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Die vorliegenden Erfindung bezieht
sich allgemein auf Lichtemittierende Bauelemente und in speziellen
Ausführungsbeispielen
auf organische Leuchtdioden bzw. organische lichtemittierende Dioden,
kurz OLEDs (OLED = Organic Light Emitting Diode). Insbesondere bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf die Konverterschichten zum Umwandeln des
Lichts des Emissionsspektrums dieser lichtemittierenden Bauelemente
in Licht eines anderen Emissionsspektrums.
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Organische Leuchtdioden leuchten
mittels einer organischen Schicht aus einem organischen Material,
das bei Anlegen einer Spannung über
dasselbe Licht eines gewissen Emissionsspektrums emittiert. Grundsätzlich umfassen
organische Leuchtdioden deshalb eine organische Schicht aus einem
organischen Material mit obigen Eigenschaften, für das im folgenden der Ausdruck
OLED-Material verwendet wird, eine Elektrodenstruktur aus sich zwei über die
organische Schicht gegenüberliegenden
Elektroden zum Anlegen einer Spannung über die organische Schicht
und gegebenenfalls ein Substrat, auf dem diese Schichtfolge angeordnet
ist.
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Unter den organischen Leuchtdioden
werden sogenannte Substratemitter von Topemittern unterschieden.
Organische Leuchtdioden des Substratemittertyps strahlen das Licht
von der organischen Schicht durch das Substrat hinweg ab, während Topemitter
vorgesehen sind, um ihr effektiv wirkendes emittiertes Licht in
Richtung von dem Substrat weg zu emittieren. Ferner können organische
Leuchtdioden nach Art des Aggregatzustandes des organischen Materials
unterschieden werden, in welchem sich das organische Material vor
der Aufbringung der organischen Schicht befindet, nämlich in
verdampfter Form oder in flüssiger
Form.
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Welches Emissionsspektrum bzw. welche Farbe
eine organische Leuchtdiode emittiert hängt zunächst von der Art des organischen
Materials ab. Das Anlegen der Spannung über die organische Schicht
erzeugt ein elektrisches Feld, das wiederum eine Anregung von Atomen
in dem organischen Material und schließlich zu einer Wanderung von
Elektronen und Löchern
entgegengesetzt zueinander bewirkt. Beim Zusammentreffen von Elektronen
mit Löchern
wird eine Rekombination bewirkt, bei der, je nach Beschaffenheit
des organischen Materials, unterschiedlich viel Energie in Form
von Licht freigesetzt wird. Da die Auswahl an organischem Material begrenzt
ist, gibt es organische Leuchtdioden, die zusätzlich zur organischen lichtemittierenden
Schicht eine Lichtumwandlungsschicht aufweisen, die entweder Filtereigenschaften
aufweist, um das Emissionsspektrum der organischen Schicht in bestimmten
Bereichen durch Absorption herauszufiltern, oder fluoreszierende
oder phosphoreszierende Eigenschaften aufweist, nach denen das von
der organischen Schicht emittierte Licht in der Lichtumwandlungsschicht
absorbiert wird und nach Übergang
von einem angeregten in einen anderen energetischen Zustand Licht
mit einem anderen Emissionsspektrum wieder emittiert wird.
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Organische Leuchtdioden sind Grundlage vielversprechender
neuer Flachdisplays bzw. Flachanzeigen oder Flachbildschirme geworden.
Gegenüber
bekannten Flachdisplay-Konzepten haben Displays auf der Basis organischer
Leuchtdioden viele Vorteile, wie z.B. der große Blickwinkel, die Selbstemission
des Displays, die keine Hinterleuchtung verlangt, und die Möglichkeit,
Displays mit sehr geringem Leistungsverbrauch zu verwirklichen.
Um ein farbiges Display zu realisieren, müssen die einzelnen Bildelemente,
genannt Pixel, des Displays in Bereiche bzw. Pixelbereiche eingeteilt
werden, die Licht verschiedener Farbe emittieren.
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Zur Erzeugung verschiedener Farben
bzw. eines Farb-Displays gibt es prinzipiell zwei Ansätze. Zum
einen können
die Bildelemente bzw. Pixel so ausgelegt werden, dass an jedem Bildelement
eine Unterteilung in sogenannte Subpixel mit jeweils einer eigenen
Emissionsfarbe stattfindet, d.h. an den lichtemittierenden Bereichen
der einzelnen Subpixeln wird unterschiedliches Licht erzeugt. Dadurch
werden dann die einzelnen Farben bzw. Primärfarben des Displays, wie z.B.
Rot, Grün
und Blau, von jeweils räumlich
separierten organischen Leuchtdioden mit verschiedenen emissionsfarbenen
an räumlich
separierten Pixelbereichen erzeugt, die sich dann im Auge des Betrachters
zu einer beliebigen gewünschten
Farbe mischen. Alternativ kann dieser Ansatz realisiert werden,
indem die Leuchtdiode als Bauelement so ausgelegt wird, dass die
Schichten, die die einzelnen Farben emittieren, übereinander gestapelt werden,
so dass von jedem Pixelbereich jede Farbe emittiert werden kann.
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Die zweite Möglichkeit, die verschiedenen Farben
des Displays zu realisieren, besteht darin, das Farb-Display nicht
mit organischen Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionsfarbe zu
versehen, sondern nur organische Leuchtdioden zu verwenden, die in
ein und derselben Farbe emittieren, aber dabei diese Emissionsfarbe
durch entsprechende Lichtumwandlungselemente in eine der Primärfarben
umzuwandeln. Mit dieser Anordnung wird auch ein erhebliches Problem
bei der Realisierung von Farbdisplays auf der Basis organischer
Leuchtdioden gelöst:
organische Leuchtdioden altern während
des Betriebs und verlieren für
eine gegebene Stromdichte an Helligkeit. Diese Alterung unterscheidet
sich bei den einzelnen Farben, was als sogenannte differentielle
Alterung bezeichnet wird, so dass durch die Alterung die Farben
des Displays zunehmend verfälscht
werden, falls nicht eine Nachregelung durchgeführt werden kann.
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Bei der Konvertierung gibt es wiederum
zwei verschiedene Prinzipien. Zum einen können die verschiedenen Farben
für ein
Vollfarb-Display in den einzelnen Pixelbereichen realisiert werden,
indem die organische Leuchtdiode jedes Pixelbereiches zunächst weißes Licht
erzeugt und anschließend
durch eine Filterschicht aus dem weißen Licht in jedem Pi xelbereich
die gewünschte
Displayfarbe bzw. die gewünschte
aus den Primärfarben
herausgefiltert wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass beim
Filtern jeweils die nicht benötigten
anderen Farben verloren gehen, wodurch die Effizienz des Displays
stark reduziert wird.
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Vorteilhafter ist die zweite mögliche Lösung, bei
der die organische Leuchtdiode jedes Pixelbereiches bzw. die organische
Schicht nur eine Primärfarbe
emittiert, die dann durch Fluoreszenz- oder Phosphoreszenz-Konverter
in eine der anderen Primärfarben
umgewandelt wird. Verschiedene Konverter sind für die verschiedenen Primärfarben
vorgesehen. In der Regel könnte
diese Vorgehensweise realisiert werden, indem die Leuchtdiode blaues
Licht emittiert und durch Konversion beispielsweise grünes und
rotes Licht erzeugt wird.
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Bisher war jedoch die Konversionslösung mit erheblichen
Nachteilen behaftet. Die vorhandenen Materialien sind entweder nur
mit sehr eingeschränkten
Farbbereichen erhältlich
oder sie sind instabil. Das erstere trifft für die Konversion mit anorganischen
Phosphoren zu. Hier werden in Regel Übergänge der inneren Schalen von
Metallatomen ausgenutzt. Diese Übergänge decken
jedoch nur relativ begrenzte spektrale Bereiche ab und können nur
eingeschränkt
variiert werden. Deswegen sind prinzipiell organische Farbstoffe
als Konverter besser geeignet, da sie durch die Möglichkeit
in der organischen Synthese-Chemie eine beinahe unbegrenzte Variabilität der Absorptions-
und Emissionswellenlänge
erlauben.
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Die Anwendung der Konversion mit
organischen Farbstoffen auf lichtemittierende Bauelemente stößt jedoch
auf enorme Probleme, da die organischen Farbstoffe zumeist nicht
ausreichend stabil sind. Üblicherweise
werden die organische Farbstoffe bei ihrem Einsatz als Konverter
in eine polymere Matrix eingebettet. Die Lebensdauer dieser Konverterfarbstoffe
ist gewöhnlich
jedoch zu gering, um eine ausreichen de Lebensdauer für Beleuchtungs-
oder Displayanwendungen zu erreichen. Deswegen konnten beispielsweise
weiße
Leuchtdioden auf der Basis anorganischer blauer Leuchtdioden mit
Konvertern bisher nur mit anorganischen Konvertermaterialien realisiert
werden.
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Es wäre wünschenswert, wenn Konverterschichten
zur Verfügung
stünden,
die eine ausreichende Lebensdauer besäßen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht folglich darin, ein lichtemittierendes Bauelement bzw. ein
Verfahren zum Herstellen eines solchen zu schaffen, so dass einerseits
eine Verbesserung der Lebensdauer und andererseits eine Vereinfachung
und leichtere Herstellung des lichtemittierenden Bauelements ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein lichtemittierendes
Bauelement gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
12 gelöst.
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Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass eine Konverterschicht zum Umwandeln des Lichts eines
ersten Emissionsspektrums in Licht eines zweiten Emissionsspektrums
mit einer höheren
Lebensdauer erhalten werden kann, indem ein organischer Farbstoff,
der Licht zumindest einer Wellenlänge in dem ersten Emissionsspektrum absorbiert
und ansprechend hierauf Licht mit dem zweiten Emissionsspektrum
emittiert, mit einem anorganischen Material in Form einer Mischung
zu der Konverterschicht vermengt wird. Die Vorteile der organischen
Synthese-Chemie in Hinblick auf die nahezu unbegrenzte Variabilität der Absorptions- und Emissionswellenlängen bleibt
hiermit erhalten. Der Nachteil der organischen Farbstoffe in Hinblick
auf ihre unzureichende Stabilität
wird durch die Vermischung des organischen Farbstoffs in dem anorganischen
Material überwunden.
Die sich ergebende Konverterschicht kann bei geeigneter Auswahl
des anorganischen Materials zudem gleichzeitig die Rolle einer transparenten
Anode oder Kathode überneh men,
in welchem Fall sich der Aufbau des lichtemittierenden Bauelementes
vereinfachen würde.
Zudem ermöglicht
es die erfindungsgemäße Mischung
bei geeigneter Auswahl des anorganischen Materials die Konverterschicht
mit einfachen und kostengünstigen Strukturierungsverfahren
zu strukturieren, wie z.B. in dem Fall von Siliziumdioxid oder Titandioxid
mittels lithographischer Verfahren.
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Gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung besteht die Mischung aus einer Festkörperlösung des
organischen Konvertermaterials in dem anorganischen Matrixmaterial.
Das Mischungsverhältnis
von organischem Farbstoff zu anorganischem Material ist derart,
dass der organische Anteil weniger als 5 Volumenprozent beträgt, in dem
meisten Anwendungsfällen
aber mehr als 0,1 Volumenprozent.
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Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel
wird die Mischung durch gleichzeitige Aufdampfung des organischen
Farbstoffs und des anorganischen Materials in sich überschneidenden
Aufdampfungsbereichen erzielt. Das Ergebnis ist eine Festkörperlösung, in
der der organische Farbstoff in dem anorganischen Material eingebettet
ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt einer OLED mit Konverterschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung einer möglichen
Aufdampfungsvorrichtung und Vorgehensweise zur Bildung einer Konverterschicht
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Schnittansicht mehrerer zu einer OLED-Anzeige zusammengefasster OLEDs gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer möglichen
Zusammenfassung von Subpixeln für
verschiedene Primärfarben zu
Superpixeln einer OLED-Anzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine
Querschnittansicht einer OLED gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
zunächst
den Aufbau einer Topemitter-OLED gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die OLED von 1, die allgemein mit 10 angezeigt
ist, umfasst eine untere Kontaktschicht 12, eine Schicht 14 aus
OLED-Material, d.h. organischem Material, das die Eigenschaften
besitzt, auf das Anlegen einer über
dasselbe abfallenden Spannung hin Licht gewisser Wellenlänge zu emittieren,
und eine Konverterschicht 16 aus für das von der Schicht 12 emittierte
Licht transparentem und leitfähigem
Material, wie z.B. aus geeignet dotiertem Siliziumdioxid oder Titandioxid,
das als Matrix für
einen organischen Farbstoff 18 dient, der in das anorganische
Material der Konverterschicht 16 eingebettet ist, wobei
die Schichten 12 bis 16 in dieser Reihenfolge
auf einem Substrat 20 aufgebracht sind.
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Die OLED 10 ist vorliegend
als ein Topemitter, d.h. als eine vom Substrat 20 weg emittierende Struktur
bzw. ein vom Substrat 20 weg lichtemittierendes Bauelement
ausgelegt. Die untere Kontaktschicht bzw. Elektrodenschicht 12 dient
als Kathode, während
die Konverterschicht 16 neben ihrer Funktion als Lichtumwandlungsschicht
die Rolle der Anode übernimmt.
Alternativ könnte
die untere Kontaktschicht als Anode und die Konverterschicht 16 als Kathode
fungieren.
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Auf Anlegen einer Spannung zwischen
Anode 16 und Kathode 12 hin emittiert die Schicht 12 Licht.
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In dem Fall, dass die OLED 10 ein
Pixel einer OLED-Pasiv-Matrix-Anzeige
ist, die aus mehreren, beispielsweise in Zeilen und Spalten angeordneten OLEDs
auf dem Substrat 20 besteht (eine für jedes Pixel), kann die untere
Kathodenschicht 12 beispielsweise in untereinander elektrisch
isolierte Zeilenleiterbahnen strukturiert sein, während die
Konverterschicht 16 in senkrecht hierzu verlaufende, voneinander
isolierte Spaltenleiterbahnen strukturiert ist. Die Konverterschicht 16 könnte trotz
einer ganzflächigen Aufdampfung
durch in Spaltenrichtung verlaufende Abrisskanten bzw. Separatoren
in die Spaltenleiterbahnen strukturiert sein, indem beim Aufdampfen durch
die Abrisskanten schmale Streifen zwischen den Spalten abgeschattet
werden. Diese Separatoren könnten
dann auch bei Aufdampfung des OLED-Materials für die Schicht 14 für eine Strukturierung
in in Spaltenrichtung verlaufende Bahnen durch Abschattung bei der
Aufdampfung des OLED-Materials sorgen. Die OLED 10 wäre dann
im Rahmen dieser Passiv-Matrix-OLED-Anzeige durch Anlegen einer
Spannung zwischen einer bestimmten Zeilenleiterbahn in der Kathodenschicht 12 und
einer bestimmten Spaltenleiterbahn der Konverterschicht 16 individuell,
d.h. unabhängig
von den anderen OLEDs, aktivierbar.
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Alternativ könnte die untere Kathodenschicht 12 eine
auf dem Substrat 20 erzeugte integrierte Aktiv-Matrix-Schaltung
darstellen, die in dem Fall einer OLED-Anzeige für jedes Pixel bzw. jede OLED
auf dem Substrat 20 vorgesehen wäre. Ist die OLED 10 Teil
einer Aktiv-Matrix-OLED-Anzeige, könnte die Konverterschicht 16 eine
durchgängige,
für alle OLEDs
der Anzeige als Anode dienende Konverterschicht sein, die auf ein
und demselben vorbestimmten Potential liegt, während die jeder OLED zugeordnete
Aktiv-Matrix-Schaltung die jeweilige OLED durch Einstellen des Potentials
auf der Kathodenseite steuert.
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Je nach der über die Schicht 14 abfallenden Spannung
emittiert das organische Material der Schicht 14 Licht
mit mehr oder weniger Intensität. Das
tatsächlich
wirkende Licht ist das, was weg von dem Substrat 20, also
in Richtung der Konverterschicht 16 emittiert wird. Das
Substrat 20 muss demnach nicht transparent sein. Die Lichtemission
in der Schicht 14 ist eine Folge der Rekombination von
Löchern
und Elektronen auf das Anlegen der Spannung über die Schicht 14 hin
und weist ein von dem OLED-Material abhängiges Emissionsspektrum auf. Um
im Auge des Betrachters Licht anderen Emissionsspektrums bzw. Licht
anderer Farbe zu erzielen, als es durch die Schicht 14 geliefert
wird, ist die Konverterschicht 16 vorgesehen, die neben
ihrer Rolle als transparente Anode dazu dient, das von der Schicht 14 emittierte
Licht in Licht anderen Spektrums umzuwandeln. Genau genommen erfüllen diese
Aufgabe die organischen Farbstoffe 18, die in die transparente
Anode integriert sind und die fluoreszierende Eigenschaft besitzen,
das Licht der organischen Leuchtdiode zu absorbieren und bei einer
anderen Wellenlänge
wiederum zu emittieren. Das Matrixmaterial sollte transparent sein
und dient unter anderem dazu, die Lebensdauer der integrierten Farbstoffe
zu erhöhen.
Aufgrund der Vielfalt der organischen Synthese-Chemie sind die Variationsmöglichkeiten
zwischen den Absorptionsbanden und den Emissionsbanden von organischen
Farbstoffen groß, so
dass beispielsweise ohne weiteres aus einem blauen Licht der Schicht 14 rotes
oder grünes
Licht erzeugt werden könnte.
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Zur Herstellung der OLED 10 würde zunächst ein
bereitgestelltes Substrat 20 mit der unteren Kontaktschicht 12 versehen
werden. In dem Fall, dass die OLED 10 Teil einer OLED-Anzeige
darstellen soll, würde
dies beispielsweise für
den Fall einer Passiv-Matrix-OLED-Anzeige das Aufdampfen von Zeilenleiterbahnen
auf das Substrat 20 oder, für den Fall einer Aktiv-Matrix-OLED-Anzeige,
das Integrieren einer Aktiv-Matrix-Schaltung zur Ansteuerung der OLED 10 umfassen.
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Abschließend wird auf die untere Kontaktschicht 12 die
Schicht 14 aus OLED-Material aufgebracht. Die Schicht 14 könnte aus
reinem organischen Material bestehen, in welchem Fall das OLED-Material
beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht würde. Zwischen Pixelbereichen
einer Spalte auf dem Substrat 20 bzw. der unteren Kontaktschicht 12 vorgesehene
Abrisskanten könnten
für den
Fall einer Passiv-Matrix-OLED-Anzeige
durch Abschattungen dafür
sorgen, dass die Schicht 14 nach ihrer Aufdampfung in Spaltenbahnen
strukturiert ist. Das OLED-Material 14 könnte aber
ferner in ein Matrixmaterial eingebettet sein. Das Matrixmaterial
könnte
beispielsweise ein Polymer oder ein anorganisches Material sein.
Je nach Art des Matrixmaterials könnte die Aufbringung durch
Co-Verdampfung, also gleichzeitige Aufdampfung des OLED-Materials und
des Matrixmaterials in einer gemeinsamen Aufdampfungszone, oder
durch Aufbringen eines in einem Polymer gelösten organischen Farbstoffs
in Lösung
auf das Substrat 20 bzw. die untere Kontaktschicht 12 durchgeführt werden.
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Auf diese bis dahin gebildete Struktur
aus den Schichten 12, 14 und 20 wird
dann durch gleichzeitige Verdampfung des organischen Materials 18 und
eines anorganischen Matrixmaterials und Aufdampfen dieser verdampften
Materialien in einer gemeinsamen Aufdampfungszone auf die Schicht 14 die
Konverterschicht 16 gebildet. Die gemeinsame Aufdampfungszone
kann entweder die gesamte Fläche
der OLED 10 bzw. der OLED-Anzeige umfassen oder nur einen
Teil derselben, wobei die Aufdampfungszone dann über den gesamten Bereich, in
welchem die Konverterschicht 16 aufgebracht werden soll,
hinweg bewegt wird, und zwar durch eine Relativbewegung zwischen
Aufdampfungsvorrichtung und zu bedampfender Schichtanordnung 20, 12, 14.
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2 zeigt
schematisch eine mögliche
Aufdampfanordnung zur Erzielung der vorbeschriebenen Co-Verdampfung
des organischen Farbstoffes, im folgenden auch manchmal als organischem
Dotierstoff bezeichnet, und des anorganischen Matrix materiales. 2 zeigt mit 40 die
Schichtanordnung bzw. das Substrat an, auf dem die zu bildende Konverterschicht
aufgebracht werden soll. Um im Ausführungsbeispiel von 1 zu bleiben, entspricht
die Schichtfolge 40 den Schichten 20, 12 und 14.
Die Aufdampfanordnung von 2 ist
allgemein mit 42 angezeigt. Sie besteht aus einer Aufdampfvorrichtung 44 zur
Aufdampfung des organischen Materials und einer Verdampfungsquelle 46 zur
Aufdampfung des anorganischen Matrixmateriales. Die Aufdampfvorrichtung 44 besteht
aus einem Aufdampfbehälter 48 und
einer darin angeordneten Verdampfungsquelle 50 zur Verdampfung
des organischen Materials.
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Die Wände des Aufdampfbehälters 48 bilden einen
im wesentlichen geschlossenen Innenraum 52. Eine untere,
dem Substrat 40 zugewandte Seite 54 des Aufdampfbehälters 48 ist
jedoch als Blende ausgebildet und umfasst eine oder mehrere Öffnungen 56,
durch die das durch die Verdampfungsquelle 50 verdampfte
OLED-Material in Form einer Aufdampfungskeule 58 austritt,
um auf das Substrat 40 zu treffen.
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Um das Zusetzen der Öffnungen 56 mit
dem verdampften OLED-Material
zu verhindern, ist eine Blendenaufwärmvorrichtung vorgesehen, die
beispielsweise in oder an der Blende 54 verlaufende Heizdrähte umfasst
und die Blende 54 auf eine Temperatur heizt, die das Zusetzen
der Öffnung 56 wirksam
verhindert. Die Temperatur ist vorzugsweise derart ausgewählt, dass
sie zwar niedrig genug ist, um die Ausbildung einer Monolage aus
dem OLED-Material auf einer Oberfläche der Blende 54 zuzulassen, aber
umgekehrt ausreichend hoch, um eine Ausbildung weiterer Lagen des
OLED-Materials zu verhindern. Eine solche Temperatureinstellung
ist sehr vorteilhaft, da zur Verhinderung einer Ausbildung jeglicher
Monolage die Temperatur unerwünscht
hoch sein müsste,
und die Ausbildung weiterer Adsorptionslagen von OLED-Material nur
unterhalb einer weitaus niedrigeren Temperatur stattfindet. Als
Material für
die Blende 54 könnte
beispielsweise Keramik verwendet werden. Die Heiztemperatur könnte bei spielsweise
200 bis 400°C
betragen. Ebenso könnten
die übrigen
Wände des
Aufdampfbehälters 48 beheizt
sein, wobei die Heiztemperatur vorzugsweise oberhalb derjenigen
liegt, mit der die Blende 54 beheizt wird.
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Die Matrixmaterialverdampfungsquelle 46, die
beispielsweise Siliziumdioxid und Titandioxid als anorganisches
Matrixmaterial verdampft, sendet eine gerichtete Aufdampfungskeule 60 auf
das Substrat 40, wobei Aufdampfvorrichtung 44 und
Verdampfungsquelle 46 derart zueinander fest ausgerichtet sind,
dass sich die Aufdampfungskeulen 58 und 60 überschneiden,
um eine gemeinsame Aufdampfungszone 62 auf dem Substrat 40 zu
definieren. Durch Bewirken einer Relativbewegung 64 zwischen der
Aufdampfanordnung 42 und dem Substrat 40 kann
dann die so gebildete Konverterschicht 16 aus in dem anorganischen
Material eingebetteten organischen Farbstoff ganzflächig oder,
durch geeignetes Lenken der Aufdampfungszone 62 über das
Substrat 40, gezielt auf bestimmte Bereiche des Substrats 40 aufgebracht
werden.
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Vorzugsweise sind Aufdampfvorrichtung 44, Verdampfungsquelle 50 und
Verdampfungsquelle 46 länglich
ausgebildet, um in Längsrichtung
einer Ausdehnung, wie z.B. der Spaltenausdehnung, einer OLED-Anzeige
zu entsprechen oder dieselbe zu überschreiten,
so dass eine eindimensionale Relativbewegung zwischen Substrat 40 und
Aufdampfanordnung 42 ausreichend ist. Die längliche
Ausgestaltung ist ferner darin vorteilhaft, dass die üblichen Farbstoffverluste,
wie sie bei Verdampfung des organischen Materials durch eine Punktquelle
auftreten, vermieden wird, und dass lediglich ein streifenförmiger Bereich
des Substrates 40 der Wärme
durch die Aufdampfvorrichtung 44 ausgesetzt ist.
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Bei der Co-Verdampfung könnte ferner gleichzeitig
ein weiterer Dotierstoff aufgedampft werden, der dazu dient, die
Leitfähigkeitseigenschaften des
anorganischen Matrixmaterials zu steigern.
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Die bisherige Beschreibung ging lediglich
auf die Bildung einer OLED, dem Pixelbestandteil einer OLED-Anzeige,
ein. Insbesondere bei Farb-OLED-Anzeigen ist es jedoch zusätzlich noch notwendig,
in dem Fall, dass dasselbe OLED-Material
bei allen OLEDs bzw. bei allen Pixeln verwendet wird, d.h. alle
OLEDs Licht mit dem selben Spektrum emittieren, unterschiedliche
organische Farbstoffe in der Konverterschicht 16 für die verschiedenen
Pixel bzw. Pixelbereiche zu verwenden. 3 zeigt exemplarisch einen Ausschnitt
einer OLED-Anzeige mit benachbarten OLEDs 10a, 10b, 10c, 10d und 10e. Die
OLEDs 10a–10e sind
auf dieselbe Weise wie in 1 gezeigt
gebildet und sind zudem in einer gemeinsamen Schichtanordnung gebildet,
die das Substrat 20, die untere Kontaktschicht 12,
die Schicht 14 aus OLED-Material
die Konverterschicht 16 umfasst. Die Konverterschicht 16 und
die untere Kontaktschicht 12 dienen als Anoden/Kathoden-Struktur
und sind geeignet strukturiert, um eine individuelle Ansteuerung
der OLEDs 10a–10e durch
Anlegen einer geeigneten Spannung über die Schicht 14 in
dem jeweiligen OLED- bzw. Pixelbereich zu ermöglichen, wobei die Anoden/Kathoden-Struktur
wie oben beschriebenen dem Aktiv- oder Passiv-Matrix-Prinzip entsprechen
kann.
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Die OLEDs 10a–10e unterscheiden sich
untereinander lediglich dadurch, dass unterschiedliches anorganisches
Material bzw. unterschiedlicher organischer Farbstoff in das anorganische
Matrixmaterial der Konverterschicht 16 in dem jeweiligen
Pixelbereich eingebettet ist. Vorliegend emittiere beispielsweise
das organische OLED-Material der Schicht 14 blaues Licht.
Dann absorbiert beispielsweise der organische Farbstoff der OLED 10a dieses
Licht und emittiert dafür
rotes Licht, während
der organische Farbstoff der OLED 10b das blaue Licht absorbiert und
dafür grünes Licht
emittiert. Auf dieselbe Weise können
auch die anderen OLEDs 10c, 10d und 10e variiert
sein. Auch ist es möglich,
OLEDs vorzusehen, bei denen in dem Matrixmaterial der Konverterschicht 16 keine
organischen Farbstoffe vorgesehen sind, so dass durch die transparente
Schicht 16 das blaue Licht des OLED-Materials einfach hindurchtritt.
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Auf diese Weise wäre es möglich, für ein Array von in Spalten
und Zeilen angeordneten individuell ansteuerbaren OLEDs, die für jeden
Pixelbereich Licht desselben Emissionsspektrums emittieren, eine von
drei Primärfarben,
wie z.B. Rot, Grün
und Blau, zu erzielen, indem in diesen Pixelbereichen die Konverterschicht 16 mit
unterschiedlichem organischem Farbstoff- bzw. keinem organischen
Farbstoff versehen wird. Eine Möglichkeit
einer solchen Farbvariation der Pixelbereiche ist in schematischer
Draufsicht in 4 gezeigt.
Die Pixelbereiche sind wie die zugrundeliegenden einzeln ansteuerbaren
OLEDs in Zeilen und Spalten angeordnet und in 4 mit Quadraten eines Arrays angezeigt.
Wie es durch Buchstaben R für
Rot, G für
Grün und
B für Blau
angezeigt ist, ist die Konverterschicht 16 in Pixelbereichen
einer Zeile immer mit demselben organischen Farbstoff bzw. keinem
versehen. Drei in Spaltenrichtung benachbarte OLEDs können somit,
wie es durch Einkreisung derselben angezeigt ist, zu Superpixeln
zusammengefasst werden, in denen durch geeignete Steuerung der Intensität dieser
OLEDs im Auge des Betrachters an diesem Superpixel ein erwünschter Farbeindruck
erzielt werden kann.
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Die in 4 gezeigte
Farbverteilung bzw. Strukturierung der Konverterschicht 16 könnte beispielsweise
durch eine Aufdampfanordnung nach 2 erhalten
werden, wenn diese in spaltenweiser Ausrichtung in Zeilenrichtung 70 relativ
zu dem Substrat über
dasselbe hinweg bewegt werden würde, oder
umgekehrt das Substrat relativ zu der Aufdampfanordnung. Die Aufdampfungsanordnung 42 würde sich über die
gesamte Spaltenausdehnung erstrecken, und die Öffnungen 56 wären derart
beabstandet, dass sie mit jeder dritten Zeile ausgerichtet wären. Auf
diese Weise könnte
beispielsweise in einem ersten Durchgang jede dritte Zeile mit organischem
Farbstoff gebildet werden, der blaues Licht in rotes Licht umwandelt.
Während
der Relativbewegung würde
eine Ausrich tung zwischen Aufdampfanordnung von 2 und Substrat beibehalten werden, so
dass die Längsausrichtung
der Anordnung parallel zur Spaltenrichtung verläuft, jede Öffnung mit jeder dritten Zeile
ausgerichtet ist, der Abstand zu dem Substrat gering ist und die
Anordnung parallel zur zu bedampfenden Hauptfläche des Substrates ist. In
einem zweiten Vorgang könnte
auf entsprechende Weise dann die Konverterschicht in den Pixelbereichen
anderer Zeilen aufgebracht werden. Es könnten die verschiedenen Konverterschichtzeilen auch
auf einmal mit nur einer Relativbewegung durchgeführt werden,
indem eine Aufdampfanordnung verwendet wird, die drei Aufdampfvorrichtungen 44 aufweist,
die unterschiedliches organisches Material als Dotierungsmaterial
für das
Matrixmaterial der Verdampfungsvorrichtung 46 aufdampfen,
und deren Öffnungen
jeweils um eine Zeile zueinander versetzt sind.
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Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele bezogen
sich auf Topemitter-Strukturen, bei denen die OLED-Schicht zwischen
Konverterschicht und Substrat angeordnet war. Ein Substratemitter-Beispiel
zeigt 5. 5 zeigt eine OLED 10'', die eine Konverterschicht 16', eine transparente
Kathodenschicht 12',
eine Schicht 14' aus
OLED-Material und eine Anodenschicht 60 aufweist, die in
dieser Reihenfolge auf einem nun transparenten Substrat 20' angeordnet
sind.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 1 sind die Kathoden- und
Anodenschicht derart ausgebildet, dass es möglich ist, über den Bereich der Schicht 14'', der zu der OLED 10'' gehört, individuell eine Spannung
anzulegen. In dem Fall, dass die OLED 10' Teil einer OLED-Anzeige ist, kann
dies in der Art einer Aktiv-Matrix- oder Passiv-Matrix-Anordnung
geschehen. Auf das Anlegen einer Spannung hin, emittiert das OLED-Material
in der Schicht 14'' Licht mit einem
gewissen Emissionsspektrum. Das Licht durchdringt die transparente
oder alternativ auch semitransparente Kathodenschicht 12' und wird durch
das in der Konverterschicht 16' eingebettete organische Material 18'' absorbiert, woraufhin das organische
Material durch Übergang
eines angeregten Zustands in einen energieärmeren Zustand Licht eines
anderen Emissionsspektrums emittiert. Das Substrat 20' muss in diesem
Fall transparent sein, so dass das von der Konverterschicht 16' emittierte Licht
austreten und in das Auge des Betrachters gelangen kann. Geeignete
Materialien für
das Substrat 20' sind
beispielsweise Siliziumdioxid oder Titandioxid.
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Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
wurden folglich organische Leuchtdioden mit Konvertern kombiniert,
bei denen organische Farbstoffe in anorganische Matrizen eingelagert
sind. Die in organischen Schichten notwendigen transparenten Light-
bzw. Licht-Schichten konnten als Matrix für die Konverterfarbstoffe verwendet
werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende
Erfindung nicht nur bei OLEDs anwendbar ist, sondern dass die vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiele
für Konverterschichten,
ihre Aufbringung und ihre Verwendung in der Herstellung auch im
Zusammenhang mit anderen Lichtemissionsprinzipien verwendet werden
können,
um ein lichtemittierendes Bauelement zu erzeugen. So können oben
beschriebene Konverterschichten auch mit normalen LEDs oder Halbleiterlaserdioden
kombiniert werden.
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Bei den obigen Ausführungsbeispielen
erfolgte die Einlagerung der organischen Moleküle in das transparente Matrixmaterial
stets in homogener Weise, so dass das organische Material in Schichtdickerichtung
eine gleichmäßige Dichteverteilung
hatte. Es ist jedoch ferner möglich,
dass die organischen Moleküle
in Schichtdickerichtung inhomogen eingelagert werden. Im Extremfall
können
die organischen Moleküle
beispielsweise nur bis zu einer gewissen Tiefe homogen eingelagert
werden, so dass eine Zergliederung der Konverterschicht in zwei
oder mehrere Teilschichten ergibt, nämlich eine, in der organische
Moleküle
eingelagert sind, und eine, in der keine eingelagert sind sondern
vielleicht anderes Dotiermaterial zur Steigerung der Leitfähigkeit,
so dass sich effektiv eine Zergliederung der Konverterschicht in eine
Lichtumwandlungsteilschicht und eine Elektroden-, d.h. Anoden- bzw.
Kathoden-, Teilschicht ergäbe.
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Neben den oben gezeigten Anwendungsbeispielen,
die sich auf eine OLED als Teil eines Displays bezogen, ist selbstverständlich auch
eine Anwendung der Erfindung für
Beleuchtungszwecke denkbar. So könnte
eine Weißlicht-OLED
erhalten werden, indem die Konverterschicht so ausgelegt wird, dass
sie ein Teil des beispielsweise blauen Lichts der OLED transmittieren
lässt,
so dass sich zusammen mit dem durch das organische Material in der
Konverterschicht konvertierten Licht weißes Licht bzw. Licht mit dem
gewünschten
Farbeindruck ergibt.
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In den im vorhergehenden insbesondere
Bezug nehmend auf 2 beschriebenen
Ausführungsbeispielen
wurde beschrieben, dass es möglich ist,
ein OLED-Farbdisplay in Pixelbereiche unterschiedlicher Primärfarben
zu strukturieren, indem die Konverterschicht durch Aufdampfen durch
eine Maske nur lokal aufgebracht wird. Alternativ könnten andere
Aufbringungstechniken zur lokalen Aufbringung verwendet werden,
wie z.B. Aufdrucken. Zum anderen ist es möglich, dass die Konverterschicht
zunächst
ganzflächig
aufgebracht wird und daraufhin durch Techniken, wie z.B. die Photolithographie, strukturiert
wird, um Bereiche mit Konverterschicht und Bereiche ohne Konverterschicht
zu erzeugen. Die in 3 gezeigte
Realisierungsvariante eines Farbdisplays, bei der die einzelnen
Farben durch eine in Subpixel strukturierte Konverterschicht mit verschiedenen
eingelagerten Farbstoffen realisiert sind, kann folglich auch auf
andere als die in 2 gezeigte
Weise erzeugt werden.
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Auf einem Substrat gemäß einem
Pixelraster verteilte und gemäß obiger
Ausführungsbeispiele aufgebaute
OLEDs könnten
ferner verwendet werden, um auf einfache weise eine OLED-Anzeige aufzubauen.
Als Ausgangszustand leuchten zunächst alle
OLEDs aufgrund der Konvertermatrix beispielsweise rot, weil sie
alle eine erste Konverterteilschicht aufweisen, die aus dem blauen
Licht der lichtemittierenden Bereiche grünes erzeugt, und dann noch
eine zweite, die aus dem grünen
Licht rotes erzeugt. Mit Laserlicht oder anderem geeigneten Licht
wird dann an Pixelbereichen, die mit grüner Farbe leuchten sollen,
die Konverterschicht derart behandelt, dass sie abgehoben wird,
oder dass der organischen Farbstoff an diesen Bereichen seinen Umwandlungseigenschaft
verliert bzw. derart zerstört
ist, dass derselbe nicht mehr grünes
Licht in rotes Licht umwandelt, was als Bleichen bezeichnet wird.
Mit der grünen Konverterschicht
könnte
bei den so behandelten OLEDs ebenso verfahren werden, so dass hierdurch nebeneinander
blau, grün
und rot leuchtende OLEDs der Anzeige erhalten werden können. Die
Wellenlänge
des bei der lokalen Bestrahlung verwendeten Lichts könnte auf
ein geeignetes Absorptionsband von entweder dem Konverterstoff selbst
eingestellt und damit derselbe geblichen werden oder auf ein Absorptionsband
des Matrixmaterials eingestellt werden, um damit den integrierten
bzw. eingebetteten Konverterfarbstoff zu bleichen.
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Wenn die anorganische Konverterschicht
mit den eingelagerten organischen Molekülen unterhalb der organischen
Leuchtdiode angeordnet ist, wie es in 5 gezeigt
ist, ist es möglich,
dass die Konverterschicht strukturiert wird, bevor die anorganische Leuchtdiode
flächig
aufgebracht wird, was Vorteile in Hinblick auf eventuelle Anfälligkeiten
der Strukturen der Lichtemittierenden Bereiche der lichtemittierenden
Bauelemente liefern kann.
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Allgemein gesagt zeigten obige Ausführungsbeispiele
auch ein Display auf der Basis organischer Leuchtdioden, bei dem
verschiedene Farben von Bildelementen durch eine Konverterschicht
erzeugt wurden, bei der organische Moleküle in einer anorganischen Matrix
eingelagert sind. Elektrische Transportschicht und Konverterschicht
könnten
kombiniert sein, wie in 1 gezeigt.
Die Konverterschicht als transparente Kontaktschicht kann entweder
nach der organi schen Leuchtdiode aufgebracht werden, wie in 1 gezeigt, oder vor dem
Aufbringen der organischen Leuchtdiode, wie in 5 gezeigt. Die anorganisch-organische
Konverterschicht kann, wie z.B. durch Photolithographie, nach dem Aufbringen
strukturiert werden, um Bildelemente mit verschiedenen Farben zu
erzeugen. Bei dem Ausführungsbeispiel
von 5 kann die organische Leuchtdiode
auf die bereits strukturierte Konverterschicht mit verschiedenen
Farben aufgebracht werden. Wenn die Konverterschicht derart ausgelegt
ist, dass sie ein Teil des von der organischen Leuchtdiode emittierten
Lichts transmittieren lässt,
kann bei geeigneter Auslegung aus dem konvertierten Licht und dem
transmittierten Licht Licht mit einem gewünschten Farbeindruck, wie z.B.
weißes
Licht, erzeugt werden. Ferner ist es möglich, auch mehrere organische Farbstoffe
in die anorganische Matrix der Konverterschicht einzubringen. Die
anorganische-organische Konverterschicht könnte folglich mit Filterschichten kombiniert
werden, um einen gewünschten
Farbeindruck zu erzeugen.
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In Bezug auf 1, 3 und 5 wird noch darauf hingewiesen,
dass Anode und Kathode jeweils vertauscht sein könnten, wobei jedoch die Transmissionseigenschaften
einer jeweiligen Schichtlage verbleiben müssen.