-
Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung organischer Leuchtdioden
für die
Flächenbeleuchtung.
-
Aus
Leuchtdioden hergestellte Halbleiterbeleuchtungsvorrichtungen werden
für Anwendungen immer
wichtiger, die robust und langlebig sein sollen. Beispielsweise
kommen Halbleiter-LEDs
heute in zahlreichen Automobilanwendungen zum Einsatz. Diese Vorrichtungen
werden üblicherweise
durch Kombination mehrerer kleiner LED-Vorrichtungen gebildet, die
eine in ein einzelnes Modul gerichtete Punktlichtquelle zusammen
mit Glaslinsen bilden, die derart ausgelegt sind, dass sie das Licht
wie für
eine bestimmte Anwendung gewünscht
steuern (siehe beispielsweise WO99/57945, veröffentlicht am 11. November
1999, die eine Halbleiterlampe beschreibt, die eine oder mehrere
monolithische LED-Vorrichtungen umfasst, die eine Vielzahl von LED-Elementen 104 auf
einem starren Substrat 102 enthalten, gekapselt mit einer
Linse 106 und elektrisch mit einem Grundelement 210 verbunden).
Diese Vielzahl von Vorrichtungen ist teuer und aufwändig zu
fertigen und in Einflächenbeleuchtungsvorrichtungen
zu integrieren. Außerdem
liefern LED-Vorrichtungen Punktlichtquellen, von denen eine Vielzahl
für die
Flächenbeleuchtung
verwendet wird.
-
Organische
Leuchtdioden (OLEDs) werden durch Auftragen von organischen Halbleitermaterialien
zwischen Elektroden auf einem Substrat hergestellt. Dieser Prozess
ermöglicht
die Schaffung von Lichtquellen mit einer erweiterten Flächenausdehnung
auf einem einzelnen Substrat. In der Technik wird die Verwendung
von Elektrolumineszenzmaterialien als Nebenprodukt der konventionellen
Beleuchtung beschrieben (z.B. US-A-6,168,282 erteilt am 2. Januar
2001 an Chien). In diesem Fall ist dies wegen der begrenzten Lichtabgabe
des Elektrolumineszenzmaterials für eine Primärbeleuchtung nicht geeignet.
-
EP1120838A2 , veröffentlicht
am 1. August 2001, beschreibt ein Verfahren zur Anordnung mehrerer
organischer Leuchtvorrichtungen auf einem Trägersubstrat zur Bildung einer
Lichtquelle. Dieser Ansatz zur Anordnung mehrerer Lichtquellen auf
einem Substrat erhöht
die Komplexität
und somit die Fertigungskosten der Flächenbeleuchtungslichtquelle.
-
Es
wäre sinnvoll,
dass eine Lichtquelle mit der vorhandenen Beleuchtungsinfrastruktur
kompatibel ist, beispielsweise mit dem üblichen Schraubsockel (E26)
und dem Bajonettsockel (B22). Außerdem sollte jede Leuchtvorrichtung
vorzugsweise vom Verbraucher sicher und einfach zu minimalen Kosten ausgetauscht
werden können.
-
Es
besteht Bedarf nach einer verbesserten, auswechselbaren OLED-Beleuchtungsvorrichtung mit
einer einfachen Konstruktion, die ein einzelnes Substrat verwendet,
kompakt ist und mit der bestehenden Beleuchtungsinfrastruktur kompatibel
ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch Bereitstellen einer Beleuchtungsvorrichtung gelöst, die
folgendes umfasst: eine Halbleiter-Flächenbeleuchtungsquelle, ein Substrat,
eine auf dem Substrat angeordnete organische Leuchtdiodenschicht
(OLED), wobei die organische Leuchtdiodenschicht erste und zweite
Elektroden aufweist zum Übertragen
elektrischer Energie auf die OLED-Schicht; eine verkapselnde Abdeckung auf
der OLED-Schicht; und erste und zweite Leiter, die auf dem Substrat
angeordnet und mit den ersten und zweiten Elektroden elektrisch
verbunden sind und sich über
die verkapselnde Abdeckung hinaus erstrecken, um mittels einer externen
Energiequelle elektrischen Kontakt mit den ersten und zweiten Elektroden
herzustellen; und einen Beleuchtungssockel zum entnehmbaren Aufnehmen
und Haltern der Lichtquelle, wobei der Sockel erste elektrische
Kontakte aufweist zum Herstellen einer direkten physischen und elektrischen
Verbindung mit den ersten und zweiten Leitern der Lichtquelle, und
zweite elektrische Kontakte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung
mit einer externen Energiequelle.
-
Die
vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie eine preisgünstige,
langlebige, hocheffiziente Lichtquelle bereitstellt, die auswechselbar,
kompakt und mit der bestehenden Beleuchtungsinfrastruktur kompatibel
ist.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht eines Teils einer OLED-Flächenbeleuchtungslichtquelle
nach dem Stand der Technik;
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine
perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer langgestreckten Lichtquelle
und Kontakten an einem der beiden Enden;
-
4 eine
perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer winkelartigen Fassung und Leitern,
die an einer Kante der Lichtquelle angeordnet sind;
-
5 eine
perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer winkelartigen Fassung und Leitern,
die an gegenüberliegenden
Kanten der Lichtquelle angeordnet sind;
-
6 eine
perspektivische Ansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer Lichtquelle, die mit einem
flexiblen Substrat versehen ist, das in dem Sockel in einer gekrümmten Konfiguration
gehaltert wird;
-
7 eine
perspektivische Ansicht eines Sockels mit der Konfiguration eines
genormten Glühlampenschraubsockels
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
8 eine
perspektivische Ansicht eines Sockels mit der Konfiguration eines
genormten Glühlampenschraubsockels
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
9 eine
perspektivische Ansicht eines Sockels mit einem Helligkeitsregelungsschalter
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
10 eine
perspektivische Ansicht eines Sockels mit einem Ein-/Ausschalter
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
11 eine
perspektivische Ansicht eines Sockels mit einem Standardstecker
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
12 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Flächenbeleuchtungslichtquelle
mit einem Gehäuse;
und
-
13 eine
Schnittansicht einer Flächenbeleuchtungslichtquelle
nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht maßstäblich sind,
da die einzelnen Schichten zu dünn
sind, und da die Dickenunterschiede der verschiedenen Elemente zu
groß sind,
um eine maßstäbliche Darstellung
zu ermöglichen.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung einer OLED-Lichtquelle nach dem Stand
der Technik mit einer organischen Leuchtschicht 12, die
zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, also einer Kathode 14 und
einer Anode 16. Die organische Leuchtschicht 12 strahlt
Licht ab, wenn Spannung von einer Stromquelle 18 über den
Elektroden angelegt wird. Die OLED-Lichtquelle 10 umfasst typischerweise
ein Substrat 20, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff. Es
sei darauf hingewiesen, dass die relative Lage der Anode 16 und
der Kathode 14 in Bezug zum Substrat umgekehrt sein kann.
Der Begriff OLED-Lichtquelle bezieht sich auf die Kombination aus
der organischen Leuchtschicht 12, der Kathode 14,
der Anode 16 und anderer nachstehend beschriebener Schichten.
-
2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst
eine OLED-Lichtquelle 10 des in 1 gezeigten
Typs und einen Sockel zur entfernbaren Aufnahme und Halterung der
Lichtquelle 10.
-
Nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst die Lichtquelle 10 ein
Substrat 20, wobei das Substrat einen Körperabschnitt 20' und einen Zungenabschnitt 20'' bildet. Eine organische Leuchtschicht 12 ist
zwischen einer Kathode 14 und einer Anode 16 angeordnet.
Eine verkapselnde Abdeckung 22 ist über der Lichtquelle 10 auf
dem Körperabschnitt 20' des Substrats 20 angeordnet.
-
Die
Abdeckung 22 kann ein separates Element sein, wie eine
hermetisch abgedichtete Deckplatte, die über den Schichten 12, 14 und 16 befestigt ist,
oder sie kann über
den Schichten 12, 14 und 16 als zusätzliche
Schicht aufgetragen sein. Die organische Leuchtschicht 12 erstreckt
sich durchgehend über
dem Substrat, um eine durchgehende Leuchtfläche zu bilden. Erste und zweite
Leiter 24, 26, die auf dem Substrat 20 angeordnet
sind, sind mit den ersten und zweiten Elektroden 14 bzw. 16 elektrisch verbunden
und erstrecken sich auf dem Zungenabschnitt 20'' über die verkapselnde Abdeckung 22 hinaus,
um mittels einer (nicht gezeigten) externen Energiequelle elektrischen
Kontakt mit den ersten und zweiten Elektroden herzustellen.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung bildet der Zungenabschnitt 20'' ein Ausrichtungsmerkmal, wie etwa
die Stufe 28, um zu gewährleisten,
dass die Beleuchtungsquelle in den Sockel in der richtigen Ausrichtung
eingesetzt wird. Um Licht von der OLED-Lichtquelle 10 abstrahlen
zu können,
sind das Substrat 20, die Elektroden 14 und 16 sowie
die Abdeckung 22 transparent. In Anwendungen, bei denen
es nicht erforderlich ist, Licht von beiden Seiten des Substrats abzustrahlen,
können
entweder das Substrat, die Abdeckung, die Anode oder die Kathode
oder mehrere dieser Komponenten opak oder reflektierend sein. Die
Abdeckung und/oder das Substrat können zudem Lichtdiffusoren
sein.
-
Der
Sockel 34 bildet eine Öffnung 36 zur
Aufnahme des Zungenabschnitts 20'' und
umfasst erste elektrische Kontakte 40, die sich in der Öffnung 36 befinden,
um eine elektrische Verbindung mit den ersten und zweiten Leitern 24 bzw. 26 der
Lichtquellen herzustellen. Der Sockel 34 umfasst zudem
zweite elektrische Kontakte 38, die elektrisch mit den
ersten elektrischen Kontakten 40 verbunden sind, um eine
elektrische Verbindung zu einer (nicht gezeigten) externen Stromquelle
herzustellen.
-
In
der Öffnung 36 können doppelte
erste elektrische Kontakte 40' vorgesehen werden, so dass der
Zungenabschnitt 20'' (für den Fall,
dass er über
kein Ausrichtungsmerkmal 28 verfügt) in beliebiger Ausrichtung
in die Öffnungen 36 eingesetzt
werden kann und dennoch einen einwandfreien Kontakt zur externen
Stromquelle herstellt. Die Lichtquelle 10 wird physisch
in den Sockel 34 eingesetzt oder aus diesem herausgenommen,
indem der Zungenabschnitt des Substrats in den Sockel 34 gedrückt oder aus
diesem herausgezogen wird. Die Lichtquelle und der Sockel 34 sind
vorzugsweise mit einer (nicht gezeigten) Arretierung versehen, um
die Lichtquelle 10 in dem Sockel 34 zu halten.
-
3 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, worin das Substrat 20 mit einem
langen, dünnen
Körperabschnitt 20' mit zwei Zungen 20''a und 20''b versehen
ist, die auf gegenüberliegenden
Enden des Körperabschnitts 20' angeordnet
sind. Ein Sockel 34 umfasst zwei Öffnungen 36' und 36'' zur Aufnahme und zum Haltern der Zungen.
Wie in 3 gezeigt, befindet sich einer der Leiter 24 und 26 auf
jeder Zunge.
-
4 zeigt
ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
der Beleuchtungsvorrichtung, wobei das Substrat 20 keinen
Zungenabschnitt umfasst, und wobei die ersten und zweiten Leiter
an der Kante des Substrats 20 angeordnet sind. Die Lichtquelle 10 umfasst
ein Substrat 20 mit ersten und zweiten Leitern 24 und 26,
die an der Kante des Substrats 20 angeordnet sind, welches
an seinen Kanten in einem C-förmigen
Sockel 34 so gehaltert wird, dass die elektrischen Kontakte 40 eine
elektrische Verbindung mit den ersten und zweiten Leitern 24 und 26 herstellen. 5 zeigt
eine alternative Anordnung, worin die ersten und zweiten Leiter 24 und 26 an
gegenüberliegenden
Kanten des Substrats 20 angeordnet sind, und worin der
C-förmige
Sockel 34 mit Kontakten 40 versehen ist, die sich
in gegenüberliegenden
Armen des Sockels 34 befinden. Die Lichtquelle 10 strahlt Licht
ggf. von nur einer Seite ab (z.B. von der Seite, die dem Sockel
abgewandt ist), wobei sich die ersten und zweiten Leiter auf der
gegenüberliegenden
Seite befinden.
-
Um
die Kosten für
Herstellung, Montage und Konstruktion zu minimieren und die Robustheit
der Lichtquelle 10 zu maximieren, werden die Materialien erfindungsgemäß auf einem
einzelnen, einstückigen Substrat 20 aufgebracht
(anstatt diese auf separaten, fliesenförmigen Anzeigeelementen auf
einem zweiten Substrat aufzubringen, wie nach dem Stand der Technik
beschrieben).
-
Das
Substrat 20 kann entweder starr oder flexibel sein. Starre
Substrate, wie Glas, bieten eine höhere bauliche Festigkeit und
sind im Allgemeinen plan und können
neben rechtwinkligen Formen eine Vielzahl von Formen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung ist zudem mit einem flexiblen Substrat
verwendbar, wie beispielsweise Kunststoff, das in eine Vielzahl
von Formen gebogen werden kann. Für den Fall, dass das Substrat
flexibel ist, kann der Sockel 34 einen Träger zur
Halterung des Substrats in einer gewünschten Konfiguration beinhalten;
wie beispielsweise in 6 gezeigt, ist ein flexibles
Substrat 20 zylinderförmig
gebogen und wird von dem Sockel 34 gehaltert. Über eine Öffnung 36 im
Sockel 34 wird elektrischer Strom an den Sockel angelegt
und zu einer Zunge 20'' in dem Substrat
geleitet. Alternativ hierzu kann der elektrische Kontakt zur Lichtquelle 10 über eine
Kante des in 4 und 5 gezeigten flexiblen
Substrats hergestellt werden. Der Sockel 34 kann mit Halterungsmerkmalen,
wie beispielsweise Kanälen 37 versehen
sein, die die Kanten der Lichtquelle 10 aufnehmen. Die
elektrischen Kontakte der Lichtquelle können in den Kanälen vorhanden
sein.
-
Wie
in 2 gezeigt, kann die Beleuchtungsvorrichtung einen
Stromwandler 42 umfassen, der den elektrischen Strom von
der externen Stromquelle in eine zur Speisung der OLED-Lichtquelle 10 geeignete
Form umwandelt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die externe
Stromquelle eine Standardstromquelle, beispielsweise der übliche Haus-
und Bürostrom
mit Spannungen von 110 V in den USA und von 220 V in Großbritannien.
Weitere Standards sind 24 V Gleichspannung, 12 V Gleichspannung
oder auch 6 V Gleichspannung, beispielsweise für den Einsatz in Fahrzeugen.
-
Die
OLED-Lichtquelle 10 benötigt
ggf. eine gleichgerichtete Spannung mit einer bestimmten Wellenform
und Größe; der
Wandler 42 kann diese Wellenform mittels konventioneller
Stromreglerschaltungen bereitstellen. Diese Wellenform kann die
organischen Leuchtmaterialien periodisch umgekehrt vorspannen, um
die Lebensdauer der OLED-Materialien in der Lichtquelle 10 zu
verlängern.
Der Wandler 42 befindet sich vorzugsweise in dem Sockel 34.
-
Der
Sockel 34 kann zudem einen Schalter 46 zur Regelung
der Stromversorgung der Lichtquelle 10 umfassen.
-
Die
Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung kann geregelt werden, indem
der an die OLED-Lichtquelle
10 angelegte
Strom variiert wird. Von dem Wandler
42 können insbesondere
die in der Technik bekannten Pulsbreitenmodulationsverfahren (siehe beispielsweise
EP1094436A2 , veröffentlicht
am 25. April 2001) verwendet und implementiert werden. Alternativ
hierzu kann die Menge der an die Leuchtfläche bereitgestellten Energie
reduziert werden, indem beispielsweise die Spannung reduziert oder
indem der an die OLED-Lichtquelle
10 angelegte Strom begrenzt
wird. Die Helligkeitsregelung kann durch ein Stellglied vorgenommen
werden, beispielsweise einen drehbaren Schalter mit veränderlichem
Widerstand, der in den Sockel integriert ist, wie beispielsweise
als ein Ring
48 in
9 oder als
ein Schieber
49 in
10 gezeigt.
-
Die
OLED-Lichtquelle 10 kann als ein Standardelement bereitgestellt
werden, und die Sockel 34 können an Märkte mit unterschiedlichen
Stromsystemen angepasst werden. Die OLED-Lichtquellen 10 können mit
unterschiedlichen Formen oder anderen Attributen versehen werden,
die in bestimmten Anwendungen verwendbar sind, oder sie können mit
einem gemeinsamen Sockel versehen werden, wodurch sich die Kosten
verringern und wodurch sich der Nutzen der Beleuchtungsvorrichtung
erhöht.
-
Der
Sockel 34 kann Teil einer Beleuchtungsvorrichtung sein.
Alternativ hierzu kann der Sockel 34 so angepasst werden,
dass er von einem elektrischen Kontakt aufgenommen und mit einem
Standardlichtsockel einen elektrischen Kontakt bildet, wie beispielsweise
einem in 7 gezeigten herkömmlichen
US-Standardschraubsockel oder einem in 8 gezeigten
Bajonettsockel. In der Technik ist eine Vielzahl von genormten Lampenfassungen
bekannt und mit dem erfindungsgemäßen Sockel verwendbar. Der
Sockel 34 kann zudem Stifte 51 eines herkömmlichen
Steckers umfassen und so ausgelegt sein, dass er sich direkt in
eine Wandsteckdose oder in eine Steckdose einer Verlängerungsschnur
stecken lässt,
wie in 11 gezeigt.
-
Die
Abdeckung, das Substrat oder eine der Elektroden können reflektierend
sein oder mit einer reflektierenden Oberfläche versehen sein, so dass von
der OLED-Schicht reflektiertes Licht von nur einer Seite der Lichtquelle 10 abgestrahlt
wird.
-
Wie
in 12 gezeigt, kann ein transparenter oder durchscheinender
Schirm oder ein Gehäuse 50 um
die OLED-Lichtquelle 10 bereitgestellt werden, um das Licht
zu streuen und der Lichtquelle einen zusätzlichen physischen Schutz
und/oder einen ästhetischen
Reiz zu verleihen. Das Gehäuse 50 kann
eine Vielzahl von Formen aufweisen, beispielsweise die Form einer
genormten Glühlampe,
wie in 12 gezeigt, oder eines Zylinders
oder eines (nicht gezeigten) rechtwinkligen Kastens.
-
Die
vorliegende Erfindung kann in einer großen Vielzahl herkömmlicher
Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise in Tischleuchten,
Stehleuchten, Kronleuchtern, Einbauleuchten oder Deckenleuchten.
Die vorliegende Erfindung kann zudem in tragbaren Beleuchtungsvorrichtungen
unter Einsatz von Gleichstromquellen verwendet werden.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst
die OLED-Schicht organische Leuchtdioden (OLEDs), die aus OLEDs
mit kleinen Molekülen
zusammengesetzt sind, wie beispielsweise, aber nicht abschließend, in
US-A-4,769,292 beschrieben, erteilt am 6. September 1988 an Tang
et al., sowie in US-A-5,061,569, erteilt am 29. Oktober 1991 an VanSlyke
et al.
-
Es
gibt zahlreiche Konfigurationen von OLED-Elementen, in denen die
vorliegende Erfindung erfolgreich praktisch verwertbar ist. Eine
typische, nicht als einschränkend
zu verstehende Struktur wird in 13 gezeigt
und umfasst eine Anodenschicht 103, eine Lochinjektionsschicht 105,
eine Lochtransportschicht 107, eine Leuchtschicht 109, eine
Elektronentransportschicht 111 und eine Kathodenschicht 113.
Diese Schritte werden nachfolgend detaillierter beschrieben. Die
gesamte kombinierte Dicke der organischen Schichten ist vorzugsweise kleiner
als 500 nm. Zur Ansteuerung des OLED-Elements ist eine Spannungs-/Stromquelle 250 und
zur Herstellung des elektrischen Kontakts mit der Anode und der
Kathode ist eine leitende Verdrahtung 260 erforderlich.
-
Das
Substrat 20 ist vorzugsweise lichtdurchlässig, kann
aber auch opak oder reflektierend sein. In diesem Fall sind beispielsweise,
aber nicht abschließend,
Glas, Kunststoff, Halbleitermaterialien, Keramik und Leiterplattenmaterialien
verwendbar.
-
Die
Anodenschicht 103 ist gegenüber dem von der OLED-Schicht
oder von den OLED-Schichten
abgestrahlten Licht vorzugsweise transparent oder im Wesentlichen
transparent. In der vorliegenden Erfindung verwendete, übliche transparente
Anodenmaterialien sind Indium-Zinnoxid
(ITO) und Indium-Zinkoxid (IZO) und Zinnoxid, aber es sind auch andere
Metalloxide verwendbar, beispielsweise, aber nicht abschließend, aluminium-
oder indiumdotiertes Zinkoxid, Magnesium-Indiumoxid und Nickel-Wolframoxid.
Neben diesen Oxiden können
Metallnitride, wie Galliumnitrid und Metallselenide, wie Zinkselenid,
und Metallsulfide, wie Zinksulfid, in der Schicht 103 verwendet
werden. Wenn die Anode nicht transparent ist, sind die Durchlässigkeitseigenschaften der
Schicht 103 unwesentlich, so dass jedes leitende Material
verwendbar ist, ob transparent, opak oder reflektierend. Leiter
für diese
Anwendung sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Gold,
Iridium, Molybdän,
Palladium und Platin. Typische Anodenmaterialien, ob lichtdurchlässig oder
nicht, haben eine Austrittsfunktion von 4,1 eV oder höher. Die
gewünschten
Anodenmaterialien werden üblicherweise mithilfe
geeigneter Mittel, wie beispielsweise durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung, chemisches Aufdampfen
oder elektrochemische Mittel aufgebracht. Anoden können mithilfe
bekannter fotolithografischer Verfahren strukturiert werden.
-
Es
ist häufig
sinnvoll, eine Lochinjektionsschicht
105 zwischen der Anode
103 und
der Lochtransportschicht
107 vorzusehen. Das Lochinjektionsmaterial
kann dazu dienen, die Filmbildungseigenschaft nachfolgender organischer
Schichten zu verbessern und die Injektion von Löchern in der Lochtransportschicht
zu ermöglichen.
Geeignete Materialien zur Verwendung in der Lochinjektionsschicht sind
beispielsweise, aber nicht abschließend, Porphyrinverbindungen,
wie in US-A-4,720,432 beschrieben, sowie mittels Plasmaabscheidung
aufgebrachte Fluorkohlenstoffpolymere, wie in US-A-6,208,075 beschrieben.
Alternative Lochinjektionsmaterialien, die in Elektrolumineszenzvorrichtungen
verwendbar sind, werden in
EP
0 891 121 A1 und
EP
1 029 909 A1 beschrieben.
-
Die
Lochtransportschicht 107 enthält mindestens eine lochtransportierende
Verbindung, z.B. ein aromatisches, tertiäres Amin, wobei das letztere als
eine Verbindung zu verstehen ist, die mindestens ein dreiwertiges
Stickstoffatom enthält,
das nur an Kohlenstoffatome gebunden ist, von denen mindestens eines
ein Mitglied eines aromatischen Rings ist. In einer Form kann das
aromatische, tertiäre
Amin ein Arylamin sein, wie ein Monoarylamin, Diarylamin, Triarylamin
oder ein polymeres Arylamin. Beispiele monomerer Triarylamine werden
von Klupfel et al in US-A-3,180,730 gezeigt. Andere geeignete Triarylamine,
die durch ein oder mehrere Vinylradikale substituiert werden und/oder
mindestens eine aktive wasserstoffhaltige Gruppe enthalten, werden
von Brantley et al in US-A-3,567,450 und US-A-3,658,520 beschrieben.
Eine bevorzugte Klasse aromatischer tertiärer Amine enthält mindestens zwei
aromatische tertiäre
Aminreste, wie in US-A-4,720,432 und US-A-5,061,569 beschrieben. Geeignet
sind beispielsweise, aber nicht abschließend folgende aromatische tertiäre Amine:
1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminophenyl)cyclohexan
1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminophenyl)-4-Phenylcyclohexan
4,4'-Bis(diphenylamino)quadriphenyl
Bis(4-Dimethylamino-2-Methylphenyl)-Phenylmethan
N,N,N-Tri(p-Tolyl)amin
4-(Di-p-Tolylamin)-4'-[4(Di-p-Tolylamin)-styryl]stilben
N,N,N',N'-Tetra-p-Tolyl-4-4'-Diaminobiphenyl
N,N,N',N'-Tetraphenyl-4,4'-Diaminobiphenyl
N,N,N',N'-Tetra-1-Naphthyl-4,4'-Diaminobiphenyl
N,N,N',N'-Tetra-2-Naphthyl-4,4'-Diaminobiphenyl
N-Phenylcarbazol
4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)amino]biphenyl
4,4''-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]p-Terphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Naphthyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(3-Acenaphthenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
1,5-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]naphthalen
4,4'-Bis[N-(9-Anthryl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4''-Bis[N-(1-Anthryl)-N-Phenylamino]-p-Terphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Phenanthryl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(8-Fluoranthenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Pyrenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Naphthacenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(2-Perylenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
4,4'-Bis[N-(1-Coronenyl)-N-Phenylamino]biphenyl
2,6-Bis(di-p-Tolylamino)naphthalen
2,6-Bis[di-(1-Naphthyl)amino]naphthalen
2,6-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)amino]naphthalen
N,N,N',N'-Tetra(2-Naphthyl)-4,4''-Diamino-p-Terphenyl
4,4'-Bis{N-Phenyl-N-[4-(1-Naphthyl)-Phenyl]amino}biphenyl
4,4'-Bis[N-Phenyl-N-(2-Pyrenyl)amino]biphenyl
2,6-Bis[N,N-Di(2-Naphthyl)amin]fluoren
1,5-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamino]naphthalen
-
Eine
weitere Klasse verwendbarer Lochtransportmaterialien umfasst polyzyklische,
aromatische Verbindungen, wie in
EP
1 009 041 beschrieben. Außerdem sind polymere Lochtransportmaterialien
verwendbar, wie Poly(N-Vinylcarbazol) (PVK), Polythiophene, Polypyrrol,
Polyanilin und Copolymere, wie Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(4-Styrolsulfonat),
auch als PEDOT/PSS bezeichnet.
-
Wie
ausführlicher
in US-A-4,769,292 und US-A-5,935,721 beschrieben, umfasst die Leuchtschicht
(LEL) 109 des organischen Elektrolumineszenzelements ein
lumineszierendes oder fluoreszierendes Material, in dem Elektrolumineszenz
als Ergebnis der Rekombination von Elektronen-/Lochpaaren in diesem
Bereich entsteht. Die Leuchtschicht kann sich aus einem einzelnen
Material zusammensetzen, besteht üblicherweise aber aus einem
Wirtsmaterial, das mit einer oder mehreren Gastverbindungen dotiert
ist, wobei Lichtemissionen primär
von der Dotierung stammen und eine beliebige Farbe aufweisen können. Die
Wirtsmaterialien in der Leuchtschicht können ein Elektronentransportmaterial
sein, wie nachfolgend definiert, ein Lochtransportmaterial, wie
zuvor definiert, oder ein anderes Material oder eine Kombination
von Materialien, die die Loch-/Elektronen-Rekombination unterstützen. Die
Dotierung ist üblicherweise
aus stark fluoreszierenden Farbstoffen gewählt, aber es sind auch phosphoreszierende
Verbindungen verwendbar, z.B. Übergangsmetallkomplexe,
wie in WO 98/55561, WO 00/18851, WO 00/57676 und WO 00/70655 beschrieben.
Die Dotierungen werden typischerweise mit 0,01 bis 10 Gew.-% in
dem Wirtsmaterial aufgetragen. Iridiumkomplexe aus Phenylpyridin
und dessen Derivaten sind besonders geeignete Lumineszenzdotierungen.
-
Polymermaterialien,
wie Polyfluorene und Polyvinylarylene (z.B. Poly(p-Phenylenvinylen), PPV)
sind ebenfalls als Wirtsmaterial verwendbar. In diesem Fall können kleine
Moleküldotierungen
molekular in dem polymeren Wirtsmaterial dispergiert sein, oder
die Dotierung kann dem Wirtspolymer durch Copolymerisation einer
kleineren Komponente zugesetzt werden.
-
Eine
wichtige Beziehung zur Wahl eines Farbstoffs als Dotierungsmittel
ist ein Vergleich des Energielückenpotenzials,
das als die Energiedifferenz zwischen der höchst besetzten Molekülorbitale und
der niedrigst besetzten Molekülorbitale
des Moleküls
definiert ist. Damit ein effizienter Energietransfer von dem Wirt
zum Dotierungsmolekül
erfolgen kann, ist es notwendig, dass die Energielücke der Dotierung
kleiner als die des Wirtsmaterials ist.
-
Geeignete
Wirts- und Leuchtmoleküle
sind beispielsweise, aber nicht abschließend, die in den Anmeldungen
US-A-4,769,292, US-A-5,141,671, US-A-5,150,006, US-A-5,151,629,
US-A-5,405,709, US-A-5,484,922,
US-A-5,593,788, US-A-5,645,948, US-A-5,683,823, US-A-5,755,999, US-A-5,928,802, US-A-5,935,720,
US-A-5,935,721 und US-A-6,020,078 beschriebenen.
-
Metallkomplexe
aus 8-Hydroxychinolin und ähnliche
Oxinderivate bilden eine Klasse der verwendbaren Hostverbindungen,
die Elektrolumineszenzanwendungen ermöglichen und dafür besonders
geeignet sind. Verwendbare Oxinoid-Chelatverbindungen sind beispielsweise
folgende:
CO-1: Aluminiumtrisoxin[alias Tris(8-chinolinolat)aluminium(III)]
CO-2:
Magnesiumbisoxin[alias Bis(8-chinolinolat)magnesium(II)]
CO-3:
Bis[benzo{f}-8-chinolinolat]zink(II)
CO-4: Bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)-μ-Oxo-bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)
CO-5:
Indiumtrisoxin[alias Tris(8-Chinolinolato)indium]
CO-6: Aluminumtris(5-Methyloxin)[alias
Tris(5-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)]
CO-7: Lithiumoxin[alias(8-Chinolinolat)lithium(I)]
CO-8:
Galliumoxin[alias Tris(8-Chinolinolat)gallium(III)]
CO-9: Zirconiumoxin[alias
Tetra(8-Chinolinolat)zirconium(IV)]
-
Andere
verwendbare Wirtsmaterialien sind beispielsweise, aber nicht abschließend: Derivate von
Anthracen, z.B. 9,10-Di-(2-Naphthyl)anthracen und Derivate davon,
Distyrylarylenderivate, wie in US-A-5,121,029 beschrieben, und Benzazolderivative,
z.B. 2,2',2''-(1,3,5-Phenylen)tris[1-Phenyl-1H-Benzimidazol].
-
Geeignete
fluoreszierende Dotierungen sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Derivate von
Anthracen, Tetracen, Xanthen, Perylen, Rubren, Coumarin, Rhodamin,
Chinacridon, Dicyanmethylenpyranverbindungen, Thiopyranverbindungen,
Polymethinverbindungen, Pyrilium- und Thiapyriliumverbindungen,
Fluorenderivate, Periflanthenderivate und Carbostyrylverbindungen.
-
Bevorzugte
Dünnfilmmaterialien
zur Verwendung in der Herstellung der Elektronentransportschicht 111 der
erfindungsgemäßen organischen EL-Elemente
sind Metallchelat-Oxinverbindungen, einschließlich der Chelate von Oxin
selbst (auch als 8-Chinolinol oder 8-Hydroxychinolin bezeichnet). Derartige
Verbindungen tragen zur Injektion und zum Transport von Elektronen
bei, weisen eine hohe Leistungsfähigkeit
auf und lassen sich leicht in Form von Dünnfilmen herstellen. Beispielhafte
Oxinoidverbindungen wurden vorstehend aufgeführt.
-
Andere
Elektronentransportmaterialien umfassen verschiedene Butadienderivate,
wie in US-A-4,356,429
beschrieben, sowie verschiedene heterozyklische optische Aufheller,
wie in US-A-4,539,507
beschrieben. Benzazole und Triazine sind ebenfalls geeignete Elektronentransportmaterialien.
-
In
einigen Fällen
können
die Schichten 111 und 109 wahlweise zu einer einzelnen
Schicht zusammengeführt
werden, die gleichzeitig für
Lichtemission und Elektronentransport dient. Diese Schichten können in
kleinmolekularen OLED-Systemen sowie in polymeren OLED-Systemen zusammengeführt werden.
Beispielsweise ist es in polymeren Systemen üblich, eine Lochtransportschicht
einzusetzen, beispielsweise PEDOT-PSS mit einer polymeren Lichtemissionsschicht,
wie PPV. In diesem System dient PPV als Funktion zur Unterstützung von
Lichtemission und Elektronentransport.
-
Vorzugsweise
ist die Kathode 113 transparent und kann nahezu jedes leitende,
transparente Material umfassen. Alternativ hierzu kann die Kathode 113 opak
oder reflektierend sein.
-
Geeignete
Kathodenmaterialien haben gute filmbildende Eigenschaften, um einen
guten Kontakt mit der zugrundeliegenden organischen Schicht herzustellen,
ermöglichen
die Elektroneninjektion bei niedriger Spannung und weisen eine gute
Stabilität auf.
Geeignete Kathodenmaterialien enthalten oft ein Metall oder eine
Metalllegierung mit niedriger Austrittsarbeit (< 4,0 eV). Ein bevorzugtes Kathodenmaterial
besteht aus einer Mg:Ag Legierung, wobei der Prozentsatz des Silbers
im Bereich von 1 bis 20% liegt, wie in US-A-4,885,221 beschrieben.
Eine weitere geeignete Klasse an Kathodenmaterialien sind Doppelschichten,
die eine dünne
Elektroneninjektionsschicht (EIL) und eine dickere Schicht aus leitendem
Metall umfassen. Die EIL befindet sich zwischen der Kathode und
der organischen Schicht (z.B. ETL). Hier umfasst die EIL vorzugsweise
ein Metall oder ein Metallsalz mit niedriger Austrittsarbeit und
wenn dies so ist, braucht die dickere Leitschicht keine niedrige Austrittsarbeit
aufzuweisen. Eine derartige Kathode umfasst eine dünne Schicht
aus LiF, gefolgt von einer dickeren Schicht aus Al, wie in US-A-5,677,572
beschrieben. Weitere geeignete Kathodenmaterialien umfassen beispielsweise,
aber nicht abschließend, solche,
die in US-A-5,059,861, 5,059,862 und 6,140,763 beschrieben werden.
-
Wenn
die Kathodenschicht 113 transparent oder nahezu transparent
ist, müssen
die Metalle dünne
oder transparente leitende Oxide sein oder eine Kombination aus
diesen Materialen aufweisen.
-
Optisch
transparente Kathoden werden detaillierter in US-A-4,885,211; US-A-5,247,190,
JP 3,234,963 ; US-A-5,703,436;
US-A-5,608,287; US-A-5,837,391; US-A-5,677,572; US-A-5,776,622; US-A-5,776,623;
US-A-5,714,838; US-A-5,969,474; US-A-5,739,545; US-A-5,981,306; US-A-6,137,223; US-A-6,140,763;
US-A-6,172,459,
EP 1 076 368 sowie
in US-A-6,278,236
beschrieben. Kathodenmaterialien werden in der Regel durch Aufdampfen,
Kathodenzerstäubung
oder chemisches Aufdampfen aufgebracht. Bei Bedarf kann die Strukturierung
mittels zahlreicher bekannter Verfahren erfolgen, beispielsweise,
aber nicht abschließend,
durch Maskenabscheidung, durch integrierte Schattenmaskierung, wie
in US-A-5,276,380
und
EP 0 732 868 beschrieben,
durch Laserablation und durch selektives chemisches Aufdampfen.
-
Die
zuvor genannten organischen Materialien werden durch ein Dampfphasenverfahren,
wie Sublimation, aufgebracht, können
aber auch aus einer Flüssigkeit,
beispielsweise einem Lösungsmittel mit
einem optionalen Bindemittel zur Verbesserung der Filmbildung aufgebracht
werden. Wenn es sich bei dem Material um ein Polymer handelt, ist
die Aufbringung aus einem Lösungsmittel
sinnvoll, aber es sind auch andere Verfahren verwendbar, wie Kathodenzerstäubung oder
thermische Übertragung
aus einem Geberbogen. Das Material kann durch Sublimation aus einem
Sublimatorschiffchen aufgedampft werden, das oft ein Tantalmaterial
umfasst, wie z.B. in US-A-6,237,529 beschrieben, oder es kann zunächst auf
eine Geberfolie aufgetragen und in Substratnähe sublimiert werden. Schichten,
die eine Materialmischung enthalten, können separate Sublimatorschiffchen
verwenden, oder die Materialien können vorgemischt und aus einem
einzelnen Schiffchen oder einer Geberfolie aufgetragen werden. Die
Abscheidung lässt
sich auch mittels thermischer Farbstoffübertragung von einer Geberfolie
erreichen (siehe US-A-5,851,709 und 6,066,357) sowie durch Tintenstrahlverfahren
(siehe US-A-6,066,357).
-
Die
erfindungsgemäßen OLED-Vorrichtungen
verwenden verschiedene bekannte optische Effekte, um deren Eigenschaften
bei Bedarf zu verbessern. Dies umfasst die Optimierung der Schichtendicke
zur Erzielung einer maximalen Lichtdurchlässigkeit, die Bereitstellung
dielektrischer Spiegelstrukturen, das Ersetzen reflektierender Elektroden
mit lichtabsorbierenden Elektroden oder die Bereitstellung farbiger
Neutraldichte- oder Farbumkehrfilter über der Vorrichtung. Filter
können
insbesondere über
der Abdeckung des Substrats oder als Teil der Abdeckung oder des
Substrats vorgesehen werden.