DE60306721T2

DE60306721T2 - Oled-Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60306721T2
Application number: DE60306721T
Authority: DE
Inventors: c/o Eastman Kodak Company Ronald Steven Rochester Cok
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Global OLED Technology LLC
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: TWI307252B; EP1367675A1; JP2004127910A; TW200307483A; EP1367675B1; US20030222558A1; DE60306721D1; US6819036B2; KR20030091810A

Description

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.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit: a) einer Halbleiterlichtquelle (10) zum Beleuchten eines Bereichs, mit i) einem Substrat (20); ii) einer organischen Leuchtdiodenschicht (OLED) (12), die sich auf dem Substrat befindet und eine erste und zweite Elektrode (14, 16) aufweist zum Übertragen elektrischer Energie auf die OLED-Schicht; iii) einer verkapselnden Abdeckung (22) auf der OLED-Schicht; und iv) einem ersten und zweiten Leiter (24, 26), die auf dem Substrat angeordnet und mit der ersten und zweiten Elektrode elektrisch verbunden sind und sich über die verkapselnde Abdeckung hinaus erstrecken, um mittels einer externen Energiequelle elektrischen Kontakt mit der ersten und zweiten Elektrode herzustellen; und b) einer Fassung (34) zum lösbaren Aufnehmen und Haltern der Lichtquelle, wobei die Fassung erste elektrische Kontakte (40) aufweist zum Herstellen einer direkten physikalischen und elektrischen Verbindung mit dem ersten und zweiten Leiter der Lichtquelle, und zweite elektrische Kontakte (38) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer externen Energiequelle.
Halbleiterlichtquelle zum Beleuchten eines Bereichs zur Verwendung in der Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit: a) einem Substrat (20); b) einer organischen Leuchtdiodenschicht (OLED) (12), die sich auf dem Substrat befindet und eine erste und zweite Elektrode (14, 16) aufweist zum Übertragen elektrischer Energie auf die OLED-Schicht; c) einer verkapselnden Abdeckung (22) auf der OLED-Schicht; und d) einem ersten und zweiten Leiter (24, 26), die auf dem Substrat angeordnet und mit der ersten und zweiten Elektrode elektrisch verbunden sind und sich über die verkapselnde Abdeckung hinaus erstrecken, um mittels einer externen Energiequelle elektrischen Kontakt mit der ersten und zweiten Elektrode herzustellen; und e) worin das Substrat einen Gehäuseabschnitt (20') und einen oder mehrere Steckerabschnitte (20'') bildet, in denen eine Fassung (34) mit elektrischen Kontakten aufnehmbar ist, welche an eine externe Energiequelle angeschlossen sind, wobei der erste und zweite Leiter auf dem/den Steckerabschnitt(en) angeordnet ist, um direkten physikalischen und elektrischen Kontakt mit den elektrischen Kontakten in der Fassung herzustellen.