DE102012220724A1

DE102012220724A1 - Optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102012220724A1
Application number: DE102012220724.4A
Authority: DE
Inventors: Andrew Ingle; Marc Philippens; Tilman Schlenker
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: CN104813501B; DE102012220724B4; CN104813501A; US9502682B2; WO2014076132A1; US20150295204A1

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das einen funktionellen Schichtenstapel (6), eine zur Verkapselung des Schichtenstapels vorgesehenen Verkapselungsschicht (7) und zumindest eine Metallschicht (8) umfasst, wobei der funktionelle Schichtenstapel zumindest eine organische aktive Schicht (63) aufweist, die im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung emittiert, die Verkapselungsschicht in Draufsicht auf den Schichtenstapel die zumindest eine organische aktive Schicht vollständig überdeckt und die Metallschicht auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite der Verkapselungsschicht angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Bauelement.
Organische lichtemittierende Dioden (OLED) werden für Beleuchtungszwecke großflächig mit hoher Leistung betrieben. Dabei erwärmen sich die OLED in der Fläche mehr als am Rand. Dadurch tritt eine ungleichmäßige Alterung der OLED ein, die zu einer inhomogenen Leuchtdichte führt. Außerdem führen die hohen Ströme in den dünnen Leiterbahnen der OLED, die häufig mittels eines lithografischen Verfahrens aufgebracht werden, zu Spannungsabfällen. Dies führt ebenfalls zu Inhomogenitäten in der Leuchtdichte. Häufig ist eine herkömmliche OLED beidseitig jeweils mit einer Glasplatte versehen. Glas weist in der Regel eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf, so dass eine im Betrieb der OLED entstehende Wärme nicht effizient aus der OLED abgeführt werden kann.
Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches Bauelement, das eine effiziente Wärmeabfuhr und eine homogene Leuchtdichte aufweist, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein optoelektronisches Bauelement zumindest einen funktionellen Schichtenstapel, eine zur Verkapselung des Schichtenstapels vorgesehenen Verkapselungsschicht und zumindest eine Metallschicht auf. Der funktionelle Schichtenstapel weist vorzugsweise zumindest eine organische aktive Schicht auf, die im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung emittiert. Die Verkapselungsschicht überdeckt vorzugsweise in Draufsicht auf den Schichtenstapel die zumindest eine organische aktive Schicht vollständig. Die Metallschicht ist auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite der Verkapselungsschicht angeordnet.
Unter einer Verkapselungsschicht wird hier und im Folgenden eine Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten verstanden, die den Schichtenstapel des Bauelements verkapselt und diesen vor Umwelteinflüssen wie Luftfeuchtigkeit oder Sauerstoff schützt. Vorzugsweise ist die Verkapslungsschicht derart gestaltet, dass keine Luftfeuchtigkeit sowie keine Stoffe in gasförmigem Zustand durch die Verkapslungsschicht hindurch treten können.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst der funktionelle Schichtstapel zum Beispiel eine Mehrzahl von Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen, nicht-polymeren Molekülen oder Kombinationen daraus aufweisen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der organische funktionelle Schichtenstapel eine organische funktionelle Schicht aufweist, die als Lochtransportschicht ausgeführt ist, um eine effektive Löcherinjektion in die zumindest eine organische aktive Schicht zu gewährleisten. Als Materialien für die Lochtransportschicht können sich beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, leitendes Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen als vorteilhaft erweisen. Als Materialien für die zumindest eine organische aktive Schicht eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon. Weiterhin kann der organische funktionelle Schichtenstapel eine funktionelle Schicht aufweisen, die als Elektronentransportschicht ausgebildet ist. Darüber hinaus kann der funktionelle Schichtenstapel auch eine Mehrzahl von organischen aktiven Schichten aufweisen, wobei die aktiven Schichten zwischen der Lochtransportschicht und der Elektronentransportschicht angeordnet sind und im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung emittieren.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Metallschicht auf der Verkapselungsschicht angeordnet. Insbesondere grenzt die Metallschicht an die Verkapselungsschicht an. Dies hat den Vorteil, dass die im Betrieb des Bauelements erzeugte Wärme über die Verkapselungsschicht direkt in die Metallschicht und aus dem Element in die Umgebung abgeführt werden kann. In Draufsicht auf die aktive Schicht überdeckt die Metallschicht die Verkapselungsschicht insbesondere zu einem Großteil. Zum Beispiel bedeckt die Metallschicht wenigstens 75%, insbesondere wenigstens 85% der dem Schichtenstapel abgewandten Außenfläche der Verkapselungsschicht. Zum Beispiel ist es möglich, dass die Metallschicht die Verkapselungsschicht vollständig bedeckt. Zweckmäßigerweise enthält die Metallschicht ein Metall, das beispielsweise Kupfer, Silber oder Aluminium ist. Eine solche Metallschicht ist in einfacher Weise auf die Verkapselungsschicht aufbringbar und zeichnet sich durch eine gute Wärmeleitfähigkeit aus.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Bauelement einen Trägerkörper auf. Der funktionelle Schichtenstapel ist auf dem Trägerkörper angeordnet. Der Trägerkörper weist insbesondere auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite eine Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements auf. Der Trägerkörper enthält vorzugsweise Glas oder besteht aus Glas. Dabei ist der Trägerkörper für die im Betrieb des Bauelements erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ausgebildet. Der Trägerkörper kann dabei klarsichtig, transparent oder milchig trüb ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Bauelement eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf. Die Elektroden dienen der elektrischen Kontaktierung des Schichtenstapels. Der Schichtenstapel ist zum Beispiel zumindest bereichsweise zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet. Insbesondere ist die erste Elektrode unmittelbar auf den Trägerkörper aufgebracht. Die erste Elektrode ist zweckmäßigerweise strahlungsdurchlässig ausgebildet. Beispielsweise weist die erste Elektrode eine Transmission für die von der aktiven Schicht erzeugte Strahlung von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % auf. Besonders bevorzugt enthält die erste Elektrode zumindest ein transparentes leitfähiges Oxid (transparent conductive oxide, TCO).
Gemäß einer Ausgestaltung weist die erste Elektrode eine erste Kontaktbahn und die zweite Elektrode eine zweite Kontaktbahn auf. Zum Beispiel sind die erste Kontaktbahn und die zweite Kontaktbahn direkt auf dem Trägerkörper angeordnet. Das heißt, die erste Kontaktbahn und die zweite Kontaktbahn weisen dann jeweils eine gemeinsame Grenzfläche mit dem Trägerkörper auf. Die erste Kontaktbahn und die zweite Kontaktbahn sind zum Beispiel lateral voneinander beabstandet. Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene der organischen aktiven Schicht gerichtet ist. Auf dem Trägerkörper erstrecken sich die erste Kontaktbahn und die zweite Kontaktbahn jeweils beispielsweise in einer Richtung, die parallel zu einer Kante des Trägerkörpers verläuft.
Gemäß einer Ausgestaltungsvariante sind die erste Kontaktbahn und die zweite Kontaktbahn derart auf den Trägerkörper angeordnet, dass sie in Draufsicht auf die Verkapselungsschicht keine Überlappung mit der organischen aktiven Schicht aufweisen. Mit anderen Worten verlaufen die Kontaktbahnen seitlich der aktiven Schicht. Ein Teilbereich der zweiten Elektrode kann sich dann von der zweiten Kontaktbahn über- und/oder unterhalb der aktiven Schicht erstrecken. Dieser Teilbereich kann mit dem gleichen oder einem anderen Material als die zweite Kontaktbahn gebildet sein. Insbesondere kann ein Teilbereich der ersten Elektrode, der an die erste Kontaktbahn angrenzt, sich direkt unterhalb der aktiven Schicht erstrecken. Dieser Teilbereich der ersten Elektrode kann mit dem gleichen oder einem anderen Material als die erste Kontaktbahn oder die zweite Elektrode gebildet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Metallschicht vorzugsweise mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden. Insbesondere steht die Metallschicht im direkten mechanischen und elektrischen Kontakt mit der ersten Kontaktbahn der ersten Elektrode. Mit anderen Worten weisen die erste Metallschicht und die erste Kontaktbahn eine gemeinsame Grenzfläche auf. Die Metallschicht dient somit neben der Abfuhr der Wärme aus dem Bauelement auch der Stromzuleitung. Dies führt zur deutlichen Verminderung der Spannungsabfälle entlang der ersten Kontaktbahn, wodurch eine homogene Leuchtdichte zumindest entlang der ersten Kontaktbahn erzielt wird. Weiterhin kann die erste Elektrode möglichst dünn gestaltet werden, wodurch die Transmission der ersten Elektrode für die im Betrieb des Bauelements erzeugte Strahlung erhöht werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Metallschicht einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf. Zum Beispiel sind der ersten Teilbereich und der zweite Teilbereich durch einen Trenngraben lateral voneinander getrennt, so dass zwischen den Teilbereichen der Metallschicht kein direkter mechanischer oder elektrischer Kontakt besteht. Bevorzugt ist der erste Teilbereich der Metallschicht mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden. Der zweite Teilbereich der Metallschicht ist bevorzugt mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden. Beispielsweise stehen der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich im direkten mechanischen und elektrischen Kontakt mit der ersten Kontaktbahn beziehungsweise mit der zweiten Kontaktbahn. Mit anderen Worten weisen der erste Teilbereich und die erste Kontaktbahn eine gemeinsame erste Grenzfläche auf. Der zweite Teilbereich und die zweite Kontaktbahn weisen eine zweite gemeinsame Grenzfläche auf. Dies führt zur Verminderung der Spannungsabfälle entlang der ersten Kontaktbahn und entlang der zweiten Kontaktbahn, so dass eine homogene Leuchtdichte des Bauelements erzielt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Bauelement oberflächenmontierbar ausgebildet. Vorzugsweise erfolgt die elektrische Kontaktierung des Bauelements dann rückseitig, das heißt über den ersten Teilbereich und über den zweiten Teilbereich der Metallschicht. Mit anderen Worten kann das Bauelement beispielsweise auf einer Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen derart montiert werden, dass die Teilbereiche der Metallschicht in direktem mechanischen und elektrischen Kontakt mit den Leiterbahnen der Leiterplatte stehen. Eine der Verkapselungsschicht abgewandte Außenfläche der Metallschicht bildet zum Beispiel eine Montagefläche des Bauelements. Ein derartiges Bauelement ist einfach montierbar und kann in einfacher Weise elektrisch kontaktiert werden. Im Betrieb erzeugte Wärme wird über die Metallschicht an die Leiterplatte abgeleitet.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Bauelement eine erste Isolierungsstruktur auf. Weiterhin weist das Bauelement zum Beispiel eine zweite Isolierungsstruktur auf. Insbesondere sind die erste Isolierungsstruktur und die zweite Isolierungsstruktur lateral voneinander beabstandet. In lateraler Richtung werden die erste Elektrode und die zweite Elektrode zum Beispiel mittels der ersten Isolierungsstruktur voneinander getrennt. Insbesondere trennt die erste Isolierungsstruktur die zweite Kontaktbahn der zweiten Elektrode von der ersten Elektrode. Vorzugsweise erstreckt sich der Schichtenstapel zwischen der ersten Isolierungsstruktur und der zweiten Isolierungsstruktur. Insbesondere ist der Schichtenstapel in lateraler Richtung beidseitig von den Isolierungsstrukturen begrenzt, wodurch das Aufbringen des Schichtenstapels vereinfacht wird.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Metallschicht in vertikaler Richtung eine Dicke auf. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der organischen aktiven Schicht gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind somit senkrecht zueinander. Bevorzugt ist die Dicke der Metallschicht mindestens doppelt so groß wie eine Dicke der Verkapselungsschicht. Beispielsweise ist die Metallschicht mindestens zehnmal, bevorzugt hundertmal so dick wie die Verkapselungsschicht. Weiterhin bevorzugt ist die Dicke der Metallschicht mindestens doppelt so groß wie eine Dicke der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode. Beispielsweise ist die Metallschicht mindestens zehnmal, bevorzugt hundertmal so dick wie die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Dicke der Verkapselungsschicht bevorzugt kleiner als 10 µm, beispielsweise kleiner als 5 µm, und insbesondere kleiner oder gleich 1 µm. Eine möglichst dünne Verkapselungsschicht verbessert die Wärmeabfuhr aus dem Schichtenstapel in die Metallschicht. Gemäß einer Ausgestaltungsvariante ist Verkapselungsschicht als eine Dünnschichtverkapselung ausgebildet. Unter „Dünnschichtverkapselung“ wird im Rahmen der Anmeldung eine Verkapselungsanordnung verstanden, die dazu geeignet ist, eine Barriere gegenüber atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff, zu bilden. Bevorzugt enthält die Dünnschichtverkapselung eine Mehrzahl von dünnen anorganischen Schichten, wobei die Barrierewirkung durch die dünnen Schichten erzeugt wird. Vorzugsweise weist solch eine anorganische Schicht eine Dicke kleiner oder gleich einiger 100 nm auf, beispielsweise 200 nm. Bevorzugt weist die Dünnschichtverkapselung in der vertikalen Richtung eine Gesamtdicke auf, die kleiner oder gleich 1 µm ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Dicke der Metallschicht zum Beispiel zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 5 mm. Bevorzugt beträgt die Dicke der Metallschicht zwischen einschließlich 0,5 mm und einschließlich 3 mm. Die Metallschicht ist somit nicht nur besonders für die Wärmeabfuhr gut geeignet, sondern kann auch als mechanischer Schutz für den Schichtenstapel verwendet werden. Dadurch kann im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen auf einen Körper, der auf einer der aktiven Schicht abgewandten Seite der Verkapselungsschicht zum Schutz angeordnet ist und in der Regel Glas enthält oder aus Glas besteht, verzichtet werden. Die im Betrieb des Bauelements erzeugte Wärme kann somit über die Metallschicht direkt in die Umgebung abgeleitet werden, so dass die Wärmeabfuhr aus dem Bauelement besonders effizient gestaltet ist.
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein optoelektronisches Bauelement,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement in schematischer Schnittansicht,
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein optoelektronisches Bauelement, und
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein optoelektronisches Bauelement.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellung und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement ist in 1 schematisch dargestellt.
Das optoelektronische Bauelement 10 weist einen Trägerkörper 1, einen auf dem Trägerkörper angeordneten funktionellen Schichtenstapel 6, eine Verkapselungsschicht 7 und eine Metallschicht 8 auf. In vertikaler Richtung Z ist der Schichtenstapel 6 zwischen dem Trägerkörper und der Verkapselungsschicht angeordnet. Die Metallschicht 8 ist insbesondere unmittelbar auf einer dem Schichtenstapel 6 abgewandten Seite der Verkapselungsschicht 7 angeordnet. In Draufsicht auf den Trägerkörper überdeckt die Metallschicht die Verkapselungsschicht 7 vollständig.
Der funktionelle Schichtenstapel 6 weist eine organische aktive Schicht 63 auf. Die aktive Schicht emittiert im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Strahlung, beispielsweise im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. Der Schichtenstapel 6 enthält außerdem eine erste Ladungstransportschicht 61 und eine zweite Ladungstransportschicht 62, wobei die organische aktive Schicht 63 zwischen der ersten Ladungstransportschicht 61 und der zweiten Ladungstransportschicht 62 angeordnet ist. Die erste und die zweite Ladungstransportschicht können als Elektronentransportschicht beziehungsweise als Lochtransportschicht ausgebildet sein. Diese Ladungstransportschichten dienen der Injektion der Löcher und der Elektronen in die organische aktive Schicht 63. Darüber hinaus kann der Schichtenstapel 6 auch Elektronen- und/oder Löcherblockierschichten aufweisen, die in der 1 nicht dargestellt sind.
Der Trägerkörper 1 ist strahlungsdurchlässig ausgebildet. Der Trägerkörper kann Glas enthalten oder besteht aus Glas. Der Trägerkörper weist auf einer dem Schichtenstapel 6 abgewandten Seite eine Strahlungsaustrittsfläche 11 des Bauelements 10 auf. Das heißt, die im Betrieb des Bauelements erzeugte Strahlung verlässt das Bauelement an der Strahlungsaustrittsfläche 11. Die Strahlungsaustrittsfläche 11 ist eben ausgebildet. Mit anderen Worten weist die Strahlungsaustrittsfläche im Rahmen der Herstellungstoleranz keine Krümmungen auf. Es ist jedoch denkbar, dass die Strahlungsaustrittsfläche 11 eine Aufrauungsstruktur aufweist, so dass die Auskoppeleffizienz verbessert ist und die von dem Bauelement erzeugte Strahlung in alle Ausstrahlrichtungen gleichmäßig verteilt ist.
Das Bauelement 10 weist außerdem eine erste Elektrode 2 und eine zweite Elektrode 3 zur elektrischen Kontaktierung des Schichtenstapels 6 auf. Die erste Elektrode ist strahlungsdurchlässig ausgebildet. Die erste Elektrode kann transparente leitende Materialien enthalten, die beispielsweise transparente leitfähige Oxide sind. Transparente leitfähige Oxide sind 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 leitfähiger Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p-dotiert oder n-dotiert sein.
Die erste Elektrode enthält eine erste Kontaktbahn 20, wobei die Kontaktbahn in einer lateralen Richtung seitlich des Schichtenstapels angeordnet ist. Die zweite Elektrode 3 weist eine zweite Kontaktbahn 30 auf, wobei die zweite Kontaktbahn in der lateralen Richtung ebenfalls seitlich des Schichtenstapels angeordnet ist. Die erste Kontaktbahn 20 und die zweite Kontaktbahn 30 sind lateral beabstandet. Weiterhin ist die erste Kontaktbahn 20 und die zweite Kontaktbahn 30 direkt auf dem Trägerkörper 1 des Bauelements angeordnet. In Draufsicht auf den Trägerkörper befindet sich der Schichtenstapel 6 zwischen der ersten Kontaktbahn und der zweiten Kontaktbahn. Insbesondere weisen die erste Kontaktbahn 20 und die zweite Kontaktbahn 30 keine Überlappung mit der organischen aktiven Schicht 63 auf.
Die zweite Kontaktbahn 30 und die gesamte erste Elektrode 2 können flächig mittels eines lithografischen Verfahrens auf den Trägerkörper 1 aufgebracht werden. Zwischen der ersten Elektrode 2 und der zweiten Kontaktbahn 30 wird eine erste Isolierungsstruktur 4 ausgebildet, wodurch die zweite Kontaktbahn 30 und die erste Elektrode lateral voneinander getrennt werden. Die zweite Elektrode 3 erstreckt sich bereichsweise in der vertikalen Richtung Z und überdeckt die erste Isolierungsstruktur 4 vollständig. Die zweite Elektrode 3 weist außerdem einen Teilbereich 31 auf, der in vertikaler Richtung Z von der ersten Elektrode 2 beabstandet ist. Der weitere Teilbereich 31 grenzt an den Schichtenstapel 6 an. In Draufsicht auf den Trägerkörper 1 überdeckt der Teilbereich 31 der zweiten Elektrode 3 den Schichtenstapel 6 vollständig. Der Teilbereich 31 der zweiten Elektrode kann mit dem gleichen oder einem anderen Material als die zweite Kontaktbahn 30 gebildet sein.
Das Bauelement 10 weist neben der ersten Isolierungsstruktur 4 eine zweite Isolierungsstruktur 5 auf. Die Isolierungsstrukturen erstrecken sich entlang einer lateralen Längsrichtung Y und sind in einer lateralen Querrichtung X beabstandet. Entlang der lateralen Längsrichtung Y verlaufen die Isolierungsstrukturen beispielsweise parallel zueinander. Die erste Isolierungsstruktur 4 ist direkt auf dem Trägerkörper 1 angeordnet. Die zweite Isolierungsstruktur 5 ist direkt auf der ersten Elektrode 2 angeordnet. Der Schichtenstapel 6 erstreckt sich in der lateralen Querrichtung X zwischen der ersten Isolierungsstruktur und der zweiten Isolierungsstruktur 5. Mit anderen Worten ist der Schichtenstapel 6 zwischen der ersten Isolierungsstruktur 4 und der zweiten Isolierungsstruktur 5 begrenzt. In Draufsicht auf den Trägerkörper 1 weist der Schichtenstapel 6 keine Überlappung mit der zweiten Kontaktbahn 30 der zweiten Elektrode 3 auf. Aufgrund der Anordnung zwischen den Isolierungsstrukturen 4 und 5 kann das Aufbringen des funktionellen Schichtenstapels 6 vereinfacht werden.
Die Isolierungsstrukturen 4 und 5 enthalten beispielsweise zumindest einen Lack. Insbesondere ist der Lack photostrukturierbar. Der Lack weist insbesondere ein organisches Material auf. Die Isolierungsstrukturen können nach dem Aufbringen einer Lackschicht beispielsweise mittels eines photolithographischen Verfahrens ausgebildet werden. Alternativ können die Isolierungsstrukturen 4 und 5 auch durch einen Siebdrucklack oder einen Sprühlack hergestellt werden. Der Siebdrucklack beziehungsweise der Sprühlack können dabei insbesondere organische und/oder anorganische Füllstoffe enthalten.
Es ist auch denkbar, dass die Isolierungsstrukturen 4 und 5 zumindest ein anorganisches Material wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Die Isolierungsstrukturen können dabei beispielsweise durch Plasmaabscheidung, Aufdampfen oder Sputtern hergestellt werden. Zum Beispiel werden die Isolierungsstrukturen bei der Herstellung mit Hilfe von Schattenmasken aufgebracht. Alternativ können die Isolierungsstrukturen zunächst flächig aufgebracht und anschließend strukturiert werden.
In Draufsicht auf den Trägerkörper 1 überdeckt die Verkapselungsschicht 7 die erste Isolierungsstruktur 4, die zweite Isolierungsstruktur 5 und den Schichtenstapel 6 vollständig. Weiterhin kann die Verkapselungsschicht 7 den funktionellen Schichtenstapel 6 in lateraler Richtung vollständig umgeben, so dass der Schichtenstapel 6 von der Verkapselungsschicht und von den Elektroden beziehungsweise von dem Trägerkörper hermetisch abgeschlossen ist. Eine luftdichte Verkapselung des Schichtenstapels 6 schützt die empfindlichen Schichten des Schichtenstapels vor äußeren Umwelteinflüssen, beispielsweise vor Luftfeuchtigkeit oder Sauerstoff.
In der 1 ist die Metallschicht 8 direkt auf der Verkapselungsschicht 7 angeordnet. In Aufsicht auf den Trägerkörper überdeckt die Metallschicht die Verkapselungsschicht vollständig. Eine derartige Anordnung erhöht die Effizienz der Abfuhr der Wärme, die im Betrieb des Bauelements erzeugt wird, aus dem Bauelement. Als Materialien für die Metallschicht 8 können Kupfer, Silber, Aluminium oder andere Metalle Verwendung finden.
Die Metallschicht 8 kann direkt auf den bereits funktionsfähigen Schichtenstapel 6 mit den Elektroden aufgebracht werden. Beispielsweise wird die Metallschicht als Kupfer- oder Aluminiumpaste in einem Beschichtungsverfahren wie Bedampfen, Inkjet-Drucken oder Rakeln auf die Verkapselungsschicht 7 aufgebracht. Die Metallschicht 8 wird beispielsweise durch Abdampfen eines Lösungsmittels und durch Tempern bei einer Temperatur beispielsweise zwischen 70 °C und 90 °C, zum Beispiel bei 80 °C, ausgehärtet. Alternativ wird zur Ausbildung der Metallschicht 8 zum Beispiel zunächst Metallpulver auf die Verkapselungsschicht 7 aufgebracht. Anschließend kann insbesondere ein Metall in flüssiger Form auf das Metallpulver aufgebracht werden, sodass die Metallschicht 8 aus dem Metallpulver und aus dem flüssigen Metall ausgebildet wird.
Die Metallschicht 8 weist in der vertikalen Richtung Z einen Dicke D auf, die zum Beispiel zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 5 mm beträgt. Die Metallschicht 8 kann derart ausgestaltet sein, dass sie zum Schutz der Verkapselungsschicht 7 sowie des Schichtenstapels 6 vor äußeren mechanischen Einflüssen dient. Insbesondere beträgt die Dicke D der Metallschicht zwischen einschließlich 0,5 mm und einschließlich 3 mm, zum Beispiel 1 mm. Eine derartige dicke Metallschicht 8 gibt dem Bauelement 10 einen ausreichenden Schutz vor äußeren mechanischen Einflüssen, so dass auf einer Rückseite des Bauelements, das heißt auf einer der aktiven Schicht 63 abgewandten Seite der Verkapselungsschicht 7, auf einen zusätzlichen Körper wie bei herkömmlichen Bauelementen, der Glas enthält oder aus Glas besteht, verzichtet werden kann. Mit anderen Worten weist das optoelektronische Bauelement 10 lediglich einen Trägerkörper 1 auf, der Glas enthält oder aus Glas besteht und auf einer Vorderseite des Bauelements, das heißt auf einer der aktiven Schicht 63 abgewandten Seite des Trägerkörpers, die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Bauelements aufweist.
Die Verkapselungsschicht 7 weist in der vertikalen Richtung Z eine Dicke d auf. Insbesondere ist die Dicke D der Metallschicht 8 mindestens doppelt so groß wie die Dicke d der Verkapselungsschicht. Beispielsweise ist die Metallschicht 8 mindestens zehnmal, insbesondere hundertmal so dick wie die Verkapselungsschicht 7. Außerdem ist die Dicke der Metallschicht 8 beispielsweise mindestens doppelt so groß wie eine Dicke der Kontaktbahn der ersten Elektrode 2 und/oder der zweiten Elektrode 3. Beispielsweise ist die Metallschicht mindestens zehnmal, insbesondere hundertmal so dick wie die erste Kontaktbahn und/oder die zweite Kontaktbahn. Insbesondere weist die erste Kontaktbahn 20 eine gleich große Dicke auf wie ein Teilbereich der ersten Elektrode 2, der sich direkt unterhalb der aktiven Schicht 63 auf dem Grundkörper 1 erstreckt. Beispielsweise ist die Dicke der ersten Kontaktbahn kleiner oder gleich 1 µm. Insbesondere beträgt die Dicke der ersten Kontaktbahn zwischen 300 nm und 800 nm.
Die Dicke d der Verkapselungsschicht 7 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 10 µm. Insbesondere ist die Dicke der Verkapselungsschicht kleiner als 1 µm. Eine derartige dünne Verkapselungsschicht 7 begünstigt die Abführung der Wärme aus dem Schichtenstapel 6 in die Metallschicht 8. Ein Metall weist in der Regel eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die Wärme gleichmäßig über das ganze Bauelement verteilt wird. Dadurch kann eine ungleichmäßige Alterung der OLED in der Fläche und am Rand des Bauelements vermieden werden. Die Metallschicht kann außerdem zum Beispiel flächig und deutlich dicker als die lithografische erste Elektrode 2 und zweite Elektrode 3 aufgebracht werden. Somit wird die Wärme hauptsächlich über die Rückseite des Bauelements abgeführt, wodurch ein Alterungsprozess auf der Vorderseite des Bauelements, insbesondere eine Verfärbung der Strahlungsaustrittsfläche vorteilhafterweise verlangsamt wird.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement in einer Schnittebene entlang einer lateralen Längsrichtung schematisch dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel in der 1. Im Unterschied hierzu umfasst die Verkapselungsschicht 7 eine Mehrzahl von Schichten 71. Die Schichten 71 können anorganische Materialien enthalten oder bestehen aus anorganischen Materialien. Die Verkapselungsschicht 7 kann als eine Dünnschichtverkapselung ausgebildet sein, wobei die Dünnschichtverkapselung Schichten umfasst, die in der Regel eine Dicke kleiner oder gleich einiger 100 nm, zum Beispiel 200 nm, aufweisen. Insbesondere kann die Verkapselungsschicht 7 zumindest eine Schicht 71 enthalten, die mittels Atomlageabscheidung abgeschieden ist, wobei die zumindest eine Schicht 71 eine Dicke zwischen einer Atomlage und einschließlich 20 nm aufweist. Die Dünnschichtverkapselung 7 weist beispielsweise eine Gesamtdicke zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 10 µm auf. Insbesondere kann die Dünnschichtverkapselung eine Gesamtdicke aufweisen, die kleiner oder gleich 1 µm ist.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement schematisch dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel in 1. Im Unterschied hierzu überdeckt die Verkapselungsschicht 7 in Draufsicht auf den Trägerkörper 1 die erste Elektrode 2 nur teilweise. Insbesondere ist die Metallschicht 8 über die erste Kontaktbahn 20 mit der ersten Elektrode 2 elektrisch verbunden. Die Metallschicht 8 steht im direkten mechanischen und elektrischen Kontakt mit der ersten Kontaktbahn 20. Mit anderen Worten weisen die Metallschicht 8 und die erste Kontaktbahn 20 eine gemeinsame Grenzfläche 82 auf. Die gemeinsame Grenzfläche 82 erstreckt sich entlang der lateralen Längsrichtung Y. Die Metallschicht 8 dient somit neben der Wärmeabfuhr auch der Stromzuleitung entlang der lateralen Längsrichtung Y, wodurch Spannungsabfälle in der ersten Elektrode, insbesondere entlang der ersten Kontaktbahn 20, reduziert wird. Dies führt zu einer Homogenität in der Leuchtdichte des Bauelements. Außerdem kann die erste strahlungsdurchlässige Elektrode 2 möglichst dünn ausgestaltet sein, so dass der Transmissionsgrad der ersten Elektrode 2 erhöht wird.
Die Verkapselungsschicht 7 wird beispielsweise zunächst vollflächig auf den Trägerkörper 1 aufgebracht werden, so dass die Verkapselungsschicht 7 die erste Elektrode 2 und die zweite Elektrode 3 vollständig bedeckt. Vor dem Aufbringen der Metallschicht 8 auf die Verkapselungsschicht 7 wird die Verkapselungsschicht 7 beispielsweise derart entfernt, dass die erste Kontaktbahn 20 zumindest teilweise freigelegt wird. Damit eine elektrische Verbindung zwischen der Metallsschicht 8 und der ersten Elektrode 2 hergestellt wird, kann die Metallschicht 8 anschließend derart flächig auf die Verkapselungsschicht 7 und auf die erste Elektrode 2 aufgebracht werden, dass ein direkter mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen der Metallschicht 8 und der Kontaktbahn 20 entsteht.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement schematisch dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel in der 3. Im Unterschied hierzu umfasst die Metallschicht 8 einen ersten Teilbereich 8a und einen zweiten Teilbereich 8b. Der erste Teilbereich 8a ist in der lateralen Richtung von dem zweiten Teilbereich 8b beabstandet. Das heißt, die Metallschicht 8 weist einen Trenngraben 9 auf, die den ersten Teilbereich 8a von dem zweiten Teilbereich 8b trennt. Der erste Teilbereich 8a der Metallschicht ist über die erste Kontaktbahn 20 mit der ersten Elektrode 2 elektrisch verbunden. Der erste Teilbereich 8a und die erste Kontaktbahn 20 weisen entlang der lateralen Längsrichtung Y eine gemeinsame Grenzfläche 82 auf. Der zweite Teilbereich 8b der Metallschicht ist über die zweite Kontaktfläche 30 mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden. Der zweite Teilbereich 8b der Metallschicht und die zweite Kontaktbahn 30 weisen entlang der lateralen Längsrichtung Y eine gemeinsame Grenzfläche 83 auf. Die gemeinsamen Grenzflächen 82 und 83 sind jeweils von der organischen aktiven Schicht 63 lateral beabstandet. Mit anderen Worten weisen die aktive Schicht 63, die erste gemeinsame Grenzfläche 82 und die zweite gemeinsame Grenzfläche 83 in Draufsicht auf den Trägerkörper 1 keine Überlappungen auf. Durch eine derartige Anordnung der Metallschicht 8 wird eine gleichmäßige Stromverteilung entlang der lateralen Längsrichtung Y erreicht, wodurch eine homogene Leuchtdichte des Bauelements erzielt wird.
Weiterhin kann das Bauelement 10 oberflächenmontierbar ausgebildet sein. Beispielsweise erfolgt die elektrische Kontaktierung des Bauelements über die Rückseite des Bauelements, das heißt über die der aktiven Schicht 63 abgewandten Seite der Verkapselungsschicht 7. Mit anderen Worten wird das Bauelement über den ersten Teilbereich 8a und den zweiten Teilbereich 8b mit einer externen Spannungsquelle elektrisch kontaktiert. Ein derartiges Bauelement ist einfach montierbar und kann in einfacher Weise elektrisch kontaktiert werden.
Der erste Teilbereich 8a und der zweite Teilbereich 8b der Metallschicht 8 können in einem Prozessschritt hergestellt werden. Dabei wird beispielsweise eine Maske auf der Verkapselungsschicht 7 angeordnet und ein Material für die Metallschicht durch die Maske direkt auf die Verkapselungsschicht aufgebracht. Dabei kann die Metallschicht 8 auf die Verkapselungsschicht 7 aufgedampft werden oder mittels einer Flash-Verdampfung beispielsweise von Aluminium auf die Verkapselungsschicht 7 aufgebracht werden. Die Flash-Verdampfungsmethode hat insbesondere den Vorteil, dass innerhalb kurzer Prozesszeit eine Metallschicht mit ausreichender Dicke hergestellt wird, die für die Wärmeabfuhr und die Stromzuleitung geeignet ist. Durch das Entfernen der Maske wird der Trenngraben 9 ausgebildet.
Mit dem Einsatz der Metallschicht auf der Verkapselungsschicht wird die im Betrieb des Bauelements entstehende Wärme effektiv abgeführt, indem die Wärme gleichmäßig über das ganze Bauelement verteilt wird. Dadurch kann die Lebensdauer des Bauelements erhöht werden. Gleichzeitig kann die Metallschicht als zusätzliche Elektrode zur gleichmäßigen Stromverteilung im Bauelement verwendet werden, so dass eine homogene Leuchtdichte des Bauelements erreicht werden kann. Weiterhin kann die Metallschicht als ein mechanischer Schutz für die Verkapselungsschicht beziehungsweise für den funktionellen Schichtenstapel dienen, so dass auf der Rückseite des Bauelements auf einen schlecht wärmeleitenden Trägerkörper, der beispielsweise Glas enthält oder aus Glas besteht, verzichtet werden kann.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele an diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10) mit einem funktionellen Schichtenstapel (6), einer zur Verkapselung des Schichtenstapels vorgesehenen Verkapselungsschicht (7) und zumindest einer Metallschicht (8), wobei – der funktionelle Schichtenstapel zumindest eine organische aktive Schicht (63) aufweist, die im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung emittiert; – die Verkapselungsschicht in Draufsicht auf den Schichtenstapel die zumindest eine organische aktive Schicht vollständig überdeckt; und – die Metallschicht auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite der Verkapselungsschicht angeordnet ist.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Metallschicht (8) unmittelbar auf der Verkapselungsschicht (7) angeordnet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Trägerkörper (1) aufweist, wobei – der funktionelle Schichtenstapel (6) auf dem Trägerkörper angeordnet ist; und – der Trägerkörper auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite eine Strahlungsaustrittsfläche (11) des Bauelements aufweist.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, das eine erste Elektrode (2) und eine zweite Elektrode (3) zur elektrischen Kontaktierung des Schichtenstapels (6) aufweist, wobei der Schichtenstapel zumindest bereichsweise zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die erste Elektrode (2) eine erste Kontaktbahn (20) aufweist und die zweite Elektrode (3) eine zweite Kontaktbahn (30) aufweist, wobei die erste Kontaktbahn und die zweite Kontaktbahn auf dem Trägerkörper (1) des Bauelements angeordnet und lateral voneinander beabstandet sind.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die erste Kontaktbahn (20) und die zweite Kontaktbahn (30) direkt auf dem Trägerkörper (1) des Bauelements angeordnet sind und in Draufsicht auf die Verkapselungsschicht (7) keine Überlappung mit der organischen aktiven Schicht (63) aufweisen.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Metallschicht (8) mit der ersten Elektrode (2) elektrisch verbunden ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Metallschicht (8) einen ersten Teilbereich (8a) und einen von dem ersten Teilbereich lateral beabstandeten zweiten Teilbereich (8b) aufweist, wobei – der erste Teilbereich der Metallschicht mit der ersten Elektrode (2) elektrisch verbunden ist; und – der zweite Teilbereich der Metallschicht mit der zweiten Elektrode (3) elektrisch verbunden ist.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bauelement (10) oberflächenmontierbar ausgebildet ist und die elektrische Kontaktierung des Bauelements rückseitig über den ersten Teilbereich (8a) und über den zweiten Teilbereich (8b) erfolgt.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine erste Isolierungsstruktur (4) und eine von der ersten Isolierungsstruktur lateral beabstandeten zweiten Isolierungsstruktur (5) aufweist, wobei sich der Schichtenstapel (6) zwischen der ersten Isolierungsstruktur und der zweiten Isolierungsstruktur erstreckt.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Metallschicht (8) eine Dicke (D) aufweist, die mindestens doppelt so groß wie eine Dicke (d) der Verkapselungsschicht (7) ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verkapselungsschicht (7) eine Dünnschichtverkapselung ist, wobei die Dünnschichtverkapselung eine Mehrzahl von anorganischen Schichten (71) enthält.
Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Dünnschichtverkapselung eine Dicke (d) aufweist, die kleiner oder gleich 1 Mikrometer ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei die Metallschicht (8) eine Dicke (D) aufweist, die zwischen einschließlich 0,5 Millimeter und einschließlich 3 Millimeter ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (10) auf einer der aktiven Schicht (63) abgewandten Seite der Verkapselungsschicht (7) frei von einem Körper ist, der Glas enthält oder aus Glas besteht.