DE60306722T2

DE60306722T2 - Oled-lichtquelle für die flächenbeleuchtung mit biegbarem substrat auf einem träger

Info

Publication number: DE60306722T2
Application number: DE2003606722
Authority: DE
Inventors: c/o Eastman Kodak Company Ronald Seven Rochester Cok
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Global OLED Technology LLC
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: TW200308180A; US20030222578A1; EP1367676B1; TWI280071B; KR20030091826A; DE60306722D1; EP1367676A1; JP2004006366A; US6787990B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung organischer Leuchtdioden für die Flächenbeleuchtung.
Aus Leuchtdioden hergestellte Halbleiterbeleuchtungsvorrichtungen werden für Anwendungen immer wichtiger, die robust und langlebig sein sollen. Beispielsweise kommen Halbleiter-LEDs heute in zahlreichen Automobilanwendungen zum Einsatz. Diese Vorrichtungen werden üblicherweise durch Kombination mehrerer kleiner LED-Vorrichtungen gebildet, die eine in ein einzelnes Modul gerichtete Punktlichtquelle zusammen mit Glaslinsen bilden, die derart ausgelegt sind, dass sie das Licht wie für eine bestimmte Anwendung gewünscht steuern (siehe beispielsweise WO99/57945, veröffentlicht am 11. November 1999, die eine Halbleiterlampe beschreibt, die eine oder mehrere monolithische LED-Vorrichtungen umfasst, die eine Vielzahl von LED-Elementen 104 auf einem starren Substrat 102 enthalten, gekapselt mit einer Linse 106 und elektrisch mit einem Grundelement 210 verbunden). Diese Vielzahl von Vorrichtungen ist teuer und aufwändig zu fertigen und in Einflächenbeleuchtungsvorrichtungen zu integrieren. Außerdem liefern LED-Vorrichtungen Punktlichtquellen, die für die Flächenbeleuchtung nicht bevorzugt werden.
Die Herstellung einer OLED-Lichtquelle oder Displayvorrichtung auf einem flexiblen Substrat ist in der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt EP0949850 A1, veröffentlicht am 13. Oktober 1999, ein Substrat aus einem laminierten Substrat aus Kunststoff oder Glas. Die Fertigung der OLED-Vorrichtung auf einem flexiblen Substrat ermöglicht eine kontinuierliche Fertigung, wobei das Substrat als Bahn in Rollenform zugeführt werden kann.
Es wäre sinnvoll, dass eine Beleuchtungsvorrichtung mit der vorhandenen Beleuchtungsinfrastruktur kompatibel ist, beispielsweise mit dem üblichen Schraubsockel (E26) und dem Bajo nettsockel (B22). Außerdem sollten die Leuchtvorrichtungen vorzugsweise vom Verbraucher sicher und einfach zu minimalen Kosten ausgetauscht werden können.
Es besteht Bedarf nach einer verbesserten, auswechselbaren OLED-Flächenbeleuchtungsvorrichtung mit einer einfachen Konstruktion, die ein einzelnes Substrat verwendet, mit der bestehenden Beleuchtungsinfrastruktur kompatibel ist und in unterschiedlichen zwei- und dreidimensionalen Formen bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch Bereitstellen einer Halbleiterbeleuchtungsvorrichtung gelöst, die einen starren Träger umfasst, ein an dem starren Träger befestigtes biegsames Substrat, eine organische Leuchtdiodenschicht (OLED), die auf das biegsame Substrat aufgebracht ist, wobei die organische Leuchtdiodenschicht erste und zweite Elektroden aufweist zum Übertragen elektrischer Energie auf die OLED-Schicht; eine verkapselnde Abdeckung auf der OLED-Schicht; erste und zweite Leiter, die mit den ersten und zweiten Elektroden elektrisch verbunden sind und sich über die verkapselnde Abdeckung hinaus erstrecken, um mittels einer externen Energiequelle elektrischen Kontakt mit den ersten und zweiten Elektroden herzustellen; und einen Stecker oder Sockel, der mit dem starren Träger verbunden ist, wobei der Stecker oder Sockel zur entnehmbaren Aufnahme in einer Fassung ausgelegt ist und erste und zweite Kontakte zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit den ersten und zweiten Leitern der Lichtquelle aufweist, und zweite elektrische Kontakte zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit den Leitern der Fassung.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie eine OLED-Lichtquelle bereitstellt, die in einer praktischen flachen Konfiguration transportiert und gelagert und in einer Vielzahl dreidimensionaler Konfigurationen implementiert und verwendet werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Teils einer OLED-Flächenbeleuchtungslichtquelle nach dem Stand der Technik;
2 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einer Fassung zur Aufnahme der Lichtquelle;
3 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Standardstecker oder -sockel;
4 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer wendelförmigen Leuchtfläche;
5 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer konusförmigen Leuchtfläche;
6 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Steckern oder Sockeln an gegenüberliegenden Kanten der Lichtquelle;
7 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lichtquelle, worin der Träger ein Rahmen ist;
8 eine schematische Darstellung eines Fertigungsprozesses zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lichtquelle;
9 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle mit einem Gehäuse; und
10 eine Schnittansicht einer Flächenbeleuchtungslichtquelle nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht maßstäblich sind, da die einzelnen Schichten zu dünn sind, und da die Dickenunterschiede der verschiedenen Elemente zu groß sind, um eine maßstäbliche Darstellung zu ermöglichen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer OLED-Lichtquelle nach dem Stand der Technik mit einer organischen Leuchtschicht 12, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, also einer Kathode 14 und einer Anode 16. Die organische Leuchtschicht 12 strahlt Licht ab, wenn Spannung von einer Stromquelle 18 über den Elektroden angelegt wird. Die OLED-Lichtquelle 10 umfasst typischerweise ein Substrat 20, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff. Es sei darauf hingewiesen, dass die relative Lage der Anode 16 und der Kathode 14 in Bezug zum Substrat umgekehrt sein kann. Der Begriff OLED-Lichtquelle bezieht sich auf die Kombination aus der organischen Leuchtschicht 12, der Kathode 14, der Anode 16 und anderer nachstehend beschriebener Schichten und Träger.
2 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die OLED-Lichtquelle 10 mit einer OLED-Schicht auf einem biegsamen, transparenten Substrat 20, das auf einem starren, planen Träger 21 befestigt ist. Eine organische Leuchtdiodenschicht (OLED-Schicht) 12 befindet sich auf dem transparenten Substrat 20 zwischen einer transparenten Kathode 14 und einer transparenten Anode 16 zur Versorgung der OLED-Schicht 12 mit elektrischer Energie. In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die OLED-Schicht nicht bis an die Kanten des biegsamen Substrats 20. Das biegsame Substrat ist an dem starren Träger befestigt, wobei die OLED-Schicht zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren Träger angeordnet ist, und wobei das biegsame Substrat an dem starren Träger 21 befestigt ist, beispielsweise mittels eines hermetischen Klebstoffs, derart, dass der starre Träger als eine verkapselnde Abdeckung zum Schutz der OLED-Schicht vor Feuchtigkeit dient.
Die OLED-Schicht bedeckt den biegsamen Träger fortlaufend und bildet eine fortlaufende Leuchtfläche. Die ersten und zweiten Leiter 24 und 26 sind elektrisch mit der Anode 14 bzw. mit der Kathode 16 verbunden. Die ersten und zweiten Leiter befinden sich auf dem Stecker oder Sockel 22, der von einem Zungenabschnitt gebildet wird, der sich von dem starren Träger 21 erstreckt oder daran befestigt ist, und der sich über das biegsame Substrat 20 erstreckt, um einen elektrischen Kontakt zu den Anoden- und Kathodenelektroden mit einer (nicht gezeigten) externen Energiequelle herzustellen. In Anwendungen, bei denen die OLED-Schicht kein Licht von beiden Seiten des biegsamen Substrats 20 abstrahlt, können entweder der Träger, das Substrat, die Abdeckung, die Anode oder die Kathode oder mehrere dieser Komponenten opak oder reflektierend sein.
Alternativ hierzu kann das biegsame Substrat 20 an dem starren Träger mittels Klebstoff oder mechanischer Verriegelungen, wie Klammern, befestigt sein, wobei die OLED-Schicht von dem starren Träger wegweist. In dieser Anordnung ist eine (nicht gezeigte) transparente verkapselnde Abdeckung über der OLED-Schicht vorgesehen. Die verkapselnde Abdeckung kann ein separates Element sein, wie eine hermetisch abgedichtete biegsame Abdeckplatte, die über den Schichten 12, 14 und 16 befestigt ist, oder sie kann über den Schichten 12, 14 und 16 als zusätzliche Schicht aufgetragen sein. In dieser Anordnung können die ersten und zweiten Leiter 24 und 26 auf einer Zunge des biegsamen Substrats angeordnet sein und sich über die verkapselnde Abdeckung hinweg erstrecken.
Wie in 2 gezeigt, ist der Stecker oder Sockel 22 der OLED-Lichtquelle 10 zur entnehmbaren Aufnahme in einer Fassung 40 ausgelegt, um die OLED-Lichtquelle 10 mit einer externen Energiequelle (wie beispielsweise ein nicht gezeigtes Haushaltsstromnetz) zu verbinden. Die Kontakte 44 sind in einer Öffnung 42 in der Fassung 40 vorgesehen, um eine Verbindung mit den Leitern an dem Stecker oder Sockel 22 herzustellen und die Elektroden der OLED mit Strom zu versorgen. Der Stecker oder Sockel 22 und die Öffnung 42 können komplementäre Merkmale umfassen, beispielsweise eine Stufe, um zu gewährleisten, dass der Stecker nur in einer Ausrichtung in die Öffnung 42 gesteckt werden kann, so dass der Stecker oder Sockel der Lichtquelle 10 nicht rückwärts in die Öffnung gesteckt wird. Die Lichtquelle 10 kann physisch in die Fassung eingesetzt oder aus dieser herausgenommen werden, indem man die Lichtquelle in die Fassung zieht oder indem man sie aus dieser herauszieht. Der Stecker oder Sockel 22 und die Fassung 40 sind vorzugsweise mit einer (nicht gezeigten) Arretierung versehen, um die Lichtquelle 10 in der Fassung zu halten. In der Öffnung 42 können doppelte erste elektrische Kontakte 44' vorgesehen werden, so dass der Stecker oder Sockel 22 (für den Fall, dass er über kein Ausrichtungsmerkmal verfügt) in beliebiger Ausrichtung in die Öffnung 42 eingesetzt werden kann und dennoch einen einwandfreien Kontakt zur externen Stromquelle herstellt.
Wie in 3–5 gezeigt, kann der starre Träger 21 gebogen sein, um eine dreidimensionale Leuchtfläche zu erzeugen, beispielsweise einen Zylinder (wie in 3 gezeigt), eine Spirale (wie in 4 gezeigt) oder eine konische Oberfläche (wie in 5 gezeigt). Der Stecker oder Sockel 22 kann in Form eines herkömmlichen Steckers oder Sockels ausgebildet sein, wie beispielsweise ein genormter US-Glühlampensockel (wie in 3 gezeigt), oder wie ein genormter europäischer Sockel. Der starre Träger kann entweder eine gebogene Platte oder ein Volumenkörper mit gebogener Oberfläche sein.
Die gebogene Oberfläche kann die Flächen konventioneller Glühlampen nachahmen oder die Form eines Zylinders, einer Spirale oder einer Pyramide annehmen. Der biegsame Träger ist nicht notwendigerweise rechtwinklig, wenn er flach ist, und kann eine komplexe Form aufweisen, um der Form der Oberfläche des starren Trägers zu entsprechen, an der er befestigt wird.
Wie in 6 gezeigt, bildet die Lichtquelle 10 zwei Stecker oder Sockel 22 und 22', die an gegenüberliegenden Kanten des starren Trägers 21 angeordnet sind. Einer der Leiter 24 und 26 kann auf jedem Stecker oder Sockel vorhanden sein. Alternativ dazu können beide Leiter auf jedem Stecker oder Sockel vorhanden sein.
Wie in 7 gezeigt, kann der starre Träger 21 ein Rahmen sein. Der Rahmen 21 hält das biegsame Substrat 20 in einer gewünschten Konfiguration, wie beispielsweise einer Ebene (wie gezeigt) oder einem Zylinder. Der Stecker oder Sockel 22 ist an dem Rahmen 21 befestigt und elektrisch mit den Elektroden auf dem biegsamen Substrat 20 verbunden. Der Rahmen kann reflektierend oder transparent sein, um die Lichtabgabe von der Lichtquelle 10 zu maximieren. Die in 7 gezeigte Lichtquelle kann hergestellt werden, indem zunächst die OLED-Schicht, die Elektrodenschichten und die verkapselnde Abdeckung auf dem biegsamen Substrat hergestellt wird, und indem der Rahmen und den Umfang des biegsamen Substrats herum im Spritzgießverfahren hergestellt wird. Der Stecker oder Sockel umfasst Leiter, die in elektrischem Kontakt mit den Elektroden stehen und mit dem Rahmen vergossen sind.
Wie in 8 gezeigt, können die Elektroden und die OLED-Schicht auf dem biegsamen Substrat in einem fortlaufenden Prozess ausgebildet werden, indem man eine Bahn eines Substratmaterials 50 in einer Rolle bereitstellt, die nacheinander durch eine Reihe von Stationen transportiert wird, einschließlich einer Vielzahl von Materialabscheidungsstationen 52. Die Abscheidungsstationen können Elektrodenabscheidungsstationen sein, in denen ein leitendes Material 56 aufgebracht wird, beispielsweise durch Zerstäubung durch eine Maske 54 auf dem Substrat, OLED-Materialabscheidungsstationen, in denen OLED-Materialien 58 auf dem Substrat abgeschieden werden, sowie weitere Stationen zum Aufbringen anderer Schichten, wie Elektrodenschutzschichten, elektrischer Verbindungen und einer verkapselnden Abdeckschicht. Der starre Träger 21 wird dann an einer Station 60 an dem biegsamen Substrat befestigt. Der starre Träger kann vor Befestigung an dem biegsamen Substrat mit Leitern und Klebstoffen versehen werden, beispielsweise unter Verwendung von Leiterplattentechniken. Die Klebstoffe werden an einer Station 62 gehärtet, und die vervollständigte Lichtquelle wird aus der Endlosbahn an einer Schneidestation 64 herausgeschnitten.
Wie in 3 gezeigt, kann die Lichtquelle 10 einen Stromwandler 45 umfassen, um den elektrischen Strom von der externen Stromquelle in eine zur Speisung der OLED-Lichtquelle 10 geeignete Form umzuwandeln. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die externe Stromquelle eine Standardstromquelle, beispielsweise der übliche Haus- und Bürostrom mit Spannungen von 110 V in den USA und von 220 V in Großbritannien. Weitere Standards sind 24 V Gleichspannung, 12 V Gleichspannung oder auch 6 V Gleichspannung, beispielsweise für den Einsatz in Fahrzeugen.
Die OLED-Lichtquelle 10 benötigt ggf. eine gleichgerichtete Spannung mit einer bestimmten Wellenform und Größe; der Wandler 45 kann diese Wellenform mittels konventioneller Stromreglerschaltungen bereitstellen. Die besondere Wellenform kann die organischen Leuchtmaterialien periodisch umgekehrt vorspannen, um die Lebensdauer der OLED-Materialien zu verlängern. Der Umwandler 45 kann in den Stecker 22 oder Sockel integriert sein.
Die biegsamen Substrate 20 können standardisiert sein und mit einer Vielzahl von Steckern oder Sockeln und Umwandlern für unterschiedliche nationale Märkte verwendet werden, um Volumenvorteile in Fertigung und Vermarktung zu erzielen.
Weil die organischen Leuchtmaterialien Licht in alle Richtungen abstrahlen, kann das Substrat 20 und/oder die verkapselnde Abdeckung in geeigneter Weise behandelt werden, um eine bidirektionale Beleuchtung zu erzeugen. Beispielsweise können die Abdeckung, das Substrat oder eine der Elektroden mit einer reflektierenden Oberfläche versehen werden, so dass von der OLED-Schicht abgestrahltes Licht durch die andere Oberfläche wandert, worauf die Vorrichtung Licht nur auf einer Seite abstrahlt. Ebenso kann die äußere Fläche des Substrats behandelt oder modifiziert werden, so dass die Lichtabgabeeigenschaften verbessert werden, beispielsweise durch einen Eisblumeneffekt, um eine Lichtstreuung zu erzielen.
Wie in 9 gezeigt, kann ein transparenter oder durchscheinender Schirm oder ein Gehäuse 70 um die OLED-Lichtquelle 10 bereitgestellt werden, um das Licht zu streuen und einen zusätzlichen physischen Schutz und/oder einen ästhetischen Reiz zu verleihen. Das Gehäuse kann unterschiedliche Formen annehmen, beispielsweise die Form einer üblichen Glühlampe, wie gezeigt.
Die vorliegende Erfindung kann in einer großen Vielzahl herkömmlicher Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise in Tischleuchten, Stehleuchten, Kronleuchtern, Einbauleuchten oder Deckenleuchten. Die vorliegende Erfindung kann zudem in tragbaren Beleuchtungsvorrichtungen unter Einsatz von Gleichstromquellen verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die organische Leuchtdiodenschicht (OLED-Schicht) OLED-Material aus kleinen Molekülen, wie beispielsweise, aber nicht abschließend, in US-A-4,769,292 beschrieben, erteilt am 6. September 1988 an Tang et al., sowie in US-A-5,061,569, erteilt am 29. Oktober 1991 an VanSlyke et al.
Es gibt zahlreiche Konfigurationen von OLED-Elementen, in denen die vorliegende Erfindung erfolgreich praktisch verwertbar ist. Eine typische, nicht als einschränkend zu verstehende Struktur wird in 10 gezeigt und umfasst eine Anodenschicht 103, eine Lochinjektionsschicht 105, eine Lochtransportschicht 107, eine Leuchtschicht 109, eine Elektronentransportschicht 111 und eine Kathodenschicht 113. Diese Schritte werden nachfolgend detaillierter beschrieben. Die gesamte kombinierte Dicke der organischen Schichten ist vorzugsweise kleiner als 500 nm. Zur Ansteuerung des OLED-Elements ist eine Spannungs/Stromquelle 250 und zur Herstellung des elektrischen Kontakts mit der Anode und der Kathode ist eine leitende Verdrahtung 260 erforderlich. Die TFT-Schichten und die zugehörigen Verdrahtungen dienen diesen Funktionen.
Das Substrat 20 ist vorzugsweise lichtdurchlässig, kann aber auch opak sein. In diesem Fall sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Glas, Kunststoff, Halbleitermaterialien, Keramik und Leiterplattenmaterialien verwendbar.
Die Anodenschicht 103 ist gegenüber dem von der OLED-Schicht oder von den OLED-Schichten abgestrahlten Licht vorzugsweise transparent oder im Wesentlichen transparent. In der vorliegenden Erfindung verwendete, übliche transparente Anodenmaterialien sind Indium-Zinnoxid (ITO) und Indium-Zinkoxid (IZO) und Zinnoxid, aber es sind auch andere Metall oxide verwendbar, beispielsweise, aber nicht abschließend, aluminium- oder indiumdotiertes Zinkoxid, Magnesium-Indiumoxid und Nickel-Wolframoxid. Neben diesen Oxiden können Metallnitride, wie Galliumnitrid und Metallselenide, wie Zinkselenid, und Metallsulfide, wie Zinksulfid, in der Schicht 103 verwendet werden. Wenn die Anode nicht transparent ist, sind die Durchlässigkeitseigenschaften der Schicht 103 unwesentlich, so dass jedes leitende Material verwendbar ist, ob transparent, opak oder reflektierend. Leiter für diese Anwendung sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Gold, Iridium, Molybdän, Palladium und Platin. Typische Anodenmaterialien, ob lichtdurchlässig oder nicht, haben eine Austrittsfunktion von 4,1 eV oder höher. Die gewünschten Anodenmaterialien werden üblicherweise mithilfe geeigneter Mittel, wie beispielsweise durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung, chemisches Aufdampfen oder elektrochemische Mittel aufgebracht. Anoden können mithilfe bekannter fotolithografischer Verfahren strukturiert werden.
Es ist häufig sinnvoll, eine Lochinjektionsschicht 105 zwischen der Anode 103 und der Lochtransportschicht 107 vorzusehen. Das Lochinjektionsmaterial kann dazu dienen, die Filmbildungseigenschaft nachfolgender organischer Schichten zu verbessern und die Injektion von Löchern in der Lochtransportschicht zu ermöglichen. Geeignete Materialien zur Verwendung in der Lochinjektionsschicht sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Porphyrinverbindungen, wie in US-A-4,720,432 beschrieben, sowie mittels Plasmaabscheidung aufgebrachte Fluorkohlenstoffpolymere, wie in US-A-6,208,075 beschrieben. Alternative Lochinjektionsmaterialien, die in Elektrolumineszenzvorrichtungen verwendbar sind, werden in EP 0 891 121 A1 und EP 1 029 909 A1 beschrieben.
Die Lochtransportschicht 107 enthält mindestens eine lochtransportierende Verbindung, z.B. ein aromatisches, tertiäres Amin, wobei das letztere als eine Verbindung zu verstehen ist, die mindestens ein dreiwertiges Stickstoffatom enthält, das nur an Kohlenstoffatome gebunden ist, von denen mindestens eines ein Mitglied eines aromatischen Rings ist. In einer Form kann das aromatische, tertiäre Amin ein Arylamin sein, wie ein Monoarylamin, Diarylamin, Triarylamin oder ein polymeres Arylamin. Beispiele monomerer Triarylamine werden von Klupfel et al in US-A-3,180,730 gezeigt. Andere geeignete Triarylamine, die durch ein oder mehrere Vinylradikale substituiert werden und/oder mindestens eine aktive wasserstoffhaltige Gruppe enthalten, werden von Brantley et al in US-A-3,567,450 und US-A-3,658,520 beschrieben. Eine bevorzugte Klasse aromatischer tertiärer Amine enthält mindestens zwei aromatische tertiäre Aminreste, wie in US-A-4,720,432 und US-A-5,061,569 beschrieben. Geeignet sind beispielsweise, aber nicht abschließend, folgende aromatische tertiäre Amine:
1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminophenyl)cyclohexan
1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminophenyl)-4-Phenylcyclohexan
4,4'-Bis(diphenylamino)quadriphenyl
Bis(4-Dimethylamino-2-Methylphenyl)-Phenylmethan
N,N,N-Tri(p-Tolyl)amin
4-(Di-p-Tolylamin)-4'-[4(Di-p-Tolylamin)-styryl]stilben
N,N,N',N'-Tetra-p-Tolyl-4-4'-Diaminobiphenyl
N,N,N',N'-Tetraphenyl-4,4'-Diaminobiphenyl
N,N,N',N'-Tetra-1-Naphthyl-4,4'-Diaminobiphenyl
N,N,N',N'-Tetra-2-Naphthyl-4,4'-Diaminobiphenyl
N-Phenylcarbazol
4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)amino]biphenyl
4,4''-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]p-Terphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Naphthyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(3-Acenaphthenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
1,5-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]naphthalen
4,4'-Bis[N-(9-Anthryl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4''-Bis[N-(1-Anthryl)-N-Phenylamino]-p-Terphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Phenanthryl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(8-Fluoranthenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Pyrenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Naphthacenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Perylenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(1-Coronenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
2,6-Bis(di-p-Tolylamino)naphthalen
2,6-Bis[di-(1-Naphthyl)amino]naphthalen
2,6-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)amino]naphthalen
N,N,N',N'-Tetra(2-Naphthyl)-4,4''-Diamino-p-Terphenyl
4,4'-Bis{N-Phenyl-N-[4-(1-Naphthyl)-Phenyl]amino}biphenyl
4,4'-Bis[N-Phenyl-N-(2-Pyrenyl)amino]biphenyl
2,6-Bis[N,N-Di(2-Naphthyl)amin]fluoren
1,5-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]naphthalen
Eine weitere Klasse verwendbarer Lochtransportmaterialien umfasst polyzyklische, aromatische Verbindungen, wie in EP 1 009 041 beschrieben. Außerdem sind polymere Lochtransportmaterialien verwendbar, wie Poly(N-Vinylcarbazol) (PVK), Polythiophene, Polypyrrol, Polyanilin und Copolymere, wie Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(4-Styrolsulfonat), auch als PEDOT/PSS bezeichnet.
Wie ausführlicher in US-A-4,769,292 und US-A-5,935,721 beschrieben, umfasst die Leuchtschicht (LEL) 109 des organischen Elektrolumineszenzelements ein lumineszierendes oder fluoreszierendes Material, in dem Elektrolumineszenz als Ergebnis der Rekombination von Elektronen-/Lochpaaren in diesem Bereich entsteht. Die Leuchtschicht kann sich aus einem einzelnen Material zusammensetzen, besteht üblicherweise aber aus einem Wirtsmaterial, das mit einer oder mehreren Gastverbindungen dotiert ist, wobei Lichtemissionen primär von der Dotierung stammen und eine beliebige Farbe aufweisen können. Die Wirtsmaterialien in der Leuchtschicht können ein Elektronentransportmaterial sein, wie nachfolgend definiert, ein Lochtransportmaterial, wie zuvor definiert, oder ein anderes Material oder eine Kombination von Materialien, die die Loch-/Elektronen-Rekombination unterstützen. Die Dotierung ist üblicherweise aus stark fluoreszierenden Farbstoffen gewählt, aber es sind auch phosphoreszierende Verbindungen verwendbar, z.B. Übergangsmetallkomplexe, wie in WO 98/55561, WO 00/18851, WO 00/57676 und WO 00/70655 beschrieben. Die Dotierungen werden typischerweise mit 0,01 bis 10 Gew.-% in dem Wirtsmaterial aufgetragen. Iridiumkomplexe aus Phenylpyridin und dessen Derivaten sind besonders geeignete Lumineszenzdotierungen. Polymermaterialien, wie Polyfluorene und Polyvinylarylene (z.B. Poly(p-Phenylenvinylen), PPV) sind ebenfalls als Wirtsmaterial verwendbar. In diesem Fall können kleine Moleküldotierungen molekular in dem polymeren Wirtsmaterial dispergiert sein, oder die Dotierung kann dem Wirtspolymer durch Copolymerisation einer kleineren Komponente zugesetzt werden.
Eine wichtige Beziehung zur Wahl eines Farbstoffs als Dotierungsmittel ist ein Vergleich des Energielückenpotenzials, das als die Energiedifferenz zwischen der höchst besetzten Mole külorbitale und der niedrigst besetzten Molekülorbitale des Moleküls definiert ist. Damit ein effizienter Energietransfer von dem Wirt zum Dotierungsmolekül erfolgen kann, ist es notwendig, dass die Energielücke der Dotierung kleiner als die des Wirtsmaterials ist.
Geeignete Wirts- und Leuchtmoleküle sind beispielsweise, aber nicht abschließend, die in den Anmeldungen US-A-4,769,292, US-A-5,141,671, US-A-5,150,006, US-A-5,151,629, US-A-5,405,709, US-A-5,484,922, US-A-5,593,788, US-A-5,645,948, US-A-5,683,823, US-A-5,755,999, US-A-5,928,802, US-A-5,935,720, US-A-5,935,721 und US-A-6,020,078 beschriebenen.
Metallkomplexe aus 8-Hydroxychinolin und ähnliche Oxinderivate bilden eine Klasse der verwendbaren Hostverbindungen, die Elektrolumineszenzanwendungen ermöglichen und dafür besonders geeignet sind. Verwendbare Oxinoid-Chelatverbindungen sind beispielsweise folgende:

CO-1: Aluminiumtrisoxin [alias Tris(8-chinolinolat)aluminium(III)]
CO-2: Magnesiumbisoxin [alias Bis(8-chinolinolat)magnesium(II)]
CO-3: Bis[benzo{f}-8-chinolinolat]zink(II)
CO-4: Bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)-μ-Oxo-bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)
CO-5: Indiumtrisoxin [alias Tris(8-Chinolinolato)indium]
CO-6: Aluminumtris(5-Methyloxin) [alias Tris(5-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)]
CO-7: Lithiumoxin [alias (8-Chinolinolat)lithium(I)]
CO-8: Galliumoxin [alias Tris(8-Chinolinolat)gallium(III)]
CO-9: Zirconiumoxin [alias Tetra(8-Chinolinolat)zirconium(IV)]

Andere verwendbare Wirtsmaterialien sind beispielsweise, aber nicht abschließend: Derivate von Anthracen, z.B. 9,10-Di-(2-Naphthyl)anthracen und Derivate davon, Distyrylarylenderivate, wie in US-A-5,121,029 beschrieben, und Benzazolderivative, z.B. 2,2',2''-(1,3,5-Phenylen)tris[1-Phenyl-1H-Benzimidazol].
Geeignete fluoreszierende Dotierungen sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Derivate von Anthracen, Tetracen, Xanthen, Perylen, Rubren, Coumarin, Rhodamin, Chinacridon, Dicyanmethylenpyranverbindungen, Thiopyranverbindungen, Polymethinverbindungen, Pyrilium- und Thiapyriliumverbindungen, Fluorenderivate, Periflanthenderivate und Carbostyrylverbindungen.
Bevorzugte Dünnfilmmaterialien zur Verwendung in der Herstellung der Elektronentransportschicht 111 der erfindungsgemäßen organischen EL-Elemente sind Metallchelat-Oxinverbindungen, einschließlich der Chelate von Oxin selbst (auch als 8-Chinolinol oder 8-Hydroxychinolin bezeichnet). Derartige Verbindungen tragen zur Injektion und zum Transport von Elektronen bei, weisen eine hohe Leistungsfähigkeit auf und lassen sich leicht in Form von Dünnfilmen herstellen. Beispielhafte Oxinoidverbindungen wurden vorstehend aufgeführt.
Andere Elektronentransportmaterialien umfassen verschiedene Butadienderivate, wie in US-A-4,356,429 beschrieben, sowie verschiedene heterozyklische optische Aufheller, wie in US-A-4,539,507 beschrieben. Benzazole und Triazine sind ebenfalls geeignete Elektronentransportmaterialien.
In einigen Fällen können die Schichten 111 und 109 wahlweise zu einer einzelnen Schicht zusammengeführt werden, die gleichzeitig für Lichtemission und Elektronentransport dient. Diese Schichten können in kleinmolekularen OLED-Systemen sowie in polymeren OLED-Systemen zusammengeführt werden. Beispielsweise ist es in polymeren Systemen üblich, eine Lochtransportschicht einzusetzen, beispielsweise PEDOT-PSS mit einer polymeren Lichtemissionsschicht, wie PPV. In diesem System dient PPV als Funktion zur Unterstützung von Lichtemission und Elektronentransport.
Vorzugsweise ist die Kathode 113 transparent und kann nahezu jedes leitende, transparente Material umfassen. Alternativ hierzu kann die Kathode 113 opak oder reflektierend sein. Geeignete Kathodenmaterialien haben gute filmbildende Eigenschaften, um einen guten Kontakt mit der zugrundeliegenden organischen Schicht herzustellen, ermöglichen die Elektroneninjektion bei niedriger Spannung und weisen eine gute Stabilität auf. Geeignete Kathodenmaterialien enthalten oft ein Metall oder eine Metalllegierung mit niedriger Austrittsarbeit (< 4,0 eV). Ein bevorzugtes Kathodenmaterial besteht aus einer Mg:Ag Legierung, wobei der Prozentsatz des Silbers im Bereich von 1 bis 20% liegt, wie in US-A-4,885,221 beschrieben.
Eine weitere geeignete Klasse an Kathodenmaterialien sind Doppelschichten, die eine dünne Elektroneninjektionsschicht (EIL) und eine dickere Schicht aus leitendem Metall umfassen. Die EIL befindet sich zwischen der Kathode und der organischen Schicht (z.B. ETL). Hier umfasst die EIL vorzugsweise ein Metall oder ein Metallsalz mit niedriger Austrittsarbeit und wenn dies so ist, braucht die dickere Leitschicht keine niedrige Austrittsarbeit aufzuweisen. Eine derartige Kathode umfasst eine dünne Schicht aus LiF, gefolgt von einer dickeren Schicht aus A1, wie in US-A-5,677,572 beschrieben. Weitere geeignete Kathodenmaterialien umfassen beispielsweise, aber nicht abschließend, solche, die in US-A-5,059,861, 5,059,862 und 6,140,763 beschrieben werden.
Wenn die Kathodenschicht 113 transparent oder nahezu transparent ist, müssen die Metalle dünne oder transparente leitende Oxide sein oder eine Kombination aus diesen Materialen aufweisen. Optisch transparente Kathoden werden detaillierter in US-A-4,885,211; US-A-5,247,190, JP 3,234,963 ; US-A-5,703,436; US-A-5,608,287; US-A-5,837,391; US-A-5,677,572; US-A-5,776,622; US-A-5,776,623; US-A-5,714,838; US-A-5,969,474; US-A-5,739,545; US-A-5,981,306; US-A-6,137,223; US-A-6,140,763; US-A-6,172,459, EP 1 076 368 sowie in US-A-6,278,236 beschrieben. Kathodenmaterialien werden in der Regel durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder chemisches Aufdampfen aufgebracht. Bei Bedarf kann die Strukturierung mittels zahlreicher bekannter Verfahren erfolgen, beispielsweise, aber nicht abschließend, durch Maskenabscheidung, durch integrierte Schattenmaskierung, wie in US-A-5,276,380 und EP 0 732 868 beschrieben, durch Laserablation und durch selektives chemisches Aufdampfen.
Die zuvor genannten organischen Materialien werden durch ein Dampfphasenverfahren, wie Sublimation, aufgebracht, können aber auch aus einer Flüssigkeit, beispielsweise einem Lösungsmittel mit einem optionalen Bindemittel zur Verbesserung der Filmbildung aufgebracht werden. Wenn es sich bei dem Material um ein Polymer handelt, ist die Aufbringung aus einem Lösungsmittel sinnvoll, aber es sind auch andere Verfahren verwendbar, wie Kathodenzerstäubung oder thermische Übertragung aus einem Geberbogen. Das Material kann durch Sublimation aus einem Sublimatorschiffchen aufgedampft werden, das oft ein Tantalmaterial umfasst, wie z.B. in US-A-6,237,529 beschrieben, oder es kann zunächst auf eine Geberfolie aufgetragen und in Substratnähe sublimiert werden. Schichten, die eine Materialmischung enthalten, können separate Sublimatorschiffchen verwenden, oder die Materialien können vorgemischt und aus einem einzelnen Schiffchen oder einer Geberfolie aufgetragen werden. Die Strukturierung lässt sich mithilfe von Schattenmasken, integrierten Schattenmasken (US-A-5,294,870), räumlich definierter thermischer Farbstoffübertragung aus einer Geberfolie (US-A-5,851,709 und US-A-6,066,357) sowie mit einem Tintenstrahlverfahren (US-A-6,066,357) aufbringen. Zwar können alle organischen Schichten strukturiert werden, aber es ist üblich, dass nur die Schicht strukturiert wird, die Licht abstrahlt, während die übrigen Schichten gleichmäßig über der gesamten Vorrichtung aufgebracht sein können.
Die erfindungsgemäßen OLED-Vorrichtungen verwenden verschiedene bekannte optische Effekte, um deren Eigenschaften bei Bedarf zu verbessern. Dies umfasst die Optimierung der Schichtdicke, um eine maximale Lichtübertragung zu ermöglichen, die Bereitstellung dielektrischer Spiegelstrukturen, das Ersetzen reflektierender Elektroden durch lichtabsorbierende Elektroden, die Bereitstellung von Blend- oder Reflexionsschutzbeschichtungen über der Vorrichtung, die Bereitstellung eines Polarisationsmittels über der Vorrichtung oder die Bereitstellung farbiger Neutraldichte- oder Farbumwandlungsfilter über der Vorrichtung. Filter, Polarisatoren und Blend- oder Reflexionsschutzbeschichtungen können insbesondere über der Schutzschicht oder als Teil der Schutzschicht ausgebildet sein.

Claims

Halbleiterlichtquelle (10) zum Beleuchten eines Bereichs, mit a) einem starren Träger (21); b) einem am starren Träger befestigten biegbaren Substrat (20); c) einer organischen Leuchtdiodenschicht (OLED) (12), die sich auf dem biegbaren Substrat befindet und eine erste und zweite Elektrode (14, 16) aufweist zum Übertragen elektrischer Energie auf die OLED-Schicht; d) einer verkapselnden Abdeckung (21) auf der OLED-Schicht; e) einem ersten und zweiten Leiter (24, 26), die mit der ersten und zweiten Elektrode elektrisch verbunden sind und sich über die verkapselnde Abdeckung hinaus erstrecken, um mittels einer externen Energiequelle elektrischen Kontakt mit der ersten und zweiten Elektrode herzustellen; und f) einem mit dem starren Träger verbundenen Stecker (22) zur entnehmbaren Aufnahme in einer Fassung (40), wobei die Fassung erste elektrische Kontakte (44) aufweist zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem ersten und zweiten Leiter der Lichtquelle, und zweite elektrische Kontakte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit den Leitern der Fassung.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlichtquelle (1) zum Beleuchten eines Bereich nach Anspruch 1, mit den Schritten: a) Aufbringen einer organischen Leuchtdiodenschicht (OLED) auf einem biegbaren Substrat, wobei die Schicht eine erste und zweite Elektrode aufweist zum Übertragen elektrischer Energie auf die OLED-Schicht, einen ersten und zweiten Leiter, die mit der ersten und zweiten Elektrode elektrisch verbunden sind, und eine verkapselnde Abdeckung, wobei die erste und zweite Elektrode sich über die verkapselnde Abdeckung hinaus erstrecken, um mittels einer externen Energiequelle elektrischen Kontakt mit der ersten und zweiten Elektrode herzustellen; b) Befestigen des biegbaren Substrats an einem starren Träger; c) Bereitstellen eines mit dem starren Träger verbundenen Steckers zur entnehmbaren Aufnahme einer Fassung, wobei die Fassung erste elektrische Kontakte aufweist zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem ersten und zweiten Leiter der Lichtquelle, und zweite elektrische Kontakte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit den Leitern der Fassung.