DE69016345T2

DE69016345T2 - Elektrolumineszierende anordnungen.

Info

Publication number: DE69016345T2
Application number: DE69016345T
Authority: DE
Inventors: Donal Donat Conor Cambridge Cb3 0D5 Bradley; Jeremy Henley Cold Spring Ny 00516 Burroughes; Richard Henry Cambridge Cb3 0Hr Friend
Original assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Current assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: GB8909011D0; CA2030785C; US5399502A; JPH04500582A; ES2070320T3; EP0423283A1; AU626415B2; KR920700480A; EP0423283B1; JP3239991B2; JP3249971B2; JPH1092576A; ATE117834T1; AU5428590A; BR9006718A; FI906271A0; CA2030785A1; WO1990013148A1; KR100189398B1; DE69016345D1

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrolumineszierende (EL) Anordnungen und insbesondere auf EL-Anordnungen, in denen die lichtemittierende Schicht ein Halbleiter ist.

Hintergrund der Erfindung

Elektronuminiszierende (EL) Anordnungen sind Gebilde, welche Licht emittieren, wenn an sie ein elektrisches Feld angelegt wird. Das herkömmliche Modell für den physikalischen Prozeß in einem Halbleiter, der hierzu verwendet wird, beruht auf der Strahlungskombination von Elektronen-Loch-Paaren, welche in den Halbleiter von entgegengesetzten Elektroden injiziert werden. Gewöhnliche Beispiele sind lichtemittierende Dioden, basierend auf GaP und ähnliche III-V Halbleiter. Obgleich diese Anordnungen effizient sind und weitgehend benutzt werden, sind sie in ihrer Größe begrenzt und nicht leicht oder ökonomisch in großflächigen Anzeigen benutzbar. Alternative Materialien, welche über große Flächen hergerichtet werden können, sind bekannt, und unter den anorganischen Halbleitern wurden die meisten Bemühungen auf ZnS gerichtet. Dieses System hat erhebliche praktische Schattenseiten, in erster Linie geringe Zuverlässigkeit. Es wird vermutet, daß der Mechanismus in ZnS einer ist, wo die Beschleunigung eines Typs von Trägern durch den Halbleiter unter einem starken elektrischen Feld lokale Anregung des Halbleiters verursacht, welche durch strahlende Emission abklingt.
Unter organischen Materialien sind einfache aromatische Moleküle wie Anthrazen, Perylen und Coronen dafür bekannt, daß sie Elektrolumineszenz zeigen. Die praktische Schwierigkeit mit diesen Materialien ist, so wie mit ZnS, ihre geringe Zuverlässigkeit zusammen mit Schwierigkeiten in der Abscheidung der organischen Schichten und der strominjizierenden Elektrodenschichten. Techniken, wie die Sublimation von dem organischen Material, leiden unter dem Nachteil, daß die resultierende Schicht weich ist, zur Rekristallisation neigt und nicht imstande ist, Hochtemperaturauftragung der oberen Kontaktschichten zu ertragen. Techniken wie die Langmuir-Blodgett Filmauftragung von geeignet modifizierten aromatischen Substanzen leiden unter geringer Filmqualität, Verdünnung des aktiven Materials und hohen Herstellungskosten.
Eine elektrolumineszierende Anordnung, die Anthrazen verwendet, ist in der US-A-3,621,321 offenbart. Diese Anordnung leidet unter hohem Energieverbrauch und geringer Lumineszenz. Beim Versuch, eine verbesserte Anordnung bereitzustellen, beschreibt die US-A-4,672,265 eine EL-Anordnung mit einer Doppelschichtstruktur als lumineszierende Schicht. Jedoch sind die vorgeschlagenen Materialien für die Doppelschichtstruktur organische Materialien, welche unter den oben genannten Nachteilen leiden.
Es wird auch auf einen Artikel im japanischen Journal of Applied Physics, Band 21, Nr. 6, Juni 1982, Seiten 860-864, mit dem Titel "Electroluminescence in Polyethylene Terephthalate (PET) I. Impulse voltage" verwiesen. Dieser Beschreibt eine elektrolumineszierende Anordnung, die mit dem Polymer PET gefertigt ist.
Die Erfindung stellt unter einem Aspekt eine elektrolumineszierende Anordnung bereit, die aufweist: eine lichtemittierende Schicht in der Form eines dünnen, dichten Polymerfilms, der mindestens ein Polymer aufweist; eine erste Kontaktschicht, die auf einer Seite der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist, so ausgewählt, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Anordnung Ladungsträger einer ersten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert werden; und eine zweite Kontaktschicht, die auf der anderen Seite der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Kontaktschicht so ausgewählt wird, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Anordnung Ladungsträger einer zweiten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert werden; und die lichtemittierende Schicht eine halbleitende konjugierte Polymerschicht aufweist, welche in einer Volumenfraktion vorhanden ist, die das Erreichen der Durchsickerungsschwelle für Ladungstransport ermöglicht, wobei dieses halbleitende konjugierte Polymer eine ausreichend niedrige Konzentration von extrinsischen Ladungsträgern hat, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Kontaktschicht über die lichtemittierende Schicht, um so die zweite Kontaktschicht gegenüber der ersten Kontaktschicht positiv zu machen, Ladungsträger der ersten und zweiten Art in die lichteinittierende Schicht injiziert werden und kombinieren, um Ladungsträgerpaare in dem halbleitenden konjugierten Polymer zu bilden, wobei diese Paare strahlend zerfallen, so daß Strahlung von diesem konjugierten Polymer emittiert wird.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis durch die Erfinder, daß halbleitende konjugierte Polymere dazu veranlaßt werden können, Elektrolumineszenz durch die Injektion von Ladungsträgern von geeigneten Kontaktschichten zu zeigen.
Halbleitende konjugierte Polymere an sich sind bekannt. Beispielsweise wird ihre Verwendung in einem optischen Modulator in der EP-A-0294061 diskutiert. In diesem Fall wird Polyacetylen als aktive Schicht in einer modulierenden Struktur zwischen erster und zweiter Elektrode verwendet. Es ist notwendig, eine Isolationsschicht zwischen einer der Elektroden und der aktiven Schicht anzuordnen, um so eine Raumladungszone in der aktiven Schicht zu erzeugen, welche den optischen Modulationseffekt erhöht. Eine solche Struktur kann keine Elektrolumineszenz zeigen, da die Gegenwart der Raumladungsschicht der Formation von Elektronen/Loch- Paaren vorbeugt, deren Zerfall die Strahlung erhöht. Es wird in jedem Fall klar, daß die Darlegung der Elektrolumineszenz in der EP-A-0294061 vollkommen unerwünscht wäre, da der optische Modulationseffekt dadurch zusammenbrechen würde.
In der erfindungsgemäßen Anordnung ist das konjugierte Polymer bevorzugt Poly(p-Phenylenvinylen) [PPV], und die erste ladungsinjizierende Kontaktschicht eine dünne Schicht aus Aluminium, wobei eine Fläche eine dünne Oxidschicht gebildet hat, wobei die erste Fläche der halbleitenden Schicht im Kontakt mit der Oxidschicht ist und die zweite ladungsinjizierende Kontaktschicht eine dünne Schicht aus Aluminium oder Gold ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das konjugierte Polymer PPV, die erste Kontaktschicht Aluminium oder einer Legierung aus Magnesium und Silber, und die zweite Kontaktschicht Indiumoxid.
In noch einer anderen Ausführungsform ist das konjugierte Polymer PPV, und eine der Kontaktschichten nichtkristallines Silizium und die andere Kontaktschicht ist ausgewählt aus der Gruppe, die aus Aluminium, Gold, Magnesium/Silber-Legierung und Indiumoxid besteht.
Diese Ausführungensform können erzeugt werden durch Niederlegen entweder der ersten Kontaktschicht oder der zweiten Kontaktschicht auf ein Substrat, durch Anbringen eines dünnen Films von PPV und dann durch Niederlegen der anderen der ersten und zweiten Kontaktschicht.
Der Polymerfilm ist bevorzugt aus im wesentlichen gleichmäßiger Dicke im Bereich von 10 nm bis 5 µm, und das konjugierte Polymer hat einen Halbleiterbandabstand im Bereich von 1eV bis 3,5eV. Ferner ist die Größe des konjugierten Polymers in dem elektrolumineszierenden Bereich des Polymerfilms genügend, um die Durchsickerungsschwelle für Ladungstransport in dem konjugierten Polymer zu erreichen, welches im Film vorhanden ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrolumineszierenden Anordnung bereitszustellen, das umfaßt, eine Schicht eines lichtemittierenden Polymers zwischen der ersten und der zweiten Kontaktschicht vorzusehen, wobei die erste Kontaktschicht so ausgewählt ist, daß ein Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Anordnung Ladungsträger einer ersten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Niederlegung einer der ersten und zweiten Kontaktschicht; b) Auftragung einer Schicht von Vorläufer-Polymer als ein Polymerfilm auf der Kontaktschicht und dann Erhitzung des abgelagerten Vorläufer-Polymers auf eine hohe Temperatur, um die lichtemittierende Schicht als ein halbleitendes konjugiertes Polymer zu bilden; und c) Bereitstellung der anderen der ersten und zweiten Kontaktschicht, wobei die zweite Kontaktschicht ausgewählt und so angeordnet wird, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an die Anordnung Ladungsträger einer zweiten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert werden, wobei das halbleitende konjugierte Polymer eine ausreichend niedrige Konzentration von extrinsischen Ladungsträgern hat, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Kontaktschicht über eine halbleitende Schicht, um so die zweite Kontaktschicht positiv gegenüber der ersten Kontaktschicht zu machen, Ladungsträger der ersten und zweiten Art in die halbleitende Schicht injiziert werden und kombinieren, um Ladungsträgerpaare in dem konjugierten Polymer zu bilden, wobei diese Paare strahlend zerfallen, so daß Strahlung von diesem konjugierten Polymer emittiert wird.
Mit konjugiertem Polymer ist ein Polymer gemeint, welches ein delokalisiertes π-Elektronensystem entlang der Polymerhauptkette besitzt; das delokalisierte π-Elektronensystem verleiht dem Polymer halbleitende Eigenschaften und gibt ihm die Fähigkeit des Tragens positiver und negativer Ladungsträger mit hoher Beweglichkeit entlang der Polymerkette. Solche Polymere werden beispielsweise diskutiert von R.H. Friend im Journal of Molecular Electronics 4 (1988), Januar-März, Nr. 1, Seiten 37-46.
Es wird angenommen, daß der der Erfindung unterliegende Mechanismus so ist, daß die positive Kontaktschicht positive Ladungsträger in den Polymerfilm injiziert und die negative Kontaktschicht negative Ladungsträger in den Polymerfilm injiziert, wobei diese Ladungsträger kombinieren, um Ladungsträgerpaare zu bilden, welche strahlend zerfallen. Um dies zu erreichen, wird die positive Kontaktschicht bevorzugt so ausgewählt, daß sie eine hohe Austrittsarbeit hat und die negative Kontaktschicht, daß sie eine niedrige Austrittsarbeit hat. Deshalb weist die negative Kontaktschicht ein elektroneninjizierendes Material auf, zum Beispiel ein Metall oder einen dotierten Halbleiter, welches die Injektion von Elektronen in die polymere Halbleiterschicht gestattet, wenn es in Kontakt mit der polymeren Halbleiterschicht angeordnet ist und negativ bezüglich des polymeren Halbleiters durch Anlegen eines externen Potentials über den Schaltkreis gemacht ist. Die positive Kontakt schicht weist ein löcherinjizierendes Material auf, zum Beispiel ein Metall oder einen dotierten Halbleiter, das die Injektion von positiven Ladungen, allgemein als "Löcher" bezeichnet, in die polymere halbleitende Schicht gestattet, wenn es im Kontakt mit der polymeren Halbleiterschicht angeordnet ist und positiv bezüglich der polymeren Halbleiterschicht durch Anlegen eines externen Potentials über den Schaltkreis gemacht ist.
Um die gewünschte Elektrolumineszenz herzustellen, muß der Polymerfilm im wesentlich frei von Fehlstellen sein, welche als nicht strahlende Rekombinationszentren wirken, da solche Fehlstellen Elektrolumineszenz verhindern.
Mit "dichtem" Polymerfilm ist gemeint, daß der Polymerfilm nicht gefasert ist und im wesentlichen frei von Leerstellen bzw. Poren.
Eine oder jede der Kontaktschichten kann, in Ergänzung zur Schicht des ladungsinjizierenden Materials, eine weitere Schicht eines Materials einschließen, bevorzugt eines organischen Materials, welches der Steuerung des Verhältnisses der Injektion von Elektronen und Löchern in die EL-Schicht und der Sicherstellung, daß stahlender Zerfall abseits von dem ladungsinjizierenden Material der Kontaktschichten stattfindet, dient.
Der Film aus konjugiertem Polymer umfaßt bevorzugt ein singuläres konjugiertes Polymer oder ein singuläres Co-Polymer, welches Segmente von konjugiertem Polymer enthält. Alternativ kann der Film des konjugierten Polymers aus einer Mischung aus konjugiertem Polymer oder Co-Polymer mit einem anderen geeigneten Polymer bestehen.
Weitere bevorzugte Merkmale des Polymerfilms sind:
(i) daß das Polymer beständig sein sollte gegen Sauerstoff, Feuchtigkeit und Exposition zu erhöhten Temperaturen;
(ii) daß der Polymerfilm eine gute Haftung an einer darunter liegenden Schicht, gute Widerstandsfähigkeit gegen thermisch bedingte und belastungsbedingte Sprungbildung und gute Widerstands fähigkeit gegen Schrumpfung, Schwellung, Rekristallisation oder andere morphologische Veränderungen haben sollte;
(iii) daß der Polymerfilm nachgiebig sein sollte gegenüber Ionen/atomaren Wanderungsprozessen, zum Beispiel aufgrund von hoher Kristallinität und einer hohen Schmelztemperatur.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Der Film des konjugierten Polymers ist bevorzugt ein Film aus Poly(p-Phenylvinylen) [PPV] der Formel
worin der Phenylring wahlweise einen oder mehrere Substituenten trägt, wobei jeder unabhängig aus Alkyl (bevorzugt Methyl), Alkyloxy (bevorzugt Methoxy oder Ethoxy), Halogen (bevorzugt Chlor oder Brom) oder Nitro ausgewählt ist.
Andere konjugierte Polymere, die von Poly(p-Phenylenvinylen) abstammen, sind auch geeignet zur Benutzung als Polymerfilm in den EL-Anordnungen der Erfindung. Typische Beispiele solcher Derivate sind Polymere, die erhalten werden durch:
(i) Ersetzen des Phenylenrings in Formel (I) mit einem verschmolzenen Ringsystem, z.B. Ersetzen des Phenylenrings mit einem Anthrazen- oder Naphthalenringsystem, um Strukturen zu erhalten, wie:
Diese alternativen Ringsysteme können auch einen oder mehrere Substituenten des oben in Bezug auf den Phenylenring beschriebenen Typs tragen.
(ii) Ersetzen des Phenylenrings durch ein heterozyklisches Ringsystem, wie beispielsweise einen Furanring, um Strukturen zu erhalten, so wie:
Der Furanring kann wie zuvor einen oder mehrere Substituenten des oben in Bezug auf die Phenylenringe beschriebenen Typs tragen.
(iii) Erhöhung der Anzahl der Venylenhälften, die mit jedem Venylenring (oder jedem der anderen alternativen Ringsysteme, die oben in (i) und (ii) beschrieben sind), um Strukturen zu erhalten, so wie:
worin y steht für 2, 3, 4, 5, 6, 7 , ...
Wiederum können die Ringsysteme die oben beschriebenen verschiedenen Substituenten tragen.
Diese mannigfaltig verschiedenen PPV-Derivate werden verschiedene Halbleiterenergiesprünge besitzen; dies sollte die Konstruktion von elektrolumineszierenden Anordnungen erlauben, welche Emissionen bei verschiedenen Wellenlängen haben und den gesamten sichtbaren Bereich des Spektrums abdecken.
Der Film aus konjugiertem Polymer kann durch Mittel der chemischen und/oder thermischen Behandlung eines gelöst verarbeitbaren oder geschmolzen verarbeitbaren "Vorläufer"-Polymers bereitet werden. Das letztere kann vor der folgenden Transformation zum konjugierten Polymer über eine Eliminierungsreaktion in die gewünschte Form gereinigt oder vorverarbeitet werden.
Filme der verschiedenen PPV-Derivate, wie oben beschrieben, können auf ein leitendes Substrat in ähnlicher Weise durch Benutzung eines geeigneten Sulfonium-(sulphonium)-vorläufers angebracht werden.
Unter bestimmten Umständen kann es vorteilhaft sein, Polymervorläufer zu benutzen, welche eine höhere Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln haben als die Sulfoniumsalzvorläufer (III). Erhöhte Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln kann durch Ersetzen der Sulfoniumhälften in dem Vorläufer durch eine weniger hydrphile Gruppe, so wie eine Alkoxy-Gruppe (gewöhnlich Methoxy) oder eine Pyridiniumgruppe erreicht werden.
Typischerweise wird ein Film aus Poly(Phenylenvinylen) auf ein leitendes Substrat durch eine Methode angebracht, welche auf ein Reaktionsschema aufbaut, so wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Das Sulfoniumsalzmonomer (II) wird in ein Vorläufer-Polymer (III) in wässriger Lösung oder in einer Lösung von Methanol/Wasser oder Methanol umgewandelt. Solch eine Lösung von Vorläufer-Polymer (III) kann auf ein leitendes Substrat durch Mittel der Standardschleuderbeschichtungstechniken angebracht werden, so wie sie in der Halbleiterindustrie für Fotoresistverarbeitung benutzt werden. Der resultierende Film des Vorläufer-Polymers III kann dann in Poly(Phenylenvinylen) (I) durch Erhitzen auf Temperaturen typischerweise im Bereich von 200-350ºC umgewandelt werden.
Details der notwendigen ßedingungen für die chemische Synthese des Monomers (II), seiner Polymerisation zum Vorläufer (III) und seiner thermischen Umwandlung zu PPV sind in der Literatur beschrieben, z.B. in D.D.C. Bradley, J. Phys. D (Applied Physics) 20, 1389 (1987); und J.D. Stenger Smith, R.W. Lenz und G. Wegner, Polymer 30, 1048 (1989).
Wir haben herausgefunden, daß mit Poly(Phenylenvinylen) Filme einer Dicke im Bereich von 10 nm bis 10 µm erreicht werden können. Es wurde herausgefunden, daß diese PPV-Filme sehr wenige Defekte (pin holes) haben. Der PPV-Film hat einen Halbleiterenergiesprung (-energielücke) von etwa 2,5 eV (500 nm); er ist robust, zeigt geringe Reaktion mit Sauerstoff bei Raumtemperatur und ist beständig in der Luft bei Temperaturen weit über 300ºC hinaus.
Erhöhte Ordnung in dem konjugierten Material kann erreicht werden durch Modifizierung der belassenen Gruppe des Vorläufer-Polymers, um sicherzustellen, daß die Elimination fließend über eine einfache Reaktion vonstatten geht, ohne Erzeugung zusätzlicher Zwischenstrukturen. Auf diese Weise kann beispielsweise die normale Dialkylsulphoniumhälfte durch eine Tetrahydrothiopheniumhälfte ersetzt werden. Die letztere löst sich wie eine einzige belassene Gruppe heraus ohne Umsetzung, wie es bei Dialkylsulfid zu sehen ist, in ein Alkylmerkaptan. In den hier beschriebenen Beispielen schließen die verwendeten Vorläufer-Polymere beide sowohl die mit Dimetylsulfid als auch die mit Tetrahydrothiophen als belassene Gruppe ein. Beide Vorläufer erzeugen Filme von PPV, die geeignet sind für die Benutzung in Anordnungsstrukturen, wie im Beispiel unten gezeigt.
Ein weiteres Material, welches geeignet zur Bildung des Films des konjugierten Polymers sein kann, ist Poly(Phenylen).
Dieses Material kann dadurch bereitet werden, daß von biologisch synthetisierten Derivaten von 5,6-Dihydroxycyclohexa-1,3-Dienen ausgegangen wird. Diese Derivate können durch die Verwendung von Radikalinitiatoren in ein Polymervorläufer polymerisiert werden, das in einem einfachen organischen Lösungsmittel löslich ist. Diese Darstellung von Poly(Phenylen) ist noch dazu vollständig in Ballard et al, J. Chem. Soc. Chem. Comm. 954 (1983) beschrieben.
Eine Lösung von dem Polymervorläufer kann als ein dünner Film auf ein leitendes Substrat schleuderbeschichtet werden und dann zu dem konjugierten Poly(Phenylen)-Polymer durch eine Hitzebehandlung, typischerweise im Bereich von 140 - 240ºC, umgewandelt werden.
Copolymerisation mit Vinyl oder Dienmonomeren kann auch durchgeführt werden, um Phenylcopolymere zu erhalten.
Eine weitere Kategorie von Materialien, welche verwendet werden können, um den gewünschten Film konjugierten Polymers zu bilden, ist ein konjugiertes Polymer, welches selbst entweder gelöst verarbeitbar oder geschmolzen verarbeitbar ist, aufgrund von der Gegenwart von umfangreichem Pendant- Seitengruppen, die an der konjugierten Hauptkette angebunden sind, oder aufgrund des Einschlusses des konjugierten Polymers in eine copolymere Struktur, von der eine oder mehrere Komponenten nicht konjugiert sind. Beispiele des Vorerwähnten schließen ein:
(a) Poly(4,4'-Diphenylendiphenylvinylen) [PDPV] ist ein Arylenvinylenpolymer, in welchem beide Vinylen-Kohlenstoffe durch Phenylringe substituiert sind. Es ist in gewöhnlichen organischen Lösungsmitteln löslich, wobei auf diese Weise die Bereitung dünner Filme ermöglicht wird.
(b) Poly(1,4-Phenylen-1-Phenylvinylen) und Poly(1,4-Phenylendiphenylvinylen)-Polymere sind analog zu PPV, in denen jeweils eine oder beide Vinylen-Kohlenstoffe mit Phenylgruppen substituiert sind. Beide sind in organischen Lösungsmitteln löslich und können in dünne Filmformen gegossen oder geschleudert bzw. gesponnen werden.
(c) Poly(3-Alkylthiophen)-Polymere (Alkyl ist eines der folgenden: Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl usw.), welche gelöst in gewöhnlichen organischen Lösungsmittel verarbeitbar sind und welche bei längeren Alkylseguenzen (Alkyl größer als oder gleich Oktyl) auch geschmolzen verarbeitbar sind.
(d) Poly(3-Alkylpyrrol)-Polymere, welche erwartungsgemäß ähnlich sind wie die Poly(3-Alkylthiophen)-Polymere.
(e) Poly(2,5-Dialkoxy-p-Phenylenvinylen)-Polymere mit Alkyl größer als Butyl sind gelöst verarbeitbar.
(f) Poly(Phenylacetylen) ist ein Polyacetylenderivat, in welchem die Wasserstoffatome entlang der Kette durch Phenylgruppen ersetzt sind. Diese Substitution macht das Material löslich.
Unter Umständen kann es auch geeignet sein, Polymermischungen des konjugierten Polymers mit anderen Polymeren zu bilden, um so die gewünschte Verarbeitbarkeit des Polymers zu erhalten und dadurch die Bildung des gewünschten dünnen gleichmäßigen Films des Polymers auf dem leitenden Substrat (die ladungsinjizierende Kontaktschicht) zu erleichtern.
Wenn solche Copolymere oder Polymermischungen zur Bildung des Films des konjugierten Polymers verwendet werden, muß die aktive Zone der elektrolumineszierenden Anordnung, welche den Film des konjugierten Polymers aufnimmt, eine Volumenfraktion des konjugierten Polymers beinhalten, welche größer oder gleich der Durchsickerungsschwelle des Copolymers oder der Polymermischung ist.
Die halbleitende elektrolumineszierende Schicht kann als zusammengesetzte Schicht gebildet werden, mit Schichten von Polymeren mit verschiedenen Bandabständen und/oder Majoritätsladungsarten, so daß beispielsweise eine Konzentration der von der ladungsinjizierenden Kontaktschicht injizierten Ladung innerhalb eines bestimmten Bereiches der EL-Anordnung erreicht werden kann. Zusammengesetzte Schichten können durch sukzessive Auftragungen von Polymerschichten hergestellt werden. Falls die Filme in Form des Vorläufers durch Schleuder- oder Ziehbeschichtung auf das konjugierte Polymer aufgetragen werden, macht der Umwandungsprozeß des konjugierten Polymers den Film unlöslich, so daß folgende Schichten ohne Lösung des vorher aufgetragenen Films in ähnlicher Weise angebracht werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnung Bezug genommen, in der
Fig. 1 eine Formelzeichnung ist, die ein Reaktionsschema zum Niederlegen des konjugierten Polymers zeigt;
Fig. 2 und 3 Skizzen einer elektrolumineszierenden Anordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung sind;
Fig. 4 ein Diagramm des elektrolumineszierenden Outputs der Anordnung ist, die gemäß Fig. 2 und 3 beschrieben ist;
Fig. 5 und 6 grafische Darstellungen des Stromes gegen die Lichtemission und Ausgangsintensität gegen angelegte Spannung sind, jeweils für eine elektrolumineszierende Anordnung gemäß eines anderen Beispiels der Erfindung; und
Fig. 7 und 8 grafische Darstellungen jeweils des Stromoutputs und der elektrolumineszenten Intensität eines weiteren Beispiels der Erfindung sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

Bezugnehmend auf Figuren 2 und 3 wurde eine EL-Anordnung wie folgt gebildet:
Auf eine obere Fläche eines Substrates aus Glas, zum Beispiel ein Silikat- oder Borosilikatglas 1 von etwa 1 mm Dicke wurde eine erste ladungsinjizierende Kontaktschicht 2 gebildet. Die erste ladungsinjizierende Kontaktschicht wurde durch thermische Evaporation von Aluminium durch eine Lochmaske, resultierend in einer Schicht von etwa 20 nm Dicke, gebildet. Die Lochmaske wurde zur Bestimmung eines Musters aus einer Serie von parallelen Streifen der Weite 2mm, Abstand 2 mm und Länge 15 mm verwendet. Die resultierende ladungsinjizierende Aluminium-Kontaktschicht wurde dann der Luft ausgesetzt, um die Bildung einer dünnwandigen Oxidschicht 3 zu gestatten. Diese bildete dann die elektroneninjizierende Kontaktschicht.
Eine Lösung des Vorläufers von PPV in Methanol, mit einer Konzentration im Bereich von 1 Gramm Polymer auf 10 bis 25 ml Methanol wurde auf das oben beschriebene Kombinationssubstrat schleuderbeschichtet. Dieses wurde durch Ausbreitung der Polymerlösung über die gesamte Fläche des Kombinationssubstrats und dann durch Schleudern des Substrats erreicht, wobei seine obere Fläche horizontal gehalten wurde, um eine vertikale Achse mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5000 U/min. Das resultierende Substrat und die Vorläufer-Polymerschicht wurden dann in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 300ºC 12 Stunden lang erhitzt. Diese Hitzebehandlung wandelte das Vorläufer-Polymer in PPV um, und der resultierende PPV-Film 4 hatte eine Dicke im Bereich von 100-300 nm. Die minimalen Anforderungen an die Dicke des Films werden durch die Filmleitfähigkeit bestimmt, und eine untere Grenze liegt im Bereich von 20 nm. Wie auch immer liegt der bevorzugte Bereich der Dicke im Bereich von 20 nm bis 1 µm.
Eine zweite ladungsinjizierende Kontaktschicht 5 wurde dann durch Evaporation von Gold oder Aluminium auf dem PPV-Film gebildet. Wieder wurde eine Lochmaske zur Bestimmung eines Musters auf der Fläche des PPV-Films benutzt, so daß eine Serie von parallelen Streifen der Weite 2mm, des Abstands 2mm und der Länge 15mm durch rechtwinklige Drehung bezüglich der ersten ladungsinjizierenden Kontaktschichtstreifen gebildet wurde. Die Dicke der zweiten ladungsinjizierenden Kontaktschicht war im Bereich von 20 bis 30 nm. Diese bildete dann die löcherinjizierende Kontaktschicht.
Es wird bevorzugt, daß mindestens eine der ladungsinjizierenden Kontaktschichten durchlässig, d.h. transparent, oder halbdurchlässig, d.h. semitransparent, ist, um Lichtemission der EL-Anordnung senkrecht zu der Ebene der Anordnung zu gestatten. Dieses wird hier durch Aluminium- und Goldschichten von einer Dicke, nicht größer als 30mm erreicht. Bei einer Anordnung mit einer Dicke der PPV-Schicht von etwa 200 nm liegt die Schwellspannung für Ladungseinbringung und das Auftreten von starker Elektrolumineszenz etwa bei 40 Volt. Diese Spannung ergibt eine Schwelle für das elektrische Feld von 2 x 10&sup6; Vcm&supmin;¹. Bei einer Stromdichte von 2mA/cm² war die Lichtemission durch die halbdurchlässigen Elektroden für das Auge unter normalen Lichtbedingungen sichtbar. Der Output der Anordnung zeigte nur eine geringe Abhängigkeit von Frequenzen bis zu 100 kHz hinauf. Dies demonstriert, daß die Reaktionszeit bzw. Ansprechzeit der EL-Anordnung sehr kurz und schneller als 10 Mikrosekunden ist. Während der Benutzung wurde die EL-Anordnung in der Luft ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen betrieben und zeigte keine offensichtlichen Anzeichen der Degradation.
Der Lichtoutput der Anordnung wurde mit einem Gittermonochromator spektral aufgelöst und mit einem Siliziumfotoelement aufgenommen, und Messungen wurden sowohl bei Raumtemperatur (20ºC) als auch bei niedrigen Temperaturen, wobei die Anordnung in einem Kryostat mit optischem Zugriff gehalten wurde, ausgeführt. Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt. Das EL-Spektrum zeigt den Lichtoutput über dem spektralen Bereich von 690 bis 500 nm (1,8 bis 2,4 eV) mit separierten Spitzen bei etwa 0, 15 eV, welche sich in ihrer Position etwas mit der Temperatur verschieben.
Andere Materialien, die geeignet für die Verwendung in einer elektroneninjizierenden Kontaktschicht sind, weil sie eine niedrige Austrittsarbeit bezüglich der EL-Schicht haben, sind: n-dotiertes Silizium (amorphes oder kristallines), Silizium mit einer Oxidbeschichtung, Alkali und Erdalkalimetalle, entweder rein oder in Verbindung mit anderen Metallen sowie Ag. Es können auch dünne Schichten von "n-Typ-dotierten" konjugierten Polymeren zwischen eine metallische Schicht und eine elektrolumineszierende Polymerschicht gelegt werden, um die elektroneninjizierende Kontaktschicht zu bilden.
Andere Materialien, die zur Verwendung als löcherinjizierende Kontaktschicht geeignet sind, weil sie eine hohe Austrittsarbeit in Bezug auf die EL-Schicht haben, sind: Indium-/Zinnoxide (welche durchlässig im sichtbaren Bereich des Spektrums sind), Platin, Nickel, Palladium und Graphit. Auch dünne Schichten von "p-Typ-dotierten" konjugierten Polymeren, wie beispielsweise elektrochemisch polymerisiertes Polypyrol oder Polythiophen, können zwischen eine metallische Schicht und die elektrolumineszierende Polymerschicht gelegt werden, um die löcherinjizierende Kontakt schicht zu bilden.
Die oben genannten Materialien können wie folgt angewendet werden: Alle Metalle, mit Ausnahme derer mit sehr hohen Schmelzpunkttemperaturen, wie beispielsweise Platin, können durch Evaporation aufgetragen bzw. abgeschieden werden; alle Metalle einschließlich Indium-/Zinnoxid können durch Verwendung von Gleichstrom- oder Hochfrequenzabtragung bzw. -zerstäubung und auch durch Elektronenstrahlevaporation aufgetragen werden; Auftragung von amorphem Silizium kann durch Auftragung infolge von Glimmentladung bzw. Gasentladung von Mischungen aus Silan und Dotiermitteln, wie Phosphin, bewerkstelligt werden.
Im folgenden finden sich einige Beispiele von Strukturen, die diese Materialien benutzen.

Beispiel 2

Die Struktur dieses Beispiels ist als eine Serie von Schichten auf ein Glassubstrat aufgebaut. Zunächst wurde eine Schicht von leitendem, jedoch transparentem Indiumoxid auf das Substrat durch einen Prozeß unter Hineinbeziehung von Ionenstrahlabtragung bzw. Zerstäubung von einem Indium-Target in der Gegenwart von Sauerstoff aufgetragen.
In einem Cryopumpensystem mit einem Sohldruck von 10&supmin;&sup8; mbar (1 Bar = 10&sup5; Pascal) werden Exemplare bereitet. Das Substrat ist wassergekühlt, wobei es auf Raumtemperatur für alle hier verwendeten Auftragungen verbleibt. Ionenstrahlabtragung bzw. Zerstäubung von einem Indium-Target mit Auftragungsraten von typischerweise 0,1 nm/sec in der Gegenwart von einem Sauerstoffdruck von typischerweise 2 x 10&supmin;&sup4; mbar erzeugte Filme von transparentem Indiumoxid mit spezifischen Widerständen von typischerweise 5 x 10&supmin;&sup4; Xcm. Typische Dichten von 100 nm geben spezifische Schichtwiderstände von etwa 50 X pro Quadrat. Solche Filme haben einen optischen Durchlässigkeitskoeffizienten im sichtbaren Bereich des Spektrums von besser als 90%.
Diese Filme haben eine ainorphe Struktur, wie mit Röntgenund Elektronendiffraktionsmessungen bestimmt wurde.
Als nächstes wird eine Schicht von PPV auf die Indiumoxidschicht unter Verwendung der oben in Beispiel 1 beschriebenen Prozedur aufgetragen. Schließlich wird ein oberer Kontakt aus Aluminium durch Evaporation und mit einer typischen Dicke von 50 nm aufgetragen. Diese Struktur wird mit der Indiumoxidkontaktschicht, die als positiver Kontakt arbeitet, und dem Aluminiumkontakt als negativer Kontakt betrieben. Lichtemission kann durch die Indiumoxidschicht beobachtet werden.
Ergebnisse einer in dieser Weise gebildeten Struktur mit einer Schicht aus PPV mit einer Dicke von 70 nm und einer aktiven Fläche von 2mm² sind in den Figuren 5 und 6 gezeigt. In Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Schwelle für Stromfluß in Verbindung mit Lichtemission bei etwa 14 V liegt. Die Änderung in der Intensität des spektralintegrierten Lichtoutputs der Anordnung ist als Funktion des Stromes in Fig. 6 gezeigt.

Beispiel 3

Die Herstellung dieser Struktur ist bis zum oberen Metallkontakt wie in Beispiel 2. An dieser Stelle tragen wir durch Evaporation eine Legierung aus Silber und Magnesium auf, um den oberen Kontakt zu bilden, der als negativer Kontakt arbeitet. Die Evaporation wird durch Erhitzung einer Mischung aus Silber- und Magnesiumpulvern in einem molaren Verhältnis von 1:10 in einem Schiffchen durchgeführt, und Filmdicken von typischerweise 50 nm wurden aufgetragen. Magnesium ist als Material für die negative Elektrode wünschenswert, da es eine niedrige Austrittsarbeit hat. Der Zusatz von Silber zur Bildung der Legierung verbessert die Adhäsion des Metallfilms zur Polymerschicht, und verbessert ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation. Die Strom-/Spannungs- und EL-Eigenschaften dieser Exemplare sind ähnlich bzw. gleich denen in Beispiel 2 beschriebenen.

Beispiel 4

Diese Strukturen wurden mit einer Schicht aus amorphen Siliziumhydrogenverbindungen hergestellt, die als negative Elektrode und Indiumoxid als positive Elektrode wirken. Ein Glassubstrat wird mit einer evaporierten Metallkontaktschicht aus Aluminium oder Chrom verwendet. Der amorphe Siliziumhydrogenfilm wurde dann durch Hochfrequenz-(HF) abtragung bzw. Zerstäubung aufgetragen, wie unten genauer beschrieben wird.
Der verwendete HF-Abtrager bzw. Zerstäuber hat zwei Targets, ein mit flüssigem Stickstoff gekühlter Getter und wird mit einem Abstand zwischen Target und Substrat von 8 cm betrieben. Die Kammer hat einen Sohldruck von 5 x 10&supmin;&sup8; mbar. Die Targets des Magnetrons sind mit Schichten von ndotierten Si-Wafern bis zu einer Dicken von 3 mm bepackt. Die Targets werden durch Vorabtragung bzw. vorzerstäubung ein bis zwei Stunden vor der Auftragung der Exemplare gereinigt. Substrate, die wie oben bereitet werden, werden strahlend erhitzt, so daß die Temperatur auf der Rückseite der 3 cm dicken Cu- und Al-Substratplatte bei 250 bis 300ºC liegt. Die Substrate werden mit etwa 6 Umdrehungen/min gedreht. Das verwendete Abtragungs- bzw. Zerstäubungsgas ist 30% H&sub2; in Ar, bei einem Druck von 0,007-0,013 mbar, und passiert während der Auftragung fortlaufend die Kammer. Die verwendete HF-Leistung beträgt 250 W mit einer reflektierten Leistung von 2 W. Typische Auftragungsraten sind 12 nm/min, die Auftragungszeiten von 1,5 Stunden für Filmdikken von 1 µm ergeben.
Das resultierende amorphe Si hat eine rötlich-braune Farbe und einen spezifischen Gleichstromwiderstand zwischen 5 x 10&sup6; und 5 x 10&sup8; Xcm. [Dies wurde durch Evaporation zweier Al-Kissen entweder oberhalb oder unterhalb des Exemplars einer Länge von 3 mm und mit einem Abstand von 0,25 mm und durch Messung des Widerstandes zwischen diesen beiden Kontakten herausgefunden].
Eine Schicht aus PPV wurde dann auf die amorphe Siliziumhydrogenschicht angebracht, wie in Beispiel 1 oben beschrieben, und diesem folgte eine direkte Auftragung einer Indiumoxidschicht auf die PPV-Schicht unter Verwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Prozedur.
Ergebnisse, die von einer unter Verwendung der oben umrissenen Schritte hergestellten Struktur erhalten wurden, sind in den Figuren 7 und 8 für eine Struktur der Fläche 14 mmund Schichtdicken von 1 µm für das Siliziumhydrogen, 40 nm für das PPV und 250 nm für das Indiumoxid gezeigt. Fig. 7 zeigt die Charakteristik Strom gegen Spannung für die Anordnung mit Vorwärtsvorspannung (Indiumoxid positiv) und Fig. 8 zeigt die Änderung des integrierten Lichtoutputs mit dem Strom. Der Beginn der Ladungseinbringung und der Lichtemission liegt bei etwa 17 V und der Anstieg des Stromes oberhalb dieser Schwelle ist, hier herrührend von dem Vorhandensein der widerstandsbehafteten Siliziumhydrogenschicht, allmählicher als es in Strukturen ohne diese beobachtet werden kann, wie z.B. in Fig. 5 gezeigt.
Strukturen dieses Typs zeigten auch niedrigere EL bei rückwärtiger Vorspannung (Indiumoxidschicht negativ in Bezug auf den Siliziumhydrogenkontakt). Wie auch immer ist der bevorzugte Modus mit vorwärtiger Vorspannung.

Beispeil 5

Herstellung wie in Beispiel 4, jedoch mit Ersetzung der oberen Schicht aus Indiumoxid durch eine Schicht aus halbtranspartem Gold oder Aluminium. Strukturen, die-mit einer oberen Schicht einer Dicke von 20 nm hergestellt sind, zeigten EL durch diesen oberen Kontaktpunkt. Diese Anordnungen zeigten ähnliche Chrakteristiken wie die oben beschriebenen Beispiele.
Die Herstellungsmethode von Beispiel 4 kann auch mit den Kontaktschichten wie in Beispiel 2 und 3 benutzt werden.
Es gibt andere an sich bekannte Methoden zur Auftragung der Siliziumhydrogenschichten und der Indiumoxidschichten. Für Silizium könnte die Glimm- bzw. Gasentladung von Silanen und Evaporation einschließen. Für Indiumoxid schließen andere Möglichkeiten Zinn mit Indium ein, um Indium-/Zinnoxid (ITO) zu bilden, welche sehr ähnliche elektrische Eigenschaften zu Zinnoxid hat, welches wir hier verwendet haben. Die Auftragungsmethoden schließen Evaporation, HFund Gleichstromabtragung bzw. -zerstäubung ein.
Die Wahl der Dicke der ladungsinjizierenden Kontaktschichten wird durch die verwendete Auftragungstechnik und ebenfalls die gewünschte optische Transparenz der Kontaktschicht bestimmt. Die Leichtigkeit der Ladungseinbringung kann durch Herstellung der ladungsinjizierenden Kontaktschichten als Zusammensetzungen verbessert werden. Solche Zusammensetzungen würden dünne Schichten von oxidierten und reduzierten konjugierten Polymeren für jeweils Löcher und Elektroneneinbringung aufnehmen. Diese zusätzlichen Schichten aus konjugiertem Polymer können die gleichen sein wie die aktive elektrolumineszierende Polymerschicht, müssen aber nicht die gleichen sein. Methoden zur Dotierung solcher Materialien sind auf diesem Gebiet bekannt und deutlich beschrieben im "Handbook of Conducting Polymers" T.J. Skotheim.
Obgleich es unter gewissen Umständen wünschenswert ist, daß zumindest eine der ladungsinjizierenden Kontaktschichten transparent oder semitransparent ist, um die Emission der Strahlung senkrecht zur Ebene der Anordnung zu gestatten, ist es nicht notwendigerweise der Fall, wenn beispielsweise Emission nur innerhalb der Ebene der Anordnung verlangt wird.
Die Grenze der Größe der erzeugten EL-Anordnung ist durch die Größe des Substrats bestimmt, welches zur Schleuderbeschichtung verwendet werden kann. Beispielsweise wurden Siliziumwafer von 15 cm Durchmesser auf diese Weise beschichtet. Um weit größere Bereiche zu beschichten, können stattdessen Techniken wie Ziehbeschichtung benutzt werden* Es ist daher durchführbar, daß EL-Anordnungen unter Verwendung von konjugierten Polymeren mit Flächen von Quadratmetern hergestellt werden können.
Zumindest einige der konjugierten Polymere einschließlich PPV sind in der Lage, Nachbehandlungen wie Auftragung von metallischen Schichten zu widerstehen, in denen die Auftragung bei sehr hohen Temperaturen für die Evaporation oder der Auftragung von amorphen Siliziumschichten zu erfolgen hat, gefolgt von fotolithographischen Prozessen zur Abgrenzung der aktiven elektrolumineszierenden Bereiche. Obgleich bei der Verwendung von PPV vorzuziehen ist, entweder Schleuder- oder Ziehbeschichtung als Methoden zum Anbringen des Vorläufer-Polymers auf das Substrat in Abhängigkeit des konjugierten Polymers und des Typs der geforderten EL-Anordnung zu verwenden, sind Schleuder-, Ziehbeschichtung und Schmelzverarbeitung alle Methoden, die zur Auftragung des konjugierten Polymers auf das Substrat verwendet werden können.
Die EL-Anordnung kann in einer Vielzahl von Weisen benutzt werden, wo Elektrolumineszenz verwendet wird. Sie kann da verwendet werden werden, wo Halbleiter-LEDs herkömmlich verwendet wurden. Sie kann auch verwendet werden, wo herkömmlich Flüssigkristalle verwendet wurden, wobei die ELAnordnung viele Eigenschaften hat, welche sie zu einer wünschenswerten Alternative zu Flüssigkristallen macht.
Da die EL-Anordnung im Gegensatz zu Flüssigkristallanzeigen lichtemittierend ist, ist der Sichtwinkel groß. Ferner können großflächige EL-Anordnungen erhalten werden, wo Probleme der Ebenheit und Verteilung des Substrats in Verbindung mit großflächigen Flüssigkristallanzeigen aufgetreten sind. Die EL-Anordnungen sind besonders geeignet für matrixadressierte Anzeigen, z.B. Fernseher und Computeranzeigen. Ein Beispiel elektrolumineszierender Anordnungen zur Benutzung in einer matrixadressierten Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt, wo die ladungsinjizierenden Kontaktschichten in Streifen an beiden Seiten der halbleitenden Schicht angebracht sind, wobei die Streifen einer Kontaktschicht orthogonal zu den Streifen der anderen Kontaktschicht sind. Die Matrixadressierung von individuellen EL-Anordnungen oder Flächen von halbleitenden Schichten, die als Pixel der Anzeige bezeichnet werden, wird durch die Wahl eines bestimmten Streifens in der niederen ladungsinjizierenden Kontaktschicht und eines bestimmten Streifens, der rechtwinklig zum ersten Streifen ist, in der oberen ladungsinjizierenden Kontaktschicht erhalten. Da die EL-Anordnung ferner eine hohe Reaktiongeschwindigkeit hat, ist die EL-Anordnung geeignet zur Verwendung als Fernsehschirm, insbesondere, da die Farbe des emittierten Lichts durch die Wahl des konjugierten Polymers und somit seines Halbleiter-Bandabstands gesteuert werden kann und somit Farbanzeigen, die zur Farbmischung geeignete grüne, rote und blaue Pixel verwenden, durch die Anordnung von verschiedenen konjugierten Polymeren in der EL-Anordnung möglich sind.

Industrielle Anwendung

EL-Anordnungen können auch als individuell geformte Elemente beispielsweise für Anzeigen in Fahrzeugarmaturenbrettern, in Kochern oder Videorekordern verwendet werden. Jedes Element kann in der gewünschten Gestalt für die beabsichtigte Anwendung hergestellt werden. Weiter muß die EL-Anordnung nicht eben sein und könnte beispielsweise nach der Fabrikation geformt werden, um Konturen in drei Dimensionen, beispielsweise den Konturen einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges oder eines Flugzeuges zu folgen. Für eine solche Verwendung würde das Vorläufer-Polymer auf ein geeignetes Substrat, wie beispielsweise transparentem Polymerfilm, so wie Polyester, Polyvinylidenfluorid oder Polyimid, angebracht werden müssen. Falls das Vorläufer-Polymer auf solch flexible Polymerfilme angebracht wird, wird fortlaufende Herstellung der EL-Anordnung auf einer Rolle möglich. Alternativ kann das Vorläufer-Polymer unter Verwendung beispielsweise eines Ziehbeschichtungsprozesses auf ein vorfabriziertes konturiertes Substrat angebracht werden.
Schließlich wird die Verwendung von EL-Anordnungen in der optischen Kommunikation ins Auge gefaßt, wo die EL-Anordnung direkt auf einer vorbereiteten Struktur hergestellt werden kann, um als Lichtquelle mit effizienter optischer Kopplung der EL-Anordnung mit optischen Fasern und/oder Dünnfilmwellenleitern zu arbeiten. Eine ähnliche Anwendung ist in einem Artikel von Satoshi Ishihara in Science and Technology in Japan vom Juli 1989, Seiten 8-14, mit der Überschrift "Optical Information Processing" beschrieben.
Lichtquellen mit EL-Anordnung können zur Verwendung als Laser geeignet sein.

Claims

1. Eine elektrolumineszierende Anordnung, die aufweist:

eine lichtemittierende Schicht (4) in der Form eines dünnen, dichten Polymerfilms, der mindestens ein Polymer aufweist;

eine erste Kontaktschicht (2), die auf einer Seite der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist, die so ausgewählt ist, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Anordnung Ladungsträger einer ersten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert werden; und

eine zweite Kontaktschicht (5), die auf der anderen Seite der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Kontaktschicht so ausgewählt ist, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Anordnung Ladungsträger einer zweiten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert werden; und

die lichtemittierende Schicht ein halbleitendes konjugiertes Polymer aufweist, welches in einer Volumenfraktion vorhanden ist, die das Erreichen der Durchsickerungsschwelle für Ladungstransport des Polymerfilms ermöglicht, wobei dieses halbleitende konjugierte Polymer eine ausreichend niedrige Konzentration von extrinsischen Ladungsträgern hat, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Kontaktschicht über die lichtemittierende Schicht, um so die zweite Kontaktschicht gegenüber der ersten Kontaktschicht positiv zu machen, Ladungsträger der ersten und zweiten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert werden und kombinieren, um Ladungsträgerpaare in dem halbleitenden konjugierten Polymer zu bilden, wobei diese Paare strahlend zerfallen, so daß Strahlung von diesem konjugierten Polymer emittiert wird.

2. Eine elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 1, worin das konjugierte Polymer ein Poly(p-Phenylenvinylen) [PPV] der Formel

ist, worin der Phenylring wahlweise einen oder mehrere Substituenten trägt, wobei jeder unabhängig aus Alkyl (bevorzugt Methyl), Alkyloxy (bevorzugt Methoxy oder Ethoxy), Malogen (bevorzugt Chlor oder Brom) oder Nitro ausgewählt ist.

3. Eine elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin der dünne, dichte Polymerfilm im wesenlichen gleichmäßig dick im Bereich von 10 nm bis 5 µm ist.

4. Eine elektrolumineszierende Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das konjugierte Polymer einen Halbleiter-Bandabstand im Bereich von 1 eV bis 3,5 eV hat.

5. Eine elektrolumineszierende Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die erste ladungsinjizierende Kontaktschicht eine dünne Schicht aus Aluminium (2) ist, eine Fläche eine dünne Oxidschicht (3) gebildet hat, die erste Fläche der Halbleiterschicht (4) im Kontakt mit dieser Oxidschicht ist.

6. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die erste Kontaktschicht aus der Gruppe, die Aluminium oder eine Legierung aus Magnesium und Silber enthält, ausgewählt ist.

7. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 5, worin die zweite ladungsinjizierende Kontaktschicht (5) aus der Gruppe, die Aluminium und Gold enthält, ausgewählt ist.

8. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin mindestens eine der ersten und zweiten ladungsinjizierenden Kontaktschichten mindestens halbdurchlässig, d.h. semitransparent ist.

9. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 6, worin die zweite Kontaktschicht (5) Indiumoxid oder Indiumzinnoxid aufweist.

10. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die erste Kontaktschicht amorphes Silizium aufweist und die zweite Kontaktschicht aus der Gruppe, die Aluminium, Gold und Indiumoxid enthält, ausgewählt ist.

11. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin mindestens eine der ersten und zweiten ladungsinjizierenden Kontaktschichten auch mit einem Trägersubstrat im Kontakt ist.

12. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 11, worin das Trägersubstrat Silikatglas ist.

13. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, worin das Trägersubstrat ein flexibles durchlässiges, d.h. transparentes Polymer ist.

14. Eine Reihe von elektrolumineszierenden Anordnungen, jede elektrolumineszierende Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei die ersten und die zweiten ladungsinjizierenden Kontaktschichten angeordnet sind, um eine selektive Adressierung in dieser Reihe zu gestatten.

15. Verfahren zur Herstellung von einer elektrolumineszierenden Anordnung nach Anspruch 1, das umfaßt, die eine Schicht eines lichtemittierenden Polymers zwischen der ersten und der zweiten Kontaktschicht vorzusehen, wobei die erste Kontaktschicht so ausgewählt ist, daß ein Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Anordnung Ladungsträger einer ersten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Auftragung der einen der ersten und zweiten Kontaktschicht auf ein Substrat;

b) Auftragung einer Schicht von Vorläufer-Polymer als ein Polymerfilm auf der Kontaktschicht und dann Erhitzung des abgelagerten Vorläufer-Polymers auf eine hohe Temperatur, um die lichtemittierende Schicht als ein halbleitendes konjugiertes Polymer zu bilden; und

c) Bereitstellung der anderen der ersten und zweiten Kontaktschicht, wobei die zweite Kontaktschicht ausgewählt und so angeordnet wird, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an die Anordnung Ladungsträger einer zweiten Art in die lichtemittierende Schicht injiziert werden, wobei das halbleitende konjugierte Polymer eine ausreichend niedrige Konzentration von extrinsischen Ladungsträgern hat, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Kontakt schicht über eine halbleitende Schicht, um so die zweite Kontaktschicht positiv gegenüber der ersten Kontaktschicht zu machen, Ladungsträger der ersten und zweiten Art in die halbleitende Schicht injiziert werden und kombinieren, um Ladungsträgerpaare in dem konjugierten Polymer zu bilden, wobei diese Paare strahlend zerfallen, so daß Strahlung von diesem konjugierten Polymer emittiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, das die Schritte aufweist, zuerst die erste ladungsinjizierende Kontaktschicht auf das Substrat abzulagern, um ein zusammengesetztes Substrat zu bilden, vor dem Schritt der Auftragung des Vorläufer-Polymers als dünnen, dichten Polymerfilm auf die erste ladungsinjizierende Kontaktschicht.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Vorläufer-Polymer löslich ist und als ein dünner Polymerfilm auf dem Substrat durch Schleuderbeschichtung abgelagert ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Vorläufer-Polymer ein Vorläufer-Polymer für Poly(p-Phenylenvinylen) [PPV] ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der dünne, dichte Polymerfilm von gleichmäßiger Dicke im Bereich von 10nm bis 5 µm ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die erste ladungsinjizierende Kontaktschicht eine dünne Schicht aus Aluminium ist, eine Fläche eine dünne Oxidschicht gebildet hat, die dünne Oxidschicht der ersten ladungsinjizierenden Kontaktschicht im Kontakt mit der halbleitenden Schicht plaziert ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die zweite ladungsinjizierende Kontaktschicht aus der Gruppe, die Aluminium und Gold enthält, ausgewählt ist.

22. verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die erste Kontaktschicht aus der Gruppe, die Aluminium und Magnesium/Silber Legierungen enthält, ausgewählt ist, und die zweite Kontaktschicht Indiumoxid ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die erste Kontaktschicht amorphes Silizium aufweist und die zweite Kontaktschicht aus der Gruppe, die Aluminium, Gold und Indiumoxid enthält, ausgewählt ist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei die erste und zweite ladungsinjizierende Kontakt schicht durch Evaporation abgelagert bzw. abgeschieden werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei das Trägersubstrat Silikatglas ist.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei das Trägersubstrat ein flexibles, transparentes Polymer ist.