ES2203255T3 - Materiales electroluminiscentes. - Google Patents

Abstract

Método para formar un dispositivo electroluminiscente que emite luz blanca cuando se establece a través del mismo una tensión de más de doce voltios, dispositivo que comprende un ánodo, una capa de un material portador de huecos, una capa de Tb(TMHD)3OPNP, donde TMHD es 2, 2, 6, 6-tetrametil-3, 5-heptanodionato y OPNP es difenilfosfonimida trifenil fosforano, y un cátodo, caracterizado porque la capa de Tb(TMHD)3OPNP se deposita al vacío a partir del estado sólido.

Description

Materiales electroluminiscentes.

La presente invención se refiere a materiales electroluminiscentes y los dispositivos que los incorporan.

Los materiales que emiten luz cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de los mismos son muy conocidos y empleados en una amplia gama de aplicaciones de visualización. Los dispositivos de cristal líquido y los dispositivos que se basan en sistemas de semiconductores inorgánicos son extensamente usados, sin embargo sufren las desventajas de un alto consumo energético, un coste elevado de fabricación, un bajo rendimiento cuántico y la incapacidad de formar visualizadores de panel plano, problemas de reflectancia, es decir, la baja visibilidad con condiciones de luminancia y un ángulo limitado de visión, por ejemplo, +/-45º.

Se han propuesto polímeros orgánicos como útiles en dispositivos electroluminiscentes, pero no es posible obtener colores puros, son costosos de producir y tienen un rendimiento relativamente bajo.

Otro compuesto que se ha propuesto es el quinolato de aluminio pero requiere el empleo de dopantes para obtener una gama de colores y tiene un rendimiento relativamente pobre.

En un artículo aparecido en Chemistry Letters pp. 657-660, 1990, Kido et al. desvelaron que un complejo de acetil-acetonato de terbio (III) era verde electroluminiscente, y en un artículo aparecido en Applied Physics Letters 65(17) 24 October 1994, Kido et al. desvelaron que los complejos de trifenil-diamina-europio (III) eran rojo electroluminiscente pero eran inestables a condiciones atmosféricas y difíciles de producir en películas.

Los complejos revelados en estos artículos tenían un rendimiento fotoluminiscente relativamente bajo y sólo eran capaces de producir luz verde o roja, y no pudieron producirse otros colores.

La producción de luz blanca por electroluminiscencia es difícil de conseguir y ha necesitado del empleo de una pluralidad de materiales electroluminiscentes distintos mezclados o en capas consecutivas. Otro método para modificar el color de la luz emitida es mediante el uso de un colorante o colorantes mezclados con el material electroluminiscente o en capas consecutivas.

En un artículo de Takeo Wakimoto et al. aparecido en Applied Surface Science 113/114(1997), páginas 698-704, se describen células electroluminiscentes en las que se emplea quinolato de aluminio como el emisor y que está dopado con derivados de la quinacrodina, que son colorantes fluorescentes, para cambiar el color de la luz emitida.

Ahora se ha descubierto un método para formar un dispositivo electroluminiscente que puede emitir luz blanca.

Según la invención, se proporciona un método para formar un dispositivo electroluminiscente que emite luz blanca cuando se establece una tensión de más de 12 voltios a través del mismo, dispositivo que comprende un ánodo, una capa de un material portador de huecos, una capa de

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OPNP, donde TMHD es 2,2,6,6-tetrametil-3,5-heptanodionato y OPNP es difenilfosfonimida trifenil fosforano, y un cátodo caracterizado porque la capa de

\hbox{Tb(TMHD) _{3} }

OPNP se deposita mediante deposición al vacío a partir del estado sólido.

El color de la luz es subjetivo y los colores pueden definirse mediante coordenadas en un diagrama bidimensional en las que los colores son zonas del diagrama y, en la presente invención, la luz blanca puede definirse como una zona en el diagrama de cromaticidad CIE I931 así como puede observarse que es blanca.

El compuesto electroluminiscente puede mezclarse con otro metal de transición o con complejos orgánicos de lantánidos o de actínidos que pueden cambiar el color de la luz emitida.

Preferiblemente, los dispositivos electroluminiscentes de la invención comprenden un sustrato transparente que es un vidrio o material plástico conductor que actúa como ánodo, siendo los sustratos preferidos vidrios conductores tales como el vidrio recubierto de óxido de estaño e indio, pero puede emplearse cualquier vidrio que sea conductor o que tenga una capa conductora. También pueden emplearse como sustrato polímeros conductores y vidrio o materiales plásticos recubiertos de polímeros conductores.

Preferiblemente, la película de Tb(TMHD)_{3}OPNP se elabora mezclando Tb(TMHD)_{3} y OPNP, calentando al vacío la mezcla formada, de manera que la mezcla se vaporice, y condensando el vapor sobre un sustrato para formar una película o capa del complejo organometálico sobre el sustrato. Alternativamente, el Tb(TMHD)_{3} y el OPNP pueden depositarse secuencialmente sobre el sustrato.

La capa portadora de huecos se deposita sobre el sustrato transparente y el Tb(TMHD)_{3}OPNP se deposita sobre la capa portadora de huecos. La capa portadora de huecos sirve para portar huecos y para bloquear electrones, evitando así que los electrones pasen al electrodo sin recombinarse con los huecos. Por tanto, la recombinación de las portadoras tiene lugar principalmente en la capa emisora.

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Las capas portadoras de huecos se utilizan en dispositivos electroluminiscentes poliméricos y puede emplearse cualquiera de los materiales portadores de huecos, conocidos, en forma de película.

La capa portadora de huecos puede estar formada por una película de un complejo amino aromático, tal como poli(vinilcarbazol), N,N'-difenil-N,N'-bis(3-metilfenil)-1,1'-bifenil-4,4'-diamina (TPD), polianilina, etc.

De manera opcional, pueden incluirse colorantes, tales como colorantes fluorescentes por láser, colorantes luminiscentes por láser, para modificar el espectro cromático de la luz emitida y también para mejorar los rendimientos fotoluminiscente y electroluminiscente.

En una realización, el Tb(TMHD)_{3}OPNP se mezcla con un material polimérico tal como una poliolefina, por ejemplo polietileno, polipropileno, etc., y preferiblemente poliestireno. Las cantidades preferidas de material activo en la mezcla van del 95% al 5% en peso de material activo, y más preferiblemente del 25% al 20% en peso.

Opcionalmente, el material portador de huecos puede mezclarse con Tb(TMHD)_{3}OPNP en una relación del 5-95% de Tb(TMHD)_{3}OPNP y del 95 al 5% del compuesto portador de huecos.

En otra realización de la invención, existe una capa de un material portador de electrones entre el cátodo y la capa de Tb(TMHD)_{3}OPNP, siendo preferiblemente esta capa portadora de electrones un complejo metálico tal como un quinolato de metal, por ejemplo quinolato de aluminio, que portará electrones cuando se haga pasar una corriente eléctrica a través del mismo. Alternativamente, el material portador de electrones puede mezclarse con

\hbox{Tb(TMHD) _{3} }

OPNP y codepositarse con el mismo.

En una estructura preferida, existe un sustrato formado de un material conductor transparente que es el ánodo sobre el que se depositan sucesivamente una capa portadora de huecos, la capa de

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OPNP y una capa portadora de electrones que está conectada al cátodo. El cátodo puede ser cualquier metal con una baja función de trabajo, por ejemplo, aluminio, calcio, litio, aleaciones de plata/magnesio, etc.

A tensiones más reducidas, por ejemplo, por debajo de 10 voltios, la luz emitida es primordialmente verde amarillenta y corresponde con el color típico de la luz emitida por los complejos de terbio III y, al incrementarse la tensión, la luz emitida se aproxima a un color blanco, y a una tensión superior a 12 voltios parece blanca al ojo.

Posiblemente, la longitud de onda de la luz emitida cambia por un aumento de la intensidad de la radiación debido a los ligandos que emiten luz de una longitud de onda más corta con el incremento de la tensión, de manera que el efecto general es una combinación de las contribuciones de las varias mitades del complejo y su interacción con la capa portadora de huecos.

Es muy sorprendente que este efecto pueda dar lugar a luz blanca.

La invención se describe en los ejemplos.

Ejemplo (i) Tb(TMHD)_{3}OPNP de película fina

Se trituraron juntos en un mortero 50 mg de Tb(TMHD)_{3} (7x10^{-5} moles) y 33,68 mg de OPNP (7,05x10^{-5} moles) y una fracción de 3 mg se colocó en una navecilla de molibdeno en una máquina de recubrimiento al vacío Edwards (E306). Se fijaron unas diapositivas de spectrosil (de calidad UV) en un portamuestras. Se hizo el vacío en la máquina de recubrimiento al vacío hasta 10^{-7} torr y se calentó la muestra empleando un calentador eléctrico de 10 a 90 A y 10 V durante veinte segundos para producir una película de Tb(TMHD)_{3}OPNP.

(ii) Fabricación de un dispositivo electroluminiscente basado en Tb(TMHD)_{3}OPNP

Se evaporaron 3 mg de una mezcla de Tb(TMHD)_{3}OPNP preparada según (i) sobre un electrodo ITO impreso para producir una película con espesor de 50 nm. Previamente, se había recubierto el ITO impreso con 20 nm de una capa portadora de huecos hecha de TPD. Luego se evaporó quinolato de aluminio (Alq_{3}) sobre la capa para proporcionar una capa con una anchura de 20 nm que actúe como una capa portadora de electrones. Se hizo un contacto superior de aluminio (900 nm) para formar la estructura en la figura 1 de los dibujos.

Se estableció una tensión medida a través del dispositivo y se midió la longitud de onda de la luz emitida. Los resultados se muestran en las figuras 2a, 2b y 2c. Como puede observarse, con tensiones crecientes la intensidad de la luz en longitudes de onda distintas a la del pico debido al Tb aumenta y ésto hace que la luz emitida se vuelva blanca en los espectros de la figura 2c, y las coordenadas cromáticas de la luz emitida en la figura 2c en el diagrama cromático CIE I931 fueron x: 0,22 y: 0,25, que corresponden con la luz blanca.

Claims (13)

1. Método para formar un dispositivo electroluminiscente que emite luz blanca cuando se establece a través del mismo una tensión de más de doce voltios, dispositivo que comprende un ánodo, una capa de un material portador de huecos, una capa de Tb(TMHD)_{3}OPNP, donde TMHD es 2,2,6,6-tetrametil-3,5-heptanodionato y OPNP es difenilfosfonimida trifenil fosforano, y un cátodo, caracterizado porque la capa de Tb(TMHD)_{3}OPNP se deposita al vacío a partir del estado sólido.

2. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de Tb(TMHD)_{3}OPNP se produce mezclando Tb(TMHD)_{3} y OPNP, calentando la mezcla formada al vacío de manera que la mezcla se vaporice, y condensando el vapor para formar una capa de Tb(TMHD)_{3}OPNP sobre la capa de material portador de huecos.

3. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de Tb(TMHD)_{3}OPNP se produce mediante la deposición secuencial de Tb(TMHD)_{3} y de OPNP.

4. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el ánodo es un sustrato conductor transparente y el cátodo es un metal.

5. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa portadora de huecos está hecha de poli(vinilcarbazol), N,N'-difenil-N,N'-bis(3-metilfenil)-1,1'-bifenil-4,4'-diamina (TPD) o polianilina.

6. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa portadora de huecos está hecha de N,N'-difenil-N,N'-bis(3-metilfenil)-1,1'-bifenil-4,4'-diamina (TPD).

7. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque hay una capa de un material portador de electrones entre el cátodo y la capa de

\hbox{Tb(TMHD) _{3} }

OPNP.

8. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el material portador de huecos ha de mezclarse con Tb(TMHD)_{3}OPNP en una relación de 5-95% en peso de Tb(TMHD)_{3}OPNP y del 95 al 5% en peso del compuesto portador de huecos.

9. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque existe una capa de un material portador de electrones entre el cátodo y la capa de

\hbox{Tb(TMHD) _{3} }

OPNP.

10. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque hay un material portador de electrones mezclado con el Tb(TMHD)_{3}OPNP.

11. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el material portador de electrones es un quinolato metálico.

12. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el material portador de electrones es un quinolato de aluminio.

13. Método para formar un dispositivo electroluminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se incluye un colorante para modificar el espectro cromático de la luz emitida.