DE69013393T2

DE69013393T2 - Organische Dünnschicht-EL-Vorrichtung.

Info

Publication number: DE69013393T2
Application number: DE69013393T
Authority: DE
Inventors: Masayasu Ishiko; Koji Utsugi
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-05-22
Also published as: EP0398764A2; DE69013393D1; US5093691A; JPH02305886A; EP0398764A3; EP0398764B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenzvorrichtung (EL-Vorrichtung) mit einer organischen Dünnschicht, insbesondere zur Verwendung als ebene Lichtquelle, als Anzeigevorrichtung oder dgl.

Beschreibung des Standes der Technik

Es wird erwartet, daß eine mit einem organischen Stoff hergestellte EL-Vorrichtung eine kostengünstige Mehrfarben-Anzeigevorrichtung großer Oberfläche verwirklicht. Beispielsweise wurde eine kondensierte, Mehrfachringe aufweisende aromatische Verbindung, wie Anthracen, Perylen oder dgl., durch Langmuir-Blodgett-Technik (LB), ein Vakuumaufdampfverfahren oder dgl. zu einer Dünnschicht unter Herstellung einer mit Gleichstrom betriebenen, eine organische Dünnschicht aufweisenden EL-Vorrichtung verfertigt und deren Lumineszenzeigenschaften wurden untersucht. Eine solche im Stand der Technik beschriebene EL-Vorrichtung mit organischer Dünnschicht erfordert jedoch eine hohe Steuerspannung, während ihre Lumineszenzhelligkeit und ihr Lumineszenzwirkungsgrad gegenüber jenen EL-Vorrichtungen auf der Basis einer anorganischen Dünnschicht schlechter sind. Außerdem zeigt sie eine beträchtliche Abnahme in den Lumineszenzeigenschaften und ist somit von einem praktischen Einsatz weit entfernt.
Kürzlich jedoch zog eine neue Form einer EL-Vorrichtung mit einer organischen Dünnschicht, die eine Doppelschichtstruktur von organischen Dünnschichten aufweist, große Aufmerksamkeit auf sich [Applied Physics Letters, Bd. 51, Nr. 12, Seiten 913-915 (1987)]. Gemäß diesem Bericht weist diese EL-Vorrichtung mit organischer Dünnschicht eine Doppelschichtstruktur, wie in der beigefügten Figur 1 dargestellt, auf, mit einer lumineszierenden organischen Dünnschicht 24, die aus stark fluoreszierendem Metallchelatkomplex und einer organischen Lochinjektionsschicht 23 hergestellt ist, letztere hergestellt aus einer Verbindung der Aminreihen, wobei die Schichten sandwichartig zwischen einer transparenten Indiumzinnoxid(ITO)-Elektrode 22 und einer Rückplatte 25 angeordnet sind und aufgrund einer derartigen Doppelschichtstruktur hellgrüne Lumineszenz anzeigen können. Wie angegeben, wurde schließlich bei einer Steuerspannung von 6 bis 7 Volt Gleichspannung eine Helligkeit von einigen 100 cd/m² und eine maximale Helligkeit von 1000 cd/m² bei 10 Volt erhalten. Außerdem zeigte sie einen maximalen Lumineszenzwirkungsgrad von 1,5 lm/W, was einem praktisch verwertbaren Maß nahekommt.
Diese Vorrichtung wird jedoch durch Gleichstrom angesteuert und um eine so hohe Helligkeit zu erlangen, erfordert sie einen stabilen Gleichstromfluß von mehr als 100 mA/cm². Die organische Lumineszenzschicht des bislang verwendeten Materials ist zur Verwirklichung eines stabilen hohen Stromflußes nicht zufriedenstellend aufgrund des Abbaus der Lumineszenzschicht durch elektrische Leitung und Morphologieänderung in der lumineszierenden Dünnschicht, wodurch eine Verminderung der Elektronen- und Lochinjektion in die organische Lumineszenzschicht verursacht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte EL-Vorrichtung mit organischer Dünnschicht bereitzustellen, die einen erhöhten Lumineszenzwirkungsgrad und eine verminderte Geschwindigkeit in der Abnahme der Lumineszenzhelligkeit aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine organische Dünnschicht-EL-Vorrichtung bereit mit mindestens einer organischen, lumineszierenden Dünnschicht und mindestens einer organischen, elektrische Ladungen transportierenden Dünnschicht, die sandwichartig zwischen einem Paar Elektroden angeordnet sind, von denen mindestens eine Elektrode durchsichtig ist, wobei die organische lumineszierende Dünnschicht als Hauptbestandteil ein Naphthalimidderivat (I) enthält
wobei R&sub1; ein Wasserstoffatom oder einen substituierten oder unsubstituierten Alkyl- oder Arylrest bedeutet, und R&sub2; und R&sub3; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoffatomen und Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl-, substituierten Aryl-, Alkoxy-, Amino- und Acylaminoresten.
US-A-4 672 265 offenbart eine Elektrolumineszenzvorrichtung, hergestellt durch Laminieren von mindestens zwei elektrolumineszierenden Schichten, beschreibt oder lehrt jedoch nicht die Anwesenheit einer Ladungstransportschicht oder die Verwendung von Naphthalimidverbindungen für die elektrolumineszierenden Stoffe. Naphthalimidverbindungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind als Luminophore aus GB-A-2 183 667 und SU-A-371 422 bekannt, jedoch beschreiben oder lehren letztere Druckschriften nicht deren Verwendung als Material für eine lumineszierende organische Dünnschicht, die zusammen mit einer organischen, ladungstransportierenden Dünnschicht eine EL-Vorrichtung mit organischer Dünnschicht bildet.
Das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung von Naphthalimidderivat (I) für die Lumineszenzschicht und somit bestehen außer für die Lumineszenzschicht keine wesentlichen Einschränkungen hinsichtlich Stoffen für andere Bestandteile der Vorrichtung.
Einige Beispiele für die Herstellung der erfindungsgemäßen EL-Vorrichtung mit organischer Dünnschicht werden in den beigefügten Figuren 1 und 2 veranschaulicht. Im Beispiel von Figur 1 ist eine lumineszierende organische Dünnschicht 14 sandwichartig zwischen einer transparenten ITO-Elektrode 12 auf einem Glassubstrat 11 und einer Rückplatte 15 angeordnet, mit einer organischen Lochinjektionsschicht 13 zusätzlich angeordnet zwischen der transparenten ITO-Elektrode 12 und der lumineszierenden organischen Dünnschicht 14 unter Bereitstellung einer Doppelschichtstruktur. Im Beispiel von Figur 2 ist eine organische Elektroneninjektionsschicht 16 zwischen der lumineszierenden organischen Dünnschicht 14 und der Rückplatte 15 zusätzlich zu der organischen Lochinjektionsschicht 13, wie dargestellt in Figur 1, angeordnet. In jedem dieser Beispiele ist es möglich, eine Vorrichtung mit ausgezeichnetem Lumineszenzwirkungsgrad unter Verwendung des vorstehend genannten Naphthalimidderivats für die erfindungsgemäße lumineszierende organische Dünnschicht zu erhalten.
Es ist besonders wirksam, als Material für die Lochinjektionsschicht 13 gemäß Figuren 1 und 2, angeordnet auf der transparenten ITO-Elektrode 12, einer Lochinjektionselektrode, eine Verbindung der Reihe der tertiären Aminaromaten oder eine Phthalocyaninverbindung anzuwenden, die Halbleitereigenschaften vom p-Typ zeigt, da der Wirkungsgrad der Lochinjektion aus der ITO-Elektrode 12 und der Transportwirkungsgrad in der Lochinjektionsschicht 13 erhöht werden. In ähnlicher Weise ist es möglich und wirksam, den Wirkungsgrad der Elektroneninjektion von der Rückplatte 15 und den Transportwirkungsgrad in die Elektroneninjektionsschicht 16 zu erhöhen.
Es ist möglich, üblich verwendete transparente Elektroden anzuwenden, beispielsweise ITO, SnO&sub2;:Sb, ZnO:Al, Au usw. Als Rückplatte können In, Mg, Ag, Mg:Ag usw. erwähnt werden.
Bezüglich des gemäß folgender Erfindung verwendeten Naphthalimidderivats ist es möglich, die nachstehenden Verbindungen zu verwenden, jedoch sind diese Verbindungen lediglich Beispiele und in keiner Weise vorgesehen, den Schutzbereich hinsichtlich dieser Derivate einzuschränken:
N- (2',4'-Xylyl)-4-aminonaphthalimid,
4-Aminonaphthalimid,
N-Methyl-4-aminonaphthalimid,
N-Ethyl-4-aminonaphthalimid,
N-Propyl-4-aminonaphthalimid,
N-n-Butyl-4-aminonaphthalimid,
4-Acetylaminonaphthalimid,
N-Methyl-4-acetylaminonaphthalimid,
N-Ethyl-4-acetylaminonaphthalimid,
N-Propyl-4-acetylaminonaphthalimid,
N-n-Butyl-4-acetylaminonaphthalimid,
N-Methyl-4-methoxynaphthalimid,
N-Ethyl-4-methoxynaphthalimid,
N-Propyl-4-methoxynaphthalimid,
N-n-Butyl-4-methoxynaphthalimid,
N-Methyl-4-ethoxynaphthalimid,
N-Ethyl-4-ethoxynaphthalimid,
N-Propyl-4-ethoxynaphthalimid, und
N-n-Butyl-4-ethoxynaphthalimid.
Gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich geworden, den Lumineszenzwirkungsgrad um das 1,5- bis 2-fache gegen - über jenem von EL-Vorrichtungen mit organischer Dünnschicht, die im Stand der Technik beschrieben wurden, zu verbessern, wie in den nachstehend angegebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figuren 1 bzw 2 zeigen Querschnitte einiger Beispiele von EL-Vorrichtungen mit organischer Dünnschicht, die verschiedene Strukturen aufweisen, für die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in bezug auf ihre Ausführungsform dargestellt als Arbeitsbeispiel erläutert.

Beispiel 1

Als lumineszierendes organisches Material wurde ein Naphthalimidderivat UFG-1, hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd., Japan, verwendet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde eine transparente ITO- Elektrode 12 auf einem Glassubstrat 11 gebildet und anschließend eine dünne Schicht 1,1-Bis(4-N,N-ditolylaminophenyl)cyclohexan mit einer Dicke von 500 Å und eine dünne Schicht des Naphthalimids mit einer Dicke von 1000 Å des Naphthalimids durch Vakuumaufdampfen bei 10&supmin;&sup7; Torr unter Bildung einer Lochinjektionsschicht 13 bzw. einer lumineszierenden organischen Dünnschicht 14 aufgetragen. Schließlich wurde eine Rückplatte 25 darauf durch Abscheiden von Indium in einer Dicke von 1500 Å durch ein Elektronenstrahl-Aufdampfungsverfahren gebildet unter Bereitstellung einer EL-Vorrichtung mit einer organischen Dünnschicht.
Die erhaltene Vorrichtung wurde zur Bestimmung ihrer Lumineszenzeigenschaften in trockener Stickstoffatmosphäre geprüft. Es wurde gefunden, daß hellgelbe Lumineszenz mit 200 cd/m² bei Anwendung einer Gleichspannung von etwa 7 Volt erhalten wurde. Dies entspricht einer Verbesserung in der Lumineszenzhelligkeit und dem Lumineszenzwirkungsgrad vom 1,5- bis 2-fachen gegenüber jenen einer Vorrichtung, die im Stand der Technik beschrieben wurde. Gemäß Alterungstests, ausgeführt unter Anwendung einer elektrischen Stromdichte von 0,5 mA/cm² zeigte die vorstehende Vorrichtung eine Halbwertszeit für die Helligkeit von nicht weniger als 500 Stunden, wohingegen die Vorrichtung aus dem Stand der Technik lediglich einen Wert von 100 bis 300 Stunden zeigte.
Wie vorstehend ausgewiesen, stellt die vorliegende Erfindung eine EL-Vorrichtung mit einer organischen Dünnschicht bereit, die beträchtlich verbesserte Lumineszenzeigenschaften und Verläßlichkeit aufweist, und die äußerst wirksam ist zur Verwendung in einer lumineszierenden Dünnschichtvorrichtung, die mit einer geringen Steuerspannung betrieben wird, und somit äußerst wertvoll für industrielle Anwendungen ist.

Claims

1. Organische Dünnschicht-EL-Vorrichtung mit mindestens einer organischen, lumineszierenden Dünnschicht und mindestens einer organischen, elektrische Ladungen transportierenden Dünnschicht, die sandwichartig zwischen einem Paar Elektroden angeordnet sind, von denen mindestens eine Elektrode durchsichtig ist, wobei die organische, lumineszierende Dünnschicht als Hauptbestandteil ein Naphthalimidderivat (I) enthält

wobei R&sub1; ein Wasserstoffatom oder einen substituierten oder unsubstituierten Alkyl- oder Arylrest bedeutet und R&sub2; und R&sub3; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoffatomen und Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl-, substituierten Aryl-, Alkoxy-, Amino- und Acylaminoresten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine organische, elektrische Ladungen transportierende Dünnschicht eine Lochinjektionsschicht aufweist, die aus einem organischen, Löcher transportierenden Material zur Ausbildung einer Doppelschichtstruktur gefertigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine organische, elektrische Ladungen transportierende Dünnschicht zur Ausbildung einer Dreischichtstruktur eine Lochinjektionsschicht, die aus einem organischen, Löcher transportierenden Material gefertigt ist, und eine Elektroneninjektionsschicht aufweist, die aus einem organischen, Elektronen transportierenden Material gefertigt ist.