DE102011079101A1

DE102011079101A1 - Organisches optoelektronisches bauteil und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE102011079101A1
Application number: DE102011079101A
Authority: DE
Inventors: Richard Baisl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-17
Also published as: WO2013007488A1

Abstract

Organisches optoelektronisches Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung Eine Ausführungsform der Erfindung beschreibt ein organisches optoelektronisches Bauteil (1), umfassend: – ein Substrat (5), – eine erste Elektrode (6), die auf dem Substrat (5) angeordnet ist, – eine zweite Elektrode (8), – einen organischen Schichtenstapel (7), der zumindest eine organische aktive Schicht umfasst und zwischen erster und zweiter Elektrode (6, 8) angeordnet ist, und – eine zumindest im Strahlengang (20) des Bauteils angeordnete erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10), die ein Metalloxid umfasst und die für sichtbares Licht transparent ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein organisches optoelektronisches Bauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung des organischen optoelektronischen Bauteils.
Herkömmliche organische optoelektronische Bauteile sind in der Regel nicht hinreichend beständig gegen UV-Strahlung. Durch UV-Strahlung können die aktive Schicht sowie andere Schichten des organischen optoelektronischen Bauteils irreversibel geschädigt werden, sodass dieses nur noch vermindert oder gar nicht mehr funktionsfähig ist. Es ist daher wünschenswert, organische optoelektronische Bauteile mit einer verbesserten Beständigkeit gegen UV-Strahlung zu entwickeln.
Eine zu lösende Aufgabe besteht daher darin, ein organisches optoelektronisches Bauteil anzugeben, das sich durch eine erhöhte Beständigkeit gegen UV-Strahlung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch das organische optoelektronische Bauteil und das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Es wird ein organisches optoelektronisches Bauteil angegeben. Nach zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische optoelektronische Bauteil:

– ein Substrat,
– eine erste Elektrode, die auf dem Substrat angeordnet ist,
– eine zweite Elektrode,
– einen organischen Schichtenstapel, der zumindest eine organische aktive Schicht umfasst und der zwischen erster und zweiter Elektrode angeordnet ist, und
– eine zumindest im Strahlengang des Bauteils angeordnete erste UV-Strahlung absorbierende Schicht, die ein Metalloxid umfasst und die für sichtbares Licht transparent ist.

Nachfolgend wird das organische optoelektronische Bauteil auch kurz als "organisches Bauteil" bezeichnet.
Dass eine erste Schicht, ein erster Bereich oder eine erste Vorrichtung "auf" einer zweiten Schicht, einem zweiten Bereich oder einer zweiten Vorrichtung angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die erste Schicht, der erste Bereich oder die erste Vorrichtung unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der zweiten Schicht, dem zweiten Bereich oder der zweiten Vorrichtung beziehungsweise zu den zwei weiteren Schichten, Bereichen oder Vorrichtungen angeordnet oder aufgebracht ist. Weiterhin kann auch ein mittelbarer Kontakt bezeichnet sein, bei dem weitere Schichten, Bereiche und/oder Vorrichtungen zwischen der ersten Schicht, dem ersten Bereich oder der ersten Vorrichtung und der zweiten Schicht, dem zweiten Bereich oder der zweiten Vorrichtung beziehungsweise den zwei weiteren Schichten, Bereichen oder Vorrichtungen angeordnet sind.
Das organische Bauteil kann dazu eingerichtet sein, sichtbares Licht zu emittieren oder Strahlung, insbesondere im sichtbaren Bereich des Spektrums, zu empfangen. In Licht emittierenden organischen Bauteilen ist die zumindest eine organische aktive Schicht dementsprechend als organische elektrolumineszente Schicht ausgebildet. Der organische Schichtenstapel kann weitere Schichten, wie beispielsweise Löcher injizierende, Löcher transportierende, Elektronen injizierende und/oder Elektronen transportierende Schichten aufweisen, wobei auch Schichten mehrere Funktionen übernehmen können. Ein Beispiel für ein solches organisches Bauteil ist eine organische lichtemittierende Diode (OLED). In Strahlung empfangenden organischen Bauteilen ist der organische Schichtenstapel beziehungsweise die zumindest eine aktive Schicht dazu ausgebildet, Strahlung in elektrische Ladungen umzuwandeln. Ein Beispiel für ein solches Bauteil ist eine organische Solarzelle. Das organische Bauteil kann gegebenenfalls ein Gehäuse aufweisen.
Als Strahlengang des organischen Bauteils werden mögliche Pfade verstanden, über die sichtbares Licht von der organischen aktiven Schicht aus dem organischen Bauteil hinaus oder von außen zur aktiven Schicht gelangen können. Eine Elektrode, die im Strahlengang angeordnet ist, ist in dem anmeldungsgemäßen organischen Bauteil transparent ausgeführt. Hierfür können transparente, elektrisch leitende Oxide (transparent conducting oxides, TCO), wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO), verwendet werden. Eine Elektrode, die nicht im Strahlengang des organischen Bauteils angeordnet ist, kann auch aus nicht transparenten Materialien bestehen. Beispiele hierfür sind Metalle wie Aluminium, Calcium, Magnesium. Sofern das Substrat im Strahlengang angeordnet ist, ist dieses ebenfalls transparent ausgeführt. Es kann beispielsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff, z.B. einem Epoxidharz, gebildet sein. Der Strahlengang kann auch (zusätzlich) durch die zweite Elektrode verlaufen. Weitere Materialien für die Elektroden, den organischen Schichtenstapel, das Substrat, ein eventuelles Gehäuse und sonstige Bestandteile herkömmlicher organischer Bauelemente sowie die Verfahren diese zu Erzeugen sind an sich bekannt und werden daher hier nicht im Einzelnen aufgeführt. Ein Schichtenstapel, umfassend die erste und zweite Elektrode sowie den organischen Schichtenstapel, kann hierin auch als "optoelektronischer Schichtenstapel" bezeichnet werden.
Da eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht, die ein Metalloxid umfasst, im Strahlengang des organischen Bauteils angeordnet ist, werden die darunterliegenden, also im Strahlengang nachfolgenden Schichten des organischen Bauteils effektiv gegen von außen einfallende UV-Strahlung geschützt. Hierdurch wird die Beständigkeit des organischen Bauteils gegenüber UV-Strahlung signifikant verbessert, was sich insbesondere durch eine längere Lebensdauer beziehungsweise eine länger andauernde hohe Effizienz des organischen Bauteils äußert. Da die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht zumindest für sichtbares Licht transparent ist, werden die optischen Eigenschaften des organischen Bauteils kaum oder gar nicht nachteilig beeinflusst. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht ist insbesondere für die von der organischen aktiven Schicht emittierte oder empfangene Strahlung transparent.
Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht ist zumindest im Strahlengang des Bauteils angeordnet, sie kann jedoch auch in anderen Bereichen des organischen Bauteils angeordnet sein. Anmeldungsgemäß wird die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht als diskrete, eigenständige Schicht verstanden, die weder Bestandteil des Substrates noch einer der Elektroden ist. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann UV-Strahlung zumindest anteilig absorbieren und/oder auch nach außen zurückreflektieren. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann insbesondere farblos oder nahezu farblos sein. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann elektrisch nicht leitend sein beziehungsweise dielektrisch sein. Wenn die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht nicht in elektrisch leitenden Kontakt mit dem optoelektronischen Schichtenstapel steht, kann diese auch elektrisch leitend ausgeführt sein, zum Beispiel indem sie dotiert ist. In der Regel ist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht jedoch elektrisch nicht leitend.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils wird die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht mittels Atomlagenabscheidung oder Sputtern erzeugt. Durch diese Verfahren kann die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht gleichmäßig und sehr dünn ausgeführt werden. Es ist dabei möglich, die Schichtdicke gezielt einzustellen. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht lässt sich über diese Verfahren sehr kostengünstig herstellen. Zum Erzeugen der ersten UV-Strahlung absorbierende Schicht eignet sich insbesondere die Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD). Die verwendeten Verfahren können über sehr genaue spektroskopische Verfahren nachgewiesen werden. Dafür können beispielsweise ein fokussierter Ionenstrahl (focused ion beam, FIB), ein Rasterelektronenmikroskop (scanning electron microscope, SEM) oder auch ein Transmissionselektronenmikroskop (transmission electron microscope, TEM) verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils weist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht eine Transparenz von mindestens 75% für sichtbares Licht auf. Der angegebene Wert für die Transparenz wird zumindest in einem Teilbereich des sichtbaren Bereichs des Spektrums (circa 400 bis 800 nm Wellenlänge) erhalten. In dem Wert für die Transparenz sind Fresnel-Verluste, die beim Eintreten und Austreten von Licht in die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht auftreten, bereits enthalten. Die Transparenz der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht kann > 80% und insbesondere > 85% sein. Die Transparenz kann sogar > 90% sein. Die Transparenz kann durch Messung von Strahlungsintensitäten mit und ohne UV-Strahlung absorbierender Schicht bestimmt werden. Aufgrund der hohen Transparenz der UV-Strahlung absorbierenden Schicht treten kaum Strahlungsverluste bei sichtbarem Licht auf, sodass die Effizienz des organischen Bauteils kaum beeinträchtigt wird.
Vorteilhafterweise weist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht eine höhere Transparenz auf als sogenannte Auskoppelfolien, die bei herkömmlichen organischen optoelektronischen Bauteilen gelegentlich als UV-Schutz eingesetzt werden. Das anmeldungsgemäße organische Bauteil weist daher eine höhere Effizienz als herkömmliche organische Bauteile auf. Besagte Auskoppelfolien sind Kunststofffolien die Auskopplungsstrukturen, an denen Licht stark gestreut wird und die oft nur eine mäßige Transparenz aufweisen. Die anmeldungsgemäße UV-Strahlung absorbierende Schicht ist im Vergleich zu herkömmlichen organischen Bauteilen sehr lange gegenüber UV-Strahlung beständig. Im Gegensatz dazu zeigen Auskoppelfolien herkömmlicher organischer Bauelemente häufig Alterungserscheinungen, die zu einer geringeren Transparenz der Folie führen. Hierdurch sinkt die Effizienz und es verschlechtert sich der optische und ästhetische Eindruck des herkömmlichen organischen Bauteils, was beim anmeldungsgemäßen Bauteil vorteilhafterweise weitgehend vermieden werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht zumindest teilweise amorph. Unter teilweise amorph wird anmeldungsgemäß verstanden, dass mindestens 85 Gew-%, insbesondere mindestens 95 Gew-%, der gesamten ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht amorph sind (Gew-% = Gewichtsprozent). Die übrigen Anteile können kristallin oder teilkristallin sein. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann auch zu > 99 Gew-% amorph sein. Es liegen daher kaum kristalline oder teilkristalline Bereiche in der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht vor. Somit wird durch die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kaum sichtbares Licht gestreut oder absorbiert, wodurch die Effizienz des organischen Bauteils erhöht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht eine Metalloxidschicht, das heißt, dass die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht weitgehend aus Metalloxiden besteht. Darunter wird anmeldungsgemäß ein Gehalt an Metalloxiden von mindestens 75 Gew-%, insbesondere mindestens 80 Gew-%, in der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht verstanden. In der Regel beträgt der Gehalt dabei 80 bis 90 Gew-%, er kann jedoch auch höher sein. In der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht können gegebenenfalls Spuren der Prekursoren, die zum Herstellen der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht per Atomlagenabscheidung oder Sputtern verwendet wurden, oder Zersetzungsprodukte davon nachgewiesen werden. Der Nachweis kann mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX) erfolgen. Anhand besagter Spuren kann auch die Verwendung der oben genannten Herstellungsverfahren nachgewiesen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist das Metalloxid der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend: Titanoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid, Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid und Kombinationen davon. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann insbesondere als Metalloxide Titanoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid und Kombinationen davon umfassen. Über Kombinationen unterschiedlicher Metalloxide können die Eigenschaften der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht sehr gezielt eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils weist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht zumindest teilweise wechselnde Lagen unterschiedlicher Metalloxide auf. Diese Lagen können aus einzelnen Atomlagen, sogenannten Monolagen, bestehen oder jeweils mehrere Atomlagen umfassen. Diese wechselnden Lagen unterschiedlicher Metalloxide können leicht mittels Atomlagenabscheidung erzeugt werden, worüber dieses Herstellungsverfahren inhärent nachweisbar ist. Beispielsweise kann die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht abwechselnde Lagen aus Titanoxid und Zinkoxid, aus Zirkoniumoxid und Zinkoxid sowie aus diesen drei Verbindungen umfassen. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann also als Multischichtaufbau realisiert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils weist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht eine Schichtdicke von 5 nm bis 1000 nm auf. Die Schichtdicke kann auch 10 nm bis 150 nm, insbesondere 15 nm bis 100 nm betragen. Für einen effektiven UV-Schutz des organischen Bauteils können bereits Schichtdicken von beispielsweise 30 nm oder 50 nm ausreichend sein. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht ist also sehr dünn ausgebildet, wodurch unnötige Absorption von sichtbarem Licht vermieden wird. Die Schichtdicke kann durch Analyse von Schnitten durch die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht mittels eines Rasterelektronenmikroskops bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils weist eine Hauptfläche der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht eine Rauheit mit einem RMS-Wert von ≤ 1 nm auf. Der RMS-Wert kann ≤ 0,5 nm und insbesondere ≤ 1 nm sein. Wenn die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht mittels Atomlagenabscheidung erzeugt wird, kann die Rauheit im Prinzip sogar im Bereich von einzelnen Atomlagen liegen. Eine sehr geringe Rauheit der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht ist daher ebenfalls ein inhärenter Nachweis dafür, dass die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht mittels Atomlagenabscheidung erzeugt wurde.
Als Rauheit wird hier der RMS-Wert der Höhenvariationen einer Oberfläche angegeben, der als Wurzel aus dem mittleren quadratischen Abstand eines Höhenprofils einer Oberfläche von einer mittleren Höhe der Oberfläche definiert ist. Das Höhenprofil der Oberfläche kann beispielsweise mittels eines Rasterkraftmikroskops bestimmt werden, indem innerhalb eines oder mehrerer Ausschnitte der Oberfläche Höhenprofile aufgenommen werden. Von dem beispielsweise mittels Rasterkraftmikroskopie erhaltenen Höhenprofil der Oberfläche kann eine mittlere Höhe bestimmt werden, die das arithmetische Mittel des Höhenprofils darstellt. Mithilfe der mittleren Höhe und des ermittelten Höhenprofils kann der RMS-Wert als Wert für die Rauheit der Oberfläche bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht auf dem Substrat angeordnet. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann dabei unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sein. Die erste UV-Strahlung absorbierende kann dabei auf der der ersten Elektrode zugewandten oder abgewandten Seite des Substrats angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform können das Substrat und die erste Elektrode transparent ausgeführt sein, sodass zumindest ein Teil des Strahlengangs durch das Substrat verläuft.
Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist eine durch das Substrat abstrahlende OLED (sogenannter Bottom-Emitter). Darin sind die Schichten der OLED, insbesondere die aktive Schicht, vor UV-Strahlung, die durch das transparente Substrat in die OLED einfallen könnte, geschützt. In dieser OLED kann die zweite Elektrode reflektierend ausgeführt sein, in dem sie zum Beispiel aus Aluminium gefertigt wird. Da die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht nach zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung transparent ist und kaum oder gar keine kristalline oder teilkristalline Bereiche aufweist, an denen sichtbares Licht gestreut wird, weist diese OLED einen optisch und ästhetisch vorteilhaften spiegelnden Eindruck für den Betrachter auf. Ein solcher vorteilhafter, insbesondere metallisch spiegelnder Eindruck (sogenannter "mirror look") kann in herkömmlichen organischen Bauteilen, in denen eine sogenannte Auskoppelfolie zum UV-Schutz verwendet wird, wegen der mäßigen Transparenz nicht oder nur sehr eingeschränkt erhalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht auf der zweiten Elektrode angeordnet. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann auch unmittelbar auf der zweiten Elektrode angeordnet sein. In dieser Ausführungsform kann die UV-Strahlung absorbierende Schicht auch über oder unterhalb einer Verkapselung angeordnet sein. In der Regel ist die zweite Elektrode dann transparent, sodass der Strahlengang durch die zweite Elektrode und die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht verläuft. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist eine als sogenannter Top-Emitter ausgeführte OLED. Die erste Elektrode und das Substrat können hier jeweils nicht transparente Materialien umfassen oder daraus bestehen. Beispiele für nicht transparente Substrate sind Metallfolien oder metallhaltige Folien.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist die erste Elektrode als Anode und die zweite Elektrode als Kathode geschaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist auf der vom Substrat abgewandten Hauptfläche der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht eine Schutzschicht angeordnet. Die Schutzschicht kann unmittelbar auf der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht angeordnet sein. Die Schutzschicht ist insbesondere transparent und kratzfest, sodass die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht vor mechanischem Abrieb sowie vor Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen geschützt ist. Das organische Bauteil kann daher auch problemlos außerhalb von geschlossenen Räumen verwendet werden. Die Schutzschicht kann transparente Harze oder Lacke, zum Beispiel ein Epoxidharz, umfassen oder daraus bestehen. Die Schutzschicht weist in der Regel eine gute Beständigkeit gegen UV-Strahlung auf. Die Schutzschicht kann unabhängig davon, ob eine UV-Strahlung absorbierende Schicht auf dem Substart und/oder auf der zweiten Elektrode angeordnet ist, auf der UV-Strahlung absorbierende Schicht erzeugt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des organischen Bauteils ist die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht zwischen dem Substrat und der ersten Elektrode angeordnet. Dabei kann die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sein. Zwischen der ersten Elektrode und der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht kann beispielsweise eine Schutzschicht, wie sie oben beschrieben ist, angeordnet sein. Diese kann die erste UV-Strahlung absorbierenden Schicht beispielsweise während der Herstellung des Bauteils vor mechanischen Einwirkungen schützen.
Gemäß einer Weiterbildung einer Ausführungsform des organischen Bauteils, bei der eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht auf dem Substrat angeordnet ist, ist eine zweite UV-Strahlung absorbierende Schicht auf der zweiten Elektrode angeordnet. Die zweite UV-Strahlung absorbierende Schicht umfasst ebenfalls ein Metalloxid oder eine Mischungen verschiedener Metalloxide und ist in der Regel auf der der aktiven Schicht abgewandten Seite der zweiten Elektrode angeordnet. Bei einer solchen Ausführungsform ist in der Regel die zweite Elektrode ebenfalls transparent aufgeführt, sodass der Strahlengang sowohl durch die erste Elektrode und das Substrat als auch durch die zweite Elektrode verläuft. Ein Beispiel für ein solches organisches Bauteil ist eine volltransparente OLED.
Die Eigenschaften der zweiten UV-Strahlung absorbierenden Schicht können denen einer anmeldungsgemäßen ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht, wie sie bereits oben beschrieben wurde, entsprechen. Sie kann gleiche, jedoch auch unterschiedliche Eigenschaften zu der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht, die in dieser Ausführungsform auf dem Substrat angeordnet ist, aufweisen. Die erste und zweite UV-Strahlung absorbierenden Schichten können auch identische Eigenschaften aufweisen, beispielsweise wenn sie zeitgleich in einem Verfahrensschritt erzeugt werden. Die beiden UV-Strahlung absorbierenden Schichten können, müssen aber nicht miteinander in Kontakt stehen.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauteils angegeben. Das organische Bauteil kann dabei einer der oben beschriebenen Ausführungsformen entsprechen. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte:

A) Erzeugen eines optoelektronischen Schichtenstapels auf einem Substrat, wobei der optoelektronische Schichtenstapel, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen organischen Schichtenstapel, der zumindest eine organische aktive Schicht umfasst und zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, umfasst, und
B) Erzeugen einer ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht, die ein Metalloxid umfasst.

In dem Verfahren können die Verfahrensschritte in der oben genannten Reihenfolge durchgeführt werden. Gegebenfalls kann eine andere Reihenfolge eingehalten werden. Es ist zum Beispiel möglich, zunächst eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht auf einem bereitgestellten Substrat zu erzeugen und erst danach die anderen Schichten des optoelektronischen Schichtenstapels zu erzeugen. Die erste UV-Strahlung absorbierenden Schicht wird so erzeugt, dass sie im fertigen organischen Bauteil zumindest im Strahlengang angeordnet ist. Der Schritt A) soll auch das Vervollständigen eines optoelektronischen Schichtenstapels beinhalten, beispielsweise wenn ein mit einer Elektrode beschichtetes Substrat eingesetzt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird im Verfahrensschritt B) die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht mittels Atomlagenabscheidung oder Sputtern erzeugt. Dabei wird eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht nach zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauteils gebildet, die die entsprechenden oben beschriebenen Eigenschaften aufweist. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht wird insbesondere mittels Atomlagenabscheidung erzeugt, wobei sehr dünne, transparente UV-Strahlung absorbierende Schichten mit einer geringen Oberflächenrauheit erzeugt werden können.
Bei der Atomlagenabscheidung werden Ausgangsstoffe, sogenannte Prekursoren, zyklisch nacheinander in eine Reaktionskammer gegeben. Zwischendurch wird in der Regel mit einem Inertgas, zum Beispiel Stickstoff oder Argon, die Kammer gespült. Pro Zyklus kann die Schicht dabei um eine Monolage ergänzt werden. Hierdurch ist eine sehr genaue Steuerung der Eigenschaften beziehungsweise der Zusammensetzung der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht möglich. Das Verfahren der Atomlagenabscheidung und geeignete Vorrichtungen hierfür sind an sich bereits bekannt und werden hier daher nicht explizit beschrieben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden im Verfahrensschritt B) zur Erzeugung des Metalloxids der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht mittels Atomlagenabscheidung erste Prekursoren als Ausgangsmaterial für die Metallkomponente des Metalloxids eingesetzt, die aus einer Gruppe gewählt sind, umfassend: Metallchloride, Tetrakis-(ethylmethylamino)titan, Tetrakis(ethylmethylamino)zirkonium, Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium, Tetrakis(dimethylamino)titan, Tetrakis(dimethylamino)zirkonium, Tetrakis-(dimethylamino)hafnium, Diethylzink, Trimethylaluminium und Kombinationen davon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden im Verfahrensschritt B) zur Erzeugung des Metalloxids der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht mittels Atomlagenabscheidung zweite Prekursoren als Ausgangsmaterial für die Oxidkomponente des Metalloxids eingesetzt, die aus einer Gruppe gewählt sind, umfassend: Wasser, Ozon und Kombinationen davon. Diese Prekursoren können gegebenenfalls mit Ammoniak, Wasserstoff und/oder Schwefelwasserstoff kombiniert werden, wobei diese Verbindungen zum Beispiel als Katalysator dienen können.
Beim Sputtern (gelegentlich auch als Kathodenzerstäubung bezeichnet) wird in der Regel ein Festkörper, das Target, mit energiereichen Ionen beschossen. Dabei werden Atome aus dem Festkörper herausgelöst, die in die Gasphase übertreten und auf einer anderen Oberfläche, zum Beispiel einem Substrat, abgeschieden werden können. Das Verfahren des Sputterns und geeignete Vorrichtungen hierfür sind an sich bereits bekannt und werden hier daher nicht explizit beschrieben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird im Verfahrensschritt B) die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht bei einer Temperatur von ≤ 120°C erzeugt. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann bei einer Temperatur von ≤ 100°C, zum Beispiel bei 90°C, erzeugt werden.
Insbesondere mittels Atomlagenabscheidung können diese niedrigen Temperaturen zur Erzeugung der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht verwendet werden. Vorteilhafterweise wird dadurch der organische Schichtenstapel nicht beschädigt, sodass die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht in Gegenwart des organischen Schichtenstapels aufgebracht werden kann. Das organische Bauteil kann daher mit wenig Ausschuss hergestellt werden, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden. Höhere Temperaturen, wie sie zum Beispiel für das Aufbringen einer Auskoppelfolie, die in herkömmlichen organischen Bauteilen gelegentlich zum UV-Schutz verwendet wird, können hingegen zu irreversiblen Beschädigungen des organischen Schichtenstapels führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird in einem Verfahrensschritt C) eine Schutzschicht auf der vom Substrat abgewandten Hauptfläche der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht erzeugt. Hierfür können herkömmliche Methoden wie beispielsweise Spincoating verwendet werden.
Der Verfahrensschritt C) wird in der Regel nach dem Verfahrensschritt B) durchgeführt. Es ist beispielsweise möglich, zunächst die Verfahrensschritte B) und C) durchzuführen, also zum Beispiel eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht und eine Schutzschicht auf einem Substrat zu erzeugen, sodass die erste Elektrode dann auf der Schutzschicht erzeugt und dabei die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht vor Beschädigungen geschützt wird. Hierdurch können zum Beispiel organische Bauteile hergestellt werden, bei denen die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht zwischen dem Substrat und der ersten Elektrode angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform muss jedoch nicht zwingend eine Schutzschicht aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird im Verfahrensschritt B) die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht auf dem Substrat erzeugt. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht kann dabei unmittelbar auf dem Substrat erzeugt werden.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird im Verfahrensschritt B) zeitgleich eine zweite UV-Strahlung absorbierende Schicht auf der zweiten Elektrode erzeugt. Dies kann beispielsweise mittels Atomlagenabscheidung geschehen, wobei das organische Bauteil von beiden Seiten beschichtet werden kann. Dabei können erste und zweite UV-Strahlung absorbierende Schichten mit gleichen oder sehr ähnlichen Eigenschaften gebildet werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht vorteilhafterweise eine sehr kostengünstige Herstellung des organischen Bauteils, da beide UV-Strahlung absorbierenden Schichten in einem Schritt erzeugt werden.
Es ist jedoch auch möglich, eine zweite UV-Strahlung absorbierende Schicht in einem separaten Verfahrensschritt B') zu erzeugen. Die beiden UV-Strahlung absorbierenden Schichten können daher auch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Der Verfahrensschritt B') kann analog zum Verfahrensschritt B) erfolgen.
Im Folgenden werden das hier beschriebene organische Bauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines organischen Bauteils anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher beschrieben. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander und sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß und/oder schematisch dargestellt sein.
Die 1 bis 4 zeigen schematische Querschnitte organischer Bauteile unterschiedlicher anmeldungsgemäßer Ausführungsformen.
Die 5a bis 5b zeigen Absorptionskurven von UV-Strahlung absorbierenden Schichten.
In 1 ist ein schematischer Querschnitt durch ein organisches Bauteil 1 gemäß einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Als organisches Bauteil 1 ist hier eine OLED dargestellt, die als Bottom-Emitter ausgeführt ist. Auf einem transparenten Substrat 5 aus Glas oder Plastik ist eine transparente erste Elektrode 6 aus zum Beispiel ITO angeordnet. Auf der ersten Elektrode 6 ist ein organischer Schichtenstapel 7, der zumindest eine organische aktive Schicht umfasst (nicht separat eingezeichnet), erzeugt. Die aktive Schicht ist eine organische elektrolumineszente Schicht, die im Betrieb des organischen Bauteils 1 sichtbares Licht erzeugen kann. Auf dem organischen Schichtenstapel 7 ist eine zweite, hier nicht transparente Elektrode 8 aus Metall, zum Beispiel aus Aluminium, angeordnet. Der Schichtenstapel, umfassend die erste und zweite Elektrode 6 und 8 sowie den organischen Schichtenstapel 7, kann hierin auch als optoelektronischer Schichtenstapel 9 bezeichnet werden.
Auf der der ersten Elektrode 6 abgewandten Seite des Substrats 5 ist eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 im Strahlengang 20 des organischen Bauteils 1 angeordnet, die beispielsweise Titanoxid oder Zirkoniumoxid umfassen kann. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 kann auch anteilig Zinkoxid enthalten, das beispielsweise in abwechselnden Lagen mit Titanoxid und/oder Zirkoniumoxid vorliegt. Der Strahlengang 20 ist hier stellvertretend als Pfeil dargestellt. Der Strahlengang 20 kann jedoch auch in einem Winkel hierzu verlaufen und/oder Reflexionen umfassen. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 weist eine Schichtdicke zwischen 15 nm und 150 nm, zum Beispiel 50 nm, auf, besitzt im sichtbaren Bereich des Spektrums eine Transparenz von mindestens 80% und ist amorph. Die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 wurde mittels Atomlagenabscheidung erzeugt und weist daher eine geringe Rauheit mit einem RMS-Wert von < 0,5 nm auf. Bei dem in 1 gezeigten Bauteil 1 werden die organischen Schichten, insbesondere die aktive Schicht, effektiv vor UV-Strahlung, die von außen entlang des Strahlengangs in das organische Bauteil 1 einfallen könnte, geschützt. Der optisch und ästhetisch vorteilhafte spiegelnde Eindruck, der durch die metallische zweite Elektrode 8 hervorgerufen wird, bleibt in dem organischen Bauteil 1 aufgrund der transparenten, amorphen ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht 10 erhalten.
Auf der dem Substrat 5 abgewandten Seite der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht 10 ist eine Schutzschicht 15 aus einem Epoxidharz angeordnet. Diese umhüllt hier sowohl die Hauptfläche und als auch die lateralen Seiten der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht 10, sodass diese gut vor mechanischem Abrieb und Umwelteinflüssen, zum Beispiel Feuchtigkeit, geschützt ist. Das organische Bauteil 1 kann daher auch außerhalb von geschlossenen Räumen eingesetzt werden.
In 2 ist ein schematischer Querschnitt eines organischen Bauteils 1 gemäß einer weiteren anmeldungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das organische Bauteil 1 ist hier ebenfalls als OLED (Bottom-Emitter) ausgeführt. Das organische Bauteil 1 umfasst ein Substrat 5, eine transparente erste Elektrode 6, einen organischen Schichtenstapel 7 sowie eine zweite Elektrode 8, wie sie beispielsweise schon für das organische Bauteil 1 gemäß 1 beschrieben wurden. Zwischen dem Substrat 5 und der ersten Elektrode 6 ist hier eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 erzeugt. Zwischen der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht 10 und der ersten Elektrode 6 kann zusätzlich auch eine Schutzschicht, wie oben beschrieben, angeordnet sein (hier nicht gezeigt). Die Schutzschicht kann die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 während der Herstellung, beispielsweise beim Aufbringen der ersten Elektrode 6, vor Beschädigungen schützen. Für das in 2 gezeigte organische Bauteil 1 werden ebenfalls die oben beschriebenen Vorteile erhalten.
In 3 ist ein schematischer Querschnitt eines organischen Bauteils 1 nach einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Das organische Bauteil 1 ist hier als volltransparente OLED, bei der der Strahlengang 20 sowohl durch die erste als auch durch die zweite Elektrode 6 und 8 verläuft. Der Strahlengang 20 ist wiederum stellvertretend durch Pfeile angedeutet. Das organische Bauteil 1 umfasst hier ein transparentes Substrat 5, eine transparente erste und eine transparente zweite Elektrode 6 und 8, zwischen denen ein organischer Schichtenstapel 7 angeordnet ist. Es kann daher Licht durch die erste und durch die zweite Elektrode 6 und 8 abgegeben werden. Auf dem Substrat 5 ist eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 nach zumindest einer anmeldungsgemäßen Ausführungsform angeordnet.
Des Weiteren ist auf der der aktiven Schicht abgewandten Seite der zweiten Elektrode 8 eine zweite UV-Strahlung absorbierende Schicht 11 angeordnet. Somit wird das organische Bauteil 1 effektiv vor UV-Strahlung geschützt, unabhängig davon, ob diese auf die Oberseite oder die Unterseite des Bauteils eingestrahlt wird. Es kann auf einer oder auch auf beiden UV-Strahlung absorbierenden Schichten 10, 11 eine transparente Schutzschicht erzeugt sein (in 3 nicht gezeigt), die die darunterliegende UV-Strahlung absorbierende Schicht 10, 11 vor mechanischem Abrieb und/oder schädlichen Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Feuchtigkeit, schützt.
In 4 ist ein schematischer Querschnitt eines organischen Bauteils 1 nach einer weiteren Ausführungsform gezeigt, das ebenfalls als volltransparente OLED ausgeführt ist. Im Gegensatz zum in 3 gezeigten Bauteil ist hier eine erste UV-Strahlung absorbierende Schicht 10 zwischen dem Substrat 5 und der ersten Elektrode 6 angeordnet. Eine oder auch beide UV-Strahlung absorbierenden Schichten 10, 11 können optional mit einer Schutzschicht versehen sein (nicht gezeigt).
In den 5a bis 5d sind Absorptionskurven von vier unterschiedlichen UV-Strahlung absorbierenden Schichten gezeigt, wie sie in anmeldungsgemäßen Ausführungsformen von organischen Bauteilen vorliegen können. Dazu wurde die entsprechende Schicht aus dem jeweils angegebenen Material und in der jeweils angegebenen Schichtdicke mittels Atomlagenabscheidung auf einem 700 mm dicken Glassubstrat erzeugt. In den Spektren ist die Wellenlänge in nm auf der x-Achse und die Absorption auf der y-Achse aufgetragen. Der Wert 1,0 entspricht dabei einer Transmission von 100%. In den Messwerten sind Fresnel-Verluste, die beim Eintreten und beim Austreten von Strahlung in die UV-Strahlung absorbierende Schicht auftreten, bereits enthalten (circa 8% Absorption). Gemessen wurde mit einem Ellipsometer.
In den 5a und 5b sind Messkurven für UV-Strahlung absorbierende Schichten aus Titanoxid gezeigt, die eine Schichtdicke von 50 nm (5a) beziehungsweise von 100 nm aufweisen (5b). Den dargestellten Messkurven ist zu entnehmen, dass insbesondere UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 250 und 320 nm nahezu vollständig absorbiert wird. Im sichtbaren Bereich des Spektrums (circa 400 bis 800 nm Wellenlänge) wird jedoch kaum Strahlung absorbiert, sodass die beiden UV-Strahlung absorbierenden Schichten aus Titanoxid gut für die Verwendung in anmeldungsgemäßen organischen Bauteilen geeignet sind.
In den 5c und 5d sind Messkurven für UV-Strahlung absorbierende Schichten aus Zirkoniumoxid gezeigt, die eine Schichtdicke von 30 nm (5c) beziehungsweise von 60 nm aufweisen (5d). Den Messkurven kann entnommen werden, dass ebenfalls UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 250 und 320 nm nahezu vollständig absorbiert wird. Des Weiteren wird kaum Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums (circa 400 bis 800 nm Wellenlänge) absorbiert, sodass die beiden UV-Strahlung absorbierende Schichten aus Zirkoniumoxid gut für den Einsatz in anmeldungsgemäßen organischen Bauteilen geeignet sind.
Wie in den 5a bis 5b gezeigt, kann vorteilhafterweise selbst mit sehr dünnen, zum Beispiel 30 nm dicken, UV-Strahlung absorbierenden Schichten bereits ein sehr guter Schutz vor UV-Strahlung erhalten werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Organisches optoelektronisches Bauteil (1), umfassend: – ein Substrat (5), – eine erste Elektrode (6), die auf dem Substrat (5) angeordnet ist, – eine zweite Elektrode (8), – einen organischen Schichtenstapel (7), der zumindest eine organische aktive Schicht umfasst und zwischen erster und zweiter Elektrode (6, 8) angeordnet ist, und – eine zumindest im Strahlengang (20) des Bauteils angeordnete erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10), die ein Metalloxid umfasst und die für sichtbares Licht transparent ist.
Organisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10) mittels Atomlagenabscheidung oder Sputtern erzeugt wurde.
Organisches Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10) eine Metalloxidschicht ist.
Organisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Metalloxid der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht (10) ausgewählt ist aus einer Gruppe, umfassend: Titanoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid, Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Tataloxid und Kombinationen davon.
Organisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10) eine Schichtdicke von 5 nm bis 1000 nm aufweist.
Organisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Hauptfläche der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht (10) eine Rauheit mit einem RMS-Wert von ≤ 1 nm aufweist.
Organisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10) auf dem Substrat (5) angeordnet ist.
Organisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei auf der vom Substrat (5) abgewandten Hauptfläche der erste UV-Strahlung absorbierenden Schicht (10) eine Schutzschicht (15) angeordnet ist.
Organisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10) zwischen dem Substrat (5) und der ersten Elektrode (6) angeordnet ist.
Organisches Bauteil (1) nach Anspruch 7, wobei auf der zweiten Elektrode (8) eine zweite UV-Strahlung absorbierende Schicht (11) angeordnet ist, die ein Metalloxid umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauteils (1), umfassend die Verfahrensschritte: A) Erzeugen eines optoelektronischen Schichtenstapels (9) auf einem Substrat (5), wobei der optoelektronische Schichtenstapel (9), eine erste Elektrode (6), eine zweite Elektrode (8) und einen organischen Schichtenstapel (7), der zumindest eine organische aktive Schicht umfasst und zwischen der ersten Elektrode (6) und der zweiten Elektrode (8) angeordnet ist, umfasst, und B) Erzeugen einer ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht (10), die ein Metalloxid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei im Verfahrensschritt B) die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10) bei einer Temperatur von ≤ 120°C erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei in einem Verfahrensschritt C) eine Schutzschicht (15) auf der vom Substrat (5) abgewandten Hauptfläche der ersten UV-Strahlung absorbierenden Schicht (10) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei im Verfahrensschritt B) die erste UV-Strahlung absorbierende Schicht (10) auf dem Substrat (5) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei im Verfahrensschritt B) zeitgleich eine zweite UV-Strahlung absorbierende Schicht (11) auf der zweiten Elektrode (8) erzeugt wird.