DE102006059509A1

DE102006059509A1 - Organisches Leuchtbauelement

Info

Publication number: DE102006059509A1
Application number: DE102006059509A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Blochwitz-Nimoth; Sven Dr. Murano; Jan Dr. Birnstock
Original assignee: NovaLED GmbH
Current assignee: NovaLED GmbH
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: CN101222022B; CN101222022A; JP2008153224A; KR101454731B1; JP5232461B2; EP1933400A2; EP1933400B1; KR20080055733A; US20080143250A1; DE102006059509B4; EP1933400A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein organisches Leuchtbauelement, insbesondere organische Leuchtdiode, mit einem Leuchtelement (1; 2) und einer von dem Leuchtelement (1; 2) umfassten Leuchtfläche (1f; 2f), die mittels einer Elektrode (1a; 2a), einer Gegenelektrode (1d; 2d) und einer organischen Schichtanordnung (1e; 2e) gebildet ist, die zwischen der Elektrode (1a; 2a) und der Gegenelektrode (1d; 2d) angeordnet und in elektrischem Kontakt mit der Elektrode (1a; 2a) und der Gegenelektrode (1d; 2d) ist, wobei im Bereich der Leuchtfläche (1f; 2f) angeordnete und beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektrode (1a; 2a) und die Gegenelektrode (1d; 2d) Licht abgebende Abschnitte der organischen Schichtanordnung (1e; 2e) einen einheitlichen organischen Materialaufbau aufweisen und auf mehreren elektrisch parallel geschalteten Teilelektroden (1b; 2b) der Elektrode (1a; 2a) gebildet sind, die auf einer Seite endseitig miteinander elektrisch verbunden sind und bei denen ein seitlicher Abstand zwischen benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) kleiner als die Breite der benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein organisches Leuchtbauelement, insbesondere organische Leuchtdiode, mit einem Leuchtelement und einer von dem Leuchtelement umfassten Leuchtfläche.
Hintergrund der Erfindung
Organische Leuchtbauelemente in Form organischer Leuchtdioden (OLEDs), welche farbiges Licht, insbesondere Weißlicht emittieren, haben in den vergangenen Jahren verstärkte Auf merksamkeit gewonnen. Es ist allgemein anerkannt, dass die Technologie organischer Leuchtbauelemente ein großes Potenzial für mögliche Anwendungen im Bereich der Beleuchtungstechnik besitzt. Mittlerweile erreichen organische Leuchtdioden Leistungseffizienzen, welche im Bereich von konventionellen elektrischen Glühbirnen liegen (vgl. Forrest et al., Adv. Mat. 7(2004)624).
Organische Leuchtdioden werden üblicherweise mit Hilfe eines Schichtaufbaus gebildet, der auf einem Substrat angeordnet wird. In dem Schichtaufbau ist zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode eine organische Schichtanordnung angeordnet, sodass die organische Schichtanordnung über die Elektrode und die Gegenelektrode mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden kann. Die organische Schichtanordnung ist aus organischen Materialien hergestellt und umfasst einen lichtemittierenden Bereich. In dem lichtemittierenden Bereich rekombinieren Ladungsträger, nämlich Elektronen und Löcher, die beim Anlegen der elektrischen Spannung an die Elektrode und die Gegenelektrode in die organische Schichtanordnung injiziert und dort zu dem lichtemittierenden Bereich transportiert werden. Eine wesentliche Effizienzsteigerung bei der Lichterzeugung konnte erreicht werden, indem in die organische Schichtanordnung elektrisch dotierte Schichten integriert wurden.
Organische Leuchtbauelemente können in verschiedensten Anwendungsbereichen genutzt werden, um Licht beliebiger Farbe zu erzeugen, wozu insbesondere Anzeigeeinrichtungen, Beleuchtungseinrichtungen und Signaleinrichtungen gehören.
In einer Ausführungsform können die organischen Leuchtbauelemente so gestaltet werden, dass sie Weißlicht abgeben. Derartige Bauelemente haben das Potenzial, eine bedeutende Alternative zu den momentan am Markt dominierenden Beleuchtungstechnologien darzustellen, beispielsweise Glühlampen, Halogenlampen, Niederspannungsleuchtstoffröhren oder der gleichen.
Trotzdem sind für eine erfolgreiche Kommerzialisierung der Technologie der organischen Leuchtbauelemente noch wesentliche technische Probleme zu lösen. Insbesondere ist es eine Herausforderung, mittels OLED-Bauelementen große Lichtmengen zu erzeugen, welche für allgemeine Beleuchtungsanwendungen benötigt werden. Die von einem OLED-Bauelement abgegebene Lichtmenge wird durch zwei Faktoren bestimmt. Dieses sind die Helligkeit im Bereich der Leuchtfläche des Bauelementes und die Größe der Leuchtfläche. Die Helligkeit eines organischen Leuchtbauelementes lässt sich nicht beliebig steigern. Darüber hinaus wird auch die Lebensdauer organischer Bauelemente wesentlich von der Helligkeit beeinflusst. Wird beispielsweise die Helligkeit eines OLED-Bauelementes verdoppelt, so reduziert sich dessen Lebensdauer um den Faktor zwei bis vier. Als Lebensdauer ist hierbei die Zeit definiert, die vergeht, bis das OLED-Bauelement beim Betrieb mit einem konstanten Strom auf seine halbe Ausgangshelligkeit abgefallen ist.
Die Leuchtfläche eines OLED-Bauelementes für Beleuchtungsanwendungen muss entsprechend einer gewünschten abgegebenen Lichtmenge gewählt werden. Es ist anzustreben, dass sie im Bereich von einigen Quadratzentimetern bis hin zu einer Größe von über einem Quadratmeter liegt.
OLED-Bauelemente werden als elektrisches Bauelement typischerweise bei niedrigen Spannung im Bereich von etwa 2 V bis etwa 20 V betrieben. Der durch das OLED-Bauelement fließende Strom wird durch die Leuchtfläche bestimmt. Schon bei einer relativ kleinen Leuchtfläche des OLED-Bauelementes von etwa 100 cm² würde bei einer angenommenen Stromeffizienz von 50 cd/A und einer Anwendungshelligkeit von 5000 cd/m² ein Strom von 1A benötigt.
Ein organisches Leuchtbauelement mit einem solchen Strom zu versorgen, stellt jedoch ein erhebliches technisches Problem dar und lässt sich in kommerziellen Beleuchtungsanwendungen nicht ohne weiteres auf preiswerte Art und Weise lösen. Bekanntermaßen ist die elektrische Verlustleistung der Stromzuführung proportional zum elektrischen Widerstand der Zulei tung und zum Quadrat des fließenden Stromes. Um also die Verlustleitung auch bei großen Strömen gering zu halten, müssten elektrische Zuleitungen mit einem sehr niedrigen Widerstand, also einem großen Querschnitt genutzt werden. Gerade dieses ist aber bei einem Bauelement zu vermeiden, dessen herausragende Eigenschaft unter anderem die flache Bauweise ist. Sofern größere Bauteilflächen benötigt werden, müsste der Versorgungsstrom weiter gesteigert werden, wodurch sich die Probleme bei der Stromversorgung weiter verschärfen würden.
Aus diesem Grund wurde vorgeschlagen, mehrere OLED-Elemente in einem organischen Leuchtbauelement elektrisch in Reihe zu schalten (vgl. GB 2 392 023 A ). Hierbei wird die Gesamtfläche des organischen Leuchtbauelementes in einzelne OLED-Leuchtelemente aufgeteilt, welche in einer oder mehreren Reihenschaltungen elektrisch miteinander verknüpft sind. Auf diese Weise wird die Betriebsspannung des Leuchtbauelements etwa um einen Faktor erhöht, welcher der Anzahl der in Reihe geschalteten OLED-Leuchtelemente entspricht, wobei der fließende Strom um den gleichen Faktor verringert wird. Durch die Verringerung des Betriebsstromes bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebsspannung kann so bei gleicher Leistung eine deutliche Vereinfachung der Ansteuerung des Leuchtbauelementes erzielt werden, da es im Allgemeinen deutlich leichter ist, anstelle eines hohen Stromes eine hohe Spannung an ein elektrisches Bauelement heranzuführen. Ein weiter Vorteil, der sich aus der Nutzung der Reihenschaltung von OLED-Leuchtelementen ergibt, besteht darin, dass im Falle eines Kurzschlusses zwischen den beiden Elektroden, nämlich der Kathode und der Anode, eines der OLED-Leuchtelemente zwar ein Teil der Leuchtfläche des organischen Leuchtbauelementes ausfällt, insgesamt aber das Leuchtbauelement weiterhin Licht emittiert und die insgesamt emittierte Lichtmenge sogar aufgrund der nun für die verbleibenden nicht ausgefallenen OLED-Leuchtelemente erhöhten Betriebsspannung weitgehend unverändert bleibt. Somit kann ein solches Leuchtbauelement mit einer Reihenschaltung von OLED-Leuchtelementen auch nach einem Kurzschluss eines der OLED-Leuchtelemente weiterhin genutzt werden. Im Gegensatz dazu ist ein organisches Leuchtbauelement, welches über lediglich ein einzelnes OLED-Leuchtelement verfügt, bei einem Kurzschluss zwischen Anode und Kathode unbrauchbar.
Für die Herstellung von OLED-Leuchtbauelemente mit einer Reihenschaltung von OLED-Leuchtelementen ist jedoch ein komplexes Herstellungsverfahren notwendig. Zum einen ist es erforderlich, die Elektrode, welche auf dem tragenden Substrat gebildet wird, zu strukturieren, um die den einzelnen in Reihe geschalteten OLED-Leuchtelementen zugeordneten Elektroden zu definieren. Darüber hinaus ist es notwendig, die organischen Schichtanordnungen der einzelnen OLED-Leuchtelemente und die hierauf gebildete Deckelektrode zu strukturieren. Hierfür kommen verschiedene bekannte Verfahren in Betracht.
Im Fall von OLEDs, bei denen organische Materialien verwendet werden, die durch Vakuumverdampfungen aufgebracht werden können, ist ein geeignetes Verfahren zum Strukturieren das Aufdampfen mittel Schattenmasken. Weitere Verfahren sind beispielsweise das Aufbringen mittels LITI („Laser Induced Thermal Imaging"), bei dem von einem Trägerfilm, welcher mit organischem Material beladen ist, zumindest ein Teil des organischen Materials auf das Substrat übertragen wird, in dem der Trägerfilm punktgenau mittels Laser erhitzt wird. Das LITI-Verfahren kann jedoch nur für die Strukturierung der organischen Schichtanordnung der OLED-Leuchtelemente verwendet werden. Zum Strukturieren der Deckelektrode, die ihrerseits üblicherweise aus Metallen wie Silber, Aluminium oder Magnesium oder einem leitfähigen transparenten Oxid wie Indium-Zinn-Oxid (ITO) besteht, muss ein anderes Strukturierungsverfahren herangezogen werden.
Die Strukturierungsverfahren haben einen erheblichen Aufwand im Rahmen der Herstellung des organischen Leuchtbauelementes zur Folge, wodurch hohe Kosten entstehen. Für den Fall der Verwendung von Schattenmasken besteht darüber hinaus das Problem einer begrenzten Auflösung, das heißt der Abstand zwischen den einzelnen in Reihe geschalteten OLED-Leuchtelementen ist durch die Abmessungen der Stege der Schattenmaske begrenzt. Hierbei ist zu beachten, dass in Abhängigkeit von der Größe der Aussparungen zwischen den Stegen der Schattenmaske eine gewisse Stegbreite der Schattenmaske erforderlich ist, um die mechanische Stabilität der Schattenmaske zu gewährleisten.
Um also die Strukturierung mittels Schattenmasken zu vereinfachen, ist es sinnvoll, auf eine Feinauflösung der mittels Schattenmaske strukturierten Bereiche zu verzichten. Dies kann dadurch geschehen, dass die in Reihe geschalteten OLED-Leuchtelemente relativ groß gestaltet werden, beispielsweise mit einer Größe von etwa 1 cm². Hierdurch wird es ermöglicht, Schattenmasken mit einer geringen Präzision zu verwenden, welche sich mittels einfacher Verfahren ausrichten lassen, beispielsweise mittels Ausrichten unter Verwendung von Haltestiften. Solche Verfahren sind in der Massenproduktion deutlich günstiger als Methoden zur Feinjustierung, die beispielsweise auf der Ausrichtung mittels Positioniermarken unter einem Mikroskop basieren.
Weiterhin ist die Verwendung von Schattenmasken ein limitierender Faktor hinsichtlich der erreichbaren Prozessierungszeiten, da eine Feinjustierung der Schattenmasken einen nicht vernachlässigbaren Anteil an der Gesamtprozessdauer hat. Mittels Verwenden eines weniger genauen Verfahrens lassen sich die mit der Positionierung verbundenen Prozesszeiten verringern.
Für bestimmte Verfahren zum Herstellen von organischen Leuchtbauelementen, beispielsweise die kontinuierliche Rolle-zu-Rolle Methode, ergeben sich bei der bekannten Nutzung von Schattenmasken weitere Probleme. Zum einem muss in einem solchen Verfahren die Schattenmaske mit dem Substrat, auf dem der Schichtstapel mit den Elektroden und der organischen Schichtanordnung zu bilden ist, mitgeführt werden, ohne das die Position der Schattenmaske relativ zum Substrat geändert wird. Zum anderen muss in einem solchen Verfahren die Schattenmaske zum Substrat ausgerichtet werden, wobei im Rolle-zu-Rolle Verfahren das Substrat gegebenenfalls angehalten werden muss. Somit ist es wünschenswert, einen Prozess zur Verfügung zu haben, bei dem die Verwendung von hochauflösenden Schattenmasken nicht notwendig ist.
Die Nutzung von weniger genauen Schattenmasken führt nicht wirklich zu einer Optimierung, da sie mit erheblichen Nachteilen verbunden ist. Hierbei können lediglich größere OLED-Teilflächen gebildet werden. Sofern eine dieser Teilflächen durch einen Kurzschluss ausfällt, wird ein großer Teil der Leuchtfläche des Bauelementes inaktiv, das heißt sie bleibt dunkel beim Betrieb des Leuchtbauelementes. Hierdurch wird jedoch das Gesamtbauelement in seiner Funktionalität wesentlich beeinträchtigt. Zwar fällt in einer Reihenschaltung über dem kurzgeschlossenen OLED-Leuchtelement wenig Spannung ab, wodurch sich die Spannung für die anderen OLED-Leuchtelemente erhöht, weswegen dann insgesamt das ausgesendete Licht nur wenig verändert wird, jedoch ist der visuelle Eindruck des organischen Leuchtbauelementes wesentlich verschlechtert. Dieses ist für Anwendungszwecke nicht akzeptabel. Das Leuchtbauelement wird vom Betrachter als schadhaft wahrgenommen. Darüber hinaus führen elektrische Kurzschlüsse in OLED-Bauelementen dazu, dass nahezu der gesamte Strom, welcher normalerweise über die Gesamtfläche verteilt fließt, nur durch die Kurzschlussstelle geleitet wird. Hierdurch kommt es lokal zu einer starken Erwärmung, wodurch Ohm'sche Verluste entstehen und die Gefahr besteht, dass sich an der Kurzschlussstelle der Widerstand deutlich erhöht und somit die Kurzschlussstelle isolierend wird, beispielsweise aufgrund einer Delamination organischer oder anorganischer Schichten. Es droht die Gefahr, dass die zum Schutz des Leuchtbauelementes aufgebrachte Verkapselung diesem lokalen thermischen Stress nicht standhält, insbesondere bei Verwendung einer Dünnschichtverkapselung, wie sie heutzutage für OLED-Beleuchtungselemente der Zukunft angedacht ist. Diese nachteiligen Effekte werden um so größer je größer die Fläche des OLED-Bauelementes ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes organisches Leuchtbauelement der eingangsgenannten Art zu schaffen, bei dem die vorangehend geschilderten Probleme des Standes der Technik vermieden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein organisches Leuchtbauelement nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Die Erfindung umfasst den Gedanken ein organisches Leuchtbauelement, insbesondere eine organische Leuchtdiode, mit einem Leuchtelement und einer von dem Leuchtelement umfassten Leuchtfläche zu schaffen, die mittels einer Elektrode, einer Gegenelektrode und einer organischen Schichtanordnung gebildet ist, welche zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angeordnet und in elektrischem Kontakt mit der Elektrode und der Gegenelektrode ist. Im Bereich der Leuchtfläche angeordnete und beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektrode und die Gegenelektrode Licht abgebende Abschnitte der organischen Schichtanordnung weisen einen einheitlichen organischen Materialaufbau auf und sind auf mehreren elektrisch parallel geschalteten Teilelektroden der Elektrode gebildet, bei denen ein seitlicher Abstand zwischen benachbarten Teilelektroden kleiner als die Breite der benachbarten Teilelektroden ist. Ein einheitlicher organischer Materialaufbau der organischen Schichtanordnung in den Abschnitten auf den parallel geschalteten Teilelektroden bedeutet in diesem Zusammenhang, dass aufgrund der gleichartigen Materialzusammensetzung Licht gleicher Farbe abgegeben wird. Das Licht kann eine beliebige Farbe des sichtbaren Spektrums aufweisen. Individuell können die Abschnitte jeweils Emittermaterialien umfassen, die Licht unterschiedlicher Farbe abgeben, welches sich dann für jeden Abschnitt individuell zu einem Mischlicht mischt, insbesondere Weißlicht.
Die vorgesehene konstruktiver Ausgestaltung der mehreren elektrisch parallel geschalteten Teilelektroden der Elektrode hat den Vorteil, dass die Leistungseffizienz des gesamten organischen Leuchtbauelementes auch hoch bleibt, wenn beispielsweise im Bereich einer der Teilelektroden ein elektrischer Kurzschluss lokal auftritt. Das optische Erscheinungsbild des Leuchtbauelementes im Betrieb bleibt auch bei einem solchen lokalen elektrischen Kurzschluss für den Betrachter weitgehend einwandfrei. Die Parallelschaltung verhindert einen Totalausfall des Leuchtelementes. Das vorgesehene Verhältnis von seitlichem Abstand zwi schen benachbarten Teilelektroden und der Breite der benachbarten Teilelektroden sichert auch im Kurzschlussfall ein gewünschtes optisches Erscheinungsbild für den Betrachter der Leuchtfläche.
Die vorgesehene Strukturierung der Elektrode in mehrere elektrisch parallel geschaltete Teilelektroden ist prozesstechnisch ohne wesentlichen Mehraufwand umsetzbar. Im Fall einer substratseitigen Ausbildung der Elektrode kann dieses mittels Photolithographie, aber auch mittels Druckverfahren ausgeführt werden. Es ist aber auch ermöglicht, weiterhin die als solche bekannte einfache Schattenmaskentechnologie mit geringer Positioniergenauigkeit zu verwenden. Insbesondere im Zusammenhang mit letztgenannter Technologie ist es in einer Ausführungsform bevorzugt, dass ein von der organischen Schichtanordnung eingenommener Bereich im wesentlichen gleich groß zu einem von der Elektrode mit den mehreren Teilelektroden eingenommenen Bereich ist. Schattenmasken mit geringer Positioniergenauigkeit können einfach, schnell und kostengünstig in einem Produktionsprozess angewendet werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der seitliche Abstand zwischen den benachbarten Teilelektroden kleiner als die Hälfte der Breite der benachbarten Teilelektroden ist. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der seitliche Abstand zwischen den benachbarten Teilelektroden kleiner als ein Drittel der Breite der benachbarten Teilelektroden ist. Je kleiner der Abstand zwischen benachbarten Teilelektroden im Vergleich zur Breite der Teilelektroden ist, um so weniger macht sich für den Betrachter der Ausfall einer oder mehrere Teilelektroden bei einem elektrischen Kurzschluss für das optische Erscheinungsbild des Betrachters bemerkbar. Zweckmäßig kann der Abstand zwischen benachbarten Teilelektroden im Verhältnis zur Breite der benachbarten Teilelektroden deshalb auch so gewählt werden, dass der Ausfall einer Teilelektrode zwischen zwei hierzu benachbarten und im Betrieb noch leuchtenden Teilelektroden vom menschlichen Auge im optischen Erscheinungsbild nicht auflösbar ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mehreren Teilelektroden als Streifenelektroden gebildet sind. Streifenelektrode bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Teilelektroden entlang ihrer Ausdehnung eine im wesentlichen gleich bleibende Materialbreite aufweisen, wie es für Streifen üblich ist. Der Streifen selbst kann beispielsweise entlang einer einfach oder mehrfach gekrümmten Linie oder einer Zickzack-Linie verlaufen. Zweckmäßigerweise greifen Krümmungen oder Zickzack-Kanten benachbarter Teilelektroden in gegenüberliegende Vertiefungen, wodurch das möglichst einheitliche Leuchtbild der Leuchtfläche verbessert ist.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Streifenelektroden in geraden Linien verlaufend gebildet sind. Hierdurch ist eine prozesstechnisch mit möglichst geringem Aufwand herstellbare Ausgestaltung geschaffen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die organische Schichtanordnung im Bereich der Leuchtfläche im wesentlichen durchgehend gebildet ist. Ist die organische Schichtanordnung im wesentlichen durchgehend im Bereich der Leuchtfläche gebildet, vereinfacht dieses die Herstellung, da die organische Schichtanordnung im wesentlichen in einem gemeinsamen Herstellungsschritt aufgebracht werden kann. Leuchten tun dann aber nur die Teilbereiche der organischen Schichtanordnung, die im Bereich der Teilelektroden angeordnet sind. Zwischenbereiche bleiben im Betrieb dunkel. Im Bereich der Teilelektroden sind organische Bauelemente gebildet, die auch als organische Leuchtdioden (OLED) bezeichnet werden und gemeinsam zur Leuchtfläche beitragen. Es ist deshalb auch nicht von Schaden, wenn die Zwischenbereiche beim Herstellen des Leuchtelementes unter Umständen beschädigt werden, wie dieses auftreten kann, wenn die Elektrode als Deckelektrode gebildet wird und hierbei mittels Laserlithographie eine Strukturierung in die Teilelektroden ausgeführt wird, nachdem die Deckelektrode auf die organische Schichtanordnung aufgebracht ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Anzahl der mehreren Teilelektroden der Elektrode wenigstens 10 beträgt, bevorzugt wenigstens 30 und weiter bevorzugt wenigstens 100. Die Anzahl von 10 Teilelektroden bildet einen Mindestwert, ab dem die beabsichtigte Vermeidung eines Totalausfalles des Leuchtbauelementes im Falle eines Kurzschlusses erzielt werden kann. Für eine Anzahl von etwa 30 Teilelektroden kann bereits davon ausgegangen werden, dass im Falle eines Kurzschlusses durch Verwendung geeigneter Streufolien oder anderer Streuelemente für den Betrachter bei einem geeigneten Mindestabstand der Defekt einer Teilelektrode mit bloßem Auge nicht mehr wahrgenommen wird. Sofern die Anzahl der Teilelektroden etwa 100 beträgt, ist ein eventueller Kurzschluss auch ohne die Verwendung einer Streufolie für den Betrachter mit bloßem Auge bei einem gewissen Mindestabstand nicht mehr sichtbar. Diese Angaben zur Anzahl der Teilelektroden sind als Näherungswerte zu betrachten, da eine genauere Aussage über den Effekt eines Kurzschlusses neben den technischen Details des Leuchtbauelementes wie elektrischer Schichtwiderstand des Elektrodenmaterials, elektrischer Widerstand der Gegenelektrode, Betriebsspannung und -strom und Anzahl und Dimension der Teilelektroden auch die Kenntnis der Betriebshelligkeit verlangt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine maximale Betriebsspannung für das Leuchtelement von weniger als 10 V, bevorzugt von weniger als 6 V und weiter bevorzugt von weniger als 4 V verwendet wird. 10 V ist die ungefähre Betriebsspannung eines einfachen organischen lichtemittierenden Bauelementes vom iii-Typ. 6 V entspricht der ungefähren Betriebsspannung eines aufwändigeren organischen lichtemittierenden Bauelementes vom iii-Typ, wie sie als solche im Stand der Technik bekannt sind. 4 V ist die ungefähre Betriebsspannung eines organischen lichtemittierenden Bauelementes vom pin-Typ, wie es als solches im Stand der Technik bekannt ist. Darüber hinaus kann 10 V, 6 V und 4 V auch als die ungefähren Betriebsspannungen für einfache, zweifach gestapelte und dreifach gestapelte pin-OLEDs betrachtet werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine maximale Betriebshelligkeit im Bereich der Leuchtfläche von wenigstens 500 cd/m², bevorzugt von wenigstens 1000 cd/m² und weiter bevorzugt von wenigstens 5000 cd/m² wird. Der Wert von 500 cd/m² stellt einen Helligkeitsgrenzwert dar, ab dem der Einsatz der vorliegenden Erfindung in der Beleuchtungstechnik als besonders zweckmäßig erachtet wird. Sofern ein Beleuchtungsbauteil eine leuchtende Gesamtfläche von 1 Quadratmeter aufweist, entspricht die Lichtleistung bei einer Helligkeit von 500 cd/m² etwa der halben Lichtleistung einer 100 W Glühbirne. Die Helligkeit von 1000 cd/m² entspricht etwa der Schwelle, bei der ein Beleuchtungselement gerade noch nicht als blendend vom Betrachter wahrgenommen wird, sofern es beispielsweise in einer Beleuchtungssituation als Deckenleuchte eingesetzt wird. 5000 cd/m² entsprechen einer Helligkeit, die als günstiger Wert für eine Maximierung zwischen Lichtleistung pro leuchtende Fläche des Leuchtbauelementes und Lebensdauer des Leuchtbauelementes erachtet wird. Für eine kommerzielle Optimierung eines Produktes kann es sinnvoll sein, eine Helligkeit in diesem Bereich anzustreben, um eine ausgewogene Balance zwischen den Anschaffungs- und den Herstellungskosten des Bauteils einerseits und der Betriebsleistung und der Lebensdauer andererseits zu schaffen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mehreren Teilelektroden jeweils mit einem Schichtwiderstand und der Breite gebildet sind, bei denen sich für das Produkt von Schichtwiderstand und Breite ein Wert zwischen 10 und 1000 mm·Ohm/Quadrat ergibt, bevorzugt zwischen 100 und 1000 mm·Ohm/Quadrat.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass flächig überlappend mit der Leuchtfläche ein Licht streuendes Element gebildet ist. Auf diese Weise wird der Ausfall von einer oder mehreren Teilelektroden und somit der hiermit verbundenen organischen Bereiche, insbesondere aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses, im optischen Erscheinungsbild beim Betrieb des Leuchtbauelementes für den Betrachter noch effektiver unterdrückt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Licht streuende Element ein Licht streuendes Substrat umfasst, auf welches die Elektrode, die Gegenelektrode und die organischen Schichtanordnung gestapelt sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das Licht streuende Element eine Streufolie umfasst.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Leuchtelement gemäß mindestens einer Bauart ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Bauarten ausgeführt ist: transparentes Leuchtelement, top-emittierendes Leuchtelement, bottom-emittierendes und beidseitig emittierendes Leuchtelement.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Leuchtfläche eine Flächengröße von mehreren Quadratzentimetern aufweist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die organische Schichtanordnung eine oder mehrere dotierte Ladungsträgertransportschichten aufweist. Die Verwendung von dotierten organischen Schichten trägt wesentlich zur Verbesserung der Leistungseffizienz organischer Leuchtbauelemente bei (vgl. beispielsweise DE 100 58 578 C1 ). Es können eine p- oder eine n-Dotierung oder eine Kombination hiervon verwendet werden. Mit Hilfe der Dotierungsmaterialien wird eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit in den elektrisch dotierten Bereichen ausgebildet.
Bevorzugt sieht die Fortbildung der Erfindung vor, dass das Leuchtelement mit mindestens einem weiteren Leuchtelement gleicher Bauweise elektrisch in Reihe geschalten ist. Hierdurch sind die elektrische Parallelschaltung der mehreren Teilelektroden in den einzelnen Leuchtelementen und die elektrische Reihenschaltung von mehreren Leuchtelementen in einem organischen Leuchtbauelement miteinander kombiniert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Leuchtelement mit wenigstens zehn weiteren Leuchtelementen gleicher Bauweise elektrisch in Reihe geschalten ist, bevorzugt mit wenigstens siebenundzwanzig weiteren Leuchtelementen, weiter bevorzugt mit wenigstens fünfundfünfzig weiteren Leuchtelementen. Bei einer Reihenschaltung von zehn Leuchtelementen ergibt sich für eine Betriebsspannung von 4 V pro Leuchtelement eine Gesamtspannung von 40 V, wodurch das Bauelement mittels einer Spannungsquelle betrieben werden kann, welche dem Schutzkleinspannungsbereich entspricht. Eine übliche Spannungsgrenze für diesen Bereich ist eine Wechselspannung von 42 V. Bei der Kombination von etwa 27 Bauelementen mit einer Betriebsspannung von 4 V ergibt sich eine Gesamtspannung für das Leuchtbauelement von etwa 110 V, eine häufig zur Verfügung stehende Netzspannung. Bei der Kombination von etwa 55 Bauelementen mit einer Betriebsspannung von 4 V ergibt sich eine Gesamtspannung für das Leuchtbauelement von etwa 220 V, eine ebenfalls häufig zur Verfügung stehende Netzspannung. Mittels Anpassung der Betriebsspannung des Leuchtbauelementes an zur Verfügung stehende Netzspannungen kann eine Ansteuerung des Bauteils dergestalt vereinfacht werden, dass lediglich ein Gleichrichter zwischen die Spannungsquelle und das Bauteil geschaltet werden muss. Die mehreren Leuchtelemente können konfiguriert sein, Licht unterschiedlicher Farben abzugeben.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass zwei Reihenschaltungen in einem Leuchtbauelement so kombiniert werden, dass die zur Verfügung stehende Wechselspannung genutzt wird, d. h. dass bei beiden anliegenden Phasen eine der Reihenschaltungen Licht emittiert. Für eine solche Anordnung kann vorgesehen sein, eine Frequenzerhöhung der Versorgungs-Wechselspannung vorzunehmen, um dem Betrachter eine kontinuierliche Lichtemission ohne Flimmern darzustellen.
Die Elektrode mit den mehreren elektrisch parallel geschalteten Teilelektroden kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Hierzu gehören insbesondere entartet Halbleiter-Oxidmaterialien oder Metalle. In einer Ausgestaltung ist die Elektrode aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) gebildet. Da die Prozessierung von ITO mittels Photolithographie erfolgen kann, wobei eine Feinstrukturierung zum Ausbilden der Teilelektroden problemlos und ohne zusätzliche Kosten möglich ist, erfordert die Unterteilung der Elektrode in die Teilelektroden keinen zusätzlichen Aufwand. Der Abstand zwischen den ITO-Teilelektroden kann sehr gering gehalten werden, beispielsweise 10 μm. Es ergibt sich für das menschliche Auge insgesamt ein homogenes Bild der Leuchtfläche. Kommt es in einer solchen Anordnung zu einem Kurzschluss zwischen den Elektroden, so verhindert die Strukturierung des ITOs in Teilelektroden einen Totalausfall des Leuchtelementes über den gesamten Bereich. Dies ist dadurch begründet, dass ITO einen vergleichsweise hohen Schichtwiderstand hat, woraus sich aufgrund des hohen Aspektverhältnisses der Teilelektroden auch ein hoher Widerstand der ITO-Teilelektroden ergibt. Da im normalen Betrieb aufgrund der Parallelschaltung der Teilelektroden jedoch nur ein sehr kleiner Strom über die einzelne Teilelektrode fließt, bleibt die Effizienz des organischen Leuchtbauelementes hoch. Erst im Moment des Kurzschlusses zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ergibt sich ein lokal höherer Strom, welcher jedoch durch den großen Widerstand der ITO-Teilelektroden limitiert ist. Im Fall eines Kurzschlusses wird also nur auf der Fläche der betroffenen ITO-Teilelektrode kein Licht mehr emittiert. Der restliche Bereich der Leuchtfläche des Leuchtelementes wird mit nahezu unveränderter Helligkeit weiterleuchten.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Abstand zwischen benachbart zueinander gebildeten Randabschnitten der Gegenelektroden benachbarter Leuchtelemente größer als die jeweilige Breite der mehreren Teilelektroden, bevorzugt größer als das Dreifache der jeweiligen Breite der mehreren Teilelektroden und weiter bevorzugt größer als das Zehnfache der jeweiligen Breite der mehreren Teilelektroden ist. Die benachbart zueinander gebildeten Randabschnitte der Gegenelektroden von benachbarten Leuchtelementen sind bei einer Betrachtung von oben einander gegenüberliegend angeordnet.
Das vorgeschlagene organische Leuchtbauelement kann für unterschiedliche Anwendungszwecke verwendet werden. Hierzu gehören insbesondere Beleuchtungseinrichtungen und Anzeigeeinrichtungen wie Displays. Im Fall einer Anzeigeeinrichtung können Pixelelemente, die individuell gemäß einer der vorgeschlagenen Ausgestaltungen des organischen Leuchtbauelementes ausgeführt sind, miteinander kombiniert werden, um mehrfarbige Displays zu schaffen, beispielsweise RGB-Displays.
Das vorgeschlagene Leuchtbauelement bleibt auch bei einer starken mechanischen Beschädigung noch funktionstüchtig. Es kann vorgesehen sein, das Bauteil mittels einer sogenannten Dünnschichtverkapselung gegen Umwelteinflüsse wie Luftsauerstoff und Wasser abzuschließen. In einem solchen Fall befindet sich die Verkapselung direkt auf der Oberfläche des Bauteils, es existiert kein Hohlraum zwischen Verkapselung und Schichtanordnung, wie dies bei konventioneller Verkapselung der Fall ist, beispielsweise mittels eines aufgeklebten Glasdekkels. In einer solchen Konfiguration ist der Weiterbetrieb ermöglicht, auch im Falle einer mechanischen Beschädigung wie sie beim Durchstoßen oder Durchschießen des Bauteils mit einem Gegenstand auftreten kann. Ein solcher Weiterbetrieb kann insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik oder in militärischen Anwendungen erwünscht sein.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines organischen Leuchtbauelementes mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Leuchtelementen, und
2 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des organischen Leuchtbauelementes nach 1.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines organischen Leuchtbauelementes mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Leuchtelementen 1, 2. Die beiden Leuchtelemente 1, 2 verfügen jeweils über eine Elektrode 1a, 2a, die als eine Anordnung von mehreren parallel verlaufenden und streifenförmig gebildeten Teilelektroden 1b, 2b gebildet ist. Die Teilelektroden 1b, 2b stehen mit einem jeweiligen Kontaktanschluss 1c, 2c in Verbindung und sind so elek trisch parallel geschaltet. Die beiden Leuchtelemente 1, 2 verfügen darüber hinaus über eine jeweilige Gegenelektrode 1d, 2d, die als flächige Elektrode gebildet ist. In einer vereinfachten Ausführungsform (nicht dargestellt) ist das organische Leuchtbauelement von nur einem Leuchtelement gebildet, welches in analoger Weise zu den Leuchtelementen 1, 2 ausgeführt ist.
Bei der Ausgestaltung nach 1 ist zwischen der Elektrode 1a, 2a mit den Teilelektroden 1b, 2b und der Gegenelektrode 1d, 2d jeweils ein organischer Schichtstapel 1e, 2e, nämlich eine Anordnung von Schichten aus organischen Materialien, in Kontakt mit der Elektroden 1a, 2a und der Gegenelektrode 1d, 2d gebildet. Der organische Schichtstapel 1e, 2e umfasst einen lichtemittierenden Bereich, so dass mit den Leuchtelementen 1, 2 beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektrode 1a, 2a und die Gegenelektrode 1d, 2d Licht erzeugt werden kann. Innerhalb der Leuchtelemente 1, 2 weist der zugehörige organische Schichtstapel 1e, 2e eine im wesentlichen einheitliche Materialzusammensetzung auf. Eine mit Hilfe der Teilelektroden 1d, 2d und des organischen Schichtstapels 1e, 2e bei den beiden Leuchtelementen 1, 2 jeweils gebildete Leuchtfläche 1f, 2f gibt deshalb jeweils Licht einheitlicher Farbe ab, wobei sich die Farbe des abgegebenen Lichtes für die beiden Leuchtelemente 1, 2 unterscheiden kann. Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass die Leuchtflächen 1f, 2f Weißlicht abgebend gebildet sind, welches sich als Mischung von Licht unterschiedlicher Farben ergibt, das von verschiedenen organischen Emittermaterialien in den organischen Schichtstapel 1d, 2d abgegeben wird.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des organischen Leuchtbauelementes aus 1. Die Teilelektroden 1b, 2b weisen eine Breite D auf. Der Abstand zwischen benachbarten Teilelektroden 20, 21 ist in 2 mit C bezeichnet. Die Teilelektroden 1b, 2b verfügen über eine Länge B. In 2 bezeichnet A einen Abstand zwischen benachbart zueinander gebildeten Randabschnitten der Gegenelektroden 1d, 2d zweier Leuchtelemente.
Neben den vorangehend beschriebenen Parametern können weitere Parameter für die Optimierung des organischen Leuchtbauelementes genutzt werden: Anzahl der in Reihe geschalteten Leuchtelemente M, Anzahl der Teilelektroden pro Elektrode N, Widerstand des organischen Leuchtbauelementes in Betrieb (pro Fläche) R, Schichtwiderstand S, Betriebshelligkeit H und Betriebsspannung U. Um die allgemeinen Prinzipien der Erfindung in Abhängigkeit vom konkreten Anwendungsfall anzupassen, können ein oder mehrere der vorangehend ausgeführten Parameter individuell angepasst werden.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele im Detail erläutert.
Auf einem Glassubstrat (nicht dargestellt) werden fünf in Reihe geschaltete Leuchtelemente aufgebracht. Sie bilden zusammen das organische Leuchtbauelement. Eine Grundelektrode aus ITO wird photolithographisch in streifenförmige Teilelektroden strukturiert. Die Teilelektroden sind jeweils mit einem Anschlusskontakt verbunden. Die Länge B der Teilelektroden ist 20 mm; ihre Breite D beträgt jeweils 1 mm. Der Schichtwiderstand des ITO beträgt 20 Ohm/Quadrat. Die Anzahl paralleler Teilelektroden beträgt N = 100; ihr Abstand C ist 20 μm. Auf die Leuchtelemente wird jeweils großflächig ein grünes Licht emittierender organischer Schichtbereich aufgedampft mit einer Stromeffizienz E von 60 cd/A. Hierzu wird ein als solcher bekannter organischer Schichtstapel mit dem grünes Licht emittierenden, phosphoreszenten Emittermaterial Ir(ppy)₃ verwendet (vgl. He et al., Appl. Phys. Lett., 85(2004)3911)). Eine Helligkeit H von 6000 cd/m² wird bei einer Spannung U von 4 V und einer Stromdichte von etwa 10 mA/cm² erreicht. Der Abstand A zwischen den metallischen Deckelektroden benachbarter Leuchtelemente beträgt 3 mm.
Entsteht nun in der Mitte einer der Teilelektroden aus ITO ein Kurzschluss, so wird der Strom durch das im Bereich dieser Teilelektrode gebildete OLED-Bauteil nur noch durch den Bahnwiderstand der ITO-Zuleitung zu dem Bauteil begrenzt. Der Zuleitungswiderstand beträgt in diesem konkreten Fall: S·(B/2D), also 200 Ohm. Der Faktor ½ rührt daher, dass der Kurzschluss in der Mitte der Teilelektrode liegt.
Die im der verbleibenden Teilelektroden gebildeten OLED-Bauteile sind alle noch funktionsfähig. Ihr Gesamtwiderstand beträgt, einschließlich des ITO Bahnwiderstandes, etwa 20 Ohm, wie sich leicht aus der Betriebsspannung, der Fläche und der Stromdichte berechnen lässt. Hier wird näherungsweise angenommen, dass die OLED-Bauteile auf der gesamten Leuchtfläche mit einer homogenen Helligkeit leuchten. Tatsächlich leuchten die Bereiche der OLED-Bauteile etwas dunkler, in denen aufgrund der Stromzuführung durch die Elektrode ein gewisser Spannungsabfall zum Tragen kommt.
Es ergibt sich, dass knapp 10% des Stroms über den Kurzschluss abfließen und über 90% über die verbleibenden OLED-Bauteile. Das bedeutet weiterhin, dass das Leuchtelement auch bei einem solchen Kurzschluss noch über 90% des Lichtes abgibt. Für das gesamte organische Leuchtbauelement, das aus fünf solchen Leuchtelementen besteht, ist trotz eines Kurzschlusses immer noch eine Lichtabstrahlung von etwa 98% zu beobachten. Dies gilt, wenn der Kurzschluss in der Mitte einer Teilelektrode auftritt. Entsteht er noch weiter weg vom Anschlusskontakt, wird der ITO-Bahnwiderstand noch größer und damit der Kurzschlussstrom noch einmal um einen Faktor von maximal zwei kleiner. Das heißt, in diesem Fall werden immer noch 99% des Lichtes vom Beleuchtungselement abgegeben.
Die ungünstigste Position für einen Kurzschluss liegt in dem zum Anschlusskontakt benachbarten Bereich der Teilelektroden. Dann wird lediglich eine Teilelektrodenlänge von 3 mm wirksam (entsprechend dem Abstand zweier aufeinander folgender Metallelektroden), also ein Zuleitungswiderstand von 60 Ohm. Dieses bedeutet, dass das Leuchtelement etwa mit 75% Helligkeit weiter leuchtet, das gesamte organische Leuchtbauelement sogar immer noch mit 95%. Es ergibt sich also, dass auch im ungünstigsten Fall eines Kurzschlusses das organische Leuchtbauelement noch sehr gut funktionstüchtig ist.
Je geringer das Verhältnis von A zu D ist, desto größer ist die Auswirkung eines Kurzschlusses nahe des benachbarten Anschlusskontaktes. Daher ist das Verhältnis A:D zweckmäßig größer als 1, bevorzugt größer als 3 und weiter bevorzugt größer 10. Bei einem Verhältnis A:D von 1 erscheint ein Leuchtbauelement mit beispielsweise 100 Teilelektroden im Falle eines Kurzschlusses nahe des Anschlusskontaktes durch Verwendung einer Streufolie dem Betrachter unter ausreichendem Abstand noch homogen leuchtend bei Betrachtung mit bloßem Auge, d. h. ohne spezielles Vergrößerungsmittel, zum Beispiel eine Lupe. Sofern das Verhältnis A:D in diesem Falle drei beträgt, wäre ein homogenes Erscheinungsbild auch ohne eine Streufolie erreichbar. Bei einem Verhältnis von 10 könnte mittels einer Streufolie bereits bei einer Streifenzahl von 10 noch eine homogene Helligkeit von einem Betrachter in ausreichendem Abstand wahrgenommen werden.
Befinden sich auf einem organischen Leuchtbauelement oder gar auf einem Leuchtelement gleich mehrere Kurzschlüsse, so bleibt das Bauelement immer noch funktionstüchtig, allerdings reduziert sich die Effizienz mit jedem hinzukommenden Kurzschluss weiter.
Eine Variante, das Leuchtbauelement auch bei Kurzschluss noch effizienter zu gestalten, besteht darin, die Teilelektroden noch dünner zu gestalten. Dann lässt sich das Verhältnis des Stromes durch den Kurzschluss und dem Strom durch den restlichen Bereich des Leuchtelementes noch weiter verbessern. Allerdings ist es nicht zweckmäßig, die streifenförmigen Teilelektroden dünner zu machen, als die typische laterale Ausdehnung eines Kurzschlusses. Teilelektroden dünner als 10 μm sind daher nicht sinnvoll.
Mit der Erfindung wird es insbesondere ermöglicht, die Produktionsausbeute deutlich zu erhöhen, da Leuchtbauelemente auch dann noch verwendet werden können, wenn sich vereinzelte Kurzschlüsse gebildet haben.
Um die optische Erscheinung weiter zu verbessern, kann es vorgesehen sein, Streuelemente in das Leuchtbauelement zu integrieren, wodurch zum einen die nicht leuchtenden Bereiche zwischen den Teilelektroden und zum anderen die durch Kurzschlüsse ausgefallenen Bereiche mittels Streulicht anderer, leuchtender Bereiche überdeckt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, nicht die substratseitige Grundelektrode sondern die Deckelektrode zu strukturieren, insbesondere in Streifen. Dies kann beispielsweise mittels Laserbehandlung einer flächigen Deckelektrode erfolgen, welche dann quasi in Streifen geschnitten wird. Hierbei können sogar die unter den zu entfernenden Bereichen der Deckelektrode befindliche Bereiche des organischen Schichtstapels beschädigt werden ohne das hierdurch die Funktionalität des Gesamtbauelementes beeinträchtigt wird, da die so behandelten Bereiche sowieso nicht leuchten.
Die vorgeschlagenen organischen Leuchtbauelemente, ob nun mit einem oder mehreren elektrisch in Reihe geschalteten Leuchtelementen, können auch in Displays eingesetzt werden, um Pixelelemente zu bilden, insbesondere für Displays mit sehr großen Pixelelementen mit einer Größe von mehreren Quadratzentimetern, zum Beispiel bei Stadionleinwänden oder dergleichen. Hier wird aufgrund der Leuchtelemente vermieden, dass im Falle eines Kurzschlusses gleich ein ganzer Pixel ausfällt. Stattdessen wird durch den Betrachter eine nur leicht verringerte Helligkeit eines Pixels, die nicht weiter ins Gewicht fällt, festgestellt.
Besonders gering fällt der Effizienzverlust des Leuchtbauelementes aus, wenn die im Bereich der Streifenelektroden gebildeten Bauelemente selber einen geringen ohmschen Widerstand bei der Betriebshelligkeit haben. Dies ist insbesondere bei OLED-Bauelementen mit elektrisch dotierten Bereichen in dem organischen Schichtstapel der Fall.
Besonders homogen ist die Lichtabstrahlung des Leuchtbauelementes, wenn die Luminanz-Spannungs-Kennlinie im Bereich der Betriebshelligkeit nicht zu steil ist. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn ein Spannungsunterschied von 0,4 V einen Helligkeitsunterschied von maximal 40%, bevorzugt von maximal 20% verursacht.
Eine vereinfachte Näherungsformel ergibt für den prozentualen Effizienzverlust V des vorgeschlagenen Leuchtbauelementes beim Auftreten eines Kurzschlusses an einer Position, die um eine Strecke K entfernt ist vom Anschlusskontakt des benachbarten Leuchtelementes, wobei A < K < B gelte: V = U·E/(M·N·B·H·S·K)
Hieraus ergeben sich eine Reihe weiterer Designregeln. Die einzige Größe, die nicht beeinflusst werden kann, ist offenbar K, die Position des Kurzschlusses. Ansonsten gilt, dass die Effizienzverluste im Fall eines Kurzschlusses dann besonders gering ausfallen, wenn

– die Betriebsspannung der auf den Teilelektroden gebildeten OLED-Bauelemente klein ist, zweckmäßig kleiner als 10 V, bevorzugt kleiner als 6 V und weiter bevorzugt kleiner als 4 V;
– die Anzahl der Leuchtelemente des organischen Leuchtbauelementes groß ist, zweckmäßig größer als 10, bevorzugt größer als 27 und weiter bevorzugt größer als 55;
– die Anzahl der streifenförmigen Teilelektroden groß ist, zweckmäßig größer als 10, bevorzugt größer als 30 und weiter bevorzugt größer als 100;
– die auf den Teilelektroden gebildeten OLED-Bauelemente ausreichend hell betrieben werden, zweckmäßig mit einer Helligkeit von wenigstens 500 cd/m², bevorzugt mit einer Helligkeit von wenigstens 1000 cd/m² und weiter bevorzugt mit einer Helligkeit von wenigstens 5000 cd/m².

Das Produkt aus S und B wird gesondert betrachtet. Je größer S ist, desto kürzer muss B sein, weil andernfalls die Ohmschen Verluste im Normalbetrieb über dem ITO zu groß werden und damit das Bauelement zu ineffizient wäre. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das Produkt S·B zwischen 10 und 1000 mm·Ohm/Quadrat liegt, bevorzugt zwischen 100 und 1000 mm·Ohm/Quadrat.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Organisches Leuchtbauelement, insbesondere organische Leuchtdiode, mit: – einem Leuchtelement (1; 2) und – einer von dem Leuchtelement (1; 2) umfassten Leuchtfläche (1f; 2f), die mittels einer Elektrode (1a; 2a), einer Gegenelektrode (1d; 2d) und einer organischen Schichtanordnung (1e; 2e) gebildet ist, die zwischen der Elektrode (1a; 2a) und der Gegen elektrode (1d; 2d) angeordnet und in elektrischem Kontakt mit der Elektrode (1a; 2a) und der Gegenelektrode (1d; 2d) ist, wobei im Bereich der Leuchtfläche (1f; 2f) angeordnete und beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektrode (1a; 2a) und die Gegenelektrode (1d; 2d) Licht abgebende Abschnitte der organischen Schichtanordnung (1e; 2e) einen einheitlichen organischen Materialaufbau aufweisen und auf mehreren elektrisch parallel geschalteten Teilelektroden (1b; 2b) der Elektrode (1a; 2a) gebildet sind, die auf einer Seite endseitig miteinander elektrisch verbunden sind und bei denen ein seitlicher Abstand zwischen benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) kleiner als die Breite der benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) ist.
Leuchtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand zwischen den benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) kleiner als die Hälfte der Breite der benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) ist.
Leuchtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand zwischen den benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) kleiner als ein Drittel der Breite der benachbarten Teilelektroden (1b; 2b) ist.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Teilelektroden (1b; 2b) als Streifenelektroden gebildet sind.
Leuchtbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenelektroden in geraden Linien verlaufend gebildet sind.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Schichtanordnung (1e; 2e) im Bereich der Leuchtfläche (1f; 2f) im wesentlichen durchgehend gebildet ist.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mehreren Teilelektroden (1b; 2b) der Elektrode (1a; 2a) wenigstens 10 beträgt, bevorzugt wenigstens 30 und weiter bevorzugt wenigstens 100.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine maximale Betriebsspannung für das Leuchtelement (1; 2) von weniger als 10 V, bevorzugt von weniger als 6 V und weiter bevorzugt von weniger als 4 V.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine maximale Betriebshelligkeit im Bereich der Leuchtfläche (1f; 2f) von wenigstens 500 cd/m², bevorzugt von wenigstens 1000 cd/m² und weiter bevorzugt von wenigstens 5000 cd/m².
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Teilelektroden (1b; 2b) jeweils mit einem Schichtwiderstand und der Breite gebildet sind, bei denen sich für das Produkt von Schichtwiderstand und Breite ein Wert zwischen 10 und 1000 mm·Ohm/Quadrat ergibt, bevorzugt zwischen 100 und 1000 mm·Ohm/Quadrat.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass flächig überlappend mit der Leuchtfläche (1f; 2f) ein Licht streuendes Element gebildet ist.
Leuchtbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht streuende Element ein Licht streuendes Substrat umfasst, auf welches die Elektrode (1a; 2a), die Gegenelektrode (1d; 2d) und die organischen Schichtanordnung (1e; 2e) gestapelt sind.
Leuchtbauelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht streuende Element eine Streufolie umfasst.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (1; 2) gemäß mindestens einer Bauart ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Bauarten ausgeführt ist: transparentes Leuchtelement, topemittierendes Leuchtelement, bottom-emittierendes und beidseitig emittierendes Leuchtelement.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtfläche (1f; 2f) eine Flächengröße von mehreren Quadratzentimetern aufweist.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Schichtanordnung (1e; 2e) eine oder mehrere dotierte Ladungsträgertransportschichten aufweist.
Leuchtbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (1) mit mindestens einem weiteren Leuchtelement (2) gleicher Bauweise elektrisch in Reihe geschalten ist.
Leuchtbauelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement mit wenigstens zehn weiteren Leuchtelementen gleicher Bauweise elektrisch in Reihe geschalten ist, bevorzugt mit wenigstens siebenundzwanzig weiteren Leuchtelementen und weiter bevorzugt mit wenigstens fünfundfünfzig weiteren Leuchtelementen.
Leuchtbauelement nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen benachbart zueinander gebildeten Randabschnitten der Gegenelektroden (1d, 2d) benachbarter Leuchtelemente (1, 2) größer als die jeweilige Breite der mehreren Teilelektroden (1b, 2b), bevorzugt größer als das Dreifache der jeweiligen Breite der mehreren Teilelektroden (1b, 2b) und weiter bevorzugt größer als das Zehnfache der jeweiligen Breite der mehreren Teilelektroden (1b, 2b) ist.
Verwendung eines organischen Leuchtbauelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche in einer Vorrichtung ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Vorrichtungen: Beleuchtungseinrichtung und Anzeigeeinrichtung.