DE60308676T2

DE60308676T2 - Elektrolumineszierende vorrichtung

Info

Publication number: DE60308676T2
Application number: DE60308676T
Authority: DE
Inventors: A. Rifat HIKMET; A. Henricus VAN HAL; I. Eliav HASKAL
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: EP1506693A1; KR100956298B1; KR20040106514A; CN1653853A; JP4376774B2; WO2003096751A1; EP1506693B1; DE60308676D1; AU2003219382A1; US7459220B2; CN100468812C; US20050238908A1; JP2005525685A; ATE341183T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrolumineszierendes Panel, umfassend:

– ein geschlossenes Gehäuse;
– eine organische Einrichtung, die in dem Gehäuse aufgenommen ist und mehrere Pixel definiert, wobei die organische Einrichtung eine organische lumineszierende Schicht zwischen einer unteren und einer oberen Elektrodenschicht beinhaltet; und
– ein Gettermittel, das im Gehäuse angeordnet ist.

US-Patentschrift 5.124.204 beschreibt (in Verbindung mit 1) eine herkömmliche organische elektrolumineszierende Einrichtung, die hergestellt ist, indem auf einer Glasgrundplatte (2) eine untere transparente Elektrode (4), eine elektrolumineszierende Schicht (3), eine obere Elektrode (5) in dieser Reihenfolge gebildet wird. Um zu Verhindern, dass Feuchtigkeit das EL-Element erreicht, ist es durch eine Abdichtplatte (7) abgedeckt, die durch ein Haftmittel (6), wie z.B. ein Epoxidharz, der Glasgrundplatte (2) angehaftet ist. Unterhalb der Abdichtplatte (7) ist Feuchtigkeit absorbierendes Material (9) platziert.
EP 1 014 757 , EP 1 014 758 und EP 1 021 070 beschreiben eine organische elektrolumineszierende Einrichtung, die ein Substrat, eine organische elektrolumineszierende Struktur auf dem Substrat und ein Abdichtelement oder eine Folie umfasst, die die organische elektrolumineszierende Struktur einschließt. Die Einrichtung nach EP 1 014 757 umfasst ferner eine Mischung eines Trockenmittels und einer organischen Verbindung, die auf der Innenfläche des Abdichtelements angeordnet ist und einen Schmelzpunkt von 70 bis 200°C aufweist. Die Einrichtung nach EP 1 014 758 umfasst ferner eine Mischung eines Trockenmittels und einer organischen Verbindung mit hoher Molekularmasse, die auf der Innenfläche des Abdichtelements angeordnet ist und eine Wasserabsorption von bis zu 1,0% aufweist, gemessen bei 23°C über 24 Stunden nach ASTM D570. Die Einrichtung nach EP 1 021 070 umfasset ferner ein Trockenmittel, das sich auf der Innenseite eines Übergangs, um die Abdichtfolie auf dem Substrat zu fixieren, und auf der Außenseite eines Raumes befindet, in dem die organische elektrolumineszierende Struktur gebildet ist.
Um eine in hohem Maße zuverlässige organische elektrolumineszierende Einrichtung zu erhalten, muss eine große Menge Feuchtigkeit absorbierendes Material vorhanden sein, um in der Lage zu sein, Feuchtigkeit während der gesamten Lebensdauer der organischen elektrolumineszierenden Einrichtung zu absorbieren. Dies ist durch den Umstand bedingt, dass die Einrichtung nicht hermetisch abgedichtet ist, da der Epoxidklebstoff für Feuchtigkeit und auch andere Gase durchlässig ist.
Verschiedene Oxidstoffe, wie z.B. Phosphorpentoxid (P₂O₅), Alkalimetalloxid, Erdalkalimetalloxid, sind als Wasser absorbierendes Material vorgeschlagen worden. Die Erfindung ist auf die Erkenntnis gegründet, dass Alkalimetalle und Erdalkalimetalle als Feuchtigkeitsabsorbenzien hoher Kapazität arbeiten können. Derartige Materialien arbeiten nur dann wirksam, wenn sie eine große Oberfläche aufweisen. Daher müssen sie in der Form kleiner Partikel sein. Jedoch sind derartige Partikel, wenn sie eine große Oberfläche aufweisen, nicht sicher und verursachen Explosionen, wenn sie mit Luft in Kontakt kommen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes organisches elektrolumineszierendes Panel bereitzustellen, das mit einem (erd-)alkalimetallbasierten Getter mit hoher Kapazität und verringerter Reaktivität in Luft versehen ist.
Gemäß der Erfindung ist ein organisches elektrolumineszierendes Panel des im Oberbegriff beschriebenen Typs dadurch gekennzeichnet, dass das Gettermittel eine nichtoxidische Verbindung oder Legierung beinhaltet, die mindestens ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallelement umfasst, Alkalimetallhydrid und Erdalkalimetallhydrid ausgeschlossen, das in einem molekularen Maßstab dispergiert ist, wobei es dennoch ein aktiver Reaktant mit Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser ist. Bevorzugte Ausführungsformen des obigen Gettermittels umfassen ein Gettermaterial, das aus den folgenden Gruppen ausgewählt ist:

a) eine Legierung aus mindestens einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall mit einem anderen Metall;
b) (Erd-)Alkalimetallcarbid, (Erd-)Alkalimetallsilicid, (Erd-)Alkalimetallnitrid;
c) (Erd-)Alkalimetall, das in C, Si, Ge, Sn oder Pb interkaliert ist.

Indem es das erfinderische Gettermittel und insbesondere ein Gettermaterial aus einer der obigen Gruppen enthält, ist das erfinderische EL-Panel in der Lebensdauer wesentlich erhöht, während die Gefahr, dass das (Erd-)Alkalimetall mit Luft reagieren kann, minimiert worden ist. Mit dem Begriff „Interkalation" ist gemeint, dass die (Erd) Alkalimetallatome zwischen zwei Atomschichten des anderen Materials angeordnet sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform besitzt das Gettermaterial die Form von Partikeln, wobei die Partikel vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 0,01 bis 10 Mikrometer aufweisen. Die Partikel können z.B. in einem durchlässigen Beutel gepackt sein. Dies hat den Vorteil, dass der Getter die Feuchtigkeit oder die Gase aufnehmen kann, ohne dass sich der Innendruck im Gehäuse erhöht oder das Gettermaterial ausdehnt. Als Alternative können die Partikel zu einer porösen Struktur gesintert oder in einer Kunststofffolie dispergiert sein, die eine poröse Matrix bildet.
Die erfinderischen Gettermaterialien können vorteilhafterweise sowohl in so genannten durchlässigen Systemen als auch in so genannten hermetisch abgedichteten Systemen verwendet werden.
Mit dem Begriff durchlässige Systeme sind elektrolumineszierende Panels des Typs gemeint, in dem die organische Einrichtung von der Außenwelt durch ein Mittel getrennt ist, das (in gewissem Umfang) für Gase wie Sauerstoff und Wasserstoff sowie Feuchtigkeit durchlässig ist. Ein Beispiel ist z.B. ein Panel, dessen Gehäuse umfasst ein erstes Substrat, das die organische Einrichtung trägt, ein zweites Substrat, das über und in einem Abstand von der organischen Einrichtung angeordnet ist, ein (durchlässiges) organisches Abdichtmittel, das einen Raum zwischen den ersten und zweiten Substraten an Umfangsabschnitten derselben abdichtet.
Mit dem Begriff hermetisch abgedichtete Systeme sind elektrolumineszierende Panels des Typs gemeint, bei dem die organische Einrichtung von der Außenwelt durch eine undurchlässige Dichtung getrennt ist, sodass in beiden Richtungen keine Gase oder keine Feuchtigkeit die Dichtung durchdringen können. Ein Beispiel ist z.B. eine gekapselte Einrichtung, in der das Gehäuse umfasst ein Substrat, das die organische Einrichtung trägt, eine anorganische Abdichtschicht, die derart positioniert ist, dass sie eine laminierte Struktur mit der organischen Einrichtung bildet, und zusammen mit dem Substrat eine hermetisch abgedichtete Kapselung für die organische Einrichtung bildet.
Um als Feuchtigkeitsgetter zu wirken, ist der Getter im Gehäuse ohne Kontakt mit der organischen Einrichtung angeordnet.
Jedoch kann es im Falle hermetisch abgedichteter Einrichtungen notwendig sein, Gase wie z.B. Sauerstoff und Wasserstoff einzufangen, die sich während des Betriebs der Einrichtung in der organischen (Polymer-)Schicht bilden. Durch dieses Einfangen wird Erhöhung des Innendrucks vermieden. Die hier beschriebenen Feuchtigkeitsfallen können auch als Wasserstoff- und Sauerstofffallen wirken.
Um in der Lage zu sein, Wasserstoff und/oder Sauerstoff einzufangen, der in der organischen (Polymer-)Schicht erzeugt wird, muss der Getter in physikalischer Verbindung mit der organischen Schicht stehen. Mit dem Begriff in physikalischer Verbindung ist gemeint: in direktem oder indirektem Kontakt. Indirekter Kontakt bedeutet, dass der Getter von der organischen Schicht durch eine gasdurchlässige Schicht getrennt ist.
Dementsprechend ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem hermetisch abgedichteten System das Gettermaterial an einer Stelle befindet, die in physikalischer Verbindung mit der organischen Einrichtung steht.
Im Rahmen der Erfindung haben sich Legierungen aus mindestens einem (Erd-)Alkalimetall mit Al als sehr wirksam erwiesen, insbesondere Ba₄Al.
(Erd-)Alkalimetallsilicide, -carbide und -nitride haben sich ebenfalls als geeignet erwiesen. (Erd-)Alkalimetallhydride sind jedoch nicht geeignet. Calciumhydrid z.B. nimmt Feuchtigkeit gemäß dem folgenden Reaktionsschema auf: CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂+ 2H₂.
Dies bedeutet, dass zusammen mit der Entfernung von Wasser Wasserstoff generiert wird. Dies kann zu Explosionen insbesondere in einem großen Panel führen, z.B. wenn durch einen Riss im Glassubstrat oder in der Dichtung eine nennenswerte Menge H₂O in das Panel eintritt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Gettermittel, wie oben beschrieben, für allgemeine Zwecke.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen derselben unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher, wobei
1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Typs von elektrolumineszierendem Panel ist;
2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Typs von elektrolumineszierendem Panel ist;
1 zeigt ein elektrolumineszierendes (EL-)Anzeigepanel 1, das ein Glassubstrat 2 umfasst, auf dem mehrere Schichten mittels Prozessen aufgebracht worden sind, die im Allgemeinen auf dem Fachgebiet bekannt sind, wie z.B. physikalische oder chemische Abscheidung aus der Gasphase oder Tintenstrahldrucken. Die Einrichtung 1 umfasst eine aktive oder emissive Schicht 3, die ein organisches elektrolumineszierendes Material umfasst, wie z.B. ein Cumarin (organische LED) oder ein konjugiertes Polymer wie PPV (Poly(P-Phenylen-Vinylen)) oder ein PPV-Derivat (Polymer-LED), das sich zwischen zwei Mustern von Elektrodenschichten eines elektrisch leitenden Materials befindet. In diesem Beispiel umfassen die Elektrodenschichten Spalten- oder Datenelektroden 4, die direkt auf das Glassubstrat 2 aufgebracht sind, und Zeilen- oder Auswahlelektroden 5, die somit eine Matrix von Leuchtdioden (LEDs) bilden. Mindestens Elektrode 4 ist aus einem Material wie z.B. Indiumzinnoxid (Indium Tin Oxide, ITO) hergestellt, das für das Licht transparent ist, das durch die aktive Schicht 3 emittiert wird. Während des Betriebs werden die Spaltenelektroden 4 derart angesteuert, dass sie relativ zu den Zeilenelektroden 5 auf einer ausreichend hohen positiven Spannung sind, um Löcher in die aktive Schicht 3 zu injizieren.
Der Stapel aus Schichten 3, 4 und 5 ist in einem Hohlraum 8 enthalten, der durch ein Abdichtelement oder eine Abdeckung 7 gebildet ist, die durch ein Haftmittel 6 sicher am Glassubstrat 2 befestigt ist, wie z.B. ein wärmehärtbares Zweikomponenten-Epoxidharz. Der abgedichtete Behälter, der durch das Glassubstrat 2 und die Abdeckung 7 gebildet ist, die mithilfe des Haftmittels 6 auf dem Substrat 2 versiegelt ist, ist auf der Innenseite derart mit einem Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Getter 9 versehen, dass das Feuchtigkeit absorbierende Material in einem Abstand vom Stapel von Schichten 3, 4 und 5 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder der Getter 9 in einem durchlässigen Beutel enthalten sein, der an der Abdeckung 7 angebracht ist, wie in 1 abgebildet.
In einem Beispiel ist das Gettermaterial Ba₄Al in der Form von Partikeln, die eine mittlere Größe zwischen 0,01 und 10 Mikrometern aufweisen.
Jedoch sind auch die anderen zuvor erwähnten erfinderischen Gettermaterialien geeignet.
Das 1 Panel ist vom durchlässigen Typ, da es ein Abdichtelement oder eine Abdeckung 7 aufweist, das bzw. die durch ein Haftmittel 6 sicher am Glassubstrat 2 befestigt ist. Das Abdichtelement 7 steht nicht in physikalischem Kontakt mit der organischen Einrichtung.
Ein zweiter Typ von lumineszierendem Panel weist einen kompakteren Aufbau auf, in dem benachbarte Schichten in physikalischem Kontakt stehen, Es gibt keine Haftmittelnaht und keinen Feuchtigkeitsgetter (keine -falle).
2 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels eines hermetisch versiegelten elektrolumineszierenden Panels des Schichtstapel- (oder: laminierten) Typs. Ein Substrat 12, das ein Glassubstrat oder z.B. ein „passiviertes" Kunststoffsubstrat sein kann, trägt eine untere Elektrodenschicht 14, eine Schicht aus organischem elektrolumineszierendem (Polymer-)Material 13 und eine obere Elektrodenschicht 15, die gemeinsam die organische Einrichtung bilden. Der Schichtstapel 13, 14, 15 wird durch eine Abdichtschicht 17 aus anorganischem Material, z.B. einem Carbid oder einem Nitrid, insbesondere Siliciumnitrid, oder einem elektrisch isolierenden, feuchtigkeitsundurchlässigen Metalloxid vervollständigt, die die organische Einrichtung abdeckt. Gemeinsam mit Substrat 12 „kapselt" Abdichtschicht 17 die organische Einrichtung. Das sich ergebende EL-Panel 11 kann sehr dünn sein. Die organische elektrolumineszierende Schicht 13 kann eine oder mehrere organische Schichten umfassen. Im Folgenden wird der Ausdruck „organische Schicht" ungeachtet der Tatsache benutzt, ob es eine oder mehrere organische Schichten gibt.
Jedoch ist bei diesem Ansatz die Erzeugung von Wasserstoffgas während des Betriebs des Panels ein Problem. Das Gas wird hauptsächlich durch die Elektrolyse von Wasser erzeugt, das im elektrolumineszierenden Polymer verbleibt. Einige Vernetzungsreaktionen innerhalb des Polymers können ebenfalls zur Bildung von Wasserstoffgas innerhalb des Systems führen. Als Folge von Gaserzeugung kann Volumenausdehnung und Platzen und/oder Delaminierung des Stapels stattfinden. Aufgrund der hermetischen Kapselung kann das Gas nicht entweichen.
Um dieses Problem zu lösen, ist eine Wasserstofffalle 19 innerhalb des Schichtstapels 13, 14, 15, 17 an einer Stelle angeordnet, die in physikalischer Verbindung mit der organischen (Polymer-)Schicht 13 steht.
In der 2 Ausführungsform ist eine wasserstoffdurchlässige Schicht 18 an einer Stelle angeordnet, an der sie in physikalischem Kontakt mit oberer Elektrode 15 und in physikalischem Kontakt mit Wasserstoffgetter 19 steht. Über Poren in der Elektrodenschicht 15 und über die wasserstoffdurchlässige Schicht 18 steht Wasserstoffgetter 19 in physikalischer Verbindung mit Polymerschicht 13. Akkumulation von er zeugtem Wasserstoff an einem einzelnen Ort in der Getterschicht wird durch Verteilen des Wasserstoffs über eine große Fläche über die wasserstoffdurchlässige Schicht 18 verhindert.
Schicht 18 kann aus jedem Material sein, das für Wasserstoffgas durchlässig ist. Ein sehr spezielles Beispiel für Schicht 8 ist eine Schicht aus Palladium, die für Wasserstoff, aber nicht für andere Gase durchlässig ist. Andere Beispiele einer derartigen Schicht (auch in Kombination mit Palladium) sind anorganische Oxide, Nitride usw. (z.B. Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid). Üblicherweise erhält man während des Sputterns oder Verdampfens dieser Materialien Schichten, die für Gase durchlässig sind. Schicht 18 kann auch aus einem organischen Material mit einer hohen Glasübergangstemperatur sein.
Als Material für die anorganische Abdichtschicht 17 kann ein Nitrid, ein Oxinitrid, ein Metalloxid oder ein Metall verwendet werden. Man hat festgestellt, dass z.B. eine defektfreie Schicht Al per Vakuumbeschichtung mit einer Dicke im Bereich von 500-5000 å aufgebracht werden kann, um eine hermetische Dichtung zu erzeugen. In der 2-Ausführungsform wird eine Metallabdichtschicht 17 verwendet. Dies erfordert die Anordnung eines elektrischen Isolierungsmittels 16 zwischen der (Metall-)Abdichtschicht 17 und der unteren Elektrodenschicht 14, um ein Kurzschließen zu verhindern. Zum selben Zweck wird eine Schicht 20 aus elektrisch isolierendem Material mindestens über dem freiliegenden Abschnitt von oberer Elektrode 15 aufgebracht, bevor anorganische Abdichtschicht 17 aufgebracht wird. Das verwendete elektrische Isolierungsmaterial kann ein niedrig schmelzendes Glas oder ein keramisches Material sein.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrolumineszierendes Panel, umfassend:
ein geschlossenes Gehäuse;
eine organische Einrichtung, die in dem Gehäuse aufgenommen ist und mehrere Pixel definiert, wobei die organische Einrichtung eine organische lumineszierende Schicht zwischen einer unteren und einer oberen Elektrodenschicht beinhaltet; und
ein Gettermittel, das im Gehäuse angeordnet ist.
Das Gettermittel ist ein Gettermittel hoher Kapazität durch Einsetzen von Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen in der Form von nichtoxidischen Verbindungen oder Legierungen, in denen sie in molekularem Maßstab dispergiert sind, wobei sie dennoch aktive Reaktanten mit Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser sind.
Vorzugsweise umfasst das Gettermittel ein Gettermaterial, das aus den folgenden Gruppen ausgewählt ist:

a) eine Legierung aus mindestens einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall mit einem anderen Metall;
b) (Erd-)Alkalimetallcarbid, (Erd-)Alkalimetallsilicid, (Erd-)Alkalimetallnitrid;
c) mindestens ein (Erd-)Alkalimetall, das in C, Si, Ge, Sn oder Pb interkaliert ist.

Claims

Elektrolumineszierendes Panel, umfassend: – ein geschlossenes Gehäuse; – eine organische Einrichtung, die in dem Gehäuse aufgenommen ist und mehrere Pixel definiert, wobei die organische Einrichtung eine organische lumineszierende Schicht zwischen einer unteren und einer oberen Elektrodenschicht beinhaltet; und – ein Gettermittel, das im Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gettermittel eine nichtoxidische Verbindung oder Legierung beinhaltet, die mindestens ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallelement umfasst, Alkalimetallhydrid und Erdalkalimetallhydrid ausgeschlossen, das in einem molekularen Maßstab dispergiert ist, wobei es dennoch ein aktiver Reaktant mit Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser ist.
Elektrolumineszierendes Panel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gettermittel ein Gettermaterial umfasst, das aus den folgenden Gruppen ausgewählt ist: a) eine Legierung aus mindestens einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall mit einem anderen Metall; b) (Erd-)Alkalimetallcarbid, (Erd-)Alkalimetallsilicid, (Erd-)Alkalimetallnitrid; c) mindestens ein (Erd-)Alkalimetall, das in C, Si, Ge, Sn oder Pb interkaliert ist.
Elektrolumineszierendes Panel nach Anspruch 1, wobei das Gettermaterial in der Form von Partikeln ist.
Elektrolumineszierendes Panel nach Anspruch 1, wobei die Partikel eine Größe von 0,01 bis 10 Mikrometern aufweisen.
Elektrolumineszierendes Panel nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein Substrat, das die organische Einrichtung trägt, ein Abdichtelement, das über und in einem Abstand von der organischen Einrichtung angeordnet ist, und ein Abdichthaftmittel zum Kleben des Abdichtelements an das Substrat umfasst.
Elektrolumineszierendes Panel nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse umfasst ein Substrat, das die organische Einrichtung trägt, eine Abdichtschicht, die derart positioniert ist, dass sie eine laminierte Struktur mit der organischen Einrichtung bildet, und zusammen mit dem Substrat eine Kapselung für die organische Einrichtung bildet.
Elektrolumineszierendes Panel nach Anspruch 6, wobei das Gettermaterial sich an einer Stelle befindet, an der es in physikalischer Verbindung mit der organischen Einrichtung steht.
Gettermittel, das eine nichtoxidische Verbindung oder Legierung beinhaltet, die mindestens ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallelement umfasst, Alkalimetallhydrid und Erdalkalimetallhydrid ausgeschlossen, das in einem molekularen Maßstab dispergiert ist, wobei es dennoch ein aktiver Reaktant mit Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gettermittel ein Gettermaterial umfasst, das aus den folgenden Gruppen ausgewählt ist: a) eine Legierung aus mindestens eines Alkalimetalls mit einem anderen Metall; b) (Erd-)Alkalimetallcarbid, (Erd-)Alkalimetallsilicid, (Erd-)Alkalimetallnitrid; c) mindestens ein (Erd-)Alkalimetall, das in C, Si, Ge, Sn oder Pb interkaliert ist.