DE10261609A1 - Lichtemittierende Anordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Anordnung, bestehend aus einer Leiterplatte und einem lichtemittierenden Bauelement mit organischen Schichten. Das Bauelement weist wenigstens eine Ladungsträgertransportschicht für Elektronen bzw. Löcher aus einem organischen Material (5, 9, 25, 29, 45, 49) und eine lichtemittierende Schicht aus einem organischen Material (7, 27, 47) auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die organische Schichtenfolge auf einer Leiterplatte als Substrat aufgebracht ist und mit mindestens einer dotierten Transportschicht zur Verbesserung der Elektronen- bzw. Löcherinjektion versehen ist. Weiterhin können Schichten zur Verbesserung der substratseitigen Elektronen- oder Löcherinjektion (3, 23, 43) und Glättungsschichten (4, 24) eingesetzt werden. Die Abdichtung gegenüber Sauerstoff und Wasser zum Substrat hin geschieht durch eine Dünnglas-Schicht im oder auf dem Substrat.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Anordnung, bestehend aus einer Leiterplatte und einem lichtemittierenden Bauelement mit organischen Schichten, insbesondere organische Leuchtdiode nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 2.
  • Organische Leuchtdioden sind seit der Demonstration niedriger Arbeitsspannungen von Tang et al. 1987 [C.W. Tang et al., Appl. Phys. Lett. 51 (12), 913 (1987)] aussichtsreiche Kandidaten für die Realisierung großflächiger Displays. Sie bestehen aus einer Reihenfolge dünner (typischerweise 1nm bis 1μm) Schichten aus organischen Materialien, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder in ihrer polymeren Form aufgeschleudert oder gedruckt werden. Nach elektrischer Kontaktierung durch Metallschichten bilden sie vielfältige elektronische oder optoelektronische Bauelemente, wie z.B. Dioden, Leuchtdioden, Photodioden und Transistoren, die mit ihren Eigenschaften den etablierten Bauelementen auf der Basis anorganischer Schichten Konkurrenz machen. Im Falle der organischen Leuchtdioden (OLEDs) wird durch die Injektion von Ladungsträgern (Elektronen von der einen, Löcher von der anderen Seite) aus den Kontakten in die dazwischen befindlichen organischen Schichten infolge einer äußeren angelegten Spannung, der folgenden Bildung von Exzitonen (Elektron-Loch-Paaren) in einer aktiven Zone und der strahlenden Rekombination dieser Exzitonen, Licht erzeugt und von der Leuchtdiode emittiert.
  • Der Vorteil solcher Bauelemente auf organischer Basis gegenüber den konventionellen Bauelementen auf anorganischer Basis (Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid) besteht darin, dass es möglich ist, sehr großflächige Anzeigeelemente (Bildschirme, Screens) herzustellen. Die organischen Ausgangsmaterialien sind gegenüber den anorganischen Materialien relativ preiswert (geringer Material- und Energieaufwand). Obendrein können diese Materialien aufgrund ihrer gegenüber anorganischen Materialien geringen Prozeßtemperatur auf flexible Substrate aufgebracht werden, was eine ganze Reihe von neuartigen Anwendungen in der Display- und Beleuchtungstechnik eröffnet.
  • Übliche Bauelemente stellen eine Anordnung aus einer oder mehrerer der folgenden Schichten dar:
    • a) Träger, Substrat,
    • b) Basiselektrode, löcherinjizierend (Pluspol), transparent, c) Löcher injizierende Schicht,
    • d) Löcher transportierende Schicht (HTL), e) Licht emittierende Schicht (EL),
    • f) Elektronen transportierende Schicht (ETL), g) Elektronen injizierende Schicht,
    • h) Deckelektrode, meist ein Metall mit niedriger Austrittsarbeit, elektroneninjizierend (Minuspol),
    • i) Kapselung, zum Ausschluß von Umwelteinflüssen. Dies ist der allgemeinste Fall, meistens werden einige Schichten weggelassen (außer b, e und
    • h), oder aber eine Schicht kombiniert in sich mehrere Eigenschaften.
  • Der Lichtaustritt erfolgt bei der beschriebenen Schichtfolge durch die transparente Basiselektrode und das Substrat, während die Deckelektrode aus nicht transparenten Metallschichten besteht. Gängige Materialien für die Löcherinjektion sind fast ausschließlich Indium-Zinn-Oxid (ITO) als Injektionskontakt für Löcher (ein transparenter entarteter Halbleiter). Für die Elektroneninjektion kommen Materialien wie Aluminium (Al), Al in Kombination mit einer dünnen Schicht Lithiumfluorid (LiF), Magnesium (Mg), Kalzium (Ca) oder eine Mischschicht aus Mg und Silber (Ag) zum Einsatz.
  • Für viele Anwendungen ist es wünschenswert, dass die Lichtemission nicht zum Substrat hin, sondern durch die Deckelektrode erfolgt. Ein besonders wichtiges Beispiel hierfür sind z.B. Displays oder andere Leuchtelemente auf der Basis organischer Leuchtdioden, die auf intransparenten Substraten wie beispielsweise Leiterplatten aufgebaut werden. Da viele Anwendungen mehrere Funktionalitäten wir beispielsweise elektronische Bauelemente, Tastaturen und Displayfunktionen vereinen, wäre es außerordentlich vorteilhaft, wenn diese alle mit möglichst geringem Aufwand auf der Leiterplatte integriert werden könnten.
  • Leiterplatten können mit hohem Durchsatz vollautomatisch bestückt werden, was enorme Kosteneinsparungen bei der Produktion eines großflächigen integrierten Displays bedeutet. Unter Leiterplatten im Sinne der hier vorliegenden Erfindung verstehen wir also alle Vorrichtungen bzw. Substrate, bei denen andere Funktionelle Bauelemente als die OLEDs in einfacher Weise (z.B. durch Bonden, Löten, Kleben, Steckverbindungen) integriert werden können. Dies können herkömmliche Leiterplatten sein, aber auch keramische Leiterplattenähnliche Substrate auf deren einer Seite sich die OLEDs und auf deren anderer Seite und elektrisch verbunden mit den OLED sich verschiedene elektrische Funktionselemente befinden. Die Leiterplattenähnlichen Substrate können flach aber auch gebogen ausgeführt sein.
  • Die hierfür notwendige Emission durch die Deckelektrode kann für die oben beschriebene Reihenfolge der organischen Schichten (Deckelektrode ist die Kathode) dadurch erreicht werden, dass eine sehr dünne herkömmliche Metallelektrode aufgebracht wird. Da diese bei einer Dicke, welche hinreichend hohe Transmission aufweist, noch keine hohe Querleitfähigkeit erreicht, muss darauf noch ein transparentes Kontaktmaterial aufgebracht werden, z.B. ITO oder Zink dotiertes Indium-Oxid (z.B. US Patent Nr. 5,703,436 (S.R. Forrest et al.), eingereicht am 6.3.1996; US Patent Nr. 5,757,026 (S.R. Forrest et al.), eingereicht am 15.4.1996; US Patent Nr. 5,969,474 (M. Arai), eingereicht am 24.10.1997). Weitere bekannte Realisierungen dieser Struktur sehen eine organische Zwischenschicht zur Verbesserung der Elektronen-Injektion vor (z.B. G. Parthasarathy et al., Appl. Phys. Lett. 72, 2138 (1997); G. Parthasarathy et al., Adv. Mater. 11, 907 (1997)), welche teilweise durch Metallatome wie Lithium dotiert sein kann (G. Parthasarathy et al., Appl. Phys. Lett., 76, 2128 (2000)). Auf diese wird dann eine transparente Kontaktschicht (meistens ITO) aufgebracht. Allerdings ist ITO ohne Beimischung von Lithium o.a. Atomen der ersten Hauptgruppe in die Elektroneninjizierende Schicht an der Kathode schlecht zur Elektroneninjektion geeignet, was die Betriebsspannungen einer solchen LED erhöht. Die Beimischung von Li oder ähnlichen Atomen führt auf der anderen Seite zu Instabilitäten des Bauelementes wegen Diffusion der Atome durch die organischen Schichten.
  • Die alternative Möglichkeit zur transparenten Kathode besteht im Umkehren der Schichtreihenfolge, also der Ausführung des löcherinjizierenden transparenten Kontaktes (Anode) als Deckelektrode. Die Realisierung solcher invertierter Strukturen mit der Anode auf der LED bereitet in der Praxis jedoch erhebliche Schwierigkeiten. Wenn die Schichtfolge durch die löcherinjizierende Schicht abgeschlossen wird, so ist es erforderlich, das gebräuchliche Material für die Löcherinjektion, Indium-Zinn-Oxid (oder ein alternatives Material), auf die organische Schichtfolge aufzubringen (z.B. US Patent Nr. 5,981,306 (P. Burrows et al.), eingereicht am 12.9.1997). Dies verlangt meist Prozeßtechnologien, die mit den organischen Schichten schlecht verträglich sind und unter Umständen zur Beschädigung führen.
  • Ein entscheidender Nachteil der invertierten OLED auf vielen intransparenten Substraten ist die Tatsache, dass effiziente Elektronen-Injektion typischischerweise Materialien mit sehr niedriger Austrittsarbeit verlangt. Bei nichtinvertierten Strukturen kann dies teilweise dadurch umgangen werden, dass zwischen der Elektrode und der elektronenleitenden Schicht Zwischenschichten wie LiF eingebracht werden (Hung et al. 1997 US5677572 , Hung et al. Appl. Phys. Lett. 70, 152 (1997)). Es wurde jedoch gezeigt, dass diese Zwischenschichten nur wirksam werden, wenn die Elektrode anschließend aufgedampft wird (M.G. Mason, J. Appl. Phys. 89, 2756 (2001)). Damit ist ihre Verwendung bei invertierten OLEDs nicht möglich. Dies betrifft insbesondere auch invertierte Strukturen, welche auf Leiterplatten aufgebracht werden. Die auf Leiterplatten üblichen Kontaktmetalle (Kupfer, Nickel, Gold, Palladium, Zinn und Aluminium) erlauben aufgrund Ihrer größeren Austrittsarbeiten keine effiziente Elektroneninjektion bzw. sind wegen der Bildung einer Oxidschicht nicht zur Ladungsträgerinjektion geeignet.
  • Eine weitere Problematik bei der Realisierung von organischen Leuchtdioden besteht in der vergleichsweise großen Rauhigkeit von Leiterplatten. Dies führt dazu, dass häufig Defekte auftreten, da in den organischen Leuchtdioden an Stellen mit geringerer Schichtdicke Feldspitzen und Kurzschlüsse auftreten. Das Kurzschluss-Problem liesse sich durch OLEDs mit dicken Transportschichten lösen. Dies führt aber im Allgemeinen zu einer höheren Betriebsspannung und verringerter Effizienz der OLED.
  • Eine weitere Problematik bei der Realisierung einer organischen Leuchtdiode oder eines organischen Displays auf einer Leiterplatte ist die Abdichtung der OLED zum Substrat hin. OLED sind gegen die Normalatmosphäre, insbesondere gegen Sauerstoff und Wasser sehr emfindlich. Um eine schnelle Degradation zu verhindern, ist eine sehr gute Abdichtung unabdingbar. Dies ist bei einer Leiterplatte nicht gewährleistet (Permeabilitätsraten für Wasser und Sauerstoff von unter 10-4 Gramm pro Tag und Quadratmeter sind erforderlich).
  • Leiterplatten werden üblicherweise mit mindestens einer und bis zu 34 und mehr Cu-Lagen aufgebaut. Die heute zum Einsatz gebrachten Halbzeuge (Laminate) basieren auf einem mit Epoxidharz getränkten Glasgewebe in den Dicken von 50 μm aufwärts bis 2 mm. Auf Grund des Kompositaufbaues ergeben sich physikalische Kennwerte, die einen Einsatz als Substratmaterial für OLED's nicht erlauben. So beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient 58 ppm/grd und die Feuchtigkeitsaufnahme nach 2 h bis zu 0,23 %.
  • In der Literatur sind schon Verbindungen von organischen Leuchtdioden und Leiterplatten, auf denen sich die Treiberchips zum Ansteuern der OLEDs befinden, vorgeschlagen wurden.
  • Ein Ansatz ist der von Chingping Wei et al. ( US 5703394, 1996 ; US 5747363, 1997 , Motorola Inc.), Juang Dar-Chang et al. ( US 6333603, 2000 ) und E.Y. Park ( US 2002/44441, 2001 ) vorgeschlagene, bei dem das Substrat auf dem die OLEDs hergestellt werden und die Leiterplatte auf dem sich die elektrischen Bauteile zum Ansteuern der OLEDs befinden zwei getrennte Teile sind und diese nachher miteinander verbunden werden.
  • In der Patentanmeldung von Kusaka Teruo ( US 6201346, 1998 , NEC Corp.) wird die Verwendung von "Heat sinks" (also Wärmeableitenden Elementen) auf der Rückseite der Leiterplatte (auf der Vorderseite befinden sich die OLEDs) während der Herstellung der OLEDs vorgeschlagen. Diese Heat Sinks sollen ein Aufheizen der OLED und des Substrates während des Herstellungsprozesses der OLED verhindern.
    •
  • Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es, eine Leiterplatte mit Display- oder Leuchtfunktion auf Basis organischer Leuchtdioden anzugeben, wobei die Lichtemission mit hoher Leistungseffizienz und Langlebigkeit (hohe Stabilität) erfolgen soll.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 oder 2 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
  • Die Kompatibilität der organischen Leuchtdioden wird durch eine geeignete neuartige Schichtenfolge gemäß Anspruch 1 erreicht. Hierzu wird eine dünne hochdotierte organische Zwischenschicht verwendet, die für eine effiziente Injektion von Ladungsträgern sorgt, wobei im Sinne der Erfindung bevorzugt eine Schicht verwendet wird, die eine Morphologie mit kristallinen Anteilen bildet. Anschließend kann zur Glättung eine organische Zwischenschicht mit hoher Glastemperatur verwendet werden, wobei diese wiederum zu effizienten Injektion und zur Herstellung einer hohen Leitfähigkeit dotiert ist. Im folgenden kann der Schichtaufbau einer konventionellen (Anode auf der Substratseite) oder invertierten (Kathode auf der Substratseite) organischen Leuchtdiode gleichen. Eine bevorzugte Ausführung für eine invertierte OLED mit dotierten Transportschichten und Blockschichten ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 101 35 513.0 (2001), X. Zhou et al., Appl. Phys. Lett. 81, 922 (2002) gegeben. Vorteilhaft ist ebenfalls die Verwendung einer hochdotierten Schutzschicht bevor die transparente Anode (oder Kathode bei normalem Schicht-Aufbau) auf das Bauelement aufgebracht wird. Unter Dotierung im Sinne der Erfindung verstehen wir die Beimischung von organischen oder anorganischen Molekülen zur Steigerung der Leitfähigkeit der Schicht. Dazu werden für die p-Dotierung eines Löchertransportmaterials Akzeptorartige Moleküle und für die n-Dotierung der Elektronentransportschicht Donatorartige Moleküle verwendet. Dies ist in der Patentanmeldung DE 10 13 551.3 ausführlich dargestellt.
  • Weiterhin wird bei der vorliegenden Erfindung das Problem der Abdichtung dadurch gelöst, dass in die übliche Schichtfolge der Leiterplatte eine oder mehrere Schichten Dünnglas (zwischen 30 Mikrometer und 2mm dick) gemäß Anspruch 2 eingefügt werden. Durch Einfügen von Dünnglaslaminaten werden die positiven Eigenschaften des Glases auf das Gesamtsystem übertragen und gleichzeitig die Flexibilität des Trägermaterials erhalten. Die hervorragende Oberflächengüte des Glaslaminates kann bis zur Kathode der OLED transformiert werden, so dass eine ebene Kontaktfläche entsteht.
  • Leiterplatten mit Dünnglas als Laminat zeichnen sich durch sehr gute Dimensionsstabilität und durch an das Silizium angepasste Ausdehnungskoeffizienten aus (Ausdehnungskoeffizient CTE = 7 ppm/grd).
  • Dieser Schaltungsträger wird nach den bekannten Verfahren der Leiterplattentechnologie bearbeitet, d. h. die innenliegenden Leiterbahnebenen werden vor dem Verpressen fotolithografisch abgebildet und nasschemisch strukturiert. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Leiterbahnebenen werden durch übliche Verfahren wie mechanisches oder Laserbohren der Verbindungslöcher und anschließender Metallisierung hergestellt.
  • Auf der der OLED abgewandten Seite können aktive und passive Bauelemente bestückt werden.
  • Ein alternatives Verfahren zur Abdichtung der Leiterplatte besteht im Auftragen einer Plasmaglasur (CVD-Verfahren) aus SiOx-Schichten. Diese besitzen vergleichbare Eigenschaften zum Glas, wie Farblosigkeit und Transparenz. Dadurch wird ebenso eine geringe Permeabilität gegenüber Sauerstoff und Wasser erreicht. Diese Schichten können auch vorteilhaft zur Kapselung einer fertigen OLED gegenüber Umwelteinflüssen eingesetzt werden.
  • Zur elektrischen Verbindung der einzelnen OLED-Kontakte auf der einen Seite des Substrates (z.B. Leiterplatte) mit den auf der anderen Seite des Substrates (z.B. Leiterplatte) aufgebrachten Elektronikbausteinen sind Durchkontaktierungen notwendig. Diese sollen in bekannter Technik ausgeführt werden.
  • Ein Aufheizen der OLED und des Substrates stellt bei der hier vorgeschlagenen Lösung kein Problem dar, da die dotierten Schichten sehr stabil gegenüber Wärmeentwicklung sind und diese auch sehr gut ableiten können. Heat Sinks wie in US 6201346 beschrieben sind daher nicht notwendig.
  • Eine vorteilhafte Ausführung einer Struktur einer erfindungsgemäßen Darstellung einer organischen Leuchtdiode (in invertierter Form) auf einer Leiterplatte beinhaltet folgende Schichten:
    •
  • Ausführungsbeispiel 1:
    • 1. Leiterplatte, mit integrierter Dünnglas-Schicht
    • 2. Elektrode aus einem in der Leiterplattenfertigung üblichen Material (Kathode = Minuspol),
    • 3. n-dotierte Elektronen injizierende und transportierende Schicht,
    • 4. n-dotierte Glättungsschicht
    • 5. n-dotierte Elektronentransportschicht
    • 6. dünnere elektronenseitige Blockschicht aus einem Material dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 7. lichtemittierende Schicht,
    • 8. löcherseitige Blockschicht (typischerweise dünner als Schicht 7) aus einem Material, dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 9. p-dotierte Löcher injizierende und transportierende Schicht,
    • 10. Schutzschicht (typischerweise dünner als Schicht 7), Morphologie mit hohem kristallinem Anteil, hoch p-dotiert
    • 11. Elektrode, löcherinjizierend (Anode=Pluspol), vorzugsweise transparent,
    • 12. Kapselung, zum Ausschluß von Umwelteinflüssen.
  • Wenn das Leiterplattenmaterial als solches bereits eine genügend geringe Permeabilität gegenüber Sauerstoff und Wasser aufweist, oder durch andere Mittel diese aufweist, dann ist eine Vorteilhafte Ausführung analog Ausführungsbeispiel 1 folgendes:
  • Ausführungsbeispiel 2:
    • 1. Leiterplatte,
    • 2. Elektrode aus einem in der Leiterplattenfertigung üblichen Material (Kathode = Minuspol),
    • 3. n-dotierte Elektronen injizierende und transportierende Schicht,
    • 4. n-dotierte Glättungsschicht
    • 5. n-dotierte Elektronentransportschicht
    • 6. dünnere elektronenseitige Blockschicht aus einem Material dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 7. lichtemittierende Schicht,
    • 8. löcherseitige Blockschicht (typischerweise dünner als Schicht 7) aus einem Material, dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 9. p-dotierte Löcher injizierende und transportierende Schicht,
    • 10. Schutzschicht (typischerweise dünner als Schicht 7), Morphologie mit hohem kristallinem Anteil, hoch p-dotiert
    • 11. Elektrode, löcherinjizierend (Anode=Pluspol), vorzugsweise transparent,
    • 12. Kapselung, zum Ausschluß von Umwelteinflüssen.
  • Eine vorteilhafte Ausührung einer Struktur einer erfindungsgemäßen OLED mit der üblichen Schichtfolge (Anode unten auf nichttransparentem Substrat) ist:
  • Ausführungsbeispiel 3:
    • 21. Leiterplatte, mit integrierter Dünnglas-Schicht (analog zu erschliessen: ohne integriertes Dünnglas, siehe Ausführungsbeispiel 2)
    • 22. Elektrode aus einem in der Leiterplattenfertigung üblichen Material (Anode=Pluspol),
    • 23. p-dotierte Löcher injizierende und transportierende Schicht,
    • 24. p-dotierte Glättungsschicht
    • 25. p-dotierte Löchertransportschicht
    • 26. dünnere löcherseitige Blockschicht aus einem Material dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 27. lichtemittierende Schicht,
    • 28. elektronenseitige Blockschicht (typischerweise dünner als Schicht 7) aus einem Material, dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 29. n-dotierte Elektronen injizierende und transportierende Schicht,
    • 30. Schutzschicht (typischerweise dünner als Schicht 7), Morphologie mit hohem kristallinem Anteil, hoch n-dotiert
    • 31. Elektrode, elektroneninjizierend (Kathode = Minuspol), vorzugsweise transparent,
    • 32. Kapselung, zum Ausschluß von Umwelteinflüssen.
  • Es ist auch im Sinne der Erfindung, wenn die Glättungsschicht (4, 24) weggelassen wird oder aus einem zum Material der injizierenden Schicht (3, 23) oder der transportierenden Schichten (5, 25) und (6, 26) identischen oder ähnlichen Material besteht. Eine solche vorteilhafte Ausführung ist (normaler Schichtaufbau, invertierter Schichtaufbau mit dann zwei Elektronentransportschichten analog zu erschließen):
  • Ausführungsbeispiel 4
    • 21. Leiterplatte, mit integrierter Dünnglas-Schicht (analog zu erschliessen: ohne integriertes Dünnglas, siehe Ausführungsbeispiel 2)
    • 22. Elektrode aus einem in der Leiterplattenfertigung üblichen Material (Anode=Pluspol),
    • 23. p-dotierte Löcher injizierende und transportierende Schicht,
    • 25. p-dotierte Löchertransportschicht
    • 26. dünnere löcherseitige Blockschicht aus einem Material dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 27. lichtemittierende Schicht,
    • 28. elektronenseitige Blockschicht (typischerweise dünner als Schicht 7) aus einem Material, dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 29. n-dotierte Elektronen injizierende und transportierende Schicht,
    • 30. Schutzschicht (typischerweise dünner als Schicht 7), Morphologie mit hohem kristallinem Anteil, hoch n-dotiert
    • 31. Elektrode, elektroneninjizierend (Kathode = Minuspol), vorzugsweise transparent,
    • 32. Kapselung, zum Ausschluß von Umwelteinflüssen.
  • Unter Umständen kann die Löcherinjizierende Schicht und die Löchertransportierende Schicht auch zusammengefasst werden. Eine solche vorteilhafte Ausführung ist (normaler Schichtaufbau, invertierter Schichtaufbau mit dann nur einer Elektronentransportschicht analog zu erschließen):
  • Ausführungsbeispiel 5:
    • 21. Leiterplatte, mit integrierter Dünnglas-Schicht (analog zu erschliessen: ohne integriertes Dünnglas, siehe Ausführungsbeispiel 2)
    • 22. Elektrode aus einem in der Leiterplattenfertigung üblichen Material (Anode=Pluspol),
    • 23. p-dotierte Löcher injizierende und transportierende Schicht,
    • 26. dünnere löcherseitige Blockschicht aus einem Material dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 27. lichtemittierende Schicht,
    • 28. elektronenseitige Blockschicht (typischerweise dünner als Schicht 7) aus einem Material, dessen Bandlagen zu den Bandlagen der sie umgebenden Schichten passt,
    • 29. n-dotierte Elektronen injizierende und transportierende Schicht,
    • 30. Schutzschicht (typischerweise dünner als Schicht 7), Morphologie mit hohem kristallinem Anteil, hoch n-dotiert
    • 31. Elektrode, elektroneninjizierend (Kathode = Minuspol), vorzugsweise transparent,
    • 32. Kapselung, zum Ausschluß von Umwelteinflüssen.
  • Weiterhin ist es auch im Sinne der Erfindung, wenn nur eine Seite (löcher- oder elektronenleitende) dotiert sein. Die molaren Dotierungskonzentrationen liegen typischerweise im Bereich von 1:10 bis 1:10000. Falls die Dotanden wesentlich kleiner sind als die Matrixmoleküle, können in Ausnahmefällen auch mehr Dotanden als Matrixmoleküle in der Schicht sein (bis 5:1). Die Dotanden können organische oder anorganische Moleküle sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Beispielen mit Materialien noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
  • Bild 1 eine Schichtfolge für den Fall einer invertierten dotierten OLED mit Schutzschicht, wobei sich die Zahlenangaben auf die oben beschriebene invertierte OLED beziehen.
  • Eine konventionelle OLED (ohne umgekehrte Schichtenfolge) mit Schutzschicht kann analog erschlossen werden.
  • Als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel soll hier eine Lösung für einen Aufbau mit invertierter Schichtfolge angegeben werden.
  • Ausführungsbeispiel 6
    • 41. Substrat (Leiterplatte), mit Dünnglas-Schicht
    • 42. Elektrode: Kupfer (Kathode)
    • 43. 5nm Alq3 (Aluminium-tris-quinolate), dotiert mit Cäsium 5:1
    • 44. 40nm Bathophenanthrolin (Bphen), dotiert mit Cäsium 5:1
    • 45. 5 nm BPhen, undotiert
    • 47. elektrolumineszierende und elektronenleitende Schicht: 20nm Alq3,
    • 48. löcherseitige Blockschicht: 5nm Triphenyldiamin (TPD),
    • 49. p-dotierte Schicht: 100nm Starburst 2-TNATA 50:1 dotiert mit F4-TCNQ,
    • 50. Schutzschicht: 20nm Zink-Phthalocyanin, multikristallin, 50:1 dotiert mit F4-TCNQ, alternativ: 20 nm Pentacen, multikristallin, 50:1 dotiert mit F4-TCNQ,
    • 51. transparente Elektrode (Anode): Indium-Zinn-Oxid (ITO).
  • Hier wirkt die Schicht 45 als Elektronenleitende und als Blockschicht. Im Beispiel 6 wurden die dotierten Elektronenleitenden Schichten (43, 44) mit einem molekularen Dotanden (Cäsium) dotiert. Im folgenden Beispiel wird diese Dotierung mit einem molekularen Dotanden vorgenommen:
  • Ausführungsbeispiel 7:
    • 41. Substrat (Leiterplatte), mit Dünnglas-Schicht
    • 42. Elektrode: Kupfer (Kathode)
    • 43. 5nm Alq3 (Aluminium-tris-quinolate), dotiert mit Pyronin B 50:1
    • 44. 40nm Bathophenanthrolin (Bphen), dotiert mit Pyronin B 50:1
    • 45. 5 nm BPhen, undotiert
    • 47. elektrolumineszierende und elektronenleitende Schicht: 20nm Alq3,
    • 48. löcherseitige Blockschicht: 5nm Triphenyldiamin (TPD),
    • 49. p-dotierte Schicht: 100nm Starburst 2-TNATA 50:1 dotiert mit F4-TCNQ,
    • 50. Schutzschicht: 20nm Zink-Phthalocyanin, multikristallin, 50:1 dotiert mit F4-TCNQ, alternativ: 20 nm Pentacen, multikristallin, 50:1 dotiert mit F4-TCNQ,
    • 51. transparente Elektrode (Anode): Indium-Zinn-Oxid (ITO).
  • Die gemischten Schichten (43, 44, 49, 50) werden in einem Aufdampfprozeß im Vakuum in Mischverdampfung hergestellt. Prinzipiell können solche Schichten auch durch andere Verfahren hergestellt werden, wie z.B. einem Aufeinanderdampfen der Substanzen mit anschließender möglicherweise temperaturgesteuerter Diffusion der Substanzen ineinander; oder durch anderes Ausbringen (z.B. Aufschleudern oder Drucken) der bereits gemischten Substanzen im oder außerhalb des Vakuums. Unter Umständen muss der Dotand während des Herstellungsprozesses oder in der Schicht durch geeignete physikalische und/oder chemische Massnahmen (z.B. Licht, elektrische, magnetische Felder) noch aktiviert werden Die Schichten (45), (47), (48) wurden ebenfalls im Vakuum aufgedampft, können aber auch anders hergestellt werden, z.B. durch Aufschleudern innerhalb oder außerhalb des Vakuums.
  • Im weiteren werden noch Ausführungsbeispiele für den Ausbau des Substrates, also der Leiterplatte mit Dünnglasschicht oder Dünnglasschichten beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • Bild 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer Schicht Dünnglas in der Leiterplatte.
  • Bild 3 ein Ausführungsbeispiel mit einer Schicht Dünnglas auf der Leiterplatte.
  • Bild 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer Schicht Dünnglas in der Leiterplatte und einer Schicht auf der Leiterplatte.
  • Bild 5 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Schichten Dünnglas in der Leiterplatte und einer Schicht auf der Leiterplatte.
  • Hierbei ist mit:
    • 1: das gesamte Substrat für die Lichtemittierende Anordnung (OLED), wie in den vorigen Ausführungsbeispielen 1 bis 7 bezeichnet,
    • 101: eine sich im Substrat (z.B. Leiterplatte) befindliche Schicht Dünnglas bezeichnet,
    • 102: eine sich auf dem Substrat (zunächst der OLED) befindliche Schicht Dünnglas bezeichnet.
  • Weitere Kombinationen sind denkbar und erschließen sich dem Fachmann ohne weiteres.
  • Die Schichten Dünnglas sind dabei jeweils zwischen 30μm und 2mm dick.
  • Alternativ zu den Dünnglasschichten können andere Abdichtschichten Verwendung finden. Ein Beispiel hierzu ist die Abdichtung mittels SiOx-Schichten (Siliziumoxid), hergestellt durch eine Plasmaglasur (CVD-Verfahren, "chemical vapour deposition" – Verfahren) von SiOx-Schichten erreicht werden, die vergleichbare Eigenschaften wie Farblosigkeit und Transparenz zum Glas besitzt. Ebenso können Stickoxid-Schichten (NOx) Verwendung finden, die ebenso durch ein plasmaunterstütztes Verfahren hergestellt werden.

Claims (14)

  1. Lichtemittierende Anordnung bestehend aus einer Leiterplatte und einem lichtemittierenden Bauelement mit organischen Schichten, insbesondere organische Leuchtdiode, bestehend aus wenigstens einer Ladungsträgertransportschicht für Elektronen bzw. Löcher aus einem organischen Material (5, 9, 25, 29, 45, 49) und einer Licht emittierenden Schicht aus einem organischem Material (7, 27, 47), dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Bauelement eine dotierte Transportschicht aufweist, die mit dem Kontaktmaterial der Leiterplatte (2, 22, 42) verbunden ist, wobei die Dotierung im Falle einer Löchertransportschicht (23) zunächst dem Leiterplattenkontaktmaterial (22) aktzeptorartig und im Falle einer Elektronentransportschicht (3, 43) zunächst dem Leiterplattenkontaktmaterial (2, 42) donatorartig dotiert ist.
  2. Lichtemittierende Anordnung bestehend aus einer Leiterplatte und einem lichtemittierenden Bauelement mit organischen Schichten, insbesondere organische Leuchtdiode, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Bauelement auf einer Leiterplatte als Substrat aufgebracht ist und dass im oder auf dem Substrat eine oder mehrere Schichten Dünnglas integriert sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Schichtenfolge auf einer Leiterplatte als Substrat aufgebracht ist und dass im oder auf dem Substrat eine oder mehrere Schichten Dünnglas integriert sind.
  4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dotierte Injektions- und Transportschicht (3, 23, 43) und der Kontaktschicht der Leiterplatte (2, 22, 42) eine oder mehrere weitere dotierten Transportschichten (4, 5, 24, 25, 44, 45) aufgebracht sind.
  5. Anordnung nach Ansprüchen 1, 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dotierten Injektions- und Transportschicht (3, 23, 43) und der substratseitigen Transportschicht (5, 25, 45) eine dotierte Glättungsschicht (4, 24, 44) aus einem Material mit hoher Glastemperatur aufgebracht ist
  6. Anordnung nach Ansprüchen 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der Schichten: substratseitige Injektions- und Transportschicht (3, 23, 43), Glättungsschicht (4, 24, 44) und substratseitige Transportschicht (5, 25, 45) dotiert ist und diese die dickste der beteiligten substratseitigen Transportschichten ist.
  7. Anordnung nach Ansprüchen 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Konzentration der Beimischung in den dotierten Injektions- und Transportschichten (3, 23, 43), der Glättungsschicht (4, 24, 44), und den Transportschichten (5, 9, 25, 29, 45, 49) im Bereich 1:100.000 bis 5:1 bezogen auf das Verhältnis Dotierungsmoleküle zu Hauptsubstanzmoleküle liegt.
  8. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (11) transparent oder semitransparent und mit einer Schutzschicht (12) versehen ist.
  9. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Substrat abgewandte Kontaktschicht (11) metallisch und semitransparent ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über der semitransparenten Metallschicht eine weitere transparente Kontaktschicht zur Querleitung aufgebracht ist 11. Anordnung nach Ansprüchen 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnglasschicht nicht vorhanden ist oder durch eine andere geeignete Verkapselung ersetzt ist.
  11. Anordnung nach Ansprüchen 3–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer oder mehrerer SiOx -Schichten, hergestellt durch Plasmaglasur mittels eines CVD-Verfahrens, versehen ist.
  12. Anordnung nach Ansprüchen 3–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer oder mehrerer NOx -Schichten, hergestellt durch Plasmaglasur mittels eines CVD-Verfahrens, versehen ist.
  13. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte ein beliebiges Substrat ist, bei dem die lichtemittierenden Bauelemente mit elektrischen funktionalen Bauelementen kombiniert und elektrisch verbunden werden werden, wobei die elektrischen Bauelemente nicht direkt auf dem Substrat hergestellt werden.
  14. Anordnung nach Ansprüchen 2–10 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht oder die Schichten Dünnglas jeweils zwischen 30μm und 2mm dick sind.
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