EP1969653A1 - Oled's mit erhöhter licht-auskopplung - Google Patents

Oled's mit erhöhter licht-auskopplung

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Publication number
EP1969653A1
EP1969653A1 EP06829325A EP06829325A EP1969653A1 EP 1969653 A1 EP1969653 A1 EP 1969653A1 EP 06829325 A EP06829325 A EP 06829325A EP 06829325 A EP06829325 A EP 06829325A EP 1969653 A1 EP1969653 A1 EP 1969653A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transparent
layer
electrode
substrate
oled
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06829325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Fiebranz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Publication of EP1969653A1 publication Critical patent/EP1969653A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K50/854—Arrangements for extracting light from the devices comprising scattering means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C12/00—Powdered glass; Bead compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/02—Details
    • H05B33/04—Sealing arrangements, e.g. against humidity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
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    • G02F1/133602—Direct backlight
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/84—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H10K50/844—Encapsulations

Definitions

  • the present invention relates to OLEDs (Organic Light-Emitting Devices) with increased light-outcoupling, processes for their preparation and their use.
  • OLEDs Organic Light-Emitting Devices
  • OLEDs have taken in recent years, rapid development. They are displacing more and more the currently used liquid crystal displays (LCD ' s). Compared to LCD's have the OLEDs several advantages: They are characterized firstly by a simpler structure as well as lower power consumption. In addition, they have a lower viewing angle dependence.
  • the disadvantage 's are their too short lifetimes, specifically for durable applications, such as backlighting of LCD' to the currently available OLED s and general room lighting, necessary.
  • Another approach to increase the service life is to 'increase s, for example, by increasing the light output of OLEDs, the efficiency of OLED's. In this way it is possible to decrease at a constant light output, the current consumption of the OLED's (and thus save energy) or to increase the light output for the same electrical power.
  • the present invention relates to increasing the external output at the substrate / air interface.
  • surface structures can be obtained by means of photolithographic structuring, such as e.g. Micro lens systems and pyramidal structures are applied.
  • a roughening of the surface can be performed.
  • a substrate glass with a higher refractive index n ⁇ 1, 85
  • US 2004/0007969 A1 The coating of the substrate surface with a diffuser layer to improve the external Auskoppeleffizienz.
  • Microparticles is arranged to increase the decoupling.
  • the particles have a diameter of 550 nm.
  • a disadvantage of the structure described, however, is that due to the small particle size diffraction occurs. Also, the particles are only on the glass and are therefore optically not coupled to the substrate. Thus, this structure only affects the light scattering. The total reflection of the light at the substrate surface remains largely unaffected.
  • OLED's having a polymer layer are embedded in the microparticles are described in WO 03/061028 A2.
  • the polymer layer containing the microparticles is arranged between the substrate and the anode layer, that is, within the OLED.
  • the microparticles have a high refractive index of at least 1.7, so as to couple the light generated in the emitter layer into the glass substrate at a steeper angle.
  • the described arrangement relates to the "internal release" may cause the insertion of the particle-containing polymer layer to a higher roughness of the anode surface, the properties of the OLED may adversely affect s'.
  • An illumination system comprising a substrate and an active layer containing an electroluminescent material, wherein said active layer is provided between a first, optically transparent electrode layer and a second electrode layer, wherein a light-scattering layer having a medium having light diffusing properties is provided on a side of the transparent electrode layer facing away from the active layer, characterized in that the properties of the light-scattering layer are such that the non-scattering fraction of a light beam as it passes through the light-scattering layer is in the range between 0.005 and 0.8, is disclosed in EP 0 867 104 B1 disclosed.
  • OLEDs provide s, on the one hand have an increased external light outcoupling, the other hand, are also distinguished by a simple surface modification that is relatively easily manufactured can be.
  • Simple production in this context means both cost-effective production and technically simple production.
  • the subject of the present invention is thus an OLED 1 which at least
  • the substrate, the first and the second electrode are transparent, which is characterized in that on the transparent substrate and / or the transparent second electrode at least one transparent layer, preferably a transparent layer and particularly preferably a transparent film is arranged, which contains transparent, preferably spherical, particles which at least partially protrude from the at least one layer.
  • the transparent substrate and on the transparent second electrode means in the present application on the respective outer side, i. the opposite side of the light-emitting layer, the transparent substrate and the transparent second electrode.
  • the OLED has the following structure:
  • the transparent substrate at least one organic light-emitting layer, and a second electrode, which is characterized in that on the transparent substrate at least one transparent layer, preferably a transparent layer and particularly preferably a transparent film, is arranged, the transparent, preferably spherical Contains particles which at least partially protrude from the at least one layer.
  • top emission OLED In a second preferred embodiment (“top emission” OLED), the OLED has the following structure:
  • a substrate a first electrode
  • a transparent second electrode which is characterized in that on the transparent second electrode at least one transparent layer, preferably a transparent layer and particularly preferably a transparent film, is arranged, which contains transparent, preferably spherical, particles which are at least partially stand out of the at least one layer.
  • the substrate may be transparent, semi-transparent and non-transparent in this embodiment.
  • the OLED has the following structure:
  • a transparent second electrode which is characterized in that on the transparent substrate and / or the transparent second electrode at least one transparent layer, preferably a transparent layer and particularly preferably a transparent film, is arranged, the transparent, preferably spherical, Contains particles that at least partially protrude from the at least one layer. Particularly preferred is in this
  • either the first electrode may be formed as an anode and the second electrode as a cathode, or vice versa, the first alternative being the preferred embodiment.
  • an encapsulation is additionally preferably additionally arranged on the second electrode, specifically on the side opposite the light-emitting layer.
  • the encapsulation may be transparent, semi-transparent and non-transparent.
  • the encapsulation is transparent or semitransparent, preferably transparent.
  • the at least one transparent layer according to the invention must essentially meet a requirement. It must have the necessary transparency. Thus, the choice of available materials is very large. Accordingly, as materials for the at least one transparent layer, all known and commercially available materials, such as e.g. Glass, glassy materials (eg sol-gel systems) and plastics (eg polymer systems) are used, provided they have the appropriate transparency. Preference is given to plastics.
  • the plastics include in particular paints and adhesives.
  • lacquers it is possible to use all lacquers which are suitable for the use according to the invention and which are suitable for the use according to the invention, such as, for example, lacquers which contain the organic binder dissolved in organic solvents and / or water and also powder lacquers. Paints can be labeled according to different criteria. A corresponding overview can be found in the Römpp Chemie Lexikon, volume: Lacke and
  • adhesives it is also possible to use all adhesives suitable for the use according to the invention, such as, for example, physically and / or chemically setting adhesives.
  • adhesives suitable for the use according to the invention such as, for example, physically and / or chemically setting adhesives.
  • An overview of physically and chemically setting adhesives can be found in Römpp Chemie Lexikon, Volume 3, 9th edition, 1990. Preference is given to thermally and UV-curing adhesives.
  • the above-mentioned materials for the at least one transparent layer can be used optimally for the particular type of application (for example spin coating, screen and flexographic printing).
  • the at least one transparent layer preferably has a layer thickness of 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m. Layer thicknesses in the range from 2 ⁇ m to 200 ⁇ m are particularly preferred.
  • materials for the transparent, preferably spherical particles it is possible to use all known and commercially available particles, provided that they have the appropriate shape, size and transparency.
  • Preferred materials for the transparent particles are glass, plastic and inorganic oxide particles.
  • glass or plastic particles which are used as spacers (so-called "spacers") in LCD production can be used, Particular preference is given to silica particles, such as the particles described, for example, in the exemplary embodiments.
  • the at least one transparent layer which contains the transparent, preferably spherical particles, can be either full-surface or structured.
  • the material for the at least one layer and / or the transparent, preferably spherical particles may also be colored.
  • the provision of materials for coloring the at least one transparent layer and the transparent particles is known to the person skilled in the art. In this way it is possible to obtain a colored coupling-out layer.
  • By structuring it is also possible to provide certain areas of the OLED with a colored decoupling layer.
  • several, different color ranges can be displayed on an OLED, for example by repeated application of differently colored decoupling layers. This makes it possible to combine the increase in light extraction with a colored representation on the OLED.
  • Transparent in the sense of the present invention means that the material has a light transmittance of> 60 to 100% at least in partial areas, but preferably in the entire area of visible light, semi-transparent means that the light transmittance is in the range of 20 to 60% and non-transparent means that the light transmittance is in the range of 0 to ⁇ 20%.
  • the term "at least partially” with respect to the protrusion of the transparent particles from the one layer means in the present invention that at least 10%, preferably 50% and more preferably 90% of the particles partially protrude from the at least one layer.
  • the transparent particles arranged in the at least one transparent layer are preferably spherical, ie essentially spherical.
  • the transparent, preferably spherical, particles preferably have an average diameter of 1 to 100 .mu.m, particularly preferred are average diameters of 2 to 10 microns. Also mixtures of particles of different size distribution are possible.
  • the refractive index n of the preferably spherical particles varies from 1.3 to 2.0, depending on the nature of the particles.
  • Spherical, ie essentially spherical, in the present invention means that the largest diameter of a particle is at most twice as large as the average diameter and the smallest diameter is at least half as large is like the mean diameter.
  • the surface roughness of the particles is in no way limited, it can range from very smooth to very rough.
  • the transparent particles are from 25 to 75% of their dimensions
  • Diameter more preferably 40 to 60% of its diameter, and more preferably about 50% of its diameter, out of the at least one transparent layer, i. In particular, they are incorporated approximately halfway into the at least one transparent layer, preferably into the one transparent layer and particularly preferably into the one transparent film.
  • the inventive arrangement which includes at least one transparent layer, the transparent, preferably spherical particles, which at least partially protrude from the at least one layer of significantly increasing the external extraction of the OLEDs.
  • the desired properties such. B. spectral properties to influence.
  • substrates all materials suitable for this purpose can be used.
  • preferred substrate materials are glass and plastics, glass being particularly preferred.
  • glass all kinds of glass can be used, such as typical window glass.
  • flat glasses are used, as they are used in the display industry (eg soda-lime glass or alkali-free glass).
  • plastics all thermoplastics can be used, but preferred are polymers such as polycarbonate (PC), Polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylcarbazole (PVK), polybutadienes, polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET) and polyesters.
  • PC polycarbonate
  • PMMA Polymethylmethacrylate
  • PVK polyvinylcarbazole
  • PET polyethylene terephthalate
  • polyesters polyesters.
  • top emission OLEDs and metallic substrates such.
  • metallic foils can be used.
  • the thickness of the substrate is not limited, but is preferably in the range of 0.05 mm to 3, more preferably in Range from 0.2 to 1, 1
  • transparent anode are preferably indium tin oxide (ITO, indium tin oxides) or other metal oxides, such as.
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium-zinc oxide
  • the organic light-emitting layer can comprise as light-emitting materials either so-called “small molecules” or polymers.As materials, all materials known and suitable for this purpose by a person skilled in the art can also be used when using a plurality of light-emitting materials, these are arranged in one or more organic light-emitting layers (so-called "multi-layers").
  • the OLEDs' have further functional layers which can vary according to application can.
  • hole conductor, electron conductor, injection and / or barrier layers are conceivable. These may preferably be present, but are not mandatory.
  • materials for the non-transparent or semi-transparent cathode are preferably metallic materials, such as. As Al 1 Ag, Au or Cr used.
  • two-way Layer systems (bi-layer) of a thin layer of Ba, Li, LiF, Ca or Mg and a layer of a metal vapor-deposited are preferably transparent or semi-transparent cathode materials such as ITO, is used.
  • encapsulation all materials suitable for this purpose can be used.
  • preferred encapsulating materials are glass and plastics, with glass being particularly preferred.
  • glass all kinds of glass can be used, such as typical window glass.
  • flat glasses are used, as they are used in the display industry (eg soda-lime glass or alkali-free glass). Particular preference is given to using so-called vapor-deposition glasses, as disclosed, for example, in WO 03/088370 A1.
  • thermoplastics all thermoplastics can be used, but preferred are polymers such as polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylcarbazole (PVK), polybutadienes, polyethylene (PE) 1 polyethylene terephthalate (PET) and polyester.
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PVK polyvinylcarbazole
  • PET polyethylene
  • metallic foils as encapsulation.
  • the encapsulation may consist of a single encapsulation layer in the simplest case, but it is also possible to build the encapsulation of several layers.
  • the total thickness of the encapsulation is not limited, but it is preferably in the range of 1 .mu.m to 3 mm, more preferably in the range of 5 .mu.m to 1, 1 mm.
  • a modification of the substrate surface and / or the surface of the second electrode or the encapsulation is necessary in the external coupling-out efficiency (substrate-air boundary) in order to reduce the total reflection at the boundary layer.
  • non-transparent and / or reflective, preferably spherical particles may also be proportionately embedded in the at least one layer.
  • the proportion of non-transparent and / or reflective, preferably spherical particles should not exceed 50%, preferably 25% and particularly preferably 10%.
  • the proportion of transparent, non-spherical particles also partially transparent and non-spherical particles such.
  • the proportion of transparent, non-spherical particles should not exceed 50%, preferably 25% and particularly preferably 10%.
  • the transparent, preferably spherical particles it is also possible for at least some of the transparent, preferably spherical particles to be aggregated.
  • the aggregation of the particles makes it possible to form a more diffuse surface. As a result, the external light extraction is additionally increased.
  • the present invention also provides a process for the preparation of an OLED, which is characterized in that one of the substrate and / or the second electrode and the encapsulation of the OLED at least one, preferably a transparent layer, especially preferably applies a transparent film in which preferably spherical particles are embedded, which at least partially protrude from the at least one layer.
  • a thin-layer encapsulation is used in a "top emission" OLED or a transparent OLED, this encapsulation can simultaneously serve as a carrier layer for the preferably spherical particles, but preferably a transparent protective layer is applied to the thin-layer encapsulation, which mechanically stabilizes the thin-layer encapsulation
  • the transparent protective layer can also serve as a carrier layer for the preferably spherical particles and both properties are combined in one layer system, but it is also possible for the at least one transparent layer, which contains the transparent, preferably spherical particles, additionally on the to arrange transparent protective layer.
  • the inventive OLED's can be for all the skilled person known processes. Such processes include spin, slit, spray and roller coating processes, as well as printing processes such as screen, offset and web printing.
  • the at least one layer can be applied and then the transparent, preferably spherical particles or the at least one layer and the transparent, preferably spherical particles are applied together in one step. If the preferably spherical particles are applied only after the thin-film coating, dry or wet spray methods can be used. An embedding of the transparent, preferably spherical particles by means of ultrasound is also possible. Further methods for introducing the transparent, preferably spherical particles are known to the person skilled in the art.
  • the at least one transparent layer is applied by printing (such as screen, offset and web printing), it may be applied directly to the substrate and / or the second electrode in a structured manner.
  • printing such as screen, offset and web printing
  • the structuring can be obtained by first applying the at least one transparent layer and then incorporating the transparent, preferably spherical particles into the at least one layer, the particles being applied at the points at which the at least one at least a layer is located, can be easily removed later. But it is also possible, the particles together with the at least one layer structured in a process step to apply.
  • Curing can be carried out according to all methods known and suitable to the person skilled in the art. However, UV curing and thermal curing are preferred.
  • the particles are sprayed onto the layer in a dry spray process.
  • the particles not embedded in the layer can then be removed by rinsing with water or by blowing off with compressed air.
  • Another object of the present invention relates to the use of OLEDs according to the invention in lighting devices.
  • the term lighting devices includes, for example, general lighting and backlighting of LCD ' s.
  • Another object of the present invention relates to the use of OLEDs in display according to the invention.
  • An approximately 50 nm thick PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) layer (Baytron P AL4083) is placed thereon as a hole injection layer.
  • An approximately 80 nm thick emitter layer (“Super Yellow", Merck OLED Materials GmbH) is applied to this layer by spin coating.As a cathode, a thin barium layer and then a thicker (approximately 100 nm) aluminum layer are vapor-deposited in vacuo. Finally, the OLED is encapsulated by sticking a glass plate over its entire area in order to minimize the effects of oxygen and humidity on the OLED.
  • Fig. 2 shows the typical schematic structure of such OLEDs.
  • Light beams can be coupled into the plastic adhesive film. In this way direct coating of the OLED is made possible by a simple method.
  • Figure 3 shows a scanning electron micrograph of the adhesive film of Example 1 with the introduced balls. It can clearly be seen how the balls introduced into the adhesive film are approximately half out of the film.
  • the angle-dependent, relative light intensity is measured by the OLED produced, once without and once with the layer according to the invention which contains transparent, spherical particles which at least partially protrude from the at least one layer.
  • the angle of 0 ° corresponds to the normal (vertical) to the OLED substrate. In this vertical observation, a 20% increase in the light intensity is obtained compared with the OLED without the coating according to the invention. This effect is even stronger and increases to over 40%, with a measuring angle in the range of 60 to 80 °.
  • SiO 2 balls (d ⁇ 4 to 7 // m) with a larger diameter distribution, which are manufactured and sold under the name Ronasphere ® LDP by Merck KGaA, used. These particles are used, for example, as a filler for the cosmetics industry (eg for
  • Creams produced on a large scale and are therefore relatively inexpensive.
  • the refractive index of these spheres is about 1, 6.
  • Figure 5 shows a scanning electron micrograph of the adhesive film of Example 2 with the introduced balls.
  • Example 3 A transparent polymer layer (LCD topcoat) is applied by spin-coating to a glass pane, which constitutes the OLED support.
  • This material is manufactured by Japan Synthetic Rubber (JSR), Japan, and serves as a planarizing layer in LCD color filter production.
  • JSR Japan Synthetic Rubber
  • the solution is prepared by mixing two components (JSR JSS-273A and Optmer JSS-273B) in a weight ratio of 6: 1 (273A: 273B) before use and applying it to the glass plate at 800 rpm.
  • the SiO 2 balls of Example 2 are distributed by means of a dry spray on the wet film.
  • a 10 minute annealing step at about 120 0 C followed on the hot plate to evaporate the solvent and to polymerize the top coat material.
  • the balls are stored in the film and fixed. Ideally, the spheres dip to half the diameter in the polymer film.
  • Figure 7 shows a scanning electron micrograph of the adhesive film of Example 3 with the introduced balls.
  • Ronasphere particles described in Example 2 in an amount of 40 to 50% by weight, based on the paint, are introduced into a screen-printing lacquer MZ paint 093 from Pröll and homogeneously distributed in the paint. This mixture is by means of a screen printing unit patterned on the substrate outside of the OLED's printed.
  • Total thickness (transparent layer and particles) of about 8 to 10 microns, is cured in an oven at about 60 ° C.
  • Concentration of particles in the paint system is achieved a distribution in which the transparent particles protrude from the paint layer. Since the structured part of the layer increases the light output of the OLED, this coated region in the on state appears brighter than the rest of the uncoated area, while also light, but not so bright.
  • the lettering can be recognized even in the non-switched-state by the diffuse appearance, which gives the component an additional positive property.
  • visualizations can be visualized in bright surroundings, which can still be recognized in the dark by the OLED in the switched-on state.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft OLED's, die mindestens ein Substrat, eine 1. Elektrode, mindestens eine organische licht-emittierende Schicht und eine 2. Elektrode aufweisen, wobei entweder das Substrat und die 1. Elektrode, die 2. Elektrode oder das Substrat, die 1. und die 2. Elektrode transparent sind, die dadurch gekennzeichnet sind, dass auf dem Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung, insbesondere in Beleuchtungsvorrichtungen und Displays.

Description

OLED s mit erhöhter Licht-Auskopplung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft OLED 's (Organic Light-Emitting Devices) mit erhöhter Licht-Auskopplung, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung.
OLED 's haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung genommen. Sie verdrängen dabei immer mehr die derzeit eingesetzten Flüssigkristalldisplays (LCD's). Gegenüber den LCD's weisen die OLED's mehrere Vorteile auf: Sie zeichnen sich einerseits durch einen einfacheren Aufbau sowie durch einen niedrigeren Energieverbrauch aus. Darüber hinaus weisen sie eine geringere Blickwinkelabhängigkeit auf.
Nachteilig an den derzeit zur Verfügung stehenden OLED's sind deren noch zu kurze Lebensdauern, die speziell für langlebige Anwendungen, wie z.B. Hintergrundbeleuchtung von LCD's und allgemeine Raumbeleuchtung, notwendig sind.
An dieser Problematik wird derzeit aber intensiv geforscht, einerseits durch Entwicklung neuer lichtemittierender Materialien mit höherer Stabilität und andererseits aber auch durch Verbesserung der Verkapselung der OLED's. Beides führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer von OLED's.
Ein weiterer Ansatz, um die Lebensdauer zu erhöhen, liegt darin, die Effizienz der OLED's zu erhöhen, beispielsweise durch Erhöhung der Lichtauskopplung der OLED's. Auf diese Weise ist es möglich, bei konstanter Lichtleistung die Stromaufnahme der OLED's zu verringern (und somit Energie zu sparen) oder bei gleicher elektrischer Leistung, die Lichtausbeute zu erhöhen. Es ist allgemein bekannt, dass von dem in der Emitterschicht erzeugten Licht, etwa 40% bereits in den inneren Schichtsystemen verloren geht, d.h. nur 60% des erzeugten Lichtes kann überhaupt das innere Schichtsystem verlassen (sog. „interne Auskopplung"). Ebenfalls etwa 40% des erzeugten Lichtes geht an der Grenze Substrat/Luft aufgrund von Total-Reflexion verloren, so dass nur etwa 20 bis maximal 30% des gesamten, erzeugten Lichtes überhaupt aus dem OLED austritt (sog. „externe Auskopplung"). Die vorliegende Erfindung betrifft die Erhöhung der externen Auskopplung an der Grenzschicht Substrat/Luft.
In Fig. 1 ist die interne und externe Auskopplung schematisch dargestellt.
Für die Erhöhung der externen Auskoppeleffizienz gibt es verschiedene Ansätze. So können beispielsweise Oberflächenstrukturen mittels photo- lithographischen Strukturierungen, wie z.B. Mikrolinsensystemen und Pyramidenstrukturen, aufgebracht werden.
So wird beispielsweise in der US 2003/0020399 A1 eine Anordnung von Mikrolinsen auf OLED 's beschrieben, die eine planare Kopfstruktur aufweisen, um die Lichtauskopplung zu verbessern. Nachteilig an den planaren Mikrolinsen ist jedoch, dass sie in der Senkrechten zu keiner Verbesserung der Auskopplung führen.
Auch kann eine Aufrauhung der Oberfläche durchgeführt werden. Weiterhin wird die Verwendung eines Substratglases mit einem höheren Brechungsindex (n ~ 1 ,85) in der US 2004/0007969 A1 beschrieben. Auch die Beschichtung der Substratoberfläche mit einer Diffusor-Schicht soll die externe Auskoppeleffizienz verbessern.
Nachteilig an den beschriebenen Möglichkeiten, die Lebensdauer der OLED 's und damit ihre Effizienz durch Verringerung des Strahlungsverlustes zu erhöhen, ist jedoch der mit der Strukturierung einhergehende Aufwand, z.B. bei der lithographischen Strukturierung, und der damit verbundene hohe Kostenfaktor sowie die mangelnde Effizienzverbesserung, z.B. beim Aufrauhen der Oberfläche. Auch wenn mögliche Replikationsverfahren eine relativ kostengünstige Alternative zu den photo- lithographischen Strukturierungen darstellen, werden bis jetzt für die bestehenden OLED-Produkte keine Maßnahmen zur Steigerung der externen Auskoppeleffizienz umgesetzt.
Yamasaki et al. beschreiben in Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 10 (2000) OLED's bei denen auf dem Substrat eine Monoschicht von Silica-
Mikropartikeln angeordnet ist, um die Auskopplung zu erhöhen. Die Partikel weisen dabei einen Durchmesser von 550 nm auf. Nachteilig an dem beschriebenen Aufbau ist jedoch, dass aufgrund der geringen Partikelgröße Diffraktion auftritt. Auch liegen die Partikel nur auf dem Glas auf und sind dadurch optisch nicht mit dem Substrat gekoppelt. Somit wird durch diesen Aufbau lediglich die Lichtstreuung beeinflusst. Die Totalreflexion des Lichtes an der Substratoberfläche bleibt weitestgehend unbeeinflusst.
OLED's die eine Polymerschicht aufweisen, in die Mikropartikel eingebettet sind, werden in der WO 03/061028 A2 beschrieben. Die Polymerschicht, die die Mikropartikel enthält, ist dabei zwischen dem Substrat und der Anodenschicht, d.h. innerhalb des OLED's, angeordnet. Die Mikropartikel weisen einen hohen Brechungsindex von mindestens 1 ,7 auf, um das Licht, das in der Emitterschicht erzeugt wird, in einem steileren Winkel in das Glassubstrat einzukoppeln. Abgesehen davon, dass die beschriebene Anordnung die „interne Auskoppelung" betrifft, kann das Einfügen dieser partikelhaltigen Polymerschicht zu einer höheren Rauhigkeit der Anodenoberfläche führen, was die Eigenschaften des OLED's negativ beeinflussen kann.
Ein Beleuchtungssystem mit einem Substrat und einer aktiven Schicht, die ein elektrolumineszierendes Material enthält, wobei diese aktive Schicht zwischen einer ersten, optisch transparenten Elektrodenschicht und einer zweiten Elektrodenschicht vorgesehen ist, wobei eine das Licht streuende Schicht mit einem Medium, das Lichtstreueigenschaften aufweist, auf einer Seite der transparenten Elektrodenschicht vorhanden ist, die von der aktiven Schicht abgewandt ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Eigenschaften der das Licht streuenden Schicht derart sind, dass der nicht streuende Bruchteil eines Lichtstrahls, wenn dieser durch die das Licht streuende Schicht hindurch geht, in dem Bereich zwischen 0,005 und 0,8 liegt, wird in der EP 0 867 104 B1 offenbart.
Ausgehend von dem oben genannten nächstliegenden Stand der Technik, kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, OLED's bereitzustellen, die einerseits eine erhöhte externe Licht- Auskopplung aufweisen, die sich andererseits aber auch durch eine einfache Oberflächenmodifikation auszeichnen, die relativ einfach hergestellt werden kann. Einfache Herstellung bedeutet in diesem Zusammenhang sowohl kostengünstige Herstellung als auch technisch einfache Herstellung.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein OLED1 das mindestens
- ein Substrat,
- eine 1. Elektrode,
- mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und - eine 2. Elektrode aufweist, wobei zumindest entweder
- das Substrat und die 1. Elektrode,
- die 2. Elektrode oder
- das Substrat, die 1. und die 2. Elektrode transparent sind, das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
Auf dem transparenten Substrat und auf der transparenten 2. Elektrode bedeutet in der vorliegenden Anmeldung auf der jeweils äußeren Seite, d.h. der der Licht-emittierenden Schicht gegenüberliegenden Seite, des transparenten Substrats bzw. der transparenten 2. Elektrode.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform („Bottom Emission" OLED) weist das OLED den folgenden Aufbau auf:
- ein transparentes Substrat,
- eine transparente 1. Elektrode,
- mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und - eine 2. Elektrode, der dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem transparenten Substrat mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform („Top Emission" OLED) weist das OLED den folgenden Aufbau auf:
- ein Substrat, - eine 1. Elektrode,
- mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und
- eine transparente 2. Elektrode, der dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen. Das Substrat kann in dieser Ausführungsform transparent, semi-transparent sowie nicht transparent sein.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform („transparentes" OLED) weist das OLED den folgenden Aufbau auf:
- ein transparentes Substrat,
- eine transparente 1. Elektrode,
- mindestens eine organische licht-emittierende Schicht, und
- eine transparente 2. Elektrode, der dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise eine transparente Schicht und besonders bevorzugt ein transparenter Film, angeordnet ist, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen. Besonders bevorzugt ist bei dieser
Ausführungsform sowohl auf dem transparenten Substrat als auch auf der transparenten 2. Elektrode jeweils mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise jeweils eine transparente Schicht und besonders bevorzugt jeweils ein transparenter Film, angeordnet, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthalten, die zumindest teilweise aus der jeweils mindestens einen Schicht herausstehen.
In den oben genannten Ausführungsformen kann entweder die 1. Elektrode als Anode und die 2. Elektrode als Kathode ausgebildet sein oder umgekehrt, wobei die erstgenannte Alternative die bevorzugte Ausführungsform darstellt.
Besonders bevorzugt ist bei den oben genannten Ausführungsformen auf der 2. Elektrode zusätzlich noch eine Verkapselung angeordnet, und zwar auf der, der licht-emittierenden Schicht gegenüberliegenden Seite. In der ersten bevorzugten Ausführungsform („Bottom Emission" OLED) kann die Verkapselung transparent, semi-transparent sowie nicht transparent sein. In der zweiten sowie dritten bevorzugten Ausführungsform ist die Verkapselung transparent oder semitransparent, vorzugsweise transparent. Insbesondere bevorzugt ist es in Bezug auf die zweite sowie dritte bevorzugte Ausführungsform, wenn die mindestens eine, vorzugsweise eine, Schicht der Verkapselung gleichzeitig die transparente Schicht bildet, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der einen Schicht herausstehen.
Die erfindungsgemäße, mindestens eine transparente Schicht muß im wesentlichen einer Anforderung genügen. Sie muß die notwendige Transparenz aufweisen. Somit ist die Auswahl der zur Verfügung stehenden Materialien sehr groß. Es können dementsprechend als Materialien für die mindestens eine transparente Schicht alle bekannten und kommerziell erhältlichen Materialien, wie z.B. Glas, glasartige Materialien (z. B. Sol-Gel-Systeme) und Kunststoffe (z. B. Polymersysteme) eingesetzt werden, sofern sie die entsprechende Transparenz aufweisen. Bevorzugt sind Kunststoffe. Zu den Kunststoffen zählen insbesondere Lacke und Klebstoffe.
Als Lacke können alle dem Fachmann für den erfindungsgemäßen Einsatz geeigneten Lacke, wie zum Beispiel Lacke, die das organische Bindemittel in organischen Lösungsmitteln und/oder Wasser gelöst enthalten sowie Puiverlacke, eingesetzt werden. Lacke können dabei nach unterschiedlichen Kriterien gekennzeichnet werden. Eine entsprechende Übersicht findet sich im Römpp Chemie Lexikon, Band: Lacke und
Druckfarben, 1998. Bevorzugt sind thermisch und UV-härtende Lacke. Desweiteren bevorzugt sind Klarlacke.
Als Klebstoffe können ebenfalls alle dem Fachmann für den erfindungs- gemäßen Einsatz geeigneten Klebstoffe, wie zum Beispiel physikalisch und/oder chemisch abbindende Klebstoffe, eingesetzt werden. Eine Übersicht über physikalisch sowie chemisch abbindende Klebstoffe findet sich im Römpp Chemie Lexikon, Band 3, 9. Auflage, 1990. Bevorzugt sind thermisch- und UV-härtende Klebstoffe.
Die oben genannten Materialien für die mindestens eine transparente Schicht können für die jeweilige Applizierungsart (z.B. Spin Coating, Siebund Flexodruck) optimiert eingesetzt werden.
Die mindestens eine transparente Schicht weist dabei vorzugsweise eine Schichtdicke von 1 μm bis 1000 μm auf. Besonders bevorzugt sind Schichtdicken im Bereich von 2 μm bis 200 μm.
Als Materialien für die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel können alle bekannten und kommerziell erhältlichen Partikel eingesetzt werden, sofern sie die entsprechende Form, Größe und Transparenz aufweisen. Bevorzugte Materialien für die transparenten Partikel sind Glas, Kunststoff und anorganische Oxid-Partikel. So können beispielsweise Glasoder Kunststoff-Partikel, die als Abstandshalter (sog. „Spacer") in der LCD Fertigung zum Einsatz kommen, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Siliziumdioxid-Partikel, wie die beispielsweise in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Partikel.
Die mindestens eine transparente Schicht, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel enthält, kann dabei entweder vollflächig oder strukturiert sein.
Desweitern kann das Material für die mindestens eine Schicht und/oder die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel auch eingefärbt sein. Die Bereitstellung von Materialien zum Einfärben der mindestens einen transparenten Schicht sowie der transparenten Partikel ist dem Fachmann bekannt. Auf diese Weise ist es möglich, eine farbige Auskoppelschicht zu erhalten. Durch eine Strukturierung ist es darüber hinaus möglich, bestimmte Bereiche des OLED mit einer farbigen Auskoppelschicht zu versehen. Auch können mehrere, unterschiedliche Farbbereiche auf einem OLED beispielsweise durch wiederholtes Auftragen von andersfarbigen Auskoppelschichten dargestellt werden. Damit ist es möglich, die Erhöhung der Lichtauskopplung mit einer farbigen Darstellung auf dem OLED zu kombinieren.
Transparent im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass das Material zumindest in Teilbereichen, vorzugsweise jedoch im gesamten Bereich, des sichtbaren Lichtes eine Lichtdurchlässigkeit von > 60 bis 100% aufweist, semi-transparent bedeutet, dass die Lichtdurchlässigkeit im Bereich von 20 bis 60% liegt und nicht transparent bedeutet, dass die Lichtdurchlässigkeit im Bereich von 0 bis < 20% liegt.
Der Begriff „zumindest teilweise", in bezug auf das Herausstehen der transparenten Partikel aus der einen Schicht bedeutet in der vorliegenden Erfindung, dass mindestens 10%, vorzugsweise 50% und besonders bevorzugt 90% der Partikel teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
Die in der mindestens einen transparenten Schicht angeordneten transparenten Partikel sind vorzugsweise sphärisch, d.h. im wesentlichen kugelförmig. Die transparenten, vorzugsweise sphärischen, Partikel weisen dabei vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 1 bis 100 μm auf, besonders bevorzugt sind mittlere Durchmesser von 2 bis 10 μm. Auch sind Mischungen von Partikeln unterschiedlicher Größenverteilung möglich. Der Brechungsindex n der vorzugsweise sphärischen Partikel variiert von 1 ,3 bis 2,0 , je nach Beschaffenheit der Partikel. Sphärisch, d.h. im wesentlichen kugelförmig bedeutet in der vorliegenden Erfindung, dass der größte Durchmesser eines Partikels maximal doppelt so groß ist wie der mittlere Durchmesser und der kleinste Durchmesser minimal halb so groß ist wie der mittlere Durchmesser. Die Oberflächenrauhigkeit der Partikel ist dabei in keinster Weise beschränkt, sie kann von sehr glatt bis sehr rauh reichen.
Vorzugsweise stehen die transparenten Partikel mit 25 bis 75% ihres
Durchmessers, besonders bevorzugt mit 40 bis 60% ihres Durchmessers und insbesondere mit etwa 50% ihres Durchmessers aus der mindestens einen transparenten Schicht heraus, d.h. insbesondere sind sie annähernd zur Hälfte in die mindestens eine transparente Schicht, vorzugsweise in die eine transparente Schicht und besonders bevorzugt in den einen transparenten Film eingelagert.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass es möglich ist, durch die erfindungsgemäße Anordnung der mindestens einen transparenten Schicht, die transparente, vorzugsweise sphärische, Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen, die externe Auskopplung der OLED 's deutlich zu erhöhen.
Durch die gezielte Auswahl der Größe der Partikel, der Oberflächen- rauhigkeit der Partikel sowie der Brechungsindices der Partikel und der mindestens einen transparenten Schicht ist es darüber hinaus möglich, die gewünschten Eigenschaften, wie z. B. spektrale Eigenschaften, zu beeinflussen.
Als Substrate können alle für diesen Zweck geeigneten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugte Substrat-Materialien sind jedoch Glas sowie Kunststoffe, wobei Glas besonders bevorzugt ist. Als Glas können alle möglichen Glassorten eingesetzt werden, wie z.B. typisches Fensterglas. Vorzugsweise werden jedoch Flachgläser eingesetzt, wie sie in der Displayindustrie Verwendung finden (z.B. Kalk-Natron-Glas oder alkalifreies Glas). Als Kunststoffe können alle thermoplastischen Kunststoffe eingesetzt werden, bevorzugt sind jedoch Polymere wie z.B. Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylcarbazol (PVK), Polybutadiene, Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyester. Für „Top Emission" OLED 's können auch metallische Substrate, wie z. B. metallische Folien, eingesetzt werden. Die Dicke des Substrates ist dabei nicht beschränkt, sie liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 3 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1 ,1 mm.
Als Materialien für die vorzugsweise, transparente Anode werden vorzugsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO, Indium Tin Oxide) oder auch andere Metalloxide, wie z. B. Indium-Zink-Oxid (IZO) oder Aluminium-Zink-Oxid
(AIZnO), aber auch dotierte Versionen der genannten Oxide (z.B. mit Fluor dotiertes ITO) eingesetzt. Darüber hinaus ist auch eine semi-transparente, dünne Metallschicht als Anode oder im Falle des „Top Emission" OLED auch eine nicht-transparente Anode denkbar.
Die organische licht-emittierende Schicht kann als licht-emittierende Materialien entweder sog. „small molecules" (kleine Moleküle) oder Polymere aufweisen. Als Materialien können dabei alle dem Fachmann für diesen Zweck bekannten und geeigneten Materialien eingesetzt werden. Auch ist es möglich, dass bei der Verwendung von mehreren lichtemittierenden Materialien, diese in einer oder mehreren organischen lichtemittierenden Schichten (sog. „multi layers") angeordnet sind.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen OLED's weitere Funktionsschichten aufweisen, die je nach Anwendung variieren können. So sind beispielsweise Lochleiter-, Elektronenleiter-, Injektions- und/oder Barriereschichten denkbar. Diese können vorzugsweise vorhanden sein, sind jedoch nicht zwingend notwendig.
Als Materialien für die nicht-transparente oder semi-transparente Kathode werden vorzugsweise metallische Materialien, wie z. B. Al1 Ag, Au oder Cr, eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Zwei- Schichtsysteme (Bi-layer) aus einer dünnen Schicht Ba, Li, LiF, Ca oder Mg und einer Schicht aus einem Metall aufgedampft. Als Materialien für transparente oder semi-transparente Kathoden, beispielsweise für „Top Emission" OLED 's oder transparente OLED 's, werden vorzugsweise transparente oder semi-transparente Kathoden-Materialien, wie z.B. ITO, eingesetzt.
Als Verkapselung können alle für diesen Zweck geeigneten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugte Verkapselungsmaterialien sind jedoch Glas sowie Kunststoffe, wobei Glas besonders bevorzugt ist. Als Glas können alle möglichen Glassorten eingesetzt werden, wie z.B. typisches Fensterglas. Vorzugsweise werden jedoch Flachgläser eingesetzt, wie sie in der Displayindustrie Verwendung finden (z.B. Kalk-Natron-Glas oder alkalifreies Glas). Besonders bevorzugt werden sog. Aufdampfgläser verwendet, wie sie beispielsweise in der WO 03/088370 A1 offenbart werden. Als Kunststoffe können alle thermoplastischen Kunststoffe eingesetzt werden, bevorzugt sind jedoch Polymere wie z.B. Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylcarbazol (PVK), Polybutadiene, Polyethylen (PE)1 Polyethylenterephthalat (PET) und Polyester. Es können jedoch auch metallische Folien als Verkapselung eingesetzt werden. Die Verkapselung kann dabei im einfachsten Fall aus einer einzigen Verkapselungsschicht bestehen, es ist jedoch auch möglich die Verkapselung aus mehreren Schichten aufzubauen. Die Gesamtdicke der Verkapselung ist dabei nicht beschränkt, sie liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 3 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 μm bis 1 ,1 mm.
Um die Licht-Auskopplung zu erhöhen, ist bei der externen Auskoppeleffizienz (Substrat-Luft Grenze) eine Modifikation der Substratoberfläche und/oder der Oberfläche der 2. Elektrode bzw. der Verkapselung nötig, um die Totalreflexion an der Grenzschicht zu vermindern. Dazu wird bei der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ein Film, in dem transparente, vorzugsweise sphärische Partikel eingelagert sind, auf das Substrat und/oder die Oberfläche der 2. Elektrode bzw. der Verkapselung aufgebracht.
Neben den transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikeln können anteilig auch nicht-transparente und/oder reflektierende, vorzugsweise sphärische Partikel in der mindestens einen Schicht eingebettet sein. Der Anteil der nicht-transparenten und/oder reflektierenden, vorzugsweise sphärischen Partikel sollte jedoch 50%, vorzugsweise 25% und besonders bevorzugt 10%, nicht überschreiten. Darüber hinaus können neben den transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikeln anteilig auch transparente, nicht-sphärische Partikel, wie z.B. „glass-flakes", in der mindestens einen Schicht eingebettet sein. Der Anteil der transparenten, nicht-sphärischen Partikel sollte jedoch 50%, vorzugsweise 25% und besonders bevorzugt 10%, nicht überschreiten.
Auch ist es möglich, dass zumindest ein Teil der transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel aggregiert vorliegt. Durch die Aggregation der Partikel ist es möglich, eine diffusere Oberfläche auszubilden. Dadurch wird die externe Lichtauskopplung zusätzlich erhöht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen OLED 's, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man auf das Substrat und/oder die 2. Elektrode bzw. die Verkapselung des OLED 's mindestens eine, vorzugsweise eine transparente Schicht, besonders bevorzugt einen transparenten Film aufbringt, in dem vorzugsweise sphärische Partikel eingelagert sind, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
Dabei kann die vorzugsweise eine transparente Schicht, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel enthält, als Film entweder vor der OLED-Herstellung oder danach auf dem Substrat und/oder der 2. Elektrode bzw. der Verkapselung, welche(s) für die OLED- Herstellung benutzt wird, aufgebracht werden. Dabei ist es möglich, in einem ersten Schritt den Film aufzubringen und anschließend die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel oder den Film und die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel zusammen in einem Schritt aufzubringen. In zwei weiteren Ausführungsformen ist es möglich, entweder die vorzugsweise sphärischen Partikel direkt in eine Folie einzubringen oder eine Folie mit einer transparenten Schicht und vorzugsweise sphärischen Partikeln zu beschichten, wobei die Folie dann auf das OLED laminiert wird. Ferner ist es auch möglich, das Substrat und/oder die 2. Elektrode bzw. die Verkapselung bei seiner Herstellung direkt mit den vorzugsweise sphärischen Partikeln zu behandeln.
Wird bei einem „Top Emission" OLED oder einem transparenten OLED eine Dünnschichtverkapselung eingesetzt, so kann diese Verkapselung gleichzeitig auch als Trägerschicht für die vorzugsweise sphärischen Partikel dienen. Vorzugsweise wird jedoch auf der Dünnschichtverkapselung eine transparente Schutzschicht aufgebracht, die die Dünnschichtverkapselung mechanisch stabilisiert. In diesem Fall kann die transparente Schutzschicht auch als Trägerschicht für die vorzugsweise sphärischen Partikel dienen und es werden beide Eigenschaften in einem Schichtsystem kombiniert. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, die mindestens eine transparente Schicht, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel enthält, zusätzlich auf der transparenten Schutzschicht anzuordnen.
Die erfindungsgemäßen OLED's lassen sich nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren herstellen. Solche Verfahren sind beispielsweise Spin-, Slit-, Spray- und Roller-Coating Prozesse sowie Druckverfahren, wie beispielsweise Sieb-, Offset- und Rollendruck. Dabei kann entweder in einem ersten Schritt die mindestens eine Schicht aufgebracht werden und anschließend die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel oder die mindestens eine Schicht und die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel werden zusammen in einem Schritt aufgebracht. Falls die vorzugsweise sphärischen Partikel erst nach der Dünnfilmbeschichtung aufgebracht werden, können Trocken- oder Nass-Sprühverfahren angewendet werden. Auch ist eine Einbettung der transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel mittels Ultraschall möglich. Weitere Verfahren zur Einbringung der transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel sind dem Fachmann bekannt.
Falls die mindestens eine transparente Schicht mittels Druckverfahren (wie z.B. Sieb-, Offset- und Rollendruck) aufgebracht wird, kann sie direkt strukturiert auf das Substrat und/oder die 2. Elektrode aufgebracht werden. Es ist aber auch denkbar, durch die Benutzung eines UV-härtenden Systems, welches ganzflächig auf das Substrat und/oder die 2. Elektrode aufgebracht wird (z.B. mittels Spin Coating), dieses durch
Maskenbelichtung strukturiert zu härten und die nicht vernetzten Bereiche abzuwaschen (typischer Lithographie-Prozess). Auf diese Weise ist eine Strukturierung der Auskoppelschicht möglich. Damit können z.B. bestimmte Flächen, Strukturen und/oder Schriftzeichen auf das OLED aufgebracht werden, die dann im angeschalteten Zustand durch die höhere
Lichtauskopplung heller erscheinen als die mindestens eine restliche, dunklere Leuchtfläche, die keine erhöhte Lichtauskopplung aufweisen. Es können aber auch genauso gut bestimmte Flächen, Strukturen und/oder Schriftzeichen ausgespart werden, die dann dunkler erscheinen, als die mindestens eine restliche Leuchtfläche. Die Strukturierung kann dabei erhalten werden, in dem erst die mindestens eine transparente Schicht aufgebracht wird und anschließend die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel in die mindestens eine Schicht eingearbeitet werden, wobei die Partikel, die an den Stellen aufgebracht werden, an denen sich nicht die mindestens eine Schicht befindet, später einfach entfernt werden können. Es ist aber auch möglich, die Partikel zusammen mit der mindestens einen Schicht strukturiert in einem Verfahrensschritt aufzubringen.
Nach dem Aufbringen erfolgt vorzugsweise die Härtung der mindestens einen Schicht, die die transparenten, vorzugsweise sphärischen Partikel enthält. Die Härtung kann dabei nach allen dem Fachmann bekannten und geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugt ist jedoch die UV-Härtung sowie die thermische Härtung.
Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren wird im folgenden beschrieben:
Nach dem Aufbringen einer dünnen Polymer- oder Kleberschicht werden die Partikel im Trockensprühverfahren auf die Schicht aufgesprüht. Die nicht in die Schicht eingebundenen Partikel können dann durch Abspülen mit Wasser oder durch Abblasen mit Druckluft entfernt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen OLED's in Beleuchtungsvorrichtungen. Der Begriff Beleuchtungsvorrichtungen umfasst dabei beispielsweise allgemeine Beleuchtung sowie Hintergrundbeleuchtung von LCD 's.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen OLED's in Displays.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ohne dadurch jedoch beschränkt zu werden. Beispiele
Aufbau eines OLED
Auf einem Glassubstrat (Dicke: 0,7 mm) mit einem Brechungsindex von n [589 nm] ~ 1 ,5 wird eine ca. 130 nm dicke ITO Schicht als Anode (n = 1 ,8) aufgesputtert. Darauf befindet sich eine ca. 50 nm dicke PEDOT (Poly(3,4- ethylendioxythiophen)) Schicht (Baytron P AL4083) als Loch- Injektionsschicht. Auf dieser Schicht wird mittels Spin-Coating eine ca. 80 nm dicke Emitterschicht („Super Yellow", Merck OLED Materials GmbH) aufgebracht. Als Kathode werden eine dünne Barium Schicht und darauf eine dickere (ca. 100 nm) Aluminiumschicht im Vakuum aufgedampft. Zuletzt wird das OLED noch durch vollflächiges Aufkleben einer Glasplatte verkapselt, um die Einflüsse von Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit auf das OLED zu minimieren.
Fig. 2 zeigt den typischen, schematischen Aufbau eines solchen OLED 's.
Beispiel 1 : Um die Licht-Auskopplung aus dem OLED Substrat zu verbessern werden Glas-Spacer-Kugeln (Durchmesser ca. 5 μm), die als Abstandshalter für den Bau von Flüssigkristalldisplays (LCD's) verwendet werden, in einen transparenten Plastikklebefilm eingebracht. Die Kugeln werden dabei so in die Klebeschicht des Plastikklebefilms eingebracht, dass sie etwa zur Hälfte aus der etwa 20 μm dicken Klebeschicht herausragen. Dieser Film wird, mit den nach oben herausragenden Kugeln, mittels eines Immersions-Öls (n = 1 ,52) auf das OLED auflaminiert. Das Öl verhindert dabei, dass sich zwischen dem Glassubstrat des OLED 's und dem Film eine Luftschicht bildet, die dann wieder eine Totalreflexion des Lichts innerhalb des Substrats bewirken könnte. Somit ist gewährleistet, dass auch alle
Lichtstrahlen in den Plastikklebefilm einkoppeln können. Auf diese Weise wird durch eine einfache Methode die direkte Beschichtung des OLED 's ermöglicht.
Figur 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Klebefilms des Beispiels 1 mit den eingebrachten Kugeln. Deutlich zu sehen ist dabei, wie die in den Klebefilm eingebrachten Kugeln annähernd zur Hälfte aus dem Film herausstehen.
Es wird von dem hergestellten OLED die winkelabhängige, relative Lichtintensität gemessen, und zwar einmal ohne und einmal mit der erfindungsgemäßen Schicht, die transparente, sphärische Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
In Fig. 4 wird die Verbesserung der externen Auskopplung anhand der Messung der winkelabhängigen, relativen Lichtintensität eines Referenz- OLED's (ohne die erfindungsgemäße Schicht) und eines OLED's, das mit der erfindungsgemäßen Schicht des Beispiels 1 beschichtet ist (gekoppelt mit Immersions-Öl) gezeigt.
Dabei entspricht der Winkel von 0° der Normalen (Senkrechten) zum OLED Substrat. In dieser senkrechten Beobachtung erhält man eine 20%ige Erhöhung der Lichtintensität verglichen mit dem OLED ohne die erfindungsgemäße Beschichtung. Dieser Effekt verstärkt sich noch und steigt auf über 40% an, bei einem Messwinkel im Bereich von 60 bis 80°.
Die in diesem Beispiel verwendeten Spacer-Kugeln weisen eine sehr enge Durchmesserverteilung auf und sind dadurch relativ teuer. Deshalb werden im folgenden Beispiel SiO2-Kugeln mit einer deutlich breiteren Verteilung eingesetzt, die jedoch deutlich billiger sind. Beispiel 2:
Es werden SiO2 -Kugeln (d ~ 4 bis 7 //m) mit einer größeren Durchmesserverteilung, die unter dem Namen Ronasphere® LDP von der Merck KGaA hergestellt und vertrieben werden, verwendet. Diese Partikel werden beispielsweise als Füllstoff für die Kosmetikindustrie (z.B. für
Cremes) in großem Maßstab produziert und sind deshalb relativ kostengünstig. Der Brechungsindex dieser Kugeln liegt bei ca. 1 ,6. Diese Kugeln werden, analog Beispiel 1 , in die Klebeschicht eines Klebefilms eingebracht und wie im Beispiel 1 beschrieben auf dem OLED vermessen.
Figur 5 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Klebefilms des Beispiels 2 mit den eingebrachten Kugeln.
In Fig. 6 wird die Verbesserung der externen Auskopplung anhand der Messung der winkelabhängigen, relativen Lichtintensität eines Referenz- OLED's (ohne die erfindungsgemäße Schicht) und eines OLED's, das mit der erfindungsgemäßen Schicht des Beispiels 2 beschichtet ist (gekoppelt mit Immersions-Öl) gezeigt.
Es wird, wie in Figur 6 dargestellt, eine signifikante Erhöhung der Licht- Auskopplung von ca. 30 bis 40% festgestellt.
Beispiel 3: Auf eine Glasscheibe, die als Träger das OLED darstellt, wird eine transparente Polymerschicht (LCD topcoat) durch spin-coating aufgetragen. Dieses Material wird von der Firma Japan Synthetic Rubber (JSR), Japan, hergestellt und dient als Planarisierungsschicht bei der LCD Farbfilterherstellung. Die Lösung wird durch Mischen zweier Komponenten (JSR JSS-273A und Optmer JSS-273B) im Gewichtsverhältnis 6:1 (273A : 273B) vor der Benutzung hergestellt und bei 800 U/min auf die Glasplatte aufgebracht. Auf den noch mit Lösungsmittel benetzten Film, der im getrockneten Zustand etwa 2 bis 3 μm dick ist, werden die SiO2 -Kugeln des Beispiels 2 mittels eines Trockensprühverfahrens auf dem Nassfilm verteilt. Danach folgt ein 10 minütiger Temperschritt bei ca 1200C auf der Heizplatte zum Ausdampfen des Lösungsmittels und zur Polymerisation des Topcoat Materials. Dabei werden die Kugeln in den Film eingelagert und fixiert. Idealerweise tauchen die Kugeln bis zum halben Durchmesser in den Polymerfilm ein.
Figur 7 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Klebefilms des Beispiels 3 mit den eingebrachten Kugeln.
In Fig. 8 wird die Verbesserung der externen Auskopplung anhand der Messung der winkelabhängigen, relativen Lichtintensität eines Referenz- OLED 's (ohne die erfindungsgemäße Schicht) und eines OLED 's, das mit der erfindungsgemäßen Schicht des Beispiels 3 beschichtet ist (gekoppelt mit Immersions-Öl) gezeigt.
Wie der rasterelektronischen Aufnahme in Fig. 7 zu entnehmen ist, liegt ein Teil der transparenten, kugelförmigen Partikel aggregiert vor. Diese Aggregation führt, wie Fig. 8 zeigt, gegenüber den nicht-aggregierten Partikeln der Beispiele 1 und 2 zu einer weiteren Verbesserung der externen Lichtauskopplung.
Beispiel 4:
In einen Siebdrucklack MZ-Lack 093 der Firma Pröll werden die in Beispiel 2 beschriebenen Ronasphere-Partikel, in einer Menge von 40 bis 50 Gew.- % bezogen auf den Lack, eingebracht und homogen in dem Lack verteilt. Dieses Gemisch wird mit Hilfe eines Siebdruckgerätes strukturiert auf der Substrataußenseite des OLED 's aufgedruckt. Die Schicht, die eine
Gesamtdicke (transparente Schicht und Partikel) von etwa 8 bis 10 μm aufweist, wird in einem Ofen bei ca 60°C gehärtet. Durch die geeignete Konzentration von Partikeln im Lacksystem wird eine Verteilung erreicht, bei der die transparenten Partikel aus der Lackschicht herausragen. Da der strukturierte Teil der Schicht die Lichtauskopplung des OLED 's erhöht, erscheint dieser beschichtete Bereich im angeschalteten Zustand heller, als die restliche unbeschichtete Fläche, die zwar ebenfalls leuchtet, allerdings nicht so hell.
Fig. 9 zeigt ein entsprechend hergestelltes OLED mit strukturierter Auskoppelschicht im angeschalteten Zustand.
Durch Einfärben des Lackes und/oder der Partikel ist es zudem noch möglich, die strukturierten Bereiche auch noch farbig auszugestalten.
Darüber hinaus kann in diesem Fall der Schriftzug auch im nicht- eingeschalteten Zustand durch die diffuse Erscheinung erkannt werden, was dem Bauteil eine zusätzliche positive Eigenschaft verleiht. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, z. B. Darstellungen in heller Umgebung sichtbar zu machen, die im Dunkeln durch das OLED im eingeschalteten Zustand weiterhin zu erkennen sind.

Claims

Patentansprüche
1. OLED, das mindestens ein Substrat, eine 1. Elektrode, mindestens eine organische licht-emittierende Schicht und eine 2. Elektrode aufweist, wobei zumindest entweder das Substrat und die 1. Elektrode, die 2. Elektrode oder das Substrat, die 1. und die 2. Elektrode transparent sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
2. OLED nach Anspruch 1 , das mindestens ein transparentes Substrat, eine transparente 1. Elektrode, mindestens eine organische licht- emittierende Schicht und eine 2. Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem transparenten Substrat mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
3. OLED nach Anspruch 1 , das mindestens ein Substrat, eine 1. Elektrode, mindestens eine organische licht-emittierende Schicht und eine transparente 2. Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente
Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
4. OLED nach Anspruch 1 , das mindestens ein transparentes Substrat, eine transparente 1. Elektrode, mindestens eine organische lichtemittierende Schicht und eine transparente 2. Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem transparenten Substrat und/oder der transparenten 2. Elektrode mindestens eine transparente Schicht angeordnet ist, die transparente Partikel enthält, die zumindest teilweise aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
5. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat und/oder der 2. Elektrode eine transparente Schicht angeordnet ist.
6. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat und/oder der 2. Elektrode ein transparenter Film angeordnet ist.
7. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 1. Elektrode als Anode und die 2. Elektrode als Kathode ausgebildet ist.
8. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der licht-emittierenden Schicht gegenüberliegenden Seite der 2. Elektrode zusätzlich noch eine
Verkapselung angeordnet ist.
9. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das die Partikel sphärisch sind.
10. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Partikel einen mittleren Durchmesser von 1 bis 100 μm aufweisen.
11. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Partikel mit 25 bis 75% ihres Durchmessers aus der mindestens einen Schicht herausstehen.
12. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Glas besteht.
13. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht und/oder die transparenten Partikel eingefärbt sind.
14. OLED nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht strukturiert ist.
15. Verfahren zur Herstellung von OLED's nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man auf das Substrat und/oder die 2. Elektrode des OLED's einen transparenten Film aufbringt, in dem transparente, vorzugsweise sphärische Partikel zumindest teilweise eingelagert sind.
16. Verwendung von OLED's nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 in Beleuchtungsvorrichtungen.
17. Verwendung von OLED's nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 in Displays.
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