DE102011086277A1

DE102011086277A1 - Organisches licht emittierendes bauelement

Info

Publication number: DE102011086277A1
Application number: DE102011086277A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dobbertin; Thilo Reusch; Daniel Steffen Setz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: CN103947003A; DE102011086277B4; KR101956954B1; US20150076451A1; KR20140095487A; JP6012748B2; US9252378B2; JP2015502037A; WO2013072251A1; CN103947003B

Abstract

Es wird ein organisches Licht emittierendes Bauelement angegeben, das ein transluzentes Substrat (1), auf dem eine optische Auskoppelschicht (2) aufgebracht ist, eine transluzente Elektrode (3) auf der Auskoppelschicht (2), einen organischen funktionellen Schichtenstapel mit organischen funktionellen Schichten aufweisend eine erste organische Licht emittierende Schicht (51) auf der transluzenten Elektrode (3) und eine zweite organische Licht emittierende Schicht (52) auf der ersten organischen Licht emittierenden Schicht (51) und darüber eine reflektierende Elektrode (7) aufweist, wobei die erste organische Licht emittierende Schicht (51) beliebig angeordnete Emittermoleküle aufweist und wobei die zweite organische Licht emittierende Schicht (52) Emittermoleküle mit einer anisotropen Molekülstruktur aufweist, die anisotrop ausgerichtet sind.

Description

Es wird ein organisches Licht emittierendes Bauelement angegeben.
Bei organischen Leuchtdioden (OLEDs) wird lediglich ein Teil des generierten Lichts direkt ausgekoppelt. Das restliche im aktiven Bereich erzeugte Licht verteilt sich auf verschiedene Verlustkanäle, so etwa in Licht, das im Substrat, in einer transparenten Elektrode und in organischen Schichten durch Wellenleitungseffekte geführt wird, sowie in Oberflächenplasmonen, die in einer metallischen Elektrode erzeugt werden können. Die Wellenleitungseffekte kommen insbesondere durch die Brechungsindexunterschiede an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten und Bereichen einer OLED zustande. Typischerweise wird bei bekannten OLEDs nur etwa ein Viertel des im aktiven Bereich erzeugten Lichts in die Umgebung, also beispielsweise Luft, ausgekoppelt, während etwa 25% des erzeugten Lichts durch Wellenleitung im Substrat, etwa 20% des erzeugten Lichts durch Wellenleitung in einer transparenten Elektrode und den organischen Schichten und etwa 30% durch die Erzeugung von Oberflächenplasmonen in einer metallischen Elektrode für die Abstrahlung verloren gehen. Das in den Verlustkanälen geführte Licht kann insbesondere ohne technische Zusatzmaßnahmen nicht aus einer OLED ausgekoppelt werden.
Um die Lichtauskopplung und damit die abgestrahlte Lichtleistung zu erhöhen, sind beispielsweise Maßnahmen bekannt, das in einem Substrat geführte Licht in abgestrahltes Licht auszukoppeln. Hierzu werden beispielsweise auf der Substrataußenseite Folien mit Streupartikeln, Folien mit Oberflächenstrukturen wie etwa Mikrolinsen verwendet. Es ist auch bekannt, eine direkte Strukturierung der Substrataußenseite vorzusehen oder Streupartikel in das Substrat einzubringen. Einige dieser Ansätze, beispielsweise die Verwendung von Streufolien, werden bereits kommerziell eingesetzt und können insbesondere bei als Beleuchtungsmodule ausgeführten OLEDs bezüglich der Abstrahlfläche hochskaliert werden. Jedoch haben diese Ansätze zur Lichtauskopplung die wesentlichen Nachteile, dass die Auskoppeleffizienz auf etwa 60–70% des im Substrat geleiteten Lichts begrenzt ist und dass das Erscheinungsbild der OLED wesentlich beeinflusst wird, da durch die aufgebrachten Schichten oder Filme eine milchige, diffus reflektierende Oberfläche erzeugt wird.
Es sind weiterhin Ansätze bekannt, das in organischen Schichten oder in einer transparenten Elektrode geführte Licht auszukoppeln. Diese Ansätze haben sich jedoch bisher noch nicht kommerziell in OLED-Produkten durchgesetzt. Beispielsweise wird in der Druckschrift Y. Sun, S.R. Forrest, Nature Photonics 2,483 (2008) das Ausbilden von sogenannten "low-index grids" vorgeschlagen, wobei auf eine transparente Elektrode strukturierte Bereiche mit einem Material mit niedrigem Brechungsindex aufgebracht werden. Weiterhin ist es auch bekannt, hoch brechende Streubereiche unter einer transparenten Elektrode in einer polymeren Matrix aufzubringen, wie beispielsweise in der Druckschrift US 2007/0257608 beschrieben ist. Hierbei hat die polymere Matrix in der Regel einen Brechungsindex im Bereich von n = 1,5 und wird nasschemisch aufgebracht. Weiterhin sind auch so genannte Bragg-Gitter oder photonische Kristalle mit periodischen Streustrukturen mit Strukturgrößen im Wellenlängenbereich des Lichts bekannt, wie beispielsweise in den Druckschriften Ziebarth et al., Adv. Funct. Mat. 14, 451 (2004) und Do et al., Adv. Mat. 15, 1214 (2003) beschrieben sind.
Jedoch kann mit derartigen Maßnahmen der Anteil des im aktiven Bereich einer OLED erzeugten Lichts, der in Plasmonen umgewandelt wird, nicht beeinflusst oder gar ausgekoppelt werden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein organisches Licht emittierendes Bauelement mit zwei organischen Licht emittierenden Schichten anzugeben, das eine verbesserte Effizienz und Lichtauskopplung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein organisches Licht emittierendes Bauelement auf einem Substrat eine transluzente Elektrode und eine reflektierende Elektrode auf, zwischen denen ein organischer funktioneller Schichtenstapel angeordnet ist.
Mit „transluzent“ wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht ist. Dabei kann die transluzente Schicht transparent, also klar durchscheinend, oder zumindest teilweise Licht streuend und/oder teilweise Licht absorbierend sein, so dass die transluzente Schicht beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist eine hier als transluzent bezeichnete Schicht möglichst transparent ausgebildet, so dass insbesondere die Absorption von Licht so gering wie möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der organische funktionelle Schichtenstapel eine erste organische Licht emittierende Schicht und eine zweite organische Licht emittierende Schicht auf, wobei die erste organische Licht emittierende Schicht zwischen der transluzenten Elektrode und der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht angeordnet ist. Die organischen Licht emittierenden Schichten sind jeweils zwischen zwei Ladungsträger leitende Schichten angeordnet, von denen eine als Löcher leitende Schicht und die andere als Elektronen leitende Schicht ausgebildet ist. Beispielsweise können auf der transluzenten Elektrode eine organische Löcher leitende Schicht, darüber die erste organische Licht emittierende Schicht und über dieser eine organische Elektronen leitende Schicht angeordnet sein. Über der ersten organischen Licht emittierenden Schicht können eine weitere organische Löcher leitende Schicht, über dieser die zweite organische Licht emittierende Schicht und darüber eine weitere organische Elektronen leitende Schicht angeordnet sein. Alternativ dazu kann der organische funktionelle Schichtenstapel auch eine hinsichtlich der Polarität dazu invertierte Struktur aufweisen, das bedeutet, dass in diesem Fall von der transluzenten Elektrode aus gesehen jeweils eine organische Elektronen leitenden Schicht unter der ersten bzw. zweiten organischen Licht emittierenden Schicht und jeweils eine organische Löcher leitende Schicht über der ersten bzw. zweiten organischen Licht emittierenden Schicht angeordnet sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine erste Schicht, die „auf“ einer zweiten Schicht angeordnet oder aufgebracht ist, bedeuten, dass die erste Schicht unmittelbar in einem direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der zweiten Schicht angeordnet oder aufgebracht ist. Weiterhin kann auch ein mittelbarer Kontakt bezeichnet sein, bei dem weitere Schichten zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat transluzent ausgebildet und die transluzente Elektrode ist zwischen dem transluzenten Substrat und dem organischen funktionellen Stapel angeordnet, sodass in der zumindest einen organischen Licht emittierenden Schicht erzeugtes Licht durch die transluzente Elektrode und das transluzente Substrat abgestrahlt werden können. Ein derartiges organisches Licht emittierendes Bauelement kann auch als so genannter "bottom emitter" bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Substrat eines oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Glas, Quarz, Kunststoff. Besonders bevorzugt weist das Substrat Glas, beispielsweise in Form einer Glasschicht, Glasfolie oder Glasplatte, auf oder ist daraus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste organische Licht emittierende Schicht beliebig angeordnete Emittermoleküle auf. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Emittermoleküle der ersten organischen Licht emittierenden Schicht eine im Wesentlichen kugelige Molekülstruktur aufweisen oder im Falle einer Molekülstruktur mit einer Vorzugsrichtung, also beispielsweise eine langgestreckte Molekülstruktur, ohne Vorzugsrichtung in beliebige Richtungen weisend angeordnet sind. Insbesondere können die Emittermoleküle der ersten organischen Licht emittierenden Schicht isotrop hinsichtlich ihrer Ausrichtung angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die zweite organische Licht emittierende Schicht Emittermoleküle mit einer anisotropen Molekülstruktur auf, die anisotrop ausgerichtet sind.
Unter einer anisotropen Molekülstruktur wird hier und im Folgenden verstanden, dass die eingesetzten Moleküle keine im Wesentlichen kugelige Molekülstruktur ausbilden, sondern eine eher langgestreckte Molekülstruktur. Um dies zu erreichen, weisen Emittermoleküle mit anisotroper Molekülstruktur insbesondere zumindest zweierlei unterschiedliche Liganden auf, beispielsweise Liganden, die sich hinsichtlich ihrer an ein Zentralatom koordinierenden Atome unterscheiden, oder weisen eine quadratisch-planare Umgebung des Zentralatoms auf.
Die isotrop angeordneten Emittermoleküle der ersten organischen Licht emittierenden Schicht können Emittermoleküle mit isotroper Molekülstruktur aufweisen oder sein oder auch Emittermoleküle mit anisotroper Molekülstruktur aufweisen oder sein, die im Gegensatz zu den Emittermolekülen der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht isotrop, also nicht überwiegend entlang einer Vorzugsrichtung oder in einer Vorzugsebene, angeordnet sind.
Ein organisches Licht emittierendes Bauelement gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die folgenden Elemente auf:

– ein transluzentes Substrat, auf dem eine optische Auskoppelschicht aufgebracht ist,
– eine transluzente Elektrode auf der Auskoppelschicht,
– einen organischen funktionellen Schichtenstapel mit organischen funktionellen Schichten, aufweisend eine erste organische Licht emittierende Schicht auf der transluzenten Elektrode und eine zweite organische Licht emittierende Schicht auf der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und
– darüber eine reflektierende Elektrode,
– wobei die erste organische Licht emittierende Schicht isotrop angeordnete Emittermoleküle aufweist und
– wobei die zweite organische Licht emittierende Schicht Emittermoleküle mit einer anisotropen Molekülstruktur aufweist, die anisotrop ausgerichtet sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen die Emittermoleküle der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht im Wesentlichen parallel ausgerichtet vor, insbesondere parallel zur Erstreckungsebene der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht. Insbesondere kann das bedeuten, dass die anisotropen Emittermoleküle der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht wie weiter unten beschrieben Übergangsdipolmomente, im Folgenden auch kurz als Dipolmomente bezeichnet, aufweisen, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsebene der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht angeordnet sind. „Im Wesentlichen parallel“ kann insbesondere bedeuten, dass die Emittermoleküle und insbesondere deren Dipolmomente zu mehr als 66% parallel ausgerichtet sind. Bei einer anisotropen und insbesondere bei einer im Wesentlichen parallelen Anordnung der Emittermoleküle und insbesondere ihrer Dipolmomente können Verluste durch Plasmonenanregungen in der reflektierenden Elektrode erheblich unterdrückt werden, so dass ein Effizientverlust der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht durch Plasmonenanregung somit zumindest teilweise vermieden werden kann, wodurch letztlich die Gesamteffizienz des organischen Licht emittierenden Bauelements deutlich steigen kann. Dementsprechend kann durch die Unterdrückung der Plasmonenanregung durch die zweite organische Licht emittierende Schicht der Anteil der erzeugten Strahlungsleistung beziehungsweise des erzeugten Lichts aus er zweiten organischen Licht emittierenden Schicht, der in den organischen Schichten und/oder der transluzenten Elektrode durch Wellenleitungseffekte geführt wird, erhöht werden. Im Gegensatz zu Plasmonen kann dieser Anteil mithilfe einer optischen Auskoppelschicht, wie weiter unten beschrieben ist, zumindest zum Teil aus dem organischen Licht emittierenden Bauelement ausgekoppelt werden, sodass es bei dem hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelement möglich ist, die durch das Substrat abgestrahlte Lichtleistung im Vergleich zu bekannten OLEDs mit typischerweise isotrop und ungerichtet angeordneten Emittermolekülen zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erste organische Licht emittierende Schicht einen Abstand von größer oder gleich 150 nm zur reflektierenden Elektrode auf. Das kann insbesondere bedeuten, dass die zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode angeordneten organischen funktionellen Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels eine Gesamtdicke von größer oder gleich 150 nm aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die optische Länge zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode für eine Wellenlänge von beispielsweise 600 nm größer oder gleich dem 1,6-fachen von 150 nm und kleiner oder gleich dem 1,8-fachen von 225 nm. Die Werte 1,6 und 1,8 entsprechen dabei einem Bereich von bevorzugten Brechungsindexwerten.
Weiterhin kann der Abstand der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode kleiner oder gleich 225 nm sein.
Besonders bevorzugt kann der Abstand der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode größer oder gleich 180 nm und kleiner oder gleich 225 nm sein.
Die Erfinder haben festgestellt, dass sich durch den hier beschriebenen Abstand der ersten organischen Licht emittierenden Schicht zur reflektierenden Elektrode besonders vorteilhaft eine Verringerung desjenigen relativen Anteils der in der ersten organischen Licht emittierenden Schicht erzeugten Strahlungsleistung beziehungsweise des in der ersten organischen Licht emittierenden Schicht erzeugten Lichts ergibt, der in Form von Plasmonen in die reflektierende Elektrode eingekoppelt wird. Insbesondere haben die Erfinder festgestellt, dass der Abstand der ersten organischen Licht emittierenden Schicht zur reflektierenden Elektrode derart gewählt werden kann, dass der relative Anteil der in der ersten organischen Licht emittierenden Schicht erzeugten Strahlungsleistung, der in Form von Plasmonen, insbesondere Oberflächenplasmonen, in die reflektierende Elektrode eingekoppelt wird, kleiner oder gleich 10% ist. Wie bereits weiter oben beschrieben ist, kann dadurch der Anteil der erzeugten Strahlungsleistung beziehungsweise des erzeugten Lichts aus er ersten organischen Licht emittierenden Schicht, der in den organischen Schichten und/oder der transluzenten Elektrode durch Wellenleitungseffekte geführt wird, erhöht werden. Dieser Anteil kann dann zumindest teilweise mithilfe einer optischen Auskoppelschicht, wie weiter unten beschrieben ist, aus dem organischen Licht emittierenden Bauelement ausgekoppelt werden. Somit kann es bei dem hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelement möglich sein, die durch das Substrat abgestrahlte Lichtleistung im Vergleich zu bekannten OLEDs mit einem typischerweise deutlich geringerem Abstand zwischen der zumindest einen organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode zu vergrößern.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die zweite organische Licht emittierende Schicht einen Abstand von größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 100 nm zur reflektierenden Elektrode auf. Das kann insbesondere bedeuten, dass die zwischen der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode angeordneten organischen funktionellen Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels eine Gesamtdicke von größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 100 nm aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die optische Länge zwischen der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode für eine Wellenlänge von 600 nm größer oder gleich dem 1,6-fachen von 30 nm und kleiner oder gleich dem 1,8-fachen von 100 nm. Die Werte 1,6 und 1,8 entsprechen dabei wie bereits oben erwähnt einem Bereich von bevorzugten Brechungsindexwerten.
Weiterhin kann der Abstand der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode kleiner oder gleich 60 nm sein.
Besonders bevorzugt kann der Abstand der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 60 nm sein.
Die Erfinder haben festgestellt, dass sich durch den hier beschriebenen Abstand der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht zur reflektierenden Elektrode aufgrund von Mikrokavitätseffekten wie beispielsweise dem dem Fachmann bekannten sogenannten Purcell-Effekt eine effizientere Lichterzeugung ermöglicht, wobei weiterhin die noch vorhandenen Plasmonenverlustkanäle durch die oben beschriebene anisotrope und insbesondere parallele Anordnung der Emittermoleküle unterdrückt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite organische Licht emittierende Schicht einen Abstand von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 200 nm von der ersten organischen Licht emittierenden Schicht auf. Der Abstand kann insbesondere durch die Gesamtdicke von zwischen den Licht emittierenden Schichten angeordnete Ladungsträger leitende Schichten sowie einer weiter unten beschriebenen ladungserzeugenden Schicht gegeben sein.
Hinsichtlich der Abstände der ersten und der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht zur reflektierenden Elektrode ergeben sich folglich zwei Freiheitsgrade beim Aufbau des organischen Licht emittierenden Bauelements, durch die die beiden Licht emittierenden Schichten unabhängig voneinander an optimalen Positionen hinsichtlich der Effizienz erhöhenden Mikrokavitätseffekte und der zu vermeidenden Plasmonenankopplung zwischen den Elektroden angeordnet werden können. Hierbei werden die Plasmonenverluste durch die besondere Wahl der Emittermoleküle der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht weiter unterdrückt. Insbesondere haben die Erfinder herausgefunden, dass sich die hier beschriebenen Effekte wie die Verringerung des Plasmonenverlustkanals für die zweite organische Licht emittierende Schicht durch die anisotrope Anordnung der Emittermoleküle der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht, die Verringerung der Plasmonenverluste in der ersten organischen Licht emittierenden Schicht durch den vorteilhaften Abstand zur reflektierenden Elektrode und die Erhöhung der Strahlungserzeugung durch die geeignete Anordnung der Licht emittierenden Schichten hinsichtlich der Mikrokavitätseffekte wirkungsvoll kombinieren lassen. Durch die Kombination der Effekte steigt wie oben beschrieben der relative Anteil des in den beiden Licht emittierenden Schichten erzeugten Lichts, das in Wellenleitungsverlustkanälen geführt wird und das durch Anordnung einer weiter unten beschriebenen optischen Auskoppelschicht verstärkt ausgekoppelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das organische Licht emittierende Bauelement eine ladungserzeugende Schichtenfolge zwischen der ersten und der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht auf. Die ladungserzeugende Schichtenfolge kann beispielsweise einen n-dotierten oder Elektronen leitenden Bereich und einen p-dotierten oder Löcher leitenden Bereich aufweisen, zwischen denen eine Zwischenschicht angeordnet ist. Der n-dotierte und der p-dotierte Bereich können beispielsweise als entsprechend dotierte Schichten ausgebildet sein. Eine solche ladungserzeugende Schichtenfolge wird auch als "charge generation layer" (CGL) bezeichnet. Die ladungserzeugende Schichtenfolge kann insbesondere zwischen einer Elektronen leitenden Schicht und einer Löcher leitenden Schicht angeordnet sein, so dass beispielsweise zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der ladungserzeugenden Schicht die Elektronen leitende Schicht und zwischen der ladungserzeugenden Schicht und der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht eine Löcher leitende Schicht angeordnet ist oder umgekehrt. Beim Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements werden an der CGL Elektronen-Loch-Paare erzeugt und getrennt, und die Elektronen und Löcher werden der ersten bzw. zweiten organischen Licht emittierenden Schicht zur Verfügung gestellt. Damit ermöglich die CGL das Stapeln der zwei Licht emittierenden Schichten übereinander. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die CGL ein elektrisch serielles Verbinden der zwei aufeinander abgeschiedenen Licht emittierenden Schichten ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Zwischenschicht der ladungserzeugenden Schichtenfolge eine Dicke von kleiner oder gleich 4 nm auf. Die Dicke kann weiterhin größer oder gleich 2 nm sein. Besonders bevorzugt beträgt die Dicke 2 nm. Durch eine derart dünne Schichtdicke kann sicher gestellt werden, dass die Zwischenschicht unabhängig von ihrem Material, das beispielsweise ein Metalloxid sein kann, hochtransparent ist.
Weiterhin kann die Zwischenschicht der ladungserzeugenden Schichtenfolge auch ein transparentes Material mit einer größeren Dicke aufweisen. Unabhängig von der Dicke und dem Material der Zwischenschicht weist diese besonders bevorzugt einen Absorptionskoeffizienten k von kleiner oder gleich 0,005 im sichtbaren Spektralbereich, also für Wellenlängen von größer als 450 nm, auf.
Beispielsweise kann die Zwischenschicht durch eine undotierte Schicht gebildet sein.
Die Erfinder haben festgestellt, dass sich die im Folgenden beschriebenen weiteren Ausführungsformen und Merkmale auf die Effizienz und Lichtauskopplung des hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelements mit den vorab beschriebenen Ausführungsformen und Merkmalen und insbesondere den oben beschriebenen Licht emittierenden Schichten auswirken können, so dass die hier beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale insbesondere auch als Aufbauregeln für eine besonders effiziente Schichtarchitektur für das organische Licht emittierenden Bauelement verstanden werden können, die sich insbesondere auch in ihrer vorteilhaften Zusammenwirkung auszeichnen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf dem Substrat eine optische Auskoppelschicht aufgebracht, auf der wiederum die transluzente Elektrode angeordnet ist. Die optische Auskoppelschicht kann insbesondere zur so genannten internen Auskopplung geeignet und vorgesehen sein, also zur Verringerung desjenigen Teils der in der Licht emittierenden Schicht erzeugten Strahlungsleistung beziehungsweise des dort erzeugten Lichts, das in organischen Schichten und/oder in der transluzenten Elektrode geführt wird. Besonders bevorzugt kann die optische Auskoppelschicht ein Material aufweisen, das einen Brechungsindex von größer oder gleich 1,6 aufweist. Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn der Brechungsindex der optischen Auskoppelschicht größer oder gleich 1,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 1,85 ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn die optische Auskoppelschicht einen Brechungsindex aufweist, der größer oder gleich einem schichtdickengewichteten mittleren Brechungsindex der organischen funktionellen Schichten und der transluzenten Elektrode ist.
Die optische Auskoppelschicht kann beispielsweise ein so genanntes hochbrechendes Glas, also ein Glas mit einem Brechungsindex von größer oder gleich 1,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 1,85, beispielsweise mit einem Brechungsindex von 1,9, aufweisen.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die optische Auskoppelschicht ein organisches Material, insbesondere ein Polymerbasiertes Material, aufweist, das beispielsweise nasschemisch auf das Substrat aufgebracht sein kann. Beispielsweise kann die optische Auskoppelschicht hierzu eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Polycarbonat (PC), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polyurethan (PU), Polyacrylat, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Epoxid.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die optische Auskoppelschicht Licht streuend. Dazu weist die optische Auskoppelschicht beispielsweise Streuzentren auf, die in einem der vorgenannten Materialien verteilt angeordnet sind. Die vorgenannten Materialien bilden dazu ein Matrixmaterial, in dem die Streuzentren eingebettet sind. Die Streuzentren können durch Bereiche und/oder Partikel mit einem höheren oder niedrigeren Brechungsindex als das Matrixmaterial ausgebildet sein. Beispielsweise können die Streuzentren durch Partikel, beispielsweise SiO₂, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, oder durch Poren, die beispielsweise luftgefüllt sein können, gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die transluzente Elektrode einen Brechungsindex auf, der an den Brechungsindex der organischen Schichten angepasst ist und bevorzugt dem schichtdickengewichteten Mittelwert der Brechungsindizes der organischen Schichten entspricht. Die transluzente Elektrode kann insbesondere einen Brechungsindex von größer oder gleich 1,6 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1,7 aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat sich auch ein Brechungsindex für die transluzente Elektrode in einem Bereich von größer oder gleich 1,7 und kleiner oder gleich 2,1 erwiesen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die transluzente Elektrode eine niedrige Absorption, insbesondere in einem Spektralbereich von mehr als 450 nm, beispielsweise in einem sichtbaren Spektralbereich zwischen 450 nm und 640 nm, auf. Besonders bevorzugt weist die transluzente Elektrode in einem solchen Spektralbereich einen Absorptionskoeffizienten k von kleiner oder gleich 0,005 auf. Insbesondere sollte die Gesamttransmission der transluzenten Elektrode im sichtbaren Spektralbereich 80% nicht unterschreiten und somit größer oder gleich 80% sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die transluzente Elektrode als Anode ausgeführt und kann somit als Löcher injizierendes Material dienen. Die reflektierende Elektrode ist dann als Kathode ausgebildet. Alternativ dazu kann die transluzente Elektrode auch als Kathode ausgeführt sein und somit als Elektronen injizierendes Material dienen. Die reflektierende Elektrode ist dann als Anode ausgebildet. Die Ausbildung der transluzenten Elektrode und der reflektierenden Elektrode als Anode oder Kathode richtet sich insbesondere nach dem oben beschriebenen Aufbau des organischen funktionellen Schichtenstapels.
Die transluzente Elektrode kann beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid aufweisen oder aus einem transparenten leitenden Oxid bestehen. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO“) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die transluzente Elektrode ITO auf oder ist daraus. Insbesondere kann die transluzente Elektrode dabei eine Dicke von größer oder gleich 50 nm und kleiner oder gleich 200 nm aufweisen. In einem derartigen Dickenbereich liegt die Transmission im sichtbaren Spektralbereich der transluzenten Elektrode bei größer oder gleich 80% und der spezifische Widerstand ρ in einem Bereich von etwa 150 bis 500 μΩ·cm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die reflektierende Elektrode ein Metall auf, das ausgewählt sein kann aus Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium und Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen. Insbesondere kann die reflektierende Elektrode Ag, Al oder Legierungen mit diesen aufweisen, beispielsweise Ag:Mg, Ag:Ca, Mg:Al. Alternativ oder zusätzlich kann die reflektierende Elektrode auch eines der oben genannten TCO-Materialien aufweisen.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die reflektierende Elektrode zumindest zwei oder mehr Schichten aufweist und als so genannte Bi-Layer- oder Multi-Layer-Elektrode ausgebildet ist. Beispielsweise kann die reflektierende Elektrode hierzu den organischen Schichten zugewandt eine Ag-Schicht mit einer Dicke von größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 50 nm aufweisen, auf der eine Aluminiumschicht aufgebracht ist. Es ist auch möglich, dass die reflektierende Elektrode alternativ zu Metall-Metall-Schichtkombinationen oder Metal-Multischichtkombinationen eine oder mehrere TCO-Schichten in Kombination mit zumindest einer Metallschicht aufweist. Beispielsweise kann die reflektierende Elektrode eine Kombination aus einer TCO- und einer Silberschicht aufweisen. Es ist auch möglich, dass beispielsweise eine Metallschicht zwischen zwei TCO-Schichten angeordnet ist. In derartigen Ausführungen kann eine der Schichten oder können mehrere Schichten auch als Nukleationsschichten ausgebildet sein.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die reflektierende Elektrode weitere optische Anpassungsschichten zur Einstellung der Reflektivität beziehungsweise des reflektierten Spektralbereichs aufweist. Derartige optische Anpassungsschichten können insbesondere bei monochrom abstrahlenden Licht emittierenden Schichten beziehungsweise monochrom abstrahlenden organischen Licht emittierenden Bauelementen von Vorteil sein. Eine optische Anpassungsschicht sollte dazu vorteilhafterweise leitfähig sein und kann beispielsweise eine oder mehrere TCO-Schichten aufweisen, die in einer Bragg-Spiegel-artigen Anordnung übereinander angeordnet sind.
Besonders bevorzugt weist die reflektierende Elektrode eine Reflektivität von größer oder gleich 80% im sichtbaren Spektralbereich auf.
Die reflektierende Elektrode kann beispielsweise mittels eines physikalischen Dampfphasen-Abscheideverfahrens ("physical vapor deposition", PVD) und/oder mittels Sputterns hergestellt werden.
Die organischen funktionellen Schichten zwischen der transluzenten Elektrode und der reflektierenden Elektrode, können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere Moleküle beziehungsweise niedermolekulare Verbindungen („small molecules“) oder Kombinationen daraus aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen eine oder mehrere Ladungsträger leitende Schichten, also Elektronen und/oder Löcher leitende Schichten, einen Dotierstoff auf. Der Dotierstoff bewirkt mit Vorteil eine Erhöhung der Leitfähigkeit, um die Betriebsspannung des organischen Licht emittierenden Bauelements niedrig zu halten.
Die Erfinder haben weiterhin festgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die organischen Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels, insbesondere diejenigen, die eine Dicke von größer oder gleich 5 nm aufweisen, einen Absorptionskoeffizienten k von kleiner oder gleich 0,005 in einem Teil des sichtbaren Spektralbereichs, also für Wellenlängen von größer als 450 nm, aufweisen. Insbesondere gilt dies auch für eine Löcher leitende Schicht, die beispielsweise eine Löchertransportschicht mit einer Dicke von bis zu 350 nm aufweisen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine Löcher leitende Schicht zumindest eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht oder eine Kombination dieser auf. Insbesondere kommen als Lochtransport- bzw. Lochinjektionsschicht sowohl dotierte Schichten aus molekularen Verbindungen als auch aus elektrisch leitenden Polymeren in Frage. Als Materialien insbesondere für eine Lochtransportschicht können sich beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, leitendes Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen als vorteilhaft erweisen. Weiterhin können sich beispielsweise folgende Materialien eignen: NPB (N,N'-Bis(naphth-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin, β-NPB (N,N'-Bis(naphth-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin), TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin), N,N'-Bis(naphth-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2-dimethylbenzidin, DMFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethylfluoren, DMFL-NPB (N,N'-Bis(naphth-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethylfluoren), DPFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenylfluoren), DPFL-NPB (N,N'-Bis(naphth-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenylfluoren), TAPC (Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)phenyl]cyclohexan), PAPB (N, N'-bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin), TNB (N, N,N',N'-tetra-naphth-2-yl-benzidin), TiOPC (Titanoxide phthalocyanin), CuPC (Kupfer-Phthalocyanin), F4-TCNQ (2,3,5,6-Tetrafluor-7,7,8,8,-tetracyano-chinodimethan), PPDN (Pyrazino[2,3-f][1,10]phenanthrolin-2,3-dicarbonitril), MeO-TPD (N, N,N' ,N' -Tetrakis(4-methoxyphenyl)benzidin), β-NPP (N, N'-di(naphth-2-yl)-N,N'-diphenylbenzol-1,4-diamin), NTNPB (N,N'-di-phenyl-N,N'-di-[4-(N, N-di-tolyl-amino)phenyl] benzidin) und NPNPB (N,N'-di-phenyl-N,N'-di-[4-(N, N-di-phenylamino)phenyl]benzidin), 1,4-bis(2-phenylpyrimidin-5-yl)benzen (BPPyP), 1,4-bis(2-methylpyrimidin-5-yl)benzen (BMPyP), 1,4-di(1,10-phenanthrolin-3-yl)benzen (BBCP), 2,5-di(pyridin-4-yl)pyrimidin (DPyPy), 1,4-bis(2-(pyridin-4-yl)pyrimidin-5-yl)benzen (BPyPyP), 2,2',6,6'-tetraphenyl-4,4'-bipyridin (GBPy), 1,4-di(benzo[h]chinolin-3-yl)benzol (PBAPA), 2,3,5,6-tetraphenyl-4,4'-bipyridin (TPPyPy), 1,4-bis(2,3,5,6-tetraphenylpyridin-4-yl)benzen (BTPPyP), 1,4-bis(2,6-tetrapyridinylpyridin-4-yl)benzen (BDPyPyP) oder Gemische der vorgenannten Stoffe genannt.
Als Dotierstoff kann dabei beispielsweise ein Metalloxid, eine metallorganische Verbindung, ein organisches Material oder eine Mischung daraus verwendet werden, beispielsweise WO₃, MoO₃, V₂O₅, Re₂O₇ und Re₂O₅, Di-rhodium-tetra-trifluoroacetat (Rh₂(TFA)₄) oder die isoelektronische Rutheniumverbindung Ru₂(TFA)₂(CO)₂ oder ein organisches Material, das aromatische funktionelle Gruppen aufweist oder ein aromatisches organisches Materialien ist, beispielsweise aromatische Materialien mit einer ausgeprägten Anzahl von Fluor- und/oder Cyanid(CN)-Substituenten.
Niedermolekulare Verbindungen können insbesondere durch ein thermisches Verdampfen im Vakuum (vacuum thermal evaporation, VTE oder physical vapor deposition, PVD) oder aus der Flüssigphase aufgebracht werden. Polymere Materialien können beispielsweise aus der Flüssigphase aufgebracht werden oder durch Verkettung von niedermolekularen Ausgangsmaterialien auf der Oberfläche der transluzenten Elektrode gebildet werden. Ebenso ist eine Kombination von beiden Ansätzen möglich, in der auf einer Lochinjektionsschicht, die mittels eines Flüssigverfahrens aufgebracht wurde, eine dünne Schicht einer p-dotierten Lochinjektionsschicht mit einer Dicke von 10 bis 20 nm aufgedampft wird.
Die Löcher leitende Schicht weist typischerweise einen Brechungsindex von größer oder gleich 1,6 und besonders bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 1,6 und kleiner oder gleich 1,9 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine Elektronen leitende Schicht zumindest eine Elektroneninjektionsschicht, eine Elektronentransportschicht oder eine Kombination dieser auf. Für die Elektronen leitende Schicht können sich beispielsweise die folgenden Materialien eignen: PBD (2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol), BCP (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin), BPhen (4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin), TAZ (3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazol), Bpy-OXD (1,3-Bis[2-(2,2'-bipyrid-6-yl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]benzol), BP-OXD-Bpy (6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazol-2-yl]-2,2'-bipyridyl), PADN (2-phenyl-9,10-di(naphth-2-yl)-anthracen), Bpy-FOXD (2,7-Bis[2-(2,2'-bipyrid-6-yl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]-9,9-dimethylfluoren), OXD-7 (1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]benzol), HNBphen (2-(naphth-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin), NBphen (2,9-Bis(naphth-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin), und 2-NPIP (1-methyl-2-(4-(naphth-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin) sowie Gemische der vorgenannten Stoffe.
Als Dotierstoff kann dabei beispielsweise ein Alkalimetall, ein Alkalimetallsalz, ein Erdalkalimetallsalz, eine metallorganische Verbindung, eine molekulare Dotierung oder eine Mischung daraus verwendet werden, beispielsweise Li, Cs₃Po₄, Cs₂CO₃, ein Metallocen, also eine metallorganische Verbindung mit einem Metall M und zwei Cyclopentadienylresten (Cp) in der Form M(Cp)₂, oder ein Metall-Hydropyrimidopyrimidin-Komplex. Das Metall kann beispielsweise Wolfram, Molybdän und/oder Chrom umfassen oder sein.
Beispielsweise kann eine Elektronen leitende Schicht eine Elektronentransportschicht aufweisen, die beispielsweise 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin (BCP) oder 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin (BPhen) aufweist. Dieses Material kann bevorzugt einen Dotierstoff aufweisen, der ausgewählt ist aus Li, Cs₂CO₃, Cs₃Po₄ oder einer molekularen Dotierung.
Zusätzlich zu jeweils einer organischen Löcher leitenden Schicht und einer organischen Elektronen leitenden Schicht, zwischen den die erste organische Licht emittierende Schicht bzw. die zweite organische Licht emittierende Schicht angeordnet sind, können eine oder mehrere weitere organische Schichten im organischen funktionellen Schichtenstapel vorhanden sein. Insbesondere kann beispielsweise zwischen einer Elektronen leitenden Schicht und einer Licht emittierenden Schicht eine Löcherblockierschicht angeordnet sein. Es ist auch möglich, das zwischen einer Löcher leitenden Schicht und einer Licht emittierenden Schicht eine Elektronenblockierschicht angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste organische Licht emittierende Schicht ein elektrolumineszierendes Material auf. Als Materialien hierzu eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon, beispielsweise 2- oder 2,5-substituiertes Poly-p-phenylenvinylen, sowie Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)-iridium III), grün phosphoreszierendes Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridin)iridium III), rot phosphoreszierendes Ru (dtb-bpy)3*2(PF6) (Tris[4,4’-di-tert-butyl-(2,2’)- bipyridin]ruthenium(III)komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4,4-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl), grün fluoreszierendes TTPA (9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4-Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran).
Es sind auch Materialien möglich, die sowohl eine Fluoreszenz als auch eine Phosphoreszenz aufweisen. Die Materialien der Licht emittierenden Schicht könne weiterhin auch das dem Fachmann bekannte so genannte Singulett- oder Triplett-Harvesting ausnutzen. Abhängig von den Materialien der zumindest einen organischen Licht emittierenden Schicht kann diese monochromes, bichromes oder polychromes Licht, beispielsweise weißes Licht, erzeugen.
Alternativ oder zusätzlich kann die erste organische Licht emittierende Schicht auch eines oder mehrere der Materialien aufweisen, die im Folgenden in Verbindung mit der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht beschriebenen werden, wobei diese Materialien im Gegensatz zur zweiten organischen Licht emittierenden Schicht dann isotrop in der ersten organischen Licht emittierenden Schicht angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite organische Licht emittierende Schicht als Emittermoleküle mit einer anisotropen Molekülstruktur ein elektrolumineszierendes Material auf. Als Materialien hierzu eignen sich anisotrope Emittermaterialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite organische Licht emittierende Schicht ein phosphoreszentes Emittermaterial mit anisotroper Molekülstruktur auf, das ausgewählt ist aus Iridium-Komplexen, Platin-Komplexen und Palladium-Komplexen bzw. aus Mischungen hiervon. Insbesondere die Iridium-Komplexe liefern sehr gute Quantenausbeuten, wenn sie als Emittermoleküle in organischen strahlungsemittierenden Vorrichtungen verwendet werden. Weiterhin liefern auch Platin- und Palladium-Komplexe sehr gute Ergebnisse, da sich diese aufgrund der meist quadratisch planaren Koordination bei Vorliegen eines entsprechenden Matrixmaterials sehr leicht zu im Wesentlichen parallel zueinander und zur Substratoberfläche ausgerichteten Molekülanordnungen abscheiden lassen. Generell sind die phosphoreszenten Emitter aber nicht auf diese Metallkomplexe beschränkt, vielmehr sind grundsätzlich auch andere Metallkomplexe wie Lanthanoid-Komplexe, beispielsweise Europium-Komplexe, oder auch Gold-, Rhenium-, Rhodium-, Ruthenium-, Osmium- oder Zink-Komplexe geeignet.
Als Emittermaterialien für die zweite organische Licht emittierende Schicht können insbesondere folgende Verbindungen in Betracht kommen, die ein Emissionsmaximum im blauen, grünen oder roten Spektralbereich aufweisen: Ir(ppy)₂(acac) = (Bis(2-phenylpyridin)(acetylacetonat) iridium(II)), Ir(mppy)₂(acac) = (Bis[2-(p-tolyl)pyridin] acetylacetonat)iridium(III)), Bis[1-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)isochinolin](acetylacetonat)iridium(III), Ir(mdq)₂(acac) = (Bis(2-methyl-dibenzo[f,h]-chinoxalin) (acetylacetonat)iridium(III)), Iridium(III)-bis(dibenzo[f,h]-chinoxalin)(acetylacetonat), Ir(btp)₂(acac) = (Bis(2-benzo[b] thiophen-2-yl-pyridin)(acetylacetonat)iridium(III)), Ir(piq)₂(acac) = (Bis(1-phenylisochinolin)(acetylacetonat) iridium(III)), Ir(fliq)₂(acac)-1 = (Bis[1-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-isochinolin](acetylacetonat)iridium(III)), Hex-Ir(phq)₂(acac) = Bis[2-(4-n-hexylphenyl)chinolin] (acetylacetonat)iridium(III), Ir(flq)₂(acac)-2 = (Bis[3-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-isochinolin](acetylacetonat) iridium(III)), Bis[2-(9,9-dibutylfluorenyl)-1-isochinolin] (acetylacetonat)iridium(III), Bis[2-(9,9-dihexylfluorenyl)-1-pyridin](acetylacetonat) iridium(III), (fbi)₂Ir(acac) = Bis(2-(9,9-diethyl-fluoren-2-yl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazolato)(acetylacetonat)iridium(III), , Ir(2-phq)₂(acac) = (Bis(2-phenylchinolin)(acetylacetonat)iridium(III)), Iridium (III)-bis(2-(2'-benzothienyl) pyridinato-N,C3')(acetylacetonat), Ir(BT)₂(acac) = Bis(2-phenylbenzothiazolat) (acetylacetonat)iridium(III), (PQ)₂Ir(dpm) = Bis(2-phenylchinolin)(2,2,6,6-tetramethylheptan-3,5-dionat) iridium(III), (Piq)₂Ir(dpm) = Bis(phenylisochinolin)(2,2,6,6-tetramethylheptan-3,5-dionat)iridium(III) und Iridium(III) bis(4-phenylthieno[3,2-c]pyridinato-N,C2’)acetylacetonat sowie Gemische der vorgenannten Stoffe. Alternativ zu den aufgelisteten Komplexen mit Iridium können diese auch ein anderes, oben genanntes Metall, beispielsweise Platin, Palladium oder ein Lanthanoid aufweisen. Für Emittermaterialien, die im blauen Wellenlängenbereich emittieren kommen beispielsweise Carbenkomplexe des Iridiums in Betracht.
Zur Herstellung der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht können die Emittermoleküle mit der anisotropen Molekülstruktur beispielsweise unter thermodynamischer Kontrolle aufgebracht werden, wobei das Emittermaterial beispielsweise zusammen mit einem Matrixmaterial im Vakuum verdampft wird und auf eine Ladungsträger leitenden Schicht, also je nach Anordnung der funktionellen Schichten des organische funktionellen Schichtenstapels eine Elektronen oder Löcher leitende Schicht, abgeschieden werden. Durch die thermodynamische Kontrolle kann die anisotrope Ausrichtung der Emittermoleküle der zweiten organische Licht emittierenden Schicht erfolgen.
Unter einem Aufbringen unter thermodynamischer Kontrolle wird hier und im Folgenden verstanden, dass bei der Abscheidung der Emittermoleküle und gegebenenfalls auch der Moleküle des Matrixmaterials keine willkürliche Ausrichtung der abgeschiedenen Moleküle erfolgt, sondern dass vielmehr die Ausrichtung zumindest teilweise in einer Vorzugsrichtung stattfindet. Demzufolge weisen auch die Übergangsdipolmomente der Emittermoleküle in der Summe eine anisotrope Verteilung innerhalb der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht auf, die insbesondere dadurch charakterisiert ist, dass mehr Übergangsdipolmomente des Emissionsprozesses, der ein Dipol-Übergang ist, parallel zur Schichtebene der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht ausgerichtet sind als Übergangsdipolmomente, die nicht-parallel, also beispielsweise orthogonal, hierzu ausgerichtet sind. Bei der thermodynamischen Kontrolle treten die Moleküle während der Abscheidung oder in einem späteren Schritt mit ihrer Umgebung, also beispielsweise anderen Molekülen, in Wechselwirkung, so dass eine Umorientierung und Ausrichtung erfolgen kann, bei der eine thermodynamisch günstigere Konfiguration eingenommen werden kann. Eine derartige anisotrope Ausrichtung der Emittermoleküle der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht ist insbesondere dann möglich, wenn sowohl für die Emittermoleküle als auch für ein Matrixmaterial, in das die Emittermoleküle in der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht eingebettet sind, Ausgangsmaterialien ausgewählt werden, die eine anisotrope Molekülstruktur besitzen.
Die thermodynamische Kontrolle kann beispielsweise durch eine Aufwachsrate ermöglicht werden, die vergleichsweise gering ist, beispielsweise kleiner oder gleich 0,5 nm/s, insbesondere kleiner oder gleich 0,2 nm/s sein oder sogar kleiner als 0,1 nm/s, beispielsweise kleiner als 0,05 nm/s oder auch kleiner als 0,025 nm/s. Unter der Aufwachsrate ist die Geschwindigkeit zu verstehen, mit der die zweite organische Licht emittierende Schicht abgeschieden wird. Weiterhin kann die thermodynamische Kontrolle zusätzlich oder alternativ auch durch eine Temperaturbehandlung während des Aufbringens oder nach dem Aufbringen erreicht werden, bei der die zweite organische Licht emittierende Schicht auf eine gegenüber der Raumtemperatur erhöhte Temperatur gebracht oder gehalten wird. Die zweite organische Licht emittierende Schicht kann beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 30°C und 100°C gebracht werden, wobei die gewählten Temperaturen keine Beschädigung der aufzubringenden oder der bereits aufgebrachten Schichten des Bauelements bewirken dürfen.
Nach dem Aufbringen und gegebenenfalls der Temperaturbehandlung werden die Emittermoleküle mit der anisotropen Molekülstruktur in ihrer orientierten Ausrichtung eingefroren. Die Auswahl der Emittermoleküle und gegebenenfalls der Moleküle eines Matrixmaterials kann also insbesondere so erfolgen, dass bei Raumtemperatur keine Umorientierung der Emittermoleküle, beispielsweise durch Isomerisierungen von Liganden der Emittermoleküle, mehr erfolgen kann.
Alternativ zur thermodynamischen Kontrolle ist es beispielsweise auch möglich, mittels einer so genannten kinetischen Kontrolle die Emittermoleküle in der Position „einzufrieren“, in der sie jeweils erstmalig mit der Oberfläche, auf der sie abgeschieden werden, in Wechselwirkung treten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite organische Licht emittierende Schicht ein Matrixmaterial auf, in dem die Emittermoleküle mit der anisotropen Molekülstruktur eingebettet oder enthalten sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch das Matrixmaterial eine anisotrope Molekülstruktur aufweisen. Mittels derartiger Matrixmaterialien kann eine anisotrope Ausrichtung der Emittermoleküle zusätzlich unterstützt werden. Entsprechend zu den anisotropen Emittermolekülen gilt auch für das Matrixmaterial mit anisotroper Molekülstruktur, dass hier insbesondere keine im Wesentlichen symmetrisch substituierten Verknüpfungspunkte vorliegen dürfen.
Insbesondere wird unter einem Matrixmaterial mit anisotroper Molekülstruktur ein Material verstanden, bei dem ausgehend von einer zentralen Verzweigungsstelle, insbesondere einem zentralen Atom oder einem zentralen Ring, keine drei, vier oder mehr Substituenten mit gleicher oder im Wesentlichen gleicher Struktur vorliegen, wobei nur Substituenten beachtet werden, die nicht Wasserstoff sind. Eine gleiche Struktur bedeutet dabei, dass die Substituenten identisch sind. Eine im Wesentlichen gleiche Struktur bedeutet ferner, dass sich die mindestens drei Substituenten hinsichtlich des auf sie entfallenden Molekulargewichts zwar unterscheiden, dass aber bei keinem der Substituenten der Verzweigungsstelle ein Molekulargewicht vorliegt, das um zumindest 50% unter einem der anderen Substituenten liegt, wobei nur Substituenten beachtet werden, die nicht Wasserstoff sind. Dementsprechend sind Moleküle mit anisotroper Molekülstruktur keine hochsymmetrischen Moleküle mit mehr als zwei gleichen Substituenten oder sie weisen bei Verzweigungsstellen mit drei oder mehr Substituenten, beispielsweise Verzweigungsstellen wie tertiären Amin-Stickstoffatomen oder zumindest dreifach substituierten Benzol-Ringen, sehr unterschiedliche Substituenten auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Matrixmaterial Löcher leitende und/oder Elektronen leitende Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann das Matrixmaterial eine oder mehrere der in Verbindung mit den Löcher leitende und Elektronen leitende Schichten genannten Verbindungen umfassen oder daraus sein.
Die erste und die zweite organische Licht emittierende Schicht können jeweils besonders bevorzugt sichtbares Licht in einem schmalen oder breiten Wellenlängenbereich abstrahlen, also monochromes oder mehrfarbiges oder beispielsweise auch weißes Licht. Die organischen Licht emittierenden Schichten können dazu eines oder mehrere organische Licht emittierende Materialien aufweisen. Mehrfarbiges oder weißes Licht kann durch die Kombination verschiedener organischer Licht emittierender Materialien in jeweils einer der ersten und zweiten Licht emittierenden Schicht oder auch durch eine Kombination des Emittermaterials der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und des Emittermaterials der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht erzeugt werden. Beispielsweise kann eine der beiden Licht emittierenden Schichten rotes und grünes Licht emittieren, während die andere der beiden Licht emittierenden Schichten blaues Licht emittiert. Alternativ dazu können auch beispielsweise beide Licht emittierende Schichten weißes Licht erzeugen.
Über den Elektroden und den organischen Schichten kann weiterhin noch eine Verkapselungsanordnung angeordnet sein. Die Verkapselungsanordnung kann beispielsweise in Form eines Glasdeckels oder, bevorzugt, in Form einer Dünnschichtverkapselung ausgeführt sein.
Ein Glasdeckel, beispielsweise in Form eines Glassubstrats mit einer Kavität, kann mittels einer Klebstoffschicht auf dem Substrat aufgeklebt wird. In die Kavität kann weiterhin ein Feuchtigkeit absorbierender Stoff (Getter), beispielsweise aus Zeolith, eingeklebt werden, um Feuchtigkeit oder Sauerstoff, die durch den Klebstoff eindringen können, zu binden.
Unter einer als Dünnschichtverkapselung ausgebildeten Verkapselungsanordnung wird vorliegend eine Vorrichtung verstanden, die dazu geeignet ist, eine Barriere gegenüber atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff und/oder gegenüber weiteren schädigenden Substanzen wie etwa korrosiven Gasen, beispielsweise Schwefelwasserstoff, zu bilden. Die Verkapselungsanordnung kann hierzu eine oder mehrere Schichten mit jeweils einer Dicke von kleiner oder gleich einigen 100 nm aufweisen.
Insbesondere kann die Dünnschichtverkapselung dünne Schichten aufweisen oder aus diesen bestehen, die beispielsweise mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens („atomic layer deposition“, ALD) aufgebracht werden. Geeignete Materialien für die Schichten der Verkapselungsanordnung sind beispielsweise Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Tantaloxid. Bevorzugt weist die Verkapselungsanordnung eine Schichtenfolge mit einer Mehrzahl der dünnen Schichten auf, die jeweils eine Dicke zwischen einer Atomlage und 10 nm aufweisen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Alternativ oder zusätzlich zu mittels ALD hergestellten dünnen Schichten kann die Verkapselungsanordnung zumindest eine oder eine Mehrzahl weiterer Schichten, also insbesondere Barrierenschichten und/oder Passivierungsschichten, aufweisen, die durch thermisches Aufdampfen oder mittels eines plasmagestützten Prozesses, etwa Sputtern oder plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung („plasma-enhanced chemical vapor deposition“, PECVD), abgeschieden wird. Geeignete Materialien dafür können die vorab genannten Materialien sowie Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminium-dotiertes Zinkoxid, Aluminiumoxid sowie Mischungen und Legierungen der genannten Materialien sein. Die eine oder die mehreren weiteren Schichten können beispielsweise jeweils eine Dicke zwischen 1 nm und 5 µm und bevorzugt zwischen 1 nm und 400 nm aufweisen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Weiterhin kann es insbesondere im Falle einer aus einem Polymer gebildeten optischen Auskoppelschicht möglich sein, dass auf dieser unter der transluzenten Elektrode eine als Dünnschichtverkapselung ausgebildete Verkapselungsanordnung ausgebildet ist. Insbesondere im Falle einer nicht hermetisch dichten optischen Auskoppelschicht kann das organische Licht emittierende Bauelement so von unten, also unterhalb der transluzenten Elektrode, abgedichtet und verkapselt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das organische Licht emittierende Bauelement zwischen der transluzenten Elektrode und der ersten organischen Licht emittierenden Schicht zusätzlich zur zweiten organischen Licht emittierenden Schicht zumindest eine oder auch mehrere weitere organischen Licht emittierenden Schichten auf. Dadurch kann es möglich sein, dass zwischen den Elektroden zusammen mit der ersten und zweiten organischen Licht emittierenden Schicht beispielsweise drei, vier oder mehr Licht emittierende Schichten vorhanden sind. Die organischen Licht emittierenden Schichten, also beispielsweise die erste organische Licht emittierende Schicht und eine weitere organische Licht emittierende Schicht zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der transluzenten Elektrode oder beispielsweise zwei weitere organische Licht emittierende Schichten zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht und der transluzenten Elektrode, können besonders bevorzugt jeweils mittels einer weiter oben beschriebenen ladungserzeugenden Schichtenfolge miteinander verbunden sein.
Durch die hier beschriebene Kombination der ersten und zweiten organischen Licht emittierenden Schichten mit den jeweiligen Emittermolekülen und die jeweilige Anordnung der Licht emittierenden Schichten im organischen funktionellen Schichtenstapel mit einem jeweiligen bestmöglich optimierten Abstand zur reflektierenden Elektrode kann die Gesamtdicke des hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelements bei gleichzeitiger hoher Auskoppeleffizienz gering gehalten werden, wodurch Absorptionsverluste gering gehalten werden können.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines organischen Licht emittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung von relativen Anteilen von Auskoppel- und Verlustkanälen der in der aktiven Schicht einer herkömmlichen OLED erzeugten Strahlungsleistung und
3 eine schematische Darstellung von relativen Anteilen von Auskoppel- und Verlustkanälen der in einer organischen Licht emittierenden Schicht erzeugten Strahlungsleistung abhängig vom Anteil der parallel orientierten Emittermoleküle.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein organisches Licht emittierendes Bauelement 100 gezeigt. Dieses weist ein Substrat 1 auf, auf dem eine optische Auskoppelschicht 2 aufgebracht ist. Über der optischen Auskoppelschicht 2 sind eine transluzente Elektrode 3 und eine reflektierende Schicht 7 aufgebracht, zwischen denen ein organischer funktioneller Schichtenstapel mit organischen funktionellen Schichten mit einer ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 und darüber einer zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 angeordnet ist.
Das organische Licht emittierende Bauelement ist als so genannter "bottom emitter" ausgebildet und weist dazu ein transluzentes Substrat 1 aus Glas aus. Alternativ dazu kann das Substrat 1 auch ein anderes transluzentes Material, beispielsweise einen Kunststoff oder ein Glas-Kunststoff-Laminat, aufweisen oder daraus sein.
Die optische Auskoppelschicht 2 weist zur effektiven Lichtauskopplung einen Brechungsindex auf, der größer oder gleich einem schichtdickengewichteten mittleren Brechungsindex der organischen funktionellen Schichten und der transluzenten Elektrode 3 ist. Die optische Auskoppelschicht 2 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel dazu ein Glas auf, insbesondere aus einem hoch brechenden Glas mit einem Brechungsindex von etwa 1,9. Alternativ dazu kann die optische Auskoppelschicht 2 auch auf einem Polymer-Material basieren, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist.
Weiterhin weist die Auskoppelschicht 2 im Glasmaterial verteilte Streuzentren in Form von Partikeln oder Poren auf, die einen höheren oder niedrigeren Brechungsindex als das Glasmaterial aufweisen. Im Fall von Poren können diese beispielsweise luftgefüllt sein, während als Partikel beispielsweise SiO₂, TiO₂, ZrO₂ und/oder Al₂O₃ verwendet werden können. Durch die optische Auskoppelschicht 2 kann bewirkt werden, dass, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, zumindest ein Teil der in der transluzenten Elektrode 3 oder in den organischen Schichten wellengeleiteten Lichts aus dem organischen Licht emittierenden Bauelement 100 durch das Substrat 1 ausgekoppelt werden kann.
Über den Elektroden 3, 7 und den organischen Schichten kann weiterhin noch eine Verkapselungsanordnung angeordnet sein, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist. Die Verkapselungsanordnung kann beispielsweise in Form eines Glasdeckels oder, bevorzugt, in Form einer Dünnschichtverkapselung ausgeführt sein, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist. Weiterhin kann es insbesondere im Falle einer ein Polymer aufweisenden optischen Auskoppelschicht 2 erforderlich sein, dass auf dieser unter der transluzenten Elektrode 3 auch eine als Dünnschichtverkapselung ausgebildete Verkapselungsanordnung ausgebildet ist, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist.
Die transluzente Elektrode 3 weist einen Brechungsindex von größer oder gleich 1,6 und bevorzugt von größer oder gleich 1,7 und kleiner oder gleich 2,1 auf. Weiterhin sind Dicke und Material der transluzenten Elektrode 3 derart gewählt, dass der Absorptionskoeffizient in einem sichtbaren Spektralbereich von 450 nm bis 640 nm kleiner oder gleich 0,005 ist. Insbesondere ist die Transmission der transluzenten Elektroden 3 im sichtbaren Spektralbereich größer oder gleich 80%.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die transluzente Elektrode hierzu aus Indiumzinnoxid (ITO) mit einer Dicke von größer oder gleich 50 nm und kleiner oder gleich 200 nm. Dadurch kann auch erreicht werden, dass der spezifische Widerstand der transluzenten Elektrode 3 in einem Bereich von größer oder gleich 150 und kleiner oder gleich 500 μΩ·cm liegt, wodurch eine ausreichend hohe Leitfähigkeit der transluzenten Elektrode 3 gewährleistet werden kann.
Die reflektierende Elektrode 7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus Metall und weist insbesondere Ag, Al oder Legierungen wie Ag:Mg, Ag:Ca oder Mg:Al auf. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die reflektierende Elektrode 7 zumindest zwei oder mehrere Metallschichten oder eine oder mehrere TCO-Schichten in Kombination mit einer oder mehreren Metallschichten aufweist. Beispielsweise kann die reflektierende Elektrode 7 auch optische Anpassungsschichten, beispielsweise aus einem TCO-Schichtenstapel mit einer Bragg-Spiegel-artigen Ausbildung aufweisen, um die Reflektivität der reflektierenden Elektrode 7 auf das Emissionsspektrum der Licht emittierenden Schicht 5 anzupassen. Die reflektierende Elektrode 7 weist eine Reflektivität von größer oder gleich 80% im sichtbaren Spektralbereich auf.
Alternativ dazu können die transluzente Elektrode 3 und/oder die reflektierende Elektrode 7 jeweils auch ein anderes, oben im allgemeinen Teil beschriebenes Material aufweisen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die transluzente Elektrode 3 als Anode und die reflektierende Elektrode 7 als Kathode ausgebildet. Entsprechend der dadurch vorgegebenen Polarität des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 ist die erste organische Licht emittierende Schicht 51 zwischen einer Löcher leitenden Schicht 41 auf der Seite der transluzenten Elektrode 3 und einer Elektronen leitenden Schicht 61 über der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 angeordnet, während die zweite organische Licht emittierende Schicht 52 zwischen einer weiteren Löcher leitenden Schicht 42 unter der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 und einer weiteren Elektronen leitenden Schicht 62 über der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 angeordnet ist.
Alternativ zur im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigten Polarität des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 kann dieses auch eine dazu invertierte Polarität aufweisen, bei der die transluzente Elektrode 3 als Kathode und die reflektierende Elektrode 7 als Anode ausgebildet ist und die Anordnung der Löcher leitenden Schichten 41, 42 und der Elektronen leitenden Schichten 61, 62 jeweils vertauscht ist.
Die Löcher leitenden Schichten 41, 42 weisen zumindest eine Lochtransportschicht auf. Weiterhin können die Löcher leitenden Schicht 41, 42 zusätzlich eine Lochinjektionsschicht aufweisen, die eine Dicke im Bereich von einigen zehn Nanometern aufweisen kann. Sowohl die Lochtransport- als auch die Lochinjektionsschichten können aus den oben im allgemeinen Teil beschriebenen Materialien, beispielsweise aus niedermolekularen Verbindungen („small molecules“) oder aus Polymeren, sein.
Die Elektronen leitenden Schichten 61, 62 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel leitfähigkeitsdotiert, um eine ausreichend hohe Leitfähigkeit zu gewährleisten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Elektronen leitenden Schichten 61, 62 jeweils eine Elektronentransportschicht auf, die als Matrixmaterial beispielsweise BCP oder BPhen aufweisen kann, das mit Li, Cs₃Co₄, Cs₃Po₄ oder über eine molekulare Dotierung dotiert ist. Die Elektronen leitenden Schichten 61, 62 können alternativ oder zusätzlich jeweils auch ein oder mehrere weitere Materialien wie im allgemeinen Teil beschrieben aufweisen.
Zusätzlich zu den in 1 gezeigten Schichten können noch weitere organische Schichten, beispielsweise Elektronen oder Löcher blockierende Schicht zwischen den Ladungsträger leitenden Schichten 41, 42, 61, 62 und den organischen Licht emittierenden Schichten 51, 52 vorhanden sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn diejenigen organischen Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels, die eine Dicke von größer oder gleich 5 nm aufweisen, einen Absorptionskoeffizienten k von kleiner oder gleich 0,005 in einem Teil des sichtbaren Spektralbereichs, also für Wellenlängen von größer als 450 nm, aufweisen.
Zwischen der ersten und der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 51, 52 ist eine ladungserzeugende Schichtenfolge 8 angeordnet, die auch als „charge generation layer“ (CGL) bezeichnet wird und durch die eine elektrisch serielle Anordnung der ersten und zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 51, 52 aufeinander ermöglicht wird. Die ladungserzeugende Schichtenfolge 8 dient als Ladungsträgerpaarerzeugungszone für Elektronen und Löcher, die entsprechend der Polarität des funktionellen organischen Schichtenstapels in die erste und zweite organische Licht emittierende Schicht 51, 52 abgegeben werden können. Beispielsweise weist die ladungserzeugende Schichtenfolge 8 eine Zwischenschicht auf, die zwischen einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht angeordnet ist. Alternativ dazu kann die ladungserzeugende Schichtenfolge beispielsweise auch nur eine n-dotierte und p-dotierte Schicht aufweisen. Die n- und p-dotierte Schicht können zusätzlich zu den direkt an die ladungserzeugende Schichtenfolge 8 angrenzenden Ladungsträger leitenden Schichten 42, 61 vorhanden sein oder alternativ auch durch diese gebildet sein.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 ist die Zwischenschicht transparent ausgebildet, das heißt mit einem Absorptionskoeffizienten k, der kleiner oder gleich 0,005 für Wellenlängen größer als 450 nm, also im sichtbaren Spektralbereich, ist. Hierzu weist die Zwischenschicht der ladungserzeugenden Schichtenfolge 8 entweder ein Material, beispielsweise ein organisches Material oder ein Metalloxid, auf, das hochtransparent ist oder das im Falle eines nicht hochtransparenten Materials eine Schichtdicke von bevorzugt größer oder gleich 2 nm und kleiner oder gleich 4 nm, besonders bevorzugt von etwa 2 nm, aufweist. Beispielsweise kann die Zwischenschicht durch eine hochtransparente undotierte Schicht gebildet sein.
Die erste organische Licht emittierende Schicht 51 weist zumindest ein organisches Material auf, das im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements 100, der durch die schematisch angedeutete Verschaltung der Elektroden 3 und 7 angedeutet ist, Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich abstrahlt. Dabei kann die erste organische Licht emittierende Schicht 51 eines oder mehrere der oben im allgemeinen Teil genannten Materialien aufweisen. Insbesondere weist die erste organische Licht emittierende Schicht 51 beliebig, also isotrop, angeordnete Emittermoleküle auf. Das kann bedeuten, dass die isotrop angeordneten Emittermoleküle der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 Emittermoleküle mit isotroper Molekülstruktur aufweisen oder sind. Weiterhin kann das auch bedeuten, dass die beliebig beziehungsweise isotrop angeordneten Emittermoleküle der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 Emittermoleküle mit anisotroper Molekülstruktur aufweisen oder sind, die isotrop, also nicht überwiegend entlang einer Vorzugsrichtung oder in einer Vorzugsebene, angeordnet sind.
Die zweite organische Licht emittierende Schicht 52 weist Emittermoleküle mit einer anisotropen Molekülstruktur auf, die anisotrop ausgerichtet sind. Das bedeutet, dass die Emittermoleküle der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 keine im Wesentlichen kugelige Molekülstruktur aufweisen sondern beispielsweise eine eher langgestreckte Molekülstruktur. Dazu weisen die Emittermoleküle mit anisotroper Molekülstruktur beispielsweise zumindest zweierlei unterschiedliche Liganden auf, beispielsweise Liganden, die sich hinsichtlich ihrer an ein Zentralatom koordinierenden Atome unterscheiden, oder weisen eine quadratisch-planare Umgebung des Zentralatoms auf.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite organische Licht emittierende Schicht 52 ein phosphoreszentes Emittermaterial mit anisotroper Molekülstruktur auf, das ausgewählt ist aus Iridium-Komplexen, Platin-Komplexen, Palladium-Komplexen oder aus Mischungen hiervon. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite organische Licht emittierende Schicht 52 auch ein oder mehrere andere der oben im allgemeinen Teil genannten anisotropen Emittermaterialien aufweisen. Die anisotropen Emittermoleküle können in einem Matrixmaterial der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 eingebettet oder enthalten sein, das eine isotrope oder bevorzugt ebenfalls eine anisotrope Molekülstruktur aufweisen kann und beispielsweise eines oder mehrere der oben im allgemeinen Teil genannten Matrixmaterialien aufweisen oder daraus sein kann.
Die Emittermoleküle der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 und insbesondere deren oben im allgemeinen Teil beschriebenen Dipolmomente sind im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen parallel ausgerichtet, insbesondere parallel zur Erstreckungsebene der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52. Der Vorteil eines derart anisotrop ausgerichteten Emittermaterials bzw. der Dipolmomente wird auch weiter unten im Zusammenhang mit 3 erläutert.
Durch die Anordnung von zwei organischen Licht emittierenden Schichten 51, 52 im gezeigten organischen Licht emittierenden Bauelement 100 ergibt sich ein Freiheitsgrad in der jeweiligen Anordnung der Licht emittierenden Schichten 51, 52. Hierdurch ist es möglich, die beiden organischen Licht emittierenden Schichten 51, 52 jeweils in einem optimalen Abstand von der reflektierenden Elektrode 7 anzuordnen, wobei die gesamte Schichtdicke des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 so dünn wie möglich gehalten werden kann, wodurch Absorptionsverluste in den organischen funktionellen Schichten gering gehalten werden können.
Der Abstand der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 zur reflektierenden Elektrode 7 ist größer oder gleich 150 nm und bevorzugt größer oder gleich 180 nm. Das bedeutet insbesondere, dass die zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 und der reflektierenden Elektrode 7 angeordneten organischen funktionellen Schichten eine dem genannten Abstand entsprechende Gesamtdicke aufwiesen. Unter Berücksichtigung der im organischen funktionellen Schichtenstapel üblichen Brechungsindizes ist besonders bevorzugt die optische Länge zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 und der reflektierenden Elektrode 7 bei einer Wellenlänge von beispielsweise 600 nm größer oder gleich 1,6·150 nm und kleiner oder gleich 1,8·225 nm. Insbesondere hat sich für den Abstand ein Bereich zwischen 150 nm und 225 nm und bevorzugt zwischen 180 nm und 220 nm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind, als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die zweite organische Licht emittierende Schicht 52 weist einen Abstand von größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 100 nm zur reflektierenden Elektrode 7 auf. Das kann insbesondere bedeuten, dass die zwischen der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode angeordneten organischen funktionellen Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels eine Gesamtdicke von größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 100 nm aufweisen. Insbesondere kann dieser Abstand im Wesentlichen durch die Gesamtdicke der im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 und der reflektierenden Elektrode 7 angeordneten Elektronen leitenden Schicht 62 und gegebenenfalls einer zwischen der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 und der Elektronen leitenden Schicht 62 angeordneten Löcherblockierschicht gegeben sein.
Unter Berücksichtigung der im organischen funktionellen Schichtenstapel üblichen Brechungsindizes ist besonders bevorzugt die optische Länge zwischen der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 und der reflektierenden Elektrode 7 bei einer Wellenlänge von beispielsweise 600 nm größer oder gleich dem 1,6-fachen von 30 nm und kleiner oder gleich dem 1,8-fachen von 100 nm. Besonders bevorzugt ist der Abstand der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 und der reflektierenden Elektrode 7 größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 60 nm.
Durch die zwischen den zwei Licht emittierenden Schichten 51, 52 angeordneten organischen funktionellen Schichten, also im gezeigten Ausführungsbeispiel die Ladungsträger leitenden Schichten 42 und 61 und die ladungserzeugende Schichtenfolge 8, beträgt der Abstand zwischen den beiden Licht emittierenden Schichten 51, 52 etwa 100 bis 200 nm.
Die hier beschriebenen gezielt gewählten Abstände der organischen Licht emittierenden Schichten 51, 52 von der reflektierenden Elektrode 7 können zusammen mit der optischen Auskoppelschicht 2 eine deutliche Effizienzsteigerung im Vergleich zu bekannten OLEDs bewirken. Dies wird insbesondere im Zusammenhang mit 2 ersichtlich, die auf einer Simulation einer herkömmlichen, mit einer Licht emittierenden Schicht versehenen, grün emittierenden OLED auf einem Standard-Glassubstrat ohne optische Auskoppelschicht oder anderen Auskoppelmaßnahmen beruht. Die der 2 zugrunde gelegte Licht emittierende Schicht weist insbesondere isotrop angeordnete Emittermoleküle auf.
In 2 sind in Abhängigkeit von der Dicke D der zwischen der Licht emittierenden Schicht und der reflektierenden Elektrode angeordneten Schicht oder Schichten, was dem Abstand zwischen der reflektierenden Elektrode und der Licht emittierenden Schicht entspricht, die relativen Anteile L der Auskoppel- und Verlustkanäle des in der Licht emittierenden Schicht erzeugten Lichts zeigt. Die gezeigten relativen Anteile der Auskoppel- und Verlustkanäle sind dabei nicht einschränkend für die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu verstehen und können je nach Aufbau und Materialwahl der einzelnen Komponenten variieren.
Der Bereich 21 kennzeichnet den relativen Anteil des Lichts, der aus dem transluzenten Substrat ausgekoppelt wird. Der Bereich 22 entspricht dem relativen Anteil des Lichts, der im Glassubstrat durch Wellenleitung geführt wird. Der Bereich 23 kennzeichnet den relativen Anteil des Lichts, der durch Absorption in den organischen Schichten, der transluzenten Elektrode und dem Substrat verloren geht. Der Bereich 24 kennzeichnet den relativen Anteil des Lichts, der in der transluzenten Elektrode und den organischen Schichten durch Wellenleitungseffekte geführt wird. Der Bereich 25 kennzeichnet den Anteil, der über die Einkopplung von Oberflächenplasmonen in die reflektierende Elektrode verloren geht.
Es ist zu erkennen, dass der aus dem Substrat ausgekoppelte relative Anteil des Lichts 21 ab einem Wert für D von etwa 30 nm und von etwa 150 nm jeweils leicht ansteigt, während in der Hauptsache mit steigendem Wert für D der durch die Plasmoneneinkopplung hervorgerufene Verlustkanal, also der Bereich 25, erheblich abnimmt, wodurch der relative Anteil des in den organischen Schichten und der transluzenten Elektrode geführten Lichts steigt. Insbesondere beträgt der Anteil 25 des Plasmonenverlustkanals für einen Wert von D von größer oder gleich 150 nm weniger als 10%.
Durch die zusätzliche bei dem hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelement 100 vorhandene optische Auskoppelschicht 2 kann insbesondere der Anteil des Lichts, der in der transluzenten Elektrode 3 und den organischen Schichten geführt wird, zumindest teilweise ausgekoppelt werden. Dies gilt im Hinblick auf 2 insbesondere bei einem Abstand D von größer oder gleich 150 nm und kleiner oder gleich 225 nm zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 und der reflektierenden Elektrode 7, in der das Maximum des Bereichs 21, also des Anteils des aus dem Substrat unmittelbar ausgekoppelten Lichts, bei gleichzeitig geringem Plasmonenverlustanteil 25 liegt. Durch die Anordnung der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 bei einem solchen Abstand kann somit im Hinblick auf das in der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 erzeugte Licht eine deutliche Effizienzsteigerung durch eine erhöhte Lichtauskopplung für das hier beschriebene organische Licht emittierende Bauelement erreicht werden.
Die zweite organische Licht emittierende Schicht 52 wird zusätzlich zur ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 vorteilhafterweise im Hinblick auf 2 im Bereich des weiteren Maximums des Bereichs 21 bei Werten von D zwischen etwa 30 nm und etwa 100 nm platziert, wobei sich ebenfalls bereits durch diese Anordnung eine erhöhte Auskoppeleffizienz für das in der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 erzeugte Licht ergibt.
Zusätzlich zur vorteilhaften räumlichen Anordnung der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 weist diese wie vorab beschrieben die Emittermoleküle mit der anisotropen Molekülstruktur auf, die anisotrop und besonders bevorzugt parallel ausgerichtet sind, wobei insbesondere die Dipolmomente der Emittermoleküle parallel oder im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind, wodurch Verluste durch Plasmonenanregungen in der reflektierenden Elektrode weiter unterdrückt werden können, wie auch im Zusammenhang mit 3 ersichtlich ist.
In 3 ist eine Simulation einer herkömmlichen OLED wie in 2 gezeigt, wobei hier der Anteil F der Dipolmomente, die parallel ausgerichtet sind, betrachtet wird. Die gezeigten relativen Anteile der Auskoppel- und Verlustkanäle sind dabei nicht einschränkend für die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu verstehen und können je nach Aufbau und Materialwahl der einzelnen Komponenten variieren.
Der Bereich 31 kennzeichnet den relativen Anteil des Lichts, der aus dem transluzenten Substrat ausgekoppelt wird. Der Bereich 32 entspricht dem relativen Anteil des Lichts, der im Glassubstrat durch Wellenleitung geführt wird. Der Bereich 33 kennzeichnet den relativen Anteil des Lichts, der in der transluzenten Elektrode und den organischen Schichten durch Wellenleitungseffekte geführt wird. Der Bereich 34 kennzeichnet den Anteil, der über die Einkopplung von Oberflächenplasmonen in die reflektierende Elektrode verloren geht.
Die gestrichelte senkrechte Linie kennzeichnet einen relativen Anteil von parallel ausgerichteten Dipolmomenten von 2/3 bzw. etwa 66%, was einer isotropen Verteilung der anisotropen Emittermoleküle entspricht. Eine Erhöhung des parallel ausgerichteten Anteils wird somit entlang des gestrichelt eingezeichneten Pfeils erreicht.
Es ist zu erkennen, dass der durch den Bereich 34 gekennzeichnete Plasmonenverlustkanal mit steigender anisotroper und insbesondere paralleler Anordnung der Dipolmomente abnimmt, so dass gleichzeitig, wie schon in Verbindung mit 2 erläutert wurde, der relative Anteil des in den organischen Schichten und der transluzenten Elektrode geführten Lichts steigt. Durch die oben beschriebene Auskopplung zumindest eines Teils dieses Anteils durch die optische Auskoppelschicht 2 kann die durch das Substrat abgestrahlte Lichtleistung des in der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 52 erzeugten Lichts im Vergleich zu bekannten OLEDs mit typischerweise isotrop und ungerichtet angeordneten Emittermolekülen erhöht werden.
Der gezielt gewählte und optimierte Aufbau des hier beschriebenen organischen Licht emittierenden Bauelements insbesondere im Hinblick auf die Anordnung der beiden Licht emittierenden Schichten und deren Emittermaterialien führt somit zu einer deutlichen Effizienzsteigerung und Verbesserung der Lichtauskopplung.
Zusätzlich zur in den Ausführungsbeispielen gezeigten ersten und zweiten organischen Licht emittierenden Schicht 51, 52 kann zwischen der transluzenten Elektrode 3 und der ersten organischen Schicht 51 zumindest eine oder auch mehrere weitere organische Licht emittierende Schichten angeordnet sein, so dass das in 1 gezeigte organische Licht emittierende Bauelement 100 beispielsweise auch drei, vier oder mehr organische Licht emittierende Schichten zwischen den Elektroden 3, 7 aufweisen kann. Zwischen jeweils benachbarten organischen Licht emittierenden Schichten, also beispielsweise zwischen der ersten organischen Licht emittierenden Schicht 51 und einer weiteren organischen Licht emittierenden Schicht, kann jeweils eine ladungserzeugende Schicht angeordnet sein.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0257608 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Y. Sun, S.R. Forrest, Nature Photonics 2,483 (2008) [0004]
Ziebarth et al., Adv. Funct. Mat. 14, 451 (2004) [0004]
Do et al., Adv. Mat. 15, 1214 (2003) [0004]

Claims

Organisches Licht emittierendes Bauelement, aufweisend ein transluzentes Substrat (1), auf dem eine optische Auskoppelschicht (2) aufgebracht ist, eine transluzente Elektrode (3) auf der Auskoppelschicht (2), einen organischen funktionellen Schichtenstapel mit organischen funktionellen Schichten, aufweisend eine erste organische Licht emittierende Schicht (51) auf der transluzenten Elektrode (3) und eine zweite organische Licht emittierende Schicht (52) auf der ersten organischen Licht emittierenden Schicht (51) und darüber eine reflektierende Elektrode (7), wobei die erste organische Licht emittierende Schicht (51) beliebig angeordnete Emittermoleküle aufweist und wobei die zweite organische Licht emittierende Schicht (52) Emittermoleküle mit einer anisotropen Molekülstruktur aufweist, die anisotrop ausgerichtet sind.
Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die erste organische Licht emittierende Schicht (51) einen Abstand von größer oder gleich 150 nm und kleiner oder gleich 225 nm zur reflektierenden Elektrode (7) aufweist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite organische Licht emittierende Schicht (52) einen Abstand von größer oder gleich 30 nm und kleiner oder gleich 100 nm zur reflektierenden Elektrode (7) aufweist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand der ersten organischen Licht emittierenden Schicht (51) zur reflektierenden Elektrode (7) so gewählt ist, dass der relative Anteil der in der ersten organischen Licht emittierenden Schicht (51) erzeugten Strahlungsleistung, der in Form von Plasmonen in die reflektierende Elektrode (7) eingekoppelt wird, kleiner oder gleich 10% ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die anisotrop ausgerichteten Emittermoleküle Übergangsdipolmomente aufweisen, die zu mehr als 66% parallel ausgerichtet sind.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der ersten und zweiten organischen Licht emittierenden Schicht (51, 52) eine ladungserzeugende Schichtenfolge (8) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 6, wobei die ladungserzeugende Schichtenfolge (8) einen n-dotierten Bereich und einen p-dotierten Bereich aufweist, zwischen denen eine Zwischenschicht mit einer Dicke von kleiner oder gleich 4 nm angeordnet ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite organische Licht emittierende Schicht (52) ein Matrixmaterial aufweist, in dem die anisotrop ausgerichteten Emittermoleküle angeordnet sind.
Bauelement nach Anspruch 8, wobei das Matrixmaterial der zweiten organischen Licht emittierenden Schicht (52) eine anisotrope Molekülstruktur aufweist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, der organische funktionelle Schichtenstapel zumindest eine organische funktionelle Schicht aufweist, die dicker als 5 nm ist und die für einen Teil des sichtbaren Spektralbereichs einen Absorptionskoeffizienten k von kleiner oder gleich 0,005 aufweist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die transluzente Elektrode (3) für einen Teil des sichtbaren Spektralbereichs einen Absorptionskoeffizienten k von kleiner oder gleich 0,005 aufweist und eine Gesamttransmission im sichtbaren Spektralbereich von größer oder gleich 80%.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die reflektierende Elektrode (7) eine Reflektivität von größer oder gleich 80% im sichtbaren Spektralbereich aufweist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die optische Auskoppelschicht (2) einen Brechungsindex aufweist, der größer oder gleich einem schichtdickengewichteten mittleren Brechungsindex der organischen funktionellen Schichten und der transluzenten Elektrode (3) ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die optische Auskoppelschicht (2) Licht streuend ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der transluzenten Elektrode (3) und der ersten organischen Licht emittierenden Schicht (51) zumindest eine oder mehrere weitere organische Licht emittierende Schichten angeordnet sind.