Un dispositivo emisor de luz que comprende: un ánodo, un cátodo y al menos una capa o cristal que comprende un ensamblaje de agrupaciones oligoatómicas metálicas confinadas en tamices moleculares microporosos,

siendo las agrupaciones metálicas capaces de emitir radiación electromagnética en respuesta un voltaje eléctrico aplicado a través del ánodo y el cátodo, en donde dichos tamices moleculares microporosos se seleccionan del grupo que consiste en zeolitas, óxidos porosos, silicoaluminofosfatos, aluminofosfatos, galofosfatos, zincofosfatos, titanosilicatos y aluminosilicatos o sus mezclas

Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a emisión de luz blanca y de luz coloreada usando agrupaciones atómicas de metales confinados, preferiblemente silicio, plata, cobre y oro, y más particularmente al uso de tamices moleculares microporosos, seleccionados de la lista dada en la reivindicación 1, que comprenden agrupaciones oligoatómicas de plata como materiales luminiscentes para aplicaciones de iluminación y pantallas para imágenes basadas en electroluminiscencia.

Fundamento de la invención

La presente invención se refiere a un material emisor de agrupaciones oligoatómicas metálicas confinadas en tamices moleculares microporosos, seleccionados de la lista dada en la reivindicación 1, por ejemplo, zeolitas, usados en la capa emisora de dispositivos orgánicos emisores de luz (abreviadamente en lo sucesivo OLED, por la expresión inglesa Organic Light Emitting Devices) y diodos emisores de luz (abreviadamente en lo sucesivo LED, por la expresión inglesa Light Emitting Diodes).

Los LED son conocidos desde la década de 1960 y han experimentado una evolución constante, siendo los desarrollos más recientes los LED azul brillante y blanco. Estos LED requieren un material semiconductor de alta pureza que usualmente implica elevados costes de producción. La emisión de LED coloreados consiste generalmente en luz de un espectro estrecho de una longitud de onda predefinida que depende del material usado, que hace difícil afinar el color de la emisión. La presente invención proporciona una alternativa a los materiales semiconductores actuales en cuanto a menores costes de producción y a la mayor facilidad de afinación del espectro de emisión de los LED.

Los OLED son con mucho la innovación más reciente y han sido objeto de un interés creciente como una alternativa a las tecnologías de las pantallas para imágenes actuales (por ejemplo, las de plasma y las de cristal líquido (LCD)) y de iluminación (por ejemplo, las lámparas fluorescentes) debido a las numerosas ventajas que ofrecen, tales como: bajo coste de producción, facilidad de fabricación, amplio ángulo de visión, alta eficiencia, posibilidad de pantallas flexibles para imágenes, alto contraste, gran superficie... Sin embargo, su desarrollo se ha visto dificultado por diversos factores. Uno de los mayores problemas es la vida útil limitada de los materiales orgánicos usados en la fabricación de los OLED. Durante los primeros experimentos con los OLED, la intensidad de la emisión se reducía a la mitad después de solamente 100 horas de funcionamiento (Ref: Tang, C. W., Van Slyke, S.A., Appl. Phys. Lett., 1987, 51, 913). Actualmente se han descrito vidas útiles (extrapoladas) de más de 20.000 horas a 400 cd/m2 (Ref: Cambridge Display Technologies, Nota de prensa de 9 de junio de 2006). Aunque esto es suficiente para las pantallas, las aplicaciones de iluminación requieren una luminancia de al menos 1000 cd/m2, lo que da como resultado vidas útiles bastantes más cortas. Las causas más importantes de degradación son el oxígeno y la humedad, por lo tanto los OLED necesitan estar adecuadamente aislados de la atmósfera circundante. El uso de compuestos estables en el aire puede significar una fuerte reducción de los costes de producción y de tiempo, y un aumento en la vida útil en funcionamiento.

Todos los OLED y los LED están basados en el mismo principio básico: se emparedan entre dos electrodos una o más capas de semiconductores orgánicos o inorgánicos. Sobre esta(s) capa(s) se aplica un campo eléctrico que hace que se inyecten en la(s) capa(s) del cátodo y del ánodo electrones y huecos. Estas cargas se recombinan en el semiconductor creando un estado excitado. El estado excitado se relaja de nuevo a un estado no excitado emitiendo un fotón. Por tanto, la longitud de onda de la luz emitida depende de las propiedades del centro de recombinación.

V.E. Primachenko et al., en The Electronic and Emissive Properties of Au-Doped Porous Silicon, 2005, Semiconductors, Vol. 39, Nº 5, pp. 567-571 describen un dispositivo electroluminiscente que tiene la estructura Au/por-Si:Au/p-Si/Al en el cual nanopartículas de Au y Si están empotradas en el silicio poroso. Ambos tipos de nanopartículas contribuyen a la emisión de luz.

La presente invención propone el uso de agrupaciones oligoatómicas metálicas como centro de recombinación. En contraste con los metales voluminosos que están exentos de una banda prohibida, las pequeñas agrupaciones oligoatómicas metálicas presentan interesantes propiedades de emisión a partir de niveles de energía diferenciados. Este fenómeno ha sido demostrado por ejemplo, para agrupaciones de plata menores de 100 átomos en matrices de gases raros, en soluciones acuosas y en películas de óxido de plata. Cálculos químicos cuánticos confirman el carácter molecular y los estados de energía diferenciados de estas pequeñas agrupaciones de plata. (Ref: I. Johnston,

R. L. (2002) Atomic and Molecular Clusters (Taylor & Francis, London and New York); Rabin, I., Schulze, W., Ertl, G., Felix, C., Sieber, C., Harbich, W., & Buttet, J. (2000) Chemical Physics Letters 320, 59-64.; Peyser, L. A., Vinson, A. E., Bartko, A. P., & Dickson, R. M (2001) Science 291, 103-106; Lee, T. H., Gonzalez, J. I, & Dickson, R. M (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 10272-10275; Lee, T H., Gonzalez, J. I., Zheng, J., & Dickson, R. M., (2005) Accounts of Chemical Research 38, 534-541; Bonacic-Koutecky, V., Mitric, R., Burgel, C., Noack, H., Hartmann, M, & Pittner,

J. (2005) European Physical Journal D 34, 113-118; Lee, T. H., Hladik, C. R., & Dickson, R. M., (2003) Nano Letters 3, 1561-1564; Rabin, I., Schulze, W., & Ertl, G. (1999) Chemical Physics Letters 312, 394-398; Felix, C., Sieber, C.,

Harbich, W., Buttet, J., Rabin, I., Schulze, W., & Ertl, G. (1999) Chemical Physics Letters 313, 105-109; Rabin, I., Schulze, W., & Ertl, G. (1998) Crystal Research and Technology 33, 1075-1084; Rabin, I., Schulze, W., & Ertl, G. (1998) Journal of Chemical Physics 108, 5137-5142; Konig, L., Rabin, I., Schulze, W., & Ertl, G. (1996) Science 274, 1353-1355; Zheng, J. & Dickson, R. M. (2002) Journal of the American Chemical Society 124, 13982-13983; Bonacic'-Koutecky, V., Veyret., V., & Mitric', R. (2001) Journal of Chemical Physics 115, 10450-10460; Bonacic-Koutecky, V., Pittner, J., Boiron, M., & Fantucci, P. (1999) Journal of Chemical Physics 110, 3876; Bonacic'-Koutecky, V., Cespiva, L., Fantucci, P., & Koutecky, J. (1993) Journal of Chemical Physics 98, 7981-7994; Yoon, J., Kim, K. S., & Baeck, K. K. (2000) Journal of Chemical Physics 112, 9335-9342; Fedrigo, S., Harbich, W., & Buttet, J. (1993) Journal of Chemical Physics 99, 5712-5717.

El principal problema en el estudio y creación de las pequeñas agrupaciones oligoatómicas metálicas es la agregación en nanopartículas grandes y finalmente en metal voluminoso, con pérdida de emisión. En la presente invención se demuestra que el uso de estructuras porosas con tamaños limitados de poros, cavidades y canales supera el problema de la agregación facilitando entidades emisoras que son estables en el tiempo.

Los materiales de la presente invención, por ejemplo zeolitas que contienen agrupaciones oligoatómicas de plata exhiben una notable estabilidad, basada en medidas de absorbancia en mordonitas. (Ref: Bogdanchikova, N. E., Petranovskii, V. P., Machorro, R., Sugi, Y., Soto, V. M., & Fuentes, S. (1999) Applied Surface Science 150, 58-64.)

Bogdanchikova et al., encontraron que la estabilidad de las agrupaciones de plata depende de la fuerza de los ácidos, que puede estar relacionada con la composición, por ejemplo, la relación molar SiO2/Al2O3, de los tamices moleculares. Las agrupaciones de plata en las mordenitas que tienen sitios ácidos débiles son estables durante al menos 50 meses, un periodo suficientemente largo con respecto a las aplicaciones previstas para uso en una fuente de luz visible. La desaparición de las agrupaciones estaba asociada con la oxidación. La reducción de las agrupaciones

o un dispositivo exento de oxígeno o pobre en oxígeno obviamente puede aumentar la estabilidad aún más. En la presente invención, las agrupaciones oligoatómicas metálicas se protegen de la oxidación debido a la encapsulación en los tamices moleculares microporosos. Adicionalmente, si es necesario, se puede usar un revestimiento externo de los cristales del material o taponamiento de las entradas de los poros para proteger adicionalmente las agrupaciones metálicas ocluidas.... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo emisor de luz que comprende: un ánodo, un cátodo y al menos una capa o cristal que comprende un ensamblaje de agrupaciones oligoatómicas metálicas confinadas en tamices moleculares microporosos, siendo las agrupaciones metálicas capaces de emitir radiación electromagnética en respuesta un voltaje eléctrico aplicado a través del ánodo y el cátodo, en donde dichos tamices moleculares microporosos se seleccionan del grupo que consiste en zeolitas, óxidos porosos, silicoaluminofosfatos, aluminofosfatos, galofosfatos, zincofosfatos, titanosilicatos y aluminosilicatos o sus mezclas.

2. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ánodo, el cátodo y las capas entre los electrodos que comprenden el material electroluminescente (EL) están conformados como capas sobre un sustrato sustancialmente transparente.

3. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el ánodo o el cátodo es transparente o parcialmente transparente.

4. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un solo cristal de tamices molecu cátodo.

5. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa de emisión consiste en un ensamblaje de agrupaciones oligoatómicas metálicas confinadas en tamices moleculares dispersados en un polímero conductor.

6. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la capa de emisión consiste en un ensamblaje de agrupaciones oligoatómicas metálicas confinadas en tamices moleculares dispersados en un polímero no conductor.

7. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la capa de emisión consiste en una capa depositada de un ensamblaje de agrupaciones oligoatómicas metálicas confinadas en tamices moleculares.

8. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el dispositivo está aislado de la atmósfera circundante por encapsulación.

9. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa de emisión es parte de una cavidad para conseguir funcionar como un láser.

10. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para la generación de luz blanca y/o luz coloreada específica.

11. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que consiste en un ensamblaje de agrupaciones pequeñas y diferentes de Au y/o Ag confinadas en un tamiz molecular o una combinación de tamices moleculares múltiples para crear luz a una temperatura de color predeterminada.

12. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los tamices moleculares se seleccionan entre materiales microporosos seleccionados del grupo que consiste en zeolitas, óxidos porosos, silicoaluminofosfatos y aluminosilicatos

13. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los tamices moleculares son zeolitas seleccionadas de zeolitas de tamaño de poros pequeño entre materiales análogos a zeolita A , tales como zeolita 3A, zeolita 13X, zeolita 4A y zeolita 5A y ZKF y sus combinaciones.

14. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los tamices moleculares son zeolitas de poros grande del grupo que consiste en mordenita, ZSM-5, MCM-22, ferrierita y faujasitas X e Y.

15. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los poros de los tamices moleculares que contienen las pequeñas agrupaciones de Au y/o Ag están revestidos por una matriz de revestimiento.