DE102006000993A1 - OLED's mit erhöhter Licht-Auskopplung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft OLEDs, die mindestens ein Substrat, eine erste Elektrode, mindestens eine organische Licht-emittierende Schicht und eine zweite Elektrode aufweisen, wobei entweder das Substrat und die erste Elektrode, die zweite Elektrode oder das Substrat, die erste und die zweite Elektrode tranparent sind, die dadurch gekennzeichnet sind, dass auf dem Substrat und/oder der transparenten zweiten Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung, insbesondere in Beleuchtungsvorrichtungen und Displays.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft OLED's (Organic Light-Emitting Devices) mit erhöhter Licht-Auskopplung, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung.
  • OLED's haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung genommen. Sie verdrängen dabei immer mehr die derzeit eingesetzten Flüssigkristalldisplays (LCD's). Gegenüber den LCD's weisen die OLED's mehrere Vorteile auf: Sie zeichnen sich einerseits durch einen einfacheren Aufbau sowie durch einen niedrigeren Energieverbrauch aus. Darüber hinaus weisen sie eine geringere Blickwinkelabhängigkeit auf.
  • Nachteilig an den derzeit zur Verfügung stehenden OLED's sind deren noch zu kurze Lebensdauern, die speziell für langlebige Anwendungen, wie z.B. Hintergrundbeleuchtung von LCD's und allgemeine Raumbeleuchtung, notwendig sind.
  • An dieser Problematik wird derzeit aber intensiv geforscht, einerseits durch Entwicklung neuer lichtemittierender Materialien mit höherer Stabilität und andererseits aber auch durch Verbesserung der Verkapselung der OLED's. Beides führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer von OLED's.
  • Ein weiterer Ansatz, um die Lebensdauer zu erhöhen, liegt darin, die Effizienz der OLED's zu erhöhen, beispielsweise durch Erhöhung der Lichtauskoppelung der OLED's. Auf diese Weise ist es möglich, bei konstanter Lichtleistung die Stromaufnahme der OLED's zu verringern (und somit Energie zu sparen) oder bei gleicher elektrischer Leistung, die Lichtausbeute zu erhöhen.
  • Es ist allgemein bekannt, dass von dem in der Emitterschicht erzeugten Licht, etwa 40% bereits in den inneren Schichtsystemen verloren geht, d.h. nur 60% des erzeugten Lichtes kann überhaupt das innere Schichtsystem verlassen (sog. „interne Auskopplung"). Ebenfalls etwa 40% des erzeugten Lichtes geht an der Grenze Substrat/Luft aufgrund von Total-Reflexion verloren, so dass nur etwa 20 bis maximal 30% des gesamten, erzeugten Lichtes überhaupt aus dem OLED austritt (sog. „externe Auskopplung"). Die vorliegende Erfindung betrifft die Erhöhung der externen Auskopplung an der Grenzschicht Substrat/Luft.
  • In 1 ist die interne und externe Auskopplung schematisch dargestellt.
  • Für die Erhöhung der externen Auskoppeleffizienz gibt es verschiedene Ansätze. So können beispielsweise Oberflächenstrukturen mittels photolithographischen Strukturierungen, wie z.B. Mikrolinsensystemen und Pyramidenstrukturen, aufgebracht werden.
  • So wird beispielsweise in der US 2003/0020399 A1 eine Anordnung von Mikrolinsen auf OLED's beschrieben, die eine planare Kopfstruktur aufweisen, um die Lichtauskopplung zu verbessern. Nachteilig an den planaren Mikrolinsen ist jedoch, dass sie in der Senkrechten zu keiner Verbesserung der Auskopplung führen.
  • Auch kann eine Aufrauhung der Oberfläche durchgeführt werden. Weiterhin wird die Verwendung eines Substratglases mit einem höheren Brechungsindex (n ~ 1,85) in der US 2004/0007969 A1 beschrieben. Auch die Beschichtung der Substratoberfläche mit einer Diffusor-Schicht soll die externe Auskoppeleffizienz verbessern.
  • Nachteilig an den beschriebenen Möglichkeiten, die Lebensdauer der OLED's und damit ihre Effizienz durch Verringerung des Strahlungsverlustes zu erhöhen, ist jedoch der mit der Strukturierung einhergehende Aufwand, z.B. bei der lithographischen Strukturierung, und der damit verbundene hohe Kostenfaktor sowie die mangelnde Effizienzverbesserung, z.B. beim Aufrauhen der Oberfläche. Auch wenn mögliche Replikationsverfahren eine relativ kostengünstige Alternative zu den photolithographischen Strukturierungen darstellen, werden bis jetzt für die bestehenden OLED-Produkte keine Maßnahmen zur Steigerung der externen Effizienz umgesetzt.
  • Yamasaki et al. beschreiben in Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 10 (2000) OLED's bei denen auf dem Substrat eine Monoschicht von Silica-Mikropartikeln angeordnet ist, um die Auskopplung zu erhöhen. Die Partikel weisen dabei einen Durchmesser von 550 nm auf. Nachteilig an dem beschriebenen Aufbau ist jedoch, dass aufgrund der geringen Partikelgröße Diffraktion auftritt. Auch liegen die Partikel nur auf dem Glas auf und sind dadurch optisch nicht mit dem Substrat gekoppelt. Somit wird durch diesen Aufbau lediglich die Lichtstreuung beeinflusst. Die Totalreflexion des Lichtes an der Substratoberfläche bleibt weitestgehend unbeeinflusst.
  • OLED's die eine Polymerschicht aufweisen, in die Mikropartikel eingebettet sind, werden in der US 2003/0127973 A1 beschrieben. Die Polymerschicht, die die Mikropartikel enthält, ist dabei zwischen dem Substrat und der Anodenschicht, d.h. innerhalb des OLED's, angeordnet. Die Mikropartikel weisen einen hohen Brechungsindex von mindestens 1,7 auf, um das Licht, das in der Emitterschicht erzeugt wird, in einem steileren Winkel in das Glassubstrat einzukoppeln. Abgesehen davon, dass die beschriebene Anordnung die „interne Auskoppelung" betrifft, kann das Einfügen dieser partikelhaltigen Polymerschicht zu einer höheren Rauhigkeit der Anodenoberfläche führen, was die Eigenschaften des OLED's negativ beeinflussen kann.
  • Ausgehend von dem oben genannten nächstliegenden Stand der Technik, kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, OLED's bereitzustellen, die einerseits eine erhöhte externe Licht-Auskopplung aufweisen, die sich andererseits aber auch durch eine einfache Oberflächenmodifikation auszeichnen, die relativ einfach hergestellt werden kann. Einfache Herstellung bedeutet in diesem Zusammenhang sowohl kostengünstige Herstellung als auch technisch einfache Herstellung.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein OLED, das mindestens
    • – ein Substrat,
    • – eine 1. Elektrode,
    • – mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und
    • – eine 2. Elektrode aufweist,
    wobei zumindest entweder
    • – das Substrat und die 1. Elektrode,
    • – die 2. Elektrode oder
    • – das Substrat, die 1. und die 2. Elektrode transparent sind,
    das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform („Bottom Emission" OLED) weist das OLED den folgenden Aufbau auf:
    • – ein transparentes Substrat,
    • – eine transparente 1. Elektrode,
    • – mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und
    • – eine 2. Elektrode,
    das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem transparenten Substrat mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform („Top Emission" OLED) weist das OLED den folgenden Aufbau auf:
    • – ein Substrat,
    • – eine 1. Elektrode,
    • – mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und
    • – eine transparente 2. Elektrode,
    das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen. Das Substrat kann in dieser Ausführungsform transparent, semi-transparent sowie nicht transparent sein.
  • In einer dritten bevorzugten Ausführungsform („transparentes" OLED) weist das OLED den folgenden Aufbau auf:
    • – ein transparentes Substrat,
    • – eine transparente 1. Elektrode,
    • – mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und
    • – eine transparente 2. Elektrode,
    das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen. Besonders bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform sowohl auf dem transparenten Substrat als auch auf der transparenten 2. Elektrode jeweils mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise jeweils eine transparente Schicht und besonders bevorzugt jeweils ein transparenter Film, angeordnet, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthalten, die zumindest teilweise aus der jeweils mindestens einen Schicht herausstehen.
  • In den oben genannten Ausführungsformen kann entweder die 1. Elektrode als Anode und die 2. Elektrode als Kathode ausgebildet sein oder umgekehrt, wobei die erstgenannte Alternative die bevorzugte Ausführungsform darstellt.
  • Besonders bevorzugt ist bei den oben genannten Ausführungsformen auf der 2. Elektrode zusätzlich noch eine Verkapselung angeordnet, und zwar auf der, der licht-emittierenden Schicht gegenüberliegenden Seite. In der ersten bevorzugten Ausführungsform („Bottom Emission" OLED) kann die Verkapselung transparent, semi-transparent sowie nicht transparent sein. In der zweiten sowie dritten bevorzugten Ausführungsform ist die Verkapselung transparent oder semitransparent, vorzugsweise transparent. Insbesondere bevorzugt ist es in bezug auf die zweite sowie dritte bevorzugte Ausführungsform, wenn die mindestens eine, vorzugsweise eine, Schicht der Verkapselung gleichzeitig die transparente Schicht bildet, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der einen Schicht herausstehen.
  • Transparent im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass das Material zumindest in Teilbereichen, vorzugsweise jedoch im gesamten Bereich, des sichtbaren Lichtes eine Lichtdurchlässigkeit von > 60 bis 100% aufweist, semi-transparent bedeutet, dass die Lichtdurchlässigkeit im Bereich von 20 bis 60% liegt und nicht transparent bedeutet, dass die Lichtdurchlässigkeit im Bereich von 0 bis < 20% liegt.
  • Der Begriff „zumindest teilweise", in bezug auf das Herausstehen der transparenten Partikel aus der einen Schicht bedeutet in der vorliegenden Erfindung, dass mindestens 10%, vorzugsweise 50% und besonders bevorzugt 90% der Partikel teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  • Die in der mindestens einen transparenten Schicht angeordneten transparenten Partikel sind vorzugsweise sphärisch, d.h. im wesentlichen kugelförmig. Die transparenten, vorzugsweise sphärischen, Partikel weisen dabei vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 1 bis 100 µm auf, besonders bevorzugt sind mittlere Durchmesser von 2 bis 10 µm. Auch sind Mischungen von Partikeln unterschiedlicher Größenverteilung möglich. Der Brechungsindex n der vorzugsweise sphärischen Partikel variiert von 1,3 bis 2,0, je nach Beschaffenheit der Partikel. Sphärisch, d.h. im wesentlichen kugelförmig bedeutet in der vorliegenden Erfindung, dass der größte Durchmesser eines Partikels maximal doppelt so groß ist wie der mittlere Durchmesser und der kleinste Durchmesser minimal halb so groß ist wie der mittlere Durchmesser. Die Oberflächenrauhigkeit der Partikel ist dabei in keinster Weise beschränkt, sie kann von sehr glatt bis sehr rauh reichen.
  • Vorzugsweise stehen die transparenten Partikel mit 25 bis 75% ihres Durchmessers, besonders bevorzugt mit 40 bis 60% ihres Durchmessers und insbesondere mit etwa 50% ihres Durchmessers aus der mindestens einen transparenten Schicht heraus, d.h. insbesondere sind sie annähernd zur Hälfte in die mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise in die eine transparente Schicht und besonders bevorzugt in den einen transparenten Film eingelagert.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass es möglich ist, durch die erfindungsgemäße Anordnung der mindestens einen transparenten Schicht, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die externe Auskopplung der OLED's deutlich zu erhöhen.
  • Durch die gezielte Auswahl der Größe der Partikel, der Oberflächenrauhigkeit der Partikel sowie der Brechungsindices der Partikel und der mindestens einen transparenten Schicht ist es darüber hinaus möglich, die gewünschten Eigenschaften, wie z.B. spektrale Eigenschaften, zu beeinflussen.
  • Als Substrate können alle für diesen Zweck geeigneten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugte Substrat-Materialien sind jedoch Glas sowie Kunststoffe, wobei Glas besonders bevorzugt ist. Als Glas können alle möglichen Glassorten eingesetzt werden, wie z.B. typisches Fensterglas. Vorzugsweise werden jedoch Flachgläser eingesetzt, wie sie in der Displayindustrie Verwendung finden (z.B. Kalk-Natron-Glas oder alkalifreies Glas). Als Kunststoffe können alle thermoplastischen Kunststoffe eingesetzt werden, bevorzugt sind jedoch Polymere wie z.B. Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylcarbazol (PVK), Polybutadiene, Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyester. Für „Top Emission" OLED's können auch metallische Substrate, wie z.B. metallische Folien, eingesetzt werden. Die Dicke des Substrates liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 3 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1,1 mm.
  • Als Materialien für die vorzugsweise, transparente Anode werden vorzugsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO, Indium Tin Oxide) oder auch andere Metalloxide, wie z.B. Indium-Zink-Oxid (IZO) oder Aluminium-Zink-Oxid (AlZnO), aber auch dotierte Versionen der genannten Oxide (z.B. mit Fluor dotiertes ITO) eingesetzt. Darüber hinaus ist auch eine semi-transparente, dünne Metallschicht als Anode oder im Falle des „Top Emission" OLED auch eine nicht-transparente Anode denkbar.
  • Die organische licht-emittierende Schicht kann als licht-emittierende Materialien entweder sog. „small molecules" (kleine Moleküle) oder Polymere aufweisen. Als Materialien können dabei alle dem Fachmann für diesen Zweck bekannten und geeigneten Materialien eingesetzt werden. Auch ist es möglich, dass bei der Verwendung von mehreren licht-emittierenden Materialien, diese in einer oder mehreren organischen licht-emittierenden Schichten (sog. „multi layers") angeordnet sind.
  • Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen OLED's weitere Funktionsschichten aufweisen, die je nach Anwendung variieren können. So sind beispielsweise Lochleiter-, Elektonenleiter-, Injektions- und/oder Barriereschichten denkbar. Diese können vorzugsweise vorhanden sein, sind jedoch nicht zwingend notwendig.
  • Als Materialien für die nicht-transparente oder semi-transparente Kathode werden vorzugsweise metallische Materialien, wie z.B. Al, Ag, Au oder Cr, eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Zwei-Schichtsysteme (Bi-layer) aus einer dünnen Schicht Ba, Li, LiF, Ca oder Mg und einer Schicht aus einem Metall aufgedampft. Als Materialien für transparente oder semi-transparente Kathoden, beispielsweise für „Top Emission" OLED's oder transparente OLED's, werden vorzugsweise transparente oder semi-transparente Kathoden-Materialien, wie z.B. ITO, eingesetzt.
  • Als Verkapselung können alle für diesen Zweck geeigneten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugte Verkapselungsmaterialien sind jedoch Glas sowie Kunststoffe, wobei Glas besonders bevorzugt ist. Als Glas können alle möglichen Glassorten eingesetzt werden, wie z.B. typisches Fensterglas. Vorzugsweise werden jedoch Flachgläser eingesetzt, wie sie in der Displayindustrie Verwendung finden (z.B. Kalk-Natron-Glas oder alkalifreies Glas). Besonders bevorzugt werden sog. Aufdampfgläser verwendet, wie sie beispielsweise in der WO 03/088370 A1 offenbart werden. Als Kunststoffe können alle thermoplastischen Kunststoffe eingesetzt werden, bevorzugt sind jedoch Polymere wie z.B. Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylcarbazol (PVK), Polybutadiene, Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyester. Es können jedoch auch metallische Folien als Verkapselung eingesetzt werden. Die Verkapselung kann dabei im einfachsten Fall aus einer einzigen Verkapselungsschicht bestehen, es ist jedoch auch möglich die Verkapselung aus mehreren Schichten aufzubauen. Die Gesamtdicke der Verkapselung liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 3 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 μm bis 1,1 mm.
  • Um die Licht-Auskopplung zu erhöhen, ist bei der externen Auskoppeleffizienz (Substrat-Luft Grenze) eine Modifikation der Substratoberfläche und/oder der Oberfläche der 2. Elektrode bzw. der Verkapselung nötig, um die Totalreflexion an der Grenzschicht zu vermindern. Dazu wird bei der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ein Film, in dem transparente, vorzugsweise sphärische Partikel eingelagert sind, auf das Substrat und/oder die Oberfläche der 2. Elektrode bzw. der Verkapselung aufgebracht.
  • Neben den transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikeln können anteilig auch nicht-transparente und/oder reflektierende, vorzugsweise sphärische Partikel in der mindestens einen Schicht eingebettet sein. Der Anteil der nicht-transparenten und/oder reflektierenden, vorzugsweise sphärischen Partikel sollte jedoch 50%, vorzugsweise 25% und besonders bevorzugt 10%, nicht überschreiten. Darüber hinaus können neben den transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikeln anteilig auch transparente, nicht-sphärische Partikel, wie z.B. „glass-flakes", in der mindestens einen Schicht eingebettet sein. Der Anteil der transparenten, nicht-sphärischen Partikel sollte jedoch 50%, vorzugsweise 25% und besonders bevorzugt 10%, nicht überschreiten.
  • Auch ist es möglich, dass zumindest ein Teil der transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel aggregiert vorliegt. Durch die Aggregation der Partikel ist es möglich, eine diffusere Oberfläche auszubilden. Dadurch wird die externe Lichtauskopplung zusätzlich erhöht.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen OLED's, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man auf das Substrat und/oder die 2. Elektrode bzw. die Verkapselung des OLED's mindestens eine, vorzugsweise eine transparente Schicht, besonders bevorzugt einen transparenten Film aufbringt, in dem vorzugsweise sphärische Partikel eingelagert sind, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  • Dabei kann die vorzugsweise eine transparente Schicht, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel enthält, als Film entweder vor der OLED-Herstellung oder danach auf dem Substrat und/oder der 2. Elektrode bzw. der Verkapselung, welche(s) für die OLED-Herstellung benutzt wird, aufgebracht werden. Dabei ist es möglich, in einem ersten Schritt den Film aufzubringen und anschließend die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel oder den Film und die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel zusammen in einem Schritt aufzubringen. In zwei weiteren Ausführungsformen ist es möglich, entweder die vorzugsweise sphärischen Partikel direkt in eine Folie einzubringen oder eine Folie mit einem Film und vorzugsweise sphärischen Partikeln zu beschichten, wobei die Folie dann auf das OLED laminiert wird. Ferner ist es auch möglich, das Substrat und/oder die 2. Elektrode bzw. die Verkapselung bei seiner Herstellung direkt mit den vorzugsweise sphärischen Partikeln zu behandeln.
  • Wird bei einem „Top Emission" OLED oder einem transparenten OLED eine Dünnschichtverkapselung eingesetzt, so kann diese Verkapselung gleichzeitig auch als Trägerschicht für die vorzugsweise sphärischen Partikel dienen. Vorzugsweise wird jedoch auf der Dünnschichtverkapselung eine transparente Schutzschicht aufgebracht, die die Dünnschichtverkapselung mechanisch stabilisiert. In diesem Fall kann die transparente Schutzschicht auch als Trägerschicht für die vorzugsweise sphärischen Partikel dienen und es werden beide Eigenschaften in einem Schichtsystem kombiniert. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, die mindestens eine transparente Schicht, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel enthält zusätzlich auf der transparenten Schutzschicht anzuordnen.
  • Die erfindungsgemäßen OLED's lassen sich nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren herstellen. Solche Verfahren sind beispielsweise Spin-, Slit-, Spray-und Roller-Coating Prozesse sowie Druckverfahren, wie beispielsweise Sieb-, Offset- und Rollendruck. Dabei kann entweder in einem ersten Schritt die mindestens eine Schicht aufgebracht werden und anschließend die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel oder die mindestens eine Folie und die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel werden zusammen in einem Schritt aufgebracht. Falls die vorzugsweise sphärischen Partikel erst nach der Dünnfilmbeschichtung aufgebracht werden, können Trocken- oder Nass-Sprühverfahren angewendet werden.
  • Nach dem Aufbringen erfolgt vorzugsweise die Härtung der mindestens einen Schicht, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel enthält. Die Härtung kann nach allen dem Fachmann bekannten und geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugt ist jedoch die UV-Härtung sowie die thermische Härtung.
  • Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren wird im folgenden beschrieben:
    Nach dem Aufbringen einer dünnen Polymer- oder Kleberschicht werden die Partikel im Trockensprühverfahren auf die Schicht aufgesprüht. Die nicht in die Schicht eingebundenen Partikel werden durch Abspülen mit Wasser oder durch Abblasen mit Druckluft entfernt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen OLED's in Beleuchtungsvorrichtungen. Der Begriff Beleuchtungsvorrichtungen umfasst dabei beispielsweise allgemeine Beleuchtung sowie Hintergrundbeleuchtung von LCD's.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen OLED's in Displays.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ohne dadurch jedoch beschränkt zu werden.
  • Aufbau eines OLED
  • Auf einem Glassubstrat (Dicke: 0,7 mm) mit einem Brechungsindex von n [589 nm] ~ 1,5 wird eine ca. 130 nm dicke ITO Schicht als Anode (n = 1,8) aufgesputtert. Darauf befindet sich eine ca. 50 nm dicke PEDOT (Poly(3,4-ethylendioxythiophen)) Schicht (Baytron P AL4083) als Loch-Injektionsschicht. Auf dieser Schicht wird mittels Spin-Coating eine ca. 80 nm dicke Emitterschicht („Super Yellow", Merck OLED Materials GmbH) aufgebracht. Als Kathode werden eine dünne Barium Schicht und darauf eine dickere (ca. 100 nm) Aluminiumschicht im Vakuum aufgedampft. Zuletzt wird das OLED noch durch vollflächiges Aufkleben einer Glasplatte verkapselt, um die Einflüsse von Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit auf das OLED zu minimieren.
  • 2 zeigt den typischen, schematischen Aufbau eines solchen OLED's.
    •
  • Beispiel 1:
  • Um die Licht-Auskopplung aus dem OLED Substrat zu verbessern werden Glas-Spacer-Kugeln (Durchmesser ca. 5 µm), die als Abstandshalter für den Bau von Flüssigkristalldisplays (LCD's) verwendet werden, in einen transparenten Plastikklebefilm eingebracht. Die Kugeln werden dabei so in den Klebefilm eingedrückt, dass sie etwa zur Hälfte aus dem Film herausragen. Dieser Film wird, mit den nach oben herausragenden Kugeln, mittels eines Immersions-Öles (n = 1,52) auf das OLED auflaminiert. Das Öl verhindert dabei, dass sich zwischen dem Glassubstrat des OLED's und dem Film eine Luftschicht bildet, die dann wieder eine Totalreflexion des Lichtes innerhalb des Substrates bewirken könnte. Somit ist gewährleistet, dass auch alle Lichtstrahlen in den Plastikklebefilm einkoppeln können. Auf diese Weise wird durch eine einfache Methode die direkte Beschichtung des OLED's simuliert.
  • 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Klebefilms des Beispiels 1 mit den eingebrachten Kugeln. Deutlich zu sehen ist dabei, wie die in den Klebefilm eingebrachten Kugeln annähernd zur Hälfte aus dem Film herausstehen.
  • Es wird von dem hergestellten OLED die winkelabhängige, relative Lichtintensität gemessen, und zwar einmal ohne und einmal mit der erfindungsgemäßen Schicht, die transparente, sphärische Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  • In 4 wird die Verbesserung der externen Auskopplung anhand der Messung der winkelabhängigen, relativen Lichtintensität eines Referenz-OLED's (ohne die erfindungsgemäße Schicht) und eines OLED's, das mit der erfindungsgemäßen Schicht des Beispiels 1 beschichtet ist (gekoppelt mit Immersions-Öl) gezeigt.
  • Dabei entspricht der Winkel von 0° der normalen (senkrechten) zum OLED Substrat. In dieser senkrechten Beobachtung erhält man eine 20%ige Erhöhung der Lichtintensität verglichen mit dem OLED ohne die erfindungsgemäße Beschichtung. Dieser Effekt verstärkt sich noch und steigt auf über 40% an, bei einem Messwinkel im Bereich von 60 bis 80°.
  • Die in diesem Beispiel verwendeten Spacer-Kugeln weisen eine sehr enge Durchmesserverteilung auf und sind dadurch auch relativ teuer. Deshalb werden im folgenden Beispiel SiO2-Kugeln mit einer deutlich breiteren Verteilung eingesetzt, die jedoch deutlich billiger sind.
  • Beispiel 2:
  • Es werden SiO2-Kugeln (d ~ 4 bis 7 µm) mit einer größeren Durchmesserverteilung, die unter dem Namen Ronasphere® LDP von der Merck KGaA hergestellt und vertrieben werden, verwendet. Diese Partikel werden beispielsweise als Füllstoff für die Kosmetikindustrie (z.B. für Cremes) im großen Maßstab produziert und sind deshalb relativ kostengünstig. Der Brechungsindex dieser Kugeln liegt bei ca. 1,6. Diese Kugeln werden, analog Beispiel 1 in die Klebeschicht eines Klebefilms eingebracht und wie im Beispiel 1 beschrieben auf dem OLED vermessen.
  • 5 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Klebefilms des Beispiels 2 mit den eingebrachten Kugeln.
  • In 6 wird die Verbesserung der externen Auskopplung anhand der Messung der winkelabhängigen, relativen Lichtintensität eines Referenz-OLED's (ohne die erfindungsgemäße Schicht) und eines OLED's, das mit der erfindungsgemäßen Schicht des Beispiels 2 beschichtet ist (gekoppelt mit Immersions-Öl) gezeigt.
  • Es wird, wie in 6 dargestellt, eine signifikante Erhöhung der Licht-Auskoppelung von ca. 30 bis 40% festgestellt.
  • Beispiel 3:
  • Auf eine Glasscheibe, die als Träger das OLED simuliert, wird eine transparente Polymerschicht (LCD topcoat) durch spin-coating aufgetragen. Dieses Material wird von der Firma Japan Synthetic Rubber (JSR), Japan, hergestellt und dient als Planarisierungsschicht bei der LCD Farbfilterherstellung. Die Lösung wird durch Mischen zweier Komponenten (JSR JSS-273A und Optmer JSS-273B) im Gewichtsverhältnis 6:1 (273A:273B) vor der Benutzung hergestellt und bei 800 U/min auf die Glasplatte aufgebracht. Auf den noch mit Lösungsmittel benetzten Film werden die SiO2-Kugeln des Beispiels 2 mittels eines Trockensprühverfahrens auf dem Nassfilm verteilt. Danach folgt ein 10 minütiger Temperschritt bei ca 120°C auf der Heizplatte zum Ausdampfen des Lösungsmittels und zur Polymerisation des Topcoat Materials. Dabei werden die Kugeln in den Film eingelagert und fixiert. Idealerweise tauchen die Kugeln bis zum halben Durchmesser in den Polymerfilm ein.
  • 7 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Klebefilms des Beispiels 3 mit den eingebrachten Kugeln.
  • In 8 wird die Verbesserung der externen Auskopplung anhand der Messung der winkelabhängigen, relativen Lichtintensität eines Referenz-OLED's (ohne die erfindungsgemäße Schicht) und eines OLED's, das mit der erfindungsgemäßen Schicht des Beispiels 3 beschichtet ist (gekoppelt mit Immersions-Öl) gezeigt.
  • Wie der rasterelektronischen Aufnahme in 7 zu entnehmen ist, liegt ein Teil der transparenten, kugelförmigen Partikel aggregiert vor. Diese Aggregation führt, wie 8 zeigt, gegenüber den nicht-aggregierten Partikeln der Beispiele 1 und 2 zu einer Verbesserung der externen Lichtauskopplung.

Claims (15)

  1. OLED, das mindestens ein Substrat, eine 1. Elektrode, mindestens eine organische licht-emittierende Schicht und eine 2. Elektrode aufweist, wobei zumindest entweder das Substrat und die 1. Elektrode, die 2. Elektrode oder das Substrat, die 1. und die 2. Elektrode transparent sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  2. OLED gemäß Anspruch 1, das mindestens ein transparentes Substrat, eine transparente 1. Elektrode, mindestens eine organische licht-emittierende Schicht und eine 2. Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem transparenten Substrat mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  3. OLED gemäß Anspruch 1, das mindestens ein Substrat, eine 1. Elektrode, mindestens eine organische licht-emittierende Schicht und eine transparente 2. Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  4. OLED gemäß Anspruch 1, das mindestens ein transparentes Substrat, eine transparente 1. Elektrode, mindestens eine organische licht-emittierende Schicht und eine transparente 2. Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  5. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat und/oder der 2. Elektrode eine transparente Schicht angeordnet ist.
  6. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat und/oder der 2. Elektrode ein transparenter Film angeordnet ist.
  7. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 1. Elektrode als Anode und die 2. Elektrode als Kathode ausgebildet ist.
  8. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der licht-emittierenden Schicht gegenüberliegenden Seite der 2. Elektrode zusätzlich noch eine Verkapselung angeordnet ist.
  9. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Partikel sphärisch sind.
  10. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Partikel einen mittleren Durchmesser von 1 bis 100 µm aufweisen.
  11. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Partikel mit 25 bis 75% ihres Durchmessers aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
  12. OLED gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Glas besteht.
  13. Verfahren zur Herstellung von OLED's gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man auf das Substrat und/oder die 2. Elektrode des OLED's einen transparenten Film aufbringt, in dem transparente, vorzugsweise sphärische Partikel zumindest teilweise eingelagert sind.
  14. Verwendung von OLED's gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 in Beleuchtungsvorrichtungen.
  15. Verwendung von OLED's gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 in Displays.
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