EP2486609A1 - Organische lichtemittierende vorrichtung mit homogener temperaturverteilung - Google Patents

Organische lichtemittierende vorrichtung mit homogener temperaturverteilung

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EP2486609A1
EP2486609A1 EP10790641A EP10790641A EP2486609A1 EP 2486609 A1 EP2486609 A1 EP 2486609A1 EP 10790641 A EP10790641 A EP 10790641A EP 10790641 A EP10790641 A EP 10790641A EP 2486609 A1 EP2486609 A1 EP 2486609A1
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EP
European Patent Office
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layer
emitting device
organic light
heat conducting
organic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10790641A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Baisl
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Osram Oled GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to an organic light-emitting device.
  • OLED organic light emitting device
  • Luminescence radiator with the electromagnetic energy is generated from electrical energy.
  • the OLED has at least one organic active layer in which the electromagnetic radiation is formed.
  • the active layer is disposed between an anode and a cathode.
  • the anode injects holes into the active layer while the cathode injects electrons.
  • the injected holes and electrons each travel (under the influence of an externally applied electric field) to the oppositely charged electrode and produce electroluminescent emission upon recombination in the active layer.
  • An OLED has the particular advantage that it can be used as a large-scale and homogeneous light source. This allows completely new applications as lighting.
  • commercially available OLEDs such as Applicant's "ORBEUS CDW-031” product, still have a relatively low luminous efficiency. In the future, however, significantly higher yields and luminance should be achieved. With the size and higher luminance, however, the problem arises that the OLED heats up inside. This creates thermal effects, such as aging of the
  • Temperature distribution over a large-area device is not homogeneous, it can be different local
  • the present invention is the problem
  • Heat conducting layer for dissipating heat, which arises during an electroluminescent process.
  • the heat-conducting layer has a thermal conductivity of more than 200W / mK,
  • the common basic idea for the embodiments is that in the organic light-emitting device, a heat conducting layer for dissipating or distributing heat is introduced.
  • the heat conducting layer has a particularly good thermal conductivity. This one is bigger than that
  • Aluminum is, for example, at 200W / mK.
  • carbon-based materials are used as the heat-conducting material. These can be, for example, carbon nanotubes
  • CNT carbon nano tubes or CNT
  • CNT are particularly good thermal conductivity as a material, so that heat generated in the device can be transported well to the outside.
  • CNTs are in their electrical properties, the one
  • Thermal pad may also contain metals to achieve high thermal conductivity.
  • Heat conducting layer in direct contact with the active layer.
  • the heat conducting layer can be in direct mechanical or physical contact with the active layer. It can be applied, for example, on the active layer. In this way, heat arising in the active layer can be conducted from the active layer to other regions of the organic light-emitting device in a particularly efficient manner. There is also a particularly efficient homogenization of the heat distribution in the active layer. As a result, for example, aging processes in the active layer proceed homogeneously, so that a luminous image of the organic light-emitting
  • Heat-conducting layer preferably has a sufficiently high transparency for the electroluminescent radiation. So a heat homogenization is just in one area
  • the heat conducting layer extends in many embodiments to an outside of the device.
  • the heat conducting layer couples to a heat sink, for example to a heat sink.
  • heat is uniformly distributed only within the device to achieve a uniform, ie homogeneous temperature distribution.
  • the organic light emitting device comprises an anode layer and the heat conducting layer is provided as an intermediate layer in the anode layer. This is particularly beneficial because the
  • Anode side often a transparent metal oxide as
  • Has layer material Transparent metal oxides often have a low thermal conductivity, due to the
  • the heat conduction layer as a plurality of
  • the organic light-emitting device has an organic
  • the heat conducting layer comprising the active layer.
  • the heat conducting layer is provided as an intermediate layer in the organic functional layer. These embodiments are particularly advantageous because it dissipates heat from the regions of the organic light-emitting device in which heat is often generated.
  • electromagnetic radiation is generated by electroluminescence. This is done by the recombination of
  • Electron-hole pairs (exitons) and their relaxation can also be carried out by other processes than by emission of electromagnetic radiation, for example by quenching, in which heat is generated. Although these effects are undesirable, they are never completely suppressed.
  • To the heat dissipation is through the planteleit Anlagen in the organic functional layer further achieved that just the sensitive organic materials can be cooled particularly well by the structure of the embodiments mentioned; at least that is through the
  • the heat conducting layer is provided as a plurality of intermediate layers in the organic functional layer.
  • the organic light-emitting device has a cathode layer that is covered by the heat-conducting layer. As often about the
  • Cathode layer is a metal, a metal alloy or
  • the heat conducting layer is between the anode layer and the organic layer
  • the heat conducting layer extends in the form of separate strips on an interface between the anode layer and the organic functional layer, so that the optical
  • Outcoupling on the anode side is affected as low as possible.
  • the zooming on the anode side is affected as low as possible.
  • Fig. 1 is a plan view of an organic light-emitting
  • Fig. 3 is a plan view of the anode layer of the first
  • Fig. 5 is a cross section through a second
  • Fig. 6 is a cross section through a third
  • Embodiment along the cutting axis A - A Embodiment along the cutting axis A - A.
  • Fig. 1 shows a plan view of an organic light-emitting device.
  • Light emitting device 100 is an electroluminescent device. She has a first top on one
  • Cathode layer 102 is applied.
  • the cathode layer 102 is connected to a cathode closure 104.
  • the connection is made via a first electrode 106, which is part of the cathode in of the organic light emitting device 100 shown.
  • An anode of the organic light-emitting device 100 is connected to an anode terminal 108 and has a second electrode 110.
  • the second electrode 110 directly adjoins an anode layer, which is the one of the
  • the anode layer can not be seen in FIG. 1.
  • the cathode layer 102 and the anode layer serve as electrical supply of charge carriers to a
  • Both supply lines may comprise metals, for example Ag or metal compounds. In this case, especially metals with a high reflection coefficient are suitable in order to avoid absorption within the organic functional layer. It is at least one of the electrical ones
  • both leads are formed as a transparent lead to provide an overall transparent organic light-emitting device.
  • a transparent lead can be a transparent, conductive oxide
  • TCO transparent conductive oxides
  • the TCO is usually a metal oxide, for example zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • binary metal compounds which also include Sn02 and ⁇ 2 ⁇ 3, also ternary belong
  • Metal-oxygen compounds such as Zn2SnOzi, CdSn03, ZnSn03, Mgln 2 04, Galn03, Zn 2 In 2 or 05 In 4 Sn 3 0I2 or also mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCO.
  • the TCO does not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped to achieve high conductivity.
  • the electrical leads can be highly conductive organic materials such as polyethylene dioxythiophene
  • PEDOT polyethylene glycol dimethacrylate
  • doped organic layers in The connection with organic conduction layers can be the
  • first electrode 106 and second electrode 110 are considered as part of the cathode terminal 104 and the anode terminal 108 for reasons of simplified illustration.
  • Fig. 2 shows a cross section through a first embodiment along a section axis A - A.
  • the organic light-emitting device 100 has a
  • Substrate 200 on which a layer sequence is applied.
  • the substrate 200 is a transparent support, such as a glass or a foil, such as a flexible plastic foil.
  • An anode layer 202 is deposited on the substrate 200.
  • the anode layer 202 is transparent.
  • anode layer 202 comprises a suitable transparent conductive material, such as a TCO, such as ITO.
  • An organic functional layer 204 is applied on the anode layer 202. About the organic
  • the organic functional layer 204 has one or a plurality of organic layers. At least one active layer is provided in which one emitted
  • the active layer has one
  • electroluminescent material for example, that can electroluminescent material suitable polymers for a
  • Emit fluorescence or via phosphorescence serve as an active layer (organic electroluminescent layer).
  • the anode injects holes into the anode layer 202 while the cathode injects electrons into the cathode layer 102.
  • the supply of the charge carriers can in each case take place via a charge transport layer.
  • Charge transport layer is also referred to as hole transport layer (HTL). It may, for example, comprise a p-doped conductive organic or inorganic material.
  • the charge transport layer disposed between the cathode layer 102 and the active layer is also referred to as electron transport layer (ETL). It may, for example, be an n-doped conductive organic or inorganic
  • the charge transport layers are also part of the organic functional layer.
  • the cathode layer 102 is a first
  • connection 104 connected.
  • the anode layer 202 is connected to a second electrical connection 108.
  • Port 104 and second port 108 may be connected to an energy source, not shown in the figure.
  • an energy source for example, they are coupled to a constant current source, for example a battery or a driver circuit.
  • a constant current source for example a battery or a driver circuit.
  • organic light emitting device 100 heat This is particularly disadvantageous for the materials in the organic functional layer 204.
  • the materials used there are usually organic molecules or organic macromolecules (polymers). These can be through
  • Conductor strips laterally between the anode layer 202 and the organic functional layer 204 extend.
  • FIG. 3 shows a plan view of the anode layer 202 of the first
  • the heat dissipating layer 206 comprises a thermally conductive material that bonds two essential properties together. On the one hand, the material has a high
  • At least one thermal conductivity of 500 W / mK should be provided for a heat conducting layer 206 which is arranged in the body of the OLED.
  • the material is at least partially transparent to the
  • organic light-emitting device 100 influences as little as possible.
  • a particularly suitable material for it are CNT. These generally have a very high thermal conductivity. This is at least an order of magnitude (factor 10) higher than metals.
  • the transparent metal oxides commonly used on the anode side and the substrate 200 have even lower thermal conductivity.
  • the CNTs can thus form a particularly good heat sink in the organic light emitting device 100, without their
  • the heat conducting layer 206 is applied only to portions of the anode layer 202, in particular the light image is only slightly affected. In this case, it is also possible to provide particularly thin strips as partial regions of the heat-conducting layer 206. In general, by selecting the size, the number and the density of the partial areas, the heat dissipation between the organic functional layer 204 and the
  • Anode layer 202 can be optimized.
  • the heat dissipation can be influenced at other locations of the organic light-emitting device in order to make their temperature behavior suitable. This is to be understood by the following
  • Fig. 4 shows a plan view of the anode layer of another embodiment of the first embodiment.
  • the heat conducting layer 206 extends in a net shape on the anode layer 202.
  • the heat conducting layer 206 forms
  • Coupling is achieved at the same time low coverage.
  • the illumination of the organic light-emitting device is thus influenced particularly low.
  • the heat conducting layer by methods such as a thermal evaporation, a
  • Chemical vapor deposition by arc or laser be applied. Structuring can be achieved by masks or lithography steps.
  • Fig. 5 shows a cross section through a second embodiment along the section axis A - A.
  • the second embodiment differs from the first
  • Functional layer 204 is arranged, but that it covers the cathode layer 102 on the organic functional layer 204 side facing away. This is especially true
  • the cathode layer 102 advantageously becomes one
  • the heat conducting layer 206 will ideally, as in the first embodiment, have carbon.
  • Thermal conductivity should be higher than that of the material of the cathode layer 102.
  • the heat conducting layer 206 should therefore have a heat transfer coefficient of more than 200 W / mK. It may consist of a beideleitfolie, for example, of a thin graphite foil, which on the
  • Cathode layer 102 is applied. She too can
  • CNT forms an excellent heat conductor, so that over the cathode layer 102 a
  • Fig. 6 shows a cross section through a third embodiment along the section axis A - A.
  • the third embodiment differs from the first and the second embodiment in that the
  • Anode layer 202 influence as low as possible.
  • a use of CNT is particularly suitable because this material is a good electrical conductor with a suitable choice of the structure of the nanotube.
  • Fig. 7 shows a cross section through a fourth embodiment along the section axis A - A.
  • the fourth embodiment differs from the other
  • the intermediate layers can separate individual functional sublayers, such as, for example, the HTL, the active layer or the ETL, or can be embedded in these functional sublayers. Again, because of the optical and electrical properties in particular a material such as CNT can be used.
  • Portions of the heat conducting layer 206 can be provided at all suitable locations of the organic light emitting device 100. These portions are each designed as a heat sink, for example, by extending to an outer portion of the organic light-emitting device 100, so that heat is dissipated to the outside. You can, for example, also to other heat sinks,
  • to heatsink be thermally coupled.
  • a graphite foil or CNT are suitable as the material of the heat conducting layer 206, because they are thus at all suitable locations of the organic light-emitting
  • CNT are as
  • Device 100 generates heat well transported to the outside can be.
  • CNT are in their electrical
  • CNTs are suitable in their optical properties that luminous image of the
  • the CNTs are made especially by thermal vapor deposition
  • the organic light emitting device has been described to illustrate the underlying idea with reference to some embodiments.

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Abstract

Eine organische lichtemittierende Vorrichtung (100) umfasst eine aktive Schicht zur Erzeugung elektrolumineszenter Strahlung und eine Wärmeleitschicht (206) zur Abführung von Wärme, die während eines Elektrolumineszenzvorgangs entsteht, Die Wärmeleitschicht (206) weist eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 200W/mK, insbesondere von mehr als 500 W/mK, auf.

Description

ORGANISCHE LICHTEMITTIERENDE VORRICHTUNG MIT HOMOGENER
TEMPERATURVERTEILUNG
BESCHREIBUNG
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine organische lichtemittierende Vorrichtung.
[0002] Eine organische lichtemittierende Vorrichtung
(organic light emitting device bzw. OLED) ist ein
Lumineszenzstrahler, mit dem aus elektrischer Energie eine elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Die OLED weist zumindest eine organische aktive Schicht auf, in der die elektromagnetische Strahlung entsteht. Die aktive Schicht ist zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet. Bei einem angelegten Durchlasspotential injiziert die Anode Löcher in die aktive Schicht, während die Kathode Elektronen injiziert. Die injizierten Löcher und Elektronen wandern jeweils (unter dem Einfluss eines extern angelegten elektrischen Felds) zu der entgegengesetzt geladenen Elektrode und erzeugen bei Rekombination in der aktiven Schicht eine elektrolumineszente Emission .
[0003] Eine OLED hat insbesondere den Vorteil, dass sie als großflächige und homogene Lichtquelle eingesetzt werden kann. Das ermöglicht völlig neuartige Anwendungen als Leuchtmittel. Derzeit weisen kommerziell erhältliche OLED, wie das Produkt "ORBEUS CDW-031" der Anmelderin, noch eine relativ niedrige Lichtausbeute auf. Zukünftig sollen jedoch erheblich höhere Ausbeuten und Leuchtdichten erzielt werden. Mit der Größe und mit höheren Leuchtdichten entsteht jedoch das Problem, dass sich die OLED im Inneren erwärmt. Damit entstehen thermische Effekte, wie beispielsweise eine Alterung der
unterschiedlichen funktionellen Schichten. Weil eine
Temperaturverteilung über ein großflächiges Bauelement nicht homogen erfolgt, kann es zu unterschiedlichen lokalen
Alterungsprozesse in den Schichten kommen, die mit längerer Betriebsdauer des Bauelements zu verstärkten Leuchtdichteinhomogenitäten führen. Solche Inhomogenitäten sind jedoch unerwünscht.
[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem
zugrunde, eine organische lichtemittierende Vorrichtung anzugeben, bei der eine inhomogene Temperaturverteilung möglichst vermeiden wird.
[0005] Dieses Problem wird durch eine organische
lichtemittierende Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
[0006] Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der organischen lichtemittierenden Vorrichtung sind in den
abhängigen Patentansprüchen angegeben.
BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
[0007] Verschiedene Ausführungsformen der organischen lichtemittierenden Vorrichtung haben eine aktive Schicht zur Erzeugung elektrolumineszenter Strahlung und eine
Wärmeleitschicht zur Abführung von Wärme, die während eines Elektrolumineszenzvorgangs entsteht. Die Wärmeleitschicht weist eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 200W/mK,
insbesondere von mehr als 500 W/mK, auf.
[0008] Der gemeinsame Grundgedanke für die Ausführungsformen ist es, dass in die organische lichtemittierende Vorrichtung eine Wärmeleitschicht zum Abführen bzw. Verteilen von Wärme eingebracht wird. Die Wärmeleitschicht weist eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit auf. Diese ist größer als die
Wärmeleitfähigkeit von in der organischen lichtemittierenden Vorrichtung verwendeten Metallen. Die Leitfähigkeit von
Aluminium liegt bspw. bei 200W/mK. Als Wärmeleitmaterial werden insbesondere auf Kohlenstoff basierende Materialien verwendet. Diese können beispielsweise Kohlenstoffnanoröhrchen
(carbon nano tubes bzw. CNT) verwendet. CNT sind als Material besonders gut wärmeleitfähig, so dass in der Vorrichtung erzeugt Wärme gut nach außen transportiert werden kann. Zudem sind CNT in ihren elektrischen Eigenschaften, die eine
Verwendung als Halbleiter oder als elektrischer Leiter
ermöglichen, besonders variabel in den verschiedenen Materialien der organischen lichtemittierenden Vorrichtung verwendbar. Schließlich sind CNT in ihren optischen
Eigenschaften geeignet, dass Leuchtbild der Vorrichtung nur geringfügig zu beeinflussen. Soweit optische Eigenschaften keine besondere Rolle spielen, können andere Materialien, bspw. eine Graphit enthaltende, dünne Wärmeleitfolie verwendet werden. Die Wärmeleitfolie kann auch Metalle enthalten, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit zu erzielen.
[0009] In verschiedenen Ausführungsformen steht die
Wärmeleitschicht in direktem Kontakt zu der aktiven Schicht. Dazu kann die Wärmeleitschicht in unmittelbaren mechanischen bzw. physikalischen Kontakt mit der aktive Schicht stehen. Sie kann beispielsweise auf der aktiven Schicht aufgebracht sein. Damit kann in der aktiven Schicht entstehende Wärme besonders effizient von der aktiven Schicht in andere Bereiche der organischen lichtemittierenden Vorrichtung geleitet werden. Es erfolgt zudem eine besonders effiziente Homogenisierung der Wärmeverteilung in der aktiven Schicht. Dadurch verlaufen bspw. Alterungsprozesse in der aktiven Schicht homogen ab, so dass ein Leuchtbild der organischen lichtemittierenden
Vorrichtung auch bei Alterung der aktiven Schicht im
wesentlichen homogen bleibt.
[00010] In verschiedenen Ausführungsformen ist die
Wärmeleitschicht (206) in einem Strahlungsauskopplungspfad der elektrolumineszenten Strahlung angeordnet. Die
Wärmeleitschicht weist dabei vorzugsweise eine hinreichend hohe Transparent für die elektrolumineszente Strahlung auf. So wird eine Wärmehomogenisierung gerade in einem Bereich
erreicht, in dem das Leuchtbild der organischen
lichtemittierenden Vorrichtung entsteht bzw. wesentlich beeinflusst wird.
[00011] Um die Wärme besonders gut abzuführen, erstreckt sich die Wärmeleitschicht in vielen Ausführungsformen zu einer Außenseite der Vorrichtung. In anderen Ausführungsformen koppelt die Wärmeleitschicht an eine Wärmesenke, bspw. an einen Kühlkörper. In einigen Ausführungsformen wird die Wärme lediglich innerhalb der Vorrichtung gleichmäßig verteilt, um eine gleichmäßige, d.h. homogene Temperaturverteilung zu erzielen .
[00012] Dabei weist in einigen Ausführungsformen die
Wärmeleitschicht eine Vielzahl von getrennten Teilbereichen auf. Diese Teilbereiche können an allen geeigneten Stellen innerhalb der organischen lichtemittierenden Vorrichtung angeordnet sein. Somit wird es möglich, eine gewünschte
Temperaturverteilung bei einer Wärmebelastung der Vorrichtung zu erhalten.
[00013] In einigen Ausführungsformen weist die organische lichtemittierende Vorrichtung eine Anodenschicht auf und die Wärmeleitschicht ist als Zwischenschicht in der Anodenschicht vorgesehen. Dies ist besonders vorteilhaft, weil die
Anodenseite häufig ein transparentes Metalloxid als
Schichtmaterial aufweist. Transparente Metalloxide haben häufig eine geringe Wärmeleitfähigkeit, die durch die
Zwischenschicht verbessert wird.
[00014] Dabei ist in einigen Ausgestaltungen dieser
Ausführungsformen die Wärmeleitschicht als Vielzahl von
Zwischenschichten in der Anodenschicht vorgesehen.
[00015] In einigen Ausführungsformen hat die organische lichtemittierende Vorrichtung eine organische
Funktionsschicht, welche die aktive Schicht aufweist. Die Wärmeleitschicht ist als Zwischenschicht in der organischen Funktionsschicht vorgesehen. Diese Ausführungsformen sind besonders vorteilhaft, weil dadurch Wärme aus den Bereichen der organischen lichtemittierenden Vorrichtung abgeführt wird, in denen häufig Wärme erzeugt wird. In der aktiven Schicht wird elektromagnetische Strahlung durch Elektroluminszenz erzeugt. Dies geschieht durch die Rekombination von
Elektronen-Lochpaaren (Exitonen) und deren Relaxation. Die Relaxation kann aber auch durch andere Prozesse als durch eine Aussendung elektromagnetischer Strahlung erfolgen, bspw. durch ein quenching, bei dem Wärme entsteht. Auch wenn diese Effekte unerwünscht sind, so sind sie jedoch nie vollständig zu unterdrücken. Zu der Wärmeabfuhr wird durch die Wärmeleitschicht in der organischen Funktionsschicht weiterhin erreicht, dass gerade die sensiblen organischen Materialien durch die Struktur der genannten Ausführungsformen besonders gut gekühlt werden können; zumindest wird durch die
Wärmeleitschicht jedoch eine gleichmäßige Verteilung der
Wärmeenergie und damit eine gleichmäßige Wärmebelastung der organischen Funktionsschicht erzielt.
[00016] In einigen Ausgestaltungen dieser Ausführungsformen ist die Wärmeleitschicht als Vielzahl von Zwischenschichten in der organischen Funktionsschicht vorgesehen.
[00017] In einigen Ausführungsformen hat die organische lichtemittierende Vorrichtung eine Kathodenschicht, die von der Wärmeleitschicht bedeckt ist. Da häufig über die
Kathodenschicht keine Strahlung ausgekoppelt wird, ermöglicht diese Struktur einen besonders gute und damit auch effektive Wärmeauskopplung. Dies gilt umso mehr, wenn die
Kathodenschicht ein Metall, eine Metalllegierung oder
Metallschichten und damit ebenfalls relativ gute Wärmeleiter aufweist .
[00018] In einigen Ausführungsformen ist die Wärmeleitschicht zwischen der Anodenschicht und der organischen
Funktionsschicht angeordnet. Damit lässt sich die
Wärmeleitschicht ohne große Umstellung bestehender
Herstellungsprozesse in der organischen lichtemittierenden Vorrichtung vorsehen. An dieser Anordnung ist zudem
vorteilhaft, dass die Wärmeabfuhr gerade an einer Stelle verbessert wird, an der ansonsten ein sehr schlechter
Temperaturausgleich stattfindet. In einigen Ausgestaltungen erstreckt sich die Wärmeleitschicht in Form von getrennten Streifen auf einer Grenzfläche zwischen der Anodenschicht und der organischen Funktionsschicht, so dass die optische
Auskopplung über die Anodenseite möglichst gering beeinflusst wird. In einigen Ausgestaltungen erstreckt sich die
Wärmeleitschicht netzförmig auf der Grenzfläche zwischen der Anodenschicht und der organischen Funktionsschicht. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[00019] Verschiedene Ausführungsbeispiele der organischen lichtemittierenden Vorrichtung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren geben die erste (n) Ziffer (n) eines Bezugszeichens die Figur an, in denen das Bezugzeichen zuerst verwendet wird. Die gleichen Bezugszeichen werden für gleichartige oder gleich wirkende Elemente bzw. Eigenschaften in allen Figuren verwendet.
[00020] Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine organische lichtemittierende
Vorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel längs einer Schnittachse A - A;
Fig. 3 eine Aufsicht auf die Anodenschicht des ersten
Ausführungsbeispiels ;
Fig. 4 eine Aufsicht auf die Anodenschicht einer weiteren
Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein zweites
Ausführungsbeispiel längs der Schnittachse A - A;
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein drittes
Ausführungsbeispiel längs der Schnittachse A - A und
Fig. 7 einen Querschnitt durch ein viertes
Ausführungsbeispiel längs der Schnittachse A - A.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[00021] Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine organische lichtemittierende Vorrichtung. Die organische
lichtemittierende Vorrichtung 100 ist eine elektrolumineszente Vorrichtung. Sie hat eine erste Oberseite auf eine
Kathodenschicht 102 aufgebracht ist. Die Kathodenschicht 102 ist mit einem Kathodenschluss 104 verbunden. Die Verbindung erfolgt über eine erste Elektrode 106, die Teil der Kathode in der gezeigten organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 ist. Eine Anode der organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 ist mit einem Anodenanschluss 108 verbunden und weist eine zweite Elektrode 110 auf. Die zweite Elektrode 110 grenzt unmittelbar an eine Anodenschicht, welche die der
Kathodenschicht 102 gegenüberliegende Oberfläche der
organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 bedeckt. Die Anodenschicht ist in Fig. 1 nicht zu erkennen.
[00022] Die Kathodenschicht 102 und die Anodenschicht dienen als elektrische Zuleitung von Ladungsträgern an eine
organische Funktionsschicht, die zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist. Beide Zuleitungen können Metalle, bspw. Ag bzw. Metallverbindungen umfassen. Dabei sind besonders Metalle mit einem hohen Reflexionskoeffizienten geeignet, um eine Absorption der innerhalb der organischen Funktionsschicht zu vermeiden. Es ist zumindest eine der elektrischen
Zuleitungen als transparente Zuleitung ausgestaltet, um die innerhalb der organischen Funktionsschicht erzeugte
elektromagnetische Strahlung nach außen auskoppeln zu können. Es ist ebenso denkbar, das beide Zuleitungen als transparente Zuleitung ausgebildet sind, um eine insgesamt transparente organische lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen. Eine transparente Zuleitung kann ein transparentes, leitendes Oxid
(transparent conductive oxide bzw. TCO) aufweisen. Das TCO ist der Regel ein Metalloxid, beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) . Neben binären MetallstoffVerbindungen, wozu auch Sn02 und Ιη2θ3 zählen, gehören auch ternäre
MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnOzi, CdSn03, ZnSn03, Mgln204, Galn03, Zn2In205 oder In4Sn30i2 oder auch Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCO. Weiterhin entsprechen die TCO nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein, um eine hohe Leitfähigkeit zu erzielen. Die elektrischen Zuleitungen können hochleitende organische Materialien, wie Polyethylendioxythiophen
("PEDOT"), oder dotierte organische Schichten umfassen. In Zusammenhang mit organischen Leitungsschichten kann der
Begriff "Dotierung" für eine partielle Oxidation bzw.
Reduktion der organischen Schicht stehen. Es ist möglich, dass alle der genannten Materialien miteinander geeignet kombiniert in einer elektrischen Zuleitung vorhanden sind.
[00023] Der Aufbau der organischen lichtemittierenden
Vorrichtung 100 wird nachfolgend anhand von Querschnitten längs einer Schnittachse A - A für vier Ausführungsbeispiele genauer beschrieben. Dabei werden die sich gegenüberliegenden erste Elektrode 106 und zweite Elektrode 110 aus Gründen der vereinfachten Darstellung als Teil des Kathodenanschlusses 104 bzw. des Anodenanschlusses 108 betrachtet.
ERSTES AUS FÜHRUNGSBE I S P I EL
[00024] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel längs einer Schnittachse A - A. Die organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 weist ein
Substrat 200 auf, auf dem eine Schichtfolge aufgebracht ist. Typischerweise ist das Substrat 200 ein transparenter Träger, beispielsweise ein Glas oder eine Folie, wie beispielsweise eine biegsame Plastikfolie. Auf dem Substrat 200 ist eine Anodenschicht 202 aufgebracht. Die Anodenschicht 202 ist transparent. Dazu umfasst Anodenschicht 202 ein geeignetes transparentes leitfähiges Material, wie beispielsweise ein TCO, etwa ITO. Auf der Anodenschicht 202 ist eine organische Funktionsschicht 204 aufgebracht. Über der organischen
Funktionsschicht 202 ist eine Kathodenschicht 102 aufgebracht. Üblicherweise wird die dargestellte Schichtenfolge von einer Verkapselung bedeckt, die aus Gründen der vereinfachten
Darstellung für die gesamte Beschreibung unberücksichtigt bleibt und damit weggelassen wird.
[00025] Die organische Funktionsschicht 204 weist eine oder eine Vielzahl von organischen Schichten auf. Zumindest ist eine aktive Schicht vorgesehen, in der eine emittierte
Strahlung erzeugt wird, sobald an diese eine elektrische
Spannung angelegt ist. Die aktive Schicht weist ein
elektrolumineszentes Material auf. Beispielsweise kann das elektrolumineszente Material geeignete Polymere für eine
Fluoreszenz- oder eine Phosphoreszenzemission aufweisen.
Alternativ können kleine organische Moleküle, die über
Fluoreszenz oder über Phosphoreszenz emittieren, als aktive Schicht (organische Elektrolumineszenzschicht ) dienen.
[00026] Bei einem angelegten Durchlasspotential injiziert die Anode Löcher in die Anodenschicht 202, während die Kathode Elektronen in die Kathodenschicht 102 injiziert. Die
injizierten Löcher und Elektronen wandern jeweils (unter dem Einfluss eines extern angelegten elektrischen Felds) zu der entgegengesetzt geladenen Elektrode und erzeugen durch
Rekombination in der aktiven Schicht eine elektrolumineszente Emission .
[00027] Die Zuführung der Ladungsträger kann jeweils über eine Ladungstransportschicht erfolgen. Die zwischen der
Anodenschicht 202 und der aktiven Schicht angeordnete
Ladungstransportschicht wird auch als hole transport layer (HTL) bezeichnet. Sie kann beispielsweise ein p-dotiertes leitfähiges organisches oder anorganisches Material aufweisen. Die zwischen der Kathodeschicht 102 und der aktiven Schicht angeordnete Ladungstransportschicht wird auch als electron transport layer (ETL) bezeichnet. Sie kann beispielsweise ein n-dotiertes leitfähiges organisches oder anorganisches
Material aufweisen. Für beide Ladungstransportschichten können auch geeignete intrinsische, d.h. undotierte Schichten
verwendet werden. Die Ladungstransportschichten sind ebenfalls Teil der organischen Funktionsschicht.
[00028] Um eine elektrische Spannung an die organische
Funktionsschicht 204 bzw. an die aktive Schicht anlegen zu können, ist die Kathodenschicht 102 ist mit einem ersten
Anschluss 104 verbunden. Die Anodenschicht 202 ist mit einem zweiten elektrischen Anschluss 108 verbunden. Der erste
Anschluss 104 und der zweite Anschluss 108 können an eine in der Figur nicht dargestellte Energiequelle angeschlossen werden. Beispielsweise sind sie an eine konstante Stromquelle, bspw. eine Batterie oder eine Treiberschaltung, gekoppelt. [00029] Bei der Rekombination von Ladungsträgern in der aktiven Schicht sowie durch ohmsche Widerstände in den
elektrischen Zuleitungen wird innerhalb der organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 Wärme produziert. Diese ist besonders nachteilig für die Materialen in der organischen Funktionsschicht 204. Bei den dort verwendeten Materialien handelt es sich in aller Regel um organische Moleküle oder um organische Makromoleküle (Polymere) . Diese können durch
Temperatureffekte degradieren, insbesondere kann es zu
Prozessen wie Dissoziation kommen. Diejenigen organischen Materialien, die bei der Herstellung einer OLED verwendet werden, können sich unter Temperatureinwirkung sowohl in der Molekülstruktur als auch in der Materialstruktur (bspw. durch [Re- ] Kristallisation, Glasübergänge, etc.) verändern, so dass andere optische Eigenschaften, bspw. hinsichtlich der
Emissionsspektren oder der Brechungsindizes, hervorgerufen werden können. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist zur
Wärmeabfuhr eine Wärmeableitschicht 206 vorgesehen. Diese weist mehrere Teilbereiche auf, die sich in Form von
Leiterstreifen lateral zwischen der Anodenschicht 202 und der organischen Funktionsschicht 204 erstrecken. Die
Wärmeleitschicht 206 wird also analog zu sogenannten busbars zwischen der Anodenschicht 202 und der organischen
Funktionsschicht 204 angeordnet. Diese Anordnung wird
insbesondere in Zusammenhang mit der Fig. 3 deutlich. Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf die Anodenschicht 202 des ersten
Ausführungsbeispiels .
[00030] Die Wärmeableitschicht 206 weist ein wärmeleitendes Material auf, das zwei wesentliche Eigenschaften miteinander verbindet. Einerseits weist das Material eine hohe
Wärmeleitfähigkeit auf. Dabei sollte für eine Wärmeleitschicht 206, die im Körper der OLED angeordnet ist wenigstens eine Wärmeleitfähigkeit von 500W/mK vorgesehen sein. Anderseits ist das Material wenigstens zum Teil transparent für die
emittierte Strahlung, so dass es das Leuchtbild der
organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 möglichst wenig beeinflusst. Ein dafür besonders gut geeignetes Material sind CNT. Diese weisen generell eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die ist um wenigstens eine Größenordnung (Faktor 10) höher als bei Metallen. Dazu kommt, dass die häufig auf der Anodenseite verwendeten transparenten Metalloxide und das Substrat 200 eine noch geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Durch eine geeignete Wahl der Struktur der CNT können zudem gewünschte optische Eigenschaften und/oder eine hohe
elektrische Leitfähigkeit der CNT erzielt werden. Die CNT können damit eine besonders gute Wärmesenke in der organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 bilden, ohne deren
eigentliche Funktion als elektrolumineszente Vorrichtung wesentlich zu stören.
[00031] Weil die Wärmeleitschicht 206 nur auf Teilbereichen der Anodenschicht 202 aufgebracht ist, wird insbesondere das Leuchtbild nur geringfügig beeinflusst. Dabei können auch besonders dünne Streifen als Teilbereiche der Wärmeleitschicht 206 vorgesehen sein. Allgemein kann durch eine Wahl der Größe, der Anzahl und der Dichte der Teilbereiche die Wärmeabfuhr zwischen der organischen Funktionsschicht 204 und der
Anodenschicht 202 optimiert werden.
[00032] Es ist aber ebenso möglich, dass die Wärmeabfuhr an anderen Stellen der organischen lichtemittierende Vorrichtung beeinflusst werden kann, um deren Temperaturverhalten geeignet zu gestalten. Dies soll anhand der folgenden
Ausführungsbeispiele verdeutlicht werden.
[00033] Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf die Anodenschicht einer weiteren Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels. Die Wärmeleitschicht 206 erstreckt sich netzförmig auf der Anodenschicht 202. Die Wärmeleitschicht 206 bildet ein
hexagonales Netz, so dass eine möglichst gute thermische
Kopplung bei gleichzeitig geringer Bedeckung erzielt wird. Das Leuchtbild der organischen lichtemittierenden Vorrichtung wird damit besonders gering beeinflusst.
[00034] In beiden Ausgestaltungen kann die Wärmeleitschicht durch Verfahren wie einem thermischen Aufdampfen, eine
chemical vapor deposition (CVD) , durch Lichtbogen oder Laser aufgebracht werden. Eine Strukturierung kann durch Masken bzw. Lithographieschritte erreicht werden.
ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
[00035] Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel längs der Schnittachse A - A. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten
Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Wärmeleitschicht 206 nicht zwischen der Anodenschicht 202 und der organischen
Funktionsschicht 204 angeordnet ist, sondern dass sie die Kathodenschicht 102 auf der der organischen Funktionsschicht 204 abgewandten Seite bedeckt. Dies ist besonders dann
möglich, wenn über die Kathodenschicht 102 keine Strahlung ausgekoppelt wird, da dadurch eine Absorption der Strahlung in der Wärmeleitschicht 206 keine Rolle spielt. In diesem Fall wird die Kathodenschicht 102 vorteilhafterweise ein
reflektierendes Material, bspw. Gold oder Aluminium,
aufweisen. Die Wärmeleitschicht 206 wird idealerweise, wie im ersten Ausführungsbeispiel, Kohlenstoff aufweisen. Die
Wärmeleitfähigkeit sollte höher sein, als die des Materials der Kathodenschicht 102. Für eine intransparente
Kathodenschicht wird wegen des hohen Reflexionskoeffizienten häufig Aluminium verwendet. Die Wärmeleitschicht 206 sollte daher einen Wärmeleitkoeffizienten von mehr als 200 W/mK aufweisen. Sie kann aus eine Wärmeleitfolie, beispielsweise aus einer dünnen Graphitfolie bestehen, die auf der
Kathodenschicht 102 aufgebracht wird. Auch kann sie
Materialien wie CNT aufweisen. CNT bildet einen hervorragenden Wärmeleiter, so dass über die Kathodenschicht 102 eine
besonders gute Wärmesenke gebildet ist.
DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
[00036] Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel längs der Schnittachse A - A. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die die
Wärmeleitschicht 206 in Form von mehreren Teilbereichen in der Anodenschicht 202 eingebracht ist. Die Teilbereiche der Wärmeleitschicht 206 bilden dabei Zwischenschichten die abwechselnd zwischen dem Anodenschichtmaterial eingebracht sind. Die Dicke der Wärmeleitschicht 206 kann dabei derart gewählt werden, dass sie die optischen Eigenschaften der
Anodenschicht 202 möglichst gering beeinflussen. Auch dabei ist eine Verwendung von CNT besonders geeignet, da dieses Material bei geeigneter Wahl der Struktur der Nanaröhrchen ein guter elektrischer Leiter ist.
VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
[00037] Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel längs der Schnittachse A - A. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den anderen
Ausführungsbeispielen dadurch, dass die Wärmeleitschicht 206 in Form von Zwischenschichten in die organische
Funktionsschicht 204 eingebracht ist. Die Zwischenschichten können einzelne funktionelle Teilschichten, wie bspw. die HTL, die aktive Schicht oder die ETL voneinander trennen oder in diese funktionellen Teilschichten eingebettet werden. Auch hier kann wegen der optischen und elektrischen Eigenschaften insbesondere ein Material wie CNT verwendet werden.
[00038] Alle genannten Ausführungsbeispiele können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden, so dass
Teilbereiche der Wärmeleitschicht 206 an allen geeigneten Stellen der organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 vorgesehen werden kann. Diese Teilbereiche sind jeweils als Wärmesenke ausgelegt, beispielsweise indem sie sich an einen Außenbereich der organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 erstrecken, so dass Wärme nach außen abgeführt wird. Sie können beispielsweise auch an andere Wärmesenken,
beispielsweise an Kühlkörper, thermisch gekoppelt sein.
[00039] Insgesamt eignen sich eine Graphitfolie oder CNT als Material der Wärmeleitschicht 206, weil diese damit an allen geeigneten Stellen der organischen lichtemittierenden
Vorrichtung 100 eingesetzt werden können. CNT sind als
Material besonders gut wärmeleitfähig, so dass in der
Vorrichtung 100 erzeugt Wärme gut nach außen transportiert werden kann. Zudem sind CNT in ihren elektrischen
Eigenschaften, die eine Verwendung als Halbleiter oder als elektrischer Leiter ermöglichen, besonders variabel in den verschiedenen Materialien der organischen lichtemittierenden Vorrichtung 100 verwendbar. Schließlich sind CNT in ihren optischen Eigenschaften geeignet, dass Leuchtbild der
Vorrichtung 100 nur geringfügig zu beeinflussen. Die CNT werden insbesondere durch ein thermisches Aufdampfen
aufgebracht, um eine unnötige thermische Belastung von schon eingebrachten organischen Materialien zu vermeiden.
ABSCHLIESSENDE FESTSTELLUNG
[00040] Die organische lichtemittierende Vorrichtung wurde zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die
Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte
Merkmalskombinationen beschränkt. Auch wenn einige Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Es ist ebenso möglich, in Ausführungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre
realisiert bleibt.
BEZUGSZEICHENLISTE
Organische lichtemittierende Vorrichtung 100
Kathodenschicht 102
Kathodenanschluss 104
Erste Elektrode 106
Anodenanschluss 108
Zweite Elektrode 110
Substrat 200
Anodenschicht 202
Organische Funktionsschicht 204
Wärmeleitschicht 206

Claims

Patentansprüche
1. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) umfassend:
- eine aktive Schicht zur Erzeugung elektrolumineszenter Strahlung und Auskoppeln der elektrolumineszenten Strahlung
- eine in einem Auskoppelpfad der elektrolumineszenten Strahlung angeordneten Wärmeleitschicht (206) zur Abführung von Wärme, die während eines Elektrolumineszenzvorgangs entsteht ;
wobei die Wärmeleitschicht (206) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 200W/mK, insbesondere von mehr als 500 W/mK, aufweist .
2. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß
Patentanspruch 1, wobei die Wärmeleitschicht (206) in direktem Kontakt zu der aktiven Schicht steht.
3. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die
Wärmeleitschicht (206) in einem Strahlungsauskopplungspfad der elektrolumineszenten Strahlung angeordnet ist.
4. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die
Wärmeleitschicht (206) eine Vielzahl von getrennten
Teilbereichen aufweist.
5. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche umfassend:
- eine Anodenschicht (202);
wobei die Wärmeleitschicht (206) als Zwischenschicht in der Anodenschicht (202) vorgesehen ist.
6. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß
Patentanspruch 4, wobei die Wärmeleitschicht (206) als Vielzahl von Zwischenschichten in der Anodenschicht (202) vorgesehen ist.
7. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche umfassend:
- eine organischen Funktionsschicht (204), die die aktive Schicht aufweist;
wobei die Wärmeleitschicht (206) als Zwischenschicht in der organischen Funktionsschicht (204) vorgesehen ist.
8. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß
Patentanspruch 7, wobei die Wärmeleitschicht (206) als Vielzahl von Zwischenschichten in der organischen
Funktionsschicht (204) vorgesehen ist.
9. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche umfassend:
- eine Kathodenschicht (102);
wobei die Wärmeleitschicht (206) die Kathodenschicht (102) bedeckt .
10. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die
Wärmeleitschicht (206) zwischen der Anodenschicht (202) und der organischen Funktionsschicht (204) angeordnet ist.
11. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß
Patentanspruch 10, wobei sich die Wärmeleitschicht (206) in Form von getrennten Streifen auf einer Grenzfläche zwischen der Anodenschicht (202) und der organischen
Funktionsschicht (204) erstreckt.
12. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß
Patentanspruch 10, wobei sich die Wärmeleitschicht (206) netzförmig auf einer Grenzfläche zwischen der Anodenschicht (202) und der organischen Funktionsschicht (204) erstreckt.
13. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die
Wärmeleitschicht (206) Kohlenstoffnanoröhrchen als
Wärmeleitmaterial aufweist.
14. Organische lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die
Wärmeleitschicht (206) eine Graphitfolie als
Wärmeleitmaterial aufweist.
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