DE102014104229A1

DE102014104229A1 - Organisches optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE102014104229A1
Application number: DE102014104229.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schwamb
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: WO2015144556A1; DE102014104229B4

Abstract

Es wird ein organisches optoelektronisches Bauelement angeben, das ein Substrat (1) mit einer transluzenten ersten Elektrode (2), einen organischen funktionellen Schichtenstapel (3) auf der ersten Elektrode (2) und eine zweite Elektrode (5) auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel aufweist, wobei zwischen der ersten und zweiten Elektrode (2, 5) eine Isolatorschicht (4) angeordnet ist, die zusammen mit dem organischen funktionellen Schichtenstapel (3) die erste und die zweite Elektrode (2, 5) voneinander trennt und die unter der zweiten Elektrode (5) hervorragt, die zweite Elektrode (5) den organischen funktionellen Schichtenstapel (3) komplett überdeckt und die zweite Elektrode (5) und die Isolatorschicht (4) den organischen funktionellen Schichtenstapel (3) verkapseln. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements angegeben.

Description

Es werden ein organisches optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements angegeben.
Organische Halbleiter, wie sie in organischen Elektroniken wie beispielsweise organischen Licht emittierenden Dioden oder organischen photovoltaischen Bauelementen eingesetzt werden, sind üblicherweise besonders gegen Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse wie etwa schädigende Gase empfindlich. Entsprechend müssen diese Materialien gegen solche Umwelteinflüsse geschützt werden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein organisches optoelektronisches Bauelement anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein organisches optoelektronisches Bauelement auf einem Substrat zumindest eine transluzente erste Elektrode und darüber eine zweite Elektrode auf, zwischen denen ein organischer funktioneller Schichtenstapel angeordnet ist. Der organische funktionelle Schichtenstapel weist zumindest eine organische optoelektronisch aktive Schicht auf. Die organische optoelektronisch aktive Schicht kann beispielsweise eine Licht emittierende Schicht in Form einer organischen elektrolumineszierenden Schicht sein, die im Betrieb des organischen optoelektronischen Bauelements Licht erzeugt. Das organische optoelektronische Bauelement kann in diesem Fall als organisches Licht emittierendes Bauelement, insbesondere in Form einer organischen Licht emittierenden Diode (OLED), ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das organische optoelektronische Bauelement als organische optoelektronisch aktive Schicht eine Licht detektierende Schicht aufweisen, die bei Lichteinfall beispielsweise einen Strom oder eine elektrische Spannung erzeugt oder die einen elektrischen Widerstand ändert. In diesem Fall kann das organische optoelektronische Bauelement als organisches Licht detektierendes Bauelement, beispielsweise in Form eines organischen photovoltaischen Bauelements (OPV), ausgebildet sein.
Mit „transluzent“ wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht ist. Dabei kann die transluzente Schicht transparent, also klar durchscheinend, oder zumindest teilweise Licht streuend und/oder teilweise Licht absorbierend sein, so dass die transluzente Schicht beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist eine hier als transluzent bezeichnete Schicht möglichst transparent ausgebildet, so dass insbesondere die Absorption von Licht so gering wie möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat transluzent ausgebildet, so dass Licht durch die erste Elektrode und das Substrat nach außen durch das organische optoelektronische Bauelement abgestrahlt oder von außen durch die erste Elektrode und das Substrat auf den organischen funktionellen Schichtenstapel eingestrahlt werden kann. Das Substrat kann beispielsweise eines oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Glas, Quarz, Kunststoff. Besonders bevorzugt kann das Substrat Glas, beispielsweise in Form einer Glasschicht, Glasfolie oder Glasplatte, aufweisen oder daraus sein. Im Falle eines biegbaren organischen optoelektronischen Bauelements kann das Substrat beispielsweise ein sogenanntes ultradünnes Glas („ultra-thin glass“, UTG) mit einer Dicke von kleiner oder gleich 200 µm und bevorzugt von kleiner oder gleich 100 µm aufweisen. Weiterhin kann das Substrat auch ein Kunststoffmaterial, beispielsweise eine Kunststofffolie, aufweisen, die mit einer oder mehreren Barriereschichten abgedichtet ist.
Der organische funktionelle Schichtstapel kann Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen, nicht-polymeren Molekülen („small molecules“) oder Kombinationen daraus aufweisen. Zusätzlich zur organischen optoelektronisch aktiven Schicht kann der organische funktionelle Schichtenstapel funktionelle Schichten ausgewählt aus organischen Ladungsträgerinjektionsschichten, Ladungsträgertransportschichten und Ladungsträgerblockierschichten aufweisen. Im Hinblick auf den prinzipiellen Aufbau eines organischen optoelektronischen Bauelements, dabei beispielsweise im Hinblick auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien des organischen funktionellen Schichtenstapels, wird auf die Druckschrift WO 2010/066245 A1 verwiesen, die im Hinblick auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien des organischen funktionellen Schichtenstapels hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das organische optoelektronische Bauelement zusätzlich zum Substrat mit der transluzenten ersten Elektrode, dem organischen funktionellen Schichtenstapel auf der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel eine Isolatorschicht auf. Soweit nicht anders beschrieben wird mit „isolierend“ und „Isolator“ hier und im Folgenden eine elektrisch isolierende Eigenschaft bezeichnet. Die Isolatorschicht ist zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet. Insbesondere trennt die Isolatorschicht zusammen mit dem organischen funktionellen Schichtenstapel die erste und die zweite Elektrode voneinander. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die erste und die zweite Elektrode keinen direkten Kontakt miteinander haben, sodass kein Kurzschluss durch einen solchen Kontakt zwischen der ersten und der zweiten Elektrode entstehen kann. Vielmehr befinden sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode entweder die Isolatorschicht oder der organische funktionelle Schichtenstapel oder beide. Die Isolatorschicht isoliert insbesondere einen Teilbereich der ersten Elektrode von einem Teilbereich der zweiten Elektrode, wo kein organischer funktioneller Schichtenstapel vorhanden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ragt die Isolatorschicht unter der zweiten Elektrode hervor. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Isolatorschicht einen Bereich aufweist, der nicht von der zweiten Elektrode bedeckt ist. Damit befindet sich die Isolatorschicht unter einem Teilbereich der zweiten Elektrode und erstreckt sich von diesem ausgehend von der zweiten Elektrode weg und hin zu einer Außenseite der zweiten Elektrode. Die Isolatorschicht kann somit einen Bereich aufweisen, der Kontakt mit der Umgebung hat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform überdeckt die zweite Elektrode den organischen funktionellen Schichtenstapel komplett. Der organische funktionelle Schichtenstapel ist damit gänzlich unterhalb der zweiten Elektrode angeordnet, die sich somit nicht nur über dem organischen funktionellen Schichtenstapel, sondern sich lateral, also entlang einer Haupterstreckungsebene der Schichten des Bauelements und insbesondere des organischen funktionellen Schichtenstapels, zumindest in denjenigen Bereichen des organischen funktionellen Schichtenstapels, die nicht von der Isolatorschicht bedeckt sind, auch rundherum um den organischen funktionellen Schichtenstapel befinden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Elektrode verkapselnd ausgebildet. Das bedeutet, dass die zweite Elektrode kaum oder gar nicht durchlässig für schädigende Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit oder schädigende Gase ist, die den organischen funktionellen Schichtenstapel schädigen könnten. Weiterhin ist gemäß einer weiteren Ausführungsform auch die Isolatorschicht verkapselnd und entsprechend kaum oder gar nicht durchlässig für schädigende Umwelteinflüsse. Die zweite Elektrode und die Isolatorschicht können insbesondere den organischen funktionellen Schichtenstapel verkapseln. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der organische funktionelle Schichtenstapel von allen Oberflächen beziehungsweise Seiten her, die nicht auf der ersten Elektrode oder dem Substrat aufliegen, durch die zweite Elektrode und/oder die Isolatorschicht vor Umwelteinflüssen geschützt ist.
Dem vorliegenden Bauelement liegen folgende Überlegungen zugrunde. Als Verkapselungen für organische Materialien in organischen optoelektronischen Bauelementen sind im Stand der Technik verschiedene Maßnahmen bekannt. So können beispielsweise ein Substrat und ein Deckglas mittels eines Glaslots in einem umlaufenden Rand verklebt werden. Durch eine derartige so genannte Glasfrittenverkapselung wird ein Hohlraum gebildet, in dem empfindliche Schichten aufgebracht werden können. Bei einer derartigen Verkapselung sind jedoch hohe Temperaturen notwendig, sodass die Materialien für Substrat und Deckel auf Glas beschränkt sind. Der Verkapselungsprozess ist weiterhin aufwändig und es kann eine Gefahr von Beschädigungen der Schichten unter dem Deckel durch ein Durchdrücken des Deckels bestehen. Weiterhin kann die durch das Substrat und den Deckel gebildete Kavität für eine Wärmeabführung und Wärmeverteilung nachteilig sein. Daneben ist es auch bekannt, anstelle eines Glaslots einen Klebstoff zu verwenden, mit dem ein Deckel auf einem Substrat in einem umlaufenden Rand verklebt wird, sodass ebenfalls ein geschützter Hohlraum entsteht. Da eine solche Klebespur, für die üblicherweise ein Polymerkleber verwendet wird, oft nicht perfekt wasserdicht ist und in diesem Fall nur als Bremse für das Eintreten von Feuchtigkeit oder Gasen dienen kann, muss in der Kavität zusätzlich ein Material angeordnet werden, das Feuchtigkeit und eindringende Gase binden beziehungsweise absorbieren kann. Durch ein derartiges so genanntes Getter-Material entstehen zusätzliche Kosten und die Lebensdauer der Bauteile ist durch die Absorptionskapazität des Getter-Materials begrenzt. Weiterhin ist auch das Prinzip der so genannten Deckel-Lamination bekannt, bei der ein Deckel flächig auf das Bauteil geklebt wird. Feuchtigkeit muss in der Folge erst durch den Klebefilm bis zu den empfindlichen Schichten diffundieren, was eine lange Diffusionsdauer von vielen tausend Stunden bedeuten kann, in denen das Bauteil vor Feuchtigkeit geschützt ist. Um jedoch eine signifikante Diffusionsdauer zu erreichen, ist ein breiter Randbereich notwendig, der unwirtschaftlich und/oder unästhetisch sein kann. Weiterhin ist die Diffusionsdauer stark von den Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängig und wird mit steigenden Werten kürzer, sodass beispielsweise Außenanwendungen unter Umständen nur sehr kurze Lagerzeiten aufweisen. Daneben ist es auch bekannt, einen möglichst perfekten Film aus einem Material aufzubringen, das selbst bei geringen Dicken bereits vollständig dicht gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit, ist. Eine derartige Dünnfilmverkapselung wird direkt auf die empfindlichen Schichten aufgebracht. Jedoch können hier selbst kleinste Fehler in den Dünnfilmen, so genannte Pin-Holes, zu fatalen Ausfällen führen. Dadurch können sich Probleme im Hinblick auf eine hohe Ausbeute, insbesondere bei großflächigen Bauteilen, ergeben. Zusätzlich kann es bedingt durch die Dünne und/oder die Transparenz der Dünnfilme möglich sein, dass solche Fehler nur sehr schwer zuverlässig, nicht-zerstörend und wirtschaftlich erkannt werden können.
Im Gegensatz zu den bekannten Verkapselungsmöglichkeiten weist das hier beschriebene organische optoelektronische Bauelement als Verkapselung die zweite Elektrode zusammen mit der Isolatorschicht auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das organische optoelektronische Bauelement daher frei von einer Verkapselungsanordnung über der zweiten Elektrode. Mit anderen Worten weist das organische optoelektronische Bauelement keine der üblichen Verkapselungsmöglichkeiten, die vorab beschrieben wurden, auf. Jedoch können auf der zweiten Elektrode eine oder mehrere Schichten, beispielsweise Schutzschichten gegen mechanische Beschädigungen, aufgebracht sein. Beispielsweise kann als Schutzschicht eine Kunststoffschicht, etwa eine Lackschicht, aufgebracht sein, die eine Dicke von 0,1 µm oder mehr, 1 µm oder mehr, 5 µm oder mehr oder sogar 10 µm oder mehr aufweisen kann. Auf einer derartigen Kunststoffschicht kann weiterhin eine Glasplatte, Glasfolie oder Metallfolie aufgeklebt sein, die jedoch nicht als Verkapselung vorgesehen ist und wirkt, sondern nur zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen der zweiten Elektrode dient.
Die zweite Elektrode bildet beim hier beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelement somit den Hauptteil der Verkapselung auf dem Substrat, während die Isolatorschicht insbesondere in einem Bereich, in dem die Isolatorschicht unter der zweiten Elektrode hervorragt, zu einer Verkapselung des funktionellen Schichtenstapels beitragen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Elektrode zumindest einen Bereich auf, in dem sie von außen kontaktierbar ist. Dadurch ist es möglich, die zweite Elektrode direkt elektrisch anzuschließen, ohne dass beispielsweise ein Elektrodenanschlussstück auf dem Substrat vorhanden sein muss, das mit der zweiten Elektrode in elektrischem Kontakt steht und von außen kontaktierbar ist. Hierbei ist es auch denkbar, dass beispielsweise die gesamte Oberseite, die vom Substrat abgewandt ist, oder zumindest ein Teil dieser als elektrische Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Elektrode dient.
Um einen ausreichenden Schutz vor schädigenden Umwelteinflüssen zu bilden, wird die zweite Elektrode insbesondere so dick ausgeführt, dass sie undurchlässig für schädigende Umwelteinflüsse ist. Insbesondere kann die zweite Elektrode eine Dicke von größer oder gleich 5 µm, größer oder gleich 10 µm oder größer oder gleich 30 µm aufweisen. Weiterhin kann die zweite Elektrode eine Dicke von kleiner oder gleich 200 µm oder kleiner oder gleich 100 µm aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Elektrode eine Dicke zwischen 10 µm und 30 µm oder zwischen 30 µm und 100 µm aufweisen.
Bei dem hier beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelement wird somit die umweltseitige Elektrode, also die vom Substrat aus gesehen auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel angeordnete zweite Elektrode, so dick ausgeführt, dass ein ausreichender Schutz vor Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen besteht. Hierzu wird, wie vorab beschrieben, die zweite Elektrode auch so ausgeführt, dass sie in bevorzugt allen lateralen Dimensionen, also entlang der Haupterstreckungsebene des organischen funktionellen Schichtenstapels, diesen überragt und somit den organischen funktionellen Schichtenstapel komplett überdeckt. Zum Zweck der Kontaktierung kann die zweite Elektrode über wenigstens eine Ausdehnung der ersten Elektrode herausgeführt werden. Um bei der Bereitstellung der zweiten Elektrode zur Kontaktierung keinen Feuchtediffusionskanal zu erzeugen, wird die Isolatorschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in nicht aktiven Bereichen angeordnet. Dadurch wird bei dem hier beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelement kavitätsfrei und ohne Spalt zwischen der als Deckel dienenden zweiten Elektrode und dem Substrat ein gegen Umwelteinflüsse schützender Deckel erzeugt. Beispielsweise im Vergleich zu einer Dünnfilmverkapselung ergibt sich aufgrund einer ausreichend groß gewählten Dicke der zweiten Elektrode eine höhere Robustheit dieses Schutzes gegenüber Verunreinigungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Isolatorschicht und/oder die zweite Elektrode hermetisch dicht ausgeführt. Als hermetisch dicht wird hier und im Folgenden eine verkapselnde Schicht bezeichnet, die eine Durchlässigkeit für Wasserdampf, eine so genannte „water vapor transmission rate“ (WVTR), die klein genug ist, so dass über eine Lebensdauer von mehreren tausend Stunden keine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Bauelements erfolgt. Die WVTR kann kleiner oder gleich 10^–3 g/(m²·Tag) oder kleiner oder gleich 10^–4 g/(m²·Tag) oder kleiner oder gleich 10^–5 g/(m²·Tag) oder kleiner oder gleich 10^–6 g/(m²·Tag) sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Isolatorschicht ein anorganisches Material auf oder besteht daraus. Das anorganische Material kann insbesondere ein Oxid, Nitrid, Oxinitrid oder Carbid aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere kann das anorganische Material ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Lantanoxid, Tantaloxid, Niobiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumcarbid. Die Isolatorschicht kann insbesondere eine oder mehrere Schichten aus einem oder mehreren der genannten anorganischen Materialien aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Isolatorschicht eine Dicke von größer oder gleich 1 nm und bevorzugt von größer oder gleich 50 nm auf.
Zum Aufbringen der Isolatorschicht kann eines oder mehrere der folgenden Verfahren verwendet werden: Sputtern, physikalische Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition“, PVD), chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition“, CVD), wie etwa plasma-unterstützte CVD („plasma-enhanced chemical vapor deposition“, PECVD), Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition“, ALD). Die Isolatorschicht kann strukturiert, beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Maske, aufgebracht werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Isolatorschicht großflächig aufzubringen und anschließend durch ein Strukturierungsverfahren wie beispielsweise Laserablation oder ein lithografisches Verfahren zu strukturieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Isolatorschicht auf einem Teilbereich des organischen funktionellen Schichtenstapels angeordnet. Mit anderen Worten überdeckt die Isolatorschicht einen Teilbereich des organischen funktionellen Schichtenstapels. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass der organische funktionelle Schichtenstapel auf einem Teilbereich der Isolatorschicht angeordnet ist. Entsprechend kann die Isolatorschicht nach dem Aufbringen des organischen funktionellen Schichtenstapels auf einem Teilbereich dieses aufgebracht werden oder der organische funktionelle Schichtenstapel kann nach dem Aufbringen der Isolatorschicht auf einem Teilbereich dieser aufgebracht werden. Die Isolatorschicht dient dadurch, dass sie mit einem Teilbereich des organischen funktionellen Schichtenstapels überlappt und gleichzeitig unter der zweiten Elektrode hervorragt, als eine verlängerte Trennung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in den Teilbereichen der ersten und zweiten Elektrode, in denen sich die erste und zweite Elektrode ohne Isolatorschicht berühren würden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ragt die erste Elektrode unter der Isolatorschicht hervor und ist damit von außen kontaktierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Elektrode eine Keimschicht auf, die auf der dem organischen funktionellen Schichtenstapel zugewandten Seite der zweiten Elektrode angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Keimschicht direkt auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel und der Isolatorschicht aufgebracht. Die Keimschicht kann beispielsweise eine Dicke von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 2000 nm und bevorzugt kleiner oder gleich 500 nm, beispielsweise etwa 200 nm, aufweisen. Die Keimschicht kann weiterhin insbesondere ein reflektierendes Metall wie beispielsweise Aluminium und/oder Silber aufweisen oder daraus sein. Dadurch wirkt die zweite Elektrode unabhängig von weiteren auf der Keimschicht aufgebrachten Schichten spiegelnd für das vom organischen optoelektronischen Bauelement im Betrieb erzeugte oder detektierte Licht. Weiterhin kann die Keimschicht auch mehrere Metallschichten aufweisen, etwa eine Schicht aus einem vorgenannten reflektierenden Metall und darüber eine Schicht, die für die nachfolgend aufgebrachte und im Folgenden beschriebene Elektrodenverstärkungsschicht als haftvermittelnde Schicht dient, beispielsweise mit oder aus Ti und/oder Cr.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf der Keimschicht eine Elektrodenverstärkungsschicht aufgebracht. Insbesondere kann die Elektrodenverstärkungsschicht galvanisch auf der Keimschicht abgeschieden werden. Die Elektrodenverstärkungsschicht weist insbesondere eine solche Dicke auf, dass die zweite Elektrode die gewünschte Verkapselungswirkung hat. Beispielsweise kann die Elektrodenverstärkungsschicht eine Dicke von größer oder gleich 5 µm, größer oder gleich 10 µm oder größer oder gleich 30 µm und kleiner oder gleich 200 µm oder kleiner oder gleich 100 µm aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Elektrodenverstärkungsschicht eine Dicke zwischen 10 µm und 30 µm oder zwischen 30 µm und 100 µm aufweisen. Als Material für die Elektrodenverstärkungsschicht kann insbesondere ein Metall, besonders bevorzugt Nickel und/oder Kupfer, gewählt sein, sodass die Elektrodenverstärkungsschicht zumindest eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Nickel, Kupfer, Zink, Zinn und Chrom aufweist oder daraus ist.
Alternativ zu einer zweiten Elektrode, die eine Keimschicht und eine galvanisch aufgebracht Elektrodenverstärkungsschicht aufweist, kann die zweite Elektrode beispielsweise auch durch ein Verdampfungsverfahren mit einer der vorgenannten Dicken aufgebracht werden. In diesem Fall kann die zweite Elektrode eine oder mehrere Schichten aus einem oder mehreren der vorgenannten Metalle aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements ein Substrat mit einer ersten transluzenten Elektrode bereitgestellt. Auf der ersten Elektrode wird ein organischer funktioneller Schichtenstapel abgeschieden. Auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel wird eine zweite Elektrode aufgebracht, die den organischen funktionellen Schichtenstapel bevorzugt komplett überdeckt. Vor dem Aufbringen der zweiten Elektrode wird eine Isolatorschicht aufgebracht, die nach dem Aufbringen der zweiten Elektrode unter der zweiten Elektrode hervorragt.
Die vorab und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das organische optoelektronische Bauelement und das Verfahren zur Herstellung des organischen optoelektronischen Bauelements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste und zweite Elektrode jeweils großflächig ausgebildet. Ein als organisches Licht emittierendes Bauelement ausgebildetes organisches optoelektronisches Bauelement mit großflächigen Elektroden kann beispielsweise für Beleuchtungsanwendungen einsetzbar sein. Alternativ hierzu kann die erste Elektrode strukturiert sein und zumindest zwei voneinander getrennte Elektrodenbereiche aufweisen, die getrennt voneinander elektrisch kontaktierbar und ansteuerbar sein können. Beispielsweise kann die erste Elektrode so strukturiert sein, dass das organische optoelektronische Bauelement eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Bildpunkten oder Bereichen aufweist, so dass das organische optoelektronisches Bauelement als Anzeigevorrichtung, beispielsweise als Display oder zur Anzeige von Piktogrammen, ausgebildet sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zumindest zwei voneinander getrennten Elektrodenbereiche der ersten Elektrode in jeweils einem Teilbereich von der Isolatorschicht bedeckt. Die Isolatorschicht kann dabei zusammenhängend ausgebildet auf den Elektrodenbereichen angeordnet sein. Weiterhin kann die Isolatorschicht auch voneinander getrennte Bereiche aufweisen, von denen jeweils einer auf einem Elektrodenbereich der ersten Elektrode angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die transluzente erste Elektrode ein transparentes leitendes Oxid auf oder besteht aus einem transparenten leitenden Oxid. Transparente leitende Oxide („transparent conductive oxide“, TCO) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, Indiumzinnoxid (ITO) oder Aluminiumzinkoxid (AZO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Weiterhin kann die transluzente erste Elektrode eine Metallschicht mit einem Metall oder einer Legierung aufweisen, beispielsweise mit einem oder mehreren der folgenden Materialien: Ag, Pt, Au, Mg, Ag:Mg. Die Metallschicht weist in diesem Fall eine Dicke auf, die gering genug ist, um zumindest teilweise durchlässig für Licht zu sein, beispielsweise eine Dicke von kleiner oder gleich 50 nm oder kleiner oder gleich 20 nm.
Die transluzente erste Elektrode kann auch eine Kombination aus zumindest einer oder mehreren TCO-Schichten und zumindest einer oder mehreren transluzenten Metallschichten aufweisen.
Je nach Dicke und Material der zweiten Elektrode kann diese form- und biegbar sein. Hierdurch kann es möglich sein, das organische optoelektronische Bauelement biegbar auszubilden. In diesem Fall ist auch das Substrat biegbar ausgebildet. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn für ein biegbares organisches optoelektronisches Bauelement auch die erste Elektrode zumindest in einem Teilbereich aus einem nicht spröden und insbesondere biegbaren Material ausgebildet ist. Hierfür kann die transluzente erste Elektrode beispielsweise eine dünne Metallschicht wie etwa eine dünne Silberschicht oder eine Schicht aus Silber-Nanodrähten („silver nano wires“, AgNW) aufweisen. Weiterhin kann die transluzente erste Elektrode auch Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen („carbon nanotubes“, CNT) oder ein organisches Material wie Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) oder eine Mischung der genannten Materialien aufweisen. Die erste Elektrode kann insbesondere unterhalb des organischen funktionellen Schichtenstapels ein biegbares Material aufweisen. Dadurch kann beispielsweise bei einem organischen optoelektronischen Bauelement, das als Licht emittierendes Bauelement ausgebildet ist, der Leuchtbereich formbar sein. Da jedoch Materialien wie etwa Silber-Nanodrähte oder CNTs gewöhnlich in ein Polymer eingebettet sind, das feuchtigkeitsleitend ist, kann die erste Elektrode weiterhin zusätzlich ein feuchtigkeitsdichtes Material aufweisen, das das biegbare Material unterhalb der Isolatorschicht kontaktiert und das unter der Isolatorschicht und der zweiten Elektrode hervorragt. Mit anderen Worten ragt das feuchtigkeitsdichte Material der ersten Elektrode unter der Isolatorschicht nach außen, während das biegbare und gegebenenfalls feuchtigkeitsleitende Material der ersten Elektrode unterhalb des Isolators beginnt und sich unter die zweite Elektrode und den organischen funktionellen Schichtenstapel erstreckt. Das feuchtigkeitsdichte Material kann beispielsweise eines der vorgenannten Metalle oder TCOs sein.
Da die Isolatorschicht und beispielsweise auch eine TCO-Schicht als feuchtigkeitsdichtes Material für die erste Elektrode spröde und nicht biegbar sein können, kann es vorteilhaft sein, wenn über der Isolatorschicht oder über der Isolatorschicht und dem nach außen geführten feuchtigkeitsdichten Material der ersten Elektrode ein Stabilisierungselement zur Versteifung des organischen optoelektronischen Bauelements angeordnet ist. Das Stabilisierungselement kann beispielsweise durch ein entsprechendes Gegenstück zur Versteifung auf dem Substrat ausgebildet sein, das die Isolatorschicht oder die Isolatorschicht und einen Teil des nach außen geführten Teils der ersten Elektrode bedeckt.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 bis 3D schematische Darstellungen einer Aufsicht und von Schnittdarstellungen des organischen optoelektronischen Bauelements gemäß 1,
4 und 5 schematische Darstellungen eines organischen optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
6A bis 7B schematische Darstellungen von organischen optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
8A bis 8D schematische Darstellungen von Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein organisches optoelektronisches Bauelement 100 gezeigt, das rein beispielhaft als organisches Licht emittierendes Bauelement, also etwa als organische Licht emittierende Diode (OLED), ausgebildet ist. Alternativ hierzu können das organische optoelektronische Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 sowie auch die optoelektronischen Bauelemente der Ausführungsbeispiele der weiteren Figuren auch als organisches Licht detektierendes Bauelement ausgebildet sein.
Das in 1 gezeigte organische optoelektronische Bauelement 100 weist ein Substrat 1 auf, auf dem eine transluzente erste Elektrode 2 aufgebracht ist. Das Substrat 1 ist ebenfalls transluzent ausgebildet und weist beispielsweise Glas in Form einer Glasplatte oder in Form von ultradünnem Glas mit einer Dicke von kleiner oder gleich 200 µm und bevorzugt kleiner oder gleich 100 µm auf. Alternativ hierzu kann das Substrat beispielsweise auch eine Kunststofffolie mit einer abdichtenden Barriereschicht aufweisen oder als Glas-Kunststoff-Laminat ausgebildet sein.
Die transluzente Elektrode 2 weist ein transparentes leitendes Oxid (TCO) wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder ein anderes oben im allgemeinen Teil genanntes TCO auf. Alternativ oder zusätzlich kann die transluzente erste Elektrode 2 auch ein Metall in Form einer dünnen Metallschicht mit einer Dicke von kleiner oder gleich 50 nm und bevorzugt kleiner oder gleich 20 nm aufweisen. Dadurch, dass das Substrat 1 und die erste Elektrode 2 transluzent ausgebildet sind, kann das organische optoelektronische Bauelement 100 im Betrieb Licht durch diese abstrahlen, sodass das organische optoelektronische Bauelement 100 als so genannter Bottom-Emitter ausgebildet ist.
Auf der transluzenten ersten Elektrode 2 ist ein organischer funktioneller Schichtenstapel 3 mit zumindest einer organischen optoelektronisch aktiven Schicht aufgebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann die organische optoelektronisch aktive Schicht insbesondere eine elektrolumineszierende Schicht sein, die im Betrieb Licht erzeugen kann. Der Aufbau des organischen funktionellen Schichtenstapels 3 kann entsprechend den Ausführungen im allgemeinen Teil sein und wird hier nicht weiter ausgeführt.
Weiterhin weist das organische optoelektronische Bauelement 100 eine Isolatorschicht 4 sowie eine zweite Elektrode 5 auf. Die zweite Elektrode 5 ist auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel 3 aufgebracht und überdeckt diesen komplett. Das bedeutet, dass die zweite Elektrode 5 nicht nur auf einer dem Substrat 1 abgewandten Oberseite des organischen funktionellen Schichtenstapels 3 aufgebracht ist, sondern diesen auch lateral, das bedeutet entlang einer Haupterstreckungsebene des organischen funktionellen Schichtenstapels 3, überragt und somit auch seitlich umschließen kann.
Die Isolatorschicht 4 ist zwischen der ersten und zweiten Elektrode 2, 5 angeordnet und trennt zusammen mit dem organischen funktionellen Schichtenstapel 3 die erste und zweite Elektrode 2, 5 voneinander. Das bedeutet, dass die erste Elektrode 2 und die zweite Elektrode 5 keinen direkten Kontakt miteinander haben, sondern sich zwischen diesen entweder der organische funktionelle Schichtenstapel 3 oder die Isolatorschicht 4 oder beide befinden. Aufgrund der Isolatorschicht 4 ist es möglich, dass die zweite Elektrode 5 den organischen funktionellen Schichtenstapel 3 komplett überdeckt und auch in lateraler Richtung umschließt, ohne dass ein Kurzschluss zur ersten Elektrode 2 durch einen direkten Kontakt der Elektroden 2, 5 miteinander erzeugt wird. Insbesondere ragt die Isolatorschicht 4 hierzu unter der zweiten Elektrode 5 hervor. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der organische funktionelle Schichtenstapel 3 auf einem Teilbereich der Isolatorschicht 4 aufgebracht.
Die erste Elektrode 2 ragt unter der Isolatorschicht 4 hervor und weist somit einen Bereich auf, der von außen elektrisch kontaktiert werden kann. Wie in 1 angedeutet ist, kann das organische optoelektronische Bauelement 100 dadurch direkt durch Kontaktierung der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 5 elektrisch angeschlossen werden. Hierzu kann die zweite Elektrode 5 zumindest in einem Teilbereich einer Oberfläche, beispielsweise an einer Seitenfläche, wie in 1 gezeigt ist, oder auf einer dem Substrat 1 abgewandten Oberseite, einen entsprechenden Kontaktbereich aufweisen. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass die dem Substrat 1 abgewandte Oberseite der zweiten Elektrode 5 beispielsweise durch Auflöten kontaktierbar ist. Das organische optoelektronische Bauelement 100 kann dadurch auf einfache Weise mittels der zweiten Elektrode 5 beispielsweise auf einem elektrischen Anschlussträger montiert werden, so dass im montierten Zustand das Substrat 1 und damit die Fläche des Bauelements 100, durch die Licht abgestrahlt wird, vom Anschlussträger weg zeigt.
Die zweite Elektrode 5 und die Isolatorschicht 4 sind derart ausgebildet, dass sie den organischen funktionellen Schichtenstapel 3 verkapseln. Damit bilden die Isolatorschicht 4 und die zweite Elektrode 5 einen Deckel auf dem Substrat 1, der anstelle einer herkömmlichen Verkapselungsanordnung, die zusätzlich über der zweiten Elektrode 5 aufgebracht würde, den organischen funktionellen Schichtenstapel 3 verkapseln. Dadurch kann erreicht werden, dass das organische optoelektronische Bauelement 100 frei von einer weiteren Verkapselungsanordnung auf oder über der zweiten Elektrode 5 ist. Insbesondere können die Isolatorschicht 4 und die zweite Elektrode 5, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, hermetisch dicht ausgebildet sein.
Die Isolatorschicht 4 weist ein anorganisches Material auf oder besteht daraus. Das anorganische Material kann insbesondere Oxid, Nitrid, Oxinitrid oder Carbid aufweisen oder sein. Insbesondere kann die Isolatorschicht 4 eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Tantaloxid, Niobiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumcarbid. Die Isolatorschicht 4 weist insbesondere eine Dicke von größer oder gleich 1 nm und bevorzugt von größer oder gleich 50 nm auf.
Die zweite Elektrode 5 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Keimschicht 50 auf, auf der eine Elektrodenverstärkungsschicht 51 aufgebracht ist. Die Keimschicht 50 wird beispielsweise mittels eines Verdampfungsverfahrens aufgebracht und weist ein Metall, insbesondere ein reflektierendes Metall wie beispielsweise Aluminium und/oder Silber mit einer Dicke von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 2000, bevorzugt kleiner oder gleich 500 nm auf, beispielsweise mit einer Dicke von 200 nm. Mittels eines galvanischen Abscheideverfahrens wird auf der Keimschicht 50 anschließend die Elektrodenverstärkungsschicht 51 aufgebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Elektrodenverstärkungsschicht 51 eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Nickel, Kupfer, Zink, Zinn und Chrom auf und wird mit einer Dicke von größer oder gleich 5 µm aufgebracht. Besonders bevorzugt ist eine Dicke von größer oder gleich 30 µm. Um eine ausreichende Dichtigkeit der zweiten Elektrode 5 zu erreichen, kann die Elektrodenverstärkungsschicht 51 eine Dicke von kleiner oder gleich 200 µm aufweisen. Aufgrund der erheblich größeren Dicke der Elektrodenverstärkungsschicht 51 im Vergleich zur Keimschicht 50 weist die zweite Elektrode 5 im Wesentlichen eine Dicke auf, die der Dicke der Elektrodenverstärkungsschicht 51 entspricht, also bevorzugt eine Dicke von größer oder gleich 5 µm oder größer oder gleich 30 µm und kleiner oder gleich 200 µm.
In Verbindung mit den 8A und 8B sind Verfahren gezeigt, mittels derer das organische optoelektronische Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 hergestellt werden kann. Gemäß dem Verfahren der 8A wird in einem ersten Verfahrensschritt 12 das Substrat mit der transluzenten ersten Elektrode bereitgestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt 8-4 wird in einem sogenannten Front-of-Line-Prozess die Isolatorschicht auf der transluzenten ersten Elektrode aufgebracht. Hierzu kann ein strukturiertes Abscheideverfahren, beispielsweise Sputtern, physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung oder Atomlagenabscheidung, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Maske, verwendet werden. In einem anschließenden Verfahrensschritt 8-3 wird der organische funktionelle Schichtenstapel auf der ersten Elektrode und einem Teilbereich der Isolatorschicht aufgebracht. In weiteren Verfahrensschritten 8-50 und 8-51 werden die Keimschicht 50 beispielsweise durch Verdampfen und die Elektrodenverstärkungsschicht durch ein galvanisches Abscheideverfahren aufgebracht.
Gemäß dem Verfahren der 8B, das eine Modifikation des Verfahrens der 8A darstellt, wird anstelle eines strukturierten Abscheideverfahrens zur Herstellung der Isolatorschicht in einem Verfahrensschritt 8-41 ein flächiges Abscheideverfahren, beispielsweise eines der in Verbindung mit 8A im Verfahrensschritt 8-4 genannten Verfahren, verwendet, um die Isolatorschicht großflächig auf der ersten Elektrode 2 aufzubringen. Anschließend wird eine Strukturierung der großflächig aufgebrachten Isolatorschicht beispielsweise mittels Laserablation oder einem lithografischen Verfahren in einem weiteren Verfahrensschritt 8-42 vorgenommen.
In 2 ist eine Aufsicht auf das organische optoelektronische Bauelement 100 der 1 gezeigt, bei der die einzelnen Schichten transparent dargestellt sind, sodass die jeweilige laterale Ausdehnung und die Lage der einzelnen Schichten zueinander erkennbar sind. Mit AA, BB, CC und DD sind Schnitte durch das organische optoelektronische Bauelement 100 bezeichnet, die in den 3A bis 3C dargestellt sind. Zu besseren Erkennbarkeit sind die erste Elektrode 2 und der organische funktionelle Schichtenstapel 3 gestrichelt mit unterschiedlichen Strichlängen eingezeichnet, während die Isolatorschicht durch eine Schraffierung gekennzeichnet ist.
In den 2 bis 3D ist die zweite Elektrode einschichtig dargestellt, also ohne Keimschicht 50 und Elektrodenverstärkungsschicht 51, wie in Verbindung mit 1 beschrieben ist. Die zweite Elektrode 5 kann hierzu beispielsweise mittels Verdampfens aus einem oder mehreren Metallen bzw. Metallschichten hergestellt werden. Alternativ hierzu kann die zweite Elektrode 5 auch die Keimschicht 50 und die Elektrodenverstärkungsschicht 51 wie in 1 gezeigt aufweisen.
3A zeigt gemäß dem Schnitt AA in 2 die erste Elektrode 2 auf dem Substrat 1 in dem Bereich, in dem die erste Elektrode 2 freiliegt und unter der Isolatorschicht 4 hervorragt, sodass die erste Elektrode 2 in diesem Bereich kontaktiert werden kann. 3B zeigt entsprechend dem Schnitt BB in 2 den Bereich der Isolatorschicht 4, der unter der zweiten Elektrode 5 hervorragt und die erste Elektrode 2 bedeckt. In 3C gemäß dem Schnitt CC in 2 ist der Bereich des organischen optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt, in dem der organische funktionelle Schichtenstapel 3 unterhalb der zweiten Elektrode 5 auf einem Teilbereich der Isolatorschicht 4 angeordnet ist. 3D zeigt gemäß dem Schnitt DD in 2 den aktiven Bereich des organischen optoelektronischen Bauelements 100, in dem der organische funktionelle Schichtenstapel 3 zwischen der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 5 angeordnet ist, sodass der organische funktionelle Schichtenstapel 3 durch die erste und zweite Elektrode 2, 5 elektrisch angeschlossen ist.
In 4 ist ein organisches optoelektronisches Bauelement 101 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Vergleich zum organischen optoelektronischen Bauelement 100 gemäß der 1 die Isolatorschicht 4 auf einem Teilbereich des organischen funktionellen Schichtenstapel 23 aufgebracht ist. Mit anderen Worten ist hierzu der organische funktionelle Schichtenstapel 3 vor der Isolatorschicht 4 aufgebracht.
In den 8C und 8D sind entsprechende Herstellungsverfahren gezeigt, in denen die Isolatorschicht nicht in einem Front-of-Line-Prozess, wie in Verbindung mit den 8A und 8B beschrieben ist, sondern im so genannten Core-Prozess aufgebracht wird. Im Vergleich zu den in Verbindung mit den 8A und 8B beschriebenen Verfahren wird bei den Verfahren der 8C und 8D nach dem Bereitstellen des Substrats mit der ersten Elektrode im Verfahrensschritt 8-12 zuerst der organische funktionelle Schichtenstapel in einem Verfahrensschritt 8-3 aufgebracht. Danach wird die Isolatorschicht in einem Verfahrensschritt 8-4, wie in 8C gezeigt ist, strukturiert aufgebracht oder in Verfahrensschritten 8-41 und 8-42, wie in 8D gezeigt ist, zuerst unstrukturiert und großflächig aufgebracht und anschließend durch ein Strukturierungsverfahren strukturiert. Anschließend werden wie bei den in Verbindung mit den 8A und 8B beschriebenen Verfahren die Keimschicht und die Elektrodenverstärkungsschicht in den Verfahrensschritten 8-50 und 8-51 aufgebracht.
Wie schon in Verbindung mit den 2 bis 3D erwähnt ist, kann auch in den Verfahren der 8A bis 8D anstelle einer Keimschicht und einer Elektrodenverstärkungsschicht die zweite Elektrode auch ein- oder mehrschichtig mittels eines Verdampfungsverfahrens aufgebracht werden
In 5 ist ein Schnitt durch die in 4 mit EE gekennzeichnete Schnittebene dargestellt, in dem die Anordnung der Isolatorschicht 4 über dem organischen funktionellen Schichtenstapel 3 erkennbar ist. Wie in Verbindung mit den 2 bis 3D erläutert ist auch in 5 die zweite Elektrode 5 einschichtig dargestellt. Alternativ hierzu kann die zweite Elektrode 5 aber auch die Keimschicht 50 und die Elektrodenverstärkungsschicht 51 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 aufweisen.
In den 6A bis 6C sind organische optoelektronische Bauelemente 102, 103 und 104 gezeigt, die im Vergleich zu den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen eine erste Elektrode 2 aufweisen, die zumindest zwei voneinander getrennte Elektrodenbereiche aufweist. Hierdurch ist eine strukturierte Ansteuerung von einzelnen Teilbereichen des organischen funktionellen Schichtenstapels 3 und damit auch bei einem organischen Licht emittierenden Bauelement eine strukturierte Lichtabstrahlung möglich. Die geometrische Ausbildung der Elektrodenbereiche der ersten Elektrode 2 ist rein beispielhaft zu verstehen, insbesondere kann die erste Elektrode 2 eine Vielzahl von Elektrodenbereichen aufweisen, die beispielsweise in Form von Streifen, Pixeln und/oder Piktogrammen, etwa zur Anzeige von Informationen oder Bildern oder zur Realisierung einzelner Leuchtbereiche, ausgebildet sein können. Jeder der Elektrodenbereiche der ersten Elektrode 2 ist jeweils in einem Teilbereich von der Isolatorschicht 4 bedeckt und ragt, wie in Verbindung mit den vorherigen Ausführungsbeispielen erläutert, unter der zweiten Elektrode 5 hervor. Alternativ zu den in den 6A bis 6C gezeigten zusammenhängenden Isolatorschichten 4 kann die jeweilige Isolatorschicht 4 in den einzelnen Ausführungsbeispielen auch getrennte Bereiche aufweisen, von denen jeweils ein Isolatorschichtbereich auf einem Elektrodenbereich der ersten Elektrode 2 angeordnet ist.
In den 7A und 7B sind Substrate 1 mit einer ersten Elektrode 2 für ein biegbares bzw. flexibles organisches optoelektronisches Bauelement gezeigt. Da die zweite Elektrode 2 je nach Dicke und Material formbar sein kann, kann es mit Vorteil möglich sein, die vorab gezeigten organischen optoelektronischen Bauelemente als flexible oder formbare Bauelemente entsprechend den 7A oder 7B auszubilden.
Da die erste Elektrode 2, beispielsweise im Falle eines transparenten leitfähigen Oxids, und die Isolatorschicht 4 üblicherweise sehr spröde sein können, wird gemäß den Ausführungsbeispielen der 7A und 7B für die erste Elektrode 2 ein biegbares Material 21 unterhalb des organischen funktionellen Schichtenstapels verwendet. Hierzu kann beispielsweise eine dünne Silberschicht oder eine Schicht mit Silbernanodrähten oder Kohlenstoffnanoröhrchen verwendet werden, die beispielsweise in einem Polymer eingebettet sein können. Bei einem organischen Licht emittierenden Bauelement kann hierdurch der Leuchtbereich sehr formbar realisiert werden. Die biegbaren Elektrodenmaterialien können auch in Verbindung mit nicht-biegbaren Substraten verwendet werden. Da jedoch beispielsweise eine Polymerschicht mit Silbernanodrähten oder Kohlenstoffnanoröhrchen empfindlich gegen Feuchtigkeit oder vor allem auch feuchtigkeitsleitend sein kann, weist die erste Elektrode 2 ein feuchtigkeitsdichtes Material 20 auf, das das biegbare Material 21 unter der Isolatorschicht 4 kontaktiert und das unter der Isolatorschicht 4 und damit auch im fertigen Bauelement unter der hier nicht gezeigten zweiten Elektrode hervorragt. Dadurch kann das feuchtigkeitsdichte Material 20 als Kontaktbereich der ersten Elektrode 2 unter der Isolatorschicht 4 herausgeführt werden, während das biegbare Material 21 unabhängig von seinen Eigenschaften in Bezug auf Feuchtigkeit unter dem organischen funktionellen Schichtenstapel verwendet werden kann. Das organische optoelektronische Bauelement kann so im aktiven Bereich von den Vorteilen wie beispielsweise der Biegbarkeit des biegbaren Materials 21 profitieren, während die Umweltempfindlichkeit nach außen durch das feuchtigkeitsdichte Material 20 und die Isolatorschicht 4 unproblematisch ist.
Um die Isolatorschicht 4 und gegebenenfalls auch ein sprödes, feuchtigkeitsdichtes Material 20, insbesondere beispielsweise auf einem flexiblen Substrat, mechanisch zu stabilisieren, kann ein Stabilisierungselement 6 auf dem Isolator 4 und auf einem Teilbereich des Materials 20 vorgesehen sein, das in Form eines Gegenstücks als Versteifung dient, wie in 7B gezeigt ist. Eine derartige Versteifung in Form eines Stabilisierungselements 6 kann auch in Verbindung mit einer durchgehend biegbaren ersten Elektrode 2 verwendet werden.
Die in Verbindung mit den hier gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelemente weisen aufgrund des durch die zweite Elektrode gebildeten Metalldeckels in direktem Kontakt mit dem organischen funktionellen Schichtenstapel eine gute Wärmeverteilung auf, insbesondere bei Materialien wie etwa Kupfer für die zweite Elektrode. Die als Verkapselung ausgebildete zweite Elektrode kann weiterhin als große kontaktierbare Fläche dienen, die beispielsweise auch lötbar sein kann, insbesondere im Fall von Kupfer und/oder Nickel als Materialien für die zweite Elektrode oder zumindest die Elektrodenverstärkungsschicht. Aufgrund der im Vergleich zu üblichen organischen optoelektronischen Bauelementen hier verwendeten großen Dicke der zweiten Elektrode kann der eingebrachte Strom sehr homogen auf die Fläche des organischen funktionellen Schichtenstapels verteilt werden, sodass es möglich sein kann, dass keine zusätzlichen Kontaktstrukturen notwendig sind.
Die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und Merkmale können auch ohne explizite Erläuterung miteinander kombiniert werden und können zusätzlich oder alternativ weitere im allgemeinen Teil beschriebene Merkmale aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/066245 A1 [0008]

Claims

Organisches optoelektronisches Bauelement, aufweisend – ein Substrat (1) mit einer transluzenten ersten Elektrode (2), – einen organischen funktionellen Schichtenstapel (3) auf der ersten Elektrode (2) und – eine zweite Elektrode (5) auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel, wobei – zwischen der ersten und zweiten Elektrode (2, 5) eine Isolatorschicht (4) angeordnet ist, die zusammen mit dem organischen funktionellen Schichtenstapel (3) die erste und die zweite Elektrode (2, 5) voneinander trennt und die unter der zweiten Elektrode (5) hervorragt, – die zweite Elektrode (5) den organischen funktionellen Schichtenstapel (3) komplett überdeckt und – die zweite Elektrode (5) und die Isolatorschicht (4) den organischen funktionellen Schichtenstapel (3) verkapseln.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Isolatorschicht (4) ein anorganisches Material aufweist oder daraus besteht.
Bauelement nach Anspruch 2, wobei das anorganische Material ein Oxid, Nitrid, Oxinitrid oder Carbid aufweist oder daraus besteht.
Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, wobei das anorganische Material ausgewählt ist aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Tantaloxid, Niobiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumcarbid.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Isolatorschicht (4) auf einem Teilbereich des organischen funktionellen Schichtenstapels (3) angeordnet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der organische funktionelle Schichtenstapel (3) auf einem Teilbereich der Isolatorschicht (4) aufgebracht ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Elektrode (5) eine Dicke von größer oder gleich 5 µm und kleiner oder gleich 200 µm aufweist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Elektrode (5) eine Keimschicht (50) auf der dem organischen funktionellen Schichtenstapel (3) zugewandten Seite und eine auf der Keimschicht (50) galvanisch abgeschiedene Elektrodenverstärkungsschicht (51) aufweist.
Bauelement nach Anspruch 8, wobei die Keimschicht (50) zumindest eines ausgewählt aus Aluminium und Silber aufweist oder daraus ist.
Bauelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Keimschicht (50) eine Dicke von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 2000 nm aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Elektrodenverstärkungsschicht (51) zumindest eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Nickel, Kupfer, Zink, Zinn und Chrom aufweist oder daraus ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (1) biegbar ist und über der Isolatorschicht (4) ein Stabilisierungselement (6) zur Versteifung des organischen optoelektronischen Bauelements angeordnet ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die erste Elektrode (2) unterhalb des organischen funktionellen Schichtenstapels (3) ein biegbares Material (21) aufweist und – die erste Elektrode (2) weiterhin ein feuchtigkeitsdichtes Material (20) aufweist, das das biegbare Material (21) unter der Isolatorschicht (4) kontaktiert und das unter der Isolatorschicht (4) und der zweiten Elektrode (5) hervorragt.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das organische optoelektronische Bauelement frei von einer Verkapselungsanordnung über der zweiten Elektrode (5) ist.
Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem – ein Substrat (1) mit einer transluzenten ersten Elektrode (2) bereitgestellt wird, – auf der ersten Elektrode (2) ein organischer funktioneller Schichtenstapel (3) abgeschieden wird, – auf dem organischen funktionellen Schichtenstapel (3) eine zweite Elektrode (5) aufgebracht wird, die den organischen funktionellen Schichtenstapel (3) komplett überdeckt, – vor dem Aufbringen der zweiten Elektrode (5) eine Isolatorschicht (4) aufgebracht wird, die nach dem Aufbringen der zweiten Elektrode (5) unter der zweiten Elektrode (5) hervorragt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem zum Aufbringen der zweiten Elektrode (5) eine Keimschicht (50) aufgebracht wird, auf der eine Elektrodenverstärkungsschicht (51) galvanisch abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die zweite Elektrode (5) mittels eines Verdampfungsverfahrens aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Isolatorschicht (4) nach dem Aufbringen des organischen funktionellen Schichtenstapels (3) auf einem Teilbereich dieses aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der organische funktionelle Schichtenstapel (3) nach dem Aufbringen der Isolatorschicht (4) auf einem Teilbereich dieser aufgebracht wird.