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DE10005296A1 - Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zu deren Herstellung

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DE10005296A1
DE10005296A1 DE10005296A DE10005296A DE10005296A1 DE 10005296 A1 DE10005296 A1 DE 10005296A1 DE 10005296 A DE10005296 A DE 10005296A DE 10005296 A DE10005296 A DE 10005296A DE 10005296 A1 DE10005296 A1 DE 10005296A1
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DE
Germany
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seal
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lid
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DE10005296A
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Rudolf Heimgaertner
Franz Petter
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Infineon Technologies AG
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strahlung, bereitgestellt, die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat, zumindest eine aktive Schicht eines strahlungsemittierenden organischen Materials, einen Deckel und eine Dichtung zwischen dem Substrat und dem Deckel, so daß ein Innenraum zwischen dem Substrat und dem Deckel gasdicht abgeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß durch die Dichtung die aktive Schicht vor Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft geschützt ist. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohe Lebensdauer auf. Weiterhin können alle Vorteile, die auf der Verwendung von organischen, lichterzeugenden Dioden beruhen, auf einfache und kostengünstige Weise genutzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strahlung insbesondere Licht, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die vorliegende Er­ findung betrifft insbesondere eine Anzeige auf der Basis von organischen, lichterzeugenden Dioden (OLED, organic light- emitting diodes).
Organische, lichterzeugende Dioden werden seit geraumer Zeit experimentell untersucht und in der Praxis angewendet. Typi­ scherweise umfaßt eine organische, lichterzeugende Diode ein Substrat, zwei leitende Schichten und eine aktive Schicht, die zwischen den beiden leitenden Schichten angeordnet ist. Dabei kann die aktive Schicht auch aus einer Schichtenfolge mehreren Schichten bestehen. Weiterhin umfaßt eine organi­ sche, lichterzeugende Diode in der Regel zwei Elektroden, welche jeweils benachbart zu den leitenden Schichten angeord­ net sind. Wird eine Spannung an die Diode angelegt, so flie­ ßen Elektronen bzw. Löcher von den Elektroden über die lei­ tenden Schichten in die aktive Schicht. Wenn sich die Elek­ tronen und die Löcher in der aktive Schicht treffen, wird Strahlung, üblicherweise Licht, erzeugt. Die Wellenlänge der erzeugten Strahlung, d. h. die Farbe des erzeugten Lichts, hängt dabei wesentlich von dem Material der aktiven Schicht ab. Typischerweise ist dabei zumindest eine der Elektroden für die erzeugte Strahlung transparent, so daß die erzeugte Strahlung durch diese Elektrode hindurch geführt werden kann.
Organische lichterzeugende Dioden weisen gegenüber her­ kömmlichen Anzeigen wie beispielsweise LCD-Anzeigen (liquid crystal display) eine Reihe von Vorteilen auf. In der Regel genügt es, wenn organische, lichterzeugende Dioden mit einer geringen Spannung (etwa 5 Volt) betrieben werden. Da sie wei­ terhin auch bei einem geringen Strom eine relativ große Hel­ ligkeit besitzen, weisen sie bei üblichen Anwendungen einen geringen Energieverbrauch auf. Wird eine dünne aktive Schicht verwendet, besitzen organische lichterzeugende Dioden sehr kurze Antwortzeiten. Darüber hinaus sind sie im Vergleich zu LCD's relativ einfach herzustellen und im Betrieb relativ einfach zu handhaben. Aufgrund der Tatsache, daß organische, lichterzeugende Dioden selbstleuchtend sind, sind sie in der Regel gut erkennbar und sie können über einen großen Winkel­ bereich betrachtet werden.
Aufgrund ihrer Vorteile können Anzeigen auf der Basis von or­ ganischen, lichterzeugenden Dioden in einer Vielzahl von Ge­ räten eingesetzt werden. Als Beispiele seien hier tragbare Computer, PDAs (personal digital assitants) sowie tragbare Telefone erwähnt.
Leider besitzen Anzeigen auf der Basis von organischen, lich­ terzeugenden Dioden auch eine Reihe von schwerwiegenden Nach­ teilen, welche ihre breite Anwendung bisher verhindert haben. Insbesondere die Stabilität der aktive Schicht über einen langen Zeitraum stellt ein schwieriges Problem dar. Kommt die aktive Schicht mit Feuchtigkeit bzw. Sauerstoff aus der Umge­ bungsluft in Kontakt, verkürzt sich die Lebensdauer der akti­ ven Schicht deutlich. Auch das Material der Elektroden kann durch den Sauerstoff in der Umgebungsluft bzw. durch die Feuchtigkeit in der Umgebungsluft geschädigt werden.
Daher muß eine organische, lichterzeugende Diode von Einflüs­ sen aus der Umgebung geschützt werden. Leider hat es sich herausgestellt, daß die Verfahren und Methoden, die üblicher­ weise zum Schutz von herkömmlichen Anzeigen eingesetzt wer­ den, bei Anzeigen auf der Basis von organischen, lichterzeu­ genden Dioden nicht angewendet werden können. So können bei­ spielsweise Harzschichten, die zum Schutz von herkömmlichen Anzeigen eingesetzt werden, für Anzeigen auf der Basis von organischen, lichterzeugenden Dioden nicht verwendet werden, da Lösungsmittel, die für die Herstellung der Harzschicht verwendet werden, in die aktive Schicht eindringen und deren Eigenschaften negativ beeinflussen können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vor­ richtung für die Emission elektromagnetischer Strahlung be­ reitzustellen, die die genannten Probleme vermindert bzw. ganz vermeidet. Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vor­ richtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von der Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strahlung nach dem unabhän­ gigen Patentanspruch 1 sowie dem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strah­ lung nach dem unabhängigen Patentanspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An­ sprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung für die Emission elek­ tromagnetischer Strahlung, bereitgestellt, die folgende Merk­ male aufweist:
  • a) ein Substrat,
  • b) zumindest eine aktiven Schicht eines strahlungsemit­ tierenden organischen Materials,
  • c) ein Deckel, und
  • d) eine Dichtung zwischen dem Substrat und dem Deckel, so daß ein Innenraum zwischen dem Substrat und dem Deckel gasdicht abgeschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß durch die Dichtung die aktive Schicht vor Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft geschützt ist. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohe Lebensdauer auf. Wei­ terhin können alle Vorteile, die auf der Verwendung von orga­ nischen, lichterzeugenden Dioden beruhen, auf einfache und kostengünstige Weise genutzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtung eine metallische Lötverbindung. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Dichtung die Metalle Gold und Zinn oder die Metalle Gold und Silber enthält.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine leitfähige Schicht, insbesondere eine ITO-Schicht, zwi­ schen der aktiven Schicht und dem Substrat auf.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in den Deckel Leiterbahnen integriert sind. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die in den Deckel integrierten Leiterbahnen über Lötverbin­ dungen mit der leitfähigen Schicht verbunden sind. Auf diese Weise können die Dichtung und die elektrischen Kontakte in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Dementsprechend kann auf eine nachträgliche Bildung der elektrischen Kontakte nach der Bildung der Dichtung verzichtet werden. Eine nachträgli­ che Bildung der elektrischen Kontakte bedeutet in der Regel, daß die elektrischen Kontakte durch die Dichtung geführt wer­ den müssen, was einen erhöhten Montageaufwand nach sich zieht. Auch auf einen internen Verbindungsprozeß, beispiels­ weise eine Drahtkontaktierung, kann verzichtet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Deckel aus keramischen Material, insbesondere Al2O3, gebildet.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strah­ lung bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist:
  • a) ein Substrat wird bereitgestellt,
  • b) auf dem Substrat wird zumindest eine Kontaktfläche für eine Dichtung bereitgestellt,
  • c) zumindest eine aktiven Schicht eines strahlungsemit­ tierenden organischen Materials wird aufgebracht, und
  • d) ein Deckel wird über die Kontaktfläche mit dem Sub­ strat verlötet, wodurch die Dichtung erzeugt wird, so daß ein Innenraum zwischen dem Substrat und dem Dec­ kel gasdicht abgeschlossen ist.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der Deckel unter Schutzgas mit dem Substrat verlötet wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Dichtung und/oder die Lötverbindungen mit Laserstrahlen erzeugt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2-4 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstel­ lung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf einem strahlungsdurchlässigen, insbesondere lichtdurch­ lässigen Substrat 2, beispielsweise einem Glasssubstrat, ist eine leitende Schicht 3, beispielsweise eine ITO-Schicht (in­ dium-doped tin oxide), angeordnet. Weiterhin ist auf der lei­ tenden Schicht 3 eine erste aktive Schicht 4a angeordnet. Im vorliegenden Beispiel enthält die erste aktive Schicht 4a ein p-leitendes Polymer, beispielsweise Polyparaphenylen Vinylen (PPV), welches sowohl zur Leitung der positiven Ladungsträger (Löcher) als auch zur Emission von Licht eingesetzt wird. Auf der ersten aktiven Schicht 4a ist eine zweite aktive Schicht 4b angeordnet, welche n-leitendes Material PBD eingebettet in einer Polystyren Matrix enthält. Dabei wird das Material PBD sowohl zur Leitung der negativen Ladungsträger (Elektronen) als auch zur Emission von Licht eingesetzt. Auf der zweiten aktiven Schicht 4b ist wiederum eine Elektrode 4c, beispiels­ weise eine Calcium-, Lithium/Aluminium- oder Magnesi­ um/Silber-Elektrode, angeordnet.
Zum Schutz der aktiven Schichten 4a und 4b sowie der Elektro­ de 4c ist ein Deckel 5 vorgesehen, der über eine Dichtung 6 und elektrische Kontakte 8 mit dem Substrat 2 verbunden ist. Zur Steuerung der aktiven Schichten 4a und 4b sind dabei in dem Deckel 5 Leiterbahnen 7 vorgesehen. Die Leiterbahnen 7 sind über die Kontakte 8 mit der leitenden Schicht 3 verbun­ den. Aufgrund der Dichtung 6 sind der Innenraum 10 zwischen dem Deckel 5 und dem Substrat 2 und insbesondere die aktiven Schichten 4a und 4b sowie die Elektrode 4c von der Umgebung isoliert. Dementsprechend kann weder Feuchtigkeit noch Sauer­ stoff aus der Umgebungsluft die aktiven Schichten 4a und 4b sowie die Elektrode 4c schädigen. Die Lebensdauer der aktiven Schichten 4a und 4b wird dadurch deutlich erhöht. Im vorlie­ genden Beispiel besteht das Substrat 2 aus Glas. Dementspre­ chend kann das von den aktiven Schichten 4a und 4b erzeugte Licht das Substrat 2 durchdringen.
Während des Betriebs der in Fig. 1 gezeigte Anzeige werden Löcher aus der ITO-Schicht 3 in die p-leitende, aktive Schicht 4a injiziert und wandern aufgrund der angelegten Spannung zu der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht 4a und der aktiven Schicht 4b. Gleichzeitig werden Elektronen aus der Elektrode 4c in die aktive Schicht 4b injiziert und wandern aufgrund der angelegten Spannung zu der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht 4a und der aktiven Schicht 4b. In der Umgebung der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht 4a und der aktiven Schicht 4b rekombinieren die Elektronen mit den Löcher, so daß Licht emittiert wird. Das aus den ak­ tiven Schichten 4a und 4b emittierte Licht dringt durch die ITO-Schicht 3 und das Substrat 2 und kann zur Darstellung von Informationen verwendet werden.
Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrie­ ben, das zur Herstellung einer Anzeige auf der Basis von or­ ganischen, lichterzeugenden Dioden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet werden kann. Dazu wird ein Substrat 2 aus Glas bereitgestellt. Nachfolgend wird eine leitende Schicht 3 auf das Substrat aufgebracht. Das Aufbringen der leitenden Schicht 3 kann beispielsweise mit einem CVD-Verfahren (chemi­ cal vapour deposition) erfolgen. Anschließend wird die lei­ tenden Schicht 3 strukturiert, um beispielsweise die Kontakt­ flächen 9 zu erzeugen.
Danach wird die erste aktive Schicht 4a auf die leitenden Schicht 3 aufgebracht. Dabei kann beispielsweise das PPV durch ein sogenanntes "Spin-coating" Verfahren und eine soge­ nannte "Squeegee"-Technik auf die leitende Schicht 3 aufge­ bracht werden. Anschließend wird die zweite aktive Schicht 4b und die Elektrode 4c auf die erste aktive Schicht aufge­ bracht. Die sich daraus ergebende Situation ist in Fig. 2 ge­ zeigt.
Anschließend wird der Deckel 5 bereitgestellt. Damit später die Dichtung 6 und die elektrischen Kontakte 8 in einem Ar­ beitsschritt erzeugt werden können, ist an der Unterseite des Deckels 5 bereits Lot-Material vorgesehen. Als Lot- Materialien können beispielsweise Au/Sn oder Au/Ag eingesetzt werden. Dabei kann das Lot-Material beispielsweise durch ei­ nen Siebdruck auf die Unterseite des Deckels 5 aufgebracht werden. Weiterhin weist der Deckel 5 Leiterbahnen 7 auf, über die von Außen eine elektrischen Verbindung zu der leitenden Schicht 3 aufgebaut werden kann. Der Deckel 5 wird dabei so über das Substrat 2 gehalten, daß das Lot-Material für die Dichtung 6 gegenüber der Kontaktfläche 9 und das Lot-Material für die elektrischen Kontakte 8 gegenüber der freiliegenden Fläche der leitenden Schicht 3 angeordnet ist. Die sich dar­ aus ergebende Situation ist in Fig. 3 gezeigt.
Nachfolgend wird der Deckel 5 mit dem Substrat 2 in Kontakt gebracht und es werden durch die Verwendung von Laserstrahlen 11 sowohl die Dichtung 6 als auch die Lötverbindungen 8 (elektrische Kontakte) erzeugt. Die Laserstrahlen 11 werden dabei durch das Glas-Substrat 2 geführt und von dem Lotmate­ rial absorbiert. Die Erzeugung der Dichtung 6 und der Lötver­ bindungen 8 erfolgt dabei in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum. Damit ist die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
Bezugszeichenliste
1
Vorrichtung
2
Substrat
3
leitende Schicht
4
a aktive Schicht
4
b aktive Schicht
4
c Elektrode
5
Deckel
6
Dichtung
7
Leiterbahn
8
Lötverbindung
9
Kontaktfläche
10
Innenraum
11
Laserstrahl

Claims (15)

1. Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strah­ lung, insbesondere Licht, mit:
  • a) einem Substrat (2),
  • b) zumindest einer aktiven Schicht (4a, 4b) eines strah­ lungsemittierenden organischen Materials,
  • c) einem Deckel (5), und
  • d) einer Dichtung (6) zwischen dem Substrat (2) und dem Deckel (5), so daß ein Innenraum (10) zwischen dem Substrat (2) und dem Deckel (5) gasdicht abgeschlos­ sen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (6) eine metallische Lötverbindung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (6) die Metalle Gold und Zinn oder die Metalle Gold und Silber enthält.
4. Vorrichtung nach einem der voherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine leitfähige Schicht (3) zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (3) eine ITO-Schicht ist.
6. Vorrichtung nach einem der voherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Deckel (5) Leiterbahnen (7) integriert sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Deckel (5) integrierten Leiterbahnen (7) über Lötverbindungen (8) mit der leitfähigen Schicht (3) verbunden sind.
8. Vorrichtung nach einem der voherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) aus keramischen Material, insbesonde­ re Al2O3, gebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung für die Emission elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, mit den Schritten:
  • a) ein Substrat wird bereitgestellt,
  • b) auf dem Substrat wird zumindest eine Kontaktfläche für eine Dichtung bereitgestellt,
  • c) zumindest eine aktiven Schicht eines strahlungsemit­ tierenden organischen Materials wird aufgebracht, und
  • d) ein Deckel wird über die Kontaktfläche mit dem Sub­ strat verlötet, wodurch die Dichtung erzeugt wird, so daß ein Innenraum zwischen dem Substrat und dem Dec­ kel gasdicht abgeschlossen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel unter Schutzgas mit dem Substrat verlötet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitfähige Schicht, insbesondere eine ITO- Schicht, aufgebracht wird, welche zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat angeordnet ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Deckel Leiterbahnen integriert sind.
13. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Deckel integrierten Leiterbahnen über Lötverbindungen mit der leitfähigen Schicht verbunden werden.
14. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindungen gleichzeitig mit der Dichtung erzeugt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung und/oder die Lötverbindungen mit Laser­ strahlen erzeugt werden.
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