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Die Druckschrift
WO 2014/090626 A2 beschreibt ein organisches Bauelement.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein organisches Bauelement bereitzustellen, das besonders kompakt und langlebig ist.
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Es wird ein organisches Bauelement angegeben. Bei dem organischen Bauelement kann es sich um ein organisches optoelektronisches Element, das zur Emission und/oder zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, handeln. Beispielsweise handelt es sich bei dem organischen Bauelement um eine organische Leuchtdiode und/oder um eine organische Fotodiode.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements umfasst dieses ein zur Strahlungsemission und/oder zur Strahlungsdetektion eingerichtetes organisches Bauteil. Das organische Bauteil umfasst einen ersten Schichtenstapel und eine Strahlungsdurchtrittsfläche. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Schichtenstapel um einen funktionellen strahlungsemittierenden und/oder strahlungsdetektierenden Schichtenstapel. Der erste Schichtenstapel kann eine erste Löchertransportschicht, eine erste Elektronentransportschicht und/oder eine Emissionsschicht umfassen. Die Schichten des ersten Schichtenstapels können mit einem organischen funktionellen Material, zum Beispiel einem Polymer, gebildet sein oder aus einem solchen bestehen. Die Strahlungsdurchtrittsfläche kann beispielsweise durch eine dem ersten Schichtenstapel abgewandten Außenfläche einer Elektrode des organischen Bauteils gebildet sein. Diese Elektrode kann dann beispielsweise strahlungsdurchlässig ausgebildet sein.
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Hierbei und im Folgenden ist ein Material „strahlungsdurchlässig“ ausgebildet, wenn es wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 95 %, der auf das Material treffenden elektromagnetischen Strahlung aus dem für das Bauelement relevanten Spektralbereich transmittiert. Umgekehrt ist ein Material „strahlungsreflektierend“ ausgebildet, wenn es wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 95 %, der auf das Material treffenden elektromagnetischen Strahlung aus dem für das Bauelement relevanten Spektralbereich reflektiert. Der relevante Spektralbereich umfasst oder ist der Spektralbereich der vom Bauelement im Betrieb erzeugten und/oder zu detektierende elektromagnetischen Strahlung.
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Das organische Bauteil weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der es sich in lateralen Richtungen erstreckt. Senkrecht zur Haupterstreckungsebene, in vertikaler Richtung, verläuft die Stapelrichtung des organischen Bauteils. In der Stapelrichtung weist das organische Bauteil eine Dicke auf. Die Dicke des organischen Bauteils ist klein gegenüber der lateralen Erstreckung des organischen Bauteils und beträgt zum Beispiel höchstens 10 %, insbesondere höchstens 1 % der maximalen lateralen Erstreckung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements umfasst dieses eine organische Schutzdiode mit einem zweiten Schichtenstapel. Der zweite Schichtenstapel kann eine zweite Elektronentransportschicht, eine zweite Löchertransportschicht und/oder eine Matrixschicht umfassen.
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Die Schichten des zweiten Schichtenstapels können mit einem organischen funktionellen Material, zum Beispiel einem Polymer, gebildet sein oder aus einem solchen bestehen. Bevorzugt umfassen die Schichten des zweiten Schichtenstapels dieselben Materialien und/oder Materialkombinationen wie die Schichten des ersten Schichtenstapels.
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Die Matrixschicht kann beispielsweise mit dem Material der Emissionsschicht des ersten Schichtenstapels gebildet sein, wobei die Matrixschicht undotiert sein kann. Insbesondere kann die Matrixschicht ein intrinsisch leitfähiges organisches Material umfassen. Bei der organischen Schutzdiode kann es sich also insbesondere um eine PIN-Diode handeln.
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Die Schichten des ersten Schichtenstapels und/oder des zweiten Schichtenstapels können in der Stapelrichtung übereinander und/oder direkt aufeinander folgend angeordnet sein. Ferner kann sich jede Schicht des ersten Schichtenstapels und/oder des zweiten Schichtenstapels entlang der Haupterstreckungsebene erstrecken.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements ist die organische Schutzdiode dem organischen Bauteil in der Stapelrichtung direkt nachgeordnet. Beispielsweise befindet sich die organische Schutzdiode in direktem physischem Kontakt mit dem organischen Bauteil.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements ist die organische Schutzdiode dazu eingerichtet, das organische Bauteil vor einer elektrostatischen Entladung zu schützen. Bei der organischen Schutzdiode kann es sich somit um eine ESD-Schutzdiode handeln (ESD – electrostatic discharge). Ferner kann die Schutzdiode einen Schutz vor einer versehentlichen Verpolung des organischen Bauelements bieten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements umfasst dieses ein zur Strahlungsemission und/oder zur Strahlungsdetektion eingerichtetes organisches Bauteil mit einem ersten Schichtenstapel und einer Strahlungsdurchtrittsfläche und eine organische Schutzdiode mit einem zweiten Schichtenstapel. Die organische Schutzdiode ist dem organischen Bauteil in einer Stapelrichtung direkt nachgeordnet und dazu eingerichtet, das organische Bauteil vor einer elektrostatischen Entladung zu schützen.
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Die Robustheit von organischen Bauelementen wird von im Herstellungsprozess eingebauten Partikeln, wie beispielsweise Staubpartikeln, und/oder von kurzen ESD-Pulsen bestimmt. So kann es beispielsweise bei der Handhabung von organischen Bauelementen zu elektrostatischen Entladungen kommen, die das organische Bauelement soweit schädigen können und zum Ausfall des organischen Bauelements führen können. Ferner können Partikel die bei der Produktion des organischen Bauelements auf dieses und/oder in eine der Schichten des organischen Bauteils gelangen zu einer undichten Verkapselung und/oder zu einem Ausfall des organischen Bauelements infolge eines elektrischen Kurzschlusses führen.
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Vorliegend wird insbesondere die Idee verfolgt, ein organisches Bauelement mit einer integrierten ESD-Schutzdiode, die monolithisch in das organische Bauelement integriert ist, bereitzustellen. Hierdurch wird das organische Bauteil des organischen Bauelements vor elektrostatischen Entladungen geschützt, wobei durch die monolithische Integration auf eine aufwändige externe Beschaltung verzichtet werden kann. Ferner kann die organische Schutzdiode derart ausgebildet sein, dass sie das organische Bauteil vor Partikeln, die zu einem Kurzschluss führen können, mechanisch schützt. Beispielsweise können Partikel, die bei der Herstellung des Bauelements in und/oder auf eine der funktionellen Schichten gelangen könnte, in zumindest einer funktionellen Schicht der organischen Schutzdiode eingeschlossen werden und damit an einem Eindringen in das organische Bauteil gehindert werden. Hierfür kann zumindest eine funktionelle Schicht der organischen Schutzdiode das organische Bauteil im Bereich des ersten Schichtenstapels vollständig bedecken.
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Hierzu wird auf das organische Bauteil in Stapelrichtung ein zweiter Schichtenstapel, der als organische PIN-Diode ausgeführt ist aufgebracht. Die zusätzlich aufgebrachte organische Schutzdiode weist eine stabile, sperrende Rückwärtskennlinie auf, sodass im normalen Betrieb des organischen Bauelements der Stromfluss durch das organische Bauteil geleitet wird. Im Rückwärtsbetrieb des organischen Bauelements fließt dagegen praktisch der gesamte Strom durch die organische Schutzdiode.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements ist ein pn-Übergang der organischen Schutzdiode antiparallel zu einem pn-Übergang des organischen Bauteils verschaltet. Beispielsweise ist die erste Löchertransportschicht des ersten Schichtenstapels in Stapelrichtung vor der ersten Elektronentransportschicht angeordnet. In diesem Fall ist die zweite Löchertransportschicht des zweiten Schichtenstapels in Stapelrichtung nach der zweiten Elektronentransportschicht des zweiten Schichtenstapels angeordnet. Es ist alternativ möglich, dass die erste Löchertransportschicht in Stapelrichtung nach der ersten Elektronentransportschicht angeordnet ist und die zweite Löchertransportschicht in Stapelrichtung vor der zweiten Elektronentransportschicht angeordnet ist.
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In den beiden eben genannten Fällen kann die Emissionsschicht in Stapelrichtung zwischen der ersten Löchertransportschicht und der ersten Elektronentransportschicht angeordnet sein. Die Matrixschicht kann in Stapelrichtung zwischen der zweiten Löchertransportschicht und der zweiten Elektronentransportschicht angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements weist dieses eine erste Elektrode und eine an einer der ersten Elektrode abgewandten Seite des ersten Schichtenstapels angebrachte zweite Elektrode auf. Ferner weist das organische Bauelement eine an einer der ersten Elektrode abgewandten Seite des zweiten Schichtenstapels angebrachte dritte Elektrode auf.
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Die erste Elektrode kann insbesondere zur elektrischen Kontaktierung des ersten Schichtenstapels vorgesehen sein. Beispielsweise grenzt die erste Elektrode hierfür direkt an eine der Schichten des ersten Schichtenstapels. Die erste Elektrode kann mit einem transparenten leitfähigen Oxid, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, gebildet sein oder aus einem solchen transparenten leitfähigen Oxid bestehen. Eine dem ersten Schichtenstapel abgewandte Außenfläche der ersten Elektrode kann insbesondere die Strahlungsdurchtrittsfläche bilden.
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Die zweite Elektrode steht bevorzugt in direktem elektrischem und/oder physischem Kontakt zum ersten Schichtenstapel und zum zweiten Schichtenstapel. Beispielsweise ist die zweite Elektrode in Stapelrichtung zwischen dem ersten Schichtenstapel und dem zweiten Schichtenstapel angeordnet. Die zweite Elektrode kann dafür vorgesehen sein, sowohl den ersten Schichtenstapel, als auch den zweiten Schichtenstapel elektrisch leitend zu kontaktieren. Die zweite Elektrode kann dann sowohl Teil des organischen Bauteils, als auch der organischen Schutzdiode sein.
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Beispielsweise bildet die zweite Elektrode gleichzeitig die Kathode des organischen Bauteils und die Anode der organischen Schutzdiode. Es ist alternativ möglich, dass die zweite Elektrode gleichzeitig die Anode des organischen Bauteils und die Kathode der organischen Schutzdiode bildet. Durch diese gleichzeitige elektrische Kontaktierung des zweiten Schichtenstapels und des ersten Schichtenstapels kann insbesondere ein äußerst kompakt ausgebildetes organisches Bauelement bereitgestellt werden.
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Die dritte Elektrode kann zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Schichtenstapels vorgesehen sein. Beispielsweise grenzt die dritte Elektrode hierfür direkt an eine der Schichten des zweiten Schichtenstapels. Beispielsweise können die zweite Elektrode und/oder die dritte Elektrode mit einem elektrisch leitfähigen und strahlungsreflektierenden Material, wie einem Metall oder einer Metalllegierung, gebildet sein oder daraus bestehen. Insbesondere sind die zweite Elektrode und/oder die dritte Elektrode strahlungsreflektierend ausgebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements sind die erste Elektrode und die dritte Elektrode mittels einer Verbindungsschicht elektrisch leitend miteinander verbunden. Es ist hierbei möglich, dass es sich bei der Verbindungsschicht nicht um eine Schicht im technisch engeren Sinne, sondern um beispielsweise eine Drahtverbindung handelt. Die Verbindungsschicht erstreckt sich zum Beispiel entlang der Stapelrichtung an zumindest einer Seitenfläche des organischen Bauteils und/oder an zumindest einer Seitenfläche der organischen Schutzdiode. Vorteilhafterweise kann die Verbindungsschicht zusätzlich der seitlichen Verkapselung des organischen Bauteils und/oder der organischen Schutzdiode dienen. Eine „Verkapselung“ bezeichnet hierbei und im Folgenden eine Schicht, die die organischen Schichten des organischen Bauteils und/oder der organischen Schutzdiode vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor atmosphärischen Gasen und/oder einem Eindringen von Feuchtigkeit, schützt. Bei den „Seitenflächen“ einer Schicht und/oder eines Bauteils kann es sich hierbei und im Folgenden um entlang der Stapelrichtung verlaufende Außenflächen der Schicht und/oder des Bauteils handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements umfasst der zweite Schichtenstapel eine Schichtstruktur. Die Schichtstruktur weist in Stapelrichtung eine Dicke von wenigstens 5 µm, bevorzugt wenigstens 10 µm, und höchstens 200 µm, bevorzugt höchstens 100 µm, auf. Hierbei und im Folgenden ist unter der „Dicke“ einer Schicht deren gemittelte räumliche Erstreckung entlang der Stapelrichtung gemeint, wobei die tatsächliche Dicke an einem lateralen Punkt der Schicht von der mittleren Dicke um höchstens ±20 %, bevorzugt höchstens ±10 %, von der mittleren Dicke abweichen kann.
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Die Schichtstruktur kann die Löchertransportschicht oder die Elektronentransportschicht der organischen Schutzdiode bilden. Bevorzugt grenzt eine Schicht der Schichtstruktur direkt an die zweite Elektrode an. Die Schichtstruktur kann mit mehreren Schichten gebildet sein, die beispielsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen können und/oder mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren hergestellt sein können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements weist die Schichtstruktur zumindest eine Pufferschicht auf. Beispielsweise ist die Pufferschicht mit einem organischen leitfähigen Polymer, wie beispielsweise PEDOT:PSS oder PANI, gebildet. Die Pufferschicht weist insbesondere eine Dicke von wenigstens 5 µm, bevorzugt wenigstens 10 µm, und höchstens 200 µm, bevorzugt höchstens 100 µm, auf. Beispielsweise können wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 95 %, der Dicke der Schichtstruktur durch die Dicke der Pufferschicht gebildet sein.
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Die Pufferschicht ist bevorzugt mit einem lösungsprozessierten Verfahren hergestellt. Bei einem lösungsprozessierten Verfahren kann es sich um ein Druckverfahren, wie beispielsweise ein Inkjet-Verfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Tiefdruckverfahren, oder ein Flexodruckverfahren, handeln. Insbesondere kann das Material der Pufferschicht aus einer wässrigen Lösung verarbeitet werden.
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Hierbei wird mitunter die Idee verfolgt, eine dicke Pufferschicht zur Verfügung zu stellen, die das organische Bauteil vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Partikeln mechanisch schützt. Zur Herstellung der Pufferschicht eignet sich insbesondere ein lösungsprozessiertes Verfahren. Im Gegensatz zu der normalerweise für das Aufbringen von organischen Schichten verwendeten Gasphasenabscheidung, zeichnet sich ein lösungsprozessiertes Verfahren dadurch aus, dass in kurzer Zeit eine Pufferschicht die eine große Dicke aufweist bereitgestellt werden kann. So sind mit einem Inkjet-Verfahren Dicken der Pufferschicht von bis zu 20 µm in einer angemessenen Zeit realisierbar, mit einem Siebdruckverfahren von bis zu 100 µm.
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Insbesondere in einem Reinraum der ISO Klasse 5, der typischerweise bei der Herstellung von einem hier beschriebenen organischen Bauelement Verwendung findet, weist ein Großteil der in der Luft vorhandenen Partikel eine Größe von bis zu 5 µm auf. Bei der Größe eines Partikels kann es sich hierbei und im Folgenden um die größte laterale Ausdehnung des Partikels in einer Raumdimension handeln. Bei der Herstellung des organischen Bauelements können diese Partikel auf eine der Schichten des organischen Bauelements, insbesondere auf den fertiggestellten ersten Schichtenstapel des organischen Bauelements, gelangen, wodurch beispielsweise die in Stapelrichtung unter dieser Schicht liegenden Schichten bei einem Eindrücken des organischen Bauelements zerstört werden können. Ferner können derartige Partikel zu einem Kurzschluss in dem organischen Bauelement führen. Solche Partikel können in der Pufferschicht, die eine Dicke von wenigstens 5 µm aufweist, vollständig eingeschlossen werden. Hierdurch können die funktionellen Schichten des organischen Bauteils vor den Partikeln geschützt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements weist die Schichtstruktur die Pufferschicht und zumindest eine Abdichtschicht auf. Die Abdichtschicht ist in Stapelrichtung zwischen dem organischen Bauteil und der Pufferschicht angeordnet. Beispielsweise grenzt die Abdichtschicht direkt an die zweite Elektrode an.
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Die Abdichtschicht und die Pufferschicht sind mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Beispielsweise ist die Pufferschicht mit einem lösungsprozessierten Verfahren hergestellt, während die Abdichtschicht mittels Gasphasenabscheidung, wie beispielsweise thermischer Gasphasenabscheidung, hergestellt ist. Die Abdichtschicht kann auf die zweite Elektrode aufgedampft sein.
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Insbesondere können die Abdichtschicht und Pufferschicht aus denselben Materialien bestehen und/oder dieselben Materialien enthalten. Beispielsweise können die Abdichtschicht und die Pufferschicht gemeinsam die Löchertransportschicht oder die Elektronentransportschicht der organischen Schutzdiode bilden.
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Die Pufferschicht weist in Stapelrichtung wenigstens die 10-fache Dicke der Abdichtschicht auf. Die Abdichtschicht ist somit eine dünn aufgedampfte Schicht, die das organische Bauteil bevorzugt verkapselt. Die Abdichtschicht weist beispielsweise eine Dicke von höchstens 1 µm auf.
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Die Abdichtschicht ist insbesondere dafür vorgesehen, die Schichten des organischen Bauteils vor dem bei der Herstellung der Pufferschicht verwendeten Lösungsmittel zu schützen. Beispielsweise kann die Abdichtschicht mit einem chemisch vernetzbaren Material gebildet sein. Eine solche dünne Abdichtschicht ist nach der Vernetzung unlöslich und dient als Schutzschicht gegen die im Folgenden aus einer Lösung aufgebrachte dicke Pufferschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die zweite Elektrode des organischen Bauelements aus einem Material gebildet ist, das unlöslich für das bei dem lösungsprozessierten Verfahren zur Herstellung der Pufferschicht verwendete Lösungsmittel ist. Beispielsweise kann die zweite Elektrode mit Aluminium gebildet sein oder aus Aluminium bestehen. Ferner kann zumindest eine Seitenfläche des ersten Schichtenstapels von der zweiten Elektrode bedeckt. Hierdurch können die organischen Schichten des ersten Schichtenstapels effektiv gegen die lösungsprozessierte Pufferschicht verkapselt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements grenzt die Abdichtschicht der Schichtstruktur direkt an die zweite Elektrode an. Insbesondere bedeckt die Abdichtschicht der Schichtstruktur die zweite Elektrode an dem ersten Schichtenstapel abgewandten Außenflächen der zweiten Elektrode im Bereich der Pufferschicht vollständig. „Im Bereich der Pufferschicht“ bedeutet hierbei und im Folgenden, dass die Abdichtschicht die Bereiche der zweiten Elektrode, die die Pufferschicht vollständig bedecken, ebenfalls vollständig bedeckt. Beispielsweise kann die zweite Elektrode in einem lateral zur Pufferschicht beabstandeten Bereich elektrisch kontaktiert werden und ist dort nicht von der Abdichtschicht bedeckt.
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Alternativ kann die Abdichtschicht zumindest stellenweise direkt an den ersten Schichtenstapel angrenzen und den ersten Schichtenstapel direkt verkapseln. Bevorzugt ist der zweite Schichtenstapel an seinen der Pufferschicht zugewandten Außenflächen von der zweiten Elektrode und/oder von der Abdichtschicht vollständig bedeckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements umfasst die zweite Elektrode eine ALD-Schicht. Insbesondere kann die zweite Elektrode eine ALD-Schicht sein. Die ALD-Schicht ist mittels Atomlagenabscheidung (ALD – Atomic Layer Deposition) erzeugt. ALD-Schichten sind beispielsweise aus den US-Veröffentlichungsschriften
US 2011/0049730 A1 und
US 2012/0132953 A1 bekannt, deren Offenbarung hiermit rückbezüglich aufgenommen wird. Eine solche mittels eines ALD-Verfahrens hergestellte ALD-Schicht zeichnet sich insbesondere durch ihre hohe Dichtigkeit gegenüber insbesondere Lösungsmitteln und/oder die konforme Bedeckung von Ecken und/oder Kanten aus.
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Eine mittels eines ALD-Verfahrens hergestellte Schicht ist über elektronenmikroskopische Untersuchungen und/oder andere Analysemethoden der Halbleitertechnik eindeutig von Schichten unterscheidbar, die über alternative Verfahren wie beispielsweise Gasphasenabscheidung hergestellt sind. Die Herstellung mittels Atomlagenabscheidung kann somit am fertigen organischen Bauelement nachgewiesen werden.
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Die ALD-Schicht kann insbesondere elektrisch leitend ausgebildet sein. Beispielsweise ist die ALD-Schicht mit einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid, wie beispielsweise Zinnoxid, Indiumzinnoxid und/oder Aluminiumzinnoxid, gebildet oder besteht aus einem solchen Oxid.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des organischen Bauelements ist das organische Bauteil an dessen der Strahlungsdurchtrittsfläche abgewandten Außenfläche vollständig von zumindest einer Schicht der organischen Schutzdiode bedeckt. Mit anderen Worten, zumindest eine Schicht der organischen Schutzdiode verkapselt das organische Bauteil und/oder dichtet es nach außen hin hermetisch ab. Hierbei wird insbesondere die Idee verfolgt, das organische Bauteil vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, zu schützen, und so eine Zerstörung der funktionellen Schichten des ersten Schichtenstapels zu vermeiden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der erste Schichtenstapel an dessen der Strahlungsdurchtrittsfläche abgewandten Außenfläche vollständig von zumindest einer Schicht der organischen Schutzdiode bedeckt und/oder verkapselt sein. Hierbei kann die zweite Elektrode als Schicht des organischen Bauteils und der organischen Schutzdiode angesehen werden.
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Im Folgenden wird das hier beschriebene organische Bauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
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Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen organischen Bauelements anhand einer schematischen Schnittdarstellung.
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Die 2 zeigt ein Ersatzschaltbild eines hier beschriebenen organischen Bauelements.
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Die 3 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen organischen Bauelements anhand schematischer Schnittdarstellungen.
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Die 5 zeigt eine Verteilung der Partikelgrößen in einem Reinraum der ISO Klasse 5.
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Die 6 zeigt eine beispielhafte Aufnahme eines Partikels.
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Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen organischen Bauelements näher erläutert. Das organische Bauelement umfasst ein Substrat 5, ein organisches Bauteil 1, und eine organische Schutzdiode 2. Das organische Bauteil 1 und die organische Schutzdiode 2 folgen dem Substrat 5 in einer Stapelrichtung Z nach. Das organische Bauteil 1 weist eine erste Elektrode 31 auf, die eine Strahlungsdurchtrittsfläche 1c umfasst. Die Strahlungsdurchtrittsfläche 1c ist hierbei dem Substrat 5 zugewandt. Das Substrat 5 und die erste Elektrode 31 können strahlungsdurchlässig ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Substrat 5 mit einem Glas oder einem Kunststoff gebildet. Die erste Elektrode 31 kann mit einem transparenten leitfähigen Oxid, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, gebildet sein.
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Auf der dem Substrat 5 abgewandten Seite der ersten Elektrode 31 ist ein erster Schichtenstapel 10 angeordnet. Der erste Schichtenstapel 10 umfasst eine leitfähige erste Schicht 11, eine Emissionsschicht 12 und eine leitfähige zweite Schicht 13, die der ersten Schicht 11 und der Emissionsschicht 12 in Stapelrichtung Z nachfolgt. Bei der ersten Schicht 11 kann es sich um die erste Elektronentransportschicht des ersten Schichtenstapels und bei der zweiten Schicht 13 um die erste Löchertransportschicht des ersten Schichtenstapels handeln. Es ist alternativ möglich dass es sich bei der ersten Schicht 11 um die erste Löchertransportschicht und bei der zweiten Schicht 13 um die erste Elektronentransportschicht des ersten Schichtenstapels handelt.
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Der erste Schichtenstapel 10 kann auch weitere, in den Figuren nicht dargestellte, Schichten umfassen. Beispielsweise kann der erste Schichtenstapel 10 Lochblockerschichten und/oder Elektronenblockerschichten umfassen. Ferner ist es möglich, dass der erste Schichtenstapel 10 mehrere, bevorzugt in der Stapelrichtung Z übereinander angeordnete, Emissionsschichten 12 umfasst, die beispielsweise Licht unterschiedlicher Farbe emittieren können. Hierdurch kann insbesondere ein organisches Bauelement, das weißes Licht emittiert, bereitgestellt werden.
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Auf die zweite Schicht 13 folgt in Stapelrichtung eine zweite Elektrode 32. Die zweite Elektrode 32 ist strahlungsreflektierend ausgebildet und kann beispielsweise mit einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein.
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Die erste Elektrode 31, der erste Schichtenstapel 10 und die zweite Elektrode 32 bilden zusammen das organische Bauteil 1.
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Auf den ersten Schichtenstapel 10 folgt in Stapelrichtung Z ein zweiter Schichtenstapel 20. Der zweite Schichtenstapel 20 grenzt hierbei direkt an die zweite Elektrode 32 an. Der zweite Schichtenstapel weist eine Schichtstruktur 21, eine Matrixschicht 22 und eine leitfähige weitere Schicht 23 auf.
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Bei der Schichtstruktur 21 kann es sich um die zweite Löchertransportschicht der organischen Schutzdiode handeln. Die weitere Schicht 23 kann die zweite Elektronentransportschicht des zweiten Schichtenstapels sein. Die zweite Elektronentransportschicht der organischen Schutzdiode 2 wäre dann also in Stapelrichtung Z nach der zweiten Löchertransportschicht angeordnet. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Schichtstruktur 21 die zweite Elektronentransportschicht ist und die weitere Schicht 23 die zweite Löchertransportschicht. Die Wahl der Anordnung der zweiten Elektronentransportschicht und der zweiten Löchertransportschicht sollte derart erfolgen, dass der pn-Übergang des organischen Bauteils 1 antiparallel zu dem pn-Übergang der organischen Schutzdiode 2 verschaltet ist.
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Auf der zweiten Elektronentransportschicht 23 des zweiten Schichtenstapels 20 ist in Stapelrichtung eine dritte Elektrode 42 angeordnet. Die zweite Elektrode 32, der zweite Schichtenstapel 20 und die dritte Elektrode 42 bilden zusammen die organische Schutzdiode 2. Die zweite Elektrode 32 kann also gleichzeitig die Kathode des organischen Bauteils 1 und die Anode der organischen Schutzdiode 2 bilden. Es ist alternativ möglich, dass die zweite Elektrode gleichzeitig die Anode des organischen Bauteils 1 und die Kathode der organischen Schutzdiode 2 bildet.
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Die dritte Elektrode 42 ist mit einer lateral zum ersten Schichtenstapel 10 und/oder zum zweiten Schichtenstapel 20 angeordneten Verbindungsschicht 34 mit der ersten Elektrode 31 verbunden. Insbesondere sind die erste Elektrode 31 und die dritte Elektrode 42 über die Verbindungsschicht 34 elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Gemäß des Ersatzschaltbildes der 2 ist die Funktionsweise des hier beschriebenen organischen Bauelements näher erläutert. Das organische Bauelement umfasst ein organisches Bauteil 1 und eine organische Schutzdiode 2. Diese werden mit einer Spannung U elektrisch kontaktiert. Die organische Schutzdiode 2 ist antiparallel zu dem organischen Bauteil 1 geschaltet. Die organische Schutzdiode 2 kann damit als ESD-Schutzdiode für das organische Bauteil 1 dienen.
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Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen organischen Bauelements näher erläutert. In Gegensatz zu dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Haupterstreckungsebenen der jeweiligen Schichten der ersten Schichtenfolge 10 und/oder der zweiten Schichtenfolge 20 vorliegend nicht nur senkrecht der Stapelrichtung Z, sondern teilweise auch parallel zur Stapelrichtung Z.
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Das organische Bauelement der 3 weist den ersten Schichtenstapel 10 mit Seitenflächen 10b auf, die entlang der Stapelrichtung Z verlaufen. Die Seitenflächen 10b des ersten Schichtenstapels 10 sind von der zweiten Elektrode 32 bedeckt.
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Ferner weist das organische Bauteil 1 Seitenflächen 1b auf. Zumindest eine der Seitenflächen 1b des organischen Bauteils ist hierbei vollständig von der Schichtstruktur 21 bedeckt. Hierbei ist es möglich, dass der erste Schichtenstapel 10 durch die zweite Elektrode 32 vor dem optional in der Schichtstruktur 21 enthaltenen Lösungsmittel schützt. Hierzu kann die zweite Elektrode 32 den ersten Schichtenstapel 10 zu der Schichtstruktur 21 hin verkapseln.
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Ferner umfasst das organische Bauelement eine Isolationsschicht 6, mittels derer die erste Elektrode 31 von der zweiten Elektrode 32 und/oder das organische Bauteil 1 von der organischen Schutzdiode 2 elektrisch isoliert sind. Der zweite Schichtenstapel 20 der organischen Schutzdiode 2 weist zudem zumindest eine Seitenfläche 20b auf, die von der dritten Elektrode 42 vollständig bedeckt ist und durch die dritte Elektrode 42 nach außen verkapselt sein kann.
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Ferner ist der erste Schichtenstapel 10 des organischen Bauteils 1 durch die Isolationsschicht 6, die erste Elektrode 32, die Schichtstruktur 21, die Matrixschicht 22, die weitere Schicht 23, die dritte Elektrode 42 und/oder die Verbindungsschicht 34 nach außen verkapselt.
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Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen organischen Bauelements näher erläutert. Ergänzend zu dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der 4 eine lateral beabstandet zu dem ersten Schichtenstapel 10 auf dem Substrat 5 angebrachte Kontaktierung 320 dargestellt. Die Kontaktierung 320 steht in direktem elektrischen Kontakt zur zweiten Elektrode 32 und dient der elektrischen Kontaktierung der zweiten Elektrode 32. Zudem ist die Isolationsschicht 6 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel strukturiert und umschließt die erste Schichtenfolge 10 ringförmig.
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Ferner umfasst die Schichtstruktur 21 in dem Ausführungsbeispiel der 4 eine Abdichtschicht 211 und eine Pufferschicht 212. Die Pufferschicht 212 ist beispielsweise mit einem lösungsprozessierten Verfahren auf die Abdichtschicht 211 aufgebracht.
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Die Abdichtschicht 211 überdeckt sämtliche dem ersten Schichtenstapel 10 abgewandten Außenflächen der zweiten Elektrode 32 im Bereich der Pufferschicht 21 vollständig. Mit anderen Worten, die Abdichtschicht 211 überdeckt sämtliche der Pufferschicht 212 zugewandte Bereiche der zweiten Elektrode 32. Zudem dichtet die Abdichtschicht 211 Stellen 10f des ersten Schichtenstapels 10, die nicht von der zweiten Elektrode 32 bedeckt sind, gegen die Pufferschicht 212 ab.
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Die Pufferschicht 212 dient mitunter als Schutz vor Partikeln aus der umgebenden Luft. Die Abdichtschicht 211 dient zudem als Schutz der organischen Schichten des organischen Bauteils 1 vor dem Lösungsmittel, welches zum Aufbringen der Pufferschicht 212 verwendet wird. Insbesondere kann die Pufferschicht 212 eine Dicke in Stapelrichtung Z von wenigstens 5 µm, bevorzugt wenigstens 10 µm aufweisen. Die Pufferschicht 21, und bevorzugt auch die Schichtstruktur 21, ist/sind an ihren dem ersten Schichtenstapel 10 abgewandten Außenflächen von der Matrixschicht 22 bedeckt. Insbesondere bedeckt die Matrixschicht 22 die Schichtstruktur 21 in den Bereichen, in denen die Schichtstruktur 21 ebenfalls von der dritten Elektrode 42 und/oder der Verbindungsschicht 34 bedeckt ist, vollständig. Die Matrixschicht 22 kann sich hierbei lateral entlang der Schichtstruktur 21 bis hin zur Isolationsschicht 6 erstrecken und mit der Isolationsschicht 6 in direktem Kontakt stehen.
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Der zweite Schichtenstapel 20 wird an seinen dem ersten Schichtenstapel 10 abgewandten Außenflächen von der vierten Elektrode 42 und/oder lateral von der Verbindungsschicht 34 überdeckt. Die dritte Elektrode 42 und die Verbindungsschicht 34 können hierbei der Verkapselung der organischen Schichten des ersten Schichtenstapels 10 und/oder des zweiten Schichtenstapels 20 nach außen dienen.
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Anhand der Verteilung der Partikelgrößen in einem Reinraum ISO Klasse 5 der 5 ist die Funktionsweise der Pufferschicht 212 näher erläutert. Gezeigt ist die mittlere Anzahl der Partikel # pro Kubikmeter als Funktion der Partikelgröße d in µm. In einem Reinraum der ISO Klasse 5, der zu einer Herstellung eines hier beschriebenen organischen Bauelements dient, befinden sich insbesondere Partikel mit einer maximalen Partikelgröße von 5 µm. Beispielsweise können diese Partikel bei der Herstellung des organischen Bauelements bei einem Transport von einem Vakuumgefäß in ein anderes Vakuumgefäß auf die funktionellen Schichten des organischen Bauteils gelangen, wodurch diese zerstört werden können. Diese Partikel können bei dem vorliegenden organischen Bauelement in der Pufferschicht 212 verbleiben, ohne das organische Bauteil 1 zu schädigen.
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Anhand der Aufnahme der 6 ist eine Funktionsweise der Pufferschicht 212 näher erläutert. Die 6 zeigt eine Aufnahme eines Staubpartikels, dessen Größe etwa zwischen 5 µm und 10 µm beträgt, mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM). Der Staubpartikel befindet sich in dem Schichtverbund eines organischen Bauteils.
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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 nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung
DE 10 2014 113 198.3 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/090626 A2 [0001]
- US 2011/0049730 A1 [0039]
- US 2012/0132953 A1 [0039]
- DE 102014113198 [0074]
