DE102014102569A1

DE102014102569A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE102014102569A1
Application number: DE102014102569.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Popp; Thilo Reusch; Philipp Schwamb; Thorsten Vehoff
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-08-27
Also published as: WO2015128368A1; DE112015001031A5

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Optoelektronisches Bauelement (10) bereitgestellt. Das optoelektronische Bauelement weist einen Träger (12), eine erste Elektrode über dem Träger (12), eine organische funktionelle Schichtenstruktur (22) über der ersten Elektrode (20), und eine zweite Elektrode (23), die eine erste Härte hat, über der organischen funktionellen Schichtenstruktur (22) auf. Eine Partikelfangschicht (50), die eine zweite Härte hat, ist über der zweiten Elektrode (23) ausgebildet. Eine Verkapselung (40), die eine dritte Härte hat, ist über der Partikelfangschicht (50) ausgebildet. Die zweite Härte ist kleiner als die erste Härte und die zweite Härte ist kleiner als die dritte Härte.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.
Optoelektronische Bauelemente auf organischer Basis, beispielsweise organische Leuchtdioden (organic light emitting diode – OLED) oder organische Solarzellen, finden zunehmend verbreitete Anwendung. Beispielsweise OLEDs werden in der Allgemeinbeleuchtung immer häufiger beispielsweise als Flächenlichtquelle verwendet. Ein optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine OLED, kann eine Anode und eine Kathode mit einem organischen funktionellen Schichtensystem dazwischen aufweisen. Das organische funktionelle Schichtensystem kann eine oder mehrere Emitterschichten aufweisen, in denen elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, eine Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichtenstruktur aus jeweils zwei oder mehr Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichten („charge generating layer”, CGL) zur Ladungsträgerpaarerzeugung, eine oder mehrere Elektronenblockadeschichten, auch bezeichnet als Lochtransportschicht(en) („hole transport layer” – HTL), und eine oder mehrere Lochblockadeschichten, auch bezeichnet als Elektronentransportschichten („electron transport layer” – ETL), um den Stromfluss zu richten.
Organische Leuchtdioden als Flächenlichtquellen sind sehr anfällig gegenüber 3-dimensionalen Störungen, wie beispielsweise Partikel. Besonders anfällig sind diesbezüglich die optoelektronischen Bauelemente, die eine Verkapselung aufweisen. Eine derartige Verkapselung kann beispielsweise eine Verkapselungs-Schichtstruktur, beispielsweise mit einer Dünnfilmverkapselung und/oder mit verschiedenen Schichtfolgen, und/oder einen Abdeckkörper, beispielsweise eine auf der Verkapselungs-Schichtstruktur laminierten Schutzschicht, die beispielsweise Glas aufweist, aufweisen. Grund dafür ist, dass aufgrund der herkömmlichen Prozessführung z. B. eine erhöhte Partikelanfälligkeit besteht. Beispielsweise können Störpartikel zwischen die Verkapselung und die Kathode geraten und/oder bei einem Druck von außen auf den Bereich, in dem die Störpartikel angeordnet sind, können die Kathode und/oder die organische funktionelle Schichtenstruktur und/oder die Verkapselung beschädigt werden und/oder es kann über den Störpartikel zu einem Kurzschluss zwischen Kathode und Anode kommen, beispielsweise indem die Kathode auf die Anode gedrückt wird.
Beispielsweise kann der Übergang von einer Al-Kathode zur Dünnfilmverkapselung (Thin Film Encapsulation, TFE) kritisch sein, da ein Partikel auf der Al-Kathode durch das weiche Aluminium der Al-Kathode mit einer Härte von beispielsweise 23 bis 45 HV10 mittels einer TFE Schicht aus beispielsweise SiN mit einer Härte von beispielsweise 1600 bis 2600 HV10 in die organischen Schichten gedrückt werden kann, was zu einem Spontanausfall und/oder zu einem Kurzschluss und/oder einem latenten Kurzschluss führen kann. Ein latenter Kurzschluss kann beispielsweise nach einer unbestimmten Zeitdauer, beispielsweise 100 Stunden zu einem realen Kurzschluss führen. Die Einheit „HV10” gibt an, dass die Härte nach Vickers mit einer Prüfkraft von 10 Kilopond gemessen wird. Alternativ zu der Vickershärte, kann die Härte nach bekannten Formeln umgerechnet und in anderen Einheiten vorgegeben werden.
Bei der Verbesserung der Partikelanfälligkeit sind unter anderem folgende Randbedingungen bezüglich Produkspezifikationen und Prozessführung bei organischen optoelektronischen Bauelementen zu beachten und sollten möglichst gleichzeitig erfüllt werden: Optoelektronische Parameter wie Spannung, Leuchtdichte, Effizienz und/oder Farbkoordinaten; die Lebensdauer und insbesondere die Luminanz, Farbverschiebungen und/oder Spannungsänderung über die Lebensdauer hinweg; die Lagerbeständigkeit (”Shelflife” nach Spezifikation); die Robustheit insbesondere bezüglich Spontanausfällen; die mechanische Stabilität beispielsweise bezüglich Schichtablösungen und/oder Temperaturwechselbeständigkeit; die Designfreiheit; möglichst partikelfreie Prozessführung, wenn negative Auswirkungen auf das optoelektronische Bauelement möglich sind, wodurch ein Ausschuss verringert werden kann; kurze Prozesszeiten, schneller Takt, wodurch die Stückkosten gering sind und/oder weniger Material verbraucht wird; möglichst wenig Anlagen und/oder Anlagenwechsel, wodurch geringe Investitionen nötig sind, was jedoch auch zu einem höheren Ausschuss führen kann. Die im vorstehenden aufgeführten Punkte interagieren und können sich teilweise widersprechen: beispielsweise kann die Lagerbeständigkeit durch die Erhöhung der TFE Schichtdicke deutlich erhöht werden, doch gleichzeig kann dabei die Lebensdauer abnehmen, beispielsweise kann sich die Kathode aufgrund von Verspannungseffekten ablösen, was sich negativ auf die mechanische Stabilität des optoelektronischen Bauelements auswirkt.
Bei herkömmlichen zu verkapselnden optoelektronischen Bauelementen sind beispielsweise folgende Maßnahmen zur Steigerung der Robustheit bekannt:

– Aufbringen einer dicken CVD-Schicht bis 5 μm als Verkapselungs-Schichtstruktur, was vorteilhaft eine Steigerung von B10 Lagerungswerten („B10” gibt die Lagerzeit an, nach der 10% der Bauelemente ausgefallen sind) bei partikelbelasteten Prozessen im EOL (End Of Life) ermöglicht, was jedoch nachteilig die Prozesszeit aufgrund niedriger Prozesstemperaturen verlängern kann und/oder negative Auswirkung auf Lebensdauer und mechanische Stabilität aufgrund von Verspannungen der CVD Schicht haben kann und einen Verlust von Leuchtfläche mit sich bringen kann;
– Diskretisierung der Leuchtfläche und Integration von integrierten Sicherungselementen, was nachteilig einen erheblichen Zusatzaufwand bei der dafür nötigen Substratstrukturierung und/oder eine hohe Justagegenauigkeit und/oder hohe Investition in Justageeinheiten im FOL (Front Of Line) auf Substratebene erfordert;
– Vollautomatisierung einer Prozesslinie zur Reduzierung der Partikellast, was jedoch nachteilig hohe Investitionen erfordern kann;
– wenige unterschiedliche Prozesse und/oder wenig Wechsel der Anlagen, wodurch jedoch zumindest teilweise Lagerdauerspezifikationen nur schwer oder gar nicht erfüllt werden können, beispielsweise ist eine dünne CVD(Chemical Vapor Deposition)-SiN-Schicht allein ohne ALD(Atomic Layer Deposition)-Nanolaminatschicht in kostengünstiger kurzer Prozesszeit bei zugelassener Prozesstemperatur nur schwer oder gar nicht realisierbar;
– eine Cavity-Verkapselung, die in gewissem Maße das Eindrücken von Partikeln verhindern kann, jedoch kann das entsprechende Herstellungsverfahren teuer sein, da in der Regel Gettermaterialien verwendet werden müssen, um einen hohen Ausschuss zu verhindern, und/oder Glaslote zum Ausbilder der Cavity-Verkapselung teuer sein können;
– eine dicke und/oder nasse Löcherinjektionsschicht kann die Robustheit erhöhen, kann jedoch die optoelektronischen Parameter verschlechtern und/oder negative Auswirkungen auf die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit haben und/oder nach einem nasschemischem Prozess kann die Partikelanfälligkeit aufgrund der Anlagenwechsel erhalten bleiben und/oder eine dicke HIL kann hohe Kosten erfordern;
– eine TFE Schicht mit Schichtfolgestrukturen aus CVD Prozessen, beispielsweise SiNCBO_x Schichtfolgen und/oder MLD-Strukturen, wobei eine hohe Lagerbeständigkeit allein mit diesen Schichten in annehmbarer Prozesszeit nur schwer oder nicht möglich ist, auch bei Ausnutzung des Labyrintheffekts, was zu hohen Kosten führt, und/oder wobei eine fehlende Anpassung an die Kathode zu einer Schichtablösungen, d. h. einer reduzierten mechanischen Stabilität, führen kann und/oder wobei dicke Schichten im μm-Bereich aufgrund der Verspannungen zu Kathodenablösungen neigen;
– Glaslamination als Verkapselung, wobei die direkte Auflamination das Risiko für das Partikeleindrücken in die optisch und/oder elektrisch aktive Schichtstruktur erhöhen kann.

In verschiedenen Ausführungsformen wird ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt, das besonders robust ist, das besonders effizient ist, das eine hohe Lebensdauer und Lagerbeständigkeit hat und/oder das einfach, kostengünstig und/oder schnell herstellbar ist.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bereitgestellt, das dazu beiträgt, dass das optoelektronische Bauelement besonders robust und/oder effizient ist und/oder eine hohe Lebensdauer und Lagerbeständigkeit hat, und/oder das einfach, kostengünstig und/oder schnell durchführbar ist.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt. Das optoelektronische Bauelement weist einen Träger und eine erste Elektrode über dem Träger auf. Eine organische funktionelle Schichtenstruktur ist über dem Träger ausgebildet. Eine zweite Elektrode, die eine erste Härte hat, ist über der organischen funktionellen Schichtenstruktur ausgebildet. Eine Partikelfangschicht, die eine zweite Härte hat, ist über der zweiten Elektrode ausgebildet. Eine Verkapselung, die eine dritte Härte hat, ist über der Partikelfangschicht ausgebildet. Die zweite Härte ist kleiner als die erste Härte und die zweite Härte ist kleiner als die dritte Härte.
Die Partikelfangschicht und deren Härte relativ zu den Härten der angrenzenden zweiten Elektrode und der Verkapselung bewirkt, dass das optoelektronische Bauelement eine besonders hohe Robustheit hat. Insbesondere hat das optoelektronische Bauelement eine hohe Toleranz gegenüber Störpartikeln im Herstellungsprozess und/oder eine hohe mechanische Stabilität, ohne oder mit lediglich vernachlässigbarem Einfluss auf andere Produkteigenschaften wie die optoelektronischen Parameter und/oder die Lebensdauer, die Lagerbeständigkeit, insbesondere bei geringen Herstellungskosten und geringer Herstellungsdauer. Darüber hinaus wird auch die Robustheit gegenüber Spontanausfällen erhöht.
Für die Partikelfangschicht können weiche oder superweiche Materialien verwendet werden. Die relativ weiche Partikelfangschicht nimmt vorhandene Partikel auf und verhindert dadurch das Eindringen von Partikeln in den aktiven Organikbereich, insbesondere die organische funktionelle Schichtenstruktur. Die weiche Partikelfangschicht gibt somit gegenüber harten Partikeln nach, ohne dass die gesamte Schichtstruktur des optoelektronischen Bauelements und/oder beispielsweise die Verkapselung die Dichteigenschaften verlieren. Die Partikelfangschicht kann auch als erste Partikelfangschicht bezeichnet werden.
Das optoelektronische Bauelement kann beispielsweise eine organische Solarzelle oder eine OLED, beispielsweise eine transparente OLED oder ein Top- und/oder Bottomemitter sein. Die Partikelfangschicht ist zusätzlich direkt auf dem Substrat und/oder Träger einsetzbar. Die Partikelfangschicht kann beispielsweise zusammen mit flexiblen, festen, transparent oder intransparent Substrat- und/oder Trägertypen eingesetzt werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen entspricht die erste Härte einem Härtewert zwischen 20 und 60 HV10, beispielsweise zwischen 27 und 45 HV10, beispielsweise zwischen 30 und 35 HV10, die zweite Härte entspricht einem Härtewert zwischen 1 und 59 HV10, beispielsweise zwischen 5 und 40 HV10, beispielsweise zwischen 10 und 26 HV10, und/oder die dritte Härte entspricht einem Härtewert zwischen 27 und 10.000 HV10, beispielsweise zwischen 60 und 5.000 HV10, beispielsweise zwischen 100 und 1.000 HV10.
Mögliche Materialkombinationen von den Materialen der zweiten Elektrode, beispielsweise der Kathode des optoelektronischen Bauelements, und der Partikelfangschicht sind beispielsweise

– Aluminium (Härte 23 bis 36 HV10) für die zweite Elektrode und Zinn (Härte 18 HV10) für die Partikelfangschicht,
– Aluminium (Härte 23 bis 36 HV10) für die zweite Elektrode und eine Zinn/Antimon-Legierung (Härte 23 HV10) für die Partikelfangschicht, wodurch beispielsweise bei Temperaturen kleiner 13°C, beispielsweise bei der Lagerung und/oder dem Transport des optoelektronischen Bauelements, die Zinnpest vermieden werden kann und weniger Probleme aufgrund von Wärmeentwicklung beim Betrieb des optoelektronischen Bauelements entstehen können, oder
– eine Silber/Magnesium-Kombination für die zweite Elektrode und Zinn oder eine Zinn/Antimon-Legierung für die Partikelfangschicht.

Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Verkapselung einen Abdeckkörper und eine Verkapselungs-Schichtstruktur auf, wobei die Verkapselungs-Schichtstruktur über der zweiten Elektrode angeordnet ist und der Abdeckkörper über der Verkapselungs-Schichtstruktur angeordnet ist und wobei die Verkapselungs-Schichtstruktur die dritte Härte hat. Die Verkapselungs-Schichtstruktur kann beispielsweise mehrere Teilschichten aufweisen, wobei zumindest die an die Partikelfangschicht angrenzende Teilschicht die erste Härte hat. Die Verkapselungs-Schichtstruktur kann beispielsweise eine Dünnfilmverkapselung sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Partikelfangschicht Metall und/oder Kunststoff und/oder Metall-Kunststoff-Komposite auf.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Partikelfangschicht Magnesium, Indium, Gallium, Zink, Bismut, Zinn, Antimon, Eisen, Silizium und/oder Kombinationen oder Legierungen dieser Materialien oder ein Polymer oder eine Legierung, die einen oder mehrere dieser Stoffe aufweist, auf.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Partikelfangschicht einen Schaum, beispielsweise einen Nanoschaum, beispielsweise einen Kohlenstoffnanoschaum oder einen Metallnanoschaum, ein Aerogel, beispielsweise ein Fe-Aerogel, ein Nanokomposite, eine Paste oder ein Gelee auf. Ein Nanoschaum, beispielsweise ein Kohlenstoffnanoschaum, beispielsweise Aerographit, oder ein Metallnanoschaum kann beispielsweise eine Porosität von kleiner 50% aufweisen und/oder die Größenordnung der Poren kann im Nanometer- und/oder Mikrometer-Bereich liegen. Ein Polymer aufweisender Nanoschaum kann beispielsweise aus Mikroemulsionen und/oder Nanokompositen (Silikaten) hergestellt werden, beispielsweise ein Polyurethan-Nanoschaum. Ein Aerogel kann beispielsweise bis zu 99.8% aus Poren bestehen. Ein Silicat-Aerogel kann beispielsweise in einem Sol-Gel Prozess hergestellt werden. Die Partikelfangschicht kann beispielsweise Hybridpolymere, wie ein Si-O-Si-Netzwerk, und/oder Verbundwerkstoffe mit weichen oder harten Oberflächen ohne Grenzflächenübergang aufweisen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Partikelfangschicht Kolloide auf. Die Kolloide können beispielsweise in Form einer Paste oder eines Gelees vorliegen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die Partikelfangschicht dicker als eine vorgegebene maximal zu erwartende Störpartikelgröße, wobei die maximal zu erwartende Störpartikelgröße durch ein Verfahren zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements vorgegeben ist. Beispielsweise werden Reinräume, in denen die optoelektronischen Bauelemente hergestellt werden, in Reinraumklassen eingeteilt, die unter anderem von der maximal zu erwartenden Partikelgröße. abhängen. Beispielsweise ist nach DIN EN ISO 14644-1 bei der Reinraumklasse ISO 1 die maximal zu erwartenden Partikelgröße kleiner als 0,3 μm und bei der Reinraumklasse ISO 2 kleiner als 1 μm. Dementsprechend wäre bei einer Herstellung in einem Reinraum der Reinraumklasse ISO 1 eine Dicke der Partikelfangschicht von 0,3 μm ausreichend und bei einer Herstellung in einem Reinraum der Reinraumklasse ISO 2 wäre eine Dicke der Partikelfangschicht von 1 μm ausreichend.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Partikelfangschicht eine Dicke in einem Bereich zwischen 100 nm und 5 μm, beispielsweise zwischen 500 nm und 2 μm auf.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die Partikelfangschicht zumindest teilweise direkt auf der organischen funktionellen Schichtenstruktur ausgebildet. Beispielsweise kann die Partikelfangschicht in einem äußeren Randbereich der organischen funktionellen Schichtenstruktur direkt auf der organischen funktionellen Schichtenstruktur ausgebildet sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die Partikelfangschicht zumindest teilweise neben der zweiten Elektrode ausgebildet. Beispielsweis kann die Partikelfangschicht in den Bereichen, in denen sie direkt auf der organischen funktionellen Schichtenstruktur ausgebildet ist, neben der zweiten Elektrode ausgebildet sein. Die relativ harte Verkapselung, insbesondere die Verkapselungs-Schichtstruktur, kann die Partikelfangschicht und/oder die organische funktionelle Schichtenstruktur auch in diesen Bereichen, insbesondere Randbereichen und/oder an deren Ränder umgeben.
Bei verschiedenen Ausführungsformen hat die organische funktionelle Schichtenstruktur eine vierte Härte und die zweite Härte ist kleiner als die vierte Härte.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das optoelektronische Bauelement eine weitere Partikelfangschicht über Verkapselungs-Schichtstruktur auf. Die weitere Partikelfangschicht hat eine fünfte Härte, die kleiner ist als die dritte Härte der Verkapselung. Die weitere Partikelfangschicht kann auch als zweite Partikelfangschicht bezeichnet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bereitgestellt. Dabei wird ein Träger bereitgestellt, beispielsweise ausgebildet. Eine erste Elektrode wird über dem Träger ausgebildet. Eine organische funktionelle Schichtenstruktur wird über dem Träger ausgebildet. Eine zweite Elektrode, die eine erste Härte hat, wird über der organischen funktionellen Schichtenstruktur ausgebildet. Eine Partikelfangschicht, die eine zweite Härte hat, wird über der zweiten Elektrode ausgebildet. Eine Verkapselung, die eine dritte Härte hat, wird über der Partikelfangschicht ausgebildet. Die zweite Härte ist kleiner als die erste Härte und die zweite Härte ist kleiner als die dritte Härte.
Der Prozessschritt zur Aufbringung der weichen oder superweichen Materialien der Partikelfangschicht kann direkt, beispielsweise unmittelbar, im Anschluss an die Ausbildung, beispielsweise der Abscheidung, der zweiten Elektrode oder nach einer Pause erfolgen, da auch prozesstechnisch bedingte Störpartikel von der weichen Partikelfangschicht aufgenommen werden können. Beispielsweise kann nach dem Aufbringen der zweiten Elektrode eine Prozessunterbrechung erfolgen, in der aufgrund der nachfolgend aufzubringenden Partikelfangschicht eine Partikelbelastung akzeptabel ist. Dies kann ermöglichen, die Partikelfangschicht ex-Vakuum und/oder bei geringer Reinraumgüte auszubilden. Ferner ermöglicht dies für die Verkapselung Verkapselungsmethoden wie eine Cavity-Verkapselung, eine Fritten-Verkapselung und/oder eine Laminations-Verkapselung zu verwenden.
Zum Ausbilden der Partikelfangschicht können bekannte Anlagen wie thermische Verdampfer und/oder Verfahren wie PECVD, ALD, nasschemische Verfahren und/oder Druckverfahren verwendet werden. Als Druckverfahren kann beispielsweise Sprühen, Rakeln, Siebdruck, Ink-Jet, Tiefdruck, Hochdruck und/oder ein Rolle-zu-Rolle oder ein Rolle-zu-Sheet Verfahren verwendet werden. Die Partikelfangschicht ermöglicht eine Reduzierung der allgemeinen Partikelreinheit in den Anlagen, beispielsweise eine Reduzierung der erforderlichen Reinraumgüte, was dazu beiträgt, dass die Herstellungskosten gering gehalten werden können.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die zweite Elektrode mittels einer Maske ausgebildet und die Partikelfangschicht wird mit derselben Maske ausgebildet. Die Maske wird zwischen dem Ausbilden der zweiten Elektrode und dem Ausbilden der Partikelfangschicht nicht von dem optoelektronischen Bauelement entfernt. Dies kann dazu beitragen, dass keine oder zumindest sehr wenige Störpartikel zwischen die zweite Elektrode und die Partikelfangschicht gelangen können.
Falls als Partikelfangschicht ein Kohlenstoffnanoschaum, beispielsweise Aerographit, verwendet wird, so kann dieser beispielsweise durch Abscheidung von Kohlenstoff im Vakuum durch Laserbeschuss hergestellt werden. Das Ausbilden der Partikelfangschicht kann direkt anschließend an das Ausbilden der zweiten Elektrode Erfolgen, beispielsweise im selben Vakuum und/oder mit Hilfe derselben Masken. Eine Dichte der Partikelfangschicht kann in einem Bereich liegen von beispielsweise 200 kg/m³ bis 2 kg/m³.
Bei verschiedenen Ausführungsformen hat die organische funktionelle Schichtenstruktur eine vierte Härte und die zweite Härte ist kleiner als die vierte Härte.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein herkömmliches optoelektronisches Bauelement;
2 eine herkömmliche Schichtenstruktur des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements gemäß 1;
3 die herkömmliche Schichtenstruktur gemäß 2 mit Störpartikeln;
4 ein Ausführungsbeispiel einer Schichtenstruktur mit Störpartikeln;
5 ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements;
6 ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements mit Störpartikeln;
7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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.
Ein optoelektronisches Bauelement kann ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement oder ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement sein. Ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement kann beispielsweise eine Solarzelle sein. Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement kann beispielsweise als eine organische elektromagnetische Strahlung emittierende Diode oder als ein organischer elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor ausgebildet sein. Die Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht sein. In diesem Zusammenhang kann das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement beispielsweise als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED) oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das optoelektronische Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
1 zeigt ein herkömmliches optoelektronisches Bauelement 1. Das herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 weist einen Träger 12, beispielsweise ein Substrat, auf. Auf dem Träger 12 ist eine optoelektronische Schichtenstruktur ausgebildet.
Die optoelektronische Schichtenstruktur weist eine erste Elektrodenschicht 14 auf, die einen ersten Kontaktabschnitt 16, einen zweiten Kontaktabschnitt 18 und eine erste Elektrode 20 aufweist. Der zweite Kontaktabschnitt 18 ist mit der ersten Elektrode 20 der optoelektronischen Schichtenstruktur elektrisch gekoppelt. Die erste Elektrode 20 ist von dem ersten Kontaktabschnitt 16 mittels einer elektrischen Isolierungsbarriere 21 elektrisch isoliert. Über der ersten Elektrode 20 ist eine organische funktionelle Schichtenstruktur 22 der optoelektronischen Schichtenstruktur ausgebildet. Die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 kann beispielsweise eine, zwei oder mehr Teilschichten aufweisen, wie weiter unten mit Bezug zu 2 näher erläutert. Über der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 ist eine zweite Elektrode 23 der optoelektronischen Schichtenstruktur ausgebildet, die elektrisch mit dem ersten Kontaktabschnitt 16 gekoppelt ist. Die erste Elektrode 20 dient beispielsweise als Anode oder Kathode der optoelektronischen Schichtenstruktur. Die zweite Elektrode 23 dient korrespondierend zu der ersten Elektrode als Kathode bzw. Anode der optoelektronischen Schichtenstruktur.
Über der zweiten Elektrode 23 und teilweise über dem ersten Kontaktabschnitt 16 und teilweise über dem zweiten Kontaktabschnitt 18 ist eine Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ausgebildet, die die optoelektronische Schichtenstruktur, insbesondere die organische funktionelle Schichtenstruktur 22, verkapselt. In der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 sind über dem ersten Kontaktabschnitt 16 eine erste Ausnehmung der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 und über dem zweiten Kontaktabschnitt 18 eine zweite Ausnehmung der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ausgebildet. In der ersten Ausnehmung der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ist ein erster Kontaktbereich 32 freigelegt und in der zweiten Ausnehmung der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ist ein zweiter Kontaktbereich 34 freigelegt. Der erste Kontaktbereich 32 dient zum elektrischen Kontaktieren des ersten Kontaktabschnitts 16 und der zweite Kontaktbereich 34 dient zum elektrischen Kontaktieren des zweiten Kontaktabschnitts 18.
Über der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ist eine Haftmittelschicht 36 ausgebildet. Die Haftmittelschicht 36 weist beispielsweise ein Haftmittel, beispielsweise einen Klebstoff, beispielsweise einen Laminierklebstoff, einen Lack und/oder ein Harz auf. Über der Haftmittelschicht 36 ist ein Abdeckkörper 38 ausgebildet. Die Haftmittelschicht 36 dient zum Befestigen des Abdeckkörpers 38 an der Verkapselungs-Schichtstruktur 24. Der Abdeckkörper 38 weist beispielsweise Glas und/oder Metall auf. Beispielsweise kann der Abdeckkörper 38 im Wesentlichen aus Glas gebildet sein und eine dünne Metallschicht, beispielsweise eine Metallfolie, und/oder eine Graphitschicht, beispielsweise ein Graphitlaminat, auf dem Glaskörper aufweisen. Der Abdeckkörper 38 dient zum Schützen des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1, beispielsweise vor mechanischen Krafteinwirkungen von außen. Ferner kann der Abdeckkörper 38 zum Verteilen und/oder Abführen von Hitze dienen, die in dem herkömmlichen optoelektronischen Bauelement 1 erzeugt wird. Beispielsweise kann das Glas des Abdeckkörpers 38 als Schutz vor äußeren Einwirkungen dienen und die Metallschicht des Abdeckkörpers 38 kann zum Verteilen und/oder Abführen der beim Betrieb des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 entstehenden Wärme dienen.
Die Haftmittelschicht 36 kann beispielsweise strukturiert auf die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 aufgebracht werden. Dass die Haftmittelschicht 36 strukturiert auf die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 aufgebracht wird, kann beispielsweise bedeuten, dass die Haftmittelschicht 36 schon direkt beim Aufbringen eine vorgegebene Struktur aufweist. Beispielsweise kann die Haftmittelschicht 36 mittels eines Dispens- oder Druckverfahrens strukturiert aufgebracht werden.
Das herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 kann beispielsweise aus einem Bauelementverbund vereinzelt werden, indem der Träger 12 entlang seiner in 1 seitlich dargestellten Außenkanten geritzt und dann gebrochen wird und indem der Abdeckkörper 38 gleichermaßen entlang seiner in 1 dargestellten seitlichen Außenkanten geritzt und dann gebrochen wird. Bei diesem Ritzen und Brechen wird die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 über den Kontaktbereichen 32, 34 freigelegt. Nachfolgend können der erste Kontaktbereich 32 und der zweite Kontaktbereich 34 in einem weiteren Verfahrensschritt freigelegt werden, beispielsweise mittels eines Ablationsprozesses, beispielsweise mittels Laserablation, mechanischen Kratzens oder eines Ätzverfahrens. Alternativ dazu können die Außenkanten des Trägers 12 und des Abdeckkörpers 38 zueinander bündig ausgebildet sein und die Kontaktbereiche 32, 34 können über nicht dargestellte Kontaktausnehmungen in dem Träger 12 und/oder dem Abdeckkörper 38 freigelegt sein.
Das herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 kann als Top-Emitter und/oder Bottom-Emitter ausgebildet sein. Falls das herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 als Top-Emitter und Bottom-Emitter ausgebildet ist, kann das herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 als optisch transparentes Bauelement, beispielsweise eine transparente organische Leuchtdiode, bezeichnet werden.
2 zeigt eine detaillierte Schnittdarstellung einer herkömmlichen Schichtenstruktur eines herkömmlichen optoelektronischen Bauelementes, beispielsweise des im Vorhergehenden erläuterten herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1.
Das herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 weist den Träger 12 und einen aktiven Bereich über dem Träger 12 auf.
Zwischen dem Träger 12 und dem aktiven Bereich kann eine erste nicht dargestellte Barriereschicht, beispielsweise eine erste Barrieredünnschicht, ausgebildet sein. Der aktive Bereich weist die erste Elektrode 20, die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 und die zweite Elektrode 23 auf. Über dem aktiven Bereich ist die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ausgebildet. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann als zweite Barriereschicht ausgebildet sein. Über dem aktiven Bereich und über der Verkapselungs-Schichtstruktur 24, ist der Abdeckkörper 38 angeordnet. Der Abdeckkörper 38 kann beispielsweise mittels einer Haftmittelschicht 36 auf der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 angeordnet sein. Von der Verkapselungs-Schichtstruktur 24, der Haftmittelschicht 36 und dem Abdeckkörper 38 ist eine Verkapselung 40 des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 gebildet.
Der aktive Bereich ist ein elektrisch und/oder optisch aktiver Bereich. Der aktive Bereich ist beispielsweise der Bereich des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1, in dem elektrischer Strom zum Betrieb des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 fließt und/oder in dem elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert wird.
Die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 kann ein, zwei oder mehr funktionelle Schichtenstruktur-Einheiten und eine, zwei oder mehr Zwischenschichten zwischen den Schichtenstruktur-Einheiten aufweisen. Falls mehrere Schichtenstruktur-Einheiten ausgebildet sind, so kann in einer dieser Schichtenstruktur-Einheiten Licht einer anderen Wellenlänge und/oder Farbe erzeugt werden als in einer anderen der Schichtenstruktur-Einheiten.
Der Träger 12 kann transluzent oder transparent ausgebildet sein. Der Träger 12 dient als Trägerelement für elektronische Elemente oder Schichten, beispielsweise lichtemittierende Elemente. Der Träger 12 kann beispielsweise Glas, Quarz, und/oder ein Halbleitermaterial oder irgendein anderes geeignetes Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Träger 12 eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Kunststoff kann ein oder mehrere Polyolefine aufweisen. Ferner kann der Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen. Der Träger 12 kann ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, Platin, Eisen, beispielsweise eine Metallverbindung, beispielsweise Stahl. Der Träger 12 kann als Metallfolie oder metallbeschichtete Folie ausgebildet sein. Der Träger 12 kann ein Teil einer Spiegelstruktur sein oder diese bilden. Der Träger 12 kann einen mechanisch rigiden Bereich und/oder einen mechanisch flexiblen Bereich aufweisen oder derart ausgebildet sein.
Die erste Elektrode 20 kann als Anode oder als Kathode ausgebildet sein. Die erste Elektrode 20 kann transluzent oder transparent ausgebildet sein. Die erste Elektrode 20 weist ein elektrisch leitfähiges Material auf, beispielsweise Metall und/oder ein leitfähiges transparentes Oxid (transparent conductive oxide, TCO) oder einen Schichtenstapel mehrerer Schichten, die Metalls oder TCOs aufweisen. Die erste Elektrode 20 kann beispielsweise einen Schichtenstapel einer Kombination einer Schicht eines Metalls auf einer Schicht eines TCOs aufweisen, 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.
Als Metall kann beispielsweise Ag, Pt, Au, Mg, Al, Ba, In, Ca, Sm oder Li, sowie Verbindungen, Kombinationen oder Legierungen dieser Materialien verwendet werden.
Transparente leitfähige Oxide sind transparente, leitfähige Materialien, beispielsweise Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, oder Indium-Zinn-Oxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2, oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise AlZnO, Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitfähiger Oxide zu der Gruppe der TCOs.
Die erste Elektrode 20 kann alternativ oder zusätzlich zu den genannten Materialien aufweisen: Netzwerke aus metallischen Nanodrähten und -teilchen, beispielsweise aus Ag, Netzwerke aus Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphen-Teilchen und -Schichten und/oder Netzwerke aus halbleitenden Nanodrähten. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Elektrode 20 eine der folgenden Strukturen aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Netzwerk aus metallischen Nanodrähten, beispielsweise aus Ag, die mit leitfähigen Polymeren kombiniert sind, ein Netzwerk aus Kohlenstoff-Nanoröhren, die mit leitfähigen Polymeren kombiniert sind und/oder Graphen-Schichten und Komposite. Ferner kann die erste Elektrode 20 elektrisch leitfähige Polymere oder Übergangsmetalloxide aufweisen.
Die erste Elektrode 20 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 20 kann einen ersten elektrischen Anschluss aufweisen, an den ein erstes elektrisches Potential anlegbar ist. Das erste elektrische Potential kann von einer Energiequelle (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, beispielsweise von einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle. Alternativ kann das erste elektrische Potential an den Träger 12 angelegt sein und der ersten Elektrode 20 über den Träger 12 mittelbar zugeführt werden. Das erste elektrische Potential kann beispielsweise das Massepotential oder ein anderes vorgegebenes Bezugspotential sein.
Die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 kann eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht, eine Emitterschicht, eine Elektronentransportschicht und/oder eine Elektroneninjektionsschicht aufweisen.
Die Lochinjektionsschicht kann auf oder über der ersten Elektrode 20 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-is[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-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]9,9-spiro-bifluoren; 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 die 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-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]9,9-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amina)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.
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 können die eine oder mehrere Emitterschichten ausgebildet sein, beispielsweise mit fluoreszierenden und/oder phosphoreszierenden Emittern. Die Emitterschicht kann organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nichtpolymere Moleküle („small molecules”) oder eine Kombination dieser Materialien aufweisen. Die Emitterschicht kann eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: organische oder organometallische Verbindungen, wie Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen (z. B. 2- oder 2,5-substituiertes Poly-p-phenylenvinylen) sowie Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)-iridium III), grün phosphoreszierendes Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridin)iridium III), rot phosphoreszierendes Ru (dtb-bpy)3·2(PF6) (Tris[4,4'-di-tert-butyl-(2,2')-bipyridin]ruthenium(III)komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4,4-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl), grün fluoreszierendes TTPA (9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4-Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran) als nichtpolymere Emitter. 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.
Die erste Emitterschicht 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.
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.
Auf oder über der Emitterschicht kann die 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-2-14-(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 die 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; Naphtahlintetracarbansäuredianhydrid 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 22 mit zwei oder mehr organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten können entsprechende Zwischenschichten zwischen den organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten ausgebildet sein. Die organischen funktionellen Schichtenstruktur-Einheiten können jeweils einzeln für sich gemäß einer Ausgestaltung der im Vorhergehenden erläuterten organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht kann als eine Zwischenelektrode ausgebildet sein. Die Zwischenelektrode kann mit einer externen Spannungsquelle elektrisch verbunden sein. Die externe Spannungsquelle kann an der Zwischenelektrode beispielsweise ein drittes elektrisches Potential bereitstellen. Die Zwischenelektrode kann jedoch auch ein keinen externen elektrischen Anschluss aufweisen, beispielsweise indem die Zwischenelektrode ein schwebendes elektrisches Potential aufweist.
Die organische funktionelle Schichtenstruktur-Einheit 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 herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 kann optional weitere funktionale Schichten aufweisen, beispielsweise angeordnet auf oder über der einen oder mehreren Emitterschichten oder auf oder über der Elektronentransportschicht. Die weiteren funktionalen Schichten können beispielsweise interne oder extern Ein-/Auskoppelstrukturen sein, die die Funktionalität und damit die Effizienz des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 weiter verbessern können.
Die zweite Elektrode 23 kann gemäß einer der Ausgestaltungen der ersten Elektrode 20 ausgebildet sein, wobei die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 23 gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein können. Die zweite Elektrode 23 kann insbesondere Aluminium aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Material der zweiten Elektrode 23 und damit die zweite Elektrode 23 können eine erste Härte aufweisen in einem Bereich beispielsweise von 20 bis 60 HV10, beispielsweise von 27 bis 45 HV10, beispielsweise von 30 bis 35 HV10.
Die zweite Elektrode 23 kann als Anode oder als Kathode ausgebildet sein. Die zweite Elektrode 23 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. Das zweite elektrische Potential kann unterschiedlich zu dem ersten 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.
Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann auch als Dünnschichtverkapselung bezeichnet werden. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann als transluzente oder transparente Schicht ausgebildet sein. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 bildet eine Barriere gegenüber chemischen Verunreinigungen bzw. atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Wasser (Feuchtigkeit) und Sauerstoff. In anderen Worten ist die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 derart ausgebildet, dass sie von Stoffen, die das herkömmliche optoelektronische Bauelement 1 schädigen können, beispielsweise Wasser, Sauerstoff oder Lösemittel, nicht oder höchstens zu sehr geringen Anteilen durchdrungen werden kann. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann als eine einzelne Schicht oder als ein Schichtstapel ausgebildet sein.
Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann 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 Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann eine dritte Härte aufweisen in einem Bereich beispielsweise von 27 bis 10.000 HV10, beispielsweise von 60 bis 5.000 HV10, beispielsweise von 100 bis 5.000 HV10.
Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 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, beispielsweise ungefähr 40 nm. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann ein hochbrechendes Material aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere Material(ien) mit einem hohen Brechungsindex, beispielsweise mit einem Brechungsindex von 1,5 bis 3, beispielsweise von 1,7 bis 2,5, beispielsweise von 1,8 bis 2. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann beispielsweise eine TFE Schichtstruktur sein. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann beispielsweise eine Wasserdurchdringbarkeit von maximal 10^–6 g/m²/d oder weniger aufweisen.
Gegebenenfalls kann die erste Barriereschicht auf dem Träger 12 korrespondierend zu einer Ausgestaltung der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ausgebildet sein.
Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 kann beispielsweise mittels eines geeigneten Abscheideverfahrens gebildet werden, z. B. mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens (Atomic Layer Deposition (ALD)), z. B. eines plasmaunterstützten Atomlagenabscheideverfahrens (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD)) oder eines plasmalosen Atomlageabscheideverfahrens (Plasma-less Atomic Layer Deposition (PLALD)), oder mittels eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens (Chemical Vapor Deposition (CVD)), z. B. eines plasmaunterstützten Gasphasenabscheideverfahrens (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)) oder eines plasmalosen Gasphasenabscheideverfahrens (Plasma-less Chemical Vapor Deposition (PLCVD)), oder alternativ mittels anderer geeigneter Abscheideverfahren.
Die Haftmittelschicht 36 kann beispielsweise Klebstoff und/oder Lack aufweisen, mittels dessen der Abdeckkörper 38 beispielsweise auf der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 angeordnet, beispielsweise aufgeklebt, ist. Die Haftmittelschicht 36 kann transparent oder transluzent ausgebildet ein. Die Haftmittelschicht 36 kann beispielsweise Partikel aufweisen, die elektromagnetische Strahlung streuen, beispielsweise lichtstreuende Partikel. Dadurch kann die Haftmittelschicht 36 als Streuschicht wirken und zu einer Verbesserung des Farbwinkelverzugs und der Auskoppeleffizienz führen können.
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 Haftmittelschicht 36 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 Haftmittelschicht 36 kann eine Schichtdicke von größer als 1 μm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke von mehreren μm, beispielsweise bis zu 50 μm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Klebstoff ein Laminations-Klebstoff sein.
Die Haftmittelschicht 36 kann einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner ist als der Brechungsindex des Abdeckkörpers 38. Die Haftmittelschicht 36 kann beispielsweise einen niedrigbrechenden Klebstoff aufweisen, wie beispielsweise ein Acrylat, der einen Brechungsindex von ungefähr 1,3 aufweist. Die Haftmittelschicht 36 kann jedoch auch einen hochbrechenden Klebstoff aufweisen der beispielsweise hochbrechende, nichtstreuende Partikel aufweist und einen schichtdickengemittelten Brechungsindex aufweist, der ungefähr dem mittleren Brechungsindex der organisch funktionellen Schichtenstruktur 22 entspricht, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1,6 bis 2,5, beispielsweise von 1,7 bis ungefähr 2,0.
Auf oder über dem aktiven Bereich kann eine sogenannte Getter-Schicht oder Getter-Struktur, d. h. eine lateral strukturierte Getter-Schicht, (nicht dargestellt) angeordnet sein. Die Getter-Schicht kann transluzent, transparent oder opak ausgebildet sein. Die Getter-Schicht kann ein Material aufweisen oder daraus gebildet sein, das Stoffe, die schädlich für den aktiven Bereich sind, absorbiert und bindet. Eine Getter-Schicht kann beispielsweise ein Zeolith-Derivat aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Getter-Schicht kann eine Schichtdicke von größer als ungefähr 1 μm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke von mehreren μm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Getter-Schicht einen Laminations-Klebstoff aufweisen oder in der Haftmittelschicht 36 eingebettet sein.
Der Abdeckkörper 38 kann beispielsweise von einer Glaskörper, einer Metallfolie oder einem abgedichteten Kunststofffolienabdeckkörper gebildet sein. Der Abdeckkörper 38 kann beispielsweise mittels einer Fritten-Verbindung (engl. glass frit bonding/glass soldering/seal glass bonding) mittels eines herkömmlichen Glaslotes in den geometrischen Randbereichen des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 auf der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 bzw. dem aktiven Bereich angeordnet sein. Der Abdeckkörper 38 kann beispielsweise Teil einer Cavity-Verkapselung sein, wobei optional in der entsprechenden Kavität die Getter-Schicht bzw. Getter-Struktur angeordnet sein kann. Der Abdeckkörper 38 kann beispielsweise einen Brechungsindex (beispielsweise bei einer Wellenlänge von 633 nm) beispielsweise 1,3 bis 3, beispielsweise von 1,4 bis 2, beispielsweise von 1,5 bis 1,8 aufweisen.
3 zeigt die herkömmliche Schichtenstruktur gemäß 2 wobei in der herkömmlichen Schichtenstruktur ein erster Störpartikel 42 und ein zweiter Störpartikel 44 angeordnet sind. Die Störpartikel 42, 44 sind beispielweise unerwünscht während des Verfahrens zum Herstellen des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 in die herkömmliche Schichtenstruktur gelangt.
Der erste Störpartikel 42 ist teilweise in der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 angeordnet, durchdringt die zweite Elektrode 23 und ragt bis in die organische funktionelle Schichtenstruktur 22. Der zweite Störpartikel 44 ist zumindest teilweise in der zweiten Elektrode 23 angeordnet oder berührt diese zumindest, durchdringt die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 und ist zumindest teilweise in der ersten Elektrode 20 angeordnet oder berührt diese zumindest.
Der erste Störpartikel 42 führt zu einer lokalen Schädigung der zweiten Elektrode 23, der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 und der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22. Der zweite Störpartikel 44 schließt die erste Elektrode 20 mit der zweiten Elektrode 23 kurz und kann dadurch zumindest einen partialen Ausfall oder auch einen Spontanausfall des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 bewirken.
Insbesondere wenn eine Größenordnung der Störpartikel 42, 44 der Größenordnung der Dicke der zweiten Elektrode 23 und/oder der Größenordnung der Dicke der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 entspricht, beispielsweise bei Störpartikel 42, 40 mit Außenmaßen in einem Bereich beispielsweise von 50 nm bis 5 μm, beispielsweise von 100 nm bis 2 μm, können die Störpartikel 42, 44 aufgrund der geringen Härte der zweiten Elektrode 23 bei Druckbelastung von außen durch die zweite Elektrode 23 durchgedrückt werden. Die Störpartikel 42, 40 können abhängig von Ihrer Größe und/oder dem äußeren Druck auch durch die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 bis hin zur gegenüberliegenden ersten 20 Elektrode gedrückt werden, was einen Spontanausfall zur Folge haben kann.
4 zeigt eine Schichtenstruktur eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements. Die Schichtenstruktur und das optoelektronische Bauelement können beispielsweise weitgehend der im Vorhergehenden erläuterten herkömmlichen Schichtenstruktur bzw. dem im Vorhergehenden herkömmlichen optoelektronischen Bauelement 1 entsprechen. Zusätzlich weist die Schichtenstruktur gemäß 4 eine Partikelfangschicht 50 auf. Die Partikelfangschicht 50 ist zwischen der zweiten Elektrode 23 und der Verkapselung 40, insbesondere der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 ausgebildet. Die Partikelfangschicht 50 kann auch als erste Partikelfangschicht bezeichnet werden.
Die Partikelfangschicht 50 und insbesondere das Material der Partikelfangschicht 50 weisen eine zweite Härte auf, die geringer ist als die erste Härte der zweiten Elektrode 23 und die dritte Härte der Verkapselungs-Schichtstruktur 24. Beispielsweise kann die erste Härte einem Härtewert beispielsweise zwischen 20 und 60 HV10, beispielsweise zwischen 27 und 45 HV10, beispielsweise zwischen 30 und 35 HV10 entsprechen, die zweite Härte kann einem Härtewert beispielsweise zwischen 1 und 59 HV10, beispielsweise zwischen 5 und 40 HV10, beispielsweise zwischen 10 und 26 HV10, entsprechen und die dritte Härte kann einem Härtewert beispielsweise zwischen 27 und 10.000 HV10, beispielsweise zwischen 60 und 5.000 HV10, beispielsweise zwischen 100 und 5000 HV10 entsprechen. Optional kann die zweite Härte der Partikelfangschicht 50 auch kleiner sein als eine vierte Härte der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22, beispielsweise kleiner als eine vierte Härte einer Teilschicht der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22, die an die zweite Elektrode 23 grenzt.
Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise Metall oder Kunststoff aufweisen. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise Magnesium, Indium, Gallium, Zink, Bismut, Zinn, Antimon, Eisen, Silicium und/oder eine Kombination der Legierung dieser Materialien aufweisen. Alternativ dazu kann die Partikelfangschicht 50 beispielsweise ein Polymer aufweisen. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise einen Schaum, beispielsweise einen Nanoschaum, beispielsweise einen Kohlenstoffnanoschaum oder einen Metallnanoschaum, ein Aerogel, beispielsweise ein Fe-Aerogel, ein Nanokomposite, eine Paste oder ein Gelee aufweisen. Ein Nanoschaum, beispielsweise ein Kohlenstoffnanoschaum, beispielsweise Aerographit, oder ein Metallnanoschaum kann beispielsweise eine Porosität von kleiner 50% aufweisen und/oder die Größenordnung der Poren kann im Nanometer- und/oder Mikrometer-Bereich liegen. Ein Polymer aufweisender Nanoschaum kann beispielsweise aus Mikroemulsionen und/oder Nanokompositen (Silikaten) hergestellt werden, beispielsweise ein Polyurethan-Nanoschaum. Ein Aerogel kann beispielsweise bis zu 99.8% aus Poren bestehen. Ein Silicat-Aerogel kann beispielsweise in einem Sol-Gel Prozess hergestellt werden. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise Hybridpolymere, wie ein Si-O-Si-Netzwerk, und/oder Verbundwerkstoffe mit weichen oder harten Oberflächen ohne Grenzflächenübergang aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Partikelfangschicht 50 Kolloide aufweisen. Die Kolloide können beispielsweise in Form einer Paste oder eines Gelees vorliegen.
Mögliche Materialkombinationen von den Materialen der zweiten Elektrode 23, beispielsweise der Kathode des entsprechenden optoelektronischen Bauelements, und der Partikelfangschicht 50 sind beispielsweise

– Aluminium (Härte 23 bis 36 HV10) für die zweite Elektrode 23 und Zinn (Härte 18 HV10) für die Partikelfangschicht 50,
– Aluminium (Härte 23 bis 36 HV10) für die zweite Elektrode 23 und eine Zinn/Antimon-Legierung (Härte 23 HV10) für die Partikelfangschicht 50, wodurch beispielsweise bei Temperaturen kleiner 13°C, beispielsweise bei der Lagerung und/oder dem Transport des entsprechenden optoelektronischen Bauelements, die Zinnpest vermieden werden kann und weniger Probleme aufgrund von Wärmeentwicklung beim Betrieb des entsprechenden optoelektronischen Bauelements entstehen können, oder
– eine Silber/Magnesium-Kombination für die zweite Elektrode 23 und Zinn oder eine Zinn/Antimon-Legierung für die Partikelfangschicht 50.

Die Partikelfangschicht 50 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ihre Dicke größer ist als eine maximal zu erwartende Störpartikelgröße, beispielsweise der Störpartikel 40, 42. Die maximal zu erwartende Störpartikelgröße kann beispielsweise von dem Verfahren zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements abhängen. Beispielsweise kann davon ausgegangen werden, dass bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements in einem Reinraum mit einer vorgegebenen Reinraumgüte die maximale Partikelgröße einen von der Reinraumgüte abhängigen maximalen Wert nicht überschreitet. Abhängig von diesem Wert kann dann die Dicke der Partikelfangschicht 50 vorgegeben werden. Falls beispielsweise die maximal zu erwartende Partikelgröße 1 μm ist, so kann die Dicke der Partikelfangschicht 50 beispielsweise größer 1 μm sein, beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 und 5 μm liegen. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgebildet sein und entsprechende Materialien aufweisen. Allgemein kann die Dicke der Partikelfangschicht 50 in einem Bereich liegen beispielsweise zwischen 100 nm und 5 μm, beispielsweise zwischen 500 nm und 2 μm.
Die harte zweite Elektrode 23 und die harte Verkapselungs-Schichtstruktur 24 und die dazu vergleichsweise relativ weiche Partikelfangschicht 50 bewirken, dass die Störpartikel 40, 42 zwischen der zweiten Elektrode 23 und der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 nicht in die zweite Elektrode 23 oder durch die zweite Elektrode 23 in oder durch die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 gedrückt werden, sondern von der Partikelfangschicht 50 eingefangen werden und in dieser verbleiben, auch wenn ein mechanischer Druck von außen auf das entsprechende optoelektronische Bauelement ausgeübt wird. Die Partikelfangschicht 50 ist somit weicher als die die zweite Elektrode 23 und die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 und optional weicher als die organische funktionelle Schichtenstruktur 22, wobei grundsätzlich die Partikelfangschicht 50, die zweite Elektrode 23 und die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 aus beliebigen Schichten oder Schichtstrukturen bestehen können, die nur die bestimmten Härtebedingungen erfüllen müssen und die die entsprechende Funktionen, wie zum Beispiel hohe elektrische Leitfähigkeit bei der zweiten Elektrode 23 bzw. Verkapselungswirkung bei der Verkapselungs-Schichtstruktur 24, erfüllen müssen, so dass die Störpartikel 40, 42 in die Partikelfangschicht 50 gedrückt werden.
Das Material der Partikelfangschicht 50 kann dabei so gewählt werden, dass die optischen Eigenschaften des entsprechenden optoelektronischen Bauelements gar nicht oder zumindest nur vernachlässigbar oder nur auf gewünschte Weise verändert werden. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise strukturiert, also inhomogen, oder nicht strukturiert, also homogen, ausgebildet sein. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise mit oder ohne lichtbeeinflussende Bestandteilen und/oder Zwischenschichten ausgebildet sein. Die lichtbeeinflussenden Bestandteile können beispielsweise Nanopartikel oder Auskoppelstrukturen sein. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise hydrophil, hydrophob, amphilil ausgebildet sein.
Zusätzlich zu der in 4 gezeigten Schichtenstruktur kann das entsprechende optoelektronische Bauelement einen in 4 nicht gezeigten Träger aufweisen, der beispielsweise dem im Vorhergehenden erläuterten Träger 12 entsprechen kann und/oder der beispielsweise flexibel oder nicht flexibel, also starr, ausgebildet sein kann. Das entsprechende optoelektronische Bauelement kann transparente oder nicht transparent und/oder als Top- und/oder Bottomemitter ausgebildet sein.
Optional kann über der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 eine weitere Partikelfangschicht 52 ausgebildet sein. Die weitere Partikelfangschicht 52 kann auch als zweite Partikelfangschicht bezeichnet werden. Die weitere Partikelfangschicht 52 kann eine fünfte Härte aufweisen. Die fünfte Härte kann kleiner als die erste und/oder dritte Härte sein. Die fünfte Härte kann gleich oder näherungsweise gleich der zweiten Härte sein. Die weitere Partikelfangschicht 52 kann gemäß einer Ausgestaltung der Partikelfangschicht 50 ausgebildet sein. Die weitere Partikelfangschicht 52 kann gleich wie oder anders als die Partikelfangschicht 50 ausgebildet sein.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 10, das beispielsweise die Schichtenstruktur gemäß 4 aufweisen kann. Die Partikelfangschicht 50 ist in 5 ausschließlich über der zweiten Elektrode 23 angeordnet. Die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 grenzt oberhalb der Partikelfangschicht 50 an die Partikelfangschicht 50 und seitlich neben der Partikelfangschicht 50 an die Partikelfangschicht 50 und seitlich neben der zweiten Elektrode 23 und der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 an die zweite Elektrode 23 bzw. die organische funktionelle Schichtenstruktur 22. Ferner ist überall zwischen der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 und der Partikelfangschicht 50 die zweite Elektrode 23 ausgebildet. Alternativ dazu kann zumindest teilweise die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 frei von der zweiten Elektrode 23 sein und die Partikelfangschicht 50 kann zumindest in Teilbereichen direkt auf der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 ausgebildet sein.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 10, das beispielsweise weitgehend dem im Vorhergehenden erläuterten optoelektronischen Bauelement 10 entsprechen kann. Die Partikelfangschicht 50 ist oberhalb der zweiten Elektrode 23 und seitlich neben der zweiten Elektrode 23 und der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 ausgebildet. Die Partikelfangschicht 50 kann somit nicht nur zweite Störpartikel 44 einfangen, die in 6 oberhalb der zweiten Elektrode 23 angeordnet sind, sondern auch erste Störpartikel 42, die seitlich neben der zweiten Elektrode 23 und/oder der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 angeordnet sind.
In anderen Worten kann die zweite Elektrode 23 mittels der Partikelfangschicht 50 umformt werden. Möglicherweise vorhandene Störpartikel 40, 42 verbleiben dann in der Partikelfangschicht 50 und werden nicht in die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 gedrückt. Durch die Umformung der zeitlich vor der Partikelfangschicht 50 ausgebildeten Schichten ist mittels der Partikelfangschicht 50 auch ein seitlicher Schutz gegen die Störpartikel 40, 42 gewährleistet.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, beispielsweise des im Vorhergehenden erläuterten optoelektronischen Bauelements 10.
In einem Schritt S2 wird ein Träger bereitgestellt, beispielsweise der Träger 12.
In einem Schritt S4 wird über dem Träger eine erste Elektrode ausgebildet, beispielsweise die im Vorhergehenden erläuterte erste Elektrode 20.
In einem Schritt S6 wird über der ersten Elektrode eine organische funktionelle Schichtenstruktur ausgebildet, beispielsweise die im Vorhergehenden erläuterte organische funktionelle Schichtenstruktur 22.
In einem Schritt S8 wird über der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 eine zweite Elektrode ausgebildet, beispielsweise die im Vorhergehenden erläuterte zweite Elektrode 23.
In einem Schritt S10 wird über der zweiten Elektrode eine Partikelfangschicht ausgebildet, beispielsweise die im Vorhergehenden erläuterte Partikelfangschicht 50. Die Partikelfangschicht 50 kann optional mit derselben Maske ausgebildet werden, mit der die zweite Elektrode 23 ausgebildet wird. Die Maske kann optional während des Schritts S4 und des Schritts S6 und zwischen diesen Schritten unverändert angeordnet bleiben, so dass keine Störpartikel 42, 44 zwischen die zweite Elektrode 24 und die Partikelfangschicht 50 gelangen können. Dies ist beispielsweise beim Ausbilden der Schichten mittels Vakuumbedampfen möglich. Die Maske kann auch als Schattenmaske bezeichnet werden.
In einem Schritt S12 wird eine Verkapselung über der Partikelfangschicht 50 ausgebildet, beispielsweise die im Vorhergehenden erläuterte Verkapselung 40. Insbesondere kann beispielsweise die Verkapselungs-Schichtstruktur 24 über der Partikelfangschicht 50 ausgebildet werden und der Abdeckkörper 38 kann beispielsweise mittels der Haftmittelschicht 36 an der Verkapselungs-Schichtstruktur 24 festgelegt werden. Das Verfahren beim Ausbilden der Partikelfangschicht 50 hängt von dem Material der Partikelfangschicht 50 ab. Die Partikelfangschicht 50 kann beispielsweise mittels Druckens, beispielsweise Siebdruck, Rakeln oder Ink-Jet-Printing, oder in einem Abscheideverfahren, beispielsweise mittels ALD oder CVD, oder mittels Sputtern ausgebildet werden, sofern das Material der Partikelfangschicht 50 für das entsprechende Verfahren geeignet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können eine, zwei oder mehr nicht dargestellte funktionelle Teilschichten in der Schichtenstruktur des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet sein, die beispielsweise zum Verbessern einer Effizienz, beispielsweise einer Auskoppeleffizienz, und/oder zum Beeinflussen einer Farbe oder einer Farbtemperatur des optoelektronischen Bauelements 10 beitragen können. Beispielsweise können in oder an dem Träger 12 und/oder in oder an der ersten Elektrodenschicht 15 Auskoppelstrukturen angeordnet und/oder ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 14644-1 [0020]
ISO 1 [0020]
ISO 2 [0020]
ISO 1 [0020]
ISO 2 [0020]

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10), mit – einem Träger (12), – einer ersten Elektrode (20) über dem Träger (12), – einer organischen funktionellen Schichtenstruktur (22) über der ersten Elektrode (20), – einer zweiten Elektrode (23), die eine erste Härte hat, über der organischen funktionellen Schichtenstruktur (22), – einer Partikelfangschicht (50), die eine zweite Härte hat, über der zweiten Elektrode (23), und – einer Verkapselung (40), die eine dritte Härte hat, über der Partikelfangschicht (50), – wobei die zweite Härte kleiner ist als die erste Härte und wobei die zweite Härte kleiner ist als die dritte Härte.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die erste Härte einem Härtewert zwischen 20 und 60 HV10 entspricht, bei dem die zweite Härte einem Härtewert zwischen 1 und 59 HV10 entspricht und/oder bei dem die dritte Härte einem Härtewert zwischen 27 und 10.000 HV10 entspricht.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Verkapselung (40) einen Abdeckkörper (38) und eine Verkapselungs-Schichtstruktur (24) aufweist, wobei die Verkapselungs-Schichtstruktur (24) über der zweiten Elektrode (23) angeordnet ist und der Abdeckkörper (38) über der Verkapselungs-Schichtstruktur (24) angeordnet ist und wobei die Verkapselungs-Schichtstruktur (24) die dritte Härte hat.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) Metall und/oder Kunststoff aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) Magnesium, Indium, Gallium, Zink, Bismut, Zinn, Antimon, Eisen, Silizium und/oder ein Polymer oder eine Legierung aufweist, die einen oder mehrere dieser Stoffe aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) einen Schaum, einen Nanoschaum, ein Aerogel, ein Nanokomposite, eine Paste oder ein Gelee aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) Kolloide aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) dicker ist als eine vorgegebene maximal zu erwartende Störpartikelgröße, wobei die maximal zu erwartende Störpartikelgröße durch ein Verfahren zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements (10) vorgegeben ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) eine Dicke in einem Bereich zwischen 100 nm und 5 μm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) zumindest teilweise direkt auf der organischen funktionellen Schichtenstruktur (22) ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikelfangschicht (50) zumindest teilweise neben der zweiten Elektrode (23) ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die organische funktionelle Schichtenstruktur (22) eine vierte Härte hat und bei dem die zweite Härte kleiner ist als die vierte Härte.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 12, die eine weitere Partikelfangschicht (52) über Verkapselungs-Schichtstruktur (24) aufweist, wobei die weitere Partikelfangschicht (52) eine fünfte Härte hat, die kleiner ist als die dritte Härte der Verkapselung.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (10), bei dem – ein Träger (12) bereitgestellt wird, – eine erste Elektrode (20) über dem Träger (12) ausgebildet wird, – eine organische funktionelle Schichtenstruktur (22) über dem Träger (12) ausgebildet wird, – eine zweite Elektrode (23), die eine erste Härte hat, über der organischen funktionellen Schichtenstruktur (22) ausgebildet wird, – eine Partikelfangschicht (50), die eine zweite Härte hat, über der zweiten Elektrode (23) ausgebildet wird, und – eine Verkapselung (40), die eine dritte Härte hat, über der Partikelfangschicht (50) ausgebildet wird, – wobei die zweite Härte kleiner ist als die erste Härte und wobei die zweite Härte kleiner ist als die dritte Härte.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die zweite Elektrode (23) mittels einer Maske ausgebildet wird und bei dem die Partikelfangschicht (50) mit derselben Maske ausgebildet wird, wobei die Maske zwischen dem Ausbilden der zweiten Elektrode (23) und dem Ausbilden der Partikelfangschicht (50) nicht von dem optoelektronischen Bauelement (10) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem die organische funktionelle Schichtenstruktur (22) eine vierte Härte hat und bei dem die zweite Härte kleiner ist als die vierte Härte.