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Es wird eine organische Leuchtdiode angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Leuchtdiode angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine organische Leuchtdiode anzugeben, die effizient über eine größere Fläche hinweg homogen Licht abstrahlt.
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Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine organische Leuchtdiode und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die organische Leuchtdiode zur Erzeugung von sichtbarem Licht eingerichtet. Beispielsweise emittiert die organische Leuchtdiode blaues, grünes, gelbes, oranges oder rotes Licht. Ebenso ist es möglich, dass von der organischen Leuchtdiode im bestimmungsgemäßen Gebrauch mischfarbiges Licht, insbesondere weißes Licht, emittiert wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die organische Leuchtdiode ein Substrat. Das Substrat weist eine Substratoberseite auf. Bei dem Substrat kann es sich um die mechanisch tragende und stabilisierende Komponente der organischen Leuchtdiode handeln. Das Substrat kann mechanisch starr oder auch mechanisch flexibel und somit biegbar gestaltet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an der Substratoberseite eine elektrisch leitfähige Gitterstruktur. Die Gitterstruktur ist dazu eingerichtet, eine Stromaufweitung und eine gleichmäßige laterale Stromverteilung über das Substrat hinweg zu gewährleisten. Gitterstruktur bedeutet insbesondere, dass in Draufsicht auf die Substratoberseite gesehen eine Vielzahl von Waben gebildet ist, sodass ein Material der Gitterstruktur die Waben ringsum vollständig umschließt, wobei ein Innenraum der Waben frei von dem Material der Gitterstruktur ist. Die Gitterstruktur kann direkt auf die Oberseite aufgebracht sein. Alternativ kann sich zwischen dem Substrat und der Gitterstruktur eine weitere Schicht, insbesondere zu einer besseren Anhaftung der Gitterstruktur an das Substrat, befinden. Eine solche Gitterstruktur wird englisch auch als busbars bezeichnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Leuchtdiode eine Partikelschicht. Die Partikelschicht ist elektrisch leitfähig, zumindest in einer Richtung senkrecht zur Substratoberseite, bevorzugt sowohl in Richtung senkrecht als auch in Richtung parallel zur Substratoberseite.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Partikelschicht direkt auf der Substratoberseite. Mit anderen Worten berührt dann ein Material der Partikelschicht die Substratoberseite und ein Material des Substrats. Bevorzugt berühren sich die Partikelschicht und die Substratoberseite ganzflächig.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gitterstruktur in die Partikelschicht eingebettet. Dies bedeutet, dass die Partikelschicht die Gitterstruktur an Seitenflächen, die quer Substratoberseite orientiert sind, vollständig oder teilweise bedeckt. In Richtung parallel zur Substratoberseite befindet sich die Partikelschicht direkt an der Gitterstruktur.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine organische Schichtenfolge auf der Partikelschicht angebracht. Bevorzugt befindet sich die organische Schichtenfolge unmittelbar und direkt auf der Partikelschicht. Die organische Schichtenfolge beinhaltet mindestens eine Schicht, die auf wenigstens einem organischen Material basiert und die zur Erzeugung von Strahlung, insbesondere von Licht, eingerichtet ist. Die organische Schichtenfolge kann weitere Schichten wie Ladungsträgerinjektionsschichten, Ladungsträgertransportschichten, Ladungsträgersperrschichten und/oder Ladungsträgererzeugungsschichten aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die organische Leuchtdiode eine Deckelektrode. Die Deckelektrode ist auf der organischen Schichtenfolge angebracht. Das heißt, die Deckelektrode befindet sich an einer dem Substrat abgewandten Seite der organischen Schichtenfolge. Es ist möglich, dass sich die Deckelektrode direkt und unmittelbar auf der organischen Schichtenfolge befindet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Partikelschicht Streupartikel auf. Die Streupartikel sind zu einer Lichtstreuung eingerichtet. Insbesondere erfolgt über die Streupartikel eine Streuung des Lichts, das im bestimmungsgemäßen Gebrauch der organischen Leuchtdiode in der organischen Schichtenfolge erzeugt wird. Über die Streupartikel ist eine erhöhte Lichtauskoppeleffizienz von Licht aus der organischen Leuchtdiode heraus erzielbar. Das heißt, die Partikelschicht kann insgesamt als lichtstreuende Schicht und somit als Streuschicht aufgefasst werden. Die Partikelschicht weist dann zwei Hauptfunktionen gleichzeitig auf, nämlich Lichtstreuung und Stromleitung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Partikelschicht eine Vielzahl von Leitpartikeln. Die Leitpartikel sind elektrisch leitfähig. Über die Leitpartikel wird die elektrische Leitfähigkeit der Partikelschicht maßgeblich bestimmt und eingestellt. Eine Anzahl der Leitpartikel übersteigt eine Anzahl der Streupartikel zum Beispiel um mindestens einen Faktor 10 oder 103 oder 105.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Streupartikel einen ersten mittleren Durchmesser auf und die Leitpartikel einen zweiten mittleren Durchmesser. Der zweite mittlere Durchmesser ist kleiner als der erste mittlere Durchmesser. Bevorzugt handelt es sich bei den Leitpartikeln um so genannte Nanopartikel, also um Partikel mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 100 nm. Weiter bevorzugt handelt es sich bei den Streupartikeln um Mikropartikel, also um Partikel mit einem mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 0,1 µm und 10 µm. Unter mittlerem Durchmesser wird insbesondere der Durchmesser d50 in Q0 verstanden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die Streupartikel zusammen mit den Leitpartikeln in der Partikelschicht dicht gepackt vor. Dicht gepackt bedeutet bevorzugt, dass eine Packungsdichte und eine Volumenausfüllung in der Größenordnung der dichtesten Kugelpackung für gleich große Kugeln liegt. Beispielsweise liegt die Volumenausfüllung in der Partikelschicht durch die Streupartikel zusammen mit den Leitpartikeln bei mindestens 67 % oder 70 % oder 75 % oder 80 % oder 85 % oder 90 % oder 95 %. Eine Packungsdichte oberhalb der dichtesten Kugelpackung für gleich große Kugeln ist dadurch erzielbar, dass die Streupartikel und die Leitpartikel unterschiedliche mittlere Durchmesser aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Volumenanteil der Streupartikel in der Partikelschicht bei höchstens 50 % oder 30 % oder 15 % oder 10 % oder 8 %.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Gitterstruktur zusammen mit der Partikelschicht eine Substratelektrode für die organische Schichtenfolge. Dies bedeutet, dass die organische Schichtenfolge mittels der Substratelektrode, zusammen mit der Deckelektrode, mit Strom versorgt wird. Die organische Schichtenfolge grenzt dabei bevorzugt vollflächig direkt an die Substratelektrode und/oder an die Deckelektrode.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst die organische Leuchtdiode ein Substrat mit einer Substratoberseite, eine elektrisch leitfähige Gitterstruktur zu einer Stromverteilung sowie eine elektrisch leitfähige Partikelschicht, die auf der Substratoberseite aufgebracht sind. Dabei ist die Gitterstruktur in die Partikelschicht eingebettet. Eine organische Schichtenfolge zur Erzeugung von Strahlung befindet sich direkt auf der Partikelschicht. Eine Deckelektrode ist auf der organischen Schichtenfolge angebracht. Die Partikelschicht umfasst Streupartikel mit einem ersten mittleren Durchmesser und elektrisch leitfähige Leitpartikel mit einem kleineren, zweiten mittleren Durchmesser. Die Streupartikel liegen zusammen mit den Leitpartikeln in der Partikelschicht dicht gepackt vor. Die Partikelschicht bildet zusammen mit der Gitterstruktur eine Substratelektrode für die organische Schichtenfolge.
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Um eine effiziente Lichtauskopplung aus einer organischen Leuchtdiode, kurz OLED, zu erzielen, werden üblicherweise Partikelschichten verwendet. Solche Partikelschichten sind in der Regel aus Streupartikeln gebildet, die in eine elektrisch isolierende Matrix eingebettet sind. Die Matrix ist dann etwa aus einem Glas oder einem Polymer gebildet. Eine solche Partikelschicht, die insgesamt elektrisch isolierend ist, befindet sich im Allgemeinen zwischen einem Substrat und einer Anode. Die Herstellung solcher Partikelschichten, die zwischen einem Substrat und einer Anode liegen, ist jedoch vergleichsweise teuer. Zudem weisen solche Partikelschichten oft nur eine relativ geringe elektrische Leitfähigkeit auf, was eine maximale erzielbare Größe einer organischen Leuchtdiode begrenzt.
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Durch die hier beschriebene elektrisch leitfähige Partikelschicht in Kombination mit der Gitterstruktur ist es möglich, entweder gänzlich auf eine separate Anode zu verzichten oder die Partikelschicht direkt auf einer dem Substrat abgewandten Seite der Anode anzuordnen. Hierdurch ist die Herstellung der Partikelschicht, insbesondere auch mit Blick auf die Herstellung der Anode, vereinfacht, und gleichzeitig lassen sich effizient und homogen emittierende, großflächige organische Leuchtdioden erzielen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließen die Partikelschicht und die Gitterstruktur in Richtung weg von der Substratoberseite bündig miteinander ab. Somit kann durch die Gitterstruktur und die Partikelschicht zusammengenommen eine ebene Fläche gebildet sein, auf der die organische Schichtenfolge aufgebracht ist. Die organische Schichtenfolge kann in diesem Fall sowohl die Gitterstruktur als auch die Partikelschicht berühren. Eine Stromeinprägung in die organische Schichtenfolge erfolgt dabei bevorzugt lediglich über die Partikelschicht und nicht über die Gitterstruktur. Mit anderen Worten wird ein elektrischer Strom über die Gitterstruktur verteilt, lokal in die Partikelschicht eingeprägt und von der Partikelschicht dann in die organische Schichtenfolge geleitet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die Partikelschicht die Gitterstruktur in Richtung weg von der Substratoberseite. Dabei ist es möglich, dass die Partikelschicht die Gitterstruktur vollständig oder auch nur teilweise bedeckt. Alternativ kann die Gitterstruktur an einer dem Substrat abgewandten Seite frei von der Partikelschicht sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Partikelschicht oberhalb der Gitterstruktur eine ebene, durchgehende Fläche. Auf dieser Fläche ist die organische Schichtenfolge unmittelbar aufgebracht. Die organische Schichtenfolge ist in diesem Fall von der Gitterstruktur beabstandet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Partikelschicht und die Gitterstruktur dieselbe oder ungefähr die gleiche Dicke auf. Beispielsweise liegen gleiche Dicken mit einer Toleranz von höchstens 30 % oder 20 % oder 10 %, bezogen auf eine Dicke der Gitterstruktur, vor. In dem Fall, dass die Partikelschicht die Gitterstruktur überragt, ist die Partikelschicht oberhalb der Gitterstruktur dann nur vergleichsweise dünn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Bedeckungsgrad der Substratoberseite durch die Gitterstruktur bei mindestens 3 % oder 10 % oder 20 %. Alternativ oder zusätzlich liegt der Bedeckungsgrad bei höchstens 60 % oder 30 % oder 25 % oder 15 %. Das heißt, ein relativ großer Flächenanteil der Substratoberseite ist durch die Gitterstruktur bedeckt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Gitterstruktur eine oder mehrere Metallschichten oder besteht aus einer oder mehreren Metallschichten. Beispielsweise beinhaltet die Gitterstruktur drei Metallschichten, wobei dann insbesondere zwei Haftvermittlungsschichten und eine Stromleitschicht vorhanden sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Gitterstruktur Stege auf, die Maschen umranden. Eine mittlere Linienbreite der Gitterstruktur und/oder eine mittlere Breite der Stege, insbesondere in Draufsicht auf die Substratoberseite gesehen, liegt dabei bevorzugt bei mindestens 1 µm oder 2 µm oder 5 µm oder 10 µm oder 20 µm und/oder bei höchstens 200 µm oder 120 µm oder 70 µm oder 40 µm oder 15 µm. Insbesondere sind die Stege derart schmal, sodass die Stege im bestimmungsgemäßen Gebrauch der organischen Leuchtdiode mit bloßem menschlichem Auge nicht erkennbar sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Maschenweite der Gitterstruktur bei mindestens 0,1 mm oder 0,5 mm oder 0,8 mm. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Maschenweite bei höchstens 5 mm oder 3 mm oder 1,5 mm oder 1 mm. Die mittlere Maschenweite ist insbesondere ein mittlerer Durchmesser der Maschen, in Draufsicht auf die Substratoberseite gesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Gitterstruktur eine Dicke von mindestens 100 nm oder 200 nm oder 300 nm oder 500 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Gitterstruktur bei höchstens 10 µm oder 5 µm oder 1 µm oder 0,4 µm. Für die Dicke der Partikelschicht gilt bevorzugt Entsprechendes.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gitterstruktur in Draufsicht gesehen durch ein dreieckiges, viereckiges, fünfeckiges, hexagonales oder achteckiges Muster gebildet. Mit anderen Worten sind die Maschen als Dreiecke, Vierecke, Fünfecke, Sechsecke und/oder Achtecke gestaltet. Die Muster und die Maschen sind dabei bevorzugt regelmäßig angeordnet.
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Alternativ kann die Gitterstruktur auch unregelmäßig und/oder statistisch verteilt und/oder zufällig gestaltet sein. Dabei kann ein dreieckiges, viereckiges, fünfeckiges, hexagonales oder achteckiges Grundmuster vorhanden sein, das modifiziert und/oder abgewandelt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Stege der Gitterstruktur im Querschnitt gesehen rechteckig geformt. Alternativ ist es möglich, dass die Stege sich im Querschnitt gesehen in Richtung weg von der Substratoberseite verjüngen. In diesem Fall sind die Stege, im Querschnitt gesehen, etwa dreieckig, trapezförmig, halbrund, trapezförmig, hyperbelförmig und/oder oder parabelförmig gestaltet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine Flächenleitfähigkeit der Substratelektrode mindestens 1 mS·☐ oder 0,1 S·☐ oder 1 S·☐ oder 4 S·☐. Alternativ oder zusätzlich liegt die Flächenleitfähigkeit bei höchstens 100 S·☐ oder 20 S·☐ oder 10 S·☐. Die Pflichtenleitfähigkeit ist hierbei bevorzugt über die Substratelektrode hinweg konstant oder näherungsweise konstant.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Leuchtfläche der organischen Leuchtdiode vergleichsweise groß. Die Leuchtfläche des dabei insbesondere eine zusammenhängende Fläche, die funktional nicht in kleinere Einheiten unterteilt ist. Insbesondere beträgt die Leuchtfläche mindestens 0,01 × 0,01 m2 oder 0,05 × 0,05 m2 oder 0,1 × 0,1 m2 und/oder höchstens 1 × 1 m2 oder 0,7 × 0,7 m2 oder 0,3 × 0,3 m2.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Streupartikel und die Leitpartikel aus voneinander verschiedenen Materialien hergestellt. Insbesondere liegt ein Unterschied zwischen den Brechungsindizes der Materialien der Streupartikel und der Leitpartikel bei mindestens 0,1 oder 0,2 oder 0,3. Die Brechungsindizes beziehen sich bevorzugt auf eine Wellenlänge maximaler Intensität der von der Leuchtdiode im bestimmungsgemäßen Gebrauch erzeugten Strahlung und auf Raumtemperatur.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich die mittleren Durchmesser der Leitpartikel und der Streupartikel um mindestens einen Faktor 1,5 oder 2 oder 3 oder 5 oder 10. Bevorzugt weisen die Leitpartikel und alternativ oder zusätzlich auch die Streupartikel eine relativ große Durchmesserverteilung auf. Dies kann bedeuten, dass höchstens 50 % oder 65 % der Leitpartikel einen Durchmesser aufweisen, der zwischen 50 % und 150 % des mittleren Durchmessers der jeweiligen Partikel liegt. Durch eine relativ große Durchmesserverteilung insbesondere der Leitpartikel ist eine besonders dichte Packung in der Partikelschicht erzielbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat homogen aus nur einem einzigen Material geformt. Insbesondere handelt es sich dann bei dem Substrat um ein elektrisch isolierendes Substrat. Speziell ist in diesem Fall die Substratoberseite elektrisch isolierend ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, dass das Substrat frei von Streupartikeln oder Streuzentren ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Partikelschicht der Leuchtdiode aus den Streupartikeln und den Leitpartikeln. Das heißt, es ist dann kein Matrixmaterial vorhanden, in das die Streupartikel und die Leitpartikel eingebettet sind. Der Begriff „bestehen“ bezieht sich dabei lediglich auf Feststoffe und Flüssigkeiten. Es ist also möglich, dass sich zwischen den Partikeln der Partikelschicht evakuierte Hohlräume oder kleine Zwischenräume befinden, die mit einem Gas gefüllt sind. Sind gasgefüllte Zwischenräume vorhanden, so sind diese Zwischenräume bevorzugt mit einem inerten Gas wie Stickstoff oder Argon gefüllt. Im Falle des Vorhandenseins eines solchen Gases liegt der Druck dieses Gases bei Raumtemperatur bevorzugt nicht oder nicht signifikant über Normaldruck.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der mittlere Durchmesser der Streupartikel bei mindestens 50 nm oder 100 nm oder 150 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser mittlere Durchmesser bei höchstens 2 µm oder 1 µm oder 0,4 µm. Weiterhin weisen die Leitpartikel bevorzugt einen mittleren Durchmesser von mindestens 2 nm oder 5 nm oder 10 nm auf und/oder von höchstens 100 nm oder 50 nm oder 20 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Streupartikel aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt. Insbesondere weisen die Streupartikel eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien auf oder bestehen aus einem oder mehreren dieser Materialien: TiO2, Ta2O5, ZrO2, CrO2, AlN, SiO2
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind auch die Streupartikel aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Insbesondere sind die Streupartikel dann aus einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, mit einem relativ hohen optischen Brechungsindex hergestellt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Partikelschicht zwei oder mehr als zwei Teilschichten auf, die sich hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Insbesondere ist eine der Teilschichten stärker streuend für Licht ausgebildet als eine weitere Teilschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Partikelschicht eine erste Teilschicht auf, die sich direkt an der Substratoberseite befindet. In der ersten Teilschicht liegt eine höhere Konzentration der Streupartikel vor als in einer zweiten Teilschicht der Partikelschicht, wobei sich die zweite Teilschicht direkt an der organischen Schichtenfolge befindet. Beispielsweise unterscheidet sich eine Konzentration der Streupartikel in den Teilschichten um mindestens einen Faktor 2 oder 3 oder 5 oder 10. Insbesondere ist es möglich, dass die zweite Teilschicht frei von den Streupartikeln ist und/oder lediglich aus den Leitpartikeln besteht.
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In der ersten Teilschicht sind die Streupartikel bevorzugt homogen und statistisch verteilt. Alternativ ist es möglich, dass die Streupartikel, relativ zu den Leitpartikeln, in der gesamten Partikelschicht oder in der ersten Teilschicht stärker sedimentiert sind und in Richtung hin zu der Substratoberseite eine anwachsende Konzentration aufzeigen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Rauigkeit einer dem Substrat abgewandten Hauptseite der Partikelschicht bei höchstens 50 nm oder 25 nm oder 15 nm oder 10 nm. Es ist möglich, dass die mittlere Rauigkeit, auch als Ra bezeichnet, bei weniger als 25 % oder 10 % des mittleren Durchmessers der Streupartikel liegt. Insbesondere liegt die mittlere Rauigkeit bei höchstens 50 % oder 100 % des mittleren Durchmessers der Leitpartikel.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Substratoberseite eine mittlere Rauigkeit auf, die bei höchstens 15 nm oder 10 nm oder 5 nm liegt. Insbesondere ist die mittlere Rauigkeit der dem Substrat abgewandten Hauptseite der Partikelschicht um höchstens einen Faktor 3 oder 2 oder 1,5 größer als die mittlere Rauigkeit der Substratoberseite.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in der Partikelschicht die Leitpartikel perkoliert. Mit anderen Worten ist dann durch die Leitpartikel in der Partikelschicht ein durchgehender Pfad insbesondere zur Stromleitung gebildet. Es ist möglich, dass ausschließlich die Leitpartikel und somit nicht die Streupartikel perkoliert sind. Das heißt, durch die Streupartikel allein sind dann keine zusammenhängenden Pfade ausgebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert die Leuchtdiode im bestimmungsgemäßen Betrieb das in der Leuchtdiode erzeugte Licht teilweise oder vollständig durch die Partikelschicht und durch das Substrat hindurch. Dabei ist es möglich, dass die Leuchtdiode nur an einer einzigen Hauptseite, an der sich das Substrat befindet, Licht emittiert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Volumenanteil der Streupartikel an der Partikelschicht bei mindestens 1,5 % oder 3 % oder 5 %. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Volumenanteil bei höchstens 20 % oder 15 % oder 10 %. Bevorzugt liegt ein Volumenanteil zwischen einschließlich 5 % und 10 % vor.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Partikelschicht frei oder im Wesentlichen frei von organischen Materialien. Das kann bedeuten, dass die Partikelschicht zu mindestens 90 Masse-% oder 95 Masse-% oder 98 Masse-% aus anorganischen Materialien besteht. Insbesondere geht die Funktionalität der Partikelschicht, also die streuende Wirkung und die elektrische Leitfähigkeit, ausschließlich auf anorganische Materialien zurück. Der hohe Anteil anorganischer Materialien wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Partikelschicht frei von einem Matrixmaterial für die Streupartikel oder die Leitpartikel ist. Durch die überwiegende Verwendung von anorganischen Materialien ist eine erhöhte Lebensdauer und Beständigkeit gegen äußere Umwelteinflüsse gegeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Dicke der Substratelektrode konstant, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 50 % oder 25 % oder 10 % des mittleren Durchmessers der Streupartikel.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Deckelektrode um eine metallische Elektrode. Insbesondere ist die Deckelektrode als Metallspiegel gestaltet und weist als Hauptkomponente beispielsweise Aluminium, Silber und/oder Gold auf oder besteht aus einer Metalllegierung hieraus oder aus den genannten Materialien.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erscheint die Leuchtdiode einem Betrachter in ausgeschaltetem Zustand milchig-trüb und/oder weißlich. Dieser Farbeindruck der ausgeschalteten Leuchtdiode ist insbesondere durch die Partikelschicht verursacht.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Leuchtdiode angegeben. Mit dem Verfahren wird eine organische Leuchtdiode hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für die organische Leuchtdiode offenbart und umgekehrt.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- A) Bereitstellen des Substrats mit der Substratoberseite,
- B) Erzeugen der Gitterstruktur an der Substratoberseite,
- C) Herstellen einer Lösung, die zumindest ein Lösungsmittel, die Streupartikel und die Leitpartikel umfasst oder die hieraus besteht,
- D) Aufbringen der Lösung auf die Substratoberseite, sodass die Gitterstruktur von der Lösung und von der fertigen Partikelschicht eingebettet wird,
- E) Trocknen der Lösung durch Entziehen des Lösungsmittels und somit Ausbilden der Partikelschicht, und
- F) Aufbringen der organischen Schichtenfolge auf die Partikelschicht.
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Mit Ausnahme des Schritts C), der auch vor den Schritten A) und B) durchgeführt werden kann, werden die einzelnen Schritte bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
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Bei dem Lösungsmittel handelt es sich insbesondere um ein Lösungsmittel, das rückstandsfrei verdampft, etwa durch Temperaturerhöhung und/oder Druckabsenkung. Das Lösungsmittel ist etwa durch einen Alkohol, ein Alkan, ein Alken, ein Benzol, einen Ether, ein Keton, ein Lacton, ein Lactam, ein Nitril, ein Sulfoxid, oder ein Sulfon oder durch Mischungen hieraus gebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Lösungsmittel um Isopropanol, Ethanol, Azeton, 1-Methoxy-2-Propanol oder um Mischungen hieraus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Lösung über ein Tintenstrahldrucken, englisch ink jet, ein Schlitzabscheideverfahren, englisch slot dye, über Siebdruck oder Rakeln aufgebracht. Über solche Aufbringmethoden ist es möglich, die Partikelschicht nur lokal und somit strukturiert aufzubringen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Gitterstruktur strukturiert durch ein Druckverfahren wie Tintenstrahldruck aufgebracht. Ein nachträgliches Entfernen von zuvor aufgebrachtem Material der Gitterstruktur ist hierdurch vermeidbar. Alternativ wird die Gitterstruktur erst ganzflächig aufgebracht, beispielsweise aufgedampft, auch in mehreren Schichten, und nachträglich etwa fotolithographisch strukturiert.
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Nachfolgend werden eine hier beschriebene organische Leuchtdiode und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung und eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen organischen Leuchtdioden,
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2 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von Substratelektroden für hier beschriebene organische Leuchtdioden,
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3 und 5 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen organischen Leuchtdioden,
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4 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung einer hier beschriebenen organischen Leuchtdiode, und
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6 und 7 schematische Darstellungen einer elektrischen Flächenleitfähigkeit von Substratelektroden für hier beschriebene organische Leuchtdioden.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer organischen Leuchtdiode 1 gezeigt. Die Leuchtdiode 1 weist ein Substrat 2 mit einer Substratoberseite 20 auf. Das lichtdurchlässige, elektrisch isolierende Substrat 2 beinhaltet etwa einen Glasgrundkörper, auf den direkt eine elektrisch leitfähige Gitterstruktur 8 aufgebracht ist.
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Unmittelbar auf der Substratoberseite 20 befindet sich außerdem eine Partikelschicht 3, in die die Gitterstruktur 8 eingerichtet ist. In Richtung weg von der Substratoberseite 20 überragt die Partikelschicht 3 die Gitterstruktur 8. Außerdem ist die Gitterstruktur 8 vollständig von der Partikelschicht 3 bedeckt. Die Gitterstruktur 8 ist im Querschnitt gesehen trapezförmig, siehe 1A. In Draufsicht gesehen ist die Gitterstruktur 8 als regelmäßiges, quadratisches Gitter gestaltet, siehe 1B.
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Die Partikelschicht 3 ist zusammengesetzt aus vergleichsweise großen Streupartikeln 31, die zu einer Lichtstreuung eingerichtet sind. Ferner umfasst die Partikelschicht 3 eine Vielzahl von Leitpartikeln 32, die aus einem elektrisch leitfähigen und lichtdurchlässigen Material wie ITO hergestellt sind. Bei einem Material der Streupartikel 31 handelt es sich beispielsweise um elektrisch isolierendes Titandioxid. Aufgrund des Brechungsindexunterschieds zwischen den Streupartikeln 31 und den Leitpartikeln 32 wirken die Streupartikel 31 lichtstreuend.
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In der Partikelschicht 3 sind die Leitpartikel 32 zusammen mit den Streupartikeln 31 dicht gepackt, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall ist. Insbesondere ist die Partikelschicht 3 frei von einem Matrixmaterial. Da die Leitpartikel 32 in der Partikelschicht 3 perkoliert vorliegen und aus einem elektrisch leitfähigen Material sind, ist die Partikelschicht 3 insgesamt elektrisch leitfähig. Eine Dicke d der Partikelschicht 3 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 300 nm und 800 nm, insbesondere ungefähr 470 nm.
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Unmittelbar auf die Partikelschicht 3 ist eine organische Schichtenfolge 4 aufgebracht. Die organische Schichtenfolge 4 ist nur stark vereinfacht dargestellt. Die organische Schichtenfolge 4 beinhaltet zumindest eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht. Dieses in der aktiven Zone 4 erzeugte Licht wird an den Streupartikeln 31 gestreut, wodurch eine Lichtauskoppeleffizienz des Lichts aus der Leuchtdiode 1 heraus erhöht ist.
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Direkt auf die organische Schichtenfolge 4 ist eine Deckelektrode 5 aufgebracht. Die Deckelektrode 5 ist bevorzugt eine Metallschicht oder ein Metallschichtensystem. Durch die Deckelektrode 5 ist ein Spiegel für die in der organischen Schichtenfolge 4 erzeugte Strahlung realisiert. Eine Stromeinprägung in die organische Schichtenfolge 4 erfolgt mittels der Partikelschicht 3 und der Deckelektrode 5, die beide aus anorganischen Materialien hergestellt sind.
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Die Partikelschicht 3 zusammen mit der Gitterstruktur 8 bilden eine Substratelektrode 38. Durch die Gitterstruktur 8 wird eine laterale Stromverteilung über die Substratoberseite 20 hinweg bewirkt. Eine Stromeinprägung in die organische Schichtenfolge 4 erfolgt dabei über die Partikelschicht 3. Aufgrund der Gitterstruktur 8, die eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, sind großflächige Leuchtdioden 1 erzielbar. Ferner ist aufgrund der Gitterstruktur 8 die Dicke d der Substratelektrode 38 relativ klein, wodurch eine hohe Transparenz der Substratelektrode 38 realisierbar ist.
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Die Substratelektrode 38 ist elektrisch über eine elektrische Kontaktfläche 9a ausschließbar. Entsprechendes gilt für die Deckelektrode 5 hinsichtlich der elektrischen Kontaktfläche 9b. Die Kontaktflächen 9a, 9b befinden sich bevorzugt außerhalb der Verkapselungsschicht 7.
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Optional befindet sich an einer dem Substrat 2 abgewandten Seite der Deckelektrode 5 eine Verkapselungsschicht 7. Anders als dargestellt kann die Verkapselungsschicht 7 auch aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein. Weitere Komponenten der organischen Leuchtdiode 1, wie elektrische Anschlussbereiche, Stromverteilungsschienen, Befestigungsvorrichtungen oder weitere Verkapselungsschichten, sind zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nicht gezeichnet.
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In den 2A bis 2D sind schematisch weitere Ausführungsbeispiele für die Substratelektrode 38 gezeigt. Dabei sind die Streupartikel 31 und die Leitpartikel 32 nur angedeutet dargestellt. Gemäß 2A ist die Gitterstruktur 8 im Querschnitt gesehen rechteckig geformt. Anders als in 2A dargestellt überragt die Gitterstruktur 8 die Partikelschicht 3 bevorzugt nicht, sondern schließt bündig mit der Partikelschicht 3 ab.
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Gemäß 2B ist die Gitterstruktur 8 im Querschnitt gesehen dreieckig geformt. In 2C ist gezeigt, dass die Gitterstruktur 8 im Querschnitt gesehen näherungsweise parabelförmig gestaltet ist. Insbesondere solche Gitterstrukturen 8, wie in 2C dargestellt, können über ein Tintenstrahldruckverfahren hergestellt werden. Die Gitterstrukturen, wie in 2A gezeigt, werden etwa über Fotolithographie erzeugt.
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Die Gitterstruktur 8 kann, siehe 2D und wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, mehrlagig aufgebaut sein. Zwischen zwei Haftvermittlungsschichten 81, 83 befindet sich eine dickere Stromleitschicht 82. Die Schichten 81, 82, 83 sind beispielsweise durch Cr, Al, Cr oder durch Mo, Al, Mo gebildet, wobei das Aluminium auch durch Silber gesetzt sein kann. Schichtdicken der Schichten 81, 82, 83 liegt beispielsweise bei 100 nm, 500 nm und 100 nm. Die Stromleitschicht 82 kann hierbei auch dünner gestaltet sein und beispielsweise eine Dicke von lediglich 300 nm aufweisen.
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Abweichend von der Darstellung in 2D kann die Gitterstruktur 8 auch durch eine einzige Schicht gebildet sein, die beispielsweise Aluminium, Silber, Kupfer und/oder Gold umfasst oder hieraus besteht.
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Beim Ausführungsbeispiel, wie in 3 zu sehen, weist die Partikelschicht 3 zwei Teilschichten auf. Die Gitterstruktur 8 ist zur Vereinfachung der Darstellung in 3 nicht gezeichnet. Die Teilschichten sind in 3 schematisch durch eine Strich-Punkt-Linie voneinander separiert. Diese Auftrennung in die Teilschichten ist allerdings fiktiv und entspricht keiner realen Materialgrenze oder Materialnaht innerhalb der Partikelschicht 3.
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Die erste Teilschicht, die sich direkt an der Substratoberseite 20 befindet, weist sowohl die Streupartikel 31 als auch die Leitpartikel 32 auf. Die zweite Teilschicht, die sich direkt an der organischen Schichtenfolge 4 befindet, ist ausschließlich oder weit überwiegend aus den Leitpartikeln 32 gebildet. Da die Leitpartikel 32 einen geringeren mittleren Durchmesser aufweisen, ist durch diese Aufteilung der Partikelschicht 3 in zwei Teilschichten eine ebenere, weniger raue Hauptseite der Partikelschicht 3 an der organischen Schichtenfolge 4 realisierbar.
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Beispielsweise ist eine mittlere Rauigkeit einer Hauptseite der Partikelschicht 3 an der organischen Schichtenfolge 4 relativ gering und liegt bei ungefähr 15 nm. Im Vergleich hierzu liegt eine Rauigkeit der Substratoberseite 20 im Bereich von 5 nm bis 10 nm. Mit anderen Worten ist trotz der Partikelstruktur in der Partikelschicht 3 die mittlere Rauigkeit an der Fläche, an der die organische Schichtenfolge 4 aufgebracht wird, nicht signifikant erhöht. Materialien der organischen Schichtenfolge 4 dringen bevorzugt nur innerhalb der Rauigkeit dieser Hauptseite der Partikelschicht 3 in die Partikelschicht 3 ein. Zwischenräume zwischen den Leitpartikeln 32 und/oder den Streupartikeln 31 sind bevorzugt evakuiert, können aber auch mit einem inerten Gas gefüllt sein.
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In 4 sind schematisch Verfahrensschritte zur Herstellung der organischen Leuchtdiode 1 dargestellt, wobei die Gitterstruktur 8 wiederum zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet ist. Gemäß 4A wird eine Lösung 6 auf die Substratoberseite 20 aufgebracht.
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Die Lösung 6 umfasst ein Lösungsmittel 60 oder eine Mischung mehrerer Lösungsmittel. In dem Lösungsmittel 60 liegen, bevorzugt homogen verteilt, die Streupartikel 31 sowie die Leitpartikel 32 vor. Um die Partikel 31, 32 in dem Lösungsmittel 60 zu stabilisieren und um eine Agglomeration insbesondere der Leitpartikel 32 zu verhindern, können die Streupartikel 31 und/oder die Leitpartikel 32 mit einer organischen Umhüllung versehen sein. In der fertigen Partikelschicht 3 ist diese organische Umhüllung, die optional auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein kann, ohne Funktion. Insbesondere wirkt diese organische Umhüllung nicht als Bindemittel zwischen den Partikeln und auch nicht als elektrisch leitfähiges Medium oder als lichtstreuender Bestandteil. An der fertigen Partikelschicht weisen demgemäß organische Materialien auch nur einen sehr geringen Masseanteil auf.
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In 4B ist die resultierende Partikelschicht 3 gezeichnet. Das Lösungsmittel 60 dampft bevorzugt rückstandsfrei und vollständig ab, sodass sich die dicht gepackte Partikelschicht 3 ausbildet.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der organischen Leuchtdiode 1 gezeigt. Die Verkapselungsschicht 7 bedeckt dabei teilweise die Kontaktflächen 9a, 9b. Im Querschnitt gesehen ist die Verkapselungsschicht 7 U-förmig gestaltet.
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In 6 ist ein Bedeckungsgrad C gegenüber einer Flächenleitfähigkeit σ, in 7 die Flächenleitfähigkeit σ gegenüber einer Maschenweite E der Gitterstruktur 8 aufgetragen.
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Die Flächenleitfähigkeit σ steigt bei kleinen Bedeckungsgraden C näherungsweise linear an. Bevorzugte Flächenleitfähigkeiten σ werden bei Bedeckungsgraden C von einigen zehn Prozent erreicht. Bevorzugt liegt der Bedeckungsgrad C bei ungefähr 30 %.
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In der doppellogarithmischen Darstellung der 7 ist zu erkennen, dass die Flächenleitfähigkeit σ von der Maschenweite E abhängt. Besonders bevorzugte Bereiche für die Maschenweite E liegen im Bereich von 0,5 mm bis 1 mm.
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Abhängig von einer Größe der organischen Leuchtdiode 1, die Kantenlängen im Bereich mehrerer Dezimeter aufweisen kann, kann durch die Parameter Maschenweite E, Dicke d der Substratelektrode 38, Dicke der Gitterstruktur 8 und Materialien der Substratelektrode 38 die gewünschte Flächenleitfähigkeit σ gezielt eingestellt werden, beispielsweise anhand der 6 und/oder 7, um eine hohe Effizienz zu erreichen.
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Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- organische Leuchtdiode
- 2
- Substrat
- 20
- Substratoberseite
- 3
- elektrisch leitfähige Partikelschicht
- 31
- Streupartikel
- 32
- elektrisch leitfähige Leitpartikel
- 38
- Substratelektrode
- 4
- organische Schichtenfolge
- 5
- Deckelektrode
- 6
- Lösung
- 60
- Lösungsmittel
- 7
- Verkapselungsschicht
- 8
- Gitterstruktur
- 81
- erste Metallschicht/Haftvermittlungsschicht
- 82
- zweite Metallschicht/Stromleitschicht
- 83
- dritte Metallschicht/Haftvermittlungsschicht
- 9
- elektrische Kontaktflächen
- C
- Bedeckungsgrad in Prozent
- d
- Dicke der Substratelektrode
- E
- Maschenweite
- σ
- elektrische Flächenleitfähigkeit in S·☐