DE102004031071B4

DE102004031071B4 - Verfahren zur Behandlung einer organischen Leuchtdiode (OLED) zur Verlängerung der Lebensdauer

Info

Publication number: DE102004031071B4
Application number: DE102004031071A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr. Uhlig; Kerstin Dr. Nolte; Thomas Schrader
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: CN1713410B; CN1713410A; KR100684951B1; KR20050121634A; DE102004031071A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung einer organischen Leuchtdiode (OLED) zur Verlängerung der Lebensdauer, wobei die OLED organisches Material mit einem Absorptionsspektrum aufweist und durch Absorption elektromagnetischer Strahlung des Absorptionsspektrums zu einer Photolumineszenzemission anregbar ist,
wobei die OLED elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird und das Spektrum der Strahlung zumindest teilweise dem Absorptionsspektrum des organischen Materials der OLED entspricht und die Bestrahlung vor der ersten Inbetriebnahme der OLED vorgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die OLED zwischen 3 Stunden und 6 Stunden elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird und die durch Strahlung eingebrachte Energiedichte mehr als 500 Ws/cm² beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer organischen Leuchtdiode (OLED) zur Verlängerung der Lebensdauer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Organische lichtemittierende Dioden (OLED) finden zunehmend kommerzielle Anwendung in Anzeigeelementen. Die Art dieser Anzeigeelemente reicht von einfachen, einfarbigen sieben Segment Anzeigen bis zu vollfarbigen aktiv Matrix (AM) Displays. Mit steigender Komplexität der Anzeigeelemente steigt auch die Anforderung an die OLED, z.B. bezüglich ihrer Lebensdauer.
OLED basierende Anzeigeelemente sind seit den späten 80ziger Jahren des letzten Jahrhunderts bekannt. Man unterscheidet zwischen polymeren OLED (pLED) und niedermolekularen OLED (SM-OLED). Sehr häufig tritt bei OLEDs ein sogenannter anfänglicher schneller Abfall der Helligkeit auf, wenn diese Anzeigenelemente das erste Mal in Betrieb genommen werden. Dieser Abfall führt unerwünschterweise zu einem starken Abfall der Lebensdauer der OLED. Um OLED Anzeigeelemente zu stabilisieren, wird häufig ein so genannter Einbrennvorgang vorgenommen, bei dem die OLEDs zunächst etwa 24 Stunden bei einer definierten Helligkeit betrieben werden, bevor eine Lebensdauermessung startet. Die Ursache dieses anfänglichen schnellen Abfalls ist zur Zeit noch nicht geklärt.
US 2004/0031977 A1 und WO 2003/088371 A2 (UDC) beschreiben die Verwendung von UV Licht zur Entwicklung des für die Verkapselung benutzten UV-härtenden Klebers. EP 1 351 323 A2 (Kodak) beschreibt die Verwendung von UV härtenden Kleber zur Fixierung eines Trockenmittels. WO 2003/083960 A1 (CDT) beschreibt die Nutzung eines auf Polyimid basierenden Photolackes zur Strukturierung von Substratoberflächen für die Tintenstrahldrucktechnik. UV Belichtung wird hier zur Strukturierung des Photolackes benötigt. Aus WO 01/93332 A2 (Microemissive Display) ist es bekannt, einen mittels UV-Licht strukturierbaren Photolack zur Festlegung aktiver ITO Flächen sowie zur Abgrenzung benachbarter Pixel zu verwenden. Aus US 2003/0222577 A1 (Ritdisplay Corporation) ist es bekannt, einen UV-Emitter als OLED Material zur Erzeugung eines OLED Anzeigenelementes mit sogenannter „Colour down conversion" zu verwenden.
JP 2001-326076 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer OLED, bei dem nach dem Aufbringen der zweiten Kathode eine UV-Ozonisations-Behandlung vorgenommen wird, um einen möglichen Kurzschluss durch Staubkörner oder dergleichen zu unterbinden. Dazu wird eine UV-Lichtquelle verwendet. Ziel der UV-Ozonisations-Behandlung ist, eine Oxidation der zweiten Elektrode im Bereich von Staubkörnern zu erreichen, um dadurch einen Kurzschluss zwischen den Elektroden zu verhindern.
Nachteilhafterweise ist im Stand der Technik kein Verfahren offenbart, mittels welchem der anfängliche schnelle Abfall der Lebensdauerkurven von OLEDs effizient vermieden werden kann. Der nach dem Stand der Technik bekannte Einbrennprozess (Einbrennvorgang), bei dem die OLED für eine gewisse Dauer (etwa 24 Stunden) bei einer definierten Helligkeit betrieben wird, erfordert nachteilhafterweise die Bereitstellung einer Stromversorgung für das jeweilige Anzeigenelement (OLED) und geht mit einem erheblichen Zeitaufwand einher, welcher zu einem Kostennachteil bei der Produktion von OLEDs führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung und/oder Herstellung von OLEDs anzugeben. Dabei sollen die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelten/hergestellten OLED insbesondere eine längere Lebensdauer, einen geringeren anfänglichen Helligkeitsabfall sowie eine Verschiebung zu gesättigteren Farbkoordinaten als herkömmliche OLEDs aufweisen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Lebensdauer eines erfindungsgemäßen OLED Anzeigen elementes im Vergleich zu herkömmlich hergestellten/behandelten OLED Anzeigenelementen deutlich erhöht werden kann. Dazu ist es vorgesehen, die OLED elektromagnetischer Strahlung auszusetzen, wobei das Spektrum der verwendeten Strahlung zumindest teilweise dem Absorptionsspektrum des organischen Materials der OLED entspricht. Denn es wurde gefunden, dass die Bestrahlung einer OLED mit zum Beispiel intensiver UV/Vis-Strahlung zu einer längeren Lebensdauer, einem geringeren anfänglichen Abfall der Helligkeit sowie einer Verschiebung zu gesättigteren Farbkoordinaten führt.
Weiterhin konnte gefunden werden, dass die Lagerzeit eines OLED-Anzeigenelementes zwischen Herstellung und erster Inbetriebnahme die Lebensdauer des Anzeigeelementes erheblich beeinflusst.
Bis zu einer bestimmten Grenze kann die Lebensdauer durch längere Lagerung erhöht werden. Dabei erfolgte die Lagerung in einer Box, welche für das sichtbare Licht durchlässig; für UV-Licht hingegen undurchlässig ist. Ein Effekt von 50% Erhöhung der Lebensdauer konnte im Labor erzielt werden. Ein zweiter wichtiger Effekt der Lagerzeit ist ein beträchtlich verringerter anfänglicher Abfall der Lebensdauerkurve. In den meisten OLED Anzeigenelementen beträgt der anfängliche Abfall 20% bis 30% der Anfangshelligkeit. Da der anfängliche Abfall auch vom Material abhängt, das für die jeweiligen Farben benötigt wird, werden auf diese Weise auch die weißen Farbkoordinaten des Anzeigenelementes in der Art negativ beeinflusst, dass eine Farbverschiebung in den ersten Betriebsstunden auftritt. Als ein dritter Effekt der Lagerzeit wird nach 30 Tagen Lagerung eine Farbverschiebung zu gesättigteren Farbkoordinaten für die einzelnen Farben beobachtet. Der Effekt der Lagerzeit ist also beträchtlich und somit wichtig für die Produktqualität. Der benötigte Zeitaufwand von etwa 30 Tagen ist allerdings für die Produktion von OLED Anzeigenelementen nicht tragbar.
Der Kern der Erfindung besteht darin, eine gezielte Beschleunigung dieses durch die Lagerung bewirkten Vor-Alterungsprozesses zu realisieren.
Dabei wurde gefunden, dass eine Bestrahlung einer OLED mit elektromagnetischen Wellen zu einer deutlichen Verlängerung der Lebensdauer führt. Erfindungsgemäß wird die Bestrahlung vor der ersten Inbetriebnahme der OLED vorgenommen. Vorzugsweise wird die Strahlung über diejenige Seite der OLED eingekoppelt, welche die transparente Elektrode (in der Regel die Anode) aufweist. Die Bestrahlungsdauer liegt erfindungsgemäß zwischen 3 Stunden und 6 Stunden bei einer Energiedichte von mehr als 500 Ws/cm².
Als Bestrahlungsquelle werden vorzugsweise ein Sonnensimulator oder UV-Dioden entsprechender Intensität verwendet. Einzige Anforderung an die Lichtquelle ist die Möglichkeit, mit dem Licht die Photolumineszenz im OLED Anzeigenelement anzuregen, d.h. es muss zumindest teilweise eine Überlappung zwischen dem Anregungsspektrum der Bestrahlungsquelle und dem Absorptionsspektrum des Licht emittierenden Materials des OLED Anzeigenelementes geben. Vorzugsweise überlappt das Anregungsspektrum das Absorptionsspektrum vollständig.
Der Effekt der Bestrahlung kann im fertigen Anzeigenelement durch messbare Kriterien nachgewiesen werden. Es wurde herausgefunden, dass die Bestrahlung in

1. stärker gesättigten Farbkoordinaten aufgrund der Verschiebung der langwelligeren Bandkante des OLED Emissionsspektrums um etwa 20 nm zu niedrigerer Wellenlänge hin und
2. dem Fehlen des anfänglichen schnellen Abfalls der Lebensdauerkurve

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
1 die Lebensdauerkurven für ein pLED-Bauelement mit und ohne UV/Vis-Bestrahlung und
2 die Elektrolumineszenzspektren für ein pLED-Bauelement mit und ohne UV/Vis-Bestrahlung.
Die Erhöhung der Lebensdauer einer nach der Erfindung bestrahlten OLED gegenüber einer OLED nach dem Stand der Technik ist in 1 schematisch dargestellt. 1 zeigt die Lebensdauerkurven für ein pLED-Bauelement mit (Kurven 12 und 14) und ohne (Kurve 10) UV/Vis-Bestrahlung. Die einzelnen Kurven stellen dabei den zeitlichen Verlauf (t in Stunden) der relativen Leuchtdichte L_rel (in Prozent) dar, wobei L_rel = L(t)/L_max gilt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Bestrahlung einer OLED kann deren Lebensdauer deutlich erhöht werden. So weist eine OLED mit einer 3- (Kurve 12) oder 6-stündigen (Kurve 14) UV-Bestrahlung noch nach mehr als 500 Betriebsstunden eine 70-prozentige Leuchtdichte (im Vergleich zur anfänglichen Leuchtdichte) auf, wohingegen eine unbehandelte OLED nach dem Stand der Technik bereits nach 200 bis 300 Betriebsstunden (siehe Kurve 10) einen entsprechenden Leuchtdichteabfall aufweist.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen OLED wird als Grundsubstrat ein mit 100 nm Indium-Zinnoxid (ITO) beschichtetes Borsilikatglas verwendet. Das ITO ist derart strukturiert, dass sich in der Mitte des Substrates ein 2 mm breiter ITO Streifen befindet. Dieses Substrat wird gereinigt durch ein 5-minütiges Ultraschallbad in Isopropanol, anschließendem Trocknen im Stickstofffluss sowie einer 10-minütigen Behandlung mit UV/Ozon.
In einem nächsten Schritt wird LVW 142 als 50 nm dicke Lochtransportschicht durch Spin Coating aufgetragen und anschließend für 10 Minuten bei 180°C in einer Stickstoffatmosphäre getrocknet.
In einem nächsten Schritt wird das Licht emittierende Polymer Green 1300 aus einer 1% (nach Gewicht) Lösung in wasserfreiem Xylol als 70 nm dicker Film durch Spin Coating in einer Stickstoff-atmosphäre aufgebracht und anschließend in der gleichen Atmosphäre für 10 Minuten bei 190°C auf einer Heizplatte getrocknet.
In einem nächsten Schritt wird das Substrat unter Stickstoffatmosphäre in eine Vakuumanlage transferiert. Hier wird zur Aufbringung der Kathode durch thermisches Verdampfen nacheinander 1 nm Lithiumfluorid, 10 nm Kalzium und 500 nm Aluminium derart aufgedampft, dass in der Mitte des Substrates eine 2 mm² große Überlappung mit dem ITO sowie eine zum externen elektrischen Kontaktieren geeignete Fläche gebildet wird.
Nach Transfer des Substrates unter Schutzgas wird das Substrat mittels eines Verkapselungsglases und thermisch aushärtendem Epoxidkleber derart verkapselt, dass ein Zutritt von Sauerstoff und Wasser aus der Umgebung zur OLED stark eingeschränkt wird. Um einen geringen Sauerstoff- und Wassergehalt in der OLED zu gewährleisten, wird zuvor ein Getter (GDO/CA1/R/T-F) in das Verkapselungsgläschen eingeklebt.
Nach dem thermischen Aushärten des Epoxidklebers wird das OLED Anzeigenelement unter einer Lichtquelle positioniert. Die OLED wird in einem Abstand zur Lichtquelle von etwa 30 cm derart positioniert, dass die transparente ITO Elektrode zur Lichtquelle zeigt. Das Spektrum der Lichtquelle ist nahezu identisch mit dem Sonnenspektrum. Das OLED Anzeigenelement wird für 3 Stunden bei 100 mW/cm² bestrahlt.
Die beschriebene Bestrahlung wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des polymer OLED Bauelementes aus. Natürlich kann mittels der erfindungsgemäßen Bestrahlung alternativ auch die Lebensdauer von Small Molecule organischen Emittern erhöht werden. Für die im Ausführungsbeispiel beschriebene OLED konnte eine Lebensdauersteigerung von +50% im Vergleich zu einer OLED ohne diese UV/Vis Behandlung nachgewiesen werden.
Durch die erfindungsgemäße Bestrahlung kann die vollständige Eliminierung des anfänglichen schnellen Abfalls (wie in Kurve 10) von OLED Anzeigenelementen vermieden werden. Dadurch wird der drastische Abfall in der Helligkeit sowie die Verschiebung des Weißpunktes während der ersten Betriebsstunden vermieden. Aufgrund des beschriebenen Voralterungsprozesses werden andere Einbrennprozesse, wie sie Stand der Technik sind, nicht benötigt, was die Produktion preiswerter und schneller macht. Weiterhin ist die Lebensdauer des OLED Anzeigenelementes im Vergleich zu herkömmlich hergestellten OLED Anzeigenelementen deutlich erhöht. Darüber hinaus kann die Fertigungszeit durch Vermeidung eines Einbrennvorganges oder einer Lagerung verkürzt werden.
Weiterhin kann eine Verbesserung der Eigenschaften des OLED Anzeigenelementes in Bezug auf die gesättigteren CIE (= Commission Internationale d'Eclairage) Farbkoordinaten erzielt werden, da durch die Bestrahlung eine Verschiebung der langwelligeren Bandkante des OLED Emissionsspektrums um etwa 20 nm zu niedrigerer Wellenlänge hin erreicht werden kann, wie in 2 schematisch dargestellt ist. Dabei ist die langwelligere Bandkante der Elektrolumineszenzspektren 18, 20 der behandelten OLEDs im Vergleich zum Elektrolumineszenzspektrum 16 der unbehandelten OLED deutlich in den kurzwelligeren Bereich verschoben, was zu gesättigteren Farbkoordinaten führt.

Claims

Verfahren zur Behandlung einer organischen Leuchtdiode (OLED) zur Verlängerung der Lebensdauer, wobei die OLED organisches Material mit einem Absorptionsspektrum aufweist und durch Absorption elektromagnetischer Strahlung des Absorptionsspektrums zu einer Photolumineszenzemission anregbar ist, wobei die OLED elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird und das Spektrum der Strahlung zumindest teilweise dem Absorptionsspektrum des organischen Materials der OLED entspricht und die Bestrahlung vor der ersten Inbetriebnahme der OLED vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die OLED zwischen 3 Stunden und 6 Stunden elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird und die durch Strahlung eingebrachte Energiedichte mehr als 500 Ws/cm² beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestrahlungsquelle ein Sonnensimulator oder mindestens eine UV-Lichtquelle verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die OLED in einem Abstand zwischen 5 cm und 150 cm von Bestrahlungsquelle beabstandet angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestrahlungsquelle mit einem Spektrum verwendet wird, für welches die zwischen transparenter Elektrode und organischem Material angeordneten Schichten der OLED einen Transmissionsgrad größer als 0,5 aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung über diejenige Seite der OLED eingekoppelt wird, welche eine transparente Elektrode aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestrahlungsquelle mit einem Spektrum verwendet wird, für deren höherfrequente Anteile das Substrat der OLED einen Transmissionsgrad größer als 0,5 aufweist und deren niederfrequente Anteile zumindest teilweise dem Absorptionsspektrum des organischen Materials der OLED entsprechen.