DE102013107415A1

DE102013107415A1 - Organisches lichtemittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements

Info

Publication number: DE102013107415A1
Application number: DE102013107415.4A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Claus Krummacher; Daniel Steffen Setz; Norwin Von Malm
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein organisches lichtemittierendes Bauelement umfassend zumindest zwei lichtemittierende Schichten und ein Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements umfassend zumindest zwei lichtemittierende Schichten.

Description

Die Erfindung betrifft ein organisches lichtemittierendes Bauelement umfassend zumindest zwei lichtemittierende Schichten und ein Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements umfassend zumindest zwei lichtemittierende Schichten.
Zur Erzielung von hohen Leuchtdichten bei großen Flächen werden in organischen lichtemittierenden Bauelementen mehrere lichtemittierende Schichten übereinander angeordnet. Durch das Übereinanderstapeln der lichtemittierenden Schichten werden die benötigten Stromdichten bei Beibehaltung der Bauteileffizienz drastisch reduziert. Außerdem führt dies zu einer erhöhten Bauteillebensdauer sowie zu einer Optimierung der Kennlinienform für großflächige Bauelemente, wodurch die Leuchtdichte homogenisiert wird. Zwischen den lichtemittierenden Schichten sind üblicherweise ladungserzeugende Schichten, so genannte Charge Generation Layers (CGL) angeordnet. Eine Charge Generation Layer umfasst einen n-dotierten und einen p-dotierten Bereich. Bei Betrieb des organischen lichtemittierenden Bauelements werden an der CGL Elektronenlochpaare erzeugt und getrennt und die Elektronen und Löcher werden den angrenzenden organischen lichtemittierenden Schichten zur Verfügung gestellt. Durch eine CGL wird das Stapeln von zwei lichtemittierenden Schichten übereinander ermöglicht. Das bedeutet, dass die CGL ein elektrisch serielles Verbinden von zwei übereinander abgeschiedenen lichtemittierenden Schichten ermöglicht. Eine ladungserzeugende Schicht (CGL) zwischen zwei lichtemittierenden Schichten umfasst somit mehrere Teilschichten. Das Abscheiden dieser dotierten Teilschichten einer mehrlagigen Charge Generation Layer ist mit einem hohen Prozessaufwand verbunden.
Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein organisches lichtemittierendes Bauelement umfassend zumindest zwei lichtemittierende Schichten bereitzustellen, dessen Herstellung mit einem niedrigen Prozessaufwand möglich ist.
Die Aufgabe wird durch ein organisches lichtemittierendes Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung des organischen lichtemittierenden Bauelements mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein organisches lichtemittierendes Bauelement angegeben, umfassend

– eine erste Elektrodenschicht,
– eine erste lichtemittierende Schicht,
– zumindest eine erste ladungserzeugungsfähige Schicht, die zumindest einen ersten Ionenleiter und zumindest ein erstes Salz umfasst,
– eine zweite lichtemittierende Schicht und
– eine zweite Elektrodenschicht,

Dabei kann hier und im Folgenden eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" eine anderen Schicht oder einem anderen Element bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dann können eine oder mehrere weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht angeordnet sein.
Die erste und/oder zweite lichtemittierende Schicht kann organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine nichtpolymere Moleküle ("small molecules") oder Kombinationen daraus umfassen. Weiterhin kann die erste und/oder zweite lichtemittierende Schicht als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt sein. Als Materialien hierzu eignen sich lichtemittierende Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen. Bevorzugt umfasst die erste und/oder zweite lichtemittierende Schicht organische kleine nichtpolymere Moleküle. Bei der Verwendung von Polymeren oder Oligomeren in der ersten und/oder zweiten lichtemittierenden Schicht besteht die Gefahr, dass sich diese durch das Lösungsmittel, mit dem die über der ersten und/oder zweiten lichtemittierenden Schicht angeordnete Schicht aufgebracht wird, auflösen. Diese Gefahr besteht bei lichtemittierenden Schichten umfassend organische kleine nichtpolymere Moleküle nicht.
Liegen Kombination von lichtemittierenden Materialien in der ersten und/oder zweiten lichtemittierenden Schicht vor, ist es möglich, dass die lichtemittierenden Materialien in der ersten und/oder zweiten lichtemittierenden Schicht homogen in der lichtemittierenden Schicht verteilt sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die lichtemittierenden Materialien der ersten und zweiten lichtemittierenden Schicht so gewählt, dass die Überlagerung der emittierten Strahlung der lichtemittierenden Materialien einen weißfarbigen Lichteindruck erweckt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine dritte lichtemittierende Schicht. Die Auswahl der für die dritte lichtemittierende Schicht geeigneten lichtemittierenden Materialien kann die gleiche sein, wie sie oben bereits für die erste und zweite lichtemittierende Schicht angegeben sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die erste, die zweite und die dritte lichtemittierende Schicht die gleichen lichtemittierenden Materialien. So kann die Farbintensität der von dem organischen Licht emittierenden Bauelement emittierten Strahlung in dem gewünschten Spektralbereich erhöht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die erste, die zweite und die dritte lichtemittierende Schicht unterschiedliche lichtemittierende Materialien. Es ist möglich, dass die erste, die zweite und die dritte lichtemittierende Schicht unterschiedliche Materialien umfassen, die aber Strahlung im gleichen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums emittieren. Unter gleich ist hier zu verstehen, dass sich die Emissionsbanden teilweise überlagern, jedoch nicht identisch sein müssen. So kann die Farbintensität in dem gewünschten, beispielsweise blauen Spektralbereich erhöht werden.
Bevorzugt umfassen die erste, die zweite und die dritte lichtemittierende Schicht unterschiedliche lichtemittierende Materialien, die Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen des elektromagnetischen Spektrums emittieren. Beispielsweise weist ein lichtemittierendes Material der ersten lichtemittierenden Schicht eine Strahlungsemission im blauen Wellenlängenbereich auf, ein lichtemittierendes Material der zweiten lichtemittierenden Schicht weist eine Strahlungsemission im roten Wellenlängenbereich auf und ein lichtemittierendes Material der dritten lichtemittierenden Schicht weist eine Strahlungsemission im grünen Wellenlängenbereich auf. Es sind aber auch alle anderen denkbaren Kombinationen möglich.
Gemäß einer Ausführungsform sind die lichtemittierenden Materialien der ersten, zweiten und dritten Schicht so gewählt, dass die Überlagerung der emittierten Strahlung der lichtemittierenden Materialien der ersten, zweiten und dritten lichtemittierenden Schicht einen weißfarbigen Lichteindruck erweckt.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die erste und die zweite oder die erste und die dritte oder die zweite und die dritte lichtemittierende Schicht die gleichen lichtemittierenden Materialien.
Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte lichtemittierende Schicht zwischen der ersten lichtemittierenden Schicht und der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht oder zwischen der zweiten lichtemittierenden Schicht und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet.
Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen“ zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elementen und in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elemente angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine zweite ladungserzeugungsfähige Schicht, die zumindest einen zweiten Ionenleiter und zumindest ein zweites Salz umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite ladungserzeugungsfähige Schicht zwischen der ersten und der dritten lichtemittierenden Schicht oder zwischen der zweiten und der dritten lichtemittierenden Schicht angeordnet.
Es ist möglich, dass die erste ladungserzeugungsfähige Schicht in direktem Kontakt zu der ersten und der zweiten lichtemittierenden Schicht oder der zweiten und der dritten lichtemittierenden Schicht steht.
Es ist möglich, dass die zweite ladungserzeugungsfähige Schicht in direktem Kontakt zu der zweiten und der dritten lichtemittierenden Schicht oder der ersten und der dritten lichtemittierenden Schicht steht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste Salz Kationen und Anionen. Die Kationen und Anionen des ersten Salzes sind in dem ersten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich.
Es ist möglich, dass lediglich die Kationen oder Anionen des ersten Salzes in dem ersten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung frei beweglich sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das zweite Salz Kationen und Anionen. Die Kationen und Anionen des zweiten Salzes sind in dem zweiten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich.
Es ist möglich, dass lediglich die Kationen oder Anionen des zweiten Salzes in dem zweiten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste ladungserzeugungsfähige Schicht ein drittes Salz.
Das dritte Salz umfasst Kationen und Anionen. Es ist möglich, dass die Kationen und Anionen des dritten Salzes in dem ersten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich sind.
Es ist auch möglich, dass lediglich die Anionen oder Kationen des dritten Salzes beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht in dem ersten Ionenleiter frei beweglich sind.
Gemäß einer Ausführungsform weisen zumindest die Kationen des ersten Salzes und die Anionen des dritten Salzes oder die Anionen des ersten Salzes und die Kationen des dritten Salzes eine freie Beweglichkeit in dem ersten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die zweite ladungserzeugungsfähige Schicht ein viertes Salz.
Das vierte Salz umfasst Kationen und Anionen. Es ist möglich, dass die Kationen und Anionen des vierten Salzes in dem zweiten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich sind.
Es ist auch möglich, dass lediglich die Anionen oder Kationen des vierten Salzes beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht in dem zweiten Ionenleiter frei beweglich sind.
Gemäß einer Ausführungsform weisen zumindest die Kationen des zweiten Salzes und die Anionen des vierten Salzes oder die Anionen des zweiten Salzes und die Kationen des vierten Salzes eine freie Beweglichkeit in dem zweiten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung auf.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kationen des ersten, zweiten, dritten oder vierten Salzes aus einer Gruppe ausgewählt die Alkali- und Erdalkalikationen umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Anionen des ersten, zweiten, dritten oder vierten Salzes Trifluoromethansulfonatanionen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Salz LiF₃CSO₃.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht eine erste ladungserzeugende Schichtenfolge aus der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht aus.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht eine zweite ladungserzeugende Schichtenfolge aus der zweiten ladungserzeugungsfähigen Schicht aus.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich die erste ladungserzeugende Schichtenfolge beim Anlegen einer Spannung durch die Wanderung der Kationen und Anionen des ersten Salzes oder durch Wanderung der Kationen und Anionen des ersten Salzes und durch die Wanderung der Kationen und Anionen des dritten Salzes aus.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge beim Anlegen einer Spannung durch die Wanderung der Kationen und Anionen des zweiten Salzes oder durch Wanderung der Kationen und Anionen des zweiten Salzes und durch die Wanderung der Kationen und Anionen des vierten Salzes aus.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich die erste ladungserzeugende Schichtenfolge beim Anlegen einer Spannung durch die Wanderung der Kationen des ersten Salzes und durch die Wanderung der Anionen des dritten Salzes oder durch die Wanderung der Anionen des ersten Salzes und durch die Wanderung der Kationen des dritten Salzes aus.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste ladungserzeugende Schichtenfolge eine n-dotierte und eine p-dotierte Schicht. Bei Betrieb des organischen lichtemittierenden Bauelements werden an der ersten ladungserzeugenden Schichtenfolge Elektronenlochpaare erzeugt und getrennt und die Elektronen und Löcher werden der, an die erste ladungserzeugende Schichtenfolge angrenzenden, ersten und zweiten lichtemittierenden Schicht oder zweiten und dritten lichtemittierenden Schicht zur Verfügung gestellt. Es ist auch möglich, dass die erste ladungserzeugende Schichtenfolge aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht besteht.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge beim Anlegen einer Spannung durch die Wanderung der Kationen des zweiten Salzes und durch die Wanderung der Anionen des vierten Salzes oder durch die Wanderung der Anionen des zweiten Salzes und durch die Wanderung der Kationen des vierten Salzes aus.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge eine n-dotierte und eine p-dotierte Schicht. Bei Betrieb des organischen lichtemittierenden Bauelements werden an der zweiten ladungserzeugende Schichtenfolge Elektronenlochpaare erzeugt und getrennt und die Elektronen und Löcher werden der, an die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge angrenzenden, ersten und dritten lichtemittierenden Schicht oder zweiten und dritten lichtemittierenden Schicht zur Verfügung gestellt. Es ist auch möglich, dass die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht besteht.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich die erste und/oder zweite ladungserzeugende Schichtenfolge innerhalb eines Zeitraums zwischen 1 Sekunde und 10 Minuten nach Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht aus. Bevorzugt bildet sich die erste und/oder zweite ladungserzeugende Schichtenfolge innerhalb von 1 Sekunde bis 60 Sekunden, besonders bevorzugt zwischen 1 Sekunde und 30 Sekunden aus. Nach dieser kurzen Zeitspanne zeigt das organische lichtemittierende Bauelement bereits seine volle Leistung und eine konstante Abstrahlcharakteristik und Lichtausbeute.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste und/oder zweite Ionenleiter ein Polymer oder einen ionischen Übergangsmetallkomplex umfassen Beim Anlegen einer Spannung an die erste und zweite Elektrodenschicht können die Kationen und Anionen des ersten Salzes oder die Kationen und Anionen des ersten Salzes und des dritten Salzes oder die Kationen des ersten Salzes und die Anionen des dritten Salzes oder die Anionen des ersten Salzes und die Kationen des dritten Salzes in dem ersten Ionenleiter wandern. Beim Anlegen einer Spannung an die erste und zweite Elektrodenschicht können die Kationen und Anionen des zweiten Salzes oder die Kationen und Anionen des zweiten und des vierten Salzes oder die Kationen des zweiten Salzes und die Anionen des vierten Salzes oder die Anionen des zweiten Salzes und die Kationen des vierten Salzes in dem zweiten Ionenleiter wandern. Außerdem erfolgt der Transport der Ladungsträger über den ersten und/oder zweiten Ionenleiter der ersten und/oder zweiten ladungserzeugungsfähigen Schichtenfolge.
Insbesondere ist das Polymer Polyethylenoxid.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kationen und Anionen des ersten Salzes oder die Kationen und Anionen des ersten und des dritten Salzes in der ersten ladungserzeugenden Schichtenfolge nach dem Anlegen der Spannung räumlich vollständig voneinander getrennt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen und Anionen des ersten Salzes oder keine Kationen und Anionen des ersten und des dritten Salzes vorhanden sind. Es ist möglich, dass die weitere Schicht aus dem ersten Ionenleiter besteht.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kationen des ersten Salzes und die Anionen des dritten Salzes oder die Anionen des ersten Salzes und die Kationen des dritten Salzes in der ersten ladungserzeugenden Schichtenfolge nach dem Anlegen der Spannung räumlich vollständig voneinander getrennt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen des ersten Salzes und keine Anionen des dritten Salzes oder in der keine Anionen des ersten Salzes und keine Kationen des dritten Salzes vorhanden sind. Es ist möglich, dass die weitere Schicht den ersten Ionenleiter und Anionen des ersten Salzes und Kationen des dritten Salzes oder den ersten Ionenleiter und Kationen des ersten Salzes und Anionen des dritten Salzes enthält.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kationen und Anionen des zweiten Salzes oder die Kationen und Anionen des zweiten und des vierten Salzes in der zweiten ladungserzeugenden Schichtenfolge nach dem Anlegen der Spannung räumlich vollständig voneinander getrennt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen und Anionen des zweiten Salzes oder keine Kationen und Anionen des zweiten und des vierten Salzes vorhanden sind. Es ist möglich, dass die weitere Schicht aus dem zweiten Ionenleiter besteht.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kationen des zweiten Salzes und die Anionen des vierten Salzes oder die Anionen des zweiten Salzes und die Kationen des vierten Salzes in der zweiten ladungserzeugenden Schichtenfolge nach dem Anlegen der Spannung räumlich vollständig voneinander getrennt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen des zweiten Salzes und keine Anionen des vierten Salzes oder in der keine Anionen des zweiten Salzes und keine Kationen des vierten Salzes vorhanden sind. Es ist möglich, dass die weitere Schicht den zweiten Ionenleiter und Anionen des zweiten Salzes und Kationen des vierten Salzes oder den zweiten Ionenleiter und Kationen des zweiten Salzes und Anionen des vierten Salzes enthält.
Gemäß einer Ausführungsform ist die weitere Schicht der ersten und/oder zweiten ladungserzeugenden Schichtenfolge zwischen der n-dotierten Schicht und der p-dotierten Schicht angeordnet. Insbesondere steht die weitere Schicht der ersten und/oder zweiten ladungserzeugenden Schichtenfolge in direktem Kontakt zu der n-dotierten Schicht und der p-dotierten Schicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste, zweite, dritte und/oder vierte Salz redoxstabil. Dies hat zur Folge, dass beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht Ladungsträger, aus der ersten und/oder zweiten ladungserzeugenden Schichtenfolge in die lichtemittierenden Schichten injiziert werden, aber die Ionen des ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Salzes selbst weder oxidiert noch reduziert werden und somit ihre ursprünglichen Oxidationszahlen beibehalten. Der Transport der Ladungsträger erfolgt somit überwiegend beziehungsweise ausschließlich über den ersten und/oder zweiten Ionenleiter, der ersten und/oder zweiten ladungserzeugungsfähigen Schichtenfolge
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste und/oder zweite ladungserzeugungsfähige Schicht eine Schichtdicke zwischen 3 und 10 nm auf. Durch derart dünne Schichtdicken der ersten und/oder zweiten ladungserzeugungsfähigen Schicht kann sicher gestellt werden, dass die erste und/oder zweite ladungserzeugende Schichtenfolge Schichtdicken zwischen 3 und 10 nm dick und somit transparent ist. Unter „transparent“ wird vorliegend verstanden, dass ein Material oder eine Schicht für das gesamte sichtbare elektromagnetische Spektrum oder eines Teilspektrums davon durchlässig ist.
Gemäß einer Ausführungsform liegen der erste Ionenleiter und das erste Salz in einem Verhältnis < 1:1 vor.
Gemäß einer Ausführungsform liegen der erste Ionenleiter und die Gesamtmenge an erstem und drittem Salz in einem Verhältnis < 1:1 vor. Das erste und das dritte Salz liegen in einem Verhältnis von 1:1 vor.
Gemäß einer Ausführungsform liegen der zweite Ionenleiter und das zweite Salz in einem Verhältnis < 1:1 vor.
Gemäß einer Ausführungsform liegen der zweite Ionenleiter und die Gesamtmenge an zweitem und viertem Salz in einem Verhältnis < 1:1 vor. Das zweite und das vierte Salz liegen in einem Verhältnis von 1:1 vor.
Die erste und/oder die zweite Elektrodenschicht können transparent ausgebildet sein. Die erste beziehungsweise zweite Elektrodenschicht kann jeweils als Anode oder als Kathode geschaltet werden. Erzeugtes Licht der lichtemittierenden Schichten kann so über die Anode und/oder Kathode abgestrahlt werden.
Eine transparente erste Elektrodenschicht, die als Anode ausgeführt sein kann und somit als löcherinjizierendes Material dient, kann beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid aufweisen oder aus einem transparenten leitenden Oxid bestehen. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxide, kurz "TCO") sind transparente leitende Materialien, in der Regel Metalloxide wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Kadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid. Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid oder Indiumoxid, gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Die zweite Elektrodenschicht kann als Kathode ausgeführt sein und somit als Elektronen-injizierendes Material dienen. Als Kathodenmaterial können sich unter anderem insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein Substrat. Direkt auf oder über dem Substrat kann die erste oder die zweite Elektrodenschicht angeordnet sein.
In einer Ausführungsform ist das Substrat transparent. Somit kann erzeugtes Licht von dem organischen lichtemittierenden Bauelement durch das Substrat abgestrahlt werden, wenn auch die zu dem Substrat benachbarte Elektrodenschicht transparent ist. Das Bauelement kann als so genannter „Bottom-Emitter“ ausgeführt sein. Möglich ist auch, dass die Lichtemission somit sowohl nach unten durch ein transparentes Substrat als auch nach oben durch eine transparente Elektrodenschicht erfolgt. Beispielsweise kann das Substrat Glas, Quarz, Kunststofffolien, Metall, Metallfolien, Siliziumwafer oder ein anderes geeignetes Substratmaterial umfassen.
Die angegebenen Ausführungsformen des organischen lichtemittierenden Bauelements können gemäß nachfolgend genanntem Verfahren hergestellt werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements angegeben.
Das Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements umfasst die Verfahrensschritte:

A) Bereitstellen eines Substrats;
B) Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht auf das Substrat;
C) Aufbringen einer ersten lichtemittierenden Schicht auf die erste Elektrodenschicht;
D) Aufbringen zumindest einer ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht, die zumindest einen ersten Ionenleiter und zumindest ein erstes Salz umfasst auf die erste lichtemittierende Schicht;
E) Aufbringen einer zweiten lichtemittierenden Schicht auf die erste ladungserzeugungsfähige Schicht;
F) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht auf die zweite lichtemittierende Schicht.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst Verfahrensschritt B) folgende Verfahrensschritte:

B1) Lösen des ersten Ionenleiters und zumindest des ersten Salzes in einem Lösungsmittel und
B2) Aufbringen der unter B1) hergestellten Lösung auf die erste lichtemittierende Schicht,
B3) Entfernen des Lösungsmittels.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die erste ladungserzeugungsfähige Schicht ein drittes Salz. Das dritte Salz kann in Verfahrensschritt B1) mit dem ersten Ionenleiter und dem ersten Salzes in einem Lösungsmittel gelöst werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt G) Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht, wobei sich beim Anlegen der Spannung aus der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht eine erste ladungserzeugende Schichtenfolge umfassend eine n-dotierte und eine p-dotierte Schicht ausbildet. Die erste ladungserzeugende Schichtenfolge bildet sich durch die Wanderung der Kationen und Anionen des ersten Salzes oder durch die Wanderung der Kationen und Anionen des ersten und des dritten Salzes oder durch die Wanderung der Kationen des ersten Salzes und durch die Wanderung der Anionen des dritten Salzes oder durch die Wanderung der Anionen des ersten Salzes und durch die Wanderung der Kationen des dritten Salzes im elektrischen Feld.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt C*) Aufbringen einer dritten lichtemittierenden Schicht auf die erste lichtemittierende Schicht nach Verfahrensschritt C) oder auf die zweite lichtemittierenden Schicht nach Verfahrensschritt E).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt D*) Aufbringen einer zweiten ladungserzeugungsfähigen Schicht, die zumindest einen zweiten Ionenleiter und zumindest ein zweites Salz umfasst, auf der ersten lichtemittierenden Schicht zwischen Verfahrensschritt C) und C*) oder auf der zweiten lichtemittierenden Schicht zwischen Verfahrenschritt E) und C*).
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst Verfahrensschritt D*) folgende Verfahrensschritte:

D1*) Lösen des zweiten Ionenleiters und zumindest des zweiten Salzes in einem Lösungsmittel und
D2*) Aufbringen der unter D1*) hergestellten Lösung auf die erste lichtemittierende Schicht oder auf die zweite lichtemittierenden Schicht,
D3*) Entfernen des Lösungsmittels.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die zweite ladungserzeugungsfähige Schicht ein viertes Salz. Das vierte Salz kann in Verfahrensschritt D1*) mit dem zweiten Ionenleiter und dem zweiten Salzes in einem Lösungsmittel gelöst werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird in Verfahrensschritt G) beim Anlegen der Spannung zusätzlich eine zweite ladungserzeugende Schichtenfolge umfassend eine n-dotierte und eine p-dotierte Schicht aus der zweiten ladungserzeugungsfähigen Schicht ausgebildet. Die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge bildet sich durch die Wanderung der Kationen und Anionen des zweiten Salzes oder durch die Wanderung der Kationen und Anionen des zweiten und des vierten Salzes oder durch die Wanderung der Kationen des zweiten Salzes und durch die Wanderung der Anionen des vierten Salzes oder durch die Wanderung der Anionen des zweiten Salzes und durch die Wanderung der Kationen des vierten Salzes im elektrischen Feld.
Die Herstellung der ladungserzeugenden Schichtenfolgen erfolgt somit jeweils durch das Aufbringen einer einzigen ladungerzeugungsfähigen Schicht auf eine lichtemittierende Schicht und das Anlegen einer Spannung. Somit genügt ein einzelner Verfahrensschritt für die Herstellung einer ladungserzeugenden Schichtenfolge, da sich die n- und p-Dotierung beim Anlegen einer Spannung von selbst einstellt. Im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren, in denen zumindest eine n-dotierte und eine p-dotierte Schicht separat hergestellt werden müssen, ist dieser Prozess somit mit erheblich weniger Aufwand verbunden. Die organischen lichtemittierenden Bauelemente können somit gemäß diesem Verfahren wirtschaftlich rentabel hergestellt werden. Die so hergestellten Bauelemente benötigen geringe Stromdichten bei einer hohen Bauteileffizienz. Die Bauelemente zeigen eine hohe Lebensdauer sowie eine hohe Leuchtdichte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen und Anionen des ersten Salzes oder keine Kationen und Anionen des ersten und des dritten Salzes vorhanden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen des ersten Salzes und keine Anionen des dritten Salzes oder in der keine Anionen des ersten Salzes und keine Kationen des dritten Salzes vorhanden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen und Anionen des zweiten Salzes oder keine Kationen und Anionen des zweiten und des vierten Salzes vorhanden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge eine weitere Schicht, in der keine Kationen des zweiten Salzes und keine Anionen des vierten Salzes oder in der keine Anionen des zweiten Salzes und keine Kationen des vierten Salzes vorhanden sind.
Gemäß einer Ausführungsform bildet sich die erste und/oder zweite ladungserzeugende Schichtenfolge innerhalb eines Zeitraums zwischen 1 Sekunde und 10 Minuten in Verfahrensschritt G). Bevorzugt bildet sich die erste und/oder zweite ladungserzeugende Schichtenfolge innerhalb eines Zeitraums zwischen 1 Sekunde und 60 Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb eines Zeitraums zwischen von 1 Sekunde und 30 Sekunden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
1A und 2A zeigen die schematische Seitenansicht verschiedener Ausführungsformen von organischen lichtemittierenden Bauelementen
1B und 2B zeigen die schematische Seitenansicht verschiedener Ausführungsformen von organischen lichtemittierenden Bauelementen bei angelegter Spannung
1A zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein organisches lichtemittierendes Bauelement 1. Dieses weist ein Substrat 2 auf, auf dem eine erste Elektrodenschicht 3 aufgebracht ist. Über der ersten Elektrodenschicht 3 ist eine erste lichtemittierende Schicht 51 angeordnet. Die erste lichtemittierende Schicht 51 umfasst beispielsweise organische, nichtpolymere kleine Moleküle, die Licht im blauen Spektralbereich emittieren. Über der ersten lichtemittierenden Schicht 51 ist eine erste ladungserzeugungsfähige Schicht 61 angeordnet. Die erste ladungserzeugungsfähige Schicht 61 umfasst einen ersten Ionenleiter, beispielsweise Polyethylenoxid, und ein erstes Salz. Die Kationen und Anionen des ersten Salzes sind in dem ersten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich. Über der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht 61 ist eine zweite lichtemittierende Schicht 52 angeordnet, über dieser ist eine zweite Elektrodenschicht 4 angeordnet. Die zweite lichtemittierende Schicht 52 umfasst beispielsweise organische, nichtpolymere kleine Moleküle, die Licht im roten und grünen Spektralbereich emittieren.
In 1B ist das organische lichtemittierende Bauelement 1 aus 1A bei angelegter Spannung an die erste 3 und zweite Elektrodenschicht 4 gezeigt. Durch das Anlegen der Spannung wandern die Kationen und Anionen des ersten Salzes innerhalb des Ionenleiters und aus der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht bildet sich eine erste ladungserzeugende Schichtenfolge 610 aus. Die erste ladungserzeugende Schichtenfolge 610 umfasst zwei dotierte Schichten 611 und 612 und eine Schicht 613, die kein erstes Salz beinhaltet. Ist die erste Elektrodenschicht als Anode und die zweite Elektrodenschicht als Kathode ausgeformt, entspricht die dotierte Schicht 611 einer n-dotierten Schicht und die Schicht 612 einer p-dotierten Schicht. Die n-dotierte Schicht umfasst den Polyethylenoxid und die Anionen des ersten Salzes. Die p-dotierte Schicht umfasst Polyethylenoxid und die Kationen des ersten Salzes. An der ersten ladungserzeugenden Schichtenfolge 610 werden Elektronenlochpaare erzeugt und getrennt und die Elektronen und Löcher werden der ersten 51 und der zweiten lichtemittierenden Schicht 52 zur Verfügung gestellt.
2A zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein organisches lichtemittierendes Bauelement 1. Dieses weist ein Substrat 2 auf, auf dem eine erste Elektrodenschicht 3 aufgebracht ist. Über der ersten Elektrodenschicht 3 ist eine erste lichtemittierende Schicht 51 angeordnet. Die erste lichtemittierende Schicht 51 umfasst beispielsweise organische, nichtpolymere kleine Moleküle, die Licht im blauen Spektralbereich emittieren. Über der ersten lichtemittierenden Schicht 51 ist eine erste ladungserzeugungsfähige Schicht 61 angeordnet. Die erste ladungserzeugungsfähige Schicht 61 umfasst einen ersten Ionenleiter, beispielsweise Polyethylenoxid und einen erstes Salz. Die Kationen und Anionen des ersten Salzes sind in dem ersten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich. Über der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht 61 ist eine zweite lichtemittierende Schicht 52 angeordnet. Die zweite lichtemittierende Schicht 52 umfasst beispielsweise organische, nichtpolymere kleine Moleküle, die Licht roten Spektralbereich emittieren. Über der zweiten lichtemittierenden Schicht 52 ist eine zweite ladungserzeugungsfähige Schicht 62 angeordnet. Die zweite ladungserzeugungsfähige Schicht 62 umfasst einen zweiten Ionenleiter, beispielsweise Polyethylenoxid, ein zweites Salz, beispielsweise LiF₃CSO₃ und ein viertes Salz. Die Anionen des vierten Salzes und die Li-Kationen des zweiten Salzes sind in dem zweiten Ionenleiter beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenschicht frei beweglich. Über der zweiten ladungserzeugungsfähigen Schicht 62 ist eine dritte lichtemittierende Schicht 53 angeordnet.
Die dritte lichtemittierende Schicht 53 umfasst beispielsweise organische, nichtpolymere kleine Moleküle, die Licht grünen Spektralbereich emittieren. Über der dritten lichtemittierenden Schicht 53 ist eine zweite Elektrodenschicht 4 angeordnet.
In 2B ist das organische lichtemittierende Bauelement 1 aus 2A bei angelegter Spannung an die erste 3 und zweite Elektrodenschicht 4 gezeigt. Durch das Anlegen der Spannung wandern die Kationen und Anionen des ersten Salzes innerhalb des ersten Ionenleiters und aus der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht 61 bildet sich eine erste ladungserzeugende Schichtenfolge 610 aus. Die erste ladungserzeugende Schichtenfolge 610 umfasst zwei dotierte Schichten 611 und 612 und eine Schicht 613, die kein erstes Salz beinhaltet. Durch das Anlegen der Spannung wandern auch die Kationen des zweiten Salzes und die Anionen des vierten Salzes innerhalb des zweiten Ionenleiters und aus der zweiten ladungserzeugungsfähigen Schicht 62 bildet sich eine zweite ladungserzeugende Schichtenfolge 620 aus. Die zweite ladungserzeugende Schichtenfolge 620 umfasst zwei dotierte Schichten 621 und 622 und eine Schicht 623, die den zweiten Ionenleiter, F₃CSO₃-Anionen und Kationen des vierten Salzes umfasst. Ist die erste Elektrodenschicht 3 als Anode und die zweite Elektrodenschicht 4 als Kathode ausgeformt, entspricht die dotierte Schicht 611 einer n-dotierten Schicht und die Schicht 612 einer p-dotierten Schicht. Die n-dotierte Schicht umfasst Polyethylenoxid und die Anionen des ersten Salzes Die p-dotierte Schicht umfasst Polyethylenoxid und die Kationen des ersten Salzes. Die dotierte Schicht 621 entspricht einer n-dotierten Schicht und die Schicht 622 einer p-dotierten Schicht. Die n-dotierte Schicht 621 umfasst Polyethylenoxid und die Anionen des vierten Salzes. Die p-dotierte Schicht umfasst Polyethylenoxid und Li-Kationen. An der ersten 610 und zweiten ladungserzeugenden Schichtenfolge 620 werden Elektronenlochpaare erzeugt und getrennt und die Elektronen und Löcher werden der ersten 51 und der zweiten lichtemittierenden Schicht 52 sowie der zweiten 52 und der dritten lichtemittierenden Schicht 53 zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Organisches lichtemittierendes Bauelement (1) umfassend – eine erste Elektrodenschicht (3), – eine erste lichtemittierende Schicht (51), – zumindest eine erste ladungserzeugungsfähige Schicht (61), die zumindest einen ersten Ionenleiter und zumindest ein erstes Salz umfasst, – eine zweite lichtemittierende Schicht (52) und – eine zweite Elektrodenschicht (4), wobei die Schichten in der genannten Reihenfolge übereinander angeordnet sind.
Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei das Bauelement (1) eine dritte lichtemittierende Schicht (53) umfasst und wobei die dritte lichtemittierende Schicht (53) zwischen der ersten lichtemittierenden Schicht (51) und der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht (61) oder zwischen der zweiten lichtemittierenden Schicht (52) und der zweiten Elektrodenschicht (4) angeordnet ist.
Bauelement (1) nach Anspruch 2, wobei das Bauelement (1) eine zweite ladungserzeugungsfähige Schicht (62) umfasst, die zumindest einen zweiten Ionenleiter und zumindest ein zweites Salz umfasst und wobei die zweite ladungserzeugungsfähige Schicht (62) zwischen der ersten (51) und der dritten lichtemittierenden Schicht (53) oder zwischen der zweiten (52) und der dritten lichtemittierenden Schicht (53) angeordnet ist.
Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste ladungserzeugungsfähige Schicht (61) ein drittes Salz umfasst.
Bauelement (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei das erste Salz redoxstabil ist.
Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich beim Anlegen einer Spannung an die erste (3) und die zweite Elektrodenschicht (4) aus der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht (61) eine erste ladungserzeugende Schichtenfolge (610) ausbildet.
Bauelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Salz Kationen und Anionen umfasst und wobei sich die erste ladungserzeugende Schichtenfolge (610) beim Anlegen der Spannung durch die Wanderung der Kationen und Anionen des ersten Salzes ausbildet.
Bauelement (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei nach dem Anlegen der Spannung in der ersten ladungserzeugenden Schichtenfolge (610) die Kationen und Anionen des ersten Salzes räumlich vollständig voneinander getrennt sind.
Bauelement (1) nach den Ansprüchen 4 und 6, wobei sich die erste ladungserzeugende Schichtenfolge (610) beim Anlegen der Spannung durch die Wanderung der Kationen des ersten Salzes und durch die Wanderung der Anionen des dritten Salzes oder durch die Wanderung der Anionen des ersten Salzes und durch die Wanderung der Kationen des dritten Salzes ausbildet.
Bauelement (1) nach Anspruch 3, wobei sich beim Anlegen einer Spannung an die erste (3) und die zweite Elektrodenschicht (4) aus der zweiten ladungserzeugungsfähigen Schicht (62) eine zweite ladungserzeugende Schichtenfolge (620) ausbildet.
Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements (1) umfassend die Verfahrensschritte: A) Bereitstellen eines Substrats (2); B) Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht (3) auf das Substrat (2); C) Aufbringen einer ersten lichtemittierenden Schicht (51) auf die erste Elektrodenschicht (3); D) Aufbringen zumindest einer ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht (61), die zumindest einen ersten Ionenleiter und zumindest ein erstes Salz umfasst, auf die erste lichtemittierende Schicht (51); E) Aufbringen einer zweiten lichtemittierende Schicht (52) auf die erste ladungserzeugungsfähige Schicht (61); F) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht (4) auf die zweite lichtemittierende Schicht (52).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt G) Anlegen einer Spannung an die erste (3) und die zweite Elektrodenschicht (4) umfasst, wobei sich beim Anlegen der Spannung aus der ersten ladungserzeugungsfähigen Schicht (61) eine erste ladungserzeugende Schichtenfolge (610) umfassend eine n-dotierte und eine p-dotierte Schicht ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei sich die erste ladungserzeugende Schichtenfolge (610) in Verfahrensschritt G) innerhalb eines Zeitraums zwischen 1 Sekunde und 10 Minuten bildet.