WO2006021202A1 - Bauelement auf der basis organischer leuchtdioden und verfahren zum herstellen - Google Patents
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Definitions
- the OLEDs are based on the principle of electroluminescence, in which electron-hole pairs, so-called excitons recombining with the emission of light.
- the OLED is constructed in the form of a sandwich structure, in which at least one organic film is arranged as an active material between two electrodes, positive carriers and negative charge carriers being injected into the organic material, and charge transport of holes or electrons towards it a recombination zone takes place in the organic layer where recombination of the charge carriers to singlet excitons occurs under light emission.
- the subsequent radiative recombination of the excitons causes the emission of the visible useful light which is emitted by the light-emitting diode.
- microspheres of quartz glass These microspheres can also be arranged next to the OLED in order to diffuse light from internal modes into external modes, and it is also known to provide periodic structures in the area of the substrate Wavelength between the substrate and the first electrode, wherein this periodic structure in the optically active layer of lichtemittie- continuing diode continues.
- the specified geometry ultimately results in Bragg scattering, which increases the efficiency of the device, see JM Lupton et al, Appl. Phys. Lett., Vol. 77, page 3340 (2000).
- These waveguide-suppressing particles may consist of, for example, TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 , a size of about 30 to 80 nm and embedded in a polymeric emitter material such as MEH-PPV.
- the invention is therefore based on the object to provide an improved component based on organic light emitting diodes with increased efficiency.
- the power efficiency of the device improves, so that ultimately the device can be operated at the same brightness with lower currents in comparison to conventional Ver ⁇ elements, whereby the life of the device according to the invention is improved.
- the pixel-separating insulating layer is modified by means of suitable methods by providing the layer with optically active heterogeneities which, moreover, increase the filling factor.
- This modification of the insulation layer can be achieved by a simple processing without damaging the already existing underlying structures.
- the insulation layer has two functions: on the one hand, the precise geometric definition of the adjacent pixels and, on the other hand, the improvement of the power parameters of each individual pixel by increasing the coupling-out efficiency. This can preferably be achieved even without the provision of additional process steps in the manufacture of the component.
- the display it is expedient to design the display so that there is no optical Koch ⁇ speak between adjacent pixels, which would otherwise adversely affect the contrast or color brilliance.
- the density of heterogeneities effecting the coupling-out of light from the insulating layer is selected such that light from one pixel is within a transverse distance of x / 2 from the pixel Display surface is scattered out when x is the minimum distance between two adjacent pixels.
- the concentration of optically active heterogeneities necessary to meet this condition also depends on the size of the heterogeneities.
- optically active heterogeneities which can cause any kind of deflection of the light, for example via scattering, refraction or diffraction effects are suitable.
- the insulating layer has to be structured with micrometer precision in accordance with the pixel structure of the first electrode, it may be expedient for the insulating layer to comprise a matrix which can be applied wet or dry chemically and which can be patterned photolithographically, for example.
- extrinsic heterogeneities may be selected from a variety of particles, in particular: Inorganic microcrystals, such as salt crystals or metal oxides, e.g. Silicates, sapphire
- Powders of polymers (polycarbonates, polyacrylates, polyimides, polyesters, PE, PP, polyethers, fluoropolymers, polyamides, polyvinyl acetates) - powders of non-polymeric, organic materials (aromatics, aliphatics, heterocycles)
- Gas bubbles which are introduced into the matrix solution mechanically such as, for example, by foaming with inert hydrocarbons (pentane), noble gases (Ar), N 2 , CO 2 or CFC - gas bubbles which are chemically separated, for example, by gas.
- inert hydrocarbons penentane
- noble gases Ar
- N 2 e.g., N 2
- CO 2 e.g., CO 2
- CFC - gas bubbles which are chemically separated, for example, by gas.
- B. by the end of a chemical reaction in which a gaseous reaction product such as CO 2 , N 2 is formed, are introduced into the matrix solution (for example, SBQ reacts upon incidence of light to form nitrogen).
- the concentration in the layer should be adjusted appropriately, taking into account the size of the particles, so that no electrical short circuits occur.
- a hole transport layer is arranged, which is p-doped with an acceptor-like organic material and a thickness between 20 nm and 2 microns, in particular a thickness between 30 nm and 300 nm.
- Such doping results in increased conductivity, so that such transport layers can have higher layer thicknesses than usual in comparison to undoped layers (typically 20 to 40 nm) without the operating voltage being drastically increased.
- the presence of a thick charge transport layer between the light-emitting organic layer and the transparent second electrode provides, in particular, protection for the light-emitting layer in the production of the second electrode or further subsequent process steps.
- the specified transport layer may also be formed as an electron transport layer, which is n-doped with a donor-like organic material and has a thickness between 20 nm and 2 ⁇ m, in particular between 30 nm and 300 nm.
- this can also be sputtered, grown or deposited. Sputtering, PVD (physical vapor deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), MEE (molecular enhanced epitaxy), MOVPE (metal organic vapor pressure epitaxy) and OVPD (organic vapor phase deposition).
- the structuring of the insulation layer is expediently carried out after its generation, again with the aid of wet-chemical or dry-chemical structuring methods. Suitable layer materials are:
- the insulating layer in the device can also consist of several layers.
- the process parameters are to be chosen so that the backplane or its elements are not damaged.
- the insulating layer and the lower electrode has a high mechanical and / or chemical stability, which, depending on the embodiment, can be achieved by providing bi- or multilayer for the respective layer.
- the structuring of the surface by means of a technique similar to the screen printing method.
- all materials can be used as insulating layer material, which can be structured wet or dry chemical.
- such a layer is applied to the backplane or the structured electrode and structured by applying and pressing on a fabric.
- the squeegee known from the screen printing method is suitable, for example using polyurethane squeegees. As indicated, it is necessary that the deformation caused by the stamping remain even after the insulating layer has hardened.
- the insulation layer is designed according to one of the above-explained prior art methods for coupling out internal modes.
- Fig. 2 shows the substrate shown in Fig. 1 after the processing of the organic layers, the upper electrode and the encapsulation
- 3 a shows a first embodiment of a display with top emission
Abstract
Um bei einem Bauelement auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung den Füllfaktor sowie den Wirkungsgrad zu verbessern, wird ein Bauelement vorgeschlagen, umfassend ein Substrat, eine zum Substrat nächstgelegene erste Elektrode (130), eine zum Substrat entfernt gelegene zweite Elektrode (160) und zumindest eine zwischen beiden Elektroden angeordnete, lichtemittierende organische Schicht (150). Das in dem aktiven Bereich emittierte Licht transmittiert durch eine der beiden Elektroden, wobei die erste Elektrode pixelstrukturiert ist und zwischen benachbarten Pixeln eine Isolationsschicht (140) angeordnet ist. Das Bauelement zeichnet sich dadurch aus, daß die Isolationsschicht (150) optisch mit der lichtemittierenden Schicht (150) gekoppelt ist und optisch wirksame, lichtstreuende und einen Füllfaktor erhöhende Heterogenitäten (180, 190) aufweist, wobei die Isolationsschicht passend zur Pixelstruktur der ersten Elektrode mikrostrukturiert und auf dieser aufprozessiert ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementes.
Description
Bauelement auf der Basis organischer Leuchtdioden und Verfahren zum Herstellen
Die Erfindung betrifft ein Bauelement auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrich¬ tung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Stand der Technik
In den letzten Jahren hat sich ein großer Bedarf nach immer kleineren, platzsparenden, leich¬ ten und kostengünstigen Anzeigemodulen und Displays zur schnellen und adäquaten Visuali- sierung von Daten und Informationen entwickelt. Bei den meisten der heute verwendeten An¬ zeigeelementen wird das Prinzip der Kathodenstahlröhre oder der Flüssigkristallanzeige (LCD: Liquid Crystal Display) verwendet. Daneben existieren Flachdisplaytechnologien wie Plasma-, Vakuumfluoreszenz- oder Feldemissionsdisplays, die jedoch technisch sehr aufwen¬ dig und kostenintensiv sind. Mit Displays auf der Basis organischer Leuchtdioden (OLEDs) ist in den letzten Jahren eine ernst zu nehmende Konkurrenz für die etablierten Technologien erwachsen. Als wesentliche Vorteile einer Anzeigeeinrichtung auf der Basis von OLEDs sei¬ en die Bereitstellung von brillanten Farben, eines sehr hohen Kontrast, schnellen Schaltzeiten bei tiefen Temperaturen, einem großen Betrachtungswinkel sowie einem großen Füllfaktor genannt. Da OLEDs selbst aus lichtemittierenden Elementen bestehen, ist somit im Vergleich zu LCDs keine Hintergrundbeleuchtung notwendig. Sie sind beispielsweise in Form einer Folie flexibel und dünn mit geringen Produktionskosten herstellbar und mit einem verhält¬ nismäßig geringen Energieaufwand betreibbar. Mit ihrer niedrigen Betriebsspannung, der hohen Energieeffizienz sowie der Möglichkeit flächig emittierende Bauelemente zur Emission von beliebigen Farben herzustellen, eignen sich OLEDs auch für die Anwendung in Beleuch- tungselementen.
OLEDs beruhen auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz, bei welcher Elektron-Loch-Paare, sogenannte Exzitonen unter Aussendung von Licht rekombinieren. Hierzu ist die OLED in Form einer Sandwichstruktur aufgebaut, bei welcher zumindest ein organischer Film als akti- ves Material zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei positive und negative Ladungs¬ träger in das organische Material injiziert werden, ein Ladungstransport von Löchern bezie¬ hungsweise Elektronen zu einer Rekombinationszone in der organischen Schicht stattfindet, wo eine Rekombination der Ladungsträger zu Singulet-Exzitonen unter Lichtemission auftritt.
Die nachfolgende strahlende Rekombination der Exzitonen verursacht die Emission des sicht¬ baren Nutzlichtes, das von der Leuchtdiode abgegeben wird. Damit dieses Licht das Bauele¬ ment verlassen kann, muß zumindest eine der Elektroden transparent sein. In der Regel be¬ steht diese transparente Elektrode aus einem leitfähigen Oxid, welches als TCO (transparent conductive oxide) bezeichnet wird. Ausgangspunkt bei der Herstellung einer OLED ist ein Substrat, auf welches die einzelnen Schichten der OLEDs aufgebracht werden. Ist die zum Substrat nächstgelegene Elektrode transparent, wird das Bauelement als „bottom-emission- OLED" bezeichnet, ist die andere Elektrode transparent ausgeführt, wird das Bauelement als „top-emission-OLED" bezeichnet. Gleiches gilt für die Fälle, bei denen sowohl die Elektrode zwischen Substrat und der zumindest einen organischen Schicht als auch die zum Substrat entfernt gelegene Elektrode transparent ausgeführt sind.
Bei den hier behandelten Displays auf der Basis organischer Leuchtdioden wird als Substrat ein sogenanntes Backplane-Substrat (Rückwandplatine) benutzt. Auf dem Backplane-Substrat befinden sich die Leiterbahnen, Transistoren, Kondensatoren und die untere Elektrode des Bauteils. Darüber hinaus ist auf dem Substrat eine Passivierungsschicht und eine Isolations¬ schicht angebracht. Herkömmlicherweise werden darauf die organischen Schichten, die obere Elektrode und zum Schluß die Verkapselung des Displays aufgebracht.
Ein wesentlicher Gütefaktor eines solchen Displays ist der sogenannte Füllfaktor. Dieser Füll¬ faktor gibt das Verhältnis der leuchtenden Abschnitte zur Gesamtfläche des Displays wieder. Je größer die Zwischenräume zwischen benachbarten Pixeln, desto kleiner ist demnach der Füllfaktor. Da sich der Bildeindruck mit erhöhtem Füllfaktor verbessert, ist ein möglichst hoher Füllfaktor anzustreben. Im Falle top-emittierender Matrix-Displays sind rein theoretisch unter Berücksichtigung der Rückwandplatine Füllfaktoren von mindestens 80 % erreichbar. Tatsächlich weisen gegenwärtige OLED-Matrix-Displays einen Füllfaktor von maximal 50 % auf. Diese Beschränkung wird im wesentlichen durch die Maskierung der organischen Schichten verursacht, da es bei einem vollfarbigen Display ohne Filter- oder Konversions¬ schichten notwendig ist, rote, grüne und blaue Subpixel nebeneinander zu prozessieren. Die hierzu verwendeten Schattenmasken und die damit einhergehenden Fehlertoleranzen erlauben es momentan nicht, Füllfaktoren zu erreichen, die aufgrund der Herstellungsgenauigkeit der Backplane möglich wären.
Wie sich aus der Definition des Füllfaktors ergibt, verbessert sich dieser, wenn nicht nur Licht aus elektro-optisch aktiven Bereichen des Displays das Bauteil verläßt, sondern auch aus den inaktiven Bereichen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die unterschiedlichen Schichten der OLEDs einen in der Regel unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen, welcher naturgemäß größer 1 ist. Insofern können nicht alle erzeugten Photonen das Display verlassen und von einem Betrachter wahrgenommen werden, da an den verschiedenen Grenzflächen innerhalb des Bauteils beziehungsweise zwischen dem Bauteil und der Luft Totalreflexionen auftreten können. Licht, das zwischen zwei derartigen Grenzflächen hin- und herreflektiert wird, wird letztlich absorbiert. Die beschriebenen Totalreflexionen können je nach Bauart der OLEDs dazu führen, daß sich optische Substratmoden, Organikmoden, d. h. Moden innerhalb der zu¬ mindest einen organischen Schicht, und externe Moden ausbilden. Nur die externen optischen Moden können vom Betrachter wahrgenommen werden. Auf dem Gebiet sind nun verschie¬ dene Verfahren bekannt um die internen optischen Moden auszukoppeln, was einerseits einen verbesserten Wirkungsgrad und andererseits einen erhöhten Füllfaktor des Displays zur Folge hat.
Beispielsweise wird in dem Artikel „30 % external quantum efficiency from surface textured, thin-film light-emitting diodes" von I. Schnitzer, Appl. Phys. Lett, Bd. 63, Seite 2174 (1993) vorgeschlagen, die Oberfläche des Substrates aufzurauen, wodurch in einem erheblichen Um- fang das Auftreten von Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Substrat und Luft vermie¬ den wird. Diese Aufrauung kann beispielsweise durch Ätzen oder Sandstrahlen der Substrat- flache erreicht werden, welche der Organik abgewandt ist. In dem Beitrag „Improvement of Output coupling efficiency of organic light-emitting diodes by backside Substrate modifica- tion", von CF. Madigan, Appl. Phys. Lett., Bd. 76, Seite 1650 (2000) wird das Aufbringen eines sphärischen Musters auf die Rückseite der Substratoberfläche beschrieben. Dieses Mu¬ ster kann beispielsweise ein Array von Linsen umfassen, welches durch Kleben oder Lami- nieren auf das Substrat aufgebracht wird. In dem Artikel „Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium" von T. Yamasaki et al, Appl. Phys. Lett., Band 76, Seite 1243 (2000) wird vorgeschlagen, Mikrokugeln aus Quarz- glas auf die Oberfläche des Substrates aufzubringen um die Auskopplung des Lichtes bei ei¬ nem OLED zu verbessern. Diese Mikrokugeln können auch neben die OLED angeordnet sein um Licht aus internen Moden in externe Moden zu streuen. Darüber hinaus ist auch bekannt, periodische Strukturen im Bereich der Wellenlänge zwischen Substrat und erster Elektrode zu erzeugen, wobei sich diese periodische Struktur in die optisch aktive Schicht der lichtemittie-
renden Diode fortsetzt. Die angegebene Geome-trie hat letztlich eine Bragg-Streuung zur Fol¬ ge, welche die Effizienz des Bauelementes erhöht, siehe J.M. Lupton et al, Appl. Phys. Lett., Bd. 77, Seite 3340 (2000). Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 64 016 Al betrifft dar¬ über hinaus eine organische Leuchtdiode, bei welcher die zumindest eine organische Schicht verschiedene Teilbereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist. Aufgrund der Umlenkung an den Phasengrenzen innerhalb der Organik bleiben weniger Photonen durch Wellenleitverluste in der Schicht gefangen als bei homogenen Schichten. Neben dieser Aus¬ nutzung von intrinsischen Inhomogenitäten in der aktiven organischen Schicht ist darüber hinaus bekannt, Fremdkörper wie Nanopartikel in das elektronische elektrolumineszierende Material einzubringen, sodaß Wellenleitereffekte innerhalb der Organik vermieden werden können, siehe beispielsweise „Enhanced luminance in polymer composite light emitting devi- ces", von S.A. Carter et al, Appl. Phys. Lett., Bd. 71 (1997). Diese, die Wellenleitereffekte unterdrückende Partikel können beispielsweise aus TiO2, SiO2 oder Al2O3 bestehen, eine Größe von etwa 30 bis 80 nm aufweisen und in ein polymeres Emittermaterial, wie MEH- PPV eingebettet sein.
Die Mehrheit der obenstehend angegebenen Ansätze zur Auskopplung von internen Moden betrifft bottom-emittierende Dioden. Die Verminderung der Wellenleitereigenschaften von einzelnen Schichten innerhalb des Displays durch die angegebenen Ansätze verbessert jedoch den Füllfaktor eines pixelierten Bauteils nicht. Zwar wird bei den oben beschriebenen Verfah¬ ren auch aus inaktiven Bereichen Licht abgestrahlt, aber die Bildinformation des Displays geht z. T. verloren, da es zwischen den einzelnen Pixeln zum Überstrahlen und Übersprechen kommt.
Die Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Bauelement auf der Basis organischer Leuchtdioden mit erhöhtem Wirkungsgrad zu schaffen.
Diese Aufgabe löst die Erfindung auf überraschend einfache Weise mit einem Bauelement nach Anspruch 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementes nach Anspruch 13.
Hierbei umfaßt das Bauelement auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung, wie ein OLED-Aktiv-Matrix-Display, ein Substrat, eine zum Substrat nächstgelegene erste Elek¬ trode, eine zum Substrat entfernt gelegene zweite Elektrode und zumindest eine zwischen beiden Elektroden angeordnete, lichtemittierende organische Schicht. Das in dem aktiven Bereich emittierte Licht transmittiert durch eine der beiden Elektroden, wobei die erste Elek¬ trode pixelstrukturiert ist und zwischen benachbarten Pixeln eine Isolationsschicht angeordnet ist. Das Bauelement zeichnet sich dadurch aus, daß die Isolationsschicht optisch mit der licht¬ emittierenden Schicht gekoppelt ist und optisch wirksame, lichtstreuende Heterogenitäten aufweist, wobei die Isolationsschicht passend zur Pixelstruktur der ersten Elektrode mikro- strukturiert und auf dieser aufprozessiert ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Erfinder, daß ein beträchtlicher Teil des erzeug¬ ten Lichtes, welches ein matrix-strukturiertes Display nicht verläßt, aus dem Schichtaufbau, bestehend aus der Organik und einer transparenten Elektrode in die benachbarte Isolations- Schicht eingekoppelt, dort mehrfach reflektiert und schließlich absorbiert wird. Mittels der Vermeidung der Wellenleitereigenschaft der Isolationsschicht kann das in die Isolations¬ schicht eingekoppelte Licht das Bauteil zu einem hohen Prozentsatz verlassen, wodurch die gewünschte Erhöhung des Füllfaktors des Bauelementes resultiert, da nunmehr Licht nicht nur aus den elektro-optisch aktiven Bereichen des Displays, sondern auch aus den inaktiven Bereichen abgestrahlt wird. Hierdurch vergrößert sich die wirksame Pixelfläche, d. h. das Aperaturverhältnis und damit der Füllfaktor des Displays. Durch geschicktes Einstellen der lichtstreuenden Eigenschaften der Isolationsschicht wird vermieden, daß Licht aus einem be¬ stimmten Pixel erst in der Umgebung eines benachbarten Pixels emittiert wird. Dadurch wird ein Überstrahlen und Übersprechen zwischen einzelnen Pixeln vermieden.
Darüber hinaus verbessert sich die Leistungseffizienz des Bauelementes, so daß letztlich das Bauelement bei gleicher Helligkeit mit geringeren Strömen betrieben werden kann im Ver¬ gleich zu herkömmlichen Bauelementen, wodurch die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Bauelementes verbessert wird. Zu diesem Zweck wird die pixelseparierende Isolationsschicht mittels geeigneter Verfahren modifiziert, indem die Schicht mit optisch wirksamen Heteroge¬ nitäten versehen wird, die darüber hinaus den Füllfaktor erhöhen. Diese Modifikation der Iso¬ lationsschicht kann durch eine einfache Prozessierung erreicht werden, ohne daß die bereits vorhandenen darunter liegenden Strukturen geschädigt werden.
Die Isolationsschicht weist zwei Funktionen auf: Zum einen die präzise geometrische Defini¬ tion der nebeneinander liegenden Pixel und zum anderen die Verbesserung der Leistungspa¬ rameter jedes einzelnen Pixels durch die Steigerung der Auskoppeleffizienz. Dies kann be¬ vorzugt sogar ohne das Vorsehen zusätzlicher Prozeßschritte bei der Herstellung des Bauele- mentes erreicht werden.
Die Erfindung ist sowohl bei top-emittierenden Matrix-Displays als auch bei bottom- emittierenden Matrix-Displays anwendbar. Der Begriff „Matrix-Display" zeigt dabei an, daß die zum Substrat nächstgelegene Elektrode, die erste Elektrode insbesondere zur Festlegung von Anzeigepixel strukturiert ist.
Dabei ist es zweckmäßig, das Display so auszulegen, daß es nicht zu einem optischen Über¬ sprechen zwischen benachbarten Bildpunkten kommt, was sich ansonsten nachteilig auf den Kontrast beziehungsweise die Farbbrillanz auswirken würde. Um ein solches Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln zu vermeiden, kann vorgesehen sein, daß die Dichte der Hete- rogenitäten, welche das Auskoppeln von Licht aus der Isolationsschicht bewirken so gewählt ist, daß Licht aus einem Pixel innerhalb eines transversalen Abstandes von x/2 aus der Dis¬ playoberfläche herausgestreut wird, wenn x der minimale Abstand zweier benachbarter Pixel ist. Die Konzentration der optisch wirksamen Heterogenitäten, die notwendig ist um diese Bedingung zu erfüllen, hängt auch von der Größe der Heterogenitäten ab.
Zur Erhöhung des Füllfaktors eignen sich alle optisch wirksamen Heterogenitäten, welche auf beliebige Art eine Ablenkung des Lichtes verursachen können, beispielsweise über Streu-, Brechungs- oder Beugungseffekte.
Um Farbverfälschungen bei dem Bauelement zu vermeiden, kann vorgesehen sein, daß die optisch wirksamen Heterogenitäten das Licht wellenlängenunabhängig beeinflussen. Zu die¬ sem Zweck sollten die Heterogenitäten eine Ausdehnung aufweisen, die größer als etwa ein Zehntel der Betriebswellenlänge ist. Insofern sollten die Heterogenitäten vorteilhafterweise eine Abmessung von etwa größer 50 nm aufweisen um zu vermeiden, daß über Rayleigh- Streuung blaues Licht stärker als rotes Licht gestreut wird.
Um zu vermeiden, daß das von der Organik in die Isolationsschicht eingekoppelte Licht zu stark in der Isolationsschicht absorbiert wird, kann vorgesehen sein, daß der Absorptionskoef-
fizient der Isolationsschicht kleiner als 105 m"',besonders vorteilhaft kleiner als 104 m'1 ist. Somit kann sichergestellt werden, daß die Eindringtiefe des in der aktiven Schicht emittierten Lichtes in die Isolationsschicht mindestens 10 μm, vorteilhafterweise jedoch mehr beträgt. Es ist zweckmäßig, die Schichten so aufeinander abzustimmen, daß möglichst viel Licht aus den internen, in der Organik und der transparenten Elektrode gefangenen optischen Moden in die Isolationsschicht einzukoppeln. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Brechungsindex der Isolationsschicht gleich oder größer als der des Schichtaufbaus, bestehend aus der Orga¬ nik und der transparenten Elektrode, eingestellt ist. In diesem Fall tritt für Licht aus dem Schichtaufbau das sich in Richtung der Isolationsschicht fortpflanzt, an der Grenzfläche Schichtaufbau/Isolationsschicht keine Totalreflexion auf. Die nachfolgende Auskopplung aus der Isolationsschicht kann jedoch bei einem zu großen Brechungsindex aufgrund der dann auftretenden Totalreflexion vermindert sein, insofern sollte der Brechungsindex der Isolati¬ onsschicht bevorzugt in gleichen Bereichen wie der Brechungsindex der Organik und der transparenten Elektronik liegen. Dieser Bereich liegt zweckmäßig zwischen 1 ,3 und 2,2, be- sonders vorteilhaft zwischen 1,6 und 2,0 und hängt im wesentlichen von dem speziellen Schichtmaterial der Organik beziehungsweise der Elektrode ab.
Es ist zweckmäßig, wenn die Dicke der Isolationsschicht zwischen 0, 1 μm bis 20 μm beträgt, besonders vorteilhaft zwischen 0,2 μm und 5 μm. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Isolati- onsschicht nicht zu dünn gewählt ist, da sie ansonsten keine Lichtmoden leiten und somit auch nicht zu deren Auskopplung beitragen kann. Andererseits ist die maximale Dicke be¬ grenzt durch den Abstand zweier benachbarter Pixel. Die Erfinder haben herausgefunden, dass es zweckmäßig ist, wenn die Dicke nicht größer als x/2 beträgt, wenn der minimale Ab¬ stand zweier benachbarter Pixel x beträgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Bauelementes ergibt sich, wenn die optisch wirksamen Heterogenitäten innerhalb der Isolationsschicht angeordnet sind, wobei die Heterogenitäten eine Größe von etwa 0,05 μm bis 5μm aufweisen. Partikel dieser Größe weisen Miestreuende Eigenschaften auf und sind damit nicht oder kaum wellenlängenselektiv. Die Volumenkon- zentration der Partikel kann vorzugsweise zwischen 0,3*d/x und 10*d/x liegen, wobei d der typische mittlere Durchmesser der Streupartikel und x der minimale Abstand benachbarter Pixel ist. Hierdurch kann wirksam das Übersprechen benachbarter Pixel vermieden werden.
Da die Isolationsschicht entsprechend der Pixelstruktur der ersten Elektrode mikrometergenau strukturiert werden muß, kann es zweckmäßig sein, daß die Isolationsschicht eine naß- oder trockenchemisch aufbringbare Matrix umfaßt, die beispielsweise photolithographisch struktu¬ rierbar ist.
Verfahren zum naßchemischen Auftragen des Materials der Isolationsschicht können bei¬ spielsweise verschiedene Druckverfahren (wie Tintenstrahldruck, Siebdruck, Flexodruck, Tampondruck und weitere Hochdruck-, Tiefdruck-, Flachdruck- und Durchdruckverfahren) sein. Darüber hinaus sind jedoch auch weitere Verfahren wie Rakeln, Spincoating, Dip- Coating, Rollcoating, Sprayen und andere möglich. Als Materialien für die Isolationsschicht können vorteilhaft reine Photolacke (bevorzugt Positivlacke) oder beispielsweise auch photo¬ empfindliche Emulsionen verwendet werden. Solche wäßrigen oder organischen Emulsionen bestehen typischerweise aus einem Schichtbildner, Sensibilisatoren oder Photoinitiatoren und diversen Zusatzstoffen. Als Schichtbildner können beispielsweise Melaminharze, Polyvinyl- alkohol, Polyacrylat oder auch Polyvinylacetat verwendet werden. Da diese nicht lichtemp¬ findlich sind, werden solchen Emulsionen beispielsweise Diazoverbindungen oder Stil-Bazol- quarterniert- Verbindungen (SBQ) zugegeben, welche bei Lichteinfall die Lichtbildner vernet¬ zen und auf diese Weise eine formstabile Schicht bereitstellen.
Es kann zweckmäßig sein, wenn die Isolationsschicht bereits ohne weitere Zusätze allein durch intrinsische Heterogenitäten wie räumlich getrennte unterschiedliche Phasen oder Pha¬ sengrenzen in der angegebenen Größenordnung streuende Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus kann es jedoch auch vorteilhaft sein, extrinsische Heterogenitäten in die Isolations¬ schicht einzubinden, beispielsweise in Form von Streupartikeln, welche direkt in einem Ma- trix-Material dispergiert werden. Diese Streupartikel unterscheiden sich in ihren optischen Eigenschaften von denen des übrigen Schichtmaterials.
Derartige extrinsische Heterogenitäten können aus einer Vielzahl von Partikeln ausgewählt werden, insbesondere: - Anorganische Mikrokristalle wie Salzkristalle oder Metalloxide, z.B. Silikate, Saphir-
Mikrokristalle, MgO, SiO2;
Organische Mikrokristalle wie Kohlenhydrate oder kristallisierte Polymerpartikel, z. B.
Stärke, Zellulose oder synthetische Polymere wie Polyamide, PEDOT:PSS-Kristalle
Aerosile
Anorganische amorphe Materialien wie Quarzglas (SiO2) Nanopartikel
Pulver von Polymeren (Polycarbonate, Polyacrylate, Polyimide, Polyesther, PE, PP, Po- lyether, Fluoropolymere, Polyamide, Polyvinylacetate) - Pulver von nichtpolymeren, organischen Materialien (Aromaten, Aliphaten, Heterozy- klen)
Gasblasen, die mechanisch wie beispielsweise durch Aufschäumen mit inerten Kohlen¬ wasserstoffen (Pentan), Edelgasen (Ar), N2, CO2 oder FCKW in die Matrix-Lösung ein¬ gebracht werden - Gasblasen, die chemisch z. B. durch Ablauf einer chemischen Reaktion, bei welcher ein gasförmiges Reaktionsprodukt wie CO2, N2 entsteht, in die Matrix-Lösung eingebracht werden (beispielsweise reagiert SBQ bei Lichteinfall unter Entstehung von Stickstoff).
Bei der Verwendung von leitfähigen Streupartikeln zur Bildung der optisch wirksamen Hete- rogenitäten in der Isolationsschicht ist die Konzentration in der Schicht unter Berücksichti¬ gung der Größe der Partikel zweckmäßigerweise so einzustellen, daß keine elektrischen Kurz¬ schlüsse auftreten.
Insbesondere bei der Ausführung des Bauelementes als top-emittierendes Bauelement kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen den Elektroden eine Löchertransportschicht angeordnet ist, die mit einem akzeptorartigen organischen Material p-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist. Eine solche Dotierung hat eine erhöhte Leitfähigkeit zur Folge, sodaß derartige Transportschichten höhere Schichtdicken als üblich aufweisen können im Vergleich zu undotierten Schichten (typi- scherweise 20 bis 40 nm), ohne daß die Betriebsspannung drastisch erhöht wird. Das Vorlie¬ gen einer dicken Ladungstransportschicht zwischen der lichtemittierenden organischen Schicht und der transparenten zweiten Elektrode stellt insbesondere einen Schutz für die lichtemittierende Schicht bei der Herstellung der zweiten Elektrode beziehungsweise weiteren nachfolgenden Prozeßschritten bereit. Die angegebene Transportschicht kann je nach Ausfüh- rungsform auch als Elektronentransportschicht ausgebildet sein, die mit einem donatorartigen organischen Material n-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.
Neben der naßchemischen Aufbringung der Isolationsschicht kann diese auch aufgesputtert, aufgewachsen oder abgeschieden werden. Hierzu geeignete Verfahren sind Sputtern, PVD (physical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), MEE (molecular enhanced epi- taxy), MOVPE (metal organic vapor pressure epitaxy) und OVPD (organic vapor phase depo¬ sition). Die Strukturierung der Isolationsschicht erfolgt nach deren Erzeugung zweckmäßi¬ gerweise wiederum mit Hilfe von nasschemischen oder trockenchemischen Strukturierungs- verfahren. Zweckmäßige Schichtmaterialien sind:
Transparente Metalloxide (beispielsweise SiO2, ZnO, ZrO2, Al2O3, TiO2, Ga2O3) - Transparente Metallnitride wie Si3N4
Organische Materialien wie Aromate, Aliphate, Heterozyklen und Ketone
Je nach verwendetem Material für die Isolationsschicht können vorteilhaft unterschiedliche Verfahren zum Einbringen der Streuzentren in die Schicht verwendet werden. Da beim Sput- tern von Metalloxiden wie SiO2 oder Metallnitriden ein amorpher Film entsteht, kann zur Bil¬ dung der Isolationsschicht das Material der Isolationsschicht und das die Streuzentren bilden¬ de Material abwechselnd aufgesputtert oder aufgedampft werden. Ferner ist das abwechselnde Sputtern des Materials der Isolationsschicht und das Aufbringen von Mikro-Metallpartikeln mit Hilfe von Kaltsprayverfahren ein zweckmäßiges Verfahren. Beispielsweise kann mittels eines solchen Kaltsprayverfahrens ein Metallpuder wie Kupferpuder verwendet werden um Streuzentren der obenstehend angegebenen Größe in die Isolationsschicht einzubringen. Dar¬ über hinaus kann es auch zweckmäßig sein, das Isolationsschichtmaterial und ein Metall ab¬ wechselnd aufzusputtern um die notwendigen Streuzentren in die Isolationsschicht einzubrin¬ gen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß das Metall nur kurz aufgesputtert wird um zu vermeiden, daß sich statt einzelner Metallcluster ein durchgängiger Metallfilm bildet, sodaß eine Isolation durch die Schicht nicht mehr gewährleistet ist. Eine vorteilhafte Dicke derarti¬ ger Metallcluster beträgt kleiner 20 nm.
In Fällen, bei welchen die Isolationsschicht aus der Gasphase aufgedampft wird, kann es zweckmäßig sein, die Aufdampfparameter derart zu wählen, daß die Ausbildung von polykri¬ stallinen Mikrostrukturen und Versetzungen bevorzugt werden. Auf diese Weise ist es mög¬ lich, intrinsisch die erforderlichen optisch wirksamen Heterogenitäten in der Isolationsschicht zu erzeugen, sodaß keine extrinsischen Streupartikel in die Schicht eingebracht werden müs¬ sen.
Bei der Verwendung von organischem Schichtmaterial für die Isolationsschicht kann vorteil¬ haft auch eine selbstauskristallisierende oder eine selbstteilauskristallisierende organische Schicht aufgedampft werden, wodurch wiederum die Notwendigkeit des Einbringens von extrinsischen Heterogenitäten in die Schicht entfallen kann. Zum Einbringen von Streuzentren in aufgedampfte organische Schichten kann es zweckmäßig sein, wenn beispielsweise Mikro- Metallpartikel oder Metalloxid-Cluster als Streuzentren in die Isolationsschicht durch Sput- tern oder ein Kaltsprayverfahren eingebracht werden. Darüber hinaus ist es vorteilhaft auch möglich, Cluster von Halbleiterverbindungen zwischen die organischen Schichten zu damp- fen, welche gemeinsam die Isolationsschicht bilden. Demnach kann die Isolationsschicht in demBauelement auch aus mehreren Schichten bestehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es vorgesehen sein, optisch wirksame Heterogenitäten an der Oberfläche der Isolationsschicht zu erzeugen um Licht aus dieser Schicht auszukoppeln. Hierzu wird die Oberfläche der Isolationsschicht aufgeraut, wobei die¬ se Aufrauungen eine Abmessung zwischen 0,05 und 20 μm aufweisen. Dabei können grund¬ sätzlich alle Materialien zur Bildung der Isolationsschicht verwendet werden, wie sie oben¬ stehend angegeben sind für Ausführungsformen, bei welchen die optisch wirksamen Hetero¬ genitäten in der Schicht erzeugt werden. Die Aufrauung der Isolationsschicht an der Oberflä- che kann vorteilhaft mittels folgender Verfahren erfolgen:
Mikrostrukturierung der Schicht durch photolithographische Techniken Reaktives Trockenätzen Nichtreaktives Trockenätzen Naßchemisches Ätzen, z. B. mit Säuren - Stempeln mit einem mikrostrukturierten Stempel.
Zweckmäßigerweise sind bei allen diesen Verfahren die Prozeßparameter so zu wählen, daß die Rückwandplatine beziehungsweise deren Elemente nicht geschädigt werden. Insofern ist es zweckmäßig, wenn die Isolationsschicht und die untere Elektrode eine große mechanische und/oder chemische Stabilität aufweist, die je nach Ausführungsform durch das Vorsehen von Bi- oder Multilayer für die jeweilige Schicht erreicht werden kann.
Wie angegeben, kann es zweckmäßig sein, die Strukturierung der Oberfläche der Isolations¬ schicht durch Stempeln mit einer Stempelform durchzuführen, wodurch das Material der Iso-
lationsschicht entweder dauerhaft verformt oder abschnittsweise gespalten wird. In beiden Fällen entsteht die gewünschte strukturierte Oberfläche, welche die Lichtauskopplung aus der Isolationsschicht verbessert. Um die Rückwandplatine beziehungsweise deren Bauteile zu schützen, kann es zweckmäßigerweise vorgesehen sein, daß der Stempel so gestaltet ist, daß die durch diesen beim Prägevorgang in die Isolationsschicht eingebrachten Kräfte im wesent¬ lichen längs der Schicht verlaufen. Grundsätzlich kann das Stempeln von naßchemisch pro¬ zessierten Isolationsschichten während oder nach dem Aushärten der Schicht erfolgen. Be¬ sonders vorteilhaft im Hinblick auf die mechanische Belastung der Rückwandplatine bezie¬ hungsweise deren Bauteile besteht in der Aufbringung der Aufrauung durch das Stempeln der Isolationsschicht vor deren Aushärtung. In dieser Hinsicht auch besonders vorteilhaft ist das Strukturieren der Oberfläche mittels einer an das Siebdruckverfahren angelehnten Technik. Dabei können alle Materialien als Isolationsschichtmaterial verwendet werden, die sich naß- oder trockenchemisch strukturieren lassen. Eine solche Schicht wird dabei auf die Rückwand¬ platine beziehungsweise die strukturierte Elektrode aufgebracht und durch Auflegen und An- drücken eines Gewebes strukturiert. Hierzu eignet sich beispielsweise das vom Siebdruckver¬ fahren bekannte Rakeln an, beispielsweise unter Verwendung von Polyurethanrakeln. Wie angegeben, ist es dabei notwendig, daß die durch das Stempeln verursachte Verformung auch nach dem Aushärten der Isolationsschicht bestehen bleibt.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind herstellbar, indem optisch wirksame Heterogenitäten sowohl in der Isolationsschicht als auch an der Oberfläche erzeugt werden, sodaß besonders wirksam Licht der internen Moden aus der Isolationsschicht heraus¬ gekoppelt wird. Derartige Bauelemente weisen eine besonders gute Auskopplung von Licht aus der Isolationsschicht zur Verbesserung des Füllgrades beziehungsweise zur Verbesserung der Energieeffizienz auf.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauele¬ mentes auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung geschaffen, insbesondere eines OLED-Aktiv-Matrix-Displays, mit den Schritten: Bereitstellen eines Substrates, auf dem eine Display-Elektronik angebracht ist, Aufbringen einer Passivierungsschicht auf die Display-Elektronik mit Durchführungen zur Display-Elektronik, Aufbringen einer pixel¬ strukturierten ersten Elektrode auf die Passivierungsschicht, Aufbringen einer strukturierten Isolationsschicht auf die strukturierte erste Elektrode, Aufbringen zumindest einer lichtemit¬ tierenden organischen Schicht und Aufbringen einer zweiten Elektrode. Die Isolationsschicht
wird dabei wie obenstehend angegeben mit optisch wirksamen, lichtstreuenden Heterogenitä- ten versehen.
Darüber hinaus erkennt der Fachmann, daß es vorteilhaft sein kann und im Rahmen der Er- findung liegt, wenn die Isolationsschicht gemäß einem der vorstehend erläuterten Verfahren des Standes der Technik zum Auskoppeln von internen Moden ausgebildet ist.
Bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert, wobei
Fig. 1 ein Substrat mit einer Passivierungs- und einer Isolationsschicht für ein Dis¬ play in einer Prinzipdarstellung,
Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Substrat nach der Prozessierung der organischen Schichten, der oberen Elektrode und der Verkapselung
Fig. 3 a eine erste Ausführungsform eines Displays mit Top-Emission,
Fig. 3b für das in Fig. 3 a dargestellte Display die Anordnung von optisch wirksamen
Heterogenitäten in der Isolationsschicht mit Bezug auf die Pixelstrukturierung,
Fig. 4a eine zweite Ausführungsform eines Displays mit Bottom-Emission, Fig. 4b für das in Fig. 4a dargestellte Display die Anordnung von optisch wirksamen
Heterogenitäten in der Isolationsschicht mit Bezug auf die Pixelstrukturierung,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines Displays mit Top-Emission in einer Prinzip¬ skizze mit oberflächenstrukturierter Isolationsschicht,
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines Displays mit Bottom-Emission in einer Prinzipskizze mit oberflächenstrukturierter Isolationsschicht,
Fig. 7 in einer Prinzipskizze die Strukturierung der Oberfläche der Isolationsschicht mit einem Stempel und
Fig. 8 die Strukturierung der Isolationsschicht eines Aktiv-Matrix-Displays mit ei¬ nem Stempel zeigt.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Gestaltung von Aktiv-Matrix-Displays erläutert. Ausgangspunkt der Herstellung ist ein sogenanntes Backplane-Substrat 110, bei welchem die Leiterbahnen, Halbleiter, und Kondensatoren auf ein Glassubstrat aufgebracht sind, siehe Fig. 1. In der Fig. ist die Passivierungsschicht mit dem Bezugszeichen 120 ange- geben. Auf die Passivierungsschicht wird dann die pixelstrukturierte erste Elektrode 130 auf¬ getragen. Wie dargestellt, sind einzelne Abschnitte der Elektrode 130 voneinander getrennt und bilden auf diese Weise einzelne Pixel des Displays. Zur präzisen Definition der einzelnen Pixel wird nachfolgend eine Isolationsschicht 140 aus einem nichtleitenden Material aufge¬ tragen. Diese muß entsprechend der Pixelstruktur der Elektrode mikrometergenau strukturiert sein. Ferner ist darauf zu achten, daß bei der Prozessierung und Strukturierung der Isolations¬ schicht die darunter liegenden Schichten, d. h. das Substrat mit der Elektronik 110 und der Passivierungsschicht 120 sowie die darauf prozessierte erste Elektrode 130 nicht beschädigt werden. Da vorab der prinzipielle Aufbau der Aktiv-Matrix-Displays erläutert werden soll, wird auf die Prozessierung und den Aufbau der in Fig. 1 gezeigten Isolationsschicht 140 erst unten eingegangen.
Der vollständige prinzipielle Aufbau des Aktiv-Matrix-Displays ist in Fig. 2 dargestellt. Auf die erste Elektrode und die Isolationsschicht 140 sind eine oder mehrere organische Schichten aufgebracht, in Fig. 2 ist die Schichtstruktur mit dem Bezugszeichen 150 versehen. Darauf wird die obere zweite Elektrode 160 prozessiert. In der Regel schließt wie in der Fig. 2 ange¬ geben, eine Verkapselung 170 das Display zum Schutz gegen äußere Einflüsse ab. Je nach spezifischer Ausführungsform kann das Display Licht durch das Substrat 110 abgeben oder über die obere Elektrode und die Verkapselung. Im ersten Fall (Pfeile A) wird das Bauele¬ ment als Bottom-Emissionsdisplay, im zweiten Fall (Pfeile B) als Top-Emissionsdisplay be- zeichnet. Über die spezifische Gestaltung des Substrates und der beiden Elektroden wird fest¬ gelegt, ob Licht nach unten durch das Substrat oder nach oben abgegeben wird. Einfachste Maßnahme kann sein, eine der beiden Elektroden als lichtreflektierend und nichttransparent auszubilden. In der Regel ist das Display so ausgebildet, daß das in der organischen Schicht¬ struktur erzeugte Elektrolumineszenzlicht entweder nach unten durch das Substrat oder nach oben in entgegengesetzter Richtung abgestrahlt wird, d.h. das Bauteil verläßt. In spezifischen Ausführungsformen ist es andererseits auch ohne weiteres möglich, daß das Licht sowohl nach unten als auch nach oben abgestrahlt wird. Hierzu weisen alle aufgebrachten Schichten die notwendige Transparenz auf, damit die Photonen durch jede der Schichten transmittieren können.
Fig. 3 a zeigt in einer Prinzipskizze eine erste Ausfuhrungsform, wobei das Aktiv-Matrix- Display top-emittierend ausgebildet ist. Die Backplane umfaßt ein Glassubstrat mit Display- Elektronik 110, auf das die Passivierungsschicht 120 auf herkömmliche Art aufgebracht ist. Dann folgt eine reflektierende Elektrode 130, welche photolithographisch zur Festlegung der Pixelstruktur des Displays strukturiert ist. In dem dargestellten Beispiel wird dann ein Photo¬ lack dem 5 Volumen-% Saphirkristalle mit einer Partikelgröße von etwa 0,5 μm beigemischt sind, durch Spin-Coating mit einer Dicke von 2 μm aufgetragen. Der Photolack weist in ei¬ nem Wellenlängenbereich von 350-780 nm einen Absorptionskoeffizienten von etwa 103 m"1 auf. Die Isolationsschicht wird entsprechend der Pixelstrukturierung der ersten Elektrode auch photolithographisch strukturiert. Nun kann auf herkömmliche Art die Aufbringung der orga¬ nischen Schichtstruktur 150 erfolgen. Im vorgegebenen Beispiel werden die organischen Schichten durch thermisches Aufdampfen der entsprechenden Materialien auf die Elektrode 130 beziehungsweise die Isolationsschicht 140 aufgebracht. Zum Schluß erfolgt das thermi- sehe Aufdampfen einer transparenten Deckelektrode 160 aus einem leitfähigen Oxid. Nicht dargestellt ist eine Verkapselungsschicht, die in der Regel auf die Deckelektrode 160 zum Schutz des Displays aufgebracht wird. Wie zu erkennen, sind die optisch wirksamen Streupar¬ tikel 180 in Form der Saphirkristalle homogen in der Isolationsschicht 140 verteilt.
Wie in Fig. 3 a angedeutet, wird Elektro lumineszenzlicht innerhalb der organischen Schicht¬ struktur 150 zwischen den Elektroden 130, 160 erzeugt. Ein Teil der erzeugten Lichtes trans- mittiert durch die obere Elektrode 160 und verläßt das Display. Dieses innerhalb der jeweili¬ gen Pixelfläche erzeugte und innerhalb dieser Fläche auch das Bauteil verlassende Licht ist in der Fig. 3 a mit Bl bezeichnet. Dagegen verläßt ein Teil des Elektro lumineszenzlichtes die organische Schichtstruktur 150 mit einer Fortpflanzungskomponente längs der Schichtstruk¬ tur. Dieses Licht kann wie in Fig. 3a angegeben an den Streupartikeln (Saphirkristallen) 180 gestreut werden, wodurch sich die Fortpflanzungsrichtung so verändert, daß das Licht entwe¬ der direkt nach oben in Richtung zur zweiten Elektrode 160 gestreut wird oder erst nach einer Reflexion an der Backplane, welche das Glassubstrat mit Display-Elektronik 110 und die Pas- sivierungsschicht 120 umfaßt.
Es versteht sich, daß natürlich auch Mehrfachstreuungen an mehreren derartigen optisch wirksamen Heterogenitäten auftreten können. Letztlich erhöht sich durch die beschriebene Gestaltung der Isolationsschicht die Menge der Photonen, die das Bauteil durch die Deckelek-
trode 160 verlassen können. Das durch die spezielle Gestaltung der Isolationsschicht 140 aus dieser ausgekoppelte Licht ist in der Fig. 3a mit den Pfeilen B2 versehen. Damit bei zwei be¬ nachbarten Pixeln der Displaystruktur kein Übersprechen auftritt, ist die Dichte der Saphirkri¬ stalle in der Schicht so eingestellt, daß Licht, welches in Längsrichtung aus der organischen Schichtstruktur 150 emittiert wird, innerhalb einer Strecke in Längsrichtung aus dem Bauele¬ ment nach oben herausgestreut wird, die kleiner als die Hälfte des Pixelabstandes ist, der hier 20 μm beträgt.
Fig. 3b zeigt in einer Aufsicht schematisch die strukturierte erste Elektrode in einem Teilaus- schnitt von zwei Pixeln mit der dazwischen liegenden Isolationsschicht 140, welche die ange¬ gebenen Streupartikel 180 umfaßt. Mit dem Bezugszeichen 200 ist die geometrische Fläche eines Pixels, d.h. die geometrische Fläche des Elektrodenabschnittes, welcher ein einzelnes Pixel darstellt, gezeigt. Aufgrund der Streuwirkung der Partikel erscheint für einen Betrachter die effektive Pixelfläche 201 vergrößert.
Nach der Verkapselung erfolgt zur Fertigstellung des Aktiv-Matrix-Displays noch das Verse¬ hen des Bauelementes mit der entsprechenden Ansteuerung. Aufgrund der beschriebenen Ge¬ staltung der Isolationsschicht 140 verbessern sich die Leistungseffizienz, die Lebensdauer und der Bildeindruck gegenüber Displays, welche auf herkömmliche Weise ohne Modifizierung der Isolationsschicht 140 hergestellt sind.
Ein zweites Aktiv-Matrix-Display ist in Fig. 4a dargestellt. Der einzige Unterschied zu dem in der Fig. 3a dargestellten Display besteht darin, daß die erste Elektrode 130 transparent ausge¬ bildet ist, während die Deckelektrode 160 reflektierend ausgebildet ist. Infolgedessen verläßt das direkt ausgekoppelte Licht (Pfeile Al) und das durch die Streupartikel 180 zusätzlich ausgekoppelte Licht (Pfeile A2) das bottom-emittierende Display durch das Substrat 110. Insbesondere die Isolationsschicht 140 ist jedoch identisch mit der des top-emittierenden Dis¬ plays, das in Fig. 3a dargestellt ist.
Fig. 4b stellt wiederum die Vergrößerung der effektiven Pixelfläche 201 im Vergleich zur realen Pixelfläche 200 dar. Der Fachmann erkennt, daß diese Verhältnisse gegenüber den in den Fig. 3a, 3b gezeigten Beispielen unverändert sind.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform eines Aktiv-Matrix-Displays, das als top¬ emittierendes Bauelement ausgebildet ist. Wiederum sind die gleichen Merkmale des Dis¬ plays mit dem selben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausfuhrungsformen angege¬ ben, wobei die Verkapselung nicht dargestellt ist. Der einzige Unterschied in der Gestaltung der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform zu der in der Fig. 3a gezeigten besteht darin, daß die Isolationsschicht 140 aus einem reinen Photolack ohne zugesetzte Partikel besteht. Dieser ist auf herkömmliche Art und Weise auf die Elektrode 130 und die Passivierungsschicht 120 aufgetragen. Die Oberfläche der Isolationsschicht 140, welche an der zweiten Elektrode oder Deckelektrode 160 anliegt, wird zur Erzeugung der optisch wirksamen Heterogenitäten me- chanisch behandelt. Die naßchemisch aufgetragene Photoemulsion wird hierzu mittels Aufle¬ gen und Andrücken eines Gewebes an deren Oberfläche strukturiert. Für das Andrücken des Gewebes wird das im Siebdruckverfahren bekannte Rakeln verwendet. Nach der Aufrauung der Oberfläche erfolgt die übliche Strukturierung der Isolationsschicht, die an die Pixelstruk- turierung der ersten Elektrode 130 angepaßt ist. Zum Schluß erfolgt die Aushärtung der Isola- tionsschicht und das Aufbringen der organischen Schichtenstruktur 150 und der Deckelektro¬ de 160 nach den bekannten Verfahren. Auch bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird zusätzlich zu dem direkt ausgekoppelten Licht Bl aufgrund der Streuung von sich längs der Schicht ausbreitenden Lichtes an der Aufrauung 190 der Isolationsschicht 140 gestreut und tritt über die transparente Elektrode 160 aus dem Display (Pfeil B2) heraus.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Aktiv-Matrix-Displays, welches mit Bezug auf die Isolationsschicht 140 identisch zu dem in Fig. 5 gezeigten Display aufgebaut ist. Das Display 101 ' arbeitet jedoch nicht als top-emittierendes Display, sondern als bottom- emittierendes Bauelement.
Fig. 7 zeigt in einer Prinzipskizze die Strukturierung der Isolationsschicht 140 in Form einer reinen Photoemulsion, die naßchemisch auf die Passivierungsschicht 120 und die untere Elek¬ trode 130 aufgebracht ist, welche selbst mit dem Substrat 110 verbunden sind. Zur Oberflä- chenstrukturierung der Isolationsschicht wird ein Stempel 210 verwendet, welcher eine Viel- zahl von gleich beabstandeten Schneiden 211 aufweist, die durch zwei spitz zulaufende Schneidflächen 212, 213 gebildet sind. Für die Strukturierung wird der Stempel 210 auf die Oberfläche der Isolationsschicht 140 aufgesetzt und mit einer vorgegebenen Stempelkraft S in diese eingedrückt. Durch die angegebene Gestaltung der Schneiden 211 entsteht in der Isola¬ tionsschicht 140 ein Kräfteverlauf wie er durch die Pfeile Fl, F2 angegeben ist. Wie aus der
Figur ersichtlich, wird durch die angegebene Gestaltung des Stempels ein Großteil der aufge¬ wendeten Stempelkraft seitlich innerhalb der Isolationsschicht 140 abgeführt, sodaß die dar¬ unter liegenden Schichten wie die Passivierungsschicht 120 und das Substrat einschließlich der Elektronik 100 nicht belastet werden. Der Stempel ist in dem angegebenen Beispiel aus gehärtetem Edelstahl hergestellt, wobei die einzelnen Schneiden 211 des Stempels eine latera¬ le Ausdehnung von 0,5 μm aufweisen, ihr Abstand beträgt ca. 2 μm. Nach dem Entfernen des Stempels ist die Oberfläche der Isolationsschicht 140 durch eine Vielzahl von gleich beab- standeten Rillen strukturiert, da die Spaltung der Schicht an deren Oberfläche irreversibel ist. Diese Rillen beziehungsweise deren Begrenzungsflächen bilden demgemäß die optisch akti- ven Heterogenitäten, an welchen das innerhalb der Isolationsschicht geführte Licht nach au¬ ßen geführt wird. Je nach spezieller Gestaltung kann diese Lichtführung, wie bei allen ver¬ wendbaren optisch aktiven Heterogenitäten eine Lichtstreuung, Lichtbrechung und/ oder - beugung beinhalten. Insofern ist der verwendete Begriff „Streuung" nicht auf eine reine Lichtstreuung beschränkt.
Fig. 8 zeigt die Erzeugung von optisch wirksamen Heterogenitäten an der Oberfläche der Iso¬ lationsschicht 140 eines Aktiv-Matrix-Displays in einem größeren Ausschnitt. Der Stempel 210 wird hierbei auch in die Isolationsschicht 140 in der zu Fig. 7 beschriebenen Art und Weise eingedrückt. Man erkennt, daß der Stempel die untere Elektrode 130 und die Passivie- rungsschicht 120 nicht schädigt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
Bezueszeichenliste
loo, loo', loi, ior Aktiv-Matrix-Display
110 Substrat und Display-Elektronik
120 Passivierungsschicht
130 Erste, untere Elektrode
140 Isolationsschicht
150 Organische Schicht/Schichtenstruktur
160 Zweite, obere Elektrode
170 Verkapselung
180 Streupartikel
190 Aufrauung
200 Reale Pixelfläche
201 Effektive Pixelfläche
210 Stempel
211 Schneide
212, 213 Schneidenfläche
A, A1, A2 Lichtausbreitung bei bottom-emittierenden Display
B, B1, B2 Lichtausbreitung bei top-emittierenden Display
S Stempelkraft
F1, F2 Kraftwirkung des Stempels in der Isolationsschicht
Claims
1. Bauelement auf der Basis einer organischen Leuchtdiodeneinrichtung, insbesondere ein OLED- Aktiv-Matrix-Display, umfassend ein Substrat, eine zum Substrat nächstliegende erste Elektrode (130), eine zum Substrat entfernt gelegene zweite Elektrode (160) und zumindest eine zwischen beiden Elektroden (130, 160) angeordnete, Licht emittierende organische Schicht (150), wobei emittiertes Licht durch mindestens eine der beiden Elektroden (130, 160) hindurch transmittiert, und die erste Elektrode (130) in Pixel strukturiert ist, wobei zwischen benachbarten Pixel abschnittsweise eine Isolations¬ schicht (140) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) optisch mit der Licht emittierenden Schicht (150) gekoppelt ist und optisch wirk¬ same, Licht streuende und einen Füllfaktor erhöhende Heterogenitäten (180, 190) auf¬ weist, wobei die Isolationsschicht (140) passend zur Pixelstruktur der ersten Elektrode (130) mikrostrukturiert und auf diese aufprozessiert ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations- schicht (140) einen Brechungsindex zwischen 1,3 und 2,2, insbesondere zwischen 1,6 und 2,0 aufweist.
3. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d der Isolationsschicht (140) zwischen 0,1 μm bis 10 μm, insbesondere zwi¬ schen 0,2 μm bis 5 μm beträgt, wobei d kleiner als die Hälfte des minimalen Abstandes x zweier benachbarter Pixel ist.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heterogenitäten (180) innerhalb der Isolationsschicht (140) angeordnet sind, wobei die Heterogenitäten eine Größe von etwa 0,05 μm bis 5 μm aufweisen.
5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenkon- zentration der Heterogenitäten (180) zwischen 0,3 * b I x und 10 * b I x liegt, wobei b der mittlere Durchmesser der Heterogenitäten und x der kleinste Abstand zweier benachbar¬ ter Pixel ist.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) ein Matrix-Material aufweist.
7. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrix-Material extrinsische, optisch aktive Heterogenitäten aufweist.
- 5 8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) intrinsische, optisch aktive Heterogenitäten, insbesondere räum¬ lich getrennte unterschiedliche Phasen oder Phasengrenzen des Materials der Schicht umfaßt.
9. Bauelement nach Anspruch 1 , 2, 3, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die 0 Heterogenitäten (190) an der Oberfläche der Isolationsschicht (40) angeordnet sind, und eine Abmessung von etwa 0,05 μm bis 10 μm aufweisen.
10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (130, 160) eine Löchertransportschicht angeordnet ist, die mit einem akzeptorartigen organischen Material p-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 5 nm und 2 μm , insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.
11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (130, 160) eine Elektronentransportschicht angeordnet ist, die mit einem donatorartigen organischen Material n-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.
0 12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (130, 160) eine Elektronentransportschicht angeordnet ist, die mit einem Alkalimaterial n-dotiert ist und eine Dicke zwischen 20 nm und 2 μm, insbe¬ sondere eine Dicke zwischen 30 nm und 300 nm aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes auf der Basis einer organischen Leucht- 5 diodeneinrichtung, insbesondere eines OLED- Aktiv-Matrix-Displays, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Substrates, Aufbringen der Display-Elektronik auf das Substrat Aufbringen einer Passivierungsschicht mit Durchführung zur Display-Elektronik auf die Display-Elektronik,
Aufbringen einer Pixel-strukturierten ersten Elektrode, die elektrisch leitend durch die Durchführungen der Passivierungsschicht mit der Display-Elektronik verbun- den ist auf die Passivierungsschicht,
Aufbringen und Strukturieren einer Isolationsschicht auf die strukturierte erste
Elektrode,
Aufbringen zumindest einer Licht emittierenden organischen Schicht,
Aufbringen einer zweiten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) mit optisch wirksamen,
Licht streuenden und einen Füllfaktor erhöhenden Heterogenitäten (180, 190) versehen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) auf die erste Elektrode (130) aufgesputtert, aufgewachsen oder abgeschieden wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) naßchemisch auf die erste Elektrode (130) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) aus einem Matrix-Material gebildet wird, in welches Streupartikeln (180) vorge- gebener Abmessungen beigemischt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (140) aus der Gasphase aufgedampft wird, wobei die Aufdampfparameter derart ge¬ wählt werden, daß die Ausbildung von polykristallinen Mikrostrukturen und Versetzun¬ gen bevorzugt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das die optisch wirksamen Heterogenitäten bildende Material mittels eines Kaltsprayverfahren einge¬ bracht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Isolationsschicht (140) wenigstens eine selbst auskristallisierende oder eine selbst teil- auskristallisierende, organische Schicht aufgedampft wird.
20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Iso- lationsschicht (140) das Material der Isolationsschicht und das die Streuzentren bilden¬ de Material abwechselnd aufgesputtert oder aufgedampft werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Heterogenitäten (190) an der Oberfläche der Isolationsschicht erzeugt werden, welche der zweiten Elektrode (160) ab gewandt ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Drücken eines mikrostrukturierten Stempels (210) oder eines Gewebes in die äußere Oberfläche der Isolationsschicht diese Oberfläche strukturiert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (140) derart gestaltet ist, daß die durch diesen beim Prägevorgang in die Isolationsschicht ein- gebrachten Kräfte (Fl, F2) im wesentlichen längs der Schicht verlaufen.
24. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines photo¬ lithographischen Verfahrens die äußere Oberfläche der Isolationsschicht (140) struktu¬ riert wird.
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