WO2005117158A1 - Leuchtdiode und verfahren zur herstellung einer leuchtdiode - Google Patents

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Jörg AMELUNG
Karl Leo
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Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting diode and a method for producing a light-emitting diode, and in particular to light-emitting diodes with organic light emission layers.
  • Displays or displays or even color displays or color displays are increasingly being used to improve communication between people and machines.
  • the displays are replacing the monitors used until a few years ago in so-called desktop applications, but are also increasingly being used in portable devices, such as. B. mobile phones or PDAs.
  • the displays are based on a formation of LEDs arranged in a matrix. Due to the increasing mass use of displays, there is a need to simplify the process for producing light-emitting diodes, which form the basis of the displays.
  • Organic light-emitting diodes are a special form of light-emitting diodes.
  • One possible way of production is based on the use of polymers. These are often applied as solutions.
  • the structuring is carried out using a printing process such as an ink jet. This organic light emitting diodes are characterized by a short lifespan.
  • shadow masks are used to manufacture light-emitting diodes based on vapor-deposited materials.
  • these shadow masks are unfavorable for the production of displays with larger dimensions, since they tend to warp.
  • the masks become clogged with dyes, which precludes an economical industrial manufacturing process.
  • the inaccuracy in the geometric arrangement of the shadow masks limits the resolution behavior of the displays produced with them.
  • No. 5,917,280 A explains an arrangement of stacked OLEDs and how the potentials for controlling the light-emitting layers are to be set.
  • the present invention has for its object to provide a light emitting diode and a method for producing a light emitting diode, wherein the light emitting diode can be contacted better and manufactured more easily.
  • the present invention provides a light-emitting diode with the following features: a substrate, a multilayer arrangement which is arranged on the substrate and in which a recess is formed, and an organic light emission layer which is arranged in the recess, the multilayer arrangement having a contact layer which extends up to or into the recess and is electrically conductively connected to the OLED or optical light-emitting diode.
  • the main idea of the present invention is to form recesses in a multilayer arrangement arranged on a substrate, which comprises a contact layer, so that the contact layer extends as far as or into the recess.
  • a subsequent vapor deposition process with an organic light emission layer in order to form the organic light emission layer this is simultaneously connected in an electrically conductive manner to the contact layer, the borders of the recesses functioning as a mask.
  • An advantage of the present invention is that a shadow mask is no longer required to produce an array of light-emitting diodes, but the application such. B. Evaporation can take place over the entire area, since the multilayer arrangement functions as a shadow mask.
  • the contact layer is part of the multilayer arrangement arranged on the substrate, the manufacturing process for a light-emitting diode is simplified.
  • the invention enables a plurality of OLEDs of different primary colors to be layered on top of one another in a recess, as a result of which the resolution of a display formed from these OLEDs is increased.
  • Another advantage of the present invention is that by concentrating a large number of pixels on a predetermined area, good material utilization can be achieved.
  • the saving of the shadow mask critical for the manufacturing process enables an increase in the yield of the manufactured light-emitting diodes and thus an improved economy of the manufacturing process.
  • Another advantage of the present invention is that a light emission layer can cover the entire recess and thus covers the area of an entire pixel. Due to the good use of space, a lower current density is required, which results in a longer lifespan for the LED.
  • Another advantage of the present invention results from the fact that an OLED using the entire superpixel area, a superpixel preferably comprising 3 subpixels, results in a good aspect ratio, which has a positive effect on the contrast of a display constructed from the light-emitting diodes of the present invention. Therefore, since the contact layer of the light-emitting diode of the present invention in the multilayer arrangement can be isolated well from a contact layer of an adjacent light-emitting diode, the crosstalk between two neighboring pixels is reduced.
  • the multilayer arrangement can be manufactured inexpensively by conventional semiconductor manufacturing processes, so that an array can be formed, for example, from a wafer.
  • FIG. 1 a shows a sectional view of a light-emitting diode with three light emission layers, which emits light away from the substrate above according to an embodiment of the present invention
  • Fig. Lb is a schematic plan view of the light emitting diode of Fig. La;
  • FIG. 2 shows a sectional view of a light-emitting diode that emits the light downward through the substrate according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a sectional view of a light-emitting diode which emits light both upwards away from the substrate and downwards through the substrate according to an exemplary embodiment of the present invention
  • 4 is a sectional view of an alternative embodiment of a light emitting diode according to the present invention that emits light upward; 5 shows a sectional view of a light-emitting diode with three light emission layers and insulation edges according to an exemplary embodiment of the present invention;
  • Figure 6 shows an array comprising a plurality of light emitting diodes in accordance with the present invention.
  • Fig. 7 is a flowchart of a manufacturing method of a light emitting diode according to the present invention.
  • the light-emitting diode essentially comprising a substrate 1, a multilayer arrangement 3 which is arranged on the substrate 1, and an OLED which is in a recess 5 of the multilayer arrangement 3 is formed, composed.
  • the multilayer arrangement 3 comprises four metal levels 3a, 3b, 3c and 3d, which are separated from one another by insulation layers 51, 61 and 71 and are closed off by an insulation layer 81.
  • the layer sequence of the insulation layers 51-81 is structured to form the recess 5.
  • the lowermost metal level 3a is formed on the substrate 1 and is structured to form a lower electrode 16 and conductor tracks 18 and 20.
  • the lower electrode 16 is structured such that it extends into the multilayer arrangement 3 over the entire cross section of the recess 5 and a little further.
  • the lower electrode 16 is preferably designed as a conductor track over an OLED stack arranged in a row if it is part of an active matrix display, the latter Execution is explained in detail later.
  • the metal planes 3b-3d lying above are structured to form contact layers 21, 31 and 41, respectively.
  • the contact layers 21, 31 and 41 are formed such that they laterally completely surround the recess 5 and extend a little from the arrangement 3 into the recess 5 in order to protrude into the same.
  • Vias are provided to connect the contact layers 21, 31 and 41 to one of the conductor tracks 18 and 20 in the metal plane 3a on the substrate 1, only one contact layer 21 with the conductor track 18 in the sectional view of FIG connecting via 6 and a via 11 connecting conductor track 20 to contact layer 31 are shown.
  • the OLED in the recess 5 is formed by a layer stack within the recess 5.
  • This layer stack comprises an organic light emission layer 91 extending laterally over the entire cross section of the recess 5, an electrode layer 101 arranged thereon, a further organic light emission layer 111 arranged on the electrode layer 101, an electrode layer 121 arranged on the further light emission layer 111, and finally one organic light emission layer 131 arranged on the electrode layer 121, on which in turn an electrode layer 141 is arranged. All layers 91-141 of the OLED extend over the entire cross section of the recess 5 in the order mentioned.
  • the electrode layers 101, 121 and 141 are such as to the contact layers 21, 31 and 41, which yes are in the recess 5 extend into, aligned so that the electrode layer 101 is contacted by the contact layer 21, the electrode layer 121, by the contact layer 31 and the electrode layer 141 by the contact layer 41 or adjoin one another, while the organic light emission layers 91, 111 and 131 in the thickness direction between the metal levels 3a - 3d are arranged.
  • FIG. 1b shows a top view of the light-emitting diode from FIG. La, but all the layers 91-141 forming the OLED in the recess 5 have not been shown for better illustration.
  • the cross section of the recess 5 in the exemplary embodiment has a rectangular outline 191, although other shapes would also be possible.
  • the uppermost of the contact layers 21, 31 and 41 protruding into the recess 5, namely the contact layer 41, can also be seen, which also has a rectangular outline 201 which is somewhat smaller than the outline 191 of the recess 5, as it is is defined by the insulation layers 51-81.
  • a conductor track 19 is also shown in this FIG. 1 b, which likewise runs in the level 3 a of the multilayer structure 3 like the conductor tracks 18 and 20, and does not include the latter cuts.
  • a via 16 connecting the conductor track 19 with the electrode 41 is also shown in FIG. 1b.
  • Fig. Lb shows a series of hidden edges, which are drawn with dashed lines.
  • the edges 21, 31, 41 are drawn apart for better representation. poses, although in reality they lie directly one above the other and therefore also hide each other.
  • the contact layers 41, 31, 21 each protrude into the electrode layers in order to achieve a uniform separation of the organic layers 101, 121, 141.
  • the first insulation layer 51 electrically separates the first contact layer 21 from the substrate 1.
  • the second insulation layer 61 insulates the third contact layer 31 from the second contact layer 21, while the third insulation layer 71 is responsible for the insulation of the fourth contact layer 41 from the third contact layer 31.
  • the fourth insulation layer 81 is responsible for the electrical shielding of the third contact layer 41 from the surroundings of the light-emitting diode.
  • the charge carriers of the first electrode layer 16 and the second electrode layer 101 recombine when a voltage is applied between them in the first OLED layer 91.
  • a result of this recombination process is the light beam 151, which is red, for example.
  • the charge carriers from the second electrode layer 101 and the third electrode layer 121 which recombine in the second OLED layer 111.
  • the charge carriers from the third electrode layer 121 and the fourth electrode layer 141 recombine in the third OLED layer 131 and produce the light beam 171, which is blue here, for example.
  • the arrangement of the OLED layers is advantageously carried out so that the light beam, which is composed of photons with the lowest energy, passes through most layers, while the light beam, which is composed of photons with the highest energy, passes through the fewest layers with it Photoemission no other colors are generated.
  • the light-emitting diode there is a sequence of the first OLED layer 91, which generates red light with the lowest photon energy, then the second OLED layer 111, which generates green light with medium photon energy, and finally the third OLED Layer 131 that produces blue light from the highest photon energy.
  • the blue light beam 171 which is composed of photons of the highest energy, passes through the least number of layers.
  • the primary colors red, green and blue are generated in the OLED layers 91, 111, 131.
  • a suitable mixture of light from these three color components can be used to create any color in the visible spectrum.
  • the electrodes 101, 121, 141 are transparent so that the light beams generated in the OLED layers 91, 111, 131 can penetrate them in the desired direction of radiation.
  • edges of the recess 191 serve to limit the surfaces of the OLED layers 91, 111, 131, for example, as a result of which the shadow masks, which are particularly critical in the production of larger displays with a large number of light-emitting diodes, can be replaced ,
  • the OLED of FIGS. 1 a and 1 b could be part of an active matrix display. Then only one contact layer 21, 31, 41 or electrode 16 of a row of OLEDs could be controlled by a common interconnect in plane 3a on the substrate. Accordingly, all pixels can be controlled, so that suitable voltages drop across the organic layers, so that the desired color mixture results.
  • FIG. 2 shows a further light-emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the substrate 1 is made translucent at least partially in the area in which the light rays 151, 161, 171 pass through the substrate 1, while the substrate 1 in FIG. 1 a is opaque.
  • the fourth electrode layer 141 in the light-emitting diode in FIG. 2 is made opaque, while the fourth electrode layer 141 in the light-emitting diode in FIG. 1 a is made translucent.
  • the above-mentioned design differences of the substrates 1 and the fourth electrode layer 141 result in the different radiation direction of the light beams 151, 161, 171.
  • the OLED layers 91, 111, 131 in the light-emitting diode shown in FIG. 2 are advantageously in the reverse order are arranged as in Fig. la.
  • the first OLED layer 91 in FIG. 2 is made of the same material as the third OLED layer 131 in FIG.
  • the first OLED layer 91 generates the blue light beam 171
  • the third OLED layer 131 generates the blue light beam 171.
  • the same relationships also apply to the red light beam 151 and the green light beam 161 and the other OLED layers.
  • the reason for the reverse arrangement of the light beams is again based on the fact that in these two exemplary embodiments it is advantageous if the light beam with the photons of higher energy passes through a smaller number of layers than the light beam with the photons of lower energy.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a light-emitting diode in accordance with the present invention.
  • the structure of the light-emitting diode shown in FIG. 3 differs from the structure of the light-emitting diode shown in FIG. 2 in that the fourth electrode layer 141 in FIG. 3 is translucent, while in FIG. 2 it is made opaque. This results in a radiation characteristic which differs from the light-emitting diode shown in FIG. 2 for the light-emitting diode shown in FIG. 3.
  • the light beams 151, 161, 171 are now emitted in both directions, that is to say both through the substrate 1 and through the fourth electrode layer 141.
  • the light-emitting diode in FIG. 3 also emits all three colors in the opposite direction through the fourth electrode layer 141.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a light-emitting diode in accordance with the present invention.
  • the light-emitting diode shown here differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 1a in that the fourth insulation layer 81 from FIG. layer edge 204 is replaced, and the third contact layer 41 from FIG. la is omitted, and in that the fourth electrode layer 141 from FIG. la in FIG. 4 is replaced by the electrode track 208.
  • FIG. 4 An arrangement shown in FIG. 4 is a light emitting diode which is part of a passive matrix display in which a color light emitting diode represents a pixel and the pixels are arranged in rows and columns.
  • the translucent electrode track 208 is connected to a plurality of light-emitting diodes which are arranged in a row or extends in a strip shape over a row of pixels or recesses.
  • the electrode track 208 is connected to a plurality of light-emitting diodes and thus a plurality of third OLED layers 131.
  • the plurality of light emitting diodes, which are arranged in a row are connected to one another via the electrode track 208.
  • a decision as to whether or not the third OLED layer 131 is supplied with charge carriers is made solely by the voltage at the contact layer 31, which together with the electrode track 208 is responsible for the charge carrier supply of the third electrode layer 121.
  • the contact layers 31 are in the series arranged light-emitting diodes, which are connected via the electrode track 208, are electrically separated from one another. Every third OLED layer 131 can thus be controlled separately by each light-emitting diode.
  • the fourth electrode layer 141 from FIG. 1 a is implemented jointly over a plurality of light-emitting diodes arranged in the row. This arrangement is referred to as a passive matrix display.
  • Another difference between the exemplary embodiment of the light-emitting diode according to the present invention shown in FIG. 1a and the light-emitting diode according to the present invention shown in FIG. 4 is that the fourth insulation layer 81 is replaced by the insulation layer edge 204.
  • the geometric design of the insulation edge 204 prevents the material which is deposited on the insulation layer edge 204 during the vapor deposition of the electrode web 208 from forming a common layer with the electrode web 208, which may even result in an electrically conductive connection to the electrode web 208 in the adjacent one Series could result.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a light-emitting diode in accordance with the present invention.
  • the light-emitting diode shown here differs from the exemplary embodiment in FIG. 1 a in that a first insulating layer 211 is applied to the first contact layer 21 and a second insulating layer 216 is applied to the second contact layer 31.
  • the insulating layers 211, 216 extend beyond the contact layers 21, 31, both on the side facing away from the recess into the insulation layers 61, 71 and on the side facing the recess into the electrode layers 101, 121.
  • the insulating layers 211, 216 prevent the material of the electrode layer 121 from forming a conductive connection between the contact layer 21 and the third electrode layer 121 during the manufacturing process, and thus a short circuit of the second OLED layer 111. This would destroy the LED.
  • the light-emitting diodes according to the exemplary embodiment of the present invention in FIG. 5 are thus more resistant to unwanted contacts in the manufacturing process, which leads to an increase in the yield.
  • FIG. 6 shows an array consisting of light-emitting diodes or light-emitting diode stacks according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the multilayer structure 221 comprises the insulation layers, the contact layers and the contact holes, although the contact layers also extend into the recesses 191.
  • the insulation layers, contact layers and the contact holes are not shown in this FIG. 6.
  • the recesses 191 comprise the electrode layers, the OLED layers and parts of the contact layers which extend into the recess 191.
  • the electrode layers, the OLED layers and the contact layers extending into the recesses 191 are also not shown in this FIG. 6.
  • the shadow masks and the evaporation of the OLED and electrode layer material can be carried out over the entire area, since when the electrode layers and the OLED layers are evaporated, the material can be deposited both on the multilayer structure 221 and in the recesses 191 without that this leads to crosstalk between the light emitting diodes, since the multi-layer structure not only serves to control but also to form tear-off edges.
  • FIG. 7 explains a manufacturing method of the light-emitting diode shown in FIG. 1 a according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the substrate 1 is provided.
  • the first metal level 3a is then applied and structured on the substrate 1 in a step 230, so that the first electrode layer 16 and the conductor tracks 18, 20 are formed.
  • a step 240 the multilayer arrangement is then completed by successive application, so that the contact holes 6, 11, 181, the contact layers 21, 31, 41 and the insulation layers 51, 61, 71, 81 are formed.
  • the layers 21 - 81 applied one after the other are either structured in the same way, ie always before the overlying layer is made, so that the arrangement 5 is formed, or the arrangement 5 is produced as a final step after formation of all layers.
  • Steps 230, 240 are preferably carried out by means of lithographic methods, with a wafer being used as the substrate, as a result of which the production method is inexpensive and the use of a shadow mask becomes unnecessary, which in turn enables the production of larger dispalys.
  • the OLED layer 91 is then applied to the first electrode layer 16 in a step 250.
  • the second electrode layer 101 is then applied in a step 260 by means of deposition over the entire surface.
  • steps 250 and 260 parts protruding into the recess, together with the multilayer arrangement, serve as separators, which enable tear edges or prevent layers 16, 101 from being formed continuously with those of neighboring pixels.
  • the process jumps back to step 250 in order to apply the second OLED layer 111 and in the subsequent step 260 the third electrode layer 121.
  • the steps 250, 260 are then carried out a third time, the third OLED layer 131 and the fourth electrode layer 141 being applied.
  • the recesses 191 in which the OLED layers 91, 111, 131 and the electrode layers 16, 101, 121, 141 are introduced are rectangular.
  • any geometric designs for a floor plan of the recesses 191 such as B. circles or ellipses.
  • the above exemplary embodiments each comprise three OLED layers 91, 111, 131, four electrode layers 16, 101, 121, 141, three contact holes 6, 11, 181 and three or four insulation layers.
  • any number of OLED layers, electrode layers, contact holes and insulation layers can alternatively be implemented.
  • the OLED layers 91, 111, 131 and the electrode layers 16, 101, 121, 141 each fill the base area of the complete recess 191.
  • Alternatives are also electrode layers or OLED layers which only fill part of the recess 191, the OLED layers or electrode layers then also being able to be electrically insulated from one another by an insulation layer.
  • FIGS. 1 a to 7 light-emitting diodes with three primary colors red, green and blue are listed. Alternatives are also light-emitting diodes with any color distribution.
  • the contact layers 21, 31, 41 are geometrically identical, in the exemplary embodiments FIGS. 1 a to 7 and all extend into the electrode layers 101, 121, 141.
  • the contact layers can also be of any desired design, have no symmetries and are non-symmetrical also do not extend into the electrode layers, but only adjoin them.
  • the light beams shown are perpendicular to the base surface of the substrate 1.
  • the radiation characteristic is such that the radiation takes place in a wide angular range of approximately 180 °.
  • Alternatives are also oblique arrangements of the light-generating layers in the recess 5, the light-generating layers and a surface normal to the substrate 1 having an angle that deviates from 90 °.
  • the contact layers 21, 31, 41 are designed such that they completely surround the electrode layers.
  • Alternatives are also arrangements in which the contact layers are not self-contained and are only arranged around part of the recess 191.
  • all contact layers 21, 31, 41 are connected to the substrate 1.
  • Alternatives are also connections in the multilayer structure 221 or on the multilayer structure 221, so that one or a plurality of contact layers are also insulated from the substrate 1.
  • the fourth electrode layer 141 from FIG. 1 a is designed as an electrode track 208, while the lower electrode is connected in series with those of pixels in the same column or row. This creates a passive matrix display.
  • another combination such as the second electrode layer 101 or the third electrode layer 121, can also be designed as an electrode track if the fourth electrode layer is not designed as an electrode track, and it applies that only two electrode layers of the OLED Stacks are designed as an electrode track.
  • step 230 of the production method shown in FIG. 7, in which a metal level is introduced into a recess in the substrate 1.
  • sequence of steps can be varied in FIG. 7.
  • the electrodes of a stacked OLED are contacted by vertically arranged contact electrodes, each color being contacted by the vertical application, in each case only by one contact electrode.
  • pixelation of a stacked OLED can be achieved in almost any resolution, so that color displays can be produced both for mini displays larger than 1 "diagonal" and for microdisplays.
  • shadow mask structuring is no longer required, which therefore enables the above exemplary embodiments to be implemented with substrates of any size.
  • the manufacturing method according to the exemplary embodiment of the present invention can therefore also be used in normal displays and large displays.
  • the aspect ratio which is the ratio between active sub-pixel area and total pixel area are defined, greatly increased, which on the one hand leads to an extension of the service life of the OLEDs with the same view with a display brightness and furthermore enables an optimal color mixing in pixels.
  • the pixels are dielectrically and optically isolated from one another, which reduces crosstalk of the pixels.
  • the electrodes 16, 101, 121, 141 which have so far been implemented consistently with inorganic layer systems, can optionally be replaced by organic conductive layers (doped layer systems), since the lateral connection resistance is greatly reduced by the arrangement.
  • Another interesting application of the light-emitting diode described in the above exemplary embodiments is the use for lighting purposes in which white or specific color tones can be set. Compared to laterally structured OLEDs, better utilization of the area can be achieved here.
  • the above exemplary embodiments are an improved structuring option in a color display, an increase in the aspect ratio of the subpixels, an improvement in the color mixing in the display, an improvement in the service life of the display by in-situ structuring or completely in vacuum structuring, an increased material utilization in the manufacture of the display , a reduction in crosstalk between the pixels and a possibility of using organic electrode systems.
  • FIG. 1 a a side view is shown in FIG. 1 a and a top view in FIG. 1 b.
  • the starting electrode 16 is structured on the substrate 1.
  • the first counter electrode 21 is applied in a structured manner, followed by a further insulation layer 61 with the next counter electrode 31 for the following color.
  • the next insulation layer 71 with the following Electrode 41 is used to contact the last color.
  • the structuring stack is completed by the insulation layer 81.
  • the electrodes 21, 31, 41 are arranged overhanging within the pixel area of the recess 191 and form local tear-off edges in the subsequent organic stack deposition.
  • the color electrodes are contacted on the side of the pixel area.
  • the OLED structures are arranged such that the OLED with the emission with the smallest photon energy (red) as the lowest and the OLED with the highest photon energy (blue) as the top is applied. This minimizes the absorption in the layers above.
  • the organic light-emitting diodes are deposited over a large area.
  • the organic matter of the first OLED (eg red) 91 is deposited, followed by the contacting of the lateral electrodes through the first contacting layer 101. This is followed directly by the organic matter of the second OLED (eg green) 111 with the subsequent contacting 121.
  • the last organics 131 and the last electrode 141 complete the production.
  • the side electrodes 21, 31, 41 are connected to the underlying circuit through contact holes.
  • the stacked OLED is emitted away from a substrate.
  • FIG. 2 Another arrangement according to the invention is shown in FIG. 2, where the stacked OLED is emitted by the substrate 1.
  • the electrode 141 is designed to be opaque.
  • the OLED structures are arranged in such a way that the OLED with the emission at the smallest photon energy (red) as the top one and the OLED with the highest photon energy (blue) is applied as the lowest. This minimizes the absorption in the respective layer.
  • the electrode 141 is also designed to be translucent, and thus an emission takes place in both directions.
  • the stacked diode is then transparent.
  • FIG. 4 An arrangement explained in FIG. 4 according to an exemplary embodiment of the present invention shows the case where the application is used in passive matrix displays.
  • the structuring of the electrodes 21, 31 takes place in the form of rows and columns, and the last side electrode 41 can be omitted in this exemplary embodiment and by a lateral structuring of the OLED electrode 141 and by an overhanging edge of the insulation layer 81, which here as insulating layer 204 is achieved.
  • FIG. 5 A further modified arrangement in accordance with the exemplary embodiments of the present invention is explained in FIG. 5.
  • additional overhanging insulating edges 211, 216 are inserted. This embodiment increases the process reliability of the arrangement and thus increases the yield.
  • a modification in the sense of the above exemplary embodiments of the present invention is the replacement of at least one of the OLED electrodes 101, 121, 141 by a conductive organic layer, since the arrangement of the electrodes means that the lateral contact resistance is so low that it can also be realized by organic layers can. This arrangement results in particular in simplifying the manufacture.
  • the above exemplary embodiments show the manufacture and integration of a stacked organic light-emitting diode by structuring and contacting the stacked diodes by laterally stacked overhanging edges.
  • the light is coupled out via a transparent cover electrode.
  • the light can also be coupled out via a transparent substrate electrode.
  • the light can be coupled out both via the transparent substrate electrode and via the transparent cover electrode.
  • Advantageous arrangements in the above exemplary embodiments show that the emission energy of the stacked light-emitting diodes away from the substrate becomes larger or smaller, depending on whether it is a top-emitting or a substrate-emitting light-emitting diode. It is also possible in the above exemplary embodiments to arrange the OLED with the lowest emission energy in the middle of the stacked light-emitting diode and the OLEDs with the higher emission energy on the outside.
  • the lateral electrodes 21, 31, 41 have direct contact with the substrate electronics.
  • the lateral electrodes 21, 31, 41 can be designed in the form of rows and columns.
  • an additional insulating layer 204 can be arranged above the lateral electrodes in FIGS.
  • contacting of the lateral electrodes 21, 31, 41 can also be achieved by a conductive organic layer. The above exemplary embodiments have shown that the integration of stacked, vapor-deposited organic light-emitting diodes can take place by vertically arranged contacting of the electrodes.
  • OLEDs organic light emitting diodes
  • a layer system comprising up to three differently colored OLEDs is integrated and contacted in a display in such a way that it can also be used in mini and microdisplays.
  • organic light-emitting diodes based on polymers have been realized so far, which are usually applied from solutions.
  • organic light-emitting diodes made of polymers also have disadvantages, such as the shorter lifespan in comparison to vapor-deposited organic light-emitting diodes. These printing techniques are not available for light-emitting diodes based on vapor-deposited materials. Furthermore, it is important for the quality of the OLEDs to carry out all structuring in a vacuum.
  • the subject of this invention is a possibility of integrating such stacked OLEDs in a display and to achieve the pixel contact.
  • the process is also suitable for very high-resolution displays and any substrate sizes.

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Abstract

Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode Eine Leuchtdiode umfasst ein Substrat (1) eine Mehrschicht­anordnung, die auf dem Substrat (1) angeordnet ist und in der eine Ausnehmung gebildet ist, und eine organische Lichtemissionsschicht (91, 111, 131), die in der Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Mehrschichtanordnung eine Kon­taktschicht (21, 31, 41) aufweist, die sich bis zu der oder in die Ausnehmung erstreckt und mit der OLED (91, 111, 131) elektrisch leitfähig verbunden ist.

Description

Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und insbesondere auf Leuchtdioden mit organischen Lichtemissi- onsschichten.
Immer häufiger werden zur Verbesserung der Kommunikation zwischen Mensch und Maschine Displays bzw. Anzeigen oder sogar Farbdisplays bzw. Farbanzeigen eingesetzt. Die Dis- plays ersetzen dabei die bis vor einigen Jahren eingesetzten Monitore in sogenannten Desktopanwendungen, werden aber auch immer häufiger in tragbaren Geräten eingesetzt, wie z. B. Mobiltelefonen oder PDAs. Die Displays basieren auf einer in einer Matrix angeordneten Formation von Leuchtdio- den. Aufgrund des zunehmenden Masseneinsatzes von Displays ergibt sich die Forderung, das Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden, die ja die Basis der Displays bilden, zu vereinfachen.
Gleichzeitig besteht die Anforderung an die Displays, immer hochauflösendere Bilder zu erzeugen, was bedeutet, daß immer mehr Pixel auf einer bestimmten Fläche konzentriert werden. Somit entsteht natürlich auch an die in den Displays eingesetzten Leuchtdioden die Anforderung, eine kleinere Fläche aufzuweisen bzw. auf einer kleineren Fläche untergebracht werden zu können.
Eine besondere Form der Leuchtdioden sind organische Leuchtdioden. Eine mögliche Herstellungsart basiert auf der Verwendung von Polymeren. Diese werden häufig als Lösungen aufgebracht. Die Strukturierung erfolgt dabei durch ein Druckverfahren wie beispielsweise mit einem Ink-Jet. Diese organischen Leuchtdioden sind durch eine kurze Lebensdauer gekennzeichnet .
Eine weitere bisherige Möglichkeit, organische Leuchtdioden herzustellen, beruht auf einem Einsatz aufgedampfter Materialien. Nachteilig ist jedoch hierbei, daß für ein Farbdisplay drei Subpixel für die Farben gelb, rot und blau erforderlich sind. Die Fläche eines Subpixels beträgt dabei weniger als 33 % der Fläche eines Gesamtpixels. Somit ist, um dieselbe Leuchtstärke zu erzielen, eine höhere Stromdichte erforderlich, was wiederum eine niedrigere Lebensdauer nach sich zieht.
Zugleich werden für die Herstellung von Leuchtdioden auf der Basis aufgedampfter Materialien Schattenmasken eingesetzt. Diese Schattenmasken sind aber für die Fertigung von Displays mit größeren Abmessungen ungünstig, da sie zum Verziehen neigen. Außerdem verstopfen die Masken nach kurzem Einsatz mit Farbstoffen, was einem wirtschaftlichen industriellen Herstellungsprozeß entgegensteht. Zugleich schränkt die Ungenauigkeit in der geometrischen Anordnung der Schattenmasken das Auflösungsverhalten der damit hergestellten Displays ein.
Eine Möglichkeit, Leuchtdioden auf der Basis aufgedampfter Materialien herzustellen, wobei die Subpixelfläche der Farben rot, gelb und blau gleich der Fläche des gesamten Pixels ist, besteht darin, die organischen Leuchtdioden übereinander zu stapeln. Jedoch gibt es in Ausführungsbei- spielen gemäß dem Stande der Technik für einen Einsatz in hochauflösenden Displays nur ungeeignete Kontaktierungen.
Gestapelte organische Leuchtdioden und insbesondere eine entsprechende Spannungsversorgung dieser gestapelten orga- nischen Leuchtdioden werden in der ÜS005917280A erläutert. Die DE 102 15 210 AI bezieht sich auf den Einsatz von dotierten Transportschichten bei Leuchtdioden mit organischen lichtemittierenden Schichten.
US 5,917,280 A erläutert eine Anordnung aus gestapelten OLEDs, und wie die Potentiale zur Ansteuerung der lichtemittierenden Schichten einzustellen sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchtdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode zu schaffen, wobei die Leuchtdiode besser kontaktiert und einfacher hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Leuchtdiode gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 20 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Leuchtdiode mit folgenden Merkmalen: einem Substrat, einer Mehrschichtan- ordnung, die auf dem Substrat angeordnet ist und in der eine Ausnehmung gebildet ist, und eine organische Lichtemissionsschicht, die in der Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Mehrschichtanordnung eine Kontaktschicht aufweist, die sich bis zu der oder in die Ausnehmung erstreckt und mit der OLED bzw. optischen lichtemittierenden Diode elektrisch leitfähig verbunden ist.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, in einer auf einem Substrat angeordneten Mehrschichtanordnung, die eine Kontaktschicht umfaßt, Ausnehmungen zu bilden, so daß die Kontaktschicht sich bis zu der Ausnehmung oder in die Ausnehmung hinein erstreckt. Bei einem anschließenden Bedampfungsvorgang mit einer organischen Lichtemissionsschicht, um die organische Lichtemissionsschicht zu bilden, wird diese gleichzeitig mit der Kontakt- schicht elektrisch leitend verbunden, wobei die Umrandungen der Ausnehmungen als Maske fungieren. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zur Herstellung eines Arrays aus Leuchtdioden keine Schattenmaske mehr erforderlich ist, sondern die Aufbringung wie z. B. Aufdampfung ganzflächig erfolgen kann, da die Mehr- schichtanordnung als Schattenmaske fungiert.
Weil die Kontaktschicht ein Teil der auf dem Substrat angeordneten Mehrschichtanordnung ist, vereinfacht sich das Fertigungsverfahren für eine Leuchtdiode.
Gleichzeitig ermöglicht die Erfindung, eine Mehrzahl an OLEDs verschiedener Primärfarben in einer Ausnehmung übereinander zu schichten, wodurch sich das Auflösungsvermögen eines aus diesen OLEDs gebildeten Displays erhöht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch die Konzentration einer hohen Anzahl an Pixel auf einer vorbestimmten Fläche eine gute Materialausnutzung erzielt werden kann.
Das Einsparen der für den Fertigungsprozeß kritischen Schattenmaske ermöglicht eine Erhöhung der Ausbeute der gefertigten Leuchtdioden und damit eine verbesserte Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Lichtemissionsschicht die gesamte Ausnehmung bedecken kann und somit die Fläche eines gesamten Pixels bedeckt. Durch die gute Flächenausnutzung ist eine geringere Stromdichte erforderlich, was eine längere Lebensdauer der Leuchtdiode nach sich zieht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung resultiert daraus, daß eine die gesamte Superpixelfläche, wobei ein Superpixel vorzugsweise 3 Subpixel umfasst, nutzende OLED ein gutes Aspektverhältnis nach sich zieht, was sich positiv auf den Kontrast eines aus den Leuchtdioden der vorliegenden Erfindung aufgebauten Displays auswirkt. Da die Kontaktschicht der Leuchtdiode der vorliegenden Erfindung in der Mehrschichtanordnung gut von einer Kontaktschicht einer benachbarten Leuchtdiode isoliert werden kann, verringert sich daher das Übersprechen zwischen zwei benachbarten Pixeln.
Ferner kann die Mehrschichtanordnung kostengünstig durch übliche Halbleiterherstellungsverfahren gefertigt werden, so daß ein Array beispielsweise aus einem Wafer gebildet werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la eine Schnittansicht einer Leuchtdiode mit drei Lichtemissionsschichten, die Licht vom Substrat weg oben abstrahlt gemäß einem Ausführungsbei- spiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. lb eine schematische Draufsicht auf die Leuchtdiode von Fig. la;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Leuchtdiode, die das Licht nach unten durch das Substrat emittiert gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Leuchtdiode, die Licht sowohl nach oben vom Substrat weg als auch nach unten durch das Substrat hindurch abstrahlt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung, die Licht nach oben abstrahlt; Fig. 5 eine Schnittansicht einer Leuchtdiode mit drei Lichtemissionsschichten und Isolationskanten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Array, das eine Mehrzahl an Leuchtdioden gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt; und
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens einer Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. la zeigt einen Aufbau bei einer Leuchtdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Leuchtdiode im Wesentlichen aus einem Substrat 1, einer Mehrschichtanordnung 3, die auf dem Substrat 1 angeordnet ist, und einer OLED, die in einer Ausnehmung 5 der Mehrschichtanordnung 3 gebildet ist, zusammensetzt.
Die Mehrschichtanordnung 3 umfasst nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Metallebenen 3a, 3b, 3c und 3d, die durch Isolationsschichten 51, 61 und 71 voneinander getrennt und durch eine Isolationsschicht 81 abgeschlossen sind. Die Schichtfolge aus den Isolationsschichten 51 - 81 ist strukturiert, um die Ausnehmung 5 zu bilden. Die unterste Metallebene 3a ist auf dem Substrat 1 gebildet und ist strukturiert, um eine untere Elektrode 16 und Leiterbahnen 18 und 20 zu bilden. Die untere Elektrode 16 ist derart strukturiert, daß sie sich über den gesamten Querschnitt der Ausnehmung 5 und ein wenig darüber hinaus in die Mehrschichtanordnung 3 hinein erstreckt. Vorzugsweise ist die untere Elektrode 16 als eine Leiterbahn über eine in einer Reihe angeordneter OLED-Stapel hinweg ausgeführt, wenn sie Teil eines Aktiv-Matrix-Displays ist, dessen Ausführung später noch detailliert erläutert wird. Die darüberliegenden Metallebenen 3b - 3d sind strukturiert, um Kontaktschichten 21, 31 bzw. 41 zu bilden. Insbesondere sind die Kontaktschichten 21, 31 und 41 derart gebildet, daß sie die Ausnehmung 5 lateral vollständig umgeben und sich von der Anordnung 3 aus ein wenig in die Ausnehmung 5 erstrecken, um in dieselbe hineinzuragen.
Durchkontaktierungen sind vorgesehen, um die Kontaktschich- ten 21, 31 und 41 mit jeweils einer der Leiterbahnen 18 und 20 in der Metallebene 3a auf dem Substrat 1 zu verbinden, wobei in der Schnittdarstellung von Fig. la lediglich eine die Kontaktschicht 21 mit der Leiterbahn 18 verbindende Durchkontaktierung 6 und eine die Leiterbahn 20 mit der Kontaktschicht 31 verbindende Durchkontaktierung 11 gezeigt sind.
Die OLED in der Ausnehmung 5 ist durch einen Schichtstapel innerhalb der Ausnehmung 5 gebildet. Dieser Schichtstapel umfasst eine sich lateral über den gesamten Querschnitt der Ausnehmung 5 erstreckende organische Leuchtemissionsschicht 91, eine darauf angeordnete Elektrodenschicht 101, eine auf der Elektrodenschicht 101 angeordnete weitere organische Lichtemissionsschicht 111, eine auf der weiteren Lichtemis- sionsschicht 111 angeordnete Elektrodenschicht 121, und schließlich eine auf der Elektrodenschicht 121 angeordnete organische Leuchtemissionsschicht 131, auf der wiederum eine Elektrodenschicht 141 angeordnet ist. Alle Schichten 91 - 141 der OLED erstrecken sich über den gesamten Quer- schnitt der Ausnehmung 5 in der genannten Reihenfolge. Entlang der Schichtstapel- bzw. Dickerichtung sind die Elektrodenschichten 101, 121 und 141 derart zu den Kontaktschichten 21, 31 und 41, die sich ja in die Ausnehmung 5 hinein erstrecken, ausgerichtet, daß die Elektrodenschicht 101 durch die Kontaktschicht 21, die Elektrodenschicht 121, durch die Kontaktschicht 31 und die Elektrodenschicht 141 durch die KontaktSchicht 41 kontaktiert wird bzw. aneinan- dergrenzen, während die organischen Leuchtemissionsschichten 91, 111 und 131 in Dickerichtung zwischen den Metallebenen 3a - 3d angeordnet sind.
Fig. lb zeigt eine Draufsicht auf die Leuchtdiode von Fig. la, wobei jedoch alle die OLED in der Ausnehmung 5 bildenden Schichten 91 - 141 zur besseren Darstellbarkeit nicht dargestellt wurden.
Wie es in Fig. lb zu erkennen ist, weist der Querschnitt der Ausnehmung 5 bei dem Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Umriss 191 auf, wobei jedoch andere Formen ebenfalls möglich wären. Innerhalb der Ausnehmung 5 ist die oberste der in die Ausnehmung 5 hineinragenden Kontaktschichten 21, 31 und 41, nämlich die Kontaktschicht 41, zu erkennen, die ebenfalls einen rechteckigen Umriss 201 aufweist, der etwas kleiner als der Umriss 191 der Ausnehmung 5 ist, wie sie durch die Isolationsschichten 51 - 81 definiert wird.
Zusätzlich zu den Leiterbahnen 18, 20, die bereits in Fig. la gezeigt wurden, ist in dieser Fig. lb auch noch eine Leiterbahn 19 dargestellt, die ebenfalls in der Ebene 3a des Mehrschichtenaufbaus 3 wie die Leiterbahnen 18 und 20, verläuft und letztgenannte nicht schneidet. Darüber hinaus ist in der Fig. lb auch eine die Leiterbahn 19 mit der Elektrode 41 verbindende Durchkontaktierung 16 gezeigt.
Fig. lb zeigt eine Reihe von verdeckten Kanten, die gestrichelt gezeichnet sind. Außerdem sind die Kanten 21, 31, 41 zur besseren Darstellbarkeit auseinandergezogen darge- stellt, obwohl sie in der Realität direkt übereinander liegen und sich daher auch gegenseitig verdecken.
Nachdem nun im vorhergehenden der Aufbau der OLED beschrieben wurde, werden im folgenden deren Funktionsweise und Vorteile beschrieben. Die Kontaktschichten 41, 31, 21 ragen dabei jeweils in die Elektrodenschichten hinein, um eine gleichmäßige Trennung der organischen Schichten 101, 121, 141 zu erreichen.
Die erste Isolationsschicht 51 trennt die erste Kontaktschicht 21 von dem Substrat 1 elektrisch. Die zweite Isolationsschicht 61 isoliert die dritte Kontaktschicht 31 von der zweiten Kontaktschicht 21, während die dritte Isolati- onsschicht 71 für die Isolation der vierten Kontaktschicht 41 von der dritten Kontaktschicht 31 verantwortlich ist. Die vierte Isolationsschicht 81 ist für die elektrische Abschirmung der dritten Kontaktschicht 41 gegenüber der Umgebung der Leuchtdiode verantwortlich.
Die Ladungsträger der ersten Elektrodenschicht 16 und der zweiten Elektrodenschicht 101 rekombinieren beim Anlegen einer Spannung zwischen denselben in der ersten OLED- Schicht 91. Ein Ergebnis dieses Rekombinationsvorgangs ist der Lichtstrahl 151, der beispielsweise rot ist.
Gleiches gilt für die Ladungsträger aus der zweiten Elektrodenschicht 101 und der dritten Elektrodenschicht 121, die in der zweiten OLED-Schicht 111 rekombinieren. Hierdurch wird der Lichtstrahl 161 erzeugt, der zum Beispiel grün ist.
Die Ladungsträger aus der dritten Elektrodenschicht 121 und der vierten Elektrodenschicht 141 rekombinieren in der dritten OLED-Schicht 131 und rufen den Lichtstrahl 171 hervor, der hier beispielsweise blau ist. Die Anordnung der OLED-Schichten erfolgt vorteilhafterweise so, daß der Lichtstrahl, der sich aus Photonen von einer geringsten Energie zusammensetzt, die meisten Schichten durchläuft, während der Lichtstrahl, der sich aus Photonen von einer höchsten Energie zusammensetzt, die wenigsten Schichten durchläuft, damit durch Photoemission keine anderen Farben erzeugt werden. Daher ergibt sich in der Leuchtdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Abfolge der ersten OLED-Schicht 91, die rotes Licht von geringster Photonenenergie erzeugt, dann der zweiten OLED-Schicht 111, die grünes Licht von mittlerer Photonenenergie erzeugt, und schließlich die dritte OLED-Schicht 131, die blaues Licht von der höchsten Photonenenergie erzeugt. Somit durchläuft der blaue Lichtstrahl 171, der sich aus Photonen der höchsten Energie zusammensetzt, die geringste Anzahl an Schichten.
In den OLED-Schichten 91, 111, 131 werden die Primärfarben Rot, Grün und Blau erzeugt. Durch eine geeignete Mischung eines Lichts aus diesen drei Farbbestandteilen lassen sich beliebige Farben im sichtbaren Spektrum erzeugen.
Die Elektroden 101, 121, 141 sind lichtdurchlässig ausgeführt, damit die in den OLED-Schichten 91, 111, 131 erzeug- ten Lichtstrahlen diese in der gewünschten Abstrahlrichtung durchdringen können.
Die Kanten der Ausnehmung 191 dienen dazu, beim Aufdampfen beispielsweise der OLED-Schichten 91, 111, 131 deren Flä- chen zu begrenzen, wodurch die Schattenmasken, die besonders bei der Herstellung größerer Displays mit einer großen Anzahl an Leuchtdioden kritisch sind, ersetzt werden können.
Eine Art und Weise wie Potentiale, welche an den Leiterbahnen 18, 19, 20 und an der Elektrodenschicht 16 zur Ansteue- rung der Lichtemissionsschichten 91, 111, 131 angelegt werden, einzustellen sind ist in US 5,917,280 A erläutert. Eine mögliche Realisierung der Elektrodenschichten als Transportschichten beschreibt die DE 10215210 AI, die ebenfalls bereits in der Beschreibungseinleitung der vor- liegenden Anmeldung erwähnt worden ist.
OLED von Fig. la und lb könnte Teil eines Aktiv-Matrix- Displays sein. Dann wäre nur eine Kontaktschicht 21, 31, 41 oder Elektrode 16 einer Reihe von OLEDs durch eine ge ein- same Leiterbahn in der Ebene 3a auf dem Substrat ansteuerbar. Demnach sind alle Pixel ansteuerbar, so daß über die organischen Schichten geeignete Spannungen abfallen, so daß sich die gewünschte Farbmischung ergibt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Leuchtdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied von der Leuchtdiode, die gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, gegenüber der in Fig. la gezeigten Leuchtdiode besteht darin, daß die Lichtstrahlen 151, 161, 171 durch das Substrat 1 hindurch abgestrahlt werden.
Hierzu ist das Substrat 1 zumindest teilweise in dem Bereich, in dem die Lichtstrahlen 151, 161, 171 durch das Substrat 1 hindurchdringen, lichtdurchlässig ausgeführt, während das Substrat 1 in Fig. la lichtundurchlässig ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die vierte Elektrodenschicht 141 in der Leuchtdiode in Fig. 2 lichtundurchlässig ausgeführt ist, während die vierte Elektroden- schicht 141 in der Leuchtdiode in Fig. la lichtdurchlässig ausgeführt ist. Durch oben erwähnte Ausführungsunterschiede der Substrate 1 und der vierten Elektrodenschicht 141 ergibt sich die unterschiedliche Abstrahlrichtung der Lichtstrahlen 151, 161, 171.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die OLED- Schichten 91, 111, 131 in der Leuchtdiode, die in Fig. 2 gezeigt ist, vorteilhafterweise in umgekehrter Reihenfolge wie in Fig. la angeordnet sind. So ist beispielsweise die erste OLED-Schicht 91 in Fig. 2 in demselben Material ausgeführt wie die dritte OLED-Schicht 131 in Fig. la. In der Leuchtdiode, die in Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt die erste OLED-Schicht 91 den blauen Lichtstrahl 171, während in der Leuchtdiode, die in Fig. la gezeigt ist, die dritte OLED-Schicht 131 den blauen Lichtstrahl 171 erzeugt. Dieselben Zusammenhänge gelten auch für den roten Lichtstrahl 151 und den grünen Lichtstrahl 161 und die übrigen OLED- Schichten. Der Grund für die umgekehrte Anordnung der Lichtstrahlen ist wiederum darin begründet, daß es in diesen beiden Ausführungsbeispielen vorteilhaft ist, wenn der Lichtstrahl mit den Photonen höherer Energie eine geringere Anzahl an Schichten durchläuft wie der Licht- strahl mit den Photonen niedrigerer Energie.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau der in Fig. 3 gezeigten Leuchtdiode unterscheidet sich von dem Aufbau der in Fig. 2 gezeigten Leuchtdiode dadurch, daß die vierte Elektrodenschicht 141 in Fig. 3 lichtdurchlässig ist, während sie in Fig. 2 lichtundurchlässig ausgeführt ist. Hierdurch ergibt sich für die in Fig. 3 dargestellte Leuchtdiode eine von der in Fig. 2 gezeigten Leuchtdiode abweichende Abstrahlcharakteristik. Die Lichtstrahlen 151, 161, 171 werden nun in beide Richtungen, also sowohl durch das Substrat 1 hindurch als auch durch die vierte Elektrodenschicht 141 hindurch emittiert. Somit strahlt die Leuchtdiode in Fig. 3 alle drei Farben zusätzlich zu der Leuchtdiode von Fig. 2 auch noch in die entgegengesetzte Richtung durch die vierte Elektrodenschicht 141 hindurch ab.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leucht- diode gemäß der vorliegenden Erfindung. Die hier dargestellte Leuchtdiode unterscheidet sich von dem in Fig. la gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die vierte Isolationsschicht 81 aus Fig. la durch eine Isolations- schichtkante 204 ersetzt ist, und die dritte Kontaktschicht 41 aus Fig. la weggelassen ist, und dadurch, daß die vierte Elektrodenschicht 141 aus Fig. la in Fig. 4 durch die Elektrodenbahn 208 ersetzt ist.
Bei einer in Fig. 4 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine Leuchtdiode, die Teil eines Passiv-Matrix-Displays ist, bei dem eine Farbleuchtdiode ein Pixel darstellt und die Pixel in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die licht- durchlässige Elektrodenbahn 208 ist bei dem Passiv-Matrix- Display mit einer Mehrzahl an Leuchtdioden, die in einer Reihe angeordnet sind, verbunden bzw. erstreckt sich strei- fenförmig über eine Reihe von Pixeln bzw. Ausnehmungen. Die Elektrodenbahn 208 ist mit einer Mehrzahl an Leuchtdioden und damit einer Mehrzahl an dritten OLED-Schichten 131 verbunden. Somit sind die Mehrzahl an Leuchtdioden, die in einer Reihe angeordnet sind, über die Elektrodenbahn 208 miteinander verbunden.
Die Ansteuerung der OLED-Stapel von Fig. 4 im Passiv- Matrix-Array erfolgt durch Ansteuerung einer der spalten- oder zeilenmäßig verlaufenden Bahnen 208 und einer Ansteuerung der unteren Elektroden 16 die durch Leiterbahnen (nicht gezeigt) auf dem Substrat 1 in Richtung senkrecht zu den Bahnen 208 in Reihe geschaltet sind, also in Zeilenbzw. Spaltenrichtung. Nur der OLED-Stapel, an welchem eine hohe Spannung zwischen der Bahn 208 und der unteren Elektrode anliegt, ist leuchtfähig. Die übrigen Ansteuermöglichkeiten jedes OLED-Stapels bzw. Pixels nämlich die mittleren Kontaktschichten 21, 32 sind über die Leiterbahnen 18,20 individuell ansteuerbar.
Eine Entscheidung, ob die dritte OLED-Schicht 131 mit Ladungsträgern versorgt wird oder nicht, fällt ausschließ- lieh durch die Spannung an der Kontaktschicht 31, die zusammen mit der Elektrodenbahn 208 für die Ladungsträgerversorgung der dritten Elektrodenschicht 121 verantwortlich ist. Dabei sind die Kontaktschichten 31 der in der Reihe angeordneten Leuchtdioden, die über die Elektrodenbahn 208 verbunden sind, elektrisch voneinander getrennt. Damit kann jede dritte OLED-Schicht 131 von jeder Leuchtdiode separat angesteuert werden.
In anderen Worten ausgedrückt, ist bei der in Fig. 4 gezeigten Leuchtdiode die vierte Elektrodenschicht 141 aus Fig. la über eine in der Reihe angeordnete Mehrzahl an Leuchtdioden hinweg gemeinsam ausgeführt. Dabei wird diese Anordnung als Passiv-Matrix-Display bezeichnet.
Ein weiterer Unterschied des in Fig. la gezeigten Ausführungsbeispiels der Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung und der in Fig. 4 gezeigten Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung ist, daß die vierte Isolationsschicht 81 durch die Isolationsschichtkante 204 ersetzt ist. Die geometrische Ausführung der Isolationskante 204 verhindert, daß das Material, das sich während dem Aufdampfen der Elektrodenbahn 208 auf der Isolationsschichtkante 204 niederschlägt, mit der Elektrodenbahn 208 eine gemeinsame Schicht bildet, wodurch sich gegebenenfalls sogar eine elektrisch leitende Verbindung zu der Elektrodenbahn 208 in der benachbarten Reihe ergeben könnte.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung. Die hier gezeigte Leuchtdiode unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in Fig. la insofern, daß hier auf der ersten Kontaktschicht 21 eine erste isolierende Schicht 211 und auf der zweiten Kontaktschicht 31 eine zweite isolierende Schicht 216 aufgebracht ist. Die isolierenden Schichten 211, 216 erstrecken sich dabei über die Kontaktschichten 21, 31 hinaus, sowohl auf der der Ausnehmung abgewandten Seite weiter in die Isolationsschichten 61, 71 hinein als auch auf der der Ausnehmung zugewandten Seite in die Elektrodenschichten 101, 121 hinein. Die isolierenden Schichten 211, 216 verhindern, daß während des Fertigungsvorgangs das Material der Elektrodenschicht 121 mit der ersten Kontaktschicht 21 eine leitende Verbindung zwischen der Kontaktschicht 21 und der dritten Elekt- rodenschicht 121 bildet, und damit einen Kurzschluß der zweiten OLED-Schicht 111. Dies würde zu einer Zerstörung der Leuchtdiode führen. Gleiches gilt für die zweite isolierende Schicht 216, die das unbeabsichtigte Entstehen eines Kontaktes zwischen der zweiten Kontaktschicht 31 und der vierten Elektrodenschicht 141 unterbindet. Somit sind die Leuchtdioden gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Fig. 5 resistenter gegen ungewollte Kontakte im Fertigungsprozeß, was zu einer Erhöhung der Ausbeute führt.
Fig. 6 zeigt ein Array, das aus Leuchtdioden bzw. Leuchtdiodenstapeln gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht. Zu erkennen ist ein Array 216, ein Mehrschichtenaufbau 221 und Ausnehmungen 191, die in Spal- ten und Zeilen angeordnet sind. Der Mehrschichtaufbau 221 umfaßt die Isolationsschichten, die Kontaktschichten und die Kontaktlöcher, wobei sich die Kontaktschichten allerdings auch in die Ausnehmungen 191 hinein erstrecken. Die Isolationsschichten, Kontaktschichten und die Kontaktlöcher sind in dieser Fig. 6 nicht dargestellt. Die Ausnehmungen 191 umfassen die Elektrodenschichten, die OLED-Schichten und Teile der Kontaktschichten, die sich in die Ausnehmung 191 hinein erstrecken. Auch die Elektrodenschichten, die OLED-Schichten und die- sich in die Aunehmungen 191 erstre- ckenden Kontaktschichten sind hier in dieser Fig. 6 nicht dargestellt.
Durch eine geometrische Struktur des Arrays 216 können die Schattenmasken und die Aufdampfung des OLED- und Elektro- denschichtmaterials ganzflächig vorgenommen werden, da sich beim Aufdampfen der Elektrodenschichten und der OLED- Schichten das Material sowohl auf dem Mehrschichtaufbau 221 als auch in den Ausnehmungen 191 niederschlagen kann, ohne daß dies zum Übersprechen zwischen den Leuchtdioden führt, da der Mehrschichtenaufbau nicht nur der Ansteuerung sondern auch der Bildung von Abrisskanten dient.
Fig. 7 erläutert ein Herstellungsverfahren der in Fig. la gezeigten Leuchtdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt 220 wird das Substrat 1 bereitgestellt. Anschließend wird in einem Schritt 230 die erste Metallebene 3a auf dem Substrat 1 aufgebracht und strukturiert, so daß die erste Elektrodenschicht 16 und die Leiterbahnen 18, 20 entstehen.
In einem Schritt 240 wird danach durch aufeinanderfolgendes Aufbringen die Mehrschichtenanordnung fertiggestellt, so daß die Kontaktlöcher 6, 11, 181, die Kontaktschichten 21, 31, 41 und die Isolationsschichten 51, 61, 71, 81 entstehen. Dabei werden die nacheinander aufgebrachten Schichten 21 - 81 entweder gleich so strukturiert, also immer vor Anfertigung der darüberliegenden Schicht, daß die Anordnung 5 entsteht, oder die Anordnung 5 wird als abschließender Schritt nach Bildung aller Schichten erzeugt. Die Schritte 230, 240 werden vorzugsweise mittels lithographischer Verfahren durchgeführt, wobei als Substrat ein Wafer verwendet wird, wodurch das Herstellungsverfahren kostengüns- tig ist, und die Verwendung einer Schattenmaske überflüssig wird, was wiederum die Herstellung größerer Dispalys ermöglicht .
Danach wird in einem Schritt 250 die OLED-Schicht 91 auf der ersten Elektrodenschicht 16 aufgebracht. Anschließend wird mittels ganzflächiger Abscheidung in einem Schritt 260 die zweite Elektrodenschicht 101 aufgebracht. Während der Schritte 250 und 260 dienen in die Ausnehmung hineinragende Teile zusammen mit der Mehrschichtenanordnung als Separato- ren, die Abrißkanten ermöglichen bzw. verhindern, daß die Schichten 16, 101 zu denjenigen benachbarter Pixel durchgängig gebildet sind. Daraufhin wird in einem Verfahrensablaufdiagramm in diesem Ausführungsbeispiel zur Herstellung der in Fig. la gezeigten Leuchtdiode wieder zu Schritt 250 zurückgesprungen, um die zweite OLED-Schicht 111 und in dem wieder folgenden Schritt 260 die dritte Elektrodenschicht 121 aufzubringen.
Für die in Fig. la gezeigte Leuchtdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Schritte 250, 260 dann noch ein drittes Mal durchlaufen, wobei die dritte OLED-Schicht 131 und die vierte Elektrodenschicht 141 aufgebracht werden. Das Herstellungsverfahren der in Fig. la gezeigten Leuchtdiode ist damit abgeschlossen.
In obigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die Ausnehmungen 191, in denen die OLED-Schichten 91, 111, 131 und die Elektrodenschichten 16, 101, 121, 141 eingebracht sind, rechteckig ausgeführt. Alternativ sind jedoch beliebige geometrische Ausführungen für einen Grund- riss der Ausnehmungen 191 wie z. B. Kreise oder Ellipsen.
Obige Ausführungsbeispiele umfassen jeweils drei OLED- Schichten 91, 111, 131, vier Elektrodenschichten 16, 101, 121, 141, drei Kontaktlöcher 6, 11, 181 und drei bzw. vier Isolationsschichten. Jedoch sind alternativ eine beliebige Anzahl an OLED-Schichten, Elektrodenschichten, Kontaktlöcher und Isolationsschichten implementierbar.
Auch ist es nicht erforderlich, daß die OLED-Schichten 91, 111, 131 und die Elektrodenschichten 16, 101, 121, 141 jeweils die Grundfläche der kompletten Ausnehmung 191 füllen. Alternativen sind auch Elektrodenschichten oder OLED-Schichten, die nur einen Teil der Ausnehmung 191 ausfüllen, wobei die OLED-Schichten oder Elektrodenschich- ten dann auch elektrisch voneinander durch eine Isolationsschicht isoliert werden können. In den Ausführungsbeispielen Fig. la bis Fig. 7 sind jeweils Leuchtdioden mit drei Primärfarben rot, grün, blau aufgeführt. Alternativen sind auch Leuchtdioden mit beliebigen Farbverteilungen.
Die Kontaktschichten 21, 31, 41 sind geometrisch gleich ausgeführt, in den Ausführungsbeispielen Fig. la bis Fig. 7 und erstrecken sich alle in die Elektrodenschichten 101, 121, 141. Die Kontaktschichten können auch beliebig ausge- führt sein, keine Symmetrien aufweisen und sich auch nicht in die Elektrodenschichten erstrecken, sondern an diese nur angrenzen.
In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung stehen die gezeigten Lichtstrahlen senkrecht zur Grundfläche des Substrats 1. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Abstrahlcharakteristik derart ist, daß die Ab- strahlung in einem breiten Winkelbereich von etwa 180° erfolgt. Alternativen sind auch schräge Anordnungen der lichterzeugenden Schichten in der Ausnehmung 5, wobei die lichterzeugenden Schichten und eine Flächennormale zu dem Substrat 1 dabei einen von 90° abweichenden Winkel aufweisen.
Die Kontaktschichten 21, 31, 41 sind in den obigen Ausführungsbeispielen so ausgeführt, daß sie die Elektrodenschichten vollständig umgeben. Alternativen sind auch Anordnungen, bei denen die Kontaktschichten nicht in sich geschlossen und nur um einen Teil der Ausnehmung 191 herum angeordnet sind.
Auch sind in den Ausführungsbeispielen der Leuchtdioden gemäß der vorliegenden Erfindung alle Kontaktschichten 21, 31, 41 mit dem Substrat 1 verbunden. Alternativen sind auch Verbindungen in dem Mehrschichtaufbau 221 oder auf dem Mehrschichtaufbau 221, so daß auch eine oder eine Mehrzahl an Kontaktschichten von dem Substrat 1 isoliert ist. In einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in Fig. 4 ist die vierte Elektrodenschicht 141 aus Fig. la als Elektrodenbahn 208 ausgeführt, während die untere Elektrode mit denen von Pixeln in gleicher Spalte oder Zeile in Reihe geschaltet ist. Somit wird ein Passiv- Matrix-Display erzeugt. Selbstverständlich kann bei einem Passiv-Matrix-Display auch eine andere Kombination, wie die zweite Elektrodenschicht 101 oder die dritte Elektrodenschicht 121 als Elektrodenbahn ausgeführt sein, wenn dann die vierte Elektrodenschicht nicht als Elektrodenbahn ausgeführt ist, und gilt, daß nur zwei Elektrodenschichten des OLED-Stapels als Elektrodenbahn ausgeführt sind.
Alternativ ist für den Schritt 230 des in Fig. 7 gezeigten Herstellungsverfahrens auch ein Schritt möglich, bei dem eine Metallebene in einer Ausnehmung in dem Substrat 1 eingebracht wird. Daneben kann in Fig. 7 die Abfolge der Schritte variiert werden.
Bei obigen Ausführungsbeispielen der Leuchtdioden gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Elektroden einer gestapelten OLED durch vertikal angeordnete Kontaktelektroden kontaktiert, wobei jede Farbe durch die vertikale Aufbringung, jeweils nur durch eine Kontaktelektrode kontaktiert wird. In den Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Pixelierung einer gestapelten OLED in fast beliebiger Auflösung erreicht werden, so daß Farbdisplays sowohl für Minidisplays größer 1 "Diagonale" als auch für Mikrodisplays hergestellt werden können. Weiterhin benötigt man in den obigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung keine Schattenmaskenstrukturierung mehr, was eine Implementierung der obigen Ausführungsbeispiele somit bei beliebig großen Substraten ermöglicht. Daher kann das Fertigungsverfahren gemäß dem Ausführungs- beispiel der vorliegenden Erfindung auch bei normalen Displays und Großdisplays eingesetzt werden. Wie in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gezeigt, kann das Aspektverhältnis, das das Verhältnis zwischen aktiver Subpixelflache und gesamter Pixelfläche definiert, stark erhöht werden, was zum einen zu einer Lebensdauerverlängerung der OLEDs bei gleicher Sicht bei einer Displayhelligkeit führt und weiterhin eine optimale Farbmischung in Pixeln ermöglicht. Weiterhin sind die Pixel voneinander dielektrisch und optisch isoliert, was ein Übersprechen der Pixel vermindert.
Darüber hinaus lassen sich die Elektroden 16, 101, 121, 141, die bisher durchweg durch anorganische Schichtsysteme realisiert wurden, ggf. durch organische Leitschichten (dotierte Schichtsysteme) ersetzen, da der laterale Anschlusswiderstand durch die Anordnung stark reduziert ist. Eine weitere interessante Anwendung der in den obigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Leuchtdiode ist die Nutzung für Beleuchtungszwecke, bei denen weiße bzw. spezifische Farbtöne eingestellt werden können. Gegenüber lateral strukturierten OLEDs kann hier wieder eine bessere Ausnützung der Fläche erreicht werden.
Obige Ausführungsbeispiele sind durch eine verbesserte Strukturierungsmöglichkeit bei einem Farbdisplay, eine Erhöhung des Aspektverhältnisses der Subpixel, eine Verbesserung der Farbmischung bei Display, eine Lebensdauerver- besserung des Displays durch In-situ bzw. vollständig im Vakuum Strukturierung, eine erhöhte Materialausnutzung bei der Herstellung des Displays, eine Verminderung von Übersprechen zwischen den Pixeln und eine Möglichkeit der Nutzung von organischen Elektrodensystemen gekennzeichnet.
In obigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist in Fig. la eine Seitenansicht und in Fig. lb eine Draufsicht dargestellt. Auf dem Substrat 1 wird die Startelektrode 16 strukturiert. Nach Abscheidung einer Isolati- onsschicht 51 wird die erste Gegenelektrode 21 strukturiert aufgebracht, hiernach folgt eine weitere Isolationsschicht 61 mit der nächsten Gegenelektrode 31 für die folgende Farbe. Die nächste Isolationsschicht 71 mit der folgenden Elektrode 41 wird zur Kontaktierung der letzten Farbe genutzt. Der Strukturierungsstack wird durch die Isolationsschicht 81 abgeschlossen. Innerhalb des Pixelgebiets der Ausnehmung 191 sind die Elektroden 21, 31, 41 überhängend angeordnet und bilden bei der nachfolgenden Organikstackab- scheidung lokale Abrisskanten. Hierbei erfolgt die Kontaktierung der Farbelektroden seitlich am Pixelgebiet.
Für eine besonders günstige Anordnung des OLED-Stacks für eine top-emittierende Struktur werden die OLED-Strukturen so angeordnet, daß die OLED mit der Emission bei der kleinsten Photonenenergie (rot) als unterste und die OLED mit der höchsten Photonenenergie (blau) als oberste aufgebracht wird. Dadurch wird die Absorption in den jeweils darüber liegenden Schichten minimiert.
Nach der Herstellung der Pixelelektroden erfolgt die flächige Abscheidung der organischen Leuchtdioden. Zuerst wird die Organik der ersten OLED (z. B. Rot) 91 abgeschieden, gefolgt durch die Kontaktierung der seitlichen Elektroden durch die erste Kontaktierungsschicht 101. Hiernach folgt direkt die Organik der zweiten OLED (z. B. Grün) 111 mit der nachfolgenden Kontaktierung 121. Die letzte Organik 131 und die letzte Elektrode 141 schließen die Herstellung ab.
Innerhalb eines Aktiv-Matrix-Displays werden durch Kontaktlöcher die seitlichen Elektroden 21, 31, 41 an die unterliegende Schaltung angeschlossen. Die Emission der gestapelten OLED erfolgt von einem Substrat weg.
Eine weitere Anordnung entsprechend der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, wo die Emission der gestapelten OLED durch das Substrat 1 erfolgt. Hierbei ist die Elektrode 141 lichtundurchlässig ausgelegt. Für eine besonders günstige Anordnung des OLED-Stacks für eine Substrat-emittierende Struktur werden die OLED-Strukturen so angeordnet, daß die OLED mit der Emission bei der kleinsten Photonenenergie (Rot) als oberste und die OLED mit der höchsten Photonen- energie (Blau) als unterste aufgebracht wird. Dadurch wird die Absorption in der jeweiligen Schicht minimiert.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung aufgeführt, bei dem auch die Elektrode 141 lichtdurchlässig ausgeführt ist, und somit eine Emission in beiden Richtungen erfolgt, im ausgeschalteten Zustand ist die gestapelte Diode dann transparent.
Den Fall der Nutzung der Anwendung bei Passiv-Matrix- Displays zeigt eine in Fig. 4 erläuterte Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Strukturierung der Elektroden 21, 31 erfolgt in Form von Zeilen und Spalten, und dabei kann die letzte seitliche Elektrode 41 in diesem Ausführungsbeispiel weggelassen werden und durch eine laterale Strukturierung der OLED- Elektrode 141 und durch eine überhängende Kante der Isolationsschicht 81, die hier als isolierende Schicht 204 ausgeführt ist, erreicht werden.
Eine weitere modifizierte Anordnung entsprechend den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 5 erläutert. Um während der Abscheidung der OLED-Elektroden 121, 141 eine Kontaktierung mit den unterliegenden seitli- chen Elektroden 21, 31 zu vermeiden, werden zusätzliche überhängende isolierende Kanten 211, 216 eingefügt. Diese Ausführungsform erhöht die Prozesssicherheit der Anordnung und steigert damit die Ausbeute.
Eine Modifizierung im Sinne obiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist der Ersatz mindestens einer der OLED-Elektroden 101, 121, 141 durch eine leitfähige organische Schicht, da durch die Anordnung der Elektroden der laterale Kontaktwiderstand so gering ist, daß er auch durch organische Schichten realisiert werden kann. Diese Anordnung hat insbesondere eine Vereinfachung der Herstellung zur Folge. Obige Ausführungsbeispiele zeigen die Herstellung und die Integration einer gestapelten organischen Leuchtdiode, indem die gestapelten Dioden durch seitlich gestapelte überhängende Kanten strukturiert und kontaktiert werden.
In obigen Ausführungsbeispielen erfolgt die Lichtauskopplung über eine transparente Deckelektrode. Darüber hinaus kann die Lichtauskopplung, wie in obigen Ausführungsbeispielen aufgeführt, auch über eine transparente Substrat- elektrode erfolgen. Zusätzlich kann die Lichtauskopplung in obigen Ausführungsbeispielen sowohl über die transparente Substratelektrode als auch über die transparente Deckelektrode erfolgen.
Vorteilhafte Anordnungen in obigen Ausführungsbeispielen zeigen, daß die Emissionsenergie der gestapelten Leuchtdioden vom Substrat weg größer oder kleiner wird, in Abhängigkeit davon, ob es sich um eine top-emittierende oder eine substrat-emittierende Leuchtdiode handelt. Möglich ist auch in obigen Ausführungsbeispielen die OLED mit der geringsten Emissionsenergie in der Mitte der gestapelten Leuchtdiode und die OLEDs mit der höheren Emissionenergie außen anzuordnen.
In obigen Ausführungsbeispielen haben die seitlichen Elektroden 21, 31, 41 einen direkten Kontakt zu der Substratelektronik. In obigen Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die seitlichen Elektroden 21, 31, 41 in Form von Zeilen und Spalten ausge- bildet sein. Daneben kann in den Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung in Fig. la bis 7 oberhalb der seitlichen Elektroden eine zusätzliche isolierende Schicht 204 angeordnet sein. Außerdem kann in obigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kontaktierung der seitlichen Elektroden 21, 31, 41 auch durch eine leitende organische Schicht erreicht werden. Obige Ausführungsbeispiele haben gezeigt, daß die Integration gestapelter aufgedampfter organischer Leuchtdioden durch eine vertikal angeordnete Kontaktierung der Elektroden erfolgen kann. So können auf der Basis organischer Leuchtdioden (organic light emitting diodes, OLEDs) neuartige Flachdisplays mit vielen Vorteilen verwirklicht werden. Dazu gehört die großflächige Abscheidung aus verschiedenen Substraten, die selbstleuchtenden Eigenschaften, die sehr dünne Displays ermöglichen, die hohe Unabhängigkeit vom Blickwinkel und die potentielle hohe Effizienz solcher Displays.
Um solche Displays realisieren zu können, ist eine Strukturierung in verschiedenen emittierenden Elementen bzw. sogenannten Pixeln notwendig. Dies gilt insbesondere für Vollfarbdisplays, in denen diese Pixel so realisiert werden müssen, daß sie in verschiedenen Farben emittieren. Die Strukturierung mittels Schattenmaskentechnologie ist bei kleinen Pixeln in Mini- bzw. Mikrodisplays nicht mehr anwendbar. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schichtsystem aus bis zu drei verschiedenfarbigen OLEDs so in ein Display integriert und kontaktiert, daß eine Nutzung auch in Mini- und Mikrodisplays möglich ist.
Die Möglichkeiten zur Herstellung solcher Strukturen hängen stark von den verwendeten Materialien ab. Zum einen wurden bisher organische Leuchtdioden auf der Basis von Polymeren realisiert, die meist aus Lösungen aufgebracht werden. In diesem Fall ist es möglich, die Strukturierung der Pixel durch Druckverfahren vorzunehmen. Beispielsweise konnte gezeigt werden, daß durch das Tintenstrahldrucken eine effiziente Pixelierung möglich ist. Bei dieser Pixelie- rungstechnologie ist die Auflösungsgrenze bei ca. 50 100 μm Pixeln gegeben. Organische Leuchtdioden aus Polymeren besitzen jedoch auch Nachteile, wie die im Vergleich zu aufgedampften organischen Leuchtdioden geringere Lebensdauer. Bei Leuchtdioden auf der Basis aufgedampfter Materialien stehen diese Drucktechniken nicht zur Verfügung. Weiterhin ist es für die Qualität der hergestellten OLEDs wichtig, alle Strukturierungen im Vakuum durchzuführen. Für Monochromdisplays ist es möglich, mit Abrißkanten bei sogenannten Passiv-Matrix-Displays, d. h. mit Displays ohne eigene Ansteuerschaltung an den Pixeln, eine Strukturierung zu erreichen. Für Aktiv-Matrix-Displays und insbesondere für Farbdisplays ist es jedoch notwendig, selektiv die verschiedenen Farben zu realisieren. Klassisch wird dies bisher durch ein laterales Unterteilen eines Pixels in drei Subpixel für Rot, Grün und Blau erreicht. Um eine ausreichende Leuchtstärke des Pixels zu erreichen, muß jedes Subpixel entsprechend dem Flächenanteil von maximal einem Drittel des Gesamtpixels mit einer dreifachen Leuchtstärke leuchten, um dem Betrachter eine entsprechende Leuchtdichte des Gesamtpixels darzustellen. Im Realfall liegt der Flächenanteil eines Subpixels bei unter 33 %. Durch die erhöh- te Ansteuerung wird eine größere Stromstärke für jedes Pixel benötigt, gleichzeitig verringert sich die Lebensdauer des Pixels.
Der Standardansatz zur Strukturierung der aufgedampften organischen Leuchtdioden in den Subpixeln baut darauf auf, daß die Farbstoffe durch eine Schattenmaske verdampft werden. Eine solche Verdampfung durch eine Schattenmaske wurde im Labormaßstab prinzipiell gezeigt. Sie ist allerdings auf Displays mit relativ geringen Abmessungen be- grenzt, da größere Masken zum Verziehen neigen. Weiterhin tendieren solche Schattenmasken dazu, sich mit Farbstoffen zuzusetzen und zu verstopfen. Dies erfordert, daß die Masken häufig gereinigt werden, was bei einem industriellen Produktionsprozeß ein empfindlicher Nachteil ist. Es wurden Displays mit Subpixelgrößen im Labormaßstab bis ca. 50 μm bereits vorgestellt, bei kleineren Pixelgrößen läßt sich diese Methode nicht mehr anwenden. Auch bereits bei diesen Pixelgrößen für sogenannte Minidisplays (größer 1 Zoll Diagonale) kann nur eine geringe Fläche des Pixels für die eigentliche OLED genutzt werden, da aufgrund der Ungenauig- keit der Schattenmaske ein Abstand zwischen unterschiedlichen Farben einzuhalten ist, um eine Überlappung der Subpi- xel zu vermeiden.
Bei noch höheren Auflösungen sind aus der Literatur bzw. aus Patenten Ansätze bekannt, die die Realisierung von weißen Emittern, die durch Farbfilter entsprechend gefil- tert werden, einsetzen. Dies kann entweder geschehen, indem die Filter vor dem Abscheiden der Leuchtdioden auf das Substrat aufgebracht werden, bei Leuchtdioden, die durch das Substrat emittieren, also bei Substratemittern bzw. nachdem die Leuchtdioden abgeschieden wurden, also bei Topemittern. Die Herstellung von solchen Strukturen mit Filtern besitzt jedoch unter anderem den Nachteil, daß hier erhebliche Effizienzverluste unvermeidlich sind. Weiterhin benötigen die Farbfilter weitere laterale Strukturierungen, welche den Flächenanteil der verschiedenfarbigen Displays weiter verringert. Dennoch gibt es bisher kein Verfahren, mit welchem bei hohen Auflösungen bei Mini- bzw. Mikrodis- plays eine farbige Strukturierung erreicht werden kann.
Ein alternativer Ansatz zu der lateralen Strukturierung der farbigen Subpixel ist die Anwendung von gestapelten OLEDs, die farbigen Pixel sind hierbei vertikal übereinanderge- legt, wobei die untenliegenden Farben durch die darüberlie- genden Farben leuchten, was in der Patentschrift US 005917280 A dargelegt ist. Solche Systeme bieten einen viel höheren Flächenanteil eines Pixels pro Farbe und gleichzeitig für das menschliche Auge eine optimale Farbmischung. Eine Anordnung entsprechend der Erfindung konnte bisher in ein Display integriert, aber nicht vorgestellt werden, da eine effektive Kontaktierung der Zwischenelekt- roden zwischen den Farben, die ja vertikal angeordnet sind, nicht erreicht werden konnte. Weiterhin lagen bisher keine OLED-Technologien vor, welche bei gestapelten OLEDs eine ausreichende Effizienz der einzelnen Farben ermöglicht. Durch die Nutzung dotierter Transportschichten, wie in der Offenlegungsschrift DE 102 15 210 AI dargelegt ist, die den Titel „Lichtemittierendes Bauelement mit organischen Schichten" trägt, sind solche hocheffizienten invertierten und transparenten OLEDs möglich.
Gegenstand dieser Erfindung ist eine Möglichkeit, solche gestapelten OLEDs in ein Display zu integrieren und die Pixelkontaktierung zu erreichen. Das Verfahren ist hierbei auch für sehr hochauflösende Displays und beliebige Substratgrößen geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtdiode mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (1) ; einer Mehrschichtanordnung (221) , die auf dem Substrat (1) angeordnet ist, und in der eine Ausnehmung (191) gebildet ist; und eine organische Lichtemissionsschicht (91, 111, 131) , die in der Ausnehmung (191) angeordnet ist; wobei die Mehrschichtanordnung (221) eine Kontaktschicht (21, 31, 41) aufweist, die sich bis zu der o- der in die Ausnehmung (191) erstreckt und mit der OLED (91, 111, 131) elektrisch leitfähig verbunden ist.
2. Leuchtdiode gemäß Anspruch 1, bei der die Kontaktschicht (21, 31, 41) von dem Substrat (1) beabstandet ist.
3. Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der sich die Kontaktschicht (21, 31, 41) in die Ausnehmung (191) erstreckt.
4. Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine weitere organische Lichtemissionsschicht (91, 111, 141) in der Ausnehmung (191) angeordnet ist.
5. Leuchtdiode gemäß Anspruch 4, bei der die weitere organische Lichtemissionsschicht (91, 111, 131) ausge- bildet ist, um eine zu der organischen Lichtemissionsschicht (91, 111, 131) unterschiedliche Farbe zu emittieren.
Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der eine isolierende Schicht (211, 216) auf einer dem Substrat 1 abgewandten Oberfläche der Kontaktschicht (21, 31) angeordnet ist und sich in die Ausnehmung (191) erstreckt.
Leuchtdiode gemäß Anspruch 6, bei der die Isolationsschicht (211, 216) über die Kontaktschicht (21, 31) hinaus sich in die Ausnehmung (191) erstreckt.
Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Substrat (1) ausgebildet ist, um ein von der Lichtemissionsschicht (91, 111, 131) emittiertes Licht (151, 161, 171) durchzulassen.
9. Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine untere Elektrodenschicht (16) in der Ausnehmung (191) auf dem Substrat (1) aufgebracht ist, wobei die untere Elektrodenschicht (16) einen Bereich aufweist, der zwischen dem Substrat 1 und der organischen Lichtemissionsschicht (91) angeordnet ist.
10. Leuchtdiode gemäß Anspruch 9, bei der die untere Elektrodenschicht (16) ausgebildet ist, um ein von der Lichtemissionsschicht (91) emittiertes Licht (151, 161, 171) durchzulassen.
11. Leuchtdiode gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der die obere lichtemittierende Schicht elektrisch zwischen die untere Elektrodenschicht (16) und die Kontaktschicht (21, 31, 41) geschaltet ist.
12. Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der in der Ausnehmung (191) eine obere Elektroden- schicht (141) auf der organischen Lichtemissionsschicht (131) aufgebracht ist, die zumindest teilweise eine dem Substrat (1) abgewandte Oberfläche der organischen Lichtemissionsschicht (131) bedeckt.
13. Leuchtdiode gemäß Anspruch 12, bei der die obere Elektrodenschicht (141) ausgebildet ist, um ein von der Lichtemissionsschicht (131) emittiertes Licht (151, 161, 171) durchzulassen.
14. Leuchtdiode gemäß Anspruch 12 oder 13, bei der die obere Elektrodenschicht (141) in der Ausnehmung so angeordnet ist, daß die Kontaktschicht (41) an die selbe angrenzend ist.
15. Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die Ausnehmung (191) ein Sackloch aufweist, das sich in die Mehrschichtenanordnung (221) bis zu dem Substrat (1) erstreckt.
16. Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Kontaktschicht (21, 31, 41) mit einer Leiterbahn auf dem Substrat (1) kontaktiert ist.
17. Array (221), das eine Mehrzahl an Leuchtdioden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
18. Array (221) gemäß Anspruch 17, bei dem eine erste der Leuchtdioden eine erste Kontaktschicht (21, 31, 41) und eine zweite der Leuchtdioden eine zweite Kontaktschicht (21, 31, 41) aufweist und die erste und die zweite Kontaktschicht (21, 31, 41) über eine Leiterbahn elektrisch leitfähig verbunden sind.
19. Wafer, der eine Leuchtdiode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 oder ein Array (216) gemäß Anspruch 17 oder 18 aufweist.
20. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode mit folgenden Schritten:
Bereitstellen (220) eines Substrats (1) ; Anordnen (230) einer Mehrschichtanordnung (221) auf dem Substrat (1) ;
Bilden einer Ausnehmung (191) in der Mehrschichtanordnung (221) ; und
Anordnen (250) einer organischen Lichtemissionsschicht (91, 111, 131) in der Ausnehmung (191); wobei der Schritt (240) des Anordnens der Mehrschichtanordnung derart ausgeführt wird, dass die Mehrschichtanordnung eine Kontaktschicht (21, 31, 41) umfasst, die sich bis oder in die Ausnehmung (191) er- streckt und mit der OLED (91, 111, 131) elektrisch leitfähig verbunden ist.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem der Schritt des Bereitstellens (220) des Substrats (1) ein Bereitstel- len eines Wafers umfasst, und der Schritt des Anordnens (250) einen lithographischen Prozeß umfasst.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 oder 22 bei dem der Schritt des Anordnens (250) der organischen Lichtemissionsschicht (91, 111, 131) ein ganzflächiges Aufdampfen von organischem Material umfaßt.
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