DE102012202839B4

DE102012202839B4 - Organische Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102012202839B4
Application number: DE102012202839.0A
Authority: DE
Inventors: Carola Diez; Arndt Jaeger; Ulrich Niedermeier; Nina Riegel; Stefan SEIDEL; Thomas Wehlus
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-25
Also published as: DE102012202839A1; KR20140126717A; US20150014674A1; US9196870B2; KR101890460B1; CN104115299B; WO2013124371A1; CN104115299A

Abstract

Organische Leuchtdiode (1) mit einem Spiegel (3) und mit einer organischen Schichtenfolge (4), die aufweist:- eine erste aktive Schicht (41), die zur Erzeugung einer ersten Strahlung eingerichtet ist, und- mindestens zwei zweite aktive Schichten (42, 43), die zur Erzeugung einer zweiten Strahlung eingerichtet sind, wobei- die aktiven Schichten (41, 42, 43), entlang einer Hauptrichtung (x) weg von dem Spiegel (3), übereinander angeordnet sind,- sich zwischen zwei benachbarten aktiven Schichten (41, 42, 43) jeweils eine Ladungsträgererzeugungsschicht (45) befindet,- die zweiten aktiven Schichten (42, 43) jeweils dieselben mindestens zwei strahlungsaktiven organischen Materialien aufweisen und die erste aktive Schicht (41) ein hiervon verschiedenes strahlungsaktives organisches Material aufweist,- durch den Spiegel (3) und durch eine optische Grenzfläche (50) mit einem Brechungsindexsprung an einer dem Spiegel (3) abgewandten Seite der organischen Schichtenfolge (4) eine optische Kavität (53) gebildet ist,- die Kavität (53) entlang der Hauptrichtung (x) mehrere Intensitätsmaxima (M) aufzeigt, wobei sich die aktiven Schichten (41, 42, 43) entlang der Hauptrichtung (x) jeweils in oder an einem der Intensitätsmaxima (M) befinden,- ein Abstand zwischen den zweiten aktiven Schichten (42, 43) kleiner ist als ein Abstand zwischen der ersten aktiven Schicht (41) und der nächstgelegenen zweiten aktiven Schicht (42, 43),- die zweiten aktiven Schichten (42, 43) für voneinander verschiedene Wellenlängen (λ) optimiert sind,- die aktiven Schichten (41, 42, 43) sich entlang der Hauptrichtung (x) jeweils an einer Position P gemäß der folgenden Formel befinden, mit einer Toleranz von höchstens λ/(10 n) : P = λ/(4 n) + k λ/(2 n), wobei n der mittlere Brechungsindex der organischen Schichtenfolge (4) für die Wellenlänge λ und k eine natürliche Zahl größer oder gleich Null ist und λ die Vakuumwellenlänge der Strahlung bezeichnet, zu deren Erzeugung die entsprechende aktive Schicht eingerichtet ist.

Description

Es wird eine organische Leuchtdiode angegeben.
Die Druckschrift US 2010 / 0 314 636 A1 betrifft eine organische Leuchtdiode, die mehrere lichtemittierende Schichten zur Erzeugung verschiedener Farben aufweist. Die lichtemittierenden Schichten sind in verschiedenen Abständen zueinander sowie zu einem Spiegel angeordnet.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine organische Leuchtdiode anzugeben, deren Strahlung einen hohen Farbwiedergabeindex aufweist.
Erfindungsgemäß umfasst die Leuchtdiode einen Spiegel. Der Spiegel ist dazu eingerichtet, im Betrieb der Leuchtdiode erzeugte Strahlung, insbesondere sichtbare Strahlung, zu mindestens 50 % oder zu mindestens 80 % oder zu mindestens 95 % zu reflektieren. Insbesondere ist der Spiegel undurchlässig für sichtbares Licht. Beispielsweise handelt es sich bei dem Spiegel um einen Metallspiegel, der Silber und/oder Aluminium umfasst oder hieraus besteht. Der Spiegel kann auch eine Elektrode der Leuchtdiode bilden, beispielsweise eine Kathode.
Erfindungsgemäß beinhaltet die Leuchtdiode eine oder mehrere organische Schichtenfolgen. Die organische Schichtenfolge basiert ganz oder teilweise auf organischen Materialien. Bevorzugt grenzt die organische Schichtenfolge unmittelbar an den Spiegel an und berührt den Spiegel ganzflächig oder stellenweise.
Erfindungsgemäß weist die organische Schichtenfolge eine oder mehrere erste aktive Schichten auf. Die erste aktive Schicht ist zur Erzeugung einer ersten Strahlung eingerichtet. Bei der ersten Strahlung handelt es sich insbesondere um blaues Licht oder um rotes Licht.
Erfindungsgemäß weist die organische Schichtenfolge genau zwei oder mehr als zwei zweite aktive Schichten auf. Die zweiten aktiven Schichten sind jeweils zur Erzeugung einer zweiten Strahlung eingerichtet. Bei der zweiten Strahlung kann es sich bevorzugt um eine Mischstrahlung handeln. Insbesondere ist die zweite Strahlung gelbes Licht, oranges Licht oder cyanfarbiges Licht.
Erfindungsgemäß sind die aktiven Schichten, entlang einer Hauptrichtung weg von dem Spiegel, übereinander angeordnet. Haupterstreckungsrichtungen der aktiven Schichten sind dann bevorzugt parallel zu dem Spiegel orientiert. In Draufsicht auf die Leuchtdiode gesehen überlappen mit anderen Worten die aktiven Schichten vollständig oder teilweise einander.
Erfindungsgemäß befindet sich jeweils zwischen zwei benachbarten aktiven Schichten eine Ladungsträgererzeugungsschicht, englisch charge generation layer oder kurz CGL. Bevorzugt weist die Leuchtdiode mindestens zwei oder genau zwei der Ladungsträgererzeugungsschichten auf.
Erfindungsgemäß weisen die mindestens zwei zweiten aktiven Schichten jeweils dieselben mindestens zwei voneinander verschiedenen strahlungsaktiven organischen Materialien auf. Insbesondere weisen die zweiten aktiven Schichten jeweils genau zwei strahlungsaktive organische Materialien auf. Bei den strahlungsaktiven organischen Materialien kann es sich jeweils um fluoreszierende oder um phosphoreszierende Materialien handeln.
Erfindungsgemäß weist die erste aktive Schicht genau ein oder mehrere strahlungsaktive organische Materialien auf. Das eine oder mindestens eines der strahlungsaktiven organischen Materialien oder alle strahlungsaktiven organischen Materialien der ersten aktiven Schicht sind von den strahlungsaktiven organischen Materialien der zweiten aktiven Schichten verschieden. Mit anderen Worten unterscheiden sich die zweiten aktiven Schichten von der ersten aktiven Schicht in mindestens einem der strahlungsaktiven organischen Materialien. Auch bei dem strahlungsaktiven organischen Material der ersten Schicht kann es sich um ein fluoreszierendes oder um ein phosphoreszierendes Material handeln.
Erfindungsgemäß umfasst die Leuchtdiode einen Spiegel und eine organische Schichtenfolge. Die organische Schichtenfolge beinhaltet eine erste aktive Schicht zur Erzeugung einer ersten Strahlung sowie mindestens zwei zweite aktive Schichten zur Erzeugung einer zweiten Strahlung. Die aktiven Schichten sind, entlang einer Hauptrichtung weg von dem Spiegel, übereinander angeordnet. Zwischen zwei benachbarten aktiven Schichten befindet sich jeweils eine Ladungsträgererzeugungsschicht. Die zweiten aktiven Schichten weisen jeweils dieselben mindestens zwei strahlungsaktiven organischen Materialien auf. Die erste aktive Schicht weist ein hiervon verschiedenes strahlungsaktives organisches Material auf.
Es ist also möglich, dass, hinsichtlich einer Materialzusammensetzung, die organische Leuchtdiode nur zwei voneinander verschieden gestaltete Arten von aktiven Schichten aufweist. Hierdurch ist die organische Leuchtdiode effizient und kostengünstig herstellbar. Durch die Verwendung von insgesamt mindestens drei oder genau drei aktiven Schichten, also der ersten aktiven Schicht sowie der mindestens zwei zweiten aktiven Schichten, ist ein hoher Farbwiedergabeindex der von der Leuchtdiode erzeugten Strahlung erzielbar.
Erfindungsgemäß weist die Leuchtdiode eine optische Grenzfläche auf, an der ein Brechungsindexsprung zwischen zwei verschiedenen Materialien der Leuchtdiode vorliegt. Die optische Grenzfläche befindet sich an einer dem Spiegel abgewandten Seite der organischen Schichtenfolge.
Erfindungsgemäß ist durch den Spiegel und die optische Grenzfläche eine optische Kavität gebildet. Mit anderen Worten ist die Kavität durch den Spiegel und die reflektierende optische Grenzfläche begrenzt und definiert. Die optische Kavität kann optische Eigenschaften ähnlich einem Fabry-Perot-Element und/oder einem Resonator aufweisen. Bei der Kavität handelt es sich jedoch besonders bevorzugt nicht um einen Resonator zur Erzeugung einer Laserstrahlung. Die von der organischen Leuchtdiode emittierte Strahlung ist bevorzugt eine inkohärente Strahlung und keine Laserstrahlung.
Erfindungsgemäß weist die Kavität, entlang der Hauptrichtung, mehrere Intensitätsmaxima auf. Der Begriff Intensitätsmaximum bezieht sich insbesondere auf ein Selbstinterferenzminimum. Das heißt: Wenn in einem Punkt entlang der Hauptrichtung emittierte Strahlung auf den Spiegel trifft, einen Phasensprung von n erfährt und effektiv konstruktiv interferiert mit sich selbst, liegt ein Intensitätsmaximum vor, im Falle destruktiver Interferenz ein Intensitätsminimum. Die Lage der Intensitätsmaxima ist abhängig von einem Brechungsindexverlauf innerhalb der organischen Schichtenfolge sowie von der Wellenlänge der betreffenden Strahlung.
Erfindungsgemäß befinden sich die aktiven Schichten, entlang der Hauptrichtung, jeweils in oder an einem der Intensitätsmaxima. Das kann bedeuten, dass die aktive Schicht mit dem betreffenden Intensitätsmaximum überlappt. Beispielsweise liegt eine geometrische Mitte der aktiven Schicht, längs der Hauptrichtung, mit einer Toleranz von höchstens 10 nm oder von höchstens 20 nm oder von höchstens 30 nm bei dem entsprechenden Intensitätsmaximum.
Die aktiven Schichten liegen jeweils bevorzugt in einem Intensitätsmaximum für blaues Licht, für grünes Licht und für rotes Licht. Blaues Licht bezeichnet hierbei insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 430 nm und 490 nm, grünes Licht Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 525 nm und 575 nm und rotes Licht Strahlung mit einer Wellenlänge insbesondere zwischen einschließlich 595 nm und 670 nm. Beispielsweise liegen die aktiven Schichten in oder an einem Intensitätsmaximum für eine Wellenlänge von 450 nm, für eine Wellenlänge von 555 nm und für eine Wellenlänge von 615 nm, jeweils mit einer Toleranz von höchstens 5 nm, von höchstens 10 nm oder von höchstens 20 nm.
Erfindungsgemäß befinden sich die einzelnen aktiven Schichten, entlang der Hauptrichtung, jeweils an einer Position P gemäß der folgenden Formel: P = A/(4n) + k A/(2n). Die Position P wird bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens A/(10n) oder von höchstens A/(20n) eingehalten. Die Positionsangabe bezieht sich insbesondere auf eine geometrische Mitte der zugehörigen aktiven Schicht. n bezeichnet dabei den mittleren Brechungsindex der organischen Schichtenfolge, der beispielsweise zwischen einschließlich 1,7 und 1,9 liegt. A bezeichnet die Vakuumwellenlänge der Strahlung, zu deren Erzeugung die entsprechende aktive Schicht eingerichtet ist. k ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 0. Insbesondere gilt, dass k gleich 0, gleich 1, gleich 2 oder gleich 3 ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode gilt für die erste aktive Schicht, dass k gleich 0 oder gleich 1 ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode gilt für die zweiten aktiven Schichten, dass k größer 0 ist. Insbesondere ist k gleich 1 oder gleich 2. Es ist möglich, dass sich die erste aktive Schicht in einem ersten Intensitätsmaximum der Kavität befindet und beide zweiten aktiven Schichten in dem zweiten Intensitätsmaximum. k kann für die zweiten aktiven Schichten gleich sein oder auch verschieden, insbesondere um höchstens 1 oder um höchstens 2 verschieden.
Erfindungsgemäß ist ein Abstand zwischen benachbarten zweiten aktiven Schichten kleiner als ein Abstand zwischen der ersten aktiven Schicht und der nächstgelegenen zweiten aktiven Schicht. Mit anderen Worten liegen die zweiten aktiven Schichten relativ nahe beieinander. Zwischen den zweiten aktiven Schichten befindet sich bevorzugt nicht die erste aktive Schicht. Beispielsweise beträgt ein Abstand zwischen den benachbarten zweiten aktiven Schichten mindestens 20 nm oder mindestens 60 nm und alternativ oder zusätzlich höchstens 150 nm oder höchstens 100 nm. Der Abstand der ersten aktiven Schicht zu der nächstgelegenen zweiten aktiven Schicht beträgt beispielsweise mindestens 80 nm oder mindestens 130 nm und alternativ oder zusätzlich höchstens 175 nm oder höchstens 140 nm.
Erfindungsgemäß sind die zweiten aktiven Schichten für voneinander verschiedene Wellenlängen optimiert. Optimiert bedeutet insbesondere, dass sich die zweiten aktiven Schichten an Positionen gemäß der oben genannten Formel für die Position P befinden, wobei bevorzugt k für mindestens zwei der zweiten aktiven Schichten gleich ist. Beispielsweise liegen die Wellenlängen, für die die zweiten aktiven Schichten optimiert sind, bei 555 nm und bei 615 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode weisen die zweiten aktiven Schichten jeweils ein rot emittierendes strahlungsaktives organisches Material sowie ein grün emittierendes strahlungsaktives organisches Material auf. Es ist möglich, dass die zweiten aktiven Schichten nur die beiden genannten strahlungsaktiven organischen Materialien aufweisen und keine weiteren solchen Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode weisen die mindestens zwei zweiten aktiven Schichten ein blau emittierendes strahlungsaktives organisches Material und zusätzlich ein grün emittierendes strahlungsaktives organisches Material auf. Bevorzugt liegen dann keine weiteren strahlungsaktiven organischen Materialien in den zweiten aktiven Schichten vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode weist die optische Grenzfläche für die im Betrieb der Leuchtdiode erzeugte Strahlung eine mittlere Reflektivität von mindestens 25 % oder von mindestens 30 % auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Reflektivität bei höchstens 60 % oder bei höchstens 50 %. Mittlere Reflektivität bedeutet hierbei, dass die Reflektivität über alle von der organischen Leuchtdiode im bestimmungsgemäßen Gebrauch emittierten Wellenlängen gemittelt ist. Die mittlere Reflektivität kann sich somit auf weißes Licht beziehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der organischen Leuchtdioden weisen mindestens zwei der aktiven Schichten oder weisen alle aktiven Schichten eine gleiche Materialzusammensetzung auf, im Rahmen der Herstellungstoleranzen. Insbesondere sind in den zweiten aktiven Schichten die mindestens zwei strahlungsaktiven organischen Materialien in einem gleichen Mischungsverhältnis und/oder in einer gleichen räumlichen Verteilung eingebracht. Mit anderen Worten können die zweiten aktiven Schichten auf dieselbe Weise und mit denselben Ausgangsmaterialien hergestellt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode weisen die zweiten aktiven Schichten gleiche oder voneinander verschiedene Dicken auf. Zum Beispiel weist diejenige der zweiten aktiven Schichten, die sich in einem Intensitätsmaximum für grünes Licht befindet, eine größere Dicke auf als eine der zweiten aktiven Schichten, die sich in einem Intensitätsmaximum für rotes Licht befindet, oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist ein Abstand zwischen benachbarten aktiven Schichten durch eine Dicke der jeweiligen, sich zwischen diesen aktiven Schichten befindlichen Ladungsträgererzeugungsschicht eingestellt. Die Dicken der Ladungsträgererzeugungsschichten können sich hierbei um mindestens einen Faktor 1,5 oder um mindestens einen Faktor 1,75 voneinander unterscheiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist den aktiven Schichten je eine oder mehrere Barriereschichten zugeordnet. Die Barriereschichten grenzen bevorzugt unmittelbar an eine Schicht mit dem strahlungsaktiven organischen Material der aktiven Schicht. Bei den Barriereschichten handelt es sich um Ladungsträgerbarriereschichten für Löcher oder für Elektronen. Bevorzugt ist jeder der aktiven Schichten eine Elektronenbarriereschicht zugeordnet. Insbesondere mindestens den zweiten aktiven Schichten ist je eine Löcherbarriereschicht zugeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode grenzen die Ladungsträgererzeugungsschichten unmittelbar an eine oder an zwei der Barriereschichten, die den nächstgelegenen aktiven Schichten zugeordnet sind. Es können die Ladungsträgererzeugungsschichten jeweils unmittelbar an eine Löcherbarriereschicht sowie an eine Elektronenbarriereschicht grenzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode liegen die Dicken der aktiven Schichten, zusammengenommen mit den jeweils zugeordneten Barriereschichten, bei mindestens 25 nm oder bei mindestens 30 nm. Alternativ oder zusätzlich betragen die Dicken der aktiven Schichten, zusammen mit den zugehörigen Barriereschichten, höchstens 60 nm oder höchstens 50 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode liegen die Dicken der Ladungsträgererzeugungsschichten zwischen einschließlich 20 nm und 150 nm und/oder bei höchstens 40 nm oder bei höchstens 130 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist die erste aktive Schicht zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet. Die erste aktive Schicht kann sich in einem Intensitätsmaximum für blaues Licht befinden. Die zweiten aktiven Schichten sind bevorzugt jeweils gelb emittierende Schichten mit einem grün und mit einem rot emittierenden strahlungsaktiven organischen Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist die sich näher an dem Spiegel befindliche zweite aktive Schicht zur Erzeugung von grünem Licht optimiert. Es befindet sich diese zweite aktive Schicht bevorzugt in einem Intensitätsmaximum für grünes Licht. Bevorzugt befindet sich die weiter von dem Spiegel entfernt befindliche zweite aktive Schicht in einem Intensitätsmaximum für rotes Licht und ist somit zur Erzeugung von rotem Licht optimiert.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Leuchtdiode unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 und 7 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen organischen Leuchtdioden,
2 eine Darstellung eines Intensitätsverlaufs entlang einer Richtung weg von einem Spiegel eines Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen organischen Leuchtdiode,
3, 4, 6 und 8 schematische Darstellungen von Wellenlängenverläufen von optischen Eigenschaften von organischen Leuchtdioden, und
5 eine schematische Schnittdarstellung einer herkömmlichen organischen Leuchtdiode.

In 1 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer organischen Leuchtdiode 1 gezeigt. Eine optische Kavität 53 wird durch einen Spiegel 3 sowie durch eine optische Grenzfläche 50 gebildet. An der Grenzfläche 50 liegt ein Sprung im optischen Brechungsindex vor. Eine mittlere Reflektivität der optischen Grenzfläche 50 für sichtbares Licht liegt beispielsweise bei ungefähr 40 %.
Innerhalb der optischen Kavität 53 befindet sich eine organische Schichtenfolge 4. Die Schichtenfolge 4 umfasst eine erste aktive Schicht 41 sowie zwei zweite aktive Schichten 42, 43. Zwischen zwei benachbarten aktiven Schichten 41, 42, 43 befindet sich jeweils eine Ladungsträgererzeugungsschicht 45a, 45b. Es weist die organische Leuchtdiode 1 genau drei der aktiven Schichten 41, 42, 43 auf. Eine Dicke der organischen Schichtenfolge 4 liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 150 nm und 600 nm.
Zwischen der ersten aktiven Schicht 41 und dem Spiegel 3 befindet sich ferner eine Elektroneninjektionsschicht 49. An der optischen Grenzfläche 50 ist eine Löcherinjektionsschicht 48 angebracht. Die genannten Schichten der organischen Schichtenfolge 4 können in der angegebenen Reihenfolge unmittelbar aufeinanderfolgen. Ebenso können weitere, nicht dargestellte Zwischenschichten angebracht sein.
Die erste aktive Schicht 41 weist ein strahlungsaktives organisches Material auf, in dem im Betrieb der Leuchtdiode 1 über Fluoreszenz oder Phosphoreszenz elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, insbesondere im blauen Spektralbereich.
Die zweiten aktiven Schichten 42, 43 weisen jeweils dieselben mindestens zwei strahlungsaktiven organischen Materialien auf, die zur Emission von rotem Licht und zur Emission von grünem Licht eingerichtet sind. Die zweiten aktiven Schichten 42, 43 unterscheiden sich in ihrer Materialzusammensetzung bevorzugt nicht oder nicht signifikant. Die mindestens zwei strahlungsaktiven organischen Materialien können in den zweiten aktiven Schichten 42, 43 homogen durchmischt oder auch als separate Teilschichten vorhanden sein.
In 2 ist entlang einer Hauptrichtung x, senkrecht zu dem Spiegel 3 und von dem Spiegel 3 weg, eine Intensität I aufgetragen. Aufgrund der optischen Grenzfläche 50 und dem Spiegel 3 verhält sich die Intensität I näherungsweise wie in einem Fabry-Perot-Element und/oder in einem Resonator. Direkt an dem Spiegel 3 liegt ein Intensitätsminimum vor. Entlang der Richtung x und weg von dem Spiegel 3 treten dann jeweils mehrere Maxima und Minima auf. Hin zu der optischen Grenzfläche 50 sind die Maxima und Minima bezüglich der Intensität weniger stark ausgeprägt.
Der Intensitätsverlauf ist entlang der Richtung x für mehrere Wellenlängen aufgetragen. Die Wellenlänge A1 beträgt hierbei 450 nm, A2 beträgt 555 nm und A3 liegt bei 615 nm. Bei einer Position zwischen ungefähr 50 nm und 100 nm liegen erste Maxima M1. Zweite Maxima M2 liegen zwischen ungefähr 175 nm und 300 nm. Dritte Maxima M3 liegen zwischen ungefähr 325 nm und 525 nm. Eine Position P der Maxima M1, M2, M3 ist, neben der Wellenlänge, ebenso von einem Brechungsindex n innerhalb der organischen Schichtenfolge 4 abhängig und folgt näherungsweise dem Zusammenhang P = λ/(4 n) + k λ/(2 n), wobei k eine natürliche Zahl ist und k ≥ 0.
Die erste aktive Schicht 41 ist an der Position P41 angebracht und liegt in dem ersten Maximum M1 für die Wellenlänge λ1. Die erste aktive Schicht 41 ist somit zur Erzeugung von blauem Licht optimiert. Die zweiten aktiven Schichten 42, 43 liegen jeweils im zweiten Maximum M2. Die zweite aktive Schicht 42 an der Position P42 ist für grünes Licht und die zusätzliche zweite aktive Schicht 43, die sich weiter von dem Spiegel 3 weg befindet, ist für rotes Licht optimiert.
In den 3A bis 3D sind Emissionsspektren der aktiven Schichten 41, 42, 43 dargestellt. In 3A ist das von der ersten aktiven Schicht 41 emittierte Spektrum dargestellt, das sich im Wesentlichen auf den blauen Spektralbereich beschränkt.
In 3B ist die Emission der zweiten aktiven Schicht 42, die sich näher an dem Spiegel 3 befindet, illustriert. Aufgrund insbesondere von Interferenzeffekten innerhalb der optischen Kavität 53 weist das emittierte Spektrum bei ungefähr 570 nm ein leicht ausgeprägtes Minimum und bei ungefähr 525 nm und 610 nm Maxima auf.
Die Emission der zweiten aktiven Schicht 43, die weiter von dem Spiegel 3 entfernt liegt, weist einen hauptsächlichen Emissionsbereich im roten Spektralbereich um zirka 650 nm auf, siehe 3C. Um ungefähr 560 nm liegt ein stark ausgeprägtes Minimum vor.
Das aus allen drei aktiven Schichten 41, 42, 43 resultierende Gesamtspektrum ist in 3D dargestellt. Das Gesamtspektrum weist nur vergleichsweise schwach ausgeprägte Maxima und Minima auf. Ein Farbwiedergabeindex des in 3D gezeigten Gesamtspektrums liegt bei ungefähr 95. Der Farbwiedergabeindex wird auch als Color Rendering Index, kurz CRI, bezeichnet.
In 4 ist in der Kurve c ein Emissionsspektrum des grün emittierenden organischen Materials in den zweiten aktiven Schichten 42, 43 gezeigt und in der Kurve d des rot emittierenden strahlungsaktiven Materials. Die Emissionsspektren sind jeweils vergleichsweise spektral breit.
Die Kurven a, b entsprechen den Wellenlängenbereichen, die von den Maxima in den Positionen P42, P43 gemäß 2 insbesondere aufgrund von Interferenzeffekten unterstützt werden. In der Kurve a ist hierbei der unterstützte Spektralbereich in der Position P42 und in der Kurve b für die Position P43 illustriert. Durch die Kombination der zweiten aktiven Schichten 42, 43 und deren Lage in den Positionen P42, P43 in den zweiten Maxima M2, siehe 2, ist die spektrale Emissionsbreite der strahlungsemittierenden organischen Materialien, siehe die Kurven c, d, besser ausnützbar und es ist ein hoher Farbwiedergabeindex erzielbar.
In 5 ist eine herkömmliche organische Leuchtdiode schematisch illustriert. Die Leuchtdiode weist die aktiven Schichten 41, 46, 47 auf. Die aktiven Schichten 41, 46, 47 in 5 liegen in denselben Positionen wie die aktiven Schichten 41, 42, 43 gemäß der 1 bis 3. Die aktive Schicht 41 weist ein blau emittierendes organisches Material auf, die Schicht 46 ein grün emittierendes und die aktive Schicht 47 ein rot emittierendes organisches Material. In den aktiven Schichten 46, 47 liegt jeweils nur eines der strahlungsemittierenden organischen Materialien vor. Mit anderen Worten weist die Leuchtdiode gemäß 5 einen so genannten RGB-Aufbau auf.
Die zugehörigen Emissionsspektren sind in den 6A bis 6D illustriert, analog zur Darstellung gemäß 3. Im Unterschied zu 3B und C ist zu erkennen, dass von den aktiven Schichten 46, 47 jeweils nur grünes Licht oder nur rotes Licht emittiert wird, und keine insbesondere gelbe Mischstrahlung. Hierdurch resultiert ein vergleichsweise stark strukturiertes Spektrum der Gesamtstrahlung, siehe 6D. Der Farbwiedergabeindex des Spektrums gemäß 6D liegt lediglich bei ungefähr 84.
Bei Leuchtdioden, in denen die verschiedenen, farbig emittierenden Schichten jeweils nur ein organisches strahlungsemittierendes Material aufweisen, ist ein Farbwiedergabeindex zwar durch Hinzufügen weiterer Schichten mit anderen organischen Materialien erhöhbar. Dies steigert jedoch den Fertigungsaufwand signifikant. Ebenso ist eine Alterung der einzelnen Farbeinheiten unterschiedlich ausgeprägt und über die Lebensdauer der Leuchtdiode hinweg kann sich eine von der Leuchtdiode emittierte Strahlung hinsichtlich ihres Farborts deutlich verschieben. Bei dem Aufbau, wie in Verbindung mit 1 angegeben, ist hingegen eine Farbalterung und auch ein Fertigungsaufwand reduziert. Auch sind vergleichsweise dünne organische Schichtenfolgen realisierbar.
Der verbesserte Farbwiedergabeindex ist also insbesondere dadurch erzielbar, dass in zumindest zwei der drei aktiven Schichten jeweils zwei Strahlung emittierende organische Materialien vorliegen, für zwei voneinander verschiedene Spektralbereiche. Diese zweiten aktiven Schichten werden in Intensitätsmaxima für voneinander verschiedene Wellenlängen positioniert. Hierdurch ist eine spektrale Breite der in den jeweiligen zweiten aktiven Schichten emittierten Strahlung vergrößerbar und eine starke Strukturierung des Spektrums ist reduzierbar. Hierdurch ist ein hoher Farbwiedergabeindex erzielbar.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der organischen Leuchtdiode 1 gezeigt. Die einzelnen Schichten entlang der Hauptrichtung x sind nachfolgend angegeben. Die einzelnen Schichten folgen bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge und unmittelbar aufeinander:
Bei dem Spiegel 3 handelt es sich um einen Aluminiumspiegel oder um einen Silberspiegel mit einer Dicke von beispielsweise ungefähr 200 nm. Die Elektroneninjektionsschicht 49 weist eine Dicke von ungefähr 10 nm auf und ist von einer Elektronentransportschicht 34 gefolgt. Auf der Elektronentransportschicht 34 befindet sich die erste aktive Schicht 41, die zur Emission von blauem Licht eingerichtet ist und eine Dicke von zirka 20 nm aufweist. Die erste aktive Schicht 41 ist gefolgt von einer 10 nm dicken Elektronenbarriereschicht 44e, wiederum gefolgt von der Ladungsträgererzeugungsschicht 45a mit einer Dicke von zirka 100 nm, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 15 nm.
Hierauf folgt eine Löcherbarriereschicht 43h mit einer Dicke von 10 nm und die zweite aktive Schicht 42 mit einem grünen und einem roten emittierenden Material mit einer Dicke von ungefähr 30 nm. Als nächste Schicht folgt eine Elektronenbarriereschicht 44e, Dicke zirka 10 nm, und die Ladungsträgererzeugungsschicht 45b mit einer Dicke von ungefähr 45 nm +/- 15 nm. Hierauf ist eine Löcherbarriereschicht 44h mit einer Dicke von 10 nm angeordnet.
Auf diese folgt die zweite der zweiten aktiven Schichten 43 mit derselben Materialzusammensetzung wie die darunterliegende zweite aktive Schicht 42. An der zweiten aktiven Schicht 43 ist die Elektronenbarriereschicht 44e mit einer Dicke von 10 nm angebracht, gefolgt von der Löcherinjektionsschicht 48 mit einer Dicke von ungefähr 185 nm.
Die organische Schichtenfolge 4 ist auf der strahlungsdurchlässigen Elektrode 5 aufgebracht, die aus Indiumzinnoxid gefertigt ist und eine Dicke von ungefähr 110 nm aufweist. Bei einem Träger 2 handelt es sich beispielsweise um eine Glasplatte, eine Glasfolie oder ein Kunststoffsubstrat.
Das Bauteil gemäß 7 weist eine Betriebsspannung von 9 V auf und einen Betriebsstrom von 3,3 mA/cm². Eine Effizienz beträgt 21 lm/W. Der Farbort der emittierten Strahlung liegt bei 0,350; 0,386 in der CIE-Normfarbtafel. Eine korrelierte Farbtemperatur beträgt 4900 K und ein Farbwiedergabeindex 95. Das zugehörige Gesamtspektrum ist in 8 zu sehen. Die aktiven Schichten 41, 42, 43 sind analog zu 2 positioniert.
Anders als in Zusammenhang mit den 1 und 7 beschrieben, kann es sich bei der ersten aktiven Schicht 41 um eine Schicht mit nur einem rot emittierenden organischen Material handeln. Die zweiten aktiven Schichten 42, 43 umfassen dann jeweils ein grün sowie ein blau emittierendes organisches Material und sind zur Erzeugung von cyanfarbigem Mischlicht eingerichtet. Die erste aktive Schicht 41 befindet sich bevorzugt in dem ersten Maximum M1 und die zweiten aktiven Schichten 42, 43 in dem zweiten Maximum M2, vergleiche 2.

Claims

Organische Leuchtdiode (1) mit einem Spiegel (3) und mit einer organischen Schichtenfolge (4), die aufweist: - eine erste aktive Schicht (41), die zur Erzeugung einer ersten Strahlung eingerichtet ist, und - mindestens zwei zweite aktive Schichten (42, 43), die zur Erzeugung einer zweiten Strahlung eingerichtet sind, wobei - die aktiven Schichten (41, 42, 43), entlang einer Hauptrichtung (x) weg von dem Spiegel (3), übereinander angeordnet sind, - sich zwischen zwei benachbarten aktiven Schichten (41, 42, 43) jeweils eine Ladungsträgererzeugungsschicht (45) befindet, - die zweiten aktiven Schichten (42, 43) jeweils dieselben mindestens zwei strahlungsaktiven organischen Materialien aufweisen und die erste aktive Schicht (41) ein hiervon verschiedenes strahlungsaktives organisches Material aufweist, - durch den Spiegel (3) und durch eine optische Grenzfläche (50) mit einem Brechungsindexsprung an einer dem Spiegel (3) abgewandten Seite der organischen Schichtenfolge (4) eine optische Kavität (53) gebildet ist, - die Kavität (53) entlang der Hauptrichtung (x) mehrere Intensitätsmaxima (M) aufzeigt, wobei sich die aktiven Schichten (41, 42, 43) entlang der Hauptrichtung (x) jeweils in oder an einem der Intensitätsmaxima (M) befinden, - ein Abstand zwischen den zweiten aktiven Schichten (42, 43) kleiner ist als ein Abstand zwischen der ersten aktiven Schicht (41) und der nächstgelegenen zweiten aktiven Schicht (42, 43), - die zweiten aktiven Schichten (42, 43) für voneinander verschiedene Wellenlängen (λ) optimiert sind, - die aktiven Schichten (41, 42, 43) sich entlang der Hauptrichtung (x) jeweils an einer Position P gemäß der folgenden Formel befinden, mit einer Toleranz von höchstens λ/(10 n) : P = λ/(4 n) + k λ/(2 n), wobei n der mittlere Brechungsindex der organischen Schichtenfolge (4) für die Wellenlänge λ und k eine natürliche Zahl größer oder gleich Null ist und λ die Vakuumwellenlänge der Strahlung bezeichnet, zu deren Erzeugung die entsprechende aktive Schicht eingerichtet ist.
Organische Leuchtdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die von der organischen Leuchtdiode (1) emittierte Strahlung eine inkohärente Strahlung ist.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der für die erste aktive Schicht (41) gilt: k = 0, und für die zweiten aktiven Schichten (42, 43) gilt: k > 0.
Organische Leuchtdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der für die zweiten aktiven Schichten (42, 43) gilt: k = 1.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweiten aktiven Schichten (42, 43) entweder ein grün und zusätzlich ein rot emittierendes strahlungsaktives organisches Material aufweisen oder ein blau und zusätzlich ein grün emittierendes strahlungsaktives organisches Material.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine mittlere Reflektivität der optischen Grenzfläche (50) für die im Betrieb der Leuchtdiode (1) erzeugte Strahlung zwischen einschließlich 25 % und 60 % liegt.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweiten aktiven Schichten (42, 43) eine gleiche Materialzusammensetzung, aber unterschiedliche Dicken aufweisen.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Abstand zwischen benachbarten aktiven Schichten (41, 42, 43) durch eine Dicke der jeweiligen Ladungsträgererzeugungsschichten (45) eingestellt ist, wobei den aktiven Schichten (41, 42, 43) jeweils mindestens eine Barriereschicht (44) zugeordnet ist und die Ladungsträgererzeugungsschichten (45) an die Barriereschichten (44) angrenzen, und mindestens zwei der Ladungsträgererzeugungsschichten (45) voneinander verschiedene Dicken aufweisen.
Organische Leuchtdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Dicken der aktiven Schichten (41, 42, 43), zusammen mit den jeweils zugehörigen Barriereschichten (44), zwischen einschließlich 25 nm und 50 nm liegen, wobei die Dicken der Ladungsträgererzeugungsschichten (45) zwischen einschließlich 20 nm und 150 nm betragen, und die Dicke der organischen Schichtenfolge (4) zwischen einschließlich 150 nm und 600 nm liegt.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste aktive Schicht (41) zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet ist, wobei die zweiten aktiven Schichten (42, 43) jeweils ein grün und zusätzlich ein rot emittierendes strahlungsaktives organisches Material aufweisen, und wobei die sich näher an dem Spiegel (3) befindliche zweite aktive Schicht (42) zur Erzeugung von grünem Licht und die sich weiter von dem Spiegel (3) entfernt befindliche zweite aktive Schicht (43) zur Erzeugung von rotem Licht eingerichtet ist.