DE102009048604A1

DE102009048604A1 - Organic light-emitting diode device

Info

Publication number: DE102009048604A1
Application number: DE102009048604A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Phys. Rosenow; Sebastian Dipl.-Phys. Reineke; Björn Dr.-Ing. Lüssem; Karl Prof. Dr. rer. nat. Leo
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-07
Also published as: WO2011038727A1

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.So far, separate light units have been used for each emitter molecule in stacked, organic light-emitting diodes. This design approach results in a greatly increased processing effort for corresponding white light-emitting diodes. When using fluorescent blue emitters in such stacked OLEDs, a large part of the excitons recombine without radiation. In order to reduce the number of lighting units and thus the production costs, several emitters are combined in the individual lighting units. In the case of fluorescent emitters, this is done in such a way that the singlet excitons recombine on the fluorescent emitter, while the triplet excitons are transmitted to at least one phosphorescent emitter. The components described can be used well for general display and lighting purposes because of their high light output.

Description

Gebietarea

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.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 the efficiency and the color rendering properties of the light-emitting diode device.

Stand der TechnikState of the art

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.The interest in more efficient, novel light sources has risen sharply in recent years against the background of the energy crisis. White organic light-emitting diodes (OLEDs) as efficient, flat light sources with good color rendering properties represent a possible alternative to conventional lighting devices. In the case of OLEDs based on small molecules, they are usually produced by sublimation and subsequent condensation on a substrate in a high vacuum. In the case of polymer-based OLEDs, processing is done by spin-coating or various wet-pressure techniques.

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.The achievement of low operating voltages by Tang et al. 1987 ( CW Tang et al. Appl. Phys. Lett. 51 (1987), 913 ) is considered the biggest development step in this field.

Der allgemeine Aufbau einer OLED enthält entweder einen Teil oder alle der folgenden Schichten (vgl. ), 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).The general structure of an OLED contains either a part or all of the following layers (cf. ), but in any case an anode ( 2 ), a cathode ( 8th ), one of which must be at least semitransparent, and a light-emitting organic layer ( 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 ).The layer sequence can also be applied to the light-emitting layer ( 5 ) are mirrored so that the cathode and the electron transporting side face the substrate ( G.Gu et al. Appl. Phys. Lett. 68 (1996), 2606 ; US 5703436 A ; US Pat. No. 5,757,026 ; 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 A1 ). 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 A1 ).The charge carrier injection from the electrodes into the organic layers as well as the charge carrier mobility in the transport layers ( 3 . 7 ) and thus the operating voltages can be significantly improved by an electrical doping of these layers ( US 5093698 A ; DE 10058578 A1 ). In combination with the blocking layers ( 4 . 6 ), a good charge carrier balance is achieved in the light-emitting layer, which in turn significantly improves quantum and power efficiency ( DE 10058578 A1 ).

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 ).The light-emitting materials can either be used as a pure layer ( CW Tang et al. Appl. Phys. Lett. 51 (1987), 913 ) or as an admixture of a host material ( CW Tang et al, J. Appl. Phys. 65 (1989), 3610 ). This is necessary for some emitter materials, since efficiency-limiting interactions between excited emitter molecules can occur if the distance between them is too small ( 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 Schlussfolgerung 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.The emitters distinguish between fluorescent and phosphorescent materials. Since in 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, these emitters are limited to an internal quantum efficiency of 25%. By the introduction of heavy metal ions into the organic molecules and the associated softening of spin state retention, as for example by Baldo et al. ( MA Baldo et al. Nature 395 (1998), 151 ), it was also possible to exploit the triplet excitons for the light emission and to allow an internal quantum efficiency of 100%. The logical conclusion is to dispense with the use of fluorescent emitters and to limit themselves to the phosphorescent. Nevertheless, for the emission in the blue wavelength range, mainly 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. With 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.

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 Beleuchtungsvorrichtung 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 A1 ). 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.An easy way to produce white light is to process several monochromatic OLEDs directly on top of each other ( PE Burrows et al. Appl. Phys. Lett. 69 (1996), 2959 ). With electrodes between the individual lighting units, each consisting of the layers 3 to 7 or a part of these layers, it is possible to address each of the light units individually. This is an advantage in the design of display applications. When used as a lighting device, however, the additional control electronics is undesirable. Furthermore, in addition to the absorption by the electrodes in the OLED, additional optical cavities are created which make the coupling out of the light more difficult. Carrier-forming areas provide a more favorable possibility for lighting applications Contacting of the individual lighting units with each other. Under a charge generating region is meant a layer or a plurality of successive layers of organic or inorganic materials, which, under the influence of an electric field, causes a separation of electrons and holes. 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 ). Here, an electrically doped pn junction serves to generate free charge carriers between two. Lighting units. When an external field is applied, it is possible to separate electrons and holes on it because of the strong band bending.

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.The performance efficiencies of these stacked OLEDs are comparable to those of simple OLEDs, as each add the quantum efficiencies and operating voltages of the individual lighting units and cancel each other in this way. This results in the following problem in the generation of light with good color rendering properties. Since three to four different emitter materials are required for this purpose, three to four lighting units must be stacked one above the other. However, the processing effort and the associated costs increase rapidly with each lighting unit.

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 10 2007 020 644 A1 ). 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 Triplettzustände 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.G. Schwartz et al. have shown on non-stacked OLEDs that it is possible to transfer the triplet excitons of a fluorescent emitter to a phosphorescent emitter and thus achieve internal quantum efficiencies of up to 100% ( Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19 (2009), 1319 ; DE 10 2007 020 644 A1 ). This transfer can take place when the excitation energy of the triplet state of the phosphorescent emitter is below that of the fluorescent emitter. In the known efficient fluorescent blue emitters this principle is applicable to orange and red phosphorescent emitters, but not to green ones (with an emission maximum between 490 and 510 nm), since the triplet states of the blue emitters are too low. Thus, in the case of fluorescent blue emitters, the energy difference between the first excited singlet and triplet state is usually greater than 0.5 eV ( Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19 (2009), 1319 ). This corresponds to a phosphorescence maximum of 550 nm for a typical blue emission of 450 nm. This energy difference can not be arbitrarily reduced, since it increases the likelihood of a transfer of singlet excitons to the triplet low-energy states and reduces the efficiency of the fluorescence. In non-stacked OLEDs, therefore, when green phosphorescent emitters are used, internal quantum efficiencies of 100% are possible only at the expense of the already low blue emission. This disadvantage results from the recombination of singlet excitons on the green emitter, which can not be prevented. The limitation of the blue emission, in turn, restricts the achievable color coordinates for OLEDs based on this principle to the warm white region.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Begrenzung der Quanteneffizienz bei Verwendung von fluoreszenten Emittern in gestapelten OLEDs zu überwinden.The invention has for its object to overcome the limitation of quantum efficiency when using fluorescent emitters in stacked OLEDs.

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.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.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist dabei die Anzahl der benötigten Leuchteinheiten zu minimieren um den Prozessierungsaufwand so gering wie möglich zu halten.Another object of the invention is to minimize the number of required lighting units to keep the processing costs as low as possible.

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.These objects are achieved by the combination of several different emitter materials in a lighting unit of a stacked OLED. As a result, when using fluorescent emitters, the triplet excitons, which would otherwise recombine without radiation, are transmitted to a phosphorescent emitter and in this way an internal quantum efficiency of 100% is achieved in each individual lighting unit of the stacked OLED. Phosphorescent emitters which have a higher triplet level than the fluorescent emitters are accommodated in different light units according to the invention than the fluorescent emitters.

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.In order to produce white light with good color rendering properties, the emission of the blue fluorescent emitter must be between 430 and 490 nm, with a maximum of fluorescence at 450 nm being ideal. For fluorescent blue emitters, the energetic difference between singlet and triplet states is 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 emitter, which is shorter in nature Wavelengths are used according to the invention in a separate lighting unit.

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 Grünemitters nutzten.

For the purposes of the invention, inter alia, the following are the white OLEDs composed of the described luminous units:

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 emitting unit based on green phosphorescent emission;
An OLED with 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;
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 yellow emitter and the emission of a phosphorescent green emitter; and
An OLED with a light unit in which the triplet excitons of a fluorescent blue emitter are transmitted to a phosphorescent red emitter for radiative emission, and two separate light units which use the emission of a phosphorescent yellow or red emitter or the emission of a phosphorescent green emitter.

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. Appl. Phys. Lett. 90 (2007), 211109 ), weiter gesteigert werden.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 structured surfaces (FIG. S. Reineke et al. Nature 459 (2009), 234 ; CL Mulder et al. Appl. Phys. Lett. 90 (2007), 211109 ), further increased.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei wird auf die nachstehenden Abbildungen Bezug genommen. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. Reference is made to the figures below. Show it:

eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung einer oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten organischen Leuchtdiode a schematic representation of a layer arrangement of an above-described from the prior art organic light-emitting diode

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 a schematic representation of a layer arrangement of 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 consists

Spektrale Strahlstärke Spectral radiant intensity

Leuchtdichte in Abhängigkeit von der Spannung und Luminance depending on the voltage and

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 Luminous efficiency as a function of the luminance of a stacked OLED (Example 1) consisting of a phosphorescent green light unit and a light unit that combines a fluorescent blue with a phosphorescent red emitter

Spektrale Strahlstärke Spectral radiant intensity

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 Luminous efficiency as a function of the luminance of a stacked OLED (Example 1) consisting of a phosphorescent light unit, which combines a red and a green emitter, and a light unit, which combines a fluorescent blue with a phosphorescent red emitter

Beispiel 1example 1

Ein einfaches Ausführungsbeispiel besteht in der folgenden Schichtanordnung, welche in 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
10: 10 nm Spiro-TAD/Elektronenblocker
11: 5 nm 4P-NPD: Ir(MDQ)₂acac(5wt%)/Emission 1a
12: 5 nm 4P-NPD/Emission 1b
13: 10 nm BPhen/Löcherblocker
14: 90 nm BPhen:Cs/Elektronentransport
15: 80 nm MeO-TPD: NDP2(2wt%) /Lochtransport
16: 10 nm Spiro-TAD /Elektronenblocker
17: 10 nm TCTA: Ir(ppy)₃/Emission 2a
18: 10 nm TPBi: Ir(ppy)₃/Emission 2b
19: 10 nm BPhen/Löcherblocker
20: 50 nm BPhen:Cs/Elektronentransport
21: 100 nm Al/Kathode

A simple embodiment consists in the following layer arrangement, which in is shown schematically. These layers are successively processed on a glass substrate coated with a 90 nm thick, ITO layer (indium tin oxide) as an anode.

9 : 55nm MeO-TPD: NDP2 (2wt%) / hole transport
10 : 10 nm spiro-TAD / electron blocker
11 : 5 nm 4P NPD: Ir (MDQ) ₂ acac (5wt%) / emission 1a
12 : 5nm 4P NPD / emission 1b
13 : 10 nm BPhen / hole blocker
14 : 90 nm BPhen: Cs / electron transport
15 : 80 nm MeO-TPD: NDP2 (2wt%) / hole transport
16 : 10 nm spiro-TAD / electron blocker
17 : 10 nm TCTA: Ir (ppy) ₃ / emission 2a
18 : 10 nm TPBi: Ir (ppy) ₃ / emission 2 B
19 : 10 nm BPhen / hole blocker
20 : 50 nm BPhen: Cs / electron transport
21 : 100 nm Al / cathode

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 Triplettexzitonen 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.In this construction, the layers represent 9 to 14 the first and the layers 15 to 20 the second light unit. The aluminum layer ( 21 ) serves as a cathode. According to the invention, on the one hand by the combination of red and blue emission in the first lighting unit compared to a conventional stacked OLED a complete lighting unit On the other hand, the choice of emitters in this first light unit allows the otherwise unused triplet excitons of the fluorescent blue emitter 4P-NPD to be transferred to the phosphorescent red emitter Ir (MDQ) 2acac and allowed to radiantly recombine through it. This is possible as follows. The hole conductivity of the 4P NPD is significantly higher than its electron conductivity ( Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19 (2009), 1319 ). The excitation of electrons and holes is therefore at the interface between the emission zone ( 12 ) and the hole blocker Bphen ( 13 ). Due to the longer lifetime, the triplet excitons can reach the red-doped part of the emission zone ( 11 ) while the singlet excitons directly on the undoped blue emitter ( 12 ) recombine. Since the triplet level of the phosphorescent green emitter Ir (ppy) ₃ (2.4 eV) is higher than that of the blue fluorescent emitter 4P-NPD (2.3 eV), the green light is generated by the fluorescent emitter in a region generating a carrier separate lighting unit.

) 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. ) shows that the invention enables high luminous 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.

Beispiel 2Example 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 1wt% 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 ). 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.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 slightly reduce the green component in order to achieve color coordinates close to the black body curve. According to the invention, the layers 17 and 18 additionally Ir (MDQ) ₂ acac mixed in a concentration of 1wt%. The low concentration admixture into a common matrix causes a partial transfer of the excitons from the green emitter Ir (ppy) ₃ to the red emitter. Since both emitters are highly efficient, this happens almost without loss in terms of internal quantum efficiency. In this way, the need for the introduction of a further lighting unit is bypassed. The cavity was made by adjusting the thicknesses of the layers 9 and 15 This example shows that the invention provides a light source with (white) color coordinates (x, y) = (0.523, 0.353), a color rendering index of 74.4, high luminous efficacy (19 lm / W) at high luminance levels of 1000 cd / m ² (see ). 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 determined by the concentration of the red emitter in the layers 17 and 18 to adjust. Since no decoupling measures were applied to this OLED, the efficiency can be significantly increased.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Substrat (häufig Glas)Substrate (often glass)
22: Anodeanode
33: Löcher transportierende SchichtHoles transporting layer
44: Elektronen und Exzitonen blockende SchichtElectron and exciton blocking layer
55: Licht emittierende SchichtLight-emitting layer
66: Löcher und Exzitonen blockende SchichtHoles and excitons blocking layer
77: Elektronen transportierende SchichtElectron-transporting layer
88th: Kathodecathode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5703436A [0005]
US 5757026 A [0005]
US 5969474 A [0005]
US 5093698 A [0006]
DE 10058578 A1 [0006, 0006]
EP 1804308 A1 [0009]
DE 102007020644 A1 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

CW Tang et al. Appl. Phys. Lett. 51 (1987), 913 [0003]
G.Gu et al. Appl. Phys. Lett. 68 (1996), 2606 [0005]
CW Tang et al. Appl. Phys. Lett. 51 (1987), 913 [0007]
CW Tang et al, J. Appl. Phys. 65 (1989), 3610 [0007]
H. Mattoussi et al. J. Appl. Phys. 86 (1999), 2642 [0007]
MA Baldo et al. Nature 395 (1998), 151 [0008]
PE Burrows et al. Appl. Phys. Lett. 69 (1996), 2959 [0009]
LS Liao et al. Appl. Phys. Lett. 84 (2004), 167 [0009]
Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19 (2009), 1319 [0011]
Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19 (2009), 1319 [0011]
Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19 (2009), 1319 [0016]
S. Reineke et al. Nature 459 (2009), 234 [0018]
CL Mulder et al. Appl. Phys. Lett. 90 (2007), 211109 [0018]
Schwartz et al. Adv. Funct. Mater. 19 (2009), 1319 [0029]

Claims

Organic light emitting diode device (OLED), consisting of an anode, a cathode, and a number of light units, which are processed on each other and each separated by a charge carrier generating area, characterized in that for the radiative recombination of the excitons in at least one of the light units at least two different Emitter materials are included.

Organic light-emitting diode device according to claim 1, characterized in that within at least one lighting unit, the emitter materials are such that the radiative recombination of singlet and Triplettexzitonen is available.

Organic light emitting diode device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one lighting unit contains one or more predominantly in the blue or blue-green spectral light emitting fluorescent emitter, the (m) one or more predominantly in the non-blue spectral light emitting (s) phosphorescent (r) Emitter is added / are.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a triplet energy for an energy level of a triplet state of the fluorescent emitter in the emission layer is greater than a triplet energy for an energy level of a triplet state of the admixed phosphorescent emitter.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 4, characterized in that excitons of a triplet state of the fluorescent emitter can be transferred to a triplet state of the phosphorescent emitter.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the maximum of the fluorescent emission is below 490 nm and the maximum of the phosphorescent emission is above 510 nm.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light-emitting layer of at least one lighting unit consists of a solid layer of a fluorescent emitter, which are admixed with one or more phosphorescent emitters.

Organic light-emitting diode device according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the light-emitting layer of at least one lighting unit consists of an organic material into which one or more fluorescent emitters in a concentration between 0.1 and 50 mol% and one or more phosphorescent emitters are admixed.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one lighting unit at least a 5% share of the light generated in this light unit in the visible spectral range as fluorescent light of singlet states of the fluorescent emitter can be emitted.

Organic light-emitting diode device according to one of Claims 1 to 8, characterized in that at least one lighting unit can emit at least 10% of the light generated in this lighting unit in the visible spectral range as fluorescent light of singlet states of the fluorescent emitter.

Organic light-emitting diode device according to one of Claims 1 to 8, characterized in that at least one lighting unit can emit at least 15% of the light generated in this lighting unit in the visible spectral range as fluorescent light of singlet states of the fluorescent emitters.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one light emitting unit at least 20% of the light generated in this light unit in the visible spectral range as fluorescent light of singlet states of the fluorescent emitter can be emitted.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one lighting unit at least 25% of the light generated in this light unit in the visible spectral range as fluorescent light of singlet states of the fluorescent emitter can be emitted.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the light-emitting layer of at least one lighting unit is formed in multiple layers.

Organic light emitting diode device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the light emitting layers of the lighting units have a thickness between about 5 nm and about 100 nm.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 15, characterized in that a hole block layer is arranged adjacent to the light-emitting layer of at least one lighting unit, wherein the hole block layer Is electron transporting and an organic material of the hole block layer has a HOMO level which is at least about 0.3 eV lower than a HOMO level of the fluorescent emitter.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 16, characterized in that an electron block layer is arranged adjacent to the light-emitting layer of at least one lighting unit, wherein the electron block layer is hole transporting and an organic material of the electron block layer has a LUMO level which is at least about 0.3 eV is higher than a LUMO level of the fluorescent emitter.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 16 or 17, characterized in that a minimum energy of singlet excitons and triplet excitons in the hole block layer or in the electron block layer is greater than a minimum energy of singlet excitons and triplet excitons in the light emitting layer of the corresponding light unit.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 18, characterized in that at least one electrically doped organic layer is formed for charge carrier transport.

Organic light emitting diode device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the hole injection at the anode and / or the electron injection takes place at the cathode via a respective electrically doped, organic layer.

Organic light emitting diode device according to one of claims 1 to 20, characterized in that at least one of the charge carrier generating regions consists of one or more electrically doped organic layers.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 19 to 21, characterized in that the respective doped organic layer is p-doped with an acceptor material or n-doped with a donor material layer.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 22, characterized in that at least one of the fluorescent emitters is a metal-organic compound or a complex compound with a metal having an atomic number less than 40.

Organic light-emitting diode device according to one of claims 1 to 23, characterized in that at least one of the fluorescent emitters comprises an electron-withdrawing substituent from one of the following classes: a. Halogens such as fluorine, chlorine, bromine or iodine; b. CN; c. halogenated or cyano-substituted alkanes or alkenes, especially trifluoromethyl, pentafluoroethyl, cyanovinyl, dicyanovinyl, tricyanovinyl; d. halogenated or cyano-substituted aryl radicals, in particular pentafluorophenyl; or e. Boryl, in particular dialkylboryl, dialkylboryl having substituents on the alkyl groups, diarylboryl or diarylboryl with substituents on the aryl groups.

Organic light-emitting diode device according to one of Claims 1 to 23, characterized in that at least one of the fluorescent emitters comprises an electron-donating substituent from one of the following classes: a. Alkyl radicals such as methyl, ethyl, tert-butyl, isopropyl; b. alkoxy; c. Aryl radicals with or without substituents on the aryl, in particular tolyl and mesithyl; or d. Amino groups in particular NH 2, dialkylamine, diarylamine and diarlyamine with substituents on the aryl.

Organic light-emitting diode device according to one of Claims 1 to 23, characterized in that at least one of the fluorescent emitters comprises a functional group having an electron acceptor property from one of the following classes: a. oxadiazole b. triazole c. benzothiadiazoles d. Benzimidazoles and N-aryl-benzimidazoles e. bipyridine f. cyanovinyl G. quinoline H. Triarylboryl i. Silol-Einhieten, in particular derivative groups of silacyclopentadiene j. cyclooctatetraene k. Chinoid structures and ketones, incl. Quinoid thiophene derivatives l. pyrazolines m. Pentaaryl-cyclopentadiene n. benzothiadiazoles o. Oligo-para-phenyl with electron-withdrawing substituents or p. Fluorenes and spiro-bifluorenes with electron-withdrawing substituents.

Organic light emitting diode device according to one of claims 1 to 23, characterized in that at least one of the fluorescent emitter comprises a functional group having an electron donor property of one of the following classes: a. triarylamines b. Oligo-para-phenyl or oligo-meta-phenyl c. Carbazole d. Fluorene or spiro-bifluorenes e. Phenylene-vinylene units f. Naphthalene g. Anthracene h. Perylene i. Pyrene or j. Thiophene.