DE69527308T2

DE69527308T2 - Mehrfarbige lichtemittierende organische vorrichtungen

Info

Publication number: DE69527308T2
Application number: DE69527308T
Authority: DE
Inventors: Paul Burrows; Stephen R Forrest; Dennis Mccarty; Linda Las Vegas Sapochak; Mark E Thompson
Original assignee: Princeton University
Current assignee: Princeton University
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2015-12-07
Also published as: US5757026A; US20010014391A1; FI972176A; FR2732481B1; AR001331A1; EP0808244A2; RU2160470C2; US5707745A; ITMI952610A0; CN1236410C; PL179550B1; US5721160A; AU690413B2; FR2728082B1; JP4053734B2; FR2732481A1; KR100419020B1; WO1996019792A3; EP1119059A2; JP3496681B2

Description

Feld der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf mehrfarbige organische lichtemittierende Vorrichtungen und insbesondere auf solche Vorrichtungen für den Gebrauch in flach ausgeführten elektronischen Displays.

Hinterrund der Erfindung

Das elektronische Display ist ein unentbehrlicher Weg in der modernen Gesellschaft für die Ausgabe von Information und wird in Fernsehgeräten, Rechner-Endgeräten und in einer Gruppe anderer Anwendungsfälle gebraucht. Kein anderes Medium bietet die Geschwindigkeit, Vielseitigkeit und Einflußnahme. Die bekannten Display-Technologien schließen Plasma- Display, lichtemittierende Dioden (LEDs), Dünnfilm-elektrolumineszente Displays usw. ein.
Die primäre nichtemissive Technologie macht von den elektrooptischen Eigenschaften einer Klasse organischer Moleküle Gebrauch, die als Flüssigkeitskristalle (LCs) oder Flüssigkeitskristall-Displays (LCDs) bekannt sind. LCDs arbeiten recht zuverlässig, haben aber einen relativ schwachen Kontrast und niedrige Auflösung, brauchen auch eine Hintergrundbeleuchtung großer Leistung. Aktive Matrix-Displays verwenden eine Anordnung von Transistoren, von denen jeder imstande ist einen einzelnen LC-Bildpunkt zu aktivieren. Zweifellos ist die Technologie, die Flachpaneel-Displays (Flachbildschirm) betrifft, von großer Bedeutung, und ein Fortschritt wird ständig gemacht. Sehen Sie sich den Artikel mit dem Titel "Flat Panel Displays", Scientific American, März 1993, Seiten 90-97 von S. W. Depp und W. E. Howard an. In diesem Artikel wird angegeben, daß 1995 die Flachpaneel-Displays allein in einem Markt zwischen 4 und 5 Milliarden Dollar erwartet werden. Die wünschenswerten Faktoren für jegliche Display-Technologie ist die Fähigkeit ein hochauflösendes Ganzfarben- Display bei gutem Lichtwert und in wettbewerblich günstiger Preislage zu erstellen. Farbdisplays arbeiten mit den drei primären Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Es gab einen beachtlichen Fortschritt im Vorführen von rot, grün und blau lichtemittierenden Einrichtungen (LEDs), die organische Dünnfilm-Materialien benutzen. Diese Dünnfilm- Materialien werden unter Hochvakuumbedingungen beschichtet. Derartige Techniken sind an zahlreichen Orten in der ganzen Welt entwickelt worden, und diese Technologie wird in vielen Forschungsstätten weiter bearbeitet.
Gegenwärtig nennt man die am meisten favorisierte organische emissive Struktur die Doppel-Heterostruktur-LED, die in Fig. 1A gezeigt und als Stand der Technik bezeichnet wird. Diese Struktur ist den herkömmlichen anorganischen LEDs, die Materialien wie GaAs oder InP benutzen, sehr ähnlich.
In der in Fig. 1A gezeigten Vorrichtung ist eine Trägerschicht aus Glas 10 mit einer dünnen Lage aus Indium-Zinnoxid (ITO) 11 beschichtet, wobei die Schichten 10 und 11 das Substrat 8 bilden. Danach ist eine dünne (10-50 nm) organische, vorherrschend lochtransportierende Schicht (HTL) 12 auf die ITO-Schicht 11 gebracht. Auf die Oberfläche der HTL-Schicht 12 ist eine dünne (typischerweise 5-10 nm) Emissionsschicht (EL) 13 aufgebracht. Falls die Schichten (Lagen) zu dünn sind, kann es einen Mangel an Kontinuität im Film geben, und dickere Filme tendieren dazu einen hohen Innenwiderstand zu haben, der einen Betrieb mit höherem Strom erfordern. Die emissive Schicht (EL) 13 besorgt den Rekombinationsplatz für Elektronen, die von einer 10-50 nm dicken elektronischen Transportschicht 14 (ETL) mit Löchern von der HTL-Schicht 12 injiziert werden. Das ETL-Material ist durch seine beachtlich höhere Elektronen-als-Löcher-Mobilität gekennzeichnet. Beispiele von Materialien ETL, EL und HTL finden sich im US-Patent Nr. 5294870 mit dem Titel "Organic Electroluminescent MultiColor Image Display Device", ausgegeben am 15.März 1994 an Tang und andere.
Oftmals ist die EL-Schicht 13 mit einem hochfluoreszierenden Farbstoff gedopt, um die Farbe abzustimmen und den elektrolumineszenten Wirkungsgrad der LED zu erhöhen. Die Einrichtung, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist, ist durch das Beschichten mit Metallkontakten 15, 16 und eine obere Elektrode 17 vervollständigt. Die Kontakte 15 und 16 sind typischerweise aus Indium oder Ti/Pt/Au hergestellt. Die Elektrode 17 ist oftmals eine Dualschichtstruktur, die aus einer Legierung wie z. B. Mg/Ag 17' besteht, und die direkt die organische ETL-Schicht 14 kontaktiert, und aus einer dicken hoch arbeitsintensiven Metallschicht 17" wie z. B. Gold (Au) oder Silber (Ag) auf der Mg/Ag. Das dicke Metall 17" ist undurchsichtig. Wird eine geeignete Vorspannung zwischen oberer Elektrode 17 und Kontakte 15 und 16 angelegt, tritt die Lichtemission durch das Glassubstrat 10 auf. Eine LED-Vorrichtung der Fig. 1A hat typischerweise lumineszente externe Quantum-Wirkungsgrade zwischen 0,05 und 4 Prozent, was von der Farbe der Emission und ihrer Struktur abhängt.
Eine andere organische emissive Struktur, die unter einzelne Heterostruktur bekannt ist, wird in Fig. 1B gezeigt und als Stand der Technik bezeichnet. Der Unterschied dieser Struktur relativ zu derjenigen der Fig. 1A liegt darin, daß die EL-Schicht 13 auch als eine ETL-Schicht dient, welche die ETL-Schicht 14 der Fig. 1A eliminiert. Jedoch muß die Vorrichtung der Fig. 1B für einen wirkungsvollen Betrieb eine EL-Schicht 13 guter Elektronentransport-Fähigkeit einschließen, andernfalls muss eine separate ETL-Schicht 14 einbezogen werden, wie für die Vorrichtung der Fig. 1A gezeigt.
Gegenwärtig sind die höchsten Wirkungsgrade in grünen LEDs beobachtet worden. Des weiteren sind Ansteuerspannungen von 3 bis 10 Volt erreicht worden. Diese frühen und vielversprechenden Demonstrationen haben amorphe oder hochpolykristalline organische Schichten benutzt. Diese Strukturen begrenzen zweifellos die Ladeträger-Mobilität entlang des Films, die ihrerseits den Strom begrenzt und die Ansteuerspannung erhöht. Die Migration und das Wachstum der Kristallite, die aus dem polykristallinen Zustand hochkommen, ist ein ausgesprochener Defektmodus solcher Vorrichtungen. Die Verschlechterung des Elektrodenkontakts ist ebenso ein häufiger Defektmechanismus.
Noch eine andere bekannte LED-Einrichtung wird in Fig. 1C gezeigt, die eine typische Querschnittsansicht einer Einzelschicht (polymeren) LED illustriert. Wie gezeigt, weist die Einrichtung eine Glas-Tragschicht 1 auf, die mit einer dünnen ITO-Schicht 3 belegt ist, um das Basissubstrat zu formen. Eine dünne organische Schicht 5 aus drehbeschichtetem Polymer ist beispielsweise über der ITO-Schicht 3 gebildet und liefert alle Funktionen der HTL-, ETL- und EL-Schichten der zuvor beschriebenen Einrichtungen ab. Eine Metallelektrodenschicht 6 ist über der organischen Schicht 5 geformt. Das Metall ist typischerweise Mg, Ca oder andere herkömmlich verwendete Metalle.
Ein Beispiel einer vielfarbigen elektrolumineszenten bildwiedergebenden Display- Vorrichtung mit organischen Gemischen für lichtemittierende Bildpunkte ist in Tang u. a. im US- Patent 5294870 veröffentlicht. Dieses Patent offenbart eine Mehrzahl lichtemittierender Bildpunkte (pixels), die ein organisches Medium zum Emittieren blauen Lichts in blauemittierenden Subpixel-Regionen enthalten. Fluoreszierende Medien sind lateral von der blauemittierenden Subpixel-Region beabstandet. Die fluoreszierenden Medien absorbieren vom organischen Medium emittiertes Licht und senden rotes und grünes Licht in verschiedenen Subpixel-Regionen aus. Der Gebrauch von Materialien, die mit fluoreszierenden Farbstoffen gedopt sind, zum Aussenden von Grün oder Rot bei Absorption blauen Lichts aus der blauen Subpixel-Region, ist weniger wirkungsvoll als die direkte Bildung via grüner oder roter LEDs. Der Grund ist, daß der Wirkungsgrad das Produkt von (Quantum-Wirkungsgrad für EL)*(Quantum-Wirkungsgrad für Fluoreszenz)*(1 Transmittanz) sein wird. Also liegt der Nachteil darin, daß unterschiedliche seitlich beabstandete Subpixel-Regionen für jede emittierte Farbe benötigt werden.
Die WO-A-95/06400, die einen Stand der Technik im Sinne des Art. 54(3) und (4) EPC darstellt, beschreibt eine elektrolumineszente Einrichtungsstruktur, bei der erste und zweite Schichten lichtemittierender halbleitender konjugierter Polymere sich überlappend über einem Substrat sehen, das eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist. Die Elektrodenanordnung besitzt zwei Satz Elektroden, die unabhängig betrieben werden können. Die erste lichtaussendende Schicht ist so angeordnet, daß sie Strahlung einer ersten Wellenlänge abgibt, und die zweite lichtaussendende Schicht ist so angeordnet, daß sie Strahlung einer zweiten Wellenlänge emittiert. Das Ergebnis ist, daß die Vorrichtung so betrieben werden kann, daß sie die Abstrahlung mit der ersten Wellenlänge, der zweiten Wellenlänge oder beider veranlaßt.
Die JP-A-06302383 offenbart eine Flüssigkeitskristall-Display-Einrichtung mit gestapelten elektrolumineszenten Schichten, die auf anorganischen Materialien basieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vielfarbige organische lichtemittierende Vorrichtung zu schaffen, die mehrere Arten organischer elektrolumineszenter Medien einsetzt, jedes zum Emittieren einer bestimmten Farbe.
Des weiteren ist die Erfindung damit befaßt, eine Vorrichtung in einem Hochdefinitions- Vielfarben-Display zu schaffen, in dem die organischen Medien in einer Stapelgestaltung angeordnet sind, derart, daß irgendeine Farbe aus einer gemeinsamen Region des Display emittierbar ist.
Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine dreifarbige organische lichtemittierende Vorrichtung zu schaffen, die äußerst zuverlässig ist und relativ kostengünstig herzustellen.
Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine derartige Vorrichtung bereitzustellen, die durch das Wachstum organischer Materialien ähnlich den in elektrolumineszenten Dioden verwendeten Materialien implementiert ist, um eine organische LED zu erhalten, die hoch zuverlässig, kompakt, wirkungsvoll ist und eine niedrige Ansteuerspannung zum Gebrauch in RGB-Displays erfordert.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine vielfarbige lichtemittierende Vorrichtungs (LED)-Struktur mindestens eine erste und zweite organische LED, die übereinander gestapelt sind, und vorzugsweise drei, zum Bilden einer geschichteten Struktur, wobei jede LED gegen die andere durch eine transparente leitfähige Schicht getrennt ist, um jede Vorrichtung in den Stand zu versetzen eine separate Vorspannung zum Aussenden von Licht durch den Stapel zu empfangen.
Gemäß der Erfindung wird eine mehrfarbige organische lichtemittierende Vorrichtungsstruktur geschaffen, die Folgendes aufweist:
Ein Substrat mit einem auf einer Oberfläche aufgetragenen elektrisch leitfähigem Überzug;
Zumindest eine erste und eine zweite organische lichtemittierende Vorrichtung, die aufeinander gestapelt sind, um eine geschichtete Struktur auf dem Substrat zu bilden, wobei jede organische lichtemittierende Vorrichtung jeweils ein Emissionsmaterial zum Emittieren einer gewünschten Farbe aufweist, und wobei die eine Vorrichtung von der anderen durch eine transparente elektrisch leitfähige Schicht getrennt ist, um es jeder Vorrichtung zu ermöglichen eine separate Vorspannung zu empfangen, um Licht zu emittieren; und
eine elektrisch leitfähige Schicht, die auf der Oberseite des Stapels der organischen lichtemittierenden Vorrichtungen aufgetragen ist; und
eine elektrisch leitfähige Schicht, die auf der Oberseite des Stapels der organischen lichtemittierenden Vorrichtungen aufgetragen ist;
wobei zumindest eine der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen eine heterostrukturierte Vorrichtung mit zumindest einer lochtransportierenden Schicht und zumindest eine elektronentransportierende Schicht aufweist, und wobei das Substrat mit dem elektrisch leitfähigen Überzug und/oder mit der mit der elektrisch leitfähigen Schicht, aufgetragen auf der Oberfläche des Stapels transparent sind/ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht einer typischen organischen lichtemittierenden Einrichtung (LED) mit Doppel-Heterostruktur, gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 1B ist eine Querschnittsansicht einer typischen organischen Einzel-Heterostrukturlichtemittierenden Einrichtung (LED), gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 1C ist eine Querschnittsansicht einer bekannten Einzelschicht-polymeren LED- Struktur gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2A, 2B und 2C sind Querschnittsansichten von dreifarbigen Pixel verwendenden kristallinen organischen lichtemittierenden Vorrichtungen (LEDs), gemäß Ausführungsformen dieser Erfindung.
Fig. 3-11 zeigen eine Vielfalt organischer Gemische, die für das Zusammensetzen der aktiven Emissionsschichten zum Erzeugen der verschiedenen Farben benutzbar sind.
Fig. 12(A-E) illustrieren einen schattenmaskierenden Prozeß für die Fabrikation der Vielfarben-LED gemäß der Erfindung.
Fig. 13(A-F) veranschaulichen einen trockenätzenden Prozeß für die Fabrikation der Vielfarben-LED gemäß der Erfindung.
Fig. 14A zeigt eine Vielfarben-LED einer Ausführungsform dieser Erfindung, die für die Erleichterung deren Packung gestaltet ist.
Fig. 14B zeigt eine Querschnittsansicht einer hermetischen Packung für eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 14C ist eine Querschnittsansicht entlang Fig. 14C-14C oder 14B.
Fig. 15 ist ein Blockschaltbild, das ein RGB-Display mit LED-Vorrichtungen gemäß dieser Erfindung mit Display-Ansteuerschaltung zeigt.
Fig. 16 zeigt eine LED-Vorrichtung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, welche die Anzahl der gestapelten LEDs bis N ausdehnt, worin N eine ganze Zahl 1, 2,3 ... N ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 1A ist beschrieben worden und stellt eine Doppel-Heterostruktur-organische lichtemittierende Vorrichtung dar. Die Basiskonstruktion der Vorrichtung der Fig. 1A wird in dieser Erfindung verwendet, wie erläutert werden wird.
In Bezugnahme auf Fig. 2A wird eine schematische Quersektion einer in hohem Maße kompakten integrierten RGB-Pixelstruktur gezeigt, die durch gewachsene oder vakuumbeschichtete organische Schichten in einer Ausführungsform der Erfindung implementiert wird. Auf der Fähigkeit basierend, organische Materialien auf einer großen Vielfalt von Materialien (einschließlich Metallen und ITO) wachsen zu lassen, kann man einen Stapel von LED-Doppel-Heterostrukturen (DH), als 20, 21 und 22 bezeichnet, in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, aufbauen. Zu anschaulichem Zweck wird LED 20 in einem unteren Teil des Stapels, LED 21 in einem Mittenteil des Stapels und LED 22 in einem Oberteil des Stapels, im Beispiel der Fig. 2A betrachtet. Auch wird der Stapel in Fig. 2A als vertikal ausgerichtet gezeigt, aber die LED kann in anderer Weise orientiert sein. In anderen Ausführungsbeispielen sind ein Stapel einzelner Heterostruktur (SH)-LEDs (siehe Fig. 1B), oder ein Stapel polymerbasierter LED-Vorrichtungen (siehe Fig. 1C) lebensfähige Alternativen zu den DH-LEDs, wobei die SH-Vorrichtungen in gleicher Weise lebensfähig sind wie DH- Vorrichtungen für Lichtaussender. Auch werden SH-und DH-Vorrichtungen, die eine Kombination von vakuumbeschichteten und polymeren lichtemittierenden Materialien umfassen, als innerhalb des Gegenstands dieser Erfindung liegend angesehen.
Jede Vorrichtungsstruktur, wie die Vorrichtung 20, besteht aus einer HTL-Schicht 20H, die vakuumbeschichtet oder gewachsen oder in anderer Weise auf die Oberfläche einer ITO- Schicht 35 aufgebracht ist. Eine obere ETL-Schicht 20T bringt beispielsweise eine EL-Schicht 20E nach Art eines "Sandwich" zwischen die frühere und die HTL-Schicht 20H, wie in der Vorrichtungskonstruktion der Fig. 2A gezeigt ist. Die ETL-Schicht 20T und andere ETL- Schichten, die zu beschreiben sind, setzen sich aus organischen Materialien, wie z. B. M(8- Hydroxychinolat)" zusammen (M = Metall-Ion; n = 2-4). Beispiele anderer brauchbarer organischer ETL-Materialien lassen sich im US-Patent Nr. 5294870 von Tang u. a. finden. Oben auf der ETL-Schicht 20T geformt ist eine dünne, halbtransparente Niedrigarbeitsfunktions (vorzugseise < 4 eV) -Metallschicht 26M, die eine Dicke typischerweise von weniger als 5 nm hat. Geeignete Kandidaten schließen Mg, Mg/Ag und As ein. Oben auf der Metallschicht 26M aufgetragen ist eine andere transparente dünne leitfähige ITO-Schicht 26I. (Zur einschlägigen Erleichterung wird die Doppelschichtstruktur der metallischen Schicht 26M und der ITO-Schicht 26I als ITO/Metall-Schichten 26 bezeichnet.) Jede der Doppelheterostruktur-Vorrichtungen wie 20, 21 und 22 haben eine untere HTL-Schicht geformt auf einer transparenten leitfähigen Schicht von ITO 26I oder 35. Als nächstes ist eine ETL-Schicht aufgetragen und dann eine weitere ETL- Schicht. Jede der HTL-, ETL-, ITO-, Metall- und organischen EL-Schichten sind wegen deren Zusammensetzung und minimalen Dicke transparent. Jede HTL-Schicht kann 5-100 nm dick sein; jede EL-Schicht kann 5-20 nm dick sein; jede ETL-Schicht kann 5-100 nm dick sein; jede Metallschicht 26M kann 5-10 nm dick sein; und jede ITO-Schicht 26I und 35 kann 100-400 nm dick sein. Zu optimalem Betriebsverhalten sollte jede der Schichten vorzugsweise gegen die unteren Enden der obigen Bereiche gehalten werden. Deswegen ist jede LED 20, 21 und 22 (ausschließlich von ITO/Metall-Schichten) vorzugsweise nahezu 20 nm dick.
Falls SH LED-Vorrichtungen für das Schaffen von LEDs 20,21 und 22 verwendet werden, anstelle von DH LED-Vorrichtungen, werden die ETL-und EL-Schichten durch eine einzelne Schicht besorgt, wie z. B. die Schicht 13, wie zuvor für die SH der Fig. 1B beschrieben wurde. Das ist in Fig. 2B zu sehen, wo die EL-Schicht 20E bzw. 21E und 22E die beiden EL-und ETL-Schichtfunktionen übernehmen. Jedoch liegt ein Vorteil des DH LED-Stapels der Fig. 2A relativ zu einem SH LED-Stapel der Fig. 2B darin, daß der DH LED-Stapel eine dünnere Gesamtkonstruktion mit hohem Wirkungsgrad gestattet.
In den Fig. 2A und 2B ist, obwohl die Mitten jeder LED gegeneinander versetzt sind, der Gesamtlichtstrahl jeder Vorrichtung im wesentlichen koinzident zwischen den LEDs 20, 21 und 22. Während die Lichtstrahlen in der konzentrischen Gestaltung koinzident sind, wird die emittierende oder nichtemittierende Vorrichtung näher zum Glassubstrat transparent für die emittierende Vorrichtung oder Vorrichtungen weiter weg vom Glassubstrat sein. Jedoch brauchen die Dioden 20,21 und 22 nicht gegeneinander versetzt sein, und können alternativ konzentrisch um einander gestapelt sein, worauf der Lichtstrahl von jeder Vorrichtung gänzlich koinzident mit den anderen ist. Eine konzentrische Gestaltung ist in Fig. 12E gezeigt, die nachstehend bezüglich des Fabrikationsprozesses beschrieben werden wird. Beachten Sie, daß es keinen Unterschied in der Funktion zwischen versetzten und konzentrischen Konfigurationen gibt. Jede Vorrichtung emittiert Licht durch das Glassubstrat 37 in einem im wesentlichen Rundum-Strahlungsdiagramm. Die Spannungen an den drei LEDs im Stapel 29 werden so gesteuert, daß sie eine verlangte resultierende Emissionsfarbe und -Helligkeit für das besondere Pixel zu jedem Zeitpunkt besorgen. Auf diese Weise läßt sich jede LED, wie 22, 21 und 20, simultan mit den Strahlen R bzw. G und B aktivieren, beispielsweise via die transparenten Schichten hindurch gerichtet und sichtbar, wie schematisch in Fig. 2A und 2B gezeigt wird. Jede DH-Struktur 20, 21 und 22 ist imstande Licht unterschiedlicher Farbe beim Anlegen einer geeigneten Vorspannung auszusenden. Die Doppel-Heterostruktur-LED 20 sendet blaues Licht aus. Die Doppel-Heterostruktur-LED 21 sendet grünes Licht, während die Doppel- Heterostruktur (DH)-LED 22 rotes Licht emittiert. Verschiedene Kombinationen oder individuelle LEDs 20,21 und 22 lassen sich aktivieren, um selektiv eine gewünschte Lichtfarbe für das jeweilige Pixel zu erhalten, was teilweise von der Größe des Stroms in jeder der LEDs 20,21 und 22 abhängt.
Im Beispiel der Fig. 2A und 2B, sind die LEDs 20, 21 und 22 vorwärts vorgespannt durch eine Batterie 32 bzw. 31 und 30. Der Strom fließt von der positiven Klemme jeder Batterie 32, 31 und 30 in die Anodenklemme 40 bzw. 41 und 42 der zugehörigen LED 20 bzw. 21 und 22, durch die Schichten der jeweiligen Vorrichtung, und von den Klemmen 21 bzw. 22 und 43, die als Kathodenklemmen an negative Klemmen jeder Batterie 32 bzw. 31 und 30 dienen. Als Ergebnis wird Licht von jeder der LEDs 20, 21 und 22 emittiert. Die LED-Vorrichtungen 20, 21 und 22 sind selektiv unter Strom setzbar durch Einbeziehen von Mitteln (nicht gezeigt) zum selektiven Umschalten von Batterien 32 bzw. 31 und 30, in die Verbindung zu deren zugehörige LED oder heraus.
In den Ausführungsformen der Erfindung bezüglich der Fig. 2A und 2B ist der obere ITO-Kontakt für die LED 22 transparent, was die gezeigte Dreifarben-Vorrichtung für "headup" (am Kopf befestigte) Display-Anwendungen brauchbar macht. Jedoch ist in einer anderen Ausführungsform der Erfindung der obere Kontakt 26I aus einem dicken Metall gebildet, z. B. wahlweise aus Mg/Ag, In, Ag oder Au, zum Reflektieren von Licht, das hinten aufwärts durch das Substrat 13 emittiert wird, um wesentlich den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen. Auch läßt sich der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung durch Bilden eines Vielschichtdielektrischen-Dünnfilm-Überzugs zwischen Glassubstrat 37 und der ITO-Schicht 35 erhöhen, um eine antireflektierende Fläche zu besorgen. Es werden drei Satz antireflektierender Schichten benötigt, eine zum Bilden eines antireflektierenden Überzugs auf jeder aus den verschiedenen Schichten emittierter Wellenlänge.
In einer anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung der Fig. 2A in einer gegensätzlichen oder vertauschten Weise aufgebaut, damit eine Lichtemission oben aus dem Stapel anstelle unten wie bisher besorgt wird. Ein Beispiel einer invertierten Struktur, mit Bezugnahme auf Fig. 2C, ist das Ersetzen der ITO-Schicht 35 durch eine dicke reflektierende Metallschicht 38. Eine blaue LED 20 wird dann durch Auswechseln der HTL-Schicht 20H und der ETL-Schicht 20T besorgt, wobei die EL-Schicht 20E als "Sandwich" zwischen den letzteren zwei Schichten bleibt. Des weiteren wird die Metallkontaktschicht 26M nun oben auf die ITO- Schicht 26I gesetzt. Die grüne LED 21 und die rote LED 22 in ihren Teilen des Stapels sind jede mit invertierten Schichten aufgebaut (die HTL-und die EL-Schicht davon sind vertauscht, gefolgt vom Invertieren der Metall-und ITO-Schichten), wie für die invertierte blaue LED beschrieben wird. Beachten Sie, daß in der invertierten Struktur die blaue Vorrichtung 20 oben und die rote Vorrichtung 22 unten liegen müssen. Auch sind die Polungen der Batterien 30, 31 und 32 vertauscht. Als Ergebnis ist der Stromfluß durch die Vorrichtung 20 bzw. 21 und 22 in der entgegengesetzten Richtung relativ zur Ausführungsform der Fig. 2A, wenn eine Vorwärtsvorspannung zum Emittieren von Licht angelegt ist.
Die Vorrichtung in der Querschnittsansicht weist ein stufenähnliches oder Treppenprofil in diesem Beispiel auf. Die transparenten Kontaktgebiete (ITO) 26I erlauben das separate Anlegen der Vorspannung an jedes Bildpunktelement (pixel) im Stapel, und weiter läßt sich das Material als ein Ätzstopp während der Verarbeitungsschritte hernehmen. Die gesonderte Vorspannung an jeder DH LED-Struktur 20, 21 und 22 ermöglicht das Abstimmen der Wellenlänge des Pixel-Ausgangswerts auf irgendeine der verschiedenen gewünschten Farben im sichtbaren Spektrum, wie in der CIE-chromatischen Norm definiert (Commision Internationale de lEclairage/International Commision of Illumination). Die blaue emittierende LED 20 ist unten im Stapel platziert, und sie ist die größte der drei Vorrichtungen. Blau befindet sich unten, weil es transparent für rotes und grünes Licht ist. Schließlich erleichtert die "Aufteilung" der Materialien unter Benutzung der transparenten ITO/Metallschichten 26 die Herstellung dieser Vorrichtung, wie beschrieben werden wird. Es sind die sehr einzigartigen Aspekte des Vakuum- Wachstums und der Fabrikationsprozesse, die mit den organischen Gemischen verknüpft sind, welche die Pixel-LED-Vorrichtungen möglich machen, die in den Fig. 2A, 2B und 2C gezeigt sind. Die vertikale Schichtung, die in den Fig. 2A, 2B und 2C gezeigt wird, gestattet die Herstellung von drei Farb-Pixels mit dem kleinstmöglichen Gebiet, wodurch diese ideal für hochdefinierte Displays sind.
Wie in den Fig. 2A, 2B und 2C zu sehen ist, kann jede Vorrichtungs-DH-Struktur 20, 21 und 22 Licht aussenden, wie mit den Pfeilen B bzw. G und R bezeichnet ist, entweder simultan oder separat. Beachten Sie, daß das emittierte Licht im wesentlichen von dem gesamten transversalen Teil jeder LED 20, 21 und 22 kommt, wobei die Pfeile R bzw. G und B nicht repräsentativ für die Breite des aktuellen emittierten Lichts sind. Auf diese Weise ist die Zufügung oder Wegnahme von Farben wie R, G und B durch das Auge integriert, was verschiedene Farben und Farbtöne erkennbar macht. Das ist auf dem Gebiet der Farbbetrachtung und Display- Kolorimetrie gut bekannt. In der gezeigen Versatz-Gestaltung sind die Lichtstrahlen Rot, Grün und Blau im wesentlichen koinzident. Falls die Vorrichtungen klein genug gefertigt werden, das ist etwa 50 Mikron oder weniger, läßt sich irgendeine einer Vielfalt von Farben aus dem Stapel erzeugen. Jedoch wird sie als eine Farbe auftreten, die aus einem einzelnen Pixel herstammt.
Die in den DH-Strukturen verwendeten organischen Materialien sind oben auf dem anderen Stapel gewachsen oder sind vertikal gestapelt, wobei die Vorrichtung 22 der längsten Wellenlänge rotes Licht oben zeigt, und das Element 20 der kürzesten Wellenlänge blaues Licht unten zeigt. Auf diese Weise minimiert man die Lichtabsorption im Bildpunkt (pixel) oder in den Vorrichtungen. Jede der DH LED-Vorrichtungen wird durch ITO/Metallschichten 26 getrennt (spezifisch sind das semitransparente Metallschichten 26M, und Indium-Zinnoxid-Schichten 26I). Die ITO-Schichten lassen sich weiter durch Metallaufsatz behandeln, um bestimmte Kontaktgebiete auf den freiliegenden ITO-Oberflächen zu schaffen, wie z. B. Kontakte 40, 41, 42 und 43. Diese Kontakte 40, 41, 42 und 43 werden aus Indium, Platin, Gold, Silber oder Legierungen wie z. B. Ti/Pt/Au, Cr/Au oder Mg/Ag hergestellt. Die Techniken zum Aufsetzen von Kontakten mittels herkömmlicher Metallauflagerung oder Aufdampfung sind gut bekannt. Die Kontakte, wie z. B. 40, 41, 42 und 43 ermöglichen die gesonderte Vorspannung jeder LED im Stapel. Die bedeutenden chemischen Unterschiede zwischen den organischen LED- Materialien und den transparenten Elektroden 26I ermöglichen es, daß die Elektroden als Ätzstopp-Schichten fungieren. Das gestattet ein selektives Ätzen und Exponieren jedes Pixelelements während der Bearbeitung der Vorrichtung.
Jede LED 20, 21 und 22 besitzt ihre eigene Quelle der Vorspannung, in diesem Beispiel schematisch als Batterien 32 bzw. 31 und 30 gezeigt, was jede LED in den Stand versetzt, Licht abzugeben. Es ist klar, daß anstelle der Batterie 30 bzw. 31 und 32 geeignete Signale angewandt werden können. Wie bekannt ist braucht die LED eine minimale Schwellenspannung zum Emittieren von Licht (jede DH LED), und deswegen wird diese aktivierende Spannung schematisch durch das Batteriesymbol dargestellt.
Die EL-Schichten 20E, 21E und 22E lassen sich aus organischen Gemischen herstellen, gemäß ihrer Fähigkeit alle primären Farben und Zwischentöne davon zu erzeugen. Die organischen Gemische werden im allgemeinen aus dreiwertigen Metall-Chinolat-Komplexen, dreiwertigen Metall-überbrückten Chinolat-Komplexen, Schiff-Basis-zweiwertigen Metallkomplexen, Zin (iv)-Metallkomplexen, Metall-Azetylacetonat-Komplexen, Metall- Bidentat-Ligand-Komplexen, Biphosphonaten, zweiwertigen Metall-Maleonnitriledithiolate- Komplexen, molekularen Ladungstransfer-Komplexen, aromatischen und heterozyklischen Polymeren und Seltene Erde-gemischten Chelaten hergestellt, wie anschließend beschrieben wird.
Die dreiwertigen Metall-Chinolat-Komplexe sind durch die Strukturformel repräsentiert, die in Fig. 3 gezeigt ist, worin M ein dreiwertiges Metallion, ausgewählt aus den Gruppen 3-13 des Periodensystems und den Lanthaniden, ist. Al&spplus;³, Ga&spplus;³ und In&spplus;³ sind die bevorzugten dreiwertigen Metallionen.
R in Fig. 3 schließt Hydrogen, ersetztes und nichtersetztes Alkyl, Aryl und heterozyklische Gruppen ein. Die Alkylgruppe kann gerade sein oder eine verzweigte Kette und hat vorzugsweise 1 bis 8 Kohlenstoffatome. Beispiele geeigneter Alkylgruppen sind Methylen und Äthylen. Die bevorzugte Arylgruppe ist Phenyl, und Beispiele der heterozyklischen Gruppe für R schließen Pyridyl, Imidazol, Furan und Thiophen ein.
Die Alkyl-, Aryl- und heterozyklische Gruppe von R lassen sich durch mindestens einen Substituenten ersetzen, der von Aryl, Halogen, Zyan und Alkoxy ausgewählt ist, und vorzugsweise zwischen 1 und 8 Kohlenstoffatome aufweist. Das bevorzugte Halogen ist Chlor.
Die Gruppe L der Fig. 3 repräsentiert eine Verbindung einschließend Picolylmethylketon, ersetztes und nichtersetztes Salizylaldehyd (z. B. Salizylaldehyd substituert durch Barbitursäure), eine Gruppe der Formel R(O)CO-, worin R wie oben definiert ist, Halogen, eine Gruppe der Formel R0-, worin R wie oben definiert ist, und Chinolate (z. B. 8-Hydroxychinolin) und Derivate davon (z. B. Barbitursäure-substituierte Chinolate). Bevorzugte Komplexe, die durch die in Fig. 3 gezeigte Formel erfaßt sind, sind diejenigen, wo M gleich Ga&spplus;³ ist und L gleich Chlor ist. Solche Gemische erzeugen eine blaue Emission. Ist M gleich Ga&spplus;³ und L gleich Methylkarboxylat, so werden Komplexe erzeugt, die im blauen bis blaugrünen Bereich emittieren. Eine gelbe oder rote Abstrahlung wird erwartet, wenn entweder ein Barbitursäuresubstituiertes Salizylaldehyd oder ein Barbitursäuresubstituiertes 8-Hydroxychinolin für die Gruppe L verwendet wird. Grüne Emissionen lassen sich mittels eines Chinolats für die Gruppe L erzeugen.
Die dreiwertigen Metall-überbrückten-Chinolat-Komplexe, die sich in der vorliegenden Erfindung einsetzen lassen, werden in den Fig. 4A und 4B gezeigt. Diese Komplexe erzeugen grüne Emissionen und weisen eine überlegene Umwelt-Stabilität im Vergleich zu Trischinolaten (Komplexe der Fig. 3, worin L ein Chinolat ist) auf, die in Vorrichtungen des Standes der Technik verwendet wurden. Das dreiwertige Metallion M, das in diesen Komplexen benutzt wird, ist wie oben definiert, wobei Al&spplus;³, Ga&spplus;³ oder In+3 bevorzugt werden. Die in Fig. 4A gezeigte Gruppe Z hat die Formel SiR, worin R so ist, wie oben definiert. Z kann auch eine Gruppe der Formel P = O sein, was ein Phosphat bildet.
Die Schiff-Basis-zweiwertigen Metallkomplexe schließen diejenigen ein, die in den Fig. 5A und 5B gezeigt werden, worin M¹ ein zweiwertiges Metall, ausgewählt aus den Gruppen 2-12 des Periodischen Systems ist, vorzugsweise Zn (siehe Y. Hanada u. a. "Blue Electroluminescence in Thin Films of Axomethin - Zinc Complexes", Japanese Journal of Applied Physics, Vol.32, Seiten L&sup5; 11-L513 [1993]). Die Gruppe R' ist aus den Strukturformeln ausgewählt, die in den Fig. 5A und 5B gezeigt sind. Die Gruppe R' ist vorzugsweise koordiniert mit dem Metall des Komplexes durch das Amin oder Nitrogen der Pyridyl-Gruppe. X ist aus Wasserstoff, Alkyl, Alkoxy ausgewählt, von denen jedes 1 bis 8 Kohlenstoffatome hat, aus Aryl, einer heterozyklischen Gruppe, Phosphin, Halid und Amin. Die bevorzugte Arylgruppe ist Phenyl, und die bevorzugte heterozyklische Gruppe wird aus Pyridyl, Imidazol, Furan und Thiophen ausgewählt. Die Gruppen X beeinflussen die Löslichkeit der Schiff-Basiszweiwertigen Metallkomplexe in organischen Lösungsmitteln. Der spezielle Schiff-Basiszweiwertige Metallkomplex, der in Fig. 5B gezeigt ist, emittiert auf einer Wellenlänge von 520 nm.
Die Zinn-(iv) Metallkomplexe, die in der vorliegenden Erfindung in den EL-Schichten eingesetzt sind, erzeugen grüne Emissionen. Einbezogen unter diese Komplexe sind diejenigen, welche die Formel SnL¹&sub2;L²&sub2; haben, worin L¹ aus Salizylaldehyden, Salizylsäure oder Chinolaten (z. B. 8-Hydroxychinolin) ausgewählt sind. L² schließt alle Gruppen ein, wie sie vorangehend für R außer Hydrogen definiert wurden. Beispielsweise haben Zinn (iv) -Metallkomplexe, worin L¹ ein Chinolat und L² Phenyl ist, eine Emissionswellenlänge (λem) von 504 nm, wobei die Wellenlänge aus Messungen der Photolumineszenz im Festzustand resultiert.
Die Zinn (iv)-Komplexe enthalten auch diejenigen, welche die Strukturformel der Fig. 6 haben, worin Y Schwefel ist oder NRZ, worin R² aus Hydrogen und substituertem oder nichtsubstituiertem Alkyl und Aryl ausgewählt ist. Die Alkylgruppe kann gerade oder eine abgezweigte Kette sein, und hat vorzugsweise 1 bis 8 Kohlenstoffatome. Die bevorzugte Arylgruppe ist Phenyl. Die Substituenten für die Alkyl und Aryl-Gruppen schließen Alkyl und Alkoxy ein, die 1 bis 8 Kohlenstoffatome, Zyan und Halogen haben. L³ kann von Alkyl, Aryl, Halid, Chinolaten (z. B. Hydroxychinolin), Salizylaldehyden, Salizylsäure und Maleonitriledithiolat ("mnt") ausgewählt werden. Wenn A gleich 5 und Y gleich CN, und L³ gleich "mnt" ist, wird eine Emission zwischen Rot und Orange erwartet.
Die M(Azetylazentonat)-Komplexe, die in Fig. 7 gezeigt sind, erzeugen eine blaue Abstrahlung. Das Metallion M wird aus dreiwertigen Metallen der Gruppe 3-13 des Periodischen Systems und den Lanthaniden ausgewählt. Die bevorzugten Metallionen sind Al&spplus;³, Ga&spplus;³ und In&spplus;³.
Die Gruppe R in Fig. 7 ist dieselbe, wie für R in Fig. 3 definiert. Zum Beispiel, wenn R gleich Methyl ist, und M aus Al&spplus;³ bzw. Ga&spplus;³ und In&spplus;³ ausgewählt ist, sind die aus den Messungen der Photolumineszenz im festen Zustand resultierenden Wellenlängen 415 nm bzw. 445 nm und 457 nm (siehe J. Kido u. a. "Organic Electroluminescent Devices using Lanthanide Complexes", Journal of Alloys and Compounds, Vol.92, Seiten 30-33 [1993]).
Die Metall-Bidentat-Komplexe, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, erzeugen generell blaue Emissionen.
Solche Komplexe haben die Formel MDL&sup4;&sub2;, worin M aus dreiwertigen Metallen der Gruppen 3-13 des Periodischen Systems und der Lanthaniden ausgewählt ist. Die bevorzugten Metallionen sind Al&spplus;³, Ga&spplus;³, In&spplus;³ und Sc&spplus;³. D ist ein Bidentat-Ligand, von dem Beispiele in Fig. 8 gezeigt werden. Genauer spezifiziert, schließt der Bidentat-Ligand D 2-Picolylketone, 2- Quinaldylketone und 2-(o-Phenoxy) Pyridin-Ketone ein, worin die Gruppen R in Fig. 8A so sind, wie oben definiert.
Die bevorzugten Gruppen für L&sup4; schließen Azetylazetonat, Gemische der Formel OR³R ein, worin R³ aus Si, C ausgewählt ist, und R aus denselben Gruppen wie oben beschrieben ausgesucht ist; 3,5- di(t-bu)-Phenol; 2,6-di(t-bu)-Phenol; 2,6-di(t-bu)-Cresol; und H&sub2;Bpz&sub2;, wobei die letzteren Gemische in den Fig. 8B-6E jeweils gezeigt werden.
Beispielsweise ist die Wellenlänge (λem), die aus der Messung von Photoluminezenz im festen Zustand von Aluminium (Picolymethylketon) bis [2,6-di (t-bu)-Phenoxid] stammt, 420 nm. Das Cresol-Derivat des obigen Gemisches maß auch 420 nm. Aluminium (picolylmethylketon) bis (OSiPh&sub3;) und Scandium (4- methoxy-picolylmethylketon) bis (Azetylazetonat) maß jedes 433 nm, während Aluminium [2-(O-phenoxy)pyridiri] bis [2,6-di(t- bu) phenoxid] 450 nm ergab.
Biphosphonat-Gemische sind eine andere Klasse von Gemischen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für die EL-Schichten benutzbar sind. Die Biphosphonate werden durch die allgemeine Formel repräsentiert:
M²x(O&sub3;P-organisch-PO&sub3;)y
M² ist ein Metallion. Es ist ein vierwertiges Metallion (z. B. Zr&spplus;&sup4;, Ti&spplus;&sup4; und Hf&spplus;&sup4;, wenn x und y beide gleich 1 sind. Ist · 3 und y 2, befindet sich das Metallion M² im zweiwertigen Zustand und schließt z. B. Zn&spplus;², Cu&spplus;² und Cd&spplus;² ein. Der in der vorstehenden Formel benutzte Ausdruck "organisch" bedeutet irgendein aromatisches oder heterozyklisches fluoreszierendes Gemisch, das sich mit Phosphonat-Gruppen bifunktionalisieren läßt.
Die bevorzugten Bisphonat-Gemische schließen Phenlyen-Vinylen-Bisphonate ein, wie z. B. diejenigen in den Fig. 9A und 9B. Insbesondere zeigt die Fig. 9A Beta-Styrenyl-Stilben- Bisphonate und Fig. 9B zeigt 4,4'-Biphenyl-di(vinylphosphonate), worin R so aussieht, wie zuvor beschrieben, und Ra aus den substituierten und nichtsubstituierten Alkylgruppen ausgewählt ist, die vorzugsweise 1-8 Kohlenstoffatome und Aryl haben. Die bevorzugten Arylgruppen sind Methyl und Äthyl. Die bevorzugte Arylgruppe ist Phenyl. Die bevorzugten Substituenten für die Alkyl und Aryl-Gruppen schließen mindestens eine Substituente ein, die aus Aryl, Halogen, Zyano, Alkoxy ausgewählt ist, und die vorzugsweise zwischen 1 und 8 Kohlenstoffatome aufweist.
Die zweiwertigen Metall-Maleonitriledithiolat ("mnt")-Komplexe haben die in Fig. 10 gezeigte Formel. Das zweiwertige Metallion M³ schließt alle Metallionen ein, die eine Ladung +2 haben, vorzugsweise Übergangs-Metallionen wie z. B. Pt&spplus;², Zn&spplus;² und Pd&spplus;².
YI wird aus Zyano und substituiertem oder nichtsubstituiertem Phenyl ausgewählt. Die bevorzugten Substituenten für Phenyl werden aus Alkyl, Zyano, Chloro und 1,2,2- tricyanovinyl ausgesucht.
L&sup5; stellt eine Gruppe ohne Ladung vor. Bevorzugte Gruppen für L&sup5; schließen P(OR)&sub3; und P(R)&sub3; ein, worin R so ist, wie oben beschrieben, oder L&sup5; ein "chelating ligand" sein kann wie z. B. 2,2'-dipyridil; phenanthroline; 1,5-cyclooctadiene; oder bis (diphenylphosphino)methan.
Anschauliche Beispiele der Emissionswellenlängen der verschiedenen Kombinationen dieser Gemische sind in der Tabelle 1 wiedergegeben, wie abgeleitet von C. E. Johnson u. a., "Luminescent Iridium (I), Rhodium (I) and Platinium (II) Dithiolate Complexes", Journal of the American Chemical Society, Vol. 105, Seite 1795 (1983).

Tabelle 1

Komplex / Wellenlänge*
[Platin (1,5-cyclooctadien) (mnt) 560 nm
[Platin (P(OEt)3) 2(mnt)] 566 nm
[Platin (P(Oph)3)2(mnt)] 605 nm
[Platin (bis(diphenylphosphino)methan (mnt)] 610 nm
[Platin (PPh&sub3;)&sub2; (mnt)] 652 nm
* Wellenlänge, die sich aus der Messung der Photolumineszenz im festen Zustand ergibt.
Die molekularen Ladungstransfer-Komplexe, die in der vorliegenden Erfindung für die EL- Schichten angewandt werden, sind diejenigen, die eine Elektronen-Akzeptor-Struktur im Komplex mit einer Elektronen-Donator-Struktur aufweisen. Die Fig. 11A-11E zeigen eine Vielfalt geeigneter Elektronen-Akzeptoren, die einen Ladungstransfer-Komplex mit einer der Elektronen-Donator-Strukturen bilden können, wie in den Fig. 11F-11J gezeigt. Die in den Fig. 11A und 11H gezeigte Gruppe R ist dieselbe wie oben beschrieben.
Filme dieser Ladungstransfer-Materialien werden entweder durch Verdampfen von Donator- und Akzeptor-Molekülen von separaten Zellen auf das Substrat vorbereitet, oder durch direktes Verdampfen des vorher hergestellten Transferkomplexes. Die Emissionswellenlänge kann von rot bis blau reichen, was davon abhängt, welcher Akzeptor mit welchem Donator gekoppelt ist.
Polymere aromatischer und heterozyklischer Gemische, die im festen Zustand fluoreszent sind, lassen sich in der vorliegenden Erfindung für die EL-Schichten einsetzen. Solche Polymere können benutzt werden, um eine Vielzahl verschiedenfarbiger Emissionen zu erzeugen. Die Tabelle II liefert Beispiele geeigneter Polymere und die Farbe deren zugehöriger Emissionen.

Tabelle II

POLYMER / EMISSIONSFARBE
Poly(para-phenylenvinylen) blau bis grün
Poly (dialkoxyphenylenvinylen) rot/orange
Poly(thiophen) rot
Poly (phenylen) blau
Poly(phenylacetylen) gelb bis rot
Poly(N-vinylcarbazol) blau
Die gemischten Chelate der Seltenen Erden für den Gebrauch in der vorliegenden Erfindung schließen irgendwelche Lanthanid-Elemente ein (z. B. La, Pr, Nd, Sm, Eu und Tb), gebunden an ein Bidentat-aromatisches oder heterozyklisches Ligand. Das Bidentat-Ligand dient als Transportträger (z. B. Elektronen), absorbiert aber die Emissionsenergie nicht. Deswegen dienen die Bidentat-Ligande zum Transferieren von Energie auf das Metall. Beispiele des Ligands in den gemischten Chelaten der seltenen Erden schließen Salizylaldehyde und deren Derivate ein, sowie Salizylsäure, Chinolate, Schiff-Basis-Liganden, Azetylacetonate, Phenanthroline, Bipyridin, Chinolin und Pyridin.
Die lochtransportierenden Schichten 20H, 21 H und 22H können sich aus einer porphorinischen Mischung zusammensetzen. Zusätzlich haben die lochtransportierenden Schichten 20H, 21H und 22H mindestens ein lochtransportierendes aromatisches Tertiäramin, das ein Gemisch ist, das mindestens ein dreiwertiges Stickstoffatom enthält, das nur an Kohlenstoffatome gebunden ist; zumindest eines davon ist ein Mitglied eines aromatischen Rings. Beispielsweise kann das aromatische tertiäre Amin ein Arylamin sein, wie z. B. Monoarylamin, Diarylamin, Triarylamin oder ein polymeres Arylamin. Andere geeignete aromatische tertiäre Amine, ebenso alle porphyrinische Gemische, sind in Tang u. a. US-Patent Nr. 5294870 offenbart.
Die Fabrikation eines gestapelten organischen LED-Dreifarben-Bildpunkts (pixel) gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich durch wahlweise zwei Prozesse bewerkstelligen: einen Schattenmaskierprozeß oder einen Trockenätzprozeß. Beide zu beschreibende Verfahren nehmen zur Anschaulichkeit eine Doppel-Heterostruktur-LED-Konstruktion an, d. h. es wird nur eine organische Gemisch-Schicht für jede aktive Emissionsschicht verwendet, wobei das Licht aus der unteren Fläche des Glassubstrats austritt. Es ist klar, daß Vielfach-Heteroverbindungsorganische LEDs, die eine vielfache organische Gemisch-Schichtung für jede aktive Emissionsschicht haben und/oder invertierte Strukturen (wobei das Licht aus der oberen Fläche des Stapels austritt), sich auch durch einen Fachmann herstellen lassen, wobei leichte Abänderungen an den beschriebenen Verfahren vorgenommen werden.
Die Schattenmaskier-Prozeßschritte gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Fig. 12(A-E) abgebildet. Ein mit einer Schicht aus ITO 52 zu beschichtendes Substrat 50 wird zunächst durch Eintauchen des Substrats 50 etwa 5 Minuten lang in kochendes Trichloräthylen oder ein ähnliches chloriniertes Hydrokarbon gereinigt. Darauf folgt ein Säubern in Aceton etwa fünf Minuten lang, und danach in Methylalkohol etwa fünf Minuten lang. Das Substrat wird sodann mittels Stickstoff ultrahohen Reinheitsgrades (UHP) trocken geblasen. Alle benutzten Reinigungs-Lösungsmittel sind vorzugsweise vom "elektronischen Grad". Nach dem Reinigungsprozeß wird die ITO-Schicht 52 auf dem Substrat 50 in einem Vakuum gebildet, wozu herkömmliches Aufspritzen oder Elektronenstrahlmethoden angewandt werden.
Dann wird eine blauemittierende LED 55 (siehe Fig. 12B) auf der ITO-Schicht wie folgt hergestellt. Eine Schattenmaske 73 wird auf vorbestimmte Außenteile der ITO-Schicht 52 platziert. Die Schattenmaske 73 und andere Masken, die während des Schattenmaskenprozesses benutzt werden, sind zwischen den Prozeßschritten einzuführen und zu entfernen, ohne die Vorrichtung einer Feuchte, Sauerstoff und anderen Kontaminanten auszusetzen, was die Betriebslebensdauer der Vorrichtung herabsetzen würde. Das läßt sich durch Wechseln der Masken in einer Umgebung, die mit Stickstoff oder einem inerten Gas geflutet ist, bewerkstelligen, oder durch Platzieren der Masken ferngesteuert auf die Oberfläche der Vorrichtung in der Vakuum-Umgebung mittels Fernsteuertechniken. Durch die Öffnung einer Maske 73 werden eine 5-10 nm dicke lochtransportierende Schicht (HTL) 64 und eine 5-20 nm dicke Blauemissionsschicht (EL) 56 (in Fig. 12 B gezeigt) sequenziell ohne Aussetzung an Luft aufgetragen, d. h. in einem Vakuum. Eine elektronentransportierende Schicht (ETL) 58, die eine Dicke von vorzugsweise 5-100 nm hat, wird dann auf EL 56 aufgetragen. Die ETL 58 wird dann oben mit einer halbtransparenten Metallschicht 60M versehen, die vorzugsweise aus einer 10%igen Ag- in 90% Mg -Schicht bestehen kann, oder aus einem anderen Niedrigarbeitsfunktions-Metall oder einer Metalllegierungsschicht beispielsweise. Die Schicht 60M ist sehr dünn; vorzugsweise kleiner als 10 nm. Die Schichten 54, 56, 58 und 60M lassen sich durch irgendeine aus der Anzahl herkömmlicher Aufbringtechniken aufsetzen, z. B. durch eine Dampfphasen-Beschichtung, Ionenstrahl-Beschichtung, Elektronenstrahl-Beschichtung, Aufspritzen und Laser-Abfräsung.
Eine ITO-Kontaktschicht 601 von etwa 100-400 nm Dicke wird dann auf der Metallschicht 60M mittels herkömmlichen Aufspritzens oder Elektronenstrahlmethoden gebildet. Zur Erleichterung werden hier die Sandwich-Schichten 60M und 601 bezeichnet und gezeigt als eine einzelne Schicht 60, die im wesentlichen dieselbe ist wie die Schicht 26 der Fig. 2. Der Niedrigarbeitsfunktions-Metallteil 60M jeder Schicht 60 kontaktiert direkt die ETL- Schicht darunter, während die ITO-Schicht 601 die HTL-Schicht unmittelbar darüber kontaktiert. Beachten Sie, daß der ganze Fabrikationsprozeß für die Vorrichtung am besten ausgeführt wird, wenn das Vakuum ständig aufrechterhalten wird, ohne das Vakuum zwischen den Schritten zu stören.
Die Fig. 12C zeigt eine grün strahlende LED 65, die oben auf der Schicht 60 hergestellt worden ist, wozu im wesentlichen dieselbe Schattenmaskierungs-und Beschichtungstechniken angewandt wurden, wie diejenigen zum Herstellen von blau-emittierender LED 55. Die LED 65 setzt sich aus HTL 62, grüner Emissionsschicht 64 und ETL 66 zusammen. Eine zweite dünne (< 10 nm dicke, dünn genug um semitransparent zu sein, aber nicht so dünn die elektrische Leitfähigkeit zu verlieren) Metallschicht 60M wird auf die ETL-Schicht 66 aufgebracht, gefolgt von einer weiteren 100-400 nm dicken ITO-Schicht 601, um eine zweite Sandwich-Schicht 60 zu formen.
In Fig. 12D ist eine rot-emittierende LED 75 gezeigt, die auf die Schicht 60 fabriziert ist (auf 601, um genau zu sein), wozu ähnliche Methoden der Schattenmaskierung und Metallbeschichtung benutzt werden. Die rot-emittierende LED 75 besteht aus einer HTL 70, einer rot-emittierenden EL 72 und einer ETL 74. Eine obere Sandwich-Schicht 60 der Schichten 601 und 60M wird dann auf LED 75 geformt, wie oben für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 beschrieben. In ähnlicher Weise kann die obere transparente ITO-Schicht 601 in einem alternativen Ausführungsbeispiel durch eine geeignete Metallelektrode ersetzt werden, die auch als ein Spiegel für das Reflektieren aufwärts gerichteten Lichts zurück durch das Substrat 50 fungiert, wobei Lichtverluste aus dem Oberteil der Vorrichtung herabgesetzt werden. Jede ETL- Schicht 74, 66 und 58 hat eine Dicke von 5-20 nm; jede HTL-Schicht 54, 62 und 70 ist 10-50 nm dick; und jede EL-Schicht 56, 64 und 72 ist 5-100 nm dick. Zu optimaler Helligkeit und Effizienz ist jede der Schichten einschließlich der ITO/Metall-Schichten möglichst nahe zum unteren Ende der obigen Bereiche zu halten.
Die Bildung der elektrischen Kontakte 51 und 59 auf der ITO-Schicht 52, und der elektrischen Kontakte 88, 89, 92, 94 und 96 auf dem ITO-Teil 601 der ITO/Metall-Schichten 60 wird dann vorzugsweise in einem Schritt vorgenommen. Diese elektrischen Kontakte können Indium, Platin, Gold, Silber oder Kombinationen wie z. B. Ti/Pt/Au, Cr/Au oder Mg/Ag sein. Sie können durch Aufdampfen oder andere geeignete Metallbeschichtungstechniken aufgebracht werden, nachdem der Rest der Vorrichtung wegmaskiert ist.
Der Endschritt im Schattenmaskierprozeß ist das Überziehen der ganzen Vorrichtung mit einer Isolierschicht 97, wie in Fig. 12E gezeigt, mit Ausnahme aller Metallkontakte 51, 59, 88, 89, 92, 94 und 96, die maskiert werden. Die Isolierschicht 97 ist undurchlässig gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff und andere Kontaminante, und schützt damit vor Kontamination der LEDs. Die Isolierschicht 97 kann SiO&sub2; sein, ein Siliziumnitrid wie z. B. Si&sub2;N&sub3;, oder ein anderer Isolator, der mittels Elektronenstrahl oder Aufspritzen aufgebracht wird, oder pyrolithisch angereichert wird oder mittels plasmaangereichertem CVD. Die angewandte Beschichtungstechnik sollte die Vorrichtungstemperatur nicht über 120ºC erhöhen, weil diese hohen Temperaturen die LED-Kennwerte verschlechtern können.
Der trockenätzende Prozeß zum Herstellen des LED-Stapels gemäß der Erfindung wird in den Fig. 13 (A-F) illustriert. Bezugnehmend auf Fig. 13A wird zunächst ein Glassubstrat 102 in der gleichen Weise gereinigt wie oben beim Schattenmaskenprozeß beschrieben wurde. Dann wird eine ITO-Schicht 101 auf das Glassubstrat 102 in einem Vakuum aufgebracht, wozu herkömmliches Aufspritzen oder Elektronenstrahlmethoden angewendet werden. Dann werden eine HTL 104, eine blaue EL 105, eine ETL 106, und eine Sandwich-Schicht bestehend aus Metallschicht 107M und ITO-Schicht 107I aufgetragen, alle mit generell denselben Dicken wie im Schattenmaskenprozeß, und zwar über die ganze Oberfläche der ITO-Schicht 101, wozu wahlweise eine herkömmliche Vakuumbeschichtung, oder im Falle von Polymeren Dreh-oder Sprüh-beschichtungstechniken angewendet werden. Die ITO/Metall-Sandwich-Schicht 107 besteht aus einer 10 nm dicken, Niedrigarbeitsfunktions-Metallschicht 107M, die direkt auf die ETL-Schicht 106 aufgetragen wird, und einer 100-400 nm dicken ITO-Schicht 107I auf der Metallschicht 107M. Auf die ganze obere Fläche der ITO-Schicht 107I wird eine 100-200 nm dicke Schicht von Siliziumnitrid- oder Silüzumdioxid-Maskiermaterial 108 mittels Niedrigtemperatur-Plasma-CVD aufgetragen. Eine positive photoresistente Schicht 109 wie z. B. HPR 1400 J wird dann auf die Silizioumnitrid-Schicht 108 gesponnen. Wie in Fig. 13B zu sehen, werden die äußeren Teile 110 (siehe Fig. 13A) der photoresistenten Schicht 109 freigelegt und mittels Standard-photolithografischer Prozesse entfernt. Die exponierten Außenteile 110 entsprechen den Gebieten, wo die untere ITO-Schicht 101 freigelegt und elektrisch kontaktiert werden soll. Bezugnehmend auf Fig. 13C werden die äußeren Regionen 111 (in Fig. 13B definiert) der Siliziumnitrid-Schicht 108, entsprechend den entfernten photoresistenten Gebieten, mittels eines CF&sub4; : O&sub2; Plasmas entfernt. Dann werden mit einer Ionenfräsetechnik oder einer weiteren Plasma-Ätzung die exponierten Außenteile der ITO/Metall-Schichten 107I und 107M entfernt. Ein O&sub2;-Plasma wird dann zum sequenziellen Entfernen des entsprechenden Außenteils der ETL-Schicht 106, bzw. der EL-Schicht 105 und der HTL-Schicht 104 angewandt, und auch zum Beseitigen der restlichen photoresistenten Schicht 109, die in Fig. 13D gezeigt ist. Schließlich wird wieder ein CF&sub4; : O&sub2; Plasma zum Entfernen der Siliziumnitridmaske 108 angewandt, wobei die blaue LED-Konfiguration resultiert, wie in Fig. 13D gezeigt ist.
Dieselbe Abfolge der Trockenätzprozessschritte wird zum Herstellen einer grünen LED 115 oben auf der blauen LED benutzt, außer daß SiNx 150 wie gezeigt überlagert wird, gefolgt von einer photoresistenten Maske 113, wie in Fig. 13E zu sehen, zum Maskieren des Außenteils der ITO-Schicht 101. Danach wird die Beschichtung der HTL-Schicht 114, der grünen EL- Schicht 116 usw. durchgeführt (siehe Fig. 13F). Dann werden dieselbe photolithografischen und Ätz-Techniken angewandt wie für die Herstellung der blauen LED, um die Bildung der grünen LED 115 zu vervollständigen. Die rote LED 117 wird sodann oben auf die grüne LED gesetzt, wozu im wesentlichen derselbe Trockenätzprozess hergenommen wird. Eine Passivierungsschicht 119 ähnlich der Schicht 97 der Fig. 12E wird dann über den LED-Stapel gebracht, mit einer geeigneten Musterbildung zum Exponieren elektrischer Kontakte, wie beim Schattenmaskierprozeß beschrieben wurde. Mit einer photoresistenten Maske kann ein Trockenätzen der Löcher in der Passivierungsschicht 119 durchgeführt werden. Als nächstes wird das Metall 152 in die Löcher gesetzt. Eine phtoresistente Endschicht und überschüssiges Metall werden durch einen "Abhebe"-Prozeß weggebracht.
Nach der Fabrikation des LED-Stapels, sei es mittels einer Schattenmaske, Trockenätzung oder einer anderen Methode, muß der Stapel ordnungsgemäß verpackt werden, um ein akzeptables Betriebsverhalten und Zuverlässigkeit zu bekommen. Die Fig. 14 (A-C) illustrieren Ausführungsbeispiele der Erfindung zum Einrichten der Verpackung, und zum Bereitstellen hermetischer Verpackung von beispielsweise bis zu vier der Vielfarben-LED- Vorrichtungen der Erfindung. Dieselben Bezugsziffern, die in Fig. 14 (A-B) benutzt werden, geben die jeweiligen identischen Merkmale wie in Fig. 12E an. Die Verpackung kann auch mit der nahezu identischen Struktur der Fig. 13F benutzt werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 14A werden nach dem Überziehen der ganzen Einrichtung mit einer Isolierschicht 97, beispielsweise mit SiNx, Zugangslöcher 120, 122 und 124 mittels bekannter Ätz-/Fotomaskier-Techniken geformt, um die obersten Metallschichten 60M', 60M" und 60M''' für die beispielsweise blauen bzw. grünen und roten LED-Vorrichtungen (organische lichtemittierende Diode) freizulegen. Danach werden geeignete Metallschaltkreispfade 126, 128 und 130 (typischerweise aus Goldmaterial) in einen Pfad von den freigelegten Metallschichten 60M' bzw. 60M" und 60M''' aufgebracht, zu den am Rand sitzenden Indium-Lötpfosten 132 bzw. 133 und 134, wozu herkömmliche Verfahrensschritte angewandt werden. In ähnlicher Weise wird ein Anodenelektroden-Abschluß via den Metallschaltkreispfad (z. B. Au) 135 eingerichtet, um eine am inneren Ende kontaktierende ITO-Schicht 52, und ein äußeres Ende zu haben, das an einem am Rande sitzenden Indium-Lötpfosten 136 abschließt, was alles via herkömmliche Verfahrensschritte besorgt wird. Die Einrichtung wird sodann mit zusätzlichem Isoliermaterial überlegt, beispielsweise mit SiNx, um eine isolierte Überdeckung mit Lötpfosten 132, 133, 134 und 136 zu bilden, die entlang einer Kante exponiert sind. Auf diese Weise läßt sich die organische LED-Einrichtung gut mittels gebräuchlicher Techniken verpacken, oder kann die Verpackungsausführungsform der Erfindung benutzt werden, wie sogleich nachstehend beschrieben wird.
Nunmehr wird eine Methode zum Herstellen von vier Vielfarben-LED-Einrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat 50 in einer gepackten Konfiguration mit Bezug auf die Fig. 14A bzw. 14B und 14C beschrieben - für eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Das Startmaterial enthält ein Glassubstrat 50, das mit einer Oberschicht von Indium-Zinnoxyid (ITO) 152 überzogen ist. Die folgenden Schritte dienen dem Erhalt der gepackten Vielfarben-organischen LED-Anordnung:
1. Die ITO-Schicht 52 ist zu maskieren, um eine SiO&sub2;-Schicht 138 in einem konzentrischen quadratischen Band-Ringmuster in diesem Beispiel oben auf der ITO-Schicht 52 mittels herkömmlicher Techniken zu deponieren (es kann auch irgendein anderes Muster hergenommen werden).
2. Vier dreifarbige LED-Stapel sind zu bilden, die sich gemeinsame Schichten in der Region 140 auf der SiO&sub2; -Schicht teilen, wobei Verfahren beispielsweise wie die oben beschriebenen angewandt werden, um wahlweise eine der Strukturen der Fig. 12E oder 13F und 14A zu erhalten.
3. Mittels Schattenmaskierung sind Metallkontakte 170 bis 181 zu deponieren; jeder schließt an den Außenenden auf der SiO&sub2;-Schicht 138 ab, um für externe elektrisch anschließende oder verknüpfende Flächen 170 bzw. bis 181 'zu sorgen. Zu beachten ist, daß die Kontakte 126, 128 und 130 in Fig. 14A dieselben sind wie jeweils aufeinanderfolgende drei der Kontakte 170 bzw. bis 181. Jede Gruppe von drei Kontakten, nämlich 170 bis 172, 173 bis 175, 176 bis 178, und 179 bis 181 schließen an deren inneren oder anderen Enden ab, um eine elektrische Verbindung mit den Metallschichten 60M', 60M", 60M''' von je einer der vier organischen LED-Einrichtungen zu haben. Ein weiterer Metallkontakt 182 wird mittels Schattenmaskierung auf einen Rand der ITO-Schicht 52 gesetzt, allen vier LED-Einrichtungen gemeinsam, um in diesem Beispiel einen gemeinsamen Anodenanschluß herzustellen. Es ist zu beachten, daß falls durch geeignete Maskierung und Ätzung die vier LED-Einrichtungen in gänzlich unabhängigen Schichten ausgeführt werden, jeweils vier Anodenkontakte für die letztere Anordnung eingerichtet werden müssen, so daß sie in Multiplex betrieben werden kann. Die in diesem Beispiel beschriebene Vielfarben-LED-Anordnung (Multicolor-LED-Array) ist eine Anordnung ohne Multiplex.
4. Es ist beispielsweise mittels Schattenmaskierung eine zweite SiO&sub2;-Schicht 184 in einem kontinuierlichen Band oder Ring aufzubringen, wobei die Verknüpfungsflächen (pads) 170' bis 181' freigelegt belassen bleiben, wozu z. B. entweder das Deponieren mittels Aufsprühen oder plasmaverstärkter CVD oder Elektronenstrahl angewandt werden.
5. Lötzinn aus Pb-Sn oder anderes Lötzinn, das bei niedriger Temperatur schmilzt, ist in einem kontinuierlichen Band oder Ring 186 oben auf der zweiten SiO&sub2; - Schicht oder -Band 184 abzulagern.
6. Am Boden eines Deckglases 188 ist ein Metallring 190 abzulagern, so daß er mit dem Lötverschlußring 186 koinzidiert.
7. Ein Deckglas 188 ist über den Aufbau zu installieren, wie in Fig. 14B gezeigt wird, wobei der Metallring 190 am Lötring 186 anstößt.
8. Der Aufbau ist in eine inerte Gas-Atmosphäre wie z. B. trockenen Stickstoff zu setzen, und es ist Hitze zum Schmelzen des Lötrings 186 anzuwenden, um eine luftdichte Versiegelung zu bekommen, so daß das inerte Gas in einem Innenbereich 192 eingefangen ist.
In Fig. 15 wird ein Display 194 gezeigt, das ein RGB-organisches LED-Display ist. Die Punkte 195 sind elliptisch. Ein komplettes Display wie es 194 ist umfaßt eine Mehrzahl von Bildpunkten (pixels) wie die von 196. Die Bildpunkte sind als eine XY-Matrix angeordnet, um die ganze Oberfläche eines mit ITO beschichteten Glasblattes zu bedecken. Jeder Bildpunkt enthält eine gestapelte LED-Struktur, wie die in Fig. 2 gezeigte. Anstelle Mittel für feste Vorspannung wie Batterien 30, 31 und 32 (Fig. 2) zu haben, wird jede der Leitungen der Klemmen, wie sie in Fig. 2 als blau (B), grün (G) und rot (R) bezeichnet sind, herausgeführt und an geeignete Horizontal- und Vertikalabtast-Prozessoren 197 bzw. 198 gekoppelt, alle unter Steuerung eines Display- Generators 199, der ein Fernsehgerät sein kann. Dementsprechend hat jede LED-Matrix mindestens zwei Achsen (x,y), und befindet sich jede LED am Schnittpunkt von mindestens zwei der Achsen. Auch kann die x-Achse eine horizontale und die y-Achse eine vertikale Achse darstellen. Nun ist es gut bekannt Fernsehsignale, wie z. B. die NTSC-Signale, in die Farbkomponenten R, G und B für Farb-Displays umzuwandeln. Des weiteren sind Monitore für Rechner gut bekannt, die Rot, Grün und Blau für Primärfarben gebrauchen. Bekannt sind auch die Ansteuerung und Regelung derartiger Einrichtungen mitels vertikaler und horizontaler Abtasttechniken (scan). Es wird die ganze Anordnung (array) der Bildpunktstrukturen (pixels), die auf der Oberfläche auf dem Display deponiert ist mittels XY-Scantechniken abgetastet, auch mit xy-Adressierung. Diese Techniken werden in aktiven Matrix-Displays angewandt.
Es läßt sich eine Impulsbreiten-Modulation zum selektiven Aktivieren der Eingänge für Rot, Grün und Blau jedes der Bildpunkte DH LED gemäß dem gewünschten Signalinhalt anwenden. Auf diese Weise wird der Zugang und die Adresse zu jeder LED in jeder Zeile auf dem Display selektiv gewonnen, und die LEDs werden durch viele Mittel, wie z. B. Impulsbreitenmodulations-Signale oder Treppenspannungen, vorgespannt, so daß diese Einrichtungen in den Stand versetzt werden einzelne oder mehrere Farben auszusenden, worauf von diesen Strukturen emittiertes Licht ein Bild erzeugt, das eine vorbestimmte Form und Farbe aufweist. Auch lassen sich die xy-Achsen seriell abtasten, und lassen sich seriell einzelne der LEDs in der Matrix aktivieren, um Licht zum Herstellen eines Bildes mit Farben zu emittieren, die seriell vertikal erzeugt werden. Ausgewählte LEDs lassen sich simultan aktivieren.
Wie vorstehend angedeutet worden ist, ermöglicht die vertikale Beschichtungstechnik, die in Fig. 2 gezeigt ist, die Fabrikation des Dreifarben-Bildpunkts (pixel) innerhalb äußerst kleiner Gebiete. Dadurch wird es möglich Displays hoher Auflösung zu schaffen, wie z. B. Displays mit 300 bis 600 Zeilen pro Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) an Auflösung oder mehr. Eine derartige Auflösung wäre mit dem Können des Standes der Technik nicht erhältlich, wo die organischen Emissionsschichten oder fluoreszenten Medien, welche die verschiedenen Farben erzeugen, lateral gegeneinander beabstandet sind.
Gestützt auf moderne Normen läßt sich eine LED-Einrichtung, wie die in Fig. 2 gezeigte, schaffen, mit einem wirksamen Gebiet, das klein genug ist Hunderte von Pixeldioden vertikal und horizontal innerhalb des Gebiets eines Quadratzolls ermöglichen zu stapeln. Deswegen setzen einen die Fabrikationstechniken in den Stand eine extrem hohe Auflösung mit hoher Lichtintensität zu bekommen.
In Fig. 16 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Vielfarben-LED- Einrichtung zu sehen, welche das Stapeln von bis zu N einzelnen LEDs einschließt, worin N eine ganze Zahl 1, 2, 3 ...N ist. In Abhängigkeit von dem Stand der Technologie zu irgendeiner zukünftigen Zeit wird N eine praktische Grenze haben. Die gestapelten N-Ebenen der LEDs können beispielsweise entweder mittels der Schattenmaskier-Verfahrensschritte, die zuvor für die Fig. 12 (A-E) beschrieben wurden, vorgesehen werden, oder mittels des Trockenätzprozesses, wie in den Fig. 13A bis 13F abgebildet wurde. Der Basis-oder Bodenteil der Stapelanordnung (array) der Fig. 16 ist ein Glassubstrat 102, wie z. B. in Fig. 13F gezeigt, mit einer ITO-Schicht 101, die über dem Substrat 102 gebildet ist. Die unmittelbar daraufliegende erste LED-Einrichtung und folgende LED-Einrichtungen in diesem Beispiel schließen jede in Nachfolge über die ITO-Schicht 101 eine HTL-Schicht 154, eine EL-Schicht 156, eine ETL- Schicht 158, eine Metallschicht 160 und eine ITO-Schicht 162 ein. Die LED-Einrichtung 164 der Nten Ebene enthält ferner eine ganz oben liegende Metallschicht (siehe Schicht 152 der Fig. 13F), die über die am höchsten liegende ITO-Schicht 162 dort geformt ist. Eine Passivierungsschicht 119 ist über den Stapel deponiert, wie im Farbstapel der Fig. 13F. Das Material für jede EL- Schicht 156 jeder LED-Einrichtung wird zum Bereitstellen einer besonderen Farbe für die zugehörige LED ausgesucht. Wie in der Dreifarben-Einrichtung müssen Einrichtungen kürzerer Wellenlänge (Blau) im Stapel niedriger liegen als die Einrichtungen längerer Wellenlänge (Rot), damit optische Absorption durch die rot-emittierenden Schichten vermieden wird. Die für jede betreffende LED ausgesuchte Farbe und die tatsächliche Anzahl gestapelter LEDs hängen von dem speziellen Anwendungsfall ab, auch von den bereitzustellenden Farben und der Abschattungsfähigkeit. Solche Vielfarben-Einrichtungen lassen sich auch in optischen Kommunikations-Netzwerken gebrauchen, wo jeder verschiedene optische Kanal mit einer unterschiedlichen Wellenlänge ausgesendet wird, wie sie von einer vorgegebenen Einrichtung im Stapel emittiert wird. Die eigene konzentrische Natur des emittierten Lichts gestattet das Einkoppeln mehrerer Wellenlängen in eine einzelne optische Übertragungsfaser. In solchen gestapelten Anordnungen (arrays) der Praxis werden Zugangslöcher hinab zur ITO-Schicht 162 jeder Einrichtung geformt, gefolgt vom Aufbringen geeigneter Metallisierung zum Ermöglichen des Verpackens und des elektrischen Anschlusses an jede der LED-Einrichtungen im Stapel, auf ähnliche Weise wie beispielsweise für die gestapelte Vielfarben-LED-Einrichtung der Fig. 14A, 14B und 14C beschrieben wurde.
Mit dieser Einrichtung kann ein kostengünstiges Flachpaneel-Display hoher Auflösung, mit Ganzfarben großer Helligkeit jeglicher Abmessungen geschaffen werden. Damit wird der Umfang dieser Erfindung auf Displays erweitert, die so klein wie ein paar Millimeter bis zur Größe eines Gebäudes sind. Die am Display erzeugten Bilder könnten Text oder Illustrationen in Ganzfarben sein, in jeglicher Auflösung, wie von der Größe der einzelnen LEDs abhängig.
Die Fachleute können verschiedene Abänderungen in den hier beschriebenen und illustrierten Ausführungsbeispielen der Erfindung erkennen, die durch die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche umfaßt sind. Beispielsweise kann eine gestapelte Vielfarben-LED- Einrichtung wie die oben beschriebene Dreifarben-Einrichtung der Fig. 2, in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung geschaffen werden, indem die LED 20 aus einer Polymer- Einrichtung wie in Fig. 1C gezeigt gebildet wird, oder von einem deponierten Metall- Phosphonat-Film, anstatt alle drei Schichten im Vakuum abgelegt zu haben. Die zwei restlichen gestapelten LEDs würden durch Dampfdeposition gebildet werden.

Claims

1. Eine mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur, die folgendes aufweist:

ein Substrat (37) mit einem auf einer Oberfläche aufgetragenen elektrisch leitfähigen Überzug (35);

zumindest eine erste (20) und eine zweite (21) lichtemittierende organische Vorrichtung, die aufeinander gestapelt sind, um eine geschichtete Struktur auf dem Substrat zu bilden, wobei jede lichtemittierende organische Vorrichtung jeweils ein Emissionsmaterial zum Emittieren der gewünschten Farbe aufweist, und wobei die eine von der anderen durch eine transparente elektrisch leitfähige Schicht (26) getrennt ist, um es jeder Vorrichtung zu ermöglichen ein getrennt ausgerichtetes Potential (jeweils 32, 31) zu empfangen, um Licht emittieren zu können; und

eine elektrisch leitfähige Schicht, die auf der Oberseite des Stapels der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen aufgetragen ist;

wobei zumindest eine der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen eine heterostrukturierte Vorrichtung mit zumindest einer gelochten transportierenden Schicht (20H) und zumindest eine Elektronen transportierende Schicht (20T oder 20E) aufweist, und wobei das auf der Oberseite des Stapels aufgetragene Substrat (37) mit dem elektrisch leitfähigen Überzug (35) und/oder mit der elektrisch leitfähigen Schicht (26) transparent ist.

2. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach Anspruch 1, die eine dritte (22) der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen aufweist, welche auf die zweite Vorrichtung (21) gestapelt ist.

3. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen eine andere Farbe emittiert, wenn sie ausgerichtet ist.

4. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach Anspruch 2, wobei die erste lichtemittierende organische Vorrichtung eine blaue Farbe emittiert, die zweite lichtemittierende organische Vorrichtung eine grüne Farbe emittiert und die dritte lichtemittierende organische Vorrichtung eine rote Farbe emittiert.

5. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die heterostrukturierte Vorrichtung eine einzelne heterostrukturierte Vorrichtung (20) ist.

6. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die heterostrukturierte Vorrichtung eine doppelt heterostrukturierte Vorrichtung (20) ist.

7. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Substrat mit dem elektrisch leitfähigen Überzug und die obere elektrisch leitfähige Schicht transparent sind.

8. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat mit dem elektrisch leitfähigen Überzug transparent ist und die obere elektrisch leitfähige Schicht aus einer Metallschicht (26M) besteht, um emittiertes Licht durch das Substrat zurück zu reflektieren.

9. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die obere elektrisch leitfähige Schicht transparent ist und der elektrisch leitfähige Überzug auf dem Substrat aus einer Metallschicht (26M) besteht, um emittiertes Licht zurück zum oberen Ende des Stapels zu reflektieren.

10. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest eine der transparenten elektrisch leitfähigen Schichten, welche die lichtemittierenden organischen Vorrichtungen voneinander trennen, aus einer Metallschicht besteht und das Metall der Metallschicht weniger als 10 nm dick ist.

11. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach Anspruch 10, wobei die Metallschicht aus einem Metall besteht, das eine Arbeitsfunktion von weniger als 4 eV hat.

12. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach Anspruch 10, wobei die Metallschicht Mg aufweist.

13. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach Anspruch 10, wobei die Metallschicht Mg und Ag aufweist.

14. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die transparente elektrisch leitfähige Schicht, die die Metallschicht enthält, ferner eine Indium-Zinn-Oxyd Schicht aufweist, die auf der Metallschicht aufgetragen ist.

15. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jede Schicht zumindest von einer der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen nicht polymer ist.

16. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jede Schicht oder jede der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen nicht polymer ist.

17. Mehrfarbige lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Emissionsmaterial in jeder lichtemittierenden organischen Vorrichtung ein dreiwertiger Chinol-Metallkomplex, ein dreiwertiger überbrückter Chinol- Metallkomplex, ein zweiwertiger Metallkomplex mit Schiffscher Base, ein Zinn(iv)- Metallkomplex, ein metallischer Acetylacetonatkomplex, ein metallischer zweizahniger Ligandkomplex, ein Biphosphonat, ein zweiwertiger metallischer Maleonitrildithiolat- Komplex, ein molekularer Ladungstransferkomplex, ein aromatisches heterozyklisches Polymer oder eine mit seltener Erde gemischte Chelatverbindung ist.

18. Eine mehrfarbige Anzeige (194), die folgendes aufweist:

eine Vielzahl von mehrfarbigen lichtemittierenden organischen Vorrichtungsstrukturen (29) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die als Pixel (196) in einem Bereich von Reihen oder Spalten angeordnet sind, um so eine Anzeigenoberfläche zu schaffen, wobei jedes Pixel zumindest eine lichtemittierende organische Vorrichtungsstruktur enthält, und

Einrichtungen zum selektiven Zuführen von Energie zu zumindest einer der lichtemittierenden organischen Vorrichtungen, die in jedes der Pixel Energie zuführt, so daß die Farbe, die von jedem der Pixel erzeugt wird, durch die lichtemittierenden organischen Vorrichtungen, denen Energie zugeführt wurde, bestimmt wird, so daß das Licht, welches aus dem Array emittiert wird, ein Bild herstellt, das eine vorbestimmte Farbe und Form hat.