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Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der
Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0068489 , eingereicht in Korea am 11. Juli 2011, die hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine organische Leuchtdiode (OLED) und betrifft insbesondere eine organische Leuchtdiode mit verbesserter Lichtausbeute und Lebensdauer.
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Obwohl Kathodenstrahlröhren als Anzeigevorrichtung weit verbreitet verwendet wurden, wurden in letzter Zeit Flachpaneel-Bildschirme (Flat Panel Displays, FPDs) untersucht und verwendet, wie z. B. ein Plasma-Anzeigepaneel (Plasma Display Panel, PDP), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD) und eine organische Leuchtdiode(Organic Light Emitting Diode, OLED)-Anzeigevorrichtung. Neben verschiedenen FPDs weist eine OLED-Anzeigevorrichtung keine Hintergrundbeleuchtungseinheit auf, wie sie in einer LCD-Vorrichtung, die ein nicht-selbststrahlender Typ ist, notwendig ist, da die OLED-Anzeigevorrichtung ein selbststrahlender Typ ist. Daher weist die OLED-Anzeigevorrichtung geringes Gewicht und ein dünnes Profil auf. Zusätzlich weist die OLED-Anzeigevorrichtung im Vergleich mit der LCD-Vorrichtung Vorteile bezüglich des Betrachtungswinkels, des Kontrastverhältnisses und des Energieverbrauchs auf. Außerdem weist die OLED-Anzeigevorrichtung eine niedrige Gleichstrom(DC)-Treiberspannung und eine schnelle Ansprechgeschwindigkeit auf. Des Weiteren ist die OLED-Anzeigevorrichtung unempfindlich gegenüber Stößen von außen und weist einen großen Temperaturbereich bei der Verwendung auf, da sich die internen Komponenten der OLED-Anzeigevorrichtung in einem festen Zustand befinden. Insbesondere sind die Herstellungskosten einer OLED-Anzeigevorrichtung geringer als die einer LCD-Vorrichtung, da der Herstellungsprozess einfach ist.
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Die OLED-Anzeigevorrichtung ist ein emittierender Typ einer Anzeigevorrichtung, die eine organische Leuchtdiode aufweist, die Licht mittels eines organischen Emittiervorgangs emittiert. 1 zeigt ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß dem Stand der Technik. In 1 weist eine organische Leuchtdiode 10 eine Anode 21, eine Kathode 25, eine Löchertransportschicht (Hole Transporting Layer, HTL) 33, eine Elektronentransportschicht (Electron Transporting Layer, ETL) 35 und eine Emissionsschicht (Emitting Material Layer, EML) 40 auf. Zusätzlich ist eine Löcherinjektionsschicht (Hole Injection Layer, HIL) 37 zwischen der Anode 21 und der HTL 33 gebildet, und eine Elektroneninjektionsschicht (Electron Injection Layer, EIL) 39 ist zwischen der Kathode 25 und der ETL 35 gebildet, um die Lichtausbeute zu erhöhen.
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Wenn ein hoher Spannungspegel bzw. ein niedriger Spannungspegel an die Anode 21 und die Kathode 25 der organischen Leuchtdiode (OLED) 10 angelegt werden, wird ein Loch von der Anode 21 und ein Elektron von der Kathode 25 in die EML 40 zum Bilden eines Exzitons geleitet. Wenn das Exziton von einem angeregten Zustand in einen Grundzustand übergeht, wird Licht generiert und die EML 40 emittiert Licht.
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Das Exziton kann in einem Singulett-Zustand und einem Triplett-Zustand vorliegen, derart dass ein Verhältnis der Existenzwahrscheinlichkeiten des Singulett-Zustands und des Triplett-Zustands etwa 1:3 beträgt. Da die OLED Licht emittiert, wenn das Exziton von einem Singulett-Zustand in den Grundzustand übergeht, weist die OLED den Nachteil auf, dass ihre interne Quantenausbeute theoretisch nicht größer als etwa 25% ist. Dementsprechend wäre eine OLED wünschenswert, die eine höhere interne Quantenausbeute des Triplett-Zustands (z. B. von mindestens 75%) aufweist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine organische Leuchtdiode, die eine verbesserte Lichtausbeute und Lebensdauer aufweist.
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Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung bekannt gemacht und sind teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch Anwendung der Erfindung erlernt werden. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung können mittels der in der Beschreibung und den sich daraus ergebenden Ansprüchen sowie den angehängten Zeichnungen besonders hervorgehobenen Strukturen realisiert und erreicht werden.
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Zum Erreichen dieser und andere Vorteile und in Übereinstimmung mit dem Ziel gemäß einem Aspekt der Erfindung, wie hierin ausgeführt und allgemein beschrieben, kann eine organische Leuchtdiode aufweisen: eine erste Elektrode; eine erste Löchertransportschicht auf der ersten Elektrode; eine erste Emissionsschicht auf der ersten Löchertransportschicht, wobei die Emissionsschicht eine erste Wirtssubstanz mit einem ersten Dotierstoff aufweist, wobei ein Energiepegel eines niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals (Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO) des ersten Dotierstoffs höher ist als ein Energiepegel eines niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals der ersten Wirtssubstanz; eine erste Elektronentransportschicht auf der ersten Emissionsschicht; und eine zweite Elektrode auf der ersten Elektronentransportschicht, wobei ein Energiepegel sowohl der ersten Löchertransportschicht als auch der ersten Elektronentransportschicht höher ist als ein Energiepegel eines Exzitons im Triplett-Zustand der ersten Emissionsschicht.
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Es ist zu bemerken, dass beide, die vorgehende allgemeine Beschreibung und die nachstehende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung exemplarisch und erläuternd sind und vorgesehen sind, weitere Erklärungen der Erfindung wie beansprucht bereitzustellen.
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Die begleitenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weitergehendes Verständnis der Erfindung zu liefern, und die eingefügt sind in und einen Teil dieser Beschreibung darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung, um das Prinzip der Erfindung zu erklären. Es zeigen:
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1 ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Querschnittansicht einer Anzeigevorrichtung mit organischer Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Querschnittansicht einer organischen Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5A und 5B Graphen, die Lichtausbeute bzw. Lebensdauer einer organischen Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
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6 ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezug wird nun im Detail genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen, wobei Beispiele derselben in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wenn möglich werden die gleichen Referenzzeichen zur Kennzeichnung gleicher oder ähnlicher Teile in allen Zeichnungen verwendet. Es wird darauf geachtet, dass detaillierte Beschreibung von dem Fachmann Bekanntem weggelassen wird, wenn dieses dem Fachmann Bekannte in der vorliegenden Erfindung irreführend sein kann.
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2 zeigt eine Querschnittansicht einer Anzeigevorrichtung mit organischer Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 zeigt eine Querschnittansicht einer organischen Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 2 weist eine Anzeigevorrichtung mit organischer Leuchtdiode (OLED) 100 einen Steuerungs-Dünnschichttransistor (Thin Film Transistor; TFT) DTr und eine organische Leuchtdiode E in einem Pixelbereich P auf. Eine Halbleiterschicht 103 ist in dem Pixelbereich P auf einem ersten Substrat 101 gebildet. Die Halbleiterschicht 103 kann (i) einen aktiven Bereich 103b in ihrem Zentrum und (ii) einen Source-Bereich 103a und einen Drain-Bereich 103c an den Seiten des aktiven Bereichs 103b aufweisen. Der aktive Bereich 103b kann reines (engl.: intrinsic) Silizium aufweisen, und der Source-Bereich 103a und der Drain-Bereich 103c können mit Fremdatomen dotiertes Silizium aufweisen. Zusätzlich ist eine Gate-isolierende Schicht 105 auf der Halbleiterschicht 103 gebildet.
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Eine Gate-Elektrode 107 und eine Gate-Leitung (nicht dargestellt) sind auf der Gate-isolierenden Schicht 105 gebildet. Die Gate-Elektrode 107 entspricht dem aktiven Bereich 103b der Halbleiterschicht 103 und ist mit der Gate-Leitung verbunden. Eine Zwischenschicht-isolierende Schicht 109a ist auf der Gate-Elektrode 107 und der Gate-Leitung gebildet. Die Zwischenschicht-isolierende Schicht 109a und die Gate-isolierende Schicht 105 weisen erstes Halbleiter-Kontaktloch 111a und zweites Halbleiter-Kontaktloch 111b auf, die den Source-Bereich 103a bzw. den Drain-Bereich 103c freilegen.
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Eine Source-Elektrode 113 und eine Drain-Elektrode 115 sind auf der Zwischenschicht-isolierenden Schicht 109a gebildet. Die Source-Elektrode 113 und die Drain-Elektrode 115 sind in einem Abstand voneinander angeordnet. Die Source-Elektrode 113 ist durch das erste Halbleiter-Kontaktloch 111a hindurch mit dem Source-Bereich 103a verbunden, und die Drain-Elektrode 115 ist durch das zweite Halbleiter-Kontaktloch 111b hindurch mit den Drain-Bereich 103c verbunden. Eine Passivierungsschicht 109b ist auf der Source-Elektrode 113 und der Drain-Elektrode 115 gebildet. Die Passivierungsschicht 109b weist ein Drain-Kontaktloch 117 auf, das die Drain-Elektrode 115 freilegt.
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Die den Source-Bereich 103a und den Drain-Bereich 103c aufweisende Halbleiterschicht 103, die Gate-isolierende Schicht 105, die Gate-Elektrode 107, die Source-Elektrode 113 und die Drain-Elektrode 115 bilden den Steuerungs-TFT DTr.
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Obwohl nicht dargestellt, ist eine die Gate-Leitung kreuzende Daten-Leitung zum Abgrenzen des Pixelbereichs P auf der Zwischenschicht-isolierenden Schicht 109a gebildet. Außerdem ist ein Schalt-TFT, der die gleiche Struktur aufweist wie der Steuerungs-TFT DTr und der mit dem Steuerungs-TFT DTr verbunden ist, in dem Pixelbereich P gebildet. Obwohl der Steuerungs-TFT DTr und der Schalt-TFT eine Top-Gate-Struktur aufweisen, bei der die Halbleiterschicht 103 der 2 aus polykristallinem Silizium gebildet ist, können der Steuerungs-TFT DTr und der Schalt-TFT eine Bottom-Gate-Struktur aufweisen, bei der die Halbleiterschicht aus amorphem Silizium gebildet ist.
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Eine erste Elektrode 211, eine organische Lumineszenzschicht 213 und eine zweite Elektrode 215, die eine organische Leuchtdiode (OLED) E bilden, werden nacheinander auf der Passivierungsschicht 109b gebildet. Die erste Elektrode 211 ist mit der Drain-Elektrode 115 des Steuer-TFTs DTr durch das Drain-Kontaktloch 117 in der Passivierungsschicht 109b hindurch verbunden. Dabei kann die erste Elektrode 211 aus einem Material gebildet sein, das eine relativ hohe Austrittsenergie aufweist, wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO), um als Anode zu fungieren, und die zweite Elektrode 215 kann aus eine Material gebildet sein, das eine relativ niedrige Austrittsenergie aufweist, wie beispielsweise eine Einzellage aus Aluminium (Al), Calcium (Ca) oder Magnesium (Mg) oder wie eine Doppellage aus Lithiumfluorid (LiF)/Aluminium (Al), um als Kathode zu fungieren. Zusätzlich wird Licht von der organischen Lumineszenzschicht 213 durch die zweite Elektrode 215 hindurch emittiert, so dass die OLED-Anzeigevorrichtung 100 als Top-Emissions-Typ angesteuert werden kann.
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Die organische Lumineszenzschicht 213 kann eine Löcherinjektionsschicht (HIL), eine Löchertransportschicht (HTL), eine Emissionsschicht (EML), eine Elektronentransportschicht (ETL) und eine Elektroneninjektionsschicht (EIL) aufweisen. Da das Licht von der organischen Lumineszenzschicht 213 durch die zweite Elektrode 215 hindurch passieren muss, kann die zweite Elektrode 215 eine doppellagige Struktur, die eine untere dünne Schicht aus einem metallischen Material mit einer relativ niedrigen Austrittsenergie und eine obere dicke Schicht aus einem transparenten leitfähigen Material mit einer relativ hohen Austrittsenergie aufweisen.
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Wenn Spannungen entsprechend einem Bildsignal an die erste Elektrode 211 und an die zweite Elektrode 215 in der OLED-Anzeigevorrichtung 100 angelegt werden, werden ein von der ersten Elektrode 211 injiziertes Loch und ein von der zweiten Elektrode 215 injiziertes Elektron zum Bilden eines Exzitons in die organische Lumineszenzschicht 213 geleitet. Zusätzlich wird, wenn das Exziton von einem angeregten Zustand in einen Grundzustand übergeht, Licht generiert und als ein sichtbarer Lichtstrahl durch die zweite Elektrode 215 hindurch derart emittiert, dass die OLED-Anzeigevorrichtung 100 Bilder anzeigen kann. Die erste Elektrode 211 ist in einem Pixelbereich P gebildet, und eine Ausgleichsschicht (bank layer) 119 ist zwischen zwei benachbarten ersten Elektroden 211 gebildet.
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Eine Lichtausbeute der OLED-Anzeigevorrichtung 100 nimmt signifikant zu (beispielsweise um mehr als etwa 20%), und eine Lebensdauer der OLED-Anzeigevorrichtung 100 nimmt ebenfalls signifikant zu (beispielsweise um mehr als etwa 50%) im Vergleich zu der OLED-Anzeigevorrichtung des Standes der Technik, da eine Lichtausbeute der organischen Lumineszenzschicht 213 der OLED E verbessert ist.
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In 3 weist die OLED E die erste Elektrode 211 als Anode, einen ersten Schichtenstapel 229a, eine Ladungs-erzeugende Schicht (Charge Generating Layer; CGL) 227, einen zweiten Schichtenstapel 229b und die zweite Elektrode 215 als Kathode auf. Die CGL 227 kann aus einem Material mit einer Eigenschaft von geringen optischen und elektrischen Verlusten sein, wie beispielsweise ein metallisches Material, ein Oxidmaterial, ein organisches Material und mehrere Schichten daraus.
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Der erste Schichtstapel 229a weist eine erste HIL 222, eine erste HTL 221a, eine erste EML 223a und eine erste ETL 224a zwischen der ersten Elektrode 211 und der CGL 227 auf, und der zweite Schichtstapel 229b weist eine zweite HTL 221b, eine Exziton-blockierende Schicht EBL 228, eine zweite EML 223b, eine zweite ETL 224b und eine EIL 225 zwischen der CGL 227 und der zweiten Elektrode 215 auf.
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Die erste EML 223a kann eine einzelne blaue Wirtssubstanz mit einem blau fluoreszierenden Dotierstoff aufweisen, und die zweite EML 223b kann eine einzelne Wirtssubstanz mit einem rot phosphoreszierenden Dotierstoff und einem grün phosphoreszierenden Dotierstoff aufweisen. Dadurch kann die OLED E weißes Licht mittels Kombination von rotem, grünem und blauem Licht der ersten EML 223a und der zweiten EML 223b emittieren. Alternativ dazu kann die zweite EML 223b eine einzelne Wirtssubstanz mit einem gelben Dotierstoff aufweisen, und die OLED W kann weißes Licht mittels Kombination von blauem und gelbem Licht der ersten EML 223a und der zweiten EML 223b emittieren. Dementsprechend kann weißes Licht mittels Kombination des Lichts von der ersten EML 223a und der zweiten EML 223b emittiert werden, wenn die OLED-Anzeigevorrichtung 100 angesteuert wird.
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Sowohl die zweite HTL 221b als auch die zweite ETL 224b sind derart gebildet, dass sie einen Energiepegel aufweisen, der höher ist als ein Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der zweiten EML 223b. Beispielsweise kann der Energiepegel sowohl der zweiten HTL 221b als auch der zweiten ETL 224b um etwa 0,001 eV bis etwa 0,5 eV höher sein als der Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der zweiten EML 223b. Da der Energiepegel sowohl der zweiten HTL 221b als auch der zweiten ETL 224b höher ist als der Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der zweiten EML 223b, wird verhindert, dass das Exziton im Triplett-Zustand der zweiten EML 223b sich in entweder die zweite HTL 221b oder die zweite ETL 224b hinein bewegt. Dadurch wird eine Verminderung der Lichtausbeute verhindert.
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Außerdem ist sowohl die erste HTL 221a als auch die erste ETL 224a derart gebildet, dass ihr Energiepegel höher ist als ein Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der ersten EML 223a. Beispielsweise kann der Energiepegel sowohl der ersten HTL 221a als auch der ersten ETL 224a um etwa 0,001 eV bis etwa 0,5 eV höher sein als der Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der ersten EML 223a. Da der Energiepegel sowohl der ersten HTL 221a als auch der ersten ETL 224a höher ist als der Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der ersten EML 223a, wird verhindert, dass sich das Exziton im Triplett-Zustand der ersten EML 223a in entweder die erste HTL 221a oder die erste ETL 224a hinein bewegt. Dadurch wird eine Verminderung der Lichtausbeute verhindert.
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In der OLED-Anzeigevorrichtung 100 ist der Energiepegel (d. h. der hohe Triplett-Energiepegel) sowohl der ersten HTL 221a als auch der ersten ETL 224a höher als der Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der ersten EML 223a, und der Energiepegel sowohl der zweiten HTL 221b als auch der zweiten ETL 224b ist höher als der Energiepegel des Exzitons im Triplett-Zustand der zweiten EML 223b. Dementsprechend wird verhindert, dass sich das Exziton im Triplett-Zustand der ersten EML 223a und der zweiten EML 223b hin zu Schichten oberhalb der EML und Schichten unterhalb der EML bewegt und wird effektiv für die Emission verwendet.
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In einigen Ausführungsformen geht das in der ersten EML 223a gebildete Exziton im Triplett-Zustand aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Exzitonen im Triplett-Zustand in ein Exziton im Singulett-Zustand über, da die erste EML 223a ein fluoreszierenden Material aufweist und da sowohl die erste HTL 221a als auch die erste ETL 224a derart gebildet sind, dass sie hohe Triplett-Energiepegel aufweisen. In ähnlicher Weise geht das in der zweiten EML 223b generierte Exziton im Triplett-Zustand aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Exzitonen im Triplett-Zustand in das Exziton im Singulett-Zustand über, da die zweite EML 223b ein phosphoreszierendes Material aufweist und da sowohl die zweite HTL 221b als auch die zweite ETL 224b derart gebildet sind, dass sie hohe Triplett-Energiepegel aufweisen. Wenn das Loch und das Elektron zum Bilden des Exzitons in sowohl der ersten EML 223a als auch der zweiten EML 223b aufeinandertreffen, kann das Verhältnis der Existenzwahrscheinlichkeiten des Exzitons im Singulett-Zustand und des Exzitons im Triplett-Zustand etwa 1:3 betragen. Während das Exziton im Singulett-Zustand derart in den Grundzustand übergeht, dass Licht emittiert wird (Fluoreszenz oder Phosphoreszenz), geht das Exziton im Triplett-Zustand derart in den Grundzustand über, dass Wärme statt Licht emittiert wird.
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Da in der OLED-Anzeigevorrichtung 100 sowohl die erste HTL 221a als auch die zweite HTL 221b und die erste ETL 224a und die zweite ETL 224b den hohen Triplett-Energiepegel aufweisen, ist das Exziton im Triplett-Zustand auf die erste EML 223a bzw. die zweite EML 223b beschränkt, und ein Teil der Exzitonen im Triplett-Zustand geht aufgrund von Zusammenstößen von Exzitonen im Triplett-Zustand derart in den Singulett-Zustand über (Triplett-Triplett-Vernichtung („Annihilation”) (TTA)), dass Licht emittiert wird (verzögerte Fluoreszenz oder verzögerte Phosphoreszenz). Da der Anteil der in den Singulett-Zustand übergehenden Exzitonen im Triplett-Zustand zur Lichtemission beiträgt, sind die interne Quantenausbeute und die Lichtausbeute erhöht. Insbesondere werden die verzögerte Fluoreszenz und verzögerte Phosphoreszenz mittels Emission aufgrund von Kollision und Übergang von Exzitonen im Triplett-Zustand erzielt, da die Lebensdauer des Exzitons im Triplett-Zustand länger ist als die Lebensdauer des Exzitons im Singulett-Zustand. Des Weiteren ist die Lichtausbeute der OLED-Anzeigevorrichtung 100 weiter mittels der verzögerten Fluoreszenz und der verzögerten Phosphoreszenz verbessert. Beispielsweise kann im Vergleich zu OLED-Anzeigevorrichtungen des Standes der Technik die Lichtausbeute der OLED-Anzeigevorrichtung 100 um mehr als etwa 20% zunehmen, und die Lebensdauer der OLED-Anzeigevorrichtung 100 kann um mehr als etwa 50% zunehmen.
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Bezugnehmend auf 4, weist ein niedrigstes unbesetztes Molekülorbital (Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO) des fluoreszierenden Dotierstoffs 250 der ersten EML 223a einen Energiepegel auf, der höher ist als ein Energiepegel eines LUMOs der Wirtssubstanz 240 der ersten EML 223a. Da in der ersten EML 223a der Energiepegel des LUMOs des Dotierstoffs 250 höher ist als der Energiepegel des LUMOs der Wirtssubstanz 240, wird verhindert, dass das Loch und das Elektron in dem Dotierstoff 250 gefangen werden.
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Wenn die Energiepegel des LUMOs und eines höchsten besetzten Molekülorbitals (Highest Occupied Molecular Orbital; HOMO) des Dotierstoffs zwischen den Energiepegeln des LUMOs und des HOMOs der Wirtssubstanz liegen, können das Loch und das Elektron mit einer hohen Wahrscheinlichkeit direkt in den Dotierstoff der ersten EML 223a injiziert werden. Dadurch wird die Menge an in das Wirtsgitter injizierten Löchern und Elektronen gesenkt und die Lichtausbeute ist reduziert. Außerdem kann die Dotierung zerstört werden.
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Zum Vermeiden der oben genannten Nachteile der OLED-Anzeigevorrichtung ist die erste EML 223a derart gebildet, dass der Energiepegel des LUMOs des Dotierstoffs 250 höher ist als der Energiepegel des LUMOs der Wirtssubstanz 240, wodurch die Lichtausbeute erhöht ist.
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4 zeigt ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zur übersichtlicheren Darstellung ist der erste Schichtstapel aus 3 dargestellt, jedoch wurde der zweite Schichtstapel aus 3 in 4 weggelassen.
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In 4 weist die erste EML 223a eine einzelne Wirtssubstanz 240 mit einem fluoreszierenden Dotierstoff 250 auf. Ein Loch wird von der ersten HTL 221a in die erste EML 223a injiziert, und ein Elektron wird von der ersten ETL 224a in die erste EML 223a injiziert. Nachdem das Loch und das Elektron ein Exziton gebildet haben, wird Licht entsprechend einer Energiedifferenz zwischen einem angeregten Zustand und einem Grundzustand als sichtbarer Lichtstrahl emittiert, wenn das Exziton von dem angeregten Zustand in den Grundzustand übergeht.
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Da ein Energiepegel eines LUMOs des Dotierstoffs 250 der ersten EML 223a höher ist als ein Energiepegel eines LUMOs der Wirtssubstanz 240 der ersten EML 223a, können alle oder die meisten Löcher der ersten HTL 221 und der Elektronen der ersten ETL 224a in die Wirtssubstanz 240 injiziert werden. Dementsprechend werden alle oder die meisten Löcher und Elektronen von der ersten HTL 221a bzw. der ersten ETL 224a ohne Verlust in der Wirtssubstanz 240 Exzitonen bilden, und die Lichtausbeute der ersten EML 223a ist verbessert. Anders gesagt ist, da die in die Wirtssubstanz 240 injizierten Mengen an Löchern und Elektronen erhöht sind, die Ausbeute an erzeugten Exzitonen im Singulett-Zustand erhöht, und eine Menge an Triplett-Triplett-Annihilation (TTA) auslösenden Exzitonen im Triplett-Zustand ist erhöht. Zusätzlich kann, da das Loch und das Elektron nicht in den Dotierstoff 250 injiziert werden, Zerstörung der Dotierung vermieden werden. Beispielsweise kann der Energiepegel des LUMOs des Dotierstoffs 250 um etwa 0,001 eV bis etwa 0,5 eV oder um etwa 0,01 eV bis 0,5 eV höher sein als der Energiepegel des LUMOs der Wirtssubstanz 240.
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5A und 5B zeigen Graphen, die Lichtausbeute bzw. Lebensdauer einer organischen Leuchtdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
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In 5A ist die Lichtausbeute der OLED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der der LUMO-Energiepegel des Dotierstoffs höher ist als der LUMO-Energiepegel der Wirtssubstanz, größer als die Lichtausbeute der OLED gemäß dem Stand der Technik, in der sowohl der LUMO-Energiepegel als auch der HOMO-Energiepegel des Dotierstoffs zwischen dem LUMO-Energiepegel und dem HOMO-Energiepegel der Wirtssubstanz liegen. In 5B ist dargestellt, dass die Lebensdauer der OLED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehr als doppelt so lang wie die Lebensdauer der OLED gemäß dem Stand der Technik. Folglich sind die Lichtausbeute und die Lebensdauer der OLED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbessert im Vergleich zu der OLED gemäß dem Stand der Technik.
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6 zeigt ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 6 weist eine EML 323a eine einzelne Wirtssubstanz 340 mit erstem fluoreszierendem Dotierstoff 350a und zweitem fluoreszierendem Dotierstoff 350b auf. Ein Loch wird von der HTL 321a in die EML 323a injiziert, und ein Elektron wird von der ETL 324a in die EML 323a injiziert. Nachdem das Loch und das Elektron ein Exziton gebildet haben, wird Licht entsprechend einer Energiedifferenz zwischen einem angeregten Zustand und einem Grundzustand als sichtbarer Lichtstrahl emittiert, wenn das Exziton von dem angeregten Zustand in den Grundzustand übergeht.
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Der erste Dotierstoff 350a ist derart gebildet, dass es einen Energiepegel eines LUMOs aufweist, der höher ist als ein Energiepegel eines LUMOs der Wirtssubstanz 340, und der zweite Dotierstoff 350b ist derart gebildet, dass es einen Energiepegel eines HOMOs aufweist, der niedriger ist als ein Energiepegel eines HOMOs der Wirtssubstanz 340. Außerdem ist ein an die ETL 324a seitlich angrenzender Bereich der EML 323a mit dem ersten Dotierstoff 350a dotiert, und der an die HTL 321a seitlich angrenzende andere Bereich der EML 323a ist mit dem zweiten Dotierstoff 350b dotiert. Referenzzahl 311 und Referenzzahl 315 bezeichnen die erste Elektrode bzw. die zweite Elektrode.
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Dadurch können alle oder die meisten der Löcher aus der HTL 321a und der Elektronen aus der ETL 324a in die Wirtssubstanz 340 injiziert werden. Dementsprechend können alle oder die meisten der Löcher aus der HTL 321a und der Elektronen aus der ETL 324a ohne Verluste in der Wirtssubstanz 340 Exzitonen bilden, und die Lichtausbeute der EML 323a ist verbessert. Zusätzlich wird, da Löcher nicht in den ersten Dotierstoff 350a injiziert werden und Elektronen nicht in den zweiten Dotierstoff 350b injiziert werden, die Zerstörung der ersten Dotierung 350a und der zweiten Dotierung 350b verhindert. Eine Differenz zwischen Energiebandlücken des ersten Dotierstoffs 350a und des zweiten Dotierstoffs 350b kann beispielsweise kleiner als etwa 0,1 eV sein. Des Weiteren kann der Energiepegel des LUMOs des ersten Dotierstoffs 350a um etwa 0,001 eV bis etwa 0,5 eV (oder um etwa 0,01 eV bis etwa 0,5 eV) höher sein als der Energiepegel des LUMOs der Wirtssubstanz 340, und der Energiepegel des HOMOs des zweiten Dotierstoffs 350b kann um etwa 0,001 eV bis etwa 0,5 eV (oder um etwa 0,01 eV bis etwa 0,5 eV) niedriger sein als der Energiepegel des HOMOs der Wirtssubstanz 340.
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7 zeigt ein Energieband-Diagramm einer organischen Leuchtdiode gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 7 weist eine EML 423a eine erste Wirtssubstanz 440a und eine zweite Wirtssubstanz 440b mit erstem fluoreszierenden Dotierstoff 450a und zweitem fluoreszierenden Dotierstoff 450b auf. Ein Loch wird aus einer HTL 421a in die EML 423a injiziert, und ein Elektron wird aus einer ETL 424a in die EML 423a injiziert. Nachdem das Loch und das Elektron ein Exziton gebildet haben, wird Licht entsprechend einer Energiedifferenz zwischen einem angeregten Zustand und einem Grundzustand als sichtbarer Lichtstrahl emittiert, wenn das Exziton von dem angeregten Zustand in den Grundzustand übergeht.
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Der erste Dotierstoff 440a und der zweite Dotierstoff 440b weisen verschiedene Energiepegel auf. Zusätzlich ist der erste Dotierstoff 450a derart gebildet, dass es einen Energiepegel eines LUMOs aufweist, der höher ist als ein Energiepegel eines LUMOs der ersten Wirtssubstanz 440a, und der zweite Dotierstoff 450b ist derart gebildet, dass es einen Energiepegel eines HOMOs aufweist, der niedriger ist als ein Energiepegel eines HOMOs der zweiten Wirtssubstanz 440b. Außerdem weist ein an die ETL 424a seitlich angrenzender Bereich der EML 423a die erste Wirtssubstanz 440a auf und ist mit dem ersten Dotierstoff 450a dotiert, und der an die HTL 421a seitlich angrenzende andere Bereich der EML 423a weist die zweite Wirtssubstanz 440b auf und ist mit dem zweiten Dotierstoff 450b dotiert. Referenzzahl 411 und Referenzzahl 415 bezeichnen die erste Elektrode bzw. die zweite Elektrode.
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Dadurch können alle oder die meisten der Löcher aus der HTL 421a und der Elektronen aus der ETL 424a in die erste Wirtssubstanz 440a und die zweite Wirtssubstanz 440b injiziert werden. Dementsprechend können alle oder die meisten der Löcher aus der HTL 421a und der Elektronen aus der ETL 424a ohne Verluste in der ersten Wirtssubstanz 440a und der zweiten Wirtssubstanz 440b Exzitonen bilden, und die Lichtausbeute der EML 423a ist verbessert. Zusätzlich wird, da Löcher nicht in den ersten Dotierstoff 450a injiziert werden und Elektronen nicht in den zweiten Dotierstoff 450b injiziert werden, die Zerstörung der ersten Dotierung 450a und der zweiten Dotierung 450b verhindert. Eine Differenz zwischen Energiebandlücken des ersten Dotierstoffs 450a und des zweiten Dotierstoffs 450b kann beispielsweise kleiner als etwa 0,1 eV sein. Des Weiteren kann der Energiepegel des LUMOs des ersten Dotierstoffs 450a um etwa 0,001 eV bis etwa 0,5 eV (oder um etwa 0,01 eV bis etwa 0,5 eV) höher sein als der Energiepegel des LUMOs der ersten Wirtssubstanz 440a, und der Energiepegel des HOMOs des zweiten Dotierstoffs 450b kann um etwa 0,001 eV bis etwa 0,5 eV (oder um etwa 0,01 eV bis etwa 0,5 eV) niedriger sein als der Energiepegel des HOMOs der zweiten Wirtssubstanz 440b.
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Die EML der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform kann auf die zweite EML 223b der ersten Ausführungsform angewandt werden.
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Folglich kann in einer OLED-Anzeigevorrichtung eine EML derart gebildet sein, dass ein Energiepegel eines LUMOs eines Dotierstoffs höher ist als ein Energiepegel eines LUMOs einer Wirtssubstanz. Alternativ dazu kann eine EML derart gebildet sein, dass ein Energiepegel eines LUMOs eines ersten Dotierstoffs höher ist als ein Energiepegel eines LUMOs einer Wirtssubstanz und ein Energiepegel eines HOMOs eines zweiten Dotierstoffs niedriger ist als ein Energiepegel eines HOMOs der Wirtssubstanz. Dabei kann ein an eine ETL angrenzender seitlicher Bereich der EML mit dem ersten Dotierstoff dotiert sein, und der an eine HTL angrenzende andere seitliche Bereich der EML kann mit dem zweiten Dotierstoff dotiert sein. Alternativ dazu kann eine EML derart gebildet sein, dass ein Energiepegel eines LUMOs eines ersten Dotierstoffs höher ist als ein Energiepegel eines LUMOs einer ersten Wirtssubstanz und ein Energiepegel eines HOMOs eines zweiten Dotierstoffs niedriger ist als ein Energiepegel eines HOMOs einer zweiten Wirtssubstanz. Dabei weist ein an die ETL angrenzender seitlicher Bereich der EML die erste Wirtssubstanz auf und ist mit dem ersten Dotierstoff dotiert. Des Weiteren weist der an die HTL angrenzende andere seitliche Bereich der EML die zweite Wirtssubstanz auf und ist mit dem zweiten Dotierstoff dotiert.
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Dementsprechend kann ein Phänomen, dass ein Loch und ein Elektron in dem Dotierstoff gefangen werden, verhindert werden. Zusätzlich ist eine Lichtausbeute der OLED-Anzeigevorrichtung verbessert.
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Es ist offensichtlich für den Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der organischen Lichtemittierenden Diode der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Grundgedanken oder dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Folglich ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, sofern sie sich innerhalb des Anwendungsbereiches der beigefügten Ansprüche und ihren Äquivalenten befinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2011-0068489 [0001]
