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Die Erfindung betrifft ein organisches optoelektronisches Bauelement, insbesondere eine organische Leuchtdiode (OLED)
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Optoelektronische Bauelemente sind beispielsweise in den folgenden Druckschriften beschrieben:
WO 2012/078 191 A1 ,
WO 2013/056 155 A2 ,
WO 2013/080 908 A1 ,
WO 2014/015 284 A1 ,
WO 2014/051 900 A1 ,
US 2012/0104374 A1 ,
US 2011/0139253 A1 .
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In organischen Leuchtdioden wird häufig Indium-Zinn-Oxid (ITO) als Elektrodenmaterial verwendet, da es transparent und gut leitend ist. Indium-Zinn-Oxid-Schichten werden in der Regel durch Sputtern aufgebracht.
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Es sind weiterhin nasschemisch abscheidbare Elektrodenmaterialien für organische Leuchtdioden bekannt, insbesondere leitende Polymere wie z. B. PEDOT (Poly(3,4-Ethylendioxythiophen) oder PEDOT:PSS (Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonat) .
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Weiterhin ist die Verwendung von Silbernanodrähten als Elektrodenmaterial bekannt. Aufgrund der Transparenz und Leitfähigkeit sind nasschemisch prozessierbare Silbernanodrähte zur Herstellung von Elektroden in organischen Leuchtdioden geeignet. Die Leitfähigkeit lässt sich über die Konzentration der Silbernanodrähte in einer Lösung einstellen, jedoch nimmt mit zunehmender Konzentration der Silbernanodrähte die Transparenz ab.
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Auf die Anodenelektrode einer organischen Leuchtdiode werden üblicherweise weitere Schichten, insbesondere eine Löcherinjektionsschicht (HIL, Hole Injection Layer) und eine Löchertransportschicht (HTL, Hole Transport Layer) in weiteren Verfahrensschritten abgeschieden. Insbesondere beim nasschemischen Abscheiden der weiteren Schichten besteht die Gefahr des Anlösens der darunterliegenden Schichten, wodurch keine definierten Grenzflächen erzielt werden. Insbesondere bei Schichten mit einer Dicke von nur wenigen Nanometern ist dies sehr kritisch, weil sowohl der gleichmäßige Ladungstransfer beeinträchtigt werden kann, als auch Inhomogenitäten im Leuchtbild erkennbar sein können. Insbesondere kann die Effektivität der Ladungsträgerinjektion aus einer als Elektrode fungierenden Schicht mit Silbernanodrähten in angrenzende Schichten, insbesondere Löcherinjektionsschichten oder Löchertransportschichten, durch Inhomogenitäten herabgesetzt werden.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes organisches optoelektronisches Bauelement anzugeben, das sich durch eine verbesserte Elektrodenschicht auszeichnet, die nasschemisch herstellbar ist und sich durch eine besonders effektive und gleichmäße Ladungsträgerinjektion in die aktive Schicht auszeichnet. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen organischen Bauelements angegeben werden.
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Diese Aufgaben werden durch organische optoelektronische Bauelemente gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung betrifft ein organisches optoelektronisches Bauelement umfassend eine erste Elektrodenschicht, welche ein dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist, eine organische aktive Schicht, welche zur Emission oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, wobei die organische aktive Schicht unmittelbar an die erste Elektrodenschicht angrenzt, wobei zwischen der ersten Elektrodenschicht und der organischen aktiven Schicht keine Ladungsträgerinjektions- und/oder Ladungsträgertransportschicht angeordnet ist, und eine zweite Elektrodenschicht, wobei das Matrixmaterial ein Löchertransportmaterial ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein organisches elektronisches Bauelement umfassend eine erste Elektrodenschicht, welche ein dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist, eine organische aktive Schicht, welche zur Emission oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, wobei die organische aktive Schicht unmittelbar an die erste Elektrodenschicht angrenzt, wobei zwischen der ersten Elektrodenschicht und der organischen aktiven Schicht keine Ladungsträgerinjektions- und/oder Ladungsträgertransportschicht angeordnet ist, und eine zweite Elektrodenschicht, wobei das Matrixmaterial ein Elektronentransportmaterial ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein organisches elektronisches Bauelement umfassend eine erste Elektrodenschicht, welche ein dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist, eine organische aktive Schicht, welche zur Emission oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, wobei die organische aktive Schicht unmittelbar an die erste Elektrodenschicht angrenzt, wobei zwischen der ersten Elektrodenschicht und der organischen aktiven Schicht keine Ladungsträgerinjektions- und/oder Ladungsträgertransportschicht angeordnet ist, und eine zweite Elektrodenschicht, wobei das Matrixmaterial mit Cu(I)pFBz, Bi(III)pFBz oder F16CuPc dotiert ist.
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Das organische optoelektronische Bauelement umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform eine erste Elektrodenschicht, welche ein dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist. Weiterhin umfasst das organische optoelektronische Bauelement eine organische aktive Schicht, welche zur Emission oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist. Das organische optoelektronische Bauelement kann insbesondere ein Licht emittierendes organisches Bauelement wie zum Beispiel eine organische Leuchtdiode sein, wobei die organische aktive Schicht die Licht emittierende Schicht ist. Alternativ ist es möglich, dass das organische optoelektronische Bauelement ein strahlungsdetektierendes organisches Bauelement wie zum Beispiele eine organische Solarzelle ist, wobei die organische aktive Schicht die Licht detektierende Schicht ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische optoelektronische Bauelement weiterhin eine zweite Elektrodenschicht, wobei die organische aktive Schicht zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die organische aktive Schicht unmittelbar an die erste Elektrodenschicht an. Mit anderen Worten sind zwischen der ersten Elektrodenschicht und der organischen aktiven Schicht vorteilhaft keine Zwischenschichten angeordnet. Insbesondere ist zwischen der ersten Elektrodenschicht und der organischen aktiven Schicht keine Ladungsträgerinjektions- und/oder Ladungsträgertransportschicht angeordnet. Vielmehr fungiert die erste Elektrodenschicht selbst als Ladungsträgerinjektions- und/oder Ladungsträgertransportschicht. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die erste Elektrodenschicht durch ein dotiertes Matrixmaterial, das außerdem metallische Nanodrähte enthält, gebildet ist. Die metallischen Nanodrähte fungieren als Elektrodenmaterial. Insbesondere bilden die metallischen Nanodrähte ein elektrisch leitfähiges Netzwerk in der ersten Elektrodenschicht aus. Eine solche Elektrode bezeichnet man als Perkolationselektrode.
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Gleichzeitig fungiert das dotierte Matrixmaterial, in dem die metallischen Nanodrähte enthalten sind, als Ladungsträgertransportmaterial und/oder Ladungsträgerinjektionsmaterial.
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Die erste Elektrodenschicht kann insbesondere die Anoden-Elektrodenschicht des organischen optoelektronischen Bauelements sein. In diesem Fall sind zwischen der ersten Elektrodenschicht und der organischen aktiven Schicht vorteilhaft keine Löcherinjektionsschicht und keine Löchertransportschicht angeordnet. Insbesondere kann das Matrixmaterial ein Löcherinjektionsmaterial und/oder ein Löchertransportmaterial umfassen. Im Gegensatz zu organischen Leuchtdioden, bei denen ein Löcherinjektionsmaterial und ein Löchertransportmaterial als separate Schichten zwischen der Anoden-Elektrodenschicht und der organischen aktiven Schicht angeordnet werden, wird bei dem hierin beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelement vorteilhaft ein Löcherinjektionsmaterial und/oder ein Löchertransportmaterial als Matrixmaterial für die metallischen Nanodrähte verwendet, welche als Elektrodenmaterial fungieren. Die erste Elektrodenschicht ist somit vorteilhaft eine Multifunktionsschicht, welche die Funktionen einer Elektrodenschicht sowie einer Löcherinjektionsschicht und/oder Löchertransportschicht gleichzeitig erfüllt.
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Insbesondere werden die metallischen Nanodrähte und das dotierte Matrixmaterial, das insbesondere ein Löchertransportmaterial oder ein Löcherinjektionsmaterial sein kann, bei der Herstellung der ersten Elektrodenschicht aus einer Lösung in einem einzigen Verfahrensschritt aufgebracht. Die erste Elektrodenschicht kann insbesondere aus einer Lösung auf ein Trägermaterial, beispielsweise ein Substrat des organischen optoelektronischen Bauelements, aufgebracht werden. Das Aufbringen erfolgt zum Beispiel durch Spin-Coating, Slot-Coating oder Rakeln.
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Das Matrixmaterial kann insbesondere ein Löcherinjektionsmaterial aufweisen, das mindestens eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: PEDOT (Poly(3,4-Ethylendioxythiophen), PAni (Polyanilin), NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); beta-NPB N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro); DMFL-TPD N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DMFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DPFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); DPFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); Spiro-TAD (2,2',7,7'-Tetrakis(n,n-diphenylamino)-9,9 ‚-spirobifluoren); 9,9-Bis[4-(N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N‘-bis-naphthalen-2-yl-N,N'-bis-phenyl-amino)-phenyl]-9H-fluor; N,N' bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin; 2,7 Bis[N,N-bis(9,9-spiro-bifluorene-2-yl)-amino]-9,9-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]9,9-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amino)9,9-spiro-bifluoren; Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexan; 2,2',7,7' tetra(N, N-di-tolyl)amino-spiro-bifluoren; N, N,N',N'-tetra-naphthalen-2-yl-benzidin.
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Weiterhin kann das Matrixmaterial ein Löchertransportmaterial aufweisen, das mindestens eines der folgenden Materialien enthält oder daraus besteht: NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); beta-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro); DMFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis (phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DMFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DPFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); DPFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); Spiro-TAD (2,2',7,7'-Tetrakis(n,n-diphenylamino)-9,9 ‚-spirobifluoren); 9,9-Bis[4-(N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N‘-bis-naphthalen-2-yl-N,N'-bis-phenyl-amino)-phenyl]-9H-fluor; N,N' bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin; 2,7-Bis[N,N-bis(9,9-spiro-bifluorene-2-yl)-amino]-9,9-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]9,9-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amino)9,9-spiro-bifluoren; Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexan; 2,2',7,7'-tetra(N, N-di-tolyl)amino-spiro-bifluoren; N,N,N',N' tetra-naphthalen-2-yl-benzidin.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial mit einer Kupfer- oder Bismut-Verbindung dotiert. Insbesondere sind Cu(I)pFBz, Bi(III)pFBz oder F16CuPc geeignete Dotierstoffe.
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Weitere geeignete Dotierstoffe sind PSS (Poylstyrolsulfonat), HAT-CN, MoOx, WOx, VOx, ReOx, F4-TCNQ, NDP-2, NDP-9.
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Die erste Elektrodenschicht kann insbesondere die Anoden-Elektrodenschicht des optoelektronischen Bauelements sein. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist die erste Elektrodenschicht eine Kathoden-Elektrodenschicht. In diesem Fall umfasst das Matrixmaterial vorteilhaft ein Elektroneninjektionsmaterial und/oder ein Elektronentransportmaterial. Bei dieser Ausgestaltung sind die metallischen Nanodrähte vorteilhaft in ein Elektroneninjektionsmaterial und/oder Elektronentransportmaterial als Matrixmaterial eingebettet, sodass bei dem organischen optoelektronischen Bauelement vorteilhaft auf eine separate Elektronentransportschicht und/oder Elektroneninjektionsschicht verzichtet werden kann.
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Das Matrixmaterial kann insbesondere ein Elektroneninjektionsmaterial aufweisen, das mindestens eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: NDN-26, MgAg, Cs2CO3, Cs3PO4, Na, Ca, K, Mg, Cs, Li, LiF; 2,2',2" -(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazol); 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol,2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin (BCP); 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazol; 1,3-Bis[2-(2,2'-bipyridin-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzen; 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin (BPhen); 3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazol; Bis(2-methyl-8-quinolinolat)-4-(phenylphenolato)aluminium; 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl; 2-phenyl-9,10-di(naphthalen-2-yl)-anthracen; 2,7-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]-9,9-dimethylfluoren; 1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzen; 2-(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin; 2,9-Bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin; Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)boran; 1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin; Phenyldipyrenylphosphinoxid; Naphtahlintetracarbonsäuredianhydrid bzw. dessen Imide; Perylentetracarbonsäuredianhydrid bzw. dessen Imide; Stoffe basierend auf Silolen mit einer Silacyclopentadieneinheit.
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Weiterhin kann das Matrixmaterial ein Elektronentransportmaterial aufweisen, das mindestens eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: NET-18; 2,2',2" -(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazol); 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol,2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin (BCP); 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole; 1,3-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzen; 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin (BPhen); 3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazol; Bis(2-methyl-8-quinolinolat)-4-(phenylphenolato)aluminium; 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl; 2-phenyl-9,10-di(naphthalen-2-yl)-anthracen; 2,7-Bis[2-(2,2'-bipyridin-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]-9,9-dimethylfluoren; 1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzen; 2-(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin; 2,9-Bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin; Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)boran; 1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin; Phenyldipyrenylphosphinoxid; Naphtahlintetracarbonsäuredianhydrid oder dessen Imide; Perylentetracarbonsäuredianhydrid oder dessen Imide; Stoffe basierend auf Silolen mit einer Silacyclopentadieneinheit.
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Das vorgeschlagene Prinzip, metallische Nanodrähte in ein Ladungsträgerinjektionsmaterial und/oder Ladungsträgertransportmaterial einzubetten, ist mit anderen Worten für die Anoden-Elektrodenschicht und/oder die Kathoden-Elektrodenschicht des organischen optoelektronischen Bauelements anwendbar.
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Es ist insbesondere auch möglich, dass sowohl die erste Elektrodenschicht als auch die zweite Elektrodenschicht jeweils ein dotiertes Matrixmaterial aufweisen, in das metallische Nanodrähte eingebettet sind. Bei dieser Ausgestaltung ist z. B. die erste Elektrodenschicht die Anoden-Elektrodenschicht und weist ein Löcherinjektionsmaterial und/oder Löchertransportmaterial mit metallischen Nanodrähten auf. Die zweite Elektrodenschicht ist bei dieser Ausgestaltung die Kathoden-Elektrodenschicht und kann vorteilhaft ein Elektroneninjektionsmaterial und/oder Elektronentransportmaterial aufweisen, in das metallische Nanodrähte eingebettet sind.
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Die metallischen Nanodrähte sind bei dem organischen optoelektronischen Bauelement bevorzugt Silbernanodrähte, die sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit auszeichnen. Alternativ können die metallische Nanodrähte zum Beispiel Aluminiumnanodrähte oder Kupfernanodrähte sein.
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Bei einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements wird eine erste Elektrodenschicht, welche ein dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist, nasschemisch aufgebracht. Die erste Elektrodenschicht kann insbesondere auf ein Substrat des organischen optoelektronischen Bauelements aufgebracht werden. Das nasschemische Aufbringen erfolgt aus einer Lösung, beispielsweise durch Spin-Coating, Slot-Coating oder Rakeln. Zum nasschemischen Aufbringen der ersten Elektrodenschicht wird vorzugsweise ein Lösemittel verwendet, wobei das Lösemittel vorzugsweise ein polares Lösungsmittel ist. Geeignete Lösungsmittel sind insbesondere ein Aryl-Alkyl-Ether wie zum Beispiel Phenetol oder Anisol, ein Diether wie zum Bespiel Dioxan oder ein Alkylbenzol wie zum Beispiel Toluol oder Xylol.
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Dadurch, dass bei dem Verfahren das dotierte Matrixmaterial, das insbesondere als Löcherinjektionsmaterial und/oder Löchertransportmaterial fungiert, und die metallischen Nanodrähte in einen einzigen Verfahrensschritt aufgebracht werden, werden ansonsten erforderliche drei Verfahrensschritte zum Aufbringen einer Anoden-Elektrodenschicht, einer Löcherinjektionsschicht und einer Löchertransportschicht zu einem einzigen Verfahrensschritt kombiniert und auf diese Weise das Herstellungsverfahren erheblich vereinfacht. Insbesondere können auf diese Weise drei separate Beschichtungs- und Trocknungsschritte durch einen einzigen Beschichtungs- und Trocknungsschritt ersetzt werden. Dadurch kann die Prozesszeit auf etwa ein Drittel reduziert werden, wobei sich außerdem die Materialkosten, insbesondere für Lösemittel, reduzieren.
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Das Aufbringen des Elektrodenmaterials und des dotierten Matrixmaterials in einem einzigen Verfahrensschritt hat weiterhin den Vorteil, dass die Gefahr des Anlösens einer darunterliegenden Schicht, die beim separaten Aufbringen einer Löcherinjektionsschicht und/oder einer Löchertransportschicht bestehen würde, nicht auftritt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung des organischen optoelektronischen Bauelements und umgekehrt.
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Im Folgenden werden verschiedene weitere Aspekte und Kombinationen dieser Aspekte von organischen optoelektronischen Bauelementen und Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements in einer nummerierten Aufzählung aufgeführt, um die Bezugnahme auf Merkmale anderer Aspekte zu erleichtern.
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Aspekt 1. Organisches optoelektronisches Bauelement, umfassend
- - eine erste Elektrodenschicht, welche ein dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist,
- - eine organische aktive Schicht, welche zur Emission oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, wobei die organische aktive Schicht unmittelbar an die erste Elektrodenschicht angrenzt, und
- - eine zweite Elektrodenschicht.
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Aspekt 2. Organisches optoelektronisches Bauelement nach Aspekt 1,
wobei das Matrixmaterial ein Löcherinjektionsmaterial und/oder ein Löchertransportmaterial umfasst.
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Aspekt 3. Organisches optoelektronisches Bauelement nach Aspekt 2, wobei das Matrixmaterial ein Löchertransportmaterial ist.
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Aspekt 4. Organisches optoelektronisches Bauelement nach Aspekt 2 oder 3, wobei das Löchertransportmaterial mindestens eines der folgenden Materialien enthält oder daraus besteht: NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); beta-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin); Spiro-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-spiro); DMFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DMFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluoren); DPFL-TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); DPFL-NPB (N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluoren); Spiro-TAD (2,2',7,7'-Tetrakis(n,n-diphenylamino)-9,9'-spirobifluoren); 9,9-Bis[4-(N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluoren; 9,9-Bis[4-(N,N'-bis-naphthalen-2-yl-N,N'-bis-phenyl-amino)-phenyl]-9H-fluor; N,N' bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin; 2,7-Bis[N,N-bis(9,9-spiro-bifluorene-2-yl)-amino]-9,9-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]9,9-spiro-bifluoren; 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amino)9,9-spiro-bifluoren; Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexan; 2,2',7,7'-tetra(N, N-di-tolyl)amino-spiro-bifluoren; N,N,N',N' tetra-naphthalen-2-yl-benzidin.
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Aspekt 5. Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Matrixmaterial mit einer Kupfer- oder Bismutverbindung dotiert ist.
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Aspekt 6. Organisches optoelektronisches Bauelement nach Aspekt 5, wobei Kupfer- oder Bismutverbindung Cu(I)pFBz, Bi(III)pFBz oder F16CuPc ist.
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Aspekt 7. Organisches optoelektronisches Bauelement nach Aspekt 1, wobei das Matrixmaterial ein Elektroneninjektionsmaterial und/oder ein Elektronentransportmaterial umfasst.
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Aspekt 8. Organisches optoelektronisches Bauelement nach Aspekt 7, wobei das Matrixmaterial ein Elektronentransportmaterial ist.
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Aspekt 9. Organisches optoelektronisches Bauelement nach Aspekt 8, wobei das Elektronentransportmaterial mindestens eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: NET-18; 2,2',2" -(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazol); 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol,2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin (BCP); 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole; 1,3-Bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzen; 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin (BPhen); 3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazol; Bis(2-methyl-8-quinolinolat)-4-(phenylphenolato)aluminium; 6,6'-Bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl; 2-phenyl-9,10-di(naphthalen-2-yl)-anthracen; 2,7-Bis[2-(2,2'-bipyridin-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]-9,9-dimethylfluoren; 1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzen; 2-(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin; 2,9-Bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin; Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)boran; 1-methyl-2-(4-(naphthalen-2-yl)phenyl)-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin; Phenyldipyrenylphosphinoxid; Naphtahlintetracarbonsäuredianhydrid oder dessen Imide; Perylentetracarbonsäuredianhydrid oder dessen Imide; Stoffe basierend auf Silolen mit einer Silacyclopentadieneinheit.
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Aspekt 10. Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das organische optoelektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode ist.
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Aspekt 11. Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die metallischen Nanodrähte Silbernanodrähte, Aluminiumnanodrähte oder Kupfernanodrähte sind.
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Aspekt 12. Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements, umfassend die Schritte
- - nasschemisches Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht, wobei die erste Elektrodenschicht ein dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist,
- - Aufbringen einer organischen aktiven Schicht unmittelbar auf die erste Elektrodenschicht, und
- - Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht.
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Aspekt 13. Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements nach Aspekt 12, wobei das Matrixmaterial ein Löcherinjektionsmaterial und/oder ein Löchertransportmaterial umfasst.
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Aspekt 14. Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements nach Aspekt 12, wobei das Matrixmaterial ein Elektroneninjektionsmaterial und/oder ein Elektronentransportmaterial umfasst.
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Aspekt 15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen organischen Bauelements nach einem der Aspekte 12 bis 14, wobei zum nasschemischen Aufbringen der ersten Elektrodenschicht ein Lösemittel verwendet wird, das einen Aryl-Alkyl-Ether, einen Diether oder ein Alkylbenzol enthält.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein organisches optoelektronisches Bauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein organisches optoelektronisches Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein organisches optoelektronisches Bauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
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In 1 ist schematisch die Schichtenfolge eines optoelektronischen Bauelements 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem es sich um eine organische Leuchtdiode (OLED) handelt. Die organische Leuchtdiode 10 weist einen funktionellen Schichtenstapel auf, der auf einem Substrat 1 angeordnet ist. Das Substrat 1 kann insbesondere ein flexibles Substrat wie zum Beispiel eine Folie sein.
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Das Substrat 1 ist vorzugsweise ein transparentes Substrat, insbesondere eine transparente Glasschicht oder Polymerschicht. Bei dieser Ausgestaltung kann die organische Leuchtdiode 10 durch das transparente Substrat hindurch Licht emittieren (Bottom-Emitter) oder als beidseitig emittierende Leuchtdiode ausgeführt sein.
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Es ist alternativ auch möglich, dass das Substrat 1 ein nichttransparentes, vorzugsweise reflektierendes Substrat 1 ist. Bei dieser Ausgestaltung emittiert die organische Leuchtdiode 10 in einer vom Substrat 1 weg zeigenden Richtung nach oben (Top-Emitter). In diesem Fall kann das Substrat 1 insbesondere eine reflektierende Metallfolie sein.
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Die organische Leuchtdiode 10 weist eine erste Elektrodenschicht 2 und eine zweite Elektrodenschicht 6 auf, wobei zwischen den Elektrodenschichten 2, 6 eine organische aktive Schicht 3 angeordnet ist, bei der es sich um eine Licht emittierende Schicht handelt. Bei dem Ausführungsbeispiel bildet die erste Elektrodenschicht 2 die Anode und die zweite Elektrodenschicht 6 die Kathode der organischen Leuchtdiode 10 aus.
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Die erste Elektrodenschicht 2 weist vorteilhaft ein organisches Matrixmaterial auf, das mindestens einen Dotierstoff und metallische Nanodrähte aufweist. Die metallischen Nanodrähte, die in das Matrixmaterial der ersten Elektrodenschicht 2 eingebettet sind, sind bevorzugt Silbernanodrähte. Alternativ sind auch andere Metalle wie zum Beispiel Aluminium oder Kupfer geeignet.
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Bei dem dotierten Matrixmaterial der Elektrodenschicht 2 handelt es sich vorteilhaft um ein Löcherinjektionsmaterial und/oder ein Löchertransportmaterial. Bei dem Dotierstoff des Matrixmaterials handelt es sich vorzugsweise um einen Kupfer- oder Bismut-Komplex.
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Die Licht emittierende organische aktive Schicht 3 der organischen Leuchtdiode 10 grenzt vorteilhaft unmittelbar an die erste Elektrodenschicht 2 an. Insbesondere sind im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau von organischen Leuchtdioden zwischen der ersten Elektrodenschicht 2 und der organischen aktiven Schicht 3 weder eine Löcherinjektionsschicht noch eine Löchertransportschicht angeordnet. Solche separaten Löcherinjektions- oder Löchertransportschichten sind bei der organischen Leuchtdiode 10 vorteilhaft nicht notwendig, da ein Löcherinjektionsmaterial und/oder ein Löchertransportmaterial als Matrixmaterial für die erste Elektrodenschicht 2 verwendet wird. Die erste Elektrodenschicht 2 fungiert also vorteilhaft sowohl als Anoden-Elektrode als auch als Löcherinjektionsschicht und/oder Löchertransportschicht.
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Bei der Herstellung der organischen Leuchtdiode 10 kann die erste Elektrodenschicht 2, welche vorteilhaft die Funktionen von bis zu drei Einzelschichten aufweist, in einem einzigen Verfahrensschritt aus einer Lösung auf das Substrat 1 aufgebracht werden. Die organische Leuchtdiode 10 zeichnet sich daher durch einen besonders geringen Herstellungsaufwand aus.
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Bei der Herstellung der organischen Leuchtdiode 10 werden die metallischen Nanodrähte sowie das dotierte Matrixmaterial, das insbesondere das Löcherinjektionsmaterial und/oder das Löchertransportmaterial umfasst, in einem Lösemittel gelöst, wobei das Lösemittel vorzugsweise ein polares Lösungsmittel ist. Geeignete Lösungsmittel sind insbesondere ein Aryl-Alkyl-Ether wie zum Beispiel Phenetol oder Anisol, ein Diether wie zum Bespiel Dioxan oder ein Alkylbenzol wie zum Beispiel Toluol oder Xylol.
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Das Aufbringen der ersten Elektrodenschicht 2 aus der Lösung kann insbesondere durch Spin-Coating, Slot-Coating oder Rakeln erfolgen. Nachfolgend wird die erste Elektrodenschicht 2 vorzugsweise durch einen Ausheizprozess getrocknet.
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Da im Vergleich zu herkömmlichen organischen Leuchtdioden das Aufbringen einer separaten Löcherinjektionsschicht und Löchertransportschicht entfällt, wird die Gefahr einer Schädigung der ersten Elektrodenschicht durch Anlösen beim Aufbringen der nachfolgenden Schicht vermindert. Da anstelle von zwei oder sogar drei Schichten nur eine einzige Schicht aufgebracht wird, entfällt mindestens eine Grenzfläche in dem organischen Schichtenstapel, wodurch mögliche Inhomogenitäten an der Grenzfläche und dadurch bedingte Effizienzverluste vermindert werden.
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Nach dem Aufbringen der ersten Elektrodenschicht 2 und einem gegebenenfalls durchgeführten Trocknungsprozess wird die Licht emittierende organische aktive Schicht 3 vorteilhaft unmittelbar auf die erste Elektrodenschicht 2 aufgebracht. Das Aufbringen der Licht emittierenden organischen Schicht 3 und der weiteren nachfolgenden Schichten kann durch Aufdampfen oder einen weiteren nasschemischen Prozess erfolgen. Dadurch, dass die Licht emittierende organische aktive Schicht 3 unmittelbar an die erste Elektrodenschicht 2 angrenzt, ist die Löcherinjektion aus der als Anode fungierenden ersten Elektrodenschicht 2 in die aktive Schicht 2 besonders effizient.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 folgen auf die Licht emittierende organische aktive Schicht 3 eine Elektronentransportschicht 4, eine Elektroneninjektionsschicht 5 und die zweite Elektrodenschicht 6, bei der es sich um die Kathode der organischen Leuchtdiode 10 handelt. Die zweite Elektrodenschicht 6 kann insbesondere eine dünne Metallschicht, beispielsweise aus Aluminium, sein. Der organische Schichtenstapel und die zweite Elektrodenschicht können zum Schutz mit einer Verkapselungsschicht versehen werden, insbesondere mit einer so genannten Dünnfilm-Verkapselung. Weiterhin kann an einer an dem Substrat gegenüberliegenden Seite der organischen Leuchtdiode 10 eine Deckplatte oder Deckschicht, beispielsweise eine Glasplatte, aufgebracht sein. Geeignete Verkapselungen und/oder Deckschichten für organische Leuchtdioden sind an sich bekannt und daher in 1 zur Vereinfachung nicht dargestellt.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es alternativ möglich, dass die erste Elektrodenschicht 2 die Kathode der organischen Leuchtdiode 10 ausbildet. Bei dieser Ausgestaltung weist die erste Elektrodenschicht 2 ein dotiertes Matrixmaterial auf, bei dem es sich um ein Elektroneninjektionsmaterial und/oder ein Elektronentransportmaterial handelt. Bei dieser Ausgestaltung ist die zweite Elektrodenschicht 6 die Anoden-Elektrode der organischen Leuchtdiode 10. Entsprechend der invertierten Polarität gegenüber der zuvor beschriebenen Ausgestaltung sind in diesem Fall beispielsweise eine Löchertransportschicht 4 und eine Löcherinjektionsschicht 5 zwischen der Licht emittierenden organischen Schicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 6 angeordnet.
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In 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines organischen optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt, bei dem es sich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel um eine organische Leuchtdiode handelt.
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Das Substrat 1, die erste Elektrodenschicht 2 und die Licht emittierende organische aktive Schicht 3 des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen hinsichtlich ihrer vorteilhaften Ausgestaltungen und Vorteilen dem ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere weist die erste Elektrodenschicht 2 ein dotiertes Matrixmaterial auf, das ein Löcherinjektionsmaterial und/oder ein Löchertransportmaterial sowie darin eingebettete metallische Nanodrähte, insbesondere Silbernanodrähte, aufweist. Die Licht emittierende organische aktive Schicht 3 grenzt vorteilhaft unmittelbar an die erste Elektrodenschicht 2 an.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel grenzt weiterhin auch die zweite Elektrodenschicht 6 unmittelbar an die organische aktive Schicht 3 an. Insbesondere sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen der Licht emittierenden organischen aktiven Schicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 6 im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel keine Elektronentransportschicht und keine Elektroneninjektionsschicht angeordnet. Vielmehr weist die zweite Elektrodenschicht 6 ein dotiertes Matrixmaterial auf, das ein Elektroneninjektionsmaterial und/oder ein Elektronentransportmaterial umfasst, wobei in das dotierte Matrixmaterial metallische Nanodrähte wie beispielsweise Silbernanodrähte eingebettet sind. Die zweite Elektrodenschicht 6 ist in diesem Fall die Kathode der organischen Leuchtdiode 10.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist nicht nur die erste Elektrodenschicht 2 als Multifunktionsschicht, sondern auch die zweite Elektrodenschicht 6 als Multifunktionsschicht ausgebildet, wobei die zweite Elektrodenschicht 6 die Funktionen der Kathoden-Elektrode, einer Elektroneninjektionsschicht und/oder einer Elektronentransportschicht miteinander vereint. In diesem Fall kann vorteilhaft auch die zweite Elektrodenschicht mit den Zusatzfunktionen einer Elektroneninjektionsschicht und/oder einer Elektronentransportschicht in einem einzigen Verfahrensschritt aus einer Lösung aufgebracht werden. Die auf diese Weise hergestellte organische Leuchtdiode 10 zeichnet sich daher durch einen besonders geringen Herstellungsaufwand auf.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Schichten in umgekehrter Reihenfolge auf dem Substrat 1 angeordnet sind, so dass die zweite Elektrodenschicht 6 auf dem Substrat und die erste Elektrodenschicht 2 an einer vom Substrat abgewandten Seite der organischen Leuchtdiode 10 angeordnet ist.
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In 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines organischen optoelektronischen Bauelements 10 dargestellt, bei dem es sich um eine organische Leuchtdiode handelt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schichten im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel in umgekehrter Reihenfolge auf das Substrat 1 aufgebracht. Als erste Schicht ist auf das Substrat 1 die zweite Elektrodenschicht 6 aufgebracht, welche die Kathode der organischen Leuchtdiode 10 ausbildet. Auf die zweite Elektrodenschicht 6 folgen eine Elektroneninjektionsschicht 5, ein Elektronentransportschicht 4 und die Licht emittierende organische aktive Schicht 3. An die Licht emittierende organische Schicht 3 grenzt unmittelbar die erste Elektrodenschicht 2 an, die eine dotiertes Matrixmaterial und metallische Nanodrähte aufweist.
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Die erste Elektrodenschicht 2 entspricht hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Vorteilen dem ersten Ausführungsbeispiel. Die erste Elektrodenschicht 2 kann insbesondere transparent sein. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel kann die organische Leuchtdiode 10 zum Beispiel als Top-Emitter ausgeführt sein, welche vom Substrat 1 aus gesehen nach oben emittiert. In diesem Fall ist beispielsweise die zweite Elektrodenschicht 5 eine reflektierende Metallschicht. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat 1 reflektierend sein, zum Beispiel kann das Substrat 1 eine reflektierende Metallfolie sein.
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Die organische Leuchtdiode 10 kann alternativ auch als beidseitig emittierende Leuchtdiode ausgeführt sein. In diesem Fall sind die erste Elektrodenschicht 2, die zweite Elektrodenschicht 6 und das Substrat 1 vorteilhaft jeweils transparent.
