CN101361206B - 发光元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光元件，特别是具有几个有机结构单元的显示或照明装置，该有机结构单元设计成发射不同颜色的光。每个有机结构单元包括电极、反电极及有机层堆叠体，该有机层堆叠体具有对于所有几个有机结构单元具有相同厚度的空穴迁移层区域和电子迁移层区域，以及具有发光层区域。该发光层区域包括发射区，其与电极/反电极的表面有间隔，所述间隔位于所有有机结构单元的一层厚度范围中。该层厚度范围是电极/反电极的材料，发光层区域的光致发光光谱强度最大值的发射波长，以及有机层堆叠体的区域在发射波长下的折射率的函数，该有机层堆叠体的区域位于发射区和面向发光层区域的该电极/反电极的表面之间。如果电极/反电极由电介质电极材料组成，则该间隔还是电介质电极材料的厚度以及其在发射波长下的折射率的函数。

Description

发光元件

技术领域

本发明涉及一种发光元件，特别是带有几个被设计成发射不同颜色光的有机结构单元的显示或照明装置。

背景技术

还被设计为OLED(OLED-“有机发光二极管”)的有机结构单元，特别是有机发光二极管形式的有机结构单元，近年来已经获得了更多的注意，这是由于其在应用于照明和显示技术中的高潜力。在上下文中有机发光二极管的各方面都是重要的，尤其它们高性能效率的潜力、它们的明亮颜色、强亮-暗对比度、快速开关时间以及大填充系数，以仅列举相对于以前广为传播的LCD技术的几个优点。具体地，OLED基本为在显示技术中实现有源和无源矩阵显示器提供了新起点和可能性。

此外，红色、绿色和蓝色OLED的结合提供了用于相当多的结构单元的基础。因此，例如可能通过三基色OLED的线性排列和通过使用散射盘(scatter disk)来生产带有可调颜色的光源(见EP 1425803 A1、DE 10145492 A1)。可能借助于对不同基色亮度的单独调整，产生在由基色固定的CIE色三角形中任何所需的颜色。然而，除了使用OLED作为用于照明的面发射器，液体应用的主要区域现在被认为对全彩色有机显示的实现。

所有这些结构单元具有共同点，即发射红色、绿色和蓝色光的有机结构单元可能在共同衬底上彼此邻近地排列。显示器所必须的驱动电子装置可能已经被集成在衬底上，但在任何情况下预先构造用于单独OLED像素的接触和馈给线必须形成在衬底上。带有不同功能的各种有机层被沉积在每个像素的基极触点上，并且第二触点随后被施加于其上。

对带有将被发射的OLED光波长的有机层堆叠体(stack)的协调对于特定OLED的效率有巨大影响。对有机层厚度的错误选择具有的结果是：发射区，即在其中电荷载流子(电子、空穴)在光发射下复合的区域的位置与微腔不协调，即，在其间排列着有机层堆叠体的两个反射边界面之间带有间隔。发射区形成于有机层堆叠体的发光层区域之内。通常，光发射并不是均匀分布在发光层上，而是根据电荷载流子平衡分布在狭窄发射区中。微腔的错误选择可能导致所产生光的去耦恶化，对于它来说这导致了有机结构单元效率上的剧烈损失，并可能歪曲所选的发光光谱。

大体上，两种不同结构形式的OLED可能被区别：所谓的“顶发射”和“底发射”OLED。在底发射OLED中，发射自OLED的光穿过在其上施加有机结构单元的透明衬底辐射。在顶发射OLED中，被发射的光以远离衬底的方向辐射。

典型结构形式的底发射OLED由透明衬底材料，例如涂敷有由例如氧化铟-锡(ITO)组成的透明或半透明电极的玻璃组成。有机层被沉积在其上并且反射电极随后被施加，反射电极具体形成为由Al、Au、Ag、Mg等组成的金属层。

在顶发射OLED中，衬底材料不必须是透明的。为了获得最大可能效率，施加在衬底材料上的电极应该是高反射的。透明或半透明电极，例如由ITO组成的层或薄金属层被施加到下面的有机层上。

有机层完成了各种有机结构单元工作必需的功能。它们用作电荷载流子，即电子和空穴的注入层和迁移层。通过光子发射时电荷载流子复合，在发光层区域中的发射区中产生光。

两种不同的有机层是对于OLED的最小需求，在OLED中发射区可能被移位到有机层堆叠体中的特定位置。在该情况中，极性电荷载流子的注入和迁移以及光发射在一层中发生。在技术上更多需要有机结构单元，这些任务通过不同层承担，以能够彼此独立地最优化电荷载流子迁移层和发光层。具体地，在掺杂迁移层的情况中，插入进一步的位于迁移层和发射层之间的中间层以排除各种复合的非辐射可能性和以这种方式提高效率是有优势的(DE 10058578 C2)。

已知在RGB系统(RGB-红-绿-蓝)中，有机结构单元中单独的有机层堆叠体必须与特定发射颜色相协调。在该情况中，需要将不同颜色OLED的特定有机层堆叠体中的尽可能多的层的层厚度设计相同，以节省在处理中不必要的掩模步骤。在理想情况中，有机层堆叠体应当仅仅在用于红色、绿色和蓝色OLED的一层中不同。

用于此的可能途径是衬底的预先构造，其中额外的中间层被施加到衬底上作为隔离物(US 5554911 B2)。然而，这导致了对衬底和不平坦基极表面的麻烦处理，这可能导致显示器制造上的问题。

最常用的途径在于改变迁移层的厚度，因此将发射区移位到最优位置。除了增加效率，这还可能获得色纯度上的改进(US 2003/0075714A1)。这确保微腔和发射光谱的理想协调，但具有的缺点在于另一个有机层堆叠体必须被选择用于每个颜色。由于这在显示器生产上是非常昂贵的，所以实际上必须降低用于所有三基色的共同光学微腔长度，其中对单个颜色获得可以承受的折衷，如在文献EP 1154676A1中所建议的。

经常，还引入额外的中间层作为折衷，通过该折衷，微腔尽可能好地与特定发射颜色协调。甚至这预示着额外的掩模步骤。该额外的层可能是额外的注入层、迁移层或发射层(US 5554911 B2、US 6541130B2或US 6861800 B2)。

此外建议OLED堆叠的规整可如下获得：三种不同的发射材料不被用在用于基色的特定发光层区域中，而是为不同颜色像素选择均匀的宽光谱带的发射材料，并且单独通过借助额外层协调微腔来执行颜色选择(US 5554911 B2或US 6861800 B2)。

然而，在多数情况中进行尝试来绕开问题，其中RGB系统中仅具有最低效率的颜色的有机层堆叠体被最优化。为了降低导致用于两种其它颜色的该结构的效率损失，然后进行了尝试，以通过有机结构单元外侧的额外去耦层来使其最小化。

文献WO 2004/034750 A公开了发光单元，其包括几个有机发光二极管，其中该有机发光二极管包括发光层，该发光层分别具有邻近发射区的空穴迁移层和电子迁移层。

文献US 2004/164671 A1公开了有机发光二极管，其具有衬底、透明电极、再一个电极以及包括发光层和电子迁移层的至少两层有机层，其中电子迁移层的厚度大于60nm并且发光层和电子迁移层的总厚度小于90nm。

文献US 2002/090449 A1公开了一种生产发光单元的方法，其中在透明衬底上形成有机发光层，并且该有机层发射不同波长的光。

文献US 2004/0169624 A1公开了具有透明阴极和透明阳极的OLED，其中该OLED发出穿过阳极和阴极的光。

来自Jan Blochwitz-Nimoth等人的文章：“29.1：Full Color ActiveMatrix OLED Displays with High Aperture Ratio”，2004 SID InternationalSymposium，Seattle，WA，2004年5月25-27日，SID InternationalSymposium，San Jose，CA：SID，US，2004年5月25日，第1000-1003页，公开了通过系统地掺杂电荷载流子迁移层的顶发射OLED的生产。

来自Zhou X等人的文章：“High-efficiency electrophosphorescentorganic light-emitting diodes with double light-emitting layers”，AppliedPhysics Letters，AIP，American Institute of Physics，Melville，NY，US，Bd.81，Nr.21，2002年11月18日，第4070-4072页，描述了对于提升的光效率而言，掺杂电荷载流子迁移层所导致的优点。

发明内容

本发明具有产生发光元件的问题，该发光元件带有几个有机结构单元，该几个有机结构单元被设计为发射不同颜色的光，其中对于不同颜色的有机结构单元获得了光产生和光去耦的高效率，并且该发光元件能以降低的成本生产。

利用根据独立权利要求1的发光元件，本发明解决了该问题。

本发明包括提供了一种带有几个被配置成发射不同颜色光的有机结构单元的发光元件的概念，其中：

-几个有机结构单元每个都包括有机层堆叠体，其被布置在电极和反电极之间，该堆叠体包括迁移空穴的层区域、迁移电子的层区域，以及包括形成于迁移空穴的层区域和迁移电子的层区域之间的发光层区域；

-对于所有几个有机结构单元，迁移空穴的层区域的厚度和迁移电子的层区域的厚度是相同的；

-发光层区域包括发射区；以及

-几个有机结构单元每个都被设计为顶发射结构单元，

并且其中

a)对于所有几个有机结构单元，下述公式对于发射区和面对发光层区域的电极/反电极的表面之间的间隔L_M是适用的：

L_M＜L_Mmax＝L_met+0.1*L_met

L_M＞L_Mmin＝(L_met-L_pen)-0.1*(L_met-L_pen)

其中，L_pen＝ln(100)*λ_max/(4π*k_met)

$L_{\mathrm{met}}=(m+1/2)*{\mathrm{\λ}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^M),$ m＝0，1，2，...，

当电极/反电极由金属电极材料组成时，其中λ_max是发光层区域的光致发光光谱强度最大值的发射波长，n_org ^M是位于发射区和面向发光层区域的金属电极材料的电极/反电极的表面之间的有机层堆叠体区域在发射波长λ_max下的折射率的实部，并且k_met是在发射波长λ_max下金属电极材料的折射率的虚部；

并且其中此外

b)对于所有几个有机结构单元，下述公式对于发射区和面对发光层区域的电极/反电极的表面之间的间隔L_D是适用的：

L_D＜L_Dmax＝L_pi/2+(λ_max/(π*555nm)*L_pi/2

L_D＞L_Dmin＝L₀-(λ_max/(π*555nm)*L₀

其中， $L_0=((m+1)*{\mathrm{\λ}}_{\max }/2-L_{\mathrm{die}}*n_{\mathrm{die}})/n_{\mathrm{org}}^D$

$L_{\mathrm{pi}/2}=(m+1/2)*{\mathrm{\λ}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^D),$ m＝0，1，2，...，

当电极/反电极由电介质电极材料组成时，其中L_die是电介质电极/反电极的层厚度，n_die是电介质电极材料在发射波长λ_max下的折射率的实部，并且n_org ^D是位于发射区和面向发光层区域的电介质电极材料的电极/反电极的表面之间的有机层堆叠体区域在发射波长λ_max下的折射率的实部。

通过所定义的发光层区域层厚度的协调，本发明产生了获得不同颜色的有机结构单元，特别是红色、绿色和蓝色OLED结构的光去耦的最优化的可能性。最优化光去耦，用于所有被实现颜色的显示或照明应用，而不必须进一步进行特定有机层堆叠体之外的去耦措施(measure)。在发光层区域之外剩余层区域，即电子迁移和空穴迁移层区域的厚度对于所有有机结构单元都是相同的。这简化了基于有机结构单元的元件生产，因为昂贵的掩模步骤仅仅被需要用于发光层区域的分离，而不需要用于特定有机层堆叠体中的其它功能层。

发光层区域可能被设计为迁移电子和/或空穴，其中使用了一种或多种迁移作为电荷载流子的电子和/或空穴的材料。

本发明进一步的发展可能提供，使用有机层堆叠体的最低折射率n_org ^M(min)确定最大间隔L_Mmax如下，并且使用有机层堆叠体的最高折射率n_org ^M(max)确定最小间隔L_Mmin如下：

$L_M<L_{M\max }=(m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^M\left(\min \right))$

$+0.1*(m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^M\left(\min \right)),$ m＝0，1，2，...，

$L_M>L_{M\min }=((m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^M\left(\max \right))-L_{\mathrm{pen}})$

$-0.1*((m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^M\left(\max \right))-L_{\mathrm{pen}})$

其中，L_pen＝ln(100)*λ_max/(4π*k_met)，

当位于发射区和面对发光层区域的金属电极材料的电极/反电极的表面之间的有机层堆叠体区域的折射率n_org ^M在发射长度l_max下改变时，其中

适用。

另一个进一步的发展可能提供，使用有机层堆叠体的最低折射率n_org ^D(min)确定最大间隔L_Dmax如下，并且使用有机层堆叠体的最高折射率n_org ^D(max)确定最小间隔L_Dmin如下：

L_D＜L_Dmax＝L_pi/2+(λ_max/(π*555nm)*L_pi/2

L_D＞L_Dmin＝L₀-(λ_max/(π*555nm)*L₀

其中， $L_0=((m+1)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/2-L_{\mathrm{die}}*n_{\mathrm{die}})/n_{\mathrm{org}}^D\left(\max \right)$

$L_{\mathrm{pi}/2}=(m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^D\left(\min \right)),$ m＝0，1，2，...，

当位于发射区和面对发光层区域的电介质电极材料的电极/反电极的表面之间的有机层堆叠体区域的折射率n_org ^D在发射长度λ_max下改变时，其中适用。

为了在对电子迁移层区域和空穴迁移层区域的层厚度最优化中获得最大可能的灵活性，本发明进一步的发展可能提供从掺杂层完全或部分地形成电子迁移层区域和/或空穴迁移层区域。掺杂以下述方式提升了特定层区域的掺杂部分的导电性，即一旦掺杂部分的层厚度改变，加载载流子迁移所需的电压没有提升或仅仅不充分地提升。

本发明进一步的发展可能提供，在进一步措施(measures)的帮助下，例如借助于在衬底和/或透明覆盖电极上的一个和几个去耦层的帮助，可能额外地增加辐射光的量。还以与发不同颜色光的不同结构单元相同的方式来有利地设计为此所需的额外结构。

由围住有机层堆叠体的两个电极形成底发射和顶发射OLED的微腔。这可通过仅仅研究单独层中的折射率的改变理解。该微腔的光程通常小于产生自发光层区域中的光的波长，并且也小于相干长度。出于该原因，由层堆叠体引起的干涉效应在光的传播和去耦中起到了决定性作用。即使在微腔光程超过被发射光的波长的例外情况中，也可能发生干涉。

如果除了根据上述定义形成的有机结构单元以外，元件还包括其发射区位置还未实现的有机结构单元，本发明的优点还能获得。然而，在元件中的所有有机结构单元继续具有均匀的空穴迁移层区域厚度和均匀的电子迁移层区域厚度，其中，这两个厚度当然可能不同。

如果发射区形成在带有电子迁移层区域的发光层区域的边界上，则电子迁移层区域的厚度相应于由电子迁移层和邻近电子迁移层的其它层导致的厚度。同样地，当发射区形成在带有空穴迁移层区域的发光层区域的边界上时，空穴迁移层区域的厚度相应于由空穴迁移层和邻近空穴迁移层的其它层导致的厚度。

关于光的评价效率，通过发射某个波长的光的发射材料的光的去耦，发光层区域之内的发射区有最优位置。单独通过发射区的位置来最优化有机结构单元的辐射特征，并因此去耦尽可能多的光，这导致了与非最优化结构单元相比效率的巨大改进。这些层的具体最优化构造是电极材料的反射能力、吸收和折射率，有机层的堆叠体中衬底和单独层以及通过电荷载流子结合产生的光谱的函数。由上文可得出：发射三基色光的不同有机结构单元的层堆叠体构造和微腔中的发射区最优位置是不同的。

可能通过迁移矩阵理论(见O.S.Heavens：Optical Properties of ThinSolid Films，Dover Publications Inc.，1991)的帮助来确定：发射不同颜色光的所有有机结构单元的发射区到两个电极的最优间隔。用于在具有90nm厚ITO基极触点和100nm厚铝金属电极的玻璃衬底上的红色、绿色和蓝色底发射OLED的发射区最优位置在此处被引用，作为示例：对于在620nm处带有发射峰的红光发射材料，发射区离ITO层应当具有85nm的间隔，以及离金属触点应当具有75nm的间隔。对于在511nm处带有发射峰的绿光发射材料，发射区离ITO层应当具有60nm的间隔，以及离金属触点应当具有65nm的间隔。对于在450nm处带有发射峰的蓝光发射材料，发射区离ITO层应当具有50nm或195nm(第二最大值)的间隔，以及离金属触点应当具有60nm的间隔。

在蓝光发射材料情况下，额外复杂度导致上文引用间隔所获得的亮度最优化，但是色坐标急剧移位到绿色(x＞0.16；y＞0.20)。此原因在于：考虑到微腔的影响，在光谱移位期间，人眼在550nm方向上增加的灵敏度。然而，对于很多应用，需要饱和的蓝色元件。明显较好的色坐标(x＝0.14；y＝0.20)产生了，其带有合理的效率损失，离ITO层的间隔为35nm或160nm(第二最大值)，以及离金属触点的间隔为60nm。

在一个实施方案中，本发明使得简单生产全彩色OLED显示或照明装置成为可能，在全彩色OLED显示或照明装置中红色、绿色和蓝色有机结构单元由相同材料生产并具有相同的层厚度。为了能实现单独像素的所需颜色，仅必须改变发光层的材料。这意味着不同颜色像素的掩模仅仅在生产三层发光层期间才是必须的，而剩下的有机层可能以高吞吐量生产，无需分离的掩模步骤。在这种情况下，发光层的层厚度也可能适于特定的颜色。

例如，可能用作绿光发光层的由4，4’，4”-三(N-咔唑-三苯胺(TCTA)和三(2-苯基吡啶)铱(Ir(ppy)₃)组成的混合层将优选地迁移空穴，即发光层被构建成迁移空穴，而三-(8-羟基喹啉)铝(Alq)的绿光发光层具有专门地电子导电特性，即，发光层被构建成迁移电子。对于发光层之内的发射区的位置，这意味着，在第一情况(TCTA)下电荷载流子结合处于边界层到电子迁移层区域的区域中，并且在第二情况(Alq)下将发生在边界层到空穴迁移层区域的区域中。通过正确的选择电荷载流子迁移特性和发光层厚度，电荷载流子的复合区，即发射区，可能被移位到有机层堆叠体中的最优位置，从而来自微腔的光的去耦可能与特定所需颜色相协调。

另一种协调发射区和微腔的可能性通过使用层的结合来获得，该层发射光，优选空穴迁移和优选电子迁移(DE 10224021 A1、EP 1508176A2)。

如果从上面引用的微腔中发射区的最优位置处开始，通常将具有非常厚的发光层的结果。此外，绿色OLED的空穴迁移层不可能被最优化并且将最终明显丧失效率。在具有90nm厚度ITO基极的玻璃衬底上的OLED堆叠体将具有85nm的空穴迁移层(HTL)和50nm的电子迁移层(ETL)：在620nm处具有发射峰的电子传导的红光发光层将不得不为15nm厚。在511nm处具有发射峰的绿光发光层优选为双重发射层，其由5nm厚电子传导层和15nm厚空穴传导层组成。在450nm处具有发射峰的空穴传导的蓝光发光层将不得不为至少75nm厚(带有良好色坐标的第二最大值)。

明显较好的解决方案是最优化OLED的微腔，没有在上面引用的三个单独基色的最优化层厚度上，而是在于选择微腔区域，其中OLED仍然具有其最大效率的90％。通过用于三基色的迁移矩阵理论帮助，该区域可能被非常精确地确定为与特定电极间隔的函数。可能通过下述构成说明来描述层厚度范围。

首先，将讨论发射区与由金属组成的电极的间隔。

在本文中存在下述关系。由于被发射的光波在金属电极反射中的相位跃变很接近π/2，因此在该情况下在发射区和面向有机层堆叠体的金属电极表面之间的间隔L_met处发生结构干涉。下列公式是适用的：

$L_{\mathrm{met}}=(m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^M),$ 其中，m＝0，1，2，...，

λ_max是光致发光光谱强度最大值的发射波长，并且n_org ^M是位于发射区和面向有机层堆叠体的金属电极的表面之间的有机层区域在发射波长λ_max下的折射率的实部。总数m指示了具体的干涉级(order ofinterference)。

在最简单的情况下，使用层厚度，其满足零级的条件，但更高的级并不排除。此外，应考虑到光波可能穿入到电极的某个深度，其作为电极金属吸收特性的函数。这种直到光场的场强度减少到1/100的穿入深度L_pen，由下面的关系给出：

L_pen＝ln(100)*λ_max/(4π*k_met)

其中，k_met是在发射波长λ_max下的金属电极的折射率的虚部。

由上文得出下述结果，作为在发射区和面向有机层堆叠体的金属电极的表面之间的层厚度范围的上界和下界L_Mmax和L_Mmin：

L_Mmax＝L_met+0.1*L_met

L_Mmin＝(L_met-L_pen)-0.1*(L_met-L_pen)

发射不同颜色光的有机结构单元的发光层区域可能基于迁移空穴和/或电子的基质材料来建构。

发射区与由电介质材料例如，ITO组成的电极之间的间隔将在下面讨论。

让n_die是电介质电极的折射率的实部。有下述关系。由于在发光区域中产生的光波在电介质电极反射中的相位跃变在0和π/2之间，因此在该情况下，在发射区和面向有机层堆叠体的电介质电极的表面之间的间隔范围L_d中发生结构干涉，其可以如下描述：

L₀≤L_d≤L_pi/2；

其中：

$L_0=((m+1)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/2-L_{\mathrm{die}}*n_{\mathrm{die}})/n_{\mathrm{org}}^D$

$L_{\mathrm{pi}/2}=(m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^D)$ 其中m＝0，1，2，...，

其中，n_org ^D是在发射波长λ_max下的位于发射区和面向有机层堆叠体的电介质电极表面之间的有机层区域的折射率的实部。

所使用的电介质电极厚度L_die和在发射波长λ_max下的电介质电极的折射率的实部n_die具有不能被忽视的影响。由上文得到下述结果，作为在发射区和面向有机层堆叠体的电介质电极的表面之间的层厚度范围的上界和下界L_Dmax和L_Dmin：

L_Dmax＝L_pi/2+(λ_max/(π*555nm)*L_pi/2

L_Dmin＝L₀-(λ_max/(π*555nm)*L₀

在下述示例中，让有机层堆叠体布置在用于底发射OLED的具有90nm厚ITO基极触点的玻璃衬底之上。在用作电极的Al覆盖触点中通常的穿入深度大致为30nm。发射区与ITO电极和金属电极的下述间隔范围由使用上面引用关系的上文得到：

-在有机结构单元的层排列中用于产生在620nm处带有发射峰的红色光的发射区必须具有与ITO电极的50nm和120nm之间的间隔，以及与金属电极的55nm和100nm之间的间隔。

-在有机结构单元的层排列中用于产生在511nm处带有发射峰的绿色光的发射区必须具有与ITO电极的35nm和95nm之间的间隔，以及与金属电极的40nm和80nm之间的间隔。

-在有机结构单元的层排列中用于产生在450nm处带有发射峰的蓝色光的发射区必须具有与ITO电极的20nm和80nm之间的间隔，以及与金属电极的30nm和75nm之间的间隔。

考虑到上文引用的三基色间隔范围，用于电子迁移层区域和空穴迁移层区域的统一厚度现在可能限定在用于辐射三基色范围内的光的所有底发射OLED元件中，并且通过合适选择发光层，可能随后对微腔进行最优化，在该示例中形成了90nm厚的ITO基极触点。

附图说明

随后参考附图并使用示例性实施方案详细解释本发明。

图1示出了有机发光二极管的层布置的示意图；

图2a示出了蓝色底发射OLED的百分比等高线形式的归一化发光二极管示意图，其作为电子迁移层区域厚度和空穴迁移层区域厚度的函数；

图2b示出了绿色底发射OLED的百分比等高线形式的归一化发光二极管示意图，其作为电子迁移层区域厚度和空穴迁移层区域厚度的函数；

图2c示出了红色底发射OLED的百分比等高线形式的归一化发光二极管示意图，其作为电子迁移层区域厚度和空穴迁移层区域厚度的函数；

图3a示出了蓝色顶发射OLED的百分比等高线形式的归一化发光二极管示意图，其作为电子迁移层区域厚度和空穴迁移层区域厚度的函数；

图3b示出了绿色顶发射OLED的百分比等高线形式的归一化发光二极管示意图，其作为电子迁移层区域厚度和空穴迁移层区域厚度的函数；

图3c示出了红色顶发射OLED的百分比等高线形式的归一化发光二极管示意图，其作为电子迁移层区域厚度和空穴迁移层区域厚度的函数；

图4a示出了在100cd/m²和1000cd/m²下销型的红色有机发光二极管的相对电流效率示意图；

图4b示出了在100cd/m²和1000cd/m²下销型的绿色有机发光二极管的相对电流效率示意图；以及

图4c示出了在100cd/m²和1000cd/m²下销型的蓝色有机发光二极管的相对电流效率示意图。

具体实施方式

图1示出了有机发光二极管的层布置100的示意图，层布置100包括衬底110、布置于其上的基极120、迁移电荷载流子的层区域130、带有发射区141的发光层区域140、另一个迁移电荷载流子的层区域150以及覆盖电极160。

在下文中解释了带有设计为发出不同颜色光的几个有机结构单元的发光元件的优选示例性实施方案。几个有机结构单元通常具有有机层堆叠体，其被布置在电极和反电极之间，该堆叠体包括了空穴迁移层区域、电子迁移层区域以及形成于空穴迁移层区域和电子迁移层区域之间的发光层区域。对于所有几个有机结构单元，空穴迁移层区域的厚度和电子迁移层区域的厚度是相同的。发光层区域中形成了发射区，该发射区中，电荷载流子，即电子和空穴在发光时复合。

首先，解释了基于用于所有三基色的发光层的纯层厚度变化而进行的层布置的最优化，发光层由电子迁移材料组成。这涉及用于形成发光层的材料基质，在该材料中嵌入了一种或几种发射系统。

图2a、2b和2c示出了在底发射OLED中发射蓝色、绿色或红色光的层的等高线形式的发光二极管示意图，其作为电子迁移层区域厚度和空穴迁移层区域厚度的函数。

三基色的归一化亮度可通过转移矩阵理论的帮助，而被计算为与特定电极间隔的函数。在图2a中，蓝色底发射OLED的归一化亮度被以百分比等高线来表示，在ITO电极和铝电极之间布置有机层堆叠体。此外，给定在上述构成说明中的区域以虚线画出。原来，发射区必须具有与ITO电极的20nm-80nm的间隔以及与铝电极的30-75nm的间隔，以仍然获得90％的最高亮度。在发射区和ITO电极之间的层区域中的有机层堆叠体的材料是空穴迁移的，并且在发射区和铝电极之间的层区域中的有机层堆叠体的材料是电子迁移的。

在蓝光发射系统中，必须特别仔细研究对发射区离两个电极的间隔的选择，这是因为该间隔的选择不仅对于亮度有影响，而且会影响到获得的色坐标。在红色和绿光发射系统中，对色坐标的影响实质上小。出于这个原因，当最优化微腔时首先从蓝光发光有机结构单元开始是有利的。当发射区与ITO电极的间隔为75nm并且与铝电极的间隔为50nm时，给出了如下的微腔：通过该微腔可能以92％最高亮度获得(x＝0.14/y＝0.20)的无可争议的蓝色色坐标。由于用于蓝光发射系统的材料是电子迁移材料，因此在测量与铝电极的间隔时必须还考虑发光层的厚度。在15nm厚发光层的情况下，然后得到35nm的电子迁移层区域的最优化厚度和75nm的空穴迁移层区域的最优化厚度。

对于发射红色或绿色光的有机结构单元，包括可能的中间层的电荷载流子迁移层的厚度随后保持为常数。用于得到绿色光的特定发光层的厚度和电荷载流子迁移特性，即，电子迁移或空穴迁移设计改变，以通过下述方式来协调微腔与特定颜色：获得至少90％的最高亮度。

如图2b所示，获得了至少90％的最高亮度，例如，对于当电子迁移层厚度为20nm时的绿光发光的电子迁移层。对于该厚度，可能获得带有(x＝0.28/y＝0.63)色坐标的96％的最高亮度。如图2c所示，对于厚度为45nm的红光发光的电子迁移层，例如，可能获得带有(x＝0.68/y＝0.32)色坐标的96％的最高亮度。

如果以空穴迁移材料替代电子迁移的发光材料用于发光层，则必须使用带有其它层厚度的另一个微腔，以获得对于三个发射系统的最高亮度以及在蓝色下满意的色坐标。当使用带有不同电荷载流子迁移特性的发光层以及当使用多层发光层时，同样适用。

所选的微腔、发光层的具体厚度(d_EL)、电荷载流子迁移特性(LTE)、所计算的色坐标和归一化亮度的百分比都列于下表1中。该数据关于在不同实施方案中的底发射OLED，其带有90nm厚ITO基极和100nm厚铝覆盖电极。ETL和HTL指出在有机层堆叠体中的电子迁移层和空穴迁移层的厚度。

表1

在下文中，解释了对具有100nm厚铝基极的顶发射OLED以及对具有100nm厚铝基极和20nm薄Cr覆盖电极的顶发射OLED的最优化。

通过改变具有不同电荷载流子迁移特性的发光层的厚度以及使用双层发光层来实现该最优化。考虑到用于三基色的间隔范围的上述构成说明，用于在发射蓝色、绿色或红色光的元件中的电子迁移层和空穴迁移层顶发射OLED的共同厚度现在可能被定义，使得随后通过对特定发光层厚度及其电荷载流子迁移特性的合适选择来最优化微腔。典型的到铝基极中的插入深度大约为30nm，并且对于Cr覆盖电极，该值大约为55nm。出于归一化的原因，当计算到薄Cr覆盖电极中的插入深度时，即使该触点仅20nm薄，也使用了到体积材料中的插入深度。

现在，三基色的归一化亮度可能通过转移矩阵理论的帮助，而被计算为特定电极间隔的函数。图3a、3b及3c以百分比等高线形式示出了归一化亮度。此外，得自上述构成说明的空穴迁移区域厚度和电子迁移区域厚度的边界线以虚线画出。

当在450nm处具有发射峰的蓝光发光有机层堆叠体的发射区具有离铝电极的50nm的间隔和离Cr电极的45nm的间隔时，给出了如下的微腔：通过该微腔可能以98％的最高亮度获得(x＝0.13/y＝0.20)的无可争议的蓝色色坐标。

当为发光层选择电子迁移材料时，还必须考虑用于离铝电极有间隔的电极层厚度，如从图3a中显而易见。因此，对于10nm厚发光层，得到了在发射区的电子迁移层侧包括任何其它有机层的电子迁移层的最优化厚度为35nm，并且在发射区的空穴迁移层侧包括任何其它有机层的空穴迁移层的最优化厚度为50nm。对于红光发光结构单元和绿光发光结构单元，包括其它可能中间层的电荷载流子迁移层的厚度再次保持恒定，并且红光和绿光发光层改变，以通过下述方式来协调微腔与特定颜色：获得至少90％的最高亮度。

如图3b所示，当设计为迁移电子的发光层厚度为10nm并且设计为迁移空穴的发光层厚度为5nm时，双层、在511nm处具有发射峰的绿光发光层获得该亮度。通过该厚度，可能获得带有(x＝0.23/y＝0.66)色坐标的98％的最高亮度。

对于设计为迁移电子的在620nm处具有发射峰的40nm厚和红光发光层，可能获得带有(x＝0.68/y＝0.32)色坐标的92％的最高亮度，如从图3c可以看出。

尽管此处给出的例子排他地指出了非倒置型OLED的第一干涉最大值，但相同的原则也可能用于更高的最大值和倒置型OLED。

在另一个示例性实施方案中，为了产生根据本发明的带有几个每个都被设计为OLED的有机结构单元的元件，首先涂敷有ITO的玻璃衬底被构造和清洁。用作电极的ITO层的厚度大约为90nm，具有大约20Ω/sq的薄层电阻。通过在真空中的热蒸发连续施加后续层，真空不被打破。下列层被施加：

1)70nm-95nm作为p型掺杂的空穴迁移层的以50∶1的分子比掺杂有2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基对醌二甲烷(F4-TCNQ)的N，N，N’，N’-四(4-甲氧苯基)联苯胺(MeO-TPD)；

2)10nm作为中间层的2，2’，7，7’-四-(N，N-二苯基氨基)-9，9’螺二芴(spiro-TAD)；

3)发光层(带有红色、绿色或蓝色发射系统)；

4)10nm作为中间层的红菲绕啉(bphen)；

5)25nm-45nm作为n型掺杂的电子迁移层的以1∶1的分子比掺杂有Cs的bphen；

6)100nm作为阴极的铝。

下列材料被用于发光层：红色-1，3，5-三(苯基-2-苯并咪唑)苯；三(1-苯基异喹啉)铱(III)(TPBI：ADS068RE)/45nm(电子迁移)；绿色-TPBI：Ir(ppy)₃/25nm(电子迁移)以及蓝色-9，10-二(9，9-螺二芴-2-基)蒽(S-ANT)/20nm(电子迁移)。

这些发射红色、绿色或蓝色光的有机结构单元分别在大约620nm、511nm和450nm处具有发射峰。在给定的3V、2.7V和3.6V的施加电压下，当通过ITO基极测量时，发光亮度为1000cd/m²。

为了检查由上文指示的构成说明确定的数值(见表1)，通过上述结构研究结构单元。为空穴迁移层的所有三种结构单元准备了70nm-95nm的层厚度改变，以及为电子迁移层准备了25nm-45nm的层厚度变化。如通过转移矩阵理论的帮助而计算的，在空穴迁移层的75nm的层厚度下和在电子迁移层的35nm的层厚度下，对于所有三种颜色，都得到明显大于90％的最大效率的数值。在亮度100cd/m²下以及在亮度1000cd/m²下，这都适用。

图4a示出了红色销型OLED的相对电流效率。在空穴迁移层的75nm的层厚度下和在电子迁移层的35nm的层厚度下，得到了100cd/m²和1000cd/m²的95.6％和94.0％的最大电流效率。

图4b示出了红色销型OLED的相对电流效率。在空穴迁移层的75nm的层厚度下和在电子迁移层的35nm的层厚度下，这里得到了94.7％和94.5％的最大电流效率的值。

图4c示出了蓝色销型OLED的相对电流效率。在空穴迁移层的75nm的层厚度下和在电子迁移层的35nm的层厚度下，得到了100cd/m²和1000cd/m²的98.1％和96.5％的最大电流效率。

为了在本发明的各实施方案中实现本发明，在前面的说明书、权利要求书和附图中公开了本发明的特征个别地以及以任何组合可以是大的。

Claims (10)

1.一种带有被配置成发射不同颜色光的几个有机结构单元的发光元件，其中

-所述几个有机结构单元每个都包括有机层堆叠体，其被布置在电极和反电极之间，其中堆叠体包括迁移空穴的层区域、迁移电子的层区域，并且包括形成于所述迁移空穴的层区域和所述迁移电子的层区域之间的发光层区域；

-对于所有所述几个有机结构单元，所述迁移空穴的层区域的厚度和所述迁移电子的层区域的厚度是相同的；

-所述发光层区域包括发射区；以及

-所述几个有机结构单元每个都被设计为顶发射结构单元，

并且其中

a)对于所有所述几个有机结构单元，下述公式对于所述发射区和面对所述发光层区域的所述电极/反电极的表面之间的间隔L_M是有效的：

L_M＜L_Mmax＝L_met+0.1*L_met

L_M＞L_Mmin＝(L_met-L_pen)-0.1*(L_met-L_pen)

其中，L_pen＝ln(100)*λ_max/(4π*k_met)

$L_{\mathrm{met}}=(m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^M,)m=\mathrm{0,1,2},...,$

当所述电极/反电极由金属电极材料组成时，其中λ_max是所述发光层区域的光致发光光谱的强度最大值的发射波长，n_org ^M是在所述发射区和面对所述发光层区域的所述金属电极材料的电极/反电极的表面之间的有机层堆叠体区域在所述发射波长λ_max下的折射率的实部，并且k_met是在发射波长λ_max下所述金属电极材料的折射率的虚部；

并且其中此外

b)对于所有所述几个有机结构单元，下述公式对于所述发射区和面对所述发光层区域的所述电极/反电极的表面之间的间隔L_D是有效的：

L_D＜L_Dmax＝L_pi/2+(λ_max/(π*555nm)*L_pi/2

L_D＞L_Dmin＝L₀-(λ_max/(π*555nm)*L₀

其中， $L_0=((m+1)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/2-L_{\mathrm{die}}*n_{\mathrm{die}})/n_{\mathrm{org}}^D$

$L_{\mathrm{pi}/2}=(m+1/2)*{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }/(2*n_{\mathrm{org}}^D),m=\mathrm{0,1,2},...,$

当所述电极/反电极由具有厚度L_die的电介质电极材料组成时，其中n_die是所述电介质电极材料在发射波长λ_max下的折射率的实部，并且n_org ^D是所述发射区和面对所述发光层区域的所述电介质电极材料的电极/反电极的表面之间的有机层堆叠体区域在发射波长λ_max下的折射率的实部。

2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于对于发射第一颜色光的所述几个有机结构单元的至少一部分，一种或几种基质材料在所述发光层区域中是电子迁移的。

3.根据权利要求2所述的元件，其特征在于对于发射第一颜色光的所述几个有机结构单元的至少一部分，所述发射区形成在所述空穴迁移层区域和发光层区域之间的边界表面区域中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于对于发射第二颜色光的所述几个有机结构单元的至少一部分，一种或几种基质材料在所述发光层区域中是空穴迁移的。

5.根据权利要求4所述的元件，其特征在于对于发射第二颜色光的所述几个有机结构单元的至少一部分，所述发射区形成在所述电子迁移层区域和发光层区域之间的边界表面区域中。

6.根据权利要求4所述的元件，其特征在于对于发射第二颜色光的所述几个有机结构单元的至少一部分，一种或几种其它基质材料在所述发光层区域中是电子迁移的。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的元件，其特征在于对于所述几个有机结构单元的至少一部分，所述发光区域被设计为多层。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的元件，其特征在于所述电子迁移层区域具有掺杂的电子迁移层。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的元件，其特征在于所述空穴迁移层区域具有掺杂的空穴迁移层。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的元件，其特征在于所述发光层区域被设计为电子迁移和/或空穴迁移。

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