專利名稱：電致發(fā)光裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于電致發(fā)光裝置，這種裝置有兩個(gè)電極，兩電極之間至少有一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體及支持這個(gè)裝置的基底，以及一個(gè)用導(dǎo)電方式和前述的兩個(gè)電極連接起來(lái)的電流源。本發(fā)明還涉及制造這種裝置的方法。
在有機(jī)半導(dǎo)體中首次出現(xiàn)電致發(fā)光現(xiàn)象是在1960年，而在有機(jī)薄膜中的電致發(fā)光系統(tǒng)的發(fā)展則是在八十年代的后半葉。在這方面參閱下面的文章A.L.Kraft，A.C.Grimsdale，A.B.Holmes，Electroluminescent conjugated polymers-Seeing polymers in anew light，Angew.Chem.Int.Ed.(1998)37，402-428，et R.H.Friend，R.W.Gymer，A.B.Holmes，J.H.Burroughes，R.N.Marks，C.Taliani，D.D.C.Bradley，D.A.Dos Santos，J.L.Bredas，M.Lgdlund，W.R.Salaneck，Electroluminescence in conjugatedpolymers，Nature/1999/397，121-128。
在所用的大多數(shù)系統(tǒng)中，是用玻璃做基底，在基底上相繼沉積薄層，構(gòu)成電致發(fā)光系統(tǒng)。而最近考慮用PET(對(duì)苯甲二酸乙二醇聚酯(polyéthylène téréphtalate))取代玻璃。玻璃和PET都是透明的，在基底上面直接沉積銦—錫氧化物(ITO)，用來(lái)構(gòu)成向有機(jī)半導(dǎo)體注入帶正電荷的空穴的直流電的正極，然后沉積一或多層薄層的有機(jī)半導(dǎo)體在ITO層之上，這些層通常是由不同的分子構(gòu)成的。最后在整個(gè)面上沉積一薄層鋁，鎂或鈣，構(gòu)成向有機(jī)半導(dǎo)體注入電子的負(fù)極，正是由空穴—電子的復(fù)合而形成系統(tǒng)發(fā)光，透過(guò)玻璃基底或PET基底發(fā)射出去。在通常用交流電的系統(tǒng)中(SCALESymmetrically Configured Alternating CurrentLight Emiting devices)看到的是同樣的電極(在玻璃或PET上的ITO及鋁、銅或金)，而沒(méi)有必要再去區(qū)分這個(gè)電極和那個(gè)電極之間的作用不同。
這些裝置有一種缺陷其所用的基底是一種熱絕緣材料。當(dāng)以大功率使用時(shí)，這樣的基底不能夠相適應(yīng)將熱量散發(fā)出去，導(dǎo)致在裝置中形成破壞。另外，玻璃基底易碎，而PET基底則軟，這兩種基底中沒(méi)有一種能夠在電致發(fā)光裝置使用時(shí)能抵抗所承受的機(jī)械靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力。
還有利用“磷光體”作為電致發(fā)光光源的系統(tǒng)，這些磷光體都是由無(wú)機(jī)物構(gòu)成，與一層硬的導(dǎo)電基底被一層通常是電阻可變的電介質(zhì)層分開(kāi)來(lái)。磷光體通常都是密封在一種可聚合的樹(shù)脂內(nèi)，將磷光體置于交變電場(chǎng)中，使內(nèi)部由于熱作用而產(chǎn)生的電子和在價(jià)帶(bande de valence)中具有的相應(yīng)的正電荷的空穴產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，由于電子碰撞而激發(fā)，由此而發(fā)光，就是說(shuō)，在這種情況下產(chǎn)生本征電致發(fā)光(例如見(jiàn)WO-97/46053和US-A-3,626,240)。
為了激勵(lì)“磷光體”，必須建立一個(gè)足夠強(qiáng)度的交變場(chǎng)，由此需要有一個(gè)介電層和/或電阻層，由此得出60～500V的高電壓，產(chǎn)生從50Hz到2.5kHz振蕩的交變電流，以及約100μm的厚度。
根據(jù)本發(fā)明，可以預(yù)計(jì)一種如上面描述的電致發(fā)光裝置，其中的基底是由一種金屬或者一種合金構(gòu)成，這種基底具有足夠好的導(dǎo)熱性能，以能排出電致發(fā)光系統(tǒng)所釋放的熱，特別是將電致發(fā)光體用于高功率密度的時(shí)候。
所述的合金為鋼，例如為軟鋼或不銹鋼是相當(dāng)有好處的。鋼同時(shí)有硬度和易于成型的性質(zhì)，這于電致發(fā)光裝置在多個(gè)方面的應(yīng)用都是非常有好處的，例如照明牌、內(nèi)部或外部光源，裝飾系統(tǒng)、不變的或可編程的顯示系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一種有利的實(shí)施方式，第一個(gè)電極是沉積在至少一層的有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層的第一側(cè)，是在半導(dǎo)體層的第一面上，即相對(duì)于基底的面上，第二個(gè)電極是沉積在至少一層的有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體的第二側(cè)，是在這半導(dǎo)體層的第二面上，即和基底相反的面上。這第二個(gè)電極至少讓部分光線透過(guò)。
如前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)的那樣，這種裝置可以有一個(gè)有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層，也可以有相迭多層半導(dǎo)體層。在僅有一層半導(dǎo)體的情況下，第一面和第二面肯定為這一層的兩個(gè)面；在有相迭的多層的情況下，是為這些層所構(gòu)成的整體的兩個(gè)外面。
由于用金屬作基底，用合金或用鋼，其有利之處在于可以安排電致發(fā)光系統(tǒng)中各層的順序和根據(jù)以往技術(shù)所安排的電致發(fā)光系統(tǒng)中各層的順序相反。事實(shí)上，裝置發(fā)出的光不再是透過(guò)基底，而只透過(guò)一個(gè)電極—和基底相反的電極，并通常透過(guò)這個(gè)面的外包裝，這個(gè)外包裝是透明材料，隔絕氣和水。
最好是用盡可能好的透明材料制造位于和基底相反的面的電極，例如可以考慮使用無(wú)機(jī)電極材料，如在已知的電致發(fā)光裝置或光電池中直接用玻璃或PET基底支承的電極。作為例子，并非是窮舉，可以舉出銦—錫氧化物(ITO)、銦—鋅氧化物(IZO)，或者以銦(鋅、鎵)的氧化物為基質(zhì)的系統(tǒng)，亦或ZnO、SnO2、ZnS、CdS、ZnSe、ZnxCd1-xO、ZnTe，還可以使用導(dǎo)電且透明的有機(jī)材料，例如鍍P的軛合聚合物(polymères conjugués)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophène)、聚苯胺(polyaniline)、聚乙炔(polyacétylène(CHx))以及這些物質(zhì)的派生物或混合物。還可以使用這些導(dǎo)電層的多層重迭，例如一層ITO上面覆蓋一層共軛聚合物。
作為透明的封裝材料，作為例子可以用所謂的PECVD(physical Enhanced Chemical Vapor Deposition)技術(shù)沉積一薄層氧化硅(SiOx)。
根據(jù)本發(fā)明的一種好的實(shí)施方式，基底和電源連接，鋼是一種電良導(dǎo)體，因此可以將電流引向和它相接的電極，基底本身可以起到電極的作用。
顯然，還可以有另一種根據(jù)本發(fā)明的裝置；在這種裝置中是基底支承著一個(gè)電極，而電極直接與電源聯(lián)接，而不是裝置經(jīng)過(guò)基底和電源連接。
可以將具有這種作用的任何材料用作基底端的電極材料。特別是可以將上面列舉的材料用于與基底相反的端的電極。而且不僅可以將鋼片狀的基底用于電極，還可以將表面經(jīng)過(guò)處理的這種片狀物用作電極。
根據(jù)本發(fā)明，可以考慮各種能夠?qū)撈谋砻婊蜾撈膬?nèi)部處理成良導(dǎo)電體的材料用于鋼片的表面處理，例如可以預(yù)先將鋼片進(jìn)行受控氧化處理，使它至少在表面有良導(dǎo)電材料的富集，例如Fe3O4的富集。這種受控氧化可以用已知的方式，例如用電解或用空氣氧化。
對(duì)于表面處理，還可以考慮在鋼片上做導(dǎo)電包層，特別是鋅，熔合有或多或少的鋁的鋅、鋁、鉻或錫，根據(jù)情況，和根據(jù)技術(shù)人員所熟悉的技術(shù)，這樣的包層可以例如用電解沉積，或用熱浸沾沉積。
對(duì)于表面處理，亦可考慮在基底上涂一薄層與基底不同的別的金屬或合金，例如在鋼片上涂鋁、鎂、或鈣，這種涂制可以采用任何技術(shù)人員所熟悉的方法，例如真空蒸鍍或陰極濺射。
還可以考慮在裸的基底上或是已經(jīng)經(jīng)過(guò)表面處理的基底上涂上至少一層導(dǎo)電聚合物，作為例子可以舉出聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、以及這些物質(zhì)的派生物或混合物。
根據(jù)本發(fā)明的一種好的實(shí)施方式，基底是用一種反射有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層發(fā)出的光的材料處理過(guò)的鋼。為此，用作基底的鋼是非透明的，經(jīng)過(guò)拋光或做非透明的包層。還可以使在基底邊的電極以及基底的可能的表面包層也是透明的。這樣的安排可以使系統(tǒng)的發(fā)光致率提高不少。
對(duì)于電極材料，在此情況下特別可以使用恰好上面所指出的用于制作和基底相對(duì)反面的電極的材料中的某一種。
將用作基底的透明材料玻璃、PET用不透明的鋼替代，使能利用相同的兩個(gè)面，或通常一個(gè)與另一個(gè)不同的兩個(gè)面(顏色或顯示變化)來(lái)建立電致發(fā)光裝置。
根據(jù)本發(fā)明的其它的細(xì)節(jié)和特征將在權(quán)利要求書(shū)1至17條中說(shuō)明。
本發(fā)明還涉及電致發(fā)光裝置的制作方法。裝置中有安布在兩個(gè)電極之間的至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體、一個(gè)由基底構(gòu)成的裝置支承物，以及兩個(gè)電極與電源的連接。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)方法中包括將第一個(gè)電極安布在用金屬或合金做成的基底上，將至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體沉積在第一個(gè)電極上，將至少能部分透光的第二電極沉積在所述的至少一層的有機(jī)半導(dǎo)體上，通常還要在第二個(gè)電極上沉積一層隔絕水和空氣的透明材料以將整個(gè)裝置封裝起來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明的方法的別的細(xì)節(jié)和特征將在權(quán)利要求書(shū)的18至24條中說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明，至少一層的有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層很薄，其最大厚度可以為幾微米。
在

圖1所示的情況下，電源1是直接和兩個(gè)電極3和5相接的。當(dāng)然，可以將電源1和鋼片2相接，鋼片2就將電流引向電極3。
在圖2中所示的裝置與在圖1中所示的裝置相似，但用的是一個(gè)交流電源8供電，這個(gè)電源一方面和以ITO5為基質(zhì)的電極層連接，一方面和鋼片2連接，鋼片2既構(gòu)成基底，又作為與電極5相反的電極。這兩個(gè)電極交替作為正極和負(fù)極。
為了改善電的分布和通過(guò)，在鋼片上包上一層有機(jī)導(dǎo)電層9，例如為CHx(聚乙炔)，可用真空反應(yīng)濺射的辦法沉積在鋼片上。這個(gè)導(dǎo)電層是透明的，且這個(gè)導(dǎo)電層9所覆蓋的鋼片的面是經(jīng)過(guò)事先處理的，用來(lái)反射電致發(fā)光系統(tǒng)所發(fā)出的光，這可以提高電致發(fā)光系統(tǒng)的效率。
在圖2所示的實(shí)施例中，將有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體表示成兩層4′、4″，這兩層可以是相同的，也可以是不同的。
同樣可以在層4′、4″與以ITO為基質(zhì)的電極之間有一聚乙炔層，(圖中未畫(huà)出)，類似于層9，這亦是為了改善電的分布和通過(guò)。
圖3所示的實(shí)施例和圖1所示的實(shí)施例相似，其不同之處在于此處的基底2是用作正極。為此，最好是用受控氧化的方式制出一個(gè)例如為Fe3O4的富集層10。在這種情況下，相反的電極11最好是用透明導(dǎo)電的聚合物構(gòu)成。
根據(jù)圖4所示的實(shí)施例，軟鋼片用作基底2，兩個(gè)相同的電致發(fā)光裝置位于基底2的每個(gè)表面。
這種基底的兩個(gè)面都是在真空中用等離子體激活的，然后在真空中用蒸鍍或用陰極沉積的方法在每個(gè)面上沉積一層鋁12。
在連續(xù)的有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層4′、4″與由ITO層構(gòu)成的電極5之間制一聚乙炔層13，用來(lái)改善電流的分布和通過(guò)。
這個(gè)圖中所示的布局是不能視作根據(jù)以往的技術(shù)的電致發(fā)光裝置的，因?yàn)樵谶@些電致發(fā)光裝置中光要透過(guò)基底。
應(yīng)當(dāng)肯定，本發(fā)明絲毫也不限制在上面描述的實(shí)施方式中，其中的修改也可能不是出自權(quán)利要求的范圍。
例如，可以在基底與至少一層的有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層之間引入一層非常薄的電絕緣層，能夠允許電子通過(guò)隧道效應(yīng)通過(guò)，例如為的是使電子的傳輸均勻。
還可以考慮在至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層中摻入電致磷光分子，以能提高量子效率。
權(quán)利要求
1.電致發(fā)光裝置，其中有兩個(gè)電極(2，3，5)，在兩個(gè)電極之間有至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體(4、4′、4″)和一個(gè)支承述及的裝置的基底(2)，還有一個(gè)用導(dǎo)電的方式和兩個(gè)電極連接的電源(1、8)，其特征在于所說(shuō)的基底(2)是用金屬或合金制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于其中的第一個(gè)電極(2、3)是在述及的至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體(4、4′、4″)的第一側(cè)，即在朝向基底(2)的第一面上；特征還在于第二個(gè)電極(5)是在至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體層(4、4′、4″)的第二側(cè)，即在背向基底(2)的第二面上，第二個(gè)電極(5)至少允許一部分光透過(guò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一條的裝置，其特征在于所說(shuō)的合金為鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一條的裝置，其特征在于其中的基底(2)和電源(1、8)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于其基底(2)構(gòu)成述及的兩個(gè)電極中的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于其中的基底(2)與兩個(gè)電極中的一個(gè)(3)是導(dǎo)電接觸的，且將電流引向這個(gè)電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一條的裝置，其特征在于述及的基底(2)支承著兩個(gè)電極中的一個(gè)(3)，電極(3)與電源(1、8)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一條的裝置，其特征在于其基底(2)是由一個(gè)表面經(jīng)過(guò)處理的鋼片構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于其中的表面經(jīng)過(guò)處理的基底(2)在鋼片的表面有導(dǎo)電的化合物(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于其中的鋼片具有導(dǎo)電的表面包層(3，9，12)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于述及的表面包層至少有一層的材料是從下面的一組材料中選出來(lái)的鋅、摻鋁的鋅、鋁、鎂、鈣、錫、鉻。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于其表面包層中至少有一層導(dǎo)電聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于述及至少一層的導(dǎo)電聚合物是從下面一組材料中選出來(lái)的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、這些材料的派生物及這些材料的混合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中任意一條的裝置，其特征在于述及的基底(2)是經(jīng)過(guò)處理的鋼，以能反射由至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體(4、4′、4″)發(fā)出的光。
15.根據(jù)權(quán)利要求2至14中任意一條的裝置，其特征在于在和基底(2)相反側(cè)的第二電極(5)具有一個(gè)透明材料的包裝層(6)，以隔絕水和空氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一條的裝置，其特征在于其中的基底(2)有兩部分，其中的一個(gè)部分是導(dǎo)電的，支承著述及的裝置，且通常和電源連接；另一部分與外邊是電絕緣的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15的裝置，其特征在于在述及的基底的第一面上支承著述及的裝置，而在和第一面相反的第二面上支承著一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的附加的電致發(fā)光裝置。
18.電致發(fā)光裝置的制造方法，裝置中有—在兩個(gè)電極之間安置的至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體，—由基底構(gòu)成的一個(gè)裝置的支承物，以及—兩個(gè)電極到電流源的連接，其特征在于，—將第一電極安置在用金屬或合金制成的基底上，—將述及的至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體沉積在第一電極，且—將至少能夠部分透光的第二電極沉積在述及的至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體上，—且通常要在第二電極上沉積一層透明的隔絕空氣和水的材料，將裝置包裝起來(lái)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于述及的基底由鋼片構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求18及19中某一條的方法，其特征在于在述及的安置第一電極中有將鋼片活化，以使可起到第一電極的作用，其特征還在于在這個(gè)方法中可將電流源和鋼片連接起來(lái)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18和19中任一條的方法，其特征在于述及的安置第一電極中有將第一電極涂制在基底的表面上。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任意一條的方法，其特征在于其中有預(yù)先對(duì)基底的表面進(jìn)行處理。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于在表面處理中有用至少一種導(dǎo)電化合物做表面包層。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于表面處理中有至少在基底的表面富集導(dǎo)電的化合物。
全文摘要
一種電致發(fā)光裝置包括兩個(gè)電極(3,5),其中至少一層有機(jī)電致發(fā)光半導(dǎo)體(4)安置其間,還有一個(gè)支承所述裝置的基底(2),一個(gè)電流源(1)電連接于所述電極。本發(fā)明的裝置的特征在于所述基底(2)是金屬或合金制成的。
文檔編號(hào)H05B33/02GK1364395SQ00810868
公開(kāi)日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2000年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月28日
發(fā)明者帕斯克·麥吉, 瑞尼·維南德 申請(qǐng)人:科克瑞爾桑伯瑞檢索和開(kāi)發(fā)集團(tuán)