DE69406550T2

DE69406550T2 - Elektrolumineszierende vorrichtung

Info

Publication number: DE69406550T2
Application number: DE69406550T
Authority: DE
Inventors: Paul Burn; Richard Friend; Andrew Holmes; Josef Martens; Karl Pichler
Original assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Current assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2014-08-24
Also published as: EP0715803B1; WO1995006400A1; HK1004618A1; EP0715803A1; US5821690A; GB9317932D0; DE69406550D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft elektroluminiszierende Vorrichtungen bzw. Bauelemente, insbesondere elektroluminiszierende Vorrichtungen, bei welchen die lichtemittieren de Schicht ein halbleitendes konjugiertes Polymer ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Elektroluminiszierende Vorrichtungen, welche eine Schicht aus einem halbleitenden konjugierten Polymer als lichtemittierende Schicht verwenden, sind in der früheren internationalen Anmeldung der Anmedlderin mit der Veröffentlichungsnr. PCT/WO90/13148 beschrieben. In dieser Anmeldung wir eine elektroluminiszierende Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben beschrieben, bei welchem eine Schicht aus einem halbleitenden konjugierten Polymer zwischen einer ersten und einer zweiten Kontaktschicht angeordnet wird, welche dazu dienen, Ladungsträger von entgegengesetztem Typ in die Polymerschicht zu injizieren, wenn ein elektrisches Feld dazwischen angelegt wird. Diese Ladungsträger vereinigen sich in der Polymerschicht zu Ladungsträgerpaaren, welche sodann unter Strahlungsemission zerfallen bzw. rekombibnieren. Bei dem Strahlungszerfall wird eine Strahlung im sichtbaren Bereich emittiert.
Die frühere internationale Anmeldung mit der Offenlegungsnr. PCT/WO92/03490 beschreibt einen weg, mit welchem die halbleitende konjugierte Polymerschicht verbessert werden kann, um Strahlung in einem Bereich von ausgewählten Wellenlängen zu liefern. Dies wird erreicht, indem die Halbleiterbandlücke der halbleitenden Schicht gesteuert wird. Es ist nämlich bekannt, daß Licht unterschiedlicher Farben mit Hilfe unterschiedlicher halbleitender Polymerschichten erzeugt werden kann. Eines der Hauptpolymere von Interesse ist Poly(p-phenylenvinylen) (PPV), welches unter Anregung grünes Licht emittiert. Die Anregung bedeutet dabei, daß Ladungsträger von entgegengesetztem Typ in die Polymerschicht injiziert werden. Ein anderes Polymer, Poly(methylethylhexyloxy-p-phenylenvinylen) (MEH-PPV) emittiert rot-oranges Licht. Ferner beschreibt die frühere britische Patentanmeldung Nr. 9226475.3 der Anmelderin eine Gruppe von konjugierten Polymeren, welche blaues Licht emittieren können.
Ferner wird auch Bezug genommen auf unsere frühere britische Anmeldung Nr. 9311992.3 (Page white & Farrer Ref. 73745), welche eine Gruppe von nitrilsubstituierten konjugierten Polymeren bezeichnet, welche für die Verwendung in elektroluminiszierenden Vorrichtungen geeignet sind.
Der Inhalt der oben bezeichneten Anmeldungen wird durch Bezugnahme hier eingefügt.
Bei den in den oben bezeichneten Anmeldungen beschriebenen Vorrichtungen ist die Farbe der emittierten Strahlung mehr oder weniger fest und abhängig von der wahl des halbleitenden konjugierten Polymers in der Vorrichtung. wenn einmal die Vorrichtung fertiggestellt ist, ist die Farbe der emittierten Strahlung entweder fest oder nur einer geringen Anderung ausgesetzt, falls die Betriebscharakteristiken der Vorrichtung gesteuert werden können, um die Helligkeit der Vorrichtung zu ändern. Jedoch ist jede Änderung der Farbe im Zusammenhang mit einer Änderung der Helligkeit gering und nicht unabhängig bzw. frei, sondern eben mit einer Anderung der Helligkeit gekoppelt. Daher war bis jetzt eine elektroluminiszierende Vorrichtung, welche halbleitende konjugierte Polymer verwendet, bei welchen die Farbe des emittierten Lichts nach Fertigstellung der Vorrichtung gesteuert werden kann, nicht verfügbar.
Bei den in den oben bezeichneten Anmeldungen beschriebenen elektroluminiszierenden Vorrichtungen ist ein einzelnes Paar von Kontaktschichten an jeder Seite der Polymerschicht angeordnet, welche bewirken, daß Ladungsträger von entge gengesetztem Typ in die Polymerschicht der Vorrichtung injiziert werden. Die Polymerschicht wird im nachfolgenden manchmal als "aktive Schicht" bezeichnet. Die aktive Schicht der Vorrichtung kann dabei eine Substanz oder mehrere unterschiedliche Substanzen sein; jedenfalls ist sie dem zwischen den Kontaktschichten angelegten elektrischen Feld ausgesetzt, um zu bewirken, daß die Ladungsträger in die aktive Schicht injiziert werden.

ÜBERBLICK DER ERFINDUNG

Nach der vorliegenden Erfindung wird eine/ein elektroluminiszierende/s Vorrichtung bzw. Bauelement geschaffen mit: einem ersten Emitter mit einer Schicht aus einem derart ausgewählten Polymer, daß eine Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert wird, sobald Ladungsträger unterschiedlichen Typs in den ersten Emitter injiziert werden; ersten Elektrodenmitteln, welche angeordnet sind, um Ladungsträger in den ersten Emitter zu injizieren; einem zweiten Emitter mit einer Schicht aus einem Polymer, das im sichtbaren Überlapp mit dem ersten Emitter angeordnet und ausgewählt ist, um eine Strahlung von einer zweiten Wellenlänge zu emittieren, wenn Ladungsträger unterschiedlichen Typs in den zweiten Emitter injiziert werden; zweiten Elektrodenmitteln, welche angeordnet sind, um Ladungsträger in den zweiten Emitter zu injizieren, und unabhängig von den ersten Elektrodenmitteln betreibbar sind, wobei entweder eine Strahlung der ersten Wellenlänge oder eine Strahlung der zweiten Wellenlänge oder beide zur Emission angeregt werden können, und wobei die ersten und zweiten Elektroden mittel jeweils transparente oder semi-transparente Kontaktschichten aufweisen, um zu ermöglichen, daß die Strahlung von wenigstens einer Seite der Vorrichtung betrachtet werden kann.
Dabei kann der Emitter jede geeignete lichtemittierende Schicht sein, insbesondere sublimierte Molekularschichten oder halbleitende konjugierte Polymere. Geeignete halbleitende konjugierte Polymere werden in den oben bezeichneten Anmeldungen diskutiert. Der Emitter kann mehr als eine Schicht umfassen, zum Beispiel PPV und Nitril-PPV, wie in der BPA Nr. 9311992.3 diskutiert wird. Es wird ebenfalls Bezug genommen auf die EPA Nr. 91301416.3, die den Einsatz eines Emitters beschreibt, der PPV und eine sublimierte Molekularschicht verwendet.
Danach werden bei der vorliegenden Erfindung zwei unabhängig betreibbare elektroluminiszierende Strukturen zur Verfügung gestellt, die übereinander angeordnet sind. Die Vorrichtung ist dabei derart, daß entweder der erste Emitter zur Produktion von Strahlung einer ersten Farbe aktiviert werden kann, oder der zweite Emitter zur Produktion von Strahlung einer zweiten Farbe aktiviert werden kann, oder der erste und zweite Emitter zusammen zur Produktion einer Farbe aktiviert: werden können, die sich aus der kombinierten Strahlung des ersten und zweiten Emitters ergibt.
Die Erfinder haben festgestellt, daß es möglich ist, eine elektroluminiszierende Vorrichtung herzustellen, welche oben auf einer anderen angeordnet ist - ohne die darunterliegende Vorrichtung (oder Vorrichtungen) zu stören, und so anzuordnen, daß Licht von jeder Vorrichtung durch die übrigen Vorrichtungen treten kann, die zwischen der aktivierten Vorrichtung und dem Glassubstrat liegen können. Es ist überraschend, daß eine derartige Struktur gefertigt werden kann, ohne den üblichen Betrieb der Vorrichtungen zu stören.
Ein dritter Emitter, der eine Schicht aus Polymer umfaßt, kann zusammen mit dritten Elektrodenmitteln zur Verfügung gestellt werden, um drei unabhängig betreibbare Strukturen innerhalb der Vorrichtung zu schaffen. Werden die Polymeremitter so ausgewählt, daß sie jeweils blaues, grünes und rotes Licht emittieren, so ermöglicht dies, weißes Licht zu emittieren. Die Steuerung der einzelnen Schichten ermöglicht ferner die Emission des gesamten Farbenbereiches.
Die ersten Elektrodenmittel können eine erste und eine zweite Kontaktschicht umfassen, welche an jeder Seite des ersten Emitters angeordnet und mit einer Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen erster und zweiter Kontaktschicht verbunden sind. In ähnlicher weise können die zweiten Elektrodenmittel eine dritte und eine vierte Kontaktschicht umfassen, die an jeder Seite des zweiten Emitters angeordnet und mit einer Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen dritter und vierter Kontaktschicht verbunden sind. In diesem Falle liegen die zweite und dritte Kontaktschicht angrenzend nebeneinander; sie können aus Materialien von unterschiedlichem Typ sein. Diese sollten auf alle Fälle transparent oder wenigstens semi-transparent sein. Die Gesamtdicke sollte in einer Größenordnung von einigen hundert Angström sein.
Alternativ dazu können die ersten Elektrodenmittel eine Kontaktschicht mit den zweiten Elektrodenmittel teilen, so daß die zweite und dritte Kontaktschicht durch eine einzelne Schicht ersetzt wird, die derart angeschlossen werden kann, daß sie entweder zusammen mit der ersten Kontaktschicht betrieben werden kann, um ein elektrisches Feld über dem ersten Emitter anzulegen, oder zusammen mit der vierten Kontaktschicht, um ein elektrisches Feld über dem zweiten halbleitenden Emitter anzulegen, oder zusammen mit den beiden genannten Kontaktschichten. Erneut wird darauf hingewiesen, daß diese einzelne Schicht transparent oder semi-transparent sein sollte.
Es versteht sich ohne weiteres, daß entweder die erste Kontaktschicht oder die vierte Kontaktschicht ebenfalls transparent oder semi-transparent ist, so daß Strahlung aus der Vorrichtung austreten kann.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen einer elektroluminiszierenden Vorrichtung mit folgenden Schritten zur Verfügung: Schaffen einer ersten Elektrode; Abscheiden eines ersten Emitters auf der ersten Elektrode, wobei der erste Emitter eine Schicht eines derart ausgewählten Polymers umfaßt, daß Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert wird, wenn Ladungsträger von entgegengesetztem Typ in den ersten Emitter injiziert werden; Schaffen einer zweiten Elektrode auf dem ersten Emitter; Abscheiden eines zweiten Emitters auf der zweiten Elektrode, wobei der zweite Emitter eine Schicht eines derart ausgewählten Polymers umfaßt, daß Strahlung einer zweiten Wellenlänge emittiert wird, wenn Ladungsträger von entgegengesetztem Typ in den zweiten Emitter injiziert werden; Schaffen einer dritten Elektrode auf dem zweiten Emitter; Verbinden der ersten und zweiten Elektrode mit einer ersten Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes über dem ersten Emitter; und Verbinden der zweiten und dritten Elektrode mit einer zweiten Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes über dem zweiten Emitter, wobei die erste und zweite Quelle zum Anlagen eines elektrischen Feldes unabhängig voneinander betreibbar sind, und die Emission einer Strahlung der ersten Wellenlänge oder einer Strahlung der zweiten Wellenlänge oder von beiden veranlaßt und betrachtet werden kann, wobei die zweite Elektrode und wenigstens eine von der ersten oder dritten Elektrode transparent oder semi-transparent sind.
Die zweite Elektrode kann dabei eine einzige Schicht sein, welche zusammen mit entweder der ersten Elektrode oder der dritten Elektrode betrieben werden kann; oder sie kann zwei Schichten umfassen, nämlich eine zum Betreiben zusammen mit der ersten Elektrode und eine zusammen mit der dritten Elektrode. Im letztgenannten Fall kann die zweite Elektrode Calcium- und Goldschichten umfassen, die durch thermisches Verdampfen aufgetragen werden. Dies ist eine unerwartet stabile und leitende Verbindung, die außerdem semi-transparent ist. Die Erfinder haben herausgefunden, daß es möglich ist, zusätzliche Schichten auf den zuerst aufgetragenen Schichten herzustellen, ohne die zuerst aufgetragenen Schichten zu stören. Dies ist unerwartet und überraschend, da normalerweise eine Beschädigung der darunterliegenden Schichten zu erwarten gewesen wäre.
Jeder Emitter kann einen sublimierten organischen Molekularfilm oder eine einzige halbleitende konjugierte Polymerschicht oder mehrere halbleitende konjugierte Polymerschichten oder eine Kombination von Schichten aus einem sublimierten organischen Molekularfilm und einem halbleitenden konjugierten Polymer umfassen. Beispielsweise kann der erste Emitter eine einzelne Schicht aus PPV und der zweite Emitter eine einzelne Schicht aus MEH-PPV umfassen. Alternativ dazu kann der erste oder zweite Emitter mehrere Nitril-PPV Polymerschichten umfassen, wie es diesbezüglich in unserer früheren britischen Patentanmeldung Nr. 9311992.3 (Page White & Farrer Ref. 73745) beschrieben ist.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Veranschaulichung der Ausführung derselben wird zu Beispielzwecken Bezug genommen auf die beiliegende Zeichnung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 ist eine graphische Darstellung einer Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 ist eine graphische Darstellung einer Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 3 ist eine Ansicht von oben auf eine Vorrichtung, wobei die Elektrodenstruktur von Figur 1 gezeigt ist; und
die Figuren 4a, 4b, 5a, 5b, 5c und 5d sind graphische Darstellungen des elektrischen Schaltbildes der Vorrichtungen.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Struktur

Figur 1 zeigt eine elektroluminiszierende Vorrichtung bzw. ein elektroluminiszierendes Bauelement mit zwei aktiven halbleitenden Schichten. Die Vorrichtung enhält ein Glassubstrat 2, auf welchem eine Schicht von semi-transparentem Indiumzinnoxid (ITO) abgeschieden ist. Wie aus dem nachfolgenden deutlicher hervorgeht, wird die Schicht aus Indiumzinnoxid geätzt, so daß eine Schicht 4 auf einem Bereich zurückbleibt, der den lichtemittierenden aktiven Bereich der Vorrichtung festlegt. Eine erste Schicht 6 aus einem halbleitenden konjugierten Polymer in Form von PPV ist auf dem Glassubstrat 2 und dem Indiumzinnoxid 4 aufgetragen. Auf der Schicht 6 aus PPV wird eine erste Kontaktschicht 8 aus Calcium gebildet. Dabei ist die Schicht 8 in Form eines Streifens aufgetragen, der sich quer über den aktiven Bereich erstreckt, der durch die Indiumzinnoxidschicht 4 festgelegt wird. Die Schicht 4 aus Indiumzinnoxid und die Schicht 8 aus Calcium bilden die erste und zweite Kontaktschicht für die erste Schicht 6 aus PPV aus.
Oben auf der Schicht 8 aus Calcium wird ein Streifen 10 aus Gold im überlapp mit dem Streifen aus Calcium ausgebildet.
Eine zweite Schicht 12 aus einem halbleitenden konjugierten Polymer, diesmal aus MEH-PPV, wird sodann aufgetragen. Die Struktur und die Abscheidungseigenschaften dieses Polymers sind aus den früheren oben bezeichneten Anmeldungen bekannt. Eine zweite Schicht 14 aus Calcium wird sodann in Form eines Streifens oben auf der Schicht aus MEH-PPV aufgetragen. Die Schicht 14 aus Calcium und die Schicht 10 aus Gold bilden Kontaktschichten für die zweite Polymerschicht 12. Die Schicht 14 aus Calcium wird als Streifen aufgetragen, der sich quer über den aktiven Bereich erstreckt, welcher durch die Schicht 4 aus Indiumzinnoxid festgelegt wird. Die Schichten 8 und 10 erstrecken sich in einer großen Ausdehnung nach rechts in Figur 1 und in einer kleinen Ausdehnung nach links in Figur 1. Die Calciumschicht 14 erstreckt sich quer zum aktiven Bereich in einer großen Ausdehnung nach links in Figur 1 und in einer kleinen Ausdehnung nach rechts in Figur 1. Dies kann man ohne weiteres in Figur 1 erkennen und wird noch detaillierter mit Bezugnahme auf Figur 3 erläutert werden. Schließlich wird die Schicht 14 aus Calcium mit einer Schicht 16 aus Aluminium abgedeckt, um die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber Verunreinigungen zu verringern.
Die Struktur der Vorrichtung ist ferner in Figur 3 dargestellt. Gemäß Figur 3 ist der durch das Indiumzinnoxid bedeckte aktive Bereich mit Bezugszeichen 4 gekennzeichnet und als annähernd quadratisch dargestellt. Das ITO bildet eine erste Elektrode E1. Die Schichten 8 und 10 aus Calcium und Gold sind als sich gegenseitig überlappende Streifen ausgebildet und werden im nachfolgenden als zweite Elektroden in Figur 3 mit E2 bezeichnet. Wie man in Figur 3 ohne weiteres erkennen kann, ist die Elektrode E2 ein Streifen, der sich quer zur Indiumzinnoxidschicht und über diese links in Figur 3 hinaus erstreckt. Die Schichten 14 und 16 sind als sich gegenseitig überlappende Streifen ausgebildet und werden nachfolgend als dritte Elektrode mit E3 in Figur 3 bezeichnet. Die Streifenelektrode E3 erstreckt sich quer zu dem Indiumzinnoxidbereich 4 und über diesen nach rechts in Figur 3 hinaus. Die zweite und dritte Elektrode E2 und E3 sollten soweit wie möglich in unmittelbarem gegenseitigem Überlapp ausgebildet sein, obwohl diese in Figur 3 geringfügig versetzt gezeigt sind. Dieser Versatz rührt möglicherweise von Herstellungstoleranzen bei dem für die Herstellung der Streifen - wie später beschrieben - verwendeten Masken.
Mit dieser Struktur ist es möglich, die Elektroden E1, E2 und E3 einfach durch Kleben von dünnen Drähten mit einem Silberüberzug (elektrisch leitendes Farb-Kollargol), welche mit Bezugszeichen 20 gekennzeichnet sind, zu kontaktieren. Dies ist deshalb möglich, da die unterschiedlichen Elektroden nicht überlappen - außer im aktiven Bereich, der nunmehr der Bereich ist, welcher durch den Überlapp der Indiumzinnoxid-Elektrode E1, der streifenbildenden Elektrode E2 und der streifenbildenden Elektrode E3 festgelegt wird.
Wie in Figur 3 erkennbar ist, erstrecken sich die streifenbildenden Elektroden E2 und E3 über den Bereich hinaus, welcher durch die Indiumzinnschicht 4 festgelegt ist, und zwar nicht nur in diejenige Richtung, in welcher ein Kontakt anliegt, sondern auch in einem geringeren Ausmaß in die andere Richtung Diese Tatsache wurde von den Erfindern als wichtig zur Vermeidung eines Kurzschlusses der Vorrichtung aufgrund der hohen angelegten elektrischen Felder herausgefunden.

Herstellungsverfahren

Es folgt die Beschreibung des Verfahrens, mit Hilfe dessen die Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 3 gebildet werden kann.
Das Glassubstrat 2 ist ein handelsübliches Glas, welches mit einer Schicht von Indiumzinnoxid beschichtet ist. Derjenige Bereich, welcher durch Indiumzinnoxid bedeckt werden soll, wird durch Ätzen von Streifen an gegenüberliegenden Kanten des Substrats bestimmt, so daß der in Figur 3 dargestellte quadratische Bereich 4 zurückbleibt. Nach sorgfältiger Reinigung des auf diese Weise präparierten Substrats mit dem daraufliegenden Indiumzinnoxid wird ein Vorläufer bzw. Vorläuferstoff zum PPV aufgeschleudert. Die Schleuderbedingungen sind ähnlich wie diejenigen, welche in unseren oben bezeichneten Anmeldungen zur Herstellung von dort beschriebenen elektroluminiszierenden Vorrichtungen beschrieben sind. Der Vorläufer wurde über Nacht durch Erwärmen auf 220ºC vollständig umgewandelt. Die Kontaktschicht 8 aus Calcium wurde auf der Schicht 6 aus PPV durch eine einen Streifen definierende Maske aufgedämpft. Die Kontaktschicht 8 aus Calcium wirkt als ein Elektroneninjektor für die Schicht 6 aus PPV. Es versteht sich, daß die Indiumzinnoxidschicht 4 als ein Lochinjektor für die Schicht 6 aus PPV wirkt. Ferner wurde Gold direkt auf die Schicht 8 aus Calcium durch dieselbe Maske aufgedämpft, um den Streifen 10 auszubilden. Aufgrund seiner hohen Austrittsarbeit wirkt die Goldschicht 10 als ein Lochinjektor für die Schicht 12. Das Gold dient außerdem als Schutz der Schicht aus Calcium.
Nach dem Aufdampfen der Calcium- und Goldstreifen 8, 10 wurde MEH-PPV bei 2000 U/min oben auf die Struktur geschleudert. Trockenes Chloroform wurde verwendet, um den verfestigten Vorläufer aufzulösen; dabei wurde die Lösung niemals Luft ausgesetzt. Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Dicke der Schicht 12 aus MEH-PPV ein wichtiger Parameter ist. Für die nachfolgend beschriebene Vorrichtung wurde eine Lösung verwendet, welche Filme mit einer optischen Dichte von 1,3 bei 500 nm hervorbrachte, wenn sie bei 2000 U/min aufgeschleudert wurde. Nachdem diese zweite Polymerschicht 12 aufgeschleudert wurde, wurde die Struktur bei 180ºC unter Vakuum für mehrere Stunden ausgeheilt, um Überflächenverunreinigungen weiter zu verringern. Sodann wurde die Maske, welche zum Aufdampfen der Schichten 8 und 10 verwendet wurde, gegenüber der ursprünglichen Position verschoben (und zwar nach links in Figur 3) und zum Aufdampfen der weiteren Schicht 14 aus Calcium verwendet, welche als die elektroneninjizierende Schicht für die zweite Polymerschicht 12 wirkt. Schließlich wurde Aluminium durch dieselbe Maske hindurch in Überlappung mit der Schicht 14 aus Calcium aufgedampft, um die Schicht 16 zu bilden.
Schließlich wurden die Verbindungen zu den einzelnen Elektroden hergestellt, indem dünne Drähte mit einem Silberüberzug mit diesen verklebt wurden.

Betriebsweise der Vorrichtung

Die Vorrichtung kann in einem der folgenden Modi betrieben werden. In all diesen Modi war die Elektrode E2 mit Erde und die positiven/negativen Spannungen an der Elektrode E1 und/oder der Elektrode E2 angelegt, gemäß dem nachfolgend beschriebenen Betriebsmodus.

Separater Betrieb

Die aktiven Schichten 6 und 12 können unabhängig voneinander betrieben werden, so daß eine Emission von lediglich einer der charakteristischen Farben beobachtet werden kann. Die maximalen Betriebsspannungen einer Vorrichtung, welche nach der zuvor beschriebenen Methode aufgebaut wurde, liegen typischerweise bei 15V, welche über der Schicht 6 aus PPV anliegen, um grünes Licht zu emittieren, und bei 35V, welche über der zweiten aktiven Schicht 12 aus MEH-PPV anliegen, um orange-rotes Licht zu ergeben. In diesem Modus kann die Vorrichtung zwischen beiden emittierten Farben umgeschaltet werden. Die Betriebsspannungen werden in erster Linie bestimmt durch die Dicken der Schichten und können durch Verändern dieser Dicken angepaßt werden. Man hat herausgefunden, daß die Betriebsspannungen vergleichbar sind mit denjenigen der Einzelschichtvorrichtungen sind, welche in PCT/WO90/13148 diskutiert werden.
Wie von denjenigen Lesern ohne weiteres verstanden wird, welchen die Offenbarungen der oben bezeichneten Anmeldungen bekannt sind (welche diesen Aspekt betreffen und hier durch Bezugnahme aufgenommen werden), wird die Lichtemission durch die aktiven Polymerschichten 6 und 12 dadurch verursacht, daß dort Ladungsträger von entgegengesetztem Typ injiziert werden. Für die Schicht 6 wird an der Indiumzinnoxidschicht 4 eine positive Spannung gegenüber der Calciumschicht 8 angelegt, so daß Löcher aus der Indiumzinnoxid schicht und Elektronen aus dem Calcium injiziert werden. Diese Löcher und Elektronen vereinigen sich in der Schicht 6 und zerfallen sodann unter Strahlung, um Licht zu emittieren, welches im Fall von PPV grun ist. Für die Schicht 12 wird die Schicht 14 aus Calcium negativ gegenüber der Schicht 10 aus Gold gehalten, so daß Löcher aus der Goldschicht 10 und Elektronen aus der Calciumschicht 14 injiziert werden. Diese Löcher und Elektronen rekombinieren in der Schicht 12, um Schichten von Ladungsträgern zu bilden, welche zerfallen und dabei Strahlung emittieren, welche im Fall von MEH-PPV orange-rot ist.

Kombinierter Betrieb

Werden elektrische Felder gleichzeitig über beide der aktiven Schichten 6, 12 angelegt, ist es möglich, beide Schichten zur gemeinsamen Strahlungsemission anzuregen, so daß sich eine gemischte Farbe ergibt, und zwar gelb für das hier beschriebene Beispiel. Wenn beide Schichten 6 und 12 gleichzeitig aktiviert werden, müssen die angelegten Spannungen niedriger sein als die maximalen Spannungen, welche zuvor für den Einzelbetrieb angegeben wurden, andernfalls könnte sich ein Kurzschluß von einer oder beiden Schichten ergeben.
Das erfindungsgemäße Konzept kann verwendet werden, um eine weitere Schicht aus einem halbleitenden konjugierten Polymer oben auf die Calciumschicht 14 mit einer weiteren Kontaktschicht auf dieser auszubilden. Wenn die dritte Polymerschicht blaues Licht emittieren kann, wie in unserer Anmeldung Nr. 9226475.3 beschrieben, kann auch weißes Licht mit dem gesamten Bereich der Farben erzeugt werden.
Werden drei Schichten von Polymer verwendet, besteht die bevorzugte Anordnung der Schichten darin, daß die blauemittierende Schicht angrenzend an das Glassubstrat und die Indiumzinnoxidschicht, die grün-emittierende Schicht als nächste und schließlich die rot-emittierende Schicht angeordnet sind. Dies verhindert eine Absorption von Licht aus einem Bauelement durch die Polymerschicht in dem nächsten Bauelement. Die Lichtemission geht natürlich durch das Glassubstrat 2 hindurch.
Während hier ein bestimmtes Beispiel gegeben wird, versteht sich ohne weiteres, daß die verwendeten Materialien für die Polymerschichten und Kontakte umfangreich verändert werden können. Insbesondere wird Bezug genommen auf die oben bezeichneten früheren Anmeldungen, welche verschiedene Möglichkeiten für die Polymerschichten beschreiben.
In ähnlicher Weise kann die Elektrode E2 (welche hier durch die Schicht 8 aus Calcium und die Schicht 10 aus Gold gebildet ist) aus jedem geeigneten Material gebildet sein. Es muß selbstverständlich wenigstens semi-transparent sein; dies wird bei dem vorliegenden Beispiel dadurch erreicht, daß die gesamte Dicke der Metalle Calcium und Gold unterhalb einer Dicke von einigen hundert Angström gehalten wird.
Figur 2 beschreibt eine weitere spezielle Möglichkeit für eine Vorrichtung, bei welcher die Elektrode E2 als einzelne Schicht ausgebildet ist. Gemäß Figur 2 bezeichnet Bezugszeichen 2' ein Glassubstrat, Bezugszeichen 4' einen Bereich aus Indiumzinnoxid und Bezugszeichen 6' einen Bereich aus PPV. Dies entspricht der obigen Beschreibung im Zusammenhang mit Figur 1. Im Gegensatz zu Figur 1 sind jedoch die Schichten 8 und 10 durch eine einzige Schicht 9 eines Elektroneninjektors ersetzt. Sodann wird eine Schicht 12' entsprechend der Schicht 12 in Figur 1 ausgebildet, auf welcher eine Schicht 14' aus einem Lochinjektor anstelle der Schicht 14 aus Calcium angeordnet ist. Eine Schicht aus Aluminium 16' bedeckt die Schicht 14' des Lochinjektors. Bei dieser Vorrichtung wirkt die Schicht 9 als ein Elektroneninjektor entweder für die Schicht 6 zusammen mit der Indiumzinnoxidschicht 4' oder für die Schicht 12' zusammen mit der Lochinjektionsschicht 14'. Wenn beide Kombinationen aktiviert sind, arbeiten die Bauelemente gegensinnig.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 kann die Schicht 9 eines Elektroneninjektors ein semi-transparenter Film aus Calcium, Aluminium, Indium oder einem anderen leitenden Material mit geringer Austrittsarbeit sein.
Als eine Alternative zum Aufbau gemäß Figur 2 können die äußeren Schichten 4' und 14' zur Elektroneninjektion ausgewählt werden. Die Schicht 4' würde dann semi-transparent sein und entweder eine dünne Schicht aus Calcium, Aluminium, Indium oder einem anderen leitenden Material mit geringer Austrittsarbeit sein oder könnte aus einer Doppelschicht aufgebaut sein, zum Beispiel eine dünne Schicht aus einem Metall mit niedriger Austrittsarbeit, welche auf einem ITO ausgebildet ist. In diesem Fall würde die Schicht 9 als ein Lochinjektor wirken und als Material mit einer hohen Austrittsarbeit ausgewählt sein. Sie könnte aus dünnen Filmen von Metallen, zum Beispiel Gold, Indiumzinnoxid oder hoch-leitenden Polymeren, zum Beispiel Polyanilin oder Vielfachschichten, welche aus diesen Materialien gebildet sind, ausgewählt werden.
Die graphischen Darstellungen in den Figuren 4a und 4b zeigen, wie die einzelnen elektroluminiszierenden Vorrichtungen bzw. Bauelemente jeweils in den Strukturen von Figur 1 und Figur 2 verbunden sind. In Figur 1 können die elektroluminiszierenden Bauelemente als zwei in Reihe geschaltete Dioden angesehen werden, wohingegen die elektroluminiszierenden Bauelemente gemäß Figur 2 als zwei in gegensinniger Reihe geschaltete Dioden angesehen werden können.
Die Erfindung berücksichtigt auch den Zusatz einer dritten Schicht aus einem lichtemittierenden Polymer, welches eine Strahlung bei einer von derjenigen der ersten und zweiten Schicht des Polymers abweichenden Wellenlänge emittieren kann. Diese dritte Schicht würde oben auf der Schicht 16 in Figur 1 (oder auf 16' in Figur 2) aufgetragen werden; und eine weitere Elektrode wird sodann auf dieser angeordnet. Diese Elektrode wird im nachfolgenden mit dem Bezugszeichen E4 gekennzeichnet. In einem solchen Falle könnten die Schichten 14 und 16 (in Figur 1) oder 14' und 16' (in Figur 2) eine zusammengesetzte Schicht sein, welche eine Elektroneninjektion zu einer Seite und eine Lochinjektion zu der anderen Seite bewirkt, oder eine einzelne Schicht, welche eine Elektronen- oder Lochinjektion zu beiden Seiten bewirkt. Die Figuren 5a bis 5d veranschaulichen die unterschiedlichen Möglichkeiten der Verbindungen der elektroluminiszierenden Vorrichtungen bzw. Bauelemente in einer Dreischicht-Struktur. Gemäß Figur 5a sind die Bauelemente als drei in Reihe geschaltete Dioden dargestellt. In Figur 5b sind zwei Bauelemente als Dioden in einer gegensinnigen Reihenkonfiguration geschaltet, wobei das mittlere Bauelement in einer Front-an-Front-Schaltung mit dem letzten Bauelement angeordnet ist. Gemäß Figur 5c sind die ersten beiden Bauelemente in Reihe geschaltet dargestellt, wobei das letzte Bauelement in einer gegensinnigen Reihenanordnung mit dem mittleren Bauelement angeordnet ist. Gemäß Figur 5d sind die ersten beiden Bauelemente in einer gegensinnigen Reihenanordnung verbunden dargestellt, wobei das letzte Bauelement in Reihe mit dem mittleren Bauelement angeordnet ist.
Als eine Alternative zu den obigen Beispielen können die Lichtemitter mit Hilfe sublimierter organischer Molekularfilme aufgebaut sein. In einer Ausführung könnte ein Emitter eine Schicht aus PPV und einer sublimierten Molekular schicht verwenden, wie sie in EPA 91301416.3 diskutiert wird. Bei Verwendung von sublimierten Molekularfilmen muß darauf geachtet werden, daß die nachfolgenden Schichten in geeigneter Weise verarbeitet werden können. So kann beispielsweise eine thermische Umwandlung von PPV aus seinem Vorläuferpolymer bei hohen Temperaturen eine Schicht des darunterliegenden sublimierten Molekularfilms beschädigen.

Claims

1. Elektroluminiszierende/s Vorrichtung bzw. Bauelement mit:

einem ersten Emitter mit einer Schicht aus einem derart ausgewählten Polymer (6,6'), daß eine Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert wird, sobald Ladungsträger unterschiedlichen Typs in den ersten Emitter injiziert werden;

ersten Elektrodenmitteln (4,8; 4,9), welche angeordnet sind, um Ladungsträger in den ersten Emitter zu injizieren;

einem zweiten Emitter mit einer Schicht aus einem Polymer (12,12'), das im sichtbaren Überlapp mit dem ersten Emitter angeordnet und ausgewählt ist, um eine Strahlung einer zweiten Wellenlänge zu emittieren, wenn Ladungsträger unterschiedlichen Typs in den zweiten Emitter injiziert werden;

zweiten Elektrodenmitteln (10,14; 9,14'), welche angeordnet sind, um Ladungsträger in den zweiten Emitter zu injizieren, und unabhängig von den ersten Elektrodenmitteln betreibbar sind, wobei entweder Strahlung der ersten Wellenlänge oder Strahlung der zweiten Wellenlänge oder beide zur Emission angeregt werden können, und wobei die ersten und zweiten Elektrodenmittel jeweils transparente oder semi-transparente Kontaktschichten aufweisen, um zu ermöglichen, daß die Strahlung von wenigstens einer Seite der Vorrichtung betrachtet werden kann.

2. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die ersten Elektrodenmittel eine erste und eine zweite Kontaktschicht (4,8; 4,9) aufweisen, die an beiden Seiten des ersten Emitters angeordnet und mit einer Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Kontaktschicht verbunden sind.

3. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die zweiten Elektrodenmittel eine dritte und eine vierte Kontaktschicht (10,14) an jeder Seite des zweiten Emitters umfassen und mit einer zweiten Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der dritten und vierten Kontaktschicht verbunden sind.

4. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die zweiten Elektrodenmittel die zweite Kontaktschicht (9) und eine dritte - auf der anderen Seite des zweiten Emitters liegende - Kontaktschicht (14') umfassen, wobei die zweite und dritte Kontaktschicht mit einer zweiten Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes über den zweiten Emitter verbunden sind.

5. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die erste Kontaktschicht (4) Indiumzinnoxid und die zweite Kontaktschicht (8) Calcium enthält.

6. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, bei welcher die dritte Kontaktschicht (10) Gold und die vierte Kontaktschicht (14) Calcium enthält.

7. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die vierte Kontaktschicht aus Calcium mit einer Deckschicht (16) versehen ist.

8. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Deckschicht (16) Aluminium enthält.

9. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 6, bei welcher die Gesamtdicke der zweiten und dritten Kontaktschicht in der Größenordnung von einigen hundert Angström ist.

10. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste Emitter und/oder der zweite Emitter jeweils mindestens eine halbleitende konjugierte Polymerschicht (6,12) umfaßt/umfassen.

11. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste Emitter und/oder der zweite Emitter jeweils mehrere halbleitende konjugierte Polymerschichten umfaßt/umfassen.

12. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste Emitter eine Schicht aus Polyphenylenvinylen umfaßt.

13. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der zweite Emitter eine Schicht aus Poly(methylethylhexyloxy-p-phenylenvinylen) umfaßt.

14. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welcher jede Schicht aus einem halbleitenden konjugierten Polymer eine derart ausgewählte Halbleiterbandlücke aufweist, daß Strahlung von einer vorgegebenen Wellenlänge emittiert wird.

15. Elektroluminiszierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher der erste Emitter und/oder der zweite Emitter jeweils wenigstens eine sublimierte organische Molekularschicht umfaßt/umfassen.

16. Verfahren zum Herstellen einer elektroluminiszierenden Vorrichtung mit folgenden Schritten:

Schaffen einer ersten Elektrode (4,4');

Abscheiden eines ersten Emitters auf der ersten Elektrode, wobei der erste Emitter eine Schicht eines derart ausgewählten Polymers (6,6') umfaßt, daß Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert wird, wenn Ladungsträger von entgegengesetztem Typ in den ersten Emitter injiziert werden;

Schaffen einer zweiten Elektrode (8,10; 9) auf dem ersten Emitter;

Abscheiden eines zweiten Emitters (12,12') auf der zweiten Elektrode, wobei der zweite Emitter eine Schicht eines derart ausgewählten Polymers umfaßt, daß Strahlung einer zweiten Wellenlänge emittiert wird, wenn Ladungsträger von entgegengesetztem Typ in den zweiten Emitter injiziert werden;

Schaffen einer dritten Elektrode (14,14') auf dem zweiten Emitter;

Verbinden der ersten und zweiten Elektrode mit einer ersten Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes über dem ersten Emitter; und

Verbinden der zweiten und dritten Elektrode mit einer zweiten Quelle zum Anlegen eines elektrischen Feldes über dem zweiten Emitter, wobei die erste und zweite Quelle zum Anlagen eines elektrischen Feldes unabhängig voneinander betreibbar sind, und die Emission einer Strahlung der ersten Wellenlänge oder einer Strahlung der zweiten Wellenlänge oder von beiden veranlaßt und betrachtet werden kann, wobei die zweite Elektrode und wenigstens eine von der ersten oder dritten Elektrode transparent oder semi-transparent sind.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem beim Schaffen einer ersten Elektrode (4) ein Glassubstrat mit einem Indiumzinnoxid beschichtet und das Indiumzinnoxid geätzt wird, um einen aktiven Bereich der Vorrichtung festzulegen.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei welchem beim Schaffen einer zweiten Elektrode eine semi-transparenten Metallschicht (8,9) mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen hundert Angström in Form eines - die erste Elektrode überlappenden - Streifens abgeschieden wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, bei welchem beim Schaffen einer dritten Elektrode eine metallischen Schicht (14,14') in der Form eines Streifens, der mit der zweiten Elektrode teilweise überlappt, abgeschieden wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welchem der erste Emitter und/oder der zweite Emitter jeweils eine Schicht aus einem halbleitenden konjugier ten Polymer umfaßt/umfassen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welchem der erste Emitter und/oder der zweite Emitter jeweils eine Schicht aus einem sublimierten organischen Molekularfilm umfaßt/umfassen.