WO2011038727A1 - Organische leuchtdiodenvorrichtung - Google Patents

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WO2011038727A1
WO2011038727A1 PCT/DE2010/001175 DE2010001175W WO2011038727A1 WO 2011038727 A1 WO2011038727 A1 WO 2011038727A1 DE 2010001175 W DE2010001175 W DE 2010001175W WO 2011038727 A1 WO2011038727 A1 WO 2011038727A1
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organic light
fluorescent
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Thomas Rosenow
Sebastian Reineke
Björn Lüssem
Karl Leo
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Technische Universität Dresden
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    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light
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Definitions

  • the invention relates to an organic light emitting diode device, in particular a white light emitting organic light emitting diode device, which consists of a plurality of stacked light units.
  • the invention contributes to a significant increase in efficiency and the
  • OLEDs organic light-emitting diodes pose as efficient, areal light sources with good
  • Color rendering properties represent a possible alternative to conventional illumination devices.
  • OLEDs based on small molecules they are usually produced by sublimation and subsequent condensation on a substrate in a high vacuum.
  • processing is done by spin-coating or various wet-pressure techniques.
  • the general structure of an OLED contains either a part or all of the following layers (see Fig. 1), but in any case an anode (2), a cathode (8), one of them at least semitransparent, and a light-emitting organic layer (5).
  • the layer sequence can also be mirrored at the light-emitting layer (5) so that the cathode and the electron-transporting side are facing the substrate (G Gu et al Appl Phys Physics Lett 68 (1996), 2606, US 5703436 US 5757026 A, US 5969474 A).
  • the light-emitting materials can be used either as a pure layer (CW Tang et al., Appl. Phys., Lett., 51: 913, 1987) or as an admixture of a host material (CW Tang et al., J. Appl., Phys ), 3610). This is necessary for some emitter materials because of efficiency limiting
  • the emitters distinguish between fluorescent and phosphorescent materials. Since with fluorescence emitters the transitions from the excited triplet states to the singlet ground state are forbidden and due to the spin statistics only every fourth electrically generated exciton is a Singlet is, these emitters are limited to an internal quantum efficiency of 25%.
  • the inefficient fluorescent emitters are used, since they are more durable than the corresponding phosphorescent emitters and, secondly, there are no deep blue phosphorescent emitters.
  • the existing sky blue phosphorescent emitters it is difficult to produce white light. Only by an excessive amount of red emission is it possible to reach a color point near the black body curve, resulting in loss of color rendering properties, and only warm white light can be generated.
  • a charge-generating region is understood as meaning a layer or a multiplicity of successive layers of organic or inorganic materials which, under the influence of an electric field, form a Separation of electrons and holes causes. For each electron injected at the cathode, another occurs at each transition between two light units. This corresponds to a series connection of the lighting units, wherein the control takes place exclusively via the two outer electrodes.
  • Liao et al. demonstrated the conversion of such a charge-generating region by organic layers (LS Liao et al., Appl. Phys. Lett. 84 (2004), 167, EP 1804308 A1).
  • an electrically doped pn junction serves to generate free charge carriers between two light units. When an external field is applied, electrons and holes can be separated because of the strong band bending.
  • the invention has for its object to overcome the limitation of quantum efficiency when using fluorescent emitters in stacked OLEDs.
  • Another object of the invention when fluorescent emitters are used, is also to be able to use those phosphorescent emitters which have a higher triplet level than the fluorescent emitter without restricting the emission of the fluorescent emitter.
  • Another object of the invention is to minimize the number of light units required to the
  • the emission of the fluorescent blue emitter must be between 430 and 490 nm, with a maximum of fluorescence at 450 nm being ideal.
  • the energetic difference between singlet and triplet states typically greater than 0.5 eV (Schwartz et al., Adv. Funct., Mater. 19 (2009), 1319). If the fluorescence maximum lies at the lower limit of 430 nm, a transfer of triplet excitons can only occur on phosphorescent emitters, with an emission maximum above 521 nm.
  • Green emitters which by their nature emit at shorter wavelengths, are used according to the invention in a separate lighting unit.
  • the white OLEDs composed of the described luminous units:
  • An OLED comprising a light unit in which the triplet excitons of a fluorescent blue emitter are transmitted to a phosphorescent red emitter for radiative emission, and a light emitting unit based on green phosphorescent emission;
  • An OLED having a light unit in which the triplet excitons of a fluorescent blue emitter are transmitted to a phosphorescent red emitter for radiative emission, and a light unit which utilizes both the emission of a phosphorescent red emitter and the emission of a phosphorescent green emitter;
  • the efficiencies of the OLEDs based on the invention can be improved by outcoupling measures, such as by using special high refractive index glasses or those having structured surfaces (Reineke, S., et al., Nature 459 (2009), 234; CL Mulder et al Ap l. Phys. Lett. 90 (2007), 211109).
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a layer arrangement of an above-described organic light-emitting diode known from the prior art
  • an organic light emitting diode which consists of a phosphorescent green light unit and a light unit that combines a fluorescent blue with a phosphorescent red emitter, spectral radiant intensity
  • Luminous efficiency as a function of the luminance of a stacked OLED consisting of a phosphorescent green light unit and a light unit that combines a fluorescent blue with a phosphorescent red emitter
  • Luminous efficiency as a function of the luminance of a stacked OLED consisting of a phosphorescent light unit, which combines a red and a green emitter, and a
  • Light unit that combines a fluorescent blue with a phosphorescent red emitter
  • a simple embodiment consists in the following layer arrangement, which is shown schematically in Fig. 2. These layers are successively processed on a glass substrate coated with a 90 nm thick, ITO layer (indium tin oxide) as an anode.
  • ITO layer indium tin oxide
  • the aluminum layer (21) serves as a cathode.
  • the invention on the one hand by the combination of red and blue emission in the first light unit compared to a conventional stacked OLED saved a complete light unit and on the other hand allows the choice of emitters in this first light unit the otherwise unused Triplettexzi tonen the fluorescent blue emitter 4P NPD on the phosphorescent red emitter Ir ( MDQ) 2 acac and radiantly recombined by it. This is possible as follows.
  • the hole conductivity of the 4P NPD is well above its electronic conductivity (Schwartz et al., Adv. Funct., Mater. 19 (2009), 1319).
  • the exciton formation from electrons and holes therefore occurs at the interface between the emission zone (12) and the hole blocker Bphen (13). Due to the longer lifetime, the triplet excitons can diffuse to the red doped part of the emission zone (11), while the singlet excitons recombine directly on the undoped blue emitter (12). Since the Triplet stipulate the phosphorescent green Mitter Ir of the green light '(ppy) 3 (2.4 eV) is higher than that of the fluorescent blue emitter 4P-NPD (2.3 eV), the production is carried out' according to the invention in a, be generated by a charge carrier area from which fluorescent emitter separate light unit.
  • Fig. 3b shows that the invention allows high light efficiencies of 30 lm / W at a luminance of 1000 cd / m 2 . It should be noted that no decoupling measures were taken which would further increase efficiency.
  • a further exemplary embodiment consists in the following layer arrangement, which largely corresponds to example 1. Motivation of the change is to increase the red portion of the spectrum and to weaken the green portion somewhat To achieve color coordinates near the black body curve.
  • the layers 17 and 18 additionally Ir (MDQ) 2 acac in a concentration of
  • the proportion of red is slightly excessive in this OLED. This has a negative effect on the light output, as the spectrum is pushed out of the maximum of the eye sensitivity.
  • the proportion of red however, can be adjusted by the concentration of the red emitter in layers 17 and 18. Since no decoupling measures were applied to this OLED, the efficiency can be significantly increased.

Abstract

Bisher werden in gestapelten, organischen Leuchtdioden für jedes Emittermolekül eigene Leuchteinheiten verwendet. Dieser Konstruktionsansatz hat für entsprechende weiße Leuchtdioden einen stark erhöhten Prozessierungsaufwand zur Folge. Bei der Verwendung von fluoreszenten blauen Emittern in solchen gestapelten OLEDs rekombiniert ein großer Teil der Exzitonen strahlungslos. Um die Anzahl der Leuchteinheiten und damit die Produktionskosten zu verringern, werden in den einzelnen Leuchteinheiten mehrere Emitter kombiniert. Bei fluoreszenten Emittern geschieht dies auf die Art, dass die Singulettexzitonen auf dem fluoreszenten Emitter rekombinieren, während die Triplettexzitonen auf mindestens einen phosphoreszenten Emitter übertragen werden. Die beschriebenen Bauelemente können aufgrund ihrer hohen Lichtausbeute gut für allgemeine Anzeige- und Beleuchtungszwecke verwendet werden.

Description

Organische Leuchtdiodenvorrichtung
Beschreibung
Gebiet
Die Erfindung betrifft eine organische Leuchtdiodenvorrichtung, insbesondere eine weißes Licht emittierende organische Leuchtdiodenvorrichtung, welche aus mehreren aufeinander gestapelten Leuchteinheiten besteht. Die Erfindung trägt zu einer deutlichen Steigerung der Effizienz sowie der
Farbwiedergabeeigenschaften der Leuchtdiodenvorrichtung bei.
Stand der Technik
Das Interesse an effizienteren, neuartigen Lichtquellen ist in den letzten Jahren vor dem Hintergrund der Energiekrise stark gestiegen. Weiße organische Leuchtdioden (OLEDs ) stellen als effiziente, flächige Lichtquellen mit guten
Farbwiedergabeeigenschaften eine mögliche Alternative zu herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtungen dar. Die Herstellung erfolgt im Fall von auf kleinen Molekülen basierenden OLEDs meist durch Sublimation und anschließender Kondensation auf einem Substrat im Hochvakuum. Im Fall von auf Polymeren basierenden OLEDs erfolgt die Prozessierung durch Aufschleudern von Lösungen oder verschiedene Nassdruckverfahren.
Das Erreichen niedriger Betriebsspannungen durch Tang et al . 1987 (C.W. Tang et al . Appl . Phys . Lett. 51 (1987), 913) gilt als der größte Entwicklungsschritt auf diesem Gebiet.
Der allgemeine Aufbau einer OLED enthält entweder einen Teil oder alle der folgenden Schichten (vgl . Abb. 1)·, auf jeden Fall jedoch eine Anode (2), eine Kathode (8), wobei eine von beiden zumindest semitransparent sein muss, sowie eine Licht emittierende organische Schicht (5) .
Die Schichtabfolge kann auch an der Licht emittierenden Schicht (5) gespiegelt werden, so dass die Kathode und die Elektronen transportierende Seite dem Substrat zugewandt sind(G. Gu et al . Appl. Phys. Lett. 68 (1996), 2606; US 5703436 A; US 5757026 A; US 5969474 A) .
Die Ladungsträgerinjektion von den Elektroden in die organischen Schichten sowie die Ladungsträgerbeweglichkeit in den Transportschichten (3,7) und damit die Betriebsspannungen können deutlich verbessert werden durch eine elektrische Dotierung dieser Schichten(US 5093698 A; DE 10058578 AI) . In Kombination mit den Blockerschichten (4,6) wird eine gute
Ladungsträgerbalance in der Licht emittierenden Schicht erreicht, was wiederum Quanten- und Leistungseffizienz entscheidend verbessert (DE 10058578 AI) .
Die Licht emittierenden Materialien können entweder als reine Schicht (C.W. Tang et al . Appl. Phys. Lett. 51 (1987), 913) oder als Beimischung eines Wirtsmaterials verwendet werden (C.W. Tang et al. J. Appl. Phys. 65 (1989), 3610) . Dies ist für einige Emittermaterialien notwendig, da effizienzbegrenzende
Wechselwirkungen zwischen angeregten Emittermolekülen auftreten können, wenn der Abstand zwischen diesen zu gering ist(H. Mattoussi et al . J. Appl. Phys. 86 (1999), 2642) .
Bei den Emittern unterscheidet man zwischen fluoreszenten und phosphoreszenten Materialien. Da bei fluoreszenten Emittern die Übergänge von den angeregten Triplettzuständen zum Singulettgrundzustand verboten sind und aufgrund der Spinstatistik nur jedes vierte elektrisch erzeugte Exziton ein Singulett ist, sind diese Emitter auf eine 'interne Quanteneffizienz von 25% begrenzt. Durch die Einführung von Schwermetallionen in die organischen Moleküle und der damit verbundenen Aufweichung der Spinerhaltung wie zum Beispiel von Baldo et al . (M.A. Baldo et al . Nature 395 (1998), 151) gezeigt, gelang es auch die Triplettexzitonen für die Lichtemission nutzbar zu machen und eine interne Quanteneffizienz von .100% zu ermöglichen. Die logische Schluss folgerung ist auf die Verwendung von fluoreszenten Emittern zu verzichten und sich auf die phosphoreszenten zu beschränken. Trotzdem werden für die Emission im blauen Wellenlängenbereich hauptsächlich die ineffizienten fluoreszenten Emitter genutzt, da diese zum einen langlebiger als die entsprechenden phosphoreszenten Emitter sind und zum anderen noch keine tiefblauen phosphoreszenten Emitter existieren. Mit den vorhandenen himmelblauen phosphoreszenten Emittern ist es schwer weißes Licht zu erzeugen. Nur durch einen überhöhten Anteil an roter Emission ist es möglich, einen Farbpunkt nahe der Black-Body-Kurve zu erreichen, daraus resultieren Einbußen bei den Farbwiedergabeeigenschaften und es kann nur warm weißes Licht erzeugt werden.
Eine einfache Möglichkeit weißes Licht zu erzeugen besteht darin, mehrere monochromatische OLEDs direkt übereinander zu prozessieren (P.E. Burrows et al . Appl . Phys . Lett. 69 (1996), 2959) . Mit Elektroden zwischen den einzelnen Leuchteinheiten, welche jeweils aus den Schichten 3 bis 7 beziehungsweise einem Teil dieser Schichten bestehen, ist es möglich, jede der Leuchteinheiten einzeln anzusprechen. Dies ist ein Vorteil bei der Konstruktion von Display-Anwendungen. Bei der Anwendung als BeieuchtungsVorrichtung ist die zusätzliche Ansteuerelektronik jedoch unerwünscht. Des Weiteren werden neben der Absorption durch die Elektroden in der OLED zusätzliche optische Kavitäten geschaffen, welche das Auskoppeln des Lichtes erschweren. Ladungsträger erzeugende Bereiche stellen eine für Beleuchtungsanwendungen günstigere Möglichkeit der Kontaktierung der einzelnen Leuchteinheiten miteinander dar. Unter einem Ladungsträger erzeugenden Bereich versteht man dabei eine Schicht oder eine Vielzahl von aufeinander folgenden Schichten von organischen oder anorganischen Materialien, welche, unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, eine Trennung von Elektronen und Löchern bewirkt. Für jedes an der Kathode injizierte Elektron entsteht an jedem Übergang zwischen zwei Leuchteinheiten ein weiteres. Das entspricht einer Reihenschaltung der Leuchteinheiten, wobei die Ansteuerung ausschließlich über die beiden äußeren Elektroden erfolgt. Liao et al . demonstrierten die Umsetzung eines solchen Ladungsträger erzeugenden Bereiches durch organische Schichten (L.S. Liao et al . Appl . Phys . Lett. 84 (2004), 167; EP 1804308 AI). Hier dient ein elektrisch dotierter pn-Übergang zur Erzeugung freier Ladungsträger zwischen zwei Leuchteinheiten. Bei Anlegen eines äußeren Feldes können an diesem- wegen der starken Bandverbiegung Elektronen und Löcher getrennt werden.
Die Leistungseffizienzen dieser gestapelten OLEDs sind vergleichbar mit denen von einfachen OLEDs, da sich jeweils die Quanteneffizienzen und . Betriebsspannungen der einzelnen Leuchteinheiten addieren und auf diese Weise gegenseitig aufheben. Daraus ergibt sich folgendes Problem bei der Erzeugung von Licht mit guten Farbwiedergabeeigenschaften. Da zu diesem Zweck drei bis vier verschiedene Emittermaterialien benötigt werden, müssen drei bis vier Leuchteinheiten übereinander gestapelt werden. Der Prozessierungsaufwand und die damit verbundenen Kosten steigen jedoch rapide mit jeder Leuchteinheit. G. Schwartz et al . haben an nicht gestapelten OLEDs gezeigt, dass es möglich ist, die Triplettexzitonen eines fluoreszenten Emitters auf einen phosphoreszenten Emitter zu übertragen und auf diese Art interne Quanteneffizienzen von bis zu 100% zu erreichen (Schwartz et al . Adv. Funct. Mater. 19(2009), 1319; DE 102007020644 AI) . Dieser Übertrag kann stattfinden, wenn die Anregungsenergie des Triplettzustandes des phosphoreszenten Emitters unter der des fluoreszenten Emitters liegt. Bei den bekannten effizienten fluoreszenten Blauemittern ist dieses Prinzip auf orange und rote phosphoreszente Emitter anwendbar, jedoch nicht auf grüne (mit einem Emissionsmaximum zwischen 490 und 510 nm) , da die Triplettzustände der Blauemitter zu tief liegen. So ist bei fluoreszenten Blauemittern der energetische Unterschied zwischen dem ersten angeregten Singulett- und Triplettzustand meist größer als 0.5 eV (Schwartz et al . Adv. Funct. Mater. 19(2009), 1319). Dies entspricht bei einer typischen Blauemission von 450 nm einem Phosphoreszenzmaximum von 550 nm. Dieser energetische Unterschied lässt sich nicht beliebig verringern, da damit die Wahrscheinlichkeit eines Übertrages von Singulettexzitonen auf die niederenergetischen Triplettzüstände steigt und die Effizienz der Fluoreszenz herabgesetzt wird. In nicht gestapelten OLEDs sind daher, bei der Verwendung von grünen phosphoreszenten Emittern, nur auf Kosten der ohnehin geringen Blauemission interne Quanteneffizienzen von 100% möglich. Dieser Nachteil ergibt sich aus der Rekombination von Singulettexzitonen auf dem Grünemitter, welche sich nicht verhindern lässt. Die Einschränkung der Blauemission beschränkt wiederum die erreichbaren Farbkoordinaten für auf diesem Prinzip beruhenden OLEDs auf den warmweißen Bereich. Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Begrenzung der Quanteneffizienz bei Verwendung von fluoreszenten Emittern in gestapelten OLEDs zu überwinden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es bei der Verwendung von fluoreszenten Emittern auch solche phosphoreszenten Emitter, welche ein höheres Triplettniveau als der fluoreszente Emitter besitzen, ohne Einschränkungen der Emission des fluoreszenten Emitters nutzen zu können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist dabei die Anzahl der benötigten Leuchteinheiten zu minimieren um den
Prozessierungsaufwand so gering wie möglich zu halten.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Kombination mehrerer verschiedener Emittermaterialien in einer Leuchteinheit einer gestapelten OLED gelöst. Dadurch werden bei der Verwendung von fluoreszenten Emittern die Triplettexzitonen, welche sonst strahlungslos rekombinieren würden, auf einen phosphoreszenten Emitter übertragen und auf diese Weise in jeder einzelnen Leuchteinheit der gestapelten OLED eine interne Quanteneffizienz von- 100% erreicht. Phosphoreszente Emitter, welche ein höheres Triplettniveau als die fluoreszenten Emitter haben, werden erfindungsgemäß in anderen Leuchteinheiten untergebracht als die fluoreszenten Emitter.
Um weißes Licht mit guten Farbwiedergabeeigenschaften zu erzeugen, muss die Emission des fluoreszenten Blauemitters zwischen 430 und 490 nm liegen, wobei ein Maximum der Fluoreszenz bei 450 nm ideal wäre.. Für fluoreszente Blauemitter ist der energetische Unterschied zwischen Singulett- und Triplettzustand typischerweise größer als 0.5 eV (Schwartz et al . Adv. Funct . Mater. 19(2009), 1319). Liegt das Fluoreszenzmaximum an der Untergrenze von 430 nm, kann ein Übertrag von Triplettexzitonen nur auf phosphoreszente Emitter, mit einem Emissionsmaximum oberhalb von 521 nm, erfolgen. Grünemitter, welche ihrer Natur nach bei kürzeren Wellenlängen emittieren, werden erfindungsgemäß in einer eigenen Leuchteinheit verwendet.
Im Sinne der Erfindung sind unter anderem folgende, aus den beschriebenen Leuchteinheiten zusammengesetzte, weiße OLEDs :
Eine OLED mit einer Leuchteinheit, in welcher die Triplettexzitonen eines fluoreszenten Blauemitters zur strahlenden Emission auf einen phosphoreszenten Rotemitter übertragen werden, und einer Leuchteinheit, welche auf phosphoreszenter Grünemission basiert;
Eine OLED mit einer Leuchteinheit, in welcher die Triplettexzitonen eines fluoreszenten Blauemitters zur strahlenden Emission auf einen phosphoreszenten Rotemitter übertragen werden, und einer Leuchteinheit, welche sowohl die Emission eines phosphoreszenten Rotemitters als auch die Emission eines phosphoreszenten Grünemitters nutzt;
Eine OLED mit einer Leuchteinheit, in welcher die Triplettexzitonen eines fluoreszenten Blauemitters zur strahlenden Emission auf einen phosphoreszenten Rotemitter übertragen werden, und einer Leuchteinheit, welche sowohl die Emission eines phosphoreszenten Gelbemitters als auch die Emission eines phosphoreszenten Grünemitters nutzt; und Eine OLED mit einer Leuchteinheit, in welcher die Triplettexzitonen eines fluoreszenten Blauemitters zur strahlenden Emission auf einen phosphoreszenten Rotemitter übertragen werden, und zwei getrennten Leuchteinheiten, welche die Emission eines phosphoreszenten Gelb- oder Rotemitters beziehungsweise die Emission eines phosphoreszenten G'rünemitters nutzten.
Die Effizienzen der auf der Erfindung basierenden OLEDs können durch die Auskopplung verbessernde Maßnahmen, wie zum Beispiel durch Verwendung von speziellen Gläsern mit hohem Brechungsindex oder solchen mit strukturierten Oberflächen (S. Reineke et al . Nature 459 (2009), 234; C.L. Mulder et al . Ap l . Phys . Lett. 90 (2007), 211109), weiter gesteigert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei wird auf die nachstehenden Abbildungen Bezug genommen. Es zeigen: eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung einer oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten organischen Leuchtdiode
eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung einer organischen Leuchtdiode, welche aus einer phosphoreszenten grünen Leuchteinheit und einer Leuchteinheit, die einen fluoreszenten blauen mit einem phosphoreszenten roten Emitter kombiniert, besteht Spektrale Strahlstärke
Leuchtdichte in Abhängigkeit von der Spannung und
Lichtausbeute in Abhängigkeit von der Leuchtdichte einer gestapelten OLED (Beispiel 1) bestehend aus einer phosphoreszenten grünen Leuchteinheit und einer Leuchteinheit, die einen fluoreszenten blauen mit einem phosphoreszenten roten Emitter kombiniert
Spektrale Strahlstärke Leuchtdichte in Abhängigkeit von der Spannung und
Lichtausbeute in Abhängigkeit von der Leuchtdichte einer gestapelten OLED (Beispiel 1) bestehend aus einer phosphoreszenten Leuchteinheit, welche einen roten und einen grünen Emitter kombiniert, und einer
Leuchteinheit, die einen fluoreszenten blauen mit einem phosphoreszenten roten Emitter kombiniert
Beispiel 1
Ein einfaches Ausführungsbeispiel besteht in der folgenden Schichtanordnung, welche in Abb. 2 schematisch dargestellt ist. Auf einem mit einer 90 nm dicken, als Anode dienenden ITO-Schicht (Indiumzinnoxid) beschichteten Glassubstrat werden nacheinander diese Schichten prozessiert:
9 55 nm MeO-TPD: NDP2(2wt%) /Lochtransport
1010 nm Spiro-TAD /Elektronenblocker
115 nm 4P-NPD: Ir (MDQ) 2acac ( 5wt% ) /Emission la
125 nm 4P-NPD /Emission lb
1310 nm BPhen /Löcherblocker
1490 nm BPhen: Cs /Elektronentransport
1580 nm MeO-TPD: NDP2(2wt%) /Lochtransport
1610 nm Spiro-TAD /Elektronenblocker
1710 nm TCTA: Ir(ppy)3 /Emission 2a
1810 nm TPBi : Ir(ppy)3 /Emission 2b
1910 nm BPhen /Löcherblocker
2050 nm BPhen :Cs /Elektronentransport
21100 nm AI /Kathode
In diesem Aufbau stellen die Schichten 9 bis 14 die erste und die Schichten 15 bis 20 die zweite Leuchteinheit dar. Die Aluminium Schicht(21) dient als Kathode. Erfindungsgemäß wird zum Einen durch die Kombination von roter und blauer Emission in der ersten Leuchteinheit gegenüber einer gewöhnlichen gestapelten OLED eine komplette Leuchteinheit gespart und zum Anderen erlaubt die Wahl der Emitter in dieser ersten Leuchteinheit die ansonsten ungenutzten Triplettexzi tonen des fluoreszenten Blauemitters 4P- NPD auf den phosphoreszenten Rotemitter Ir(MDQ)2acac zu übertragen und durch diesen strahlend rekombinieren zu lassen. Dies wird wie folgt ermöglicht. Die Lochleitfähigkeit des 4P-NPD liegt deutlich über dessen Elektronenleitfähigkeit (Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19(2009), 1319) . Die Exzitonenbildung aus Elektronen und Löchern erfolgt daher an der Grenzfläche zwischen der Emissionszone (12) und dem Löcherblocker Bphen(13) . Aufgrund der höheren Lebensdauer können die Triplettexzitonen bis zum rotdotierten Teil der Emissionszone (11 ) diffundieren, während die Singulettexzitonen direkt auf dem undotierten Blauemitter (12 ) rekombinieren. Da das Tripletniveau des phosphoreszierenden Grünemitters Ir'(ppy) 3 (2.4 eV) höher liegt als das des fluoreszierenden Blauemitters 4P-NPD(2.3 eV) , erfolgt die Erzeugung' des grünen Lichtes erfindungsgemäß in einer, durch einen Ladungsträger erzeugenden Bereich, von dem fluoreszierenden Emitter getrennten Leuchteinheit.
Abb. 3b) zeigt, dass die Erfindung hohe Lichtausbeuten von 30 lm/W bei einer Leuchtdichte von 1000 cd/m2 ermöglicht. Hier ist zu berücksichtigen, dass keine die Auskopplung verbessernde Maßnahmen ergriffen wurden, durch welche die Effizienz weiter gesteigert werden würde.
Beispiel 2
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in der folgenden, weitestgehend dem Beispiel 1 entsprechenden Schichtanordnung. Motivation der Veränderung ist den Rotanteil des Spektrums zu steigern und den Grünanteil etwas abzuschwächen, um Farbkoordinaten nahe der Black-Body-Kurve zu erreichen. Erfindungsgemäß wurde den Schichten 17 und 18 zusätzlich Ir(MDQ)2acac in einer Konzentration von
1 wt% beigemischt. Die gering konzentrierte Beimischung in eine gemeinsame Matrix bewirkt einen teilweise Übertrag der Exzitonen von dem grünen Emitter Ir(ppy)3 auf den roten Emitter. Da beide Emitter hoch effizient sind, geschieht dies nahezu ohne Verluste bezüglich der internen Quanteneffizienz. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit der Einführung einer weiteren Leuchteinheit umgangen. Die Kavität wurde durch Anpassen der Dicken der Schichten 9 und 15 auf 50 nm beziehungsweise 75 nm auf das neue interne Spektrum optimiert. Dieses Beispiel zeigt, dass die Erfindung eine Lichtquelle mit (weißen) Farbkoordinaten (x, y) = (0.523, 0.353), einem Farbwiedergabeindex von 74.4, hoher Lichtausbeute (19 lm/W) bei hohen Leuchtdichten von 1000 cd/m2 ermöglicht (siehe Abb. 4) . Der Rotanteil ist in dieser OLED noch leicht überhöht. Dies wirkt sich negativ auf die Lichtausbeute aus, da das Spektrum aus dem Maximum der Augenempfindlichkeit geschoben wird. Der Rotanteil lässt sich jedoch über die Konzentration des Rotemitters in den Schichten 17 und 18 einstellen. Da auch auf diese OLED keine die Auskopplung verbessernde Maßnahmen angewendet wurden, kann die Effizienz noch deutlich gesteigert werden.
Bezugszeichenliste
1 Substrat (häufig Glas)
2 Anode
3 Löcher transportierende Schicht
4 Elektronen und Exzitonen blockende Schicht
5 Licht emittierende Schicht
6 Löcher und Exzitonen blockende Schicht
7 Elektronen transportierende Schicht
8 Kathode

Claims

Patentansprüche
1. Organische Leuchtdiodenvorrichtung (OLED) , bestehend aus einer Anode, einer Kathode, sowie einer Anzahl von Leuchteinheiten, welche aufeinander prozessiert und jeweils durch einen Ladungsträger erzeugenden Bereich getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur strahlenden Rekombination der Exzitonen in mindestens einer der Leuchteinheiten mindestens zwei unterschiedliche Emittermaterialien enthalten sind.
2. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb mindestens einer Leuchteinheit die Emittermaterialien so beschaffen sind, dass die strahlende Rekombination von Singulett- und Triplettexzitonen nutzbar ist.
3. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leuchteinheit einen oder mehrere überwiegend im blauen oder blaugrünen Spektralbereich Licht emittierende, fluoreszierende Emitter enthält, den(m) ein oder mehrere überwiegend im nicht-blauen Spektralbereich Licht emittierende (r) phosphoreszierende (r) Emitter beigemischt ist/sind.
4. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Triplettenergie für ein Energieniveau eines Triplettzustandes der fluoreszierenden Emitter in der Emissionsschicht größer als eine Triplettenergie für ein Energieniveau eines Triplettzustandes der beigemischten phosphoreszierenden Emitter ist.
5. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Exzitonen von einem Triplettzustand der fluoreszierenden Emitter auf einen Triplettzustand der phosphoreszierenden Emitter übertragbar sind.
6. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum der fluoreszenten Emission unterhalb von 490 nm und das Maximum der phosphoreszenten Emission oberhalb von 510 nm liegt.
7. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Schicht mindestens einer Leuchteinheit aus einer massiven Schicht eines fluoreszierenden Emitters besteht, welcher ein oder mehrere phosphoreszierende Emitter beigemischt sind.
8. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Schicht mindestens einer Leuchteinheit aus einem organischen Material besteht, in das ein oder mehrere fluoreszierende Emitter in einer Konzentration zwischen 0,1 und 50 Mol% und ein oder mehrere phosphoreszierende Emitter beigemischt sind .
9. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Leuchteinheit ein mindestens 5%-iger Anteil des in dieser Leuchteinheit erzeugten Lichtes im sichtbaren Spektralbereich als Fluoreszenzlicht von Singulettzuständen der fluoreszierenden Emitter abgebbar ist.
10.' Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Leuchteinheit ein mindestens 10%-iger Anteil des in dieser Leuchteinheit erzeugten Lichtes im sichtbaren
Spektralbereich als Fluoreszenzlicht von Singulettzuständen der fluoreszierenden Emitter abgebbar ist.
11. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Leuchteinheit ein mindestens 15%-iger Anteil des in dieser Leuchteinheit erzeugten Lichtes im sichtbaren
Spektralbereich als Fluoreszenzlicht von Singulettzuständen der fluoreszierenden Emitter abgebbar ist.
12. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 .bis 8, ' dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Leuchteinheit ein mindestens 20%-iger Anteil des in dieser Leuchteinheit erzeugten Lichtes im sichtbaren Spektralbereich als Fluoreszenzlicht von Singulettzuständen der fluoreszierenden Emitter abgebbar ist.
13. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Leuchteinheit ein mindestens 25%-iger Anteil des in dieser Leuchteinheit erzeugten Lichtes im sichtbaren Spektralbereich als Fluoreszenzlicht von Singulettzuständen der fluoreszierenden Emitter abgebbar ist.
14. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Schicht mindestens einer Leuchteinheit mehrschichtig gebildet ist.
15. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Schichten der Leuchteinheiten eine Dicke zwischen etwa 5 nm und etwa 100 nm aufweisen.
16. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an die lichtemittierende Schicht mindestens einer Leuchteinheit eine Löcherblockschicht angeordnet ist, wobei die Löcherblockschicht Elektronen transportierend ist und ein organisches Material der Löcherblockschicht ein HOMO-Niveau aufweist, welches um wenigstens etwa 0.3 eV tiefer liegt als ein HOMO-Niveau des fluoreszierenden Emitters.
17. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an die lichtemittierende Schicht mindestens einer Leuchteinheit eine Elektronenblockschicht angeordnet ist, wobei die Elektronenblockschicht Löcher transportierend ist und ein organisches Material der Elektronenblockschicht ein LUMO- Niveau aufweist, welches um wenigstens, etwa 0.3 eV höher liegt als ein LUMO-Niveau des fluoreszierenden Emitters.
18. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Energie von Singulettexzitonen und von Triplettexzitonen -in der Löcherblockschicht oder in der Elektronenblockschicht größer ist als eine minimale Energie von Singulettexzitonen und von Triplettexzitonen in der lichtemittierenden Schicht der entsprechenden Leuchteinheit.
19. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der- Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrisch dotierte, organische Schicht zum Ladungsträgertransport ausgebildet ist.
20. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochinjektion an der Anode und/oder die Elektroneninjektion an der Kathode über eine jeweilige elektrisch dotierte, organische Schicht erfolgt.
21. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ladungsträger erzeugenden Bereiche aus einer oder mehreren elektrisch dotierten, organischen Schichten besteht.
22. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige dotierte organische Schicht eine mit einem Akzeptor-Material p-dotierte oder eine mit einem Donator-Material n-dotierte Schicht ist.
23. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der fluoreszierenden Emitter eine metall-organische Verbindung oder eine Komplexverbindung mit einem Metall mit einer Ordnungszahl kleiner als 40 ist.
24. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der fluoreszierenden Emitter einen Elektronen ziehenden Substituenten aus einer der folgenden Klassen umfasst:
a. Halogene wie Fluor, Chlor, Brom oder Iod;
b. CN;
c. halogenierte oder cyanosubstituierte Alkane oder Alkene, insbesondere Tri fluormethyl, Pentafluorethyl,
Cyanovinyl, Dicyanovinyl, Tricyanovinyl
d. halogenierte oder cyanosubstituierte Arylreste,
insbesondere Pentafluorphenyl ; oder
e. Borylreste, insbesondere Dialkyl-boryl, Dialkylboryl mit Substituenten an den Alkylgruppen, Diarylboryl oder Diaryl-boryl mit Substituenten an den Arylgruppen.
25. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der fluoreszierenden Emitter einen Elektronen schiebenden Substituenten aus einer der folgenden Klassen umfasst:
a. Alkylreste wie Methyl, Ethyl, Tertiärbutyl, Isopropyl; b. Alkoxyreste
c. Arylreste mit oder ohne Substituenten am Aryl, insbesondere Tolyl und Mesithyl; oder
d . Aminogruppen insbesondere NH2, Dialkylamin, Diarylamin und Diarlyamin mit Substituenten am Aryl.
26. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, " dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der fluoreszierenden Emitter eine funktionale Gruppe mit einer Elektronen-Akzeptor-Eigenschaft aus einer der folgenden Klassen umfasst:
a . Oxadiazol
b. Triazol
c. Benzothiadiazole
d. Benzimidazole und N-Aryl-Benzimidazole
e . Bipyridin
f . Cyanovinyl
g. Quinoline
h. Triarylboryl
i. Silol-Einhieten, insbesondere Derivat-Gruppen von Silacyclopentadien
j . Cyclooctatetraen
k. Chinoide Strukturen und Ketone, inkl. chinoide Thiophen-
Derivate
1. Pyrazoline
m. Pentaaryl-Cyclopentadien
n. Benzothiadiazole
o. Oligo-Para-Phenyl mit elektronenziehenden Substituenten oder
p. Fluorene und Spiro-Bifluorene ' mit elektronenziehenden Substituenten .
27. Organische Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der fluoreszierenden Emitter eine funktionale Gruppe mit einer Elektronen-Donator-Eigenschaft aus einer der folgenden Klassen umfasst:
a. Triarylamine
b. Oligo-Para-Phenyl oder Oligo-Meta-Phenyl c . Carbazole
d. Fluoren oder Spiro-Bi fluorene e. Phenylen-Vinylen-Einheiten f . Naphtalen
g . Anthrazen
h. Perylen
i . Pyren oder
j . Thiophen.
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