Beschreibung

Lichtemittierendes Bauelement mit Wellenlängenkonverter und Herstellungsverfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Wellenlängenkonverter, insbesondere für eine Flächenleuchtquelle, und ein zugehöriges Herstellungsverfahren.

Wellenlängenkonverter werden insbesondere bei Flächenleucht- quellen, wie zum Beispiel bei organischen Leuchtdioden (OLED), eingesetzt. In Appl . Phys . Lett . 80, 3470 - 3472 (2002) ist ein elektrolumineszentes Bauelement beschrieben, bei dem ein Gemisch aus organischen und anorganischen

Fluoreszenzkonvertern und einem polymeren Matrixmaterial auf die Rückseite eines Substrates aufgebracht wird. Die Materialpartikel oder Moleküle, die als Konvertermaterial vorgesehen sind, werden in einer Matrix aus einem flüssigen polymeren organischen Material dispergiert oder gelöst und dann als dünne Schicht auf die Rückseite des Substrates aufgebracht. Es ist bei dieser Art der Herstellung erforderlich, dass das Matrixmaterial für die Ausbildung einer Schicht oder eines dünnen Films geeignet ist; daher wird hier ein polymeres organisches Material verwendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, anzugeben, wie Flächenleuchtquellen auf vereinfachte Weise mit Wellenlängenkonvertern versehen werden können, ohne dass aufwendige herkömmliche Herstellungsprozesse, wie die Verwendung von Rakeln, Siebdruck oder Kleben, eingesetzt werden müssen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform vorliegender Erfindung ist vorgesehen, in einer für Wellenlängenkonversion vorgesehenen Konversionsschicht ein Matrixmaterial und ein Konvertermaterial zu verwenden, die beide im Hochvakuum verdampfbar sind und insbesondere niedermolekulare organische Verbindungen umfassen können.

„Im Hochvakuum verdampfbar" kann dabei beispielsweise heißen, dass Matrixmaterial und das Konvertermaterial durch Verdampfen im Hochvakuum auf eine für Strahlungsemission vorgesehene Oberfläche aufgebracht werden können, ohne dabei beschädigt zu werden.

Unter „niedermolekularen organischen Materialien" sind im Sinne der vorliegenden Erfindung die Gruppe der organischen Moleküle zu verstehen, die nicht repetitiv aufgebaut sind. Diese Moleküle setzen sich also nicht aus sich n-fach wiederholenden Einheiten zusammen - anders als dies beispielsweise bei Polymeren der Fall ist. Darüber hinaus sind im Sinne vorliegender Erfindung auch Materialien unter den Begriff „niedermolekulare organische Materialien" zu fassen, welche zur Gruppe der Oligomere gehören, also repetitiv aufgebaute Moleküle mit n ≤ 10. Ferner sind im Sinne vorliegender Erfindung auch Materialien unter den Begriff „niedermolekulare organische Materialien" zu fassen, welche zur Gruppe der Dendrimere gehören, also Moleküle mit nach außen zunehmenden Verästelungen.

Als niedermolekulares organisches Matrixmaterial sind insbesondere aromatische Amine, Carbazole oder aromatische

Silanderivate geeignet.

Statt organischer Matrixmaterialien können auch anorganische verdampfbare Systeme verwendet werden, zum Beispiel zumindest eines der folgenden Materialien: MoO ₃ , ZnS, MgF ₂ , Ta ₂ O ₅ , TiO, Al ₂ O ₃ . Das heißt, das Matrixmaterial kann aus einem dieser Materialien bestehen oder zumindest eines dieser Materialien enthalten.

Geeignete Konvertermaterialien, die im Hochvakuum verdampfbar sind, können aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine sowie Azo- , Terrylen- , Quaterrylen- , Naphthalimid- , Cyanin- , Xanthen- , Oxazin-, Anthracen- , Naphthacen- , Anthrachinon- und Thiazin-Farbstoffe umfasst. Das heißt, das Konvertermaterial kann aus zumindest einem dieser Stoffe bestehen oder kann zumindest einen dieser Stoffe enthalten.

Eine solche Konversionsschicht wird insbesondere für flächig abstrahlende, konversionsbasierte elektrolumineszente Bauelemente, wie zum Beispiel organische Leuchtdioden, die insbesondere ihrerseits aus niedermolekularen organischen Verbindungen ausgebildet sein können, eingesetzt. Die niedermolekularen organischen Verbindungen sind im Hochvakuum sublimierbar und können daher in derselben Aufdampfanläge aus einem Hochvakuum aufgebracht werden, mit der auch die strahlungserzeugenden Schichten des Bauelementes aufgebracht werden. Durch die Verwendung niedermolekularer organischer Verbindungen für sämtliche Schichten, die zudem in derselben Aufdampfanläge aufgebracht werden, kann der Herstellungsprozess wesentlich vereinfacht werden.

Die Erfindung kann für lichtemittierende Bauelemente, insbesondere für flächige elektrolumineszente Bauelemente, eingesetzt werden, die aus anorganischen oder organischen

Materialien aufgebaut sind. Organische lichtetnittierende Bauelemente, wie zum Beispiel organische Leuchtdioden, können niedermolekulare organische Schichten zur Lichterzeugung und zum Ladungstransport umfassen, aber auch aus polymeren organischen Materialien aufgebaut sein. Die Anzahl der für die Strahlungserzeugung und die Strominjektion vorgesehenen Schichten unterliegt hierbei keinen Einschränkungen. Für die Elektroden können Metalle oder halbleitende Materialien, anorganische ebenso wie organische, verwendet werden. Vorzugsweise wird zumindest eine der Elektroden in der Form einer für die erzeugte Strahlung transparenten Schicht ausgebildet und mittelbar oder unmittelbar mit der Konversionsschicht versehen.

Für die Emissionswellenlänge wie für die Bandbreite des

Spektrums ergeben sich durch den Einsatz der Erfindung keine Einschränkungen. Das Konvertermaterial fungiert in der Konversionsschicht als Fluoreszenzkonverter und kann hierzu in unterschiedlicher Konzentration in dem Matrixmaterial vorlie- gen; seine Absorptionsbande sollte zumindest teilweise mit dem Wellenlängenbereich der emittierten Strahlung überlappen. Es können auch mehrere Konvertermaterialien in der Konversionsschicht eingesetzt werden. Die Konvertermaterialien können für gleiche oder verschiedene Emissionswellenlängen vorgesehen werden. Die Herstellung geschieht zum Beispiel durch gleichzeitiges Verdampfen (Ko-Verdampfen) aus mehreren Materialquellen .

Das Matrixmaterial kann für alle relevanten Wellenlängen transparent sein; es kann aber auch aus einem Material sein, das die emittierte Strahlung absorbiert, woraufhin die aufgenommene Strahlungsenergie via Förster- oder Dexter-Transfer an das Konvertermaterial abgegeben wird. Auch können auf die

beschriebene Weise mehrere Konversionsschichten übereinander oder, unter Verwendung von Schattenmasken beim Aufdampfen, nebeneinander aufgebracht werden. Der Farbort des Konversionsbauelementes kann durch die Schichtdicke der aufgedampf- ten Konversionsschicht , die Konzentration der Emittermoleküle in der Matrix sowie die Flächenverhältnisse zwischen nebeneinander aufgebrachten Konversionsschichten beeinflusst werden.

Neben dem lichtemittierenden Bauelement wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelementes mit Wellenlängenkonverter angegeben, bei dem auf eine für Strahlungsemission vorgesehene Oberfläche eine Konversionsschicht aufgedampft wird.

Vorzugsweise ist mit dem Verfahren ein hier beschriebenes Bauelement herstellbar. Sämtliche in Verbindung mit dem Bauelement offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart.

Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des lichtemittierenden Bauelementes und des Herstellungsverfahrens anhand der beigefügten Figuren, die verschiedene Ausführungsbeispiele im Querschnitt zeigen.

Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Top-Emitter- LED mit elektrisch leitfähigem Substrat im Querschnitt .

Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bottom-Emitter-LED mit elektrisch leitfähigem Substrat im Querschnitt .

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Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Top-Emitter- OLED ohne Rückseitenelektrode im Querschnitt.

Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bottom-Emit- ter-OLED ohne Rückseitenelektrode im Querschnitt.

In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel in einem schematischen Querschnitt dargestellt. Eine als Rückseitenelektrode vorgesehene erste Elektrodenschicht 1 ist auf einer Rückseite eines elektrisch leitfähigen Substrates 2 aufgebracht. Auf der Vorderseite des Substrates 2 befindet sich eine Schichtstruktur 3, die an sich bekannte Schichten eines lichtemittierenden Bauelementes umfassen kann, deren Einzelheiten für die Erfindung nicht wesentlich und daher nicht dargestellt sind. Die Schichtstruktur 3 umfasst insbesondere die für Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Schichten. Außerdem können Begrenzungsschichten oder für Strominjektion vorgesehene Mantelschichten vorgesehen sein. Auf der von dem Substrat 2 abgewandten Seite der Schichtstruktur 3 befindet sich eine zweite Elektrodenschicht 4, die in diesem Ausführungsbeispiel ganzflächig aufgebracht ist und aus einem Material besteht, das für die zu emittierende Strahlung transparent ist. Oberseitig ist auf der zweiten Elektrodenschicht 4 die Konversionsschicht 5 aufgebracht, die ein Matrixmaterial und ein Konvertermaterial umfasst, die vorzugsweise beide niedermolekulare organische Verbindungen sind. Die Strahlungsemission erfolgt ganzflächig nach oben in der durch den Pfeil dargestellten Richtung.

Die Figur 2 zeigt einen der Figur 1 entsprechenden schematischen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem die Konversionsschicht 5 auf der Unterseite oder Rückseite des Bauelementes, das heißt, auf der rückseitigen

Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 1, aufgebracht ist. Hierbei sind das Substrat 2 und die erste Elektrodenschicht 1 aus einem für die zu emittierende Strahlung transparenten Material ausgebildet, und die Lichtemission erfolgt in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung.

Die Elektrodenschicht , die auf der für die Abstrahlung vorgesehenen Seite vorgesehen ist, kann aber zum Beispiel auch lichtundurchlässig sein und die Emissionsfläche ring- oder rahmenförmig umgeben. Die Konversionsschicht kann bei einer solchen Ausführungsform auf der Lichtaustrittsfläche innerhalb der Elektrodenschicht auf einer Oberfläche einer Schichtstruktur oder direkt auf dem Substratmaterial aufgebracht sein.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich bei Ausführungsformen, bei denen das lichtemittierende Bauelement eine niedermolekulare organische Leuchtdiode ist, so dass sowohl die elektrolumineszenten Schichten der Leuchtdiode als auch die Komponenten der Konversionsschicht in derselben Anlage aufgedampft werden können.

Bei einer Top-Emitter-OLED gemäß Figur 3 mit Dünnfilmver- kapselung kann die Konversionsschicht 5 unmittelbar nach dem Aufbringen der transparenten Deckelektrode, der zweiten Elektrodenschicht 4, hergestellt werden. Es sind also keinerlei zusätzliche Prozesse zur Beschichtung mit dem Konvertermaterial (zum Beispiel Rakeln, Siebdruck, Kleben) mehr nötig. Die erste Elektrodenschicht 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Vorderseite des Substrates 2 zwischen dem Substrat 2 und der Schichtstruktur 3 angeordnet.

Bei einer Bottom-Emitter-OLED gemäß Figur 4 kann die Konversionsschicht 5 sogar gleichzeitig mit dem Herstellen der organischen Schichtstruktur 3 auf der Rückseite des Substrates 2 abgeschieden werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind also keinerlei zusätzliche Prozesse zur Beschichtung mit dem Konvertermaterial (zum Beispiel Rakeln, Siebdruck, Kleben) mehr nötig.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen DE 102007046338.5 sowie

102007053069.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.