DE102006000770B4

DE102006000770B4 - OLEDs mit Leuchtstoffen

Info

Publication number: DE102006000770B4
Application number: DE102006000770.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Antoniadis Homer; Reza Stegamat
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Ams Osram International De GmbH
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: JP2006190682A; US20060145599A1; JP5348825B2; DE102006000770A1

Abstract

Vorrichtung (205), die in der Lage ist, Licht in einem weißen Ausgabespektrum zu emittieren, umfassend:
eine aktive Elektrolumineszenzschicht (EL-Schicht) (216), die aus einem Hostelement, das Licht in einer blauen Farbe emittiert, und einem Dotierstoffelement, das Licht in einer roten Farbe emittiert, besteht;
eine transparente Schicht (208), die zumindest teilweise von der aktiven EL-Schicht (216) emittiertes Licht durchlässt; und
ein Lumineszenzmaterial (230), das angeordnet ist, um das von der aktiven EL-Schicht (216) emittierte und durch die transparente Schicht (208) durchgelassene Licht teilweise in ein gelbes oder grünes Licht zu konvertieren, und wobei eine Mischung des blauen, roten und gelben beziehungsweise eine Mischung des blauen, roten und grünen Lichts das Ausgabespektrum ergibt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Display- und Beleuchtungssysteme auf Basis von LEDs (Leuchtdioden) weisen eine Vielzahl von Anwendungen auf. Solche Display- und Beleuchtungssysteme werden aufgebaut, indem mehrere fotoelektronische Elemente („Elemente”) wie etwa Reihen individueller LEDs angeordnet werden. LEDs, die auf Halbleitertechnologie basieren, haben traditionellerweise anorganische Materialien verwendet, doch ist jüngst die organische LED („OLED”) Mode geworden. Zu Beispielen für andere Elemente/Vorrichtungen, die organische Materialien enthalten, zählen organische Solarzellen, organische Transistoren, organische Detektoren und organische Laser.
Eine organische OLED besteht in der Regel aus zwei oder mehr dünnen organischen Schichten (z. B. eine stromleitende organische Schicht und eine emittierende organische Schicht, wobei die emittierende organische Schicht Licht emittiert), die eine Anode und eine Kathode trennen. Bei einem angelegten Durchlasspotential injiziert die Anode Löcher in die leitende Schicht, während die Kathode Elektronen in die emittierende Schicht injiziert. Die injizierten Löcher und Elektronen wandern jeweils (unter dem Einfluss eines extern angelegten elektrischen Felds) zu der entgegengesetzt geladenen Elektrode und erzeugen bei Rekombination in der emittierenden Schicht eine elektrolumineszente Emission. Eine ähnliche Struktur und Funktionsweise der Vorrichtung trifft auf OLEDs zu, die aus kleinmoleküligen organischen Schichten und/oder polymeren organischen Schichten bestehen. Jede der OLEDs kann ein Pixelelement in einem Passiv-/Aktivmatrix-OLED-Display oder ein Element in einer allgemeinen Flächenlichtquelle oder dergleichen sein. Der Aufbau von OLED-Lichtquellen und OLED-Displays aus individuellen OLED-Elementen oder -Bauelementen ist in der Technik wohl bekannt. Die Displays und Lichtquellen können eine oder mehrere gemeinsame Schichten wie etwa gemeinsame Substrate, Anoden oder Kathoden und eine oder mehrere aktive/passive organische Schichten, die dazwischen geschichtet sind, um Licht in bestimmten Spektren zu emittieren, aufweisen. Sie können auch aus Fotolack- oder elektrischen Separatoren, Busleitungen, Ladungstransport- und/oder Ladungsinjektionsschichten und dergleichen bestehen.
OLEDs emittieren in der Regel Licht in einem bestimmten Teil des sichtbaren Spektrums (das heißt eine bestimmte Farbe) wie etwa Blau, Rot oder Grün. Ein Problem war die Erzeugung von weißem Licht aus solchen OLEDs. Die weißes Licht emittierenden organischen Materialien werden hergestellt, indem einem blaues Licht emittierenden Host eine kleine Menge an rot- und grünemittierenden Materialien zugesetzt wird. Dieser Ansatz hat sich jedoch als mühsam herausgestellt, da er eine sorgfältige Steuerung der Konzentration der Komponenten erfordert, damit die gewünschte weiße Farbe erhalten wird. Zudem weist das so erhaltene weiße Licht üblicherweise eine im Vergleich zu der des blauemittierenden Hosts niedrigere Effizienz auf, wodurch ein höherer Stromverbrauch erforderlich ist, der für Beleuchtungsanwendungen unerwünscht ist.
Alternativ sind weißemittierende OLEDs durch die Verwendung von Leuchtstoffschichten vorgeschlagen worden, die auf der OLED angeordnet sind oder diese beschichten. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, dass eine blauemittierende OLED mit roten und grünen Leuchtstoffen beschichtet wird. Durch Abwärtskonvertierung wird ein Teil des blauen Lichts von den roten und grünen Materialien in der Leuchtstoffschicht absorbiert, und ein Teil wird durchgelassen. Das absorbierte Licht wird in die rot- oder/und grünemittierenden Lichter konvertiert, die zusammen mit dem durchgelassenen Blaulicht die drei Komponenten des weißen Lichts bilden. Das von diesen Quellen emittierte weiße Licht ist effizienter als die Originalquelle (die blauemittierende OLED). Dieser Ansatz wurde vorgeschlagen von der GE Corporate Research Group (Duggal, A. R., J. J. Shiang, et al. (2002), „Organic light-emitting devices for illumination quality white light”, Appl. Phys. Lett. 80 (19): 3470–3472) und im Patent US 6 700 322 B1 . Dieser Ansatz wird sowohl für Beleuchtungsanwendungen als auch für Displayanwendungen verwendet.
Die Stabilität derartiger Vorrichtungen hängt jedoch zu einem hohen Grad von der Stabilität des oben erwähnten blauemittierenden Polymerhosts ab. Gegenwärtig weisen blauemittierende Hosts, kleinmolekülig oder polymer eine begrenzte Lebensdauer auf. Zudem erfordert die Leuchtstoffschicht zwei Komponenten, nämlich grün und rot, in entsprechenden Konzentrationen, Teilchengröße und Absorptionseigenschaften. Es besteht deshalb eine Notwendigkeit für das Design einer neuen weißemittierenden OLED.
Die Druckschrift US 2004/0124766 A1 offenbart ein organisches, elektrolumineszierendes Bauelement.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer OLED-Vorrichtung gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer OLED-Vorrichtung gemäß mindestens einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird eine Vorrichtung angeben, die in der Lage ist, Licht in einem weißen Ausgabespektrum zu emittieren. Die Vorrichtung umfasst:
eine aktive Elektrolumineszenzschicht (EL-Schicht), die aus einem Hostelement, das Licht in einer blauen Farbe emittiert, und einem Dotierstoffelement, das Licht in einer roten Farbe emittiert, besteht;
eine transparente Schicht, die zumindest teilweise von der aktiven EL-Schicht emittiertes Licht durchlässt; und ein Lumineszenzmaterial, das angeordnet ist, um das von der aktiven EL-Schicht emittierte und durch die transparente Schicht durchgelassene Licht teilweise in ein gelbes oder grünes Licht zu konvertieren. Eine Mischung des blauen, roten und gelben beziehungsweise eine Mischung des blauen, roten und grünen Lichts ergibt dabei das Ausgabespektrum.
Wie der Ausdruck „Lumineszenzmaterial” bei der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird, beinhaltet er jede organische und/oder anorganische Substanz, Verbindung, jedes Element oder jede Fertigung, die eine Emission von Licht erzeugt/gestattet, die sich nicht direkt auf Glühen zurückführen lässt wie etwa Phosphoreszenz und Fluoreszenz oder eine andere leuchtende Strahlung, die sich aus chemischer Aktivität, Reibung, Lösung oder dem Einfluss von Licht oder anderer Strahlung usw. ergibt. Lumineszenzmaterial beinhaltet ohne Einschränkung alles, was sich vom Charakter her als fotolumineszent, fluoreszent oder phosphoreszent klassifizieren lässt. Zu Beispielen für ein derartiges „lumineszenzmaterial” zählen die Farbe ändernde Medien (CCM – color changing media), organische/anorganische Leuchtstoffe, und sie können in Form von Farbstoffen, Pulvern, Gels, Laminaten, Pasten usw. vorliegen.
Bei mindestens einer Ausführungsform der Erfindung wird eine OLED-Vorrichtung offenbart, die folgendes verwendet: 1) eine aktive Elektrolumineszenzschicht (EL-Schicht), die aus zwei spektralmäßig unterschiedlich emittierenden Elementen besteht, ein Hostelement, das in einer blauen Farbe emittieren kann, und ein Dotierstoffelement, das in einer roten Farbe emittieren kann; und 2) mindestens ein Lumineszenzmaterial, das in einer von der Farbe des Host- und Dotierstoffelements verschiedenen dritten Farbe, gelb oder grün, emittieren kann, das im Emmissionsweg von der EL angeordnet ist, das die spektrale Ausgabe (Farbe) des von der OLED-Vorrichtung emittierten Lichts modifiziert.
Bei mindestens einer Ausführungsform der Erfindung wird eine OLED-Vorrichtung offenbart, die eine EL enthält, die aus einem blauemittierenden Hostelement und einem rotemittierenden Dotierstoffelement und aus einem ein gelbemittierendes Material bestehenden Lumineszenzmaterial besteht. Bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird eine OLED-Vorrichtung offenbart, die eine EL enthält, die aus einem blauemittierenden Hostelement und einem rotemittierenden Dotierstoffelement und einem ein grünemittierendes Material umfassenden Lumineszenzmaterial besteht. Das Ergebnis solcher Ausführungsformen ist ein von der OLED-Vorrichtung ausgegebenes weißes Spektrallicht. Das Lumineszenzmaterial, wie oben beschrieben, kann mindestens ein Polymer, ein Monomer, ein Copolymer, ein Polymergemenge, kleinmoleküliger organischer Leuchtstoff und/oder anorganischer Leuchtstoff, ein Farbfilter, CCM usw. sein.
Bei mindestens einer Ausführungsform der Erfindung besteht die EL-Schicht aus mindestens zwei lichtemittierenden Polymeren (LEPs) wie etwa einem blauemittierenden LEP und einem rotemittierenden LEP. Vorteilhafterweise können OLED-Vorrichtungen mit Mehrfachspektren-EL-Schichten und Phosphoreszenzmaterial, im Weg der Lichtemission angeordnet, eine bessere Stabilität über die Lebensdauer hinweg bieten und können eine genaue Farbausgabe der Vorrichtungen bei hohen Farbwiedergabeindizes (CRIs – Color Rendering Indices) erreichen. Die Genauigkeit der Farbe kann über ein Farbkoordinatensystem wie etwa das wohl bekannte Koordinatensystem von CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) unter Verwendung von x- und y-Koordinaten zum Darstellen von Farben gemessen werden. Der CRI ist ein Maß für den Verzerrungsgrad bei den scheinbaren Farben bei Messung mit der Quelle des ausgegebenen Lichts im Gegensatz zu einer Standardlichtquelle wie etwa einem schwarzen Körper. Der CRI ist so definiert, dass ein schwarzer Strahler einen CRI von 100 aufweist, wobei alle anderen Lichtquellen niedrigere Werte aufweisen.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer OLED-Vorrichtung 205 gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung. Die OLED-Einrichtng 205 enthält ein Substrat 208 und eine erste Elektrode 211 auf dem Substrat 208. Die erste Elektrode 211 kann für pixelierte Anwendungen gemustert oder für Hintergrundlichtanwendungen ungemustert sein. Die OLED-Vorrichtung 205 enthält außerdem einen Halbleiterstapel 214 auf der ersten Elektrode 211. Der Halbleiterstapel 214 enthält mindestens Folgendes: (1) eine leitende Polymerschicht 215 und (2) eine aktive Elektrolumineszenzschicht („EL”) 216. Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung besteht die aktive EL-Schicht 216 aus einem Hostelement, das Licht in einer ersten, blauen Farbe (Spektrum) emittieren kann, und einem Dotierstoffelement, das Licht in einer von der ersten Farbe verschiedenen zweiten, roten Farbe (Spektrum) emittieren kann.
Wenn die erste Elektrode 211 eine Anode ist, dann befindet sich die leitende Polymerschicht 215 auf der ersten Elektrode 211 und die aktive EL-Schicht 216 befindet sich auf der leitenden Polymerschicht 215. Wenn alternativ die erste Elektrode 211 eine Kathode ist, dann befindet sich die aktive EL-Schicht 216 auf der ersten Elektrode 211 und die leitende Polymerschicht 215 befindet sich auf der aktiven EL-Schicht 216.
Die OLED-Vorrichtung 205 enthält außerdem eine zweite Elektrode 217 auf dem Halbleiterstapel 214. Andere Schichten als die in 1 gezeigten können ebenfalls hinzugefügt werden, wie etwa isolierende Schichten, Barrierenschichten, Elektronen-/Lochinjektions- und Blockierschichten, Getter-Schichten usw. Gemäß der Erfindung wird ein Lumineszenzmaterial 230 im Weg der Lichtemission von der aktiven EL-Schicht 216 angeordnet. Wenn die OLED-Vorrichtung 205 eine bodenemittierende OLED-Vorrichtung ist, dann ist das Phosphoreszenzmaterial 230 auf dem Substrat 208 angeordnet. Wenn die OLED-Vorrichtung 205 eine an der Oberseite emittierende OLED-Vorrichtung ist, dann ist das Phosphoreszenzmaterial 230 auf der ersten Elektrode 211 angeordnet. Ausführungsbeispiele dieser Schichten werden unten eingehender beschrieben.
Substrat 208:
Bei dem Substrat 208 kann es sich um ein beliebiges Material handeln, das die zusätzlichen Schichten und Elektroden tragen kann und für die in der Vorrichtung erzeugte Wellenlänge des Lichts transparent oder halbtransparent ist. Alternativ kann das Substrat 208 undurchsichtig sein (bei Verwendung in an der Oberseite emittierenden Vorrichtungen). Zu bevorzugten Substratmaterialien zählen Glas, Quarz, Silizium und Kunststoff, bevorzugt dünnes flexibles Glas. Die bevorzugte Dicke des Substrats 208 hängt von dem eingesetzten Material und von der Anwendung der Vorrichtung ab. Das Substrat 208 kann in Form einer Folie oder eines kontinuierlichen Films vorliegen. Der kontinuierliche Film wird beispielsweise für Rolle-zu-Rolle-Herstellungsprozesse verwendet, die sich insbesondere für Kunststoff-, Metall- und metallisierte Kunststofffolien eignen.
Erste Elektrode 211:
Bei einer Anordnung fungiert die erste Elektrode 211 als eine Anode (die Anode ist eine leitende Schicht, die als eine Lochinjektionsschicht dient). In der Regel enthalten Anodenmaterialien Metalle (wie etwa Platin, Gold, Palladium, Indium und dergleichen); Metalloxide (wie etwa Bleioxid, Zinnoxid, Indium-Zinnoxid und dergleichen); Graphit; dotierte anorganische Halbleiter (wie etwa Silizium, Germanium, Galliumarsenid und dergleichen) und dotierte leitende Polymere (wie etwa Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen und dergleichen).
Bei der alternativen Anordnung fungiert die erste Elektrode 211 als eine Kathode (die Kathode ist eine leitende Schicht, die als eine Elektroneninjektionsschicht dient und die ein Material mit einer niedrigen Austrittsarbeit umfasst). Im Fall von beispielsweise einer an der Oberseite emittierenden OLED wird die Kathode statt der Anode auf dem Substrat 208 abgeschieden. Die an der Oberseite emittierenden OLEDs können ebenfalls Anoden im undurchsichtigen Substrat aufweisen, und die Kathode besteht aus transparenten Materialien mit einer niedrigen Austrittsarbeit. Typische Kathodenmaterialien sind unten in dem Abschnitt für die „zweite Elektrode 217” aufgeführt.
Die erste Elektrode 211 kann für die innerhalb der Vorrichtung erzeugte Wellenänge des Lichts transparent, halbtransparent oder undurchsichtig sein. Bevorzugt liegt die Dicke der ersten Elektrode 211 zwischen etwa 10 Nanometern („nm”) und etwa 1000 nm, besonders bevorzugt zwischen etwa 50 nm und etwa 200 nm und ganz besonders bevorzugt etwa 100 nm.
Die erste Elektrodenschicht 211 kann in der Regel unter Verwendung eines beliebigen der in der Technik bekannten Verfahren für das Abscheiden von Dünnfilmen hergestellt werden, einschließlich beispielsweise Vakuumverdampfung, Sputtern, Elektronenstrahlabscheidung oder chemische Dampfabscheidung, wobei beispielsweise reine Metalle oder Legierungen oder andere Filmvorläufer verwendet werden.
Leitende Polymerschicht 215:
Die leitende Polymerschicht 215 kann aus einer Lösung ausgebildet werden, die Wasser, Polyethylendioxythiophen („PEDOT”) und Polystyrolsulfonsäure („PSS”) umfasst und wobei das Gewichtsverhältnis von PSS zu PEDOT zwischen 1 und 20 liegen kann. Bevorzugt beträgt das Verhältnis des PEDOT zu PSS ein Gewichtsteil des PEDOT auf 20 Gewichtsteile PSS. Der Dickenbereich für jedes der Gebiete liegt in der Regel zwischen etwa 10 nm und etwa 500 nm und bevorzugt zwischen etwa 30 nm und etwa 200 nm.
Aktive EL-Schicht 216:
Die aktive EL-Schicht 216 besteht aus einem organischen Elektrolumineszenzmaterial, das bei Anlegen eines Potentials an die erste Elektrode 211 und die zweite Elektrode 217 Licht emittiert. Zu Beispielen für derartige organische Elektrolumineszenzmaterialien zählen:

(i) Poly(p-phenylenvinylen) und seine Derivate, an verschiedenen Positionen an der Phenylengruppe substituiert;
(ii) Poly(p-phenylenvinylen) und seine Derivate, an verschiedenen Positionen an der Vinylengruppe substituiert;
(iii) Poly(p-phenylenvinylen) und seine Derivate, an verschiedenen Positionen an der Phenylenkomponente und auch an verschiedenen Positionen an der Vinylengruppe substituiert;
(iv) Polyarylenvinylen, wobei es sich bei dem Arylen um solche Gruppen wie etwa Naphthalin, Anthracen, Furylen, Thienylen, Oxadiazol und dergleichen handeln kann;
(v) Derivate von Polyarylenvinylen, wobei das Arylen wie in (iv) oben sein kann und zusätzlich Substituenten an verschiedenen Positionen an dem Arylen aufweisen kann;
(vi) Derivate von Polyarylenvinylen, wobei das Arylen wie in (iv) oben sein kann und zusätzlich Substituenten an verschiedenen Positionen an dem Vinylen aufweisen kann;
(vii) Derivate von Polyarylenvinylen, wobei das Arylen wie in (iv) oben sein kann und zusätzlich Substituenten an verschiedenen Positionen an dem Arylen und Substituenten an verschiedenen Positionen an dem Vinylen aufweisen kann;
(viii) Copolymere von Arylen-Vinylen-Oligomeren wie etwa solche in (iv), (v), (vi) und (vii) mit nichtkonjugierten Oligomeren; und
(ix) Poly(p-phenylen) und seine Derivate, an verschiedenen Positionen an der Phenylengruppen substituiert, einschließlich Leiterpolymerderivate wie etwa Poly(9,9-dialkylfluoren) und dergleichen;
(x) Polyarylene, wobei es sich bei dem Arylen um solche Gruppen wie Naphthalin, Anthracen, Furylen, Thienylen, Oxadiazol und dergleichen handeln kann; und ihre an verschiedenen Positionen an der Arylengruppe substituierte Derivate;
(xi) Copolymere von Oligoarylenen wie etwa solche in (x) mit nichtkonjugierten Oligomeren;
(xii) Polychinolin und seine Derivate;
(xiii) Copolymere von Polychinolin mit p-Phenylen, substituiert an dem Phenylen mit beispielsweise Alkyl- oder Alkoxygruppen, um Löslichkeit zu erhalten; und
(xiv) Starre Stabpolymere wie etwa Poly(p-phenylen-2,6-benzobisthiazol), Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol), Poly(p-phenylen-2,6-benzimidazol) und ihre Derivate.

Zu anderen organischen emittierenden Polymeren wie etwa solchen, die Polyfluoren verwenden, zählen Polymere, die grünes, rotes, blaues oder weißes Licht emittieren, oder ihre Familien, Copolymere, Derivate oder deren Mischungen. Zu anderen Polymeren zählen Polyspirofluoren-artige Polymere, die von der Firma Covion Organic Semiconductors GmbH, Frankfurt, Deutschland, erhältlich sind.
Alternativ können anstatt Polymere kleine organische Moleküle, die über Fluoreszenz oder über Phosphoreszenz emittieren, als die organische Elektrolumineszenzschicht dienen. Zu Beispielen für kleinmolekülige organische Elektrolumineszenzmaterialien zählen: (i) Tris(8-hydroxychinolinato)aluminium (Alq); (ii) 1,3-Bis(N,N-dimethylaminophenyl)-1,3,4-oxidazol (OXD-8); (iii) -Oxo-bis(2-methyl-8-chinolinato)aluminium; (iv) Bis(2-methyl-8-hydroxychinolinato)aluminium; (v) Bis(hydroxybenzochinolinato)beryllium (BeQ.sub.2); (vi) Bis(diphenylvinyl)biphenylen (DPVBI); und (vii) Arylamin-substituiertes Distyrylarylen (DSA-Amin). Solche Polymer- und kleinmolekülige Materialien sind in der Technik wohl bekannt und werden beispielsweise im Patent US 5 047 687 A an VanSlyke beschrieben.
Die Dicke der aktiven EL-Schicht 216 liegt zwischen etwa 5 nm und etwa 500 nm, bevorzugt zwischen etwa 20 nm und etwa 100 nm und ganz besonders bevorzugt bei etwa 75 nm. Bei der aktiven EL-Schicht 216 kann es sich um einen kontinuierlichen Film handeln, der nicht-selektiv abgeschieden wird (z. B. Aufschleudern), oder um diskontinuierliche Gebiete, die selektiv abgeschieden werden (z. B. durch Tintenstrahldrucken).
Gemäß der Erfindung besteht die aktive EL-Schicht 216 aus mindestens zwei lichtemittierenden Elementen, die beispielsweise unter den oben aufgeführten ausgewählt sind. Im Fall von zwei lichtemittierenden Elementen kann die relative Konzentration des Hostelements und des Dotierstoffelements so eingestellt werden, dass man die gewünschte Farbe erhält. Die aktive EL-Schicht 216 kann hergestellt werden durch Vermengen oder Vermischen der Elemente, entweder physisch, chemisch oder beides. Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die aktive EL-Schicht aus einem blauemittierenden LEP-Hostelement und einem rotemittierenden LEP-Dotierstoffelement. Beispielsweise kann bei der Herstellung des LEP eine Polymermatrix, die aus blauemittierenden Polymeren mit rotemittierenden Seitenketten oder Gruppen besteht, verwendet werden. Vergleichsbesipiele würden eine aktive EL-Schicht mit blauemittierenden Host- und grünemittierenden Dotierstoffelementen enthalten. Im Allgemeinen ist das Hostelement ein blauemittierendes Material, und der Dotierstoff kann ein Element sein, das eine andere Primärfarbe als Blau emittiert.
Das Dotierstoffelement innerhalb der aktiven EL-Schicht 216 kann Infrarot oder Nahinfrarot sein, um nicht die sichtbare Ausgabeleistung der Vorrichtung 205 zu beeinflussen. Die Dotierstoffelementkonzentration und/oder die Lichteffizienz können so ausgewählt werden, dass besondere erwünschte Ausgabespektren produziert werden. Wenn beispielsweise ein mehr „rosa” Weiß erwünscht wird, kann die Konzentration eines rotemittierenden Dotierstoffs erhöht werden oder ein rotemittierendes Dotierstoffmaterial kann ausgewählt werden, das eine höhere Lichteffizienz besitzt. Das Dotierstoffelement kann somit beim Stabilisieren der Lebensdauer der Ausgabe der Vorrichtung 205 wie auch beim Einstellen der Emissionsfarbe der Vorrichtung 205 eine Rolle spielen. Im Fall eines blauemittierenden Hostelements und eines rotemittierenden Dotierstoffs beispielsweise wurde gezeigt, dass durch den Zusatz des rotemittierenden Dotierstoffs die Gesamtlebensdauer der Vorrichtung verbessert wird (die gewünschte spektrale Ausgabe bleibt für eine längere Lebensdauer stabil).
Zweite Elektrode 217:
Bei einer Anordnung fungiert die zweite Elektrodenschicht 217 als eine Kathode (die Kathode ist eine leitende Schicht, die als eine Elektroneninjektionsschicht dient und die ein Material mit geringer Austrittsarbeit umfasst). Während die Kathode aus vielen verschiedenen Materialien bestehen kann, zählen zu bevorzugten Materialien Aluminium, Silber, Magnesium, Calcium, Barium oder Kombinationen davon. Besonders bevorzugt besteht die Kathode aus Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Kombinationen aus Magnesium und Silber. Zusätzliche Kathodenmaterialien können Fluoride wie etwa LiF und dergleichen enthalten.
Bei einer alternativen Anordnung fungiert die zweite Elektrodenschicht 217 als die Anode (die Anode ist eine leitende Schicht, die als eine Lochinjektionsschicht dient und die ein Material mit einer Austrittsarbeit von über etwa 4,5 eV umfasst). Anstatt der Kathode wird die Anode beispielsweise in einer an der Oberseite emittierenden OLED auf dem Halbleiterstapel 214 abgeschieden. Typische Anodenmaterialien sind weiter oben in dem Abschnitt für die „erste Elektrode 211” aufgeführt. An der Oberseite emittierende OLEDs können Kathoden als die transparente Elektrode aufweisen, und in diesem Fall wird die Kathode nach den emittierenden Schichten abgeschieden.
Die Dicke der zweiten Elektrode 217 liegt zwischen etwa 10 nm und etwa 1000 nm, bevorzugt zwischen etwa 50 nm und etwa 500 nm und besonders bevorzugt zwischen etwa 100 nm und etwa 300 nm. Wenngleich dem Durchschnittsfachmann viele Verfahren bekannt sind, über die die zweite Elektrode 217 abgeschieden werden kann, werden Vakuumabscheidungs- und Sputterverfahren bevorzugt.
Lumineszenzmaterial 230
Wenn die OLED-Vorrichtung 205 eine bodenemittierende OLED ist, geht das von der aktiven EL-Schicht 217 emittierte Licht durch das Substrat 208. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist ein Lumineszenzmaterial 230 an der exponierten Seite des Substrats 208 angeordnet, um die Farbe oder Spektren von von der aktiven EL-Schicht 217 emittiertem Licht zu verschieben. Insbesondere kann bei der Ausführungsform eines blauemittierenden Hosts und eines rotemittierenden Dotierstoffs in der aktiven EL-Schicht 217 ein gelbemittierendes Lumineszenzmaterial 230 verwendet werden, um eine weiße Ausgabeemission von der OLED-Vorrichtung 205 zu erzeugen. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann bei der Ausführungsform eines blauemittierenden Hosts und eines rotemittierenden Dotierstoffs in der aktiven EL-Schicht 217 ein grünes Lumineszenzmaterial 230 verwendet werden, um eine weiße Ausgabeemission von der OLED-Vorrichtung 205 zu erzeugen.
Das Lumineszenzmaterial 230 kann aus beliebigen organischen und/oder anorganischen Substanzen, Verbindungen, Elementen, Herstellung oder Vorrichtungen bestehen, die eine Lichtemission erzeugen/gestatten, die sich nicht direkt einem Glühen zuschreiben lässt, wie etwa Phosphoreszenz und Fluoreszenz oder andere leuchtende Strahlung, die aus Lebens-Prozessen, chemischer Aktivität, Reibung, Lösung oder dem Einfluss von Licht oder von Ultraviolett- oder Kathodenstrahlen usw. resultiert. Lumineszentes Material beinhaltet ohne Einschränkung alles, was sich vom Charakter her als fotolumineszent, fluoreszent oder phosphoreszent klassifizieren lässt. Zu Beispielen für ein derartiges „lumineszentes Material” zählen Farbfilter, die Farbe ändernde Medien (CCM – color changing media), organische/anorganische Leuchtstoffe, und sie können in Form von Farbstoffen, Pulvern, Gels, Laminaten, Pasten usw. vorliegen. Beispielhafte Leuchtstoffmaterialien werden in dem Patent US 6 700 322 B1 erörtert. Gemäß mindestens einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die emittierte Farbe des Lumineszenzmaterials 230 von den Farben verschieden, die von den Elementen der aktiven EL-Schicht 217 emittiert werden, ist aber eine Komplementärfarbe zu jenen, die von 217 erzeugt werden, um ein weißes Licht zu produzieren. Wenn beispielsweise die aktive EL-Schicht 217 aus einem blauemittierenden Host besteht, der mit einem rotemittierenden Material dotiert ist, könnte die emittierende Farbe des Lumineszenzmaterials 230 grün oder gelb oder orange sein. Oder wenn gemäß eines Vergleichsbesipiels die aktive EL-Schicht 217 aus einem blauemittierenden Host besteht, der mit einem grün- oder gelbemittierenden Material dotiert ist, könnte die emittierende Farbe des Lumineszenzmaterials 230 rot oder orange sein.
Auch besteht gemäß der vorliegenden Erfindung die weißes Licht emittierende Vorrichtung aus einer aktiven EL-Schicht 217, die weiterhin mindestens ein Hostelement und ein Dotierstoffelement enthält, und einem Lumineszenzmaterial, das auf der emittierenden Seite der Vorrichtung aufgebracht ist, und wobei der Energieabstand des Hostelements höher ist als der Energieabstand des Dotierstoffelements und der Energieabstand des Lumineszenzmaterials 230. Der Energieabstand ist die Differenz zwischen dem höchsten besetzten Molekularorbital (HOMO – Highest Occupied Molecular Orbital) und dem niedrigsten unbesetzten Molekularorbital (LUMO – Lowest Unoccupied Molecular Orbital), und wird auch als Bandlücke bezeichnet. Beispielsweise ist bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Hostelement ein blaues Licht emittierendes Polymer mit einem Energieabstand von über 2,9 eV, und das Dotierstoffmaterial ist ein rotemittierendes Polymer mit einem Energieabstand von etwa 2 eV, und das Lumineszenzmaterial ist ein grün- oder gelb-grün-emittierender Leuchtstoff mit einem Energieabstand von etwa 2,5 eV.
Lumineszenzmaterial 217 kann auch eine oder mehrere Schichten aus Nanokristallen und/oder Quantenpunkten wie etwa CdSe(ZnS) enthalten. Dieses Material wird in einer Veröffentlichung mit dem Titel „Electroluminescence from single monolayers of nanocrystals in molecular organic devices”, Nature, Band 420, S. 800–803 (Dezember 2002) beschrieben.
Das Lumineszenzmaterial 230 kann in Form von Teilchen, Pulvern, Filmen, Pasten, Emulsionen, Farbstoffen, Beschichtungen oder trennbaren Schichten vorliegen. Das Lumineszenzmaterial 230 kann direkt auf dem Substrat 208 abgeschieden oder ausgebildet werden oder getrennt hergestellt und durch Kleber und/oder Härten an dem Substrat 208 angebracht werden. Weiterhin kann das Lumineszenzmaterial 230 in ein vernetzbares Material eingearbeitet werden, das dann chemisch an das Substrat 208 gebondet werden kann. Zusätzlich kann das Lumineszenzmaterial in einer Polymermatrix wie etwa Polycarbonat und dergleichen dispergiert werden, wobei die Enddispersion durch verschiedene Techniken auf das Substrat 208 aufgebracht werden kann.
Durch den Zusatz eines geeigneten Dotierstoffelements innerhalb der aktiven EL-Schicht 216 werden die Anforderungen an das Lumineszenzmaterial 230, eine zusätzliche Spektralkomponente zu der Gesamtausgabe der Vorrichtung 205 herzustellen, reduziert oder eliminiert. Beispielsweise eliminiert die Einführung eines rotemittierenden Dotierstoffs die Notwendigkeit für ein rotemittierendes Lumineszenzmaterial (zusätzlich zu dem gelbemittierenden oder orangeemittierenden Lumineszenzmaterial), um weißen Output zu produzieren. Bei Ausführungsformen, bei denen die OLED „an der Oberseite emittierend” ist, wie oben erörtert, kann die Elektrode (Kathode 217) transparent oder durchscheinend ausgeführt werden, damit Licht von der aktiven EL-Schicht 217 hindurchgehen kann. In solchen Fällen würde das Lumineszenzmaterial 230 an der Kathode 217 angebracht, an diese gebondet oder gehärtet werden, und nicht an dem Substrat 208, wie bei einer bodenemittierenden OLED.
Das Lumineszenzmaterial kann auch dahingehend wirken, das von der aktiven EL-Schicht kommende Licht diffus zu machen. Dieses Diffusmachen kann beispielsweise erreicht werden, wenn das Lumineszenzmaterial ein Laminat ist, das an dem Substrat oder der transparenten Kathode angebracht ist. Für eine Lichtdiffusion können auch bestimmte Pulver und Kristalle sorgen. Lichtdiffusion kann nützlich sein bei Lichtquellenanwendungen, bei denen ein Verteilen des Lichts anstelle eindeutiger Projektionen bevorzugt wird.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer OLED-Vorrichtung 206 gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung. Die Schichten, Elektroden und Materialien in der OLED-Vorrichtung 206, die gleich wie jene der OLED-Vorrichtung 205 nummeriert sind, sind hinsichtlich Form, Zusammensetzung und Funktion ähnlich dazu. Außerdem ist die OLED-Vorrichtung 206 mit einer Barrierenschicht 340 ausgestattet, die das Lumineszenzmaterial 230 vor Umwelt-, physischer und chemischer Beschädigung oder Abbau schützt. Beispielhafte Materialien für eine Barrierenschicht sind in der Druckschrift US 2004/0046500 A1 dargestellt, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Zu weiteren Beispielen für derartige Barrierenschichten zählt unter anderem eine beliebige feuchtigkeits- oder sauerstoffverhindernde transparente Barriere, eine beliebige flexible oder starre Barriere, die Getter-Materialien, Metalloxide oder Nitride enthalten kann, die beispielsweise durch Vakuumaufdampfung, Sputtern oder andere Techniken abgeschieden werden. Andere Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung können sich dem Fachmann nach einer Betrachtung der hier präsentierten Informationen ergeben; diese Ausführungsformen und Modifikationen sowie Äquivalente davon sind ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung enthalten.
Die OLED-Beleuchtungsquellen und -Displays, die aus einer Kombination oder Arrays von OLED-Vorrichtungen, wie weiter oben beschrieben, hergestellt sind, können innerhalb Anwendungen wie etwa Informationsdisplays in Fahrzeugen, industrieller und Flächenbeleuchtung, Telefonen, Druckern und beleuchteten Zeichen verwendet werden.

Claims

Vorrichtung (205), die in der Lage ist, Licht in einem weißen Ausgabespektrum zu emittieren, umfassend: eine aktive Elektrolumineszenzschicht (EL-Schicht) (216), die aus einem Hostelement, das Licht in einer blauen Farbe emittiert, und einem Dotierstoffelement, das Licht in einer roten Farbe emittiert, besteht; eine transparente Schicht (208), die zumindest teilweise von der aktiven EL-Schicht (216) emittiertes Licht durchlässt; und ein Lumineszenzmaterial (230), das angeordnet ist, um das von der aktiven EL-Schicht (216) emittierte und durch die transparente Schicht (208) durchgelassene Licht teilweise in ein gelbes oder grünes Licht zu konvertieren, und wobei eine Mischung des blauen, roten und gelben beziehungsweise eine Mischung des blauen, roten und grünen Lichts das Ausgabespektrum ergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lumineszenzmaterial (230) mindestens ein Phosphoreszenz- oder ein Fluoreszenzmaterial ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Hostelement und das Dotierstoffelement mindestens ein Polymer, ein Polymergemenge, eine Polymermatrix, ein Copolymer, ein kleines Molekül, ein Monomer oder dotiertes kleines Molekül sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lumineszenzmaterial (230) mindestens ein organisches oder ein anorganisches Material ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lumineszenzmaterial (230) mindestens ein Pulver, eine Paste, ein Gel, ein Laminat, eine Emulsion, ein Farbstoff, eine Beschichtung, eine organische Schicht und/oder eine anorganische Schicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine eingearbeitete Barrierenschicht, um das Lumineszenzmaterial vor Exposition gegenüber der Umwelt zu schützen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Anodenschicht (211) und eine Kathodenschicht (214), wobei die aktive EL-Schicht (216) zwischen der Anodenschicht (211) und der Kathodenschicht (214) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: mindestens eine organische Schicht zusätzlich zu der aktiven EL-Schicht (216), wobei die mindestens eine organische Schicht zwischen der Anodenschicht (211) und der Kathodenschicht (214) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lumineszenzmaterial (230) physisch und/oder chemisch an der transparenten Schicht (208) angebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die organische Schicht eine Ladungstransportschicht und/oder eine Ladungsinjektionsschicht enthalten kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung Teil einer Lichtquellenanwendung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Hostelement eine Energiebandlücke aufweist, die größer ist als die Energiebandlücke des Dotierstoffelements und die Energiebandlücke des Lumineszenzmaterials (230).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die transparente Schicht ein Substrat ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die transparente Schicht eine Kathodenschicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lumineszenzmaterial (230) eine Quantenpunktstruktur und/oder ein Nanokristall ist.