многослойное электролюминесцентное устройство
Классы МПК: | C09K11/06 содержащие органические люминесцентные вещества H05B33/14 отличающиеся по химическому составу, физической структуре или расположению электролюминесцентных материалов |
Автор(ы): | Бурлов Анатолий Сергеевич (RU), Мальцев Евгений Иванович (RU), Дмитриев Артем Владимирович (RU), Лыпенко Дмитрий Александрович (RU), Позин Сергей Игоревич (RU), Ванников Анатолий Вениаминович (RU), Гарновский Дмитрий Александрович (RU), Кощиенко Юрий Владимирович (RU), Метелица Анатолий Викторович (RU), Цивадзе Аслан Юсупович (RU), Минкин Владимир Исаакович (RU) |
Патентообладатель(и): | 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) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-01-09 публикация патента:
10.11.2014 |
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.
Формула изобретения
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.
Описание изобретения к патенту
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/м 2 достигается при напряжении 16 В и плотности тока 24 мА/см 2 (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" "_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/см 2, 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.
Класс C09K11/06 содержащие органические люминесцентные вещества
Класс H05B33/14 отличающиеся по химическому составу, физической структуре или расположению электролюминесцентных материалов