DE102013105905B4 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes - Google Patents
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Abstract
Optoelektronisches Bauelement (100), aufweisend:• eine optisch aktive Struktur (150), die eingerichtet ist zum Aufnehmen und/oder Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlung; und• wenigstens eine Streustruktur (110), die im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung auf oder über der optisch aktiven Struktur (150) ausgebildet ist, und• wobei die Streustruktur (110) eine Mikrostruktur (258) und wenigstens einen doppelbrechenden Stoff aufweist, wobei die Mikrostruktur (258) derart ausgebildet ist, dass Kavitäten (260) gebildet sind und der doppelbrechende Stoff in den Kavitäten (260) ausgebildet ist, wobei die Mikrostruktur derart hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist, dass bei einer ersten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch nichtstreuende Grenzfläche und bei einer zweiten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch streuende Grenzfläche des doppelbrechenden Stoffs zu dem Stoff der Mikrostruktur ausgebildet ist; und• wobei die Streustruktur (110) derart ausgebildet ist, dass die Richtcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung elektrisch veränderbar ist.
Description
- In verschiedenen Ausführungsformen werden ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes bereitgestellt.
- Optoelektronische Bauelemente auf organischer Basis, beispielsweise eine organische Leuchtdiode (organic light emitting diode - OLED), finden zunehmend verbreitete Anwendung in der Allgemeinbeleuchtung, beispielsweise als Flächenlichtquelle. Ein herkömmliches organisches optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine OLED, kann eine Anode und eine Kathode mit einem organischen funktionellen Schichtensystem dazwischen aufweisen. Das organische funktionelle Schichtensystem weist eine oder mehrere Emitterschicht(en) auf, in der/denen elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, eine oder mehrere Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schichtenstruktur(en) aus jeweils zwei oder mehr Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schichten („charge generating layer“, CGL) zur Ladungsträgerpaarerzeugung, sowie einer oder mehreren Elektronenblockadeschichte(n), auch bezeichnet als Lochtransportschicht(en) („hole transport layer“ - HTL), und einer oder mehrerer Lochblockadeschichten, auch bezeichnet als Elektronentransportschicht(en) („electron transport layer“ - ETL), um den Stromfluss zu richten.
- Der flächenhafte Leuchteindruck einer OLED soll in vielen Anwendungen möglichst erhalten bleiben. In verschiedenen Anwendungen soll die Abstrahlcharakteristik einer OLED im Betrieb verändert werden können, beispielsweise von einem gerichteten Lichtstrahl zu dem Strahlprofil eines Lambert'schen Strahlers.
- In einem herkömmlichen Verfahren wird die Abstrahlcharakteristik eines optoelektronischen Bauelementes mittels makroskopischer optischer Bauelemente verändert, beispielsweise mittels Reflektoren oder Linsensystemen. Eine solche makroskopische Modifikation ist bei Flächenlichtquellen ungeeignet sein, da der Flächeneindruck verloren gehen kann.
- In einem herkömmlichen Verfahren wird mittels Mikrolinsen versucht die Abstrahlcharakteristik einer organischen Leuchtdiode zu verändern. Damit lässt sich jedoch die Abstrahlcharakteristik einer OLED jedoch nicht veränderbar verändern.
- In einem weiteren herkömmlichen Verfahren wird eine Streustruktur aus in einer Matrix eingebetteten Mikrolinsen gebildet, wobei die Mikrolinsen und die Matrix einen unterschiedlichen temperaturabhängigen Brechungsindex aufweisen. Dadurch kann in Abhängigkeit der Temperatur der Streustruktur die Abstrahlcharakteristik verändert werden. Eine temperaturgesteuerte Änderung der Abstrahlcharakteristik ist jedoch träge. Weiterhin kann eine solche Ansteuerung lokal unpräzise sein und ein inhomogenes Erscheinungsbild erzeugen.
- Weiterhin bekannt ist der der Einsatz von Flüssigkristallen zu einem Ändern der Polarisation einer elektromagnetischen Strahlung in Flüssigkristallbildschirmen und -anzeigen (Liquid Crystal Display - LCD). Die meisten Flüssigkristalle sind optisch doppelbrechend, was unter einem Polarisationsmikroskop mittels charakteristischer Texturen erkennbar ist. Unter Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes kann die Orientierung mancher Flüssigkristalle gezielt beeinflusst werden und somit beispielsweise die Polarisation von Licht verändert werden.
- Die Druckschrift
US 2002/0145687 A1 - Die Druckschrift
EP 1 424 739 B1 offenbart eine organische elektrolumineszente Zelle, eine planare Lichtquelle und eine Anzeigevorrichtung. - Die Druckschrift
DE 10 2008 023 874 A1 offenbart eine strahlungsemittierende Anordnung. - Die Druckschrift
EP 0 867 104 B1 offenbart ein elektrolumineszentes Beleuchtungssystem. - Die Druckschrift
WO 2003/061028 A2 - Die Druckschrift
WO 2007/114256 A1 - Die Druckschrift
US 2005/0194896 A1 - In verschiedenen Ausführungsformen werden ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes bereitgestellt, mit denen es möglich ist, die Abstrahlcharakteristik von organischen Leuchtdioden elektrisch zu verändern.
- Erfindungsgemäß wird ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt, das optoelektronisches Bauelement aufweisend: eine optisch aktive Struktur, die eingerichtet ist zum Aufnehmen und/oder Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlung; und wenigstens eine Streustruktur, die im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung auf oder über der optisch aktiven Struktur ausgebildet ist; wobei die Streustruktur derart ausgebildet ist, dass die Richtcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung elektrisch veränderbar ist.
- In einer Ausgestaltung kann die optisch aktive Struktur eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine organische funktionelle Schichtenstruktur aufweisen, wobei die organische funktionelle Schichtenstruktur zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildet ist.
- In einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement als eine organische Leuchtdiode, eine organische Solarzelle und/oder ein organischer Fotodetektor ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement als ein Flächenbauelement ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement ferner einen Träger aufweisen, wobei die optisch aktive Struktur und die Streustruktur auf oder über dem Träger ausgebildet sind. Dadurch kann beispielsweise ein optoelektronisches Bauelement mit einer monolithisch integrierten Streustruktur ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung kann wenigstens eine Streustruktur auf der optisch aktiven Struktur und/oder auf der Seite des Trägers, die der optisch aktiven Struktur abgewandt ist, ausgebildet sein. Beispielsweise als Nachrüstung eines optoelektronischen Bauelementes.
- In einer Ausgestaltung kann der Träger transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung kann der Träger im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung kann die wenigstens eine Streustruktur mehrere Streustrukturen aufweisen, die im Strahlengang der optisch aktiven Struktur ausgebildet sind.
- In einer Ausgestaltung kann die optisch aktive Struktur zwischen einer ersten Streustruktur und einer zweiten Streustruktur ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung kann eine erste Streustruktur im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung zwischen der optisch aktiven Struktur und einer zweiten Streustruktur ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung kann die Streustruktur eine dritte Elektrode, eine vierte Elektrode und eine elektrooptische Struktur aufweisen, wobei die elektrooptische Struktur elektrisch zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode ausgebildet ist.
- In einer Ausgestaltung kann die Streustruktur transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein.
- In einer Ausgestaltung können die Streustruktur und die optisch aktive Struktur eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
- Erfindungsgemäß weist die Streustruktur wenigstens einen doppelbrechenden Stoff auf.
- In einer Ausgestaltung kann die elektrooptische Struktur wenigstens einen doppelbrechenden Stoff aufweisen.
- In einer Ausgestaltung können/kann die Streustruktur und/oder die elektrooptische Struktur wenigstens einen flüssigkristallinen Stoff aufweisen, beispielsweise ein flüssigkristallines Polymer.
- Erfindungsgemäß weist die Streustruktur eine Mikrostruktur auf, wobei die Mikrostruktur derart ausgebildet ist, dass Kavitäten gebildet sind.
- In einer Ausgestaltung kann die elektrooptische Struktur eine Mikrostruktur aufweisen, wobei die Mikrostruktur derart ausgebildet ist, dass Kavitäten gebildet sind.
- Erfindungsgemäß ist der doppelbrechende Stoff in den Kavitäten ausgebildet.
- In einer Ausgestaltung können die Kavitäten Partikel aufweisen, wobei die Partikel elektrisch polarisierbar sind und wenigstens eine farbverändernde und/oder reflektierende Seite aufweisen. In Abhängigkeit eines angelegten elektrischen Feldes kann dadurch das optische Erscheinungsbild mit einem Ändern der Richtcharakteristik veränderbar sein.
- In einer Ausgestaltung kann die Mikrostruktur derart ausgebildet sein, dass sie einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner oder gleich dem schichtdickengemittelten Brechungsindex der organischen funktionellen Schichtenstruktur ist.
- In einer Ausgestaltung kann die Mikrostruktur derart ausgebildet sein, dass sie einen Brechungsindex aufweisen, der größer oder gleich dem Brechungsindex des Trägers ist.
- Erfindungsgemäß ist die Mikrostruktur derart hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet, dass bei einer ersten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch nichtstreuende Grenzfläche und bei einer zweiten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch streuende Grenzfläche ausgebildet ist.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Ausbilden einer optisch aktiven Struktur zum Aufnehmen und/oder Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlung; und Ausbilden wenigstens einer Streustruktur im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung auf oder über der optisch aktiven Struktur; wobei die Streustruktur derart ausgebildet wird, dass die Richtcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung elektrisch veränderbar ist.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ausbilden der optisch aktiven Struktur aufweisen: Ausbilden einer ersten Elektrode; Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenstruktur auf oder über der ersten Elektrode; und Ausbilden einer zweiten Elektrode auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das optoelektronische Bauelement als eine organische Leuchtdiode, eine organische Solarzelle und/oder ein organischer Fotodetektor ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das optoelektronische Bauelement als ein Flächenbauelement ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verfahren ferner ein Ausbilden eines Trägers aufweisen, wobei die optisch aktive Struktur und die Streustruktur auf oder über dem Träger ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine Streustruktur auf der optisch aktiven Struktur und/oder auf der Seite des Trägers, die der optisch aktiven Struktur abgewandt ist, ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Träger transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Träger im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ausbilden wenigstens einer Streustruktur ein Ausbilden mehrerer Streustrukturen aufweisen, die im Strahlengang der optisch aktiven Struktur ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die optisch aktive Struktur zwischen einer ersten Streustruktur und einer zweiten Streustruktur ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann eine erste Streustruktur im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung zwischen der optisch aktiven Struktur und einer zweiten Streustruktur ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ausbilden der Streustruktur aufweisen: Ausbilden einer dritten Elektrode, Ausbilden einer elektrooptischen Struktur auf der dritten Elektrode, und Ausbilden einer vierten Elektrode auf der elektrooptischen Struktur.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Streustruktur transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens können/kann die Streustruktur und/oder die Streustruktur und die optisch aktive Struktur derart ausgebildet werden, dass sie eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
- Erfindungsgemäß wird die Streustruktur derart ausgebildet, dass sie wenigstens einen doppelbrechenden Stoff aufweist.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die elektrooptische Struktur derart ausgebildet werden, dass sie wenigstens einen doppelbrechenden Stoff aufweist.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die elektrooptische Struktur derart ausgebildet werden, dass sie wenigstens einen flüssigkristallinen Stoff aufweist, beispielsweise ein flüssigkristallines Polymer.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ausbilden der elektrooptischen Struktur ein Ausbilden einer Mikrostruktur aufweisen derart, dass Kavitäten gebildet werden.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der doppelbrechende Stoff in die Kavitäten eingebracht werden derart, dass die Kavitäten teilweise, vollständig oder überfüllt sind mit doppelbrechendem Stoff.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens können in die Kavitäten Partikel eingebracht werden, wobei die Partikel elektrisch polarisierbar sind und wenigstens eine farbverändernde und/oder reflektierende Seite aufweisen.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Mikrostruktur derart ausgebildet werden, dass sie einen Brechungsindex aufweist, der kleiner oder gleich dem schichtdickengemittelten Brechungsindex der organischen funktionellen Schichtenstruktur ist.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Mikrostruktur derart ausgebildet werden, dass sie einen Brechungsindex aufweist, der größer oder gleich dem Brechungsindex des Trägers ist.
- Erfindungsgemäß wird die Mikrostruktur derart hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet, dass bei einer ersten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch nichtstreuende Grenzfläche und bei einer zweiten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch streuende Grenzfläche ausgebildet ist.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
- Es zeigen
-
1A-D schematische Darstellungen optoelektronischer Bauelemente gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; -
2A, B schematische Querschnittsansichten optoelektronischer Bauelemente gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; -
3 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelementes; und -
4 eine Darstellung zu einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes 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.
- Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
- In verschiedenen Ausführungsformen werden optoelektronische Bauelemente beschrieben, wobei ein optoelektronisches Bauelement einen optisch aktiven Bereich aufweist. Der optisch aktive Bereich kann elektromagnetische Strahlung absorbieren und daraus einen Fotostrom ausbilden oder mittels einer angelegten Spannung an den optisch aktiven Bereich elektromagnetische Strahlung emittieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die elektromagnetische Strahlung einen Wellenlängenbereich aufweisen, der Röntgenstrahlung, UV-Strahlung (A-C), sichtbares Licht und/oder Infrarot-Strahlung (A-C) aufweist.
- Ein flächiges optoelektronisches Bauelement, welches zwei flächige, optisch aktive Seiten aufweist, kann in der Verbindungsrichtung der optisch aktiven Seiten beispielsweise transparent oder transluzent ausgebildet sein, beispielsweise als eine transparente oder transluzente organische Leuchtdiode. Ein flächiges optoelektronisches Bauelement kann auch als ein planes optoelektronisches Bauelement ausgebildet werden, beispielsweise als ein planparalles optoelektronisches Bauelement.
- Der optisch aktive Bereich kann jedoch auch eine flächige, optisch aktive Seite und eine flächige, optisch inaktiven Seite aufweisen, beispielsweise eine organische Leuchtdiode, die als Top-Emitter oder Bottom-Emitter eingerichtet ist. Die optisch inaktive Seite kann beispielsweise transparent oder transluzent sein, oder mit einer Spiegelstruktur und/oder einem opaken Stoff oder Stoffgemisch versehen sein, beispielsweise zur Wärmeverteilung. Der Strahlengang des optoelektronischen Bauelementes kann beispielsweise einseitig gerichtet sein.
- Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einem Bereitstellen von elektromagnetischer Strahlung ein Emittieren von elektromagnetischer Strahlung verstanden werden. Mit anderen Worten: ein Bereitstellen von elektromagnetischer Strahlung kann als ein Emittieren von elektromagnetischer Strahlung mittels einer angelegten Spannung an einen optisch aktiven Bereich verstanden werden.
- Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einem Aufnehmen von elektromagnetischer Strahlung ein Absorbieren von elektromagnetischer Strahlung verstanden werden. Mit anderen Worten: ein Aufnehmen von elektromagnetischer Strahlung kann als ein Absorbieren von elektromagnetischer Strahlung und Ausbilden eines Fotostromes aus der absorbierten elektromagnetischen Strahlung verstanden werden.
- Ein elektromagnetische Strahlung emittierende Struktur kann in verschiedenen Ausgestaltungen ein elektromagnetische Strahlung emittierende Halbleiter-Struktur sein und/oder als eine elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als eine organische elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als ein elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor oder als ein organischer elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor ausgebildet sein. Die Strahlung kann beispielsweise Licht (im sichtbaren Bereich), UV-Strahlung und/oder Infrarot-Strahlung sein. In diesem Zusammenhang kann das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement beispielsweise als Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement kann in verschiedenen Ausgestaltungen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine optoelektronische Struktur als eine organische Leuchtdiode (organic light emitting diode - OLED), ein organischer Feldeffekttransistor (organic field effect transistor OFET) und/oder eine organische Elektronik ausgebildet sein. Bei dem organischen Feldeffekttransistor kann es sich um einen sogenannten „all-OFET“ handeln, bei dem alle Schichten organisch sind. Eine optoelektronisches Struktur kann ein organisches funktionelles Schichtensystem aufweisen, welches synonym auch als organische funktionelle Schichtenstruktur bezeichnet wird. Die organische funktionelle Schichtenstruktur kann einen organischen Stoff oder ein organisches Stoffgemisch aufweisen oder daraus gebildet sein, der/das beispielsweise zum Bereitstellen einer elektromagnetischer Strahlung aus einem bereitgestellten elektrischen Strom eingerichtet ist.
- Das optoelektronische Bauelement kann als eine organische Leuchtdiode, ein organischer Fotodetektor oder eine organische Solarzelle ausgebildet sein.
- Eine organische Leuchtdiode kann als ein Top-Emitter oder ein Bottom-Emitter ausgebildet sein. Bei einem Bottom-Emitter wird Licht aus dem elektrisch aktiven Bereich durch den Träger emittiert. Bei einem Top-Emitter wird Licht aus der Oberseite des elektrisch aktiven Bereiches emittiert und nicht durch den Träger.
- Ein Top-Emitter und/oder Bottom-Emitter kann auch optisch transparent oder optisch transluzent ausgebildet sein, beispielsweise kann jede der nachfolgend beschriebenen Schichten oder Strukturen transparent oder transluzent ausgebildet sein.
- Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einem schichtdickengemittelten Brechungsindex einer Struktur der Brechungsindex der Struktur hinsichtlich der in dem Wellenleiter geführten und von dem optoelektronischen Bauelement emittierten oder absorbierten elektromagnetischen Strahlung verstanden werden. Die Mittelung des gemittelten Brechungsindexes kann bei einer Struktur aus einem Stoffgemisch über die Brechungsindizes der Stoffe des Stoffgemisches in diesem Wellenlängenbereich erfolgen. Die Mittelung kann bei einer Struktur aus einem Stoffgemisch gebildet werden mittels eines Bildens der Summe der Brechungsindizes der Stoffe des Stoffgemisches gewichtet mit ihrem jeweiligen Volumenanteil an der Struktur.
- Die Richtcharakteristik eines optoelektronischen Bauelementes beschreibt die Raumwinkelabhängigkeit der Intensität absorbierbarer oder emittiert elektromagnetischer Strahlung. Die Richtcharakteristik für emittierte elektromagnetische Strahlung kann auch als Abstrahlcharakteristik bezeichnet werden. Spezifische Abstrahlcharakteristika weisen beispielsweise eine lineare, eine elliptische, eine rechteckige, eine Batwing-förmige, eine Keulen-förmige oder Lambert'sche Intensitätsverteilung auf. Eine schaltbare oder veränderbare Abstrahlcharakteristik kann auch als schaltbare Emissionsrichtung bezeichnet werden. Ein Ändern der Abstrahlcharakteristik kann beispielsweise ein Ändern einer Lambert'schen Abstrahlcharakteristik zu einer Batwingförmigen Abstrahlcharakteristik sein.
- Die Richtcharakteristik kann bei einem optoelektronischen Bauelement, das als Fotodetektor oder Solarzelle ausgebildet ist, beispielsweise die Sensitivität hinsichtlich einfallender elektromagnetischer Strahlung ändern. Dadurch kann das optoelektronische vor elektromagnetischer Strahlung mit einer zu hohen Intensität geschützt werden. Dadurch kann beispielsweise eine Überhitzung und/oder Degradierung organischer Stoffe reduziert bzw. vermieden werden.
- Fig.lA-D zeigen schematische Darstellungen optoelektronischer Bauelemente gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist ein optoelektronisches Bauelement 100 eine optisch aktive Struktur 150 und wenigstens eine Streustruktur 110 auf oder über einem hermetisch dichten Substrat 130.
- Die optisch aktive Struktur 150 ist zum Aufnehmen und/oder Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlung ausgebildet und wird beispielsweise in
2A näher beschrieben. - Die Streustruktur 110 ist im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung auf oder über der optisch aktiven Struktur 150 ausgebildet.
- Die Streustruktur ist derart ausgebildet, dass die Richtcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung elektrisch veränderbar ist.
- Mittels einer Kombination von Flüssigkristallen und mikrostrukturierten Oberflächen kann eine Streustruktur realisiert werden, mit der die Abstrahlcharakteristik einer OLED verändert werden kann, beispielsweise auf eine gewünschte Abstrahlcharakteristik eingestellt werden kann. Die Streustruktur weist einen doppelbrechenden Stoff auf, der auf oder über einer Mikrostruktur ausgebildet ist. Ein doppelbrechender Stoff weist unterschiedliche Brechungsindizes in Abhängigkeit von der Ausbreitungsrichtung und Polarisation der elektromagnetischen Strahlung auf. Dadurch ist der Brechungsindexkontrast an der Grenzfläche von Mikrostruktur zu doppelbrechendem Stoff abhängig von dem Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung auf diese Grenzfläche.
- Ein doppelbrechender Stoff ist beispielsweise ein Flüssigkristall in einer doppelbrechenden Phase, beispielsweise ein flüssigkristallines Polymer. Ein Flüssigkristall ist einerseits flüssig ist wie eine Flüssigkeit und weist andererseits richtungsabhängige (anisotrope) physikalische Eigenschaften auf wie ein Kristall.
- In einer Ausgestaltung ist die Mikrostruktur hinsichtlich der Struktur des doppelbrechenden Stoffes derart ausgebildet, dass bei wenigstens einer Orientierung des doppelbrechenden Stoffes hinsichtlich der Mikrostruktur in einem elektrischen Feld die Streustruktur nichtstreuend für die elektromagnetische Strahlung ist. Eine solche nichtstreuende Anordnung kann realisiert sein wenn der Brechungsindexkontrast an der Grenzfläche von Mikrostruktur zu doppelbrechendem Stoff in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung vernachlässigbar gering ist.
- Das hermetisch dichte Substrat 130 kann einen Träger und eine erste Barriereschicht aufweisen. Ausgestaltungen des hermetisch dichten Substrates 130 werden in
2 näher beschrieben. - Die optisch aktive Struktur 150 kann direkt auf dem hermetisch dichten Substrat 130 ausgebildet sein und die Streustruktur 110 auf der optisch aktiven Struktur 150 (veranschaulicht in
1A) oder auf der Seite des hermetisch dichten Substrates 130, die der optisch aktiven Struktur 150 abgewandt ist (veranschaulicht in1B) . Dadurch kann die Streustruktur 110 nach dem Herstellen der optisch aktiven Struktur 150 in dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Streustruktur 110 aufgeklebt werden. Die elektromagnetische Strahlung kann durch das hermetisch dichte Substrat 130 emittiert und/oder absorbiert werden und/oder von einer Seite der optisch aktiven Struktur 150, die dem hermetisch dichten Substrat 130 abgewandt ist. - Eine Streustruktur 110 kann jedoch auch zwischen der optisch aktiven Struktur 150 und dem hermetisch dichten Substrat 130 im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein (veranschaulicht in
1C ). Das hermetisch dichte Substrat 130 kann in dieser Ausgestaltung transmittierend und/oder reflektierend sein hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung. Die optisch aktive Struktur 150 kann in dieser Ausgestaltung auf der Streustruktur 110 ausgebildet sein; und mit der Streustruktur 110 eine gemeinsame Elektrode aufweisen. - Die wenigstens eine Streustruktur 110 kann mehrere Streustrukturen aufweisen. Die optisch aktive Struktur 150 kann zwischen einer ersten Streustruktur 110A und einer zweiten Streustruktur 110B ausgebildet sein (veranschaulicht in
1D ) und/oder eine erste Streustruktur 110A im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung zwischen der optisch aktiven Struktur 150 und einer zweiten Streustruktur 110B ausgebildet sein. Dadurch können unterschiedlich Richtcharakteristika realisiert werden, beispielsweise unterschiedliche Abstrahlcharakteristika für die unterschiedlichen Seiten des hermetisch dichten Substrates 130. Weiterhin können die mehreren Streustrukturen 110A, 110B unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise unterschiedliche elektrisch veränderbare Richtcharakteristika aufweisen, unterschiedlich funktionale Partikel aufweisen (siehe Beschreibung der2B) und/oder unterschiedlich strukturiert sein. Dadurch kann beispielsweise eine Information dargestellt werden, beispielsweise ein Piktogramm, ein Schriftzug, ein Ideogramm und/oder eine vorgegebene Richtcharakteristik. - In einer Ausgestaltung kann im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung die Streustruktur 110 zwischen einem Träger und der optisch aktiven Struktur 150 ausgebildet sein (veranschaulicht in
1C ). Die Streustruktur 110 kann derart ausgebildet sein, dass sie einen Brechungsindex aufweist, dessen Betrag des Realteils des Brechungsindexes größer ist als der Betrag des Realteils des Trägers und kleiner ist als der Betrag des Realteils des schichtdickengemittelten Brechungsindexes der organischen funktionellen Schichtenstruktur der optisch aktiven Struktur 150. Dadurch kann die Streustruktur 110 die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem optoelektronischen Bauelement 100 erhöhen. - In einer Ausgestaltung kann im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ein Träger zwischen der Streustruktur 110 und der optisch aktiven Struktur 150 ausgebildet sein (veranschaulicht in
1B) . Die Streustruktur 110 kann derart ausgebildet sein, dass sie einen Brechungsindex aufweist, dessen Betrag des Realteils des Brechungsindexes kleiner ist als der Betrag des Realteils des Brechungsindexes des Trägers. Dadurch kann die Streustruktur 110 die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem optoelektronischen Bauelement 150 erhöhen. -
2A, B zeigen schematische Querschnittsansichten optoelektronischer Bauelemente gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. -
2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht des optisch aktiven Bereiches und des hermetisch dichten Substrates gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. - Das optoelektronische Bauelement 100 weist ein hermetisch dichtes Substrat 130 und eine optisch aktive Struktur 150 auf oder über dem hermetisch dichten Substrat auf. Die optisch aktive Struktur 150 weist einen aktiven Bereich 206 und eine Verkapselungsstruktur 228 auf.
- Der aktive Bereich 206 ist ein elektrisch aktiver Bereich 206 und/oder ein optisch aktiver Bereich 206. Der aktive Bereich 206 ist beispielsweise der Bereich des optoelektronischen Bauelements 100, in dem elektrischer Strom zum Betrieb des optoelektronischen Bauelements 100 fließt und/oder in dem elektromagnetische Strahlung erzeugt und/oder absorbiert wird.
- Der elektrisch aktive Bereich 206 kann eine erste Elektrode 210, eine organische funktionelle Schichtenstruktur 212 und eine zweiten Elektrode 214 aufweisen.
- Die organische funktionelle Schichtenstruktur 206 kann ein, zwei oder mehr funktionelle Schichtenstruktur-Einheiten und eine, zwei oder mehr Zwischenschichtstruktur(en) zwischen den Schichtenstruktur-Einheiten aufweisen. Die organische funktionelle Schichtenstruktur 212 kann beispielsweise eine erste organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 216, eine Zwischenschichtstruktur 218 und eine zweite organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 220 aufweisen.
- Die Verkapselungsstruktur 228 kann eine zweite Barriereschicht 208, eine schlüssige Verbindungsschicht 222 und eine Abdeckung 224 aufweisen.
- Der Träger 202 kann Glas, Quarz, und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Träger eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Kunststoff kann ein oder mehrere Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)) aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen oder daraus gebildet sein.
- Der Träger 202 kann ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, Platin, Eisen, beispielsweise eine Metallverbindung, beispielsweise Stahl.
- Der Träger 202 kann opak, transluzent oder sogar transparent ausgeführt sein.
- Der Träger 202 kann ein Teil einer Spiegelstruktur sein oder diese bilden.
- Der Träger 202 kann einen mechanisch rigiden Bereich und/oder einen mechanisch flexiblen Bereich aufweisen oder derart ausgebildet sein, beispielsweise als eine Folie.
- Der Träger 202 kann als Wellenleiter für elektromagnetische Strahlung ausgebildet sein, beispielsweise transparent oder transluzent sein hinsichtlich der emittierten oder absorbierten elektromagnetischen Strahlung des optoelektronischen Bauelementes 100.
- Die erste Barriereschicht 204 kann eines der nachfolgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid Lanthaniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminium-dotiertes Zinkoxid, Poly(p-phenylenterephthalamid), Nylon 66, sowie Mischungen und Legierungen derselben.
- Die erste Barriereschicht 204 kann mittels eines der folgenden Verfahren ausgebildet werden: ein Atomlagenabscheideverfahrens (Atomic Layer Deposition (ALD)), beispielsweise eines plasmaunterstützten Atomlagenabscheideverfahrens (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD)) oder ein plasmaloses Atomlageabscheideverfahren (Plasma-less Atomic Layer Deposition (PLALD)); ein chemisches Gasphasenabscheideverfahren (Chemical Vapor Deposition (CVD)), beispielsweise ein plasmaunterstütztes Gasphasenabscheideverfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)) oder ein plasmaloses Gasphasenabscheideverfahren (Plasma-less Chemical Vapor Deposition (PLCVD)); oder alternativ mittels anderer geeigneter Abscheideverfahren.
- Bei einer ersten Barriereschicht 204, die mehrere Teilschichten aufweist, können alle Teilschichten mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens gebildet werden. Eine Schichtenfolge, die nur ALD-Schichten aufweist, kann auch als „Nanolaminat“ bezeichnet werden.
- Bei einer erste Barriereschicht 204, die mehrere Teilschichten aufweist, können eine oder mehrere Teilschichten der ersten Barriereschicht 204 mittels eines anderen Abscheideverfahrens als einem Atomlagenabscheideverfahren abgeschieden werden, beispielsweise mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens.
- Die erste Barriereschicht 204 kann eine Schichtdicke von ungefähr 0,1 nm (eine Atomlage) bis ungefähr 1000 nm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm gemäß einer Ausgestaltung, beispielsweise ungefähr 40 nm gemäß einer Ausgestaltung.
- Die erste Barriereschicht 204 kann ein oder mehrere hochbrechende Materialien aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere Material(ien) mit einem hohen Brechungsindex, beispielsweise mit einem Brechungsindex von mindestens 2.
- Ferner ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ausführungsbeispielen auch ganz auf eine erste Barriereschicht 204 verzichtet werden kann, beispielsweise für den Fall, dass der Träger 202 hermetisch dicht ausgebildet ist, beispielsweise Glas, Metall, Metalloxid aufweist oder daraus gebildet ist.
- Die erste Elektrode 204 kann als Anode oder als Kathode ausgebildet sein.
- Die erste Elektrode 210 kann eines der folgenden elektrisch leitfähigen Material aufweisen oder daraus gebildet werden: ein Metall; ein leitfähiges transparentes Oxid (transparent conductive oxide, TCO); ein Netzwerk aus metallischen Nanodrähten und -teilchen, beispielsweise aus Ag, die beispielsweise mit leitfähigen Polymeren kombiniert sind; ein Netzwerk aus Kohlenstoff-Nanoröhren, die beispielsweise mit leitfähigen Polymeren kombiniert sind; Graphen-Teilchen und -Schichten; ein Netzwerk aus halbleitenden Nanodrähten; ein elektrisch leitfähiges Polymer; ein Übergangsmetalloxid; und/oder deren Komposite. Die erste Elektrode 210 aus einem Metall oder ein Metall aufweisend kann eines der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: Ag, Pt, Au, Mg, Al, Ba, In, Ca, Sm oder Li, sowie Verbindungen, Kombinationen oder Legierungen dieser Materialien. Die erste Elektrode 210 kann als transparentes leitfähiges Oxid eines der folgenden Materialien aufweisen: beispielsweise Metalloxide: beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, oder Indium-Zinn-Oxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2, oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, beispielsweise AlZnO, Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitfähiger Oxide zu der Gruppe der TCOs und können in verschiedenen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können ferner p-dotiert oder n-dotiert sein, bzw. lochleitend (p-TCO) oder elektronenleitend (n-TCO) sein.
- Die erste Elektrode 210 kann eine Schicht oder einen Schichtenstapel mehrerer Schichten desselben Materials oder unterschiedlicher Materialien aufweisen. Die erste Elektrode 210 kann 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) oder ITO-Ag-ITO Multischichten.
- Die erste Elektrode 204 kann beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von 10 nm bis 500 nm, beispielsweise von kleiner 25 nm bis 250 nm, beispielsweise von 50 nm bis 100 nm.
- Die erste Elektrode 210 kann einen ersten elektrischen Anschluss aufweisen, an den ein erstes elektrisches Potential anlegbar ist. Das erste elektrische Potential kann von einer Energiequelle bereitgestellt werden, beispielsweise einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle. Alternativ kann das erste elektrische Potential an einen elektrisch leitfähigen Träger 202 angelegt sein und die erste Elektrode 210 durch den Träger 202 mittelbar elektrisch zugeführt sein. Das erste elektrische Potential kann beispielsweise das Massepotential oder ein anderes vorgegebenes Bezugspotential sein.
- In
1 ist ein optoelektronisches Bauelement 100 mit einer ersten organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheit 216 und einer zweite organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheit 220 dargestellt. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 212 aber auch mehr als zwei organische funktionelle Schichtenstrukturen aufweisen, beispielsweise 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, oder sogar mehr, beispielsweise 15 oder mehr, beispielsweise 70. - Die erste organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 216 und die optional weiteren organischen funktionellen Schichtenstrukturen können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise ein gleiches oder unterschiedliches Emittermaterial aufweisen. Die zweite organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 220, oder die weiteren organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten können wie eine der nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen der ersten organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheit 216 ausgebildet sein.
- Die erste organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 216 kann eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht, eine Emitterschicht, eine Elektronentransportschicht und eine Elektroneninjektionsschicht aufweisen.
- In einer organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheit 212 kann eine oder mehrere der genannten Schichten vorgesehen sein, wobei gleiche Schicht einen körperlichen Kontakt aufweisen können, nur elektrisch miteinander verbunden sein können oder sogar elektrisch voneinander isoliert ausgebildet sein können, beispielsweise nebeneinander angeordnet sein können. Einzelne Schichten der genannten Schichten können optional sein.
- Eine Lochinjektionsschicht kann auf oder über der ersten Elektrode 210 ausgebildet sein. Die Lochinjektionsschicht kann eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: HAT-CN, Cu(I)pFBz, MoOx, WOx, VOx, ReOx, F4-TCNQ, NDP-2, NDP-9, Bi(III)pFBz, F16CuPc; NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); beta-NPB N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro); DMFL-TPD N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DMFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DPFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); DPFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); Spiro-TAD (2,2',7,7'-Tetrakis(n,n-diphenylamino)-9,9 ‚-spirobifluoren); 9,9-Bis[4-(N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N‘-bis-naphthalen-2-yl-N,N'-bis-phenyl-amino)-phenyl]-9H-fluor; N,N'-bis (phenanthren-9-yl)-N,N'-bis (phenyl)-benzidin; 2,7-Bis[N,N-bis(9,9-spiro-bifluorene-2-yl)-amino]-9,9-spirobifluoren; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]9,9-spirobifluoren; 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amino)9,9-spiro-bifluoren; Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexan; 2,2',7,7'-tetra(N, N-di-tolyl)amino-spiro-bifluoren; und/oder N, N,N',N'-tetra-naphthalen-2-yl-benzidin.
- Die Lochinjektionsschicht kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 1000 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 nm bis ungefähr 300 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 200 nm.
- Auf oder über der Lochinjektionsschicht kann eine Lochtransportschicht ausgebildet sein. Die Lochtransportschicht kann eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); beta-NPB N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro); DMFL-TPD N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DMFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DPFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); DPFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); Spiro-TAD (2,2',7,7'-Tetrakis(n,n-diphenylamino)-9,9 ‚-spirobifluoren); 9,9-Bis[4-(N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N‘-bis-naphthalen-2-yl-N,N'-bis-phenyl-amino)-phenyl]-9H-fluor; N,N'-bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin; 2,7-Bis[N,N-bis(9,9-spiro-bifluorene-2-yl)-amino]-9,9-spirobifluoren; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]9,9-spirobifluoren; 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amino)9,9-spiro-bifluoren; Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexan; 2,2',7,7'-tetra(N, N-di-tolyl)amino-spiro-bifluoren; und N, N,N',N'-tetra-naphthalen-2-yl-benzidin, ein tertiäres Amin, ein Carbazolderivat, ein leitendes Polyanilin und/oder Polyethylendioxythiophen.
- Die Lochtransportschicht kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 50 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 30 nm, beispielsweise ungefähr 20 nm.
- Auf oder über der Lochtransportschicht kann eine Emitterschicht ausgebildet sein. Jede der organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten 216, 220 kann jeweils eine oder mehrere Emitterschichten aufweisen, beispielsweise mit fluoreszierenden und/oder phosphoreszierenden Emittern.
- Eine Emitterschicht kann organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nichtpolymere Moleküle („small molecules“) oder eine Kombination dieser Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein.
- Das optoelektronische Bauelement 100 kann in einer Emitterschicht eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: organische oder organometallische Verbindungen, wie Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen (beispielsweise 2- oder 2,5-substituiertes Poly-p-phenylenvinylen) sowie Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)-iridium III), grün phosphoreszierendes Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridin)iridium III), rot phosphoreszierendes Ru (dtb-bpy)3*2(PF6) (Tris[4,4'-di-tert-butyl-(2,2')-bipyridin]ruthenium(III)komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4,4-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl), grün fluoreszierendes TTPA (9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4-Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran) als nichtpolymere Emitter.
- Solche nichtpolymeren Emitter sind beispielsweise mittels thermischen Verdampfens abscheidbar. Ferner können Polymeremitter eingesetzt werden, welche beispielsweise mittels eines nasschemischen Verfahrens abscheidbar sind, wie beispielsweise einem Aufschleuderverfahren (auch bezeichnet als Spin Coating).
- Die Emittermaterialien können in geeigneter Weise in einem Matrixmaterial eingebettet sein, beispielsweise einer technischen Keramik oder einem Polymer, beispielsweise einem Epoxid; oder einem Silikon.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Emitterschicht 234 eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 50 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 30 nm, beispielsweise ungefähr 20 nm.
- Die Emitterschicht kann einfarbig oder verschiedenfarbig (zum Beispiel blau und gelb oder blau, grün und rot) emittierende Emittermaterialien aufweisen. Alternativ kann die Emitterschicht mehrere Teilschichten aufweisen, die Licht unterschiedlicher Farbe emittieren. Mittels eines Mischens 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 anderer Wellenlänge emittiert, so dass sich aus einer (noch nicht weißen) Primärstrahlung durch die Kombination von primärer Strahlung und sekundärer Strahlung ein weißer Farbeindruck ergibt.
- Die organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 216 kann eine oder mehrere Emitterschichten aufweisen, die als Lochtransportschicht ausgeführt ist/ sind.
- Weiterhin kann die organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 216 eine oder mehrere Emitterschichten aufweisen, die als Elektronentransportschicht ausgeführt ist/sind.
- Auf oder über der Emitterschicht kann eine Elektronentransportschicht ausgebildet sein, beispielsweise abgeschieden sein.
- Die Elektronentransportschicht kann eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: NET-18; 2,2',2''-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole); 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole,2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP); 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole; 1,3-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene; 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen); 3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole; Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium; 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl; 2-phenyl-9,10-di(naphthalen-2-yl)-anthracene; 2,7-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]-9,9-dimethylfluorene; 1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene; 2-(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; 2,9-Bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane; 1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin; Phenyl-dipyrenylphosphine oxide; Naphtahlintetracarbonsäuredianhydrid bzw. dessen Imide; Perylentetracarbonsäuredianhydrid bzw. dessen Imide; und Stoffen basierend auf Silolen mit einer Silacyclopentadieneinheit.
- Die Elektronentransportschicht kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 50 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 30 nm, beispielsweise ungefähr 20 nm.
- Auf oder über der Elektronentransportschicht kann eine Elektroneninjektionsschicht ausgebildet sein. Die Elektroneninjektionsschicht kann eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: NDN-26, MgAg, Cs2CO3, Cs3PO4, Na, Ca, K, Mg, Cs, Li, LiF; 2,2',2'' -(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole); 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole,2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP); 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole; 1,3-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene; 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen); 3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole; Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium; 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl; 2-phenyl-9,10-di(naphthalen-2-yl)-anthracene; 2,7-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]-9,9-dimethylfluorene; 1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene; 2-(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; 2,9-Bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane; 1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline; Phenyl-dipyrenylphosphine oxide; Naphtahlintetracarbonsäuredianhydrid bzw. dessen Imide; Perylentetracarbonsäuredianhydrid bzw. dessen Imide; und Stoffen basierend auf Silolen mit einer Silacyclopentadieneinheit.
- Die Elektroneninjektionsschicht kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 200 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 nm bis ungefähr 50 nm, beispielsweise ungefähr 30 nm.
- Bei einer organischen funktionellen Schichtenstruktur 212 mit zwei oder mehr organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten 216, 220, kann die zweite organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 220 über oder neben der ersten funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten 216 ausgebildet sein. Elektrisch zwischen den organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten 216, 220 kann eine Zwischenschichtstruktur 218 ausgebildet sein.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Zwischenschichtstruktur 218 als eine Zwischenelektrode 218 ausgebildet sein, beispielsweise gemäß einer der Ausgestaltungen der ersten Elektrode 210. Eine Zwischenelektrode 218 kann mit einer externen Spannungsquelle elektrisch verbunden sein. Die externe Spannungsquelle kann an der Zwischenelektrode 218 beispielsweise ein drittes elektrisches Potential bereitstellen. Die Zwischenelektrode 218 kann jedoch auch keinen externen elektrischen Anschluss aufweisen, beispielsweise indem die Zwischenelektrode ein schwebendes elektrisches Potential aufweist.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Zwischenschichtstruktur 218 als eine Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schichtenstruktur 218 (charge generation layer CGL) ausgebildet sein. Eine Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schichtenstruktur 218 kann eine oder mehrere elektronenleitende Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht(en) und eine oder mehrere lochleitende Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht(en) aufweisen. Die elektronenleitende Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht(en) und die lochleitende Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht(en) können jeweils aus einem intrinsisch leitenden Stoff oder einem Dotierstoff in einer Matrix gebildet sein. Die Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schichtenstruktur 218 sollte hinsichtlich der Energieniveaus der elektronenleitenden Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht(en) und der lochleitenden Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht(en) derart ausgebildet sein, dass an der Grenzfläche einer elektronenleitenden Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht mit einer lochleitenden Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schicht ein Trennung von Elektron und Loch erfolgen kann. Die Ladungsträgerpaar-Erzeugung-Schichtenstruktur 218 kann ferner zwischen benachbarten Schichten eine Diffusionsbarriere aufweisen.
- Jede organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 216, 220 kann beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von maximal ungefähr 3 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 300 nm.
- Das optoelektronische Bauelement 100 kann optional weitere organische funktionalen Schichten aufweisen, beispielsweise angeordnet auf oder über der einen oder mehreren Emitterschichten oder auf oder über der oder den Elektronentransportschicht(en). Die weiteren organischen funktionalen Schichten können beispielsweise interne oder extern Einkoppel-/Auskoppelstrukturen sein, die die Funktionalität und damit die Effizienz des optoelektronischen Bauelements 100 weiter verbessern.
- Auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur 212 oder gegebenenfalls auf oder über der einen oder den mehreren weiteren der organischen funktionellen Schichtenstruktur und/oder organisch funktionalen Schichten kann die zweite Elektrode 214 ausgebildet sein.
- Die zweite Elektrode 214 kann gemäß einer der Ausgestaltungen der ersten Elektrode 210 ausgebildet sein, wobei die erste Elektrode 210 und die zweite Elektrode 214 gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein können. Die zweite Elektrode 214 kann als Anode, also als löcherinjizierende Elektrode ausgebildet sein oder als Kathode, also als eine elektroneninjizierende Elektrode.
- Die zweite Elektrode 214 kann einen zweiten elektrischen Anschluss aufweisen, an den ein zweites elektrisches Potential anlegbar ist. Das zweite elektrische Potential kann von der gleichen oder einer anderen Energiequelle bereitgestellt werden wie das erste elektrische Potential und/oder das optionale dritte elektrische Potential. Das zweite elektrische Potential kann unterschiedlich zu dem ersten elektrischen Potential und/oder dem optional dritten elektrischen Potential sein. Das zweite elektrische Potential kann beispielsweise einen Wert aufweisen derart, dass die Differenz zu dem ersten elektrischen Potential einen Wert in einem Bereich von ungefähr 1,5 V bis ungefähr 20 V aufweist, beispielsweise einen Wert in einem Bereich von ungefähr 2,5 V bis ungefähr 15 V, beispielsweise einen Wert in einem Bereich von ungefähr 3 V bis ungefähr 12 V.
- Auf der zweiten Elektrode 214 kann die zweite Barriereschicht 208 ausgebildet sein.
- Die zweite Barriereschicht 208 kann auch als Dünnschichtverkapselung (thin film encapsulation TFE) bezeichnet werden. Die zweite Barriereschicht 208 kann gemäß einer der Ausgestaltungen der ersten Barriereschicht 204 ausgebildet sein.
- Ferner ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ausführungsbeispielen auch ganz auf eine zweite Barriereschicht 208 verzichtet werden kann. In solch einer Ausgestaltung kann das optoelektronische Bauelement 100 beispielsweise eine weitere Verkapselungsstruktur aufweisen, wodurch eine zweite Barriereschicht 208 optional werden kann, beispielsweise eine Abdeckung 224, beispielsweise eine Kavitätsglasverkapselung oder metallische Verkapselung.
- Ferner können in verschiedenen Ausführungsbeispielen zusätzlich noch eine oder mehrere Ein-/Auskoppelschichten in dem optoelektronischen Bauelementes 100 ausgebildet sein, beispielsweise eine externe Auskoppelfolie auf oder über dem Träger 202 (nicht dargestellt)oder eine interne Auskoppelschicht (nicht dargestellt) im Schichtenquerschnitt des optoelektronischen Bauelementes 100. Die Ein-/Auskoppelschicht kann eine Matrix und darin verteilt Streuzentren aufweisen, wobei der mittlere Brechungsindex der Ein-/Auskoppelschicht größer ist als der mittlere Brechungsindex der Schicht, aus der die elektromagnetische Strahlung bereitgestellt wird. Ferner können in verschiedenen Ausführungsbeispielen zusätzlich eine oder mehrere Entspiegelungsschichten (beispielsweise kombiniert mit der zweiten Barriereschicht 208) in dem optoelektronischen Bauelement 100 vorgesehen sein.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann auf oder über der zweiten Barriereschicht 208 eine schlüssige Verbindungsschicht 222 vorgesehen sein, beispielsweise aus einem Klebstoff oder einem Lack. Mittels der schlüssigen Verbindungsschicht 222 kann eine Abdeckung 224 auf der zweiten Barriereschicht 208 schlüssig verbunden werden, beispielsweise aufgeklebt sein.
- Eine schlüssige Verbindungsschicht 222 aus einem transparenten Material kann beispielsweise Partikel aufweisen, die elektromagnetische Strahlung streuen, beispielsweise lichtstreuende Partikel. Dadurch kann die schlüssige Verbindungsschicht 222 als Streuschicht wirken und zu einer Verbesserung des Farbwinkelverzugs und der Auskoppeleffizienz führen.
- Als lichtstreuende Partikel können dielektrische Streupartikel vorgesehen sein, beispielsweise aus einem Metalloxid, beispielsweise Siliziumoxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Zirkoniumoxid (ZrO2), Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Indium-Zink-Oxid (IZO), Galliumoxid (Ga2Ox) Aluminiumoxid, oder Titanoxid. Auch andere Partikel können geeignet sein, sofern sie einen Brechungsindex haben, der von dem effektiven Brechungsindex der Matrix der schlüssigen Verbindungsschicht 222 verschieden ist, beispielsweise Luftblasen, Acrylat, oder Glashohlkugeln. Ferner können beispielsweise metallische Nanopartikel, Metalle wie Gold, Silber, Eisen-Nanopartikel, oder dergleichen als lichtstreuende Partikel vorgesehen sein.
- Die schlüssige Verbindungsschicht 222 kann eine Schichtdicke von größer als 1 µm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke von mehreren pm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die schlüssige Verbindungsschicht 222 einen Laminations-Klebstoff aufweisen oder ein solcher sein.
- Die schlüssige Verbindungsschicht 222 kann derart eingerichtet sein, dass sie einen Klebstoff mit einem Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als der Brechungsindex der Abdeckung 224. Ein solcher Klebstoff kann beispielsweise ein niedrigbrechender Klebstoff sein wie beispielsweise ein Acrylat, der einen Brechungsindex von ungefähr 1,3 aufweist. Der Klebstoff kann jedoch auch ein hochbrechender Klebstoff sein der beispielsweise hochbrechende, nichtstreuende Partikel aufweist und einen schichtdickengemittelten Brechungsindex aufweist, der ungefähr dem mittleren Brechungsindex der organisch funktionellen Schichtenstruktur 212 entspricht, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1,7 bis ungefähr 2,0. Weiterhin können mehrere unterschiedliche Klebstoffe vorgesehen sein, die eine Kleberschichtenfolge bilden.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann zwischen der zweiten Elektrode 214 und der schlüssigen Verbindungsschicht 222 noch eine elektrisch isolierende Schicht (nicht dargestellt) aufgebracht werden oder sein, beispielsweise SiN, beispielsweise mit einer Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1,5 µm, beispielsweise mit einer Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 500 nm bis ungefähr 1 µm, um elektrisch instabile Materialien zu schützen, beispielsweise während eines nasschemischen Prozesses.
- In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine schlüssige Verbindungsschicht 222 optional sein, beispielsweise falls die Abdeckung 224 direkt auf der zweiten Barriereschicht 208 ausgebildet wird, beispielsweise eine Abdeckung 224 aus Glas, die mittels Plasmaspritzens ausgebildet wird.
- Auf oder über dem elektrisch aktiven Bereich 206 kann ferner eine sogenannte Getter-Schicht oder Getter-Struktur, beispielsweise eine lateral strukturierte Getter-Schicht, angeordnet sein (nicht dargestellt).
- Die Getter-Schicht kann ein Material aufweisen oder daraus gebildet sein, dass Stoffe, die schädlich für den elektrisch aktiven Bereich 206 sind, absorbiert und bindet. Eine Getter-Schicht kann beispielsweise ein Zeolith-Derivat aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Getter-Schicht kann transluzent, transparent oder opak und/oder undurchlässig hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung, die in dem optisch aktiven Bereich emittiert und/oder absorbiert wird, ausgebildet sein.
Die Getter-Schicht kann eine Schichtdicke von größer als ungefähr 1 µm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke von mehreren pm. - In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Getter-Schicht einen Laminations-Klebstoff aufweisen oder in der schlüssigen Verbindungsschicht 222 eingebettet sein.
- Auf oder über der schlüssigen Verbindungsschicht 222 kann eine Abdeckung 224 ausgebildet sein. Die Abdeckung 224 kann mittels der schlüssigen Verbindungsschicht 222 mit dem elektrisch aktiven Bereich 206 schlüssig verbunden sein und diesen vor schädlichen Stoffen schützen. Die Abdeckung 224 kann beispielsweise eine Glasabdeckung 224, eine Metallfolienabdeckung 224 oder eine abgedichtete Kunststofffolien-Abdeckung 224 sein. Die Glasabdeckung 224 kann beispielsweise mittels einer Fritten-Verbindung (engl. glass frit bonding/glass soldering/seal glass bonding) mittels eines herkömmlichen Glaslotes in den geometrischen Randbereichen des organischen optoelektronischen Bauelementes 100 mit der zweite Barriereschicht 208 bzw. dem elektrisch aktiven Bereich 206 schlüssig verbunden werden.
- Die Abdeckung 224 und/oder die schlüssige Verbindungsschicht 222 können einen Brechungsindex (beispielsweise bei einer Wellenlänge von 633 nm) von 1,55 aufweisen.
-
2B zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Streustruktur gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. - Die Streustruktur 110 kann eine dritte Elektrode 252, eine elektrooptische Struktur 254 auf der dritten Elektrode 252, und eine vierte Elektrode 256 auf der elektrooptischen Struktur 254 aufweisen. Die Streustruktur 110 kann transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein, beispielsweise transparent oder transluzent.
- Die elektrooptische Struktur 254 kann eine Mikrostruktur 258 aufweisen. Die Mikrostruktur 258 ist derart ausgebildet, dass über der Mikrostruktur 258 in der elektrooptischen Struktur 110 mehrere Kavitäten 260 gebildet sind. In
2B sollen die Kavitäten veranschaulicht sein mittels der gepunkteten Abgrenzungslinie mit dem Bezugszeichen 262. - Die Mikrostrukturen 258 sollten transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein. Die Mikrostrukturen 258 können beispielsweise aus einer transmittierenden technischen Keramik und/oder einem transmittierendem Polymer ausgebildet sein, beispielsweise SiO2, Al2O3, ein Silikon, ein Epoxid, ein Polyacrylat, ein Klebstoff (beispielsweise gemäß einer Ausgestaltung der Beschreibung der
2A) . - Eine Mikrostruktur 258 kann derart ausgebildet sein, dass sie einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner oder gleich dem schichtdickengemittelten Brechungsindex der organischen funktionellen Schichtenstruktur ist.
- Der doppelbrechende Stoff der Streustruktur 110 kann derart in die mittels der Mikrostruktur 258 gebildeten Kavitäten 260 eingebracht sein, dass die Kavitäten teilweise, vollständig oder überfüllt sind mit doppelbrechendem Stoff. Überfüllte Kavitäten sind in
2B veranschaulicht mittels des Bereiches mit dem Bezugszeichen 264. - Der doppelbrechende Stoff kann beispielsweise ein flüssigkristalliner Stoff sein, wobei der flüssigkristalline Stoff im Betrieb des optoelektronischen Bauelementes in einer doppelbrechenden Phase ist und die Ausrichtung der Orientierung des ordentlichen und des außerordentlichen Brechungsindexes sich elektrisch einstellen lässt. Das elektrische Einstellen kann beispielsweise mittels eines Änderns des elektrischen Feldes zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode ausgebildet sein. Der flüssigkristalline Stoff kann beispielsweise ein herkömmliches flüssigkristallines Polymer sein, das die genannten Anforderungen erfüllt. Beispielsweise sollte der flüssigkristalline Stoff in einer doppelbrechenden Phase sein in einem Temperaturbereich von ungefähr -40 °C bis ungefähr + 120 °C.
- Weiterhin können in die Kavitäten 260 Partikel eingebracht werden, beispielsweise mit dem doppelbrechenden Stoff, beispielsweise eingebettet in einer Matrix. Die Partikel können elektrisch polarisierbar sein und wenigstens eine farbverändernde und/oder reflektierende Seite aufweisen. Dadurch kann mittels eines Änderns der Richtcharakteristik des optoelektronischen Bauelementes 100 gleichzeitig das Erscheinungsbild des optoelektronischen Bauelementes 100 verändert werden.
-
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelementes. - Die optisch aktive Struktur 150 und/oder eine Streustruktur 110 (veranschaulicht in
3 ) oder mehrere Streustrukturen (siehe1D ) können auf und/oder über einem Träger, beispielsweise einem hermetisch dichten Substrat 130 ausgebildet oder aufgebracht sein. - Das Substrat 130 kann transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet sein. Dadurch kann der Träger im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet werden, beispielsweise bei einem optoelektronischen Bauelement als Bottom-Emitter.
- Bei einem optoelektronischen Bauelement 100, das als Top-Emitter bzw. Top-Absorber ausgebildet ist (veranschaulicht in
3 ) können das Substrat 130 und/oder die erste Elektrode 210 opak und/oder reflektierend ausgebildet sein. Ein opakes und/oder reflektierendes Substrat 130, beispielsweise mit erster Elektrode 210, kann als eine Metallfolie oder Metall beschichtete Folie ausgebildet sein. - Das optoelektronischen Bauelement 100 kann derart ausgebildet sein, dass die Streustruktur 110 und die optisch aktive Struktur 150 eine gemeinsame Elektrode 306 aufweisen. Beispielsweise kann die elektrooptische Struktur 254 auf der zweiten Elektrode 214 ausgebildet sein. Dadurch sind die zweite Elektrode 214 und die dritte Elektrode 252 als eine gemeinsame Elektrode 306 ausgebildet.
- In einer Ausgestaltung können die vierte Elektrode und die erste Elektrode als eine gemeinsame Elektrode ausgebildet sein, indem der optisch aktive Bereich (siehe Beschreibung der
2A) auf der vierten Elektrode ausgebildet wird. - Die gemeinsame Elektrode 306 kann beispielsweise ein MassePotential aufweisen. Dadurch kann die Anzahl an zu kontaktierenden Elektroden reduziert werden und eine monolithisch in dem optoelektronischen Bauelement 100 integrierte Streustruktur 110 ausgebildet werden.
- Die vierte Elektrode 256 kann ein elektrisches Potential aufweisen, das kleiner ist als das elektrische Potential der ersten Elektrode 210 oder der gemeinsamen Elektrode 306. Somit kann die gemeinsame Elektrode 306 für die optisch aktive Struktur 150 eine Kathode sein und für die Streustruktur 110 eine Anode sein. Bezogen auf das optoelektronische Bauelement 100 hinsichtlich der ersten Elektrode 210 kann die gemeinsame Elektrode daher als erste Katode 306 und die vierte Elektrode 256 als zweite Kathode bezeichnet werden (veranschaulicht in
3 ). Alternativ kann die vierte Elektrode 256 ein elektrisches Potential aufweisen, das größer ist als das elektrische Potential der der gemeinsamen Elektrode 306. Somit kann die gemeinsame Elektrode 306 für die optisch aktive Struktur 150 und für die Streustruktur 110 eine Kathode sein. Bezogen auf das optoelektronische Bauelement 100 hinsichtlich der ersten Elektrode 210 kann die gemeinsame Elektrode daher als (erste) Kathode 306 und die vierte Elektrode 256 als zweite Anode bezeichnet werden. - Bei einem einseitig emittierenden und/oder absorbierenden optoelektronischen Bauelement 100 sollte die gemeinsame Elektrode 306 und die vierte Elektrode 256 bzw. die erste Elektrode 210 transmittierend ausgebildet sein, beispielsweise transparent oder transluzent.
- Auf der gemeinsamen Elektrode 306 können Mikrostrukturen ausgebildet sein, beispielsweise ein Mikrolinsenfeld (micro lense array - MLA). Die Mikrostrukturen können eine beliebige Struktur aufweisen. Beispielsweise kann eine Mikrostruktur eine pyramidenförmige Struktur (veranschaulicht in
3 ) aufweisen mit geraden oder gekrümmten Seitenflächen, beispielsweise konvex und/oder konkav. Dadurch können unterschiedliche Richtcharakteristika des optoelektronischen Bauelementes realisiert werden. Eine Mikrostruktur kann einen Brechungsindex aufweisen der größer ist als 1,3; beispielweise in einem Bereich von ungefähr 1,5 bis ungefähr 1,8. Solche Mikrostrukturen können auch als Auskoppelstruktur bezeichnet werden. - Auf oder über den Mikrostrukturen ist ein doppelbrechender, elektrisch polarisierbarer Stoff ausgebildet. Dieser Stoff kann beispielsweise als Flüssigkristalle ausgebildet sein. Die Hohlräume zwischen den pyramidenförmigen Mikrostrukturen, d.h. die Kavitäten, können mit dem flüssigkristallinen Stoff verfüllt werden, sodass eine plane Oberfläche ausgebildet ist.
- Auf den flüssigkristallinen Stoff ist die vierte Elektrode 256 ausgebildet, um die Orientierung der Flüssigkristalle beeinflussen zu können.
- Ein flüssigkristalliner Stoff weist entlang einer ersten Kristallachse einen ersten Brechungsindex und entlang einer zweiten Kristallachse einen zweiten Brechungsindex auf. Beispielsweise weist der flüssigkristalline Stoff E44 bei einer Wellenlänge von 587,6 nm einen Brechungsindex entlang einer ersten Kristallachse von ungefähr 1,527 und entlang einer zweiten Kristallachse von ungefähr 1,786 auf. Der Brechungsindexkontrast ist somit abhängig von der Kristallorientierung des flüssigkristallinen Stoffes bezüglich der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung.
- Ein weiterer geeigneter flüssigkristalliner Stoff ist beispielsweise E7 mit einem Brechungsindex entlang einer ersten Kristallachse von ungefähr 1,52237 und entlang einer zweiten Kristallachse von ungefähr 1,73938 jeweils bei einer Wellenlänge von 587,6 nm.
- Ein weiterer geeigneter flüssigkristalliner Stoff ist beispielsweise TL-216 mit einem Brechungsindex entlang einer ersten Kristallachse von ungefähr 1,52262 und entlang einer zweiten Kristallachse von ungefähr 1,73132 jeweils bei einer Wellenlänge von 587,6 nm.
- Die erste Kristallachse kann die Kristallrichtung hinsichtlich des ordentlichen Strahls, und die zweite Kristallrichtung die Kristallrichtung hinsichtlich des außerordentlichen Strahls elektromagentischer Strahlung in einem doppelbrechenden Kristall sein.
- Mittels eines Änderns einer angelegten Spannung über die gemeinsame Elektrode 306 und die vierte Elektrode 256 kann ein Brechungsindex zwischen dem ersten Brechungsindex und dem zweiten Brechungsindex eingestellt werden. Dadurch kann der Brechungsindexkontrast zwischen Mikrostruktur und flüssigkristallinem Stoff verändert werden. Der Brechungsindexkontrast kann auch als Brechungsindexunterschied bezeichnet werden. Ist der Betrag des Brechungsindexunterschiedes größer als ungefähr 0,05 kann eine Streuung von elektromagnetischer Strahlung an einer Grenzfläche bei streifendem Einfall erfolgen. Je nach eingestelltem Brechungsindex ist die Grenzfläche zwischen Mikrostruktur und flüssigkristallinem Stoff optisch glatt (nichtstreuend) oder optisch rau (streuend). Mittels der Orientierung der Flüssigkristalle hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung kann die Abstrahlcharakteristik der OLED beeinflusst werden.
- Die Mikrostruktur kann die Ausrichtung der Flüssigkristalle optisch begrenzen. Mit anderen Worten: die Streustruktur 110 kann die elektromagnetischen Strahlung streuen bei einer Orientierung der Flüssigkristalle senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung. Dies soll in nachfolgender Betrachtung veranschaulicht werden:
- Die Streustruktur ist derart ausgebildet, dass die Flüssigkristalle in der ersten Kristallrichtung einen Brechungsindexunterschied hinsichtlich der Mikrostruktur aufweisen, der größer ist als 0,05 (streuend). In der zweiten Kristallrichtung weisen die Flüssigkristalle einen Brechungsindexunterschied hinsichtlich der Mikrostruktur aufweisen, der kleiner ist als 0,05 (nicht-streuend). Die erste Kristallachse kann beispielsweise die Hochindex-Ebene des Flüssigkristalls sein.
- In einer ersten Ansteuerung der Streustruktur 110 sind die Flüssigkristalle derart orientiert, dass sich die erste Kristallachse in vertikaler Orientierung 302 befindet. Die OLED ist in einem nichtstreuenden Zustand. Es kommt zu keiner Streuung oder zusätzlichen Auskoppelung, beispielsweise da ein Teil des Lichtes von der Grenzfläche der Mikrostruktur mit den Flüssigkristallen reflektiert wird.
- In einer zweiten Ansteuerung der Streustruktur 110 sind die Flüssigkristalle derart orientiert, dass sich die erste Kristallachse in horizontaler Orientierung 304 befindet. Die OLED ist in einem Auskoppel-Modus. Das Licht wird symmetrisch ausgekoppelt, d.h. die Mikrostrukturen wirken als Auskoppelstrukturen.
- In einer dritten Ansteuerung der Streustruktur sind die Flüssigkristalle derart orientiert, dass die Flüssigkristalle mit der ersten Kristallachs beispielsweise um 45° von der vertikalen Orientierung 302 nach links verkippt sind. Die zweite Kristallachse ist dann um 45° nach rechts verkippt. Das Licht wird nun asymmetrisch ausgekoppelt. Mehr Licht kann auf der Seite in Richtung der ersten Kristallachse aus dem optoelektronischen Bauelement ausgekoppelt werden. In die Richtung der zweiten Kristallachse kann weniger Licht ausgekoppelt werden. Dadurch kann die Abstrahlcharakteristik der OLED verändert werden.
- In einer vierten Ansteuerung der Streustruktur sind die Flüssigkristalle derart orientiert, dass die Flüssigkristalle mit der ersten Kristallachs beispielsweise um 45° von der vertikalen Orientierung 302 nach rechts verkippt sind. Die zweite Kristallachse ist dann um 45° nach links verkippt. Das Licht wird wie in der dritten Ansteuerung asymmetrisch ausgekoppelt.
- In einer fünften Ansteuerung wird die Steuervorrichtung wie in der dritten Ansteuerung und vierten Ansteuerung angesteuert, jedoch mit Zwischenstufen.
-
4 zeigt eine Darstellung zu einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. - Das Verfahren 300 zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes weist ein Ausbilden 302 einer optisch aktiven Struktur und ein Ausbilden 304 wenigstens einer Streustruktur im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung auf.
- Die optisch aktive Struktur wird zum Aufnehmen und/oder Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlung ausgebildet, beispielsweise als eine Leuchtdiode, beispielswiese eine Flächenlichtquelle; als ein Fotodetektor, beispielswiese einen Flächendetektor; oder eine Solarzelle.
- Das Ausbilden 302 der optisch aktiven Struktur kann ein Ausbilden einer ersten Elektrode, ein Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenstruktur auf oder über der ersten Elektrode; und ein Ausbilden einer zweiten Elektrode auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur aufweisen; beispielsweise gemäß einer der Ausgestaltungen der Beschreibungen der
1 bis3 . Beispielsweise kann die optisch aktive Struktur als ein Bottom-Emitter und/oder ein Top-Emitter ausgebildet werden. Weiterhin kann die optisch aktive Struktur transmittierend hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet werden, beispielsweise transluzent oder transparent. Weiterhin kann eine der Elektrode der optisch aktiven Struktur als eine Spiegelstruktur hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet werden. - Die Streustruktur wird derart ausgebildet, dass die Richtcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung elektrisch veränderbar ist.
- In einer Ausgestaltung wird die Streustruktur ausgebildet, nachdem die optisch aktive Struktur ausgebildet wurde.
- Beispielsweise kann die Streustruktur auf oder über der optisch aktiven Struktur ausgebildet werden, beispielsweise aufgebracht werden.
- In einer Ausgestaltung wird die optisch aktive Struktur ausgebildet nachdem die Streustruktur ausgebildet wurde. Beispielsweise kann die optisch aktive Struktur auf oder über der Streustruktur ausgebildet werden, beispielsweise aufgebracht werden.
- In einer Ausgestaltung wird im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung die optisch aktive Struktur auf oder über einer ersten Streustruktur ausgebildet und eine zweite Streustruktur auf oder über der optisch aktiven Struktur ausgebildet, beispielsweise bei einem mehrseitig emittierenden oder absorbierenden optoelektronischen Bauelement.
- In einer Ausgestaltung wird im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung eine erste Streustruktur auf oder über der optisch aktiven Struktur ausgebildet und eine zweite Streustruktur auf oder über der ersten Streustruktur ausgebildet. Die erste Streustruktur und die zweite Streustruktur können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.
- Mittels der Streustruktur kann bei einem elektromagnetische Strahlung emittierenden optoelektronischen Bauelement eine Information dargestellt werden, beispielsweise indem die Streustruktur lateral strukturiert ist, beispielsweise unterschiedliche Mikrostrukturen und/oder doppelbrechende Stoffe mit unterschiedlichen Brechungsindex aufweist.
- Das Ausbilden der elektrooptischen Struktur kann ein Aufbringen eines doppelbrechenden Stoffes aufweisen.
- Das Aufbringen der Mikrostruktur auf die dritte Elektrode kann beispielsweise ein Abscheiden, ein Aufdrucken und/oder ein Aufsprühen sein. Die Mikrostruktur kann während oder nach dem Aufbringen des Stoffs der Mikrostruktur strukturiert werden, beispielsweise beim Aufbringen mittels eines Masken- oder Stempelprozesses; oder nach dem Aufbringen mittels eines selektiven Abtragens, beispielsweise mittels einer Laserablation.
- Die Mikrostruktur ist hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung derart ausgebildet, dass bei einer ersten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch nichtstreuende Grenzfläche und bei einer zweiten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch streuende Grenzfläche ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Mikrostruktur pyramidenförmige Strukturen mit geraden oder gekrümmten Seitenflächen aufweisen.
- Ein Ausbilden einer Struktur hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung kann die Ausbreitungsrichtung, Wellenlänge und Polarisation der elektromagnetischen Strahlung berücksichtigen.
- Das Ausbilden der elektrooptischen Struktur kann ein nasschemisches Aufbringen eines flüssigkristallinen Stoffes eingebettet in einer Matrix auf eine die Mikrostruktur aufweisen. Die elektrooptische Struktur kann auch als eine Flüssigkristallfolie ausgebildet sein, die aufgeklebt werden kann.
- In verschiedenen Ausführungsformen werden ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes bereitgestellt, mit denen es möglich ist, die Abstrahlcharakteristik von organischen Leuchtdioden elektrisch zu verändern.
Claims (14)
- Optoelektronisches Bauelement (100), aufweisend: • eine optisch aktive Struktur (150), die eingerichtet ist zum Aufnehmen und/oder Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlung; und • wenigstens eine Streustruktur (110), die im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung auf oder über der optisch aktiven Struktur (150) ausgebildet ist, und • wobei die Streustruktur (110) eine Mikrostruktur (258) und wenigstens einen doppelbrechenden Stoff aufweist, wobei die Mikrostruktur (258) derart ausgebildet ist, dass Kavitäten (260) gebildet sind und der doppelbrechende Stoff in den Kavitäten (260) ausgebildet ist, wobei die Mikrostruktur derart hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist, dass bei einer ersten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch nichtstreuende Grenzfläche und bei einer zweiten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch streuende Grenzfläche des doppelbrechenden Stoffs zu dem Stoff der Mikrostruktur ausgebildet ist; und • wobei die Streustruktur (110) derart ausgebildet ist, dass die Richtcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung elektrisch veränderbar ist.
- Optoelektronisches Bauelement (100) gemäß
Anspruch 1 , wobei die optisch aktive Struktur (150) eine erste Elektrode (210), eine zweite Elektrode (214) und eine organische funktionelle Schichtenstruktur (212) aufweist, wobei die organische funktionelle Schichtenstruktur (212) zwischen der ersten Elektrode (210) und der zweiten Elektrode (214) ausgebildet ist. - Optoelektronisches Bauelement (100) gemäß einem der
Ansprüche 1 oder2 , wobei das optoelektronische Bauelement (100) als eine organische Leuchtdiode, eine organische Solarzelle und/oder ein organischer Fotodetektor ausgebildet ist. - Optoelektronisches Bauelement (100) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei das optoelektronische Bauelement (100) als ein Flächenbauelement ausgebildet ist. - Optoelektronisches Bauelement (100) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei wenigstens eine Streustruktur (110) auf der optisch aktiven Struktur (150) und/oder auf der Seite eines Trägers (130), die der optisch aktiven Struktur (150) abgewandt ist, ausgebildet ist. - Optoelektronisches Bauelement (100) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei die optisch aktive Struktur (150) zwischen einer ersten Streustruktur (110A) und einer zweiten Streustruktur (110B) ausgebildet ist. - Optoelektronisches Bauelement (100) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis6 , wobei der doppelbrechende Stoff wenigstens einen flüssigkristallinen Stoff aufweist, insbesondere ein flüssigkristallines Polymer. - Optoelektronisches Bauelement (100) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis7 , wobei die Streustruktur (110) und die optisch aktive Struktur (150) eine gemeinsame Elektrode aufweisen. - Verfahren (300) zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelementes (100), das Verfahren (300) aufweisend: • Ausbilden (302) einer optisch aktiven Struktur (150) zum Aufnehmen und/oder Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlung; und • Ausbilden (304) wenigstens einer Streustruktur (110) im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung auf oder über der optisch aktiven Struktur (150), • wobei die Streustruktur (110) mit einer Mikrostruktur (258) und wenigstens einem doppelbrechenden Stoff ausgebildet wird, wobei die Mikrostruktur (258) derart ausgebildet wird, dass Kavitäten (260) gebildet sind und der doppelbrechende Stoff in den Kavitäten (260) ausgebildet ist, wobei die Mikrostruktur derart hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet wird, dass bei einer ersten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch nichtstreuende Grenzfläche und bei einer zweiten Orientierung des doppelbrechenden Stoffes eine optisch streuende Grenzfläche des doppelbrechenden Stoffs zu dem Stoff der Mikrostruktur ausgebildet ist; und • wobei die Streustruktur (110) derart ausgebildet wird, dass die Richtcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung elektrisch veränderbar ist.
- Verfahren (300) gemäß
Anspruch 9 , wobei das Ausbilden (302) der optisch aktiven Struktur (150) aufweist: • Ausbilden einer ersten Elektrode (210) ; • Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenstruktur (212) auf oder über der ersten Elektrode (210); und • Ausbilden einer zweiten Elektrode (214) auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur. - Verfahren (300) gemäß einem der
Ansprüche 9 oder10 , wobei das optoelektronische Bauelement (100) als eine organische Leuchtdiode, eine organische Solarzelle und/oder ein organischer Fotodetektor ausgebildet wird. - Verfahren (300) gemäß einem der
Ansprüche 9 bis11 , wobei das optoelektronische Bauelement (100) als ein Flächenbauelement ausgebildet wird. - Verfahren (300) gemäß einem der
Ansprüche 9 bis12 , • wobei das Ausbilden (304) wenigstens einer Streustruktur (110) ein Ausbilden mehrerer Streustrukturen (110) aufweist, die im Strahlengang der optisch aktiven Struktur (150) ausgebildet werden; • wobei die optisch aktive Struktur (150) zwischen einer ersten Streustruktur (110A) und einer zweiten Streustruktur (110B) ausgebildet wird. - Verfahren (300) gemäß einem der
Ansprüche 9 bis13 , wobei die Streustruktur (110) und die optisch aktive Struktur (150) mit einer gemeinsamen Elektrode ausgebildet werden.
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