DE102004063133A1

DE102004063133A1 - Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement mit erhöhter Lebensdauer

Info

Publication number: DE102004063133A1
Application number: DE102004063133A
Authority: DE
Inventors: Jörn Dr. Pommerehne; Klaus Dr. Bonrad; Clemens Dr. Ottermann; Thomas Frank; Marcus Dr. Bodesheim
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-13
Also published as: WO2006069722A1; US20090114905A1; CN101116196A; EP1829131A1

Abstract

Um die Lebensdauer von organischen, elektrischen oder elektronischen Bauelementen zu erhöhen, sieht die Erfindung ein organisches, elektrisches oder elektronisches Bauelement mit zumindest einer organischen funktionellen Schicht vor, wobei das Bauelement eine (e-v)-Löschsubstanz für Singulett-Sauerstoff enthält.

Description

Die Erfindung betrifft organische elektrische oder elektronische Bauelemente, insbesondere betrifft die Erfindung Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer solcher Elemente.
Organische elektronische Bauelemente werden in zunehmendem Maße für verschiedenste elektronische Anwendungen eingesetzt. Diese sind zwar im allgemeinen wesentlich langsamer, als auf anorganischen Halbleitern basierende Elemente, allerdings ist auch die Herstellung von organischen Bauelementen wesentlich kostengünstiger. Entwicklungen gehen diesbezüglich unter anderem dahin, komplette Schaltungen einfach aufzudrucken. Auch steht bei vielen Anwendungen die Geschwindigkeit nicht im Vordergrund. Beispiele hierfür sind die organische Sensorik und die Photovoltaik, organische Transponder-Schaltkreise für Radiofrequenz-Identifikation („RF-ID Etiketten oder Labels).
Im Vergleich zu den Materialien anorganischer Halbleiterbauelemente sind organische Verbindungen im allgemeinen jedoch instabiler. Ein Problem bei organischen elektronischen Bauelementen ist daher immer noch deren begrenzte Lebensdauer. Die organischen Substanzen, die bei solchen Bauelementen als Funktionsmaterial eingesetzt werden, sind vielfach reaktiv und degradieren unter anderem unter dem Einfluß von Sauerstoff. Für viele Anwendungsgebiete, wo Zuverlässigkeit sehr wichtig ist, sind Ausfälle aufgrund von Alterung der Bauelemente immer noch ein wesentlicher Hinderungsgrund gegen die weitere Verbreitung dieser Produkte.
Eine Möglichkeit, die Lebensdauer von solchen Elementen zu erhöhen, besteht darin, die eine oder mehreren organischen Schichten gasdicht zu verkapseln. Auch dabei kann aber im Laufe der Zeit Sauerstoff eindringen. Der Sauerstoff kann aber auch schon während der Bauteilherstellung in das Bauteil mit eingebaut oder eingeschlossen werden. So kann ein bei der Herstellung eingesetztes Inertgas verunreinigt sein, oder die eingesetzten Materialien setzen im Laufe der Zeit Sauerstoff frei. Unter anderem ist das für Elektrodenschichten vielfach verwendete Indium-Zinn-Oxid (ITO) dafür bekannt, langsam Sauerstoff abzugeben, welcher die funktionellen Materialien organischer elektronischer oder elektrischer Bauelemente degradieren kann. Ebenso kann Sauerstoff in vielen Metallen reversibel eingebunden und wieder abgegeben werden. Beispielsweise sind Silber und Kupfer dafür bekannt, vergleichsweise permeabel für Sauerstoff zu sein.
Eine weitere Möglichkeit zur Verlängerung der Lebensdauer ist daher, vorhandenen Sauerstoff von einer Reaktion mit den organischen Funktionsmaterialien abzuhalten. Beispielsweise kann der Sauerstoff mit geeigneten Substanzen, Gettermaterialien, Scavenger, Reduktions- oder Trockenmitteln, insbesondere für Wasser chemisch gebunden werden.

Noch eine Möglichkeit ist, die Reaktivität des Sauerstoffs herabzusetzen. Dies kann durch Quenchen von Sauerstoff im Singulett-Zustand erreicht werden. Bei Sauerstoff besteht eine Besonderheit darin, daß die beiden ersten elektronisch angeregten Molekülzustände O₂(a¹Δ_g) und O₂(b¹Σ⁺ _g) Singulett-Zustände und der Grundzustand O₂(X³Σ^– _g) ein Triplett-Zustand ist. Der O₂(a¹Δ_g)-Singulett-Zustand ist aufgrund von Auswahlregeln metastabil mit einer Lebensdauer von typischerweise einigen Mikrosekunden bis hin zu einigen hundert Millisekunden, abhängig von der Umgebung, in der er sich befindet. Da die meisten organischen Funktionsmoleküle im Grundzustand Singulett-Multiplizität aufweisen, ist eine Reaktion dieser Moleküle mit Grundzustandssauerstoff kinetisch gehemmt. Aufgrund der Singulett-Multiplizität und des um 94,2 kJ/mol größeren Energiegehalts von O₂(a¹D_g) gegenüber dem Grundzustand sind Sauerstoff-Moleküle in diesem Singulett-Zustand jedoch ein erheblich stärkeres Oxidationsmittel als Sauerstoff im Triplett-Grundzustand.

Hierbei ist noch zu ergänzen, daß es auch noch einen weiteren Singulett-Zustand des Sauerstoff-Moleküls, den O₂(b¹Σ⁺ _g) gibt, welcher eine Energie von 157 kJ/Mol oberhalb des Grundzustands aufweist. Dieser Zustand kann aber spinerlaubt in den O₂(a¹Δ_g) übergehen, so daß die Lebensdauer des O₂(b¹Σ⁺ _g) in Lösungsmitteln, beziehungsweise bei Anwesenheit von Stoßpartnern günstigstenfalls kaum mehr als 100 Nanosekunden beträgt. Dieser Zustand spielt dementsprechend für die Deaktivierung von Singulett-Sauerstoff nur eine untergeordnete Rolle.

Aus der JP 05-190282 A und der JP 05-190283 ist es bekannt, Singulett-Quencher in OLEDs zu verwenden. Als Quencher sollen dabei beispielsweise β-Karotin oder Ethylen-Verbindungen, wie Tetramethyl-Ethylen dienen.

Der strahlungslose Desaktivierungskanal von Singulettsauerstoff, welcher bei den dort beschriebenen Quencher-Molekülen, insbesondere bei β-Carotin auftritt, ist der spinerlaubte
Energietransfer (ET) auf Triplett-Zustände der als Akzeptormoleküle fungierenden Quencher-Substanzen. Die notwendige Bedingung für die Desaktivierung ist, daß die Energie des Akzeptor-Tripletts unterhalb derjenigen des Singulett-Donors liegt. Dieser Löschungs-, beziehungsweise Deaktivierungsmechanismus wird auch als sogenannte "chemische Löschung" bezeichnet.

β-Karotin ist zwar in der Biologie und Medizin als hervorragender Singulett-Sauerstoff-Quencher bekannt, bei der Anwendung in organischen elektronischen Bauelementen ergeben sich allerdings gleich mehrere Nachteile. Beispielsweise ist Karotin ein intensiver Farbstoff, welcher dementsprechend die optischen Eigenschaften von beeinflussen kann. Auch weisen β-Karotin und die aus dem Stand der Technik bekannten Moleküle, welche als Löscher von Singulett-Sauerstoff eingesetzt werden, typischerweise eine große Molmasse auf. Derartige große Moleküle können aber die elektrischen Eigenschaften der organischen Schicht(en) der Bauelemente oder deren Polymerisation und/oder Abscheidung bei der Bauteilherstellung negativ beeinflussen oder sogar verhindern.

Tetramethyl-Ethylen ist ebenfalls bekannt als chemischer Löscher von Singulett-Sauerstoff. Bei dieser Reaktion handelt es sich um einen strahlungslosen Prozeß, bei dem der Singulett-Sauerstoff die Doppelbindung des Tetramethyl-Ethylens angreift und als Reaktionsprodukt ein Hydroperoxid entsteht.

Der Einsatz von chemischen Quenchern wie z.B. Tetramethyl-Ethylen kann auch nachteilig sein, da die chemischen Quencher auch photochemische Reaktionen auslösen und damit die organischen Schichten verändern können. Überdies können sich bei der chemischen Deaktivierung von Singulett-Sauerstoff Reaktionsprodukte oder weitere Folgeprodukte bilden, die ihrerseits reaktiv sind und dann die funktionellen Moleküle der organischen funktionellen Schicht angreifen können oder durch Färbung oder andere physikalische Eigenschaften die Funktion des Bauteils in nur schwer vorherzusagender Weise negativ beeinflussen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer von organischen Schichten von Bauelementen unter Vermeidung oder zumindest Minderung der oben genannten Nachteile von bekannten Quenchern für OLEDs zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Demgemäß sieht die Erfindung ein organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement mit zumindest einer organischen funktionellen Schicht vor, welche eine (e-v)-Löschsubstanz für Singulett-Sauerstoff enthält. Besonders bevorzugt werden auch für die (e-v)-Löschsubstanz organische Moleküle verwendet.

Ein solches Bauelement kann in einfacher Weise erfindungsgemäß hergestellt werden, indem auf einem Substrat zumindest eine organische funktionelle Schicht aufgebracht wird, wobei in das Bauelement zusätzlich eine (e-v)-Löschsubstanz eingebracht wird.

Insbesondere kann dabei in die organische funktionelle Schicht oder in mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt mit dieser eine (e-v)-Löschsubstanz eingebracht werden. Als Substrat kann unter anderem Glas oder auch Kunststoff, etwa zur Herstellung flexibler Bauelemente verwendet werden.

Eine organische funktionelle Schicht ist im Sinne dieser Erfindung als eine Schicht mit einer organischen Substanz zu verstehen, welche für die elektrische, elektronische oder optoelektronische Funktion des Bauelements wesentlich ist. So umfaßt ein organisches photovoltaisches Element, oder eine organische Photozelle als optoelektronisches Bauelement im einfachsten Falle typischerweise eine funktionelle organische Schicht mit organischen, photovoltaisch wirksamen Molekülen, die zwischen zwei Elektrodenschichten mit unterschiedlichen Austrittsarbeiten eingebettet ist. Zusätzlich zu dieser Schicht und den als Anode und Kathode wirkenden Elektrodenschichten können auch noch weitere funktionelle Schichten vorhanden sein. Bei einem organischen Transistor wird als weiteres Beispiel als organische funktionelle Schicht eine organische halbleitende Schicht zwischen Source- Drain- und Gate-Elektroden verwendet.

Als (e-v)-Löschsubstanz wird im Sinne dieser Erfindung eine Substanz mit Molekülen verstanden, die aufgrund ihrer funktionellen Gruppe(n) in der Lage sind, Singulett-Sauerstoff stoßinduziert durch resonanten Energietransfer auf vibronische Zustände der Moleküle zu deaktivieren, beziehungsweise zu quenchen. Dabei wird die elektronische Anregungsenergie in den Stößen in Schwingungsenergie des Stoßpartners, also der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz umgewandelt. Dabei tritt chemische Deaktivierung allenfalls begleitend auf. Die Anregungsenergie des Singulett-Sauerstoffs wird dementsprechend lediglich in thermische Energie umgesetzt. Eine Reaktion der Löschsubstanz, die zu aggressiven Reaktionsprodukten führen kann, wird erfindungsgemäß vermieden. Zudem ist die (e-v)-Löschung im wesentlichen von den funktionalen Gruppen der Moleküle und kaum von deren Gesamtaufbau abhängig. Dadurch wird es möglich, daß auch problemlos vorgenannte Moleküle mit kleiner Molmasse eingebaut werden können, welche die elektrischen Eigenschaften der funktionellen Schicht nicht oder allenfalls unwesentlich stören. Der Energietransfer kann besonders dann resonant stattfinden, wenn die Energieabstände der Schwingungszustände der (e-v)-Löschsubstanz-Moleküle dem Energieabstand zwischen Singulett- und Grundzustands-Sauerstoff möglichst gut angepaßt sind.

So kann vorteilhaft eine (e-v)-Löschsubstanz verwendet werden, die Muleküle mit zumindest einer funktionellen Gruppe mit einem terminalen Oszillator enthält, wobei der terminale Oszillator eine Schwingungsenergie der Fundamentalschwingung oder eines Obertons der Streckschwingung aufweist, welche gleich dem Energieunterschied zwischen dem O₂(a¹D_g)- und dem O₂(X³S^– _g)-Zustand molekularem Sauerstoffs ist oder dessen Schwingungsenergie von diesem Energieunterschied um höchstens 37%, bevorzugt um höchstens 10% abweicht, insbesondere mit einer Schwingungsquantenzahl n kleiner oder gleich 3,. Im Bereich dieser energetischen Abweichungen ist der stoßinduzierte Energieübertrag vom Singulett-Sauerstoff unter Anregung einer Streckschwingung besonders wahrscheinlich, so daß hohe Geschwindigkeitskonstanten für die resonante (e-v)-Deaktivierung erreicht werden können.

Bei der Deaktivierung mit einer (e-v)-Löschsubstanz findet folgende Reaktion statt: O2 1Δg (m=0) -> O2 3Σ– g (m=0, 1, 2, 3, ...), und X – Y (n=0) -> X – Y (n=1, 2, 3 ...).

Dabei bezeichnet m die Schwingungsquantenzahl der Streckschwingung des Sauerstoffmoleküls, n die Schwingungsquantenzahl der Streckschwingung der (e-v)-Löschsubstanz und X – Y einen terminalen Oszillator mit Atomen X, Y, beispielsweise eine Hydroxylgruppe eines Moleküls. Den effektivsten Beitrag zur Löschung liefert dabei jeweils der Übergang des Sauerstoffs von m=0 nach m=0. Als (e-v)-Löschsubstanz wird im Sinne der Erfindung daher besonders bevorzugt eine Löschsubstanz verstanden, welche zumindest eine funktionelle Gruppe mit einem terminalen Oszillator enthält, wobei der terminale Oszillator eine Schwingungsenergie der Fundamentalschwingung oder eines Obertons der Streckschwingung aufweist, welche gleich dem Energieunterschied zwischen dem O₂(a¹Δ_g) (m=0)- und dem O₂(X³Σ^– _g)(m=0)-Zustand molekularem Sauerstoffs ist oder dessen Schwingungsenergie von diesem Energieunterschied um höchstens 37%, bevorzugt höchstens 10% abweicht.

Besonders geeignet zur Deaktivierung von Singulett-Sauerstoff sind (e-v)-Löschsubstanzen, die Moleküle mit zumindest einer Hydroxyl-Gruppe enthalten. Besonders bevorzugt werden organische Moleküle als (e-v)-Löschsubstanz verwendet, wobei Wasser in diesem Sinne nicht als organisches Molekül angesehen wird. Wasser ist besonders geeignet zum Deaktivieren von Singulett-Sauerstoff, da sich Wassermoleküle ausschließlich aus OH-Gruppen zusammensetzen. Die Verwendung von Wasser bietet sich aber nur dort an, wo die Schichten des organischen Bauelements einschließlich von funktionellen Schichten und Elektrodenschichten nicht durch das Wasser geschädigt werden, so daß Wasser für organische elektronische Bauelemente im allgemeinen wenig geeignet ist. Die Hydroxy-Gruppe mit einer O-H-Bindung als terminalem Oszillator ist für eine resonante (e-v)-Löschung besonders gut geeignet, da die Streckschwingungsenergie gut mit der Anregungsenergie des O₂(a¹D_g)-Zustands des Sauerstoffs übereinstimmt.

Beispielsweise kann die (e-v)-Löschsubstanz aber auch Moleküle mit zumindest einer NH- oder NH₂-Gruppe oder einer C-H-Bindung enthalten. Diese sind etwas weniger effektiv als OH-Gruppen, jedoch kann auch mit NH- oder NH₂-Gruppen, oder mit C-H-Bindungen bei welchen eine N-H- oder C-H-Bindung jeweils einen terminalen Oszillator bildet, noch eine beträchtlich beschleunigte Löschung des Singulett-Sauerstoffs erreicht werden. Insbesondere ist auch daran gedacht, Moleküle zu verwenden, die sowohl N-H-, als auch O-H-Bindungen enthalten.

Eine (e-v)-Löschsubstanz kann die organische funktionelle Schicht besonders wirksam schützen, wenn die (e-v)-Löschsubstanz in dieser Schicht selbst vorhanden ist. Vielfach ist es dabei ausreichend, wenn die (e-v)-Löschsubstanz in einer Konzentration von höchstens 5 Gewichtsprozent der aktiven Substanz der organischen funktionellen Schicht, bevorzugt höchstens 1 Gewichtsprozent in der organischen funktionellen Schicht vorhanden ist.

Es kann aber auch als alternative oder zusätzliche Maßnahme vorteilhaft sein, die (e-v)-Löschsubstanz in einem separaten Bestandteil des Bauelements unterzubringen, und so zu verhindern, daß außerhalb der organischen funktionellen Schicht entstehender Singulett-Sauerstoff in die Schicht eindringt. Diese Ausführungsform ist möglich, da die Geschwindigkeitskonstante der Diffusion von Sauerstoff in den gegenständlichen Bauteilen so hoch ist, daß eine Deaktivierung von Singulett-Sauerstoff in diesen Schichten einen effizienten Schutz der funktionellen Schichten bewirken kann.

Vorteilhaft können Moleküle mit kleiner Molmasse verwendet werden, welche leicht in der organischen funktionellen Schicht beweglich sind und/oder die elektronischen Eigenschaften der Schicht nicht oder nur wenig stören. Bevorzugt beträgt deren Molekulargewicht weniger als 528 g/Mol, bevorzugt insbesondere weniger als 374 g/Mol und besonders bevorzugt weniger als 178 g/Mol. Das bedeutet, daß bevorzugt (e-v)-Löschsubstanzen eingesetzt werden, die eine limitierte Größe bzw. eine limitierte Anzahl von Atomen im Molekül aufweisen, so daß die negativen Einflüsse auf die organischen funktionellen Schichten, insbesondere auf die organische funktionelle Schicht möglichst minimiert werden können.

Es ist aber auch möglich, Substanzen mit einer großem Molmasse als Löschsubstanzen einzusetzen. So ist gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die (e-v)-Löschsubstanz ein Hydroxygruppen oder NH- oder NH₂-Gruppen aufweisendes Polymer umfaßt. Dieses kann zum Beispiel eine Matrix für die Moleküle der organischen funktionellen Schicht bilden. Auch kann ein solches Polymer als ein Bestandteil des Bauelements verwendet werden, welches mit einer Oberfläche an die organische funktionelle Schicht angrenzt, so daß Singulett-Sauerstoff an der dabei gebildeten Grenzfläche neutralisiert werden kann.

Die Auswahl der (e-v)-Löschsubstanz erfolgt vorteilhaft auch anhand der Schichten des Bauelements und deren chemischen und elektrischen Eigenschaften. Beispiele von organischen Stoffen, die als Löscher in einer (e-v)-Löschsubstanz enthalten sein können, sind:

– ein ein- oder mehrwertiger Alkohol, -Cyclohexanol,, -ein Kohlehydrat, -ein Cellulosederivat, -ein Stärkederivat,
– ein Glycerinmonooleat, -ein Aminoalkohol,
– ein Polyamin, -ein Polyamid.

Bei der Auswahl der (e-v)-Löschsubstanz kann dann zum Beispiel berücksichtigt werden, ob die Substanz mit einem Lösungsmittel zur Herstellung der organischen funktionellen Schicht und/oder eventuellen weiteren funktionellen Schichten mischbar ist und/oder ob die Substanz mit einem oder mehreren weiteren Stoffen einer Schicht des organischen elektrischen oder elektronischen Bauelements in unerwünschter Weise reagieren kann.

Wie oben erläutert, sind Moleküle mit Hydroxygruppen besonders effektive Löscher. Je mehr Hydroxygruppen vorhanden sind, desto besser ist dementsprechend die Löschwirkung der Moleküle. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher ein organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement vorgesehen, bei welchem die (e-v)-Löschsubstanz organische Moleküle mit zumindest einer Hydroxygruppe enthält, wobei das Verhältnis von Gesamt-Molmasse dieser Moleküle zur Molmasse der Hydroxygruppen höchstens 5 zu 1, bevorzugt höchstens 3.5 zu 1 beträgt. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von Gesamt-Molmasse zu Molmasse der einen oder mehreren Hydroxygruppen bei den Alkoholen Methanol nur 1,88 (Gesamt-Molmasse M_ges = 32 g/mol, Molmasse der Hydroxygruppen M_OH = 17g/mol), bei Ethanol 2.7 (M_ges = 46 g/mol, M_OH = 17g/mol), bei Ethylenglykol nur 1.82 (M_ges = 62 g/mol, M_OH = 34g/mol). Auch mit Kohlehydraten können geringe Werte dieses Verhältnisses der Molmassen erreicht werden. So ergibt sich für Cellulose beispielsweise ein Wert von M_ges/M_OH = 3.17. Sorbit als (e-v)-Löscher weist sogar einen Wert von nur M_ges/M_OH = 1.78 auf.

Eine Möglichkeit, um die zumindest eine organische funktionelle Schicht zur Herstellung des organischen Bauelements auf ein Substrat aufzubringen, ist eine Beschichtung aus der Flüssig- oder Gelphase, wie z.B. Spin Coating, Tauch- oder Rinnenbeschichten bzw. Drucktechniken, insbesondere Ink-Jet Printing, Siebdruck oder Flexodruck. Dabei wird eine Lösung, in welcher die organischen funktionellen Moleküle und/oder deren Ausgangssubstanzen gelöst sind, auf dem Substrat abgeschieden, bzw. das Substrat aus der Lösung herausgezogen, so daß sich ein Flüssigkeitsfilm an der Substratoberfläche bildet. Aus dem Flüssigkeitsfilm wird dann die organische funktionelle Schicht durch Eintrocknen und/oder eine Reaktion von Ausgangssubstanzen, wie etwa eine Polymerisation hergestellt. Die (e-v)-Löschsubstanz kann bei dieser Ausführungsform der Erfindung in einfacher Weise eingebracht werden, indem die (e-v)-Löschsubstanz in einer Beschichtungslösung gelöst und zusammen mit den aktiven Molekülen oder deren Ausgangsstoffen als funktionelle Schicht auf dem Substrat aufgebracht wird.

Eine weitere Möglichkeit, organische funktionelle Schichten auf einem Substrat aufzubringen, ist, diese durch Aufdampfen abzuscheiden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für solche aktiven Moleküle der funktionellen Schicht, die niedrige Molmassen aufweisen. Dabei kann gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung die (e-v)-Löschsubstanz durch Coverdampfung zusammen mit den aktiven Molekülen. der organischen funktionellen Schicht abgeschieden werden, um die Löschsubstanz in diese Schicht einzubringen.

Um die (e-v)-Löschsubstanz in die organische funktionelle Schicht einzubringen, kann die (e-v)-Löschsubstanz auch außerhalb der organischen funktionellen Schicht vorhanden sein und dann in diese hineindiffundieren.

Dazu kann die (e-v)-Löschsubstanz vorteilhaft auch in einer separaten Schicht vor oder nach dem Aufbringen der organischen funktionellen Schicht, also als Unterlage oder Abdeckung der organischen funktionellen Schicht aufgebracht werden. Die Löschsubstanz kann dann zumindest teilweise von der separaten Schicht in die organische funktionelle Schicht hineindiffundieren. Dabei kann sich die separate Schicht auch beispielsweise auflösen.

Möglichkeiten hierzu sind unter anderem:

– Aufbringen einer vorzugsweise dünnen Schicht mit der (e-v)-Löschsubstanz -mit oder ohne Matrix-, beispielsweise durch Bedrucken mit Ink-Jet Technologie, Überlagerung dieser Schicht mit einer Schicht aus einer Lösung, die das organische Material der organischen funktionellen Schicht enthält, Auflösung der (e-v)-Löschsubstanz-Schicht durch das Lösungsmittel der organischen funktionellen Schicht, Mischung durch Diffusion der Materialien in der Flüssigphase und anschließende Ausbildung der organischen funktionellen Schicht mit der (e-v)-Löschsubstanz durch Entfernung des Lösungsmittels und/oder Vernetzung. Auch die ungekehrte Reihenfolge ist möglich.
– Aufbringen einer vorzugsweise dünnen Schicht der (e-v)-Löschsubstanz mit oder ohne Matrix. Überlagerung dieser Schicht mit einer Schicht aus einer Lösung, die das Material der organischen funktionellen Schicht enthält, jedoch mit Lösungsmitteln, in denen die (e-v)-Löschsubstanz nicht lösbar ist, d.h. Ausbildung eines separaten Films. Anschließend erfolgt Diffusion der (e-v)-Löschsubstanz in die organische funktionelle Schicht, auch beispielsweise unterstützt durch geeignete Maßnahmen, wie optische oder thermische Anregung oder Aktivierung. Auch die ungekehrte Reihenfolge ist möglich.

Übertrag der (e-v)-Löschsubstanz in die organische funktionelle Schicht durch Aufbringen der (e-v)-Löschsubstanz als Schicht auf einen Träger, "face-to-face"-Überdeckung der organischen funktionellen Schicht mit dem Träger, also in Gegenüberstellung Anordnen von Träger und funktioneller Schicht mit Kontakt von Träger und Schicht oder auch kontaktfrei. Das Freisetzen der (e-v)-Löschsubstanz auf dem Träger kann durch thermische und/oder optische Einwirkung, beispielsweise auch lokal, etwa durch Bestrahlung mit einem Laser erfolgen. Anschließend findet Diffusion der (e-v)-Löschsubstanz in die organische funktionelle Schicht statt. Hierdurch kann die Löschsubstanz auf einfache Weise auch strukturiert abgeschieden werden.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die organische funktionelle Schicht in einer Abdeckung einzukapseln, wobei die (e-v)-Löschsubstanz in der Abdeckung eingeschlossen wird und dann innerhalb der Abdeckung vorhanden ist. Die Abdeckung kann dabei insbesondere auch eine Kavität bilden, in welchem die (e-v)-Löschsubstanz vorhanden ist. Die in der Kavität eingeschlossene (e-v)-Löschsubstanz kann dann teilweise auch in die organische funktionelle Schicht eindiffundieren.

Ebenfalls ist es möglich, daß der in der organischen funktionellen Schicht entstehende Singulett-Sauerstoff in die Kavität und somit zu der (e-v)-Löschsubstanz hindiffundiert und dort deaktiviert wird, so daß sich im gesamten Bauteil ein Gleichgewicht aus Grundzustands- und Singulett-Sauerstoff einstellt, der für das Bauteil unschädlich ist oder zumindest die Menge des im Bauteil vorhandenen Singulett-Sauerstoff reduziert.

Eine weitere Möglichkeit, direkt oder über Diffusion (e-v)-Löschsubstanzen in das Bauteil einzubringen ist das Einlagern in eine strukturierte Isolations- oder Widerstandsschicht zwischen zwei Elektrodenschichten des Bauelements, welche zur lokalen Uterbrechung oder Abschwächung des Stromflusses dient.

Auch kann gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung eine Sperrschicht mit einer (e-v)-Löschsubstanz aufgebracht werden, welche die organische funktionelle Schicht schützt. Diese kann zusätzlich auch noch als Barriere wirken, um etwa das Eindringen weiteren Sauerstoffs oder auch von Feuchtigkeit zu verhindern oder wenigstens zu verlangsamen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen eine (e-v)-Löschsubstanz außerhalb der organischen funktionellen Schicht in das Bauelement eingebracht wird, sehen vor, ein Substrat zu verwenden, welches eine (e-v)-Löschsubstanz enthält oder bei welchem eine Folie mit einer (e-v)-Löschsubstanz aufgebracht wird. Auch hier kann die Folie oder das Substrat Singulett-Sauerstoff neutralisieren, der in das Substrat oder die Folie hinein- oder hinausdiffundiert. Für einen wirksamen Schutz der organischen funktionellen Schicht kann dabei die Folie oder das Substrat mit der zumindest einen organischen funktionellen Schicht in Kontakt stehen, um Diffusionswege bis zu einer Neutralisierung des Singulett-Sauerstoffs zu reduzieren.

Organische Bauelemente weisen vielfach auch Verklebungen auf, beispielsweise, um eine Verkapselung mit einem Substrat des Bauelements zu verbinden. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht dabei vor, daß zur Verklebung zumindest eines Teils auf das Substrat ein Kleber verwendet wird, der eine (e-v)-Löschsubstanz enthält. Eine solche Weiterbildung bietet unter anderem den Vorteil, daß auch (e-v)-Löschsubstanzen verwendbar sind, die, wenn sie innerhalb der funktionellen Schicht angeordnet wären, die Eigenschaften der organischen funktionellen Schicht nachteilig beeinflussen würden.

Um den Einfluß der (e-v)-Löschsubstanz auf die organische funktionelle Schicht möglichst gering zu halten, ist es weiterhin von Vorteil, wenn die HOMO- und LUMO-Zustände der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz einen höheren energetischen Abstand als die HOMO- und LUMO-Zustände der aktiven Moleküle der organischen funktionellen Schicht aufweisen.

Es kann auch eine (e-v)-Löschsubstanz in Form von Partikeln eingebracht werden. Die Partikel können sehr klein sein und somit auch insbesondere Nanopartikel umfassen. Als Partikel werden im Sinne der Erfindung nicht nur feste Partikel, sondern auch flüssige oder gelartige Tröpfchen verstanden, die beispielsweise dispergiert oder emulgiert sind. Die Partikel können aus der (e-v)-Löschsubstanz selbst bestehen, oder diese enthalten, beispielsweise an deren Oberfläche oder OH-Gruppen an der Oberfläche besitzen.

Vorteilhaft können auch noch weitere Maßnahmen zum Schutz des organischen elektrischen oder elektronischen Bauelements vor der Einwirkung von Sauerstoff und anderen reaktiven Substanzen vorgesehen werden. Ein weiterer wirksamer Schutz ist dabei ein Gettermaterial für Wasser und/oder Sauerstoff.

Die Erfindung ist für eine Vielzahl von Anwendungen und geeignet. So kann das organische elektrische oder elektronische Bauelement zumindest eines der Elemente

– einen organischen Transistor,
– eine organische Diode,
– einen organischen optoelektronischen Sensor,
– ein organisches Speicherelement, beispielsweise einen PFRAM (wahlfreier Zugriffs-Speicher mit ferroelektrischem Polymer)
– eine organische RF-ID Etikette umfassen. Insbesondere können auch erfindungsgemäß ganze organische Schaltkreise, wie etwa für eine vorgenannte Identifikations-Etikette unter Verwendung erfindungsgemäßer organischer Bauelemente hergestellt werden.

Auch zur Herstellung von organischen Photovoltaik- oder Solarzellen ist die Erfindung bestens geeignet. Insbesondere wird die Entstehung von Singulett-Sauerstoff durch das Sonnenlicht gefördert, so daß gerade für den Einsatz als Solarzelle die erfindungsgemäße Verwendung von (e-v)-Löschsubstanzen von Vorteil ist.

Zur Herstellung von Solarzellen oder optoelektronischen Sensoren kann beispielsweise eine organische funktionelle Schicht mit einer photovoltaisch wirksamen organischen Substanz aufgebracht werden. Beispielsweise sind Anthocyane als derartige Substanzen bekannt.

Zur Herstellung von organischen elektronischen Bauelementen wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung insbesondere zumindest eine organische Halbleiterschicht aufgebracht. Hier haben sich besonders polyzyklische Kohlenwasserstoffe, hier vorzugsweise Acene, wie Tetracen, Pentacen oder Hexacen bewährt. Pentacen ist ein verbreitetes Material für organische Dünnschichttransistoren. Diese Acene sind jedoch allesamt sehr oxidationsempfindlich, so daß die erfindungsgemäße Verwendung zusätzlicher (e-v)-Löschsubstanzen hier besonders vorteilhaft ist. Zwar sind die Acene selbst als Quencher für Singulett-Sauerstoff bekannt, allerdings erfolgt der Mechanismus der Deaktivierung nicht über einen elektronisch-vibronischen Energieübertrag, sondern über eine chemische Deaktivierung, welche diese Substanzen gerade so oxidationsempfindlich macht. Die erfindungsgemäß eingesetzten (e-v)-Löschsubstanzen reagieren demgegenüber nicht mit dem Singulett-Sauerstoff.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.

Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines als optoelektronischen Sensor ausgebildeten erfindungsgemäßen organischen elektrischen oder elektronischen Bauelements,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als optoelektronischen Sensor ausgebildeten erfindungsgemäßen organischen elektrischen oder elektronischen Bauelements,
3 ein Ausführungsbeispiel eines als Dünnfilmtransistor ausgebildeten erfindungsgemäßen Bauelements,
4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit Speicherzellen,
5 ein schematisches Zustandsdiagramm mit HOMO- und LUMO-Zuständen der aktiven Moleküle der organischen Schicht und der (e-v)-Löschsubstanz,
6 eine Variante des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels mit einer die (e-v)-Löschsubstanz enthaltenden Folie, und
7 einen in die organische funktionelle Schicht eingebetteten Partikel mit einer (e-v)-Löschsubstanz.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten organischen elektrischen oder elektronischen Bauelements. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Speziellen ein optoelektronischer Sensor dargestellt.
Der Schichtaufbau des Sensors, wie er in 1 schematisch gezeigt ist, umfaßt eine Schichtfolge mit einer organischen photovoltaischen Schicht mit einem organischen photovoltaisch wirksamen Material, welches zwischen zwei Elektrodenschichten der Schichtfolge angeordnet ist.
Zusätzlich können zwischen den Elektrodenschichten weitere funktionelle Schichten vorgesehen werden, um unter anderem die Quanteneffizienz zu steigern. Beispielsweise kann eine sogenannte Lochtransportschicht eingesetzt werden, um die unterschiedlichen Beweglichkeiten von erzeugten Löchern und Elektronen auszugleichen.
Das Bauelement 1 umfaßt ein Substrat 3 -beispielsweise aus Glas oder Kuststoff- mit Seiten 31, 32, auf welchem eine transparente Elektrodenschicht 7 abgeschieden ist. Als transparente Elektrodenschicht 7 kommt beispielsweise das leitfähige transparente Indium-Zinn-Oxid in Frage. Auf die mit der Elektrodenschicht 7 beschichtete Seite 31 des Substrats ist als organische funktionelle Schicht 5 eine Schicht mit einer organischen photovoltaisch wirksamen Substanz abgeschieden.
Die Schicht 5 kann beispielsweise eine Polymerschicht sein, die mittels Flüssigbeschichtung aufgebracht wird. Ebenso kann die organische funktionelle Schicht 5 aber auch aufgedampft werden. Wie oben erwähnt, können noch weitere funktionelle Schichten in der Schichtfolge zwischen den Elektrodenschichten 7, 9 vorhanden sein. Diese sind dem Fachmann bekannt und zum Zwecke der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt.
Auf der mit erster Elektrodenschicht 7 und organischer funktioneller Schicht 5 versehenen Seite 31 des Substrats wird eine weitere Elektrodenschicht 9 aufgebracht. Die Elektrodenschicht 9 ist bevorzugt eine Metallschicht, die eine sich von der ersten Elektrodenschicht 7 unterscheidende elektronische Austrittsarbeit aufweist. Günstig ist es, für die Elektrodenschicht 9 ein Material mit einer Austrittsarbeit zu wählen, die niedriger als die Austrittsarbeit der ersten Elektrodenschicht 7 ist. Geeignete Materialien sind unter anderem Aluminium, Barium oder Calcium. Weitere Materialien sind dem Fachmann bekannt. Die Schichtfolge kann aber auch invers ausgelegt sein, wobei eine transparente Abdeckung auf dem Substrat vorgesehen wird, durch welche das nachzuweisende Licht eintreten kann.
Aufgrund der unterschiedlichen Austrittsarbeiten wandern in der funktionellen Schicht 5 erzeugte Elektronen und Löcher zu den Elektroden, so daß eine Spannung abgegriffen kann.
Die geeigneten organischen photovoltaisch wirksamen Materialien sind typischerweise sauerstoffempfindlich. Ebenso kann auch die Elektrodenschicht 9 oxidieren. Um die empfindlichen Schichten 5, 9 zu schützen, ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Abdeckung 11 mit dem Substrat 3 unter Bildung von Klebestellen oder Verklebungen 13 aufgeklebt. Die Abdeckung 11 schließt dabei eine Kavität 12 ein. Als weitere Schutzmaßnahme für die Schichten 5, 9 ist außerdem innerhalb der Kavität 12 an der Abdeckung 11 ein Gettermaterial 15 für Wasser und/oder Sauerstoff vorhanden. Als Gettermaterial 15 ist unter anderem Calciumoxid geeignet. Weitere Abdeckungsmethoden und -ausführungen sind dem Fachmann bekannt.
Erfindungsgemäß ist in dem als Photozelle ausgebildeten organischen Bauelement 1 außerdem noch eine (e-v)-Löschsubstanz 4 für Singulett-Sauerstoff vorhanden. Die Löschsubstanz 4 kann insbesondere, wie in 1 gezeigt, in der funktionellen Schicht 5 vorhanden sein. Eine Möglichkeit zum Einbringen in die Schicht 5 ist, bei einer Flüssigbeschichtung der Seite 31 des Substrats 1 die (e-v)-Löschsubstanz 4 einfach in der aufzubringenden polymeren oder dendrimeren Lösung mitzulösen und zusammen mit der oder den anderen Komponenten der Schicht aufzubringen. Eine andere Möglichkeit ist, bei einer aufgedampften Schicht 5 die (e-v)-Löschsubstanz 4 durch Coverdampfung zusammen mit den aktiven Molekülen -bei einer organischen Photo- oder Solarzelle also beispielsweise photovoltaisch wirksamen Molekülen- der funktionellen Schicht 5 abzuscheiden.
Eine weitere Möglichkeit zum Einbringen der (e-v)-Löschsubstanz 4 die funktionelle Schicht 5, die alternativ oder zusätzlich vorgesehen werden kann, ist, die (e-v)-Löschsubstanz 4 innerhalb der Abdeckung 11, welche die funktionelle organische Schicht 5 verkapselt, einzubringen. Die Löschsubstanz 4 ist dann in der durch die Abdeckung gebildete Kavität 12 vorhanden. Weisen die Moleküle der Löschsubstanz 4 eine hinreichend kleine Molmasse auf, so können die Moleküle in ausreichender Menge auch in die funktionelle Schicht 5 unter Einstellung eines Gleichgewichtsdampfdrucks hineindiffundieren.
Die (e-v)-Löschsubstanz kann auch in einer separaten Schicht vor oder nach dem Aufbringen der Schicht 5 aufgebracht werden. Aus dieser separaten Schicht kann die Löschsubstanz 4 dann zumindest teilweise in die organische Schicht 5 eindiffundieren. Dabei kann sich die separate Schicht auch vollständig auflösen.
Auch kann, wie in 1 dargestellt, die (e-v)-Löschsubstanz 4 alternativ oder zusätzlich in der Verklebung 13 vorhanden sein, beispielsweise indem beim Aufkleben der Abdeckung 11 ein die Löschsubstanz 4 enthaltender Kleber verwendet wird.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen organischen elektrischen oder elektronischen Bauelements 1 dargestellt. Das Bauelement 1 kann ebenso wie das in 1 gezeigte Bauelement eine Abdeckung 11 aufweisen. Die Abdeckung oder andere Verkapselungen sind jedoch zum Zwecke der Übersichtlichkeit in 2 weggelassen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf der leitfähigen transparenten Elektrodenschicht 7 zusätzlich eine leitfähige Sperrschicht 17 für die funktionelle organische Schicht 5 aufgebracht. Zwischen den Elektrodenschichten 7 und 9 ist außerdem noch eine Lochtransportschicht 19 als weitere funktionelle Schicht vorhanden, um die Quanteneffizienz zu steigern.
Indium-Zinn-Oxid als transparente leitfähige Elektrodenschicht 7 gibt im Laufe der Zeit Sauerstoff ab. Die Sperrschicht dient dabei als Sauerstoffbarriere, um das Eindringen von Sauerstoff in die funktionellen Schichten 5 und 19 zu verhindern oder zu verlangsamen. Um den Schutz der organischen funktionellen Schicht 5 und/oder der Lochtransportschicht 19 zu verbessern, ist bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem vorgesehen, daß die Sperrschicht 17 eine (e-v)-Löschsubstanz enthält. Zusätzlich kann auch hier, wie in 2 gezeigt, eine (e-v)-Löschsubstanz auch in der organischen funktionellen Schicht 5 eingebracht sein.
Die anhand der 1 oder 2 dargestellten Ausführungsbeispiele sind beispielsweise auch als Solarzellen oder unter Verwendung mehrerer Sensorelemente auf einem Substrat 3 auch als Bildsensor einsetzbar.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines als organischer Dünnschicht-Transistor ausgebildeten organischen Bauelements 1.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein dotiertes Siliziumsubstrat 3 verwendet. Das Substrat kann beispielsweise p-dotiert sein. Die Oberfläche der Seite 31 des Substrats 3 ist dabei oxidiert, so daß eine Siliziumoxid-Isolationsschicht 21 gebildet wird. Auf dieser Schicht 21 sind Source- und Drain-Elektroden 23, 25 aufgebracht. Diese Elektroden können beispielsweise durch photolithographische Strukturierung einer Goldschicht hergestellt werden. Auf den Elektroden 23, 25 kann noch eine weitere Isolationsschicht 27 aufgebracht sein, um benachbarte Transistorelemente auf dem Substrat 3 gegeneinander zu isolieren. Weiterhin ist eine organische funktionelle Schicht 5 auf der Seite 31 aufgebracht, die in Kontakt mit den Elektroden 23, 25 und mittels der Isolationsschicht 21 gegenüber dem als Gate fungierenden, beispielsweise p-leitenden Silizium des Substrats 3 isoliert ist.
Als Material für die organische funktionelle Schicht 5, beziehungsweise als aktive Moleküle der Schicht 5 sind unter anderem Pentazen und/oder Thiophene, wie Quaterthiophen oder Sexithiophen geeignet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich die (e-v)-Loschsubstanz in der Schicht 5 in Mischung mit den aktiven Molekülen. Wie auch bei den anhand der 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispielen ist dabei die (e-v)-Löschsubstanz bevorzugt in einer Konzentration von höchstens 5 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt von höchstens 1 Gewichtsprozent der aktiven Substanz in der Schicht 5 vorhanden.
Wird in der organische funktionelle Schicht 5 ein organisches ferroelektrisches Polymer eingesetzt, so kann das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel auch als organische RAM-Speicherzelle dienen.
Anstelle eines Siliziumsubstrates kann bei dem in 3 dargestellten Beispiel auch ein Polymer- oder Kunststoffsubstrat verwendet werden. Die Beschichtung mit den organischen funktionellen Schichten kann dann unter anderem vorteilhaft für eine Massenproduktion in einem Rolle-auf-Rolle-Beschichtungsprozeß durchgeführt werden. Der Schichtaufbau von Bauelementen für derartig herstellbare Schaltkreise ist dem Fachmann bekannt. Mit einem solchen Verfahren können beispielsweise elektronische Schaltkreise für RF-ID-Etiketten hergestellt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen organischen Bauelements 1 mit einer Speicherzellenanordnung mit PFRAM-Zellen. Auf einem Substrat 3 sind dazu Metalleitungen 35 angeordnet. Diese können beispielsweise in Dünnschichttechnik aufgedampft oder aufgesputtert sein. Das Substrat 1 ist auf der Seite mit den Metalleitungen 35 außerdem mit einer organischen funktionellen Schicht 5 beschichtet. Auf dieser Schicht 5 sind weitere Metalleitungen 37 aufgebracht, welche quer zu den Metalleitungen 35 verlaufen und von diesen durch die Schicht 5 getrennt sind. Die organische funktionelle Schicht 5 kann auch hier wieder beispielsweise eine ferroelektrische Polymerschicht sein. Durch Anlegen einer Spannung zwischen je einem der Metallleitungen 35 und 37 kann das ferroelektrische Material im Bereich zwischen den Leitungen polarisiert werden, um eine Bit-Information einzuprägen. Auch hier ist erfindungsgemäß eine (e-v)-Löschsubstanz 4 in der Schicht 5 enthalten, um die Polymermoleküle der Schicht 5 vor einer Reaktion mit Singulett-Sauerstoff zu schützen.
Die Auswahl geeigneter (e-v)-Löschsubstanzen erfolgt vorteilhaft auch anhand der Abstände der elektronischen Zustände der aktiven Moleküle und der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz. 5 zeigt zur Verdeutlichung ein schematisches Zustandsdiagramm. Die durchgezogenen Linien stellen jeweils das höchste besetzte Molekülorbital ("HOMO") und das niedrigste unbesetzte Molekülorbital ("LUMO") der aktiven Moleküle dar. Die gestrichelten Linien kennzeichnen den HOMO- und LUMO-Zustand der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz. Um den Einfluß auf die elektrischen und/oder elektrooptischen-Eigenschaften der aktiven Schicht möglichst klein zu halten, wird die (e-v)-Löschsubstanz so ausgewählt, daß, wie im Diagramm gezeigt, die HOMO- und LUMO-Zustände der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz einen höheren energetischen Abstand als die HOMO- und LUMO-Zustände der aktiven Moleküle der organischen funktionellen Schicht aufweisen.
Liegen die LUMO-Zustände der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz zu tief, können sie als Fallenzustände für Elektronen wirken, welche die Schicht durchfließen. Ebenso können energetisch zu hoch liegende HOMO-Zustände der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz als Fallen für Löcher wirken. In beiden Fällen kann beispielsweise der Stromfluß durch die Schicht nachteilig beeinflusst werden. Auch kann es in einer funktionellen organischen Schicht 5, wie sie in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 vorhanden ist, durch diese Fallenwirkung zu einer Erniedrigung der Quanteneffizienz kommen.
Um ein effizientes Quenchen von Singulett-Sauerstoff zu erreichen, wird die (e-v)-Löschsubstanz weiterhin bevorzugt so gewählt, daß sie Moleküle mit zumindest einer funktionelle Gruppe mit einem terminalen Oszillator enthält, dessen Schwingungsenergie der Fundamentalschwingung oder eines Obertons der Streckschwingung gleich dem Energieunterschied zwischen dem O₂(a¹D_g)- und dem O₂(X³S^– _g)-Zustand molekularem Sauerstoffs ist oder dessen Schwingungsenergie von diesem Energieunterschied um höchstens 37%, bevorzugt höchstens 10% abweicht.
Diese Bedingung wird insbesondere von Molekülen erfüllt, die zumindest eine Hydroxyl-Gruppe enthalten. Geeignet sind diesbezüglich weiterhin auch noch Moleküle mit zumindest einer NH- oder NH₂-Gruppe, oder C-H-Bindungen, wobei eine N-H-Bindung oder C-H-Bindung im Vergleich zu einer O-H-Bindung als terminaler Oszillator jedoch eine geringere Deaktivierungs-Effizienz zeigen. Die Energien der Streckschwingung liegen bei E=2960 cm^–1 für eine C-H, E=3355 cm^–1 für eine N-H- und 3755 cm^–1 für eine O-H-Bindung.
Geeignete Substanzen mit derartigen terminalen O-H-, C-H- oder N-H-Oszillatoren sind unter anderem:

– ein- oder mehrwertige Alkohole, beispielsweise Ethanol, Ethylenglykol, Glyzerin, Cyclohexanol;
– Kohlehydrate, zum Beispiel Mono-, Di- und Trisaccharide;
– Cellulosederivate und/oder Stärkederivate, beispielsweise Zellglas;
– Glycerinmonooleate, beispielsweise Glycerinmonooleat, Glycerinmonooricinoleat, Glycerinmonostearat;
– Aminoalkohole;
– Polyamine;
– Polyamide.

Cellulosederivate, Stärkederivate, Polyamine und Polyamide sind außerdem Beispiele für eine (e-v)-Löschsubstanz, die ein Hydroxygruppen oder NH- oder NH₂-Gruppen aufweisendes Polymer umfaßt. Derartige (e-v)-Löschsubstanzen können beispielsweise in Form einer Folie oder eines Substrats für die organische funktionelle Schicht im organischen Bauelement verwendet werden. So kann beispielsweise das Substrat 3 der in den 1 oder 2 gezeigten Ausführungsbeispiele ein solches Polymer umfassen.
Ein Ausführungsbeispiel mit einer Folie mit einer polymeren (e-v)-Löschsubstanz zeigt 6 Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Variante der in 1 dargestellten OLED. Die Schichten 5, 7, 9 dieses organischen Bauelements -hier wieder ein optoelektronischer Sensor oder eine Solarzelle, wie die in 1 und 2 gezeigten Beispiele- sind mit einer innerhalb der Abdeckung 11 angeordneten Folie 29 aus polymerer (e-v)-Löschsubstanz abgedeckt. Die Folie 29 kann dabei beispielsweise wie in 6 gezeigt, mit den Verklebungen 13 fixiert sein. Als (e-v)-Löschsubstanz 4 für die Folie kann unter anderem Polyimid, Polyamid oder ein Stärke- oder Cellulosederivat, wie etwa Zellglas verwendet werden. Zusätzlich kann auch (e-v)-Löschsubstanz in der Verklebung 13 und/oder der Kavität vorhanden sein.
Anders als in 6 dargestellt, kann das organische Bauelement auch so aufgebaut werden, daß die Folie 29 oder das Substrat mit der (e-v)-Löschsubstanz mit der organischen funktionellen Schicht 5 in Kontakt ist.
Es ist auch möglich, eine (e-v)-Löschsubstanz in Form von Partikeln einzusetzen. 7 zeigt ein Beispiel für eine solche (e-v)-Löschsubstanz in Partikelform. Die (e-v)-Löschsubstanz 4 dieses Ausführungsbeispiels umfaßt Nanopartikel 41, welche in die organische funktionelle Schicht 5 eingebettet sind. Die Nanopartikel 41 umfassen Moleküle 42 mit einem durch einen Strich symbolisierten unpolaren Ende 43 und einer oder mehreren durch einen Kreis symbolisierten Hydroxygruppen am anderen Ende des Moleküls 42. Beispiele für solche Moleküle sind unter anderem einwertige Alkohole, wie Ethanol, Propanol oder Hexanol.
Hydroxygruppen erhöhen die Polarität des Moleküls 42, wodurch sich im allgemeinen die Löslichkeit in einer organischen, unpolaren Umgebung verschlechtert. Andererseits sind Hydroxygruppen hervorragend als terminale Oszillatoren geeignet, um Singulett-Sauerstoff zu deaktivieren, beziehungsweise in den Triplett-Grundzustand zu überführen.
In Form von Partikeln, wie sie beispielhaft in 7 gezeigt wird, können nun auch Moleküle mit schlechter Löslichkeit in eine organische funktionelle Schicht eingebettet werden. Dabei zeigen die unpolaren Reste 43 der Moleküle 42 im Partikel nach außen, so daß die polaren OH-Gruppen im Inneren der Partikel 41 liegen. Auf diese Weise können im Inneren der Partikel 41 sogar weitere Moleküle 45 der (e-v)-Löschsubstanz eingebettet werden, die isoliert aufgrund der hohen Zahl von polaren OH-Gruppen nur schlecht oder gar nicht in der aktiven organischen Schicht 5 löslich sind.
Der Singulett-Sauerstoff wird bei diesem Ausführungsbeispiel vor allem während des Hindurchdiffundierens durch die Nanopartikel 41 stoßinduziert deaktiviert.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.

1: Organisches Bauelement
3: Substrat
4: (e-v)-Löschsubstanz
5: organische funktionelle Schicht
7: leitfähige transparente Elektrodenschicht
9: Elektrodenschicht
11: Abdeckung
12: Kavität
13: Verklebung
15: Gettermaterial
17: Sperrschicht
19: Lochtransportschicht
21: SiO₂-Isolationsschicht
23, 25: Elektroden
27: Isolationsschicht
29: Polymerfolie
31,32: Seite von 3
35, 37: Metallleitungen
41: Nanopartikel
42, 45: Moleküle von 4, 41
43: unpolares Ende von 42,
44: Hydroxy-Gruppe

Claims

Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement mit zumindest einer organischen funktionellen Schicht, gekennzeichnet durch eine insbesondere organische (e-v)-Löschsubstanz für Singulett-Sauerstoff.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulargewicht der (e-v)-Löschsubstanz kleiner als 528 g/Mol, bevorzugt kleiner als 374 g/Mol, besonders bevorzugt kleiner als 178 g/Mol ist.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz Moleküle mit zumindest einer funktionelle Gruppe mit einem terminalen Oszillator mit einer Schwingungsenergie der Fundamentalschwingung oder eines Obertons der Streckschwingung enthält, welche gleich dem Energieunterschied zwischen dem O₂(a¹D_g)- und dem O₂(X³S^– _g)-Zustand molekularem Sauerstoffs ist oder dessen Schwingungsenergie von diesem Energieunterschied um höchstens 37%, bevorzugt um höchstens 10% abweicht.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz Moleküle mit zumindest einer funktionellen Gruppe mit einem terminalen Oszillator mit einer Schwingungsenergie der eines Obertons der Streckschwingung mit n<=3 enthält, welche gleich dem Energieunterschied zwischen dem O₂(a¹Δ_g)- und dem O₂(X³Σ^– _g)-Zustand molekularem Sauerstoffs ist oder dessen Schwingungsenergie von diesem Energieunterschied um höchstens 37%, bevorzugt höchstens 10% abweicht.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz organische Moleküle mit zumindest eine Hydroxyl-Gruppe enthält.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz Moleküle mit zumindest einer NH- oder NH₂-Gruppe enthält.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz ein Hydroxygruppen oder NH- oder NH₂-Gruppen aufweisendes Polymer umfaßt.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz -einen ein- oder mehrwertigen Alkohol oder ein Kohlehydrat enthält.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)- Löschsubstanz in der organischen funktionellen Schicht vorhanden ist.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz innerhalb einer Abdeckung, welche die zumindest eine funktionelle organische Schicht verkapselt, vorhanden ist.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sperrschicht mit einer (e-v)-Löschsubstanz.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verklebung mit einer Substanz, die aus einer (e-v)-Löschsubstanz besteht oder diese beinhaltet.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Partikel, insbesondere Nanopartikel, welche eine (e-v)- Löschsubstanz zumindest an der Oberfläche enthält.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die HOMO- und LUMO-Zustände der Moleküle der (e-v)-Löschsubstanz einen höheren energetischen Abstand als die HOMO- und LUMO-Zustände der aktiven Moleküle der organischen funktionellen Schicht aufweisen.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz eine Folie oder eine Substrat für die organische funktionelle Schicht umfaßt.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie oder das Substrat mit der zumindest einen funktionellen organischen Schicht in Kontakt ist.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz in einer Konzentration von höchstens 5 Gewichtsprozent der aktiven Substanz der organischen funktionellen Schicht, bevorzugt höchstens 1 Gewichtsprozent in der organischen funktionellen Schicht vorhanden ist.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gettermaterial für Wasser oder Sauerstoff.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz organische Moleküle mit zumindest einer Hydroxygruppe enthält, wobei das Verhältnis von Gesamt-Molmasse dieser Moleküle zur Molmasse der Hydroxygruppen höchstens 5 zu 1, bevorzugt höchstens 3.5 zu 1 beträgt.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement zumindest eines der Elemente – einen organischen Transistor, – eine organische Diode, – einen organischen optoelektronischen Sensor, – ein organisches Speicherelement, insbesondere einen PFRAM – eine organische RF-ID Etikette umfaßt.
Organisches elektrisches oder elektronisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement eine Solarzelle ist.
Organischer Schaltkreis, umfassend zumindest ein organisches Bauelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines organischen elektrischen oder elektronischen Bauelements, insbesondere eines organischen Bauelements gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem auf einem Substrat zumindest eine organische funktionelle Schicht aufgebracht wird, und wobei in das Bauelement zusätzlich eine (e-v)-Löschsubstanz eingebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 23, bei welchem auf einem Substrat zumindest eine organische funktionelle Schicht des Bauelements aufgebracht wird, wobei in die funktionelle Schicht oder in mittelbaren bzw. unmittelbaren Kontakt mit der funktionellen Schicht eine (e-v)-Löschsubstanz eingebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die organische funktionelle Schicht auf dem Substrat mittels Beschichtung aus der Flüssig- oder Gelphase, insbesonere Spin Coatinq, Tauch- oder Rinnenbeschichten, oder einer Drucktechnik, insbesondere Ink-Jet Printing, Siebdruck oder Flexodruck aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz in einer Beschichtungslösung gelöst und zusammen mit den aktiven funktionellen Molekülen oder deren Ausgangsstoffen als organische funktionelle Schicht auf dem Substrat aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine organische funktionelle Schicht durch Aufdampfen abgeschieden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz durch Coverdampfung zusammen mit den aktiven Molekülen der organischen funktionellen Schicht abgeschieden wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die organische funktionelle Schicht in einer Abdeckung eingekapselt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz in der Abdeckung eingeschlossen wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrschicht aufgebracht wird, welche eine (e-v)-Löschsubstanz enthält.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem ein Substrat verwendet wird welches eine (e-v)-Löschsubstanz enthält oder bei welchem eine Folie mit einer (e-v)-Löschsubstanz aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem zumindest ein Teil auf das Substrat aufgeklebt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kleber mit einer (e-v)-Löschsubstanz verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz in die zumindest eine organische funktionelle Schicht hineindiffundiert.
Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz in einer separaten Schicht vor oder nach dem Aufbringen der elektrolumineszenten Schicht aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine (e-v)-Löschsubstanz eingebracht wird, die Moleküle mit zumindest einer Hydroxy-Gruppe oder mit zumindest einer NH- oder NH₂-Gruppe oder einer C-H-Bindung enthält.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine (e-v)-Löschsubstanz eingebracht wird, die einen Alkohol enthält.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine (e-v)-Löschsubstanz eingebracht wird, die ein Hydroxygruppen oder NH- oder NH₂-Gruppen aufweisendes Polymer umfaßt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die (e-v)-Löschsubstanz in Form von Partikeln eingebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine organische funktionelle Schicht mit einer photovoltaisch wirksamen organischen Substanz aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine organische Halbleiterschicht, insbesondere mit einem polyzyklischen Kohlenwasserstoff aufgebracht wird.
Verwendung von (e-v)-Löschsubstanzen, insbesondere mit einem Molekulargewicht von kleiner als 528 g/Mol in organischen elektrischen oder elektronischen Bauelementen.