DE69531509T2

DE69531509T2 - Organisch/anorganische legierungen zur verbesserung organischer elektroluminiszierender vorrichtungen

Info

Publication number: DE69531509T2
Application number: DE69531509T
Authority: DE
Inventors: Clagett Samuel STRITE
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: EP1347518A3; WO1997020355A1; DE69531509D1; US6023073A; JP3327558B2; EP1347518A2; EP0864182A1; JPH11504754A; KR19990067490A; EP0864182B1; KR100332186B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft organische elektrolumineszierende Vorrichtungen, Matrizen, Anzeigen und Verfahren zu deren Herstellung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die organische Elektrolumineszenz ist wegen ihrer möglichen Anwendungen in diskreten lichtemittierenden Vorrichtungen, Matrizen und Anzeigen ausführlich untersucht worden. Bisher untersuchte organische Materialien können in vielen Anwendungen herkömmliche anorganische Materialien möglicherweise ersetzen und völlig neue Anwendungen erschließen. Die überaus vielfältigen Möglichkeiten der organischen Synthese lassen in nächster Zukunft weitere außerordentliche Materialien erwarten.
Organische Elektrolumineszenz mit geringer Ausbeute ist vor vielen Jahren in Metall/organische Substanz/Metallstrukturen beobachtet und zum Beispiel von Pope et al. in Journal Chem. Phys., Bd. 38, 1963, S. 2024 und von Helfrich et al. in der Arbeit „Recombination Radiation in Anthracene Crystals" in Physical Review Letters, Bd. 14, Nr. 7, 1965, S. 229 bis 231 berichtet worden. Neuere Entwicklungen sind überwiegend durch zwei Berichte über organische Elektrolumineszenz mit hoher Ausbeute ausgelöst worden. Diese Berichte stammen von C. W. Tang et al. unter dem Titel „Organic electroluminescent diodes" in Applied Physics Letters, Bd. 51, Nr. 12, 1987, S. 913 bis 915 und von Burroughs et al. in Nature, Bd. 347, 1990, S. 539. Beide verwendeten transparentes ITO (Indium-/Zinnoxid) und Metall/Glas als Substrat. Tang et al. stellten organische lichtemittierende Zweischichtbauelemente durch Vakuumabscheidung monomerer Verbindungen her und Burroughs et al. verwendeten ein aufgeschleudertes Polymer, Poly(pphenylenvinylen) (PPV).
Die von Tang und Burroughs beschriebenen Fortschritte wurden hauptsächlich durch Verbesserungen im Aufbau von elektrolumineszierenden Bauelementen durch die Auswahl geeigneter organischer Mehrfachschichten und Kontaktmetalle erreicht. Tang zeigte, dass eine Zweischichtstruktur große Vorteile aufweist, da ein organisches Material im Allgemeinen nicht in der Lage ist, Elektronen und Löcher gleich gut zu leiten. Ein bestimmtes organisches Material ist normalerweise entweder nur für Lichtemission mit hoher Ausbeute oder für den Ladungstransport mit einer einzigen Ladungspolarität oder zur wirksamen Ladungsinjektion von einem Metallkontakt in das entsprechende organische Material am besten geeignet. Diese Tendenz wird von C. Adachi et al. in der Arbeit „Electroluminescence in Organic Films with Three-Layer Strukture" in Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 27, Nr. 2, 1988, S. L269 bis L271 und von C. Adachi et al. in der Arbeit „Organische Elektrolumineszenz-Bauelemente mit einer Dreischichtstruktur" in Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 27, Nr. 4, S. L713 bis L715 aufgezeigt. In diesen Berichten hat Adachi Dreischichtstrukturen mit voneinander getrennter Elektronenleitung, Lochleitung und Emission eingeführt, bei denen jedes organische Material nur eine einzige Funktion ausführt.
Organische elektrolumineszierende lichtemittierende Bauelemente (organic light emitting device, OLED) funktionieren etwa so wie organische Leuchtdioden (light emitting diode, LED). Die in 1A schematisch dargestellte einfachste mögliche Struktur besteht aus einer organischen Emissionsschicht 10, die zwischen zwei Elektroden 11 und 12 eingeschlossen ist, welche Elektronen (e^–) bzw. Löcher (h⁺) injizieren. Eine solche Struktur ist zum Beispiel in der oben erwähnten Arbeit von Burroughs et al. beschrieben worden. Die Elektronen und Löcher treffen in der organischen Schicht 10 aufeinander und erzeugen durch Rekombination Licht. Eine verbesserte Leistungsfähigkeit lässt sich erreichen, wenn man die Elektrodenmaterialien so wählt, dass sie auf die Elektronen- und Lochbänder des organischen Materials der organischen Schicht 10 abgestimmt sind. Eine solche verbesserte Struktur wird in 1B gezeigt. Durch Auswahl der richtigen Elektrodenmaterialien 13 und 14 werden die Energiebarrieren für die Ladungsträgerinjektion gemäß der Figur verringert. Solche einfachen Strukturen sind jedoch immer noch wenig wirksam, da die Elektronen nicht davon abgehalten werden, die organische Schicht 10 zur Anode 14 oder umgekehrt zu durchqueren. 2A stellt ein Bauelement mit einer hohen Elektronen-Energiebarriere 16 dar, sodass nur wenige Elektronen injiziert werden und den Löchern nichts Anderes übrig bleibt, als in der Katode 15 zu rekombinieren.
Ein in 2B gezeigtes zweites Problem besteht darin, dass sich die Beweglichkeiten der Elektronen und Löcher in den meisten bekannten organischen Materialien, insbesondere den leitenden Materialien, stark voneinander unterscheiden. 2B stellt ein Beispiel dar, bei dem die von der Anode 18 injizierten Löcher die organische Schicht 19 rasch durchqueren, während sich die injizierten Elektronen wesentlich langsamer bewegen, was zur Rekombination in der Nähe der Katode 17 führt. Wenn die Elektronenbeweglichkeit in der organischen Schicht 19 größer als die der Löcher wäre, käme es in der Nähe der Anode 18 zur Rekombination. Die Rekombination in der Nähe eines Metallkontakts wird durch den Kontakt stark unterdrückt, wodurch die Leistungsfähigkeit solcher unzulänglicher Bauelemente eingeschränkt wird.
Tang hat wie in 3A gezeigt die Funktionen des Elektronen- und des Lochtransports zwischen zwei Materialien hauptsächlich zur Lösung der oben beschriebenen Probleme aufgeteilt, indem er eine Elektronentransportschicht 20 (electron transport layer, ETL) und eine Lochtransportschicht 21 (hole transport layer, HTL) einführte. In der Arbeit „Electroluminescence of doped organic thin films" in Journal of Applied Physics, Band 65, Nr. 9, 1989, S. 3610 bis 3616 beschreiben C. W. Tang et al., dass bei der Zweischichtstruktur eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit erreicht und somit der Reihenwiderstand des Bauelements verringert wurde, wodurch dieselbe Lichtausbeute bei einer niedrigeren Betriebsspannung erreicht werden konnte. Die Kontaktmetalle 22 und 23 konnten jeweils so gewählt werden, dass sie zum ETL-Band 20 bzw. zum HTL-Band 21 passen und die Rekombination an der Grenzfläche 24 zwischen den organischen Schichten 20 und 21, also weit von den Elektroden 22 bzw. 23 entfernt erfolgte. In der Struktur von 3A werden die Elektronen durch eine geschickte Auswahl der HTL- und ETL-Materialien daran gehindert, in die HTL 21 einzudringen bzw. sie zu verlassen. Durch dieses Merkmal wird die in 1A beschriebene strahlungsfreie Rekombination an den Metallkontakten verhindert und eine hohe Elektronen- und Lochdichte in demselben Volumen begünstigt, was zu einer verstärkten strahlenden Rekombination führt. Tang et al. haben in dieser Arbeit auch erstmals beschrieben, dass die organische Emissionsschicht mit einer anderen organischen Verbindung – in diesem Fall dem Farbstoff Cumarin 540 oder DCM-Verbindungen – dotiert werden kann, um die Strahlungsausbeute des OLED zu verbessern oder dessen Emissionsspektrum zu verändern. Tang et al. haben gezeigt, dass bei geeigneter Auswahl des organischen Dotanden und des Matrixmaterials die Rekombination durch den Dotanden gesteuert werden kann.
Die bevorzugte Struktur weist nun drei organische Schichten auf, wie zum Beispiel beschrieben wird von C. Adachi et al. in der Arbeit „Electroluminescence in Organic Films with Three-Layer Structure", in Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 27, Nr. 2, 1988, S. L269 bis L271, und von C. Adachi et al. in der Arbeit „Electroluminescent Mechanism of Organic Thin Film Devices", 5th International Workshop on Elektroluminescence, Helsinki 1990, ACTA Polytechnica Scandinavica, in Applied Physics Series Nr. 170, S. 215 bis 218. Eine derartige Struktur weist wie in 3B gezeigt eine zwischen eine ETL 31 und eine HTL 32 eingeschlossene separate Emissionsschicht 30 auf. Die Dreischichtstruktur ist teilweise durch die Arbeit von F. F. So et al. inspiriert worden, die in ihrem Artikel „Evidence for Excitation Confinement in Crystalline Organic Multiple Quantum Wells", in Physical Review Letters, Bd. 66, Nr. 20, 20. Mai 1991, S. 2649 bis 2652 zeigen konnten, dass das Quantentopfmodell gleichermaßen für anorganische Halbleiter wie auch für organische elektrolumineszierende Materialien gilt. Die Dreischichtstruktur profitiert davon, dass sowohl die Elektronen als auch die Löcher in der aktiven Schicht gebündelt werden, wo sie am wirksamsten rekombinieren können. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem höheren Spezialisierungsgrad der Schichten. Bei Zweischichtstrukturen ist ein Material sowohl für den Transport als auch für die Emission zuständig, was Zugeständnisse erforderlich macht, während die Transport- und die aktiven Schichten bei der Dreischichtstruktur ausschließlich entsprechend ihren Leitungs- bzw. Emissionseigenschaften ausgewählt werden können.
Organische LEDs haben große Chancen, die herkömmlichen anorganischen LEDs in vielen Anwendungen zu übertreffen. Ein wichtiger Vorteil von ODEDs und auf deren Grundlage hergestellter Bauelemente ist ihr Preis, da sie nicht wie bei anorganischen LEDs auf kristallinen Substraten mit begrenzter Flächengröße bei hohen Temperaturen abgeschieden werden müssen, sondern auf großen Glassubstraten oder einer Vielzahl anderer preiswerter transparenter, halbtransparenter oder auch undurchsichtiger Substrate bei niedrigen Temperaturen abgeschieden werden können. Die Substrate können sogar biegsam sein, wodurch flexible OLEDs und neue Arten von Anzeigen ermöglicht werden. Gegenwärtig weisen OLEDs und auf deren Grundlage hergestellte Bauelemente aus mehreren Gründen schlechtere Leistungsparameter aus als anorganische LEDs:

1. Hohe Betriebsspannung: Organische Bauelemente benötigen zum Injizieren und Transportieren der Ladungsträger in den aktiven Bereich (Emissionsschicht) eine höhere Spannung, wodurch wiederum der energetische Wirkungsgrad solcher Bauelemente sinkt. Die hohe Spannung ergibt sich aus den starken elektrischen Feldern, die zum Injizieren der Ladungsträger über Energiebarrieren an den Metall/organischen Grenzflächen benötigt werden, und aus der geringen Ladungsträgerbeweglichkeit in den organischen Transportschichten (ETL und HTL), was zu einem starken Ohmschen Spannungsabfall und erhöhter Verlustleistung führt.
2. Geringe Helligkeit: Heutige OLEDs können fast genauso viele Photonen je Elektron erzeugen wie anorganische LEDs, d.h., sie haben eine hohe Quantenausbeute. OLEDs stehen den anorganischen LEDs bezüglich ihrer Helligkeit aus dem einfachen Grund nach, dass durch die schwach leitenden Transportschichten (HTL oder ETL) nur vergleichsweise wenige Ladungsträger geleitet werden können. Dieser bekannte Effekt wird als raumladungsbegrenzter Strom bezeichnet. Einfach gesagt, infolge der geringen Ladungsträgerbeweglichkeit in organischen Materialien kommt es zum Ladungsträgerstau, der den Fluss der Elektronen und Löcher zur Emissionsschicht einschränkt. Bessere Emittermaterialien können erst dann eine stark verbesserte Helligkeit liefern, wenn Transportschichten mit hoher Leitfähigkeit zur Verfügung stehen.
3. Betriebssicherheit: Organische LEDs zersetzen sich an Luft und während des Betriebs. Hierfür sind mehrere Probleme verantwortlich.
A) Zur Injektion von Elektronen mit schwachen Feldern sind Katodenmaterialien mit geringer Austrittsarbeit wie Mg, Ca, F, Li usw. erforderlich, die sämtlich mit Sauerstoff und mit Wasser leicht reagieren. Durch Umweltgase sowie während der ohmschen Erwärmung aus den organischen Materialien kommende Gase werden die Kontakte geschädigt.
B) Selbst herkömmliche AgMg- und ITO-Kontakte weisen immer noch eine hohe Barriere bezüglich der Ladungsträgerinjektion in bekannte ETL- und HTL-Materialien auf. Deshalb wird ein starkes elektrisches Feld benötigt, um einen ausreichenden Injektionsstrom zu erzeugen. Diese Belastung durch die hohe Feldstärke und die ohmsche Erwärmung an der Widerstandsgrenzfläche trägt zur Schädigung des Bauelements bei.
C) Durch den hohen Widerstand herkömmlicher Ladungsträger-Transportschichten wird das Bauelement unter Betriebsbedingungen erwärmt.
D) Die meisten OLED-Materialien weisen eine schlechte thermische Stabilität auf und sind deshalb wärmeempfindlich. Bei Erwärmung kristallisieren viele amorphe organische Materialien aus und bilden eine körnige Struktur. Diese Kristallite nehmen ein geringeres Volumen ein und sind ungleichmäßiger gepackt als amorphe Festkörper. Die entstehenden Leerstellen und ungleichmäßigen Kristallitformen erschweren die Leitung zwischen den Kristalliten und erhöhen so den Widerstand, was wiederum eine verstärkte Erwärmung nach sich zieht, während gleichzeitig weitere Kanäle eröffnet werden, durch die gasförmige Verunreinigungen eindringen oder benachbarte Materialien diffundieren können.

Selbst bei der organischen Dreischichtstruktur (siehe Beispiel in 3B) müssen die Transportschichten zwei Aufgaben erfüllen, nämlich die Ladungsträgerinjektion und den Ladungsträgertransport, obwohl sie nur für eine Aufgabe optimiert werden können. Eine Fünfschichtstruktur mit zwei weiteren Injektionsschichten bietet eine geeignete Verbesserung. Diese neuen Schichten können von Vorteil sein, wenn sie den Energiesprung zwischen den Kontaktmetallen und den Transportschichten aufteilen. Elektronen und Löcher vermögen zwei kleinere Barrieren leichter zu überwinden als eine einzige Barriere, deren Höhe gleich der Summe der beiden kleineren Barrieren ist. In 4 ist ein Teil eines OLED mit zwei kleineren Barrieren dargestellt. Dieses Bauelement umfasst ein Katodenmetall 41, auf die eine Elektroneninjektionsschicht 40 und eine Elektronentransportschicht (ETL) 42 folgen. Die Austrittsarbeit dieser drei Schichten 40 bis 42 wird so gewählt, dass der größere Energiesprung, der zwischen der Katode und der ETL allein bestünde, durch zwei kleinere Energiesprünge für Elektronen ersetzt wird. Dasselbe gilt auch für Löcher. Auf diese Weise kann die Injektionsschicht entsprechend ihrer Austrittsarbeit und die Transportschicht entsprechend ihrer Ladungsträgerbeweglichkeit gewählt werden.
Die Beschränkungen der OLEDs ergeben sich nicht aus ihren Emissionsschichten, sondern aus ihren Kontakten und Transportschichten. Daher ist es sehr wünschenswert, die Metalle mit geringer Austrittsarbeit durch stabile Materialien zu ersetzen, die Ladungsträger leicht in das OLED injizieren können.
Organische Materialien sind zwar äußerst wirksame Emissionsmaterialien, jedoch sind sie gleichzeitig sehr schlechte elektrische Leiter mit niedrigen Ladungsträgerkonzentrationen und geringer Ladungsträgerbeweglichkeit. Ein Beispiel hierfür ist Alg3 (Tris(8-hydroxychinolin-aluminium)), das gegenwärtig überwiegend als Elektronentransportmaterial verwendet wird.
Kepler et al. haben in der Arbeit „Electron and hole mobility in Tris(8-hydroxychinoline-aluminum)" in Applied Physics Letters, Bd. 66, Nr. 26, 1995, S. 3618 bis 3620, die Beweglichkeiten von Elektronen und Löchern in Alg3 gemessen und Werte von 1, 4 × 10^–6 bzw. 2 × 10^–8 cm²/Vs erhalten. Vergleichsweise liegen die Beweglichkeiten von auf Glas abgeschiedenem amorphem Silicium (Si), das üblicherweise bei Solarzellen und Dünnschichttransistoren verwendet wird, sechs Größenordnungen höher; d. h. bei ca. 1 cm²/Vs. Anorganische Metalle haben ebenfalls geringe Beweglichkeiten, doch das wird durch die riesigen Ladungsträgerkonzentrationen ausgeglichen, die an der Ladungsleitung beteiligt sind. Z. B. haben Metalle typische spezifische Widerstände in der Größenordnung von 10^–6 Ohm·cm oder weniger. Dotierte Halbleiter können geringe spezifische Widerstände bis zu 10^–3 bis 10^–4 Ohm·cm haben. Organische Leiter hingegen (die man ansonsten als Isolatoren bezeichnen kann) haben typische spezifische Widerstände in der Größenordnung von 10⁶ Ohm·cm oder höher. Daher ist es sinnvoll, jedes Material diejenige Aufgabe ausführen zu lassen, für die es am besten geeignet ist.
Polymere und monomere Materialien weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, die sich in den Leistungsparametern der jeweils daraus hergestellten OLEDs zeigen. Dadurch werden Bauelemente, in denen beide verwendet werden, attraktiv. Zum Beispiel haben C. C. Wu et al. in ihrem Artikel „Poly(pphenylene-vinylene)/tris(8-hydroxy)quinoline-aluminum heterostructure light emitting diode" in Applied Physics Letters, Bd. 66, Nr. 6, 1995, S. 653 bis 655, berichtet, dass sie zur Herstellung eines Bauelements sowohl polymere als auch monomere organische Schichten verwendet haben. Polymere haben größere Molekulargewichte und kristallisieren nicht wie übliche HTL-Materialien aus. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass zwei unterschiedliche Herstellungsverfahren benötigt werden. Durch die zeitlichen Verzögerungen, Transportprozesse usw. werden an der Grenzfläche Verunreinigungen eingeführt. J. Kido et al. haben, wie in der Arbeit „Organic electroluminescent devices based on molecularly doped polymers" in Applied Physics Letters, Bd. 61, Nr. 7, 1992, S. 761 bis 763, beschrieben, ein Polymer mit Monomeren dotiert. Diese Ansätze lösen die bei den OLEDs erkannten Probleme jedoch nicht.
S. Tokito et al. haben in dem Artikel „Organic electroluminescent devices fabricated using a diamine doped MgF₂ thin film as a hole-transporting layer" in Applied Physics Letters, Bd. 66, Nr. 6, 1995, S. 673 bis 675, ein Bauelement beschrieben, in dem eine anorganische Schicht durch organische Komponenten dotiert ist. Ihre Absicht bestand darin, die Rekristallisation des Diamins zu verhindern. Das dort verwendete anorganische Material MgF₂ ist ein Isolator, sodass die gesamte Lochleitfähigkeit von der eingeführten organischen Komponente herrührte.
Andere Arbeitsgruppen, wie beispielsweise M. Era et al. in der Arbeit „Organic-Inorganic heterostructure electroluminescent device using a layered perovskite semiconductor C₆H₅C₂H₄NH₃)₂PbI₄" in Applied Physics Letters, Bd. 65, Nr. 6, 1994, S. 676 bis 678, haben über organisch-anorganische Hybridbauelemente berichtet, die durch Einbeziehung bestimmter organischer Schichten in anorganische Schichten hergestellt wurden. Bei dem Bauelement von Era et al. wurde sowohl für die HTL als auch die Emissionsschicht ein anorganisches Perowskit in Verbindung mit einer organischen ETL aus Oxadiazol verwendet. Fujita et al. haben sowohl für die ELT als auch die Emissionsschicht epitaxiales n-Typ-ZnSe/GaAs in Verbindung mit einer HTL aus einem organischen Diamin verwendet. Das Bauelement von Era et al. wies wegen der schlechten optischen Qualität der aktiven Perowskitschicht eine geringe Ausbeute auf. Es leidet auch insofern unter vielen Nachteilen der herkömmlichen OLEDs, als die Leitfähigkeit der ETL gering ist und ein instabiles Katodenmetall benötigt wird. Der Ansatz von Fujita et al. weist bei den OLEDs keine der wünschenswerten Eigenschaften der herkömmlichen anorganischen LEDs auf. Der Ansatz mit epitaxialem ZnSe/GaAs ist kompliziert und aufwändig und ist wegen des GaAs-Substrats nur auf kleine Bereiche beschränkt. Sowohl die Anode als auch das GaAs-Substrat absorbieren das durch das ZnSe emittierte blaue Licht stark und verringern so die Lichtausbeute. Außerdem leitet die Diamin-HTL Löcher wesentlich schlechter als viele anorganische p-Typ-Halbleiter.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-4-132189 (siehe auch Patent Abstracts of Japan, Bd. 16, Nr. 397) betrifft eine einfache OLED-Struktur, bei der die Haftung einer organischen Schicht durch Einführen eines Metalls verbessert wird. Infolge der verbesserten Haftung der organischen Schicht kann eine Mg-Katode gebildet werden, die stabiler als eine unmittelbar auf der organischen Schicht gebildete herkömmliche Mg-Katode ist.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-7-268317 (siehe auch Patent Abstract of Japan, Bd. 95, Nr. 010) betrifft ein anderes OLED, bei dem die der Katode benachbarte organische Schicht durch Hinzufügen eines Metalls während der Abscheidung verbessert wird.
Die japanische Patentanmeldung JP-A-4-109589 (siehe auch Patent Abstract of Japan, Bd. 16, Nr. 352) betrifft ein organisches elektrolumineszierendes Dünnschichtbauelement, das eine Verbindungsschicht mit einen erhöhten Metalldichte umfasst .
Damit OLEDs möglichst gut funktionieren, müssen wie oben gezeigt zwei Probleme gelöst werden: eine hohe Rekombinationsrate und ein wirksamer Ladungstransport von der Anode/Katode in das emittierende organische Material. Für eine hohe Rekombinationsrate werden eine ETL und eine HTL benötigt, die den aktiven Bereich von den Kontakten verlagern, welche die Rekombination behindern. Als Methode der Wahl für den wirksamen Ladungsübergang gelten Katodenmetalle mit geringer Austrittsarbeit, da alle bekannten elektronenleitenden organischen Stoffe ebenfalls geringe Austrittsarbeiten haben.
Jede dieser Lösungen setzt jedoch die Leistungsfähigkeit des Bauelements herab und verringert dessen Betriebssicherheit. Das Entfernen der aktiven Schicht von den Metallkontakten zur Erhöhung der Rekombinationsrate wird durch ohmschen Spannungsabfall durch die HTL/ETL erkauft, was zur Erwärmung und zu Leistungsverlust führt. Metalle mit geringer Austrittsarbeit sind instabil und unzuverlässig.
Aus den obigen Beispielen und der Beschreibung des Stands der Technik sieht man, dass zur Realisierung von OLEDs und daraus hergestellten Anzeigen mit brauchbaren Eigenschaften zwei Hauptprobleme gelöst werden müssen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, neue und verbesserte organische elektrolumineszierende Vorrichtungen, Matrizen sowie daraus hergestellte Anzeigen bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, neue und verbesserte organische elektrolumineszierende Vorrichtungen, Matrizen und daraus hergestellte Anzeigen mit verbessertem Wirkungsgrad, niedrigerer Betriebsspannung, größerer Helligkeit und erhöhter Betriebssicherheit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung neuer und verbesserter organischer elektrolumineszierender Vorrichtungen, Matrizen und Anzeigen bereitzustellen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein lichtemittierendes Bauelement bereitgestellt, das einen organischen elektrolumineszierenden aktiven Bereich und eine organische Ladungstransportschicht zum Transportieren von Löchern von einer Anode zum aktiven Bereich aufweist, wobei das lichtemittierende Bauelement dadurch gekennzeichnet ist, dass die organische Ladungstransportschicht eine anorganische Komponente umfasst, die zur Bildung eines organischanorganischen Legierungsmaterials eingeführt wird, welches aus in der Matrix der organischen Ladungstransportschicht fein verteilten anorganischen Komponenten zur Verbesserung des Ladungstransports besteht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung umfasst die lichtemittierende Vorrichtung ferner eine organische Ladungstransportschicht, die diese als Elektronentransportschicht dienende anorganische Komponente umfasst, wobei die Elektronentransportschicht Elektronen von der als Katode dienenden Elektrode zum aktiven Bereich und die organische Lochtransportschicht Löcher von der Anode zum aktiven Bereich transportiert.
Die obigen Aufgaben wurden durch Bereitstellung eines OLED gelöst, welches einen organischen aktiven Bereich mit mindestens einer Emissionsschicht (emission layer, EL) aufweist. Das OLED umfasst ferner mindestens eine organische Ladungstransportschicht (entweder als Lochtransportschicht oder als Elektronentransportschicht), eine Anode und eine Katode. Diese organische Ladungstransportschicht wird durch Einführen einer anorganischen Komponente legiert. Wenn diese legierte Ladungstransportschicht zum Beispiel eine Lochtransportschicht (HTL) ist, werden die Löcher unter verringertem Spannungsabfall oder geringerer Erwärmung mittels der anorganischen Bestandteile durch diese Schicht geleitet.
Der erfindungsgemäße Ansatz, der die hohen Leitfähigkeiten der in die organischen Transportschichten eingeführten anorganischen Stoffe ausnutzt, steht in krassem Gegensatz zu dem von S. Tokito et al. in dem Artikel (Organic electroluminescent devices fabricated using a diamine doped MgF₂ thin film as a hole-transporting layer", in Applied Physics Letters, Bd. 66, Nr. 6, 1995, S. 673 bis 675, beschriebenen Ansatz. Tokito et al. haben auch nicht berücksichtigt, dass Überlegungen zur Verbesserung der Kontakte durch Verringern oder Beseitigen der Energiebarriere für die Ladungsträgerinjektion angestellt werden müssen.
Außer der Tatsache, dass mindestens eine der Transportschichten eine organisch-anorganische Legierungsschicht sein muss, kann eine weitere Schicht zum Übertragen der Ladungen von der anorganischen Legierung zum aktiven organischen Bereich von Vorteil sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass zwischen dem aktiven Bereich einerseits und der organischanorganischen Legierungstransportschicht andererseits eine organische Pufferschicht bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird die strahlende Rekombination von Elektronen und Löchern in der Emissionsschicht nicht durch die angrenzende organischanorganische Legierungsschicht beeinflusst, während sie sonst in einigen Fällen unterdrückt würde. In diesen Fällen muss die Pufferschicht so dünn sein, dass die Ladungsträger entweder in den aktiven Bereich diffundieren können oder durch eine geringe Spannung eingespeist werden. Andererseits muss die Pufferschicht dick genug sein, damit die Rekombination nicht durch die Legierung unterdrückt wird. Je nachdem, wie stark die jeweilige Legierung die Lumineszenz verringert, und in Abhängigkeit von vielen anderen Parametern sollte sich die Dicke der organischen Pufferschicht im Bereich von 1 nm bis 100 nm bewegen.
Bei einer anderen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung sind beide Transportschichten legiert, und eine dieser legierten Transportschichten kann außerdem durch eine organische Pufferschicht vom aktiven Bereich getrennt sein.
Ferner ist auch eine symmetrische Struktur des Bauelements von Vorteil, bei der auf beiden Seiten der Emissionsschicht eine organische Pufferschicht und eine organisch-anorganische Legierungsschicht bereitgestellt werden.
Außerdem kann zwischen die Pufferschicht und die Legierungsschicht eine organische oder anorganische Diffusionssperre eingefügt werden, um die Diffusion zwischen der Legierungsschicht und der Pufferschicht und den aktiven Schichten zu unterbinden.
Die Legierungskonzentrationen der organisch-anorganischen Legierungsschicht (en) können so eingestellt werden, dass die Konzentration mit dem Abstand vom aktiven organischen Bereich ab- oder zunimmt .
Um eine solche organisch-anorganische Legierung zu erhalten, werden die anorganischen Komponenten so in einer organischen Matrix fein verteilt, dass die Leitfähigkeit des anorganischen Stoffes überwiegt, ohne die Grundeigenschaften der organischen Matrix zu beinträchtigen. Die die Transportschicht bildende organische Matrix kann durch Einführen entweder einer oder verschiedener anorganischer Komponenten legiert werden. Die Elektronentransportschicht kann durch andere anorganische Materialien legiert werden als die Lochtransportschicht.
Die anorganische Substanz kann entweder so ausgewählt werden, dass sie in Bezug auf die organischen Materialien eine hohe Beweglichkeit oder eine hohe Ladungsträgerkonzentration aufweist. In jedem Fall führt die Auswahl zu einem höheren Strom und einem geringeren Widerstand bei einer gegebenen Steuerspannung oder einem gleichen Strom bei einer niedrigeren Spannung.
Durch das Einfügen einer organisch-anorganischen Legierung als Transportschicht werden die folgenden drei Vorteile erreicht:

1. Die Ladungsinjektion kann nun zwischen dem anorganischen Kontaktmaterial und der (den) anorganischen Komponent en) der organisch-anorganischen Legierungstransportschicht stattfinden. Das Problem der Ladungsinjektion lässt sich somit gut beherrschen (z. B. Metall/Halbleiter) und kann unter Verwendung im Folgenden erörterter herkömmlicher Ansätze durch chemisch stabile Materialien leicht optimiert werden.
2. Der Transport der Ladungsträger von der Elektrode in den Emissionsbereich (aktiver Bereich) wird entweder durch die hohe Beweglichkeit oder die hohe Ladungsträgerkonzentration in den anorganischen Komponenten in der organischen Matrix verbessert.
3. Der Ladungstransport erfolgt nunmehr nicht an der (den) Grenzfläche(n) zwischen der Elektrode und der Transportschicht, sondern innerhalb des Bauelements. Das ist aus zweierlei Gründen äußerst wünschenswert. 1) Die Mikrostruktur der aus der (den) fein verteilten anorganischen Komponente(n) in der organischen Matrix bestehenden Legierung verlangt nach besser definierten mittleren Strukturdimensionen der anorganischen Bereiche. Bei einer bestimmten Betriebsspannung korrelieren besser definierte Strukturdimensionen der leitenden anorganischen Verbindung en) direkt mit den erhöhten lokalen elektrischen Feldern an der organisch-anorganischen Grenzfläche, wodurch der Ladungstransport verstärkt wird. 2) Die feine Verteilung der Legierung führt auch zu einer wesentlich größeren Gesamtkontaktfläche zwischen den anorganischen und den organischen Verbindungen. Bei einem bestimmten elektrischen Feld oder einer bestimmten Spannung ist der Gesamtstrom der an der Injektion beteiligten Kontaktfläche direkt proportional. Die Vorteile liegen im Vergleich zum herkömmlichen Ansatz auf der Hand, bei dem die organisch-anorganische Übergangsfläche eine extrem glatte Grenzfläche zwischen zwei ebenen Schichtoberflächen ist.

Durch die Verwendung organisch-anorganischer Legierungen können OLED-Strukturen auch dicker ausgelegt werden, wodurch sie stabiler und gegen Verunreinigungen weniger anfällig werden.
Entwickler herkömmlicher OLEDs sind gezwungen, einen Kompromiss zwischen dem Reihenwiderstand und der Betriebssicherheit des Bauelements einzugehen. Insbesondere neigen sie dazu, die Transportschichten möglichst dünn zu machen, um die ohmsche Erwärmung und die Verlustleistung gering zu halten. Das geht aber nicht, denn wenn sie die Schichten zu dünn machen, käme es im Bauelement zur Unterdrückung der Elektrolumineszenz durch die Kontaktmetalle, zu stärkeren elektrischen Feldern bei den Betriebsspannungen und zu Kurzschlüssen infolge von Teilchenkontamination. Diesen letzteren Effekt erkennt man am Beispiel eines 100 nm großen metallischen Verunreinigungsteilchens. Dieses kann ein 75 nm dickes OLED kurzschließen, da es durch die organischen Schichten nicht vollständig abgedeckt wird und direkt zwischen Anode und Katode leiten kann, was zu einem katastrophalen Kurzschluss führt. Ein 250 nm dickes Bauelement hingegen umschließt das Metallteilchen vollständig vorwiegend mit organischen Schichten, sodass der obersten Metallschicht kein direkter Pfad zur unteren Metallschicht zur Verfügung steht. Durch organisch-anorganische Legierungsbildung kann nicht nur die Leitfähigkeit der Transportschicht deutlich erhöht werden, sondern die OLEDs können auch dicker gemacht werden.
Je nach dem gewählten Metall oder Halbleiter gibt es vier verschiedene praktische Möglichkeiten für Grenzflächen zwischen legierten Transportschichten und Kontakten. In jedem Fall können zu beiden Seiten der Grenzfläche anorganische Materialien gewählt werden, die stabil und betriebssicher sind und die Ladungen mit vernachlässigbar geringen ohmschen Verlusten injizieren können.

1) Metall-Legierungskomponente/Metallkontakt: Unabhängig von der Austrittsarbeit kann keine Barriere für die Injektion von Ladungsträgern jeglicher Polarität entstehen. Zum Beispiel weisen Al und Au, deren Austrittsarbeiten sich so stark unterscheiden wie bei zwei Metallen überhaupt möglich, in keiner Richtung eine Barriere für den Elektronentransport auf, da alle ihre Leitungsbänder nur teilweise besetzt sind.
2), 3) Anorganischer Halbleiter-Legierungskomponente/Metallkontakt oder anorganischer Metall-Legierungskomponente/Halbleiterkontakt: Metall/Halbleiter-Übergänge, d. h. Schottkydioden, sind umfangreich untersucht worden und somit gut bekannt. Diese setzen dem Ladungsstrom in beiden Richtungen eine Barriere entgegen, wobei beide Fälle im Wesentlichen vergleichbar sind. Der bei einer bestimmten Übergangsspannung fließende Strom hängt sowohl von der (durch die Physik der Grenzfläche bestimmten) Höhe als auch der (durch die Ladungsträgerkonzentration im Halbleiter bestimmten) Breite der Schottkybarriere ab.

Die Übergänge zwischen Transportschicht und Kontakt bei herkömmlichen OLEDs sind in der Tat Schottkydioden, deren Barrierehöhe durch die Austrittsarbeit der beiden Materialien und deren Barrierebreite durch die Ladungsträgerkonzentration der organischen Transportschicht an der Barriere bestimmt wird. Organische Materialien, die nicht elektrisch dotiert werden können, weisen nur sehr geringe eigene Ladungsträgerkonzentrationen auf, wodurch hohe Barrieren entstehen, die eine Tunnelung bei normalen Spannungen verhindern. Deshalb wird die Ladungsträgerinjektion bei herkömmlichen OLEDs in erster Linie durch die Differenz der Austrittsarbeit zwischen dem Metall und der organischen Substanz bestimmt.
Anorganische Halbleiter können oft sehr stark dotiert werden, wodurch selbst beim Vorliegen hoher Gesamtbarrieren schmale Barrieren entstehen, die hohe Tunnelströme zulassen. Sogar undotierte anorganische Halbleiter haben bei Raumtemperatur höhere materialspezifische Ladungsträgerkonzentrationen als organische Verbindungen, wodurch vergleichsweise schmalere Barrieren entstehen. Deshalb ergeben sich bei der Ladungsinjektion eines OLED zwischen einem anorganischen Halbleiter und einem Metall infolge der durch das anorganische Halbleitermaterial bereitgestellten höheren Ladungsträgerkonzentration deutliche Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen OLEDs.

4) Anorganische Halbleiter-Legierungskomponente/Halbleiterkontakt: Sowohl Homo- als auch Hetero-Halbleiterübergänge sind ebenfalls gut untersucht und ähneln ziemlich dem Fall der Schottkydiode. Die Höhe der Barriere wird durch die Grenzflächenphysik und die Breite durch die Ladungsträgerkonzentrationen bestimmt. Homoübergänge haben nur niedrige Barrieren, deren Höhe gleich den Differenzen der Fermienergien auf beiden Seiten ist. Wenn beide Seiten in ähnlicher Weise dotiert werden, kann die Barriere insgesamt beseitigt werden. Heteroübergänge zwischen bestimmten Halbleitern können so hergestellt werden, dass der Ladungsträgerstrom in einer Richtung durch keine Barriere behindert wird. Allgemein bietet dieser Grenzflächentyp durch die sorgfältige Auswahl der Halbleiter und ihre gezielte Dotierung auf beiden Seiten eine sehr wirksame Ladungsträgerinjektion.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die folgenden schematischen Zeichnungen beschrieben:
1A zeigt ein bekanntes OLED mit einer Emissionsschicht und zwei Elektroden.
1B zeigt ein anderes bekanntes OLED mit einer Emissionsschicht und zwei Metallelektroden, deren Austrittsarbeiten so ausgewählt wurden, dass die Energiebarriere für die Ladungsträgerinjektion verringert wird.
2A zeigt ein weiteres OLED mit einer Emissionsschicht und zwei Metallelektroden, wobei die Austrittsarbeit der Anode so ausgewählt wurde, dass die Energiebarriere für die Lochinjektion niedrig ist, während die Austrittsarbeit der Katode nur schlecht auf die Emissionsschicht abgestimmt ist, sodass nur wenige Elektronen injiziert werden und in der Emissionsschicht nur wenige strahlende Rekombinationen zustande kommen.
2B zeigt ein weiteres bekanntes OLED mit einer Emissionsschicht, die eine im Vergleich zur Lochbeweglichkeit niedrige Elektronenbeweglichkeit aufweist, sodass die Rekombination in der Nähe der Katode erfolgt, wo sie unterdrückt wird.
3A zeigt ein weiteres bekanntes OLED mit einer Elektronentransportschicht und einer Lochtransportschicht.
3B zeigt ein weiteres bekanntes OLED mit drei Schichten: einer Elektronentransportschicht und einer eine organische Lichtemissionsschicht einschließenden Lochtransportschicht.
4 zeigt einen Teil eines weiteren bekannten OLED mit einer Elektroneninjektionsschicht und einer Elektronentransportschicht, wobei die Injektionsschicht so ausgewählt wurde, dass zwischen dem Kontakt und der Transportschicht abgestufte Energiebarrieren entstehen.
5 zeigt den Querschnitt eines lichtemittierenden Zweischichtbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung, welches eine als Lochtransportschicht fungierende organisch-anorganische Legierungsschicht und eine als Emissionsschicht fungierende herkömmliche organische Schicht umfasst.
6A zeigt den Querschnitt eines lichtemittierenden Dreischichtbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung, welches eine als Elektronentransportschicht fungierende organischanorganische Legierungsschicht, eine als Lochtransportschicht fungierende herkömmliche organische Schicht und eine als Emissionsschicht fungierende herkömmliche organische Schicht umfasst.
6B zeigt das Bänderdiagramm des in 6A dargestellten Bauelements.
7A zeigt den Querschnitt eines lichtemittierenden Vierschichtbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung, welches eine als Elektronentransportschicht fungierende organischanorganische Legierungsschicht, eine organische Pufferschicht, eine herkömmliche organische Emissionsschicht und eine als Lochtransportschicht fungierende organisch-anorganische Legierungsschicht umfasst.
7B zeigt das Bänderdiagramm des in 7A dargestellten Bauelements.
8A zeigt den Querschnitt eines lichtemittierenden Fünfschichtbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung, welches vorwiegend aus einer einzigen organischen Matrix, die zur Verbesserung der Leitfähigkeit in jeder Elektronentransportschicht und Lochtransportschicht durch (eine) anorganische Verbindung en) dotiert ist, und die die Emissionsschicht umgebenden undotierten Pufferschichten aus einem zweiten organischen Material bestehen, das zur Verbesserung der Emission bei (der) den gewünschten Wellenlänge(n) durch organische und/oder anorganische Verbindungen dotiert sein kann.
8B zeigt das Bänderdiagramm des in 8A dargestellten Bauelements.
9 zeigt eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, die auf einem Si-Substrat mit oben liegender Anode realisiert ist.
10 zeigt eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, die auf einem Si-Substrat mit oben liegender Katode realisiert ist.
11 zeigt eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, die auf einem durchsichtigen Substrat realisiert ist, auf welches Strukturen von Si-Bauelementen mit oben liegender Katode aufgebracht sind.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
Um die Probleme der herkömmlichen organischen lichtemittierenden Bauelemente für diskrete lichtemittierende Bauelemente, lichtemittierende Matrizen und Anzeigeanwendungen zu lösen, werden in den 5, 6A, 7A und 8A dargestellte verbesserte Strukturen bereitgestellt, durch welche neue in den 9, 10 und 11 dargestellte Matrix- und Anzeigeanwendungen ermöglicht werden.
Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den 5, 6A und 6B erläutert. Die Idee besteht darin, anstelle der herkömmlichen organischen Transportschicht en) eine als Ladungstransportschicht(en) fungierende organisch-anorganische Legierungsschicht zu verwenden. Eine solche organisch-anorganische Legierungsschicht kann bei Bedarf durch eine organische Pufferschicht vom aktiven organischen Bereich getrennt werden, in welchem die Rekombination stattfindet, oder die Konzentration der anorganischen Komponente(n) der Legierung in der Nähe des aktiven Bereichs kann verringert werden.
Eine erste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, ein in 5 gezeigtes lichtemittierendes Zweischichtbauelement umfasst eine durch Einführung einer anorganischen Komponente (zum Beispiel Ge) legierte organische Diaminschicht (TAD) 52, welche an eine ITO-Anode 51 angrenzt und als Lochtransportschicht (HTL) fungiert. Über der aus einer organisch-anorganischen Legierung bestehenden Lochtransportschicht 52 ist eine organische Alg3-Emissionsschicht 53 mit einem oben liegenden Al-Kontakt (Katode) 65 gebildet. Dies ist die einfachste Form des Bauelements, die durch die Einführung einer legierten Transportschicht bereits eine verbesserte Leistungsfähigkeit aufweist.
Die organisch-anorganische Legierungsschicht 52 ist eine organische Schicht, welche eine oder mehrere anorganische Komponenten umfasst. Diese Komponent en) ist (sind) so ausgewählt, dass der Ladungstransport in den aktiven Bereich bzw. die Pufferschicht (falls vorhanden) und die Leitfähigkeit optimal sind. Sie ermöglichen die Injektion von den Kontakten in die anorganische Komponente der Transportschicht ohne nennenswerte Barrieren oder ohmsche Verluste.
In 6A ist eine zweite Ausführungsart eines lichtemittierenden Dreischichtbauelements gezeigt. In dieser Figur ist eine herkömmliche organische Schicht 62 gezeigt, die als Lochtransportschicht (HTL) fungiert und an die Anode 61 sowie an die als Elektronentransportschicht (ETL) fungierende organisch-anorganische Legierungsschicht 64 angrenzt, welche wiederum an die Katode 65 angrenzt.
Die organisch-anorganische Legierungsschicht 64 ist eine organische Schicht, welche eine oder mehrere in Verbindung mit der ersten Ausführungsart beschriebene anorganische Komponenten umfasst. Die Austrittsarbeit der anorganischen Komponenten der Transportschicht 64 ist in 6B durch dünne gestrichelte Linien angedeutet.
Außer der vielseitigen Auswahl geeigneter anorganischer Komponenten zur Verringerung oder völligen Beseitigung der Energiebarrieren zwischen den Elektroden und den Transportschichten fördern die anorganischen Komponente(n) in hohem Maße die Leitung der Ladungsträger durch die organischanorganischen Legierungsschichten bei geringem Spannungsabfall oder geringer Erwärmung des Bauelements. Die Leitung von Ladungsträgern durch die Transportschichten 62 bzw. 64 ist in Form von durchgezogenen wellenförmigen Pfeilen schematisch angezeigt.
Metallische Legierungskomponenten zeichnen sich durch extrem hohe Ladungsträgerdichten aus, die ihre geringen Beweglichkeiten zumindest ausgleichen, welche ungefähr den Beweglichkeiten üblicher organischer Transportmaterialien entsprechen. Halbleiter hingegen weisen im Vergleich zu Metallen mäßige Ladungsträgerdichten auf (und dennoch Größenordnungen höher als übliche organische Transportschichtmaterialien), haben jedoch wesentlich höhere Beweglichkeiten. In beiden Fällen ist die Leitfähigkeit der anorganischen Komponente wesentlich höher (um den Faktor 10³ bis 10¹⁵) als die üblicher organischer Transportmaterialien. Dadurch bewirken bereits geringe anorganische Legierungskonzentrationen eine bedeutend verbesserte Leitfähigkeit der Transportschichten.
Ferner ist es erforderlich, dass die Elektronen und Löcher wirksam von den organisch-anorganischen Legierungsschichten in den aktiven organischen Bereich transportiert werden können. Hierbei bewirkt der Legierungscharakter der Schichten einen weiteren Vorteil, indem der Ladungstransport durch die oben ausführlich beschriebene feine Verteilung der anorganischen Komponente(n) unterstützt wird.
Der hier beschriebene und beanspruchte aktive Bereich der Bauelemente kann entweder aus einer einzigen organischen Emissionsschicht oder einem Stapel aus mehreren elektrolumineszierenden organischen Schichten bestehen. Der aktive Bereich kann auch eine oder mehrere organische Quantentopfstrukturen, die die Ladungsträger eingrenzen, oder ein dotiertes organisches Material umfassen, in welchem die (organischen oder anorganischen) Dotanden die aktiven Rekombinationsorte darstellen. Der organische elektrolumineszierende aktive Bereich kann auch einen Stapel von mehr als einer organischen Schicht umfassen, die dazu dient, die Elektronen und/oder Löcher im aktiven Bereich elektrisch einzugrenzen, um die Emission einer angrenzenden organischen Schicht zu verbessern.
Im Folgenden werden einige spezielle Details des Bauelements in den 6A und 6B dargelegt. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass die meisten Besonderheiten Einzelheiten und strukturellen Details, wie beispielsweise die Dicke, die Auswahl des organischen und des anorganischen Materials und deren Kombinationen, abgewandelt werden können, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die in Tabelle 1 aufgeführte HTL 62 umfasst ein übliches Diamin (TAD). Die ETL 64 umfasst Alg3 als organisches Matrixmaterial und Aluminium (Al) als anorganisches Material. Zwischen der ETL 64 und der stabilen Al-Katode 65 besteht für die Elektronen keine Energiebarriere. Das organische Material Alg3 ist bei der aktiven Schicht (EL) 63 und der ETL 64 gleich.
Um die derzeitigen lichtemittierenden organischen Bauelemente weiter zu verbessern, kann man zwischen dem aktiven Bereich und einer legierten Transportschicht eine organische Pufferschicht bilden. In 7A ist eine Struktur gezeigt, bei der zwischen der ETL 71 und dem aktiven Bereich 69 eine organische Pufferschicht 70 angeordnet ist. Die organische Pufferschicht 70 schwächt den Einfluss der legierten ETL 71 auf die Rekombination der Ladungsträger im aktiven Bereich 69 ab. Versuche haben gezeigt, dass die Rekombination unterdrückt werden kann, wenn sich das anorganische Material in engem Kontakt mit dem aktiven Bereich befindet, z. B. bei herkömmlichen Bauelementen mit sehr dünnen Transportschichten. Die organische Pufferschicht 70 gemäß der vorliegenden Erfindung muss dünn genug sein, damit während des Transports keine nennenswerten ohmschen Verluste auftreten oder um möglicherweise Diffusionstransport zwischen der Transportschicht und dem aktiven Bereich zu ermöglichen. Die Pufferschicht muss aber auch dick genug sein, damit sie den aktiven Bereich von der Transportschicht isolieren kann. Die tatsächliche Dicke der organischen Pufferschicht hängt von verschiedenen Parametern wie dem Material der anorganischen Komponente(n) und der organischen Matrix der Transportschicht, dem organischen Material und der Struktur des aktiven Bereichs 69 und nicht zuletzt vom Puffermaterial selbst ab, um nur die wichtigsten Faktoren zu nennen. Bereits eine sehr dünne organische Pufferschicht 70 vermag die beabsichtigte Wirkung enorm zu verstärken, indem sie entweder das Wachstum des aktiven Bereichs beeinflusst oder den aktiven Bereich mit einer Diffusionsbarriere oder einer elektrischen Begrenzung versieht. Je nach den oben erwähnten Parametern sind Dicken im Bereich von etwa 1 nm bis 100 nm brauchbar. Es wird sofort klar, dass anstelle einer organischen Pufferschicht 70 lediglich auf einer Seite des aktiven Bereichs 69 auch auf der anderen Seite eine ähnliche oder andere Pufferschicht bereitgestellt werden kann.
In den 7A und 7B wird ein zweites Bauelement auf Basis der von Adachi et al. in ACTA Polytechnica Scandinavica beschriebenen Dreischichtstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Diese Ausführungsart beinhaltet wie oben beschrieben die beiden legierten Schichten ETL 71 und HTL 68 und eine zwischen der ETL 71 und der Emissionsschicht 69 angeordnete organische Pufferschicht 70. Die aktive Schicht 69 grenzt sowohl die Elektronen als auch die Löcher ein, um den Wirkungsgrad der strahlenden Rekombination zu erhöhen. Innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung kann zwischen die HTL 68 und die Emissionsschicht 69 eine zweite Pufferschicht eingefügt werden. Außerdem kann die Emissionsschicht 69 durch ein organisches Material oder andere eine in der Technik bekannte aktive Schicht dotiert werden.
Außerdem kann die Pufferschicht 70 im Gegensatz zu dem für die ETL 71 gewählten organischen Material aus einer Vielzahl organischer Materialien gewählt werden. Im vorliegenden Beispiel wird die organisch-anorganische HTL-Legierung 68 (TAD/Ge) auf einer auf einem Glassubstrat 66 befindliche ITO-Rnode 67 abgeschieden. Der organische Emissionsbereich 69 umfasst ein Triphenylaminderivat (NSD). Sowohl als organische Pufferschicht 70 als auch als organische Komponente der Al/PBD-ETL-Legierung 71 wird ein Oxadiazolderivat (PBD) verwendet. Eine Al-Katode 72 sorgt für die barrierefreie Injektion in das Al der ETL-Legierung 71.
Eine vierte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist in den 8A und 8B dargestellt. Dieses Bauelement zeichnet sich dadurch aus, dass das organische Matrixmaterial bis auf die Emissionsschicht 77 über die gesamte Struktur einheitlich ist. Ein Vorteil besteht darin, dass das organische Matrixmaterial nach seiner Stabilität, der Größe der Bandlücke, der Verträglichkeit mit Verunreinigungen von elektrolumineszierenden Dotanden und einem kleinen Diffusionskoeffizienten für Additive gewählt werden kann, während die einzelnen Bauelementfunktionen durch die Wahl der Additive in jedem einzelnen Bereich optimiert werden können. Ein ausgezeichnetes Matrixmaterial ist 3,4,7,8-Naphthalintetracarboxyl-dianhydrid (NTCDS), weil es kristallisieren kann und dabei eine sehr stabile diffusionsbeständige organische Matrix mit breiter Bandlücke bildet, die bekanntlich mit der von So et al. in deren bereits erwähntem Artikel beobachteten organischen Lumineszenz kompatibel ist. Eine geeignete Emissionsschicht 77 umfasst 3,4,9,10-Perylentetracarboxyl-dianhydrid (PTCDA), das in NTCDA einen Quantentopf bildet, der sowohl Elektronen als auch Löcher eingrenzt. Innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung kann das PTCDA dotiert werden, um die Lumineszenzausbeute zu erhöhen oder die Emissionswellenlänge zu ändern. Ebenso kann bei Verwendung von dotiertem NTCDA als Emissionsschicht eine einzige durchgehende organische Matrix erzeugt werden, wenn die Wirkung der Dotanden ausreicht, die fehlende Ladungsträgereingrenzung in der Emissionsschicht zu überwinden. Beim vorliegenden Beispiel wird die organischanorganische HTL-Legierung 75 (NTCDA/Au) auf einer ITO-Anode 74 auf einem Glassubstrat 73 abgeschieden. NTCDA-Pufferschichten 76 und 78 trennen den mit Cumarin 540 dotierten PTCDA-Emissionsbereich 77 auf der einen Seite von der HTL 75 und auf der anderen Seite von der NTCDA/Al-Legierung ETL 79. Eine Al-Katode 80 gewährleistet eine Injektion ohne Energiebarriere in das Al der ETL-Legierung 79.
Bei den Strukturen der 6A, 7A und 8A wird das Licht vom aktiven Bereich, genauer gesagt von dessen Emissionsschichten (EL), durch die HTL, die transparente ITO-Anode und das Glassubstrat in den Halbraum unterhalb der Substratebene emittiert. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass alle im Lichtpfad liegenden Schichten und Kontakte in dem durch das Bauelement ermittierten Wellenlängenbereich nicht stark absorbieren. Dies erreicht man durch Beschränkung der Legierungen auf mittlere anorganische Konzentrationen und Schichtdicken, wie sie in den drei obigen Beispielen angegeben sind. Halbleiter leiten Ladungen schlechter als Metalle und erfordern generell einen höheren Gehalt in der Legierung, um ähnliche Leistungsparameter zu erreichen. Da Halbleiter Licht wesentlich schwächer absorbieren als Metalle, können höhere Legierungskonzentrationen verwendet werden.
Oft ist es erwünscht, Licht entweder durch beide Kontakte zu oder nur durch den oberen Kontakt emittieren, wenn der untere Kontakt oder das Substrat undurchsichtig ist oder reflektiert. Dies wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, indem man als oberen Kontakt einen dotierten oder undotierten Halbleiter in Verbindung mit einer unmittelbar darunter angeordneten organisch-anorganischen Legierungstransportschicht verwendet. Halbleiter absorbieren Licht wie oben erwähnt wesentlich schwächer als Metalle, sodass für den oberen Kontakt ohne Leistungsverlust eine dicke Halbleiterschicht verwendet werden kann. Ein Vorteil der Verwendung einer dicken Halbleiterschicht für den oberen Kontakt besteht darin, dass die gesamte Struktur zur Minimierung der Flächenwiderstände durch ein transparentes Metall wie beispielsweise ITO sicher abgedeckt werden kann. Wegen des zerstörenden Charakters der normalerweise verwendeten Plasmabeschichtungsverfahren und der chemischen Reaktionen mit dem vorhandenen Sauerstoff ist es unmöglich, das ITO direkt auf den OLEDs abzuscheiden.
Im Folgenden werden einige auf der vorliegenden Erfindung basierende und durch diese ermöglichte Ausführungsarten von Anzeigen beschrieben.
Es wäre von Vorteil, wenn man OLEDs auf Si-Substraten integrieren könnte, da auf dem Substrat vor der Beschichtung mit den OLEDs bereits aktive Si-Bauelemente wie beispielsweise eine aktive Matrix, Treiberschaltungen, Speicher usw. hergestellt werden können. Eine solche Struktur kann eine auf dem Si sehr ökonomisch herzustellende Anzeige mit einer kleinen Fläche, hoher Auflösung und Leistung sein. Ein OLED, OLED-Matrizen oder eine OLED-Anzeige kann entweder direkt auf einem Si-Bauelemente tragenden Si-Substrat abgeschieden oder einzeln hergestellt und anschließend auf das Si-Substrat aufgebracht werden. Dabei besteht ein Problem darin, dass herkömmliche Si-Metallisierungen entsprechend ihrer Stabilität gewählt werden und daher keine guten Ladungsinjektoren für herkömmliche OLEDs sind. Herkömmliche Katodenmetalle von OLEDs sind gegenüber Si-Prozessen oder Luft nicht beständig. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die oberen Kontakte durchsichtig sein müssen, da das Si undurchsichtig ist. Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung dieser Probleme. Die offengelegte organisch-anorganische Legierungs-Elektronentransportschicht ermöglicht die Elektroneninjektion durch ein stabiles Katodenmetall, sodass Si-Prozesse mit OLEDs kompatibel sind. Durch die organisch-anorganische Legierungs-HTL kann für die oben liegende Anode ein besseres Material als ITO gewählt werden, da dieses wegen mechanischer Plasmaschäden und schädlicher Sauerstoffreaktionen nicht auf OLEDs aufgesputtert werden kann. Legierte HTLs lassen dickere Halbleiterkontakte zu, auf welche ITO oder ein anderer transparenter Leiter aufgebracht werden kann. Die vorliegende Erfindung lässt für die Injektion in die HTL auch eine inerte semitransparente Au-Schicht zu, ohne dass mit schädlichen Effekten durch eine Energiebarriere gerechnet werden muss.
Eine auf einem Si-Substrat gebildete organische Matrix- oder Anzeigestruktur ist in 9 dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Diese Anzeige umfasst ein Si-Substrat 90 mit integrierten Schaltungen, die aktive und/oder passive Bauelemente wie zum Beispiel Speicherzellen, Treiberschaltungen, Kondensatoren, Transistoren usw. umfassen (diese Bauelemente sind nicht gezeigt). Auf den integrierten Si-Schaltungen sind strukturierte stabile Katodenmetalle 91 aufgebracht, die die Si-Bauelemente mit den OLEDs 92 verbinden. Beginnend mit einer organisch-anorganischen Legierungs-ETL für die Struktur mit oben liegender Anode wird auf die Katodenstruktur 91 und das Si-Substrat 90 ein OLED aufgebracht. Die OLEDs 92 enthalten auch organischanorganische Legierungs-HTLs und eine nahezu transparente Halbleiteranode 93. Abschließend wird eine dicke ITO-Deckschicht 94 aufgebracht. Man beachte, dass zur Vereinfachung keine Einzelheiten der OLED(s) gezeigt werden.
Eine weitere Ausführungsart einer Matrix oder Anzeige, bei der die Katode der OLEDs oben liegt, ist in 10 dargestellt. In dieser Figur sind schematisch OLEDs 97 auf einem Si-Substrat 95 gezeigt. Das strukturierte ITO 100 ist voll mit der Si-Bearbeitung kompatibel, sodass die vorliegende Erfindung für die Anode 96 nicht unbedingt erforderlich ist. Das Problem der OLEDs mit oben liegender Katode besteht darin, dass eine betriebssichere transparente Katode 98 benötigt wird. Normalerweise sind gute Elektroneninjektoren nicht stabil und zersetzen sich an Luft oder bei Reaktion während oder nach der Abscheidung des transparenten Metalls. Durch eine organisch-anorganische Legierungs-ETL (welche einen Teil des Schichtstapels darstellt, durch den die mit der Bezugszahl 97 bezeichneten OLEDs gebildet werden) wird es möglich, die Katode 98 ausschließlich nach ihren Eigenschaften als stabile, transparente oder semitransparente Barriere zwischen den OLEDs 97 und den nachfolgenden Schichten und/oder gegen die bei der Bearbeitung oder im Betrieb herrschenden Umgebungsbedingungen zu wählen.
Zum Beispiel kann als Substrat für eine OLED-Matrix oder -anzeige 97 ein mit A1 metallisierter Si-Chip 95 dienen, auf den ITO-Anoden-Strukturen 96 und 100 aufgebracht wurden. Ein solches OLED umfasst (von unten nach oben): eine stabile Anodenschicht, z. B. ITO 100, eine optionale organischanorganische Legierungs-HTL, einen dotierten oder undotierten aktiven organischen Bereich, eine organisch-anorganische Legierungs-ETL, eine dünne semitransparente Zwischenkatode 98 aus einem stabilen Metall und eine transparente Metallisierungsdeckschicht 99 aus Metall oder Halbleiter.
Eine weitere in 11 dargestellte Ausführungsart einer Anzeige wird im Folgenden beschrieben. Diese Anzeige umfasst ein transparentes Substrat 102, auf welchem Strukturen aus amorphem Silicium oder aus Poly-Silicium mit derselben Technologie aufgebracht werden, wie sie für Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeigen entwickelt wurden. Üblicherweise wird das Silicium als Dünnschichttransistoren 101 (TFTs) oder andere Bauelemente strukturiert, um eine Aktivmatrix herzustellen. Die gebildeten Si-Bauelemente 101 und 102 können dann durch spezielle Schichten 104 bedeckt oder planarisiert werden. Wenn die OLEDs weißes Licht emittieren, können zusätzlich Farbfilter 102 bereitgestellt werden. Die Si-Bauelemente enthalten eine strukturierte Metallisierung mit ITO-Kontakten 103, auf die beispielsweise OLEDs 105 aufgebracht werden können. Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass in Zusammenhang mit den OLEDs die Flüssigkristallanzeigen-Technologie mit versenkter Aktivmatrix (active matrix liquid crystal display, AMLDS) vorteilhaft genutzt werden kann, um preiswerte Hochleistungs-Aktivmatrixanzeigen auf größeren Flächen zu realisieren. Außerdem kann man durch geschickte Anordnung erreichen, dass das Licht durch das Glassubstrat emittiert wird, sodass kein transparenter oberer Kontakt benötigt wird.
Alle oben gezeigten Strukturen können dadurch noch weiter verbessert werden, dass zwischen die HTL oder ETL und den aktiven Bereich eine von den Pufferschichten unterschiedliche diffusionsbegrenzende Spezialschicht angeordnet wird, um die Diffusion anorganischer Komponenten aus der organischanorganischen Legierung in den Rekombinationsbereich weiter zu verringern. Das heißt, man kann eine solche Diffusionsbarriere entweder zwischen die HTL und die organische Pufferschicht oder zwischen die organische Pufferschicht und den aktiven Bereich einfügen, wenn man die beidseitige Diffusion von Molekülen durch diese Grenzflächen weiter verringern möchte. Dasselbe kann auf der Seite geschehen, an der Elektronen injiziert werden. Dabei kann die Diffusionsbarriere eine rein anorganische, eine rein organische oder eine organischanorganische Legierungsschicht sein. Das Material wird so gewählt, dass die Diffusion von Material durch die Grenzflächen in den aktiven Bereich unterdrückt wird. Außerdem muss es mit der Lichtemission durch Elektrolumineszenz kompatibel sein.
Im Folgenden werden einige Beispiele verschiedener organischer Materialien angegeben, die verwendet werden können. Alq, auch unter der Bezeichnung Alg3 bekannt, kann durch andere 8-Hydroxychinolin-Metall-Komplexe wie zum Beispiel Zng2, Beg2, Mgg2, ZnMg2, BeMg2 und AlPrg3 ersetzt werden. Diese Materialien können als ETL- oder als Emissionsschicht eingesetzt werden. Als ETL können auch folgende Materialien verwendet werden: cyansubstituierte Polymere, Didecyl-Sexithiophen (DPS6T), Bis-triisopropylsilyl-Sexithiophen (2D6T), Azomethin-Zink-Komplexe, Pyrazin (z. B. BNVP), Styrylanthracen-Derivate (z. B. BSA-1, BSA-2) und 1,2,4-Triazol-Derivate (TAZ).
Die folgenden Materialien eignen sich besonders gut als Emissionsschichten: Anthracen, Pyridinderivate (z. B. ATP), Azomethin-Zink-Komplexe, Pyrazin (z. B. BNVP), Styrylanthracen-Derivate (z. B. BSA-1, BSA-2), Coronen (auch als Dotand geeignet), Cumarin (auch als Dotand geeignet), DCM-Verbindungen (DCM1, DCM2; beide ebenfalls als Dotanden geeignet), Distyrylarylen-Derivate (DSA), alkylsubstituierte Distyrylbenzol-Derivate (DSB, Benzimidazol-Derivate (z.B. NBI), Naphthostyrylamin-Derivate (z.B. NSD), Oxadiazol-Derivate (z. B. OXD, OXD-1, OXD-7), N,N,N',N'-Tetrakis(mmethylphenyl)-1,3-diaminobenzol (PDA), Perylen, phenylsubstituierte Cyclopentadien-Derivate, 12-Phthaloperinon-Derivate (PP), Squarilium-Farbstoff (Sq), 1,1,4,4-Tetrapheyl-1,3-butadien (TPBD), Poly(2-methoxyl,5-(2'ethylhexal)-1,4-phenylenvinylen (MEH-PPV), Sexithiophen (6T), Poly(2,4-bis(cholestanoxyl)-1,4-phenylenvinylen (BCHA-PPV), Polythiophene und Poly(p-phenylenvinylen) (PPV).
Die folgenden Materialien sind als HTL geeignet: Cu(II)-Phthalocyanin (CuPc), Distyrylarylen-Derivate (DSA), Naphthalin, Naphtostyrylamin-Derivate (z. B. NSD), Chinacridon (QA; auch als Dotand geeignet), die Poly(3-methylthiophen-Familie (P3MT), Perylen, Polythiophen (PT), 3,4,9,10-Perylentetracarboxyldianhydrid (PTCDA) (auch als Isolator geeignet), Tetraphenyldiaminodiphenyl (TPD-1, TPD-2 oder TAD), Poly(2-methoxyl,5-(2'-ethyl-hexoxy)-1,4-phenylenvinylen (MEH, PPV) und Poly(9-vinylcarbazol) (PVK).
Ein weiteres als Matrix für die vorliegenden OLED-Ausführungsarten geeignetes Material ist Naphthalin-1,4,5,8-tetracarboxyl-1,8,4,5-dianhydrid.
Es sind bereits viele organische Materialien mit guter Lichtemission bekannt; und viele weitere werden entdeckt. Diese Materialien können ebenso zur Herstellung von lichtemittierenden Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In den in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung zitierten Veröffentlichungen sind Beispiele solcher Materialien angegeben worden. Der Inhalt dieser Veröffentlichungen wird durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung einbezogen.
Monomerbauelemente werden routinemäßig durch Vakuumverdampfung hergestellt. Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für die Legierungsbildung, da die Schichtdicken, die außerordentliche Gleichmäßigkeit und die reproduzierbare Legierungsbildung durch die gleichzeitige Verdampfung von zwei oder mehr Materialien genau gesteuert werden können. Das Verfahren stellt für die Bildung der Bauelemente eine außerordentlich saubere Umgebung zur Verfügung und man kann äußerst reine Ausgangsmaterialien garantieren. Die Verdampfung kann in einem Vakuumrezipienten mit unabhängig voneinander regelbaren Widerstands- und Elektronenstrahlverdampfungsquellen erfolgen. Sie kann jedoch auch in einem Molekularstrahl-Beschichtungssystem mit mehreren Effusionszellen und Elektronenstrahlverdampfern durchgeführt werden.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung in die organischen Lochund/oder Elektronentransportschichten eingeführte anorganische Komponente kann entweder ein Metall oder ein Elementhalbleiter oder ein Verbindungshalbleiter sein. Der Elementhalbleiter oder die Verbindungshalbleiter können gezielt dotiert werden, um ihre elektrischen Eigenschaften zu verändern oder zu verbessern. Die folgenden Materialien sind hierfür besonders gut geeignet: Al, Au, Pt, Ag, Be, Ni, In, Ga, As, Sb, Sn, Se, Cd, Te, Hg oder deren Legierungen. Ferner sind Ge, Si, InAs, InN, InP, GaAs, GaN, GaP, AlAs, ZnTe, MgTe, ZnSe, C, CdTe, HgTe oder deren Legierungen geeignet.
Oligomere und polymere organische Stoffe können auch durch Verdampfung ihrer monomeren Komponenten abgeschieden werden, die anschließend durch Erwärmung oder Plasmaanregung auf dem Substrat polymerisiert werden. Diese Stoffe können daher auch durch Simultanverdampfung legiert werden und sind mit monomeren Verbindungen voll kompatibel.
Polymere enthaltende Bauelemente werden im Allgemeinen durch Auflösen des Polymers in einem Lösungsmittel und Verteilen der Lösung auf dem Substrat entweder durch Aufschleudern (spin coating) oder mit einem Rakel hergestellt. In diesem Fall muss auch der anorganische Stoff in dem Lösungsmittel suspendiert oder aufgelöst werden. Nach der Beschichtung des Substrats wird das Lösungsmittel durch Erwärmen verdampft. Dieses Verfahren ist für die Entwicklung der hier beschriebenen Mehrschichtstrukturen unvorteilhaft, da bei jeder Schicht ein Erwärmungszyklus zum Verdampfen des Lösungsmittels sowie jedes Mal ein neues Lösungsmittel erforderlich wäre, welches keine der zuvor abgeschiedenen Schichten auflöst. Von größerem praktischen Interesse ist die Möglichkeit der Herstellung einer polymeren/anorganischen Transportschicht, auf welche Monomerschichten aufgedampft werden, die möglicherweise ebenfalls Legierungen enthalten. Wenn das Polymer vor der Überführung in das Vakuum in einer inerten Atmosphäre aufbewahrt wird, ist für die Herstellung des Bauelements eine ausreichende Sauberkeit gewährleistet.
Man muss erwähnen, dass es sich bei den in den 5 bis 8A gezeigten Strukturen um lichtemittierende Flächendioden handelt. Andere Arten von lichtemittierenden Diodenstrukturen, wie zum Beispiel Mesastrukturen, sind ebenfalls gut geeignet. Die vorliegende Erfindung, die sich besonders mit der Verbesserung bestimmter Schichten in einer lichtemittierenden Diodenstruktur befasst und weitere Schichten innerhalb von Dioden bereitstellt, kann bei jeglichen Arten lichtemittierender organischer Bauelemente angewendet werden.

Claims

Lichtemittierendes Bauelement mit a. einem aktiven organischen Elektrolumineszenzbereich (53), und b. einer organischen Lochtransportschicht (52) zum Transportieren von Löchern von einer Anode (51) zu dem aktiven Bereich (53), wobei das lichtemittierende Bauelement dadurch gekennzeichnet ist, dass die organische Lochtransportschicht (52) eine anorganische Komponente umfasst, die zur Bildung eines organisch-anorganischen Legierungsmaterials eingeführt wird, welches zum verbesserten Ladungstransport aus anorganischen Komponenten besteht, die in der Matrix der organischen Lochtransportschicht (52) dispergiert sind.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, welche Folgendes umfasst: a. eine organische Ladungstransportschicht (71), die die anorganische Komponente umfasst, welche als Elektronentransportschicht zum Transportieren von Elektronen von der als Katode dienenden Elektrode (72) zu dem aktiven Bereich (70) dient, und d. die organische Lochtransportschicht (68), die von der Anode (67) Löcher zum aktiven Bereich (70) transportiert.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei die anorganische Komponente entweder ein Metall oder ein Element-Halbleiter oder ein Verbindungs-Halbleiter ist, wobei der Element-Halbleiter oder der Verbindungs-Halbleiter gezielt dotiert sein können, um ihre elektronischen Eigenschaften zu verändern oder zu verbessern.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, wobei die zur Bildung eines organisch-anorganischen Legierungsmaterials eingeführte anorganische Komponente so ausgewählt ist, dass man eine Lochtransportschicht erhält, welche im Vergleich zu einer rein organischen Lochtransportschicht einen verringerten Widerstand aufweist.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, wobei die zur Bildung eines organisch-anorganischen Legierungsmaterials eingeführte anorganische Komponente so ausgewählt ist, dass die anorganische Komponente den Primärkanal für die Injektion von Löchern von der Anode in das organisch-anorganische Legierungsmaterial bereitstellt.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, wobei die zur Bildung eines organisch-anorganischen Legierungsmaterials eingeführte anorganische Komponente so ausgewählt ist, dass die anorganische Komponente aufgrund ihrer feinen Verteilung im organischen Matrixmaterial der organischen Lochtransportschicht den verbesserten Lochübergang vom organischen Material in dem organischanorganischen Legierungsmaterial in das organische Material im aktiven Bereich bewirkt.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, das ferner eine dünne organische Pufferschicht (76) zwischen der organisch-anorganischen Transport-Legierungsschicht (75) und dem aktiven Bereich (77) umfasst, wobei die organische Pufferschicht (76) die Aufgabe hat, die Auslöschung durch die anorganische Komponente in der organischen Lochtransportschicht (75) der Emissionsschicht des aktiven Bereichs (77) zu mindern oder zu unterdrücken.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 7, das dünne organische Pufferschichten (78, 76) zu beiden Seiten des aktiven Bereichs (77) umfasst.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, wobei der aktive Bereich ferner Folgendes umfasst: entweder – einen Stapel von mehr als einer organischen Elektrolumineszenz-Emissionsschicht (EL), oder – eine mit einer oder mehreren organischen oder anorganischen Verunreinigungen dotierte organische Verbindung, welche so ausgewählt sind, dass sie die Elektrolumineszenz fördern und verstärken, oder – einen Stapel von mehr als einer organischen Elektrolumineszenz-Emissionsschicht, von denen einige dotiert sein können, damit die Elektrolumineszenz der jeweiligen organischen Elektrolumineszenz-Emissionsschicht gefördert oder verstärkt wird, oder – einen Stapel von mehr als einer organischen Schicht, bei dem die Aufgabe der einen oder mehreren organischen Schichten darin besteht, eine oder mehrere Ladungsträgerarten elektrisch zu begrenzen, um die Emission einer benachbarten organischen Schicht zu verbessern.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Konzentration der zur Bildung eines organischanorganischen Legierungsmaterials eingeführten anorganischen Komponente so abgestuft ist, dass die Konzentration mit dem Abstand vom aktiven Bereich abnimmt oder zunimmt .
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Anode entweder –ein direkt mit dem organisch-anorganischen Legierungsmaterial verbundener Metallkontakt ist, wobei die anorganische Komponente ein Metall ist, oder – ein direkt mit dem organisch-anorganischen Legierungsmaterial verbundener Halbleiterkontakt ist, wobei die anorganische Komponente ein Metall ist, oder – ein direkt mit dem organisch-anorganischen Legierungsmaterial verbundener Halbleiterkontakt ist, wobei die anorganische Komponente ein Halbleiter ist, oder –ein direkt mit dem organisch-anorganischen Legierungsmaterial verbundener Metallkontakt ist, wobei die anorganische Komponente ein Halbleiter ist.
Lichtemittierendes Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches eine einzige über die gesamte Vorrichtung reichende organische Matrix aufweist, wobei sich einzelne Schichten der Vorrichtung nur durch die organischen Komponenten in der organischen Lochtransportschicht und durch die organischen oder anorganischen Elektrolumineszenz-Dotanden im aktiven Bereich unterscheiden.
Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welches eine einzige über die gesamte Vorrichtung reichende organische Matrix aufweist, mit Ausnahme der organischen Emissionsschicht, die Teil des aktiven Bereichs ist, wobei die organische Emissionsschicht des aktiven Bereichs vorzugsweise in Verbindung mit den Dotanden und abgestimmt auf die organische Matrix in dem umgebenden Bauelement entsprechend ihren Emissionseigenschaften ausgewählt wird.
Lichtemittierendes Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das so aufgebaut ist, dass Licht durch die als oberer Kontakt dienende Elektrode in den Halbraum oberhalb des Substrats emittiert wird, wobei diese Elektrode ein lichtdurchlässiges oder halbdurchlässiges Metall oder einen Halbleiter umfasst.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Löcher mittels der anorganischen Komponenten mit einem verringerten Spannungsabfall oder verringerter Erwärmung durch die organische Lochtransportschicht (52) geleitet werden.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Injektion der Löcher zwischen der Anode (51) und den anorganischen Komponenten der organisch-anorganischen Legierung erfolgt.
Organische lichtemittierende Matrix oder Anzeige, die mehr als ein lichtemittierendes Bauelement (92, 97, 105) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, wobei das lichtemittierende Bauelement auf einem üblichen Substrat (90, 95, 108) abgeschieden oder befestigt ist.
Organische lichtemittierende Matrix oder Anzeige nach Anspruch 17, wobei das übliche Substrat ein kristallines Siliciumsubstrat ist, welches Bauelemente und/oder Schaltungen und/oder elektrische Verbindungen umfasst.
Organische lichtemittierende Matrix oder Anzeige nach Anspruch 18, wobei die Bauelemente und/oder Schaltungen und/oder elektrischen Verbindungen so beschaffen sind, dass sie mindestens eines der lichtemittierenden Bauelemente ansteuern und kontrollieren.
Organische lichtemittierende Matrix oder Anzeige nach Anspruch 18, wobei die lichtemittierenden Bauelemente mit der Katode nach unten auf dem Siliciumsubstrat abgeschieden sind und – Elektronen durch einen stabilen Metallisierungsprozess des Siliciums mit einem hohen Wirkungsgrad in die dem Elektronentransport dienenden organisch-anorganischen Legierungsschichten der lichtemittierenden Bauelemente injiziert werden, und/oder – an der Oberseite der lichtemittierenden Bauelemente eine lichtdurchlässige oder halbdurchlässige Deckanode gebildet wird, die so angeordnet ist, dass das durch die lichtemittierenden Bauelemente emittierte Licht in den Halbraum oberhalb der Ebene des Siliciumsubstrats emittiert wird.
Organische lichtemittierende Matrix oder Anzeige nach Anspruch 18, wobei die lichtemittierenden Bauelemente mit der Anode nach unten auf dem Siliciumsubstrat abgeschieden werden und wobei – Löcher durch einen stabilen Metallisierungsprozess des Siliciums mit oder ohne zusätzliches strukturiert aufgebrachtes Indium-Zinn-Oxid (indium-tin-oxide, ITO) mit einem hohen Wirkungsgrad in die lichtemittierenden Bauelemente injiziert werden, was vorzugsweise durch die dem Lochtransport dienende organisch-anorganische Legierungsschicht unterstützt wird, und an der Oberseite der lichtemittierenden Bauelemente eine lichtdurchlässige oder halbdurchlässige Deckkatode gebildet wird, die so angeordnet ist, dass das durch die lichtemittierenden Bauelemente emittierte Licht in den Halbraum oberhalb der Ebene des Siliciumsubstrats emittiert wird.
Organische lichtemittierende Matrix oder Anzeige nach Anspruch 17, wobei die lichtemittierenden Bauelemente mit der Katode nach unten auf dem üblichen Substrat abgeschieden sind, welches vorzugsweise ein Glassubstrat ist, auf dem die lichtemittierenden Bauelemente so angeordnet sind, dass durch die lichtemittierenden Bauelemente emittiertes Licht in den Halbraum unterhalb der Ebene des üblichen Substrats emittiert wird.
Organische lichtemittierende Matrix oder Anzeige nach Anspruch 22, wobei das Substrat und die gesamte Matrix oder die Anzeige biegsam sind.
Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Bauelementen mit einem aktiven organischen Elektrolumineszenzbereich und einer organischen Lochtransportschicht zum Transportieren von Löchern von einer Anode zu dem aktiven Bereich, wobei das Verfahren einen Schritt zum Einführen einer anorganischen Komponente in die organische Lochtransportschicht zur Bildung eines organisch-anorganischen Legierungsmaterials umfasst, welches zur Verbesserung des Lochtransports aus anorganischen Komponenten besteht, die in der Matrix der organischen Lochtransportschicht dispergiert sind.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Schritt so ausgeführt wird, dass die anorganischen Komponenten in der organischen Matrix der organischen Lochtransportschicht dispergiert werden, ohne die Gesamteigenschaften der organischen Matrix zu beeinträchtigen.