CN1909262A - 有机发光二极管和具有多个有机发光二极管的装置 - Google Patents

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Abstract

一种有机发光二极管，其具有包括电极、对电极和有机层序列的布置，所述有机层序列布置在所述电极和对电极之间，其中所述有机层序列布置在金属基板上，并且一个或多个有机输送层在每种情况中均含有用于增强导电率的掺合物，且其以选自下列组特征中的至少一个特征形成：电荷载流子输送和电荷载流子注入。

Description

有机发光二极管和具有多个有机发光二极管的装置
技术领域
本发明属于电致发光发光设备领域。
背景技术
自Tang等人展示了低工作电压以来(C.W.Tang等：Appl.Phys.Lett.51(12)，913(1987))，有机发光二极管(OLED)已成为用于实现大面积显示器和照明元件的有前景的候选。它们包括一系列由有机材料构成的薄层(典型地1nm至1μm)，这些有机材料优选地以它们的聚合物形式旋涂或在真空中蒸汽淀积。在通过导电层电接触之后，它们形成各种元件，例如发光二极管、显示器和照明元件。利用其各自的特性，它们对基于有机层建立的元件带来竞争。
在有机发光二极管的情况中，通过外部施加电压，结果从接触点向邻接的有机层注入电荷载流子(来自一侧的电子和来自另一侧的空穴)，然后在活性区中形成激子(电子-空穴对)，这些激子辐射复合，由此从发光二极管产生并发射光。通常，有机发光二极管由一连串的几个层构成。这特别适于通过蒸汽淀积在真空中制备的元件，其中来自电极的功能电荷载流子注入、电荷载流子输送和发射在各层频繁地发生。
与常规的基于无机的元件(半导体，例如硅、砷化镓)相比，这种基于有机的元件的优点在于，能够制造非常大面积的元件，即，大的显示元件(监视器、屏幕)或照明元件。与无机材料相比，基于有机的材料相对便宜(低能级材料和能量需求)。此外，与无机材料相比，这些材料由于其低处理温度而能够淀积到柔性或可自由成形的基板上。该事实为显示器和照明技术中一个完整系列的新应用创造了条件。
根据目前的技术发展水平，有机发光二极管通常淀积到玻璃基板上，所述玻璃基板涂覆有透明的导电氧化层(通常是氧化铟锡，ITO)。然而，作为多种应用的结果，该基板以及导电层的成本太高了：首先，必需的高质量玻璃本身导致高成本；其次，导电氧化物相对昂贵。由于这些原因，如果能够在便宜的基板上实现有机发光二极管，将是非常有利的。在这种情况中，通常存在成问题的情形，其中发光二极管仍然必须设置有触点。这就要求，首先，基板必须设置有绝缘层，然后再有，必须应用电极层，其用作有机发光二极管的基电极。常规有机发光二极管的另一缺点是通常选择的具有透明基板的布置：在该情况中发光二极管的光发射实现了通过透明电极和基板，而相对设置的触点(在多数情况中是基板)是不透光的，并且在相关的光谱区域中是高反射性的。随后，对于该应用，高透明基板和透明接触层是必需的，在许多情况中，它们在很大程度上限制了基板选择，并妨碍了特别便宜的基板的选择。
已经提出了在金属基板上的有机发光二极管。这些基板具有多种优点。首先，金属基板能够根据情况相对便宜地制造。其次，金属基板的高热导率可有助于热量的良好释放与传递。第三，金属基板能够制造得相对较薄，并且因此是柔性的。
在文献US 6,835,470中，提出了在金属箔(优选地为钢箔)上的有机发光二极管。该发光二极管是这样实现的，首先在基板上淀积绝缘层，在此之后是导电电极。已知的布置中设想金属基板是负电极。
发明内容
本发明的任务是说明和呈现一种有机发光二极管，以及具有简化结构配置的多个有机发光二极管的装置。
根据本发明，该任务通过根据独立权利要求1的有机发光二极管以及根据独立权利要求27的具有多个有机发光二极管的装置来实现。
根据本发明的一个方面，有机发光二极管制造为具有包括电极、对电极(counter electrode)和有机层序列的层布置，所述有机层序列布置在所述电极和对电极之间，所述有机层序列布置在金属基板上，并且一个或多个有机输送层在每种情况中均含有用于增强导电率的掺合物，且其以选自下列组特征中的至少一个特征形成：输送电荷载流子和注入电荷载流子。
根据本发明的另一方面，制造具有多个有机发光二极管的装置，其中通过对金属基板部分地提供绝缘层以形成电隔离的区域，将所述多个有机发光二极管形成在金属基板的独立且电隔离的区域上。
基于一个或多个电掺杂输送层的使用，金属基板或在其上分离的导电或绝缘层的更高粗糙度可能是可接受的。
通过使用金属基板，制造简化结构配置的有机发光二极管，特别是，其还能够便宜地制造，因为可以采用便宜的金属基板来代替通常所用的基板材料。可以用简单的方式，例如用卷到卷(roll-to-roll)方法，对金属基板涂覆有机发光二极管的层。
有机层序列包括一个或多个有机层，其为电荷载流子注入和/或电荷载流子输送层，并形成有用于增加导电率的掺合物(掺杂)。在下文中，以简短的形式，这些层部分地也称为输送层。
为了改善基质材料的电性能，像这样使用这种掺合物(掺杂)是已知的(参见DE 100 58 578)。发现这样的掺杂层是特别有利的，因为金属基板(特别是用便宜的制造方法制造的)通常具有高粗糙度的特点。试验令人惊讶地显示出，通过使用掺杂的电荷载流子输送层，这种粗糙度比在非掺杂的有机发光二极管中更可容忍。这种结果可由以下事实来解释，即非掺杂有机发光二极管中的电流通常受空间电荷的限制，并因此呈立方增长地(cubically)取决于层厚度。然而，在掺杂的输送层中，电流线性地取决于该厚度，从而由粗糙的基板带来的层厚度的波动具有显著更小的影响。
此外，利用掺杂的输送层，能够自由地选择输送层的厚度，并且特别是选择更厚的，而没有更高操作电压的缺点。以这种方式，能够实现高达500nm的层厚度而没有任何问题。而且，结果降低了由基板上的金属针造成短路的危险。利用这些更厚的输送层，还能够优化发光二极管的光提取。这在金属基板上是特别重要的，因为在这些基板上的高反射会导致这样的情形，其中在两个方向中的光发射的相长重叠(constructive superimposition)是特别重要的。利用掺杂的输送层，并由于对层厚度的几乎自由的选择，能够以这样的方式来对此进行选择，使得对于在有机层序列中产生的光具有特别有利的相长干涉，其中即使发射的光的光谱位置也能不时地优化。在多数有机发光二极管中，例如，以这样的方式选择发射区距反射电极的距离，其导致相长干涉。这通常是到电极的距离等于约波长的四分之一时的情况。通过使用掺杂的输送层，能够选择更高数量级的相长干涉，例如波长的四分之三，并以这种方式维持降低由粗糙基板引起短路的可能性的有利特性。
另外，通过使用掺杂的输送层，能够相对独立于其功函来选择基极触点，非掺杂输送层要求在阳极侧的基板的最高可能功函，与具有非掺杂输送层的有机发光二极管相反，这使得能够根据其他标准来任意选择基板材料，例如根据价格、光特性和加工性能。特别是，还能够使用诸如铝或银等金属作为阳极。
本发明优选的进一步的发展设想在金属基板和有机层序列之间形成平面金属电触点，并且该所述触点是无绝缘层(insulation layer free)的。
在本发明的有意义的实施例中，可设想金属基板涂覆有使所述金属基板的表面平滑的层，其中该所述层选择性地由清漆或聚合物材料构成。
本发明优选的进一步的发展设想有机层序列直接淀积到金属基板上，并且用金属基板形成电极。
本发明优选的进一步的发展设想电极形成为金属基板上的导电层。
在本发明的有意义的实施例中，可设想电极是正的电触点，对电极是负的电触点。
本发明的有利实施例设想电极是负的电触点，对电极是正的电触点。
本发明优选的进一步的发展设想导电层至少部分地由银构成。
本发明优选的进一步的发展设想金属基板由铝构成。
在本发明的有意义的实施例中，可设想金属基板由钢构成。
本发明的有利实施例设想金属基板是柔性的。
本发明优选的进一步的发展设想以支持通过相长发射的光发射的层厚度形成朝向金属基板的电荷载流子输送层。
本发明优选的进一步的发展设想朝向金属基板的电荷载流子输送层的层厚度至少为3/4λ，其中λ为从层布置发射的光的发射波长。
在本发明的有意义的实施例中，可设想以支持通过相长发射的光发射的层厚度形成朝向远离金属基板的电荷载流子输送层。
本发明的有利实施例设想以平滑方式形成电荷载流子输送层。
本发明优选的进一步的发展设想电荷载流子输送层容纳有作为基质材料的C60。
本发明优选的进一步的发展设想金属基板具有改善在有机层序列中产生的光的光提取的结构，该结构选择性地形成为周期性或非周期性结构。
在本发明的有意义的实施例中，可设想在顶部电极上具有带一个或多个层的透明层系统，用于保护以不受外界影响。
本发明的有利实施例设想透明层系统是通过层压而施加的。
本发明优选的进一步的发展设想层布置是以白光发射方式形成的。
本发明优选的进一步的发展设想根据下列配置中的一种或多种用不同的发光体材料形成由有机层序列包围的发光层：横向布置的条带、周期性几何元素和非周期性几何元素。
在本发明的有意义的实施例中，可设想具有光散射层。
本发明的有利实施例设想在金属基板上单一地淀积层布置。
本发明优选的进一步的发展设想平滑层是电绝缘的。
本发明优选的进一步的发展设想多个有机发光二极管单元一个在另一个之上单一地堆叠，并且以白光发射方式形成层布置。
在本发明的有意义的实施例中，可设想从卷到卷连续地生产层布置。本发明的有利实施例设想在该情况中金属基板的宽度在1cm和大约6m之间。
在卷到卷设施中，基板(金属基板)是从一卷中轧制出的。在真空中或按顺序，例如从线性源，淀积有机层和阴极，然后在淀积多个用于封装的层之后，制成的产品再次被卷到一卷上。在透明基板上卷到卷制造OLED显示器的原理和用于该目的的可能设施在文献EP 1115 268 A1中描述。其中所述的技术复杂的情况可通过制造根据权利要求1的顶部发射OLED而更便宜并以不复杂的方式实现，因为对便宜地大规模工业生产的金属箔卷到卷地涂覆OLED。在本发明的另一特征中，根据权利要求1的OLED用于照明目的，其选择性地含有结构的、非结构的或堆叠的OLED。在该情况中，还能够将具有绝缘层以获得分离的有机发光二极管的必要构造结合到该处理中，例如通过印刷聚合物绝缘层，通过借助于局部蒸发或溅射分离绝缘层，或通过经由遮光板蒸发或溅射。
本发明的有利实施例设想通过给金属基板部分地提供绝缘层以形成电隔离区域，将多个有机发光二极管形成在金属基板的独立且电隔离的区域上。
本发明优选的进一步的发展设想绝缘层是压印到金属基板上的。
本发明优选的进一步的发展设想绝缘层是蒸汽淀积到金属基板上的。
在本发明的有意义的实施例中，可设想绝缘层是溅射到金属基板上的。
本发明的有利实施例设想绝缘层是层压到金属基板上的。
本发明优选的进一步的发展设想朝向金属基板的电极通过另外的绝缘层被分成条带元件，朝向远离金属基板的对电极被分成与所述条带元件垂直的另外的条带元件，从而形成无源矩阵装置的可独立控制的图像点。
本发明优选的进一步的发展设想对电极被分成横向受限的元件。
在本发明的有意义的实施例中，可设想在一个带上从卷到卷连续制造多个有机发光二极管的层布置，并且以这样的方式形成所述条带元件，使得汽化源发出横切所述带的空间分离蒸汽瓣(vapour lobe)。
在优选的特征中，能够使用掺杂的输送层，其通过形成输送层作为平滑层而实现平滑效果。基于在这些层中的欧姆电流输送，降低了局部电流路径具有过度增加的流通电流的危险，所述过度增加的流通电流可能导致短路以及元件破坏。
其他优选实施例使用有机发光二极管，其中通过基板的特定粗加工或构造增加了光提取。在通常的平面发光二极管中，存在光发射的基本部分不进入外部模式而进入有机发光二极管的基板模式或薄膜模式的问题。通过使用具有远离基板(顶部发光体)的光提取的金属基板，已经抑制了基板模式。通过给基板提供周期性或非周期性粗糙度，能够抑制薄膜模式中光的传播。这利用卷到卷生产尤其可能以非常简单的方式实现，因为例如在该情况中，在利用轧辊的轧制过程中直接形成基板是可能的；在有利的情况中，能够有利地使用在轧制过程中正常及无意出现的结构。基板本身用作粗糙层，而无需施加附加的粗糙电极层到基板上，从而该布置特别有利于简单的生产过程。
还能够设想，在金属箔上实现图像点的装置，例如无源矩阵显示器。在该情况中，下部电极被分成条带；与此垂直，上部电极也以条带形式蒸汽淀积。在该装置中，能够激活单独的图像点，并能显示交替图像信息。
对于产生光谱宽的或白光，特别有利的布置是其中发光二极管的独立段以不同的发射光谱一个接一个布置。以这种方式，能够有效地产生光谱宽带光。该布置可用条带或用其他周期性或非周期性元件实现。为了使元件被观测者看起来最大程度地均匀发光，还可在该布置上淀积光散射层。该层可分离的直接位于该布置上，或可通过层压或通过粘接方法施加。特别有利的布置是以这样的方式按需要设计用于封装的这些层，使得它们同时起到光散射的作用。
附图说明
如下参考附图根据实施例更详细地说明本发明。附图中示出了以下内容：
图1：根据本发明一个实施例的有机发光元件的电流-电压特性曲线；
图2：根据本发明另一实施例的有机发光元件的亮度-电压特性曲线；
图3：根据本发明另一实施例具有平滑中间层的有机发光元件的亮度-电压特性曲线；
图4：在工业生产的基板(Coke can：易拉罐料)上的有机发光元件的示例说明和亮度-电压特性曲线。
具体实施方式
在下面的说明中，根据通过相应层的电荷载流子的优选或实质上唯一传导或输送的类型，将电荷载流子输送/注入层称为空穴输送或电子输送层。
实施例1
蓝色发射OLED的实施例包括以下层：
1基板，铝箔
2银层，溅射的
3空穴输送层：Spiro-TTB，用2％的NDP-2进行p掺杂，25nm厚
4电子阻挡层，Spiro-TAD，10nm
5发光体层：蓝发光体，20nm
6电子输送层，BPhen，10nm
7电子输送层，BPhen，用Cs以1∶1的比例进行n掺杂，130nm
8透明阴极，Ag蒸汽淀积的，15nm
图1示出这种类型的两个有机发光元件的电流-电压特性曲线(方格与圆圈)；与此相比，示出了在高质量玻璃基板上实现的类似元件，其具有在干净的室内条件下产生的Cr/Ag触点。很显然，这些OLED具有显著更好的阻挡特性曲线。这里令人惊讶的方面是该效果仅需要不寻常的厚电子输送层。
实施例2
绿色发射OLED的实施例包括以下层：
10基板，铝箔
11银层，溅射的
12空穴输送层：Spiro-TTB，用2％的NDP-2进行p掺杂，48nm厚
13电子阻挡层，Spiro-TAD，10nm
14发光体层I，TCTA：Ir(ppy)3(9％)，5nm
15发光体层II，TPBI：Ir(ppy)3(9％)，10nm
16电子输送层，BPhen，10nm
17电子输送层，BPhen，用Cs以1∶1的比例进行n掺杂，130nm
18透明阴极，Ag蒸汽淀积的，15nm
19覆盖层：Spiro-TTB，90nm
图2示出了根据本发明第二实施例的两个有机发光元件的亮度-电压特性曲线(方格和圆圈，各自具有和不具有层19)。在2.9V已经获得100Cd/m2的亮度，在10,000Cd/m2最大性能效率是501m/W。这表明了能够在金属基板上以极好的参数实现OLED。
如上所述的实施例的共同之处在于，没有任何绝缘层形成在金属基板和有机层序列的最下层之间。作为对这里所述的实施例的替代方案，可以设想，有机层序列是直接淀积在金属基板上的，从而利用该金属基板，例如铝箔，形成有机发光二极管的下部电极。以这种方式，节省了用于形成与金属基板分离产生的电极的材料。另外，在该情况中能够节省用于生产有机发光二极管所必需的处理步骤。
实施例3
在实施例3中，示出了在金属基板上的附加清漆层如何促进降低泄漏电流，以及随后提高电性能。同时，使用厚的p侧，其有助于使表面更加均匀。为此目的，图3比较了两个在设计中类似的具有以下结构的OLED，其中一个形成为具有平滑层21，另一个形成为不具有平滑层21。
20基板，铝箔
21平滑层，清漆(可选的)
22银层，溅射的
23空穴输送层：MeO-TPD，用4％的F4-TCNQ进行p掺杂，150nm厚
24电子阻挡层，Spiro-TAD，10nm
25发光体层，TCTA：Ir(ppy)3(8％)，20nm
26电子输送层，BPhen，10nm
27电子输送层，BPhen，用Cs以1∶1的比例进行n掺杂，30nm
28透明阴极，Ag蒸汽淀积的，15nm
从图3中可看出，利用在金属基板上的附加的平滑层，例如清漆，能够获得进一步改善的亮度-电压特性。必定会设想到，通过同时使用厚掺杂透明层，能够实现低操作电压和随后的性能效率。
实施例4
在进一步的特征中，可包括用于照明或广告目的的物体，例如其包含金属基板、有机发光二极管和至少一个掺杂的电荷载流子输送层。这里作为例子示出了Coke can，其用作基板，用于根据这里提出的专利申请的权利要求的OLED，并成功地用作OLED基板。
层结构配置：
30基板，Coke can(具有清漆的金属片)
31银层，溅射的
32空穴输送层：MeO-TPD，用4％的F4-TCNQ进行p掺杂，150nm厚
33电子阻挡层，Spiro-TAD，10nm
34发光体层，TCTA：Ir(ppy)3(8％)，20nm
36电子输送层，TPBi，10nm
37电子输送层，BPhen，用Cs以1∶1的比例进行n掺杂，30nm
38透明阴极，Ag蒸汽淀积的，15nm
然而，提供具有其他层的基板也是有利的。这些层包括：例如介电层，其可用于例如增强反射；或者绝缘有机中间层。特别有利的布置是，例如介电层，其带有随后的薄银层作为电极。这种布置对于所述的无源矩阵装置也特别有利。
在本说明书、权利要求书和附图中公开的本发明的特征，对于以其各种实施例形式实现本发明，无论是单独还是随机组合，都是很重要的。

Claims (34)

1.一种有机发光二极管，其具有包括电极、对电极和有机层序列的层布置，所述有机层序列布置在所述电极和对电极之间，其中所述有机层序列布置在金属基板上，并且一个或多个有机输送层在每种情况中均含有用于增强导电率的掺合物，且其以选自下列组特征中的至少一个特征形成：电荷载流子输送和电荷载流子注入。
2.根据权利要求1的有机发光二极管，其特征在于，在所述金属基板和有机层序列之间形成平面电触点，该触点是无绝缘层的。
3.根据权利要求1的有机发光二极管，其特征在于，所述金属基板涂覆有使所述金属基板的表面平滑的层，该层按需要由清漆或聚合物材料构成。
4.根据权利要求1或2的有机发光二极管，其特征在于，所述有机层序列直接淀积在所述金属基板上，并且用所述金属基板形成所述电极。
5.根据权利要求1至4中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述电极形成为所述金属基板上的导电层。
6.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述电极是正的电触点，所述对电极是负的电触点。
7.根据权利要求1至5的有机发光二极管，其特征在于，所述电极是负的电触点，所述对电极是正的电触点。
8.根据权利要求6至8中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述导电层至少部分地由银构成。
9.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述金属基板由铝构成。
10.根据权利要求1至8中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述金属基板由钢构成。
11.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述金属基板是柔性的。
12.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，以支持通过相长发射的光发射的层厚度形成朝向所述金属基板的电荷载流子输送层。
13.根据权利要求12的有机发光二极管，其特征在于，所述朝向所述金属基板的电荷载流子输送层的层厚度至少为3/4λ，其中λ为从所述层布置发射的光的发射波长。
14.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，以支持通过相长发射的光发射的层厚度形成朝向远离所述金属基板的电荷载流子输送层。
15.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，以平滑方式形成电荷载流子输送层。
16.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，电荷载流子输送层含有作为基质材料的C60。
17.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述金属基板具有改善在所述有机层序列中产生的光的光提取的结构，该结构按需要形成为周期性或非周期性结构。
18.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于在顶部电极上具有一个或多个层的透明层系统，用于保护以不受外界影响。
19.根据权利要求18的有机发光二极管，其特征在于，所述透明层系统是通过层压而施加的。
20.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，所述布置是以白光发射方式形成的。
21.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，根据下列配置中的一种或多种用不同的发光体材料形成由所述有机层序列包围的发光层：横向布置的条带、周期性几何元素和非周期性几何元素。
22.根据权利要求21的有机发光二极管，其特征在于具有光散射层。
23.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，在所述金属基板上单一地淀积层布置。
24.根据权利要求3或权利要求4至23中任一项的有机发光二极管，在向回引用权利要求3的范围内，其特征在于，所述平滑层是电绝缘的。
25.根据前面权利要求中任一项的有机发光二极管，其特征在于，多个有机发光二极管单元一个在另一个之上单一地堆叠，并且以白光发射方式形成层布置。
26.根据前面权利要求中任一项的发光二极管，其特征在于，从卷到卷连续地生产层布置。
27.一种具有多个根据权利要求1至26中任一项的发光二极管的装置，其特征在于，通过给金属基板提供绝缘层以形成电隔离的区域，将多个有机发光二极管形成在金属基板的独立且电隔离的区域上。
28.根据权利要求27的装置，其特征在于，所述绝缘层是压印在所述金属基板上的。
29.根据权利要求27的装置，其特征在于，所述绝缘层是蒸汽淀积到所述金属基板上的。
30.根据权利要求27的装置，其特征在于，所述绝缘层是溅射到所述金属基板上的。
31.根据权利要求27的装置，其特征在于，所述绝缘层是通过层压而施加到所述金属基板上的。
32.根据权利要求27至31中任一项的装置，其特征在于，朝向所述金属基板的电极通过另外的绝缘层被分成条带元件，朝向远离所述金属基板的对电极被分成与所述条带元件垂直的另外的条带元件，从而形成无源矩阵装置的可独立控制的图像点。
33.根据权利要求27至32中任一项的装置，其特征在于，所述对电极被分成横向受限的元件。
34.根据权利要求32或33的装置，其特征在于，在一个带上从卷到卷连续制造多个有机发光二极管的层布置，并且以这样的方式形成所述条带元件，使得汽化源发出横切所述带的空间分离的蒸汽瓣。
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