DE102007053069A1

DE102007053069A1 - Lichtemittierendes Bauelement mit Wellenlängenkonverter und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102007053069A1
Application number: DE102007053069A
Authority: DE
Inventors: Norwin Von Dr. Malm
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-04-02
Also published as: WO2009039833A1; JP2010541138A; US8487329B2; TWI420720B; KR20100076995A; CN101809777A; TW200926476A; EP2193558A1; US20100295074A1

Abstract

Auf die lichtemittierende Oberfläche wird eine Konversionsschicht (5) aufgedampft. Die Konversionsschicht (5) kann ein aufdampfbares Matrixmaterial und ein aufdampfbares Konvertermaterial umfassen, die beide insbesondere niedermolekulare organische Verbindungen umfassen können. Eine Schichtstruktur (3), die die für Strahlungserzeugung vorgesehenen Schichten enthält, kann ebenfalls aus niedermolekularen organischen Verbindungen aufgebaut sein, so dass alle Verbindungen in derselben Aufdampfanlage aufgebracht werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Wellenlängenkonverter, insbesondere für eine Flächenleuchtquelle, und ein zugehöriges Herstellungsverfahren.
Wellenlängenkonverter werden insbesondere bei Flächenleuchtquellen, wie z. B. bei organischen Leuchtdioden (OLED) eingesetzt. In Appl. Phys. Lett. 80, 3470–3472 (2002) ist ein elektrolumineszentes Bauelement beschrieben, bei dem ein Gemisch aus organischen und anorganischen Fluoreszenzkonvertern und einem polymeren Matrixmaterial auf die Rückseite eines Substrates aufgebracht wird. Die Materialpartikel oder Moleküle, die als Konvertermaterial vorgesehen sind, werden in einer Matrix aus einem flüssigen polymeren organischen Material dispergiert oder gelöst und dann als dünne Schicht auf die Rückseite des Substrates aufgebracht. Es ist bei dieser Art der Herstellung erforderlich, dass das Matrixmaterial für die Ausbildung einer Schicht oder eines dünnen Films geeignet ist; daher wird hier ein polymeres organisches Material verwendet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, anzugeben, wie Flächenleuchtquellen auf vereinfachte Weise mit Wellenlängenkonvertern versehen werden können, ohne dass aufwendige herkömmliche Herstellungsprozesse, wie die Verwendung von Rakeln, Siebdruck oder Kleben, eingesetzt werden müssen.
Diese Aufgabe wird mit dem lichtemittierenden Bauelement mit Wellenlängenkonverter mit den Merkmalen des Anspruches 1 beziehungsweise mit dem Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelementes mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, in einer für Wellenlängenkonversion vorgesehenen Konversionsschicht ein Matrixmaterial und ein Konvertermaterial zu verwenden, die beide im Hochvakuum verdampfbar sind und insbesondere niedermolekulare organische Verbindungen umfassen können. Als niedermolekulares organisches Matrixmaterial sind insbesondere aromatische Amine, Carbazole oder aromatische Silanderivate geeignet. Statt organischer Matrixmaterialien können grundsätzlich auch anorganische verdampfbare Systeme verwendet werden, z. B. MoO₃ oder ZnS.
Eine solche Konversionsschicht wird insbesondere für flächig abstrahlende, konversionsbasierte elektrolumineszente Bauelemente, wie z. B. organische Leuchtdioden, die insbesondere ihrerseits aus niedermolekularen organischen Verbindungen ausgebildet sein können, eingesetzt. Die niedermolekularen organischen Verbindungen sind im Hochvakuum sublimierbar und können daher in derselben Aufdampfanlage aus einem Hochvakuum aufgebracht werden, mit der auch die strahlungserzeugenden Schichten des Bauelementes aufgebracht werden. Durch die Verwendung niedermolekularer organischer Verbindungen für sämtliche Schichten, die zudem in derselben Aufdampfanlage aufgebracht werden, kann der Herstellungsprozess wesentlich vereinfacht werden.
Die Erfindung kann für lichtemittierende Bauelemente, insbesondere für flächige elektrolumineszente Bauelemente, eingesetzt werden, die aus anorganischen oder organischen Materialien aufgebaut sind. Organische lichtemittierende Bauelemente, wie z. B. organische Leuchtdioden, können niedermolekulare organische Schichten zur Lichterzeugung und zum Ladungstransport umfassen, aber auch aus polymeren organischen Materialien aufgebaut sein. Die Anzahl der für die Strahlungserzeugung und die Strominjektion vorgesehenen Schichten unterliegt hierbei keinen Einschränkungen. Für die Elektroden können Metalle oder halbleitende Materialien, anorganische ebenso wie organische, verwendet werden. Vorzugsweise wird zumindest eine der Elektroden in der Form einer für die erzeugte Strahlung transparenten Schicht ausgebildet und mittelbar oder unmittelbar mit der Konversionsschicht versehen.
Für die Emissionswellenlänge wie für die Bandbreite des Spektrums ergeben sich durch den Einsatz der Erfindung keine Einschränkungen. Das Konvertermaterial fungiert in der Konversionsschicht als Fluoreszenzkonverter und kann hierzu in unterschiedlicher Konzentration in dem Matrixmaterial vorliegen; seine Absorptionsbande sollte zumindest teilweise mit dem Wellenlängenbereich der emittierten Strahlung überlappen. Es können auch mehrere Konvertermaterialien in der Konversionsschicht eingesetzt werden. Die Konvertermaterialien können für gleiche oder verschiedene Emissionswellenlängen vorgesehen werden. Die Herstellung geschieht zum Beispiel durch gleichzeitiges Verdampfen (Ko-Verdampfen) aus mehreren Materialquellen.
Das Matrixmaterial kann für alle relevanten Wellenlängen transparent sein; es kann aber auch aus einem Material sein, das die emittierte Strahlung absorbiert, woraufhin die aufgenommene Strahlungsenergie via Förster- oder Dexter-Transfer an das Konvertermaterial abgegeben wird. Auch können auf die beschriebene Weise mehrere Konversionsschichten übereinander oder, unter Verwendung von Schattenmasken beim Aufdampfen, nebeneinander aufgebracht werden. Der Farbort des Konversionsbauelementes kann durch die Schichtdicke der aufgedampften Konversionsschicht, die Konzentration der Emittermoleküle in der Matrix sowie die Flächenverhältnisse zwischen nebeneinander aufgebrachten Konversionsschichten beeinflusst werden.
Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des lichtemittierenden Bauelementes und des Herstellungsverfahrens anhand der beigefügten Figuren, die verschiedene Ausführungsbeispiele im Querschnitt zeigen.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Top-Emitter-LED mit elektrisch leitfähigem Substrat im Querschnitt.
Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bottom-Emitter-LED mit elektrisch leitfähigem Substrat im Querschnitt.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Top-Emitter-OLED ohne Rückseitenelektrode im Querschnitt.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bottom-Emitter-OLED ohne Rückseitenelektrode im Querschnitt.
In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel in einem schematischen Querschnitt dargestellt. Eine als Rückseitenelektrode vorgesehene erste Elektrodenschicht 1 ist auf einer Rückseite eines elektrisch leitfähigen Substrates 2 aufgebracht. Auf der Vorderseite des Substrates 2 befindet sich eine Schichtstruktur 3, die an sich bekannte Schichten eines lichtemittierenden Bauelementes umfassen kann, deren Einzelheiten für die Erfindung nicht wesentlich und daher nicht dargestellt sind. Die Schichtstruktur 3 umfasst insbesondere die für Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Schichten. Außerdem können Begrenzungsschichten oder für Strominjektion vorgesehene Mantelschichten vorgesehen sein. Auf der von dem Substrat 2 abgewandten Seite der Schichtstruktur 3 befindet sich eine zweite Elektrodenschicht 4, die in diesem Ausführungsbeispiel ganzflächig aufgebracht ist und aus einem Material besteht, das für die zu emittierende Strahlung transparent ist. Oberseitig ist auf der zweiten Elektrodenschicht 4 die Konversionsschicht 5 aufgebracht, die ein Matrixmaterial und ein Konvertermaterial umfasst, die vorzugsweise beide niedermolekulare organische Verbindungen sind. Die Strahlungsemission erfolgt ganzflächig nach oben in der durch den Pfeil dargestellten Richtung.
Die 2 zeigt einen der 1 entsprechenden schematischen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem die Konversionsschicht 5 auf der Unterseite oder Rückseite des Bauelementes, d. h., auf der rückseitigen Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 1, aufgebracht ist. Hierbei sind das Substrat 2 und die erste Elektrodenschicht 1 aus einem für die zu emittierende Strahlung transparenten Material ausgebildet, und die Lichtemission erfolgt in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung.
Die Elektrodenschicht, die auf der für die Abstrahlung vorgesehenen Seite vorgesehen ist, kann aber zum Beispiel auch lichtundurchlässig sein und die Emissionsfläche ring- oder rahmenförmig umgeben. Die Konversionsschicht kann bei einer solchen Ausführungsform auf der Lichtaustrittsfläche innerhalb der Elektrodenschicht auf einer Oberfläche einer Schichtstruktur oder direkt auf dem Substratmaterial aufgebracht sein.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich bei Ausführungsformen, bei denen das lichtemittierende Bauelement eine niedermolekulare organische Leuchtdiode ist, so dass sowohl die elektrolumineszenten Schichten der Leuchtdiode als auch die Komponenten der Konversionsschicht in derselben Anlage aufgedampft werden können.
Bei einer Top-Emitter-OLED gemäß 3 mit Dünnfilmverkapselung kann die Konversionsschicht 5 unmittelbar nach dem Aufbringen der transparenten Deckelektrode, der zweiten Elektrodenschicht 4, hergestellt werden. Es sind also keinerlei zusätzliche Prozesse zur Beschichtung mit dem Konvertermaterial (z. B. Rakeln, Siebdruck, Kleben) mehr nötig. Die erste Elektrodenschicht 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Vorderseite des Substrates 2 zwischen dem Substrat 2 und der Schichtstruktur 3 angeordnet.
Bei einer Bottom-Emitter-OLED gemäß 4 kann die Konversionsschicht 5 sogar gleichzeitig mit dem Herstellen der organischen Schichtstruktur 3 auf der Rückseite des Substrates 2 abgeschieden werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind also keinerlei zusätzliche Prozesse zur Beschichtung mit dem Konvertermaterial (z. B. Rakeln, Siebdruck, Kleben) mehr nötig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Appl. Phys. Lett. 80, 3470–3472 (2002) [0002]

Claims

Lichtemittierendes Bauelement mit Wellenlängenkonverter, bei dem – eine lichtemittierende Oberfläche mit einer Konversionsschicht (5) versehen ist, die ein Matrixmaterial und ein Konvertermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass – sowohl das Matrixmaterial als auch das Konvertermaterial im Hochvakuum verdampfbare Materialien sind.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, bei dem das Matrixmaterial und das Konvertermaterial so gewählt sind, dass sie zusammen mit strahlungserzeugenden Schichten aufgedampft werden können.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sowohl das Matrixmaterial als auch das Konvertermaterial niedermolekulare organische Verbindungen umfasst.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 3, bei dem das Matrixmaterial ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aromatische Amine, Carbazole und aromatische Silanderivate enthält.
Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Matrixmaterial MoO₃ oder ZnS ist.
Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine organische Leuchtdiode bildet.
Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelementes mit Wellenlängenkonverter, bei dem auf eine für Strahlungsemission vorgesehene Oberfläche eine Konversionsschicht (5) aufgedampft wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Aufdampfen aus einem Hochvakuum erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Konversionsschicht (5) ein aufgedampftes Matrixmaterial und mindestens ein aufgedampftes Konvertermaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Matrixmaterial und das Konvertermaterial niedermolekulare organische Verbindungen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Matrixmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe, die aromatische Amine, Carbazole und aromatische Silanderivate enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Matrixmaterial MoO₃ oder ZnS ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem das Aufdampfen in einer Anlage erfolgt, mit der auch strahlungserzeugende Schichten des Bauelementes aufgedampft werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem die Konversionsschicht (5) auf eine Elektrodenschicht (1; 4) aus einem für emittierte Strahlung transparenten Material aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, bei dem eine organische Leuchtdiode hergestellt wird.