-
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.