DE102011075081A1

DE102011075081A1 - Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel, sowie Vorrichtung und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102011075081A1
Application number: DE102011075081A
Authority: DE
Inventors: Carsten Deus; Jörk Richter; Ruben Seifert
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2012-06-14
Also published as: WO2012076580A1; JP2014503949A; US8716726B2; KR20130108426A; KR101472415B1; US20130273678A1

Abstract

Der Erfindung, die ein organisches lichtemittierendes Leuchtmittel mit nebeneinander liegenden Bereiche, die jeweils unterschiedliche Emissionsfarben aufweisen, sowie eine Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung des organischen lichtemittierenden Leuchtmittels, umfassend eine Vakuumkammer, eine Vorrichtung zum linearen Transport eines Substrates, mehrere Beschichtungsquellen und Blenden betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, OLED-Strukturen zu schaffen, die eine verbesserte Intensität der Lichtemission aufweisen. Dabei soll die Effizienz von Beschichtungsvorrichtungen zur Herstellung von derartigen OLED-Leuchtmitteln erhöht werden. Die Herstellung soll dabei kostengünstig und kommerziell anwendbar sein. Dies wird dadurch gelöst, dass sich die Dicken von der Lochtransport-, Emissions- und Elektronentransportschicht in den nebeneinander liegenden Bereichen unterscheiden und jeweils so eingestellt sind, dass jeweils eine optimale Auskopplung für die im entsprechenden Bereich emittierte Lichtfarbe erreichbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein organisches lichtemittierendes Leuchtmittel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Beschichtungsvorrichtung zur seiner Herstellung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.
Die organischen lichtemittierenden Leuchtmittel, insbesondere organische lichtemittierenden Dioden (OLEDs) werden gegenwärtig bereits in vielen Teilen der Unterhaltungselektronik, beispielsweise in Displayanwendungen, eingesetzt und werden auch als Zukunftstechnologie der Beleuchtungsbranche eingesehen. Eine OLED-Struktur enthält eine oder mehrere lichtemittierende organische Schichten (EML), die zwischen zwei Elektroden angeordnet sind, beispielsweise einer Kathode und einer Anode auf einem Substrat.
Nach Stand der Technik sind je nach Richtung der Lichtemission zwei Bauarten der organischen Leuchtdioden bekannt. Es können OLEDs mit der Lichtemission vom Substrat weg, in der sogenannten Top-Emission-Geometrie, oder OLEDs mit der Lichtemission durch das Substrat hindurch, in der Bottom-Emission-Geometrie, hergestellt werden.
In 1 ist ein schematischer Aufbau einer aus dem Stand der Technik bekannten OLED in der Top-Emissions-Geometrie dargestellt. Sie besteht aus einem intransparenten Substrat 100 auf dem in Folge eine optionale Glättungsschicht 101, eine erste Elektrodenschicht 102, welche in 1 der Anode entspricht, ein organischer Schichtenstapel aus einer Lochtransportschicht 103 (HTL), zumindest einer, vorzugsweise zwei oder drei, separaten, vertikal aufgebauten Emissionsschichten 104 (EML), die jeweils in verschiedener Farbe, beispielsweise rot, grün oder blau, Licht emittieren, und aus einer Elektronentransportschicht 105 (ETL), sowie einer semitransparenter metallische Elektrodenschicht 106, welche in 1 der Kathode entspricht, aufgebaut werden. Loch- und Elektronentransportschichten werden zusammengefasst auch als Ladungsträgertransportschichten bezeichnet. Zwischen den genannten Schichten können optional weitere transparente Schichten, z. B. Pufferschichten, vorhanden sein. Bei Anlegen einer Spannung zwischen einer ersten und zweiten Elektrodenschicht werden in den Emissionsschichten Lichtquanten unterschiedlicher Farbe erzeugt, welche durch die semitransparente Kathode das Bauteil verlassen können.
Die OLEDs in der Bottom-Emission-Geometrie weisen im Unterschied zu OLEDs in der Top-Emissions-Geometrie ein lichttransparentes Substrat auf, auf dem eine erste lichttransparente Elektrodenschicht sowie eine zweite lichtreflektierende Elektrode abgeschieden ist, so dass die Emission durch das Substrat hindurch, d. h. in Bottomrichtung erfolgen kann.
Die Reihenfolge der auf dem Substrat ausgebildeten Schichten Anode/HTL/EBL/EML/HBL/ETL/Kathode kann prinzipiell auch umgekehrt werden, wobei dann die jeweils die Elektrode auf der Seite des Lichtaustrittes semitransparent bzw. transparent auszuführen ist.
Weiterhin bekannt sind OLED-Leuchtmittel, bei denen zur Erzeugung einer Weißlichtemission Bereiche nebeneinander angeordnet sind, die in unterschiedlichen Farben Licht emittieren. Beispielsweise, wenn zwei nebeneinander liegende Bereiche in unterschiedlichen Farben Licht emittieren, ist damit zu verstehen, dass ein Bereich Licht in einer ersten Farbe und der zweite Bereich Licht in einer zweiten Farben emittiert, wobei die erste und zweite Farben unterschiedlich sind. Durch additive Mischung der Lichtfarben der Einzelbereiche kann durch geeignete Wahl der Einzelfarben und der jeweiligen Lichtintensitäten für den Betrachter ein bestimmter, zum Beispiel ein weißer Farbeindruck, eingestellt werden. Dabei weist jeder der Bereiche den folgenden Schichtenaufbau auf, der ein Substrat, eine erste Elektrode, einen organischen Schichtstapel sowie eine Elektrode enthält, wobei der organische Schichtstapel eine Lochtransportschicht, monochromes Licht emittierende Emissionsschicht und eine Elektronentransportschicht aufweist. Die Schichtfolge der organischen Schichten entspricht dem Schichtenaufbau mit der Anode als erster Elektrode, die auf dem Substrat aufgebaut ist. Einer anderen Folge der organischen Schichten, die eine Elektronentransportschicht, monochromes Licht emittierende Emissionsschicht und eine Lochtransportschicht aufweist, entspricht dem Schichtenaufbau mit der Kathode als erster Elektrode. Optional können die beiden Varianten des Schichtenaufbaus für jeden der Bereiche eine Glättungsschicht aufweisen, die auf dem Substrat ausgebildet ist.
Optional kann der OLED-Schichtaufbau auch weitere aus dem Stand der Technik bekannte Funktionsschichten und Schichtabfolgen, zum Beispiel über der Deckelektrode angeordnete, für Wasserdampf und Sauerstoff als Barriere wirksame Schichten, mechanische Schutzschichten oder optisch wirksame, die Lichtauskopplung verstärkende Schichten oder Strukturen aufweisen.
In den Top-Emission-Geometrie Strukturen kommt es durch das Zusammenwirkung von einer reflektierenden Elektrode, dazwischen liegenden transparenten Schichten und semitransparenter Elektrode zur Bildung einer optischen Kavität und durch Interferenzeffekte zu einer starken Abhängigkeit der durch die Deckelektrode ausgekoppelten Lichtintensität von der Summenschichtdicke der transparenten Schichten, wie der Lochtransportschicht (HTL), der Emissionsschicht (EML) und Elektrontransportschicht (ETL), nachstehend auch HTL, EML und ETL genannt. Dabei existieren für jede der Emissionsschichten Optima der Summenschichtdicke, die sogenannten Auskopplungsmaxima, für welche die emittierte Lichtmenge maximale Werte annimmt.
Dieser Effekt ist in der Bottom-Emissions-Geometrie ebenfalls, wegen der transparenteren Elektrode in abgeschwächtem Maß vorhanden, da Brechzahldifferenzen an verschiedenen Grenzschichten zwischen den OLED-Schichten und dem Substrat bzw. auch innerhalb des OLED-Schichtsystems ebenfalls eine dickenabhängige Veränderung der Lichtauskopplung zeigt.
Die Dicken-Optima für die unterschiedlichen Emissions-Farben haben unterschiedliche Werte, so dass bei der Optimierung der Schichtdicken nicht für jede der Emissionsfarben optimale Lichtauskoppelbedingungen eingestellt werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin OLED-Strukturen zu schaffen, die eine verbesserte Intensität der Lichtemission aufweisen. Dabei soll die Effizienz von Beschichtungsvorrichtungen zur Herstellung von derartigen OLED-Leuchtmitteln erhöht werden. Die Herstellung soll dabei kostengünstig und kommerziell anwendbar sein.
Diese Aufgabe wird durch ein organisches lichtemittierendes Leuchtmittel nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß den Ansprüchen 11 und 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstandes sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen enthalten.
Das erfindungsgemäße organische lichtemittierende Leuchtmittel (OLED) zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Dicken von der ersten Ladungsträgertransportschicht, der lichtemittierenden Emissionsschicht und/oder der zweiten Ladungsträgertransportschicht für jeden der nebeneinander liegenden Bereichen mit unterschiedlichen Emissionsfarben unterscheiden und jeweils so eingestellt sind, dass jeweils eine optimale Auskopplung für die im entsprechenden Bereich emittierte Lichtfarbe erreicht wird. Dadurch kann eine maximale Lichtmenge für das organische lichtemittierende Leuchtmittel durch die gezielte Einstellung der Dicken der genannten Schichten, die insgesamt eine Summenschichtdicke ergeben, für jeweils einen der nebeneinander liegenden, verschiedene Farben emittierenden Bereiche erzielt werden. Damit ist die Einstellung der Dicken nicht nur auf die Einstellung der Gesamtdicke des die HTL, EML und ETL Schichten aufweisenden organischen Schichtstapels beschränkt, sondern kann sie sich ebenfalls auf die Einstellung der Schichtdicken der jeweiligen Schichten innerhalb des jeweiligen Schichtstapels beziehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen OLE-Leuchtmittels weist jeder der Bereiche eine Glättungsschicht auf, die auf dem Substrat ausgebildet ist. Unter einer optionalen Glättungsschicht ist beispielsweise ein Lack zum Glätten der Substratoberfläche zu verstehen, um bei rauen Oberflächen Kurzschlüsse in und zwischen den Bauelementen zu vermeiden. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen OLE-Leuchtmittels weist jeder der Bereiche gegebenenfalls zumindest eine zwischengeschaltete transparente Bufferschicht, bevorzugt mehrere zwischengeschaltete transparente Bufferschichten auf.
Erfindungsgemäß ist eine der Elektroden eine Anode, während die andere Elektrode eine Katode ist. Wenn die erste Elektrode die Anode ist, weist der organische Schichtstapel der erfindungsgemäßen organischen lichtemittierenden Leuchtmittel die organischen Schichten in Folge einer Lochtransportschicht, zumindest einer Emissionsschicht und/oder einer Elektronentransportschicht auf. Bei einem organischen Leuchtmittel mit einer Kathode als erste Elektrode sind die organischen Schichten in der umgekehrten Reihenfolge ausgebildet und weisen in Folge eine Elektronentransportschicht, zumindest eine Emissionsschicht beziehungsweise eine Lochtransportschicht auf. In der Regel sind die organischen Schichten lichtdurchlässig für das aus dem organischen Schichtstapel emittierte Licht.
Das erfindungsgemäße organische lichtemittierende Leuchtmittel (OLE-Leuchtmittel) emittiert das in dem organischen Schichtstapel erzeugte Licht entweder durch seine Unterseite durch das Substrat hindurch. Zweckmäßig sind die Schichten, die auf dem Weg des vom organischen Schichtstapel emittierenden Lichtes, für das emittierende Licht durchlässig.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtmittels ist für das von dem organischen Schichtstapel emittierende Licht die erste Elektrode zumindest semitransparent, vorzugsweise transparent, und die zweite Elektrode intransparent ausgebildet. Das Substrat ist in der Ausführungsform ebenfalls für das von dem organischen Schichtstapel emittierende Licht durchlässig, d. h. transparent, ausgebildet. Hierbei wird das in dem jeweils organischen Schichtstapel erzeugte Licht durch das Substrat hindurch emittiert. Vorzugsweise ist die zweite Elektrode reflektierend ausgebildet.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtmittels ist die zweite Elektrode für das von dem organischen Schichtstapel emittierende Licht zumindest semitransparent, vorzugsweise transparent, und die erste Elektrode intransparent ausgebildet. Vorzugsweise ist die erste Elektrode reflektierend ausgebildet. Hierbei wird das in dem jeweiligen organischen Schichtstapel erzeugte Licht durch die Oberseite des erfindungsgemäßen Leuchtmittels emittiert.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Leuchtmittels sind beide Elektroden für das von dem Schichtstapel erzeugte Licht durchlässig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind grundsätzlich die Schichten des erfindungsgemäßen organischen Leuchtmittels für das von dem Schichtstapel erzeugte Licht durchlässig ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist mindestens eine der Elektroden ein transparentes leitendes Oxid, ein Metall oder ein leitendes organisches Material auf oder besteht aus einem solchen. Organische Materialien sind in der Regel durchlässig für sichtbares Licht. Daher ist auch eine Elektrode, die organisches leitendes Material umfasst oder aus einem solchen besteht, in der Regel durchlässig für das von dem organischen Schichtstapel ausgesandte Licht. Soll die Elektrode, die die metallische Schicht aufweist oder aus einer solchen besteht, durchlässig für das von dem organischen Schichtstapel ausgesandte Licht ausgebildet sein, so muss die metallische Schicht hinreichend dünn ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtmittels ist das Substrat folienartig, flexibel auf eine Rolle aufwickelbar und von der Rolle abwickelbar ist, ohne dabei beschädigt zu werden. Flexibel bedeutet dabei unter anderem, dass das Substrat bis zu einem gewissen Grad biegbar ist, ohne dass das Substrat beim Biegen beschädigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfassen hierbei die organischen Schichtenstapel der nebeneinander liegenden Bereiche mit unterschiedlichen Emissionsfarben jeweils voneinander verschiedene lichtemittierenden Schichten, die sich hinsichtlich ihres organischen lichtemittierenden Materials unterscheiden und die geeignet sind, Licht in verschiedenen Farben zu erzeugen. Das heißt beispielsweise, dass der erste Bereich einen organischen Schichtstapel mit einem ersten organischen lichtemittierenden Material umfasst. Der nebenliegende Bereich mit einer unterschiedlichen Emissionsfarbe umfasst dann ein zweites organisches lichtemittierendes Material, wobei das erste organische lichtemittierende Material vom zweiten organischen lichtemittierenden Material verschieden ist. Aufgrund der unterschiedlichen organischen lichtemittierenden Materialien sind die organischen Schichtstapel der jeweiligen Bereiche dann zur Erzeugung von Licht von unterschiedlichen Farben geeignet.
Vorzugsweise können die optimalen Werte der Schichtdicken für jeweils einen Bereich für eine bestimmte Wellenlänge des emittierenden Lichtes aus Simulationen und/oder Versuchen ermittelt werden.
Die Aufgabe wird auch durch eine Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung derartiger OLE-Leuchtmittel gelöst, die eine Vakuumkammer, eine Vorrichtung zum linearen Transport eines Substrates, mehrere Beschichtungsquellen und Blenden zur Einschränkung der exponierten Substratfläche bei Vorbeifahrt des Substrates an den einzelnen Beschichtungsbereichen umfasst. Dabei ist jeweils eine Blende in mehrere, in der Richtung quer zum Substrattransport nebeneinander liegender Teilbereiche unterteilt, wobei diese Teilbereiche unterschiedliche Ausdehnung entlang der Substrattransportrichtung aufweisen bzw. teilweise ganz verschlossen sind. Dabei sind die Ausdehnungen der jeweiligen Teilbereiche derart aufeinander abgestimmt, dass bei Vorbeifahrt des Substrates an den Beschichtungsquellen auf dem Substrat nebeneinander liegende Bereiche mit optimalen Schichtdicken für die Lichtauskopplung der jeweiligen Emissionsfarbe erzeugt werden. Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich effizient OLE-Strukturen, insbesondere OLEDs, herstellen, die emittierte Lichtmengen für die jeweilige Emissionsfarbe die maximale Werte annehmen.
In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist mit der Formulierung ”Vorbeifahrt des Substrates an den einzelnen Beschichtungsbereichen” ein körperlicher Transport des Substrates von einer Beschichtungsstation zur nächsten zu verstehen, um verschiedene Schichten aufzubringen, wobei das Substrat während des Beschichtungsvorganges auch weiter transportiert wird. Das Verfahren kann in Durchlaufanlagen mit kontinuierlich transportiertem Substrat-Band, entweder ein Endlos-Substrat in Rolle-zu-Rolle-Beschichtung oder eine quasi-kontinuierliche Abfolge von synchron bewegten aufeinanderfolgenden flächigen Stückgutsubstraten, erfolgen.
Gemäß der Erfindung sind die Blenden zur Einschränkung der exponierten Substratfläche bei Vorbeifahrt des Substrates an den einzelnen Beschichtungsbereichen stationär ausgebildet. Das ermöglicht Beschichtungsprozesse an kontinuierlich bewegtem Endlossubstrat bzw. einer quasikontinuierlichen Abfolge von Substratscheiben mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchzuführen, ohne das Substrat vor den Beschichtungsquellen oder den Strukturierungsstationen anzuhalten und ohne Schattenmasken mitzubewegen. Dadurch kann das aufwändige Handling der mitfahrenden Schattenmasken vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird mit jeweils einer der Beschichtungsquellen ein Beschichtungsbereich beaufschlagt. Mit dem Beschichtungsbereich ist ein Wirkbereich der Beschichtungsquelle mit Materialdampf zu verstehen. Die Beschichtungsquellen sind oberhalb der Linienführung der Substrate angeordnet, die also vertikal nach unten weisen. Das Substrat wird dabei horizontal an den Beschichtungsquellen vorbeigeführt, so dass die Beschichtungsrichtung vertikal verläuft.
Prinzipiell sind auch andere Arten des räumlichen Bezuges zwischen Quellen und Substraten, zum Beispiel die Anordnung der Quellen unterhalb des Substrates mit Dampfrichtung nach oben oder vertikal orientierte Substrate mit horizontaler Dampfrichtung, möglich.
Gemäß der Erfindung ist zumindest eine stationäre Blende zwischen jeweils einer Beschichtungsquelle und dem vorbeigeführten Substrat angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Teilbereich als eine Öffnung ausgebildet, durch welche eine dynamische Beschichtung der Schichten auf den vorbeigeführten bzw. hindurch bewegten Substraten mit streifigen Strukturen hindurch erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Teilbereich durch eine Maskierung über dem Beschichtungsbereich erzeugt werden.
Gemäß der Erfindung bestimmt die Stufenkontur in der Ausdehnung in Transportrichtung der Substrate die Schichtdicke der abgeschiedenen Schichten. Je länger die Ausdehnung in Transportrichtung desto dicker ist die jeweilige Schicht. Damit sind durch die unterschiedliche Größe der Ausdehnung der jeweiligen Teilbereiche jeweils unterschiedliche Schichtdicken der jeweiligen abgeschiedenen Schicht einstellbar.
Erfindungsgemäß wird als Beschichtungsquelle, insbesondere für organisches Material, ein Verdampfer verwendet. Bevorzugt wird ein Linearverdampfer für organisches Material im Verdampfungsbereich von 100°C bis 700°C verwendet.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung derartiger OLED-Leuchtmittel gelöst, welches die Verwendung der Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung von organischen lichtemittierenden Leuchtmitteln sowie die Wahl optimaler Schichtdicken.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1: einen schematischen Aufbau eines organischen lichtemittierenden Leuchtmittels nach dem Stand der Technik,
2: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten organischen lichtemittierenden Leuchtmittels in einer Querschnittsansicht, und
3: einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung.
Ein erfindungsgemäß hergestelltes OLE-Leuchtmittel weist nach 2 ein Substrat 200 auf, auf dem in Abfolge eine Glättungsschicht 201 und eine reflektierende Anode 202 abgeschieden ist. Auf der Anodenschicht 202 sind drei Schichtstapel 1, 2, und 3 nebeneinander beabstandet angeordnet. Das heißt, dass die Bereiche, die zwischen und um den jeweiligen Schichtstapel Anodenbereiche vorhanden sind, frei von der nachfolgenden Beschichtung sind. Prinzipiell könnten die Bereiche der Schichtstapel auch direkt aneinandergrenzen bzw. durch Schichtdicken- bzw. Konzentrationsgradienten allmählich ineinander übergehen.
Jeder Schichtstapel 1, 2, 3 weist jeweils vier Schichten auf, nämlich eine Lochtransportschicht (HTL) 203.1, 203.2, 203.3 eine Emissionsschicht (EML) 204.1, 204.2, 204.3 eine Elektrontransportschicht (ETL) 205.1, 205.2, 205.3 und eine Kathodenschicht 206.1, 206.2, 206.3, die semitransparent ausgebildet ist. Die Emissionsschicht 204.1 des ersten Schichtstapels 1 ist geeignet, das Licht in blauer Farbe zu erzeugen und zu emittieren. Die Emissionsschicht 204.2 des zweiten Schichtstapels 2 ist geeignet, das Licht in grüner Farbe zu erzeugen und zu emittieren. Die Emissionsschicht 204.3 des dritten Schichtstapels 3 ist geeignet, das Licht in roter Farbe zu erzeugen und zu emittieren. Da es sich bei dem in 2 dargestellten OLED-Leuchtmittel um ein in der Top-Emissions-Geometrie OLED-Leuchtmittel handelt, wird das Licht jeweils über die semitransparente Kathode 206.1, 206.2, 206.3 ausgestrahlt, wodurch drei Bereiche mit unterschiedlichen Emissionsfarben gegeben sind.
Wie in 2 zu sehen ist, weisen die HTL, EML und ETL Schichten des jeweiligen Schichtstapels im Vergleich zu einem anderen Schichtstapel unterschiedliche Schichtdicken auf. Dieses basiert auf der Erkenntnis, dass für jede Emissionsfarbe Optima der Summenschichtdicke der HTL, EML und ETL Schichten existieren, die sogenannten Auskopplungsmaxima, für welche die emittierte Lichtmenge maximale Werte annimmt. Um eine maximale emittierte Lichtmenge für jeweils eine Emissionsfarbe zu bekommen, weisen daher die Schichten HTL, EML und ETL für den jeweiligen Schichtstapel über durchgeführte Messungen und/oder Simulationen darin angepasste Schichtdicken auf. Damit ist es möglich, die OLED-Leuchtmittel herzustellen, deren Lichtauskoppelbedingungen durch die Anpassung der Schichtdicke der organischen Schicht optimal eingestellt werden können, was zu einer effizienten Emission des Lichtes für die jeweilige Farbe führt. Dadurch kann erfindungsgemäß die gesamte Effizienz des OLED-Leuchtmittels erhöht werden.
Bei der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung 301 handelt es sich um eine inline Vakuumbeschichtungsanlage, in der ein großflächiges Substrat 300 durch die Beschichtungs- bzw. Bearbeitungsstationen 302 kontinuierlich hindurch bewegt und auf dem mehrere organische lichtemittierende Leuchtmittel hergestellt werden. Mit der Beschichtungsvorrichtung 301 wird ein OLED-Leuchtmittel mit drei Schichtstapel jeweils mit unterschiedlicher Emissionsschicht hergestellt, die, wie 3 zeigt, jeweils eine blaue, eine grüne und eine rote Emissionsschicht aufweist. Obwohl in 3 die Blenden 303 zur Herstellung von organischen Schichtstapeln mit unterschiedlichen Dicken der organischen Schichten, welche in drei verschiedenen Farben, wie blau, rot und grün, Licht emittieren, dargestellt sind, ist diese erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 301 nicht nur auf dieses Beispiel begrenzt, sondern sind auch OLED-Leuchtmittel denkbar, die mehr oder weniger als drei Schichtstapel oder auch Schichtstapel mit anderen Emissionsfarben aufweisen.
Die in 3 dargestellten Blenden 303 sind erfindungsgemäß stationär zwischen jeweils einer Beschichtungsquelle 302 und dem vorbeigeführten Substrat angeordnet. Es gibt in 3 fünf Bearbeitungsstationen 302.1 bis 302.5, jeweils mit einer stationären Blende 303.1 bis 303.5. Die erste Blende 303.1 weist eine Öffnung auf, die eine stufenartige Form aufweist. Sie ergibt sich aus einer Kombination von drei unterschiedlich großen Rechtecken A, B, C, die zusammengesetzt und mittig zu einander angeordnet sind. Jedes Rechteck stellt einen Teilbereich gemäß Erfindung dar, wobei diese Teilbereiche A, B, C eine unterschiedliche Ausdehnung in Substrattransportrichtung aufweisen bzw. teilweise ganz verschlossen sind. Die unterschiedliche Ausdehnung entspricht der jeweils unterschiedlichen Länge des jeweiligen Rechtecks in die Transportrichtung des Substrates. Diese Stufenkontur bestimmt in der Ausdehnung in Transportrichtung – im Zusammenhang mit der für alle Bereiche identischen stationären Beschichtungsrate und der Substrattransportgeschwindigkeit – die Schichtdicke der jeweiligen Schichtstapel. Je länger die Ausdehnung desto dicker wird die aufgedampfte Schicht.
In der ersten Beschichtungsstation 302.1 mit der Blende 303.1 wird für den jeweiligen Stapel jeweils eine Lochtransportschicht 203.1, 203.2, 203.3 (HTL) abgeschieden, insbesondere thermisch verdampft. Für den ersten Schichtstapel 1 ist die Schichtdicke der Lochtransportschicht 203.1 kleiner als in dem zweiten Schichtstapel 2 und dem dritten Schichtstapel 3. In der zweiten Beschichtungsstation 302.2 mit der Blende 303.2 wird nur bei dem ersten Schichtstapel 1 eine Emissionsschicht 204.1 aufgetragen, die in einer blauen Emissionsfarbe Licht emittiert. Die Länge der Ausdehnung des Teilbereiches A in der zweiten Beschichtungsstation 302.2 entspricht der Länge der Ausdehnung des Teilbereiches A in der ersten Beschichtungsstation 302.1. Somit ist die Schichtdicke der Lochtransportschicht 203.1 und der Emissionsschicht 204.1 für den ersten Schichtstapel 1 gleich. Für den zweiten Schichtstapel 2 und den dritten Schichtstapel 3 ist jeweils der Teilbereich ganz verschlossen, d. h. es gibt in der Blende 303.2 keine Öffnung durch welche der Beschichtungsvorgang statt finden könnte.
In der dritten Beschichtungsstation 302.3 weist die stationäre Blende 303.3 nur eine Öffnung auf, um die Emissionsschicht 204.2 auf den zweiten Schichtstapel 2 aufzutragen. Die Ausdehnung des Teilbereiches B, d. h. der Öffnung in die Transportrichtung, entspricht die Schichtdicke der aufgedampften Emissionsschicht 204.2, die geeignet ist, das Licht in blauer Farbe zu erzeugen. Für den ersten Schichtstapel 1 und dritten Schichtstapel 3 weist die Blende 303.3 keine Öffnung auf. Das heißt, dass die Teilbereiche A und C für die Blende 303.3 ganz verschlossen sind. In der vierten Bearbeitungsstation 302.4 weist die stationäre Blende 303.4 nur eine Öffnung für den Beschichtungsvorgang der Emissionsschicht 204.3 auf den dritten Schichtstapel 3. Die Ausdehnung des Teilbereiches, d. h. der Öffnung in die Transportrichtung, entspricht die Schichtdicke der aufgedampften Emissionsschicht 204.3, die geeignet ist, das Licht in roter Farbe zu emittieren. Für den ersten Schichtstapel 1 und zweiten Schichtstapel 2 weist die Blende 303.4 keine Öffnung auf. Das heißt, dass die Teilbereiche A und B für die Blende 303.4 ganz verschlossen sind. In der fünften Bearbeitungsstation 302.5 weist die stationäre Blende 303.5 jeweils einen Teilbereich für den jeweiligen Schichtstapel 1, 2, 3 für den Beschichtungsvorgang der Elektronentransportschicht 205.1, 205.2, 205.3 aus. Die Ausdehnung des jeweiligen Teilbereiches, d. h. der Öffnung in der Transportrichtung, entspricht jeweils die Schichtdicke der jeweiligen aufgedampften Elektronentransportschicht 205.1, 205.2, 205.3. Sie ist im Ausführungsbeispiel gleich dick für jede organische Schicht des jeweiligen Schichtstapels 1, 2 und 3. Allerdings unterschieden sich die Schichtdicken im Schichtstapel. Es ist allerdings denkbar, die Schichtdicke mit dieser erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung auch innerhalb eines Schichtstapels zu variieren.
Bezugszeichenliste

100: Substrat
101: Glättungsschicht
102: Anodenschicht
103: Lochtransportschicht (HTL)
104: Emissionsschicht (EML)
105: Elektrodentransportschicht (ETL)
106: Kathodenschicht
200: Substrat
201: Glättungsschicht
202: Anode
1, 2, 3: Entsprechend erster, zweiter und dritter organischer Schichtstapel
203.1, 203.2,: Lochtransportschicht für jeweiligen
203.3: Schichtstapel
204.1, 204.2,: Emissionsschicht für jeweiligen
204.3: Schichtstapel
205.1, 205.2,: Elektronentransportschicht für
205.3: jeweiligen Schichtstapel
206.1, 206.2,: Kathodenschicht für jeweiligen
206.3: Schichtstapel
300: Substrat
301: Beschichtungsvorrichtung
302.1–302.5: Beschichtungsstation, -quelle
303.1–303.5: Blenden
A, B, C: Teilbereiche

Claims

Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel, umfassend nebeneinander liegende Bereiche (1, 2, 3), die jeweils unterschiedliche Emissionsfarben aufweisen, wobei jeder der Bereiche (1, 2, 3) den folgenden Aufbau aufweist: – ein Substrat (200), – eine erste Elektrodenschicht (202, 206), – eine erste Ladungsträgertransportschicht (203, 205), – zumindest eine Emissionsschicht (204), – eine zweite Ladungsträgertransportschicht (203, 205), und – eine zweite Elektrodenschicht (202, 206) dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dicken von erster Ladungsträgertransport- (203, 205), Emissions- (204) und/oder zweiter Ladungsträgertransportschicht (203, 205) in den nebeneinander liegenden Bereichen (1, 2, 3) unterscheiden und jeweils so eingestellt sind, dass jeweils eine optimale Auskopplung für die im entsprechenden Bereich (1, 2, 3) emittierte Lichtfarbe erreichbar ist.
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Bereiche (1, 2, 3) eine Glättungsschicht (201) auf dem Substrat aufweist.
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Bereiche (1, 2, 3) zumindest eine zwischengeschaltete transparente Bufferschicht aufweist
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das emittierende Licht das Substrat (200) und die erste Elektrodenschicht (202, 206) transparent, und die zweite Elektrode intransparent ist.
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das emittierende Licht das Substrat (200) und die erste Elektrodenschicht (202, 206) intransparent und für die zweite Elektrode zumindest semitransparent, vorzugsweise transparent, ist.
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Elektroden ein transparentes leitendes Oxid, ein Metall oder ein leitendes organisches Material ist oder aus einem solchen besteht.
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat folienartig, flexibel und vorzugsweise auf eine Rolle aufwickelbar und von der Rolle abwickelbar ist, ohne dabei beschädigt zu werden
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschichten (204.1, 204.2, 204.3) von den jeweiligen Bereichen (1, 2, 3), die jeweils unterschiedliche Emissionsfarbe aufweisen, jeweils unterschiedliche lichtemittierende Materialien aufweisen.
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschichten (204.1, 204.2, 204.3) monochromes Licht emittieren.
Organisches lichtemittierendes Leuchtmittel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optima der Schichtdicken für jeweils einen Bereich aus Simulationen und/oder Versuchen ermittelbar sind.
Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung des organischen lichtemittierenden Leuchtmittels gemäß einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Vakuumkammer, eine Vorrichtung zum linearen Transport eines Substrates (300), mehrere Beschichtungsquellen (302.1–302.5) und Blenden (303.1–303.5) zur Einschränkung der exponierten Substratfläche bei Vorbeifahrt des Substrates (300) an den einzelnen Beschichtungsbereichen (302.1–302.5), wobei jeweils eine Blende (303.1–303.5) in mehrere, in der Richtung quer zum Substrattransport nebeneinander liegende Teilbereiche (A, B, C) unterteilt ist, welche unterschiedliche Ausdehnung entlang der Substrattransportrichtung aufweisen bzw. teilweise ganz verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Teilbereiche (A, B, C) so aufeinander abgestimmt ist, dass bei Vorbeifahrt des Substrates (300) an den Beschichtungsquellen (302.1–302.5) auf dem Substrat (300) nebeneinander liegende Bereiche (1, 2, 3) mit optimalen Schichtdicken für die Lichtauskopplung der jeweiligen Emissionsfarbe erzeugt sind.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (303.1–303.5) zwischen jeweils einer Beschichtungsquelle (302.1–302.5) und dem vorbeigeführten Substrat (300) stationär ausgebildet sind.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur horizontalen Linienführung des Substrats (300) an Beschichtungsquellen (302.1–302.5) aufweist, so dass die Beschichtungsrichtung vertikal ist.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die unterschiedliche Größe der Ausdehnung der jeweiligen Teilbereiche jeweils unterschiedliche Schichtdicken der jeweiligen abgeschiedenen Schicht einstellbar sind.
Verfahren zur Herstellung der organischen lichtemittierenden Leuchtmittel gemäß Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es die Verwendung der Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung von organisch lichtemittierenden Leuchtmitteln gemäß Ansprüchen 11 bis 14 sowie die Wahl optimaler Schichtdicken umfasst.