EP2165378A1 - Organic component vertically emitting white light - Google Patents

Organic component vertically emitting white light

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EP2165378A1
EP2165378A1 EP08784221A EP08784221A EP2165378A1 EP 2165378 A1 EP2165378 A1 EP 2165378A1 EP 08784221 A EP08784221 A EP 08784221A EP 08784221 A EP08784221 A EP 08784221A EP 2165378 A1 EP2165378 A1 EP 2165378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
cover layer
organic
organic layers
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08784221A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Thomschke
Robert Nitsche
Karl Leo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Publication of EP2165378A1 publication Critical patent/EP2165378A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K50/858—Arrangements for extracting light from the devices comprising refractive means, e.g. lenses
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light
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    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/351—Thickness

Definitions

  • the invention is in the field of organic, white light upward emitting devices.
  • Such devices are typically formed on a supporting substrate and typically have a bottom electrode and a top electrode and an array of thin organic layers disposed between and in electrical contact with the bottom electrode and the top electrode.
  • the array of organic layers is configured to emit light upon application of an electrical voltage to the base electrode and the top electrode.
  • the light is generated by injecting electrical charge carriers into the arrangement of organic layers, namely electrons and holes, which then pass to a so-called light-emitting region, which is also referred to as an emitter zone, and recombine there with the emission of light.
  • a so-called light-emitting region which is also referred to as an emitter zone
  • the generated light is emitted substantially through the transparent cover electrode, it is referred to an upwardly emitting or top emitting device.
  • the light emission essentially takes place through the transparent base electrode.
  • Such components are known in particular in the form of organic light-emitting diodes, which are abbreviated to OLED.
  • OLEDs are based on complex processes. Therefore, the question of special structures is close, which are particularly easy and cheap to produce. Upwardly emitting OLEDs place little demands on the type and nature of the substrate on which the device is manufactured. In contrast, bottom-emitting OLEDs, that is down-emitting OLEDs, require a transparent substrate, for example in the form of glass or plastic, including a conductive coating with defined boundary conditions with regard to optical and mechanical properties such as low absorption, high transparency, conductivity, low roughness and possibly flexibility.
  • Organic light-emitting for illumination or signaling purposes moreover, should be able to generate and radiate light as efficiently as possible.
  • the emitted light should meet various requirements, for example with regard to color and brightness of the viewing direction, which can be characterized by means of a viewing angle, be lent be independent.
  • the ratio of the number of light quanta that can leave the device to the number of light quanta that are generated in the device is referred to as coupling-out efficiency.
  • a very good possibility to increase this is to embed the component in a microcavity, that is to say between two reflective layers which act as mirrors, as is the case in top-emitting components, in particular OLEDs.
  • this design significantly increases the luminous efficacy, in turn, the angular dependence of the emission spectrum deteriorates. Thus, it is generally not only a reduction in intensity at larger viewing angles, but above all to a significant color distortion of the emitted light.
  • the advantage of using a microcavity structure which is useful for monochromatic-emitting organic components, can also lead to disadvantages, in particular for top-emitting OLEDs which are intended to emit white light.
  • the generation of white light is usually realized in organic light-emitting components by means of additive color mixing.
  • One possibility is to introduce at least two, better three different types of emitter molecules into the device, which each radiate a certain part of the light spectrum (color) in order to produce white light in the sum. Because of the preferred emission of a certain spectral range in microcavities, it is therefore rather difficult to decouple white light from the component.
  • the optical path of the light in a microcavity is dependent on the angle, resulting in a strong viewing angle dependence of the emission spectrum. Due to these properties, such structures obviously do not meet the required requirements. Accordingly, a top-emitting OLED capable of emitting in a broad spectral range despite this microcavity structure and having a relatively non-viewing-angle spectrum is of great interest.
  • Phys., 100 (6) , 2006, 064507-1 - 064507-5) have shown that the emission can be changed, even increased, by means of an additional organic dielectric layer on the cover electrode, without influencing electrical conduction processes within the microcavity.
  • the additional cover layer with its properties such as thickness and refractive index, was adapted to monochromatic-emitting OLEDs in order to achieve the highest possible transmission of the optical subsystem. In the spectral range in the forward direction, however, brightness is lost at higher viewing angles, ie in the best case an enhancement of the microcavity effect is achieved.
  • the object of the invention is to provide an organic, white light emitting element upwards, in which the white light emission is improved.
  • an organic, white light emitting element upwards with an electrode, a transparent and designed as a cover electrode counter electrode and an array of organic layers, which is arranged between and in electrical contact with the electrode on the counter electrode and which is configured when applying an electrical - see voltage to the electrode and the counter electrode to emit light created, wherein on the counter electrode on a side facing away from the array of organic layers, a cover layer is applied with a thickness in nanometers in a layer thickness range D as follows:
  • n 10.4n 2 - 75n + 150 and n is the optical refractive index of the capping layer.
  • the scope of the white-light emission can be optimized and, moreover, the spectral emission distribution of the emitted light largely independent of the viewing angle.
  • n of the cover layer it is formed with a thickness in a predetermined layer thickness range.
  • the emission of the light of different wavelengths produced in the arrangement of organic layers, which is finally composed additively to white light no longer delivers only a certain wavelength range to the outside, as is the case in the prior art is.
  • the angular dependence of the emission spectrum is also minimized.
  • the optical refractive index n of the cover layer lies in a range between approximately 1.8 and approximately 2.4.
  • cover layer is made of an organic material.
  • the cover layer is made to form an optical microcavity between an electrode region on a side of the electrode facing the arrangement of organic layers and an edge region on a side of the cover layer facing away from the arrangement of organic layers.
  • the optical microcavity is formed completely overlapping with another optical microcavity in the arrangement of organic layers.
  • a further development of the invention can provide that emitter materials which emit additively white light-mixing light of different colors are arranged in a light-emitting region encompassed by the arrangement of organic layers.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the arrangement of organic layers comprises one or more doped organic layers which have an electrical doping.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the electrode is designed semitransparent. In this way, a semitransparent element is created.
  • 1 is a schematic representation of a structure of an organic, white light emitting device upwards
  • FIG. 2 is a graph of phase difference versus wavelength for first and second optical microcavities
  • FIG. 3 is a plot of relative emission versus wavelength at different viewing angles for an organic bare-top emitting device
  • FIG. 5 is a graphical representation of the relative emission as a function of the wavelength at different viewing angles for an organic, white light-emitting component with a cover layer having a thickness of 50 nm and an optical refractive index of 1.8
  • FIG. 6 is a graphical representation of the relative emission versus wavelength at different viewing angles for an organic white light emitting device having a cap layer with a thickness of 40nm and an optical refractive index of FIG. 2.
  • white light em 9 shows a graphic representation of the thickness of a cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; 0.33) are
  • FIG. 10 shows a graphic representation of the thickness of the cover layer for an organic, white-light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer, for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; 0.33) are closest to each other (optimum white light affinity) and layer thicknesses of the topcoat for an organic, white light emitting device as a function of the optical refractive index of the cover layer for configurations at the tolerance limits of +/- 20%, Fig.
  • 11 is a graph of the thickness of Cover layer for an organic, white light emitting device as a function of the optical refractive index of the cover layer, for which the change of color coordinates for viewing angles in the range of 0 ° to 60 ° is minimal (highest color fidelity), and the layer thicknesses of the cover layer for an organic, white light emitting Component in waste Optical cladding index dependence for configurations at the tolerance limits of +/- 20% with the respective change of color coordinates for viewing angles in the range of 0 ° to 60 °,
  • 13 is a graphical representation of the relative emission as a function of wavelength at different viewing angles for an organic, white light emitting device with a cover layer with a thickness of 48 nm and an optical refractive index of 1.8 and
  • FIG. 14 is a plot of relative emission versus wavelength at different viewing angles for an organic white light emitting device having a cap layer with a thickness of 58 nm (upper tolerance limit) and an optical refractive index of 1.8.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an organic, white-light-emitting component, which is therefore also referred to as a top-emitting component and, in particular, can be embodied as an organic light-emitting diode in which a base electrode 2 is formed as an anode on a substrate 1, which is formed, for example, of silver and with a layer thickness of at least about 80 nm.
  • a stack of organic layers 3, which are each made of organic material, applied which is preferably formed with a layer thickness of about 100 nm and a light-emitting region 4 comprises, in which in the stack of organic layers 3 injected charge carriers recombine with the release of light.
  • the stack of organic layers 3 is followed by a cover electrode 5 in the form of a cathode which, for example, is likewise made of silver and with a layer thickness of approximately 15 nm.
  • the cover electrode 5 is provided with a cover layer 6 made of an organic material, which is formed as an additional layer. Not shown in FIG. 1 is an optionally provided encapsulation of the component on the cover layer 6.
  • an interface A between the cover electrode 5 and the cover layer 6 changes Covering layer 6 borders the cover electrode 5 in air. Furthermore, an interface B arises between the cover layer 6 and air, which is not present without the provision of the cover layer 6. Finally, the optical refractive index for the region between the boundary surfaces A and B, namely the region of the cover layer 6, is changed.
  • optical microcavities 7, 8 influence the propagation of electromagnetic waves representing the light generated in the light emitting area 4 in the device.
  • resonance conditions arise in conjunction with the optical microcavities 7, 8, which is equivalent to the formation of standing waves.
  • the electromagnetic waves whose wavelengths satisfy the resonance conditions are referred to as modes of the resonator formed by the optical microcavity (Fig. 3).
  • the degree of reflection in the end regions of the resonator decides whether a mode is narrowband (high reflection) or rather broadband (low reflection).
  • the first optical microcavity 7 forms the actual resonator whose single mode is relatively narrow-band due to the metal cover electrode 5 used and lies in the visible wavelength range of the light.
  • the second optical microcavity 8 is formed between the interface B and the base electrode 2.
  • the light emitted to the outside, namely to the top, is no longer determined in its properties by the first optical microcavity 7 but by both optical microcavities 7, 8.
  • the result is a coexistence of the two optical micro cavities 7, 8, whose modes can mutually reinforce, if their resonance conditions apply to the same wavelength range.
  • an optimized microcavity effect is obtained for the corresponding wavelength range, whereby a higher intensity of the emitted light in the forward direction is obtained (see Fig. 4).
  • the refractive index n of the cover layer 6 has a significant influence on the strength of resonances of the two optical microcavities 7, 8 and thus the shape of the optical spectrum.
  • light in the green and in the yellow spectral range is preferably emitted by the first optical microcavity 7.
  • light in the blue and red spectral regions satisfies the resonance condition in the second optical microcavity 8 (see Fig. 2), so that the result is a combination of opposing efforts of the two optical microcavities 7, 8.
  • Such an overlay which is dominated by neither of the two optical microcavities 7, 8, is responsible for the fact that the typically observed microcavity effects in the proposed organic, white-light emitting device are hardly or not at all observable.
  • the lack of a strong microcavity factor further leads to a very weak dependence of the emission spectrum on the viewing angle (see Fig. 5).
  • the total amount of light that the Leaves device, so sets when using the cover layer 6 in the specified manner a maximum value for the Auskoppeleffizienz.
  • emission affinities are used for the characterization since they describe the optical properties of an upwardly emitting component independently of the emitter materials used.
  • the emission affinity refers to a fictitious emission spectrum that would be emitted if the molecules of the emitter materials embedded in the stack of organic layers 3 emit a constant spectrum, i. H. a spectrum in which the intensity has the same value for all wavelengths. It thus shows which spectral ranges are preferred by the selected component structure or which are coupled out less well. For white light emitting devices, no special spectral range should be preferred, but a rather wide range of microcavities should be created to ensure that red, green and blue components of the white light are well coupled.
  • the color coordinates in the CIE color space are used.
  • the distance of a point in the color space from the ideal white point (0.33, 0.33) can be used as a measure to numerically characterize associated spectra with respect to their color.
  • spectra can be compared on the basis of numbers and, for relevant refractive indices of the cover layer, the optimum layer thicknesses for which the above-described effect of a broad affinity occurs (see FIG. 7).
  • the color coordinates of the CIE color space are also used to characterize the angle dependence of the affinity. These and thus the associated point in the color space will - depending on the cover layer 6 - change with the angle of view.
  • the maximum change in the color coordinates relative to the color coordinates of 0 ° can be used as a measure of the color fidelity (see FIG. 8). It must be mentioned in this context that only angles between 0 and 60 ° are considered here, since for larger angles in general the p-polarized portion of the affinity has a large influence. As a result, the largest color deviation for most component structures occurs at about 80 °, ie at angles of rather low practical significance.
  • FIG. 9 shows a graphical representation of the thickness of a cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; 0.33) are closest (optimum white-light affinity) and the change of color coordinates for the viewing angle in the range of 0 ° to 60 ° becomes minimal (highest color fidelity).
  • FIG. 10 shows a graph of the thickness of the cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer, for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; , 33) are closest to each other (optimum white-light affinity) and layer thicknesses of the cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer for configurations at the tolerance limits of +/- 20%.
  • the cover layer thicknesses are plotted at the lower and upper limits of the tolerance range depending on the optical refractive index.
  • the maximum change in the color coordinates between the viewing angles 0 ° and 60 ° with respect to 0 ° serves as a measure of the color fidelity of the emission as a function of the viewing angle.

Abstract

The invention relates to an organic component which vertically emits white light and comprises an electrode (1), a transparent counter-electrode (2) that is designed as a cover electrode, and an arrangement of organic layers (3) that are in contact with and are disposed between the electrode (1) and the counter-electrode (2) and are designed to emit light when a voltage is applied to the electrode (1) and the counter-electrode (2). A nanometer-thick coating (6) that has a layer thickness range D = d ± (0.2 x d), wherein d = 10.4n2 - 75n + 150 and n is the optical refractive index, is applied to the counter-electrode (2) on a side facing away from the arrangement of organic layers (3).

Description

Organisches, Weißlicht nach oben emittierendes Bauelement Organic, white light upwards emitting device
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet organischer, Weißlicht nach oben emittierender Bauelemente.The invention is in the field of organic, white light upward emitting devices.
Hinterfirund der ErfindungBackground of the invention
Derartige Bauelemente werden in der Regel auf einem tragenden Substrat gebildet und verfügen üblicherweise über eine Grundelektrode und eine Deckelektrode sowie eine Anordnung dünner organischer Schichten, die zwischen und in elektrischem Kontakt mit der Grundelektrode und der Deckelektrode angeordnet ist. Die Anordnung organischer Schichten ist konfiguriert, beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Grundelektrode und die Deckelektrode Licht zu emittieren. Die Lichterzeugung erfolgt, indem beim Anlegen der Spannung elektrische Ladungsträger in die Anordnung organischer Schichten injiziert werden, nämlich Elektronen und Löcher, welche dann zu einem sogenannten lichtemittierenden Bereich, welcher auch als Emitterzone bezeichnet wird, gelangen und dort unter Abgabe von Licht rekombinieren. Wenn das erzeugte Licht im wesentlichen durch die transparent ausgeführte Deckelektrode hindurch emittiert wird, wird von einem nach oben emittierenden oder topemittierenden Bauelement gesprochen. Im Unterschied dazu erfolgt die Lichtemission bei einem nach unten oder bottom-emittierenden Bauelement im wesentlichen durch die transparente Grundelektrode. Derartige Bauelemente sind insbesondere in Form organischer lichtemittierender Dioden bekannt, welche verkürzt als OLED bezeichnet werden..Such devices are typically formed on a supporting substrate and typically have a bottom electrode and a top electrode and an array of thin organic layers disposed between and in electrical contact with the bottom electrode and the top electrode. The array of organic layers is configured to emit light upon application of an electrical voltage to the base electrode and the top electrode. The light is generated by injecting electrical charge carriers into the arrangement of organic layers, namely electrons and holes, which then pass to a so-called light-emitting region, which is also referred to as an emitter zone, and recombine there with the emission of light. When the generated light is emitted substantially through the transparent cover electrode, it is referred to an upwardly emitting or top emitting device. In contrast, in the case of a downwardly or bottom-emitting component, the light emission essentially takes place through the transparent base electrode. Such components are known in particular in the form of organic light-emitting diodes, which are abbreviated to OLED.
Der Herstellung von OLEDs liegen aufwendige Verfahren zugrunde. Deshalb liegt die Frage nach speziellen Strukturen nahe, die besonders einfach und günstig zu erzeugen sind. Nach oben emittierende OLEDs stellen geringe Anforderungen an die Art und Beschaffenheit des Substrats, auf dem das Bauelement hergestellt wird. Im Gegensatz dazu benötigen bottom- emittierende OLEDs, also nach unten emittierende OLEDs, ein transparentes Substrat, zum Beispiel in Form von Glas oder Kunststoff, einschließlich einer leitfähigen Beschichtung mit festgelegten Rahmenbedingungen bezüglich der optischen und mechanischen Eigenschaften wie geringe Absorption, hohe Transparenz, Leitfähigkeit, geringe Rauhigkeit und gegebenenfalls Flexibilität. Organische lichtemittierende für Beleuchtungs- oder Signalzwecke sollen überdies Licht so effizient wie möglich erzeugen und abstrahlen können. Hierbei soll das emittierte Licht verschiedenen Anforderungen genügen, zum Beispiel hinsichtlich Farbe und Helligkeit von der Betrachtungsrichtung, welche mittels eines Betrachtungswinkels charakterisierbar ist, mög- liehst unabhängig sein.The production of OLEDs is based on complex processes. Therefore, the question of special structures is close, which are particularly easy and cheap to produce. Upwardly emitting OLEDs place little demands on the type and nature of the substrate on which the device is manufactured. In contrast, bottom-emitting OLEDs, that is down-emitting OLEDs, require a transparent substrate, for example in the form of glass or plastic, including a conductive coating with defined boundary conditions with regard to optical and mechanical properties such as low absorption, high transparency, conductivity, low roughness and possibly flexibility. Organic light-emitting for illumination or signaling purposes, moreover, should be able to generate and radiate light as efficiently as possible. Here, the emitted light should meet various requirements, for example with regard to color and brightness of the viewing direction, which can be characterized by means of a viewing angle, be lent be independent.
Das Verhältnis der Anzahl der Lichtquanten, welche das Bauelement verlassen können, zur Anzahl von Lichtquanten, welche in dem Bauelement erzeugt werden, wird als Auskoppeleffizienz bezeichnet. Eine sehr gute Möglichkeit diese zu steigern, besteht in der Einbettung des Bauelementes in eine Mikrokavität, das heißt zwischen zwei reflektierenden Schichten, die als Spiegel wirken, so wie es in top-emittierenden Bauelementen, insbesondere OLEDs der Fall ist. Obwohl dieser Aufbau die Lichtausbeute erheblich steigert, verschlechtert sich im Gegenzug die Winkelabhängigkeit des Emissionsspektrums. So kommt es im Allgemeinen nicht nur zu einer Verringerung der Intensität unter größeren Betrachtungswinkeln, sondern vor allem zu einer deutlichen Farbverfälschung des abgestrahlten Lichtes.The ratio of the number of light quanta that can leave the device to the number of light quanta that are generated in the device is referred to as coupling-out efficiency. A very good possibility to increase this is to embed the component in a microcavity, that is to say between two reflective layers which act as mirrors, as is the case in top-emitting components, in particular OLEDs. Although this design significantly increases the luminous efficacy, in turn, the angular dependence of the emission spectrum deteriorates. Thus, it is generally not only a reduction in intensity at larger viewing angles, but above all to a significant color distortion of the emitted light.
Der Vorteil der Nutzung einer Mikrokavitätsstruktur, welcher für einfarbig emittierende, organische Bauelemente von Nutzen ist, kann aber auch zu Nachteilen führen, insbesondere für top-emittierende OLEDs, die weißes Licht emittieren sollen. Die Erzeugung von weißem Licht wird in organischen Lichtemittierenden Bauelementen üblicherweise mittels additiver Farbmischung realisiert. Eine Möglichkeit besteht darin, mindestens zwei, besser drei verschiedene Arten von Emittermolekülen in das Bauelement einzubringen, welche jeweils einen bestimmten Teil des Lichtspektrums (Farbe) abstrahlen, um in der Summe weißes Licht zu erzeugen. Wegen der bevorzugten Emission eines bestimmten Spektralbereiches in Mikroka- vitäten ist es daher eher schwierig, weißes Licht aus dem Bauelement auszukoppeln. Zum anderen ist der optische Pfad des Lichtes in einer Mikrokavität vom Winkel abhängig, woraus eine starke Blickwinkelabhängigkeit des Emissionsspektrums resultiert. Aufgrund dieser Eigenschaften genügen derartige Strukturen offensichtlich nicht den geforderten Ansprüchen. Eine top-emittierende OLED, die trotz dieser Mikrokavitätsstruktur fähig ist, in einem breiten Spektralbereich zu emittieren, und hierbei ein relativ blickwinkelunabhängiges Spektrum besitzt, ist demzufolge von großem Interesse.However, the advantage of using a microcavity structure, which is useful for monochromatic-emitting organic components, can also lead to disadvantages, in particular for top-emitting OLEDs which are intended to emit white light. The generation of white light is usually realized in organic light-emitting components by means of additive color mixing. One possibility is to introduce at least two, better three different types of emitter molecules into the device, which each radiate a certain part of the light spectrum (color) in order to produce white light in the sum. Because of the preferred emission of a certain spectral range in microcavities, it is therefore rather difficult to decouple white light from the component. On the other hand, the optical path of the light in a microcavity is dependent on the angle, resulting in a strong viewing angle dependence of the emission spectrum. Due to these properties, such structures obviously do not meet the required requirements. Accordingly, a top-emitting OLED capable of emitting in a broad spectral range despite this microcavity structure and having a relatively non-viewing-angle spectrum is of great interest.
Realisierungen solcher Strukturen mit weißer Lichtemission gibt es kaum, da aufgrund der vorherigen Erläuterungen keine viel versprechenden Ergebnisse zu erzielen sind. Frühere Ex- perimente und Untersuchungen (H. Riel et al.: Tuning the emission characteristics of top- emitting organic light-emitting devices by means of a dielectric capping layer: An experimen- tal and theoretical study, J. Appl. Phys., 94 (8), 2003, Seiten 5290 - 5296; Q. Huang et al.: Performance improvement of top-emitting organic light-emitting diodes by an organic cap- ping layer: An experimental study, J. Appl. Phys., 100 (6), 2006, 064507-1 - 064507-5) haben gezeigt, dass die Emission mittels einer zusätzlichen organischen, dielektrischen Schicht auf der Deckelektrode verändert, sogar gesteigert werden kann, ohne elektrische Leitungsvorgänge innerhalb der Mikrokavität zu beeinflussen. Die zusätzliche Deckschicht wurde mit ihren Eigenschaften wie Dicke und Brechungsindex an einfarbig emittierende OLEDs ange- passt, um eine möglichst hohe Transmission des optischen Teilsystems zu erreichen. Im spektralen Bereich in Vorwärtsrichtung geht jedoch unter höheren Betrachtungswinkeln Helligkeit verloren, das heißt im besten Fall wird eine Verstärkung des Mikrokavitätseffektes erzielt.There are hardly any realizations of such structures with white light emission, as no promising results can be achieved on the basis of the previous explanations. Earlier ex Experiments and Investigations (H. Riel et al .: Tuning the emission characteristics of top-emitting organic light-emitting devices by means of a dielectric capping layer: An experimental and theoretical study, J. Appl. Phys., 94 (8 ), 2003, pages 5290 - 5296, Q. Huang et al .: Performance improvement of top-emitting organic light-emitting diodes by an organic capping layer: An experimental study, J. Appl. Phys., 100 (6) , 2006, 064507-1 - 064507-5) have shown that the emission can be changed, even increased, by means of an additional organic dielectric layer on the cover electrode, without influencing electrical conduction processes within the microcavity. The additional cover layer, with its properties such as thickness and refractive index, was adapted to monochromatic-emitting OLEDs in order to achieve the highest possible transmission of the optical subsystem. In the spectral range in the forward direction, however, brightness is lost at higher viewing angles, ie in the best case an enhancement of the microcavity effect is achieved.
Weißlicht nach oben emittierende OLEDs mit den gewünschten Eigenschaften sind mit dieser Herangehensweise und den bekannten Bauelementen nicht für praktische Anwendungen realisierbar. Deshalb zeigen bisherige Versuche (S. F. Hsu et al.: Highly efficient top-emitting white organic electroluminescent devices, Appl. Phys. Lett, 86 (25), 2005, Seiten 5290 - 5296) zwar Weißlichtemission, sind aber in ihrer spektralen Charakteristik stark vom Blick- winkel abhängig.White light emitting OLEDs with the desired properties are not feasible with this approach and the known components for practical applications. Therefore, previous experiments (SF Hsu et al .: Highly efficient top-emitting optical organic electroluminescent devices, Appl. Phys. Lett, 86 (25), 2005, pages 5290 - 5296), although white light emission, but in their spectral characteristics strongly from Viewing angle dependent.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein organisches, Weißlicht nach oben emittierendes Bauelement zu schaffen, bei dem die Weißlichtemission verbessert ist.The object of the invention is to provide an organic, white light emitting element upwards, in which the white light emission is improved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein organisches, Weißlicht nach oben emittierendes Bauelement nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by an organic, white light upward emitting device according to the independent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent subclaims.
Erfindungsgemäß ist ein organisches, Weißlicht nach oben emittierendes Bauelement mit einer Elektrode, einer transparent und als Deckelektrode ausgeführten Gegenelektrode und einer Anordnung organischer Schichten, die zwischen und in elektrischem Kontakt mit der Elektrode an der Gegenelektrode angeordnet ist und die konfiguriert ist, beim Anlegen einer elektri- sehen Spannung an die Elektrode und die Gegenelektrode Licht zu emittieren, geschaffen, wobei auf die Gegenelektrode auf einer von der Anordnung organischer Schichten abgewandten Seite eine Deckschicht aufgebracht ist mit einer Dicke in Nanometern in einem Schichtdickenbereich D wie folgt:According to the invention, an organic, white light emitting element upwards with an electrode, a transparent and designed as a cover electrode counter electrode and an array of organic layers, which is arranged between and in electrical contact with the electrode on the counter electrode and which is configured when applying an electrical - see voltage to the electrode and the counter electrode to emit light created, wherein on the counter electrode on a side facing away from the array of organic layers, a cover layer is applied with a thickness in nanometers in a layer thickness range D as follows:
D = d ± (0.2 x d),D = d ± (0.2 × d),
wobei d = 10.4n2 - 75n + 150 gilt und n der optische Brechungsindex der Deckschicht ist.where d = 10.4n 2 - 75n + 150 and n is the optical refractive index of the capping layer.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Deckschicht ist es bei dem organischen, Weißlicht nach oben emittierenden Bauelement gelungen, den Umfang der Weißlichtemission zu optimieren und überdies die spektrale Emissionsverteilung des emittierten Lichtes vom Betrachtungswinkel weitestgehend unabhängig zu machen. In Abhängigkeit vom optischen Brechungsindex n der Deckschicht wird diese mit einer Dicke in einem vorgegebenen Schichtdickenbereich gebildet. Bei der Ausbildung der Deckschicht mit einer solchen Dicke wird bei der Emission des in der Anordnung organischer Schichten erzeugten Lichtes unterschiedlicher Wellenlängen, welches sich schließlich additiv zu Weißlicht zusammensetzt, nicht mehr nur ein bestimmter Wellenlängenbereich nach außen abgegeben, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Auch die Winkelabhängigkeit des Emissionsspektrums ist minimiert.With the aid of the proposed embodiment of the cover layer, in the case of the organic, white-light-emitting component, the scope of the white-light emission can be optimized and, moreover, the spectral emission distribution of the emitted light largely independent of the viewing angle. Depending on the optical refractive index n of the cover layer, it is formed with a thickness in a predetermined layer thickness range. In the formation of the cover layer having such a thickness, the emission of the light of different wavelengths produced in the arrangement of organic layers, which is finally composed additively to white light, no longer delivers only a certain wavelength range to the outside, as is the case in the prior art is. The angular dependence of the emission spectrum is also minimized.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Deckschicht eine Dicke in einem Schichtdickenbereich D wie folgt aufweist: D = d ± (0.1 x d).A preferred development of the invention provides that the cover layer has a thickness in a layer thickness range D as follows: D = d ± (0.1 × d).
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der opti- sehe Brechungsindex n der Deckschicht in einem Bereich zwischen etwa 1.8 und etwa 2.4 liegt.In an expedient embodiment of the invention, it may be provided that the optical refractive index n of the cover layer lies in a range between approximately 1.8 and approximately 2.4.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Deckschicht aus einem organischen Material ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the cover layer is made of an organic material.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Deckschicht eine optische Mik- rokavität zwischen einem Elektrodenbereich auf einer der Anordnung organischer Schichten zugewandten Seite der Elektrode und einem Randbereich auf einer der Anordnung organischer Schichten abgewandten Seite der Deckschicht ausbildend hergestellt ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die optische Mikrokavität vollständig überlappend mit einer weiteren optischen Mikrokavität in der Anordnung organischer Schichten gebildet ist.Preferably, a further development of the invention provides that the cover layer is made to form an optical microcavity between an electrode region on a side of the electrode facing the arrangement of organic layers and an edge region on a side of the cover layer facing away from the arrangement of organic layers. In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the optical microcavity is formed completely overlapping with another optical microcavity in the arrangement of organic layers.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass in einem von der Anordnung organischer Schichten umfassten lichtemittierenden Bereich Emittermaterialien angeordnet sind, die sich additiv zu Weißlicht mischendes Licht unterschiedlicher Farben emittieren.A further development of the invention can provide that emitter materials which emit additively white light-mixing light of different colors are arranged in a light-emitting region encompassed by the arrangement of organic layers.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anordnung organischer Schichten ein oder mehrere dotierte organische Schichten umfasst, die eine elektrische Dotierung aufweisen.A preferred embodiment of the invention provides that the arrangement of organic layers comprises one or more doped organic layers which have an electrical doping.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Elektrode semitrans- parent ausgeführt ist. Auf diese Weise ist ein semitransparentes Bauelement geschaffen.A further preferred embodiment of the invention provides that the electrode is designed semitransparent. In this way, a semitransparent element is created.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der ErfindungDescription of preferred embodiments of the invention
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention is explained below with reference to embodiments with reference to figures of a drawing. Hereby show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines organischen, Weißlicht nach oben emittierenden Bauelementes,1 is a schematic representation of a structure of an organic, white light emitting device upwards,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Phasendifferenz in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine erste und eine zweite optische Mikrokavität, Fig. 3 eine graphische Darstellung der relativen Emission in Abhängigkeit von der Wellenlänge bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement ohne Deckschicht,2 is a graph of phase difference versus wavelength for first and second optical microcavities; FIG. 3 is a plot of relative emission versus wavelength at different viewing angles for an organic bare-top emitting device;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der relativen Emission in Abhängigkeit von der Wellenlänge bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement mit einer Deckschicht mit einer Dicke von 150nm,4 shows a graphical illustration of the relative emission as a function of the wavelength at different viewing angles for an organic, white light-emitting component with a cover layer with a thickness of 150 nm,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der relativen Emission in Abhängigkeit von der Wellenlänge bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement mit einer Deckschicht mit einer Dicke von 50nm und einem optischen Brechungsindex vom 1,8, Fig. 6 eine graphische Darstellung der relativen Emission in Abhängigkeit von der Wellenlänge bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement mit einer Deckschicht mit einer Dicke von 40nm und einem optischen Brechungsindex vom 2, Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Abstandes von Farbkoordinaten der relativen Emission bei 0° von Farbkoordinaten eines idealen Weißlichtpunktes mit den Farbkoordinaten (0,33; 0,33) im CIE 1931 Farbraum in Abhängigkeit von der Dicke der Deckschicht mit dem optischen Brechungsindex n = 1,8 für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement, Fig. 8 eine graphische Darstellung der maximalen Abweichung von Farbkoordinaten der relativen Emission für einen Betrachtungswinkel im Bereich von 0° bis 60° von Farbkoordinaten der relativen Emission bei 0° im CIE 1931 Farbraum in Abhängigkeit von der Dicke der Deckschicht mit dem optischen Brechungsindex n = 1,8 für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement, Fig. 9 eine graphische Darstellung der Dicke einer Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement in Abhängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht für die die jeweiligen Farbkoordinaten der relativen Emission unter 0° Betrachtungswinkel im CIE 1931 Farbraum dem Weißpunkt (0,33; 0,33) am nächsten liegen (optimale Weißlichtaffinität) und die Änderung der Farbkoordina- ten für den Betrachtungswinkel im Bereich von 0° bis 60° minimal wird (höchste5 is a graphical representation of the relative emission as a function of the wavelength at different viewing angles for an organic, white light-emitting component with a cover layer having a thickness of 50 nm and an optical refractive index of 1.8, FIG. 6 is a graphical representation of the relative emission versus wavelength at different viewing angles for an organic white light emitting device having a cap layer with a thickness of 40nm and an optical refractive index of FIG. 2. FIG. 7 is a graph of a distance of color coordinates of FIG relative emission at 0 ° of color coordinates of an ideal white light point with the color coordinates (0.33, 0.33) in the CIE 1931 color space as a function of the thickness of the cover layer with the optical refractive index n = 1.8 for an organic, white light emitting device, 8 is a graph showing the maximum deviation of color coordinates of the relative emission for a viewing angle in the range of 0 ° to 60 ° of color coordinates of the relative emission at 0 ° in the CIE 1931 color space as a function of the thickness of the cover layer with the optical refractive index n = 1.8 for an organic, white light em 9 shows a graphic representation of the thickness of a cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; 0.33) are closest (optimum white light affinity) and the change in color coordinates for the viewing angle in the range of 0 ° to 60 ° becomes minimal (highest
Farbtreue),Color fidelity)
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Dicke der Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement in Abhängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht, für die die jeweiligen Farbkoordinaten der relativen Emission un- ter 0° Betrachtungswinkel im CIE 1931 Farbraum dem Weißpunkt (0,33; 0,33) am nächsten liegen (optimale Weißlichtaffinität) und Schichtdicken der Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement in Abhängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht für Konfigurationen an den Toleranzgrenzen von +/- 20%, Fig. 11 eine graphische Darstellung der Dicke der Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement in Abhängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht, für die die Änderung der Farbkoordinaten für Betrachtungswinkel im Bereich von 0° bis 60° minimal wird (höchste Farbtreue), und der Schichtdicken der Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement in Ab- hängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht für Konfigurationen an den Toleranzgrenzen von +/- 20% mit der jeweiligen Änderung der Farbkoordinaten für Betrachtungswinkel im Bereich von 0° bis 60°,10 shows a graphic representation of the thickness of the cover layer for an organic, white-light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer, for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; 0.33) are closest to each other (optimum white light affinity) and layer thicknesses of the topcoat for an organic, white light emitting device as a function of the optical refractive index of the cover layer for configurations at the tolerance limits of +/- 20%, Fig. 11 is a graph of the thickness of Cover layer for an organic, white light emitting device as a function of the optical refractive index of the cover layer, for which the change of color coordinates for viewing angles in the range of 0 ° to 60 ° is minimal (highest color fidelity), and the layer thicknesses of the cover layer for an organic, white light emitting Component in waste Optical cladding index dependence for configurations at the tolerance limits of +/- 20% with the respective change of color coordinates for viewing angles in the range of 0 ° to 60 °,
Fig. 12 eine graphische Darstellung der relativen Emission in Abhängigkeit von der WeI- lenlänge bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement mit einer Deckschicht mit einer Dicke von 38nm (untere Toleranzgrenze) und einem optischen Brechungsindex vom 1,8,12 shows a graphical illustration of the relative emission as a function of the wavelength at different viewing angles for an organic, white-light-emitting component having a cover layer with a thickness of 38 nm (lower tolerance limit) and an optical refractive index of 1.8,
Fig. 13 eine graphische Darstellung der relativen Emission in Abhängigkeit von der Wellenlänge bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement mit einer Deckschicht mit einer Dicke von 48nm und einem optischen Brechungsindex vom 1,8 und13 is a graphical representation of the relative emission as a function of wavelength at different viewing angles for an organic, white light emitting device with a cover layer with a thickness of 48 nm and an optical refractive index of 1.8 and
Fig. 14 eine graphische Darstellung der relativen Emission in Abhängigkeit von der Wellenlänge bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement mit einer Deckschicht mit einer Dicke von 58nm (obere Toleranzgrenze) und einem optischen Brechungsindex vom 1,8,14 is a plot of relative emission versus wavelength at different viewing angles for an organic white light emitting device having a cap layer with a thickness of 58 nm (upper tolerance limit) and an optical refractive index of 1.8.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines organischen, Weißlicht nach oben emittierenden Bauelementes, welches deshalb auch als top-emittierendes Bauelement bezeichnet wird und insbesondere als eine organische lichtemittierende Diode ausführbar ist, bei dem auf einem Substrat 1 eine Grundelektrode 2 als Anode gebildet ist, die beispielsweise aus Silber und mit einer Schichtdicke von wenigstens etwa 80 nm gebildet ist. Auf der Grundelektrode 2 ist ein Stapel organischer Schichten 3, die jeweils aus organischem Material sind, aufgebracht, welcher bevorzugt mit einer Schichtdicke von etwa 100 nm gebildet ist und einen lichtemittierenden Bereich 4 umfasst, in welchem in den Stapel organischer Schichten 3 inji- zierte Ladungsträger unter Abgabe von Licht rekombinieren. Auf den Stapel organischer Schichten 3 folgt eine Deckelektrode 5 in Form einer Kathode, die zum Beispiel ebenfalls aus Silber und mit einer Schichtdicke von etwa 15 nm hergestellt ist. Außenseitig ist die Deckelektrode 5 mit einer Deckschicht 6 aus einem organischen Material versehen, die als zusätzliche Schicht gebildet ist. In Fig. 1 nicht dargestellt ist eine wahlweise vorgesehene Kapse- lung des Bauelementes auf der Deckschicht 6.1 shows a schematic representation of an organic, white-light-emitting component, which is therefore also referred to as a top-emitting component and, in particular, can be embodied as an organic light-emitting diode in which a base electrode 2 is formed as an anode on a substrate 1, which is formed, for example, of silver and with a layer thickness of at least about 80 nm. On the base electrode 2, a stack of organic layers 3, which are each made of organic material, applied, which is preferably formed with a layer thickness of about 100 nm and a light-emitting region 4 comprises, in which in the stack of organic layers 3 injected charge carriers recombine with the release of light. The stack of organic layers 3 is followed by a cover electrode 5 in the form of a cathode which, for example, is likewise made of silver and with a layer thickness of approximately 15 nm. On the outside, the cover electrode 5 is provided with a cover layer 6 made of an organic material, which is formed as an additional layer. Not shown in FIG. 1 is an optionally provided encapsulation of the component on the cover layer 6.
Mit dem Aufbringen der Deckschicht 6 werden in optischer Hinsicht mehrere Parameter des organischen, Weißlicht nach oben emittierenden Bauelementes verändert. Zunächst ändert sich eine Grenzfläche A zwischen der Deckelektrode 5 und der Deckschicht 6. Ohne die Deckschicht 6 grenzt die Deckelektrode 5 an Luft. Des weiteren entsteht eine Grenzfläche B zwischen der Deckschicht 6 und Luft, die ohne das Vorsehen der Deckschicht 6 nicht vorhanden ist. Und schließlich wird der optische Brechungsindex für den Bereich zwischen den Grenzflächen A und B, nämlich den Bereich der Deckschicht 6 verändert.With the application of the cover layer 6, a plurality of parameters of the organic, white light upwardly emitting component are changed in optical terms. First, an interface A between the cover electrode 5 and the cover layer 6 changes Covering layer 6 borders the cover electrode 5 in air. Furthermore, an interface B arises between the cover layer 6 and air, which is not present without the provision of the cover layer 6. Finally, the optical refractive index for the region between the boundary surfaces A and B, namely the region of the cover layer 6, is changed.
Aufgrund des Vorsehens der Deckschicht 6 bei dem organischen, Weißlicht nach oben emittierenden Bauelement gemäß Fig. 1 entstehen zwei sich überlappende optische Mikrokavitä- ten, nämlich eine erste optische Mikrokavität 7 und eine zweite optische Mikrokavität 8. Die optischen Mikrokavitäten 7, 8 beeinflussen die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen, welche das in dem lichtemittierenden Bereich 4 erzeugte Licht repräsentieren, in dem Bauelement. Für bestimmte Wellenlängen ergeben sich Resonanzbedingungen in Verbindung mit den optischen Mikrokavitäten 7, 8, was zur Ausbildung stehender Wellen äquivalent ist. Hierbei können diejenigen elektromagnetischen Wellen maximale, konstruktive Interferenz erzielen, die nach einem vollen Umlauf in der optischen Mikrokavität einen Phasenunter- schied von 2πm besitzen (vgl. Fig. 2, m = 0, 1, 2, ...). Dieses bedeutet, dass Wellenberge genau mit Wellenbergen und Wellentäler genau mit Wellentälern zusammenfallen. Die elektromagnetischen Wellen, deren Wellenlängen die Resonanzbedingungen erfüllen, werden als Moden des von der optischen Mikrokavität gebildeten Resonators bezeichnet (Fig. 3). Der Reflexionsgrad in den Endbereichen des Resonators entscheidet darüber, ob eine Mode schmalbandig (hohe Reflexion) oder eher breitbandig (niedrige Reflexion) ist.Due to the provision of the cover layer 6 in the organic, white light upwards emitting device according to FIG. 1, two overlapping optical microcavities are produced, namely a first optical microcavity 7 and a second optical microcavity 8. The optical microcavities 7, 8 influence the propagation of electromagnetic waves representing the light generated in the light emitting area 4 in the device. For certain wavelengths, resonance conditions arise in conjunction with the optical microcavities 7, 8, which is equivalent to the formation of standing waves. In this case, those electromagnetic waves can achieve maximum, constructive interference which, after one complete revolution in the optical microcavity, has a phase difference of 2πm (compare Fig. 2, m = 0, 1, 2, ...). This means that wave crests exactly coincide with wave crests and troughs exactly with troughs. The electromagnetic waves whose wavelengths satisfy the resonance conditions are referred to as modes of the resonator formed by the optical microcavity (Fig. 3). The degree of reflection in the end regions of the resonator decides whether a mode is narrowband (high reflection) or rather broadband (low reflection).
Bei dem organischen, Weißlicht nach oben emittierenden Bauelement gemäß Fig. 1 bildet die erste optische Mikrokavität 7 den eigentlichen Resonator, dessen einzige Mode aufgrund der benutzten Deckelektrode 5 aus Metall relativ schmalbandig ist und im sichtbaren Wellenlän- genbereich des Lichtes liegt. Die zweite optische Mikrokavität 8 ist zwischen der Grenzfläche B und der Grundelektrode 2 gebildet. Das nach außen, nämlich nach oben abgegebene Licht wird in seinen Eigenschaften nun nicht mehr nun durch die erste optische Mikrokavität 7 sondern durch beide optische Mikrokavitäten 7, 8 bestimmt. Es ergibt sich eine Koexistenz der beiden optischen Mikrokavitäten 7, 8, deren Moden sich gegenseitig verstärken können, wenn ihre Resonanzbedingungen für den gleichen Wellenlängenbereich gelten. In diesem Fall wird ein optimierter Mikrokavitätseffekt für den entsprechenden Wellenlängenbereich erhalten, wodurch sich eine höhere Intensität des abgegebenen Lichtes in Vorwärtsrichtung erhält (vgl. Fig. 4). Ein solcher Effekt wurde bereits im Stand der Technik beobachtet (H. Riel et al.: Tuning the emission characteristics of top-emitting organic light-emitting devices by means of a dielectric capping layer: An experimental and theoretical study, J. Appl. Phys., 94 (8), 2003, Seiten 5290 - 5296).1, the first optical microcavity 7 forms the actual resonator whose single mode is relatively narrow-band due to the metal cover electrode 5 used and lies in the visible wavelength range of the light. The second optical microcavity 8 is formed between the interface B and the base electrode 2. The light emitted to the outside, namely to the top, is no longer determined in its properties by the first optical microcavity 7 but by both optical microcavities 7, 8. The result is a coexistence of the two optical micro cavities 7, 8, whose modes can mutually reinforce, if their resonance conditions apply to the same wavelength range. In this case, an optimized microcavity effect is obtained for the corresponding wavelength range, whereby a higher intensity of the emitted light in the forward direction is obtained (see Fig. 4). Such an effect has already been observed in the prior art (H. Riel et al .: Tuning the emission characteristics of top-emitting organic light-emitting devices by means of a dielectric capping layer: An experimental and theoretical study, J. Appl. Phys., 94 (8), 2003, pages 5290 - 5296).
Wird nun jedoch die Dicke der Deckschicht 6 in Nanometern in einem Schichtdickenbereich D wie folgt gewählt: D = d ± (0.2 x d), wobei d = 10.4n2 - 75n + 150 gilt und n der optische Brechungsindex der Deckschicht ist, ergibt sich ein interessanter Effekt dahingehend, dass die spektrale Emissionsverteilung des emittierten Lichtes vom Betrachtungswinkel bezogen auf das Lot der Außenfläche der Deckschicht 6 weitestgehend unabhängig ist.If, however, the thickness of the cover layer 6 in nanometers in a layer thickness range D is selected as follows: D = d ± (0.2 × d), where d = 10.4n 2 - 75n + 150 and n is the optical refractive index of the cover layer, this results in a interesting effect to the effect that the spectral emission distribution of the emitted light from the viewing angle based on the solder of the outer surface of the cover layer 6 is largely independent.
In einem Ausführungsbeispiel wurde die Deckschicht 6 mit einem Brechungsindex von etwa n = 1,8 und einer Dicke von etwa 50nm gebildet.In one exemplary embodiment, the cover layer 6 was formed with a refractive index of approximately n = 1.8 and a thickness of approximately 50 nm.
Gemäß den Fig. 5 und 6 hat der Brechungsindex n der Deckschicht 6 einen wesentlichen Ein- fluss auf die Stärke von Resonanzen der beiden optischen Mikrokavitäten 7, 8 und somit die Gestalt des optischen Spektrums. Eine besonders gute Auskoppeleffizienz für das in dem Stapel organischer Schichten 3 erzeugte Licht wurde für Deckschichten mit einem Brechungsindex n = 1,8 in den Ausführungsbeispielen beobachtet.According to FIGS. 5 and 6, the refractive index n of the cover layer 6 has a significant influence on the strength of resonances of the two optical microcavities 7, 8 and thus the shape of the optical spectrum. A particularly good coupling-out efficiency for the light generated in the stack of organic layers 3 was observed for cover layers with a refractive index n = 1.8 in the exemplary embodiments.
Bei dem Ausführungsbeispiel mit einer Deckschicht 6 von 50mm, die einen optischen Bre- chungsindex von n = 1,8 aufweist, wird Licht im grünen und im gelben Spektralbereich durch die erste optische Mikrokavität 7 bevorzugt emittiert. Der Teil des Lichtes, welcher im Gegensatz hierzu das gesamte Bauelement, das heißt die zweite optische Mikrokavität 8 durchläuft, besitzt aber im grünen Spektralbereich gerade einen Phasenunterschied im Bereich von π und interferiert destruktiv, das heißt Licht dieses Spektralbereiches wird von der zweiten optischen Mikrokavität 8 nicht bevorzugt. Licht im blauen und im roten Spektralbereich erfüllt jedoch die Resonanzbedingung in der zweiten optischen Mikrokavität 8 (vgl. Fig. 2), so dass das Resultat eine Kombination gegensätzlicher Bestrebungen der beiden optischen Mikrokavitäten 7, 8 ist. Eine solche, von keiner der beiden optischen Mikrokavitäten 7, 8 dominierte Überlagerung ist dafür verantwortlich, dass die üblicherweise beobachteten Mikrokavi- tätseffekte bei dem vorgeschlagenen organischen, Weißlicht nach oben emittierenden Bauelement kaum oder gar nicht zu beobachten sind. Das Fehlen eines starken Mikrokavitätscha- rakters führt weiterhin zu einer sehr schwachen Abhängigkeit des Emissionsspektrums vom Betrachtungswinkel (vgl. Fig. 5). Wird überdies die gesamte Lichtmenge betrachtet, die das Bauelement verlässt, so stellt sich bei Verwendung der Deckschicht 6 in der angegebenen Art und Weise ein maximaler Wert für die Auskoppeleffizienz ein.In the exemplary embodiment with a cover layer 6 of 50 mm, which has an optical refractive index of n = 1.8, light in the green and in the yellow spectral range is preferably emitted by the first optical microcavity 7. The part of the light, however, which passes through the entire component, that is, the second optical microcavity 8, has just in the green spectral region a phase difference in the range of π and interferes destructively, that is, light of this spectral range is from the second optical microcavity eighth not preferred. However, light in the blue and red spectral regions satisfies the resonance condition in the second optical microcavity 8 (see Fig. 2), so that the result is a combination of opposing efforts of the two optical microcavities 7, 8. Such an overlay, which is dominated by neither of the two optical microcavities 7, 8, is responsible for the fact that the typically observed microcavity effects in the proposed organic, white-light emitting device are hardly or not at all observable. The lack of a strong microcavity factor further leads to a very weak dependence of the emission spectrum on the viewing angle (see Fig. 5). In addition, the total amount of light that the Leaves device, so sets when using the cover layer 6 in the specified manner, a maximum value for the Auskoppeleffizienz.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren 7 bis 14 weiter erläutert.The invention will be further explained with reference to FIGS. 7 to 14.
Es wurde das Emissionsverhalten bei Verwendung der Deckschicht 6 weiter untersucht. Zu beachten ist, dass hierbei Emissionsaffinitäten zur Charakterisierung benutzt werden, da sie die optischen Eigenschaften eines nach oben emittierenden Bauelementes unabhängig von den benutzten Emittermaterialien beschreiben. Die Emissionsaffinität bezeichnet ein fiktives Emissionsspektrum, welches emittiert würde, falls die Moleküle der in den Stapel organischer Schichten 3 eingelagerten Emittermaterialien ein konstantes Spektrum emittieren, d. h. ein Spektrum, bei dem die Intensität für alle Wellenlängen den gleichen Wert aufweist. Sie zeigt somit, welche Spektralbereiche durch die gewählte Bauelementstruktur bevorzugt oder welche weniger gut ausgekoppelt werden. Für Weißlicht emittierende Bauelemente sollte kein spezieller Spektralbereich bevorzugt werden, sondern ein eher breites Mikrokavitätsspektrum entstehen, damit rote, grüne und blaue Komponenten des Weißlichtes gut ausgekoppelt werden.The emission behavior when using the cover layer 6 was further investigated. It should be noted that in this case emission affinities are used for the characterization since they describe the optical properties of an upwardly emitting component independently of the emitter materials used. The emission affinity refers to a fictitious emission spectrum that would be emitted if the molecules of the emitter materials embedded in the stack of organic layers 3 emit a constant spectrum, i. H. a spectrum in which the intensity has the same value for all wavelengths. It thus shows which spectral ranges are preferred by the selected component structure or which are coupled out less well. For white light emitting devices, no special spectral range should be preferred, but a rather wide range of microcavities should be created to ensure that red, green and blue components of the white light are well coupled.
Als Kriterium für eine möglichst breite Affinität werden die Farbkoordinaten im CIE Farb- räum genutzt. Der Abstand eines Punktes im Farbraum vom idealen Weißlichtpunkt (0,33; 0,33) kann als Maß benutzt werden, um zugehörige Spektren numerisch bezüglich ihrer Farbe zu charakterisieren. So lassen sich Spektren anhand von Zahlen vergleichen und für relevante Brechungsindizes der Deckschicht die optimalen Schichtdicken bestimmen, für die der oben beschriebene Effekt einer breiten Affinität eintritt (siehe Fig. 7).As a criterion for the widest possible affinity, the color coordinates in the CIE color space are used. The distance of a point in the color space from the ideal white point (0.33, 0.33) can be used as a measure to numerically characterize associated spectra with respect to their color. Thus, spectra can be compared on the basis of numbers and, for relevant refractive indices of the cover layer, the optimum layer thicknesses for which the above-described effect of a broad affinity occurs (see FIG. 7).
Für die Charakterisierung der Blickwinkelabhängigkeit der Affinität werden ebenfalls die Farbkoordinaten des CIE Farbraumes genutzt. Diese und somit der zugehörige Punkt im Farbraum werden sich - abhängig von der Deckschicht 6 - mit dem Blickwinkel ändern. Die maximale Änderung der Farbkoordinaten bezogen auf die Farbkoordinaten von 0° kann als Maß für die Farbtreue gelten (siehe Fig. 8). Es muss in diesem Zusammenhang noch erwähnt werden, dass hier nur Winkel zwischen 0 und 60° betrachtet werden, da für größere Winkel im Allgemeinen der p-polarisierte Anteil der Affinität einen großen Einfluss hat. Dies führt dazu, dass die größte Farbabweichung für die meisten Bauelementstrukturen bei etwa 80° auftritt, also bei Winkeln von eher geringer praktischer Bedeutung. Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung der Dicke einer Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement in Abhängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht für die die jeweiligen Farbkoordinaten der relativen Emission unter 0° Betrach- tungswinkel im CIE 1931 Farbraum dem Weißpunkt (0,33; 0,33) am nächsten liegen (optimale Weißlichtaffinität) und die Änderung der Farbkoordinaten für den Betrachtungswinkel im Bereich von 0° bis 60° minimal wird (höchste Farbtreue).The color coordinates of the CIE color space are also used to characterize the angle dependence of the affinity. These and thus the associated point in the color space will - depending on the cover layer 6 - change with the angle of view. The maximum change in the color coordinates relative to the color coordinates of 0 ° can be used as a measure of the color fidelity (see FIG. 8). It must be mentioned in this context that only angles between 0 and 60 ° are considered here, since for larger angles in general the p-polarized portion of the affinity has a large influence. As a result, the largest color deviation for most component structures occurs at about 80 °, ie at angles of rather low practical significance. 9 shows a graphical representation of the thickness of a cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; 0.33) are closest (optimum white-light affinity) and the change of color coordinates for the viewing angle in the range of 0 ° to 60 ° becomes minimal (highest color fidelity).
Es sind optimale Deckschichtdicken gezeigt, die mittels der oben genannten Kriterien für op- timale Weißlichtemission und höchste Farbtreue numerisch ermittelt wurden. Es wurde gefunden, dass Brechungsindizes der Deckschicht 6 von kleiner 1,8 weniger gute Ergebnisse liefern, da in dem Fall die Grenzschicht zwischen der Deckschicht 6 und Luft zu wenig Ein- fluss hat, um die zweite optische Mikrokavität 8 wirksam zu formen. Ebenfalls ist zu erkennen, dass für n = 2,6 die höchste Farbtreue und das optimale Weißlichtspektrum bei verschie- den Schichtdicken auftreten. Somit ist es schwierig, beide gewünschte Effekte, Weißlichtspektrum und Farbtreue zu vereinen.Optimum cover layer thicknesses are shown which were numerically determined by means of the above-mentioned criteria for optimum white light emission and highest color fidelity. It has been found that refractive indices of the cap layer 6 of less than 1.8 give less good results, in which case the boundary layer between the cap layer 6 and air has too little influence to effectively shape the second optical microcavity 8. It can also be seen that for n = 2.6, the highest color fidelity and the optimum white-light spectrum occur at different layer thicknesses. Thus, it is difficult to combine both desired effects, white light spectrum and color fidelity.
Alle anderen Kombinationen dazwischen, also bei Brechungsindizes n = 1,8 bis etwa 2,4, zeigen eine gute Übereinstimmung der Deckschichtdicken für optimale Emissionsaffinität für weißes Licht und höchste Farbtreue. Somit stellt sich dieser Bereich als optimaler Wertebereich für die Auswahl von Brechungsindex und Schichtdicke der Deckschicht 6 dar. Als Toleranzbereich für die Deckschichtdicke mit dem optischen Brechungsindex n = 1,8 bis 2,4 wird ein Intervall um die optimale Deckschichtdicke von ± (0.2 x d) bevorzugt.All other combinations in between, that is with refractive indices n = 1.8 to about 2.4, show a good match of the cap layer thicknesses for optimum white carbon emission affinity and highest color fidelity. Thus, this range is an optimum range of values for the selection of the refractive index and layer thickness of the cover layer 6. The tolerance range for the cover layer thickness with the optical refractive index n = 1.8 to 2.4 is an interval around the optimum cover layer thickness of ± (0.2 xd ) prefers.
Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung der Dicke der Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emittierendes Bauelement in Abhängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht, für die die jeweiligen Farbkoordinaten der relativen Emission unter 0° Betrachtungswinkel im CIE 1931 Farbraum dem Weißpunkt (0,33; 0,33) am nächsten liegen (optimale Weißlichtaffinität) und Schichtdicken der Deckschicht für ein organisches, Weißlicht emit- tierendes Bauelement in Abhängigkeit vom optischem Brechungsindex der Deckschicht für Konfigurationen an den Toleranzgrenzen von +/- 20%.10 shows a graph of the thickness of the cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer, for which the respective color coordinates of the relative emission at 0 ° viewing angle in the CIE 1931 color space correspond to the white point (0.33; , 33) are closest to each other (optimum white-light affinity) and layer thicknesses of the cover layer for an organic, white light-emitting component as a function of the optical refractive index of the cover layer for configurations at the tolerance limits of +/- 20%.
In Fig. 10 sind die Deckschichtdicken an der unteren und an der oberen Grenze des Toleranzbereiches in Abhängigkeit vom optischen Brechungsindex aufgetragen. Mittels der angegebe- nen Farbkoordinaten kann man die Änderung der Emissionsaffinität bezüglich Weißlichtemission an den Toleranzgrenzen im Vergleich zum optimalen Wert für die Deckschichtdicke verfolgen. Die maximale Änderung der Farbkoordinaten zwischen den Betrachtungswinkeln 0° und 60° bezogen auf 0° dient als Maß für die Farbtreue der Emission in Abhän- gigkeit vom Betrachtungswinkel. Dieses Maß ist in Fig.11 für Bauelementstrukturen mit einer Deckschicht mit dem optischen Brechungsindex n = 1,8 bis 2,4 auch für die Toleranzgrenzen dargestellt. Die veränderte Emission an den Toleranzgrenzen für Bauelementstrukturen mit einer Deckschicht mit dem Brechungsindex n = 1,8 ist in Fig.12 und Fig.14 im Vergleich zu der Emission der optimalen Bauelementstruktur in Fig.13 ersichtlich. Die Abbildungen Fig.10 bis Fig.14 sollen verdeutlichen, dass Bauelementstrukturen mit einer Deckschicht innerhalb des Toleranzbereiches den zugrunde liegenden Effekt zeigen.In Fig. 10, the cover layer thicknesses are plotted at the lower and upper limits of the tolerance range depending on the optical refractive index. By means of the In the case of color coordinates, it is possible to follow the change in the emission affinity for white light emission at the tolerance limits in comparison with the optimum value for the cover layer thickness. The maximum change in the color coordinates between the viewing angles 0 ° and 60 ° with respect to 0 ° serves as a measure of the color fidelity of the emission as a function of the viewing angle. This dimension is also shown in FIG. 11 for component structures with a cover layer with the optical refractive index n = 1.8 to 2.4 for the tolerance limits. The changed emission at the tolerance limits for component structures with a cover layer with the refractive index n = 1.8 can be seen in FIG. 12 and FIG. 14 in comparison to the emission of the optimum component structure in FIG. FIGS. 10 to 14 are intended to make clear that component structures with a cover layer within the tolerance range show the underlying effect.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein. The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the claims and in the drawing may be of importance both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.

Claims

Ansprüche claims
1. Organisches, Weißlicht nach oben emittierendes Bauelement, mit einer Elektrode (1), einer transparent und als Deckelektrode ausgeführten Gegenelektrode (2) und einer An- Ordnung organischer Schichten (3), die in Kontakt mit und zwischen der Elektrode (1) und der Gegenelektrode (2) angeordnet ist und die konfiguriert ist, beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektrode (1) und die Gegenelektrode (2) Licht zu emittieren, wobei auf die Gegenelektrode (2) auf einer von der Anordnung organischer Schichten (3) abgewandten Seite eine Deckschicht (6) aufgebracht ist mit einer Dicke in Nano- metern einem Schichtdickenbereich D wie folgt:1. Organic, white light emitting up device, with an electrode (1), a transparent and designed as a cover electrode counter electrode (2) and an arrangement of organic layers (3) in contact with and between the electrode (1) and the counterelectrode (2) is arranged and which is configured to emit light upon application of an electrical voltage to the electrode (1) and the counterelectrode (2), wherein the counterelectrode (2) is deposited on one of the arrangement of organic layers (3). facing away from a cover layer (6) is applied with a thickness in nanometers a layer thickness range D as follows:
D = d ± (0.2 x d),D = d ± (0.2 × d),
wobei d = 10.4n2 - 75n +150 gilt und n der optische Brechungsindex der Deckschicht (6) ist.where d = 10.4n 2 - 75n +150 and n is the optical refractive index of the capping layer (6).
2. Bauelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) eine Dicke in einem Schichtdickenbereich D wie folgt aufweist:2. The component according to claim 1, characterized in that the cover layer (6) has a thickness in a layer thickness region D as follows:
D = d±(0.1xd).D = d ± (0.1xd).
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Brechungsindex n der Deckschicht (6) in einem Bereich zwischen etwa 1.8 und etwa 2.4 liegt.3. The component according to claim 1 or 2, characterized in that the optical refractive index n of the cover layer (6) is in a range between about 1.8 and about 2.4.
4. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) aus einem organischen Material ist.4. The component according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer (6) is made of an organic material.
5. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) eine optische Mikrokavität (8) zwischen einem Elektrodenbereich auf einer der Anordnung organischer Schichten (3) zugewandten Seite der Elektrode (1) und einem Randbereich auf einer der Anordnung organischer Schichten (3) abgewandten Seite der Deckschicht (6) ausbildend hergestellt ist. 5. The component according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer (6) has an optical microcavity (8) between an electrode region on one of the arrangement of organic layers (3) facing side of the electrode (1) and an edge region on one of the arrangement organic layers (3) facing away from the cover layer (6) is formed forming.
6. Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Mikro- kavität (8) vollständig überlappend mit einer weiteren optischen Mikrokavität (7) in der Anordnung organischer Schichten (3) gebildet ist.6. The component according to claim 5, characterized in that the optical microcavity (8) is formed completely overlapping with a further optical microcavity (7) in the arrangement of organic layers (3).
7. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem von der Anordnung organischer Schichten (3) umfassten lichtemittierenden Bereich Emittermaterialien angeordnet sind, die sich additiv zu Weißlicht mischendes Licht unterschiedlicher Farben emittieren.7. The component according to one of the preceding claims, characterized in that emitter materials are arranged in a light emitting region encompassed by the arrangement of organic layers (3) which emit light of different colors which mixes with additive white light.
8. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung organischer Schichten (3) ein oder mehrere dotierte organische Schichten umfasst, die eine elektrische Dotierung aufweisen.8. The component according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement of organic layers (3) comprises one or more doped organic layers having an electrical doping.
9. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode semitransparent ausgeführt ist. 9. The component according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode is designed semitransparent.
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