WO1996038023A1

WO1996038023A1 - Elektrolumineszierendes schichtsystem

Info

Publication number: WO1996038023A1
Application number: PCT/DE1996/000309
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Grothe; Werner Grünwald; Martin HÜPPAUFF; Claus Schmidt; Dieter Fenske; Günter Schmid
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1996-02-24
Publication date: 1996-11-28
Also published as: DE59605190D1; TW353813B; EP0827680B1; US6023128A; DE19518668A1; JPH11505367A; EP0827680A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrolumineszierendes Schichtsystem mit einem zwischen zwei mit einer Gleichspannungsquelle verbindbaren Elektroden angeordneten, lichtemittierenden organischen Material, wobei eine erste Elektrode eine löcherinjizierende Elektrode (Anode) und eine zweite Elektrode eine elektroneninjizierende Elektrode (Kathode) ist. Es ist vorgesehen, daß die löcherinjizierende Elektrode (16) und/oder die elektroneninjizierende Elektrode (14) zumindest bereichsweise aus einem Nanomaterial besteht.

Description

Elektrolumineszierendes Schichtsystem

Die Erfindung betrifft ein elektrolumineszierendes Schichtsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Elektrolumineszierende SchichtSysteme sind bekannt. In diesen werden entweder anorganische oder organi¬ sche Substanzen verwendet, die mittels einer elektri¬ schen Spannung zum Aussenden von Lichtstrahlen anreg¬ bar sind. Die lichtemittierenden Substanzen sind hierbei beispielsweise zwischen flächenhaften Elek¬ troden angeordnet, wobei eine erste Elektrode als löcherinjizierende Elektrode und eine zweite Elek¬ trode als elektroneninjizierende Elektrode ausgebil¬ det ist. Wird die lichtemittierende Substanz von einem organischen Material gebildet, kann die Anre¬ gung über eine Gleichspannungsquelle erfolgen. Hier¬ bei ist die löcherinjizierende Elektrode mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle und die elektronen- injizierende Elektrode mit dem Minuspol der Gleich¬ spannungsquelle verbunden. Ein derartiges elektrolu¬ mineszierendes Schichtsystem ist beispielsweise aus der EP 0 281 381 bekannt. Hier besteht die löcher¬ injizierende Elektrode aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen, optisch transparenten, oxidi¬ schen Verbindung mit hoher Elektronenaustrittsarbeit von größer als 4,5 eV. Die elektroneninjizierende Elektrode besteht aus einem von einem Alkalimetall verschiedenen Metall und besitzt eine niedrige Elek¬ tronenaustrittsarbeit. Hierbei ist nachteilig, daß durch auf die aufeinander abgestimmte Auswahl der Materialien der Elektroden, nämlich eine löcherinji¬ zierende Elektrode und eine elektroneninjizierende Elektrode, nur sehr begrenzte Kombinationsmöglichkei¬ ten bestehen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektrolumineszierende Schicht¬ system mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß die Eigenschaften der löcherinjizierenden und/oder elektroneninjizierenden Elektrode in einfacher Weise an den spezifischen Anforderungen des elektrolumineszierenden Schicht¬ systems anpaßbar sind. Dadurch, daß die löcherinji¬ zierende Elektrode und/oder die elektroneninjizieren¬ de Elektrode aus einem Nanomaterial (Material mit einer mittleren Teilchengröße im nm-Bereich) besteht, läßt sich über die Eigenschaften und die Dimen¬ sionierung des Nanomaterials eine gewünschte niedrige oder hohe Elektronenaustrittsarbeit einstellen. Die Nanomaterialien können somit in einfacher Weise an die Erfordernisse einer löcherinjizierenden oder elektroneninjizierenden Elektrode angepaßt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vor¬ gesehen, daß die Nanomaterialien von in einer Matrix eingebetteten Clustern gebildet werden, die vorzugs¬ weise von organischen Ligandenhüllen umgeben sind. Hierbei ist es vorteilhaft möglich, über die Ligandenhüllen die Cluster zu stabilisieren und somit die löcherinjizierende Elektrode und/oder die elek¬ troneninjizierende Elektrode korrosionsbeständig aus¬ zubilden. Über die Dimensionierung der Cluster ist die Elektronenaustrittsarbeit der jeweiligen Elektro¬ de einstellbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merk¬ malen..

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei- spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein elektrolumineszierendes System und

Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein elektrolumineszierendes System nach einer weiteren Ausführung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt ein elektrolumineszierendes Schicht¬ system 10. Die Darstellung zeigt ausschnittsweise schematisch einen Schnitt durch das Schichtsystem 10. Das Schichtsystem 10 besitzt ein lichtemittierendes Material 12, das zwischen einer ersten Elektrode 14 und einer zweiten Elektrode 16 angeordnet ist. Die Elektroden 14 und 16 sind flächenhaft ausgebildet, so daß das sich zwischen den Elektroden 14 und 16 befindliche lichtemittierende Material 12 ebenfalls flächig ausgebildet ist. Die Elektroden 14 und 16 sind mit einer Spannungsquelle 18, beispielsweise einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Bat¬ terie eines Kraftfahrzeuges, verbunden. Die Elektrode 14 ist hierbei mit dem Minuspol der Spannungsquelle 18 beziehungsweise Masse und die Elektrode 16 mit dem Pluspol der Spannungsquelle 18 verbunden.

Das lichtemittierende Material 12 besitzt wenigstens eine organische Substanz, die unter Anlegen der Span¬ nung in der Lage ist, Licht zu emittieren. Die Farbe des emittierten Lichtes wird hierbei durch die chemische Struktur der verwendeten organischen Sub¬ stanz bestimmt. Als lichtemittierende organische Sub¬ stanzen kommen beispielsweise Polymere, niedermole¬ kulare organische Verbindungen, Monomere oder mole¬ kulardotierte Polymere in Betracht.

Zwischen den Elektroden 14 und 16 können weitere, hier nicht dargestellte, Schichten angeordnet sein, die ebenfalls zur Lichtemission oder zu einem Ladungsträgertransport zu dem lichtemittierenden Material 12 dienen.

Die Elektrode 16 besteht aus einem löcherinjizieren¬ den Material, beispielsweise Indium-Zinnoxid. Indium- Zinnoxid-Elektroden sind allgemein bekannt und weisen eine hohe Elektronenaustrittsarbeit auf. Die Elek¬ trode 16 ist darüber hinaus optisch transparent, so daß mittels des organischen Materials 12 emittiertes Licht von dem Schichtsystem 10 abgestrahlt werden kann.

Die Elektrode 14 besitzt eine ^•'elektroneninjizierende Schicht 20 und eine auf die Schicht 20 aufgebrachte Kontaktierung 22. Die Kontaktierung 22 kann bei¬ spielsweise von auf der Schicht 20 aufgedampften Alu¬ minium gebildet werden. Die elektroneninjizierende Schicht 20 besteht aus einzelnen Clustern 24, die in eine Matrix 26 eingebettet sind und über organische Ligandenhüllen 28 miteinander verbunden sind. Als Cluster 24 können beispielsweise Übergangsmetall- chalcogenid-Cluster verwendet werden. Die Cluster 24 sind hierbei so dimensioniert, daß diese bestimmte elektronische und mechanische Eigenschaften aufwei¬ sen. Im Beispiel sind die Cluster 24 derart dimensio¬ niert, daß diese eine niedrige Elektronenaustritts¬ arbeit beziehungsweise niedrige Elektronenaffinität aufweisen. Die organischen Ligandenhüllen 28 stabili¬ sieren die Cluster 24 in der Matrix 26. Durch die organische Ligandenhülle wird die Positionierung der Cluster 24 innerhalb der elektroneninjizierenden Schicht bestimmt, da die Ligandenhüllen untereinander eine chemische Verbindung eingehen, die die mechani¬ sche Stabilität der Schicht 20 und damit die Lage der Cluster 24 bestimmt. Durch die Wahl einer Dicke der Ligandenhülle sind die Abstände der Cluster 24 zuein¬ ander einstellbar. Die Dicke der Ligandenhülle 28 ist so gewählt, daß die Elektronenleitung durch die Schicht 20 gewährleistet ist, wobei die Elektronen durch die Ligandenhüllen tunneln. Die Ligandenhüllen aus organischen Substanzen besitzen eine hohe Beweg¬ lichkeit für Löcher, so daß diese sich innerhalb der Ligandenhülle bewegen können. Diese sich hieraus ergebende Tunnelleitfähigkeit gewährleistet die elek¬ troneninjizierende Wirkung der Elektrode 14. Die Cluster 24 liegen im Nanobereich vor, während die Ligandenhüllen 28 in der Regel wenige Atomlagen stark sind. Durch die geringe Korngröße der Cluster 24 im Nanobereich besitzt die elektroneninjizierende Schicht 20 einen hohen Füllgrad (Packungsdichte) , so daß eine Vielzahl von chemischen Verbindungen zwischen den Ligandenhüllen 28 bestehen. Hierdurch ist eine große mechanische Stabilität der Schicht 20 gegeben.

In der Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert sind. Gegenüber dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt hier die Elektrode 16 eine löcherinjizierende Schicht 30, die mit einer Kontaktierung 32 versehen ist. Die Kontaktierung 32 kann beispielsweise aus Indium-Zinnoxid bestehen. Die Schicht 30 besteht wiederum aus Clustern 24, die in einer Matrix 26 angeordnet sind und über organische Ligandenhüllen 28 stabilisiert sind. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Schicht 30 entspricht dem beispielsweise zu der Schicht 20 Dargelegtem. Die Cluster 24 und/oder Ligandenhüllen 28 sind hier jedoch so dimensioniert, daß anstelle der elektro¬ neninjizierenden Schicht 20 eine löcherinjizierende Schicht 30 gebildet ist, das heißt, die Schicht 30 eine hohe Elektronenaustrittsarbeit beziehungsweise Elektronenaffinität aufweist.

Nach einem weiteren, nicht dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel, kann ein elektrolumineszierendes Schichtsystem 10 sowohl eine elektroneninjizierende Elektrode 14 mit einer Schicht 20 und eine löcher¬ injizierende Elektrode 16 mit einer Schicht 30 auf¬ weisen. Beide Elektroden 14 und 16, beziehungsweise die Schichten 20 und 30, besitzen hierbei über organische Ligandenhüllen stabilisierte Cluster. Die Cluster können aus einem gleichen Material bestehen, besitzen lediglich eine unterschiedliche Dimensio¬ nierung und damit eine unterschiedliche elektronische Eigenschaft. Durch die Variationsmöglichkeiten der elektronischen Eigenschaften der Nanomaterialien über deren mikroskopische Dimension und deren Zusammen¬ setzung kann die Elektronenaustrittsarbeit der Elek¬ troden 14 und 16 den Energieniveaus des lichtemit¬ tierenden Materials 12, insbesondere deren Leitungs¬ band beziehungsweise Valenzband, optimal angepaßt werden. Eine Barrierenhöhe zwischen der Elektrode 14 beziehungsweise der Elektrode 16 und dem lichtemit^¬ tierenden Material 12 für Elektronen beziehungsweise Löcher kann so bis gegen Null minimiert werden. Letztendlich ist es also möglich, mittels einer Auswahl der Cluster 24 und der organischen Liganden¬ hüllen 28 in einfacher Weise sowohl die löcher¬ injizierende Elektrode 16 als auch die elektronen¬ injizierende Elektrode 14, insbesondere deren Elek¬ tronenaustrittsarbeit, zu definieren.

Als Nanomaterialien, das heißt, als Cluster 24, liegen beispielsweise ligandenstabilisierte Gold-, Platin-, Palladium-, Gold/Platin-, Gold/Palladium- Cluster und Chalcogenid-Cluster (die Übergangsmetalle Titan, Vanadium, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Zirkon, Niob, Rhodium, Palladium, Silber, Kadmium, Tantal, Iridium, Platin, Quecksilber verknüpft mit den Hauptgruppenelementen Phosphor, Arsen, Antimon, Schwefel, Selen, Tellur) vor.

Claims

Patentansprüche

1. Elektrolumineszierendes Schichtsystem mit einem zwischen zwei mit einer Gleichspannungsquelle ver¬ bindbaren Elektroden angeordneten, lichtemittierenden organischen Material, wobei eine erste Elektrode eine löcherinjizierende Elektrode. (Anode) und eine zweite Elektrode eine elektroneninjizierende Elektrode (Ka¬ thode) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die löcher¬ injizierende Elektrode (16) und/oder die elektronen¬ injizierende Elektrode (14) zumindest bereichsweise aus einem Nanomaterial besteht.

2. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach An¬ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nanoma¬ terial von in einer Matrix (26) eingebetteten Clustern (24) gebildet wird.

3. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Cluster (24) über organische Abstandshalter miteinander verbunden sind.

4. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach An¬ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Abstandshalter von organischen Ligandenhüllen (28) gebildet werden.

5. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Dimensionierung der Cluster (24) die Elektronenaustrittsarbeit der Elektroden (14) bzw.

(16) einstellbar ist.

6. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eine chemische Zusammensetzung der Cluster

(24) die Elektronenaustrittsarbeit der Elektroden

(14) bzw. (16) einstellbar ist.

7. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektroneninjizierende Elektrode (14) aus einer die Cluster (24) aufweisenden, elektroneninji¬ zierenden Schicht (20) und einer Kontaktierung (22) besteht.

8. Elektrolumineszierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die löcherinjizierende Elektrode (16) aus einer die Cluster (24) aufweisenden, löcherinjizierenden Schicht .(30) und einer Kontaktierung (32) besteht.