleuchtung (Backlight oder Frontlight) benötigt. Für den dualen Betrieb ist es erforderlich, sowohl negative als auch positive Steuerspannungen für das Anzeigeelement bereitzustellen. Voraussetzung für den reemissiven Betrieb ist zudem, dass ausreichend Umgebungslicht absorbiert werden kann. Weiterhin ist bekannt, dass sich bei entsprechender Wahl der Kontaktmaterialien zwischen ihnen in Folge unterschiedlicher Austrittsarbeiten ein internes elektrisches Feld aufbaut und somit ein internes Potential entsteht. Das elektrische Feld ist dabei proportional zu der Differenz der Austrittsarbeiten. Die Existenz dieses internen Feldes ist aus der Literatur bekannt. So wird es in US 6340789 B1 m Betreiben einer Solarzelle auf der Basis organischer Materialien genutzt. Typische Werte für die Potentialdifferenz liegen im Bereich von 1–2 Volt, wie in US 5523555 A im Zusammenhang mit photovoltaischen Bauelementen auf der Basis organischer Materialien beschrieben wird.With appropriate choice of the contact and light-emitting materials can be with the components described above, the operation in both the emissive and in the reemissive (photoluminescent extinction) mode, the so-called dual operation, realize. Advantageously, this requires no additional lighting (backlight or frontlight). For dual operation, it is necessary to provide both negative and positive control voltages for the display element. A prerequisite for the reemissiven operation is also that sufficient ambient light can be absorbed. Furthermore, it is known that with an appropriate choice of contact materials between them as a result of different work functions an internal electric field builds up and thus creates an internal potential. The electric field is proportional to the difference of the work functions. The existence of this internal field is known from the literature. So it will be in US 6340789 B1 m operated using a solar cell based on organic materials. Typical values for the potential difference are in the range of 1-2 volts, as in US 5523555 A is described in the context of photovoltaic devices based on organic materials.

Es ist ferner bekannt, dass bei geringer Dicke der Emitterschicht und der damit verbundenen Nähe zu den Metallelektronen eine unerwünschte Löschung der Photolumineszenz durch Energietransfer zu den Metallelektronen auftreten kann. Durch Einfügen zusätzlicher nichtmetallischer Schichten mit entsprechender Austrittsarbeit der Elektronen kann dieser Effekt verhindert werden. Entsprechende Materialkombinationen aus organischen Halbleitern und Elektronenakzeptor – bzw. Donormaterialien sind z. b. in Zhou et al, Appl. Phys. Lett. Vol 81(2002), p. 922 beschrieben.It is also known that at low thickness of the emitter layer and the related proximity to the metal electrons an undesirable deletion of the photoluminescence can occur by energy transfer to the metal electrons. By Insert additional non-metallic layers with appropriate work function of the electrons This effect can be prevented. Corresponding material combinations from organic semiconductors and electron acceptor or donor materials are z. b. in Zhou et al, Appl. Phys. Lett. Vol 81 (2002), p. 922 described.

Das duale Konzept der PQD-Anzeigeelemente mit emissiven und reemissiven Modi führt zu einer deutlich reduzierten Stromaufnahme verglichen mit konventionellen OLEDs. Jedoch wird bei den bekannten PQD immer noch Leistung durch die von außen angelegte Steuerspannung und den Strom, der zur Extraktion von Ladungsträgern aus dem Anzeigeelement benötigt wird, verbraucht.The dual concept of PQD display elements with emissive and reemissive Modes leads to a significantly reduced power consumption compared to conventional OLEDs. However, the known PQD still has performance the outside applied control voltage and the current required for the extraction of charge carriers needed the display element is consumed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Photolumineszenzanzeigeelement, welches sowohl in einem emissiven Modus als auch in einem reemissiven Modus schaltbar ist, sowie ein Display auf Basis von Photolumineszenzanzeigeelementen anzugeben, welches die externe Leistungsaufnahme reduziert. Weiterhin soll ein Verfahren zur Umwandlung von Signalspannungen in optische Bildinformationen angegeben werden, das die Nachteile des Standes der Technik eliminiert.It It is an object of the present invention to provide a photoluminescent display element, which is both in an emissive mode and in a remissive mode Switchable mode, and to provide a display based on photoluminescent display elements, which reduces external power consumption. Continue to a method for converting signal voltages into optical image information which eliminates the disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und 23 (Vorrichtungsanspruch) sowie des Anspruchs 24 (Verfahrensanspruch) im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These The object is achieved by the features in the characterizing part of claims 1 and 23 (device claim) and claim 24 (method claim) in cooperation with the features in the preamble. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims contain.

Dazu weist ein erfindungsgemäßes Photolumineszenzanzeigeelement, welches in einem emissiven Modus zur Umwandlung von Signalspannungen in Licht und in einem reemissiven Modus zur Unterdrückung einer Photolumineszenzemission schaltbar ist, bestehend aus einem Glassubstrat, einem lichtdurchlässigen Kontakt, einer Emitterschicht, und einem Metallkontakt ein Mittel zur elektrischen Verbindung von lichtdurchlässigem Kontakt und Metallkontakt derart auf, dass die besagten Kontakte im reemissiven Modus kurzgeschlossen sind, wobei die Dicke der Emitterschicht zwischen 10–20 nm beträgt. Das Anzeigeelement gemäß der Erfindung nutzt das durch die Differenz in den Austrittsarbeiten der Kontakte hervorgerufene elektrische Feld, um Photolumineszenz-Löschung herbeizuführen. Zur Steuerung des Anzeigeelementes im reemissiven Modus muss lediglich eine Verbindung zwischen Anode und Kathode des Anzeigeelementes hergestellt werden. Dies geschieht in bevorzugter Ausgestaltung durch einen Schalter. Die durch die unterschiedlichen Austrittsarbeiten hervorgerufene Potentialdifferenz der beiden Elektrodenschichten fällt als Spannung über der Emitterschicht ab, die entstandenen Ladungsträger fließen über die Kontakte ab und es tritt Photolumineszenzlöschung auf. Dabei werden bei Lichteinstrahlung die entstandenen Löcher an der Elektrode mit der höheren Austrittsarbeit und die Elektronen an der Elektrode mit der niedrigeren Austrittsarbeit gesammelt.To has a photoluminescent display element according to the invention, which is in an emissive mode for converting signal voltages into Light and in a reemissive mode to suppress photoluminescence emission switchable, consisting of a glass substrate, a translucent contact, an emitter layer, and a metal contact means for electrical Compound of translucent Contact and metal contact such that said contacts shorted in the reemissive mode, the thickness of the emitter layer between 10-20 nm is. The Display element according to the invention exploits this by the difference in the work functions of the contacts caused electric field to induce photoluminescence quenching. to Control of the display element in the reemissive mode only needs a connection between the anode and the cathode of the display element getting produced. This is done in a preferred embodiment through a switch. The through the different work functions caused potential difference of the two electrode layers falls as Tension over the Emitter layer from, the resulting charge carriers flow through the contacts and it occurs photoluminescent quenching on. In doing so, the resulting holes are exposed to light the electrode with the higher Work function and the electrons at the electrode with the lower Work function collected.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein erfindungsgemäßes Photolumineszenzanzeigeelement und ein erfindungsgemäßes Display im reemissiven Modus nur zum Schließen des Schalters eine externe Leistung erforderlich ist, danach wird für die Photolumineszenzlöschung keine externe Leistung mehr benötigt.One particular advantage of the invention is that a photoluminescent display element according to the invention and a display according to the invention in reemissive mode only to close the switch an external Power is required, thereafter is no external to the photoluminescent quenching Performance needed more.

Entsprechend weist ein erfindungsgemäßes Display auf Basis von Photolumineszenzanzeigeelementen, welche in einem emissiven Modus zur Umwandlung von Signalspannungen in Licht und in einem reemissiven Modus zur Unterdrückung einer Photolumineszenzemission ohne externe Leistung schaltbar sind, bestehend aus einem Glassubstrat, einem lichtdurchlässigen Kontakt, einer lichtemittierenden Schicht oder Emitterschicht, und einem Metallkontakt ein Mittel zur elektrischen Verbindung der beiden Kontakte derart auf, dass die besagten Kontakte im reemissiven Modus kurzgeschlossen sind, wobei die Dicke der Emitterschicht zwischen 10–20 nm beträgt. Analog zum erfindungsgemäßen Photolumineszenzanzeigeelement wird nach dem Herstellen der Verbindung zwischen beiden Kontakten unter Ausnutzung der durch die unterschiedlichen Austrittsarbeiten der Kontakte bestehenden Potentialdifferenz ein Abfluss der Ladungsträger über die Kontakte und Photolumineszenz-Löschung ohne externe Steuerleistung realisiert.Corresponding has a display according to the invention based on photoluminescent display elements, which in one emissive mode for converting signal voltages into light and in a reemissive mode to suppress photoluminescence emission can be switched without external power, consisting of a glass substrate, a translucent Contact, a light-emitting layer or emitter layer, and a metal contact means for electrical connection of the two Contacts such that the said contacts in the reemissive mode are shorted, with the thickness of the emitter layer between 10-20 nm is. Analogous to the photoluminescent display element according to the invention will after connecting the two contacts taking advantage of the different work functions the contacts existing potential difference an outflow of charge carriers over the Contacts and photoluminescence quenching realized without external control power.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Umwandlung von Signalspannungen in optische Bildinformationen mittels eines Displays auf Basis von Photolumineszenzanzeigeelementen (PQD), welche sowohl in einem emissiven Modus zur Umwandlung von Signalspannungen in Licht als auch in einem reemissiven Modus zur Unterdrückung einer Photolumineszenzemission durch Einkopplung von Umgebungslicht und Steuerung der Photolumineszenzemission schaltbar sind, wird im reemissiven Modus nach Herstellen einer elektrischen Verbindung von lichtdurchlässigem Kontakt und Metallkontakt unter Ausnutzung der durch die unterschiedlichen Austrittsarbeiten der Kontakte bestehenden Potentialdifferenz, ein Abfluss der Ladungsträger über die Kontakte und Photolumineszenz-Löschung ohne externe Steuerleistung realisiert.In the inventive method for converting signal voltages into optical image information by means of a display based on photoluminescence display elements (PQD), which in both an emissive mode for converting signal voltages into light and in a reemissiven mode for suppressing a photoluminescent emission by coupling in ambient light and controlling the Photoluminescent emission are switchable in the reemissive mode after establishing an electrical connection of translucent contact and metal contact taking advantage of by the different Aus The work of the contacts existing potential difference, an outflow of the charge carriers via the contacts and photoluminescence extinction realized without external control power.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.The Invention will be explained in more detail below with reference to some embodiments.

Es zeigtIt shows

1 Ein erfindungsgemäßes Photolumineszenz-anzeigeelement in schematischer Schnittdarstellung. 1 An inventive photoluminescent display element in a schematic sectional view.

2a Funktionsweise des PQD mit geöffnetem Schalter zwischen Anode und Kathode in schematischer Darstellung. 2a Function of the PQD with open switch between anode and cathode in a schematic representation.

2b Funktionsweise des PQD mit geschlossenem Schalter zwischen Anode und Kathode in schematischer Darstellung. 2 B Function of the PQD with closed switch between anode and cathode in a schematic representation.

3a Photolumineszenzanzeigeelement mit Mehrschichtsystem aus semitransparenten Metallschichten und Emitterschichten in serieller Schaltung der individuellen Dünnschichtelemente. 3a Photoluminescent display element with a multilayer system comprising semitransparent metal layers and emitter layers in serial connection of the individual thin-film elements.

3b Photolumineszenzanzeigeelement mit Mehrschichtsystem aus semitransparenten Metallschichten und Emitterschichten in paralleler Schaltung der individuellen Dünnschichtelemente. 3b Photoluminescent display element with a multilayer system comprising semitransparent metal layers and emitter layers in parallel connection of the individual thin-film elements.

4 Photolumineszenzanzeigeelement mit Mehrschichtsystem aus semitransparenten Metallschichten, Emitterschichten und elektrisch leitfähigen nichtmetallischen Schichten. 4 Photoluminescent display element with a multilayer system comprising semitransparent metal layers, emitter layers and electrically conductive non-metallic layers.

Das erfindungsgemäße Photolumineszenz-Quenching-Anzeigeelement in 1 besteht aus einem Glassubstrat 1, das mit einer transparenten leitfähigen Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO), dem lichtdurchlässigen Kontakt 2, beschichtet ist. Der lichtdurchlässige Kontakt 2 bildet den Anschluss des Anodenkontaktes 15 aus. Auf den lichtdurchlässigen Kontakt 2 wird durch Aufschleudern aus einer wässrigen Dispersion eine Lochtransportschicht 3 aufgebracht. Diese besteht vorzugsweise aus Poly(Ethylendioxythiophen)-Polystyrolsulfonsäure (PEDT/PSS). Die typische Schichtdicke liegt im Bereich von 10 bis 50 nm. Auf die Lochtransportschicht 3 wird ebenfalls durch Aufschleudern ein Emitterpolymer auf der Basis von Poly(phenylenvinylen) und somit die Emitterschicht 4 aufgebracht. Als Emittermaterialien sind unter anderem ebenso Materialien aus den Klassen der Polyfluorene, Polyphenylene, Polythiophene sowie Polybenzthiadiazole verwendbar. Um den beschriebenen Effekt des Feldquenchings effektiv zu nutzen, muss das elektrische Feld im Bereich von einigen Megavolt/cm liegen. Die Leerlaufspannungen, die durch die Potentialdifferenz zwischen den Kontakten entstehen, liegen typischerweise im Bereich von 1–2 V. Die nötige Schichtdicke der Emitterschicht liegt daher in einer bevorzugten Ausführungsvariante im Bereich von 10–20 Nanometern. Die Struktur wird abgeschlossen durch einen Metallkontakt 5, der den Anschluss des Kathodenkontakts 16 ausbildet. Der Metallkontakt 5 wird durch thermisches Verdampfen im Hochvakuum abgeschieden. Geeignete Materialkombinationen sind eine dünne Schicht von Lithiumfluorid, gefolgt von Aluminium, sowie Kombinationen von Calcium und Aluminium sowie Lithiumfluorid, Calcium und Aluminium. Durch eine nachfolgende Verkapselung, die hier nicht dargestellt ist, wird die Struktur vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt. Zur Steuerung des Anzeigeelementes befindet sich im Stromkreis zwischen lichtdurchlässigen Kontakt 2 und Metallkontakt 5 ein Mittel zum Schließen des Kreises. Dies wird bevorzugt durch einen Schalter 8 oder ein elektrisches Schaltelement, speziell durch einen Feldeffekttransistor, realisiert.The inventive photoluminescence quenching display element in 1 consists of a glass substrate 1 coated with a transparent conductive layer of indium tin oxide (ITO), the translucent contact 2 , coated. The translucent contact 2 forms the connection of the anode contact 15 out. On the translucent contact 2 becomes a hole transport layer by spin-coating from an aqueous dispersion 3 applied. This preferably consists of poly (ethylenedioxythiophene) -polystyrene sulfonic acid (PEDT / PSS). The typical layer thickness is in the range of 10 to 50 nm. On the hole transport layer 3 is also by spin coating an emitter polymer based on poly (phenylenevinylene) and thus the emitter layer 4 applied. As emitter materials, materials from the classes of polyfluorenes, polyphenylenes, polythiophenes and polybenzthiadiazoles are also usable. In order to effectively use the described field quenching effect, the electric field must be in the range of a few megavolts / cm. The open-circuit voltages that result from the potential difference between the contacts are typically in the range of 1-2 V. The required layer thickness of the emitter layer is therefore in a preferred embodiment in the range of 10-20 nanometers. The structure is completed by a metal contact 5 , which is the connection of the cathode contact 16 formed. The metal contact 5 is deposited by thermal evaporation in a high vacuum. Suitable combinations of materials are a thin layer of lithium fluoride followed by aluminum as well as combinations of calcium and aluminum as well as lithium fluoride, calcium and aluminum. By a subsequent encapsulation, which is not shown here, the structure is protected from harmful environmental influences. To control the display element is located in the circuit between transparent contact 2 and metal contact 5 a means of closing the circle. This is preferred by a switch 8th or an electrical switching element, especially realized by a field effect transistor.

Die Funktionsweise des Anzeigeelementes gemäß der Erfindung ist in 2 näher erläutert. 2a zeigt den Fall, in dem die Kontakte 2 und 5 elektrisch getrennt sind. Dies wird im folgenden als open-circuit-Fall bezeichnet. Die Emitterschicht 4, wird hier als klassischer Halbleiter mit Valenzband 6 und Leitungsband 7 behandelt. Zwischen den Kontakten baut sich unter Belichtung eine Potentialdifferenz, die proportional zur Differenz der Austrittsarbeiten der Elektroden ist, auf. 2b zeigt den sogenannten short-circuit-Fall, in dem die Kontakte 2 und 5 des Anzeigeelements durch einen Schalter 8 kurzgeschlossen sind. Aufgrund des elektrischen Feldes sind die Energieniveaus, das höchste besetzte Molekülorbital 6 und das niedrigste unbesetzte Molekülorbital 7, verzerrt. Als Folge des internen elektrischen Feldes und der daraus resultierenden Potentialdifferenz fließen nun die durch den Lichteinfall entstehenden Ladungsträger über die Kontakte 2 und 5 ab. Es tritt Photolumineszenzlöschung auf.The operation of the display element according to the invention is in 2 explained in more detail. 2a shows the case where the contacts 2 and 5 are electrically isolated. This will be referred to as the open-circuit case below. The emitter layer 4 , is here called classical semiconductor with valence band 6 and conduction band 7 treated. Under exposure, a potential difference, which is proportional to the difference between the work functions of the electrodes, builds up between the contacts. 2 B shows the so-called short-circuit case in which the contacts 2 and 5 of the display element by a switch 8th are shorted. Due to the electric field, the energy levels are the highest occupied molecular orbital 6 and the lowest unoccupied molecular orbital 7 , distorted. As a consequence of the internal electric field and the resulting potential difference, the charge carriers resulting from the incidence of light now flow via the contacts 2 and 5 from. There is photoluminescence quenching.

Durch die geringe zur Lichtabsorption zur Verfügung stehende Schichtdicke der Emitterschicht ist die Helligkeit bereits ohne Photolumineszenz-Löschung reduziert. Um diesen Einfluss auszugleichen, können in einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante Multischichten aufgebracht werden. Geeignete Strukturen sind in 3a und 3b gezeigt. In diesem Fall sorgen dünne, semitransparente Metallschichten für die Lichtein- uns Auskopplung in benachbarte Schichten. Für die Emitterschichten kommen hier insbesondere Materialien in Frage, die sich im Hochvakuum aufbringen lassen. In der Ausführungsvariante wie in 3a dargestellt ist zwischen Emitterschicht 4 und Metallkontakt 5 mindestens eine Einheit von semitransparenter Kathodenschicht 9, semitransparenter Anodenschicht 10 und weiterer Emitterschicht 4 angeordnet. Dies entspricht einer seriellen Schaltung der individuellen Dünnschichtelemente.Due to the low layer thickness of the emitter layer available for light absorption, the brightness is already reduced without photoluminescence quenching. In order to compensate for this influence, multilayer coatings can be applied in another preferred embodiment variant. Suitable structures are in 3a and 3b shown. In this case, thin, semitransparent metal layers provide the light input and coupling into neighboring layers. For the emitter layers are in particular materials in question, which can be applied in a high vacuum. In the embodiment as in 3a is shown between emitter layer 4 and metal contact 5 at least one unit of semitransparent cathode layer 9 , semitransparent anode layer 10 and further emitter layer 4 arranged. This corresponds to one serial circuit of the individual thin-film elements.

In 3b ist eine Anordnung der Schichten gezeigt, die einer Parallelschaltung der individuellen Dünnschichtelemente entspricht. Pro Anzeigeelement ist lediglich eine semitransparente Metallschicht nötig, jedoch werden mehr Maskierungsschritte benötigt als für eine Serienschaltung. In paralleler Schaltung sind die Einheiten bevorzugt aus semitransparenter Kathodenschicht 9, Emitterschicht 4, semitransparenter Anodenschicht 10 und weiterer Emitterschicht 4 realisiert. Als Materialien für die Kathode können wiederum Kombinationen aus Lithiumfluorid und Aluminium sowie Lithiumfluorid und Calcium sowie pures Calcium verwendet werden. Als Materialien für die Anode kommen unter anderem Silber, Gold, Palladium, Nickel, Platin sowie transparent leitfähige Oxide wie Indium-Zinnoxid, Aluminium- und Antimondotiertes Zinkoxid und Fluor-dotiertes Zinnoxid in Frage.In 3b an arrangement of the layers is shown, which corresponds to a parallel connection of the individual thin-film elements. Only one semitransparent metal layer is required per display element, but more masking steps are required than for a series connection. In parallel circuit, the units are preferably made of semitransparent cathode layer 9 , Emitter layer 4 , semitransparent anode layer 10 and further emitter layer 4 realized. As materials for the cathode, in turn, combinations of lithium fluoride and aluminum as well as lithium fluoride and calcium as well as pure calcium can be used. Suitable materials for the anode include silver, gold, palladium, nickel, platinum and transparent conductive oxides such as indium-tin oxide, aluminum and antimony-doped zinc oxide and fluorine-doped tin oxide in question.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante werden zwischen Metall und Emitterschichten elektrisch leitfähige nichtmetallische Schichten mit entsprechender Austrittsarbeit der Elektronen eingefügt. Diese zusätzlichen Schichten verhindern eine unerwünschte Löschung der Photolumineszenz durch Energietransfer zu den Metallelektronen aufgrund der geringen Dicke der Emitterschicht und der Nähe zu den Metallkontakten. Für eine p-dotierte Schicht kommen unter anderem Kombinationen von 4,4',4''-Tris(methylphenylphenylamino)-Triphenylamin (MTDATA) mit Tetrafluortetracyanoquinodimethan (F₄-TCNQ) in Frage. Für n-dotierte Schichten können Kombinationen aus 4,7-diphenyl-1,10-phenantrolin (BCN) bzw. 2,9,dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenantrolin mit reaktiven Metallen wie Lithium, Calcium oder Barium genutzt werden. Die Emittermaterialien können ebenfalls aus der Gruppe der niedermolekularen konjugierten organischen Verbindungen stammen. Geeignet sind unter anderem Aluminium-tris-quinolinat (Alq₃), Di(phenylvinyl)-Biphenyl (DPVBI) sowie daraus abgeleitete Spiroverbindungen und längerkettige Oligomere von Phenylenvinylen, Rubren sowie DCM.In a further preferred embodiment, electrically conductive non-metallic layers with appropriate work function of the electrons are inserted between metal and emitter layers. These additional layers prevent undesirable quenching of the photoluminescence by energy transfer to the metal electrons due to the small thickness of the emitter layer and the proximity to the metal contacts. For a p-doped layer, inter alia, combinations of 4,4 ', 4 "-tris (methylphenylphenylamino) -triphenylamine (MTDATA) with tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F ₄ -TCNQ) are suitable. For n-doped layers, combinations of 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCN) or 2,9, dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline with reactive metals such as lithium, calcium or barium be used. The emitter materials may also be derived from the group of low molecular weight conjugated organic compounds. Among others, aluminum tris quinolinate (Alq ₃ ), di (phenylvinyl) biphenyl (DPVBI) and spiro compounds derived therefrom and longer-chain oligomers of phenylenevinylene, rubrene and DCM are suitable.

Auf der Basis dieser Materialien und Materialkombinationen kann eine Mehrschichtstruktur gemäß 4 aufgebaut werden. Hierbei besteht eine Untereinheit aus jeweils einer n-dotierten nichtmetallischen Schicht 11, bevorzugt einer Halbleiterschicht, gefolgt von der Emitterschicht 4, einer p-dotierten nichtmetallischen Schicht 12, bevorzugt einer Halbleiterschicht, sowie einer semitransparenten Metallzwischenschicht 13. Als Metalle kommen insbesondere Silber, Gold, Palladium, Nickel, Platin sowie transparent leitfähige Oxide wie Indium-Zinnoxid, Aluminium- und Antimon-dotiertes Zinkoxid und Fluor-dotiertes Zinnoxid in Frage. Die Struktur besteht aus einem lichtdurchlässigen Kontakt 2 aus Indium-Zinnoxid, mehreren der oben beschriebenen Schichtfolgen und wird mit einer dicken Metallschicht 14 abgeschlossen. Der lichtdurchlässige Kontakt 2 weist den Anschluss des Anodenkontakts 15, die abschließende Metallschicht den Anschluss des Kathodenkontakts 16 aus.On the basis of these materials and material combinations, a multilayer structure according to 4 being constructed. In this case, a subunit consists in each case of an n-doped non-metallic layer 11 , preferably a semiconductor layer, followed by the emitter layer 4 , a p-doped non-metallic layer 12 , preferably a semiconductor layer, as well as a semitransparent metal intermediate layer 13 , Particularly suitable metals are silver, gold, palladium, nickel, platinum and also transparent conductive oxides such as indium-tin oxide, aluminum- and antimony-doped zinc oxide and fluorine-doped tin oxide. The structure consists of a translucent contact 2 of indium-tin oxide, several of the above-described layer sequences, and is provided with a thick metal layer 14 completed. The translucent contact 2 indicates the connection of the anode contact 15 , the final metal coating the connection of the cathode contact 16 out.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The Restricted invention not on the embodiments shown here. Rather, it is possible, by combination and modification of said means and features further variants to realize without departing from the scope of the invention.

11: Glassubstratglass substrate
22: Lichtdurchlässiger KontaktTranslucent contact
33: LochtransportschichtHole transport layer
44: Emitterschichtemitter layer
55: Metallkontaktmetal contact
66: Valenzband/HOMO (höchstes besetztes Molekülorbital) des EmittersValence / HOMO (highest occupied molecular orbital) of the emitter
77: Leitungsband/LUMO (niedrigstes unbesetztes Molekülorbital) des EmittersConduction band / LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) of the emitter
88th: Schalterswitch
99: Semitransparente Kathodenschichtsemi-transparent cathode layer
1010: Semitransparente Anodenschichtsemi-transparent anode layer
1111: n-dotierte nichtmetallische Schichtn-doped non-metallic layer
1212: p-dotierte nichtmetallische Schichtp-doped non-metallic layer
1313: Semitransparente Metallzwischenschichtsemi-transparent Metal interlayer
1414: Metallschichtmetal layer
1515: Anschluss des Anodenkontaktsconnection of the anode contact
1616: Anschluss des Kathodenkontaktsconnection of the cathode contact

Claims

Photoluminescent display element (PQD) consisting of a glass substrate ( 1 ), a translucent contact ( 2 ), an emitter layer ( 4 ), and a metal contact ( 5 ) which is switchable in an emissive mode for converting signal voltages into light and in a reemissive mode for suppressing photoluminescence emission, characterized in that the photoluminescent display element comprises means for electrically connecting transparent contact ( 2 ) and metal contact ( 5 ) such that said contacts ( 2 . 5 ) are short-circuited in the reemissive mode, the thickness of the emitter layer ( 4 ) is between 10-20 nm.

A photoluminescent display element according to claim 1, characterized in that the means for connecting translucent contact ( 2 ) and metal contact ( 5 ) a switch ( 8th ).

Photoluminescent display element according to claim 2, characterized in that the switch ( 8th ) is realized by a field effect transistor.

Photoluminescent display element according to one of the preceding claims, characterized in that the light-permeable contact ( 2 ) and the metal contact ( 5 ) have a different work function.

Photoluminescent display element according to one of the preceding claims, characterized in that the metal contact ( 5 ) one opposite the translucent contact ( 2 ) has lower work function.

Photoluminescent display element according to one of the preceding claims, characterized in that the light-permeable contact ( 2 ) the anode layer and the metal contact ( 5 ) forms the cathode layer.

Photoluminescent display element according to one of the preceding claims, characterized in that the light-permeable contact ( 2 ) is realized transparent or semi-transparent.

Photoluminescent display element according to claim 6, characterized characterized in that the anode layer of indium tin oxide and the Cathode layer of combinations of lithium fluoride and aluminum, and / or combinations of calcium and aluminum as well as lithium fluoride, Calcium and aluminum exist.

Photoluminescent display element according to one of the preceding claims, characterized in that the photoluminescent display element has a hole transport layer ( 3 ) between the translucent contact ( 2 ) and the emitter layer ( 4 ) is arranged.

Photoluminescent display element according to claim 9, characterized in that the hole transport layer ( 3 ) is realized from dispersions of poly (ethylenedioxythiophene) / polystyrenesulfonic acid and polyaniline.

Photoluminescent display element according to one of claims 9 or 10, characterized in that the hole transport layer ( 3 ) has a thickness between 10 nm and 50 nm.

Photoluminescent display element according to one of the preceding claims, characterized in that the emitter layer ( 4 ) consists of an organic, light-emitting material.

Photoluminescent display element according to one of the preceding claims, characterized in that the emitter layer ( 4 ) consists of a polymer of the material classes of poly (phenylenevinylene) s, polyfluorenes, polyphenylenes, polythiophenes and / or polybenzothiadiazoles.

A photoluminescent display element (PQD) according to claim 1, characterized in that the PQD comprises a multilayer system.

Photoluminescent display element according to claim 14, characterized in that the multilayer system between the emitter layer ( 4 ) and the metal contact ( 5 ) at least one subunit consisting of at least one semitransparent metal layer and a further emitter layer ( 4 ), having.

Photoluminescent display element according to Claim 15, characterized in that the semitransparent metal layers comprise a semitransparent cathode layer ( 9 ) and / or semitransparent anode layer ( 10 ) train.

Photoluminescent display element according to claim 16, characterized in that the semitransparent cathode layer ( 9 ) from combinations of lithium fluoride and aluminum and / or lithium fluoride and calcium and / or pure calcium and the semitransparent anode layer ( 10 ) consists of silver, gold, palladium, nickel, platinum or transparent conductive oxides such as indium-tin oxide, aluminum or antimony-doped zinc oxide or fluorine-doped tin oxide.

Photoluminescent display element according to claim 14, characterized in that the multilayer system between the emitter layer ( 4 ) and the metal contact ( 5 ) at least one subunit consisting of an n-doped non-metallic layer ( 11 ), an emitter layer ( 4 ), a p-doped non-metallic layer ( 12 ) and a semitransparent metal interlayer ( 13 ), having.

Photoluminescent display element according to claim 18, characterized in that the semitransparent metal interlayers ( 13 ) consist of silver, gold, palladium, nickel, platinum or transparent conductive oxides such as indium-tin oxide, aluminum or antimony-doped zinc oxide or fluorine-doped tin oxide.

Photoluminescent display element according to claim 18 or 19, characterized in that the n-doped non-metallic layer ( 11 ) consists of combinations of 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCN) or 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline with reactive metals such as lithium, calcium and / or barium.

Photoluminescent display element after egg nem of claims 18 to 20, characterized in that the p-doped non-metallic layer ( 12 ) consists of combinations of 4,4 ', 4 "-tris (methylphenylphenylamino) -triphenylamine (MTDATA) with tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F ₄ -TCNQ).

Photoluminescent display element according to one of Claims 18 to 21, characterized in that the emitter layer ( 4 ) is composed inter alia of aluminum tris-quinolinate (Alq ₃ ), di (phenylvinyl) biphenyl (DPVBI) and derived spiro compounds and / or oligomers of phenylenevinylene, rubrene and DCM.

Display based on photoluminescent display elements (PQD) according to any one of claims 1-22.

Method for converting signal voltages into optical image information by means of a display based on photoluminescent display elements (PQD), wherein in an emissive mode signal voltages are converted into light and coupled in a reemissive mode ambient light and the resulting photoluminescent emission is suppressed, characterized in that in the reemissive Mode after making an electrical connection of translucent contact ( 2 ) and metal contact ( 5 ) taking advantage of the different work functions of the contacts ( 2 . 5 ) existing potential difference, a discharge of the charge carriers via the contacts and photoluminescence cancellation is realized without external control power.

Method according to Claim 24, characterized that the brightness of the PQD without external control power through multi-layer systems from emitter layers with semitransparent metal layers in between elevated becomes.