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Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung mit einer auf einem Substrat flächig gebildeten Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche sowie ein Verfahren zum Herstellen.
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Hintergrund der Erfindung
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Solche lichtemittierenden Vorrichtungen sind in verschiedenen Bauarten bekannt. Die flächig gebildete Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche ist von einem Schichtaufbau umfasst, bei dem auf einem Substrat eine Grund- und eine Deckelektrode sowie ein hierzwischen angeordneter Stapel organischer Schichten gebildet sind, wodurch eine organische lichtemittierende Vorrichtung geschaffen ist. Mittels Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden wird Energie zugeführt, so dass Ladungsträger in Form von Löchern und Elektronen in den Stapel organischer Schichten injiziert werden und dort in einer lichtemittierenden Schicht unter Abgabe von Licht rekombinieren. Derartige Bauelemente werden zum Beispiel in Form organischer lichtemittierender Dioden (OLED) hergestellt. Solche Dioden können in unterschiedlichen Ausgestaltungen hergestellt werden. So sind Bauarten bekannt, bei denen die organischen Schichten aus sogenannten Molekülen oder aus einem Polymerstoff sind. Auch eine Kombination der beiden Materialien kann vorgesehen sein.
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Es wurden Versuche unternommen, die Effizienz der Auskopplung des im Stapel organischer Schichten erzeugten Lichtes zu optimieren. Hierdurch wird wesentlich der Wirkungsgrad der lichtemittierenden Vorrichtung bestimmt. Beispielsweise ist aus dem Dokument
US 6 831 407 B2 eine OLED-Einrichtung bekannt, bei der in der lichtemittierenden Schicht, wo die injizierten Ladungsträger unter Lichtabgabe rekombinieren, topographische Strukturen gebildet sind, die die Wellenleitung des erzeugten Lichtes verändern.
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Insbesondere für großflächige lichtemittierende Vorrichtungen besteht jedoch weiterhin Bedarf, die Lichtauskopplung zu optimieren und ein möglichst homogenes Leuchterscheinungsbild zu schaffen.
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Aus dem Dokument
DE 10 2004 041 371 A1 ist ein Aktiv-Matrix-Display auf der Basis organischer Leuchtdioden mit erhöhtem Füllfaktor bekannt. In einer organischen Schicht erzeugtes Licht wird durch eine Deckelektrode ausgekoppelt. Lichtanteile, die seitlich in die benachbarte Isolationsschicht einkoppeln, werden dort an Streupartikeln gestreut und hierdurch ausgekoppelt.
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Das Dokument
EP 1 164 817 A2 offenbart ein elektrolumineszentes Display-Bauteil, bei dem eine äußere Deckschicht des Bauteils aus ersten Bereichen, die aus einem streuenden Material gebildet sind, sowie zweiten Bereichen besteht, die aus einem absorbierenden Material gebildet sind, welches in dem Bauteil erzeugtes Licht hocheffektiv absorbiert.
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Im Dokument
JP 2005-093190 A ist eine lichtemittierende Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen offenbart. In einer Ausgestaltung ist auf einer Oberfläche einer transparenten Basis ein elektrolumineszentes Element angeordnet. Hierzu ist auf der Oberfläche der transparenten Basis eine transparente Elektrode gebildet. Die transparente Elektrode weist auf ihrer von der transparenten Basis abgewandten Seite Ausnehmungen auf, in die ein Isoliermaterial eingebracht ist. Hierauf sind eine lumineszierende Schicht sowie eine Metallelektrode aufgebracht. Hierdurch sind lichtemittierende Abschnitte und hierzwischen angeordnete passive Abschnitte gebildet, wobei die passiven Abschnitte mit den Abschnitten der Isolierschicht überlappen. In der transparenten Basis sind auf der dem elektrolumineszenten Element zugewandten Seite Ausnehmungen gebildet, die mit einem transparenten Material gefüllt sind. Die Ausnehmungen überlappen mit den passiven Zwischenbereichen, die zwischen den lichtemittierenden Abschnitten angeordnet sind. Die transparente Basis ist aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex.
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In dem Dokument
JP 2005-327522 A ist ein elektrolumineszentes (EL) Element offenbart, bei dem eine EL-Schicht angeordnet wird, bei der zwischen einer transparenten Elektrode und einer Reflexionselektrode auf einem Licht transparenten Substrat wenigstens eine dünne lichtemittierende Schicht angeordnet ist. Eine Schräge bildet eine Reflexionsfläche, um emittiertes Licht zu leiten. Die Reflexionsfläche ist mittels Kerben der Oberfläche des Licht transparenten Substrats hergestellt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine lichtemittierende Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen anzugeben, mit denen bei der lichtemittierenden Vorrichtung die Effizienz der Lichtauskopplung optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine lichtemittierende Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierende Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Die Erfindung umfasst den Gedanken einer lichtemittierenden Vorrichtung mit einer auf einem Substrat flächig gebildeten Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche, die mit Elektroden verbunden und mittels passiver Zwischenbereiche voneinander getrennt gebildet sind, wobei auf einer Lichtabgabeseite den lichtemittierenden organischen Bereichen zugeordnete erste Lichtauskoppelbereiche mit einem ersten Lichtstreuvermögen und den passiven Zwischenbereichen zugeordnete zweite Lichtauskoppelbereiche mit einem zweiten Lichtstreuvermögen gebildet sind, welches größer als das erste Lichtstreuvermögen ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Vorrichtung geschaffen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Substrates, Erzeugen einer flächig gebildeten Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche auf dem Substrat, wobei die organischen lichtemittierenden Bereiche mittels passiver Zwischenbereiche voneinander getrennt und mit Elektroden verbunden werden, und Erzeugen von den lichtemittierenden organischen Bereichen zugeordneten ersten Lichtauskoppelbereichen mit einem ersten Lichtstreuvermögen und den passiven Zwischenbereichen zugeordneten zweiten Lichtauskoppelbereichen mit einem zweiten Lichtstreuvermögen, welches größer als das erste Lichtstreuvermögen ist, auf einer Lichtabgabeseite.
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Die Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche ist auf einer Substratseite gebildete. Die ersten und die zweiten Lichtauskoppelbereiche sind auf einer von der Substratseite abgewandten Substratseite gebildet. Auf diese Weise ist eine Bauart implementiert, bei der das Licht durch das Substrat hindurch emittiert wird, was auch als „bottom-emittierende” Ausführung bezeichnet wird. Nicht nur in dieser Ausführungsform kann das Ausbilden unterschiedlicher Streuvermögen in der ersten und den zweiten Lichtauskoppelbereichen erfolgen, indem zugeordnete Substratbereiche selbst entsprechend hergestellt werden, d. h. also wahlweise ohne zusätzliche Lichtauskoppelelemente, beispielsweise mittels einer Oberflächenbehandlung der Substratoberflächenbereiche. Beispielsweise kann auf diese Weise die Oberfläche des Substrats aufgeraut werden.
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Mit der Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen, die Lichtauskopplung des in den organischen lichtemittierenden Bereichen erzeugten Lichtes aus der Vorrichtung zu optimieren. Dieses erfolgt mittels Vorsehen unterschiedlicher Lichtstreueigenschaften in den ersten und den zweiten Lichtauskoppelbereichen, wobei in den zweiten Lichtauskoppelbereichen, die den passiven Zwischenbereichen zwischen den organischen lichtemittierenden Bereichen zugeordnet sind, eine im Vergleich zu den ersten Lichtauskoppelbereichen erhöhte Lichtstreukapazität vorgesehen ist. Das unterschiedliche Lichtstreuvermögen beziehungsweise die unterschiedliche Lichtstreukapazität kann beispielsweise dadurch eingestellt sein, dass in den ersten und den zweiten Lichtauskoppelbereichen unterschiedliche Streukoeffizienten und/oder unterschiedliche Brechungsindizes für das in den organischen lichtemittierenden Bereiche erzeugte Licht gebildet sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das die ersten Lichtauskoppelbereiche im Wesentlichen frei von einem Lichtstreuvermögen gebildet sind.
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Zur Lichtstreuung können die Lichtbrechung und/oder die Lichtbeugung beitragen. Zunächst betrifft dieses verschiedene Arten der Lichtstreuung. Hierzu gehören die Rayleigh-Streuung und Mie-Streuung und gegebenenfalls auch ein unelastischer Anteil wie die Raman-Streuung. Die Rayleigh Streuung bezieht sich auf die elastische Streuung von Licht an kleinen Partikeln, wobei die Lichtwellenlänge nicht geändert wird, es gibt keine Energie Übertragung. Die Partikel haben üblicherweise 1/100 bis 1/20 die Größe der Wellenlänge. Größere Partikel, die etwa die Größe der Lichtwellenlänge haben, können Mie-Streuung, die auch Lorenz-Mie gennant wird, verursachen. Bei der Mie-Streuung interferiert das Licht, sodass die Wellenlänge des gestreuten Lichtes verschieden ist von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes. Bei der Raman-Streuung hat dass gestreute Licht eine geringfügige andere Wellenlänge als das einfallende Licht, wobei normalerweise keine mit menschlichem Auge erkennbare Farbänderung stattfindet.
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Das Lichtstreuvermögen wird auch durch die Lichtbrechung beeinflusst. Die Brechung ist eine Änderung der Richtung (Winkel) des Lichtes aufgrund einer lokalen Änderung des Brechungsindex n, die auch Brechzahl genannt wird. Brechungselemente sind Schichten mit verschiedenen n, zum Beispiel eine Schicht aus Si3N4 (Silicon Nitride, n~2) auf einem Glassubstrat, das üblicherweise einen Brechungsindex von n~1.5 bis 1.7 hat. Die Brechung kann weiter durch die Beugung der Oberfläche beeinflusst werden, zum Beispiel bei Strukturen wie Linsen, Pyramiden Order Fresnel-Linsen, oder auch mit verschiedenste Mikrostrukturierung der Oberfläche, zum Beispiel mittels Mikrolinsen.
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Das Lichtstreuvermögen kann mittels eines optischen Messverfahrens experimentell bestimmt werden, zum Beispiel mit Hilfe der Ellipsometrie oder der Nahfeldmikroskopie. Eine einfache Messung zum Erfassen des Streuvermögens sieht die Detektion von reflektiertem Laserlicht vor. Ein Laserstrahl wird hierbei über die zu untersuchenden Bereiche geführt, zum Beispiel in Form eines Abrasterns. Der Laserstrahl wird an der transparenten Elektrode und durch die organischen Schichten hindurch an der metallischen Elektrode reflektiert. Das Abrastmuster wird bei stärker ausgebildeten Streuvermögen in größerem Umfang verzerrt, was dann also ein größeres Streuvermögen anzeigt.
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Es können das Streuvermögen eines Oberflächenbereiches und das Streuvermögen eines Raum- oder Volumenelementes unterschieden werden. Zum Beispiel kann ein Streuvermögen für einen Oberflächenbereich angegeben werden, welcher keine makroskopisch erkennbaren Strukturen aufweist, zum Beispiel für Indexanpassungsschichten, Nano-Partikel oder eine Oberflächenaufrauung. Darüber hinaus kann beispielsweise ein Streuvermögen für ein Raum- oder Volumenelement angegeben werden, dessen Abmessung senkrecht zur Oberfläche eine makroskopische Größenordnung aufweist oder in der gleichen Größenordnung wie eine laterale Abmessung liegt, zum Beispiel für Linsen, Oberflächenstrukturierungen oder Fresnel-Linsen.
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Der Übergang zwischen den unterschiedlichen Streuvermögen in den organischen lichtemittierenden Bereichen einerseits und den passiven Zwischenbereichen andererseits kann ein gleitender oder kontinuierlicher Übergang sein, bei dem sich das Streuvermögen von dem einen auf den anderen Wert kontinuierlich ändert. Auf diese Weise können insbesondere pixelartige Muster vermieden werden. Ein kontinuierlicher Übergang des Streuvermögens ist beispielsweise ausbildbar mittels einer Sandstrahlbehandlung der Oberflächenbereiche.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein abrupter Übergang stattfindet, bei dem sich das Streuvermögen in Grenzbereich oder benachbart hierzu, in welchem die beiden Bereichen aufeinanderstoßen, quasi schlagartig von dem einen auf den anderen Wert ändert. Letzteres kann beispielsweise mittels der Nutzung von Linsen als Lichtauskoppelelemente realisiert werden. Auch die Verwendung von lithografischen Verfahren oder der Vakuumabscheidung von Materialien zur Ausbildung des abrupten Übergangs kann vorgesehen sein.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass in einer Blickrichtung von oben auf die lichtemittierende Vorrichtung die ersten Lichtauskoppelbereiche im Wesentlichen deckungsgleich, also vollständig überlappend mit den lichtemittierenden organischen Bereichen gebildet sind. Eine gleiche Ausführung kann ergänzend oder alternativ für die zweiten Lichtauskoppelbereiche hinsichtlich der passiven Zwischenbereiche vorgesehen sein.
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In den passiven Zwischenbereichen zwischen den organischen lichtemittierenden Bereichen erfolgt keine Lichterzeugung. Eine solche Ausbildung der nicht-lichtemittierenden Zwischenbereiche kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Elektroden hier unterbrochen oder mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen werde. Die nicht-lichtemittierenden Zwischenbereiche können in einer Ausführung geschaffen werden, indem Stromtransporteigenschaften in diesen Bereichen der organischen Schichten minimiert oder ganz unterbunden werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in diesen Bereichen eine elektrische Dotierung zur Unterstützung des Ladungsträgertransportes gar nicht oder in ungenügender Form ausgebildet wird, so dass es letztlich nicht zur Lichtemission kommt. Eine flächige Strukturierung der elektrischen Dotierung kann mittels verschiedener Verfahren ausgeführt werden, zum Beispiel mit Hilfe einer Masken-Verdampfung, einer Photo-Aktivierung oder Photo-Deaktivierung (vgl.
EP 1 912 268 A1 ). Alternativ oder in Kombination hiermit können die Schichten mit dem im Dokument
DE 103 126 79 A1 beschriebenen Verfahren strukturiert werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Ladungsträgerinjektionsschicht strukturiert werden.
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Hinsichtlich der geometrischen Ausbildung können die organischen lichtemittierenden Bereiche beliebige Flächenformen annehmen, beispielsweise Vierecke, Dreiecke oder kammartige Flächenstrukturen. Die passiven Zwischenbereiche können in Form von Streifen mit parallelen Kanten ausgebildet sein. Unabhängig von der konkreten geometrischen Formausführung der organischen lichtemittierenden Bereiche und der passiven Zwischenbereiche unterstützt die Erfindung eine effiziente Lichtauskopplung und in bestimmten Ausführungsformen darüber hinaus ein homogenes Leuchterscheinungsbild der lichtemittierenden Vorrichtung.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass in den passiven Zwischenbereichen funktionellen Schichten angeordnet sind, zum Beispiel zur Ausbildung einer Stromzuführung. Eine solche Stromzuführung ist zum Beispiel aus dem Dokument
US 7 118 836 B2 bekannt. Auch kann mittels solcher funktioneller Schichten eine gewünschte Verschaltung der organischen lichtemittierenden Bereiche realisiert werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Licht spiegelnde Schicht vorgesehen sein, um die Lichtausbreitung in den passiven Zwischenbereichen gezielt zu beeinflussen.
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Bei der flächig gebildeten Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche kann es sich um eine Ansammlung miteinander verschalteter organischer lichtemittierender Bauelemente oder um ein einzelnes Bauelement handeln, welches über mehrere lichtemittierende Bereiche verfügt. In den organischen lichtemittierenden Bereichen können unterschiedliche Bauweisen für den Aufbau des organischen Bereiches genutzt werden, wozu beispielsweise die Nutzung elektrisch dotierter Ladungsträgertransportschichten oder auch von sogenannten Blockschichten gehören, wie dieses in Verbindung mit organischen lichtemittirenden Bauelementen als solches bekannt ist. Die lichtemittierende Vorrichtung kann als eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Flächenstrahler, oder eine Anzeigeeinrichtung ausgeführt sein.
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Das Substrat kann ein transparentes Substrat bekannter Art sein. Bevorzugt ist das Substrat mit einer Oberflächenrauigkeit von weniger als 100 nm gebildet. Zum Beispiel werden Glas- oder Plastiksubstrate genutzt. Das Substrat kann aus einem starren oder einem flexiblen Material sein. Die von dem Substrat entfernt gebildete Elektrode ist üblicherweise eine nicht transparente Elektrode, zum Beispiel eine hochreflektierende Elektrode aus Metall. Die Elektrode kann in der Fläche durchgehend oder unterbrochen ausgeführt sein. Die benachbart zu dem Substrat gebildete Elektrode ist üblicherweise lichttransparent und kann beispielsweise aus ITO oder einem ähnlich entarteten Oxidhalbleiter bestehen. Beispiele für solche entarteten Oxidhalbleiter sind Oxide von Ga, In, Zn, Sn und Cd. Diese können zum Beispiel mit Sb, F, Al oder Zr dotiert sein. Auch können ein leitfähiges transparentes Polymer wie zum Beispiel PEDOT-PSS oder ein hochdotiertes Polyanilin oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder eine Kombination hiervon genutzt werden (vgl. zum Beispiel
US 2006/274 049 A1 ).
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in den zweiten Lichtauskoppelbereichen Lichtauskoppelelemente angeordnet sind. Die Lichtauskoppelelemente können auf der Oberfläche des Substrats oder auch wenigstens teilweise in diese eingelassen angeordnet sein. Lichtauskoppelelemente sind beispielsweise Linsen, auch in Form von Mikrolinsen, oder lichtstreuende Folien. Aber auch das Aufbringen einer lichtstreuenden Schicht zur Ausbildung eines gewünschten Lichtstreuvermögens kann vorgesehen sein, beispielsweise mittels Aufbringen einer Klebeschicht. Alternativ oder ergänzend können auch die ersten Lichtauskoppelbereiche wenigstens abschnittweise mit Lichtauskoppelelementen versehen sein. Das Ausbilden von Lichtauskoppelelementen kann in einer Ausgestaltung auch dadurch erreicht werden, dass ein geeignetes Material abgeschieden wird, zum Beispiel mittels Verdampfen, Sputtern, pyrolitischen Abscheiden oder dergleichen.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass in den zweiten Lichtauskoppelbereichen Lichtstreuung unterstützende Oberflächenstrukturen gebildet sind. Die Lichtstreuung unterstützenden Oberflächenstrukturen werden beispielsweise mittels Aufrauen der Oberfläche hergestellt. Eine solche Aufrauung kann zum Beispiel mittels einer chemischen oder einer mechanischen Oberflächenbehandlung erreicht werden. Hierzu gehören das chemische Ätzen sowie Sandstahlen, Schmirgeln, Drucken oder Siebdrucken. Alternativ oder ergänzend können die Lichtstreuung unterstützenden Oberflächenstrukturen auch in den ersten Lichtauskoppelbereichen vorgesehen sein, wobei mittels entsprechender Strukturausprägung erreicht ist, dass das Lichtstreuvermögen in den zweiten Lichtauskoppelbereichen größer als in den ersten Lichtauskoppelbereichen ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche Weißlicht emittierend gebildet ist. Eine Weißlicht emittierende Ausprägung kann dadurch gebildet sein, dass sich von den organischen lichtemittierenden Bereichen emitiertes Licht unterschiedlicher Farben insgesamt zu Weißlicht mischt. Aber auch eine Ausgestaltung, bei der von den einzelnen organischen lichtemittierenden Bereichen jeweils schon Weißlicht abgegeben wird, kann vorgesehen sein.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche mit wenigstens einer allen organischen lichtemittierenden Bereichen gemeinsamen organischen Schicht gebildet ist. Zum Beispiel kann die wenigstens eine organische Schicht maskenlos über das ganze Substrat abgeschieden werden. Auch kann eine einfache Maske verwendet werden, die lediglich die elektrischen Kontakte freihält, um die Stromversorgung zu ermöglichen.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die passiven Zwischenbereiche frei von den Elektroden gebildet sind.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine in den organischen lichtemittierenden Bereichen gebildete organische Schicht in den passiven Zwischenbereichen als unterbrochene Schicht ausgeführt ist. Die wenigstens eine unterbrochene Schicht kann beispielsweise dazu genutzt werden, ein oder mehrere Reihenschaltungen und/oder eine oder mehrere Parallelschaltungen in der Anordnung der organischen lichtemittierenden Bereiche auszubilden. Es können Schaltungen integriert werden, wie sie als solche in
EP 1 804 308 A1 oder
US 2008/143 250 A1 beschriebenen sind.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die passiven Zwischenbereiche einen elektrischen Widerstand für eine Stromfluss aufweisen, der größer ist als ein elektrischer Widerstand für einen Stromfluss in den organischen lichtemittierenden Bereichen.
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Es ist vorgesehen, dass die organischen lichtemittierenden Bereiche jeweils hinsichtlich einer kleinsten Abmessung ihrer flächigen Ausdehnung gebildet sind, die wenigstens gleich etwa der Dicke des Substrates und höchstens gleich etwa der 20-fachen Dicke des Substrates ist. Wenn die kleinste Abmessung des organischen lichtemittierenden Bereiches der 20-fachen Dicke des Substrates entspricht, wird Licht, das mit einem Winkel von etwa 45° zum Lot der Substratausdehnung erzeugt wurde, 12-mal reflektiert bevor es den Streubereich erreicht: N = L/(dtg(W)), wobei N die Nummer der interne Reflexionen ist, L die laterale Ausdehnung des organischen lichtemittierenden Bereich, d die Dicke des Substrates, tg die Tangente und W den Winkel senkrecht zur Substratausdehnung bezeichnen.
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Für noch größere lichtemittierende Bereiche relativ zur Dicke des Substrates muss das emittierte Licht noch deutlich mehr interne Reflektionen durchlaufen, was leicht mit Hilfe obriger Formel ermittelt werden kann.
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Damit steigt die Wahrscheinlichkeit zur Wiederabsorbtion des Lichtes bevor es die Streubereiche erreicht, dass letztendlich die gesamte Effizient mindert.
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In Verbindung mit den Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Vorrichtung gelten bezüglich der vorteilhaften Ausgestaltungen, die im Zusammenhang mit zugehörigen Ausführungen der Vorrichtung gemachten Anmerkungen entsprechend. Für die Herstellung der flächig gebildeten Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche auf dem Substrat können die für organische lichtemittierende Bauelemente als solche bekannten Herstellungstechnologien verwendet werden, insbesondere die Schichtabscheidung organischer und nicht organischer Materialien mittels Verdampfen. Das Freihalten der passiven Zwischenbereiche von lichtemittierenden Strukturen wird beispielsweise mittels einer geeigneten Maskierung erreicht. Aber auch einer maskenlosen Fertigungstechnologie kann vorgesehen sein, zum Beispiel das Verfahren OVPD (vgl.
US 2003/192 471 A1 ) oder eine konventionelle thermische Verdampfung im Vakuum.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit einer Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche, die mittels passiver Zwischenbereiche von einander getrennt sind, von oben,
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2 eine schematische Darstellung der lichtemittierenden Vorrichtung aus 1 von der Seite,
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3 eine schematische Darstellung eines Teilbereiches der lichtemittierenden Vorrichtung aus 1,
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4 eine schematische Darstellung einer weiteren lichtemittierenden Vorrichtung mit einer Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche, die mittels passiver Zwischenbereiche voneinander getrennt sind, wobei in den passiven Zwischenbereichen Lichtauskoppelelemente in Form von Linsen angeordnet sind,
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5 eine schematische Darstellung eines Teilabschnitts der weiteren lichtemittierenden Vorrichtung aus 4 und
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6 eine grafische Darstellung für die Auskoppelungswahrscheinlichkeit von Licht als Funktion des inneren Winkels der Lichtemission für ein organisches lichtemittierendes Bauelement ohne weitere Auskoppelungsvorrichtung sowie für drei verschiedene als Auskoppelelement verwendete Mikrolinsenfilme.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit einer Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche 1, die gemäß 2 mittels passiver Zwischenbereiche 2 voneinander getrennt sind. 2 zeigt die lichtemittierende Vorrichtung aus 1 von der Seite.
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Gemäß 2 sind die organischen lichtemittierenden Bereiche 1, welche üblicherweise über eine Grund- und eine Deckelektrode sowie einen hierzwischen angeordneten Stapel organischer Schichten verfingen, auf einer Rückseite 3 eines Substrats 4 gebildet. Zum Herstellen der organischen lichtemittierenden Bereiche 1 kann die Schichtabscheidung mittels Vakuumverdampfen der unterschiedlichen Materialien genutzt werden. Das Substrat 4 ist beispielsweise aus Glas.
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Gemäß 2 ist eine Kapselung 5 auf der Rückseite 3 vorgesehen. Auf der Vorderseite 6 des Substrats 4 sind gegenüberliegend zu den passiven Zwischenbereichen 2 in zugeordneten Lichtauskoppelbereichen 7 Lichtauskoppelelemente 8 vorgesehen, die hinsichtlich des in den organischen lichtemittierenden Bereichen 1 erzeugten und zu der Vorderseite 6 hin auszukoppelnden Lichtes über ein größeres Streuvermögen verfingen als dieses für den organischen lichtemittierenden Bereichen 1 zugeordnete Lichtauskoppelbereiche 9 der Fall ist, die zwischen den Lichtauskoppelbereichen 7 gebildet sind. Beispielsweise sind die Lichtauskoppelelemente 8 mittels einer aufgeklebten Streufolie hergestellt. In einer anderen Ausführungsform (nicht dargestellt) erfolgt die Einstellung des Streuvermögens den passiven Zwischenbereichen 2 gegenüberliegend mittels einer Oberflächenbehandlung des Substrats 4, zum Beispiel mittels Aufrauen der Oberfläche.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereiches der lichtemittierenden Vorrichtung aus 1. Eingezeichnete Pfeile zeigen schematisch die Lichtausbreitung des in den organischen lichtemittierenden Bereichen 1 erzeugten Lichtes durch das Substrat 4 und die Lichtauskoppelelemente 8 hindurch.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren lichtemittierenden Vorrichtung mit einer Anordnung organischer lichtemittierender Bereiche 1, die mittels passiver Zwischenbereiche 2 voneinander getrennt sind, wobei in den Zwischenbreichen 2 Lichtauskoppelelemente in Form von Linsen 10 angeordnet sind. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilabschnitts der weiteren lichtemittierenden Vorrichtung aus 4. In 5 ist mittels Pfeilen die Lichtausbreitung wieder schematisch dargestellt. Für gleiche Merkmale werden in den 4 und 5 die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 3 verwendet.
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Im Unterschied zu den Lichtauskoppelelementen 8 bei der Ausführung der lichtemittierenden Vorrichtung in den 1 bis 3 sieht die Ausgestaltung in den 4 und 5 halbkugelförmige Linsen 10 gegenüberliegend den passiven Zwischenbereichen 2 vor. Gemäß 4 überlappen die halbkugelförmigen Linsen 10 in Randbereichen mit den organischen lichtemittierenden Bereichen 1. Mit Hilfe der halbkugelförmigen Linsen 10 ist das Streuvermögen für das in den organischen lichtemittierenden Bereichen 1 erzeugte Licht erhöht gegenüber den Abschnitten zwischen den halbkugelförmigen Linsen 10.
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Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine lichtemittierende Vorrichtung in der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 näher erläutert.
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Auf ein 150 mm × 150 mm großes Glassubstrat mit einer Dicke von etwa 1.1 mm wurde großflächig ITO mit einer Dicke von etwa 90 nm, einer Transparenz von über etwa 85% im sichtbaren Spektralbereich und einem Flächenwiderstand von etwa 30 Ohm/Square mit Hilfe des Sputter-Verfahrens aufgebracht.
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Das aufgebrachte ITO wurde strukturiert, so dass 3 × 4 einzelne organische lichtemittierende Bauelemente in Form von Dioden (OLED) mit jeweils einer Fläche von 20 mm × 20 mm auf dem Substrat erzeugt wurden. Deren Abstand betrug ebenfalls etwa 20 mm. Sodann wurde im üblichen thermischen Vakuumverdampfungsverfahren folgende Schichtfolge auf dem ITO abgeschieden:
- 1. p-dotierte Löchertransportschicht: 80 nm MeO-TPD dotiert mit 4 Masse-% F4-TCNQ
- 2. löcherseitige Zwischenschicht: 10 nm Spiro-TAD
- 3. orange-rote Emissionsschicht: 10 nm Spiro-TAD dotiert mit 15 Massen-% Iridium (III) Tris(1-phenylisoquinoline)
- 4. blaue Emitterschicht: 15 nm 4,4'-bis(9-carbazolyl)-biphenyl dotiert mit 6 Massen-% Iridi-um (III) bis(2-(4,6-diflurophenyl)pyridinato-N,C2')picolinate
- 5. elektronenseitige Zwischenschicht: 10 nm Bathophenanthrolin
- 6. n-dotierte Elektronentransportschicht: 30 nm Bathophenanthrolin dotiert mit Cs (molekulares Verhältnis von 1:1)
- 7. Kathode: 100 nm Aluminium
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Hierbei bedeckt die Aluminiumkathode das Glassubstrat fast vollständig, nämlich zu etwa 98%. Lediglich dünne Streifen bleiben unbeschichtet, damit die zwölf einzelnen Bauelemente voneinander elektrisch isoliert sind.
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Die lichtemittierende Vorrichtung mit den zwölf einzelnen organischen lichtemittierenden Bereichen emittiert bei Anlegen einer Spannung von 5 V in allen zwölf organischen lichtemittierenden Bereichen Licht mit einer Helligkeit von etwa 530 cd/m2 bezogen auf die aktive organische lichtemittierende Fläche. Zu Vergleichszwecken wurde nun dem Stand der Technik entsprechend eine Streufolie auf das gesamte Substrat aufgebracht. Mittels Aufbringen der handelsüblichen Streufolie (zum Beispiel das Produkt Bayer Makrofol TP 243 500 μm, Polykarbonatfilm mit Streuelementen) über das gesamte Substrat konnte die Helligkeit bei der gleichen Spannung auf etwa 715 cd/m2 erhöht werden. Hierbei wurde die Streufolie auf die Seite des Substrates aufgebracht, auf der sich nicht die organischen lichtemittierenden Bereiche befanden.
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Erfindungsgemäß wurden sodann nur die Bereiche des Substrates mit Streufolie bedeckt, auf denen sich rückseitig nicht die aktiven organischen lichtemittierenden Bereiche befinden. So wird sichergestellt, dass Licht, welches von den lichtemittierenden Bereichen direkt in einen Abstrahlkegel nach vorn abgestrahlt wird, mehrheitlich ungestreut die lichtemittierende Vorrichtung verlässt. Substratmoden hingegen werden in den streuenden Bereichen der Vorrichtung, also in den bei dem Ausführungsbeispiel mit der Streufolie versehenen Bereichen, ausgekoppelt.
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In diesem einfachen Aufbau wurde eine gemittelte Helligkeit über das Substrat von etwa 780 cd/m2 gemessen, also eine signifikante Verbesserung um etwa 10% im Vergleich zur vollflächigen Streufolie und um etwa 50% im Vergleich zur Vorrichtung ohne jede Streufolie.
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Für eine optimierte Geometrie, in der das Verhältnis aus lateraler Ausdehnung und Substratdicke geringer ist, konnte eine deutlich höhere Verbesserung der Auskopplung berechnet werden, bis hin zu einer Verdoppelung im Vergleich zur Vorrichtung ohne Streufolie.
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Die Lichtauskoppelung in Vorwärtsrichtung bis zu einem inneren Winkel zur Senkrechten der Substratflächeausdehnung von etwa 40° ist in der Regel am Besten, ohne dass eine Auskoppelungsstruktur verwendet werden muss. Andererseits ist die Auskoppelung für höhere innere Winkel optimal mit einer stark streuenden, oder einer stark brechenden Auskoppelstruktur. Über alle inneren Winkel betrachtet ist ein Kompromiss zu finden, der eine möglichst gute Lichtauskopplung über alle Winkel unterstützt.
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Besteht die vorteilhafte Situation, dass der Füllfaktor eines organischen lichtemitteirenden Bereiches kleiner als 1 ist, können stark und schwach oder gar nicht brechende/streuende Auskoppelungselemente örtlich voneinander getrennt werden. D. h. in den organischen lichtemittierenden Bereichen wird idealer Weise keine Auskoppelung angewendet. Hierdurch wird im organischen lichtemittierenden Bereich erzeugtes Licht über alle inneren Winkel bis 40° optimal ausgekoppelt. Licht unter höheren inneren Winkeln verlässt den Bereich aufgrund von innerer Totalreflexion und wird dann außerhalb des organischen lichtemittierenden Bereiches durch stark brechende oder streuende Elemente ausgekoppelt. Praktisch kann eine örtlich nicht gleichförmige Auskopplungsfolie hergestellt werden, welche dann auf das Bauelement in dem organischen lichtemittierenden Bereich ausgerichtet wird.
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Die 6 zeigt eine grafische Darstellung für die Auskoppelungswahrscheinlichkeit von Licht als Funktion des inneren Winkels der Lichtemission für ein organisches lichtemittierendes Bauelement ohne weitere Auskoppelungsvorrichtung sowie für drei verschiedene Mikrolinsenfilme, die als Lichtauskoppelelement genutzt wurden. Die Linsen sind durch ihr Aspektverhältnis charakterisiert, welches durch Linsenhöhe dividiert durch Linsendurchmesser definiert ist. Im gezeigten Beispiel wird für das Reflexionsvermögen einer üblichen Metallelektrode 80% angenommen. Die Berechnungen wurden mit der kommerziellen Software ASAP durchgeführt.
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Aus 6 ergibt sich, dass die Auskopplungswahrscheinlichkeit ohne zusätzliches Auskoppelelement in Vorwärtsrichtung fast 100% beträgt. Andererseits wird für innere Winkel von größer 44°, dem so genannten Grenzwinkel zur totalen inneren Reflexion, überhaupt kein Licht mehr ausgekoppelt. Mit Hilfe einer Lichtauskoppelvorrichtung, im gezeigten Beispiel eine Mikrolinsenstruktur, kann die Auskoppelungswahrscheinlichkeit für das erzeugte Licht für Winkel von größer 44° stark verbessert werden. Gleichzeitig verschlechtert sich allerdings die Auskoppelungswahrscheinlichkeit in Vorwärtsrichtung von fast 100% auf etwa 80%. Die Erfindung ermöglicht es nun, gleichzeitig Licht in Vorwärtsrichtung und Licht, welches unter hohen Winkeln im Substrate emittiert wird, effizient auszukoppeln. Dies wird erreicht, indem Bereiche mit unterschiedlichem Streuvermögen gebildet sind.
