DE602005006266T2

DE602005006266T2 - Tandem-oled mit stabilen zwischenverbindern

Info

Publication number: DE602005006266T2
Application number: DE602005006266T
Authority: DE
Inventors: Liang-Sheng Rochester Liao; Ching Wan Rochester Tang
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Global OLED Technology LLC
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2025-05-14
Also published as: EP1749318B1; TW200605725A; DE602005006266D1; CN100585906C; US7126267B2; US20050264174A1; CN1957486A; EP1749318A2; JP2008501223A; WO2005119805A3; WO2005119805A2; TWI378741B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bereitstellung organischer Elektrolumineszenzelemente (EL) zur Ausbildung einer organischen, elektrolumineszierenden (kaskadierten oder gestapelten) Tandemvorrichtung.
Organische Elektrolumineszenzvorrichtungen (EL) oder organische Leuchtdioden (OLED) sind elektronische Vorrichtungen, die Licht in Abhängigkeit von einem angelegten Potenzial abgeben. Die Struktur einer OLED umfasst in der aufgeführten Reihenfolge eine Anode, ein organisches EL-Medium und eine Kathode. Das zwischen der Anode und der Kathode angeordnete organische EL-Medium umfasst in der Regel eine organische Lochtransportschicht (HTL) und eine organische Elektronentransportschicht (ETL). Durch Rekombination der Löcher und Elektronen wird Licht in der Elektronentransportschicht in Nähe der Grenzfläche zwischen Lochtransportschicht und Elektronentransportschicht erzeugt. Tang et al. beschreiben in "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, 51, 913 (1987) und in der US-Parallelanmeldung 4,769,292 OLEDs mit hoher Lichtausbeute unter Verwendung einer derartigen Schichtenstruktur. Seitdem sind zahlreiche OLEDs mit alternativen Schichtenstrukturen beschrieben worden. Beispielsweise gibt es dreischichtige OLEDs, die eine organische lichtabstrahlende Schicht (LEL) zwischen der Lochtransportschicht und der Elektronentransportschicht enthalten, wie beispielsweise von Adachi et al. in „Electroluminescence in Organic Films with Three-Layer Structure", Japanese Journal of Applied Physics, 27, L269 (1988) und von Tang et al. in „Electroluminescence of doped organic thin films", Journal of Applied Physics, 65, 3610 (1989) beschrieben. Die lichtabstrahlende Schicht umfasst üblicherweise ein Wirtsmaterial, das mit einem Gastmaterial dotiert ist, wobei die Schichtenstrukturen als Lochtransportschicht/lichtabstrahlende Schicht/Elektronentransportschicht (HTL/LEL/ETL) bezeichnet werden. Zudem gibt es weitere mehrschichtige OLEDs, die eine Lochinjektionsschicht (HIIL) und/oder eine Elektroneninjektionsschicht (EIL) und/oder eine Lochsperrschicht und/oder eine Elektronensperrschicht in den Vorrichtungen enthalten. Diese Strukturen haben eine Verbesserung der Leistung der Vorrichtung bewirkt.
Um die Leistung der OLEDs weiter zu verbessern, wurde zudem eine neue Art von OLED-Struktur, die als Tandem-OLED (oder gestapelte oder kaskadierte OLED) bezeichnet wird, hergestellt, indem mehrere einzelne OLEDs vertikal übereinander gestapelt und von einer einzelnen Stromquelle angesteuert werden, wie von Tanaka et al. in US-A-6,107,734 , Jones et al. in US-A-6,337,492 , Kido et al. in der japanischen Patentveröffentlichung 2003045676A und in der US-Patentveröffentlichung 2003/0189401 A1 , von Liao et al. in US-A-6,717,358 , in der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung 2003/0170491 A1 und in der US-Parallelanmeldung mit der Seriennummer 10/437,195, eingereicht am 13. Mai 2003 mit dem Titel "Cascaded Organic Electroluminescent Device Having Connecting Units with n-Type and p-Type Organic Lagers" beschrieben, deren Beschreibung durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird. Beispielsweise beschreiben Tanaka et al. in US-A-6,107,734 eine Tandem-OLED aus 3 EL-Einheiten unter Verwendung von In-Zn-O (IZO) Folien oder Mg:Ag/IZO Folien als Zwischenverbindungselemente und erzielen eine Helligkeitsausbeute von 10,1 cd/A aus reinen tris(8-Hydroxy-Chinolin)aluminium-Leuchtschichten. Kido et al. beschreiben in "High Efficiency Organic EL Devices Having Charge Generation Lagers", SID 03 Digest, 964 (2003) die Herstellung einer Tandem-OLED aus 3 EL-Einheiten mithilfe von In-Sn-O (ITO) Folien oder V₂O₅ Folien als Zwischenverbindungselemente und erzielen eine Helligkeitsausbeute von bis zu 48 cd/A aus mit fluoreszierendem Farbstoff dotierten Leuchtschichten. Liao et al. beschreiben in "High-efficiency tandem organic light-emitting diodes", Applied Physics Letters, 84, 167 (2004) eine Tandem-OLED aus 3 EL-Einheiten unter Verwendung dotierter "p-n"-Übergangsschichten als Zwischenverbindungselemente und erzielten eine Helligkeitsausbeute von 136 cd/A aus mit Leuchtfarbstoff dotierten Leuchtschichten.
US2004/0032220 beschreibt ein Vielzahl von gestapelten OLED-Vorrichtungen, die Seite an Seite in jeder gestapelten OLED-Vorrichtung unter Verwendung einer gemeinsamen Elektrode verbunden sind. Die untere Elektrode in jeder gestapelten OLED-Vorrichtung teilt sich ihre Funktion mit der oberen Elektrode einer benachbarten, gestapelten OLED-Vorrichtung, um alle OLED-Vorrichtungen seriell miteinander zu verbinden.
Die Verwendung eines organischen „p-n"-Übergangs als Zwischenverbindungselement ist zur optischen Auskupplung und zur einfachen Herstellung der Vorrichtungen eine wirksame Lösung. Allerdings ist es auch notwendig, als alternatives Verfahren anorganische Zwischenverbindungselemente in Tandem-OLEDs zu verwenden. Daher besteht Bedarf nach einem stabilen, anorganischen Zwischenverbindungselement.
Die Verwendung von IZO- oder ITO-Folie als Zwischenverbindungselement bewirkt eine hohe laterale Leitfähigkeit, was zu Problemen mit dem Übersprechen zwischen Pixeln führt. Die Herstellung von IZO- und ITO-Folien erfordert zudem eine Kathodenzerstäubung, die wiederum eine Beschädigung der darunterliegenden organischen Schichten bewirken kann. Zwar kann die Verwendung von V₂O₅ Folien als Zwischenverbindungselement das Pixel-Übersprechen begrenzen, aber V₂O₅ ist als hochgiftiger Stoff eingestuft (siehe beispielsweise den Katalog von Aldrich) und ist zudem schwer thermisch zu verdampfen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Tandem-OLEDs mit verbesserter betrieblicher Stabilität herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt zudem die Aufgabe zugrunde, Tandem-OLEDs mit verbesserter Treiberspannung herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, Tandem-OLEDs mit verbessertem Wirkungsgrad herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt zudem die Aufgabe zugrunde, Tandem-OLEDs mit verbesserter optischer Transparenz herzustellen.
Diese Aufgaben werden mit einer Tandem-OLED gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zur Herstellung der Tandem-OLED nicht toxische Materialien verwendbar sind. Dies ist für eine weitverbreitete Anwendung der OLED wichtig.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass durch Verwendung einer dünnen Schicht (z. B. 0,2 nm) eines Metalls mit hoher Austrittsarbeit im Zwischenverbindungselement die betriebliche Stabilität der Tandem-OLED verbessert werden kann.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch Verwendung des Zwischenverbindungselements mit einer dünnen Schicht eines Metalls mit hoher Austrittsarbeit die Treiberspannung der Tandem-OLED reduziert werden kann. Aufgrund dessen erhöht sich der Wirkungsgrad der Tandem-OLED.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Zwischenverbindungselement nur ca. 2 nm dick zu sein braucht, was eine wirksame optische Durchleitung in der Tandem-OLED ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass alle für die Konstruktion der Tandem-OLED verwendeten Schichten innerhalb derselben Vakuumkammer mit einem thermischen Verdampfungsverfahren herstellbar sind, was zu niedrigen Herstellungskosten und zu einer hohen Produktivität führt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Tandem-OLED mit einer Vielzahl organischer EL-Einheiten und einem Zwischenverbindungselement zwischen jeder organischen EL-Einheit;
2 eine schematische Schnittansicht einer der organischen EL-Einheiten mit einer Schichtenstruktur aus „HTL/LEL/ETL" in der Tandem-OLED gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Schnittansicht eines Zwischenverbindungselements mit einer Schichtenstruktur aus einer „Metallschicht mit niedriger Austrittsarbeit/einer Metallschicht mit hoher Austrittsarbeit/einer Verbundmetallschicht" in der erfindungsgemäßen Tandem-OLED;
4 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Zwischenverbindungselements mit einer Schichtenstruktur aus einer „n-Typ-Halbleiterschicht/einer Metallschicht mit hoher Austrittsarbeit/einer Verbundmetallschicht" in der erfindungsgemäßen Tandem-OLED;
5 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Zwischenverbindungselements mit einer Schichtenstruktur aus „einer Metallschicht mit hoher Austrittsarbeit/einer Verbundmetallschicht" in der erfindungsgemäßen Tandem-OLED;
6 eine Kurve der normalisierten Leuchtdichte zur Betriebszeit der erfindungsgemäßen Tandem-OLEDs sowie der Referenzvorrichtung unter einer konstanten Treiberstromdichte von 80 mA/cm² und bei Raumtemperatur; und
7 eine Kurve der Treiberspannung zur Betriebszeit der erfindungsgemäßen Tandem-OLEDs sowie der Referenzvorrichtung unter einer konstanten Treiberstromdichte von 80 mA/cm² und bei Raumtemperatur.
Es sei darauf hingewiesen, dass die 1 bis 5 nicht maßstäblich sind, da die einzelnen Schichten zu dünn sind, und da die Dickenunterschiede der verschiedenen Elemente zu groß sind, um eine maßstäbliche Darstellung zu ermöglichen.
In der Parallelanmeldung US-A-6,717,358, der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung 2003/0170491 A1 und der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung 2004/0227460 A1 wird die Schichtenstruktur einer Tandem-OLED (oder einer kaskadierten OLED oder einer gestapelten OLED) beschrieben. Die Vorrichtungsstruktur umfasst eine Anode, eine Kathode, eine Vielzahl organischer EL-Einheiten und eine Vielzahl von Verbindungseinheiten (oder Zwischenverbindungselementen), wobei jedes Zwischenverbindungselement zwischen zwei organischen EL-Einheiten angeordnet ist. In dieser Tandemstruktur wird nur eine einzige externe Energiequelle benötigt, um die Anode und die Kathode zu verbinden, wobei das positive Potenzial an der Anode anliegt und das negative Potenzial an der Kathode. Mit einer effektiven optischen Transparenz und Ladungsinjektion weist die Tandem-OLED einen hohen Elektrolumineszenzwirkungsgrad auf.
Die vorliegende Erfindung dient der Konstruktion einer Tandem-OLED und verbessert deren Leistung durch Ausbilden eines Zwischenverbindungselements mit mindestens einer Metallschicht mit hoher Austrittsarbeit und einer Metallverbundschicht in der Vorrichtung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Tandem-OLED 100. Diese Tandem-OLED weist eine Anode 110 und eine Kathode 140 auf, von denen mindestens eine transparent ist. Zwischen der Anode und der Kathode sind N organische EL-Einheiten 120 angeordnet, wobei N eine ganze Zahl größer als 1 ist. Diese in Reihe zueinander und zur Anode und zur Kathode gestapelten organischen EL-Einheiten werden als 120.1 bis 120.N bezeichnet, wobei 120.1 die erste EL-Einheit (zur Anode benachbart) und 120.N die N^te Einheit (zur Kathode benachbart) ist. Der Begriff EL-Einheit 120 steht für eine beliebige EL-Einheit von 120.1 bis 120.N in der vorliegenden Erfindung. Zwischen zwei benachbarten organischen EL-Einheiten ist ein Zwischenverbindungselement (oder ein Verbindungselement) 130 angeordnet. Ingesamt sind N – 1 Zwischenverbindungselemente N organischen EL-Einheiten zugeordnet und werden mit 130.1 bis 130.(N – 1) bezeichnet. Das Zwischenverbindungselement 130.1 ist zwischen den organischen EL-Einheiten 120.1 und 120.2 angeordnet, das Zwischenverbindungselement 130.2 ist zwischen der organischen EL-Einheit 120.2 und der nächsten EL-Einheit angeordnet, und das Zwischenverbindungselement 130.(N – 1) ist zwischen den organischen EL-Einheiten 120.(N – 1) und 120.N angeordnet. Der Begriff Zwischenverbindungselement 130 steht für ein beliebiges Verbindungselement von 130.1 bis 130.(N – 1) in der vorliegenden Erfindung. Die Tandem-OLED 100 ist extern über elektrische Leiter 160 mit einer Spannungs-/Stromquelle 150 verbunden.
Die Tandem-OLED 100 wird durch Anlegen eines elektrischen Potenzials von einer Spannungs-/Stromquelle 150 zwischen zwei Kontaktelektroden, der Anode 110 und der Kathode 140 erzeugt, sodass die Anode 110 in Bezug auf die Kathode 140 ein positiveres Potenzial aufweist. Dieses extern angelegte elektrische Potenzial wird unter den N organischen EL-Einheiten im Verhältnis zum elektrischen Widerstand jeder dieser Einheiten verteilt. Das elektrische Potenzial über der Tandem-OLED bewirkt, dass Löcher (positiv geladene Träger) aus der Anode 110 in die erste organische EL-Einheit 120.1 injiziert werden, und dass Elektronen (negativ geladene Träger) aus der Kathode 140 in die N-te organische EL-Einheit 120.N injiziert werden. Gleichzeitig werden Elektronen und Löcher in jedem der Zwischenverbindungselemente (130.1–130.(N – 1) erzeugt und davon getrennt. Die beispielsweise so in dem Zwischenverbindungselement 130.(N – 1) erzeugten Elektronen werden zur Anode und in die benachbarte EL-Einheit 120.(N – 1) injiziert. Ebenso werden Löcher, die in dem Zwischenverbindungselement 130.(N – 1) erzeugt werden, zur Kathode und zur benachbarten EL-Einheit 120.N injiziert. Demnach erfolgt eine Rekombination dieser Elektronen und Löcher in ihren entsprechenden EL-Einheiten, um Licht zu erzeugen, was über die transparente Elektrode oder die Elektroden der OLED zu beobachten ist. Mit anderen Worten kaskadieren die aus der Kathode injizierten Elektronen energetisch aus der N-ten organischen EL-Einheit zur 1. organischen EL-Einheit und strahlen Licht in jeder der organischen EL-Einheiten ab.
Jede organische EL-Einheit 120 in der Tandem-OLED 100 vermag Löcher- und Elektronentransport und die Rekombination von Elektronen und Löchern zur Erzeugung von Licht zu unterstützen. Jede organische EL-Einheit 120 kann eine Vielzahl von Schichten umfassen. In der Technik sind viele organische EL-Mehrschichtstrukturen bekannt, die als erfindungsgemäße organische EL-Einheit verwendbar sind. Hierzu zählen HTL/ETL, HTL/LEL/ETL, HIL/HTL/LEL/ETL, HIL/HTL/LEL/ETL/EIL, HIL/HTL/Elektronensperrschicht oder Lochsperrschicht/LEL/ETL/EIL, HIL/HTL/LEL/Lochsperrschicht/ETL/EIL. Jede organische EL-Einheit in der Tandem-OLED kann dieselben oder andere Schichtenstrukturen wie andere organische EL-Einheiten aufweisen. Die Schichtenstruktur der 1. organischen EL-Einheit, die zur Anode benachbart ist, ist vorzugsweise HIL/HTL/LEL/ETL, und die Schichtenstruktur der N-ten organischen EL-Einheit, die zur Anode benachbart ist, ist vorzugsweise HTL/LEL/ETL/EIL, und die Schichtenstruktur der anderen organischen EL-Einheiten ist vorzugsweise HTL/LEL/ETL. 2 (EL-Einheit 220) zeigt ein Ausführungsbeispiel der EL-Einheit 120 in der erfindungsgemäßen Tandem-OLED 100, während die EL-Einheit 220 eine HTL 221, eine LEL 222 und eine ETL 223 aufweist.
Die organischen Schichten in den organischen EL-Einheiten können aus kleinmolekularen OLED-Materialien oder polymeren LED-Materialien ausgebildet sein, die beide in der Technik bekannt sind, oder aus Kombinationen daraus. Jede entsprechende organische Schicht in der organischen EL-Einheit in der Tandem-OLED kann dieselben oder andere entsprechende organischen Schichten aufweisen. Einige organische EL-Einheiten können polymer sein, andere Einheiten können aus kleinen Molekülen zusammengesetzt sein.
Jede organische EL-Einheit ist zur Verbesserung der Leistung oder zur Erzielung eines gewünschten Attributs auswählbar, beispielsweise der Lichtdurchlässigkeit durch die OLED-Mehrschichtenstruktur, der Treiberspannung, der Helligkeitsausbeute, der Lichtstrahlungsfarbe, der Herstellbarkeit, der Stabilität der Vorrichtung usw.
Um die Treiberspannung für die Tandem-OLED zu reduzieren, ist es wünschenswert, jede organische EL-Einheit so dünn wie möglich zu machen, ohne dass darunter der Elektrolumineszenzwirkungsgrad leidet. Vorzugsweise ist jede organische EL-Einheit höchstens 500 nm dick und am besten 2 bis 200 nm dick. Vorzugsweise ist jede organische Schicht in der organischen EL-Einheit höchstens 200 nm dick und am besten 0,1 bis 100 nm dick.
Die Zahl der organischen EL-Einheiten in der Tandem-OLED ist im Grundsatz gleich oder größer als 2. Vorzugsweise ist die Zahl der organischen EL-Einheiten in der Tandem-OLED derart bemessen, dass die Helligkeitsausbeute in cd/A verbessert oder maximiert wird. Für Leuchtenanwendungen kann die Zahl der organischen EL-Einheiten nach der Maximalspannung der Stromversorgung ermittelt werden.
Bekanntermaßen umfasst eine konventionelle OLED eine Anode, ein organisches Material und eine Kathode. In der vorliegenden Erfindung umfasst die Tandem-OLED eine Anode, eine Vielzahl organischer EL-Einheiten, eine Vielzahl von Zwischenverbindungselementen und eine Kathode, wobei das Zwischenverbindungselement ein neues Merkmal für Tandem-OLEDs ist.
Damit eine Tandem-OLED effizient arbeiten kann, ist es notwendig, dass das Zwischenverbindungselement eine effektive Trägerinjektion in die benachbarten organischen EL-Einheiten vornimmt. Aufgrund ihres niedrigeren spezifischen Widerstands im Vergleich mit organischen Materialien können Metalle, Metallverbindungen oder andere anorganische Verbindungen für die Trägerinjektion effektiver sein. Der niedrige spezifische Widerstand kann allerdings einen niedrigen Schichtwiderstand bewirken, der wiederum zu Pixel-Übersprechen führt. Wenn der durch die benachbarten Pixel tretende und ein Pixel-Übersprechen bewir kende laterale Strom auf unter 10% des Stroms begrenzt wird, der zur Ansteuerung eines Pixels verwendet wird, sollte der laterale Widerstand des Zwischenverbindungselements (R_ic) mindestens das 8-fache des Widerstands der Tandem-OLED sein. Typischerweise beträgt der statische Widerstand zwischen zwei Elektroden einer herkömmlichen OLED ungefähr mehrere kΩ, und eine Tandem-OLED sollte einen Widerstand von ca. 10 kΩ oder mehreren 10 kΩ zwischen den beiden Elektroden aufweisen. R_ic sollte daher größer als 100 kΩ sein. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Raum zwischen jedem Pixel kleiner als ein Quadrat ist, sollte der Schichtwiderstand des Zwischenverbindungselements größer als 100 kΩ pro Quadrat sein (der laterale Widerstand entspricht dem Schichtwiderstand mal der Anzahl Quadrate). Weil der Schichtwiderstand durch den Widerstand und die Dicke der Folien bestimmt wird (Schichtwiderstand gleich Folienwiderstand, geteilt durch Foliendicke), kann ein Schichtwiderstand des Zwischenverbindungselements von größer als 100 kΩ pro Quadrat immer noch erreicht werden, wenn die Schichten dünn genug sind, sofern die Schichten, die das Zwischenverbindungselement bilden, aus Metallen, Metallverbindungen oder anderen organischen Verbindungen mit niedrigem spezifischem elektrischem Widerstand ausgewählt werden.
Eine weitere Voraussetzung für eine effiziente Funktion der Tandem-OLED ist, dass die optische Transparenz der Schichten, die die organischen EL-Einheiten bilden, und die der Zwischenverbindungselemente so hoch wie möglich ist, damit Strahlung, die in den organischen EL-Einheiten erzeugt wird, aus der Vorrichtung austreten kann. Nach einer einfachen Berechnung gilt, dass wenn die optische Durchlässigkeit jedes Zwischenverbindungselements 70% des abgestrahlten Lichts beträgt, eine Tandem-OLED keinen großen Nutzen bringt, weil unabhängig davon, wie viele EL-Einheiten in der Vorrichtung vorhanden sind, der Elektrolumineszenzwirkungsgrad niemals im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung verdoppelt werden kann. Die die organischen EL-Einheiten bildenden Schichten sind im Allgemeinen gegenüber der von den EL-Einheiten erzeugten Strahlung optisch transparent, weshalb deren Transparenz im Allgemeinen für die Konstruktion der Tandem-OLEDs nicht problematisch ist. Bekanntermaßen können Metalle, Metallverbindungen oder andere anorganische Verbindungen eine niedrige Transparenz aufweisen. Wenn die Schichten, die ein Zwischenverbindungselement bilden, aus den Metallen, Metallverbindungen oder anderen anorganischen Verbindungen ausgewählt werden, ist immer noch eine optische Durchlässigkeit von mehr als 70% erzielbar, wenn die Schichten dünn genug sind. Vorzugsweise hat das Zwischenverbindungselement eine optische Durchlässigkeit von mindestens 75% im sichtbaren Bereich des Spektrums.
Die zwischen benachbarten organischen EL-Einheiten angeordneten Zwischenverbindungselemente sind daher unverzichtbar, da sie benötigt werden, um eine effiziente Elektronen- und Lochinjektion in die benachbarten organischen EL-Einheiten vorzunehmen, ohne dass ein Pixel-Übersprechen erzeugt wird, und ohne die optische Transparenz zu beeinträchtigen. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Zwischenverbindungselemente in der vorliegenden Erfindung. Das Zwischenverbindungselement 330 umfasst in der genannten Reihenfolge eine Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit, eine Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit und eine Metallverbundschicht 333. Hier ist ein Metall mit niedriger Austrittsarbeit als ein Metall mit einer Austrittsarbeit von weniger als 4,0 eV definiert. Analog dazu ist ein Metall mit hoher Austrittsarbeit als ein Metall mit einer Austrittsarbeit von nicht weniger als 4,0 eV definiert. Die Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit ist benachbart zur Elektronentransportschicht einer organischen EL-Einheit zur Anodenseite angeordnet, und die Metallverbundschicht 333 ist benachbart zur Lochtransportschicht einer weiteren organischen EL-Einheit zur Kathodenseite angeordnet. Die Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit ist derart ausgewählt, dass sie eine effiziente Elektroneninjektion in die benachbarte Elektronentransportschicht bereitstellt. Die Metallschicht 333 ist derart ausgewählt, dass sie eine effiziente Lochinjektion in die benachbarte Lochtransportschicht bereitstellt. Beispielsweise, aber nicht abschließend, umfasst eine Metallverbundschicht vorzugsweise einen p-Typ-Halbleiter. Die Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit ist derart gewählt, dass sie die betriebliche Stabilität der OLED verbessert, indem sie eine mögliche Interaktion oder Interdiffusion zwischen der Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit und der Metallverbundschicht 333 verhindert.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zwischenverbindungselements in der vorliegenden Erfindung. Das Zwischenverbindungselement 430 umfasst in der genannten Reihenfolge eine n-Typ-Halbleiterschicht 431, eine Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit und eine Metallverbundschicht 333. Die n-Typ-Halbleiterschicht 431 ist benachbart zur Elektronentransportschicht einer organischen EL-Einheit zur Anodenseite angeordnet, und die Metallverbundschicht 333 ist benachbart zur Lochtransportschicht einer weiteren organischen EL-Einheit zur Kathodenseite angeordnet. Hier ist unter einer n-Typ-Halbleiterschicht zu verstehen, dass die Schicht elektrisch leitend ist und Elektronen als Hauptladungsträger aufweist. Unter einer p-Typ-Halbleiterschicht ist zu verstehen, dass die Schicht elektrisch leitend ist und Löcher als Hauptladungsträger aufweist. Ähnlich zur Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit aus 3 ist die n-Typ-Halbleiterschicht 431 derart ausgewählt, dass sie eine effiziente Elektroneninjektion in die benachbarte Elektronentransportschicht bereitstellt. Wie in 3 ist die Metallverbundschicht 333 so ausgewählt, dass sie eine effiziente Lochinjektion in die benachbarte Lochtransportschicht bereitstellt, und die Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit ist derart gewählt, dass sie die betriebliche Stabilität der OLED verbessert, indem sie eine mögliche Interaktion oder Interdiffusion zwischen der n-Typ-Halbleiterschicht 431 und der Metallverbundschicht 333 verhindert.
Für den Fall, dass die Elektronentransportschicht in der EL-Einheit eine n-Typ-dotierte organische Schicht ist, kann die Schichtenstruktur des Zwischenverbindungselements, wie in 5 gezeigt, vereinfacht werden, wobei das Zwischenverbindungselement 530 in der genannten Reihenfolge eine Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit umfasst, die benachbart zur n-Typ-dotierten Elektronentransportschicht einer organischen EL-Einheit zur Anodenseite angeordnet ist, und eine Metallverbundschicht 333, die benachbart zur Lochtransportschicht einer weiteren organischen EL-Einheit zur Kathodenseite angeordnet ist. Die Metallverbundschicht 333 ist so ausgewählt, dass sie eine effiziente Lochinjektion in die benachbarte Lochtransportschicht bereitstellt, und die Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit ist derart gewählt, dass sie die betriebliche Stabilität der OLED verbessert, indem sie eine mögliche Interaktion oder Interdiffusion zwischen der n-Typ-dotierten Elektronentransportschicht und der Metallverbundschicht 333 verhindert. Hier ist unter einer n-Typ-dotierten organischen Schicht zu verstehen, dass die Schicht elektrisch leitend ist und dass die Ladungsträger hauptsächlich Elektronen sind. Die Leitfähigkeit wird durch die Bildung eines Ladungsübertragungskomplexes als Ergebnis der Elektronenübertragung aus der Dotierung ins Wirtsmaterial bereitgestellt. Je nach Konzentration und Effektivität der Dotierung zur Abgabe von Elektronen an das Wirtsmaterial kann die elektrische Leitfähigkeit der Schicht um mehrere Größenordnungen variieren. Mit einer n-Typ-dotierten organischen Schicht als Elektronentransportschicht in der EL-Einheit können Elektronen effizient aus dem benachbarten Zwischenverbindungselement in die Elektronentransportschicht injiziert werden.
Damit die Zwischenverbindungselemente eine effektive optische Durchlässigkeit (von mindestens 75% im sichtbaren Bereich des Spektrums), eine effektive Trägerinjektionsfähigkeit und eine effektive betriebliche Stabilität aufweisen, muss die Dicke der Schichten in den Zwischenverbindungselementen sorgfältig abgewogen werden. Die Dicke der Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit in den Zwischenverbindungselementen liegt im Bereich von 0,1 nm bis 5,0 nm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 nm bis 2,0 nm. Die Dicke der Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit in den Zwischenverbindungselementen liegt im Bereich von 0,1 nm bis 5,0 nm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 nm bis 2,0 nm. Die Dicke der Metallverbundschicht 333 in den Zwischenverbindungselementen liegt im Bereich von 0,5 nm bis 20 nm, vorzugsweise im Bereich von 1,0 nm bis 5,0 nm. Die Dicke der n-Typ-Halbleiterschicht 431 in den Zwischenverbindungselementen liegt im Bereich von 0,5 nm bis 20 nm, vorzugsweise im Bereich von 1,0 nm bis 5,0 nm.
Die zur Herstellung der Zwischenverbindungselemente verwendeten Materialien sind grundsätzlich aus nicht toxischen Materialien ausgewählt. Die Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit umfasst Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy oder Yb. Vorzugsweise umfasst die Metallschicht 331 mit niedriger Austrittsarbeit Li, Na, Cs, Ca, Ba oder Yb.
Die Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit umfasst Ti, Zr, Ti, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Al, In oder Sn. Vorzugsweise umfasst die Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit Ag, Al, Cu, Au, Zn, In oder Sn. Am besten umfasst die Metallschicht 332 mit hoher Austrittsarbeit Ag oder Al.
Die Metallverbundschicht 333 ist auswählbar aus den stöchiometrischen Oxiden oder nicht stöchiometrischen Oxiden aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Niobium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Zink, Silicium oder Germanium oder Kombinationen daraus. Die Metallverbundschicht 333 ist auswählbar aus den stöchiometrischen Sulfiden oder nicht stöchiometrischen Sulfiden aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Niobium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silicium oder Germanium oder Kombinationen daraus. Die Metallverbundschicht 333 ist auswählbar aus den stöchiometrischen Seleniden oder nicht stöchiometrischen Seleniden aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Nio bium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silicium oder Germanium oder Kombinationen daraus. Die Metallverbundschicht 333 ist auswählbar aus den stöchiometrischen Telluriden oder nicht stöchiometrischen Telluriden aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Niobium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silicium oder Germanium oder Kombinationen daraus. Die Metallverbundschicht 333 ist auswählbar aus den stöchiometrischen Nitriden oder nicht stöchiometrischen Nitriden aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Niobium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Zink, Gallium, Silicium oder Germanium oder Kombinationen daraus. Die Metallverbundschicht 333 ist auswählbar aus den stöchiometrischen Carbiden oder nicht stöchiometrischen Carbiden aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Niobium, Tantal, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Zink, Aluminium, Silicium oder Germanium oder Kombinationen daraus.
Die Metallverbundschicht 333 ist auswählbar aus MoO₃, NiMoO₄, CuMoO₄, WO₃, ZnTe, Al₄C₃, AlF₃, B₂S₃, CuS, GaP, InP oder SnTe. Vorzugsweise wird die Metallverbundschicht 333 ausgewählt aus MoO₃, NiMoO₄, CuMoO₄ oder WO₃.
Die n-Typ-Halbleiterschicht 431 umfasst beispielsweise, aber nicht abschließend, ZnSe, ZnS, ZnSSe, SnSe, SnS, SnSSe, LaCuO₃ oder La₄Ru₆O₁₉. Vorzugsweise umfasst die n-Typ-Halbleiterschicht 431 ZnSe oder ZnS.
Die Zwischenverbindungselemente sind durch thermisches Aufdampfen, Elektronenstrahl-Aufdampfen oder Ionenzerstäubung herstellbar. Vorzugsweise wird zur Abscheidung aller Materialien in der Herstellung der Tandem-OLED, einschließlich der Zwischenverbindungselemente, ein thermisches Aufdampfverfahren verwendet.
Die erfindungsgemäße Tandem-OLED-Vorrichtung umfasst in der Regel ein tragendes Substrat, wobei sich die Kathode oder Anode in Kontakt mit dem Substrat befinden kann. Die in Kontakt mit dem Substrat befindliche Elektrode wird hier der Einfachheit halber als untere Elektrode bezeichnet. Die untere Elektrode ist üblicherweise die Anode, wobei die Erfindung allerdings nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Das Substrat kann entweder licht durchlässig oder lichtundurchlässig sein, je nach vorgesehener Richtung der Lichtabgabe. Die Lichtdurchlässigkeit ist eine wünschenswerte Eigenschaft, um die Elektrolumineszenzemission durch das Substrat betrachten zu können. Transparentes Glas oder transparenter Kunststoff wird in diesen Fällen häufig verwendet. Für Anwendungen, in denen die Elektrolumineszenzemission durch die obere Elektrode betrachtet wird, ist die Durchlässigkeitseigenschaft des unteren Trägers unwesentlich, der daher lichtundurchlässig, lichtabsorbierend oder lichtreflektierend sein kann. In diesem Fall sind als Substrat beispielsweise, aber nicht abschließend, Glas, Kunststoff, Halbleitermaterialien, Keramik und Leiterplattenmaterialien verwendbar. Selbstverständlich ist es notwendig, in diesen Gerätekonfigurationen eine lichtdurchlässige obere Elektrode zu verwenden.
Wenn die EL-Emission durch die Anode 110 betrachtet wird, sollte die Anode gegenüber der Emission von Interesse transparent oder im Wesentlichen transparent sein. In der Erfindung verwendete, übliche transparente Anodenmaterialien sind Indium-Zinnoxid (ITO) und Indium-Zinkoxid (IZO) und Zinnoxid, aber es sind auch andere Metalloxide verwendbar, beispielsweise, aber nicht abschließend, aluminium- oder indiumdotiertes Zinkoxid, Magnesium-Indiumoxid und Nickel-Wolframoxid. Neben diesen Oxiden können Metallnitride, wie Galliumnitrid und Metallselenide, wie Zinkselenid, und Metallsulfide, wie Zinksulfid verwendet werden. Für Anwendungen, in denen die EL-Emission nur durch die Kathodenelektrode betrachtet wird, sind die Durchlässigkeitseigenschaften des Anodenmaterials nicht wesentlich, und es ist ein beliebiges leitendes Material verwendbar, unabhängig davon, ob transparent, opak oder reflektierend. Leiter für diese Anwendung sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Gold, Iridium, Molybdän, Palladium und Platin. Typische Anodenmaterialien, ob lichtdurchlässig oder nicht, weisen eine Austrittsarbeit von 4,0 eV oder höher auf. Die gewünschten Anodenmaterialien werden üblicherweise mithilfe geeigneter Mittel, wie beispielsweise Aufdampfen, Kathodenzerstäubung, chemisches Aufdampfen oder elektrochemische Mittel aufgebracht. Anoden können mithilfe bekannter fotolithografischer Verfahren bemustert werden. Optional können Anoden vor dem Auftragen anderer Schichten poliert werden, um die Oberflächenrauheit zu reduzieren, um Kurzschlussgefahr zu minimieren oder um das Reflexionsvermögen zu verbessern.
Es ist zwar nicht immer notwendig, aber häufig sinnvoll, eine Lochinjektionsschicht in der organischen EL-Einheit vorzusehen. Die Lochinjektionsschicht kann dazu dienen, die Film bildungseigenschaft nachfolgender organischer Schichten zu verbessern und die Injektion von Löchern in der Lochtransportschicht zu ermöglichen, wodurch die Treiberspannung der Tandem-OLED reduziert wird. Geeignete Materialien zur Verwendung in der Lochinjektionsschicht sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Porphyrinverbindungen, wie in US-A-4,720,432 beschrieben, mit Plasmaabscheidung aufgebrachte Fluorkohlenstoffpolymere, wie in US-A-6,208,075 beschrieben, und einige aromatische Amine, beispielsweise m-MTDATA (4,4',4''-Tris[(3-Ethylphenyl)phenylamin]triphenylamin). Alternative Lochinjektionsmaterialien, die in Elektrolumineszenzvorrichtungen verwendbar sind, werden in EP 0 891 121 A1 und EP 1 029 909 A1 beschrieben. Eine p-Typ-dotierte organische Schicht ist ebenfalls für die Lochinjektionsschicht verwendbar, wie in US-A-6,423,429 beschrieben. Unter einer p-Typ-dotierten organischen Schicht ist zu verstehen, dass die Schicht elektrisch leitend ist und dass die Ladungsträger hauptsächlich Löcher sind. Die Leitfähigkeit wird durch die Bildung eines Ladungsübertragungskomplexes als Ergebnis der Lochübertragung aus der Dotierung ins Wirtsmaterial bereitgestellt.
Die Lochtransportschicht in organischen EL-Einheiten enthält mindestens eine lochtransportierende Verbindung, z. B. ein aromatisches, tertiäres Amin, wobei das letztere als eine Verbindung zu verstehen ist, die mindestens ein dreiwertiges Stickstoffatom enthält, das nur an Kohlenstoffatome gebunden ist, von denen mindestens eines ein Mitglied eines aromatischen Rings ist. In einer Form kann das aromatische, tertiäre Amin ein Arylamin sein, wie ein Monoarylamin, Diarylamin, Triarylamin oder ein polymeres Arylamin. Exemplarische monomere Triarylamine werden von Klupfel et al. in US-A-3,180,730 dargestellt. Andere geeignete Triarylamine, die durch ein oder mehrere Vinylradikale substituiert sind und/oder mindestens eine aktive wasserstoffhaltige Gruppe enthalten, werden von Brantley et al. in US-A-3,567,450 und 3,658,520 beschrieben.
Eine stärker bevorzugte Klasse aromatischer, tertiärer Amine sind solche, die mindestens zwei aromatische, tertiäre Aminreste umfassen, wie in US-A-4,720,432 und 5,061,569 beschrieben. Die Lochtransportschicht kann aus einer einzelnen oder einer Mischung von aromatischen, tertiären Aminverbindungen gebildet werden. Unter anderem sind folgende aromatische tertiäre Amine verwendbar:
1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminphenyl)cyclohexan;
1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminphenyl)-4-Phenylcyclohexan;
N,N,N',N'-Tetraphenyl-4,4'''-Diamin-1,1':4',1'':4'',1'''-Quaterphenyl;
Bis(4-Dimethylamin-2-Methylphenyl)-Phenylmethan;
1,4-Bis[2-[4-[N,N-Di(p-Tolyl)amin]phenyl]vinyl]benzol (BDTAPVB);
N,N,N',N'-Tetra-p-Tolyl-4,4-4'-Diaminbiphenyl;
N,N,N',N'-Tetraphenyl-4,4'-Diaminbiphenyl;
N,N,N',N'-Tetra-1-Naphthyl-4,4'-Diaminbiphenyl;
N,N,N',N'-Tetra-2-Naphthyl-4,4'-Diaminbiphenyl;
N-Phenylcarbazol;
4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamin]biphenyl (NPB);
4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)amin]biphenyl (TNB);
4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamin]p-Terphenyl;
4,4'-Bis[N-(2-Naphthyl)-N-Phenylamin]biphenyl;
4,4'-Bis[N-(3-Acenaphthenyl)-N-Phenylamin]biphenyl;
1,5-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamin]naphthalen;
4,4'-Bis[N-(9-Anthryl)-N-Phenylamin]biphenyl;
4,4'-Bis[N-(1-Anthryl)-N-Phenylamin]p-Terphenyl;
4,4'-Bis[N-(2-Phenanthryl)-N-Phenylamin]biphenyl;
4,4'-Bis[N-(8-Fluoranthenyl)-N-Phenylamin]biphenyl;
4,4'-Bis[N-(2-Pyrenyl)-N-Phenylamin]biphenyl;
4,4'-Bis[N-(2-Naphthacenyl)-N-Phenylamin]biphenyl;
4,4'-Bis[N-(2-Perylenyl)-N-Phenylamin]biphenyl;
4,4'-Bis[N-(1-Coronenyl)-N-Phenylamin]biphenyl;
2,6-Bis(di-p-Tolylamin)naphthalen;
2,6-Bis[di-(1-Naphthyl)amin]naphthalen;
2,6-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)-Amin]naphthalen;
N,N,N',N'-Tetra(2-Naphthyl)-4,4''-Diamin-p-Terphenyl;
4,4'-Bis{N-Phenyl-N-[4-(1-Naphthyl)-Phenyl]amin}biphenyl;
2,6-Bis[N,N-Di(2-Naphthyl)amin]fluoren;
4,4',4''-Tris[(3-Methylphenyl)phenylamin]triphenylamin (MTDATA); und
4,4'-Bis[N-(3-Methylphenyl)-N-Phenylamin]biphenyl (TPD).
Eine weitere Klasse der geeigneten Lochtransportmaterialien umfasst polyzyklische, aromatische Verbindungen, wie in EP 1 009 041 beschrieben. Tertiäre aromatische Amine mit mehr als zwei Amingruppen, oligomere Materialien eingeschlossen, können ebenfalls verwendet werden. Außerdem sind polymere Lochtransportmaterialien verwendbar, wie Poly(N-Vinylcarbazol) (PVK), Polythiophene, Polypyrrol, Polyanilin und Copolymere, wie Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(4-Styrolsulfonat), auch als PEDOT/PSS bezeichnet.
Wie in US-A-4,769,292 und 5,935,721 detaillierter beschrieben, umfasst die lichtabstrahlende Schicht in organischen EL-Einheiten ein lumineszierendes oder fluoreszierendes Material, wobei Elektrolumineszenz als ein Ergebnis der Rekombination von Elektronen-Lochpaaren in diesem Bereich erzeugt wird. Die lichtabstrahlende Schicht kann sich aus einem einzelnen Material zusammensetzen, besteht üblicherweise aber aus einem Wirtsmaterial, das mit einer oder mehreren Gastverbindungen dotiert ist, wobei Lichtemissionen primär von der Dotierung stammen und eine beliebige Farbe aufweisen können. Die Wirtsmaterialien in der lichtabstrahlenden Schicht können ein Elektronentransportmaterial sein, ein Lochtransportmaterial oder ein anderes Material oder eine Kombination von Materialien, die die Loch-/Elektronen-Rekombination unterstützen. Die Dotierung ist üblicherweise aus stark fluoreszierenden Farbstoffen gewählt, aber es sind auch phosphoreszierende Verbindungen verwendbar, z. B. Übergangsmetallkomplexe, wie in WO 98/55561 , WO 00/18851 , WO 00/57676 und WO 00/70655 beschrieben. Die Dotierungen werden typischerweise mit 0,01 bis 10 Gew.-% in dem Wirtsmaterial aufgetragen. Polymermaterialien, wie Polyfluorene und Polyvinylarylene (z. B. Poly(p-Phenylenvinylen), PPV) sind ebenfalls als Wirtsmaterial verwendbar. In diesem Fall können kleine Moleküldotierungen molekular in dem polymeren Wirtsmaterial dispergiert sein, oder die Dotierung kann dem Wirtspolymer durch Copolymerisation einer kleineren Komponente zugesetzt werden.
Eine wichtige Beziehung zur Wahl eines Farbstoffs als Dotierung ist ein Vergleich der Elektronenenergielücke. Damit ein effizienter Energietransfer von dem Wirt zum Dotierungsmolekül erfolgen kann, ist es notwendig, dass die Energielücke der Dotierung kleiner als die des Wirtsmaterials ist. Für phosphoreszierende Leuchtstoffe ist es zudem wichtig, dass die Triplet-Energie des Wirts hoch genug ist, um eine Energieübertragung vom Wirt zur Dotierung zu ermöglichen.
Bekanntermaßen geeignete Wirts- und emittierende Moleküle sind beispielsweise, aber nicht abschließend, diejenigen, die beschrieben werden in US-A-4,768,292 , 5,141,671 , 5,150,006 , 5,151,629 , 5,405,709 , 5,484,922 , 5,593,788 , 5,645,948 , 5,683,823 , 5,755,999 , 5,928,802 , 5,935,720 , 5,935,721 und 6,020,078 .
Metallkomplexe aus 8-Hydroxychinolin(-oxin) und ähnliche Derivate bilden eine Klasse der verwendbaren Hostverbindungen, die für Elektrolumineszenzanwendungen geeignet sind. Verwendbare Oxinoid-Chelatverbindungen sind beispielsweise folgende:
CO-1: Aluminiumtrisoxin [alias Tris(8-chinolinolat)aluminium(III)];
CO-2: Magnesiumbisoxin [alias Bis(8-chinolinolat)magnesium(II)];
CO-3: Bis[benzo{f}-8-chinolinolat]zink(II);
CO-4: Bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)-μ-Oxo-bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III);
CO-5: Indiumtrisoxin [alias Tris(8-Chinolinolat)indium];
CO-6: Aluminiumtris(5-Methyloxin) [alias Tris(5-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)];
CO-7: Lithiumoxin [alias (8-Chinolinolat)lithium(I)];
CO-8: Galliumoxin [alias Tris(8-Chinolinolat)gallium(III)]; und
CO-9: Zirconiumoxin [alias Tetra(8-Chinolinolat)zirconium(IV)].
Weitere Klassen geeigneter Wirtsmaterialien sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Derivate von Anthracen, z. B. 9,10-Di-(2-Naphthyl)anthracen und Derivate davon, wie in US-A-5,935,721 beschrieben, Distyrylarylenderivate, wie in US-A-5,121,029 beschrieben, und Benzazolderivative, z. B. 2,2',2''-(1,3,5-Phenylen)tris[1-Phenyl-1H-Benzimidazol]. Carbazolderivate sind besonders geeignete Wirtsmittel für phosphoreszierende Leuchtstoffe.
Geeignete fluoreszierende Dotierungen sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Derivate von Anthracen, Tetracen, Xanthen, Perylen, Rubren, Coumarin, Rhodamin und Chinacridon, Dicyanmethylenpyranverbindungen, Thiopyranverbindungen, Polymethinverbindungen, Pyrilium- und Thiapyriliumverbindungen, Fluorenderivate, Periflanthenderivate, Indenoperylenderivate, Bis(azinyl)aminborverbindungen, Bis(azinyl)methanverbindungen und Carbostyrylverbindungen.
Bevorzugte Dünnfilmmaterialien zur Verwendung in der Herstellung der Elektronentransportschicht in den erfindungsgemäßen organischen EL-Elementen sind Metallchelat-Oxinverbindungen, einschließlich der Chelate von Oxin selbst, auch als 8-Chinolinol oder 8-Hydroxychinolin bezeichnet. Derartige Verbindungen tragen zur Injektion und zum Transport von Elektronen bei, weisen eine hohe Leistungsfähigkeit auf und lassen sich leicht in Form von Dünnfilmen abscheiden. Beispielhafte Oxinoidverbindungen wurden vorstehend aufgeführt.
Weitere Elektronentransportmaterialien umfassen verschiedene Butadienderivate, wie in US-A-4,356,429 beschrieben, und verschiedene heterozyklische optische Aufheller, wie in US-A-4,539,507 beschrieben. Benzazole und Triazine sind ebenfalls geeignete Elektronentransportmaterialien.
Eine n-Typ-dotierte organische Schicht ist ebenfalls für die Elektronentransportschicht verwendbar, wie in US-A-6,013,384 beschrieben. Die n-Typ-dotierte organische Schicht umfasst ein organisches Wirtsmaterial und mindestens eine n-Typ-Dotierung. Das Wirtsmaterial in der n-Typ-dotierten organischen Schicht umfasst ein kleinmolekulares Material oder ein Polymermaterial oder Kombinationen daraus. Vorzugsweise ist dieses Material aus den zuvor genannten Elektronentransportmaterialien ausgewählt.
Die als n-Typ-Dotierungen in der n-Typ-dotierten Elektronentransportschicht verwendeten Materialien umfassen Metalle oder Metallverbindungen mit einer Austrittsarbeit von kleiner als 4,0 eV. Besonders geeignete Dotierungen umfassen Alkalimetalle, Alkalimetallverbindungen, Alkalierdmetalle und Alkalierdmetallverbindungen. Der Begriff „Metallverbindungen" umfasst organometallische Komplexe, metallorganische Salze und anorganische Salze, Oxide und Halogenide. Unter der Klasse der metallhaltigen n-Typ-Dotierungen sind Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy oder Yb und deren anorganische und organische Verbindungen besonders geeignet. Die in der n-Typ-dotierten organischen Schicht der Zwischenverbindungselemente als n-Typ-Dotierungen verwendeten Materialien sind u. a. organische Reduktionsmittel mit stark elektronenpositiven Eigenschaften. Unter „stark elektronenpositiven Eigenschaften" ist zu verstehen, dass die organische Dotierung in der Lage sein sollte, dem Wirt zumindest eine gewisse elektronische Ladung zu geben, um mit dem Wirt einen Ladungsübertragungskomplex zu bilden. Organische Moleküle sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Bis(ethylendithio)-Tetrathiafulvalen (BEDT-TTF), Tetrathia fulvalen (TTF) sowie deren Derivate. Im Falle polymerer Wirtsmaterialien kann die Dotierung eines der oben genannten Materialien sein, aber auch ein Material, das molekular mit dem Wirtsmaterial als eine kleinere Komponente dispergiert oder copolymerisiert ist. Bei Dotierung mit einer entsprechenden n-Typ-Dotierung würde die dotierte organische Schicht vorwiegend Elektronentransporteigenschaften aufweisen. Die n-Typ-dotierte Konzentration liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01–20 Vol.%.
Es ist zwar nicht immer notwendig, aber häufig sinnvoll, eine Elektroneninjektionsschicht in der organischen EL-Einheit vorzusehen. Die Elektroneninjektionsschicht kann dazu dienen, die Injektion von Elektronen in die Elektronentransportschicht zu ermöglichen und die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, was zu einer niedrigen Treiberspannung der Tandem-OLED führt. Geeignete Materialien zur Verwendung in der EIL sind die zuvor genannten Elektronentransportschichten, dotiert mit starken Reduktionsmitteln oder Metallen mit niedriger Austrittsarbeit (< 4,0 eV). Alternative, anorganische elektroneninjizierende Materialien können in der organischen EL-Einheit ebenfalls verwendbar sein, wie im folgenden Absatz beschrieben wird.
Wenn die Lichtemission nur durch die Anode betrachtet wird, kann die in dieser Erfindung verwendete Kathode 140 aus nahezu jedem geeigneten leitfähigen Material bestehen. Wünschenswerte Materialien haben effektive filmbildende Eigenschaften, um einen effektiven Kontakt mit der zugrundeliegenden organischen Schicht herzustellen, ermöglichen die Elektroneninjektion bei niedriger Spannung und weisen eine effektive Stabilität auf. Geeignete Kathodenmaterialien enthalten oft ein Metall oder eine Metalllegierung mit niedriger Austrittsarbeit (< 4,0 eV). Ein bevorzugtes Kathodenmaterial besteht aus einer Mg:Ag Legierung, worin der Silberanteil im Bereich von 1 bis 20% liegt, wie in US-A-4,885,221 beschrieben. Eine weitere geeignete Klasse an Kathodenmaterialien sind Doppelschichten, die eine dünne anorganische Elektroneninjektionsschicht in Kontakt mit einer organischen Schicht (z. B. eine Elektronentransportschicht) umfassen, wobei die Kathode mit einer dickeren Schicht aus leitendem Metall abgedeckt ist. Hier umfasst die anorganische Elektroneninjektionsschicht vorzugsweise ein Metall oder ein Metallsalz mit niedriger Austrittsarbeit und wenn dies so ist, braucht die dickere Abdeckschicht keine niedrige Austrittsarbeit aufzuweisen. Eine derartige Kathode besteht aus einer dünnen Schicht LiF, gefolgt von einer dickeren Schicht Al, wie in US-A-5,677,572 beschrieben. Weitere geeignete Kathodenmaterialien umfassen beispiels weise, aber nicht abschließend, solche, die in US-A-5,059,861 , 5,059,862 und 6,140,763 beschrieben werden.
Wenn die Lichtemission durch die Kathodenschicht betrachtet wird, sollte die Kathode transparent oder nahezu transparent sein. Für derartige Anwendungen sollten die Metalle dünn sein oder transparente leitfähige Oxide verwenden oder diese Materialien beinhalten. Optisch transparente Kathoden werden detaillierter in US-A-4,885,211 , 5,247,190 , 5,703,436 , 5,608,287 , 5,837,391 , 5,677,572 , 5,776,622 , 5,776,623 , 5,714,838 , 5,969,474 , 5,739,545 , 5,981,306 , 6,137,223 , 6,140,763 , 6,172,459 , 6,278,236 , 6,284,393 , JP 3,234,963 und EP 1 076 368 beschrieben. Kathodenmaterialien werden in der Regel durch ein geeignetes Verfahren, wie thermisches Aufdampfen, Elektronenstrahlaufdampfen, Ionenzerstäubung oder chemisches Aufdampfen, aufgebracht. Bei Bedarf kann die Strukturierung anhand vieler bekannter Verfahren erfolgen, beispielsweise, aber nicht abschließend, durch Maskenabscheidung, integrierte Schattenmaskierung, wie in US-A-5,276,380 und EP 0 732 868 beschrieben, Laserablation und selektive chemische Dampfabscheidung.
In einigen Fällen können die lichtabstrahlende Schicht und die Elektronentransportschicht in den organischen EL-Einheiten wahlweise zu einer einzelnen Schicht zusammengeführt werden, die gleichzeitig für Lichtemission und Elektronentransport dient. In der Technik ist zudem bekannt, dass abstrahlende Dotierungen der Lochtransportschicht zugesetzt werden können, die als ein Wirt dienen kann. Einer oder mehreren Schichten können mehrere Dotierungen zugesetzt werden, um eine weiß abstrahlende OLED zu erzeugen, beispielsweise durch Kombinieren von blau- und gelbabstrahlenden Materialien, blaugrün- und rotabstrahlenden Materialien oder rot-, grün- und blauabstrahlenden Materialien. Weißabstrahlende Vorrichtungen werden beispielsweise beschrieben in der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung 2002/0025419 A1; in US-A-5,683,823 ; 5,503,910 ; 5,405,709 ; 5,283,182 ; EP 1 187 235 und in EP 1 182 244 .
Zusätzliche Schichten derartiger Elektronen- oder Lochsperrschichten, wie in der Technik beschrieben, sind in erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendbar. Lochsperrschichten werden häufig verwendet, um den Wirkungsgrad von phosphoreszierenden Abstrahlvorrichtungen zu verbessern, wie beispielsweise in der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung 2002/0015859 A1 beschrieben.
Die zuvor genannten organischen Materialien werden durch ein Dampfphasenverfahren, wie thermisches Aufdampfen, aufgebracht, können aber auch aus einer Flüssigkeit, beispielsweise einem Lösungsmittel mit einem optionalen Bindemittel zur Verbesserung der Filmbildung aufgebracht werden. Wenn es sich bei dem Material um ein Polymer handelt, ist die Aufbringung aus einem Lösungsmittel sinnvoll, aber es sind auch andere Verfahren verwendbar, wie Kathodenzerstäubung oder thermische Übertragung aus einem Geberbogen. Das Material kann durch thermisches Aufdampfen aus einem Verdampfungsschiffchen aufgedampft werden, das oft ein Tantalmaterial umfasst, wie z. B. in US-A-6,237,529 beschrieben, oder es kann zunächst auf eine Geberfolie aufgetragen und in Substratnähe sublimiert werden. Schichten, die eine Materialmischung enthalten, können separate Verdampfungsschiffchen verwenden, oder die Materialien können vorgemischt und aus einem einzelnen Schiffchen oder einer Geberfolie aufgetragen werden. Für die volle Farbanzeige kann die Pixelierung von lichtabstrahlenden Schichten notwendig sein. Diese pixelierte Abscheidung von lichtabstrahlenden Schichten lässt sich mithilfe von Schattenmasken, integrierten Schattenmasken ( US-A-5,294,870 ), räumlich definierter thermischer Farbstoffübertragung aus einer Geberfolie ( US-A-5-688,551 , 5,851,709 ; und 6,066,357 ) sowie mit einem Tintenstrahlverfahren ( US-A-6,066,357 ) aufbringen. Für sonstige organische Schichten entweder in den organischen EL-Einheiten oder in den Zwischenverbindungselementen, ist eine pixelierte Abscheidung nicht zwingend erforderlich.
Die meisten OLEDs sind gegenüber Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff empfindlich, so dass sie üblicherweise in einer inerten Atmosphäre geschützt sind, beispielsweise Stickstoff oder Argon, und zwar mit einem Trockenmittel, wie Aluminiumoxid, Bauxit, Calciumsulfat, Tonen, Siliciumdioxid, Zeolithe, Alkalimetalloxide, Alkalierdmetalloxide, Sulfate oder Metallhalogenide und Perchlorate. Verfahren zur Kapselung und Trocknung werden beispielsweise, aber nicht abschließend, in US-A-6,226,890 beschrieben. Zudem sind Sperrschichten, wie SiOx, Teflon und abwechselnd anorganische/polymere Schichten in der Kapselungstechnik bekannt.
Beispiele
Die folgenden Beispiele dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. Die Materialien und die daraus gebildeten Schichten werden wie folgt abgekürzt:

ITO:: Indiumzinnoxid; dient zur Ausbildung der transparenten Anode auf Glassubstraten;
CFx:: polymerisierte Fluorkohlenstoffschicht; wird in der Lochinjektionsschicht über Indiumzinnoxid verwendet;
NPB:: N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-Diphenylbenzidin; zur Ausbildung der Lochtransportschicht in der organischen EL-Einheit verwendet;
Alq:: Tris(8-Hydroxychinolin)aluminium(III); als Wirtsmaterial zur Ausbildung der lichtabstrahlenden Schicht und als Wirtsmaterial zur Ausbildung der n-Typ-dotierten Elektronentransportschicht in der organischen EL-Einheit verwendet;
C545T:: 10-(2-Benzothiazolyl)-1,1,7,7-Tetramethyl-2,3,6,7-Tetrahydro-1H,5H,11H(1)Benzopyran(6,7,8-ij)chinolizin-11-on; als grüne Dotierung in der lichtabstrahlenden Schicht in der EL-Einheit verwendet;
Li:: Lithium; als n-Typ-Dotierung zur Ausbildung der n-Typ-dotierten Elektronentransportschicht in der organischen EL-Einheit verwendet; und
Mg:Ag:: Magnesium:Silber im Volumenverhältnis von 10:0,5; zur Bildung der Kathode verwendet.

In den folgenden Beispielen wurden die Dicke der organischen Schichten und die Dotierungskonzentrationen in situ mithilfe kalibrierter Dickenmonitore (INFICON IC/5 Deposition Controller) kontrolliert und gemessen. Die Elektrolumineszenzeigenschaften aller hergestellten Vorrichtungen wurden mithilfe einer Konstantstromquelle (KEITHLEY 2400 Source-Meter) und einem Fotometer (PHOTO RESEARCH SpectraScan PR 650) bei Raumtemperatur bewertet. Die Farbe wird mithilfe von CIE-Koordinaten (Commission Internationale de l'Eclairage) ausgewiesen.
Eine herkömmliche OLED wird folgendermaßen hergestellt: Ein ca. 1,1 mm dickes Glassubstrat mit einer darauf aufgetragenen transparenten ITO-Leitschicht wurde mit einem kommerziellen Glasabstreifer gesäubert und getrocknet. Die Dicke der ITO-Leitschicht beträgt ca. 42 nm, und der Schichtwiderstand der ITO-Leitschicht beträgt ca. 68 Ω/Fläche. Die ITO- Oberfläche wurde mit oxidativem Plasma behandelt, um die Fläche als Anode zu konditionieren. Eine 1 nm dicke Schicht aus CFx wurde auf der sauberen ITO-Oberfläche als Lochinjektionsschicht durch Zersetzung von CHF₃ Gas in einer RF-Plasmabehandlungskammer aufgebracht. Das Substrat wurde dann zur Abscheidung aller anderen Schichten auf dem Substrat in eine Vakuumabscheidungskammer (TROVATO MFG. INC) übergeben. Die folgenden Schichten wurden in der genannten Reihenfolge durch Verdampfen aus einem erwärmten Schiffchen unter einem Vakuum von ca. 10^–6 Torr aufgebracht:

1. EL-Einheit:
a) eine Lochtransportschicht, ca. 90 nm dick, einschließlich NPB;
b) eine lichtabstrahlende Schicht, 30 nm dick, einschließlich Alq-dotiert mit 1,0 Vol.% C545T; und
c) eine erste Elektronentransportschicht, 30 nm dick, einschließlich Alq-dotiert mit 1,2 Vol.% Li.
2. Kathode: ca. 210 nm dick, einschließlich MgAg.

Nach Aufbringen dieser Schichten wurde die Vorrichtung aus der Abscheidekammer in einen Trockenschrank (VAC Vacuum Atmosphere Company) zur Kapselung übergeben. Die EL-Leistung dieser Vorrichtung wurde mit 20 mA/cm² und bei Raumtemperatur gemessen.
Die herkömmliche OLED erfordert eine Treiberspannung von ca. 6,1 V, um 20 mA/cm² durchzulassen. Unter diesen Prüfbedingungen hat die Vorrichtung eine Leuchtdichte von 2110 cd/m², eine Helligkeitsausbeute von ca. 10,6 cd/A und einen Wirkungsgrad von ca. 5,45 lm/W. Die CIEx- und CIEy-Werte sind 0,279 bzw. 0,651, mit einer Emissionsspitze bei 520 nm.
Beispiel 2 (Vergleich):
In der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wurde eine Tandem-OLED konstruiert, wobei folgende Schichtenstruktur abgeschieden wurde:

1. 1.EL-Einheit:
a) eine Lochtransportschicht, ca. 100 nm dick, einschließlich NPB;
b) eine lichtabstrahlende Schicht, 20 nm dick, einschließlich Alq-dotiert 1,0 Vol.% C545T; und
c) eine erste Elektronentransportschicht, 40 nm dick, einschließlich Alq-dotiert mit 1,2 Vol.% Li.
2. 1.Zwischenverbindungselement:
a) eine Metallschicht mit hoher Austrittsarbeit, 10 nm dick, einschließlich Ag.
3. 2.EL-Einheit:
a) eine Lochtransportschicht, ca. 70 nm dick, einschließlich NPB;
b) eine lichtabstrahlende Schicht, 20 nm dick, einschließlich Alq-dotiert 1,0 Vol.% C545T; und
c) eine erste Elektronentransportschicht, 40 nm dick, einschließlich Alq-dotiert mit 1,2 Vol.% Li.
4. Kathode: ca. 210 nm dick, einschließlich MgAg.

Diese Tandem-OLED erfordert eine Treiberspannung von ca. 22,9 V, um 20 mA/cm² durchzulassen. Unter diesen Prüfbedingungen hat die Vorrichtung eine Leuchtdichte von 937 cd/m², eine Helligkeitsausbeute von ca. 4,68 cd/A und einen Wirkungsgrad von ca. 0,64 lm/W. Die CIEx- und CIEy-Werte sind 0,179 bzw. 0,689, mit einer Emissionsspitze bei 516 nm. Die Treiberspannung ist nahezu viermal so hoch wie die für Beispiel 1 bei 20 mA/cm², und die Helligkeitsausbeute beträgt weniger als die Hälfte von der in Beispiel 1. Dies zeigt deutlich, dass eine einzelne Schicht eines Metalls mit hoher Austrittsarbeit kein effektives Zwischenverbindungselement in der Tandem-OLED bilden kann. Die extrem hohe Treiberspannung ist auf die hohe Injektionsbarriere zurückzuführen, die zwischen der Schicht mit hoher Austrittsarbeit und den EL-Einheiten gebildet wird. Die niedrige Helligkeitsausbeute ist auf die schlechte Trägerinjektion zwischen dem Zwischenverbindungselement und den EL-Einheiten und auf die optische Absorption der dicken Metallschicht zurückzuführen.
Beispiel 3 (Vergleich):
In der in Beispiel 2 beschriebenen Weise wurde eine Tandem-OLED konstruiert, wobei folgende Schichtenstruktur abgeschieden wurde:

1. 1.EL-Einheit:
a) eine Lochtransportschicht, ca. 90 nm dick, einschließlich NPB;
b) eine lichtabstrahlende Schicht, 30 nm dick, einschließlich Alq-dotiert 1,0 Vol.% C545T; und
c) eine erste Elektronentransportschicht, 30 nm dick, einschließlich Alq-dotiert mit 1,2 Vol.% Li.
2. 1.Zwischenverbindungselement:
a) eine Metallverbundschicht, 2 nm dick, einschließlich MoO₃.
3. 2.EL-Einheit:
a) eine Lochtransportschicht, ca. 88 nm dick, einschließlich NPB;
b) eine lichtabstrahlende Schicht, 30 nm dick, einschließlich Alq-dotiert 1,0 Vol.% C545T; und
c) eine erste Elektronentransportschicht, 30 nm dick, einschließlich Alq-dotiert mit 1,2 Vol.% Li.
4. Kathode: ca. 210 nm dick, einschließlich MgAg.

Diese Tandem-OLED erfordert eine Treiberspannung von 14,3 V, um 20 mA/cm² durchzulassen. Unter diesen Prüfbedingungen hat die Vorrichtung eine Leuchtdichte von 4781 cd/m², eine Helligkeitsausbeute von ca. 23,9 cd/A und einen Wirkungsgrad von ca. 5,24 lm/W. Die CIEx- und CIEy-Werte sind 0,267 bzw. 0,660, mit einer Emissionsspitze bei 520 nm. Die Treiberspannung beträgt ca. das 2,3-fache wie die für Beispiel 1 bei 20 mA/cm², und die Helligkeitsausbeute beträgt ebenfalls ca. das 2,3-fache von der in Beispiel 1. Dies zeigt, dass eine Schicht aus 2 nm dicken MoO₃ als Metallverbundschicht ein effektives Zwischenverbindungselement in der Tandem-OLED bilden kann. Die betriebliche Stabilität der Vorrichtung wurde mit 80 mA/cm² und bei Raumtemperatur getestet. 6 zeigt die Abnahme der normalisierten Leuchtdichte gegenüber der Betriebszeit, während der Anstieg der Treiberspannung gegenüber der Betriebszeit in 7 dargestellt wird. Bei 80 mA/cm² beträgt die anfängliche Leuchtdichte der Vorrichtung ca. 21.220 cd/m². Wenn diese Stromdichte unverändert bleibt, beträgt die Betriebslebensdauer (definiert als die Betriebszeit, bis die anfängliche Leuchtdichte um 50% abgefallen ist) bei dieser Helligkeit ca. 145 Stunden. Würde diese Vorrichtung bei einer anfänglichen Leuchtdichte von 100 cd/m² getestet, betrüge die Betriebslebensdauer mehr als 145 × 212,2 = 30.769 Stunden. Als der Spannungsanstieg jedoch während des Betriebs geprüft wurde, betrug der Spannungsanstieg zwischen dem Ausgangswert und dem Wert nach Erreichen der Lebensdauergrenze ca. 3,6 V (Anstieg von 18,53 V auf 22,13 V bei 80 mA/cm²). Wenn die Vorrichtung bei einem Konstantspannungsschema angesteuert wird, fällt die anfängliche Leuchtdichte viel schneller ab, als wenn sie bei einem Konstantstromschema angesteuert wird, und die Lebensdauer ist entsprechend viel kürzer. Obwohl MoO₃ ein nicht toxisches Material ist, ist es dennoch stabil genug, wenn es alleine als Zwischenverbindungselement verwendet wird.
Beispiel 4
Eine Tandem-OLED wurde mit gleicher Struktur wie in Beispiel 3 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass in Schritt 2 das 1. Zwischenverbindungselement wie folgt ist:

1) eine Metallschicht mit hoher Austrittsarbeit, 0,5 nm dick, einschließlich Ag; und
2) eine Metallverbundschicht, 2 nm dick, einschließlich MoO₃.

Diese Tandem-OLED erfordert eine Treiberspannung von 13,4 V, um 20 mA/cm² durchzulassen. Unter diesen Prüfbedingungen hat die Vorrichtung eine Leuchtdichte von 4627 cd/m², eine Helligkeitsausbeute von ca. 23,1 cd/A und einen Wirkungsgrad von ca. 5,43 lm/W. Die CIEx- und CIEy-Werte sind 0,270 bzw. 0,660, mit einer Emissionsspitze bei 520 nm. Die Treiberspannung beträgt ca. das 2,2-fache wie die für Beispiel 1 bei 20 mA/cm², und die Helligkeitsausbeute beträgt ca. das 2,2-fache von der in Beispiel 1. Dies zeigt, dass die Ag/MoO₃ Doppelschicht ein effektives Zwischenverbindungselement in der Tandem-OLED bilden kann. Die betriebliche Stabilität der Vorrichtung wurde mit 80 mA/cm² und bei Raumtemperatur gemessen. 6 zeigt die Abnahme der normalisierten Leuchtdichte gegenüber der Betriebszeit, während der Anstieg der Treiberspannung gegenüber der Betriebszeit in 7 dargestellt wird. Bei 80 mA/cm² beträgt die anfängliche Leuchtdichte der Vorrichtung ca. 20.130 cd/m². Wenn diese Stromdichte unverändert bleibt, beträgt die Betriebslebensdauer bei dieser Helligkeit ca. 164 Stunden. Würde diese Vorrichtung bei einer anfänglichen Leuchtdichte von 100 cd/m² getestet, betrüge die Betriebslebensdauer mehr als 164 × 201,3 = 33.013 Stunden.
Im Vergleich der Leistung aus Beispiel 4 mit der aus Beispiel 3 ist die anfängliche Treiberspannung aus Beispiel 4 bei 20 mA/cm² um ca. 1 V niedriger, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt, gleichzeitig ist die Lebensdauer länger. Als der Spannungsanstieg während des Betriebs geprüft wurde, betrug der Spannungsanstieg zwischen dem Ausgangswert und dem Wert nach Erreichen der Lebensdauergrenze ca. 0,7 V (Anstieg von 17,8 V auf 18,5 V bei 80 mA/cm²). Dieser Spannungsanstieg ist viel geringer als der aus Beispiel 3. Wenn sowohl Beispiel 3 als auch Beispiel 4 mit einem Konstantspannungsschema angesteuert werden, hat Beispiel 4 eine viel längere Lebensdauer als Beispiel 3. Durch Einbringen einer Metallschicht mit hoher Austrittsarbeit mit einer Metallverbundschicht kann also ein stabiles Zwischenverbindungselement ausgebildet werden. Dieses stabile Zwischenverbindungselement reduziert die anfängliche Treiberspannung und verbessert die Lebensdauer der Tandem-OLED.

Claims

ein Tandem-OLED (100) mit: a) einer Anode (110); b) einer Kathode (140); c) einer Vielzahl organischer elektrolumineszenter Einheiten (120), die zwischen der Anode (110) und der Kathode (140) angeordnet sind, wobei jede elektrolumineszente Einheit (120) mindestens eine Lochtransportschicht (221), eine lichtabstrahlende Schicht (222) und eine Elektronentransportschicht (223) aufweist; und d) einem Zwischenverbindungselement (130), das jeweils zwischen einander benachbarten organischen elektrolumineszenten Einheiten (120) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zwischenverbindungselement (130) eine Metallschicht (331) mit niedriger Arbeitsfunktion von höchstens 4,0 eV aufweist, wobei die Metallschicht der Elektronentransportschicht (223) in der elektrolumineszenten Einheit (120) benachbart angeordnet ist, eine Metallschicht (332) mit hoher Arbeitsfunktion von mindestens 4,0 eV, und eine Metallverbundschicht (333), die derart ausgewählt ist, dass sie eine wirkungsvolle Lochinjektion in die benachbarte Lochtransportschicht (221) bewirkt, wobei das Zwischenverbindungselement (130) einen Flächenwiderstand von mehr als 100 kΩ/☐ aufweist und die Metallschicht (332) mit hoher Arbeitsfunktion die Betriebsstabilität der OLED verbessert durch Verhindern jeglicher Interaktion oder Interdiffusion zwischen der Metallschicht (331) mit niedriger Arbeitsfunktion und der Metallverbundschicht (333).
Tandem-OLED (100) mit: a) einer Anode (110); b) einer Kathode (140); c) einer Vielzahl organischer elektrolumineszenter Einheiten (120), die zwischen der Anode (110) und der Kathode (140) angeordnet sind, wobei jede elektrolumineszente Einheit (120) mindestens eine Lochtransportschicht (221), eine lichtabstrahlende Schicht (222) und eine Elektronentransportschicht (223) aufweist; und d) einem Zwischenverbindungselement (130), das jeweils zwischen einander benachbarten organischen elektrolumineszenten Einheiten (120) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zwischenverbindungselement (130) eine n-Typ Halbleiterschicht (431) aufweist, die der Elektronentransportschicht (223) in der organischen elektrolumineszenten Einheit (120) benachbart ist, eine Metallschicht (332) mit hoher Arbeitsfunktion von mindestens 4,0 eV, und eine Metallverbundschicht (333), die derart ausgewählt ist, dass sie eine wirkungsvolle Lochinjektion in die benachbarte Lochtransportschicht (221) bewirkt, wobei das Zwischenverbindungselement (130) einen Flächenwiderstand von mehr als 100 kΩ/☐ aufweist und die Metallschicht (332) mit hoher Arbeitsfunktion die Betriebsstabilität der OLED verbessert durch Verhindern jeglicher Interaktion oder Interdiffusion zwischen der n-Typ Halbleiterschicht (431) und der Metallverbundschicht (333).
Tandem-OLED (100) mit: a) einer Anode (110); b) einer Kathode (140); c) einer Vielzahl organischer elektrolumineszenter Einheiten (120), die zwischen der Anode (110) und der Kathode (140) angeordnet sind, wobei jede elektrolumineszente Einheit (120) mindestens eine Lochtransportschicht (221), eine lichtabstrahlende Schicht (222) und eine Elektronentransportschicht (223) aufweist; und d) einem Zwischenverbindungselement (130), das jeweils zwischen einander benachbarten organischen elektrolumineszenten Einheiten (120) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektronentransportschicht (223) um eine n-Typ dotierte organische Schicht handelt und jedes Zwischenverbindungselement (130) eine Metallschicht (332) mit hoher Arbeitsfunktion von mindestens 4,0 eV aufweist, die der Elektronentransportschicht (223) der organischen elektrolumineszenten Einheit (120) benachbart angeordnet ist, und eine Metallverbundschicht (333), die derart ausgewählt ist, dass sie eine wirkungsvolle Lochinjektion in die benachbarte Lochtransportschicht (221) bewirkt, wobei das Zwischenverbindungselement (130) einen Flächenwiderstand von mehr als 100 kΩ/☐ aufweist und die Metallschicht (332) mit hoher Arbeitsfunktion die Betriebsstabilität der OLED verbessert durch Verhindern jeglicher Interaktion oder Interdiffusion zwischen der n-Typ dotierten Elektronentransportschicht (223) und der Metallverbundschicht (333).
Tandem-OLED (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Dicke der Metallschicht (332) mit hoher Arbeitsfunktion im Zwischenverbindungselement (130) im Bereich von 0,1 nm bis 5,0 nm liegt.
Tandem-OLED (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Dicke der Metallverbundschicht (333) im Zwischenverbindungselement (130) im Bereich von 0,5 nm bis 20 nm liegt.
Tandem-OLED (100) nach Anspruch 1, worin die Dicke der Metallschicht (331) mit niedriger Arbeitsfunktion im Zwischenverbindungselement (130) im Bereich von 0,1 nm bis 5 nm liegt.
Tandem-OLED (100) nach Anspruch 2, worin die Dicke der n-Typ Halbleiterschicht (431) im Zwischenverbindungselement (130) im Bereich von 0,5 nm bis 20 nm liegt.
Tandem-OLED (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Metallverbundschicht (333) aus MoO₃, NiMoO₄, WO₃ZnTe, Al₄C₃, AlF₃, B₂S₃, CuS, GaP, InP oder SnTe auswählbar ist.