DE102004041371A1

DE102004041371A1 - Aktiv-Matrix-Display auf der Basis organischer Leuchtdioden mit erhöhtem Füllfaktor

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Publication number: DE102004041371A1
Application number: DE102004041371A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Phys. Hofmann; Jan Dr. Birnstock; Martin Dr. Vehse
Original assignee: NovaLED GmbH
Current assignee: NovaLED GmbH
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: JP5037344B2; JP2008511108A; DE102004041371B4; US20080164807A1; WO2006021202A1

Abstract

Um bei einem Bauelement auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung den Füllfaktor sowie den Wirkungsgrad zu verbessern, wird ein Display vorgeschlagen, umfassend ein Substrat, eine zum Substrat nächstgelegene erste Elektrode (130), eine zum Substrat entfernt gelegene zweite Elektrode (160) und zumindest eine zwischen beiden Elektroden angeordnete, lichtemittierende organische Schicht (150). Das in dem aktiven Bereich emittierte Licht tranmittiert durch eine der beiden Elektroden, wobei die erste Elektrode pixelstrukturiert ist und zwischen benachbarten Pixeln eine Isolationsschicht (150) angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Display zeichnet sich dadurch aus, dass die Isolationsschicht (150) optisch mit der lichtemittierenden Schicht (150) gekoppelt ist und optisch wirksame, lichstreuende Heterogenitäten (180, 190) aufweist, wobei die Isolationsschicht passend zur Pixelstruktur der ersten Elektrode mikrostrukturiert und auf dieser aufprozessiert ist. DOLLAR A Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Displays.

Description

Die Erfindung betrifft ein Display auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff von Anspruch 13.

In den letzten Jahren hat sich ein großer Bedarf nach immer kleineren, platzsparenden, leichten und kostengünstigen Anzeigemodulen und Displays zur schnellen und adäquaten Visualisierung von Daten und Informationen entwickelt. Bei den meisten der heute verwendeten Anzeigeelementen wird das Prinzip der Kathodenstahlröhre oder der Flüssigkristallanzeige (LCD: Liquid Crystal Display) verwendet. Daneben existieren Flachdisplaytechnologien wie Plasma-, Vakuumfluoreszenz- oder Feldemissionsdisplays, die jedoch technisch sehr aufwendig und kostenintensiv sind. Mit Displays auf der Basis organischer Leuchtdioden (OLEDs) ist in den letzten Jahren eine ernst zu nehmende Konkurrenz für die etablierten Technologien erwachsen. Als wesentliche Vorteile einer Anzeigeeinrichtung auf der Basis von OLEDs seien die Bereitstellung von brillanten Farben, eines sehr hohen Kontrast, schnellen Schaltzeiten bei tiefen Temperaturen, einem großen Betrachtungswinkel sowie einem großen Füllfaktor genannt. Da OLEDs selbst aus lichtemittierenden Elementen bestehen, ist somit im Vergleich zu LCDs keine Hintergrund beleuchtung notwendig. Sie sind beispielsweise in Form einer Folie flexibel und dünn mit geringen Produktionskosten herstellbar und mit einem verhältnismäßig geringen Energieaufwand betreibbar. Mit ihrer niedrigen Betriebsspannung, der hohen Energieeffizienz sowie der Möglichkeit flächig emittierende Bauelemente zur Emission von beliebigen Farben herzustellen, eignen sich OLEDs auch für die Anwendung in Beleuchtungselementen.

OLEDs beruhen auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz, bei welcher Elektron-Loch-Paare, sogenannte Exzitonen unter Aussendung von Licht rekombinieren. Hierzu ist die OLED in Form einer Sandwichstruktur aufgebaut, bei welcher zumindest ein organischer Film als aktives Material zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei positive und negative Ladungsträger in das organische Material injiziert werden, ein Ladungstransport von Löchern beziehungsweise Elektronen zu einer Rekombinationszone in der organischen Schicht stattfindet, wo eine Rekombination der Ladungsträger zu Singulet-Exzitonen unter Lichtemission auftritt. Die nachfolgende strahlende Rekombination der Exzitonen verursacht die Emission des sichtbaren Nutzlichtes, das von der Leuchtdiode abgegeben wird. Damit dieses Licht das Bauelement verlassen kann, muss zumindest eine der Elektroden transparent sein. In der Regel besteht diese transparente Elektrode aus einem leitfähigen Oxid, welches als TCO (transparent conductive oxide) bezeichnet wird. Ausgangspunkt bei der Herstellung einer OLED ist ein Substrat, auf welches die einzelnen Schichten der OLEDs aufgebracht werden. Ist die zum Substrat nächstgelegene Elektrode transparent, wird das Bauelement als „bottom-emission-OLED" bezeichnet, ist die andere Elektrode transparent ausgeführt, wird das Bauelement als „top-emission-OLED" bezeichnet. Gleiches gilt für die Fälle, bei denen sowohl die Elektrode zwischen Substrat und der zumindest einen organischen Schicht als auch die zum Substrat entfernt gelegene Elektrode transparent ausgeführt sind.

Bei den hier behandelten Displays auf der Basis organischer Leuchtdioden wird als Substrat ein sogenanntes Backplane-Substrat (Rückwandplatine) benutzt. Auf dem Backplane-Substrat befinden sich die Leiterbahnen, Transistoren, Kondensatoren und die untere Elektrode des Bauteils. Darüber hinaus ist auf dem Substrat eine Passivierungsschicht und eine Isolationsschicht angebracht. Herkömmlicherweise werden darauf die organischen Schichten, die obere Elektrode und zum Schluss die Verkapselung des Displays aufgebracht.

Ein wesentlicher Gütefaktor eines solchen Displays ist der sogenannte Füllfaktor. Dieser Füllfaktor gibt das Verhältnis der leuchtenden Abschnitte zur Gesamtfläche des Displays wieder. Je größer die Zwischenräume zwischen benachbarten Pixeln, desto kleiner ist demnach der Füllfaktor. Da sich der Bildeindruck mit erhöhtem Füllfaktor verbessert, ist ein möglichst hoher Füllfaktor anzustreben. Im Falle top-emittierender Matrix-Displays sind rein theoretisch unter Berücksichtigung der Rückwandplatine Füllfaktoren von mindestens 80 % erreichbar. Tatsächlich weisen gegenwärtige OLED-Matrix-Displays einen Füllfaktor von maximal 50 % auf: Diese Beschränkung wird im wesentlichen durch die Maskierung der organischen Schichten verursacht, da es bei einem vollfarbigen Display ohne Filter- oder Konversionsschichten notwendig ist, rote, grüne und blaue Subpixel nebeneinander zu prozessieren. Die hierzu verwendeten Schattenmasken und die damit einhergehenden Fehlertoleranzen erlauben es momentan nicht, Füllfaktoren zu erreichen, die aufgrund der Herstellungsgenauigkeit der Backplane möglich wären.

Wie sich aus der Definition des Füllfaktors ergibt, verbessert sich dieser, wenn nicht nur Licht aus elektro-optisch aktiven Bereichen des Displays das Bauteil verlässt, sondern auch aus den inaktiven Bereichen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die unterschiedlichen Schichten der OLEDs einen in der Regel unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen, welcher naturgemäß größer 1 ist. Insofern können nicht alle erzeugten Photonen das Display verlassen und von einem Betrachter wahrgenommen werden, da an den verschiedenen Grenzflächen innerhalb des Bauteils beziehungsweise zwischen dem Bauteil und der Luft Totalreflexionen auftreten können. Licht, das zwischen zwei derartigen Grenzflächen hin- und herreflektiert wird, wird letztlich absorbiert. Die beschriebenen Totalreflexionen können je nach Bauart der OLEDs dazu führen, dass sich optische Substratmoden, Organikmoden, d.h. Moden innerhalb der zumindest einen organischen Schicht, und externe Moden ausbilden. Nur die externen optischen Moden können vom Betrachter wahrgenommen werden. Auf dem Gebiet sind nun verschiedene Verfahren bekannt um die internen optischen Moden auszukoppeln, was einerseits einen verbesserten Wirkungsgrad und andererseits einen erhöhten Füllfaktor des Displays zur Folge hat.

Beispielsweise wird in dem Artikel „30 % external quantum efficiency from surface textured, thin-film light-emitting diodes" von I. Schnitzer, Appl. Phys. Lett., Bd. 63, Seite 2174 (1993) vorgeschlagen, die Oberfläche des Substrates aufzurauen, wodurch in einem erheblichen Umfang das Auftreten von Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Substrat und Luft vermieden wird. Diese Aufrauung kann beispielsweise durch Ätzen oder Sandstrahlen der Substratfläche erreicht werden, welche der Organik abgewandt ist. In dem Beitrag „Improvement of output coupling efficiency of organic light-emitting diodes by backside substrate modification", von C.F. Madigan, Appl. Phys. Lett., Bd. 76, Seite 1650 (2000) wird das Aufbringen eines sphärischen Musters auf die Rückseite der Substratoberfläche beschrieben. Dieses Muster kann beispielsweise ein Array von Linsen umfassen, welches durch Kleben oder Laminieren auf das Substrat aufgebracht wird. In dem Artikel „Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium" von T. Yamasaki et al, Appl. Phys. Lett., Band 76, Seite 1243 (2000) wird vorgeschlagen, Mikrokugeln aus Quarzglas auf die Oberfläche des Substrates aufzubringen um die Auskopplung des Lichtes bei einem OLED zu verbessern. Diese Mikroku geln können auch neben die OLED angeordnet sein um Licht aus internen Moden in externe Moden zu streuen. Darüber hinaus ist auch bekannt, periodische Strukturen im Bereich der Wellenlänge zwischen Substrat und erster Elektrode zu erzeugen, wobei sich diese periodische Struktur in die optisch aktive Schicht der lichtemittierenden Diode fortsetzt. Die angegebene Geome-trie hat letztlich eine Bragg-Streuung zur Folge, welche die Effizienz des Bauelementes erhöht, siehe J.M. Lupton et al, Appl. Phys. Lett., Bd. 77, Seite 3340 (2000). Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 64 016 A1 betrifft darüber hinaus eine organische Leuchtdiode, bei welcher die zumindest eine organische Schicht verschiedene Teilbereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist. Aufgrund der Umlenkung an den Phasengrenzen innerhalb der Organik bleiben weniger Photonen durch Wellenleitverluste in der Schicht gefangen als bei homogenen Schichten. Neben dieser Ausnutzung von intrinsischen Inhomogenitäten in der aktiven organischen Schicht ist darüber hinaus bekannt, Fremdkörper wie Nanopartikel in das elektronische elektrolumineszierende Material einzubringen, sodass Wellenleitereffekte innerhalb der Organik vermieden werden können, siehe beispielsweise „Enhanced luminance in polymer composite light emitting devices", von S.A. Carter et al, Appl. Phys. Lett., Bd. 71 (1997). Diese, die Wellenleitereffekte unterdrückende Partikel können beispielsweise aus TiO₂, SiO₂ oder Al₂O₃ bestehen, eine Größe von etwa 30 bis 80 nm aufweisen und in ein polymeres Emittermaterial, wie MEH-PPV eingebettet sein.

Die Mehrheit der obenstehend angegebenen Ansätze zur Auskopplung von internen Moden betrifft bottom-emittierende Dioden. Die Verminderung der Wellenleitereigenschaften von einzelnen Schichten innerhalb des Displays durch die angegebenen Ansätze verbessert jedoch den Füllfaktor eines pixelierten Bauteils nicht. Zwar wird bei den oben beschriebenen verfahren auch aus inaktiven Bereichen Licht abgestrahlt, aber die Bildinformation des Displays geht z.T. verloren, da es zwischen den einzelnen Pixeln zum Überstrahlen und Übersprechen kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Display auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung den Füllfaktor sowie den Wirkungsgrad des Bauelementes weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe löst die Erfindung auf überraschend einfache Weise vorrichtungsseitig mit einem erfindungsgemäßen Display mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie verfahrensseitig mit einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Displays mit den Merkmalen von Anspruch 13.

Dabei umfasst das erfindungsgemäße Display auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung, wie ein OLED-Aktiv-Matrix-Display, ein Substrat, eine zum Substrat nächstgelegene erste Elektrode, eine zum Substrat entfernt gelegene zweite Elektrode und zumindest eine zwischen beiden Elektroden angeordnete, lichtemittierende organische Schicht. Das in dem aktiven Bereich emittierte Licht transmittiert durch eine der beiden elektroden, wobei die erste Elektrode pixelstrukturiert ist und zwischen benachbarten Pixeln eine Isolationsschicht angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Display zeichnet sich dadurch aus, dass die Isolationsschicht optisch mit der lichtemittierenden Schicht gekoppelt ist und optisch wirksame, lichtstreuende Heterogenitäten aufweist, wobei die Isolationsschicht passend zur Pixelstruktur der ersten Elektrode mikrostrukturiert und auf dieser aufprozessiert ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Erfinder, dass ein beträchtlicher Teil des erzeugten Lichtes, welches ein matrixstrukturiertes Display nicht verlässt, aus dem Schichtaufbau, bestehend aus der Organik und einer transparenten Elektrode in die benachbarte Isolationsschicht eingekoppelt, dort mehrfach reflektiert und schließlich absorbiert wird. Mit der erfindungsgemäßen Vermeidung der Wellenleitereigenschaft der Isolationsschicht kann das in die Isolationsschicht eingekoppelte Licht das Bauteil zu einem hohen Prozentsatz verlassen, wodurch die gewünschte Erhöhung des Füllfaktors des Bauelementes resultiert, da nunmehr Licht nicht nur aus den elektro-optisch aktiven Bereichen des Displays, sondern auch aus den inaktiven Bereichen abgestrahlt wird. Hierdurch vergrößert sich die wirksame Pixelfläche, d.h. das Aperaturverhältnis und damit der Füllfaktor des Displays. Durch geschicktes Einstellen der lichtstreuenden Eigenschaften der Isolationsschicht wird vermieden, dass Licht aus einem bestimmten Pixel erst in der Umgebung eines benachbarten Pixels imitiert wird. Dadurch wird ein Überstrahlen und Übersprechen zwischen einzelnen Pixeln vermieden.

Darüber hinaus verbessert sich die Leistungseffizienz des Bauteils, sodass letztlich das erfindungsgemäße Display bei gleicher Helligkeit mit geringeren Strömen betrieben werden kann im vergleich zu herkömmlichen Displays, wodurch die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Displays verbessert wird. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck die pixelseparierende Isolationsschicht durch geeignete Verfahren modifiziert, indem die Schicht mit optisch wirksamen Heterogenitäten versehen wird. Diese Modifikation der Isolationsschicht kann durch eine einfache Prozessierung erreicht werden, ohne dass die bereits vorhandenen darunter liegenden Strukturen geschädigt werden. Die Isolationsschicht beim erfindungsgemäßen Display weist zwei Funktionen auf: Zum einen die präzise geometrische Definition der nebeneinander liegenden Pixel und zum anderen die Verbesserung der Leistungsparameter jedes einzelnen Pixels durch die Steigerung der Auskoppeleffizienz. Dies kann erfindungsgemäß sogar ohne das Vorsehen zusätzlicher Prozessschritte bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Displays erreicht werden. Die Erfindung ist sowohl bei top-emittierenden Matrix-Displays als auch bei bottom-emittierenden Matrix-Displays anwendbar. Der Begriff „Matrix-Display" zeigt dabei an, dass die zum Substrat nächstgelegene Elektrode, die erste Elektrode insbesondere zur Festlegung von Anzeigepixel strukturiert ist.

Dabei ist es zweckmäßig, das Display so auszulegen, dass es nicht zu einem optischen Übersprechen zwischen benachbarten Bildpunkten kommt, was sich ansonsten nachteilig auf den Kontrast beziehungsweise die Farbbrillanz auswirken würde. Um ein solches Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass die Dichte der Heterogenitäten, welche das Auskoppeln von Licht aus der Isolationsschicht bewirken so gewählt ist, dass Licht aus einem Pixel innerhalb eines transversalen Abstandes von x/2 aus der Displayoberfläche herausgestreut wird, wenn x der minimale Abstand zweier benachbarter Pixel ist. Die Konzentration der optisch wirksamen Heterogenitäten, die notwendig ist um diese Bedingung zu erfüllen, hängt auch von der Größe der Heterogenitäten ab.

Zur Erhöhung des Füllfaktors eignen sich alle optisch wirksamen Heterogenitäten, welche auf beliebige Art eine Ablenkung des Lichtes verursachen können, beispielsweise über Streu-, Brechungs- oder Beugungseffekte.

Um Farbverfälschungen beim erfindungsgemäßen Display zu vermeiden kann vorgesehen sein, dass die optisch wirksamen Heterogenitäten das Licht wellenlängenunabhängig beeinflussen. Zu diesem Zweck sollten die Heterogenitäten eine Ausdehnung aufweisen, die größer als etwa ein Zehntel der Betriebswellenlänge ist. Insofern sollten die Heterogenitäten vorteilhafterweise eine Abmessung von etwa größer 50 nm aufweisen um zu vermeiden, dass über Rayleigh-Streuung blaues Licht stärker als rotes Licht gestreut wird.

Um zu vermeiden, dass das von der Organik in die Isolationsschicht eingekoppelte Licht zu stark in der Isolationsschicht absorbiert wird, kann vorgesehen sein, dass der Absorptionskoeffizient der Isolationsschicht kleiner als 10⁵ m^–1, besonders vorteilhaft kleiner als 10⁴ m^–1 ist. Somit kann sichergestellt werden, dass die Eindringtiefe des in der aktiven Schicht emittierten Lichtes in die Isolationsschicht mindestens 10 μm, vorteilhafterweise jedoch mehr beträgt. Es ist zweckmäßig, die Schichten des erfindungsgemäßen Displays so aufeinander abzustimmen, dass möglichst viel Licht aus den internen, in der Organik und der transparenten Elektrode gefangenen optischen Moden in die Isolationsschicht einzukoppeln. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Brechungsindex der Isolationsschicht gleich oder größer als der des Schichtaufbaus, bestehend aus der Organik und der transparenten Elektrode, eingestellt ist. In diesem Fall tritt für Licht aus dem Schichtaufbau das sich in Richtung der Isolationsschicht fortpflanzt, an der Grenzfläche Schichtaufbau/Isolationsschicht keine Totalreflexion auf. Die nachfolgende Auskopplung aus der Isolationsschicht kann jedoch bei einem zu großen Brechungsindex aufgrund der dann auftretenden Totalreflexion vermindert sein, insofern sollte der Brechungsindex der Isolationsschicht bevorzugt in gleichen Bereichen wie der Brechungsindex der Organik und der transparenten Elektronik liegen. Dieser Bereich liegt zweckmäßig zwischen 1,3 und 2,2, besonders vorteilhaft zwischen 1,6 und 2,0 und hängt im wesentlichen von dem speziellen Schichtmaterial der Organik beziehungsweise der Elektrode ab.

Es ist zweckmäßig, wenn die Dicke der Isolationsschicht zwischen 0,1 μm bis 20 μm beträgt, besonders vorteilhaft zwischen 0,2 μm und 5 μm. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Isolationsschicht nicht zu dünn gewählt ist, da sie ansonsten keine Lichtmoden leiten und somit auch nicht zu deren Auskopplung beitragen kann. Andererseits ist die maximale Dicke begrenzt durch den Abstand zweier benachbarter Pixel. Die Erfinder haben herausgefunden, dass es zweckmäßig ist, wenn die Dicke nicht größer als x/2 beträgt, wenn der minimale Abstand zweier benachbarter Pixel x beträgt.

Eine besonders wirksame Ausführungsform des erfindungsgemäßen Displays ergibt sich, wenn die optisch wirksamen Heterogenitäten innerhalb der Isolationsschicht angeordnet sind, wobei die Heterogenitäten eine Größe von etwa 0,05 μm bis 5 μm aufweisen. Partikel dieser Größe weisen Mie-streuende Eigenschaften auf und sind damit nicht oder kaum wellenlängenselektiv. Die volumenkonzentration der Partikel kann vorzugsweise zwischen 0,3·d/x und 10·d/x liegen, wobei d der typische mittlere Durchmesser der Streupartikel und x der minimale Abstand benachbarter Pixel ist. Hierdurch kann wirksam das Übersprechen benachbarter Pixel vermieden werden.

Da die Isolationsschicht entsprechend der Pixelstruktur der ersten Elektrode mikrometergenau strukturiert werden muss, kann es zweckmäßig sein, dass die Isolationsschicht eine nass- oder trockenchemisch aufbringbare Matrix umfasst, die beispielsweise photolithographisch strukturierbar ist.

Verfahren zum nasschemischen Auftragen des Materials der Isolationsschicht können beispielsweise verschiedene Druckverfahren (wie Tintenstrahldruck, Siebdruck, Flexodruck, Tampondruck und weitere Hochdruck-, Tiefdruck-, Flachdruck- und Durchdruckverfahren) sein. Darüber hinaus sind jedoch auch weitere Verfahren wie Pakeln, Spincoating, Dip-Coating, Rollcoating, Sprayen und andere möglich. Als Materialien für die Isolationsschicht können vorteilhaft reine Photolacke (bevorzugt Positivlacke) oder beispielsweise auch photoempfindliche Emulsionen verwendet werden. Solche wässrigen oder organischen Emulsionen bestehen typischerweise aus einem Schichtbildner, Sensibilisatoren oder Photoinitiatoren und diversen Zusatzstoffen. Als Schichtbildner können beispielsweise Melaminharze, Polyvinylalkohol, Polyacrylat oder auch Polyvinylacetat verwendet werden. Da diese nicht lichtempfindlich sind, werden solchen Emulsionen beispielsweise Diazoverbindungen oder Stil-Bazol-quarterniert-Verbindungen (SBQ) zugegeben, welche bei Lichteinfall die Lichtbildner vernetzen und auf diese Weise eine formstabile Schicht bereitstellen.

Es kann zweckmäßig sein, wenn die Isolationsschicht bereits ohne weitere Zusätze allein durch intrinsische Heterogenitäten wie räumlich getrennte unterschiedliche Phasen oder Phasengren zen in der angegebenen Größenordnung streuende Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus kann es jedoch auch vorteilhaft sein, extrinsische Heterogenitäten in die Isolationsschicht einzubinden, beispielsweise in Form von Streupartikeln, welche direkt in einem Matrix-Material dispergiert werden. Diese Streupartikel unterscheiden sich in ihren optischen Eigenschaften von denen des übrigen Schichtmaterials.

Derartige extrinsische Heterogenitäten können aus einer Vielzahl von Partikeln ausgewählt werden, insbesondere:

• Anorganische Mikrokristalle wie Salzkristalle oder Metalloxide, z.B. Silikate, Saphir-Mikrokristalle, MgO, SiO₂;
• Organische Mikrokristalle wie Kohlenhydrate oder kristallisierte Polymerpartikel, z.B. Stärke, Zellulose oder synthetische Polymere wie Polyamide, PEDOT:PSS-Kristalle
• Aerosile
• Anorganische amorphe Materialien wie Quarzglas (SiO₂)
• Nanopartikel
• Pulver von Polymeren (Polycarbonate, Polyacrylate, Polyimide, Polyesther, PE, PP, Polyether, Fluoropolymere, Polyamide, Polyvinylacetate)
• Pulver von nichtpolymeren, organischen Materialien (Aromaten, Aliphaten, Heterozyklen)
• Gasblasen, die mechanisch wie beispielsweise durch Aufschäumen mit inerten Kohlenwasserstoffen (Pentan), Edelgasen (Ar), N₂, CO₂ oder FCKW in die Matrix-Lösung eingebracht werden
• Gasblasen, die chemisch z.B. durch Ablauf einer chemischen Reaktion, bei welcher ein gasförmiges Reaktionsprodukt wie CO₂, N₂ entsteht, in die Matrix-Lösung eingebracht werden (beispielsweise reagiert SBQ bei Lichteinfall unter Entstehung von Stickstoff).

Bei der Verwendung von leitfähigen Streupartikeln zur Bildung der optisch wirksamen Heterogenitäten in der Isolationsschicht ist die Konzentration in der Schicht unter Berücksichtigung der Größe der Partikel zweckmäßigerweise so einzustellen, dass keine elektrischen Kurzschlüsse auftreten.

Insbesondere bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Displays als top-emittierendes Bauelement kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen den Elektroden eine Löchertransportschicht angeordnet ist, die mit einem akzeptorartigen organischen Material p-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist. Eine solche Dotierung hat eine erhöhte Leitfähigkeit zur Folge, sodass derartige Transportschichten höhere Schichtdicken als üblich aufweisen können im Vergleich zu undotierten Schichten (typischerweise 20 bis 40 nm), ohne dass die Betriebsspannung drastisch erhöht wird. Das Vorliegen einer dicken Ladungstransportschicht zwischen der lichtemittierenden organischen Schicht und der transparenten zweiten Elektrode stellt insbesondere einen Schutz für die lichtemittierende Schicht bei der Herstellung der zweiten Elektrode beziehungsweise weiteren nachfolgenden Prozessschritten bereit. Die angegebene Transportschicht kann je nach Ausführungsform auch als Elektronentransportschicht ausgebildet sein, die mit einem donatorartigen organischen Material n-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.

Neben der nasschemischen Aufbringung der Isolationsschicht kann diese auch aufgesputtert, aufgewachsen oder abgeschieden werden. Hierzu geeignete Verfahren sind Sputtern, PVD (physical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), MEE (molecular enhanced epitaxy), MOVPE (metal organic vapor pressure epitaxy) und OVPD (organic vapor phase deposition). Die Strukturierung der Isolationsschicht erfolgt nach deren Erzeugung zweckmäßigerweise wiederum mit Hilfe von nasschemischen oder trockenchemischen Strukturierungsverfahren.

Zweckmäßige Schichtmaterialien sind:

• Transparente Metalloxide (beispielsweise SiO₂, ZnO, ZrO₂, Al₂O₃, TiO₂, Ga₂O₃)
• Transparente Metallnitride wie Si₃N₄
• Organische Materialien wie Aromate, Aliphate, Heterozyklen und Ketone

Je nach verwendetem Material für die Isolationsschicht können vorteilhaft unterschiedliche Verfahren zum Einbringen der Streuzentren in die Schicht verwendet werden. Da beim Sputtern von Metalloxiden wie SiO₂ oder Metallnitriden ein amorpher Film entsteht, kann zur Bildung der Isolationsschicht das Material der Isolationsschicht und das die Streuzentren bildende Material abwechselnd aufgesputtert oder aufgedampft werden. Ferner ist das abwechselnde Sputtern des Materials der Isolationsschicht und das Aufbringen von Mikro-Metallpartikeln mit Hilfe von Kaltsprayverfahren ein zweckmäßiges Verfahren. Beispielsweise kann mittels eines solchen Kaltsprayverfahrens ein Metallpuder wie Kupferpuder verwendet werden um Streuzentren der obenstehend angegebenen Größe in die Isolationsschicht einzubringen. Darüber hinaus kann es auch zweckmäßig sein, das Isolationsschichtmaterial und ein Metall abwechselnd aufzusputtern um die notwendigen Streuzentren in die Isolationsschicht einzubringen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass das Metall nur kurz aufgesputtert wird um zu vermeiden, dass sich statt einzelner Metallcluster ein durchgängiger Metallfilm bildet, sodass eine Isolation durch die Schicht nicht mehr gewährleistet ist. Eine vorteilhafte Dicke derartiger Metallcluster beträgt kleiner 20 nm.

In Fällen, bei welchen die Isolationsschicht aus der Gasphase aufgedampft wird, kann es zweckmäßig sein, die Aufdampfparameter derart zu wählen, dass die Ausbildung von polykristallinen Mikrostrukturen und Versetzungen bevorzugt werden. Auf diese Weise ist es möglich, intrinsisch die erforderlichen optisch wirksamen Heterogenitäten in der Isolationsschicht zu erzeugen, sodass keine extrinsischen Streupartikel in die Schicht eingebracht werden müssen.

Bei der Verwendung von organischem Schichtmaterial für die Isolationsschicht kann vorteilhaft auch eine selbstauskristallisierende oder eine selbstteilauskristallisierende organische Schicht aufgedampft werden, wodurch wiederum die Notwendigkeit des Einbringens von extrinsischen Heterogenitäten in die Schicht entfallen kann. Zum Einbringen von Streuzentren in aufgedampfte organische Schichten kann es zweckmäßig sein, wenn beispielsweise Mikro-Metallpartikel oder Metalloxid-Cluster als Streuzentren in die Isolationsschicht durch Sputtern oder ein Kaltsprayverfahren eingebracht werden. Darüber hinaus ist es vorteilhaft auch möglich, Cluster von Halbleiterverbindungen zwischen die organischen Schichten zu dampfen, welche gemeinsam die Isolationsschicht bilden. Demnach kann die Isolationsschicht in dem erfindungsgemäßen Display auch aus mehreren Schichten bestehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es vorgesehen sein, optisch wirksame Heterogenitäten an der Oberfläche der Isolationsschicht zu erzeugen um Licht aus dieser Schicht auszukoppeln. Hierzu wird die Oberfläche der Isolationsschicht aufgeraut, wobei diese Aufrauungen eine Abmessung zwischen 0,05 und 20 μm aufweisen. Dabei können grundsätzlich alle Materialien zur Bildung der Isolationsschicht verwendet werden, wie sie obenstehend angegeben sind für Ausführungsformen, bei welchen die optisch wirksamen Heterogenitäten in der Schicht erzeugt werden. Die Aufrauung der Isolationsschicht an der Oberfläche kann vorteilhaft beispielsweise durch folgende verfahren erfolgen:

• Mikrostrukturierung der Schicht durch photolithographische Techniken
• Reaktives Trockenätzen
• Nichtreaktives Trockenätzen
• Nasschemisches Ätzen, z.B. mit Säuren
• Stempeln mit einem mikrostrukturierten Stempel

Zweckmäßigerweise sind bei all diesen Verfahren die Prozessparameter so zu wählen, dass die Rückwandplatine beziehungsweise deren Elemente nicht geschädigt wird. Insofern ist es zweckmäßig, wenn die Isolationsschicht und die untere Elektrode eine große mechanische und/oder chemische Stabilität aufweist, die je nach Ausführungsform durch das Vorsehen von Bi- oder Multilayer für die jeweilige Schicht erreicht werden kann.

Wie angegeben, kann es zweckmäßig sein, die Strukturierung der Oberfläche der Isolationsschicht durch Stempeln mit einer Stempelform durchzuführen, wodurch das Material der Isolationsschicht entweder dauerhaft verformt oder abschnittsweise gespalten wird. In beiden Fällen entsteht die gewünschte strukturierte Oberfläche, welche die Lichtauskopplung aus der Isolationsschicht verbessert. Um die Rückwandplatine beziehungsweise deren Bauteile zu schützen, kann es zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass der Stempel so gestaltet ist, dass die durch diesen beim Prägevorgang in die Isolationsschicht eingebrachten Kräfte im wesentlichen längs der Schicht verlaufen. Grundsätzlich kann das Stempeln von nasschemisch prozessierten Isolationsschichten während oder nach dem Aushärten der Schicht erfolgen. Besonders vorteilhaft im Hinblick auf die mechanische Belastung der Rückwandplatine beziehungsweise deren Bauteile besteht in der Aufbringung der Aufrauung durch das Stempeln der Isolationsschicht vor deren Aushärtung. In dieser Hinsicht auch besonders vorteilhaft ist das Strukturieren der Oberfläche mittels einer an das Siebdruckverfahren angelehnten Technik. Dabei können alle Materialien als Isolationsschichtmaterial verwendet werden, die sich nass- oder trockenchemisch strukturieren lassen. Eine solche Schicht wird dabei auf die Rückwandplatine be ziehungsweise die strukturierte Elektrode aufgebracht und durch Auflegen und Andrücken eines Gewebes strukturiert. Hierzu eignet sich beispielsweise das vom Siebdruckverfahren bekannte Kakeln an, beispielsweise unter Verwendung von Polyurethanrakeln. Wie angegeben, ist es dabei notwendig, dass die durch das Stempeln verursachte Verformung auch nach dem Aushärten der Isolationsschicht bestehen bleibt.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind dadurch herstellbar, indem optisch wirksame Heterogenitäten sowohl in der Isolationsschicht als auch an der Oberfläche erzeugt werden, sodass besonders wirksam Licht der internen Moden aus der Isolationsschicht herausgekoppelt wird. Derartige erfindungsgemäße Displays weisen eine besonders gute Auskopplung von Licht aus der Isolationsschicht zur Verbesserung des Füllgrades beziehungsweise zur Verbesserung der Energieeffizienz auf.

Verfahrensseitig wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Displays auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung, insbesondere eines OLED-Aktiv-Matrix-Displays gelöst mit den Schritten Bereitstellen eines Substrates, auf dem eine Display-Elektronik angebracht ist, Aufbringen einer Passivierungsschicht auf die Display-Elektronik mit Durchführungen zur Display-Elektronik, Aufbringen einer pixel-strukturierten ersten Elektrode auf die Passivierungsschicht, Aufbringen einer strukturierten Isolationsschicht auf die strukturierte erste Elektrode, Aufbringen zumindest einer lichtemittierenden organischen Schicht und Aufbringen einer zweiten Elektrode. Die Isolationsschicht wird dabei wie obenstehend angegeben mit optisch wirksamen, lichtstreuenden Heterogenitäten versehen.

Darüber hinaus erkennt der Fachmann, dass es vorteilhaft sein kann und im Rahmen der Erfindung liegt, wenn die Isolationsschicht gemäß einem der vorstehend erläuterten verfahren des Standes der Technik zum Auskoppeln von internen Moden ausgebildet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
1 ein Substrat mit einer Passivierungs- und einer Isolationsschicht für ein erfindungsgemäßes Display in einer Prinzipdarstellung,
2 das in 1 dargestellte Substrat nach der Prozessierung der organischen Schichten, der oberen Elektrode und der Verkapselung
3a eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Displays mit Top-Emission,
3b für das in 3a dargestellte Display die Anordnung von optisch wirksamen Heterogenitäten in der Isolationsschicht mit Bezug auf die Pixelstrukturierung,
4a eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Displays mit Bottom-Emission,
4b für das in 4a dargestellte Display die Anordnung von optisch wirksamen Heterogenitäten in der Isolationsschicht mit Bezug auf die Pixelstrukturierung,
5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit Top-Emission in einer Prinzipskizze mit oberflächenstrukturierter Isolationsschicht,
6 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit Bottom-Emission in einer Prinzipskizze mit oberflächenstrukturierter Isolationsschicht,
7 in einer Prinzipskizze die Strukturierung der Oberfläche der Isolationsschicht mit einem Stempel und
8 die Strukturierung der Isolationsschicht eines Aktiv-Matrix-Displays mit einem Stempel zeigt.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Gestaltung von Aktiv-Matrix-Displays erläutert. Ausgangspunkt der Herstellung ist ein sogenanntes Backplane-Substrat 110, bei welchem die Leiterbahnen, Halbleiter, und Kondensatoren auf ein Glassubstrat aufgebracht sind, siehe 1. In der Figur ist die Passivierungsschicht mit dem Bezugszeichen 120 angegeben. Auf die Passivierungsschicht wird dann die pixelstrukturierte erste Elektrode 130 aufgetragen. Wie dargestellt, sind einzelne Abschnitte der Elektrode 130 voneinander getrennt und bilden auf diese Weise einzelne Pixel des Displays. Zur präzisen Definition der einzelnen Pixel wird nachfolgend eine Isolationsschicht 140 aus einem nichtleitenden Material aufgetragen. Diese muss entsprechend der Pixelstruktur der Elektrode mikrometergenau strukturiert sein. Ferner ist darauf zu achten, dass bei der Prozessierung und Strukturierung der Isolationsschicht die darunter liegenden Schichten, d.h. das Substrag mit der Elektronik 110 und der Passivierungsschicht 120 sowie die darauf prozessierte erste Elektrode 130 nicht beschädigt werden. Da vorab der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Aktiv-Matrix-Displays erläutert werden soll, wird auf die Prozessierung beziehungsweise den Aufbau der in 1 gezeigten Isolationsschicht 140 erst untenstehend eingegangen.
Der vollständige prinzipielle Aufbau des Aktiv-Matrix-Displays ist in 2 dargestellt. Auf die erste Elektrode und die Isolationsschicht 140 sind eine oder mehrere organi sche Schichten aufgebracht, in der Figur ist die Schichtstruktur mit dem Bezugszeichen 150 versehen. Darauf wird die obere zweite
Elektrode 160 prozessiert. In der Regel schließt wie in der Figur angegeben, eine Verkapselung 170 das Display zum Schutz gegen äußere Einflüsse ab. Je nach spezifischer Ausführungsform kann das Display Licht durch das Substrat 110 abgeben oder über die obere Elektrode und die Verkapselung. Im ersten Fall (Pfeile A) wird das Bauelement als Bottom-Emissionsdisplay, im zweiten Fall (Pfeile B) als Top-Emissionsdisplay bezeichnet. Über die spezifische Gestaltung des Substrates und der beiden Elektroden wird festgelegt, ob Licht nach unten durch das Substrat oder nach oben abgegeben wird. Einfachste Maßnahme kann sein, eine der beiden Elektroden als lichtreflektierend und nichttransparent auszubilden. In der Regel ist das Display so ausgebildet, dass das in der organischen Schichtstruktur erzeugte Elektrolumineszenzlicht entweder nach unten durch das Substrat oder nach oben in entgegengesetzter Richtung abgestrahlt wird, d.h. das Bauteil verlässt. In spezifischen Ausführungsformen ist es andererseits auch ohne weiteres möglich, dass das Licht sowohl nach unten als auch nach oben abgestrahlt wird. Hierzu weisen alle aufgebrachten Schichten die notwendige Transparenz auf, damit die Photonen durch jede der Schichten transmittieren können.
3a zeigt in einer Prinzipskizze eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei das Aktiv-Matrix-Display top-emittierend ausgebildet ist. Die Backplane umfasst ein Glassubstrat mit Display-Elektronik 110, auf das die Passivierungsschicht 120 auf herkömmliche Art aufgebracht ist. Dann folgt eine reflektierende Elektrode 130, welche photolithographisch zur Festlegung der Pixelstruktur des Displays strukturiert ist. In dem dargestellten Beispiel wird dann ein Photolack dem 5 Volumen-% Saphirkristalle mit einer Partikelgröße von etwa 0,5 μm beigemischt sind, durch Spin-Coating mit einer Dicke von 2 μm aufgetragen. Der Photolack weist in einem Wellenlängenbereich von 350–780 nm einen Absorptionskoeffizienten von etwa 10³ m^–1 auf. Die Isolationsschicht wird entsprechend der Pixelstrukturierung der ersten Elektrode auch photolithographisch strukturiert. Nun kann auf herkömmliche Art die Aufbringung der organischen Schichtstruktur 150 erfolgen. Im vorgegebenen Beispiel werden die organischen Schichten durch thermisches Aufdampfen der entsprechenden Materialien auf die Elektrode 130 beziehungsweise die Isolationsschicht 140 aufgebracht. Zum Schluss erfolgt das thermische Aufdampfen einer transparenten Deckelektrode 160 aus einem leitfähigen Oxid. Nicht dargestellt ist eine Verkapselungsschicht, die in der Regel auf die Deckelektrode 160 zum Schutz des Displays aufgebracht wird. Wie zu erkennen, sind die optisch wirksamen Streupartikel 180 in Form der Saphirkristalle homogen in der Isolationsschicht 140 verteilt. Wie in der Zeichnung angedeutet, wird Elektrolumineszenzlicht innerhalb der organischen Schichtstruktur 150 zwischen den Elektroden 130, 160 erzeugt. Ein Teil der erzeugten Lichtes transmittiert durch die obere Elektrode 160 und verlässt das erfindungsgemäß gestaltete Display. Dieses innerhalb der jeweiligen Pixelfläche erzeugte und innerhalb dieser Fläche auch das Bauteil verlassende Licht ist in der Figur mit B1 bezeichnet. Dagegen verlässt ein Teil des Elektrolumineszenzlichtes die organische Schichtstruktur 150 mit einer Fortpflanzungskomponente längs der Schichtstruktur. Dieses Licht kann wie in der Figur angegeben an den Streupartikeln (Saphirkristallen) 180 gestreut werden, wodurch sich die Fortpflanzungsrichtung so verändert, sodass das Licht entweder direkt nach oben in Richtung zur zweiten Elektrode 160 gestreut wird oder erst nach einer Reflexion an der Backplane, welche sich durch das Glassubstrat mit Display-Elektronik 110 und der Passivierungsschicht 120 zusammensetzt. Es versteht sich, dass natürlich auch Mehrfachstreuungen an mehreren derartigen optisch wirksamen Heterogenitäten auftreten können. Letztlich erhöht sich durch die beschriebene Gestaltung der Isolationsschicht die Menge der Photonen, die das Bauteil durch die Deckelektrode 160 verlassen können. Das durch die spezielle Gestaltung der Isolationsschicht aus dieser ausgekoppelte Licht ist in der 3a mit den Pfeilen B2 versehen. Damit bei zwei benachbarten Pixeln der Displaystruktur kein Übersprechen auftritt, ist die Dichte der Saphirkristalle in der Schicht so eingestellt, dass Licht, welches in Längsrichtung aus der organischen Schichtstruktur 150 emittiert wird, innerhalb einer Strecke in Längsrichtung aus dem Bauelement nach oben herausgestreut wird, die kleiner als die Hälfte des Pixelabstandes ist, der hier 20 μm beträgt.
3b zeigt in einer Aufsicht schematisch die strukturierte erste Elektrode in einem Teilausschnitt von zwei Pixeln mit der dazwischenliegenden Isolationsschicht, welche die angegebenen Streupartikel 180 umfasst. Mit dem Bezugszeichen 200 ist die geometrische Fläche eines Pixels, d.h. die geometrische Fläche des Elektrodenabschnittes, welcher ein einzelnes Pixel darstellt, gezeigt. Aufgrund der Streuwirkung der Partikel erscheint für einen Betrachter die effektive Pixelfläche 201 vergrößert.
Nach der Verkapselung erfolgt zur Fertigstellung des erfindungsgemäßen Aktiv-Matrix-Displays noch das Versehen des Bauelementes mit der entsprechenden Ansteuerung. Aufgrund der speziellen erfindungsgemäßen Gestaltung der Isolationsschicht verbessern sich die Leistungseffizienz, die Lebensdauer und der Bildeindruck gegenüber Displays, welche auf herkömmliche Weise ohne Modifizierung der Isolationsschicht hergestellt sind.
Ein zweites erfindungsgemäßes Aktiv-Matrix-Display ist in 4a dargestellt. Der einzige Unterschied zu dem in der 3a dargestellten Display besteht darin, dass die erste Elektrode 130 transparent ausgebildet ist, während die Deckelektrode 160 reflektierend ausgebildet ist. Infolgedessen verlässt das direkt ausgekoppelte Licht (Pfeile A1) und das durch die Streupartikel zusätzlich ausgekoppelte Licht (Pfeile A2) das bottomemittierende Display durch das Substrat 110. Insbesondere die Isolationsschicht 140 ist jedoch identisch mit der des top-emittierenden Displays, das in 3a dargestellt ist.
4b stellt wiederum die Vergrößerung der effektiven Pixelfläche 201 im Vergleich zur realen Pixelfläche 200 dar. Der Fachmann erkennt, dass diese Verhältnisse gegenüber den in den 3a, 3b gezeigten Beispielen unverändert sind.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Aktiv-Matrix-Displays, das als top-emittierendes Bauelement ausgebildet ist. Wiederum sind die gleichen Bauteile des Displays mit dem selben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsformen angegeben. Wiederum sind die gleichen Bauteile des Displays mit demselben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsformen angegeben, wobei die Verkapselung nicht dargestellt ist. Der einzige Unterschied in der Gestaltung der in 5 dargestellten Ausführungsform zu der in der 3a gezeigten besteht darin, dass die Isolationsschicht 140 aus einem reinen Photolack ohne zugesetzte Partikel besteht. Dieser ist auf herkömmliche Art und Weise auf die Elektrode 130 beziehungsweise die Passivierungsschicht 120 aufgetragen. Die Oberfläche der Isolationsschicht 140, welche an der zweiten Elektrode oder Deckelektrode 160 anliegt, wird zur Erzeugung der optisch wirksamen Heterogenitäten mechanisch behandelt. Die nasschemisch aufgetragene Photoemulsion wird hierzu durch Auflegen und Andrücken eines Gewebes an deren Oberfläche strukturiert. Für das Andrücken des Gewebes wird das im Siebdruckverfahren bekannte Kakeln verwendet. Nach der Aufrauung der Oberfläche erfolgt die übliche Strukturierung der Isolationsschicht, die an die Pixelstrukturierung der ersten Elektrode 130 angepasst ist. Zum Schluss erfolgt die Aushärtung der Isolationsschicht und das Aufbringen der organischen Schichtenstruktur 150 und der Deckelektrode 160 nach den bekannten Verfahren. Auch bei der in 5 dargestellten Ausführungsform wird zusätzlich zu dem direkt ausgekoppelten Licht B1 aufgrund der Streuung von sich längs der Schicht ausbreitenden Lichtes an der Aufrauung 190 der Isolationsschicht 140 gestreut und tritt über die transparente Elektrode 160 aus dem erfindungsgemäßen Display (Pfeil B2) heraus.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Aktiv-Matrix-Displays, welches mit Bezug auf die Isolationsschicht 140 identisch zu dem in 5 gezeigten Display aufgebaut ist. Das Display 101' arbeitet jedoch nicht als top-emittierendes Display, sondern als bottom-emittierendes Bauelement.
7 zeigt in einer Prinzipskizze die erfindungsgemäße Strukturierung der Isolationsschicht 140 in Form einer reinen Photoemulsion, die nasschemisch auf die Passivierungsschicht 120 und die untere Elektrode 130 aufgebracht ist, welche selbst mit dem Substrat 110 verbunden sind. Zur Oberflächenstrukturierung der Isolationsschicht wird ein Stempel 210 verwendet, welcher eine Vielzahl von gleich beabstandeten Schneiden 211 aufweist, die durch zwei spitz zulaufende Schneidflächen 212, 213 gebildet sind. Für die Strukturierung wird der Stempel 210 auf die Oberfläche der Isolationsschicht 140 aufgesetzt und mit einer vorgegebenen Stempelkraft S in diese eingedrückt. Durch die angegebene Gestaltung der Schneiden 211 entsteht in der Isolationsschicht 140 ein Kräfteverlauf wie er durch die Pfeile F1, F2 angegeben ist. Wie aus der Figur ersichtlich, wird durch die angegebene Gestaltung des Stempels ein Großteil der aufgewendeten Stempelkraft seitlich innerhalb der Isolationsschicht 140 abgeführt, sodass die darunter liegenden Schichten wie die Passivierungsschicht 120 und das Substrat einschließlich der Elektronik 100 nicht belastet werden. Der Stempel ist in dem angegebenen Beispiel aus gehärtetem Edelstahl hergestellt, wobei die einzelnen Schneiden 211 des Stempels eine laterale Ausdehnung von 0,5 μm aufweisen, ihr Abstand beträgt ca. 2 μm. Nach dem Entfernen des Stempels ist die Oberfläche der Isolationsschicht 140 durch eine Vielzahl von gleich beabstandeten Rillen strukturiert, da die Spaltung der Schicht an deren Ober fläche irreversibel ist. Diese Rillen beziehungsweise deren Begrenzungsflächen bilden demgemäß die optisch aktiven Heterogenitäten, an welchen das innerhalb der Isolationsschicht geführte Licht nach außen geführt wird. Je nach spezieller Gestaltung kann diese Lichtführung, wie bei allen verwendbaren optisch aktiven Heterogenitäten eine Lichtstreuung, Lichtbrechung und/oder -beugung beinhalten. Insofern ist der verwendete Begriff „Streuung" nicht auf eine reine Lichtstreuung beschränkt.
8 zeigt die Erzeugung von optisch wirksamen Heterogenitäten an der Oberfläche der Isolationsschicht 140 eines Aktiv-Matrix-Displays in einem größeren Ausschnitt. Der Stempel 210 wird hierbei auch in die Isolationsschicht 140 in der zu 7 beschriebenen Art und Weise eingedrückt. Man erkennt, dass der Stempel die untere Elektrode 130 und die Passivierungsschicht 120 nicht schädigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den beschriebenen Ausführungsformen nur ein geringer Teil der möglichen erfindungsgemäßen Aktiv-Matrix-Displays auf der Basis organischer Leuchtdioden angegeben sind. Prinzipiell sind alle in der Beschreibungseinleitung angegebenen Verfahren und Materialien zur Erzeugung eines spezifischen erfindungsgemäßen Aktiv-Matrix-Displays verwendbar.

100, 100', 101, 101': Aktiv-Matrix-Display
110: Substrat und Display-Elektronik
120: Passivierungsschicht
130: Erste, untere Elektrode
140: Isolationsschicht
150: Organische Schicht/Schichtenstruktur
160: Zweite, obere Elektrode
170: Verkapselung
180: Streupartikel
190: Aufrauung
200: Reale Pixelfläche
201: Effektive Pixelfläche
210: Stempel
211: Schneide
212, 213: Schneidenfläche
A, A1, A2: Lichtausbreitung bei bottom-emittierenden Display
B, B1, B2: Lichtausbreitung bei top-emittierenden Display
S: Stempelkraft
F1, F2: Kraftwirkung des Stempels in der Isolations
: schicht

Claims

Bauelement auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung, insbesondere ein OLED-Aktiv-Matrix-Display, umfassend ein Substrat, eine zum Substrat nächstliegende erste Elektrode, eine zum Substrat entfernt gelegene zweite Elektrode und zumindest eine zwischen beiden Elektroden angeordnete, Licht emittierende organische Schicht, wobei emittiertes Licht durch mindestens eine der beiden Elektroden hindurch transmittiert, und die erste Elektrode in Pixel strukturiert ist, wobei zwischen benachbarten Pixel abschnittsweise eine Isolationsschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (140) optisch mit der Licht emittierenden Schicht (150) gekoppelt ist und optisch wirksame, Licht streuende Heterogenitäten (180, 190) aufweist, wobei die Isolationsschicht passend zur Pixelstruktur der ersten Elektrode (130) mikrostrukturiert und auf dieser aufprozessiert ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (140) einen Brechungsindex zwischen 1,3 und 2,2, insbesondere zwischen 1,6 und 2,0 aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Dicke d der Isolationsschicht (140) zwischen 0,1 μm bis 10 μm, insbesondere zwischen 0,2 μm bis 5 μm beträgt, wobei d kleiner als die Hälfte des minimalen Abstandes x zweier benachbarter Pixel ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das die Heterogenitäten (180) innerhalb der Isolationsschicht (140) angeordnet sind, wobei die Heterogenitäten eine Größe von etwa 0,05 μm bis 5 μm aufweisen.
Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Volumenkonzentration der Heterogenitäten (180) zwischen 0,3·b/x und 10·b/x liegt, wobei b der mittlere Durchmesser der Heterogenitäten und x der kleinste Abstand zweier benachbarter Pixel ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das die Isolationsschicht (140) ein Matrix-Material aufweist.
Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das das Matrix-Material extrinsische, optisch aktive Heterogenitäten aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das die Isolationsschicht (140) intrinsische, optisch aktive Heterogenitäten, insbesondere räumlich getrennte unterschiedliche Phasen oder Phasengrenzen des Materials der Schicht umfasst.
Bauelement nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, das die Heterogenitäten (190) an der Oberfläche der Isolationsschicht (40) angeordnet sind, und eine Abmessung von etwa 0,05 μm bis 10 μm aufweisen.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, das zwischen den Elektroden (130, 160) eine Löchertransportschicht angeordnet ist, die mit einem akzeptorartigen organischen Material p-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das zwischen den Elektroden (130, 160) eine Elektronentransportschicht angeordnet ist, die mit einem donatorartigen organischen Material n-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das zwischen den Elektroden (130, 160) eine Elektronentransportschicht angeordnet ist, die mit einem Alkalimaterial n-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelement auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung, insbesondere eines OLED-Aktiv-Matrix-Displays, mit den Schritten: – Bereitstellen eines Substrates, – Aufbringen der Display-Elektronik auf das Substrat – Aufbringen einer Passivierungsschicht mit Durchführung zur Display-Elektronik auf die Display-Elektronik, – Aufbringen einer Pixel-strukturierten ersten Elektrode, die elektrisch leitend durch die Durchführungen der Passivierungsschicht mit der Display-Elektronik verbunden ist auf die Passivierungsschicht, – Aufbringen und Strukturieren einer Isolationsschicht auf die strukturierte erste Elektrode, – Aufbringen zumindest einer Licht emittierenden organischen Schicht, – Aufbringen einer zweiten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (140) mit optisch wirksamen, Licht streuenden Heterogenitäten (180, 190) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, das solationsschicht (140) auf die erste Elektrode (130) aufgesputtert, aufgewachsen oder abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, das die Isolationsschicht (140) nasschemisch auf die erste Elektrode (130) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, das die Isolationsschicht (140) aus einem Matrix-Material gebildet wird, in welches Streupartikeln (180) vorgegebener Abmessungen beigemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das die Isolationsschicht (140) aus der Gasphase aufgedampft wird, wobei die Aufdampfparameter derart gewählt werden, dass die Ausbildung von polykristallinen Mikrostrukturen und Versetzungen bevorzugt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das das die optisch wirksamen Heterogenitäten bildende Material mittels eines Kaltsprayverfahren eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daszur Ausbildung der Isolationsschicht (140) wenigstens eine selbst auskristallisierende oder eine selbst teilauskristallisierende, organische Schicht aufgedampft wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daszur Bildung der Isolationsschicht (140) das Material der Isolationsschicht und das die Streuzentren bildende Material abwechselnd aufgesputtert oder aufgedampft werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dasdie optischen Heterogenitäten (190) an der Oberfläche der Isolationsschicht erzeugt werden, welche der zweiten Elektrode (160) abgewandt ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dasmittels Drücken eines mikrostrukturierten Stempels (210) oder eines Gewebes in die äußere Oberfläche der Isolationsschicht diese Oberfläche strukturiert wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, das der Stempel (140) derart gestaltet ist, dass die durch diesen beim Prägevorgang in die Isolationsschicht eingebrachten Kräfte (F1, F2) im wesentlichen längs der Schicht verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dasmittels eines photolithographischen Verfahrens die äußere Oberfläche der Isolationsschicht (140) strukturiert wird.