专利名称：具有n－型和p－型有机层的连接单元的级联有机电致发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及提供多个有机电致发光单元以形成级联有机电致发光器件。
背景技术：
有机电致发光(EL)器件或有机发光(OLED)器件是响应所施加的电势而发光的电子器件。OLED的结构依次包括阳极、有机EL介质和阴极。位于阳极和阴极之间的有机EL介质通常由有机空穴传输层(HTL)和有机电子传输层(ETL)组成。空穴和电子在靠近HTL/ETL分界面的ETL中结合(recombine)并发光。Tang等人[“Organic Electroluminescent Diodes”，应用物理通讯(Applied Physics Letters)，51，913(1987)，及共同引证的US-A-4,769,292]证实使用了上述层结构的OLED具有很高的效率。随后公开了多种具有交替层结构的OLED。例如，由Adachi等人(“Electroluminescence in Organic Films withThree-Layer Structure”，Japanese Journal of Applied Physics，27，L269(1988))和Tang等人(“Electroluminescence of Doped Organic Thin Films”，Journal of AppliedPhysics，65，3610(1989))所公开的在HTL和ETL之间含有有机发光层(LEL)的三层OLED。所述LEL通常由掺杂有客体材料的主体材料组成。其中这种层结构被定义为HTL/LEL/ETL。此外，还有其它的多层OLED，在这种器件中含有空穴注入层(HIL)，和/或电子注入层(EIL)，和/或空穴阻挡层，和/或电子阻挡层。这些结构可进一步改善器件的性能。
另外，为了进一步改善OLED的性能，还提出了一类新型的称作叠层式OLED(或级联OLED)的OLED结构，它通过在垂直方向上将许多单个的OLED叠层而制成。Forrest等人在US-A-5,703,436和Burrows等人在US-A-6,274,980中公开了他们的叠层式OLED。在他们的发明中，通过在垂直方向上叠层许多OLED而制成这种叠层式OLED，这些OLED各自独立地发出不同颜色或相同颜色的光。他们认为利用该叠层式OLED结构，可制得具有较高显示集成密度的全色发射器件。但是，该器件的每个OLED单元需要单独的能源。在替代设计中，Tanaka等人在US-A-6,107,734和Jones等人在US-A-6,337,492中提出了一种叠层式OLED，它在垂直方向上将许多OLED叠层且不必在该叠层中单独寻址每个OLED单元。Tanaka等人指出他们的叠层式结构可增加亮度输出量或操作寿命。
上述叠层式OLED使用电阻率低于0.1Ω-cm的金属、金属合金、或其它无机化合物作为中间电极来连接叠层式OLED中的各个OLED单元。形成这些器件结构相当困难。首先，中间电极诸如In-Zn-O氧化物膜或In-Sn-O氧化物膜的形成是采用离子溅射法。该方法会导致有机表面受损[Liao等人，“Ion-beam-induced surface damages on tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum”，应用物理通讯(Applied Physics Letters)，75，1619(1999)]。其次，由于其厚度限制，这些电极不能用作间隔物来调节器件的光反射长度以改善光提取。再者，如果中间电极是非连续层，那么其载流子注入能力会很差而使得EL的性能也很差。如果中间电极是连续较厚的层，那么它将具有高的横向传导率而导致严重的像素交叉，并具有低的光透性而导致光提取降低(像素交叉是指由于高的横向传导率使得邻近已发光像素的像素发出不希望的光)。在现有技术制造OLED的早期步骤中，将遮板(shadow mask)用于每个中间电极的像素形成或者将绝缘层沉积以限定基材上的每个像素。这两种方法均很复杂并导致产量低。
发明内容
本发明目的在于制造一种易于生产的具有改善的光提取的级联OLED。
本发明的另一目的在于制造一种成本较低且产量较高的级联OLED。
这些目的可通过一种级联有机电致发光器件实现，该级联有机电致发光器件包含a)阳极；b)阴极；c)位于阳极和阴极之间的多个有机电致发光单元，其中该有机电致发光单元包含至少一个空穴传输层、电子传输层、以及形成于空穴传输层和电子传输层之间的电致发光区，其中相邻电致发光区之间的物理间隔大于90nm；d)位于每个相邻有机电致发光单元间的连接单元，其中该连接单元依次包含n-型掺杂的有机层和p-型掺杂的有机层形成透明p-n连接结构，其中每个掺杂的有机层的电阻率大于10Ω-cm。
本发明的一个优点在于通过调节相邻电致发光区之间的物理间隔能够改善级联OLED的光提取。另一个特点在于可通过调节掺杂的有机p-n连接结构的厚度来改变相邻电致发光区之间的物理间隔，而不必显著地改变驱动电压和发射光谱范围内的透明度。
本发明的另一个优点在于得到了具有掺杂的有机p-n连接结构的级联OLED，从而简化了生产步骤。
本发明的另一个优点在于得到了具有掺杂的有机p-n连接结构的级联OLED，从而减少了生产成本并增加了产量。
本发明的另一个优点在于，与常规非级联OLED相比，该级联OLED的发光率显著改善。
本发明的另一个优点在于，如果在与常规OLED相同的电流下操作，该级联OLED具有更高的亮度。
本发明的另一个优点在于，如果在与常规OLED相同的亮度下操作，该级联OLED具有更长的寿命。
本发明的另一个优点在于该级联OLED可在单个电压源下操作，该电压源仅用两条电流总线将该器件与外部电路相连。因而，该器件的结构明显没有现有技术中报道的器件那么复杂。
本发明的另一个优点在于该级联OLED的发光颜色可通过混合用于发不同颜色的合适的有机电致发光单元来调节。
本发明的另一个优点在于可产生高效白色电致发光。
本发明的另一个优点是该级联OLED可有效地用于灯。
图1描绘了根据本发明的级联OLED的横截面示意图，它具有多个有机EL单元和位于每个有机EL单元间的连接单元；图2描绘了用于根据本发明的级联OLED的连接单元的横截面示意图，该连接单元具有n-型掺杂的有机层和p-型掺杂的有机层；图3描绘了根据本发明的级联OLED的横截面示意图，显示了来自某些电致发光区的直射光束和反射光束间的双通道干扰；图4是在室温下测定的本发明以及参照器件的电流密度对驱动电压图；和图5是在室温下测定的本发明以及参照器件的发光率对电流密度图。
应当理解图1-3不是按比例绘制的，因为各个层太薄且不同层的厚度差异太大以至不能按比例绘制。
本发明通过限定器件中连接单元的性质进一步改进该级联OLED的性能。
总的器件结构图1显示了根据本发明的级联OLED 100。该级联OLED具有阳极110和阴极140，至少其中一个是透明的。位于阳极和阴极间的是N个有机EL单元120，其中N是大于1的整数。这些有机EL单元彼此串联并与阳极和阴极串联，被定义为120.1-120.N，其中120.1是第一个EL单元(与阳极相邻)和120.N是第N个单元(与阴极相邻)。术语EL单元120代表本发明中任何以120.1-120.N命名的EL单元。当N大于2时，存在既不与阳极也不与阴极相邻的有机EL单元，这种单元称为中间有机EL单元。位于任何两个相邻有机EL单元间的是连接单元130。共有与N个有机EL单元相邻的N-1个连接单元，并且将其定义为130.1-130.(N-1)。连接单元130.1位于有机EL单元120.1和120.2之间，且连接单元130.(N-1)位于有机EL单元120.(N-1)和120.N之间。术语连接单元130代表本发明中任何以130.1-130.(N-1)命名的连接单元。该级联OLED100通过电线160与电压/电流源150外连。
通过施加由位于一对接触电极——阳极110和阴极140间的电压/电流源150所产生的电势来驱动级联OLED 100，这样阳极110比阴极140具有更多的正电势。该外加电势根据每个单元的电阻分布于N个有机EL单元间。横穿级联OLED的电势使得空穴(正电荷载体)从阳极110注入第一个有机EL单元120.1，同时电子(负电荷载体)从阴极140注入第N个有机EL单元120.N。同时，电子和空穴从每个连接单元(130.1-130.(N-1))中产生并分离。例如产生于连接单元130.(N-1)的电子向阳极注入并注入相邻的有机EL单元120.(N-1)。同样，产生于连接单元130.(N-1)的空穴向阴极注入并注入相邻的有机EL单元120.N。随后，这些电子和空穴在其相应的有机EL单元中结合产生光，这可通过OLED的单个或多个透明电极观测到。换句话说，由阴极注入的电子从第N个有机EL单元至第一个有机EL单元在能量上级联，并在每个有机EL单元中发光。因此，优选在本发明中使用术语“级联OLED”而不是“叠层式OLED”。
详细的器件特性有机EL单元现有技术中有许多已知的有机EL多层结构可用作本发明的有机EL单元。它们包括HTL/ETL，HTL/LEL/ETL，HIL/HTL/LEL/ETL，HIL/HTL/LEL/ETL/EIL，HIL/HTL/电子阻挡层或空穴阻挡层/LEL/ETL/EIL，HIL/HTL/LEL/空穴阻挡层/ETL/EIL。级联OLED中的每个有机EL单元可具有与其它有机EL单元相同或不同的层结构。与阳极相邻的第一个有机EL单元的层结构优选是HIL/HTL/LEL/ETL，并且与阳极相邻的第N个有机EL单元的层结构优选是HTL/LEL/ETL/EIL，中间有机EL单元的层结构优选是HTL/LEL/ETL。在任何一种EL单元中，在HTL和ETL之间，在ETL内或LEL内可形成电致发光区。一般来说，电致发光区的厚度为5nm-35nm。本发明优选将从HTL/LEL分界面起至LEL止的电致发光区的厚度定义为10nm。
有机EL单元120中的有机层可由现有技术已知的小分子OLED材料或聚合LED材料或它们的组合物形成。级联OLED中的每个有机EL单元相应的有机层可以与其它相应的有机层相同或不同。一些有机EL单元可以是聚合的而其它单元可以是小分子的。
为了改进性能或获得所需特性，例如可以从OLED多层结构的光透射率、驱动电压、发光率、发光颜色、可生产性、器件稳定性等方面选择每个有机EL单元。
为了最小化级联OLED的驱动电压，需要在不损害电致发光效率的前提下尽可能使每个有机EL单元尽量薄。优选每个有机EL单元的厚度均小于500nm，更优选为2-200nm的厚度。还优选有机EL单元中的每层为200nm厚或更薄，更优选为0.1-100nm。
原则上，级联OLED的有机EL单元数量等于或大于2。优选地，级联OLED的有机EL单元数量足以使单元中的发光率(单位为cd/A)有所提高或最大化。用于灯时，有机EL单元的数量可由供给能源的最大电压决定。
连接单元众所周知，常规OLED包括阳极、有机介质和阴极。在本发明中，所述级联OLED包括阳极、多个有机EL单元、多个连接单元和阴极，其中该连接单元是所述级联OLED的新特征。
为了使级联OLED有效地运作，构成有机EL单元和连接单元的层的光透性应尽可能高，以使有机EL单元产生的辐射能离开该器件。构成有机EL单元的层对EL单元产生的辐射一般是光透的，因而它们的透明度一般不是形成级联OLED的关键。但是，如果金属、金属合金或其它无机化合物被用作中间电极或连接单元以连接各个有机EL单元时，就很难得到高的透明度。根据简单计算，如果每个连接单元的光透率为70％，那么该级联OLED将不会有多大优势，因为无论该器件中有多少个EL单元，其电致发光效率也不可能是常规器件的两倍。如果构成连接单元的层是由精选的有机材料和适宜的n-型或p-型掺杂剂制成，那么它们的光透率很容易高于90％。
为使级联OLED有效地运作的另一个要求是，连接单元应提供使电子注入至两个相邻有机EL单元的电子传输层以及使空穴注入至两个相邻有机EL单元的空穴传输层。但是，在本发明中，优选使用含有n-型掺杂的有机层和p-型掺杂的有机层的连接单元。
因而，提供位于相邻有机EL单元间的连接单元是至关紧要的，因为在不损害光透性的前提下需要提供有效的电子和空穴注入相邻的有机EL单元。图2显示了连接单元的层结构。它依次包括n-型掺杂的有机层131和p-型掺杂的有机层132。n-型掺杂的有机层131与朝着阳极的有机EL单元的ETL相邻，并且p-型掺杂的有机层132与朝着阴极的有机EL单元的HTL相邻。选择n-型掺杂的有机层以提供有效的电子注入相邻的电子传输层。选择p-型掺杂的有机层以提供有效的空穴注入相邻的空穴传输层。这两种掺杂的层在可见光谱区域的光透射率应高于90％。此外，因为连接单元含有有机材料，所以其生产方法可与有机EL单元的生产方法相同。优选地，在级联OLED的生产中使用热蒸发法来沉积全部有机材料。
n-型掺杂的有机层是指该层是电导的，且电荷载体主要是电子。由于电子从掺杂剂到主体材料转移导致电荷转移复合物的形成，从而提供了电导性。根据掺杂剂向主体材料供给电子的浓度和效力，该层的电导性可以呈多个数量级改变。同样，p-型掺杂的有机层是指该层是电导的，且电荷载体主要是空穴。由于空穴从掺杂剂到主体材料转移导致电荷转移复合物的形成，从而提供了电导性。根据掺杂剂向主体材料供给空穴的浓度和效力，该层的电导性可以呈多个数量级改变。但是，为了在本发明有机连接单元的生产中不使用形成像素的遮板并且也不引起像素交叉，连接单元的每个掺杂的有机层的电阻率应高于10Ω-cm。从而简化了生产步骤且提高了产率。
正如在实施例中显示的，如果连接单元由不掺杂的n-型有机层和不掺杂的的p-型有机层构成，那么虽然其具有好的光透性，连接单元也不能提供有效地将电子注入或空穴注入有机EL单元。当连接单元超过10nm厚时，几乎没有电子能从连接单元注入有机EL单元，致使该连接单元不能用于级联OLED。
每个连接单元中的n-型掺杂的有机层含有主体有机材料和至少一种n-型掺杂剂。n-型掺杂的有机层的主体材料包括小分子材料或聚合材料或它们的组合物。优选该主体材料可支持电子传输。每个连接单元中的p-型掺杂的有机层含有主体有机材料和至少一种p-型掺杂剂。该主体材料包括小分子材料或聚合材料或它们的组合物。优选该主体材料可支持空穴传输。一般来说，由于电导类型上的差异，用于n-型掺杂的层的主体材料与p-型掺杂的层的主体材料不同。但是在一些情况下，有些有机材料可同时用作n-型或p-型掺杂的有机层的主体材料。这些材料能支持空穴或电子的传输。在掺杂了适宜的n-型或p-型掺杂剂后，掺杂的有机层随之分别主要呈现出电子传输特性或空穴传输特性。n-型掺杂的浓度或p-型掺杂的浓度优选为0.01-20体积％。每个连接单元的总厚度为1-400nm，优选约1-200nm。连接单元内n-型掺杂的有机层和p-型掺杂的有机层的厚度比为1∶10-10∶1，优选1∶1-1∶5。
常规OLED所用的电子传输材料是一类适用于n-型掺杂的有机层的主体材料。优选的材料为金属螯合喔星类化合物，包括喔星的螯合物(通常也称为8-喹啉醇或8-羟基喹啉)，比如三(8-羟基喹啉)铝。其它材料包括由Tang(US-A-4,356,429)公开的各种丁二烯衍生物，由Van Slyke等人(US-A-4,539,507)公开的各种杂环荧光光亮剂，三嗪，羟基喹啉衍生物，和吲哚衍生物。硅醚(silole)衍生物，比如由Murata等人[应用物理通讯(Applied Physics Letters)，80，189(2002)]报道的2，5-双(2’，2”-二吡啶-6-基)-1，1-二甲基-3，4-二苯基硅杂环戊二烯，也可用作主体材料。
用作连接单元的n-型掺杂的有机层的n-型掺杂剂的材料包括功函数低于4.0eV的金属或金属化合物。特别有用的掺杂剂包括碱金属，碱金属化合物，碱土金属，和碱土金属化合物。术语“金属化合物”包括有机金属复合物，金属有机盐，和金属无机盐，金属氧化物和金属卤化物。在含金属的n-型掺杂剂中，Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Sm、Eu、Tb、Dy或Yb，以及它们的无机或有机化合物是特别有用的。用作连接单元的n-型掺杂的有机层的n-型掺杂剂的材料还包括具有强供电子特性的有机还原剂。“强供电子特性”是指该有机掺杂剂能供给至少一些电子电荷到主体以与主体形成电荷转移复合物。有机分子的非限定性例子包括双(亚乙二硫基)-四硫富瓦烯(BEDT-TTF)，四硫富瓦烯(TTF)和它们的衍生物。对于聚合主体材料，掺杂剂可以是上述任何化合物或者也可以是分子散布的或与主体共聚的作为次要成分的材料。
常规OLED所用的空穴传输材料是一类适用于p-型掺杂的有机层的主体材料。优选的材料包括芳香叔胺，它含有至少一个仅与碳原子成键的三价氮原子，其中该碳原子中的至少一个为芳香环上的一个原子。芳香叔胺的一种形式可以是芳基胺，比如单芳基胺、二芳基胺、三芳基胺、或聚合芳基胺。Brantley等人在US-A-3,567,450和US-A-3,658,520中公开了其它适合的三芳基胺，其被一个或多个乙烯基和/或含有至少一个含活性氢的基团取代。更优选的芳香叔胺是那些由Van Slyke等人在US-A-4,720,432和US-A-5,061,569中描述的包含至少两个芳香叔胺基团的芳香叔胺。非限定性例子包括N，N’-二(萘-1-基)-N，N’-二苯基-联苯胺(NPB)和N，N’-二苯基-N，N’-双(3-甲基苯基)-1，1-二苯基-4，4’-二胺(TPD)，以及N，N，N’，N’-四萘基-联苯胺(TNB)。
用作连接单元的p-型掺杂的有机层的p-型掺杂剂的材料是具有强吸电子特性的氧化剂。“强吸电子特性”是指该有机掺杂剂能接受来自主体的一些电子电荷以与主体形成电荷转移复合物。一些非限定性例子包括有机化合物如2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基喹啉并二甲烷(F4-TCNQ)和TCNQ的其它衍生物，以及无机氧化剂如碘、FeCl3、FeF3、SbCl5和其它一些金属卤化物。对于聚合主体材料，掺杂剂可以是上述任何一种化合物或者也可以是分子散布的或与主体共聚的作为次要成分的材料。
可用作n-型或p-型掺杂的有机层的主体材料的例子包括，但不局限于US-A-5,972,247中描述的各种蒽衍生物；某些咔唑衍生物如4，4-双(9-二咔唑基)-联苯(CBP)；US-A-5,121,029中描述的二苯乙烯基亚芳基衍生物如4，4’-双(2，2’-二苯基乙烯基)1，1’-联苯。
光提取的改善由于级联OLED中有多于一个有机EL单元，考虑到来自LEL的直射光束和来自反射电极的反射光束间的光双通道干扰，为了提高该器件的光提取而进行好的光学设计是非常重要的。通过调节每个有机EL单元和反射电极的电致发光区间的光学距离可改善光提取。
在本发明中有机薄膜的光学厚度“s(i)”被定义为“d(i)”和“n(i)”的乘积s(i)＝d(i)n(i) (方程式1)其中“d(i)”是第i个有机薄膜的物理厚度，且“n(i)”是第i个有机薄膜在某一发射波长下的折射指数。
在有“k”层有机膜的第j个EL单元中，光学厚度“sj”是光学厚度“s(i)”的总和sj=Σi=1ks(i)=Σi=1kd(i)n(i)]]>(方程式2)其中“i”是从i＝1至i＝k的层指数。
同样地，在有“1”层有机膜的第j个EL单元中，光学厚度“sj”是光学厚度“s(i)”的总和sj=Σi=1ls(i)=Σi=1ld(i)n(i)]]>(方程式3)其中“i”是从i＝1至i＝l的层指数。
为了计算每个有机EL单元和反射电极的电致发光区间的光学距离，定义位于电致发光区中间的位置为“发射中心平面”。本发明还定义发射中心平面到其最近HTL/LEL界面的物理距离为“p”。因而，从有机第q个发射中心平面到朝向反射电极的第q个EL单元末端的光学厚度被定义为Lq。假定第q个EL单元由HTL/LEL/ETL构成，Lq可表示为Lq＝[d(LEL)-p]n(LEL)+d(ETL)n(ETL)其中“p”等于电致发光区厚度的一半。
从第q个电致发光区到反射电极的光学距离“Sq”是光束通过发射中心平面至反射电极间的所有层的光学厚度s(i，j)的总和。“Sq”表示为以下三项的和。
Sq=Lq+Σj=q+1NΣi=1kd(i,j)n(i,j)+Σj=q+1N-1Σi=1ld(i,j)n(i,j)]]>(方程式4)其中“i”是每个EL单元中从i＝1至i＝k的层指数，以及每个连接单元中从i＝1至i＝l的层指数。“j”是级联OLED中从j＝q+1至j＝N的EL单元指数，以及从j＝q+1至j＝(N-1)的连接单元指数。d(i，j)是第j个EL单元或第j个连接单元的第i个有机层的物理厚度。n(i，j)是第j个EL单元或第j个连接单元的第i个有机层的折射指数。在本发明中为了便于描述实施例，有机层名可用来替换“i”指数。
为了最优化光提取，第q个EL单元的发射中心平面与反射电极间的光学距离应等于Sq=Lq+Σj=q+1NΣi=1kd(i,j)n(i,j)+Σj=q+1N-1Σi=1ld(i,j)n(i,j)=(2mq+η)λ(q)/4=Sq,O]]>(方程式5)其中Sq，O被定义为第q个EL单元的发射中心平面与反射电极间的最佳光学距离。mq是等于0、1、2、3或更大的整数，λ(q)是第q个EL单元发射层的发射峰波长，η为取决于被反射电极反射后光波相位的变化的系数η＝Ф/180 (方程式6)其中Ф是被反射电极反射后光波相位的迁移。η可根据电极材料和接触有机材料两者的折射指数计算或由具有最佳光提取的常规参考OLED按照经验估算。η一般在0.6-1.0。
图3图解了出现在级联OLED中的双通道干扰。除了电极240是反射电极且电极210是在透射基材250上的透射电极外，级联OLED 200与级联OLED 100相同。产生于该器件内的光仅能通过透射电极210和透射基材250发出。从每个电致发光区发出的光经过双通道离开该器件。作为示例，图3显示了来自第2个EL单元120.2和第(N-1)个EL单元120.(N-1)的电致发光区的发射光的双通道。在EL单元120.2内，传向反射电极240且波长为λ(2)的光束在传播了光学距离S2后被反射电极反射。如果S2能满足(2m2+η)×λ(2)/4，该EL单元就能获得最佳光提取。同样地，在EL单元120.(N-1)内，传向反射电极240且波长为λ(N-1)的光束在传播了光学距离SN-1后被反射电极反射。如果SN-1能满足(2mN-1+η)×λ(N-1)/4，该EL单元就能获得最佳光提取。按照此方法，在已知η值、已知λ值和特定的m值下，根据方程式5可最佳化级联OLED 200的每个EL单元的光提取。
根据EL单元相对于反射电极240的物理位置，越接近第q个EL单元，Sq，O越小。而且，从实际器件考虑，为了节省有机材料和降低驱动电压，Sq，O或mq应优选尽可能小，并且同时应满足Sq-1，O＞Sq，O＞Sq+1，O。
如果级联OLED200的每个EL单元以相同的波长λ发光，那么mq可定为mq＝N-q (方程式7)且方程式5可限定为Sq，O＝(2×(N-q)+η)×λ/4 (方程式8)对于第N个EL单元，SN，O＝η×λ/4，且对于第一个EL单元，S1，O＝(2×(N-1)+η)λ/4。在本发明中，η是根据常规参考OLED按照经验估算。
考虑到层厚度、它们的折射指数、以及反射电极和接触有机层间的干扰情况可能的改变，第q个EL单元的最初发射中心平面与反射电极间的最佳光学距离在Sq，0＝0.8×(2mq+η)×λ(q)/4至Sq，0＝1.2×(2mq+η)×λ(q)/4范围内，更便利地，在Sq，0＝0.8×(2mq+1)×λ(q)/4至Sq，0＝1.2×[(2mq+1)×λ(q)/4]范围内。因此，可相应地推算第q个EL单元的最初发射中心平面与反射电极间的最佳物理厚度。
如果级联OLED 200的两个相邻EL单元以相同的波长λ发光，相邻电致发光区之间的最佳光学厚度等于Sq+1，O-Sq，O＝(2×(N-q+1)+η)×λ/4-(2×(N-q)+η)×λ/4＝λ/2 (方程式9)在400nm-800nm的可见光谱范围内，具有相同波长λ的相邻电致发光区之间的最佳光学厚度为200nm-400nm。由于级联OLED所用的有机材料的折射指数为1.5-2.2，相邻电致发光区之间的最佳物理间隔(或物理厚度)应大于90nm。如果级联OLED 200的两个相邻EL单元以不同的波长发光，考虑到实际器件结构中层的可行厚度，相邻电致发光区之间的最佳物理间隔也应大于90nm。
通过改变EL单元的厚度或连接单元的厚度，可以调节最佳光学距离。由于连接单元的每个掺杂的有机层比EL单元具有相对较低的体电阻率，通过改变连接单元的厚度，或它们的折射指数来调节光学距离是有利的，如果需要，同时还应保持EL单元的最小厚度。
通用器件特性基材本发明的级联OLED一般提供有支撑基材，其中阴极或阳极可与基材接触。与基材接触的电极通常称为底部电极。通常情况下，底部电极是阳极，但本发明并不局限于此种结构。基材可以是光透射的或不光透射的，这取决于光发射的预定方向。通过基材观测EL发射，需要其具有光透性。在这种情况下通常使用透明玻璃或塑料。当通过顶部电极观测EL发射时，底部支持物的透射性并不重要，因而它可以是光透射的、光吸收的或光折射的。在此种情况下使用的基材包括，但不局限于玻璃、塑料、半导体材料、硅、陶瓷、和电路板材料。当然，提供该器件结构具有光透明的顶部电极是很有必要的。
阳极当通过阳极110观测发射时，阳极应对所需发射是透明的或基本上是透明的。在本发明中使用的常见透明阳极材料是铟-锡氧化物(ITO)、铟-锌氧化物(IZO)和锡氧化物，但也可用其它金属氧化物，但不局限于掺杂了铝或铟的锌氧化物、镁-铟氧化物、和镍-钨氧化物。除了上述氧化物外，金属氮化物如氮化镓，金属硒化物如硒化锌，和金属硫化物如硫化锌也可用作阳极。当仅通过阴极观测EL发射时，阳极的透射性并不重要，可使用任何导电材料，不管它是透明的，不透明的还是反射的。在此种情况下的导体包括，但不局限于金、铱、钼、钯、和铂。普通的阴极材料，不管透射与否，功函数均高于4.0eV。一般通过任何适合的方式比如蒸发、溅射、化学蒸发沉积或电化学方式沉积所需的阳极材料。利用已知的光刻工艺可以使阳极成型。在沉积其它层之前阴极任选被抛光以减少表面的粗糙，从而使短路的可能性最小化或增强反射性。
空穴-注入层(HIL)尽管并不总是需要，但在第一个有机EL单元中提供一个HIL与阳极110接触通常是有用的。HIL可改善其后有机层的膜成形性并能在级联OLED的驱动电压降低的情况下促进空穴注入HTL。可用于HIL的合适材料包括，但不局限于如US-A-4,720,432中描述的卟啉化合物，如US-A-6,208,075中描述的等离子体沉积的碳氟聚合物，和一些芳香胺，例如m-MTDATA(4，4’，4”-三[(3-乙基苯基)苯基氨基]三苯胺)。如US-A-6,423,429 B2中所描述的，用于上述连接单元的p-型掺杂的有机层也可用于HIL。据报道在有机EL器件中有用的替代空穴注入材料描述于EP 0 891 121 A1和EP 1 029 909 A1中。
空穴传输层(HTL)有机EL单元的HTL含有至少一种空穴传输化合物比如芳香叔胺，其中后者是含有至少一个仅与碳原子成键的三价氮原子的化合物，且至少一个该碳原子为芳香环原子。芳香叔胺的一种形式可以是芳基胺，比如单芳基胺、二芳基胺、三芳基胺、或聚合芳基胺。在Klupfel等人的US-A-3,180,730中阐述了单体三芳基胺的例子。Brantley等人在US-A-3,567,450和US-A-3,658,520中公开了其它适合的三芳基胺，其被一个或多个乙烯基和/或含有至少一个含活性氢的基团取代。
更优选的芳香叔胺是那些描述在US-A-4,720,432和US-A-5,061,569中的包含至少两个芳香叔胺基团的芳香叔胺。HTL可由单一的或混合的芳香叔胺化合物形成。可以使用的的芳香叔胺的示例如下1，1-双(4-二-对甲苯基氨基苯基)环己烷1，1-双(4-二-对甲苯基氨基苯基)4-苯基环己烷4，4’-双(二苯基氨基)四联苯双(4-二甲基氨基2-甲基苯基)-甲苯N，N，N-三(对甲苯基)胺4-(二-对甲苯基氨基)-4’-[4(二-对甲苯基氨基)-苯乙烯基]茋N，N，N’，N’-四-对甲苯基-4，4’-二氨基联苯N，N，N’，N’-四苯基-4，4’-二氨基联苯N，N，N’，N’-四-1-萘基-4，4’-二氨基联苯N，N，N’，N’-四-2-萘基-4，4’-二氨基联苯N-苯基咔唑4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯4，4’-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]联苯4，4”-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]对三联苯4，4’-双[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]联苯4，4’-双[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]联苯1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘4，4’-双[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]联苯4，4”-双[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]对三联苯4，4’-双[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]联苯4，4’-双[N-(8-荧蒽基)-N-苯基氨基]联苯4，4’-双[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]联苯4，4’-双[N-(2-并四苯基)-N-苯基氨基]联苯4，4’-双[N-(2-苝基)-N-苯基氨基]联苯4，4’-双[N-(1-蔻基)-N-苯基氨基]联苯
2，6-双(二-对甲苯基氨基)萘2，6-双[二-(1-萘基)氨基]萘2，6-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘N，N，N’，N’-四(2-萘基)-4，4”-二氨基-对三联苯4，4’-双{N-苯基-N-[4-(1-萘基)-苯基]氨基}联苯4，4’-双[N-苯基-N-(2-芘基)氨基]联苯2，6-双[N，N-二(2-萘基)氨基]芴1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘4，4’，4”-三[(3-甲基苯基)苯基氨基]三苯基胺有用的包括多环芳香化合物的其它类型空穴传输材料描述于EP 1 009 041中。也可使用包括寡聚材料的具有多于两个氨基的叔芳香胺。此外，可使用聚合空穴传输材料比如聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、和共聚物如聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸酯)(也被称为PEDOT/PSS)。
发光层(LEL)正如在US-A-4,769,292和US-A-5,935,721中更全面地描述那样，有机EL单元的LEL包含发光或荧光材料，其中在该区域内电子-空穴对结合导致电致发光产生。LEL可由单一材料组成，但更常见的是由主体材料掺杂一种或多种客体化合物组成，其中光发射主要来自掺杂剂且可发出任何颜色的光。LEL的主体材料可以是电子传输材料，空穴传输材料，或能支持空穴-电子结合的其它材料或这些材料的组合物。掺杂剂通常选自高荧光染料，但是磷光物质，例如，描述于WO 98/55561、WO 00/18851、WO 00/57676和WO 00/70655的过渡金属复合物也可选用。掺杂剂一般以0.01-10重量％涂布于主体材料。聚合材料比如聚芴和聚乙烯基亚芳基，如聚(对亚苯基亚乙烯基)、PPV也可用作主体材料。在这种情况下，小分子掺杂剂可分子散布于聚合主体中，或掺杂剂可通过共聚次要组分加入至主体聚合物中。
选择染料作为掺杂剂的重要因素是比较电子能带间隙。为了能量能有效地从主体传输到掺杂剂分子，必需的条件是掺杂剂的能带间隙小于主体材料的能带间隙。对于发磷光物，主体的三重能态应足够高以从主体传输能量。
已知可使用的主体和发射分子包括，但不局限于那些描述于US-A-4,768,292、US-A-5,141,671、US-A-5,150,006、US-A-5,151,629、US-A-5,405,709、US-A-5,484,922、US-A-5,593,788、US-A-5,645,948、US-A-5,683,823、US-A-5,755,999、US-A-5,928,802、US-A-5,935,720、US-A-5,935,721和US-A-6,020,078中的物质。
8-羟基喹啉(喔星)和相似衍生物的金属复合物构成能支持电致发光的一类有用的主体化合物。有用的螯合喔星类化合物的示例如下CO-1三喔星铝[又称，三(8-羟基喹啉合)铝(III)]CO-2二喔星镁[又称，二(8-羟基喹啉合)镁(II)]CO-3双[苯并{f}-8-羟基喹啉合]锌(II)CO-4双(2-甲基-8-羟基喹啉合)铝(III)-μ-氧代-双(2-甲基-8-羟基喹啉合)铝(III)CO-5三喔星铟[又称，三(8-羟基喹啉合)铟]CO-6三(5-甲基-喔星)铝[又称，三(5-甲基-8-羟基喹啉合)铝(III)]CO-7喔星锂[又称，(8-羟基喹啉合)锂(I)]CO-8喔星镓[又称，三(8-羟基喹啉合)镓(III)]CO-9喔星锆[又称，四(8-羟基喹啉合)锆(IV)]其它类有用主体材料包括，但不局限于蒽衍生物比如描述于US-A-5,935,721中的9,10-二-(2-萘基)蒽和其衍生物，描述于US-A-5,121,029中的二苯乙烯基亚芳基衍生物，和吲哚衍生物如2，2’，2”-(1，3，5-亚苯基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]。咔唑衍生物是特别有用的发磷光物质的主体材料。
有用的荧光掺杂剂包括，但不局限于蒽、并四苯、氧杂蒽、苝、红荧烯、香豆素、若丹明和喹吖啶酮的衍生物，二氰基亚甲基吡喃化合物，噻喃化合物，聚甲炔(polymethine)化合物，pyrilium和thiapyrilium化合物，芴衍生物，periflanthene衍生物，茚并苝衍生物，双(吖嗪基)胺硼化合物，双(吖嗪基)甲烷化合物，以及carbostyryl化合物。
电子传输层(ETL)在本发明的有机EL单元中用于形成ETL的成薄膜材料优选为金属螯合的喔星类化合物，包括喔星(也常被称为8-喹啉醇或8-羟基喹啉)的螯合物。上述化合物有助于注入和传输电子，具有很高的性能，很容易被沉积形成薄膜。喔星类化合物的例子在前面已列出。
其它的电子传输材料包括公开于US-A-4,356,429的各种丁二烯衍生物和公开于US-A-4,539,507的各种杂环光亮剂。吲哚和三嗪也可用作电子传输材料。
有机电子注入层(EIL)尽管不总是需要，但在第N个有机EL单元中提供一个EIL与阳极140接触通常是有用的。EIL可促进电子注入ETL并增加电导率从而降低级联OLED的驱动电压。用于EIL的合适材料是在上述用于连接单元的n-型掺杂的有机层中描述的掺杂了强还原剂或低功函数金属(＜4.0eV)的上述ETL。替代的无机电子注入材料也可用于有机EL单元，它将在下文中介绍。
阴极当光发射只通过阳极观测时，本发明使用的阴极140可几乎由任意的导电材料组成。理想的材料具有好的成膜性以确保与下面的有机层接触良好，在低电压下促进电子注入并具有好的稳定性。有用的阴极材料常含有低功函数金属(＜4.0eV)或金属合金。在US-A-4,885,221中描述了一种优选的阴极材料，它含有Mg∶Ag合金，其中银的百分含量为1-20％。另一类合适的阴极材料包括双分子层，它含有与有机层相连(例如，ETL)的薄的无机EIL，该薄无机EIL被较厚的导电金属层覆盖。这里，优选的无机EIL包括低功函数金属或金属盐，并且在此种情况下，较厚的覆盖层不需要具有低功函数。在US-A-5,677,572中描述了一种这样的阴极，它含有薄的LiF层随后是较厚的Al层。其它有用的阴极材料包括但不局限于在US-A-5,059,861、US-A-5,059,862和US-A-6,140,763中公开的阴极材料。
当光发射通过阴极观测时，阴极必须是透明的或者是接近透明的。为此，金属必须薄或必须使用透明导电氧化物，或这些材料的组合物。任选的透明阴极更详细地描述于US-A-4,885,211、US-A-5,247,190、US-A-5,703,436、US-A-5,608,287、US-A-5,837,391、US-A-5,677,572、US-A-5,776,622、US-A-5,776,623、US-A-5,714,838、US-A-5,969,474、US-A-5,739,545、US-A-5,981,306、US-A-6,137,223、US-A-6,140,763、US-A-6,172,459、US-A-6,278,236、US-A-6,284,393、JP 3,234,963和EP 1 076 368中。一般通过热蒸发法、电子光束蒸发法、离子溅射法或化学蒸发沉积法沉积阴极材料。如果需要，通过许多已知的方法可实现构图，这些方法包括但不局限于掩模沉积，如US-A-5,276,380和EP 0 732 868中描述的整体遮光，激光切除，和选择性化学蒸发沉积。
其它器件特性交替层在某些情况下，有机EL单元的LEL和ETL可任选地缩减为既能辅助光发射也能支持电子传输的单一层。现有技术还已知，发射掺杂剂可加入HTL中作为主体材料。例如为了通过混合发蓝光和发黄光材料、发青光和发红光材料、或发红光、发绿光和发蓝光材料产生发白光的OLED，多种掺杂剂可加入一层或多层。发白光的器件描述于，例如US-A-5,683,823、US-A-5,503,910、US-A-5,405,709、US-A-5,283,182、EP 1 187 235和EP 1 182 244中。
其它层比如现有技术中教导的电子或空穴阻挡层可用于本发明器件中。空穴阻挡层常用来改善磷光发射器件的效率。
有机层的沉积上述有机材料适合通过气相法比如热蒸发法沉积，但为了改善成模性也可以由液体沉积，例如任选含有粘合剂的溶液。如果该材料是聚合物，可以使用溶剂沉积法，但也可使用其它方法比如从供片溅射法或热传输法。通过热蒸发沉积的材料可从一般含有钽材料的例如US-A-6,237,529中所描述的蒸发“皿(boat)”中蒸发，或先涂布于供片上然后再升华以距基材更近。含有混合材料的层可使用各自的蒸发皿或预先混合这些材料并涂布于单个皿或供片上。为了显全色，需要将LELs像素化。利用遮板，整体遮板(US-A-5,294,870)，空间限定的从供片热染料传输(US-A-5,688,551、US-A-5,851,709和US-A6,066,357)和喷墨(inkjet)法(US-A-6,066,357)可实现像素化的LEL沉积。对于有机EL单元或连接单元的其它有机层，像素化沉积不是必需的。
密封大多数OLED对湿气或氧气或两者均敏感，因此它们一般在惰性气体如氮气或氩气下，同时在干燥剂如氧化铝、矾土、硫酸钙、粘土、硅胶、沸石、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、硫酸盐，或金属卤化物和金属高氯酸盐存在下密封。密封和干燥的方法包括但不局限于US-A-6,226,890中描述的方法。此外，现有技术还已知如SiOx、特氟隆和替代的无机/聚合层的阻挡层可用于密封。
具体实施例方式
在本说明书中引用的专利和其它出版物的全部内容在此均引作参考。
实施例为了进一步理解本发明给出了下述实施例。为了简洁，其中形成的材料和层简写如下。
ITO铟-锡氧化物；用于在玻璃基材上形成透明阳极。
CFx聚合碳氟层；用于在ITO顶部形成空穴注入层。
NPBN，N’-二(萘-1-基)-N，N’-二苯基-联苯胺；用于形成有机EL单元的空穴传输层，并且还用作形成连接单元的p-型掺杂的有机层的主体。在下述实施例中其折射指数为1.81。
Alq三(8-羟基喹啉)铝(III)；同时用作形成光发射层和有机EL单元的电子传输层的主体，并且还用作形成连接单元的n-型掺杂的有机层的主体。在下述实施例中其折射指数为1.73。
C545T10-(2-苯并噻唑基)-1，1，7，7-四甲基-2，3，6，7-四氢-1H，5H，11H(1)苯并吡喃并(6，7，8-ij)喹嗪-11-酮；可用作有机EL单元的发光层的绿光掺杂剂。
FeCl3氯化铁(III)；用作形成连接单元的p-型掺杂的有机层的p-型掺杂剂。
Li锂；用作形成连接单元的n-型掺杂的有机层的n-型掺杂剂。
Mg∶Ag体积比为10∶0.5的镁∶银；用作形成阴极。
在室温下用恒流电源和光度计测定所有制得器件的电致发光特性。
实施例1(传统OLED—对照)传统非级联OLED的制备如下用工业玻璃洗涤器清洗并干燥涂布有透明ITO导电层的约1.1mm厚的玻璃基材。ITO的厚度为约42nm且ITO的片电阻为约68Ω/平方米。随后ITO表面用氧化等离子体处理以使其表面可作为阳极。通过在RF等离子体处理室中分解CHF3气体，1nm厚的CFx层被沉积于清洁的ITO表面作为HIL。随后将该基材转移至真空沉积室以在基材顶部沉积所有的其它层。在约10-6托真空度下，通过受热皿的升华作用以下面的顺序依次沉积下列层(1)HTL，90nm厚，由NPB构成；(2)LEL，20nm厚，由掺杂了1.0体积％C545T的Alq主体构成；(3)ETL，40nm厚，由Alq构成；和(4)反射电极，约210nm厚，由Mg∶Ag构成。
在沉积完这些层后，将该器件从沉积室转移至干燥箱以进行密封。将该完整的器件结构定义为ITO/CFx/NPB(90)/Alq∶C545T(20)/Alq(40)/Mg∶Ag。
在该器件(仅有一个EL单元)中，LEL的发射峰波长λ(1)是524nm。电致发光区的厚度被定为10nm，且p等于5nm。发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的物理厚度为55nm，该值是我们通过其它的实验获得的最佳值。根据方程式4和5，当m1定为0时，可计算η为η＝4×S1，O/λ(1)＝4×[s(LEL，1)-p+s(ETL，1)]×n(Alq，1)/λ(1)＝4×[20-5+40]×1.73/524＝0.726该实验η值将在下面的实施例中使用。
该器件要求驱动电压为约7.0V以实现20mA/cm2传送。其发光度为1905cd/m2并且发光率为约9.5cd/A。图4显示了电流密度对驱动电压关系(I-V曲线)，图5显示了发光率对电流密度关系。
实施例2(本发明)具有两个EL单元的级联OLED的制造如下用工业玻璃洗涤器清洗并干燥涂布有透明ITO导电层的约1.1mm厚的玻璃基材。ITO的厚度为约42nm且ITO的片电阻为约68Ω/平方米。随后ITO表面用氧化等离子体处理以使其表面可作为阳极。通过在RF等离子体处理室中分解CHF3气体，1nm厚的CFx层被沉积于清洁的ITO表面作为HIL。随后将该基材转移至真空沉积室以在基材顶部沉积所有的其它层。在约10-6托真空度下，通过受热皿的升华作用以下面的顺序依次沉积下列层(1)第一个HTL，60nm厚，由NPB构成，作为透明阳极和第一个EL单元间的间隔物；(2)HTL，30nm厚，由NPB构成；(3)LEL，20nm厚，由掺杂了1.0体积％C545T的Alq主体构成；(4)ETL，10nm厚，由Alq构成；[NPB(30)/Alq∶C545T(20)/Alq(10)，被定义为EL，构成第一个EL单元]；(5)n-型掺杂的有机层，30nm厚，由掺杂了1.2体积％Li的Alq主体构成；(6)p-型掺杂的有机层，60nm厚，由掺杂了1体积％FeCl3的NPB主体构成；[掺杂了掺杂Li的Alq(30)/FeCl3的NPB(60)，被定义为CU，构成第一个连接单元]；
(7)HTL，30nm厚，由NPB构成；(8)LEL，20nm厚，由掺杂了1.0体积％C545T的Alq主体构成；(9)ETL，10nm厚，由Alq构成；[NPB(30)/Alq∶C545T(20)/Alq(10)被定义为EL，构成第二个EL单元]；(10)最后一个ETL，30nm厚，由Alq构成，作为最后一个EL单元和反射阴极间的间隔物；和(11)反射阴极，约210nm厚，由Mg∶Ag构成。
沉积完这些层后，将该器件从沉积室转移至干燥箱以进行密封。将该完整的器件结构定义为ITO/CFx/NPB(60)/EL/CU/EL/Alq(30)/Mg∶Ag。
在该级联OLED中，连接单元的电阻率高于10Ω-cm并且光透性高于90％。每个LEL的发射峰波长λ为524nm。根据方程式4，第二个EL单元的发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的光学距离为S2＝[d(LEL，2)-p+d(LEL，2)+d(间隔物，2)]×n(Alq，2)＝[15-5+10+40]×1.73＝95nm。根据方程式8，Sq，O＝(2×(N-q)+η)×λ/4，并根据实施例1中η为0.726，最佳光学距离S2，O＝η×λ/4＝0.726×524/4＝95nm。因此，S2＝S2，O，即最佳化了第二个EL单元的发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的实际光学距离。同样，第一个EL单元的发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的光学距离为S1＝[(d(LEL，1)-p)×n(Alq，1)+d(ETL，1)×n(Alq，1)]+[d(n-L，1)×n(Alq，1)+d(p-L，1)×n(NPB，1)]+[d(HTL，2)×n(NPB，2)+d(LEL，2)×n(Alq，2)+d(ETL，2)×n(Alq，2)]+[d(间隔物，2)×n(Alq，2)]＝[(20-5)×1.73+10×1.73]+[30×1.73+60×1.81]+[30×1.81+20×1.73+10×1.73]+[30×1.73]＝115×1.73+90×1.81＝362nm。根据方程式8，Sq，O＝(2×(N-q)+η)×λ/4，并根据实施例1中η为0.726，最佳光学距离S1，O＝(2+η)×λ/4＝2.726×524/4＝357nm。因此，S1＝1.01×S1，O，即最佳化了第一个EL单元的发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的实际光学距离。而且，第一个EL单元的发射中心平面与第二个EL单元的发射中心平面的物理间隔是150nm，它对应于该器件λ/2的光学距离。
该级联OLED要求驱动电压为约14.3V以实现20mA/cm2传送。其发光度为4073cd/m2并且发光率为约20.4cd/A，两者均是实施例1的两倍。图4显示了I-V曲线，图5显示了发光率对电流密度关系。
实施例3(本发明)
除了在实施例2步骤(9)后重复一次步骤(5)-步骤(9)以增加一个连接单元和一个EL单元，随后进行步骤(10)和(11)外，按照与实施例2相同方法制造具有三个EL单元的级联OLED。
在沉积完这些层后，将该器件从沉积室转移至干燥箱以进行密封。将该完整的器件结构定义为ITO/CFx/NPB(60)/EL/CU/EL/CU/EL/Alq(30)/Mg∶Ag。
与实施例2相同，在该级联OLED中，连接单元的电阻率高于10Ω-cm并且光透性高于90％。每个LEL的发射峰波长λ为524nm。S3＝S3，O＝95nm，S2＝1.01×S2，O＝362nm，和S1＝1.02×S1，O＝1.02×619＝629nm。最佳化了每个发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的光学距离。而且，每个发射中心平面间物理间隔是150nm，它对应于该器件λ/2的光学距离。
该级联OLED要求驱动电压为约20.0V以实现20mA/cm2传送。其发光度为6381cd/m2并且发光率为约31.9cd/A，两者均是实施例1的三倍。图4显示了I-V曲线，图5显示了发光率对电流密度关系。
实施例4(对照)除了没有步骤(5)和(6)外，按照与实施例3相同的方法制造具有三个EL单元的级联OLED，这意味着在该器件的每个EL单元间没有连接单元。
在沉积完这些层后，将该器件从沉积室转移至干燥箱以进行密封。将该完整的器件结构定义为ITO/CFx/NPB(60)/EL/EL/EL/Alq(30)/Mg∶Ag。
该级联OLED要求驱动电压为约27.0V以实现20mA/cm2传送。发射峰波长λ为524nm。其发光度为1597cd/m2并且发光率为约8.0cd/A，两者均低于实施例1。图4显示了I-V曲线，图5显示了发光率对电流密度关系。
与实施例3相比，虽然其总厚度比实施例3少180nm，但实施例4的器件多需要7伏驱动电压以实现20mA/cm2传送。此外，其发光度小于实施3的1/3。在该器件中，由于没有n-型掺杂的有机层和p-型掺杂的有机层构成的连接单元，每个EL单元间的连接由不掺杂的n-型有机层(Alq层)和不掺杂的有机层(NPB层)替代。这些不掺杂的层构成不掺杂的p-n连接结构。该器件的性能表明不掺杂的p-n连接结构不能提供有效的载体传输和将载体注入到EL单元。进一步还证实，含有掺杂的有机p-n连接结构的连接单元和提供有效的载体注入对于级联OLED是至关重要的。
实施例5(本发明)
除了将步骤(1)中的第一个HTL的厚度由60nm变为135nm外，按照与实施例2相同方法制造具有二个EL单元的级联OLED。
在沉积完这些层后，将该器件从沉积室转移至干燥箱以进行密封。将该完整的器件结构定义为ITO/CFx/NPB(135)/EL/CU/EL/Alq(30)/Mg∶Ag。
与实施例2相同，在该级联OLED中，连接单元的电阻率高于10Ω-cm并且光透性高于90％。每个LEL的发射峰波长λ为524nm。S2＝S2，O＝95nm，S1＝1.01×S1，O＝362nm。最佳化了每个发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的光学距离。而且，每个发射中心平面间物理间隔是150nm，它对应于该器件λ/2的光学距离。
该级联OLED要求驱动电压为约17.7V以实现20mA/cm2传送。其发光度为3847cd/m2并且发光率为约19.2cd/A，两者均是实施例1的两倍。
实施例5(对照)除了改变连接单元的厚度在步骤(5)中掺杂了Li的Alq层的厚度由30nm变为55nm和掺杂了FeCl3的NPB层的厚度由60nm变为110nm外，按照与实施例5相同方法制造具有二个EL单元的级联OLED。将Alq∶Li(55nm)/NPB∶FeCl3(110nm)定义为CU2，它构成该器件的连接单元。
在沉积完这些层后，将该器件从沉积室转移至干燥箱以进行密封。将该完整的器件结构定义为ITO/CFx/NPB(135)/EL/CU2/EL/Alq(30)/Mg∶Ag。
与实施例5相同，在该级联OLED中，连接单元的电阻率高于10Ω-cm并且光透性高于90％。每个LEL的发射峰波长λ为524nm。由于S2＝S2，O＝95nm，第二个EL单元的发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的光学距离被最佳化。但是，S1＝1.38×S1，O＝495nm，这表明第一个EL单元的发射中心平面与Mg∶Ag反射阴极之间的光学距离基本上偏离了最佳值。
该级联OLED要求驱动电压为约18.0V以实现20mA/cm2传送。其发光度为2037cd/m2并且发光率为约10.2cd/A，两者与实施例1几乎相同。
实际上，该器件的两个发射中心平面间物理间隔是225nm，它对应于该器件1.5×λ/2的光学距离。根据双通道干扰影响，当反射光束通过最初发射位置时，在来自第一个EL单元LEL的直射光束和来自同一LEL并随后被Mg∶Ag阴极反射的反射光束之间存在180°的波相位差。结果，该干扰完全消除了第一EL单元的发射贡献。因此，虽然连接单元能提供有效的载流子注入该器件，但是具有两个EL单元的级联OLED仅能由第二个EL单元发射光。这证实了连接单元和EL单元的光学设计对于级联OLED也是至关重要的。
上述实施例证实了通过使用掺杂的有机p-n连接结构以提供有效的载流子注入EL单元以及小心地调节该器件的光学干扰，可以在级联OLED实现发光率的显著增加。
构件目录表100级联OLED110阳极120EL单元120.1 第一个EL单元120.2 第二个EL单元120.(N-1) 第(N-1)个EL单元120.N 第N个EL单元130连接单元130.1 第一个连接单元130.2 第二个连接单元130.(N-1) 第(N-1)个连接单元131n-型掺杂的有机层132p-型掺杂的有机层140阴极150电压/电流源160电导体200级联OLED210透射电极240反射电极250透射基材
权利要求
1.级联有机电致发光器件包含a)阳极；b)阴极；c)位于阳极和阴极之间的多个有机电致发光单元，其中该有机电致发光单元包含至少一个空穴传输层、电子传输层、以及形成于空穴传输层和电子传输层之间的电致发光区，其中相邻电致发光区之间的物理间隔大于90nm；和d)位于每个相邻有机电致发光单元之间的连接单元，其中该连接单元依次包含n-型掺杂的有机层和p-型掺杂的有机层形成透明p-n连接结构，其中每个掺杂的有机层的电阻率大于10Ω-cm。
2.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中每个连接单元在可见光谱区域的光透射率为至少90％。
3.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中每个连接单元的厚度为1-400nm。
4.权利要求1的连接单元，其中n-型掺杂的有机层和p-型掺杂的有机层的厚度比为1∶10-10∶1。
5.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中从每个有机电致发光单元的电致发光区到反射电极的光学距离选定在0.8×[(2m+1)×(λ/4)]至1.2×[(2m+1)×(λ/4)]范围内，其中m是0、1、2、3或更大的整数，λ是电致发光单元的发射峰波长。
6.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中从每个有机电致发光单元的电致发光区到反射电极的光学距离选定为[(2m+η)×(λ/4)]，从而可最佳化光提取，其中m是0、1、2、3或更大的整数，η是选自0.6-1.0的系数，且λ是电致发光单元的发射峰波长。
7.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中每个有机电致发光单元的电致发光区与反射电极间的物理间隔根据相应的光学距离选定。
8.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中有机电致发光单元的每个电致发光区之间的物理间隔被选定以改善该电致发光器件的光提取。
9.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中每个有机电致发光单元的电致发光区与反射电极间的物理间隔通过改变连接单元的厚度来调节。
10.权利要求1的级联有机电致发光器件，其中每个有机电致发光单元的电致发光区与反射电极间的物理间隔通过选择具有合适折射指数的连接单元的主体材料来调节。
全文摘要
级联有机电致发光器件包括阳极和阴极。该器件还包括位于阳极和阴极之间的多个有机电致发光单元，其中该有机电致发光单元包含至少一个空穴传输层、电子传输层、以及形成于空穴传输层和电子传输层之间的电致发光区，其中相邻电致发光区之间的物理间隔大于90nm；和位于每个相邻有机电致发光单元间的连接单元，其中该连接单元依次包含n－型掺杂的有机层和p－型掺杂的有机层形成透明p－n连接结构，其中每个掺杂的有机层的电阻率大于10Ω－cm。
文档编号H01L27/28GK1610466SQ20041003879
公开日2005年4月27日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月13日
发明者廖良生, K·P·克卢贝克, D·L·康福特, 邓青云 申请人:伊斯曼柯达公司