DE19518668A1 - Elektrolumineszierendes Schichtsystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrolumineszierendes
Schichtsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektrolumineszierende Schichtsysteme sind bekannt.
In diesen werden entweder anorganische oder organi
sche Substanzen verwendet, die mittels einer elektri
schen Spannung zum Aussenden von Lichtstrahlen anreg
bar sind. Die lichtemittierenden Substanzen sind
hierbei beispielsweise zwischen flächenhaften Elek
troden angeordnet, wobei eine erste Elektrode als
löcherinjizierende Elektrode und eine zweite Elek
trode als elektroneninjizierende Elektrode ausgebil
det ist. Wird die lichtemittierende Substanz von
einem organischen Material gebildet, kann die Anre
gung über eine Gleichspannungsquelle erfolgen. Hier
bei ist die löcherinjizierende Elektrode mit dem
Pluspol der Gleichspannungsquelle und die elektronen
injizierende Elektrode mit dem Minuspol der Gleich
spannungsquelle verbunden. Ein derartiges elektrolu
mineszierendes Schichtsystem ist beispielsweise aus
der EP 0 281 381 bekannt. Hier besteht die löcher
injizierende Elektrode aus einem Metall oder einer
elektrisch leitfähigen, optisch transparenten, oxidi
schen Verbindung mit hoher Elektronenaustrittsarbeit
von größer als 4,5 eV. Die elektroneninjizierende
Elektrode besteht aus einem von einem Alkalimetall
verschiedenen Metall und besitzt eine niedrige Elek
tronenaustrittsarbeit.
Hierbei ist nachteilig, daß
durch auf die aufeinander abgestimmte Auswahl der
Materialien der Elektroden, nämlich eine löcherinji
zierende Elektrode und eine elektroneninjizierende
Elektrode, nur sehr begrenzte Kombinationsmöglichkei
ten bestehen.
Das erfindungsgemäße elektrolumineszierende Schicht
system mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
bietet den Vorteil, daß die Eigenschaften der
löcherinjizierenden und/oder elektroneninjizierenden
Elektrode in einfacher Weise an den spezifischen
Anforderungen des elektrolumineszierenden Schicht
systems anpaßbar sind. Dadurch, daß die löcherinji
zierende Elektrode und/oder die elektroneninjizieren
de Elektrode aus einem Nanomaterial (Material mit
einer mittleren Teilchengröße im nm-Bereich) besteht,
läßt sich über die Eigenschaften und die Dimen
sionierung des Nanomaterials eine gewünschte niedrige
oder hohe Elektronenaustrittsarbeit einstellen. Die
Nanomaterialien können somit in einfacher Weise an
die Erfordernisse einer löcherinjizierenden oder
elektroneninjizierenden Elektrode angepaßt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vor
gesehen, daß die Nanomaterialien von in einer Matrix
eingebetteten Clustern gebildet werden, die vorzugs
weise von organischen Ligandenhüllen umgeben sind.
Hierbei ist es vorteilhaft möglich, über die
Ligandenhüllen die Cluster zu stabilisieren und somit
die löcherinjizierende Elektrode und/oder die elek
troneninjizierende Elektrode korrosionsbeständig aus
zubilden. Über die Dimensionierung der Cluster ist
die Elektronenaustrittsarbeit der jeweiligen Elektro
de einstellbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merk
malen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei
spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch
ein elektrolumineszierendes System und
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch
ein elektrolumineszierendes System nach
einer weiteren Ausführung.
Fig. 1 zeigt ein elektrolumineszierendes Schicht
system 10. Die Darstellung zeigt ausschnittsweise
schematisch einen Schnitt durch das Schichtsystem 10.
Das Schichtsystem 10 besitzt ein lichtemittierendes
Material 12, das zwischen einer ersten Elektrode 14
und einer zweiten Elektrode 16 angeordnet ist. Die
Elektroden 14 und 16 sind flächenhaft ausgebildet, so
daß das sich zwischen den Elektroden 14 und 16
befindliche lichtemittierende Material 12 ebenfalls
flächig ausgebildet ist. Die Elektroden 14 und 16
sind mit einer Spannungsquelle 18, beispielsweise
einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Bat
terie eines Kraftfahrzeuges, verbunden. Die Elektrode
14 ist hierbei mit dem Minuspol der Spannungsquelle
18 beziehungsweise Masse und die Elektrode 16 mit dem
Pluspol der Spannungsquelle 18 verbunden.
Das lichtemittierende Material 12 besitzt wenigstens
eine organische Substanz, die unter Anlegen der Span
nung in der Lage ist, Licht zu emittieren. Die Farbe
des emittierten Lichtes wird hierbei durch die
chemische Struktur der verwendeten organischen Sub
stanz bestimmt. Als lichtemittierende organische Sub
stanzen kommen beispielsweise Polymere, niedermole
kulare organische Verbindungen, Monomere oder mole
kulardotierte Polymere in Betracht.
Zwischen den Elektroden 14 und 16 können weitere,
hier nicht dargestellte, Schichten angeordnet sein,
die ebenfalls zur Lichtemission oder zu einem
Ladungsträgertransport zu dem lichtemittierenden
Material 12 dienen.
Die Elektrode 16 besteht aus einem löcherinjizieren
den Material, beispielsweise Indium-Zinnoxid. Indium-
Zinnoxid-Elektroden sind allgemein bekannt und weisen
eine hohe Elektronenaustrittsarbeit auf. Die Elek
trode 16 ist darüber hinaus optisch transparent, so
daß mittels des organischen Materials 12 emittiertes
Licht von dem Schichtsystem 10 abgestrahlt werden
kann.
Die Elektrode 14 besitzt eine elektroneninjizierende
Schicht 20 und eine auf die Schicht 20 aufgebrachte
Kontaktierung 22. Die Kontaktierung 22 kann bei
spielsweise von auf der Schicht 20 aufgedampften Alu
minium gebildet werden. Die elektroneninjizierende
Schicht 20 besteht aus einzelnen Clustern 24, die in
eine Matrix 26 eingebettet sind und über organische
Ligandenhüllen 28 miteinander verbunden sind. Als
Cluster 24 können beispielsweise Übergangsmetall
chalcogenid-Cluster verwendet werden. Die Cluster 24
sind hierbei so dimensioniert, daß diese bestimmte
elektronische und mechanische Eigenschaften aufwei
sen. Im Beispiel sind die Cluster 24 derart dimensio
niert, daß diese eine niedrige Elektronenaustritts
arbeit beziehungsweise niedrige Elektronenaffinität
aufweisen. Die organischen Ligandenhüllen 28 stabili
sieren die Cluster 24 in der Matrix 26. Durch die
organische Ligandenhülle wird die Positionierung der
Cluster 24 innerhalb der elektroneninjizierenden
Schicht bestimmt, da die Ligandenhüllen untereinander
eine chemische Verbindung eingehen, die die mechani
sche Stabilität der Schicht 20 und damit die Lage der
Cluster 24 bestimmt. Durch die Wahl einer Dicke der
Ligandenhülle sind die Abstände der Cluster 24 zuein
ander einstellbar. Die Dicke der Ligandenhülle 28 ist
so gewählt, daß die Elektronenleitung durch die
Schicht 20 gewährleistet ist, wobei die Elektronen
durch die Ligandenhüllen tunneln. Die Ligandenhüllen
aus organischen Substanzen besitzen eine hohe Beweg
lichkeit für Löcher, so daß diese sich innerhalb der
Ligandenhülle bewegen können. Diese sich hieraus
ergebende Tunnelleitfähigkeit gewährleistet die elek
troneninjizierende Wirkung der Elektrode 14. Die
Cluster 24 liegen im Nanobereich vor, während die
Ligandenhüllen 28 in der Regel wenige Atomlagen stark
sind. Durch die geringe Korngröße der Cluster 24 im
Nanobereich besitzt die elektroneninjizierende
Schicht 20 einen hohen Füllgrad (Packungsdichte), so
daß eine Vielzahl von chemischen Verbindungen
zwischen den Ligandenhüllen 28 bestehen. Hierdurch
ist eine große mechanische Stabilität der Schicht 20
gegeben.
In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
gezeigt, wobei gleiche Teile wie in Fig. 1 mit
gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals
erläutert sind. Gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel besitzt hier die Elektrode 16
eine löcherinjizierende Schicht 30, die mit einer
Kontaktierung 32 versehen ist. Die Kontaktierung 32
kann beispielsweise aus Indium-Zinnoxid bestehen. Die
Schicht 30 besteht wiederum aus Clustern 24, die in
einer Matrix 26 angeordnet sind und über organische
Ligandenhüllen 28 stabilisiert sind. Der Aufbau und
die Wirkungsweise der Schicht 30 entspricht dem
beispielsweise zu der Schicht 20 dargelegtem. Die
Cluster 24 und/oder Ligandenhüllen 28 sind hier
jedoch so dimensioniert, daß anstelle der elektro
neninjizierenden Schicht 20 eine löcherinjizierende
Schicht 30 gebildet ist, das heißt, die Schicht 30
eine hohe Elektronenaustrittsarbeit beziehungsweise
Elektronenaffinität aufweist.
Nach einem weiteren, nicht dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel, kann ein elektrolumineszierendes
Schichtsystem 10 sowohl eine elektroneninjizierende
Elektrode 14 mit einer Schicht 20 und eine löcher
injizierende Elektrode 16 mit einer Schicht 30 auf
weisen. Beide Elektroden 14 und 16, beziehungsweise
die Schichten 20 und 30, besitzen hierbei über
organische Ligandenhüllen stabilisierte Cluster. Die
Cluster können aus einem gleichen Material bestehen,
besitzen lediglich eine unterschiedliche Dimensio
nierung und damit eine unterschiedliche elektronische
Eigenschaft. Durch die Variationsmöglichkeiten der
elektronischen Eigenschaften der Nanomaterialien über
deren mikroskopische Dimension und deren Zusammen
setzung kann die Elektronenaustrittsarbeit der Elek
troden 14 und 16 den Energieniveaus des lichtemit
tierenden Materials 12, insbesondere deren Leitungs
band beziehungsweise Valenzband, optimal angepaßt
werden. Eine Barrierenhöhe zwischen der Elektrode 14
beziehungsweise der Elektrode 16 und dem lichtemit
tierenden Material 12 für Elektronen beziehungsweise
Löcher kann so bis gegen Null minimiert werden.
Letztendlich ist es also möglich, mittels einer
Auswahl der Cluster 24 und der organischen Liganden
hüllen 28 in einfacher Weise sowohl die löcher
injizierende Elektrode 16 als auch die elektronen
injizierende Elektrode 14, insbesondere deren Elek
tronenaustrittsarbeit, zu definieren.
Als Nanomaterialien, das heißt, als Cluster 24,
liegen beispielsweise ligandenstabilisierte Gold-,
Platin-, Palladium-, Gold/Platin-, Gold/Palladium-
Cluster und Chalcogenid-Cluster (die Übergangsmetalle
Titan, Vanadium, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel,
Kupfer, Zink, Zirkon, Niob, Rhodium, Palladium,
Silber, Kadmium, Tantal, Iridium, Platin, Quecksilber
verknüpft mit den Hauptgruppenelementen Phosphor,
Arsen, Antimon, Schwefel, Selen, Tellur) vor.
Claims (8)
1. Elektrolumineszierendes Schichtsystem mit einem
zwischen zwei mit einer Gleichspannungsquelle ver
bindbaren Elektroden angeordneten, lichtemittierenden
organischen Material, wobei eine erste Elektrode eine
löcherinjizierende Elektrode (Anode) und eine zweite
Elektrode eine elektroneninjizierende Elektrode (Ka
thode) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die löcher
injizierende Elektrode (16) und/oder die elektronen
injizierende Elektrode (14) zumindest bereichsweise
aus einem Nanomaterial besteht.
2. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nanoma
terial von in einer Matrix (26) eingebetteten
Clustern (24) gebildet wird.
3. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Cluster (24) über organische Abstandshalter
miteinander verbunden sind.
4. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen
Abstandshalter von organischen Ligandenhüllen (28)
gebildet werden.
5. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß über eine Dimensionierung der Cluster (24) die
Elektronenaustrittsarbeit der Elektroden (14) bzw.
(16) einstellbar ist.
6. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß über eine chemische Zusammensetzung der Cluster
(24) die Elektronenaustrittsarbeit der Elektroden
(14) bzw. (16) einstellbar ist.
7. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektroneninjizierende Elektrode (14) aus
einer die Cluster (24) aufweisenden, elektroneninji
zierenden Schicht (20) und einer Kontaktierung (22)
besteht.
8. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die löcherinjizierende Elektrode (16) aus einer
die Cluster (24) aufweisenden, löcherinjizierenden
Schicht (30) und einer Kontaktierung (32) besteht.
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