DE102012109209B4

DE102012109209B4 - Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102012109209B4
Application number: DE102012109209.5A
Authority: DE
Inventors: Arndt Jaeger; Daniel Steffen Setz
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: KR20150060952A; CN104704645A; CN104704645B; DE102012109209A1; KR101782473B1; WO2014049121A3; US9444074B2; WO2014049121A2; US20150255752A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, wobei das Verfahren aufweist: • Erhöhen des Brechungsindex eines Substrats in mindestens einem Bereich (220) an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat (202) derart, dass der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex bis an eine Oberfläche des Substrats (202) reicht (S4002, S4106); • Bilden einer Elektrodenschicht (204) auf oder über der Oberfläche des Substrats (202) zumindest teilweise über dem Bereich (220) mit erhöhtem Brechungsindex (S4006, S4102); • wobei das Erhöhen des Brechungsindex des Substrats in dem Bereich (220) mit erhöhtem Brechungsindex mittels Laserkompaktierung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement.
Ein optoelektronisches Bauelement (z. B. eine organische Leuchtdiode (Organic Light-Emitting Diode, OLED)) auf organischer Basis zeichnet sich üblicherweise durch eine mechanische Flexibilität und moderate Herstellungsbedingungen aus. Verglichen mit einem Bauelement aus anorganischen Materialien kann ein optoelektronisches Bauelement auf organischer Basis aufgrund der Möglichkeit großflächiger Herstellungsmethoden (z. B. Rolle-zu-Rolle-Herstellungsverfahren) potentiell kostengünstig hergestellt werden.
Optoelektronische Bauelemente auf organischer Basis, beispielsweise OLEDs, finden daher zunehmend verbreitete Anwendung und können für die Beleuchtung von Oberflächen eingesetzt werden. Eine Oberfläche kann dabei beispielsweise als ein Tisch, eine Wand oder ein Fußboden verstanden werden.
Ein organisches optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine OLED, kann eine Anode und eine Kathode mit einem organischen funktionellen Schichtensystem dazwischen aufweisen. Das organische funktionelle Schichtensystem kann eine oder mehrere Emitterschicht/en aufweisen, in der/denen elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, eine oder mehrere Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichtenstruktur aus jeweils zwei oder mehr Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichten („charge generating layer”, CGL) zur Ladungsträgerpaarerzeugung, sowie eine oder mehrere Elektronenblockadeschichten, auch bezeichnet als Lochtransportschicht(en) („hole transport layer” – HTL), und eine oder mehrere Lochblockadeschichten, auch bezeichnet als Elektronentransportschicht(en) („electron transport layer” – ETL), um den Stromfluss zu richten.
In einer OLED wird das von ihr erzeugte Licht zum Teil direkt aus der OLED ausgekoppelt. Das restliche Licht verteilt sich in verschiedene Verlustkanäle, wie in einer Darstellung einer OLED 100 in 1 dargestellt ist. 1 zeigt eine organische Leuchtdiode 100 mit einem Glassubstrat 102 und einer darauf angeordneten transparenten Elektrodenschicht 104 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO). Auf der Elektrodenschicht 104 ist eine organische emittierende Schicht 106 angeordnet. Auf der organischen emittierenden Schicht ist eine zweite Elektrodenschicht 108 aus einem Metall angeordnet. Eine elektrische Stromversorgung 110 ist an die Elektrodenschicht 104 und an die zweite Elektrodenschicht 108 angeschlossen, so dass ein elektrischer Strom zum Erzeugen von Licht durch die zwischen den Elektrodenschichten 104, 108 angeordnete Schichtenstruktur fließt.
In organischen Leuchtdioden geht ohne technische Hilfsmittel ein großer Teil des Lichts (ca. 75%) innerhalb des Bauteils verloren, beispielsweise aufgrund einer Reflexion eines Teils des erzeugten Lichts an der Grenzfläche des Glassubstrats 102 zur Luft (symbolisiert mittels eines Pfeils 112) sowie aufgrund einer Reflexion eines Teils des erzeugten Lichts an der Grenzfläche zwischen der ersten Elektrodenschicht 104 und dem Glassubstrat 102 (symbolisiert mittels eines zweiten Pfeils 114). Der aus dem Glassubstrat 102 durch die für eine Auskopplung vorgesehene Substratoberfläche ausgekoppelte Teil des erzeugten Lichts (das abgestrahlte Licht) ist in 1 mittels eines dritten Pfeils 116 symbolisiert.
Das generierte Licht, das nicht über die Substratoberfläche ausgekoppelt wird, kann mit den beiden Ansätzen externer und interner Auskopplung nutzbar gemacht werden: Lösungsansätze, um dieses Problem zu beheben, basieren auf der Erhöhung der externen Auskopplung, welche durch die Modifikation der Außenseite des Substratglases bis zu 50% Auskopplungseffizienz erreichen kann.
Mit externer Auskopplungsvorrichtung bzw. -struktur seien hier Vorrichtungen bzw. Strukturen bezeichnet, die den Anteil des Lichts erhöhen, das aus dem Substrat in abgestrahltes Licht ausgekoppelt wird. Solche Vorrichtungen bzw. Strukturen bzw. Verfahren zum Erzeugen solcher Strukturen können sein:

(a) Folien mit Streupartikeln auf der Substrataußenseite;
(b) Folien mit Oberflächenstrukturen (z. B. Mikrolinsen);
(c) direkte Strukturierung der Substrataußenseite;
(d) Einbringen von Streupartikeln im Glas.

Einige dieser Ansätze (z. B. Streufolien) sind bereits in OLED-Beleuchtungsmodulen eingesetzt, bzw. deren Hochskalierbarkeit wurde gezeigt. Allerdings besitzt die Erhöhung der externen Auskopplung zwei wesentliche Nachteile:

1. Die Auskopplungseffizienz ist auf maximal 50% begrenzt (aufgrund des Brechungsindexsprungs zwischen der organischen emittierenden Schicht bzw. organischen funktionellen Schichtenstruktur (kurz: Organik) bzw. der transparenten Elektrode und Glas).
2. Durch die Modifikation der Außenseite wird das Erscheinungsbild der OLED nachteilig verändert, da die hochwertige (polierte) Glasoberfläche verloren geht.

Für hocheffiziente OLEDs genügt dies jedoch nicht, und es ist wünschenswert, dass die so genannte interne Auskopplung ermöglicht wird. Bei der internen Auskopplung wird das Licht, das in der Organik und der transparenten Elektrodenschicht geführt wird, in das Substrat ausgekoppelt. Durch eine Erhöhung der internen Auskopplung ist es theoretisch möglich, bis zu 80% des generierten Lichtes auszukoppeln.
Doch die Erhöhung der internen Auskopplung ist sehr aufwändig. Es gibt mehrere bekannte technologische Ansätze, die allerdings noch nicht in OLED-Produkten eingesetzt werden. Solche Ansätze sind beispielsweise:

(1) Sun und Forrest beschreiben in Nature Photonics 2, S. 483–487 (2008) sogenannte Low-Index-Grids. Diese bestehen aus strukturierten Bereichen mit einem Material mit niedrigem Brechungsindex, die auf der transparenten Elektrode aufgebracht werden.
(2) In der US 2007/0257608 A1 sind hochbrechende Streuschichten unter der transparenten Elektrode in einer polymeren Matrix oder in einer extra eingefügten hochbrechenden Glasschicht beschrieben. Hierbei bezeichnet hochbrechend einen höheren Brechungsindex als das Glassubstrat.
(3) Do et al. beschreiben in Advanced Materials 15, 1214 (2003) sogenannte Bragg-Gitter oder photonische Kristalle mit periodischen Strukturen im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes.

In der US 6 906 452 B2 ist ein Elektrolumineszenzdisplay mit einem transparenten Substrat beschrieben, wobei das transparente Substrat mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist.
In der DE 10 2010 063 511 A1 ist ein optoelektronisches Bauelement mit einer Laserinnengravur beschrieben.
In der DE 101 59 959 A1 sind eine Laserkompaktierung und eine Laser-Dekompaktierung eines Quarzglasrohlings beschrieben.
Alle bekannten Verfahren zur internen Lichtauskopplung stellen einen großen prozesstechnischen Aufwand dar.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß Anspruch 1 bereit, und ein optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 11. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, welches es erlaubt, die Erhöhung der internen Auskopplung kosteneffizient zu realisieren, indem ein direkter Inline-Prozess verwirklicht wird, also ein Prozess, der in den bisherigen Herstellungsprozess integriert werden kann, und welcher auf aufwändige Strukturierungsverfahren oder Hochtemperaturprozesse zur Glasschmelze verzichten kann.
Durch eine laserinduzierte Brechungsindexänderung (wie beschrieben in R. Stoian et al., Proceedings SPIE 700518 (2008), 1–15, B. Kuhn und B. Uebbing, US 2003/0119652A1 , N. F. Borrelli et al., US 6 309 991 B1 oder S. Wolff und U. Woelfel, US 7 208 431 B2 ) ergibt sich die Möglichkeit, einen Brechungsindex eines Glases zu erhöhen. Dieser Prozess wird „Compaction” bzw. Kompaktierung genannt und ist mit einer dauerhaften Verdichtung des Glases verbunden. In Abhängigkeit von der Glassorte und den Prozessbedingungen tritt entweder Kompaktierung oder der inverse Prozess „De-compaction” bzw. Dekompaktierung auf.
Auf Basis dieses Prozesses lässt sich ein Inline-Verfahren erstellen, welches die Erhöhung der internen Auskopplung bei OLEDs ermöglicht. Bei diesem Verfahren wird entweder vor oder nach einem Abscheiden einer transparenten Elektrode und einer Organik mithilfe eines Lasers eine Oberfläche (bzw. eine Grenzfläche transparente Elektrode zu Substrat, beispielsweise Glassubstrat) bearbeitet und dadurch eine Erhöhung des Brechungsindex hervorgerufen.
Dadurch besitzt das Bauteil die technische Vorrichtung zur Erhöhung der internen Auskopplung.
In einem anschließenden Schritt kann zum Beispiel über das Verfahren der Laserinnengravur, bei dem unter Verwendung eines Lasers ein Bereich des Substrats lokal so erhitzt wird, dass das Substrat lokal aufgeschmolzen und ein lichtstreuender Bereich erzeugt wird, eine Streuwirkung innerhalb des Brechungsindex-erhöhten Bereichs des Glases hervorgerufen werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele ermöglichen das Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, beispielsweise einer organischen Leuchtdiode (OLED), mit welcher beispielsweise die Auskopplung von Licht aus einer oder mehr organischen Schichten bzw. transparenten Elektroden des optoelektronischen Bauelements verbessert werden kann. Beispielsweise können mittels lokalen Erhitzens des Substrats, beispielsweise mittels Kompaktierung durch einen Laser, brechungsindexerhöhte Bereiche erzeugt werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Ausbilden mindestens eines Bereichs mit einem erhöhten Brechungsindex an mindestens einer vorgegebenen Position in einem Substrat derart, dass der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex bis an eine Oberfläche des Substrats reicht, und ein Bilden einer Elektrodenschicht auf oder über der Oberfläche des Substrats zumindest teilweise über dem Bereich mit erhöhtem Brechungsindex.
In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Ausbilden mindestens eines lichtstreuenden Bereichs an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat vor dem Bilden der Elektrodenschicht, wobei der mindestens eine lichtstreuende Bereich zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex ausgebildet wird.
In noch einer Ausgestaltung kann die Elektrodenschicht transluzent oder transparent sein.
Erfindungsgemäß erfolgt das Ausbilden des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex mittels lokalen Erhitzens des Substrats, und zwar unter Verwendung eines Lasers, vorzugsweise derart, dass eine Kompaktierung durchgeführt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine Dicke von mindestens 1 μm aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann sich eine Schicht im Substrat, die einen oder mehrere der Bereiche mit erhöhtem Brechungsindex aufweist, parallel zur Oberfläche des Substrats über einen Teil der mit der Elektrodenschicht bedeckten Fläche erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung kann sich die Schicht im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrats im Wesentlichen über die gesamte mit der Elektrodenschicht bedeckte Fläche erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung kann das Ausbilden des mindestens einen Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex ferner ein Ändern der relativen Position von Substrat und Laser zwischen zwei Belichtungen aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Aufbringen einer für Licht einer Wellenlänge des Lasers undurchlässigen Maskierung auf dem Substrat vor dem Ausbilden des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex; und ein Entfernen der Maskierung nach dem Ausbilden des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex.
In noch einer Ausgestaltung kann das Ausbilden der Bereiche mit erhöhtem Brechungsindex in einer Anordnung und Form erfolgen, die Totalreflexion von in das Substrat aus der Richtung der Oberfläche eindringendem Licht an Bereichen in der Schicht, die keinen erhöhten Brechungsindex aufweisen, ermöglicht.
In noch einer Ausgestaltung kann ferner mindestens ein Bereich mit verringertem Brechungsindex innerhalb der Bereiche in der Schicht, die keinen erhöhten Brechungsindex aufweisen, ausgebildet werden, wobei das Ausbilden des Bereichs mit verringertem Brechungsindex mittels lokalen Erhitzens des Substrats erfolgt, und wobei das lokale Erhitzen des Substrats unter Verwendung eines Lasers erfolgt, vorzugsweise derart, dass eine Dekompaktierung durchgeführt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenstruktur auf oder über der Elektrodenschicht.
In noch einer Ausgestaltung kann bei der Ausbildung des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex der Brechungsindex auf einen schichtdickengewichteten Mittelwert der Brechungsindizes von bereits aufgebrachter oder noch aufzubringender organischer funktioneller Schichtenstruktur und bereits aufgebrachter oder noch aufzubringender Elektrode erhöht werden.
In noch einer Ausgestaltung kann das Ausbilden des lichtstreuenden Bereichs mittels lokalen Erhitzens des Substrats erfolgen.
In noch einer Ausgestaltung kann das lokale Erhitzen des Substrats unter Verwendung eines Lasers erfolgen, vorzugsweise derart, dass eine Laserinnengravur durchgeführt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisend ein Ausbilden einer zweiten Elektrodenschicht auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Ausbilden einer Verkapselungsschicht.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat Quarzglas, Flintglas, Fensterglas, Kalk-Natron-Glas oder Kronglas aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Bilden einer Elektrodenschicht auf oder über einer Oberfläche eines Substrats und ein Ausbilden mindestens eines Bereichs mit einem erhöhten Brechungsindex an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat derart, dass der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex zumindest teilweise an einer Grenzfläche zur Elektrodenschicht ausgebildet ist.
In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Ausbilden mindestens eines lichtstreuenden Bereichs an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat vor dem Bilden der Elektrodenschicht, wobei der mindestens eine lichtstreuende Bereich zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex ausgebildet wird.
In noch einer Ausgestaltung kann die Elektrodenschicht transluzent oder transparent sein.
Erfindungsgemäß erfolgt das Ausbilden des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex mittels lokalen Erhitzens des Substrats, und zwar unter Verwendung eines Lasers, vorzugsweise derart, dass eine Kompaktierung durchgeführt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine Dicke von mindestens 1 μm aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann sich eine Schicht im Substrat, die einen oder mehr der Bereiche mit erhöhtem Brechungsindex aufweist, parallel zur Oberfläche des Substrats über einen Teil der mit der Elektrodenschicht bedeckten bzw. zu bedeckenden Fläche erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung kann sich die Schicht parallel zur Oberfläche des Substrats im Wesentlichen über die gesamte mit der Elektrodenschicht bedeckte bzw. zu bedeckende Fläche erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung kann das Ausbilden des mindestens einen Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex ferner ein Ändern der relativen Position von Substrat und Laser zwischen zwei Belichtungen aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Aufbringen einer für Licht einer Wellenlänge des Lasers undurchlässigen Maskierung auf dem Substrat vor dem Ausbilden des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex; und ein Entfernen der Maskierung nach dem Ausbilden des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex.
In noch einer Ausgestaltung kann das Ausbilden der Bereiche mit erhöhtem Brechungsindex in einer Anordnung und Form erfolgen, die Totalreflexion von in das Substrat aus der Richtung der Oberfläche eindringendem Licht an Bereichen in der Schicht, die keinen erhöhten Brechungsindex aufweisen, ermöglicht.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen Ausbilden mindestens eines Bereichs mit verringertem Brechungsindex innerhalb der Bereiche in der Schicht, die keinen erhöhten Brechungsindex aufweisen; wobei das Ausbilden des Bereichs mit verringertem Brechungsindex mittels lokalen Erhitzens des Substrats erfolgt; und wobei das lokale Erhitzen des Substrats (202) unter Verwendung eines Lasers erfolgt, vorzugsweise derart, dass eine Dekompaktierung durchgeführt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenstruktur auf oder über der Elektrodenschicht.
In noch einer Ausgestaltung kann bei der Ausbildung des Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex der Brechungsindex auf einen schichtdickengewichteten Mittelwert der Brechungsindizes von organischer funktioneller Schichtenstruktur und Elektrode erhöht werden.
In noch einer Ausgestaltung kann das Ausbilden des lichtstreuenden Bereichs mittels lokalen Erhitzens des Substrats erfolgen.
In noch einer Ausgestaltung kann das lokale Erhitzen des Substrats unter Verwendung eines Lasers erfolgen, vorzugsweise derart, dass eine Laserinnengravur durchgeführt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisend ein Ausbilden einer zweiten Elektrodenschicht auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur.
In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner aufweisen ein Ausbilden einer Verkapselungsschicht.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat Quarzglas, Flintglas, Fensterglas, Kalk-Natron-Glas oder Kronglas aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt, wobei das optoelektronische Bauelement ein Substrat aufweist, sowie eine auf oder über einer Oberfläche des Substrats angeordnete Elektrodenschicht und wobei das Substrat an der Oberfläche zumindest teilweise unter der Elektrodenschicht mindestens einen Bereich mit erhöhtem Brechungsindex aufweist.
In einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement mindestens einen lichtstreuenden Bereich an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat aufweisen, wobei der mindestens eine lichtstreuende Bereich zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Bereichs mit erhöhtem Brechungsindex ausgebildet ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die Elektrodenschicht transluzent oder transparent sein.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat in dem mindestens einen Bereich mit erhöhtem Brechungsindex kompaktiert sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex senkrecht zur Oberfläche des Substrats eine Dicke von mindestens 1 μm aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann eine Schicht im Substrat, die einen oder mehr der Bereiche mit erhöhtem Brechungsindex aufweist, sich parallel zur Oberfläche des Substrats über einen Teil der mit der Elektrodenschicht bedeckten bzw. zu bedeckenden Fläche erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung kann die Schicht sich parallel zur Oberfläche des Substrats im Wesentlichen über die gesamte mit der Elektrodenschicht bedeckte bzw. zu bedeckende Fläche erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung kann der mindestens eine Bereich mit erhöhtem Brechungsindex so konfiguriert sein, dass eine Totalreflexion von in das Substrat aus der Richtung der Oberfläche eindringendem Licht an mindestens einem Bereich in der Schicht, der keinen erhöhten Brechungsindex aufweist, möglich ist.
In noch einer Ausgestaltung kann der mindestens eine Bereich in der Schicht, der keinen erhöhten Brechungsindex aufweist, mindestens einen Bereich mit verringertem Brechungsindex aufweisen, und das Substrat in dem mindestens einen Bereich mit verringertem Brechungsindex kann dekompaktiert sein.
In noch einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement ferner eine organische funktionelle Schichtenstruktur auf oder über der transparenten Elektrodenschicht aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex einen Brechungsindex aufweisen, der einem schichtdickengewichteten Mittelwert der Brechungsindizes von organischer funktioneller Schichtenstruktur und Elektrode entspricht.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat in dem mindestens einen lichtstreuenden Bereich laserinnengraviert sein.
In noch einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement ferner eine zweite Elektrodenschicht auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement ferner eine Verkapselungsschicht aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat Quarzglas, Flintglas oder Kronglas aufweisen.
Unter dem Begriff „transparent”, bzw. „transparente Schicht” kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen verstanden werden, dass eine Schicht für Licht durchlässig ist (beispielsweise zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm und beispielsweise bei einer Wellenlänge einer für Kompaktierung oder Laserinnengravur verwendeten Lasers), wobei in eine Struktur (beispielsweise eine Schicht) eingekoppeltes Licht im Wesentlichen ohne Streuung oder Lichtkonversion auch aus der Struktur (beispielsweise Schicht) ausgekoppelt wird.
Unter dem Begriff „transluzent”, bzw. „transluzente Schicht” kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen verstanden werden, dass eine Schicht für Licht durchlässig ist, beispielsweise für das von dem optoelektronischen Bauelement erzeugte Licht, beispielsweise einer oder mehrerer Wellenlängenbereiche, beispielsweise für Licht in einem Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts (beispielsweise zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm). Beispielsweise ist unter dem Begriff „transluzente Schicht” in verschiedenen Ausführungsbeispielen zu verstehen, dass im Wesentlichen die gesamte in eine Struktur (beispielsweise eine Schicht) eingekoppelte Lichtmenge auch aus der Struktur (beispielsweise Schicht) ausgekoppelt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Darstellung einer herkömmlichen organischen Leuchtdiode;
2 eine Veranschaulichung der Laserbearbeitung zur lokalen Brechungsindexerhöhung;
3 ein Beispiel für das Auftreten von Kompaktierung bei Laserbearbeitung eines Glassubstrats;
4a und 4b Ablaufdiagramme, die Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen darstellen.
5 eine Querschnittsansicht einer organischen Leuchtdiode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
6 eine Querschnittsansicht einer organischen Leuchtdiode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
7 eine Querschnittsansicht einer organischen Leuchtdiode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
8 eine Querschnittsansicht einer organischen Leuchtdiode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
9 eine Querschnittsansicht einer organischen Leuchtdiode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
10 eine Draufsicht einer organischen Leuchtdiode gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. Gleiche oder ähnliche Elemente sind in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Das optoelektronische Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
Im Rahmen der Kompaktierung, der Dekompaktierung bzw. der Laserinnengravur kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Laser eingesetzt werden, der Licht einer Wellenlänge erzeugt und emittiert, bei der das Substrat und die bei der Kompaktierung, der Dekompaktierung bzw. der Gravur durchstrahlten Schichten (beispielsweise die Verkapselungsschicht) transluzent bzw. transparent sind.
Im Folgenden wird ein Vorgang, bei dem an einer relativen Position von fokussiertem Laserlicht und Substrat das Substrat mit dem Laserlicht so lange bestrahlt wird, bis zu erwarten ist, dass die gewünschte Wirkung (Kompaktierung, Dekompaktierung oder Innengravur) eingetreten ist, als eine Belichtung bezeichnet, und die dazugehörige Position als Belichtungsposition.
2 zeigt eine Veranschaulichung des Prozesses der Laserbearbeitung zur Brechungsindexerhöhung.
Wird ein Glassubstrat 202, beispielsweise mit einer darauf bzw. darüber angeordneten transparenten bzw. transluzenten Elektrodenschicht 204 mit Laserlicht, dargestellt durch Pfeile 230, bestrahlt, können Laser (beispielsweise Wellenlänge, Leistung, Pulsdauer, Pulsrate und Fokussierung) und Substrat so aufeinander abgestimmt werden, dass sich in dem bestrahlten Substrat ein kompaktierter Bereich bzw. eine kompaktierte Schicht 220 bildet.
Bei Verwendung einer fokussierenden Optik kann die Laserleistung gezielt auf einen Substratpunkt appliziert werden, zum Beispiel auf die Grenzfläche transparente Elektrode 204 (beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, ITO) zu Glas 202.
3 zeigt ein Beispiel für das Auftreten von Kompaktierung (Compaction) bei Laserbearbeitung eines OH-haltigen Glassubstrats.
Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen ermöglicht im Festkörper (hier: Glassubstrat) lokale Abweichungen vom thermodynamischen Gleichgewicht der Umgebung. Die räumliche Umverteilung der Pulsenergie im Glas kann über die Lösung der nichtlinearen Schrödinger-Gleichung simuliert werden (siehe R. Stoian et al., Proceedings SPIE 700518 (2008), Seiten 1 bis 15). Der ultrakurze Laserpuls erzeugt hierbei einen heißen Bereich, der unter hohem Druck steht. Die thermische Ausdehnung beginnt und eine elasto-plastische Welle läuft durch das Glas, wobei es plastisch deformiert wird. Die Wärme-Welle folgt anschließend auf einer Mikrosekunden-Zeitskala. Die damit verbundene relativ langsame Abkühlung führt schließlich zur Relaxation der komprimierten Region und einer Massenumverteilung.
Auf der Grundlage dieses physikalischen Modells kann man sich vorstellen, dass dieser Prozess stark von der Pulsenergie, der Pulsdauer und Repetitionsrate abhängt. Selbstverständlich spielen das verwendete Glas und die Wellenlänge des Lasers ebenfalls eine wichtige Rolle. Zum Beispiel wird in Stoian et al., Proceedings SPIE 700518 (2008) 1–15, BK 7-Glas mit 150 fs Pulsen eines 800 nm Ti: Saphir-Lasers bestrahlt und eine Brechungsindex-Erhöhung von +0,5% beobachtet.
Der Kompaktierungs-Prozess in reinem Quarzglas, das mit gepulsten UV-Licht mit Wellenlängen kleiner 250 nm bestrahlt wird (siehe US 2003/0119652 A1 ), hängt stark von den Zusätzen H₂, OH, SiH-Gruppen und Cl ab. Beispielsweise kann, wie in 3 dargestellt, bei einem niedrigen OH-Gehalt, beispielsweise 200 ppm, bereits bei niedriger Energiedichte, beispielsweise ab einer Energiedichte von etwa 0.01 mJ/cm² eine Kompaktierung stattfinden. Bei einem höheren OH-Gehalt, beispielsweise bei einem OH-Gehalt von etwa 300 ppm, kann bei derselben Energiedichte von etwa 0.01 mJ/cm² eine Dekompaktierung stattfinden. Parameterpaare, die einem Punkt innerhalb des mit „1” gekennzeichneten Bereichs des Graphen in 3 zugeordnet sind, können zu einer Kompaktierung des Substrats führen. Parameterpaare, die einem Punkt innerhalb des mit „2” gekennzeichneten Bereichs des Graphen in 3 zugeordnet sind, können zu einer Dekompaktierung des Substrats führen.
Typischerweise verändert sich während des Kompaktierungs-Prozesses die Glas-Transmission nicht. Der eingestellte (relativierte) Zustand mit vergrößertem Brechungsindex ist stabil.
4a und 4b zeigen Ablaufdiagramme 400 und 410, in denen Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt sind.
Da bei den zwei in 4a und 4b skizzierten denkbaren Inline-Prozessflüssen die Laserstrahlung fokussiert eingesetzt wird, kann die Laserbearbeitung entweder vor oder nach der Deposition der Elektroden bzw. der Organik und der Verkapselung durchgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann gemäß dem in 4a dargestellten Verfahren in S4002 eine Laserbearbeitung einer Oberfläche eines Substrats zur Brechungsindexerhöhung des Substrats durchgeführt werden. Weiterhin kann in S4004 eine Laserinnengravur des Substrats in dem brechungsindexerhöhten Bereich zur Einstellung einer Streuwirkung durchgeführt werden. Weiterhin können eine transparente Elektrode auf oder über dem Substrat zumindest teilweise über dem Bereich mit erhöhtem Brechungsindex und eine organische funktionelle Schichtenstruktur auf oder über der transparenten Elektrode in S4006 gebildet werden. Schließlich kann in S4008 eine Verkapselung bzw. eine Verkapselungsschicht gebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann gemäß dem in 4b dargestellten Verfahren in S4102 eine transparente Elektrode auf oder über einem bereitgestellten Substrat und eine organische funktionelle Schichtenstruktur auf oder über der transparenten Elektrode gebildet werden. Weiterhin kann in S4104 eine Verkapselung bzw. eine Verkapselungsschicht gebildet werden. In S4106 kann eine Laserbearbeitung einer Oberfläche eines Substrats an einer Grenzfläche zur transparenten Elektrode zur Brechungsindexerhöhung des Substrats durchgeführt werden. Schließlich kann in S4108 eine Laserinnengravur des Substrats in dem brechungsindexerhöhten Bereich zur Einstellung einer Streuwirkung durchgeführt werden.
In S4002 bzw. S4106 können Laser (beispielsweise die Parameter Wellenlänge, Leistung, Pulsdauer, Pulsrate und Fokussierung) und Substrat so aufeinander abgestimmt werden oder sein, dass sich in dem bestrahlten Substrat ein kompaktierter Bereich bzw. eine kompaktierte Schicht bildet, welcher einen höheren Brechungsindex als das Substrat aufweist.
Bei Verwendung einer fokussierenden Optik kann die Laserleistung gezielt auf einen Substratpunkt appliziert werden, zum Beispiel auf die Grenzfläche transparente Elektrode (beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, ITO) zu Glas.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Kompaktieren S4002, S4106 eines größeren Bereichs bzw. mehrerer Bereiche erfolgen, indem die relative Position von Substrat und fokussiertem Laserlicht zwischen zwei Belichtungen geändert wird. Anders ausgedrückt kann eine Kompaktierung S4002, S4106 eines Bereiches an einer Belichtungsposition erfolgen, dann kann das Substrat oder die Laservorrichtung bzw. ein Teil davon, beispielsweise ein optisches Element, bewegt werden, so dass die Fokusposition des Laserlichts in einem neuen Bereich des Substrats liegt, und anschließend kann eine weitere Belichtung bzw. Kompaktierung durchgeführt werden. Anders ausgedrückt kann der größere Bereich bzw. können mehrere Bereiche kompaktiert werden, indem der Bereich bzw. die Bereiche abgerastert wird bzw. werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Kompaktieren S4002, S4106 eines größeren Bereichs bzw. mehrerer Bereiche erfolgen, indem das Laserlicht nicht im Wesentlichen punktförmig fokussiert ist, sondern derart, dass der Fokusbereich eine Ausdehnung in beide Richtungen aufweist, die zur Oberfläche des Substrats parallel sind. Bereiche, in denen keine Kompaktierung vorgesehen ist, können durch eine für das Laserlicht undurchlässige, z. B. reflektierende Vorrichtung während der Belichtung abgedeckt werden, beispielsweise indem vor der Belichtung eine Maskenschicht aufgebracht wird.
Beide vorgenannten Ausführungsbeispiele können in einem weiteren Ausführungsbeispiel kombiniert werden.
Bei der Kompaktierung S4002 bzw. S4106 können mehrere Laser verwendet werden, beispielsweise gleichzeitig.
In S4004 bzw. S4108 können Laser (beispielsweise die Parameter Wellenlänge, Leistung, Pulsdauer, Pulsrate und Fokussierung) und Substrat so aufeinander abgestimmt werden oder sein, dass sich in dem bestrahlten Substrat eine Laserinnengravur bildet, in welchem die Streuwirkung erhöht ist.
Bei Verwendung einer fokussierenden Optik kann die Laserleistung gezielt auf einen Substratpunkt appliziert werden, zum Beispiel auf einen Punkt, der innerhalb des kompaktierten Bereichs liegt.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Laserinnengravieren S4004, S4108 eines größeren Bereichs bzw. mehrerer Bereiche erfolgen, indem die relative Position von Substrat und fokussiertem Laserlicht zwischen zwei Belichtungen geändert wird. Anders ausgedrückt kann eine Laserinnengravur S4004, S4108 eines Bereiches an einer Belichtungsposition erfolgen, dann kann das Substrat oder die Laservorrichtung bzw. ein Teil davon, beispielsweise ein optisches Element, bewegt werden, so dass die Fokusposition des Laserlichts in einem neuen Bereich des Substrats liegt, und anschließend kann eine weitere Belichtung bzw. Laserinnengravur durchgeführt werden. Anders ausgedrückt kann der größere Bereich bzw. können mehrere Bereiche laserinnengraviert werden, indem der Bereich bzw. die Bereiche abgerastert wird bzw. werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Laserinnengravieren S4004, S4108 eines größeren Bereichs bzw. mehrerer Bereiche erfolgen, indem das Laserlicht nicht im Wesentlichen punktförmig fokussiert ist, sondern derart, dass der Fokusbereich eine Ausdehnung in beide Richtungen aufweist, die zur Oberfläche des Substrats parallel sind. Bereiche, in denen keine Laserinnengravur vorgesehen ist, können durch eine für das Laserlicht undurchlässige, z. B. reflektierende Vorrichtung während der Belichtung abgedeckt werden, beispielsweise indem vor der Belichtung eine Maskenschicht aufgebracht wird.
Beide vorgenannten Ausführungsbeispiele können in einem weiteren Ausführungsbeispiel kombiniert werden.
Bei der Laserinnengravur S4004, S4108 können mehrere Laser verwendet werden, beispielsweise gleichzeitig.
In einem Ausführungsbeispiel kann derselbe Laser für die Kompaktierung und die Innengravur verwendet werden, wobei die Laserparameter jeweils so angepasst werden, dass eine Kompaktierung bzw. eine Innengravur durchgeführt werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel können verschiedene Laser für die Kompaktierung und die Innengravur verwendet werden.
Für die Deposition der Elektrode und der Organik und für die Verkapselung werden bekannte Verfahren genutzt.
5 zeigt einen Teil einer organischen Leuchtdiode 500 als eine Implementierung eines Teils eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das optoelektronische Bauelement in Form einer organischen Leuchtdiode 500 kann ein Substrat 202 aufweisen. Das Substrat 202 kann beispielsweise als ein Trägerelement für elektronische Elemente oder Schichten, beispielsweise optoelektronische Elemente, dienen. Das Substrat 202 kann Glas aufweisen, beispielsweise Quarzglas, Kronglas, Fensterglas, Kalk-Natron-Glas oder Flintglas. Das Substrat 202 kann transparent, transluzent, teilweise transluzent oder teilweise transparent ausgeführt sein.
Auf oder über einer Oberfläche des Substrats 202 kann eine Elektrode 204 (beispielsweise in Form einer Elektrodenschicht 204) aufgebracht sein. Die Elektrode 204 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet werden oder sein, wie beispielsweise aus einem leitfähigen transparenten Oxid (transparent conductive oxide, TCO) oder einem Schichtenstapel desselben oder unterschiedlicher TCOs. Transparente leitfähige Oxide sind transparente, leitfähige Materialien, beispielsweise Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, oder Indium-Zinn-Oxid (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 leitfähiger Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können ferner p-dotiert oder n-dotiert sein. Die Elektrode 204 kann als Anode, also als löcherinjizierendes Material ausgebildet sein.
Die Elektrode 204 kann beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von kleiner oder gleich ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 20 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 18 nm. Weiterhin kann die erste Elektrode 204 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von größer oder gleich ungefähr 10 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von größer oder gleich ungefähr 15 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrode 204 eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 18 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 15 nm bis ungefähr 18 nm.
Die Elektrode 204 kann beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich ungefähr 200 nm bis ungefähr 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 250 nm bis ungefähr 450 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 400 nm.
Das Substrat 202 kann einen brechungsindexerhöhten Bereich 220, beispielsweise einen kompaktierten Bereich 220, aufweisen.
Der kompaktierte Bereich 220 kann beispielsweise durch einen der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Verfahrensschritte, beispielsweise Laserkompaktierung vor oder nach dem Bilden der Elektrodenschicht, ausgebildet worden sein.
Der kompaktierte Bereich 220 kann einen Brechungsindex aufweisen, der zwischen dem Brechungsindex des Substrats 202 und dem Brechungsindex der Elektrode 204 liegt.
Der kompaktierte Bereich kann eine Dicke d von mindestens ungefähr 1 μm aufweisen, beispielsweise eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 2 μm bis ungefähr 12 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 5 μm bis ungefähr 6 μm.
6 zeigt einen Teil einer organischen Leuchtdiode 600 als eine Implementierung eines Teils eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Zusätzlich zum Teil der organischen Leuchtdiode 500 aus 5 kann der Teil der organischen Leuchtdiode 600 noch einen laserinnengravierten Bereich 630 aufweisen.
Der laserinnengravierte Bereich 630 kann beispielsweise durch einen der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Verfahrensschritte, beispielsweise Laserinnengravur nach der Kompaktierung, ausgebildet worden sein.
Zumindest ein Teil des laserinnengravierten Bereichs 630 kann innerhalb des kompaktierten Bereichs 220 ausgebildet sein.
7 zeigt einen Teil einer organischen Leuchtdiode 700 als eine Implementierung eines Teils eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Zusätzlich zum Teil der organischen Leuchtdiode 600 aus 6 kann der Teil der organischen Leuchtdiode 700 noch eine organische funktionelle Schichtenstruktur 706 aufweisen, die auf oder über der Elektrode 204 angeordnet ist oder wird.
Die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 kann eine oder mehrere Emitterschichten, beispielsweise mit fluoreszierenden und/oder phosphoreszierenden Emittern, enthalten, sowie eine oder mehrere Ladungsträgertransportschichten (Elektronenleitungsschichten ETL, abgeleitet vom englischen Begriff „Electron Transport Layer” bzw. Lochleitungsschichten HTL, abgeleitet vom englischen Begriff „Hole Transport Layer” (nicht dargestellt)).
Beispiele für Emittermaterialien, die in dem optoelektronischen Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen für die Emitterschicht(en) eingesetzt werden können, schließen organische oder organometallische Verbindungen, wie Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen (z. B. 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) als nichtpolymere Emitter ein. Solche nichtpolymeren Emitter sind beispielsweise mittels thermischen Verdampfens abscheidbar. Ferner können Polymeremitter eingesetzt werden, welche insbesondere mittels nasschemischen Verfahren, wie beispielsweise Spin Coating, abscheidbar sind.
Die Emittermaterialien können in geeigneter Weise in einem Matrixmaterial eingebettet sein.
Die Emittermaterialien der Emitterschicht(en) des optoelektronischen Bauelements 700 können beispielsweise so ausgewählt sein, dass das optoelektronische Bauelement 700 Weißlicht emittiert. Die Emitterschicht(en) kann/können mehrere verschiedenfarbig (zum Beispiel blau und gelb oder blau, grün und rot) emittierende Emittermaterialien aufweisen, alternativ kann/können die Emitterschicht(en) auch aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein, wie einer blau fluoreszierenden Emitterschicht oder blau phosphoreszierenden Emitterschicht, einer grün phosphoreszierenden Emitterschicht und einer rot phosphoreszierenden Emitterschicht. Durch die Mischung der verschiedenen Farben kann die Emission von Licht mit einem weißen Farbeindruck resultieren. Alternativ kann auch vorgesehen sein, im Strahlengang der durch diese Schichten erzeugten Primäremission ein Konvertermaterial anzuordnen, das die Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und eine Sekundärstrahlung größerer Wellenlänge emittiert, so dass sich aus einer (noch nicht weißen) Primärstrahlung durch die Kombination von primärer und sekundärer Strahlung ein weißer Farbeindruck ergibt.
Die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 kann allgemein eine oder mehrere funktionelle Schichten aufweisen. Die eine oder mehreren funktionellen Schichten kann oder können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere Moleküle („small molecules”) oder Kombinationen dieser Materialien aufweisen. Beispielsweise kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 eine oder mehrere funktionelle Schichten aufweisen, die als Lochtransportschicht ausgeführt ist oder sind, so dass beispielsweise in dem Fall einer OLED eine effektive Löcherinjektion in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich ermöglicht werden. Als Material für die Lochtransportschicht können beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, leitendes Polyanilin oder Polythylendioxythiophen verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann oder können die eine oder die mehreren funktionellen Schichten als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Lochtransportschicht auf oder über der Elektrode 204 aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, sein, und die Emitterschicht kann auf oder über der Lochtransportschicht aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, sein.
Das optoelektronische Bauelement 700 kann allgemein weitere organische Funktionsschichten aufweisen, die dazu dienen, die Funktionalität und damit die Effizienz des optoelektronischen Bauelements 700 weiter zu verbessern.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 eine Schichtdicke aufweisen von maximal ungefähr 1,5 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1,2 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 800 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 400 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 300 nm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 beispielsweise einen Stapel von mehreren direkt übereinander angeordneten OLEDs aufweisen, wobei jede OLED beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen kann von maximal ungefähr 1,5 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1,2 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 800 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 400 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 300 nm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 beispielsweise einen Stapel von drei oder vier direkt übereinander angeordneten OLEDs aufweisen, in welchem Fall beispielsweise die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 eine Schichtdicke aufweisen kann von maximal ungefähr 6 μm.
In einem Ausführungsbeispiel kann der brechungsindexerhöhte Bereich 220 einen Brechungsindex aufweisen, der einem schichtdickengewichteten Mittelwert der Brechungsindizes von organischer funktioneller Schichtenstruktur 706 mit einer Dicke f und Elektrode 204 mit einer Dicke e entspricht.
Durch die Kompaktierung bzw. Brechungsindexerhöhung des Substrats 202 in dem Bereich 220 an der Grenzfläche zur transparenten Elektrode 204 kann der Anteil des in der organischen funktionellen Schichtenstruktur erzeugten Lichts, der an der Grenzfläche zwischen Elektrode 204 und Substrat 202 reflektiert wird, verringert werden. Dadurch kann auch der aus dem Substrat 202 ausgekoppelte Anteil des erzeugten Lichts erhöht werden.
Durch die Erhöhung der Streuwirkung innerhalb des Bereichs 630 kann ein Teil des in der organischen funktionellen Schichtenstruktur erzeugten Lichts, welches in das Substrat 202 bzw. den brechungsindexerhöhten Bereich 220 unter einem Winkel eingedrungen ist, der an der der Oberfläche gegenüberliegenden Grenzfläche zwischen Substrat 202 und Umgebung zu einer Totalreflexion geführt hätte, in einen Winkel gestreut werden, der die Auskopplung aus dem Substrat ermöglicht. Folglich kann der aus dem Substrat 202 ausgekoppelte Anteil des erzeugten Lichts erhöht werden.
8 zeigt einen Teil einer organischen Leuchtdiode 800 als eine Implementierung eines Teils eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Zusätzlich zum Teil der organischen Leuchtdiode 700 aus 7 kann der Teil der organischen Leuchtdiode 800 noch eine zweite Elektrode 808 (beispielsweise in Form einer zweiten Elektrodenschicht 808) aufweisen, die auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur 706 angeordnet ist oder wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrode 808 die gleichen elektrisch leitfähigen transparenten Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein wie die Elektrode 204, und/oder die zweite Elektrode 808 kann ein Metall aufweisen (beispielsweise Ag, Pt, Au, Mg) oder eine Metalllegierung der beschriebenen Materialien (beispielsweise eine AgMg-Legierung).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrode 808 gebildet werden von einem Schichtenstapel einer Kombination einer Schicht eines Metalls auf einer Schicht eines TCOs, oder umgekehrt. Ein Beispiel ist eine Silberschicht, die auf einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht (ITO) aufgebracht ist (Ag auf ITO).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrode 808 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von kleiner oder gleich ungefähr 50 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 45 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 40 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 35 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 30 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 20 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 15 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 10 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrode 808 eine beliebig größere Schichtdicke aufweisen.
Die Elektrode 204 kann beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich ungefähr 200 nm bis ungefähr 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 250 nm bis ungefähr 450 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 400 nm.
9 zeigt einen Teil einer organischen Leuchtdiode 900 als eine Implementierung eines Teils eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Zusätzlich zum Teil der organischen Leuchtdiode 800 aus 8 kann der Teil der organischen Leuchtdiode in diesen Ausführungsbeispielen zusätzlich eine Verkapselungsschicht 910 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter dem Ausdruck „Verkapseln” oder „Verkapselung” beispielsweise verstanden, dass eine Barriere bzw. Verkapselungsschicht gegenüber Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff bereitgestellt wird, so dass die organische funktionelle Schichtenstruktur nicht von diesen Stoffen durchdrungen werden kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann als Verkapselungsschicht 910 eine Dünnfilmverkapselungsschicht 910 mit einer ausreichenden Schichtdicke (von beispielsweise mindestens 1 μm) vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Dünnfilmverkapselungsschicht 910 eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: ein Material oder eine Mischung von Materialien oder einen Stapel von Schichten von Materialien wie beispielsweise SiO₂; Si₃N₄; SiON (diese Materialien werden beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden); Al₂O₃; ZrO₂; TiO₂; Ta₂O₅; SiO₂; ZnO; und/oder HfO₂ (diese Materialien werden beispielsweise mittels eines ALD-Verfahrens abgeschieden); oder eine Kombination dieser Materialien.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Verkapselung des optoelektronischen Bauelements beispielsweise mittels einer Glasfritten-Verkapselung (engl. glass frit bonding/glass soldering/seal glass bonding) realisiert sein.
Bei einer Glasfritten-Verkapselung kann ein niedrigschmelzendes Glas, das auch als Glasfritte bezeichnet wird, als Verbindung zwischen dem Glassubstrat 202 und einem Deckglas verwendet werden.
Ein Teil des optoelektronischen Bauelements, beispielsweise der elektrisch aktive Bereich, beispielsweise die organische funktionelle Schichtenstruktur 706, kann zwischen dem Glassubstrat 202 und dem Deckglas ausgebildet sein.
Die Verbindung der Glasfritte mit dem Deckglas, welche in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Verkapselungsschicht 910 bilden kann, und mit dem Glassubstrat 202 kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 706 lateral im Bereich der Glasfritte vor schädlichen Umwelteinflüssen schützen.
Die Verkapselungsschicht 910 kann transluzent, beispielsweise transparent, teilweise transluzent, beispielsweise teilweise transparent, ausgeführt sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Verkapselungsschicht 910 andere optisch transluzente, beispielsweise transparente, Materialien aufweisen, beispielsweise Kunststoff bzw. Kunststofffolie.
10 zeigt eine Draufsicht eines Teils einer organischen Leuchtdiode 1000 als eine Implementierung eines Teils eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Substrat 202 mehrere kompaktierte Bereiche 220 aufweisen, wobei die kompaktierten Bereiche in einer gemeinsamen Schicht, die parallel zur Oberfläche des Substrats ist, angeordnet sein können.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die kompaktierten Bereiche 220 in Form einer periodischen Struktur gebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die kompaktierten Bereiche 220 in Form einer nicht-periodischen Struktur gebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die kompaktierten Bereiche 220 durch nicht-kompaktierte Bereiche, die in derselben Schicht wie die kompaktierten Bereiche 220 angeordnet sein können, getrennt sein.
Die Anordnung der kompaktierten Bereiche 220 gemäß 10 kann beispielsweise in einem optoelektronischen Bauelement gemäß 9 verwirklicht sein.
Dabei kann Licht, welches in dem organischen funktionellen Schichtensystem 706 erzeugt wird und durch die Oberfläche in das Substrat 202 und die kompaktierten Bereiche 220 eindringt, an Grenzflächen zwischen kompaktierten Bereichen 220 mit erhöhtem Brechungsindex und nicht-kompaktierten Bereichen des Substrats reflektiert werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können darüber hinaus ein oder mehrere Bereiche des nicht-kompaktierten Substrats 202 de-kompaktiert werden.
Dabei können der Laser (beispielsweise die Parameter Wellenlänge, Leistung, Pulsdauer, Pulsrate und Fokussierung) und das Substrat 202 so aufeinander abgestimmt werden, dass sich in dem bestrahlten Substrat ein de-kompaktierter Bereich bzw. eine de-kompaktierte Schicht bildet, welche/r einen niedrigeren Brechungsindex als das nicht kompaktierte Substrat aufweist.
Bei Verwendung einer fokussierenden Optik kann die Laserleistung gezielt auf einen Substratpunkt appliziert werden, zum Beispiel auf einen nicht kompaktierten Bereich des Substrats 202 innerhalb der Schicht, welche die kompaktierten Bereiche 220 aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel kann das De-Kompaktieren eines größeren Bereichs bzw. mehrerer Bereiche erfolgen, indem die relative Position von Substrat und fokussiertem Laserlicht zwischen zwei Belichtungen geändert wird. Anders ausgedrückt kann eine Dekompaktierung eines Bereiches an einer Belichtungsposition erfolgen, dann kann das Substrat 202 oder die Laservorrichtung bzw. ein Teil davon, beispielsweise ein optisches Element, bewegt werden, so dass die Fokusposition des Laserlichts in einem neuen Bereich des Substrats 202 liegt, und anschließend kann eine weitere Belichtung bzw. Dekompaktierung durchgeführt werden. Anders ausgedrückt kann der größere Bereich bzw. können mehrere Bereiche dekompaktiert werden, indem der Bereich bzw. die Bereiche abgerastert wird bzw. werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann das De-Kompaktieren eines größeren Bereichs bzw. mehrerer Bereiche erfolgen, indem das Laserlicht nicht im Wesentlichen punktförmig fokussiert ist, sondern derart, dass der Fokusbereich eine Ausdehnung in beide Richtungen aufweist, die zur Oberfläche des Substrats 202 parallel sind. Bereiche, in denen keine Dekompaktierung vorgesehen ist, können durch eine für das Laserlicht undurchlässige Vorrichtung während der Belichtung abgedeckt werden, beispielsweise indem vor der Belichtung eine Maskenschicht aufgebracht wird.
Beide vorgenannten Ausführungsbeispiele können in einem weiteren Ausführungsbeispiel kombiniert werden.
Bei der Dekompaktierung können mehrere Laser verwendet werden, beispielsweise gleichzeitig.
Durch die Strukturierung der brechungsindexerhöhten Bereiche kann ein Teil des in der organischen funktionellen Schichtenstruktur erzeugten Lichts, welches in das Substrat 202 bzw. den brechungsindexerhöhten Bereich 220 unter einem Winkel eingedrungen ist, der an der der Oberfläche gegenüberliegenden Grenzfläche zwischen Substrat 202 und Umgebung zu einer Totalreflexion geführt hätte, an der Grenzfläche zu den Bereichen mit nicht erhöhtem bzw. verringertem Brechungsindex so reflektiert werden, dass es eine der Oberfläche gegenüberliegende Grenzfläche zwischen Substrat 202 und Umgebung unter einem Winkel trifft, der die Auskopplung aus dem Substrat 202 ermöglicht. Folglich kann der aus dem Substrat 202 ausgekoppelte Anteil des erzeugten Lichts erhöht werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, wobei das Verfahren aufweist: • Erhöhen des Brechungsindex eines Substrats in mindestens einem Bereich (220) an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat (202) derart, dass der Bereich mit erhöhtem Brechungsindex bis an eine Oberfläche des Substrats (202) reicht (S4002, S4106); • Bilden einer Elektrodenschicht (204) auf oder über der Oberfläche des Substrats (202) zumindest teilweise über dem Bereich (220) mit erhöhtem Brechungsindex (S4006, S4102); • wobei das Erhöhen des Brechungsindex des Substrats in dem Bereich (220) mit erhöhtem Brechungsindex mittels Laserkompaktierung erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: • Ausbilden mindestens eines lichtstreuenden Bereichs (630) an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat (202) nach dem Bilden des brechungsindexerhöhten Bereichs (220) (S4004, S4108); • wobei der mindestens eine lichtstreuende Bereich (630) zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Bereichs (220) mit erhöhtem Brechungsindex ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrodenschicht (204) transluzent oder transparent ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, • Aufbringen einer Licht einer Wellenlänge des Lasers reflektierenden Maskierung auf dem Substrat (202) vor dem Ausbilden des Bereichs (220) mit erhöhtem Brechungsindex; und • Entfernen der Maskierung nach dem Ausbilden des Bereichs (220) mit erhöhtem Brechungsindex.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Ausbilden des lichtstreuenden Bereichs (630) mittels lokalen Erhitzens des Substrats (202) erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das lokale Erhitzen des Substrats (202) unter Verwendung eines Lasers erfolgt, vorzugsweise derart, dass eine Laserinnengravur durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenstruktur (706) auf oder über der Elektrodenschicht (204) (S4006, S4102).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: Ausbilden einer zweiten Elektrodenschicht (808) auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur (706) (S4006, S4102).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: Ausbilden einer Verkapselungsschicht (910) (S4008, S4104).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Substrat (202) Quarzglas, Flintglas, Fensterglas, Kalk-Natron-Glas oder Kronglas aufweist.
Optoelektronisches Bauelement, aufweisend: • ein Substrat (202); • eine auf oder über einer Oberfläche des Substrats (202) angeordnete Elektrodenschicht (204); • wobei das Substrat (202) an der Oberfläche zumindest teilweise unter der Elektrodenschicht mindestens einen Bereich (220) mit einem durch Brechungsindexerhöhung des Substrats erhöhten Brechungsindex aufweist; • wobei das Substrat (202) in dem mindestens einen Bereich (220) mit erhöhtem Brechungsindex kompaktiert wurde.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 11, ferner aufweisend: • mindestens einen lichtstreuenden Bereich (630) an mindestens einer vorgegebenen Position in dem Substrat (202); • wobei der mindestens eine lichtstreuende Bereich (630) zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Bereichs (220) mit erhöhtem Brechungsindex ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Elektrodenschicht (204) transluzent oder transparent ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner aufweisend: eine organische funktionelle Schichtenstruktur (706) auf oder über der Elektrodenschicht (204).
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Substrat (202) in dem mindestens einen lichtstreuenden Bereich laserinnengraviert ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Substrat (202) Quarzglas, Flintglas, Fensterglas, Kalk-Natron-Glas oder Kronglas aufweist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der mindestens eine Bereich (220) mit erhöhtem Brechungsindex so konfiguriert ist, dass eine Totalreflexion von in das Substrat (202) aus der Richtung der organischen funktionellen Schichtenstruktur eingedrungenem Licht an mindestens einem Bereich in der Schicht, der keinen erhöhten Brechungsindex aufweist, möglich ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 14, • wobei der mindestens eine Bereich in der Schicht, der keinen erhöhten Brechungsindex aufweist, mindestens einen Bereich mit gegenüber dem nicht erhöhten Brechungsindex des Substrats verringertem Brechungsindex aufweist; und • wobei das Substrat (202) in dem mindestens einen Bereich mit verringertem Brechungsindex dekompaktiert ist.