JPH09511094A - エレクトロルミネセンス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電圧を印加すると発光する物質を有するエレクトロルミネセンス装置に関する。該装置は、発光物質（１２）が、有機スペーサ（２６）を介して相互に結合されている無機粒子（２２）から形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 エレクトロルミネセンス装置 本発明は、電圧を印加すると発光する物質を有するエレクトロルミネセンス装 置に関する。 従来の技術 エレクトロルミネセンス装置は公知である。この装置には、電圧により光ビー ムを放出するために励起可能である無機物質又は有機物質のいずれかが使用され る。無機物質としては、例えば単結晶のIII−Ｖ半導体又はII−IV半導体及びＺ ｎＳ化合物が使用され、これらには様々のドーピングが行われてもいてもよい。 これらの無機エレクトロルミネセンス装置においては、作動電圧として高い交流 電圧を利用しなければならないという欠点がある。これらの無機エレクトロルミ ネセンス装置を例えば自動車においてディスプレイ計器の照明のために使用すべ き場合には、自動車内に直流電圧として存在するバッテリー電気量を相応して変 換しなけれねばならない。この電圧変圧は一方では極めて費用がかかりかつ更に 高い交流電圧での作業により自動車の他の電子システムのための付加的な電磁気 的許容保護を必要とする。 更に、エレクトロルミネセンス有機物質、例えばポリマー、色素、分子をドー プしたポリマー及びポリマ ーブレンドを使用することも公知である。しかしながらこの場合には、有機物質 は不十分な長時間安定性、特に熱的及び／又は化学的安定性を有することが欠点 である。従って、有機物質を有するエレクトロルミネセンス装置の使用は、実際 の適用においては、例えば自動車のディスプレイ計器の照明の際には不可能であ る。 発明の効果 それに対して、請求項１記載の特徴を有するエレクトロルミネセンス装置は、 簡単に低コストで製造可能かつ多種多様に使用可能なエレクトロルミネセンス装 置が達成できるという利点を提供する。発光物質が、有機スペーサを介して相互 に結合された無機粒子によって形成されることにより、有利にも、所望の電気的 、電子的、化学的及び機械的特性が意図的に達成可能である発光物質を達成する ことが可能である。有機スペーサを介して相互に結合された無機粒子により、無 機粒子が発光物質の電子伝導性を担い、一方有機スペーサが発光物質の機械的安 定化及び光ビームの発生を担う二元系が提供される。このことにより、理想的に 無機粒子の特性と有機スペーサの特性とを相互に組み合わせることができる、従 って無機粒子並びにまた有機スペーサのそれらの特殊な使用目的に対する最適化 により、エレクトロルミネセンスにおける高い熱的及び／又は化学的安定性及び 高い量子収量を有する発光 物質が達成可能である。有機スペーサ内へ官能基を意図的に導入することにより 、電子と正孔のビーム発生再結合のための確率を意図的に調整することができる ので、本発明による発光物質で高い光収量が達成可能である。 本発明による有利な実施態様によれば、有機スペーサを有機被覆、有利には有 機リガンドシェルにより形成する。有機リガンドシェルにより、発光物質内部の 無機粒子の位置調整が達成される。それというのも、リガンドシェルは互いに、 物質の機械的安定性、ひいては無機粒子の位置を決定する化学結合を導入するか らである。無機粒子を包囲するリガンドシェルの厚さの選択により、無機粒子相 互の間隔が調整可能である。無機粒子の間隔の選択により、リガンドシェルを通 る電子のいわゆるトンネルが調整可能である。リガンドシェルの厚さは、無機粒 子による発光物質を通る電子伝導が補償され、その際電子がリガンドシェルを貫 通するように、選択するのが有利である。有機物質からなるリガンドシェルは、 正孔のための高い運動性を有するので、正孔はリガンドシェル内を運動すること ができる。これらから生じるこのトンネリングは、無機粒子がそれらを包囲する 有機シェルに基づき互いに間隔を置いて配置されているにもかかわらず、無機粒 子を貫流する電流伝導を補償する。 本発明のもう１つの有利な実施態様によれば、無機 粒子の周囲の有機リガンド粒子は有機分子により相互に結合されている。このこ とにより、発光物質内部の無機粒子の架橋が生じる、その際には無機粒子相互の 間隔はそれぞれの分子の原子の数により調整可能である。このことにより極めて 有利にも、分子鎖の内部の原子の数により、即ち、隣接した２つの無機粒子の間 の間隔が大きいか又は小さいかに基づき、無機粒子の間のトンネル効果を調整可 能である。 本発明の他の有利な実施態様は、上記以外の、請求項に記載された実施態様項 から明らかである。 図面 次に、本発明を添付した図面につき実施例により詳細に説明する。図面におい て、 図１は、第１実施例におけるエレクトロルミネセンス装置の図式化した断面図 、 図２は、第２実施例におけるエレクトロルミネセンス装置の図式化した断面図 、及び 図３は、使用した有機分子鎖の例である。 図１に、全体的に１０で示されたエレクトロルミネセンス装置が図示されてい る。該図面は、装置１０の断面を部分的に図式化して示したものである。該装置 １０は、第１電極１４と第２電極１６の間に配置された発光物質１２を有する。 電極１４及び１６は面状に形成されているので、電極１４と電極１６の間に存在 する発光物質１２も同様に電極１４と１６の間に面状 に形成されている。電極１４及び１６は、例えば自動車のバッテリーであっても よい電源１８と接続されている。この場合、第１電極１４はアースと、第２電極 は正極と接続されている。電極１４及び１６並びに物質１２からなる層構造は、 支持体２０上に配置されている。 発光物質１２は、それぞれ有機リガンドシェル２４で包囲された無機粒子２２ からなる。著しく簡明化された図面から、無機粒子のそれぞれがリガンドシェル ２４を有することが明らかである。これにより、無機粒子２２が相互に直接接触 できないことが保証される。それにより、リガンドシェル２４は無機粒子２２の 間にスペーサ２６を形成する。リガンドシェル２４のそれぞれの厚さに基づき、 隣接した無機粒子２２の間の間隔は程度の差こそあれ大きい。リガンドシェル２ ４は、一般に数原子層厚さの有機化合物である。 無機粒子２２は、例えば導電性クラスターによって形成されていてもよい。該 クラスターは、半導体クラスター（例えばＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ．．．）又は金属 クラスター（例えば金、パラジウム、白金、ニッケル．．．）からなっていても よい。クラスターもしくは無機粒子は、ナノ範囲の粒度をもって存在する。有機 リガンドシェル２４は、例えば膨張したπ系を有する有機化合物からなっていて もよい。個々の無機粒子２２の回りの個々のリガンドシェル２４は、例えば重合 により、化学結合を行う。ナノ範囲の無機粒子の小さな粒度により、発光物質１ ２は高い充填度（パッキング密度）を有するので、個々のリガンドシェル２４の 間の物質内部の多数の化学結合が生じる。このことにより発光物質１２の大きな 機械的安定性が与えられる。それにより、無機粒子２２は物質１２内部のリガン ドシェル２４により安定化される。 第１の電極１４は、低い電子仕事関数を有する材料からなる。電極１４は、金 属、例えばアルミニウム、又はその電子仕事関数が４．５ｅＶよりも小さい金属 合金からなる。第２の電極１６は、高い電子仕事関数を有する材料からなる。電 極１６は、例えば良好な導電性を有する光学的に透明な材料、４．５ｅＶより大 きい電子仕事関数を有するインジウム酸化錫からなっていてもよい。 支持体２０は、光学的に透明な基板からなる。支持体２０は電極１４及び１６ 並びに基板１２と同様に面状に形成されておりかつフレキシブルである。 図１に示された装置１０は以下の機能を及ぼす： 電圧源１８を電極１４及び１６と、例えば図示されていないスイッチ素子によ り接続した後に、電極１４と１６の間を発光物質１２を介して電流が流れる。発 光物質１２の導電性は、無機粒子の高い電子伝導性により生じる。個々の粒子２ ２の周囲のリガンドシェル２４は、いわゆるトンネル導電性を有する電位バリヤ ーを形成する。隣接した無機粒子２２の間の電子もしくは正孔の導電性はトンネ ル導電性と称される。トンネル導電性は、実質的にリガンドシェル２４の厚さに より与えられる無機粒子２２の間隔により決定される。電圧源１８の正極の結合 により、第２の電極１６は発光物質１２のための正孔注入電極として作用し、一 方アースと接続される電極１４は電子注入電極として接続される。有機リガンド シェル２４は正孔のために高い運動性を有しているので、電極のトンネリングは リガンドシェル２４により可能になるので、全体として発光物質１２の電子伝導 性が与えられる。 有機リガンドシェル２４は、ここでは詳細には考察しない官能基を有し、該官 能基は一面では個々のリガンドシェル２４の重合のための付着箇所を形成しかつ 他面ではいわゆる“出口（Exition）”のための再結合中心を形成する。これに より発光物質１２を通る電子伝導により再結合中心内部で放射再結合が生じるの で、発光物質は光を放出することができる。この発光物質内部１２の放射再結合 は、光学的に透明な電極６及び光学的に透明な支持体２０により外に向かって放 射することができるので、図１に示されたエレクトロルミネセンス装置は光源と して使用することができる。 実施例に記載した発光物質１２の組成は、専ら例に過ぎない。全体として無機 粒子１２及び有機リガンド シェル２４の材料選択は、無機粒子２４内での高い電子伝導性及びリガンドシェ ル２４内での高い正孔伝導性が与えられるように、調整すべきである。他面、無 機粒子２２の内部に高い正孔伝導性及び有機リガンドシェル２４内に高い電子伝 導性を与えることもできる。有機リガンドシェル２４は、電子と正孔の放射性再 結合のために高い確率を有するので、全装置１０のエレクトロルミネセンスの際 に高い量子収率が生じる。更に、無機粒子２２とリガンドシェル２４との間の機 能分化によりエレクトロルミネセンス物質の機械的、熱的及び化学的安定性が達 成される。無機粒子２２と有機リガンドシェル２４の相互間の影響は、発光物質 の電子伝導が無機粒子２２により支持され、一方有機リガンドシェルは再結合の 直前にのみ励起状態にあることを保証する。これにより、有機リガンドシェル２ ４の著しく高められた長時間安定性を生じるので、熱的及び化学的安定性（特に 酸化）が長時間与えられる。 従って、図１に示された装置１０は光源として極めて好適である。装置１０の 面状の製造により、原理的にあらゆる任意の光源を装置１０から機械的作業法、 例えば打ち抜き、切断等により切取り形成することができる。リガンドシェルに おける有機化合物の選択により、発光物質１２の色スペクトルを調整することが できる。 図２には、エレクトロルミネセンス装置１０の別の変更実施例が示されている 。図１と同じ部分には同じ参照番号が付され、従って再度説明しない。この場合 には、図１に示された、発光物質１２の内部の無機粒子２２及びリガンドシェル ２４の装置は、分子鎖２８のリガンドシェル２４の間に配置されている。従って 、個々のリガンドシェル２４の間の分枝鎖２８は、発光物質１２の内部の無機粒 子２２のための架橋を形成する。分枝鎖２８は、例えば、図３に詳細に示されて いるように、芳香族ジアミン（上方の図）又はトリフェニルアミンジマー（下方 の図）であってよい。この場合、分枝鎖２８は独自の官能性置換基を有すること ができる。分枝鎖２８の長さは、分枝鎖２８のそれぞれが有する原子の数により 調整可能である。従って、分枝鎖２８の内部の原子の数を介して無機粒子２２の 間隔を相互に調整することができる。無機粒子２２の間隔の多様性を介して、電 子のトンネル確率がリガンドシェル２４により調整可能であることにより、無機 粒子の間のトンネル導電性を調整することができる。従って、総括すれば、発光 物質１２を可能な限り高い光収率に最適化することができる。 実施例から、高い光収率の他に、機械的、熱的及び化学的見地において高い安 定性を有する大面積のエレクトロルミネセンス装置１０を廉価に製造可能である ことが明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター シュミト ドイツ連邦共和国 42555 フェルベルト クリッペ 39ベー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電圧を印加すると発光する物質を有するエレクトロルミネセンス装置にお いて、発光物質（１２）が、有機スペーサ（２６）を介して相互に結合されてい る無機粒子（２２）から形成されていること特徴とする、エレクトロルミネセン ス装置。 ２．スペーサ（２６）が無機粒子（２２）の有機シェルによって形成される、 請求項１記載のエレクトロルミネセンス装置。 ３．シェルが有機リガンドシェル（２４）により形成される、請求項１又は２ 記載のエレクトロルミネセンス装置。 ４．リガンドシェル（２４）が放射性再結合のための官能基を含有する、請求 項１から３のいずれか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 ５．リガンドシェル（２４）が膨張したπ系を有する有機化合物からなる、請 求項１から４のいずれか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 ６．リガンドシェル（２４）の間に分子鎖（２８）が配置されている、エレク トロルミネセンス装置。 ７．分子鎖（２８）が官能性の末端置換基を含有する、請求項１から６のいず れか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 ８．分子鎖（２８）内の原子の数を介して無機粒子 （２２）相互間の間隔が調節可能である、請求項１から７のいずれか１項記載の エレクトロルミネセンス装置。 ９．発光物質（１２）がほぼ面状で２つの電極（１４，１６）の間に配置され ている、請求項１から８のいずれか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 10．第１の電極が、低い電子仕事関数、特に４．５ｅＶ以下を有する材料から なる、請求項１から９のいずれか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 11．第２の電極（１６）が高い電子仕事関数、特に４．５ｅＶ以上を有する、 請求項１から１０のいずれか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 12．電極（１４，１６）の少なくとも１つが工学的に透明な材料からなる、請 求項１から１１のいずれか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 13．電極（１４，１６）及び発光物質（１２）からなる層系が支持体（２０） 上に配置されている、請求項１から１２のいずれか１項記載のエレクトロルミネ センス装置。 14．支持体（２０）が光学的に透明な材料からなる、請求項１から１４のいず れか１項記載のエレクトロルミネセンス装置。 15．支持体（２０）がフレキシブルである、請求項１から１４のいずれか１項 記載のエレクトロルミネセンス装置。