DE10258712B4

DE10258712B4 - Bauelement für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display mit integrierter Energieerzeugung

Info

Publication number: DE10258712B4
Application number: DE10258712A
Authority: DE
Inventors: Jörg Fischer; Joosang Park; Werner Dr. Gerlach; Albrecht Dr. Uhlig; Werner Dr. Humbs; Michael Dr. Redecker; Kerstin Dr. Nolte
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: DE10258712A1

Abstract

Bauelement für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display bestehend aus einem Substrat (1), einer Anode (9, 10), organischem Emittermaterial (11), einer Kathode (12, 13), Komponenten (7, 17, 18) zur aktiven Ansteuerung und mindestens einer Solarzelle (2, 14, 15, 16), wobei die Anode (9, 10), das organische Emittiermaterial (11), die Kathode (12, 13), die Komponenten (7, 17, 18) zur aktiven Ansteuerung und die Solarzelle (2, 14, 15, 16) auf demselben Substrat (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (2, 14, 15, 16) lediglich in den Bereichen neben dem organischen Emittermaterial (11) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display mit integrierter Energieerzeugung.
Displays auf Basis organischer lichtemittierender Elemente (OLED's) zeichnen sich durch hohe Brillianz und einen weiten Betrachtungswinkel aus. Als selbstemissive Technologie benötigen OLED-Displays keine Hintergrundbeleuchtung und können damit unter Bedingungen mit niedrigem bis mittlerem Umgebungslichtanteil energetisch vorteilhaft eingesetzt werden.
Unter Bedingungen mit einem hohen Umgebungslichtanteil, z.B. in direktem Sonnenlicht, muss jedoch überproportional viel Leistung aufgewendet werden, um die benötigte Helligkeit zu erreichen. Die Senkung des Energieverbrauchs bei einem hohen Umgebungslichtanteil ist daher eines der Hauptkriterien für eine erfolgreiche Einführung von organischen OLED-Displays für mobile Anwendungen wie zum Beispiel in Mobiltelefonen oder PersonalDigitalAssistance-Anwendungen. Bei einem hohen Umgebungslichtanteil ist die Leistungsaufnahme von OLED-Displays nach dem Stand der Technik allerdings höher als bei vergleichbaren transreflektiven LC-Displays.
Zur Verringerung der Energieaufnahme eines Displays sind unterschiedlichste Kombinationen eines Displays mit Solarzellen bekannt.

JP 2002006511 A beschreibt die Kombination eines polymer dispersed LC-Displays mit einer Solarzelle derart, dass das LC-Display über einer Solarzelle aufgebracht ist. Die Solarzelle liefert zumindest teilweise den Energiebedarf des LC-Displays.

US 5,963,282 A beschreibt ebenfalls eine lichtabsorbierende Struktur, welche unter einer LCD-Anzeige angeordnet ist und zumindest teilweise diese LCD-Anzeige mit Strom versorgt.

Weiterhin wird die Kombination einer LED-Anzeige und einer Solarzelle auf einer Geldkarte (Chipkarte) in WO 01/09954 A1 beschrieben. Die Solarzelle dient hierbei als Energiequelle für die OLED. WO 01/83067 A2 beschreibt eine ähnliche Anordnung für ein Spielzeug. EP 1 187 213 A2 beschreibt ein OLED-Display, welches über einer Solarzelle angeordnet ist.

WO 90/10938 A1 beschreibt eine optische Verknüpfung einer OLED mit einer Solarzelle. Die Lichtemission des OLED-Displays erzeugt eine Photospannung in der Solarzelle. Durch die Positionierung beider Bauelemente direkt gegenüber sowie eine Abstimmung des Absorbtionsspektrums der Solarzelle auf das Emissionsspektrum des OLED-Displays verfügt diese Anordnung über einen besonders hohen Wirkungsgrad. Eine weitere Vielschichtanordnung ist in US 6,297,495 B1 beschrieben.

Weiterhin beschreibt WO 94/05045 A1 die Nutzung einer Solarzelle, wobei dem OLED-Material Fullerene beigemischt werden. Den gleichen Aufbau einer Solarzelle mit Fullerenen beschreibt EP 1 063 197 A2 , wobei die OLED-Materialien und die Fullerene als getrennte Schichten vorliegen und miteinander in Verbindung gebracht werden.

Weiterhin beschreibt US 6, 356,031 B1 ein Anzeigeelement aus mindestens zwei Komponenten, nämlich einer lichtemittierenden Komponente und einer stromerzeugenden Komponente, wie beispielsweise einer Solarzelle. Dabei ist es vorgesehen, die einzelnen Komponenten übereinander anzuordnen, wobei die lichtemittierende Komponente lichtdurchlässig ausgebildet ist, um ein Eindringen von Licht bis zur stromerzeugenden Komponente zu gewährleisten.

Nachteilig an den im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen ist jedoch, dass entweder stets funktional voneinander unabhängige Solarzellen bzw. Displays derart angeordnet werden, dass diese zusammenwirken können oder andererseits die lichtemittierenden Komponenten lichtdurchlässig ausgebildet sein müssen, damit zur Stromerzeugung geeignetes Licht bis zur Solarzelle gelangen kann, was mit einem erheblichen Kostennachteil einher geht.

Bei funktional voneinander unabhängigen Komponenten ist es darüber hinaus nachteilhaft, dass die jeweils separaten Bauelemente, also das Display und die Solarzelle, in verschiedenen Fertigungsprozessen gefertigt werden müssen. Durch diese Fertigung zweier, separater Komponenten, welche dann miteinander kombiniert werden, entsteht ein Kostennachteil.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display sowie ein Display mit besonders niedrigem Energieverbrauch anzugeben, welches kostengünstig hergestellt werden kann und die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik eliminiert. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 7 (Vorrichtungsanspruch) sowie des Anspruchs 8 (Verfahrensanspruch) im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Aktiv-Matrix-OLED-Display bzw. ein Bauelement für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display und eine Solarzelle dasselbe Substrat teilen und nicht als getrennte Bauelemente vorliegen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass eine Solarzelle in ein Bauelement für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display, bestehend aus einem Substrat, einer Anode, organischem Emittermaterial, einer Kathode und Komponenten zur aktiven Ansteuerung, integriert ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass gleiche Technologien zur Erzeugung der OLED-Solarzellen-Kombination verwendet werden können und somit eine Integration kostengünstig erfolgen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Anode, das Emittermaterial, die Kathode, die Komponenten zur aktiven Ansteuerung und die Solarzelle auf demselben Substrat angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird die Solarzelle zwischen den Komponenten zur aktiven Ansteuerung und der Verkapselung dieser Komponenten, welche aus einer Photolackschicht bestehen kann, angeordnet. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Solarzelle größtenteils in den Bereichen des Bauelements anzuordnen, welche nicht zur Lichtauskopplung genutzt werden. Dies sind insbesondere die Bereiche neben dem organischen Emittermaterial.

Die Solarzelle ist vorzugsweise eine Dünnschichtsolarzelle. Die Komponenten zur aktiven Ansteuerung weisen vorzugsweise mindestens einen Dünnfilmtransistor auf und können zusätzlich eine Pufferschicht, eine amorphe-Si-Schicht oder eine Poly-Si-Schicht und/oder eine SiOx-Schicht aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die Solarzelle innerhalb der Pufferschicht angeordnet.

Ein Aktiv-Matrix-OLED-Display ist erfindungsgemäß durch Bauelemente der vorgenannten Art gekennzeichnet. Dadurch können Aktiv-Matrix-OLED-Displays einerseits kostengünstig hergestellt werden und weisen andererseits eine geringe Leistungsaufnahme, insbesondere bei einem hohen Umgebungslichtanteil, auf.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauelements für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display wird sowohl ein OLED-Display als auch eine Solarzelle auf ein Substrat abgeschieden.

Dabei wird die Solarzelle vorzugsweise in den Bereichen neben dem organischen Emittermaterial des OLED-Displays abgeschieden. Eine solche Abscheidung kann mittels einer Schattenmaske realisiert werden.

Dabei ist es möglich, sowohl zuerst das OLED-Display und danach die Solarzelle als auch zuerst die Solarzelle und danach das OLED-Display auf das Substrat abzuscheiden. Alternativ können dass OLED-Display und Solarzelle gleichzeitig auf das Substrat abgeschieden werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
1: eine schematische Draufsicht auf ein Aktiv-Matrix-OLED-Display, bestehend aus erfindungsgemäßen Bauelementen mit integrierten Solarzellen,
2: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktiv-Matrix-OLED-Bauelementes mit integrierter Solarzelle,
3: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen „front emitting" Aktiv-Matrix-OLED-Bauelementes mit integrierter Solarzelle,
4: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen „front emitting" Aktiv-Matrix-OLED-Bauelementes mit integrierter Solarzelle.
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Aktiv-Matrix-OLED-Display. Dabei sind die Solarzellen 2 derart in die OLED-Bauelemente integriert, dass lediglich die lichtemittierenden OLED-Pixel 3 nicht von den Solarzellen 2 bzw. lediglich die Solarzellen 2 nicht von lichtemittierenden OLED-Pixeln 3 überdeckt werden. Durch eine solche Anordnung können sowohl eine Informationsdarstellung durch das OLED-Display als auch eine Energiegewinnung über die Solarzelle 2 mit ein und derselben Vorrichtung realisiert werden. Der Leistungsbedarf des Displays kann somit zumindest teilweise durch die Solarzellenenergie gedeckt werden. Daher verringert sich die durch andere Energiequellen, wie zum Beispiel einer Batterie, für den Displaybetrieb zur Verfügung zustellende Energiemenge. Dies ist insbesondere für den Displaybetrieb bei einem hohen Umgebungslichtanteil vorteilhaft. Weiterhin ist es vorgesehen, für den Fall, dass keine Displayfunktion benötigt wird, die Energie der Solarzelle 2 zum Aufladen zum Beispiel eines Geräteakkumulators zu nutzen. Erfindungsgemäß wird dazu eine Solarzelle 2 derart in ein OLED-Display integriert, dass die Solarzelle 2 und die einzelnen Aktiv-Matrix-OLED-Bauelemente auf dem gleichen Substrat 1 angeordnet sind. Dadurch, dass die Aktiv-Matrix-OLED-Bauelemente und die Dünnschichtsolarzellen 2 über die gleichen Technologien auf das Substrat 1 aufgebracht werden können, ist es möglich, eine kostengünstige Herstellung zu realisieren.
In 2 ist der schematische Aufbau eines erfindungsgemäßen Aktiv-Matrix-OLED-Bauelementes dargestellt. Auf einem Substrat 1 ist ein Dünnschichttransistor (TFT), bestehend aus einer isolierenden, nicht leitenden Pufferschicht 4, einer Poly-Si-Schicht 5 und einer SiOx-Schicht 6, einem Metallkontakt 7 sowie einem Gate 17, einer Source 18 und einem Drain 18, aufgebracht. Die Solarzelle 2, bestehend aus TCO 14, Rückkontakt 15 und p-i-n 16 (a-Si:H) ist innerhalb der Pufferschicht 4 zwischen dem Glassubstrat 1 und dem organischen Emittermaterial 11 angeordnet. Dabei handelt es sich bei TCO 14 (Transparent Conducting Oxide) um die Anode, welche z.B. aus ITO (Indium-Zinnoxid) bestehen kann. Der Rückkontakt 15 bildet die Kathode aus und besteht aus einem Metall wie z.B. Kupfer oder Aluminium. P-i-n 16 (a-Si:H) ist eine amorphe, mit Wasserstoff abgebundene Si-Schicht.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Bauelementes, wobei es sich um ein „front emitting" OLED-Bauelement handelt, bei dem das Elektrolumineszenzlicht 20 durch eine transparente Kathode 13 ausgekoppelt wird. In diesem Fall ist die Solarzelle 2 (bestehend aus 14, 15 und 16) zwischen den Dünnschichttransistoren (TFT), bestehend aus 4, 5, 6, 7, 17, 18 und der transparenten Dünnschichtverkapselung aus Photolack 8, angeordnet.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer schematischen Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktiv-Matrix-OLED-Bauelementes für ein „front emitting" OLED-Display. Im Unterschied zu 3 wird die Solarzelle 2 auch teilweise unter der lichtemittierende Fläche des organischen Emittermaterials 11 angeordnet. So kann Elektrolumineszenzlicht 20, welches vom organischen Emittermaterial 11 in das Substrat 1 durch eine transparente Anode 9 abgestrahlt wird, durch die Solarzelle 2 eingefangen und in elektrische Energie umgewandelt werden.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele, vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1: Substrat
2: Solarzelle
3: OLED-Pixel
4: Pufferschicht (isolierend, nicht leitend)
5: Poly-Si-Schicht/amorphe-Si-Schicht
6: SiOx-Schicht
7: Metallkontakt
8: Photolack/Verkapselung
9: Transparente Anode
10: Anode
11: Organisches Emittermaterial
12: Kathode
13: Transparente Kathode
14: TCO (Transparent Conducting Oxide)
15: Rückkontakt
16: p-i-n (a-Si:H)
17: Gate
18: Source und Drain
19: Umgebungslicht
20: Elektrolumineszenzlicht

Claims

Bauelement für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display bestehend aus einem Substrat (1), einer Anode (9, 10), organischem Emittermaterial (11), einer Kathode (12, 13), Komponenten (7, 17, 18) zur aktiven Ansteuerung und mindestens einer Solarzelle (2, 14, 15, 16), wobei die Anode (9, 10), das organische Emittiermaterial (11), die Kathode (12, 13), die Komponenten (7, 17, 18) zur aktiven Ansteuerung und die Solarzelle (2, 14, 15, 16) auf demselben Substrat (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (2, 14, 15, 16) lediglich in den Bereichen neben dem organischen Emittermaterial (11) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (2, 14, 15, 16) zwischen den Komponenten (7, 17, 18) zur aktiven Ansteuerung und der Verkapselung (8) des Bauelements angeordnet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (2, 14, 15, 16) eine Dünnschichtsolarzelle ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (7, 17, 18) zur aktiven Ansteuerung mindestens einen Dünnfilmtransistor ausbilden.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (7, 17, 18) zur aktiven Ansteuerung zusätzlich eine Pufferschicht (4), eine poly-Si-Schicht (5) und/oder eine SiOx-Schicht (6) aufweisen.
Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (2, 14, 15, 16) innerhalb der Pufferschicht (4) angeordnet ist.
Aktiv-Matrix-OLED-Display gekennzeichnet durch mindestens ein Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zur Herstellung eines Aktiv-Matrix-OLED-Displays nach Anspruch 7 oder eines Bauelements für ein Aktiv-Matrix-OLED-Display nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durch Abscheidung mindestens eines OLED-Bauelements (7, 9, 10, 11, 12, 13, 17, 18) und mindestens einer Solarzelle (2, 14, 15, 16) auf ein Substrat (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (2, 14, 15, 16) in den Bereichen neben dem organischen Emittermaterial (11) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung mittels einer Schattenmaske realisiert wird.
Verfahren einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das OLED-Display (7, 9, 10, 11, 12, 13, 17, 18) und danach die Solarzelle (2, 14, 15, 16) auf das Substrat (1) abgeschieden werden.
Verfahren einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Solarzelle (2, 14, 15, 16) und danach das OLED-Display (7, 9, 10, 11, 12, 13, 17, 18) auf das Substrat (1) abgeschieden werden.
Verfahren einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das OLED-Display (7, 9, 10, 11, 12, 13, 17, 18) und Solarzelle (2, 14, 15, 16) gleichzeitig auf das Substrat (1) abgeschieden werden.