Многослойное электролюминесцентное устройство
Владельцы патента RU 2532565:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (RU)
федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской Академии наук (RU)
Изобретение относится к области электролюминесцентных устройств - органических светоизлучающих диодов, применяемых в качестве эффективных и высокоэкономичных твердотельных источников освещения. Электролюминесцентное устройство включает дырочно-инжектирующий слой, дырочно-транспортный слой, активный люминесцентный слой на основе электролюминесцентного соединения бис[2-(2'-тозиламинофенил) бензоксазолато]цинка(2+) формулы I, дырочно-блокирующий слой, электронно-транспортный слой, электронно-инжектирующий слой и электронный блокирующий слой с использованием в качестве него N,N´-бис(3-метилфенил)-N,N´би(фенил)-9,9-спиробифлюорена. Изобретение обеспечивает повышение яркости зеленого излучения электролюминесцентных устройств по известному уровню с люминесцентным слоем на основе хелатных комплексов цинка с производными салицилового альдегида с различными аминами. 3 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области создания электролюминесцентных устройств - органических светоизлучающих диодов, известных как ОСИД или OLED - Organic Light Emitting Diodes, - которые используются в качестве эффективных и высокоэкономичных твердотельным источников освещения нового поколения.
Известно электролюминесцентное устройство на основе комплекса цинка и производного N,N1-бис(2-гидроксибензилиден)-1,2-фенилендиамина, содержащее электроноинжектирующий слой, дырочно-инжектирующий слой и активный люминесцентный слой на основе вышеприведенного хелатного комплекса цинка (патент РФ №2140956, C09K 11/06, 1999 г.). Устройство излучает в зеленой области, обладает яркостью 480 кД/м2 при напряжении 11,8 В и плотности тока 26 мА/см2, что соответствует энергопотреблению 6,4 Вт/кД.
Известно электролюминесцентное устройство, где в качестве электролюминесцентного слоя используется комплекс цинка с лигандами на основе производных 8-аминохинолина, содержащее электроноинжектирующий слой, дырочно-транспортный слой, дырочно-инжектирующий слой и активный люминесцентный слой на основе вышеприведенного хелатного комплекса цинка (патент РФ №2310676, C09K 11/06, 2006 г.). Устройство излучает в сине-зеленой области, обладает яркостью 140 кД/м2 при напряжении 19 В и плотности тока 1,5 мА/см2 (эффективность 9 кД/А).
В патенте РФ №2265040 (МПК C09K 11/06, 2005 г.) описывается электролюминесцентный материал, состоящий из электронного инжектирующего слоя, активного люминесцентного слоя на основе хелатного комплекса металла, дырочно-транспортного слоя и дырочного инжектирующего слоя. В качестве люминесцентного вещества содержит один из оксихинолятных металлокомплексов 8-гидрокси-2-метоксихинолинат цинка или 8-гидрокси-2-метилхинолинат цинка. Электролюминесцентный материал с излучением в зеленой области спектра с повышенной термостабильностью со следующими параметрами: яркость 140 кД/м2 достигается при напряжении 16 В и плотности тока 24 мА/см2 (эффективность 4 кД/А).
Наиболее близким по выполнению является электролюминесцентное устройство, включающее дырочно-инжектирующий слой (CuPc), дырочно-транспортный слой (2-TNATA), активный люминесцентный слой на основе электролюминесцентного вещества бис[2-(2'-тозиламинофенил) бензоксазолато]цинка(2+) формулы I
http://www.fips.ru/rupatimage/0/2000000/2400000/2400000/2408000/2408648-5.gif" \o "4 Kb" \t "_blank
дырочно-блокирующий слой (BCP), электронно-транспортный слой (Bphen), электронно-инжектирующий слой(LiF). Такое ЭЛУ, излучает в зеленой области спектра и обладает яркостью 460 кД/м2 при напряжении 8 В и токе 30 мА/см2, что соответствует световой эффективности 0.67 Lm/W (патент РФ № 2408648, С09К 11/06, 2011 г.).
Задачей изобретения является расширение электролюминесцентных устройств с высокими рабочими характеристиками, излучающих в зеленой области спектра.
Техническим результатом является повышение яркости зеленого излучения электролюминесцентных устройств с люминесцентным слоем на основе хелатных комплексов цинка с производных салицилового альдегида с различными аминами.
Технический результат достигается электролюминесцентным устройством, включающем дырочно-инжектирующий слой (например, CuPc), дырочно-транспортный слой (например, 2-TNATA), активный люминесцентный слой на основе электролюминесцентного вещества бис[2-(2′-тозиламинофенил)бензоксазолато]цинка(2+) общей формулы I, дырочно-блокирующий слой (например, BCP), электронно-транспортный слой (например, Bphen), электронно-инжектирующий слой (например, LiF) и электронный блокирующий слой с использованием в качестве него N,N′-бис(3-метилфенил)-N,N′би(фенил)-9,9-спиробифлюорена (spiro-TPD).
Отличием устройства от прототипа является наличие электронного блокирующего слоя и использование в качестве него N,N′-бис(3-метилфенил)-N,N′би(фенил)-9,9-спиробифлюорена (spiro-TPD).
Изобретение удовлетворяет критерию изобретательского уровня, так как не известно повышение яркости излучения электролюминесцентного устройства при введении в него дополнительно электронного блокирующего слоя, в том числе, на основе spiro-TPD.
Синтез соединения I описан в патенте РФ №2408648.
На фиг.1 представлена общая схема электролюминесцентного устройства в продольном разрезе. В качестве твердой прозрачной подложки (1) используют выпускаемую промышленностью стеклянную подложку с нанесенным на нее прозрачным токопроводящим слоем из оксида индия, допированного оловом, являющимся анодом (2), к которому подсоединен металлический контакт (3). Далее последовательно методом термического вакуумного испарения наносят слой инжектирующий дырки из фталоцианина меди (CuPc) (4), дырочный транспортный слой (2-TNATA) (5), электроно-блокирующий слой из N,N′-бис(3-метилфенил)-N,N′би(фенил)-9,9-спиробифлюорен (spiro-TPD) (6), светоизлучающий слой из бис[2-(2′-тозиламинофенил)бензоксазолато]цинк(II) (формула I) (7), дырочно-блокирующий слой из 2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролина (BCP) (8), электронный транспортный слой (4,7-дифенил-1,10-фенантролина) (BPhen) 9, электронный инжектирующий слой фторида лития (LiF) (10) и алюминиевый катод (11). Разделительная дорожка (12) на электродном покрытии из оксида индия, допированного оловом, делит прозрачный проводящий слой на анодную (2) и катодную зоны. Катодная зона одновременно являлась токопроводом к катоду (13) и имеет металлический контакт (14). Толщины слоев при изготовлении методом термического вакуумного испарения строго контролируют.
В таблице 1 указан химический состав ниже приведенных веществ, а также толщина функциональных слоев устройства с использованием общепринятой в литературе аббревиатуры соединений:
Phthalocyanine Copper complex (CuPc), ALDRICH, CAS 147-148
4,4′,4′′-Tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)triphenylamine (2-TNATA)
KINTEC, lot: KZ88BuOMEEO, sales@kintec.hk
Spiro-TPD - N,N′-бис(3-метилфенил)-N,N′би(фенил)-9,9-спиробифлюорен SIGMA - ALDRICH, CAS 123847-85-8, CAS №189363-47-1
2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanhroline (BCP) KINTEC, lot: KZ86BUOHRYO, sales@kintec.hk
4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen) KINTEC, lot: KZ88BuOMEEO, sales@kintec.hk
LiF ALDRICH, CAS: 7789-24-4
Таблица 1
| № п.п. | Наименование | Количество |
| 1 | Стеклянная пластина | 1 |
| 2 | Анод: ITO - In2O3:SnO2 | 1 |
| 3 | Металлический контакт к аноду | 1 |
| 4 | Дырочный инжекционный слой: CuPc (фталоцианин меди), толщина слоя 3 нм | 1 |
| 5 | Дырочный транспортный слой: 2-TNATA (4,4´,4”-три(2- нафтилфенил-фениламино)-трифениламин), толщина слоя 40 нм |
1 |
| 6 | Электронный блокирующий слой: spiro-TPD (N, N´-би(фенил)-9,9- спиробифлюорен), толщина слоя 6 нм | 1 |
| 7 | Активный люминесцентный слой: бис[2-(2'-тозиламино-фенил)бензоксазолато]цинк(II), толщина слоя 25 нм | 1 |
| 8 | Дырочный блокирующий слой: BCP (2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролин), толщина слоя 7 нм | 1 |
| 9 | Электронный транспортный слой: BPhen (4,7-дифенил-1,10-фенантролин), толщина слоя 28 нм | 1 |
| 10 | Электронный инжекционный слой: LiF, толщина слоя 1.0 нм | 1 |
| 11 | Катод: Al (100 нм) | 1 |
| 12 | Разделительная дорожка | 1 |
| 13 | Токопровод к катоду | 1 |
| 14 | Металлический контакт к катоду | 1 |
Перед использованием вещество подвергаются многократной очистке путём переосаждения. Формирование многослойной структур ОСИД и измерение рабочих характеристик проводят в инертной атмосфере Ar в отсутствие контакта с атмосферой. Слои наносят методом термического вакуумного испарения.
При подаче напряжения на анод (2) и катод (11) из них в соседние проводящие слои инжектируются соответственно дырки и электроны, которые движутся навстречу друг другу. В светоизлучающем слое (7) происходит рекомбинация этих зарядов, что вызывает эффект электролюминесценции (излучение света). Блокирующие слои (6) и (8) обеспечивают накопление электронов и дырок в слое (7), повышая тем самым эффективность рекомбинации зарядов, т.е. интенсивность излучения.
На фиг. 1 показана структура изготовленного ОСИД на основе комплекса цинка с зелёным светом излучения.
Полученные спектры фото- и электролюминесценции (ЭЛ) показаны на фигурах 2 и 3.
Установлено, что в диапазоне длин волн от 500 до 750 нм при указанной толщине слоев яркость излучения полученного ОСИД составляет 2500 кд/м2 при приложенном потенциале 10 В. Пороговое напряжение составляет 3.2 В. Координаты цветности излучения - (x=0.373; y=0.463).
Таким образом, электролюминесцентные устройства на основе люминесцентного соединения с формулой I с использованием электронного блокирующего слоя на основе N,N′-бис(3метилфенил)-N,N′би(фенил)-9,9-спиробифлюорена (spiro-TPD) демонстрируют высокие рабочие характеристики, превышающие характеристику яркости прототипа в 5 раз, что позволяет использовать его в качестве излучающего органического материала в источниках освещения с зеленым светом.
Этим подтверждается достижение технического результата по сравнению с известным техническим решением, а также расширение ассортимента ОСИД.
Электролюминесцентное устройство, включающее дырочно-инжектирующий слой, дырочно-транспортный слой, активный люминесцентный слой на основе электролюминесцентного соединения бис[2-(2'-тозиламинофенил) бензоксазолато]цинка(2+) формулы I,
I
дырочно-блокирующий слой, электронно-транспортный слой, электронно-инжектирующий слой и электронный блокирующий слой с использованием в качестве него N,N´-бис(3-метилфенил)-N,N´би(фенил)-9,9-спиробифлюорена.
