DE112005002757T5

DE112005002757T5 - Organische EL-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112005002757T5
Application number: DE112005002757T
Authority: DE
Inventors: Chong Hino Li; Hiroshi Hino Kimura; Koji Hino Kawaguchi; Yutaka Hino Terao; Toshio Hino Hama
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-10-25
Also published as: JPWO2006061954A1; GB0709188D0; KR20070084413A; GB2436226A; CN101107726A; CN100514701C; US20080003455A1; WO2006061954A1; TW200623953A

Abstract

Organische EL-Vorrichtung mit einer organischen EL-Schicht, die als Sandwich zwischen einem Paar von Elektroden ausgebildet ist, wobei die organische EL-Schicht wenigstens eine Träger-Rekombinationsschicht und eine oder mehrere Träger-Nicht-Rekombinationsschichten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger-Rekombinationsschicht EL-Licht in blauer bis blaugrüner Farbe mit einer Peakwellenlänge von 400 bis 500 nm durch Rekombination der in die organische EL-Vorrichtung injizierten Träger emittiert; die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht eine Trägerinjektions/Transporteigenschaft hat und ein Wirtsmaterial enthält, das wenigstens einen Teil des EL-Lichts absorbiert und eine oder mehrere Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffen enthält, die PL-Licht mit geringerer Energie als die des EL-Lichts emittieren; wobei der Abstand zwischen der Trägerrekombinationsschicht und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht wenigstens 15 nm beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine organische EL-Vorrichtung, die weißes oder hellblaues Licht emittiert. Die organischen EL-Vorrichtungen können in Hintergrundbeleuchtungen von farbigen Flüssigkristallanzeigen und anderen Beleuchtungsvorrichtungen und Anzeigen verwendet werden.
Technischer Hintergrund
5 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Beispiels einer organischen Weißlicht-EL-Vorrichtung des Standes der Technik. Die organische Weißlicht-EL-Vorrichtung 50 nach einem Stand der Technik weist auf: eine Lochinjektionsschicht 3, eine Lochtransportschicht 4, eine Lichtemissionsschicht 50, eine Elektronentransportschicht 6 und eine Elektroneninjektionsschicht 7, die der Reihe nach auf einem Glassubstrat 1 mit einer darauf gebildeten Anode 2 gebildet sind, und weiter eine auf der Elektroneninjektionsschicht 7 gebildete Kathode 8. Die Lichtemissionsschicht 55, die als ein Trägerrekombinationszentrum der üblichen organischen Weißlicht-EL-Vorrichtung 50 arbeitet, ist entweder eine lichtemittierende Einzelschicht, die eine Mischung von mehreren Arten von lichtemittierenden Farbstoffen enthält, oder ein Laminat von mehreren Schichten, die mehrere Arten von verschiedenen lichtemittierenden Farbstoffen enthalten.
In der üblichen organischen Weißlicht-EL-Vorrichtung 50 werden Träger von der Kathode 8 und der Anode 2 injiziert. Die negativen Träger (Elektronen) und die positiven Träger (Löcher) in einem geeigneten Gleichgewicht rekombinieren in der Lichtemissionsschicht 55 und erregen die mehreren Arten von lichtemittierenden Farbstoffmaterialien, die in der Lichtemissionsschicht 55 enthalten sind, zur gleichen Zeit, um weißes Licht von der Substratoberfläche zu liefern (Nicht-Patentdokumente 1 und 2 und Patentdokumente 1 und 2).
Organische EL-Vorrichtungen, die durch diesen Lichtemissionsmechanismus arbeiten, erreichen kaum eine organische Weißlicht-EL-Vorrichtung, die hohen Wirkungsgrad und lange Lebensdauer zeigt. Eine Weißlicht-EL-Vorrichtung (Patentdokument 3), die beispielsweise mit einer einzigen Lichtemissionsschicht zusammengesetzt ist, die mehrere Arten von gemischten lichtemittierenden Farbstoffen (lichtemittierenden Dotierungen) enthält, emittiert Licht durch die folgenden Abläufe von der Erzeugung von Trägern bis zur Emission von weißem Licht: (1) Bewegung von Trägern (Elektronen und Löchern) zu einer Trägerrekombinationsschicht, (2) Erzeugung von Exzitonen des lichtemittierenden Wirtsmaterials, (3) Transfer der angeregten Energie zwischen Molekülen des lichtemittierenden Wirtsmaterials, (4) Transfer der Anregungsenergie vom lichtemittierenden Wirtsmaterial zu einem lichtemittierenden Gasmaterial, (5) Erzeugung von Exzitonen des lichtemittierenden Gastmaterials, (6) Energietransfer zwischen verschiedenen Arten von lichtemittierenden Gastmaterialien und (7) Rückfall der Exzitonen des lichtemittierenden Gastmaterials zum Grundzustand.
Jede der Energietransferstufen (3) bis (6) ist ein Schritt, der im Wettbewerb steht mit verschiedenen Arten von Energiedeaktivierungsschritten. Um in dieser Struktur reinweiße EL-Emission zu erhalten, ist ein Energietransferschritt zwischen verschiedenen Arten von lichtemittierenden Gaststoffen ein kritischer Schritt.
Wenn die Dotierungskonzentration dieser lichtemittierenden Farbstoffe nicht optimiert wird, tritt ein Energietransfer von einem Farbstoff mit hoher Anregungsenergie zu einem Farbstoff mit einer kleinen Anregungsenergie ein, der kaum reinweißes Licht liefert. Die Konzentrationen von rotlichtemittierendem Dotierungsmittel und blaulichtemittierendem Dotierungsmittel, die zur Erzeugung guter Elektrolumineszenzeigenschaften erforderlich sind, sind außerordentlich kleine Werte von 0,12 % bzw. 0,25 % des Wirtsmaterials. Eine Steuerung solcher Konzentrationen ist in der Massenproduktion sehr schwierig. Selbst wenn das emittierte Licht anfänglich reinweißes Licht ist, verändert sich die Emissionsfarbe oft in Abhängigkeit von der Größe und Dauer der Stromzufuhr. Diese Farbverschiebung wird verursacht durch ein gestörtes Gleichgewicht des Energietransfers zwischen den lichtemittierenden Farbstoffen in der Lichtemissionsschicht (Trägerrekombinationsschicht) 55.
In einer organischen Weißlicht-EL-Vorrichtung, die aus verschiedenen Arten von Lichtemissionsschichten zusammengesetzt ist, werden Träger von den Elektroden injiziert und in der Mehrzahl von Lichtemissionsschichten rekombiniert, und die mehreren Arten von Lichtemissionsfarbstoffen werden gleichzeitig angeregt, um weiße organische EL-Emission von der Oberfläche der Vorrichtung zu erhalten.
Eine organische Weißlicht-EL-Vorrichtung dieser Struktur erfordert ein richtiges Gleichgewicht zwischen Rekombination von Trägern in der Mehrzahl von Lichtemissionsschichten. In vielen Fällen verändert sich die Trägerrekombinationsfläche in Abhängigkeit von der Ansteuerungsspannung (driving voltage) der Vorrichtung. Lichtemission von einem Farbstoff wird gesteigert und Lichtemission von einem anderen Farbstoff verringert, was die Farbe der Lichtemission von der Substratoberfläche verschiebt.
Kürzlich wurde eine weiße EL-Vorrichtung von Eastman Kodak Company, USA, beschrieben (Patentdokumente 4 und 5). Der Trägerrekombinationsbereich der organischen EL-Vorrichtung ist so eingestellt, daß er sich an der Grenzfläche zwischen der Lichtemissionsschicht und einer Trägertransportschicht befindet. Das Trägerrekombinationszentrum befindet sich an der Grenzfläche zwischen der blaulichtemittierenden Schicht und der Trägertransportschicht, die mit gelblichtemittierendem Dotierstoff dotiert ist. In diesem Grenzflächenbereich wird das Blaulichtemissionsmaterial erregt, und ein Teil der Erregungsenergie wird auf die benachbarte Gelblichtemissionsschicht (Trägertransportschicht) übertragen, die auch Licht emittiert. Als Ergebnis emittiert die Vorrichtung weißes Licht mit einem gemischten Spektrum in einem blauen Bereich und einem gelben Bereich von der Substratoberfläche.
Im oben erwähnten Stand der Technik befindet sich das Trägerrekombinationszentrum an der Grenzfläche zwischen der blaulichtemittierenden Schicht und der mit gelbem Farbstoff dotierten Elektronentransportschicht. Der Trägerrekombinationsbereich weitet sich durch den größeren Ansteuerungsstrom (driving current). Die Energie von der blaulichtemittierenden Schicht wird zu der mit gelbem Farbstoff dotierten Trägertransportschicht übertragen. Das blaue Licht und das gelbe Licht von diesen Schichten werden gemischt, um weißes Licht von der Oberfläche der Vorrichtung zu liefern. Eine organische weißlichtemittierende EL-Vorrichtung mit diesem Typ von Lichtemissionsmechanismus wurde beschrieben in Extended Abstract of the Meeting of the Japan Society of Applied Physics and Related Societies in 1997 (Nicht-Patentdokument 3).
Es wurde auch eine andere weißes Licht emittierende organische EL-Vorrichtung vorgeschlagen (Patentdokument 6), welche eine blaues Licht emittierende Schicht benachbart zu einer Lochtransportschicht und der blaues Licht emittierenden Schicht benachbart eine grünes Licht emittierende Schicht, die einen Bereich von rotfluoreszierender Schicht einschließt, aufweist. Es wurde noch eine andere weißes Licht emittierende organische EL-Vorrichtung vorgeschlagen (Nicht-Patentdokument 4), welche rotes, blaues und grünes Licht emittierende Schichten aufweist, die voneinander durch eine Lochblockierungsschicht getrennt sind.
Das Patentdokument 7 hat eine organische lichtemittierende Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Lichtemissionsschicht und eine Lochinjektions-Transportschicht aufweist, in der die Lochinjektions-Transportschicht aus einer Dotierungsschicht zusammengesetzt ist, die eine fluoreszierende Dotierung und eine Nicht-Dotierungsschicht ohne fluoreszierende Dotierung enthält, die an einer Grenzfläche mit der Lichtemissionsschicht angeordnet ist und eine Dicke von wenigstens 2 nm hat. Diese Struktur erlaubt einen Energietransfer vom Material der Lichtemissionsschicht zum fluoreszierenden Dotierungsmittel unter Vermeidung von nicht-strahlender Deaktivierung des fluoreszierenden Dotierungsmittels wegen Exziplexbildung oder Trägertransport.
In den Mechanismen zur Erzeugung von weißem Licht von einer Vorrichtungsoberfläche gemäß jeder Erfindung des oben angegebenen Standes der Technik bewirken die durch Trägerrekombination erzeugten Exzitonen direkt die Aussendung von Licht von einem oder mehreren Arten von Farbstoffen. (Im Fall, daß der Rekombinationsbereich rund um einen organischen Grenzflächenbereich angeordnet ist, werden zwei Arten des Farbstoffs in den der Grenzfläche benachbarten Schichten gleichzeitig bei Anlegen einer Spannung angeregt.) Aternativ wird Energie von den blaues Licht emittierenden Exzitonen mit hoher Emissionsenergie zu einem Farbstoff mit niedriger Emissionsenergie transferiert, der sich innerhalb des Potentialradius des Exzitons befindet, so daß der Farbstoff mit niedriger Emissionsenergie Licht emittiert und von der Oberfläche der Vorrichtung weißes Licht abgegeben wird. Mit anderen Worten bewirken diese Mechanismen eine Mehrfarbenemission durch gleichzeitige Energieanregung mehrerer Arten von Farbstoffen oder Energietransfer zwischen mehreren Arten von Farbstoffen.
In der Methode der Lichtemission durch Energietransfer zwischen verschiedenen Materialien beträgt ein Potentialradius eines ionisierten Moleküls, welcher ein für den Energietransfer erforderlicher Abstand ist, theoretisch höchstens 15 nm. Infolgedessen kann man theoretisch annehmen, daß der Energietransfer wirksam abläuft, wenn die Dicke der Lichtemissionsschicht mit hoher Emissionsenergie und die Dicke der benachbarten Lichtemissionsschicht mit niedriger Emissionsenergie innerhalb 15 nm von der Grenzfläche der zwei Schichten liegt.
In neueren Jahren wurde eine Farbkonversionsmethode (color conversion method = CCM) untersucht als eine der Methoden zur Herstellung einer Mehrfarben- oder Vollfarbenanzeige unter Verwendung von organischen EL-Vorrichtungen. Diese Methode verwendet eine Farbkonversionsschicht, die ein Farbkonversionsmaterial enthält, welches nahes ultraviolettes Licht, blaues Licht, blaugrünes Licht oder weißes Licht absorbiert, das von der organischen EL-Vorrichtung emittiert wird, und Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich durch Wellenlängenverteilungskonversion emittiert. Die Farbkonversionsmethode erhöht die Freiheit der Auswahl von Lichtquellen, da die Farbe des emittierten Lichts der Lichtquelle nicht auf weißes Licht begrenzt ist. Beispielsweise kann bei Verwendung einer organischen EL-Vorrichtung, die blaues oder blaugrünes Farblicht emittiert, grünes und rotes Farblicht erhalten werden durch die Konversion der Wellenlängenverteilung. Zusätzlich zu dem Verfahren der Kombination einer organischen EL-Vorrichtung mit einer Farbkonversionsschicht, die auf einem getrennten Substrat vorliegt, wurde kürzlich ein Typ von organischer EL-Vorrichtung vorgeschlagen, der eine Farbkonversionsfunktion innerhalb der Vorrichtung vornimmt (beispielsweise Patentdokumente 8 und 9), der zusätzlich zu einer Lichtemissionsschicht mit einer Schicht versehen ist, die Farbkonversion durchführt.

Patentdokument 1: Patent JP 2991450
Patentdokument 2: Patentanmeldung Nr. JP 2000-243563 A
Patentdokument 3: Patent US 5,683,823
Patentdokument 4: Patentanmeldung JP 2002-935838 A
Patentdokument 5: Patentanmeldung JP 2003-86380 A
Patentdokument 6: Patentanmeldung JP H7-142169 A
Patentdokument 7: Patentanmeldung JP H6-215874 A
Patentdokument 8: Patentanmeldung JP H6-203963 A
Patentdokument 9: Patentanmeldung JP 2001-279238 A
Patentdokument 10: Patentanmeldung JP 2004-115441 A
Patentdokument 11: Patentanmeldung JP 2003 212875 A
Patentdokument 12: Patentanmeldung JP 2003-238516 A
Patentdokument 13: Patentannmeldung JP 2003-81924 A
Patentdokument 14: WO 2003/0048268
Patentdokument 15: Patent JP 2772019
Nicht-Patentdokument 1: J. Kido et al., Science 267, 1332 (1995)
Nicht-Patentdokument 2: J. Kido et al., Appl. Phys. Lett., 67(16) 2281–2283 (1995)
Nicht-Patentdokument 3: Endo et al., Extended Abstract of the 44th Meeting of the Japan Society of Applied Physics and Related Societies, Nr. 29p-NK-1, 1151 (1997) (in japanisch)
Nicht-Patentdokument 4: Deshpande et al., Appl. Phys. Lett., 75, 888 (1999).

Beschreibung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weißes Licht oder hellblaues Licht emittierende organische EL-Vorrichtung zu schaffen, die geringe Veränderung im Emissionswirkungsgrad zeigt, die Anwendung von Herstellungsverfahren für übliche organische EL-Vorrichtungen zuläßt und die emittierte Farbe im Verlauf der Betriebszeit oder Größe des zugeführten Stroms kaum verändert.
Ein Material, das in einer organischen EL-Vorrichtung verwendet werden soll, die innerhalb der Vorrichtung eine Farbkonversionsfunktion durchführen soll, unterliegt strengen Bedingungen, nämlich, daß das Material gleichzeitig die folgenden Bedingungen erfüllt: das Material hindert nicht die Bewegung von Trägern (Elektronen oder Löchern) zur Lichtemissionsschicht; das Material verursacht keine nicht-strahlende Deaktivierung, wie Exziplexbildung im EL-Emissionsmaterial in der Trägerrekombinationsschicht (Lichtemissionsschicht); und das Material konvertiert das in der Lichtemissionsschicht erzeugte Licht mit hohem Wirkungsgrad in Licht im gewünschten Wellenlängenbereich. Demgemäß ist es eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine organische EL-Vorrichtung zu schaffen, die eine Struktur hat, welche diese Bedingungen erfüllt und den Bereich für die Materialauswahl erweitert.
Eine organische EL-Vorrichtung der Erfindung weist eine organische EL-Schicht auf, die als Sandwich eingeschoben ist zwischen einem Paar von Elektroden, wobei die organische EL-Schicht wenigstens eine Trägerrekombinationsschicht und eine oder mehrere Träger-Nicht-Rekombinationsschichten aufweist; die Trägerrekombinationsschicht emittiert EL-Licht in blau bis blaugrüner Farbe mit einer Peakwellenlänge von 400 bis 500 nm durch Rekombiantion der in die organische EL-Vorrichtung injizierten Träger; die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht hat eine Trägerinjektion/Transporteigenschaft und emittiert ein Wirtsmaterial, das wenigstens einen Teil des EL-Lichts absorbiert und eine oder mehrere Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffen enthält, die PL-Licht mit niedrigerer Energie als die des EL-Lichts emittieren; wobei ein Abstand zwischen der Trägerrekombinationsschicht und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht wenigstens 15 nm beträgt. Die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht kann eine Lochinjektionsschicht, eine Elektroneninjektionsschicht oder eine Lochinjektions/Transportschicht sein. Die organische EL-Vorrichtung kann so ausgelegt sein, daß sie ein Teil des vom Wirtsmaterial nicht absorbierten EL-Lichts und das PL-Licht, das gelbes oder rotes Licht sein kann, und schließlich weißes Licht emittiert. Das PL-lichtemittierende Farbstoffmaterial kann ein Typ von Material sein. Das Paar von Elektroden ist eine Anode und eine Kathode. Die organische EL-Schicht kann weiter eine nicht-emittierende Lochinjektionsschicht einschließen, die in Kontakt mit der Anode ist und ein die Lochinjektionswirkung steigerndes Mittel enthält. Die Kathode kann aus einem Material mit einer Arbeitsfunktion von nicht größer als 4,3 eV und einer Lichtreflektivität von wenigstens 90 % bestehen. Die Kathode kann aus einem transparenten leichten Material gebildet sein, und die Anode kann eine Lichtreflektivität von wenigstens 80 % haben.
In einer organischen EL-Vorrichtung mit der oben beschriebenen Struktur findet Blaulichtemission durch EL (Elektrolumineszenz), welche Trägerrekombination erfordert, nur in der Lichtemissionsschicht statt, und das Licht in anderen Farben wird emittiert durch PL (Photolumineszenz) durch Absorbieren eines Teils dieser Blaulichtemission. Im Fall einer mit mehreren Arten von EL emittierenden Farbstoffen dotierten Lichtemissionsschicht, wie im Stand der Technik, tritt ein Energietransfer zwischen diesen Farbstoffen ein und eine Emission von blauem Licht mit höherer Energie wird verhindert. Dagegen tritt ein solcher Energietransfer nicht ein in einer erfindungsgemäßen organischen EL-Vorrichtung, bei der ein Abstand zwischen einer Trägerrekombinationsschicht und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht auf wenigstens 15 nm eingestellt ist, wodurch der Emissionswirkungsgrad nicht herabgesetzt wird, indem ein Teil der Farbkonversionsfunktion vom Wirtsmaterial in der eine Fluoreszenzdotierung enthaltenden Schicht (Träger-Nicht-Rekombinationsschicht) getragen wird.
Da ein bestimmtes PL-lichtemittierendes Farbstoffmaterial eine konstante Quantenausbeute für die Absorption eines bestimmten Anregungslichts (EL-Licht) liefert, verändert sich die Emissionsintensität des PL-Emissionsfarbstoffmaterials im Verhältnis zur Intensität der EL-Emission. Daher verändert sich das Emissionsspektrum einer erfindungsgemäßen organischen EL-Vorrichtung kaum mit Veränderungen von Spannung und Strom der Ansteuerung, und das gewünschte weiße oder hellblaue Licht wird stabil emittiert. Selbst wenn sich die Intensität des EL-Lichts von der lichtemittierenden Schicht im Verlauf der Betriebszeit der organischen EL-Vorrichtung verändert, verändert sich auch die Intensität der PL-Emission infolge der Veränderung des EL-Lichts. Infolgedessen wird auch in diesem Fall das gewünschte weiße Licht oder hellblaue Licht stabil emittiert.
Figurenbeschreibung
1 ist eine schematische Schnittansicht und zeigt eine organische EL-Vorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
2 ist eine schematische Schnittansicht und zeigt eine organische EL-Vorrichtung der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
3 ist eine schematische Schnittansicht und zeigt eine organische EL-Vorrichtung der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
4 ist eine schematische Schnittansicht und zeigt eine organische EL-Vorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
5 ist eine schematische Schnittansicht und zeigt eine organische EL-Vorrichtung des Standes der Technik;
6 zeigt eine schematische Struktur einer PL-lichtemittierenden Träger-Nicht-Rekombinationsschicht gemäß der Erfindung; und
7 zeigt ein Beispiel einer schematischen Struktur mit einer Mehrzahl von PL-lichtemittierenden Träger-Nicht-Rekombinationsschichten gemäß der Erfindung.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Eine erfindungsgemäße organische EL-Vorrichtung weist eine Lichtemissionsschicht (Trägerrekombinationsschicht) und eine Träger-Nicht-Rekombinationsschicht auf, wobei letztere zusammengesetzt ist aus einem Wirtsmaterial, das Licht von der Lichtemissionsschicht absorbieren kann und mit einem PL-lichtemittierenden Farbstoff(en) (gelbes PL-lichtemittierendes Farbstoffmaterial oder ein rotes PL-lichtemittierendes Farbstoffmaterial) dotiert ist. Der Abstand zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht beträgt wenigstens 15 nm. In einer erfindungsgemäßen organischen EL-Vorrichtung emittieren die durch die angelegte Spannung injizierten Träger blaues bis blaugrünes Licht mit einer Peakwellenlänge von 400 nm bis 550 nm durch Elektrolumineszenz (EL) in der lichtemittierenden Schicht. Das Wirtsmaterial in der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht absorbiert einen Teil des EL-Lichts, und die vom Wirtsmaterial absorbierte Energie wird zu einem PL-lichtemittierenden Farbstoffmaterial übertragen, das gelbes Licht oder rotes Licht mit einer geringeren Energie (mit einer Wellenlänge im Bereich von 550 nm bis 750 nm) emittiert. Die zwei Typen von Licht, PL-Emissions- und EL-Emissionslicht werden gemischt und gleichzeitig durch die Substratoberfläche übertragen. Das bestrahlte Licht wird als hellblaues Licht oder weißes Licht gesehen. Kurz gesagt ist ein Merkmal der organischen EL-Vorrichtung der Erfindung, mehrfarbiges Licht durch Emission von Licht vom PL-emittierenden Farbstoffmaterial mit geringerer Emissionsenergie unter Verwendung von Licht als ein Transmissionsmedium in der organischen EL-Vorrichtung zu erhalten.
Zum Unterschied von der Technologie des Standes der Technik ist ein PL-lichtemittierendes Farbstoffmaterial, das in der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht enthalten ist, in der Erfindung mit einem Abstand von wenigstens 15 nm von der lichtemittierenden Schicht (welche blau bis blaugrün gefärbtes EL-Licht emittiert) getrennt und emittiert PL-Licht mit einer geringeren Energie (längerer Wellenlänge) durch EL-Lichtabsorption im Wirtsmaterial, die nicht auf einem Energietransfer von Exzitonen in der Trägerrekombinationsschicht beruht. Eine organische EL-Vorrichtung mit dieser Struktur zeigt die Charakteristik, daß das Emissionsspektrum sich bei Veränderung in Spannung und Strom der Ansteuerung kaum verändert. Das beruht darauf, daß eine Quantenausbeute von Licht, das durch ein besonderes Anregungslicht (EL-Licht) erzeugt wird, in einem bestimmten PL-lichtemittierenden Farbstoffmaterial konstant ist und die Intensität der Lichtemission vom PL-lichtemittierenden Farbstoffmaterial sich im Verhältnis der Intensität der EL-Lichtemission verändert. Wenn daher die Intensität der EL-Lichtemission verändert wird, verändert sich die PL-Lichtemission im Verhältnis zur EL-Emission.
Eine Träger-Nicht-Rekombinationsschicht in der erfindungsgemäßen organischen EL-Vorrichtung ist irgendeine von einer Lochinjektionsschicht, einer Elektroneninjektionsschicht, einer Lochinjektions/Transportschicht, welche beide Funktionen von Lochinjektion und Lochtransport ausführt, und einer Elektroneninjektions/Transportschicht, welche beide Funktionen von Elektroneninjektion und Elektronentransport ausführt. Eine Träger-Nicht-Rekombinationsschicht dieser Erfindung ist vorzugsweise von einer Trägerrekombinationsschicht mit einem Abstand von wenigstens 15 nm getrennt, um nicht-strahlende (nichtradiative) Deaktivierung des PL-lichtemittierenden Farbstoffmaterials infolge Exziplexbildung mit dem EL-lichtemittierenden Material in der Trägerrekombinationsschicht (lichtemittierende Schicht) oder Trägertransfer von dem EL-lichtemittierenden Material zu vermeiden. Hinsichtlich der Unterdrückung von Ansteuerungsspannung liegt der Abstand zwischen der Trägerrekombinationsschicht und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht vorzugsweise im Bereich von 15 bis 50 nm, mehr bevorzugt im Bereich von 15 bis 30 nm.
Eine erfindungsgemäße Träger-Nicht-Rekombinationsschicht kann zusammengesetzt sein aus (a) einem Wirtsmaterial, das EL-Licht absorbiert, das Licht mit blauer bis blaugrüner Farbe ist, und eine Eigenschaft von Träger (Loch oder Elektron) Injektion/Transport hat und (b) einer oder mehr Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffmaterialien, die Energie des Wirtsmaterials, das das EL-Licht absorbiert hat, empfangen und Licht im Wellenlängenbereich von 550 nm bis 750 nm emittieren.
6 zeigt ein Beispiel einer Struktur der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht 70 mit einem Wirtsmaterial 71 und zwei Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffen 72 und 73. Das Wirtsmaterial 71 hat eine höhere Anregungsenergie als die zwei Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffen 72 und 73, das heißt, das Wirtsmaterial zeigt Absorption im kürzeren Wellenlängenbereich. Im Beispiel der 6 wird angenommen, daß die Anregungsenergie der Materialien in der Reihenfolge von der höchsten zur niedrigsten die des Wirtsmaterials 71, des PL-lichtemittierenden Farbstoffs 72 und des PL-lichtemittierenden Farbstoffs 73 ist. Ein Teil des EL-Lichts 75 von der lichtemittierenden Schicht wird vom Wirtsmaterial 71 absorbiert, das die höchste Anregungsenergie hat, und regt das Wirtsmaterial 71 an. Ein Energietransfer tritt vom angeregten Wirtsmaterial 71 zum PL-lichtemittierenden Farbstoff 72 auf durch irgendeinen Vorgang wie Dipol-Dipol-Wechselwirkung (Förster-Modell) und PL-Lichtemissions-Reabsorption. Der PL-lichtemittierende Farbstoff 72 kann PL-Licht 76 emittieren oder ein Energietransfer kann vom PL-lichtemittierenden Farbstoff 72 zum PL-lichtemittierenden Farbstoff 73, der seinerseits PL-Lichtemission 77 emittiert, auftreten. Diese Struktur vergrößert die Differenz in Peakemissionswellenlängen zwischen der Absorptionspeakwellenlänge des Wirtsmaterials 71, welches das EL-Licht zuerst absorbiert, und der Peakemissionswellenlänge des PL-Lichts emittierenden Farbstoffs 72 oder 73, welcher schließlich die PL-Lichtemission ausführt. Durch diesen Effekt wird der Auswahlbereich der PL-lichtemittierenden Farbstoffe erweitert. Obgleich in diesem Beispiel zwei Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffen dotiert sind, können auch drei oder mehr PL-lichtemittierende Farbstoffe ebenso gut verwendet werden.
Die Menge des von der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht absorbierten EL-Lichts kann durch Einstellung der Dicke der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteuert werden. Die Intensität des von der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht emittierten PL-Lichts kann durch Einstellung der Dotierungskonzentration des PL-lichtemittierenden Farbstoffmaterials in der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht zusätzlich zur Einstellung der Absorptionsmenge des EL-Lichts gesteuert werden. Daher kann die Farbe der von der Oberfläche der organischen EL-Vorrichtung erhaltenen Lichtemission leicht abgestimmt werden, indem man das Verhältnis zwischen der Menge des durch die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht gehenden EL-Lichts und der Intensität des PL-Lichts einstellt.
7 zeigt ein Beispiel einer Struktur, die eine Mehrzahl von Träger-Nicht-Rekombinationsschichten (70 und 80) verwendet. Das Wirtsmaterial 71 der ersten Träger-Nicht-Rekombinationsschicht 70 hat eine höhere Anregungsenergie als der PL-lichtemittierende Farbstoff 72, und das Wirtsmaterial 81 der zweiten Träger-Nicht-Rekombinationsschicht 80 hat eine höhere Anregungsenergie als der PL-lichtemittierende Farbstoff 82. In der Struktur der 7 wird ein Teil des EL-Lichts 85 von einer lichtemittierenden Schicht durch das Wirtsmaterial 71 der ersten Träger-Nicht-Rekombinationsschicht 70 absorbiert und regt das Wirtsmaterial 71 an. Dann tritt ein Energietransfer vom angeregten Wirtsmaterial 71 zum PL-lichtemittierenden Farbstoff 72 durch irgendeinen Vorgang wie Dipol-Dipol-Wechselwirkung (Förster-Modell) und PL-Emissions-Reabsorptionsvorgang auf, und es erfolgt die ersten PL-Emission 86. Dann wird ein Teil des EL-Lichts 85 und ein Teil der ersten PL-Emission 86 vom Wirtsmaterial 81 der zweiten Träger-Nicht-Rekombinationsschicht 80 absorbiert und regt das Wirtsmaterial 81 an. Ein Energietransfer erfolgt vom angeregten Wirtsmaterial 81 zum PL-lichtemittierenden Farbstoff 82, und es tritt die zweite PL-Emission 87(a, b) ein. Die Mehrstufenstruktur, die mehrere Schichten verwendet, erhöht den Unterschied in der Wellenlänge zwischen der Absorptionspeakwellenlänge des Wirtsmaterials 71, welches zuerst EL-Licht absorbiert, und der Emissionspeakwellenlänge des PL-lichtemittierenden Farbstoffs 82, der schließlich PL-Licht emittiert. Dieser Effekt ist vorteilhaft zur Erweiterung des Auswahlbereiches des PL-lichtemittierenden Farbstoffmaterials wie oben beschrieben.
Die Zweischichtstruktur der Träger-Nicht-Rekombinationsschichten erlaubt die Auswahl von optimalem Wirtsmaterial für jede der zwei Typen von PL-lichtemittierenden Farbstoffe 72 und 82, was vorteilhaft ist zur Steigerung des Wirkungsgrads der organischen EL-Vorrichtung. Das Abstimmen des Spektrums der von der Vorrichtung erhaltenen Lichtemission kann leichter durchgeführt werden, indem man die Lichtintensitäten von nicht-adsorbierter Komponente des EL-Lichts 85 und der ersten und zweiten PL-Emission 86 und 87(a, b) steuert, was ausgeführt werden kann, indem man die Filmdicke, die Dotierungskonzentration des PL-lichtemittierenden Farbstoffs und die Arten des Wirtsmaterials und des PL-lichtemittierenden Farbstoff in jeder der Träger-Nicht-Rekombinationsschichten unabhängig für jede Schicht einstellt. Obgleich das Beispiel zwei Träger-Nicht-Rekombinationsschichten umfaßt, die jede mit einer Art von PL-lichtemittierendem Farbstoff dotiert sind, können in jeder Schicht zwei oder mehr PL-lichtemittierende Farbstoffe vorhanden sein, und die Anzahl der Träger-Nicht-Rekombiantionsschichten kann drei oder mehr betragen.
In einer erfindungsgemäßen organischen EL-Vorrichtung ist die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht, welche die Farbkonversion durch PL-Lichtemission durchführt, innerhalb der organischen EL-Vorrichtung lokalisiert. Infolgedessen tritt das EL-Licht in den Träger-Nicht-Rekombinationsteil unter Vermeidung des Effekts einer Totalreflexion an der Grenzfläche mit einer transparenten Elektrode ein, was eines der Probleme in der CCM-Methode war. Daher kann das EL-Licht in blauer bis blaugrüner Farbe wirksamer zu roter Farbe konvertiert werden. Zusätzlich kann der Konversionswirkungsgrad in rotes Licht frei eingestellt werden, ohne die Strom-Spannungs-Charakteristik einer organischen EL-Vorrichtung zu verschlechtern.
Es ist zu erwarten, daß erfindungsgemäße organische EL-Vorrichtungen angewendet werden können für Hintergrundbeleuchtung für monochromatische Anzeigen und für weiße Hintergrundbeleuchtungen für organische Vollfarben-EL-Vorrichtungen, welche die Farbfiltermethode verwenden (beispielsweise unter Verwendung von RGB-Farbfiltern).
Einige bevorzugte Ausführungsformen werden im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht einer organischen EL-Vorrichtung einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Eine organische EL-Vorrichtung 10 weist eine erste Anode 2, eine organische EL-Schicht (einschließlich einer PL-lichtemittierenden Lochinjektionsschicht 13, einer Lochtransportschicht 4, einer lichtemittierenden Schicht 5, einer Elektronentransportschicht 6 und einer Elektroneninjektionsschicht 7) und eine Kathode 8 auf, die der Reihe nach auf einem transparenten Substrat geschichtet sind. Jede der Anode 2 und Kathode 8 kann transparent oder reflektierend sein, wobei einer der zwei transparent und die andere reflektierend gewünscht ist.
Das transparente Substrat 1 ist vorzugsweise für sichtbares Licht (Wellenlängen im Bereich von 400 bis 700 nm) transparent. Das transparente Substrat muß bei den Bedingungen im Verfahren der Bildung der oberen Schichten über dem Substrat beständig sein. Es ist auch eine gute Dimensionsstabilität erwünscht. Zu brauchbaren Materialien für das transparente Substrat 1 gehören Quarz, Flachglas, Harzfilme und Folien von Polyester, Poly(methylmethacrylat), Polycarbonat, Polysulfon und dergleichen.
Das Material der Anode 2 ist ausgewählt aus Materialien mit einer hohen Arbeitsfunktion von wenigstens 4,7 eV, um die Energieschwelle bei Lochinjektion herabzusetzen. Die Anode 2 kann transparent oder reflektierend sein. Im Fall, daß Licht von der organischen EL-Vorrichtung von der Seite des transparenten Substrats 1 ausgeleitet wird, ist es erwünscht, daß die Anode 2 transparent ist (eine Durchlässigkeit von mehr als 80 % für das sichtbare Licht zeigt). Eine transparente Anode 2 kann aus einem transparenten leitenden Material gebildet werden, das allgemein als eine transparente Elektrode bekannt ist. Zu solchen Materialien gehören leitende anorganische Verbindungen, beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid), IZO (Indiumzinkoxid), SnO₂, ZnO₂, TiN, ZrN, HfN, TiO_x, VO_x, CuI, InN, GaN, CuAlO₂, Cu- GaO₂, SrCu₂O₂, LaB₆ und RuO₂. Diese Materialien werden auf dem transparenten Substrat 1 mittels einer Vakuumverdampfungsmethode oder einer Sputtermethode abgeschieden.
Im Fall, daß das Licht von der organischen EL-Vorrichtung von der Seite der Kathode 8 ausgeleitet wird, ist es erwünscht, daß die Anode 2 reflektierend ist. Eine reflektierende Anode 2 hat vorzugsweise eine Reflektivität von wenigstens 80 % für sichtbares Licht. Die Anode kann gebildet werden durch Beschichten eines der erwähnten transparenten leitenden Materialien mit einem Material, das ausgewählt ist aus einem Metall, einer amorphen Legierung oder mikrokristallinen Legierung mit hoher Reflektivität. Zu brauchbaren Metallen mit hoher Reflektivität gehören Al, Ag, Mo, W, Ni und Cr. Zu brauchbaren amorphen Legierungen mit hoher Reflektivität gehören NiP, NiB, CrP und CrB. zu brauchbaren mikrokristallinen Legierungen mit hoher Reflektivität gehört NiAl.
Das Material der Kathode 8 wird in erster Linie ausgewählt aus Materialien mit niedriger Arbeitsfunktion von höchstens 4,3 eV, um die Energieschwelle bei der Elektroneninjektion zu verringern. Die Kathode 8 kann transparent oder reflektierend sein. Falls das Licht von der organischen EL-Vorrichtung von der Seite des transparenten Substrats 1 ausgeleitet wird, ist es erwünscht, daß die Kathode 8 reflektierend ist (vorzugsweise Reflektivität für sichtbares Licht von wenigstens 90 %). Eine reflektierende Kathode 8 wird gebildet aus einem Material, das ausgewählt ist aus Alkalimetallen, wie Li, Na und K, Erdalkalimetallen, wie Mg und Ca und seltene Erdenmetalle, wie Eu und Legierungen dieser Metalle mit Al, Ag, In und dergleichen. Das Kathodenmaterial kann auch ausgebildet werden aus den Metallen Al, Zr, Ti, Y, Sc und Si und Legierungen, die diese Metalle enthalten.
Falls das Licht einer organischen EL-Vorrichtung von der Seite der Kathode 8 abgenommen wird, ist es erwünscht, daß die Kathode 8 transparent ist. Eine transparente Kathode 8 kann unter Verwendung des oben erwähnten transparenten leitenden Materials gebildet werden.
Wenn eine Kathode aus einem transparenten leitenden Material hergestellt wird, kann eine Pufferschicht mit Elektroneninjektionseigenschaft an der Grenzfläche zwischen der Kathode und der organischen EL-Schicht ausgebildet werden, um den Wirkungsgrad der Elektroneninjektion zu steigern. Zu brauchbaren Materialien für die Pufferschicht gehören Alkalimetalle, wie Li, Na, K und Cs, Erdalkalimetalle, wie Ba und Sr und Legierungen, die diese Metalle enthalten, seltene Erdenmetalle und Fluoride dieser Metalle, obgleich nicht auf diese Materialien begrenzt. Die Dicke der Pufferschicht kann in geeigneter Weise festgelegt werden und unter Berücksichtigung der Ansteuerungsspannung und Transparenz und beträgt in Normalfällen vorzugsweise höchstens 10 nm.
Eine PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 kann zusammengesetzt sein aus a) einem Wirtsmaterial, das EL-Licht absorbiert, das blaues oder graugrünes Farblicht ist und die Eigenschaft von Träger (Loch oder Elektronen) Injektion/Transport hat, und b) einer oder mehreren Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffen, die Energie des Wirtsmaterial, welches das EL-Licht absorbiert hat, empfangen und Licht im Wellenlängenbereich von 550 nm bis 750 nm emittieren.
Zu Wirtsmaterialien, die für die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 in der Erfindung brauchbar sind, gehören Lochtransportmaterialien mit einer Peryleneinheit von hohem Molekulargewicht, wie BAPP, BABP, CzPP und CzBP (Patentdokument 10). Das Wirtsmaterial kann auch ausgewählt sein aus fluoreszierenden Materialien mit Lochtransporteigenschaft, einschließlich aza-aromatischen Verbindungen mit aza-Fluoranthenskelett, verbunden mit einer Arylaminogruppe (Patentdokument 11), kondensierten aromatischen Verbindungen mit Fluoranthenskelett, verbunden mit Aminogruppe (Patentdokument 12), triphenylenaromatische Verbindungen mit Aminogruppe (Patentdokument 13) und perylenaromatischen Verbindungen mit Aminogruppe (Patentdokument 4).
Der PL-lichtemittierende Farbstoff, der in die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 dotiert werden kann, ist ein PL-lichtemittierender Farbstoff, der hohe Beständigkeit aufweist und gelbes bis rotes Licht emittiert und ausgewählt werden kann aus Dicyaninfarbstoffen, wie 4-Dicyanomethylen-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran (DCM); Pyridinmaterial, wie 1-Ethyl-2-(4-(p-dimethylaminophenyl)-1,3-butadienyl)-pyridiumperchlorat (Pyridin 1); Xanthenmaterialien mit Rhodamineinheit; Oxazinmaterial, Cumarinfarbstoffe, wie beispielsweise in Patentdokument 6 angegeben, Acridinfarbstoffe und andere Stoffe mit kondensiertem aromatischem Ring. Zu brauchbaren Stoffen gehören weiter neuerdings entwickelte Stoffe, beispielsweise Styrylverbindungen, die gelbes bis rotes Licht emittieren können, Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrolderivate, Benzimidazolverbindungen mit kondensiertem thiadiazolheterozyklischem Skelett, Porphyrinderivatverbindungen, Chinacridonverbindungen und bis(Aminostyryl)naphthalinverbindungen. Andere untersuchte Materialien können verwendet werden, wie ein Naphthalimidoderivat, Thiadiazolopyridinderivat, Pyrrolopyridinderivat und Naphththyridinderivat. Es können auch grüne fluoreszierende Farbstoffe mit Cumarineinheit dotiert werden. Brauchbare fluoreszierende Stoffe in der Erfindung sind nicht begrenzt durch den Stand der Technik in der Entwicklung der Chemie. Zu noch anderen brauchbaren Stoffen gehören Komplexe von seltenen Erden, die ausgezeichnete Emissionsfarbe haben (Patentdokument 15) und phosphoreszierende Stoffe, die eine hochwirksame Emission erreichen, wie Iridiumkomplex und Palladiumkomplex.
Die Lochtransportschicht 4 in dieser Ausführungsform definiert den Abstand zwischen der Trägerrekombinationsschicht (lichtemittierende Schicht) und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht (PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13) und hat vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 15 nm. Die Lochtransportschicht 4 kann aus einer Verbindung gebildet werden, die Löcher transportieren kann und leicht zu einer dünnen Schicht geformt werden kann. Eine Schicht dieses Materials liefert eine gute Lochtransportwirkung zum glatten und wirksamen Transport von Löchern in die Lichtemissionsschicht 5 und verhindert, daß Elektronen sich in die Lochtransportschicht 4 bewegen. Zu speziellen Materialien gehören hydriertes amorphes Silizium vom p-Typ, hydriertes amorphes Siliziumcarbid vom p-Typ, p-Typ Zinksulfid und p-Typ Zinkselenid. Diese Stoffe können durch ein trockenes Abscheidungsverfahren, wie Vakuumverdampfungsverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren abgeschieden werden.
Die Lochtransportschicht kann unter Verwendung eines bekannten organischen Materials gebildet werden, das ausgewählt ist aus Phenylaminpolymermaterialien, wie N,N'-Bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, N,N-Diphenyl-N,N'-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamin, 1,1-bis(4-Di-p-tolylaminophenyl)cyclohexan und 4,4'-Bis(N-(1-naphthyl)-N-phenylamino)biphenyl; Hydrazonverbindungen; Silazanverbindungen, Chinacridonverbindungen und Phthalocyaninderivaten (einschließlich Metallkoordinationskomplexe, wie Kupferphthalocyanin). Diese Materialien können auf einem Substrat mit einer üblichen Vakuumverdampfungsmethode abgeschieden werden. Auch Polymere von Poly(vinylcarbazol), Polysilan und dergleichen können als ein Material einer Lochinjektionsschicht verwendet werden. Eine Schicht dieser Materialien kann gebildet werden durch Auflösen in einem organischen Lösungsmittel in Begleitung eines Bindemittels, wie Polycarbonat, Polyacrylat oder Polyester und dann Aufbringen und Trocknen. Organische Materialien, ausgenommen Polymermaterialien können auch durch Vakuumverdampfungsmethode geformt werden. Die Filmbildungsmethoden sind nicht auf die oben erwähnten begrenzt.
Die Lichtemissionsschicht 5 emittiert blaues bis blaugrünes Licht durch die Energie, die bei der Rekombination der Löcher freigesetzt wird, die von der Anode 2 durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und die Lochtransportschicht 4 injiziert werden, und die Elektronen, die von der Kathode 8 durch die Elektroneninjektionsschicht 7 und die Elektronentransportschicht 6 injiziert werden. Ein Material der Lichtemissionsschicht 5 kann ausgewählt werden aus einem Oxazolmetallkomplex, Distyroylbenzolderivat, Styrylamin enthaltendem Polycarbonat, Oxadiazolderivat, Azomethinzinkkomplex und Aluminiumkomplex.
Die Lichtemissionsschicht 5 kann unter Verwendung dieser Materialien als ein Wirt gebildet und wie erforderlich, mit einem blauen Fluoreszenzfarbstoff dotiert sein. Verschiedene lichtemittierende organische Stoffe können zum Dotieren in der Lichtemissionsschicht 5 verwendet werden. Zu bekannten Beispielen solcher Materialien gehören: Anthracen, Naphthalin, Pyren, Tetracen, Coronen, Perylen, Phthaloperylen, Naphthaloperylen, Diphenylbutadien, Tetraphenylbutadien, Oxadiazol, Bisbenzoxazolin, Bisstyryl, Cyclopentadien, Chinolinmetallkomplex, Tris(8-hydroxychinolinato)aluminiumkomplex, Tris(4-methyl-8-hydroxychinolinato)aluminiumkomplex, Tris(5-phenyl-8-hydroxychinolinato)aluminiumkomplex, Aminochinolinmetallkomplex, Benzochinolinmetallkomplex, Tri-(p-terphenyl-4-yl)amin, 1-Ary1-2,5-di(2-thienyl)pyrrolderivat, Pyran, Chinacridon, Distyrylbenzolderivat, Distyrylarylenderivat und ein Molekül mit einer Gruppe einer dieser lichtemittierenden Verbindungen, obgleich nicht auf diese Substanzen beschränkt. Zusätzlich zu den vom Fluoreszenzfarbstoff abgeleiteten Verbindungen, die von diesen Verbindungen repräsentiert werden, können auch lichtemittierende Materialien, die aus Tripletstatus Phosphoreszenz emittieren können, mit Vorteil verwendet werden.
Brauchbare Materialien für die Elektroneninjektionsschicht 7 und die Elektronentransportschicht 6 in der Erfindung können ausgewählt werden aus Materialien, die Elektronen injizieren und transportieren können und die leicht zu einer Dünnschicht geformt werden können. Eine Schicht dieser Materialien liefert einen guten Elektronentransporteffekt, um Elektronen glatt und wirksam in die Lichtemissionsschicht 5 zu transportieren, und verhindert, daß Löcher sich in die Elektronentransportschicht 6 bewegen. Zu spezifischen Materialien gehören Fluoren, Bathophenanthrolin, Bathocuproin, Anthrachinodimethan, Diphenochi non, Imidazol, Anthrachinodimethan und Verbindungen dieser Stoffe, Metallkomplexverbindungen und stickstoffhaltige fünfgliedrige Ringderivate. Zu erfindungsgemäß brauchbaren Metallkomplexverbindungen gehören Tris(8-hydroxychinolinato)aluminium, Tris(2-methyl-8-hydroxychinolinato)aluminium, Tris(8-hydroxychinolinato)gallium, Bis(10-hydroxybenzo[h]chinolinato)beryllium, Bis(10-hydroxybenzo[h]chinolinato)zink, Bis(2-methyl-8-hydroxychinolinato)(o-cresolato)gallium, Bis(2-methyl-8-hydroxychinolinato)(1-naphtholato)aluminium, obgleich nicht auf diese Stoffe begrenzt. Zu stickstoffhaltigen fünfgliedrigen Ringderivaten, die erfindungsgemäß brauchbar sind, gehören Oxazol-, Thiazol- Oxadiazol-, Thiadiazol- und Triazolderivate. Zu speziellen Verbindungen solcher Derivate gehören 2,5-Bis(1-phenyl)-1,3-oxazol, 2,5-Bis(1-phenyl)-1,3-thiazol, 2,5-Bis(1-phenyl)-1,3,4-oxadiazol, 2-(4'-t-Butylphenyl)-5-(4'-biphenyl)-1;3,4-oxadiazol, 2,5-Bis(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazol, 1,4-Bis[2-(5-phenylthiadiazolyl))benzol, 2,5-Bis(1-naphthyl)-1,3,4-triazol, 3-(4-Biphenyl)-4-phenyl-5-(4-t-butylphenyl)-1,2,4-triazol, obgleich nicht auf diese Stoffe begrenzt. Zusätzlich können auch Polymermaterialien verwendet werden, die in polymeren organischen Elektrolumineszenzvorrichtungen verwendet werden. Zu solchen Materialien gehören Polyparaphenylen und dessen Derivate und Fluoren und dessen Derivate.
In dieser Struktur, wenn die Anode 2 transparent und die Kathode 8 reflektierend ist, tritt das von der Lichtemissionsschicht 5 in Richtung auf die Anodenseite emittierte EL-Licht durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und andere Schichten und wird durch das transparente Substrat 1 emittiert. Das von der Lichtemissionsschicht 5 zur Kathodenseite emittierte EL-Licht wird an der Kathode 8 reflektiert und tritt wiederum durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und andere Schichten hindurch und wird durch das transparente Substrat 1 emittiert. In der PL-lichtemittierenden Lochinjektionsschicht 13 erfährt ein Teil des EL-Lichts eine Wellenlängenverteilungskonversion und wird zu gelbem bis rotem PL-Licht. Das EL-Licht und das PL-Licht werden gemischt und liefern eine Lichtemission der Gesamtvorrichtung in weißer oder hellblauer Farbe.
Im Gegensatz dazu, wenn die Anode 2 reflektierend und die Kathode 8 transparent ist, gelangt das von der Lichtemissionsschicht 5 in Richtung auf die Anodenseite emittierte EL-Licht durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und andere Schichten und erhält eine Wellenlängenverteilungskonversion. Das Licht wird an der Anode 2 reflektiert, tritt wieder durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und wird durch die Kathode 8 emittiert. In den zweimaligen Durchläufen durch die PL-lichtemittierende Lochinjektions schicht 13 erfährt ein Teil des EL-Lichts eine Wellenlängenverteilungskonversion und wird zu gelbem oder rotem PL-Licht. Das von der Lichtemissionsschicht 5 in Richtung auf die Kathodenseite emittierte EL-Licht wird durch die Kathode 8 emittiert, ohne daß es eine Wellenlängenverteilungskonversion erhält. Auch in diesem Fall werden das EL-Licht und das PL-Licht gemischt, und die Emission von der Vorrichtung als ganzes ist weißes oder hellblaues Licht. In dieser Ausführungsform ist keine transparente Elektrode (Anode 2) im Weg von der Erzeugung des EL-Lichts zur Konversion zum PL-Licht vorhanden. Als Ergebnis wird das EL-Licht wegen der Totalreflexion an der Grenzfläche mit einer transparenten Elektrode ohne Streuung in Richtung auf die Substratkante zur Wellenlängenverteilungskonversion verwendet. Daher kann weißes oder hellblaues Licht mit hohem Wirkungsgrad erhalten werden.
2 ist eine Querschnittsansicht einer organischen EL-Vorrichtung der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Eine organische EL-Vorrichtung 20 weist auf eine Anode 2, eine Lochinjektionsschicht 3, eine Lochtransportschicht 4, eine Lichtemissionsschicht 5, eine Elektronentransportschicht 6, eine PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und eine Kathode 8, die nacheinander als Schichten auf einem transparenten Substrat 1 ausgebildet sind.
Die organische EL-Vorrichtung 20 der zweiten Ausführungsform weist eine Lochinjektionsschicht 3 und eine PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 anstelle der PL-lichtemittierenden Lochinjektionsschicht 13 bzw. der Elektroneninjektionsschicht 7 in der organischen EL-Vorrichtung 10 der ersten Ausführungsform auf.
Die Lochinjektionsschicht 3 kann aus einem Material gebildet sein, das ausgewählt ist aus p-Typ hydriertes amorphes Silizium, p-Typ hydriertes amorphes Siliziumcarbid, p-Typ Zinksulfid, p-Typ Zinkselenid; Phenylaminpolymerverbindungen, wie N,N'-Bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, N,N-Diphenyl-N,N'-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamin, 1,1-Bis(4-di-p-tolylaminophenyl)cyclohexan und 4,4'-Bis(N-(1-p-naphthyl)-N-phenylamino)biphenyl; Hydrazonverbindungen; Silazanverbindungen, Chinacridonverbindungen; Phthalocyaninderivate (einschließlich Metallkoordinationskomplexe, wie Kupferphthalocyanin); Polyvinylcarbazol und Polysilan. Die Lochinjektionsschicht kann auf irgendeine im Stand der Technik bekannte Weise gebildet werden.
Eines der in der PL-lichtemittierenden Elektroneninjektionsschicht 27 in der Erfindung brauchbaren Wirtsmaterialien ist beispielsweise Znsq₂.
Der PL-lichtemittierende Farbstoff, der in der PL-lichtemittierenden Elektroneninjektionsschicht 27 brauchbar ist, kann der gleiche sein, wie der PL-lichtemittierende Farbstoff, der in die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 der ersten Ausführungsform dotiert ist.
Die Elektronentransportschicht 6 in dieser Ausführungsform definiert den Abstand zwischen der Trägerrekombinationsschicht (Lichtemissionsschicht) und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht (PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27) und hat vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 15 nm. Das Material zur Bildung der Elektronentransportschicht 6 kann das gleiche sein wie das Material für die Elektronentransportschicht der ersten Ausführungsform.
In der organischen EL-Vorrichtung 20 der zweiten Ausführungsform, wo die Anode 2 transparent und die Kathode 8 reflektierend ist, tritt das von der Lichtemissionsschicht 5 zur Kathodenseite emittiere EL-Licht durch die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und die anderen Schichten, wird an der Kathode 8 reflektiert, durchläuft wieder die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und andere Schichten und wird durch das transparente Substrat 1 emittiert. In den zwei Wegen durch die PL-lichtemittierende Elektronenschicht 27 erfährt ein Teil des PL-Lichtes eine Wellenlängenverteilungskonversion und wird zu gelbem oder rotem PL-Licht. Das von der Lichtemissionsschicht 5 zur Anodenseite emittierte EL-Licht wird durch das Substrat 1 emittiert. Das EL-Licht und PL-Licht werden gemischt, um insgesamt eine Emission in weißer oder hellblauer Farbe von der Vorrichtung zu liefern.
Wenn dagegen die Anode 2 reflektierend und die Kathode 8 transparent ist, tritt das von der Lichtemissionsschicht 5 zur Kathodenseite emittierte EL-Licht durch die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und andere Schichten und wird durch die Kathode 8 emittiert. Das von der Lichtemissionsschicht 5 zur Anodenseite emittierte EL-Licht wird an der Anode 2 reflektiert, tritt durch die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und andere Schichten und wird von der Kathode 8 emittiert. Das in beiden Richtungen wie oben beschrieben emittierte EL-Licht tritt durch die PL-lichtemittierende Elektro neninjektionsschicht 27 und andere Schichten und erhält teilweise eine Wellenlängenverteilungskonversion und wird zu gelbem oder rotem PL-Licht. Das emittierende EL-Licht und PL-Licht werden gemischt, um insgesamt eine Emission in weißem oder hellblauem Licht von der Vorrichtung zu liefern. Auch in dieser Ausführungsform ist keine transparente Elektrode (Anode 2) im Weg von der Erzeugung des EL-Lichts zur Umwandlung zum PL-Licht vorhanden. Infolgedessen kann die Wellenlängenverteilungskonversion mit einem hohen Wirkungsgrad durchgeführt und das weiße oder hellblaue Licht mit hohem Wirkungsgrad erhalten werden.
3 ist eine Querschnittsansicht einer organischen EL-Vorrichtung einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Eine organische EL-Vorrichtung 30 weist auf: eine Anode 2, eine PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13, eine Lochtransportschicht 4, eine Lichtemissionsschicht 5, eine Elektronentransportschicht 6, eine PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und eine Kathode 8, die der Reihe nach als Schichten auf einem transparenten Substrat 1 abgeschieden sind. Die Lochtransportschicht 4 und die Elektronentransportschicht 6 haben eine Dicke von wenigstens 15 nm.
Eine organische EL-Vorrichtung 30 der dritten Ausführungsform verwendet eine PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 anstelle der Elektroneninjektionsschicht 7 in der organischen EL-Vorrichtung 10 der ersten Ausführungsform. Die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 kann in der gleichen Weise wie in der zweiten Ausführungsform gebildet werden. Die organische EL-Vorrichtung 30 dieser Ausführungsform hat zwei Träger-Nicht-Rekombinationsschichten (PL-lichtemittierende Schichten): die PL-lichtemitierene Lochinjektionsschicht 13 und die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27.
In der organischen EL-Vorrichtung der dritten Ausführungsform, wo die Anode 2 transparent und die Kathode 8 reflektierend ist, tritt das EL-Licht von der Lichtemissionsschicht 5 zur Anodenseite durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und andere Schichten und wird durch das transparente Substrat 1 emittiert. Das EL-Licht von der Lichtemissionsschicht 5 tritt in Kathodenrichtung durch die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und andere Schichten, wird an der Kathode 8 reflektiert, tritt wiederum durch die PL-lichtemittierende Elektronenschicht 27 und wird durch das transparente Substrat 1 emittiert.
Wenn dagegen die Anode 2 reflektierend ist und die Kathode 8 transparent ist, tritt das EL-Licht von der Lichtemissionsschicht 5 zur Anodenseite durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und andere Schichten, wird an der Anode 2 reflektiert, läuft wiederum durch die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und andere Schichten und wird durch die Kathode 8 emittiert. Das EL-Licht von der Lichtemissionsschicht 5 zur Kathodenseite läuft durch die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 und andere Schichten und wird durch die Kathode 8 emittiert.
In beiden oben beschriebenen Fällen dieser Ausführungsform wird ein Teil des EL-Lichts (einschließlich des an der Kathode reflektierten EL-Lichts) einer Wellenlängeverteilungskonversion durch den PL-lichtemittierenden Farbstoff in der PL-lichtemittierenden Lochinjektionsschicht 13 unterworfen und wird zum ersten PL-Licht. Ein Teil des in der PL-lichtemittierenden Elektroneninjektionsschicht konvertierten EL-Lichts wird zum zweiten PL-Licht. Das erste und das zweite PL-Licht können irgendeine Farbe von Gelb bis Rot haben. Das erste und zweite PL-Licht können entweder die gleiche Lichtfarbe oder verschiedene Lichtfarbe haben. In einer Mischung des emittierten EL-Lichts und des ersten und zweiten PL-Lichts emittiert die Vorrichtung als ganzes Licht in weißer oder hellblauer Farbe. Auch in dieser Ausführungsform ist keine transparente Elektrode (Anode 2 oder Kathode 8) in der Wegstrecke von der Erzeugung des EL-Lichts zur Konversion zum PL-Licht vorhanden. Infolgedessen wird die Wellenlängenverteilungskonversion mit einem hohen Wirkungsgrad durchgeführt und weißes oder hellblaues Licht kann mit einem hohen Wirkungsgrad erhalten werden. Weiterhin können in dieser Ausführungsform PL-lichtemittierender Farbstoff für die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht 13 und der PL-lichtemittierende Farbstoff für die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht 27 aus verschiedenen Materialien ausgewählt werden, damit das erste PL-Licht und das zweite PL-Licht verschiedene Farben haben. Auf diese Weise kann ein solches weißes Licht erhalten werden, das genügend Intensität von Wellenlängenkomponenten im gesamten Bereich des sichtbaren Lichts enthält (beispielsweise weißes Licht, das die Wellenlängenkomponenten im Bereich der blauen Farbe, grünen Farbe und roten Farbe in genügend Intensität enthält). Ein solches Licht ist günstig als eine Lichtquelle einer Anzeige, die Farbfilter ohne Farbkonversionsfunktion verwendet.
4 ist eine Querschnittsansicht einer organischen EL-Vorrichtung einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Eine organische EL-Vorrichtung 40 weist auf: eine Anode 2, eine nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43, eine PL-lichtemittierende Lochin jektionsschicht 13, eine Lochtransportschicht 4, eine Lichtemissionsschicht 5, eine Elektronentransportschicht 6, eine Elektreneninjektionsschicht 7 und eine Kathode 8, die der Reihe nach auf einem transparenten Substrat 1 geschichtet sind. Konstruktionselemente außer der nicht-emittierenden Lochinjektionsschicht 43 sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
Die nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43 in dieser Ausführungsform besteht aus einem Wirtsmaterial und einem die Lochinjektionsfähigkeit steigernden Mittel, das in das Wirtsmaterial dotiert ist. Das Wirtsmaterial kann ausgewählt werden aus Stoffen, die in der Lochinjektionsschicht 3 in der zweiten Ausführungsform verwendet werden können.
Das die Lochinjektionsfähigkeit steigernde Mittel steigert die Fähigkeit zur Lochinjektion und die Lochtransportleistung von Löchern von der Anode, um die Ansteuer(Treiber)spannung zu verringern. Zu brauchbaren Mitteln gehören F₄-TCNQ (2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanochinodimethan), Fullerene (wie C₆₀), FeCl₃ und V₂O₅. Die nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43 enthält ein die Lochinjektionsfähigkeit steigerndes Mittel in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 4 Gew.-% Die Dicke der nicht-emittierenden Lochinjektionsschicht 43 liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 200 nm, vorzugsweise 20 bis 50 nm.
Obgleich diese Ausführungsform mit Bezug auf ein Beispiel beschrieben wurde, wo eine nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43 in einer organischen EL-Vorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet wurde, kann diese vierte Ausführungsform auch angewandt werden bei einer organischen EL-Vorrichtung der dritten Ausführungsform, in welcher eine nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43 zwischen der Anode 2 und der PL-lichtemittierenden Lochinjektionsschicht 13 angeordnet ist. Eine nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43 kann außerdem zwischen der PL-lichtemittierenden Lochinjektionsschicht 13 und der Lochtransportschicht in der ersten, dritten und vierten Ausführungsform ausgebildet sein. In einer organischen EL-Vorrichtung der zweiten Ausführungsform kann eine nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43 zwischen der Anode 2 und der Lochinjektionsschicht 3 angeordnet sein oder die nicht-emittierende Lochinjektionsschicht 43 kann anstelle der Lochinjektionsschicht 3 verwendet werden.
In bisher beschriebenen erfindungsgemäßen organischen EL-Vorrichtungen ist eine Schicht, die angeregt wird und durch die Energie von Trägerrekombination von Löchern/Elektronen Licht emittiert, nur die Lichtemissionsschicht 5, die blaues EL-Licht emittiert. Ein Teil dieses blauen EL-Lichts wird von einem Wirtsmaterial einer Trägerinjektionsschicht(en) (die eine Einzelschicht oder mehrere Schichten sein kann) absorbiert, welche keine Trägerrekombination zuläßt. Ein gelbes bis rotes PL-Licht emittierender Farbstoff (Farbstoffe), der (die) in die Trägerinjektionsschicht(en) dotiert ist (sind), konvertiert das blaue EL-Licht zu gelbem bis rotem PL-Licht. Beim Vorgang der Konversion von EL-Licht zu PL-Licht durchläuft das EL-Licht keine transparente Elektrode. Infolgedessen wird das EL-Licht nicht in Richtung auf die Substratkante gestreut. Daher ist ein hoher Energiewirkungsgrad gegeben.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird mit weiteren Einzelheiten mit Bezug auf einige besondere Beispiele beschrieben. Die Erfindung ist jedoch durch die Beschreibung dieser Beispiele nicht begrenzt. Zur Abscheidung von organischen Verbindungen, Metallen und Ladungserzeugungsschichten wurde eine Vakuumverdampfungsapparatur verwendet, die von Vieetech Japan, Co., Ltd. hergestellt wurde. Zur Steuerung der Abscheidungsgeschwindigkeit und Dicke der abgeschiedenen Substanz wurde ein Abscheidungsmonitor CRTM-8000 (Hersteller ULVAC Inc.), der einen Quarzoszillator benutzt und in der Verdampfungsapparatur installiert war, benutzt. Zum Messen einer aktuellen Dicke nach der Abscheidung wurde ein P10 Kontakt-Probestepmeter (Hersteller Tencor Corporation) verwendet. Die Bewertung von Charakteristika der Vorrichtung wurde unter Verwendung eines Source Meter 2400 (Hersteller Keithley Instruments Co., Ltd.) und Topcon BM 8 Luminenzmeter vorgenommen. An den in den folgenden Beispielen hergestellten Vorrichtungen wurden die Emissionshelligkeit, Emissionswirkungsgrad und maximale Emissionshelligkeit durch Anlegen einer Gleichspannung gemessen. Das EL-Lichtemissionsspektrum wurde bewertet, indem man die Vorrichtung mit einem konstanten Gleichstrom bei den Stromdichten von 4 A/cm², 10 A/cm² und 14 A/cm² betrieb. Das EL-Spektrum wurde gemessen unter Verwendung eines PMA-11 optischen Mehrkanalanalysators (Hersteller Hamamatsu Photonics K.K.)
Von den zur Herstellung der Vorrichtungen der folgenden Beispiele verwendeten organischen Materialien wurden fluoreszierende Materialienerworben von Idemitsu Kosan Co., Ltd. und phosphoreszierende Materialien erworben von Showa Denko Co., Ltd. Strukturformeln der in den Beispielen erfindungsgemäß üblicherweise verwendeten organischen Materialien sind im folgenden dargestellt.
[Chemische Formel 1]
[Chemische Formel 2]
Im folgenden wird ein Abriß des Herstellungsverfahrens von organischen EL-Vorrichtungen der Beispiele gegeben. Falls nicht in der Beschreibung jedes Beispiels anders angegeben, wurden die organischen EL-Vorrichtungen der Beispiele nach diesem Abriß hergestellt. Ein ITO-Glas (Hersteller Sanyo Vacuum Industries Co., Ltd.) wurde hergestellt, bei dem eine Anode 2 einer transparenten Elektrode mit einem Schichtwiderstand von 7 Ω/☐ durch Sputtern von ITO (Indiumzinnoxid) auf einem transparenten Substrat 1 einer 0,7 mm dicken Glasplatte gebildet war. Das ITO-Glas wurde mit Ultraschall gereinigt, indem nach einander Azeton, reines Wasser und Isopropylalkohol je 5 Minuten für jede Reinigungsflüssigkeit benutzt wurden. Nach dem Trocknen wurde das ITO-Glas weiter gereinigt durch 10 Minuten UV-Ozonreinigung.
Das ITO-Glas wurde dann in der Vakuumverdampfungsapparatur installiert, die auf 1 × 10^–6 Torr (1,33 × 10^–4 Pa) evakuiert wurde, und eine organische EL-Schicht wurde mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit 1 bis 2 Å/s abgeschieden. Auf der organischen EL-Schicht wurde eine 1 nm dicke LiF-Schicht mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 0,25 Å/s und eine Kathode 8 mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 5 Å/s abgeschieden. Die LiF-Schicht war eine Pufferschicht zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Elektroneninjektion von der Kathode 8 in die organische EL-Schicht. Die hergestellte Vorrichtung wurde, ohne sie der atmosphärischen Luft auszusetzen, in eine Handschuhbox mit einer trockenen Stickstoffatmosphäre mit einem Taupunkt unter –76°C transportiert.
In der Handschuhbox wurde ein Versiegelungsglassubstrat hergestellt, indem man ein Versiegelungsmaterial aus durch Ultraviolettlicht härtendem Harz auf den Umfang einer Glasplatte aufbrachte und auf einem Innenteil der Glasplatte ein Trocknungsmittel aus Bariumoxidpulver mit einem Klebstoff anbrachte. Das Versiegeln der organischen EL-Vorrichtung wurde in der Handschuhbox durchgeführt, indem man die Vorrichtung und das Versiegelungsglas zusammensetzte, wobei die Oberfläche einer organischen EL-Schicht der hergestellten EL-Vorrichtung der Oberfläche des Versiegelungsmaterials des Versiegelungsglases gegenüberlag und das Versiegelungsmaterial durch Bestrahlen mit ultraviolettem Licht härtete.
(Beispiel 1)
Eine organische EL-Vorrichtung des Beispiels 1 war eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Die organische EL-Vorrichtung des Beispiels 1 weist auf: eine Anode/PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht/Lochtransportschicht/Lichtemissionsschicht/Elektroneninjektions/Transportschicht/Pufferschicht/Kathode und hat eine Struktur von ITO (220 nm)/CzPP : PtOEP [9 Gew.-%] (200 nm)/TPD (15 nm)/DPVBi (30 nm)/Alq₃ (20 nm)/LiF (1 nm)/Al(100 nm).
Die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht wurde gebildet durch Abscheidung der Verbindungen CzPP und PtOEP mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkeiten von 100 : 9. Die Ergebnisse der Bewertung der erhaltenen organischen EL-Vorrichtung sind in Tabelle 1 angegeben, einschließlich maximale Helligkeit, maximaler Stromwirkungsgrad, halbe Breite (volle Breite bei halbem Maximum: full width at half maximum = FWHM) und Farbkoordinate (chromaticity coordinate) des emittierten Lichts im Betrieb bei Stromdichten von 0,4 A/cm² und 1 A/cm², und FWHM und Farbkoordinate des emittierten Lichts nach kontinuierlichem Emissionsbetrieb während 100 Stunden bei einer Stromdichte von 1 A/cm². Die maximale Helligkeit und der maximale Stromwirkungsgrad in dieser Beschreibung bedeuten jeweils die höchste Helligkeit und den höchsten Stromwirkungsgrad, die während kontinuierlichem Betriebs der Vorrichtung bei Zufuhr eines elektrischen Stroms mit einer vorgegebenen Stromdichte bis zum Versagen der Vorrichtung erhalten wurden.
(Beispiel 2)
Eine organische EL-Vorrichtung des Beispiels 2 war eine Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die organische EL-Vorrichtung des Beispiels 2 wies auf Anode/Lochinjektions-Transportschicht/Lichtemissionsschicht/Elektronentransportschicht/PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht/Pufferschicht/Kathode und hatte eine Struktur von ITO (220 nm)/TPD (40 nm)/DPVBi (30 nm)/BCP (15 nm)/Znsq₂ Rubren [8 Gew.-%] (80 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm).
Die PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht wurde gebildet durch Abscheidung der Verbindungen Znsq₂ und Rubren mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkeiten von 100 : 8. Ergebnisse der Bewertung der erhaltenen organischen EL-Vorrichtung sind in Tabelle 1 angegeben.
(Beispiel 3)
Eine organische EL-Vorrichtung des Beispiels 3 war eine Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese organische EL-Vorrichtung des Beispiels 3 wies auf: Anode/EL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht/Lochtransportschicht/lichtemittierende Schicht/Elektronentransportschicht/PL-lichtemittierende Elektroneninjektionsschicht/Pufferschicht/Kathode und hatte eine Struktur von ITO (220 nm)/CzPP : PtOEP [9 Gew.-%] (100 nm)/TPD (15 nm)/DPVBi (30 nm)/Alq₃ (20 nm)/PyPySPyPy : Rubren [8 Gew.-%] (40 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm).
Die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht wurde gebildet durch Abscheidung der Verbindungen CzPP und PtOEP mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkeiten von 100 : 9. Die PL-emittierende Injektionsschicht wurde gebildet durch Abscheidung der Verbindung PyPySPyPy und Rubren mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkei ten von 100 : 8. Die Ergebnisse der Bewertung der erhaltenen organischen EL-Vorrichtung sind in Tabelle 1 angegeben.
(Beispiel 4)
Eine organische EL-Vorrichtung des Beispiels 4 war eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, welche zwei PL-lichtemittierende Träger-Nicht-Rekombinationsschichten aufweist. Die organische EL-Vorrichtung des Beispiels 4 wies auf: Anode/erste PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht/zweite PL-lichtemittierente Lochinjektionsschicht/Lochtransportschicht/lichtemittierende Schicht/Elektroneninjektions-Transportschicht/Pufferschicht/Kathode und hatte eine Struktur von ITO (220 nm)/CzPP DCTJB [2 Gew.-%] (20 nm)/DBC2 : Cumarin 6 [2 Gew.-%] (80 nm)/TPD (15 nm)/DPVBi (30 nm)/PyPySPyPy (20 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm).
Die erste PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht war eine Lochinjektionsschicht, die mit einem roten Farbstoff DCTJB dotiert war und gebildet war durch Abscheidung der Verbindungen CzPP und DCTJB mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkeiten von 100 : 2. Die zweite PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht war eine Lochinjektionsschicht, die mit einem grünen Farbstoff Cumarin 6 dotiert war und gebildet war durch Abscheidung der Verbindungen DBC2 und des Cumarin 6 mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkeiten von 100 : 2. Ergebnisse der Bewertung der erhaltenen orgaischen EL-Vorrichtung sind in Tabelle 1 angegeben.
(Beispiel 5)
Eine organische EL-Vorrichtung des Beispiels 5 war eine Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung. Die organische EL-Vorrichtung des Beispiels 5 wies auf: Anode/nicht-emittierende Lochinjektionsschicht/PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht/PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht/Lochtransportschicht/Lichtemissionsschicht/Elektronentransportschicht/ Pufferschicht/Kathode und hatte eine Struktur von ITO (220 nm)/CzPP : F₄-TCNQ [3 Gew.-%] (40 nm)/CzPP : PtOEP [9 Gew.-%] (200 nm)/TPD (15 nm)/DPVBi (30 nm)/Alq₃ (20 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm).
Die PL-lichtemittierende Lochinjektionsschicht wurde gebildet durch Abscheidung der Verbindungen CzPP und PtOEP mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkeiten von 100 : 9. Die nicht-emittierende Lochinjektionsschicht wurde gebildet durch Abscheiden der Verbindungen CzPP und F₄-TCNQ mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwin digkeiten von 100 : 3. Die Ergebnisse der Bewertung der erhaltenen organischen EL-Vorrichtung sind in Tabelle 1 angegeben.
(Vergleichsbeispiel 1)
Eine organische EL-Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 war eine Vorrichtung gemäß einem in 5 gezeigten Stand der Technik, worin ein weißes Licht erhalten wird unter Verwendung einer lichtemittierenden Schicht 55, die mit einem Farbstoff dotiert ist. Die organische EL-Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 wies auf: Anode/Lochinjektions-Transportschicht/Lichtemissionsschicht/Elektroneninjektions-Transportschicht/Pufferschicht/Kathode und hatte eine Struktur von ITO (220 nm)/TPD (200 nm)/DPVBi : Rubren [0,3 Gew.-%] (30 nm)/Alq₃ (20 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm).
Die mit einem Farbstoff dotierte Lichtemissionsschicht 55 wurde gebildet durch Abscheidung der Verbindungen DPVBi und Rubren mit einem Verhältnis der Abscheidungsgeschwindigkeiten von 1000 : 3. Die Ergebnisse der Bewertung der erhaltenen organischen EL-Vorrichtung sind in Tabelle 1 angegeben.
Vergleichsbeispiel 2
Die Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 2 war eine organische EL-Vorrichtung mit einer Struktur nach dem Stand der Technik ohne eine Träger-Nicht-Rekombinationsschicht, die einen PL-lichtemittierenden Farbstoff enthielt. Die organische EL-Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 2 wies auf: Anode/Lochinjektions-Transportschicht/Lichtemissionsschicht/Elektroneninjektions-Transportschicht/Pufferschicht/Kathode und hatte eine Struktur von ITO (220 nm)/TPD (200 nm)/DPVBi (30 nm)/Alq₃ (20 nm)/LiF (1 nm)/Al (100 nm). Die Ergebnisse der Bewertung der erhaltenen organischen EL-Vorrichtung sind in Tabelle 1 angegeben. [Tabelle 1] Charakteristika von Vorrichtungen der Beispiele und Vergleichsbeispiele

Farbkoordinate = Chromatizitätskoordinate

Die Ergebnisse in Tabelle 1 bestätigen, daß die Veränderung der emittierten Farbe in Abhängigkeit von der Größe des Treiberstroms gering ist bei weißen EL-Vorrichtungen mit Strukturen der Beispiele im Vergleich mit den Vorrichtungen der Vergleichsbeispiele. Darüber hinaus wurde klargestellt, daß die emittierte Farbe sich in den weißen EL-Vorrichtungen mit Strukturen der Beispiele nicht verändert, selbst nach kontinuierlichem Gleichstromlichtemissionsbetrieb während 100 Stunden.
Zusammenfassung
Die Erfindung schafft eine Struktur eines weißes Licht abgebenden organischen EL-Elements mit einem guten Emissionswirkungsgrad, bei dem die Emissionsfarbe sich mit der Dauer des angelegten Stroms nicht verändert. Das organische EL-Element (10) hat eine organische EL-Schicht, die als Sandwich zwischen einem Paar von Elektroden (28) angeordnet ist und ist dadurch gekennzeichnet, daß die organische EL-Schicht wenigstens eine Träger-Rekombinationsschicht (5) und eine oder mehrere Träger-Nicht-Rekombinationsschichten (13) aufweist, wobei die Träger-Rekombinationsschicht blaues oder blaugrünes EL-Licht mit einer Peakwellenlänge von 400 bis 500 nm durch Rekombination von Trägern, die in das organische EL-Element injiziert werden, emittiert, die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht (13) ein Wirtsmaterial mit einer Träger-Injektions/Transportfähigkeit enthält, das wenigstens einen Teil des EL-Lichts absorbiert, und eine oder mehr Arten von PL-emittierendem Farbstoff enthält, der PL-Licht mit einer geringeren Energie als die des EL-Lichts emittiert, wobei der Abstand zwischen der Träger-Rekombinationsschicht und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht 15 nm oder mehr beträgt.

Claims

Organische EL-Vorrichtung mit einer organischen EL-Schicht, die als Sandwich zwischen einem Paar von Elektroden ausgebildet ist, wobei die organische EL-Schicht wenigstens eine Träger-Rekombinationsschicht und eine oder mehrere Träger-Nicht-Rekombinationsschichten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger-Rekombinationsschicht EL-Licht in blauer bis blaugrüner Farbe mit einer Peakwellenlänge von 400 bis 500 nm durch Rekombination der in die organische EL-Vorrichtung injizierten Träger emittiert; die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht eine Trägerinjektions/Transporteigenschaft hat und ein Wirtsmaterial enthält, das wenigstens einen Teil des EL-Lichts absorbiert und eine oder mehrere Arten von PL-lichtemittierenden Farbstoffen enthält, die PL-Licht mit geringerer Energie als die des EL-Lichts emittieren; wobei der Abstand zwischen der Trägerrekombinationsschicht und der Träger-Nicht-Rekombinationsschicht wenigstens 15 nm beträgt.
Organische EL-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Träger-Nicht-Rekombinationsschicht ausgewählt ist aus der Gruppe Lochinjektionsschicht, Elektroneninjektionsschicht und einer Lochinjektions-Transportschicht.
Organische EL-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die organische EL-Vorrichtung einen Teil des vom Wirtsmaterial nicht absorbierten EL-Lichts und das PL-Licht emittiert.
Organische EL-Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die organische EL-Vorrichtung weißes Licht emittiert.
Organische EL-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das PL-Licht gelbes oder rotes Licht ist.
Organische EL-Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das PL-lichtemittierende Farbstoffmaterial eine Art von Material ist.
Organische EL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Paar von Elektroden eine Anode und eine Kathode ist und die organische EL-Schicht weiter eine nicht-emittierende Lochinjektionsschicht aufweist, die in Kontakt mit der Anode ist und ein die Lochinjektionsfähigkeit steigerndes Mittel enthält.
Organische EL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Paar der Elektroden eine Anode und eine Kathode ist und die Kathode aus einem Material mit einer Arbeitsfunktion nicht größer als 4,3 eV und einer Lichtreflektivität von wenigstens 90 % hergestellt ist.
Organische EL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Paar der Elektroden eine Anode und eine Kathode ist und die Anode eine Lichtreflektivität von wenigstens 80 % hat und die Kathode aus einem transparenten leitenden Material gebildet ist.