Capa electroluminiscente para un dispositivo optoelectrónico.

Capa electroluminiscente para un dispositivo optoelectrónico que comprende al menos un colorante orgánico iónico.

Los dispositivos optoelectrónicos que incluyen una capa electroluminiscente de este tipo han demostrado unos niveles de radiancia, eficiencia y vida media del dispositivo muy satisfactorios, que posibilitan su uso potencial en aplicaciones de iluminación de capa fina, ya que pueden operar a voltajes muy bajos, obteniendo dispositivos con eficiencia energética muy alta que además son sencillos de fabricar.

CAPA ELECTROLUMINISCENTE PARA UN DISPOSITIVO OPTOELECTRÓNICO Campo de la invención

La presente invención se enmarca en el campo de los sistemas electroquímicos emisores de luz, y más particularmente se dirige a una celda electroquímica emisora de luz que comprende un primer electrodo, un segundo electrodo aislado eléctricamente del primer electrodo y una capa luminiscente formada por un material electroluminiscente que contiene como componente mayoritario un colorante cargado.

Antecedentes de la invención

En las últimas décadas, los Diodos Orgánicos Emisores de Luz (OLEDs, por sus siglas en inglés de "Organic Light Emitting Diode") han sido investigados en profundidad como la nueva generación de tecnología de potencial uso en iluminación y pantallas planas. El interés en esta tecnología ha surgido debido a los diferentes trabajos realizados que muestran grandes avances en la eficiencia, vida media y colores de estos dispositivos, incluyendo el blanco111. Sin embargo, para obtener niveles de rendimiento altos, es preciso usar dispositivos multicapa. La arquitectura multicapa se obtiene evaporando secuencialmente los compuestos activos bajo condiciones de alto vacío. Además, estos dispositivos usan metales o capas de inyección de cargas que son sensibles al aire, requiriendo así encapsulación rigurosa para prevenir su degradación121. Para que los OLEDs puedan entrar en el mercado de la iluminación se necesita, aparte de niveles de rendimiento altos, una gran reducción en el coste de los dispositivos. A este respecto es particularmente importante ser capaces de generar electroluminiscencia desde dispositivos que usen interfases de inyección de cargas que sean estables al aire.

Otro tipo de dispositivo electroluminiscente, comúnmente denominado Celda Electroquímica Emisora de Luz (LEC, por sus siglas en inglés de "Light Emitting Electrochemical Cell"), posee una arquitectura mucho más simple (Figura 1), puede ser procesado desde disolución y no requiere del uso de capas de inyección de cargas o metales que sean sensibles al aire para inyectar los electrones131. Esto simplifica enormemente su preparación y pasivación, haciéndolo mucho menos costoso. En su forma más simple, consiste en una única capa de material activo compuesta por un metal de complejo de transición iónico (iTMC, por sus siglas en inglés "Ionic

Transition Metal Complex)[4]. En los LECs basados en iTMCs los complejos realizan todos los roles necesarios para generar luz, a saber:

a) la disminución de la barrera de inyección debido al desplazamiento de los iones;

b) el transporte de los electrones y huecos por reacciones de reducción y oxidación consecutivas, respectivamente, del iTMC, y

c) la generación de los fotones por el fenómeno de fosforescencia.

Los campos interfaciales en los electrodos apantallan el campo eléctrico en el volumen del material, lo cual implica que el grosor de la capa del material emisor puede ser mucho más elevado (hasta 500 nm) en los LECs que en los OLEDs típicos (~100 nm) y, por lo tanto pueden ser potencialmente útiles en dispositivos con arquitecturas a prueba de fallos. Los iTMCs son emisores de tipo triplete parecidos a los usados en los OLEDs y pueden alcanzar eficiencias similares; además, como son cargados, se disuelven en disolventes polares y no dañinos para el medio ambiente y son fácilmente procesables en capa fina. Estos dispositivos son candidatos interesantes para ser usados en aplicaciones de iluminación de capa fina ya que pueden operar a voltajes muy bajos, obteniendo dispositivos con eficiencia energética muy alta, y son fáciles de fabricar.

El mayor problema de estos dispositivos es el hecho de que usan complejos de metales de transición, muchos de los cuales se basan en metales como el rutenio, platino o el iridio151. Estos metales son muy raros y como consecuencia de ello muy caros. Por tanto, sigue existiendo una necesidad de materiales electroluminiscentes para dispositivos optoelectrónicos tales como los LECs que superen las desventajas de la técnica anterior, y más en particular que posibiliten simplificar su construcción a base de utilizar materiales más simples y, por ende, menos costosos.

Estado de la técnica

En el estado de la técnica, hasta la fecha se han empleado tintes en diversos dispositivos electroluminiscentes. Sin embargo, en la mayoría de los casos no se trata de tintes iónicos, y en todos los casos conocidos para el solicitante estos tintes son combinados con otros materiales que realizan la función de transportadores de cargas (electrones/huecos). Así, por ejemplo, CA 2 551 723 describe tintes orgánicos electroluminiscentes de fórmula general (Y-L)nXm, donde X

ES 2 486 890 Al

es un grupo transportador de cargas n-valente, Y es un grupo emisor de luz, L es un grupo enlazante que une el grupo transportador de cargas y el grupo electroluminiscente, y m y n son números enteros no inferiores a 1, capaces de proporcionar dispositivos electroluminiscentes capaces de emitir luz a bajo voltaje incluso cuando tiene una estructura monocapa. Sin embargo se trata de tintes orgánicos neutros (no iónicos). Los tintes neutros sólo pueden ser depositados por evaporación bajo vacío y no desde disolución.

En EP 0 554 569 A2 se describen dispositivos electroluminiscentes orgánicos que comprenden una capa electroluminiscente que contiene un material orgánico hospedante capaz de inyectar tanto electrones como huecos y un tinte fluorescente capaz de emitir luz en respuesta a una recombinación hueco-electrón. Dispositivos similares se describen también en otros documentos tales como JP2009076817(A),

Finalmente, US2005147845 Al describe materiales poliméricos electroluminiscentes que incluyen un polímero tal como una polianilina soluble en agua que tenga conductividad de electrones/huecos y un componente orgánico electroluminiscente tal como un tinte de cianina o una porfirina en forma de agregados J. En este documento, el polímero de polianilina se encuentra en un rango entre el 50 y el 90.5% en peso, mientras que el componente orgánico electroluminiscente en forma de agregados J se encuentra entre el 50% y el 0.5% en peso.

En los dispositivos optoelectrónicos de acuerdo con la presente invención, por el contrario, no es necesaria la combinación de un tinte iónico con otro material transportador de cargas, gracias a que los tintes iónicos son capaces de realizar todas las funciones necesarias para generar luz, a saber, tal y como se ha indicado más arriba:

a) la disminución de la barrera de inyección debido al desplazamiento de los iones;

b) el transporte de los electrones y huecos por reacciones de reducción y oxidación consecutivas, respectivamente, del colorante ionico, y

c) la generación de los fotones por el fenómeno de fluorescencia o fosforescencia.

En consecuencia, el problema técnico a ser resuelto por el experto en la materia se dirige a proporcionar nuevos materiales para la capa electroluminiscente de dispositivos optoelectrónicos, en particular LECs, que superen las ventajas de los conocidos en la técnica

anterior, y en concreto que simplifiquen su construcción haciendo uso de materiales más sencillos y en consecuencia más económicos.

Resumen de la invención

Los inventores han resuelto este problema al haber identificado una nueva clase de materiales que pueden ser usados satisfactoriamente como material activo único, o al menos mayoritario, de la capa de material electroluminiscente del LEC gracias a que estos tintes iónicos pueden realizar todas las funciones necesarias para generar luz sin necesitar de un material adicional para el transporte de cargas electrónicas (electrones y huecos de electrones). Estos materiales son, de manera general, los colorantes orgánicos, y más concretamente los colorantes orgánicos iónicos, tales como los colorantes cianúricos (también conocidos como polimetinas), los hemicianúricos y los escuarilénicos. Estos colorantes se conocen desde hace muchos años y se usan en aplicaciones tales como películas fotográficas o discos regrabables de DVD, y tienen la ventaja de que pueden ser producidos en grandes cantidades a bajo coste.

Además, los inventores también han encontrado que, sorprendentemente, la adición en una pequeña concentración (inferior al 20%, preferiblemente inferior al 5% en peso de la capa electroluminiscente) de un segundo tinte iónico que tiene un ancho de banda óptica inferior al del tinte iónico principal o mayoritario, conduce a dispositivo con prestaciones mejoradas. Dado que el segundo tinte está presente en concentraciones más bajas, es de esperar que funcionen para este propósito muchos tipos de emisores, tanto fluorescentes como... [Seguir leyendo]

1. Capa electroluminiscente para un dispositivo optoelectrónico luminiscente que comprende al menos un colorante orgánico iónico, caracterizado porque el al menos un colorante orgánico iónico se encuentra en una proporción de al menos un 55% en peso con respecto al peso total de la capa de material electroluminiscente.

2. Capa electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el al menos un colorante orgánico iónico se encuentra en una proporción de al menos un 75% en peso con respecto al peso total de la capa de material electroluminiscente.

3. Capa electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 2, en la que el al menos un colorante orgánico iónico se encuentra en una proporción de al menos un 90% en peso con respecto al peso total de la capa de material electroluminiscente.

4. Capa electroluminiscente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el al menos un colorante orgánico iónico se selecciona del grupo que consiste en colorantes cianúricos, hemicianúricos y escuarilénicos.

5. Capa electroluminiscente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos un emisor molecular adicional que tiene un ancho de banda óptica inferior al del colorante orgánico iónico mayoritario.

6. Capa electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el al menos un emisor molecular adicional se encuentra en una proporción global igual o inferior al 20% en peso con respecto al peso de la capa electroluminiscente.

7. Capa electroluminiscente de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, en la que el al menos un emisor molecular adicional es un colorante orgánico iónico diferente del colorante orgánico iónico mayoritario.

8. Capa electroluminiscente de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, en la que el al menos un emisor molecular adicional es un colorante orgánico neutro o un emisor de elevada polaridad.

9. Capa electroluminiscente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un líquido iónico.

10. Capa electroluminiscente de acuerdo con la reivindicación 9 anterior, en la que el líquido iónico se encuentra en una proporción del 5% en peso con respecto al peso total de la capa de material electroluminiscente.

11. Dispositivo optoelectrónico luminiscente que comprende una capa de material electroluminiscente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores más un ánodo y un cátodo, entre los cuales se encuentra la capa de material electroluminiscente.

12. Dispositivo optoelectrónico luminiscente de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el ánodo es de un material conductor al menos parcialmente transparente para la luz.

13. Dispositivo optoelectrónico luminiscente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11-12, en el que el cátodo es de un metal con nivel de trabajo inferior a -4 eV.

14. Dispositivo optoelectrónico luminiscente de acuerdo con una cualquiera de las

reivindicaciones 11-13, que comprende además una capa de un polímero conductor adyacente a la capa de material electroluminiscente.

15. Dispositivo optoelectrónico luminiscente de acuerdo con una cualquiera de las

reivindicaciones 11 a 14 anteriores, que es una celda electroquímica emisora de luz (LEC).