WO2004084309A1 - Lichtemittierendes bauelement mit anorganisch-organischer konverterschicht - Google Patents

Lichtemittierendes bauelement mit anorganisch-organischer konverterschicht Download PDF

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WO2004084309A1
WO2004084309A1 PCT/EP2004/002847 EP2004002847W WO2004084309A1 WO 2004084309 A1 WO2004084309 A1 WO 2004084309A1 EP 2004002847 W EP2004002847 W EP 2004002847W WO 2004084309 A1 WO2004084309 A1 WO 2004084309A1
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WO
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light
layer
oled
emission spectrum
organic
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PCT/EP2004/002847
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Inventor
Karl Leo
Jan Blochwitz-Nimoth
Jörg AMELUNG
Hartmut FRÖB
Martin Pfeiffer
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Novaled Gmbh
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Novaled Gmbh filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/38—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising colour filters or colour changing media [CCM]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light

Definitions

  • OLED Organic Light Emitting Diode
  • the present invention relates to the converter layers for converting the light of the emission spectrum of these light-emitting components into light of a different emission spectrum.
  • Organic light-emitting diodes shine by means of an organic layer made of an organic material which emits a certain emission spectrum when a voltage is applied via the same light.
  • organic light-emitting diodes therefore comprise an organic layer made of an organic material with the above properties, for which the expression OLED material is used in the following, an electrode structure consisting of two electrodes opposite one another across the organic layer for applying a voltage across the organic layer and optionally a substrate on which this layer sequence is arranged.
  • So-called substrate emitters are distinguished from top emitters among organic light-emitting diodes.
  • Organic light emitting diodes of the substrate emitter type radiate the light from the organic layer through the substrate, while top emitters are provided in order to emit their effectively acting emitted light in the direction away from the substrate.
  • organic light-emitting diodes can be differentiated according to the type of physical state of the organic material in which the organic material is located before the organic layer is applied, namely in vaporized form or in liquid form. Which emission spectrum or which color an organic light-emitting diode emits initially depends on the type of organic material. The application of the voltage across the organic layer creates an electric field, which in turn excites atoms in the organic material and ultimately causes electrons and holes to migrate in opposite directions.
  • organic light-emitting diodes which, in addition to the organic light-emitting layer, have a light conversion layer which either has filter properties in order to filter out the emission spectrum of the organic layer in certain areas by absorption, or has fluorescent or phosphorescent properties , according to which the light emitted by the organic layer is absorbed in the light conversion layer and, after transition from an excited to another energetic state, light with a different emission spectrum is emitted again.
  • Organic light-emitting diodes have become the basis for promising new flat displays or flat displays or flat screens. Compared to known flat display concepts, displays based on organic light-emitting diodes have many advantages, e.g. the large viewing angle, the self-emission of the display, which does not require backlighting, and the possibility of realizing displays with very low power consumption.
  • the individual picture elements, called pixels, of the display have to be divided into areas or pixel areas that emit light of different colors.
  • the picture elements or pixels can be designed so that on each The picture element is subdivided into so-called subpixels, each with its own emission color, ie different light is generated at the light-emitting areas of the individual subpixels.
  • the individual colors or primary colors of the display such as red, green and blue, are generated by spatially separated organic light-emitting diodes with different emission colors on spatially separated pixel areas, which are then desired in the eye of the beholder Mix color.
  • this approach can be implemented by designing the light-emitting diode as a component in such a way that the layers which emit the individual colors are stacked one above the other, so that each color can be emitted from each pixel area.
  • the second way of realizing the different colors of the display is not to provide the color display with organic light-emitting diodes of different emission colors, but only to use organic light-emitting diodes that emit in one and the same color, but at the same time this emission color by means of appropriate light conversion elements convert to one of the primary colors.
  • This arrangement also solves a considerable problem in the implementation of color displays based on organic light-emitting diodes: organic light-emitting diodes age during operation and lose brightness for a given current density. This aging differs for the individual colors, which is referred to as so-called differential aging, so that the colors of the display are increasingly falsified by the aging, if readjustment cannot be carried out.
  • the different colors for a full-color display can be realized in the individual pixel areas, in that the organic light-emitting diode of each pixel area first generates white light and then through a filter layer from the white light in each pixel the desired display color or the desired one is filtered out of the primary colors.
  • This arrangement has the disadvantage that the other colors that are not required are lost when filtering, which greatly reduces the efficiency of the display.
  • the second possible solution is more advantageous, in which the organic light-emitting diode of each pixel area or the organic layer emits only one primary color, which is then converted into one of the other primary colors by fluorescence or phosphorescence converters. Different converters are provided for the different primary colors. As a rule, this procedure could be implemented in that the light-emitting diode emits blue light and, for example, green and red light is generated by conversion.
  • the object of the present invention is consequently to create a light-emitting component or a method for producing such, so that on the one hand an improvement in the service life and on the other hand a simplification and easier manufacture of the light-emitting component is made possible.
  • the finding of the present invention is that a converter layer for converting the light of a first emission spectrum into light of a second emission spectrum with a longer lifespan can be obtained by an organic dye which absorbs light in response to at least one wavelength in the first emission spectrum and in response thereto light emitted with the second emission spectrum, is mixed with an inorganic material in the form of a mixture to form the converter layer.
  • organic dye which absorbs light in response to at least one wavelength in the first emission spectrum and in response thereto light emitted with the second emission spectrum
  • an inorganic material in the form of a mixture to form the converter layer.
  • the mixture according to the invention makes it possible to structure the converter layer with simple and inexpensive structuring methods, for example in the case of silicon dioxide or titanium dioxide, using a lithographic method if the inorganic material is selected appropriately.
  • the mixture consists of a solid solution of the organic converter material in the inorganic matrix material.
  • the mixing ratio of organic dye to inorganic material is such that the organic proportion is less than 5 percent by volume, but in most applications it is more than 0.1 percent by volume.
  • the mixture is achieved by simultaneous vapor deposition of the organic dye and the inorganic material in overlapping vapor deposition areas.
  • the result is a solid solution in which the organic dye is embedded in the inorganic material.
  • FIG. 1 shows a cross section of an OLED with converter layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a possible vapor deposition device and procedure for forming a converter layer in accordance with an exemplary embodiment of the present invention
  • 3 shows a sectional view of a plurality of OLEDs combined to form an OLED display in accordance with an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic illustration to illustrate a possible combination of sub-pixels for different primary colors to super pixels of an OLED display according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of an OLED according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the OLED of Figure 1 shows the structure of a top emitter OLED according to an embodiment of the present invention.
  • the OLED of Figure 1, indicated generally at 10, includes a lower contact layer 12, a layer 14 of OLED material, i.e. organic material which has the ability to emit light of a certain wavelength upon the application of a voltage falling across the same, and a converter layer 16 made of transparent and conductive material for the light emitted by the layer 12, such as e.g. from suitably doped silicon dioxide or titanium dioxide, which serves as a matrix for an organic dye 18, which is embedded in the inorganic material of the converter layer 16, the layers 12 to 16 being applied in this order to a substrate 20.
  • OLED material i.e. organic material which has the ability to emit light of a certain wavelength upon the application of a voltage falling across the same
  • a converter layer 16 made of transparent and conductive material for the light emitted by the layer 12, such as e.g. from suitably doped silicon dioxide or titanium dioxide, which serves as a matrix for an organic dye
  • the OLED 10 is designed as a top emitter, ie as a structure which emits away from the substrate 20 or as a component which emits light away from the substrate 20.
  • the lower contact layer or electrode layer 12 serves as the cathode, while the converter layer 16 takes on the role of the anode in addition to its function as a light conversion layer.
  • the lower contact layer could function as an anode and the converter layer 16 as a cathode.
  • layer 12 emits light.
  • the OLED 10 is a pixel of an OLED passive matrix display, which consists of a plurality of OLEDs, for example arranged in rows and columns on the substrate 20 (one for each pixel)
  • the lower cathode layer 12 can, for example, in row conductors which are electrically insulated from one another can be structured, while the converter layer 16 is structured into column conductor tracks which run at right angles to one another and are insulated from one another.
  • the converter layer 16 could be structured in the column conductor tracks in spite of vapor deposition over the entire area by tear-off edges or separators running in the column direction, in that narrow strips between the columns are shaded by the tear-off edges during the vapor deposition.
  • These separators could then also provide structuring in the columns 14 in the direction of the column by shading during the vapor deposition of the OLED material when the OLED material for the layer 14 is evaporated.
  • the OLED 10 would then be individual in the context of this passive matrix OLED display by applying a voltage between a certain row conductor track in the cathode layer 12 and a certain column conductor track of the converter layer 16. can be activated independently of the other OLEDs.
  • the lower cathode layer 12 could represent an integrated active matrix circuit, which would be provided on the substrate 20 in the case of an OLED display for each pixel or each OLED.
  • the converter layer 16 could be a continuous converter layer which serves as an anode for all 0 LEDs of the display and which lies at one and the same predetermined potential, while the active layer assigned to each OLED Matrix circuit controls the respective OLED by adjusting the potential on the cathode side.
  • the organic material of the layer 14 emits light with more or less intensity. The light actually acting is that which is emitted away from the substrate 20, that is to say in the direction of the converter layer 16.
  • the substrate 20 therefore does not have to be transparent.
  • the light emission in layer 14 is a result of the recombination of holes and electrons upon the application of the voltage across layer 14 and has an emission spectrum that is dependent on the OLED material.
  • the converter layer 16 is provided, which in addition to its role as a transparent anode serves to convert the light emitted by the layer 14 into light other spectrum to convert. Strictly speaking, this task is performed by the organic dyes 18, which are integrated in the transparent anode and have the fluorescent property of absorbing the light of the organic light-emitting diode and in turn emitting it at a different wavelength.
  • the matrix material should be transparent and serves, among other things, to increase the lifespan of the integrated dyes. Due to the variety of organic synthesis chemistry, the possibilities of variation between the absorption bands and the emission bands of organic dyes are large, so that, for example, red or green light could easily be generated from a blue light of layer 14.
  • a substrate 20 provided would first be provided with the lower contact layer 12. In the event that the OLED 10 is to represent part of an OLED display, this would, for example in the case of a passive matrix OLED display, the vapor deposition of row conductor tracks on the substrate 20 or, in the case of an active matrix OLED display. Display that include the integration of an active matrix circuit for driving the OLED 10.
  • the layer 14 made of OLED material is applied to the lower contact layer 12.
  • Layer 14 could consist of pure organic material, in which case the OLED material would be applied, for example, by vapor deposition. In the case of a passive matrix OLED display, shading edges provided between pixel regions of a column on the substrate 20 or the lower contact layer 12 could ensure that the layer 14 is structured in column tracks after it has been evaporated.
  • the OLED material 14 could also be embedded in a matrix material.
  • the matrix material could, for example, be a polymer or an inorganic material.
  • the application could be by co-evaporation, i.e. simultaneous evaporation of the OLED material and the matrix material in a common evaporation zone, or by applying an organic dye dissolved in a polymer to the substrate 20 or the lower contact layer 12 in solution be performed.
  • the converter layer 16 is then formed on this structure of the layers 12, 14 and 20 formed up to that point by simultaneous evaporation of the organic material 18 and an inorganic matrix material and evaporation of these evaporated materials in a common evaporation zone on the layer 14.
  • the common vapor deposition zone can either encompass the entire area of the OLED 10 or the OLED display or only a part thereof, the vapor deposition zone then being moved over and over the entire area in which the converter layer 16 is to be applied a relative movement between the vapor deposition device and the layer arrangement 20, 12, 14 to be vapor-deposited.
  • FIG. 2 schematically shows a possible vapor deposition arrangement to achieve the above-described co-evaporation of the organic dye, sometimes also referred to below as organic dopant, and of the inorganic matrix arrangements.
  • 2 shows at 40 the layer arrangement or the substrate on which the converter layer to be formed is to be applied.
  • the layer sequence 40 corresponds to the layers 20, 12 and 14.
  • the vapor deposition arrangement of FIG. 2 is generally indicated at 42. It consists of an evaporation device 44 for evaporation of the organic material and an evaporation source 46 for evaporation of the inorganic matrix material.
  • the evaporation device 44 consists of an evaporation container 48 and an evaporation source 50 arranged therein for the evaporation of the organic material.
  • the walls of the vapor deposition container 48 form an essentially closed interior 52.
  • a lower side 54 of the vapor deposition container 48 facing the substrate 40 is designed as an aperture and comprises one or more openings 56 through which the OLED evaporated by the evaporation source 50 Material in the form of a vapor deposition lobe 58 emerges to hit the substrate 40.
  • a panel heating device which, for example, comprises heating wires running in or on the panel 54 and heats the panel 54 to a temperature which effectively prevents the opening 56 from clogging.
  • the temperature is preferably selected such that it is low enough to permit the formation of a monolayer of the OLED material on a surface of the diaphragm 54, but conversely sufficiently high to prevent the formation of further layers of the OLED material.
  • Such a temperature setting is very advantageous since, to prevent the formation of any monolayer, the temperature would have to be undesirably high, and the formation of further adsorption layers of OLED material only takes place below a much lower temperature.
  • Ceramic for example, could be used as the material for the diaphragm 54.
  • the heating temperature could for example, be 200 to 400 ° C.
  • the other walls of the vapor deposition container 48 could also be heated, the heating temperature preferably being above that with which the screen 54 is heated.
  • the matrix material evaporation source 46 which vaporizes silicon dioxide and titanium dioxide as an inorganic matrix material, for example, sends a directed evaporation lobe 60 onto the substrate 40, wherein the evaporation device 44 and evaporation source 46 are aligned so that the evaporation lobes 58 and 60 overlap to form a common evaporation zone 62 to define on the substrate 40.
  • the converter layer 16 formed in this way made of organic dye embedded in the inorganic material, can then be targeted to specific areas of the substrate over the entire surface or, by suitable steering of the vapor deposition zone 62 over the substrate 40 40 are applied.
  • evaporation device 44, evaporation source 50 and evaporation source 46 are elongated in order to extend in the longitudinal direction, e.g. the column dimension to correspond to or exceed an OLED display, so that a one-dimensional relative movement between substrate 40 and vapor deposition arrangement 42 is sufficient.
  • the elongated configuration is also advantageous in that the usual loss of dye, such as occurs when the organic material is evaporated by a point source, is avoided and that only a strip-shaped area of the substrate 40 is exposed to the heat from the vapor deposition device 44.
  • the converter layer 16 and the lower contact layer 12 serve as an anode / cathode structure and are suitably structured in order to enable individual control of the OLEDs 10a-10e by applying a suitable voltage across the layer 14 in the respective OLED or pixel area, whereby the anode / cathode structure can correspond to the active or passive matrix principle as described above.
  • the OLEDs 10a-10e differ from one another only in that different inorganic material or different organic dye is embedded in the inorganic matrix material of the converter layer 16 in the respective pixel area.
  • the organic OLED material of layer 14 emits blue light.
  • the organic dye of the OLED 10a absorbs this light and emits red light
  • the organic dye of the OLED 10b absorbs the blue light and therefore emits green light.
  • the other OLEDs 10c, 10d and 10e can also be varied in the same way. It is also possible to provide OLEDs in which no organic dyes are provided in the matrix material of the converter layer 16 that the blue light of the OLED material simply passes through the transparent layer 16.
  • the color distribution or structuring of the converter layer 16 shown in FIG. 4 could be obtained, for example, by means of a vapor deposition arrangement according to FIG. 2 if it were moved in a column-wise alignment in the row direction 70 relative to the substrate, or vice versa, the substrate relative to the evaporation arrangement.
  • the evaporation assembly 42 would extend the entire gap, and the openings 56 would be spaced such that they would be aligned with every third row. In this way, for example, every third line could be formed in a first pass with organic dye, which converts blue light into red light.
  • the converter layer could then be applied in a corresponding manner in the pixel regions of other lines.
  • the different rows of converter layers could also be carried out at once with only one relative movement, using an evaporation arrangement which has three evaporation devices 44, which evaporate different organic material as doping material for the matrix material of the evaporation device 46, and the openings of which are in each case one row to one another are offset.
  • FIG. 5 shows an example of a substrate emitter.
  • FIG. 5 shows an OLED 10 'which has a converter layer 16', a transparent cathode layer 12 ', a layer 14' of OLED material and an anode layer 60 which is arranged on one in this order now transparent substrate 20 'are arranged.
  • the cathode and anode layers are designed in such a way that it is possible to apply a voltage individually over the region of the layer 14 'which belongs to the OLED 10'.
  • the OLED 10 ' is part of an OLED display, this can be done in the manner of an active matrix or passive matrix arrangement.
  • the OLED material in layer 14 ' Upon application of a voltage, the OLED material in layer 14 'emits light with a certain emission spectrum. The light penetrates the transparent or alternatively also semitransparent cathode layer 12 'and is absorbed by the organic material 18' embedded in the converter layer 16 ', whereupon the organic material emits light of a different emission spectrum due to the transition from an excited state to a lower-energy state.
  • the substrate 20 ' must be transparent, so that the light emitted by the converter layer 16' can exit and get into the eye of the beholder.
  • Suitable materials for the substrate 20 ' are, for example, silicon dioxide or titanium dioxide.
  • organic light-emitting diodes were consequently combined with converters in which organic dyes are embedded in inorganic matrices.
  • the transparent light or light layers required in organic layers could be used as a matrix for the converter dyes.
  • the present invention is not only applicable to OLEDs, but that the above-described exemplary embodiments for converter layers, their application and their use in production can also be used in connection with other light emission principles in order to produce a light-emitting component.
  • the converter layers described above can also be combined with normal LEDs or semiconductor laser diodes.
  • the organic molecules were always embedded in the transparent matrix material in a homogeneous manner, so that the organic material had a uniform density distribution in the layer thickness direction.
  • the organic molecules it is also possible for the organic molecules to be embedded inhomogeneously in the layer thickness direction.
  • the organic molecules can, for example, only be homogeneously embedded to a certain depth, so that the converter layer is broken down into two or more sub-layers, namely one in which organic molecules are embedded and one in which none are embedded but maybe other doping material to increase the conductivity, so that there would effectively be a breakdown of the converter layer into a light conversion sublayer and an electrode, ie anode or cathode, sublayer.
  • a white light OLED could thus be obtained by designing the converter layer in such a way that part of the blue light of the OLED, for example, can be transmitted, so that white light or light can be combined with the light converted by the organic material in the converter layer the desired color impression.
  • OLEDs distributed on a substrate in accordance with a pixel grid and constructed in accordance with the above exemplary embodiments could also be used in order to build up an OLED display in a simple manner.
  • all OLEDs light up red, for example, due to the converter matrix, because they all have a first converter sublayer which produces green from the blue light of the light-emitting regions, and then a second layer which produces red from the green light.
  • the converter layer is then treated with laser light or other suitable light at pixel areas which are to shine with green color in such a way that it is lifted off or that the organic dye loses its conversion property in these areas or is destroyed in such a way that the same does not converts more green light into red light, which is called bleaching.
  • the green converter layer could also be used for the OLEDs treated in this way, so that blue, green and red illuminated OLEDs of the display can be obtained side by side.
  • the wavelength of the light used in the local irradiation could be set to a suitable absorption band by either the converter material itself and thus be bleached, or set to an absorption band of the matrix material in order to bleach the integrated or embedded converter dye.
  • the inorganic converter layer with the embedded organic molecules is arranged below the organic light-emitting diode, as shown in FIG. 5, it is possible for the converter layer to be structured before the inorganic light-emitting diode is applied over a large area, which has advantages with regard to possible vulnerabilities of the structures of the light-emitting regions of the light-emitting components can deliver.
  • the above exemplary embodiments also showed a display based on organic light-emitting diodes, in which different colors of picture elements were generated by a converter layer, in which organic molecules are embedded in an inorganic matrix.
  • the electrical transport layer and converter layer could be combined, as shown in FIG. 1.
  • the converter layer as a transparent contact layer can either be see light-emitting diode are applied, as shown in Fig. 1, or before the application of the organic light-emitting diode, as shown in Fig. 5.
  • the inorganic-organic converter layer can be structured, for example by photolithography, in order to produce picture elements with different colors. 5, the organic light-emitting diode can be applied to the already structured converter layer with different colors.
  • the converter layer is designed such that it allows part of the light emitted by the organic light-emitting diode to be transmitted, light with a desired color impression, such as white light, can be generated from the converted light and the transmitted light with a suitable design. It is also possible to introduce several organic dyes into the inorganic matrix of the converter layer. The inorganic-organic converter layer could consequently be combined with filter layers in order to produce a desired color impression.

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Abstract

Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Konverterschicht (16) zum Umwandeln des Lichts eines ersten Emissionsspektrums in Licht eines zweiten Emissionsspektrums mit einer höheren Lebensdauer erhalten werden kann, indem ein organischer Farbstoff (18), der Licht zumindest einer Wellenlänge in dem ersten Emissionsspektrum absorbiert und ansprechend hierauf Licht mit dem zweiten Emissionsspektrum emittiert, mit einem anorganischen Material in Form einer Mischung zu der Konverterschicht vermengt wird. Die Vorteile der organischen Synthese-Chemie in Hinblick auf die nahezu unbegrenzte Variabilität der Absorptions- und Emissionswellenlängen bleibt hiermit erhalten. Der Nachteil der organischen Farbstoffe in Hinblick auf ihre unzureichende Stabilität wird durch die Vermischung des organischen Farbstoffs in dem anorganischen Material überwunden. Die sich ergebende Konverterschicht (16) kann bei geeigneter Auswahl des anorganischen Materials (18) zudem gleichzeitig die Rolle einer transparenten Anode oder Kathode übernehmen, in welchem Fall sich der Aufbau des lichtemittierenden Bauelementes vereinfachen würde. Zudem ermöglicht es die erfindungsgemäße Mischung bei geeigneter Auswahl des anorganischen Materials die Konverterschicht mit einfachen und kostengünstigen Strukturierungsverfahren zu strukturieren, wie z.B. in dem Fall von Siliziumdioxid oder Titandioxid mittels lithographischer Verfahren.

Description

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

Claims

Patentansprüche
1. Lichtemittierendes Bauelement mit
einem lichtemittierenden Bereich (14), der Licht mit einem ersten Emissionsspektrum emittiert; und
einer Konverterschicht (16) zum Umwandeln des Lichts des ersten Emissionsspektrums in Licht eines zweiten Emissionsspektrums, wobei die Konverterschicht (16) aus einer Mischung eines anorganischen Materials und eines organischen Farbstoffes (18), das Licht zumindest einer Wellenlänge in dem ersten Emissionsspektrum absorbiert und ansprechend hierauf Licht mit dem zwei- ten Emissionsspektrum emittiert, besteht.
2. Lichtemittierendes Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem das lichtemittierende Bauelement (10) eine organische Leuchtdiode (10) und der lichtemittierende Be- reich (14) eine lichtemittierende Schicht mit OLED- Material ist, das bei Anlegen einer über dasselbe abfallenden Spannung Licht mit dem ersten Emissionsspektrum emittiert.
3. Lichtemittierendes Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem Anteil von organischem Farbstoff in der Konverterschicht (16) niedriger als 5 Volumenprozent ist.
4. Lichtemittierendes Bauelement gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Konverterschicht (16) unmittelbar an die Schicht (14) mit OLED-Material angrenzt und zusammen mit einer der Konverterschicht (16) über die Schicht (14) mit OLED-Material gegenüberliegenden, ebenfalls an die Schicht (14) mit OLED-Material angrenzenden E- lektrode (12) als Anoden/Kathoden-Paar zum Anlegen einer Spannung über die Schicht (14) mit OLED-Material dient.
5. Lichtemittierendes Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der organische Farbstoff (18) in einer im wesentlichen homogenen Verteilung in dem anorganischen Material eingebettet ist.
6. Lichtemittierendes Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das anorganische Material nicht-leitend ist.
7. Lichtemittierendes Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das anorganische Material Siliziumdioxid oder Titandioxid ist.
8. Lichtemittierendes Bauelement gemäß einem der Ansprü- ehe 1 bis 7, bei dem das anorganische Material mit einem Dotierstoff dotiert ist, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.
9. Lichtemittierendes Bauelement gemäß Anspruch 8, bei der die Dotierungsverteilung des Dotierstoffes und die
Verteilung des organischen Farbstoffes (18) in dem anorganischen Material in einer Schichtdickerichtung inhomogen ist, so dass in der Nähe der Schicht (14) mit OLED-Material die Dichte von Dotierstoff höher als die Dichte weiter weg von der Schicht (14) mit OLED- Material ist, und umgekehrt die Dichte von organischem Farbstoff (18) in der Nähe der Schicht (14) mit OLED- Material niedriger als weiter weg von der Schicht (14) mit OLED-Material ist.
10. Anzeige mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Bauelementen, von denen mindestens eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 gebildet ist.
11. Anzeige gemäß Anspruch 10, bei dem die Anzeige eine OLED-Anzeige mit einem Array von OLEDs ist, wobei die OLEDs aus einer gemeinsamen Schicht mit OLED-Material gebildet sind, und wobei die OLED-Anzeige eine Ano- den/Kathoden-Struktur zur individuellen Ansteuerung der OLEDs aufweist, wobei jeweils benachbarte OLEDs Subpixel für unterschiedliche Primärfarben eines Su- perpixels bilden, wobei OLEDs, die Subpixel einer ers- ten Primärfarbe bilden, gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9 gebildet sind.
12. Verfahren zum Herstellen einer Konverterschicht (16) für ein lichtemittierendes Bauelement (10), die Licht eines ersten Emissionsspektrums, das ein lichtemittierender Bereich (14) des lichtemittierenden Bauelements (10) emittiert, in Licht eines zweiten Emissionsspektrums umwandelt, mit folgenden Schritten:
Aufdampfen von organischem Farbstoff (18), der Licht zumindest einer Wellenlänge in dem ersten Emissionsspektrum absorbiert und ansprechend hierauf Licht mit dem zweiten Emissionsspektrum emittiert, und eines anorganischen Materials in einer sich überschneidenden Aufdampfungszone (62) auf ein Substrat (40) .
13. Verfahren zum Herstellen einer OLED, mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines Substrates (20');
b) Aufbringen einer Konverterschicht (16') auf das Substrat (20'), die aus einer Mischung eines anorganischen Materials und eines organischen Farb- Stoffes (18') besteht, gemäß Anspruch 12;
c) Aufbringen einer ersten transparenten Elektrode
(12') auf die Konverterschicht (20');
d) Aufbringen einer Schicht (14') mit OLED-Material auf der ersten Elektrode (12'), wobei das OLED- Material und der organische Farbstoff (18') derart ausgewählt sind, dass der organische Färb- stoff (18') Licht zumindest einer Wellenlänge in einem Emissionsspektrum, das das OLED-Material bei Anlegen einer über dasselbe abfallenden Spannung emittiert, absorbiert und ansprechend hierauf Licht mit einem zweiten Emissionsspektrum e- mittiert; und
e) Aufbringen einer zweiten Elektrode (60) auf der Schicht (14') mit OLED-Material.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die Schritte b) und c) in einem Schritt durchgeführt werden, so dass die Konverterschicht (16') gleichzeitig als erste transparente Elektrode (12') dient.
15. Verfahren zum Herstellen einer OLED, mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines Substrats (20) ;
b) Aufbringen einer ersten Elektrode (12) auf das Substrat (20);
c) Aufbringen einer Schicht (14) mit OLED-Material auf der ersten Elektrode (12), wobei das OLED- Material bei Anlegen über dasselbe abfallenden Spannung Licht mit einem ersten Emissionsspektrum emittiert;
d) Aufbringen einer zweiten Elektrode (16) auf die Schicht (14) mit OLED-Material; und
e) Aufbringen einer Konverterschicht (16) zum Umwandeln des Lichts des ersten Emissionsspektrums in Licht eines zweiten Emissionsspektrums, wobei die
Konverterschicht (16) aus einer Mischung eines anorganischen Materials und eines organischen Farbstoffes besteht, der Licht zumindest einer Wellenlänge in dem ersten Emissionsspektrum absorbiert und ansprechend hierauf Licht mit dem zweiten Emissionsspektrum emittiert, wobei der Schritt e) gemäß Anspruch 12 durchgeführt wird.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Schritte d) und e) in einem Schritt durchgeführt werden, so dass die Konverterschicht (16) als zweite Elektrode dient.
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