DE69615410T2

DE69615410T2 - Siloxan und siloxanderivate als einkapslungsmaterial für lichtemittierende organische bauelemente

Info

Publication number: DE69615410T2
Application number: DE69615410T
Authority: DE
Inventors: Hans Biebuyck; Eliav Haskal
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: IL126993A0; ES2164250T3; TW421774B; DE69615410D1; ATE205998T1; US6337381B1; US6468590B2; US20020004577A1; EP0910931B1; EP0910931A1; IL126993A; JP3957760B2; US5855994A; WO1998002019A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf organische Elektrolumineszenzbauelemente, wie diskrete, lichtemittierende Bauelemente, Felder, Anzeigen, und insbesondere auf die Verkapselung derselben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Organische Elektrolumineszenz (EL) wurde aufgrund ihrer möglichen Anwendungen in diskreten, lichtemittierenden Bauelementen, Feldern und Anzeigen ausführlich untersucht. Bisher untersuchte organische Materialien können potentiell herkömmliche anorganische Materialien in vielen Anwendungen ersetzen und vollständig neue Anwendungen ermöglichen. Die Einfachheit der Herstellung und extrem hohe Freiheitsgrade in der Synthese organischer EL-Bauelemente versprechen in der nahen Zukunft sogar noch effizientere und langlebigere Materialien, die aus weiteren Verbesserungen der Bauelementarchitektur Kapital schlagen können.
Organische, lichtemittierende EL-Bauelemente (OLEDs) funktionieren weitgehend wie anorganische LEDs. In Abhängigkeit von der aktuellen Auslegung wird Licht entweder durch eine transparente Elektrode, die auf einem transparenten Glassubstrat aufgebracht ist, oder durch eine transparente obere Elektrode extrahiert. Die ersten OLEDs waren sehr einfach, indem sie lediglich zwei bis drei Schichten umfassten.
Eine neuere Entwicklung führte zu organischen lichtemittierenden Bauelementen mit vielen verschiedenen Schichten (bekannt als Mehrschichtbauelemente), die jeweils für eine spezielle Aufgabe optimiert sind.
EP-A 0 554 569 beschreibt ein organisches lichtemittierendes Bauelement mit einer ersten und einer zweiten Kontaktelektrode. Eine der Elektroden dient als Anode. Die andere Elektrode dient als Kathode. Eine organische Schicht ist zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode angeordnet. Die organische Schicht emittiert Licht in Reaktion auf das Anlegen einer Spannung zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode.
Mit derartigen, nun verwendeten Mehrschichtbauelementarchitekturen stellt die Zuverlässigkeit eine Begrenzung der Leistungsfähigkeit von OLEDs dar. Es wurde gezeigt, dass einige der organischen Materialien sehr sensitiv für Kontamination, Oxidation und Feuchtigkeit sind. Des Weiteren sind die meisten Metalle, die als Kontaktelektroden für OLEDs verwendet werden, anfällig gegen Korrosion in Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Umgebungen. Eine Ca-Kathode überlebt zum Beispiel nur eine kurze Zeitdauer in Luft intakt, was zu einer schnellen Verschlechterung des Bauelements führt. Es ist außerdem wahrscheinlich, dass derartige hoch reaktive Metalle eine chemische Reaktion mit den nahegelegenen organischen Materialien erfahren, was ebenfalls negative Effekte auf die Leistungsfähigkeit des Bauelements haben kann. Eine Vorgehensweise mit Einem Kathodenmetall mit niedriger Austrittsarbeit erfordert eine sorgfältige Handhabung des Bauelements, um eine Kontamination auf dem Kathodenmetall zu vermeiden, und eine sofortige, qualitativ hochwertige Verkapselung des Bauelements, wenn ein Betrieb in einer normalen Atmosphäre gewünscht ist. Selbst gut verkapselte Kontakte aus einem Metall mit niedriger Austrittsarbeit sind einer Degradation unterworfen, die aus natürlich freigesetzten Gasen, Verunreinigungen, Lösungsmitteln aus den organischen LED-Materialien resultiert.
Viele Vorgehensweisen wurden versucht, um das Problem der Instabilität und Degradation der Elektroden zu lösen. Eine übliche Vorgehensweise besteht in der Verwendung eines Metalls mit niedriger Austrittsarbeit, das nachfolgend unter einer dickeren Metallbeschichtung vergraben wird. In diesem Fall liefern Nadellöcher in dem Metall weiterhin reichlich Pfade für Sauerstoff und Wasser, so dass diese das reaktive Metall darunter erreichen, wie zum Beispiel in Y. Sato et al., "Stability of organic electroluminescent diodes", Molecular Crystals and Liquid Crystals, Bd. 253, 1994, Seiten 143 bis 150 beschrieben.
Die Gesamtlebensdauer von gegenwärtigen organischen lichtemittierenden Bauelementen ist begrenzt. Der Mangel an inerten, stabilen und transparenten Verkapselungen für einen stabilen OLED-Betrieb bleibt ein Haupthindernis für die OLED- Entwicklung.
Organische LEDs besitzen ein großes Potential, in vielen Anwendungen herkömmliche anorganische LEDs zu verdrängen. Ein wichtiger Vorteil von OLhDs und darauf basierenden Bauelementen ist der Preis, da sie auf großen, kostengünstigen Glassubstraten oder einem breiten Bereich anderer kostengünstiger, transparenter, semitransparenter oder sogar undurchlässiger kristalliner oder nicht-kristalliner Substrate bei niedriger Temperatur aufgebracht werden können, statt auf teuren kristallinen Substraten mit begrenzter Fläche bei vergleichsweise höheren Wachstumstemperaturen (wie im Fall anorganischer LEDs). Die Substrate können sogar flexibel sein, was biegsame OLEDs und neue Typen von Anzeigen ermöglicht. Bis heute ist die Leistungsfähigkeit von OLEDs und darauf basierenden Bauelementen aus mehreren Gründen schlechter als diejenige von anorganischen Bauelementen:
1. Hoher Betriebsstrom: Organische Bauelemente erfordern mehr Strom, um die erforderliche Ladung in das aktive Gebiet (Emissionsschicht) zu transportieren, was wiederum die Leistungseffizienz derartiger Bauelemente verringert.
2. Zuverlässigkeit: Organische LEDs degradieren an Luft und während des Betriebs. Es sind mehrere Probleme bekannt, die dazu beitragen.
A) Eine effiziente Elektroneninjektion bei niedrigem Feld erfordert Kathodenmetalle mit niedriger Austrittsarbeit, wie Mg, Ca, Li etc., die sämtlich äußerst reaktiv in Sauerstoff und Wasser sind. Umgebungsgase und Verunreinigungen, die aus den organischen Materialien austreten, degradieren die Kontakte.
B) Herkömmliche Kontakte aus AgMg und ITO besitzen immer noch eine signifikante Barriere für eine Ladungsträgerinjektion in bevorzugte ETL- beziehungsweise HTL-Materialien. Daher ist ein hohes elektrisches Feld notwendig, um einen signifikanten Injektionsstrom zu erzeugen.
3. Geringe chemische Stabilität: Üblicherweise in OLEDs verwendete organische Materialien sind anfällig gegenüber einer Degradation, die durch die umgebende Atmosphäre, Diffusion von Kontaktelektrodenmaterial, Interdiffusion von organischen Verbindungen und Reaktionen von organischen Verbindungen mit Elektrodenmaterialien verursacht wird.
Wie aus der vorstehenden. Beschreibung ersichtlich ist, besteht ein Bedarf an einer einfachen und effizienten Verkapselung von organischen lichtemittierenden Bauelementen. Ein weiteres Problem von lichtemittierenden Bauelementen besteht allgemein darin, dass ein Lichtpfad für die Emission des erzeugten Lichtes bereitzustellen ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache und kostengünstige Verkapselung von organischen lichtemittierenden Bauelementen bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, neue und verbesserte organische EL-Bauelemente, darauf basierende Felder und Anzeigen mit verbesserter Stabilität und Zuverlässigkeit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung der vorliegenden neuen und verbesserten EL-Bauelemente, Felder und Anzeigen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr ein organisches lichtemittierendes Bauelement bereitgestellt mit: einer ersten und einer zweiten Kontaktelektrode, von denen eine als Anode dient und die andere als Kathode dient; und einer organischen Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode angeordnet ist, wobei die organische Schicht in Reaktion auf das Anlegen einer Spannung zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode Licht emittiert; dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement Siloxan beinhaltet, das auf der ersten Elektrode angeordnet ist, wobei das Siloxan ein optisches Element beinhaltet, und die erste Kontaktelektrode zwischen der organischen Schicht und dem Siloxan derart angeordnet ist, dass Licht, das von der organischen Schicht emittiert wird, durch die erste Kontaktelektrode hindurchtritt und danach durch das Siloxan und das darin befindliche optische Element hindurchtritt.
Die Erfindung, wie beansprucht, ist dafür gedacht, die Zuverlässigkeit von bekannten organischen lichtemittierenden Bauelementen zu verbessern. Die vorstehenden Aufgaben würden durch Bereitstellen einer transparenten Verkapselung aus Siloxan oder einem Siloxan-Derivat für ein organisches lichtemittierendes Bauelement durchgeführt. Die Verkapselung beinhaltet ein optisches Element, das derart angeordnet ist, dass es innerhalb des Lichtpfades des Lichtes liegt, das von dem organischen lichtemittierenden Bauelement emittiert wird. Beispiele für optische Elemente, die in der Verkapselung ausgebildet oder eingebettet sein können, sind: Linsen, Filter, Farbkonverter, Gitter, Prismen und dergleichen.
Die vorliegende Erfindung baut auf der Feststellung auf, dass Siloxane und Siloxan-Derivate gut für eine Verwendung in direktem Kontakt mit den organischen Materialien geeignet sind, die zur Herstellung von organischen lichtemittierenden Bauelementen verwendet werden. Dies steht im Gegensatz zur gegenwärtig akzeptierten OLED-Technologie, bei der kein Material in direkten Kontakt mit dem organischen Bauelement kommen darf. Gegenwärtige OLEDs werden durch eine 'mechanische' Abdichtung geschützt, z. B. durch Verwenden eines geeigneten Gehäuses und von Dichtungsmitteln.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorgehensweisen darf die Verkapselung auch den (die) lichtemittierenden Bereich(e) oder Teile davon bedecken. Es stellte sich heraus, dass Siloxane und Siloxan-Derivate keinen nachteiligen Einfluss auf das Verhalten und die Lebensdauer des lichtemittierenden Bereichs organischer Bauelemente zu haben scheinen.
Die Siloxane und Siloxan-Derivate bilden eine transparente und nicht-reaktive Abdichtung, die einen konformen Kontakt mit den organischen Bauelementen bildet. Sie sorgt für eine ausgezeichnete Barriere vor externer Kontamination, wie Wasser, Lösungsmittel, Staub und dergleichen. Die vorgeschlagene Verkapselung schützt außerdem gegen Korrosion der äußerst reaktiven Metallelektroden (z. B. Kalzium, Magnesium, Lithium), die in OLED-Bauelementen verwendet werden. Sie ist nicht leitfähig, was von besonderer Wichtigkeit in dem Fall ist, dass Metallelektroden ebenfalls in dem Verkapselungsmaterial eingebettet sind.
Des Weiteren sind Siloxan und Siloxan-Derivate äußerst robust und stabil. Sie reagieren kaum mit organischen Bauelementen selbst unter Bedingungen hoher Last und Temperatur. Obwohl sie dicht bei dem (den) lichtemittierenden Bereich(en) von OLEDs liegen, wo üblicherweise die Leistungsdichte ihr Maximum aufweist, findet keine Reaktion mit der vorhandenen Verkapselung statt.
Ein weiteres wichtiges Merkmal von Siloxan und Siloxan- Derivaten besteht darin, dass sie einen konformen Kontakt mit dem darunterliegenden organischen Material derart bilden, dass keine Luft, kein Lösungsmittel oder Wasser eingefangen ist. Aufgrund dessen ist die Lebensdauer des organischen Bauelements verlängert.
Weitere Vorteile der Verkapselung mit Siloxan und Siloxan- Derivaten werden in Verbindung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angesprochen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die folgenden schematischen Zeichnungen beschrieben (es ist zu erwähnen, dass die Zeichnungen nicht maßstäblich gezeichnet sind):
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines diskreten, organischen, lichtemittierenden Bauelements, das von einer Verkapselung aus Siloxan gemäß der vorliegenden Erfindung geschützt wird, das ein optisches Element beinhaltet.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Verkapselung aus Siloxan gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen taschenartigen Bereich beinhaltet, der eine Linse trägt.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer Anzeige oder eines Feldes gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Siloxan-Schichten, die als Verkapselungen dienen.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Anzeige oder ein Feld gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Siloxan- Film, der eine Matrix von Linsen aufweist.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine herkömmliche Anzeige oder ein herkömmliches Feld.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf die Anzeige oder das Feld von Fig. 5 mit einem Siloxan-Film gemäß der vorliegenden Erfindung mit Pfaden, die mit Farbwandlungsfarbstoffen gefüllt sind.
Fig. 7A-C stellt die Herstellung eines Siloxan-Films gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG

Gießverbindungen aus Silikon sind seit mehr als zwanzig Jahren bekannt und ihre Verwendungsmöglichkeiten umfassen unter anderem die Verkapselung elektrischer und elektronischer Bauelemente. Insbesondere Siloxan, ein Silikonharz, wird in großem Umfang zum Vergießen elektronischer Bauelemente, wie integrierter Schaltkreise, und für die Beschichtung von Teilen derartiger Bauelemente verwendet. Typische Beispiele für Siloxane bestehen aus Copolymeren oder Mischungen von Copolymeren jeglicher Kombination von Monophenylsiloxan- Einheiten, Diphenylsiloxan-Einheiten, Phenylmethylsiloxan- Einheiten, Dimethylsiloxan-Einheiten, Monomethylsiloxan- Einheiten, Vinylsiloxan-Einheiten, Phenylvinylsiloxan- Einheiten, Methylvinylsiloxan-Einheiten, Ethylsiloxan- Einheiten, Phenylethylsiloxan-Einheiten, Ethylmethylsiloxan- Einheiten, Ethylvinylsiloxan-Einheiten oder Diethylsiloxan- Einheiten.
In Abhängigkeit von der Harzzusammensetzung können die Eigenschaften von Siloxan verändert werden. Einige Aspekte, die zu berücksichtigen sind, sind: Stabilität gegenüber Rissbildung, Feuchtigkeitsbeständigkeit, thermischer Ausdehnungskoeffizient, Elastizitätsmodul und Vernetzungsverfahren. Siloxane, die durch die Hydrosilierungsreaktion vernetzen, stellen eine besonders nützliche Untergruppe von Siloxan dar. Siloxane, die ein Vernetzen bei Einwirken von Licht erlauben, sind ebenfalls bevorzugt, wie wenn das Siloxan-Vorpolymer zum Beispiel Vinyl- oder Acetylen-Gruppen und einen lichtaktivierten Radikalinitiator enthält.
Beispiele für Siloxane und Siloxan-Derivate, die als Verkapselungen für organische lichtemittierende Bauelemente geeignet sind, sind zum Beispiel jene, die in den US-Patenten 4 125 510, 4 405 208, 4 701 482, 4 847 120, 5 063 102 sowie 5 213 864, 5 260 398, 5 300 591 und 5 420 213 angegeben sind. Es ist wichtig, ein Siloxan zu wählen, das in dem Wellenlängenbereich des Lichts transparent ist, das von der zu verkapselnden OLED emittiert wird. Im Folgenden wird der Ausdruck Siloxan als Synonym für alle verschiedenen Arten transparenter Siloxane verwendet. Andere Materialien können mit dem Siloxan gehärtet werden, um eine Materialeigenschaft weiter zu verbessern. Derartige Gemische von zwei Polymeren können eine Steigerung der Leistungsfähigkeit des Bauelements bereitstellen, zum Beispiel wenn eine Komponente der Verkapselung einen Sauerstoff-Radikalfänger, wie einen Organoplatinkomplex oder Titan, oder einen Radikalfänger für freie Radikale enthält, wie Tertbutanol oder irgendein ähnliches Molekül. Alternativ stellt das Siloxan außerdem eine nützliche Passivierungsschicht für einen Transfer einer zweiten Polymerschicht bereit, insbesondere wenn die letztere ein aggressives Lösungsmittel erfordert, das ansonsten das Bauelement angreifen würde, jedoch durch das Siloxan effektiv blockiert wird. Diese zweite Schicht kann die Leistungsfähigkeit weiter verbessern, indem eine passive oder aktive Diffusion von Gasen durch die OLED verhindert wird.
Um eine Kontamination des organischen Stapels der zu verkapselnden OLED zu vermeiden oder eine Korrosion der Metallelektroden zu verhindern, stellte sich heraus, dass es von Bedeutung ist, dass eine Verkapselung vorhanden ist, die einen konformen Kontakt mit den Bauelementen herstellt. Des Weiteren ist wichtig, dass die OLED verkapselt werden kann, ohne dass die OLED zu erwärmen ist oder ohne dass sie mit aggressiven Chemikalien zu behandeln ist.
Siloxan und Siloxan-Derivate können in Formen gegossen werden, die leicht auf die OLED aufgebracht werden können. Aufgrund der elastischen Eigenschaften von Siloxan gleicht es sich ohne Weiteres an die OLED-Oberfläche an. Es ist möglich, einen vorgefertigten Siloxan-Film auf die OLED aufzurollen. Es ist eine interessante Eigenschaft von Siloxan, dass mehrere Filme aus Siloxan aufeinander gestapelt werden können. Siloxane sind insbesondere zum Gießen im Mikrometer- und Submikrometer- Maßstab gut geeignet, wobei stabile Muster (Strukturen) mit hohem Aspektverhältnis und Eigenschaften zum leichten Lösen gebildet werden.
Statt ein vorgefertigtes Siloxan auf die OLED aufzubringen, kann man ebenso die OLED mit einer viskosen Siloxan- Zusammensetzung bedecken, die unter Verwendung von ultravioletter Strahlung gehärtet werden kann, wie zum Beispiel im US-Patent 5 063 102 beschrieben. Wenn eine härtbare Siloxan- Zusammensetzung verwendet wird, wird eine übermäßige Erwärmung der OLED vermieden. Dieser Fall ist für ein Gießen im Mikrometerbereich oder ein Prägen besonders wünschenswert, bei dem das optische Element, z. B. ein lichtbeugendes Element, und die Verkapselung in einem einzigen Fertigungsschritt auf dem Bauelement gebildet werden.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Es ist ein diskretes, organisches, lichtemittierendes Bauelement 10 gezeigt. Es beinhaltet eine Elektrode 12 (Kathode), die sich auf einem Substrat 11 befindet. Auf der Oberseite der Elektrode 12 befindet sich ein Stapel aus drei organischen Schichten 13 bis 15. Die organische Schicht 13 dient als Elektronentransportschicht (ETL), und die organische Schicht 15 dient als Löchertransportschicht (HTL). Die organische Schicht 14, die zwischen den zwei Transportschichten 13 und 15 eingebettet ist, dient als Elektrolumineszenzschicht (EL). Im Folgenden wird der Stapel aus organischen Schichten der Einfachheit halber als organischer Bereich bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform trägt der organische Bereich die Bezugszahl 19. Auf der Oberseite der HTL 15 ist eine obere Elektrode (Anode) 16 ausgebildet. Die oberste Oberfläche des Bauelements 10 ist durch einen Siloxanfilm 17 abgedichtet. Dieser Film 17 ist konform zu dem Bauelement 10. In der vorliegenden Erfindung besteht das optische Element, das in der Verkapselung 17 eingebettet ist, aus einer Linse 18. Siloxan kann auch dazu verwendet werden, Strukturen mit oben liegender Kathode zu bedecken und zu schützen.
Eine derartige Linse 18 kann ein diskretes optisches Element sein, das in der Verkapselung 17 eingebettet ist (wie in Fig. 1 gezeigt). In ähnlicher Weise kann eine Linse 20 in einem taschenartigen Bereich 21 einer Verkapselung 22 angeordnet sein, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt. Um die Packung weiter zu vereinfachen und um die Kosten zu reduzieren, kann zum Beispiel eine Linse mittels Prägen direkt in dem Siloxan gebildet werden (siehe Fig. 3). Hierbei kann eine zweite Schicht aus Siloxan mit einem höheren Brechungsindex zur Steigerung der Linsenwirkung hinzugefügt werden.
Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur ist ein Querschnitt eines organischen lichtemittierenden Feldes 30 gezeigt. Auf der Oberseite eines üblichen Substrates 31 sind Kathoden 32 derart strukturiert, dass jede der lichtemittierenden Dioden des Feldes 30 einzeln adressiert werden kann. Der Einfachheit halber sind die organischen lichtemittierenden Dioden als dunkelgraue Schicht 33 dargestellt. Die Schicht 33 kann zum Beispiel einen Stapel aus organischen Schichten beinhalten. Auf der Oberseite der organischen Schicht 33 ist eine transparente oder semitransparente Anode 34 ausgebildet. Um das Feld 30 zu planarisieren, wird eine härtbare Siloxan-Verkapselung über die Oberseite des Feldes gegossen. Mittels Belichten des Siloxans durch ultraviolettes Licht wird eine dünne Siloxanschicht 35.1 gebildet. Diese Schicht 35.1 kapselt das Feld 30 ein und stellt eine planarisierte Oberseite bereit.
In einem nächsten Schritt wird ein Siloxanfilm 35.2 angebracht, der geprägte Linsen 36 beinhaltet. Dieser Siloxanfilm 35.2 kann zum Beispiel auf das Feld 30 gerollt werden. Der Siloxanfilm 35.2 und die Siloxanschicht 35.1 haften aneinander. Die Linsen 36 sind zu den Dioden des Feldes 30 derart ausgerichtet, dass Licht, das von den Dioden emittiert wird, durch die Anode 34, das Siloxan 35.1 und 35.2 sowie die Linsen 36 hindurchläuft, bevor es in den Halbraum über dem Feld 30 emittiert wird. In der bevorzugten Anordnung ist die Abmessung von jeder der Dioden des Feldes 30 hauptsächlich durch die Form der Kathoden 32 definiert. Es ist zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung auch für Strukturen mit oben liegender Kathode geeignet ist.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Gezeigt ist die Draufsicht auf eine organische Anzeige 40. In Fig. 4 ist lediglich die oberste Schicht 43 dieser Anzeige 40 sichtbar. Die Anzeige 40 beinhaltet 9 · 5 rechteckige Pixel 41. Ein Teil der Oberfläche der Anzeige ist mit einem Siloxanfilm 44 bedeckt und durch diesen verkapselt. Der Siloxanfilm 44 trägt eine Matrix von Linsen 42. Der Film 44 ist lateral derart ausgerichtet, dass die Linsen 42 bezüglich der Pixel 41 derart justiert sind, dass Licht durch die Linsen 42 emittiert wird.
Es können entweder Mikro- oder Makrolinsen verwendet werden, um die Gerichtetheit des emittierten Lichtes zu verbessern oder das Licht zu fokussieren. Eine Fokussierung ist zum Beispiel in einer auf den Kopf aufzusetzenden Anzeige erforderlich. Ein Siloxanfilm mit Makrolinsen kann an einer herkömmlichen organischen, lichtemittierenden Anzeige angebracht werden, um das Licht der Anzeige auf das (die) Auge(n) des Betrachters zu fokussieren. Ein Siloxanfilm mit integrierten optischen Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert die Notwendigkeit für eine separate Optik und kombiniert die Verkapselung mit wesentlichen Betriebsaspekten des Bauelements. Er kann bezüglich des darunterliegenden organischen Bauelements unter Verwendung eines Justierungsschemas ausgerichtet werden, wie es zum Beispiel in der gleichzeitig anhängigen PCT- Patentanmeldung "Stamp for a Lithographic Process", Veröffentlichungsnummer WO 97/06012 Al, beschrieben ist, die am 4. August 1995 eingereicht und am 20. Februar 1997 veröffentlicht wurde.
Eine weitere Ausführungsform einer organischen Anzeige 50 ist in Fig. 5 dargestellt. Wie in Fig. 4 ist lediglich die oberste Schicht 55 der Anzeige 50 gezeigt. Die Anzeige beinhaltet 9 Spalten und 11 Zeilen rechteckiger Pixel 51. Die Anzeige 50 ist derart ausgelegt, dass jedes Pixel 51 weißes Licht emittiert, wenn es entsprechend angesteuert wird. Um eine mehrfarbige Anzeige zu realisieren, werden üblicherweise Farbfilter oder Farbkonverter verwendet. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind keine photolithographischen Schritte mit unerwünschten Chemikalien erforderlich. In bestimmten Fällen kann Photolithographie für die Definition optischer Elemente nicht vermieden werden. In einem derartigen Fall kann man eine Verkapselung aus Siloxan aufbringen oder bilden, bevor die photolithographischen Schritte ausgeführt werden. Diese Siloxanschicht schützt dann das organische Bauelement vor den aggressiven chemischen photolithographischen Schritten, die das Bauelement gefährden könnten. Ein geeigneter Farbkonverter, der auf der Oberseite der Anzeige 50 angeordnet wird, ist in Fig. 6 dargestellt. Optische Elemente 53, 54, die als Farbkonverter dienen, sind in einen Siloxanfilm 52 integriert. Pfade 53 und 54 sind in dem Siloxanfilm 52 durch Mikrogießen oder Prägen des Siloxans bereitgestellt. Die Tiefe der Pfade ist nach dem Farbkonversionsmaterial ausgelegt, liegt jedoch typischerweise im Bereich von 0,1 um bis 50 um und bevorzugter zwischen 1 um und 15 um. Anstelle von Pfaden können Behältnisse in dem Siloxan ausgebildet sein, die nahezu jegliche Form und Abmessung aufweisen können. Die Pfade 53 enthalten einen ersten Farbkonverterfarbstoff, und die Pfade 54 enthalten einen anderen Farbkonverterfarbstoff. In dem vorliegenden Beispiel ist der Siloxanfilm 52 auf der Oberseite der Anzeige 50 derart angeordnet, dass die erste, vierte und siebte Spalte von Pixeln bezüglich der Pfade 53 ausgerichtet sind. Die zweite, fünfte und achte Spalte von Pixeln ist bezüglich der Pfade 54 ausgerichtet. Durch Wählen geeigneter Farbkonverterfarbstoffe kann eine dreifarbige Anzeige realisiert werden.
Derartige Farbkonverter können ohne Weiteres hergestellt werden, wie im Folgenden kurz beschrieben. In Fig. 7A ist der Siloxanfilm 52 gezeigt, der einen ersten Satz von Pfaden 53 und einen zweiten Satz von Pfaden 54 beinhaltet. Um zum Beispiel den ersten Satz von Pfaden 53 mit einem Farbkonverterfarbstoff zu füllen, der grünes Licht ergibt, kann eine Kante des Siloxanfilms 52 in ein Bad 70 eingetaucht werden, das einen geeigneten Farbstoff beinhaltet, wie in Fig. 78 gezeigt. Der Farbstoff wird nun automatisch durch Kapillarwirkung in die Pfade 53 gebracht. Wenn der erste Satz von Pfaden 53 gefüllt ist, wird der Siloxanfilm 52 umgedreht, und die gegenüberliegende Kante wird in ein anderes Bad 71 eingetaucht, das einen anderen Farbstoff beinhaltet. Durch Abdichten der Kapillaröffnung zum Beispiel mit Siloxan kann (können) der (die) Farbstoff(e) in einem Lösungszustand bleiben, was die spektrale Leistungsfähigkeit und Effizienz des Farbkonverterfarbstoffes weiter steigert. In gleicher Weise kann man es der Flüssigkeit erlauben, zu verdampfen, wodurch der feste Farbstoff eingeschlossen verbleibt. Dadurch wird der zweite Satz von Pfaden 54 mit dem in dem zweiten Bad 71 enthaltenen Farbstoff gefüllt (siehe Fig. 7C). Der zweite Farbstoff kann ein Farbstoff sein, der rot ergibt. Die Farbstoffe können innerhalb der indem Siloxanfilm 52 bereitgestellten Pfade flüssig bleiben, oder ihre Lösungsmittel können abgezogen werden, wodurch der Farbstoff in einem festen Zustand zurückbleibt.
Mittels der vorstehenden Vorgehensweise kann ein blau emittierendes organisches Feld 50 durch rote und grüne Farbkonverter strukturiert werden, wodurch sich eine Vollfarb- RGB(rot, grün, blau)-Anzeige ergibt, wie in Fig. 6 gezeigt.
Ein Siloxanfilm oder eine Siloxan-Verkapselung kann ohne Weiteres in Massenfertigung hergestellt werden. Die jeweiligen Fertigungsschritte können unabhängig ausgeführt werden, ohne einen nachteiligen Effekt auf das kompliziertere OLED- Bauelement zu haben.
Über eine breite Lage organischer Lichtemitter hinweg können Strukturen in einem Siloxanfilm mit Farbkonverterfarbstoffen durch Kapillarwirkung gefüllt werden, um so mehrfarbige statische Bilder zu erzeugen. Diese Bilder können durch Ersetzen des strukturierten Siloxanfilms mit dem eingekapselten Farbstoff oder durch eine Mikrofluid-Manipulation der Farbkonverterfarbstoffe in der Siloxanstruktur modifiziert werden. Die Pfade in dem Siloxanfilm werden mit unvermischbaren Flüssigkeiten gefüllt, wobei jede mit einem Farbstoff entsprechend der gewünschten Farbe gefüllt wird. Diese Pfade können dann durch eine geeignete Anwendung von Druck oder von anderen Mitteln gefüllt oder entleert werden, die bewirken, dass die Flüssigkeit in die Pfade hineinfließt oder aus diesen herausfließt.
In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Dicke des verwendeten Siloxans kann eine flexible Verkapselung erhalten werden. Eine derartige flexible Verkapselung kann auf organischen, lichtemittierenden Bauelementen angebracht werden, die auf einem flexiblen Substrat ausgebildet sind. Es ist zum Beispiel möglich, flexible organische Anzeigen zu realisieren, die durch eine flexible Verkapselung geschützt werden.
Beispiele für optische Elemente, die in der Verkapselung ausgebildet oder eingebettet sein können, sind: Linsen, Filter, Farbkonverter, Gitter, Diffusoren, Polarisatoren und Prismen, um nur einige Beispiele zu erwähnen. Eine Mischung von Farbkonvertern und Dämpfungselementen kann mit der Oberseite eines organischen, mehrfarbigen, lichtemittierenden Feldes in Kontakt gebracht oder darauf gebildet werden, um eine ungleiche Effizienz der Lichterzeugung bei verschiedenen Wellenlängen zu kompensieren. Außerdem ist es möglich, einen Siloxanfilm zu bilden, der eingefangene Blasen beinhaltet. Diese Blasen dienen als optische Elemente, die mit dem Licht wechselwirken, das von der darunterliegenden OLED emittiert wird. Eine Linse kann ohne Weiteres gebildet werden, indem eine leere Blase mit gut definierter Abmessung und Gestalt innerhalb des Siloxans bereitgestellt wird. Dies kann zum Beispiel durch Einbetten einer Probe mit der jeweiligen Abmessung und Gestalt in Siloxan erreicht werden. Eine geeignete Probe sollte derart gewählt werden, dass sie später ohne Weiteres entfernt werden kann. Es ist denkbar, sie unter Verwendung eines Ätzmittels oder durch Auflösen in einem geeigneten Lösungsmittel zu entfernen. In gleicher Weise kann sie mechanisch entfernt werden.
Zusammengefasst sind die vorstehenden exemplarischen Beispiele mit jeglicher Art von organischen, lichtemittierenden Bauelementen vollständig kompatibel, die polymere, oligomere und kleinmolekulare OLED-Entwürfe oder jeglichen Hybrid-Entwurf derselben beinhalten.

Claims

1. Organisches, lichtemittierendes Bauelement mit:

einer ersten und einer zweiten Kontaktelektrode (12, 16), von denen eine als eine Anode (16) dient und die andere als eine Kathode (12) dient; und

einer organischen Schicht (13-15), die zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode angeordnet ist, wobei die organische Schicht (13-15) in Reaktion auf das Anlegen einer Spannung zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode (12, 16) Licht emittiert;

dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement Siloxan (17) beinhaltet, das auf der ersten Elektrode (16) angeordnet ist, wobei das Siloxan (17) ein optisches Element (18) beinhaltet und die erste Kontaktelektrode (16) zwischen der organischen Schicht (13-15) und dem Siloxan (17) derart angeordnet ist, dass Licht, das von der organischen Schicht (13-15) emittiert wird, durch die erste Kontaktelektrode (16) hindurchtritt und danach durch das Siloxan (17) und das darin befindliche optische Element (18) hindurchtritt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, wobei die organische Schicht (13-15) eine organische Mehrschichtstruktur (13-15) ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1, wobei sich das Siloxan (17) in direktem Kontakt mit der ersten Kontaktelektrode (16) befindet.

4. Bauelement nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (18) eines oder mehrere der Komponenten Linse, Filter, Farbkonverter, Gitter, Diffusor, Polarisator und Prisma beinhaltet.

5. Bauelement nach Anspruch 4, wobei das optische Element (18) in das Siloxan (17) eingebettet ist.

6. Bauelement nach Anspruch 4, wobei das optische Element (18) in dem Siloxan (17) ausgebildet ist.

7. Bauelement nach Anspruch 4, wobei das optische Element (18) in einem taschenartigen Teil des Siloxans (17) angeordnet ist.

8. Anzeige (50) mit einer Mehrzahl von Bauelementen nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch.

9. Anzeige (50) nach Anspruch 8, wobei das Siloxan (52) eine Mehrzahl von optischen Elementen (53, 54) beinhaltet, die jeweils zu einem entsprechenden lichtemittierenden Bauelement ausgerichtet sind.

10. Anzeige (50) nach Anspruch 9, wobei jedes optische Element (53, 54) ein Farbkonverterelement ist, das durch einen in dem Siloxan (52) enthaltenen, geeigneten Farbstoff realisiert ist.

11. Anzeige nach Anspruch 9, wobei jedes optische Element (53, 54) ein Farbfilter ist, das durch einen in dem Siloxan (52) enthaltenen, geeigneten Farbstoff realisiert ist.

12. Anzeige nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei der Farbstoff in einen in dem Siloxan (52) ausgebildeten Pfad (53, 54) gefüllt ist.

13. Siloxanfilm zum Schutz einer Anzeige nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Film beinhaltet: eine Mehrzahl optischer Elemente (53, 54), die jeweils zu einem entsprechenden lichtemittierenden Bauelement der Anzeige ausgerichtet sind.

14. Film nach Anspruch 13, wobei jedes optische Element (53, 54) eines oder mehrere der Komponenten Linse, Filter, Farbkonverter, Gitter, Diffusor, Polarisator und Prisma beinhaltet.

15. Film nach Anspruch 14, wobei jedes optische Element (53, 54) in das Siloxan Eingebettet ist.

16. Film nach Anspruch 14, wobei jedes optische Element (53, 54) in dem Siloxan ausgebildet ist.

17. Film nach Anspruch 14, wobei jedes optische Element (53, 54) in einem taschenartigen Bereich des Siloxans angeordnet ist.

18. Film nach Anspruch 14, wobei jedes optische Element (53, 54) ein Farbkonverterelement ist, das durch einen in dem Film enthaltenen, geeigneten Farbstoff realisiert ist.

19. Film nach Anspruch 14, wobei jedes optische Element (53, 54) ein Farbfilter ist, das durch einen in dem Film enthaltenen, geeigneten Farbstoff realisiert ist.

20. Film nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Farbstoff in einen in dem Film ausgebildeten Pfad gefüllt ist.

21. Film nach Anspruch 20, wobei der in dem Pfad enthaltene Farbstoff in seinem flüssigen Zustand vorliegt.

22. Film nach Anspruch 20, wobei der in dem Pfad enthaltene Farbstoff in seinem festen Zustand vorliegt.

23. Verfahren zur Herstellung eines Siloxanfilms zum Schützen einer Kontaktelektrode eines organischen lichtemittierenden Bauelements, wobei der Siloxanfilm Farbkonverterelemente oder Farbfilter aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Bilden von Aufnahmen in dem Siloxanfilm; und

Füllen der Aufnahmen mit einem Farbstoff.