WO2010124979A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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dielectric layer
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anode
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Tilman Schlenker
Ralph Pätzold
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component, in particular an organic optoelectronic component, in which an amorphous dielectric layer is arranged on the anode.
  • the efficiency and service life of optoelectronic devices such as light-emitting diodes, infrared-emitting light-emitting diodes, organic light-emitting diodes (OLEDs), organic solar cells or functional-layer organic photodetectors can be greatly reduced by the occurrence of a short circuit.
  • optoelectronic devices such as light-emitting diodes, infrared-emitting light-emitting diodes, organic light-emitting diodes (OLEDs), organic solar cells or functional-layer organic photodetectors can be greatly reduced by the occurrence of a short circuit.
  • An object of the invention is to provide an optical device in which the susceptibility to short circuits can be reduced.
  • An optoelectronic component comprises a substrate, an anode and a cathode and at least one arranged between the anode and the cathode active layer, eg emitter layer. Furthermore, an amorphous dielectric layer is arranged directly on the cathode-side surface of the anode.
  • This layer contains or consists of a metal oxide, a metal nitride and / or a metal oxynitride; the metal contained in the metal oxide, metal nitride or metal oxynitride is selected from one or more of the metals of the group consisting of aluminum, gallium, titanium, zirconium, hafnium, tantalum, lanthanum and zinc.
  • a layer or element disposed "on top" of another layer or element refers to one layer or element directly in direct mechanical and / or electrical contact (ie, directly) on the other layer Furthermore, it can also mean that the one layer or the one element is arranged indirectly on the other layer or the other element, in which case further layers and / or elements can then be arranged between the one and the other layer be arranged between the one and the other element.
  • indirect contact then further layers and / or elements between the one and at least be arranged one of the two other layers or between the one and at least one of the two other elements.
  • an “amorphous” layer is understood as meaning a layer in which no sharp Bragg reflections (or signals) are obtained by means of X-ray diffraction (XRD) .
  • XRD X-ray diffraction
  • an amorphous layer is therefore understood to mean a layer in which the "crystallites” have a maximum diameter of 2.5 nm.
  • an amorphous material in the context of the present invention is characterized in most cases by the fact that the density of this amorphous material is at least ten percent, often at least 15 percent and often more than 20 percent lower than that of the corresponding fully crystalline naturally occurring material (in several modifications of the naturally occurring
  • corundum has a density of 3.99 g / cm 3 and amorphous alumina for the purposes of the present invention has a density of about 2.8 to 3.4 g / cm 3 , often 2.8 to 3 g / cm 3 .
  • the density of the amorphous layer can be determined by X-ray reflectometry (XRR).
  • an amorphous dielectric layer can furthermore be understood to mean a layer in which only the surface on one or both main sides of the layer (namely, the side of the dielectric layer facing the anode or emitter layer) is amorphous over the entire surface in the sense of the present invention.
  • This can be detected by means of angle-dependent X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (again, there are no sharp signals for the near-surface areas).
  • XPS angle-dependent X-ray photoelectron spectroscopy
  • the optoelectronic component with a dielectric layer according to the invention is distinguished by the fact that, due to the dielectric layer, a significantly lower frequency of short circuits can be recorded and the current efficiency is increased.
  • the use of an amorphous dielectric layer has the advantage over a non-amorphous dielectric layer in that no grain boundaries can form in the layer in the vertical direction; According to the invention, it has been recognized that this again results in a significant reduction in the frequency of short-circuits.
  • the optoelectronic component according to the invention is an organic light-emitting diode
  • the reduced number of short-circuits can also be recognized on the appearance of the OLED.
  • the OLED according to the invention has a significantly more homogeneous illumination image;
  • the number of "black spots” is also significantly lower than in the comparison OLEDs and mostly zero.
  • Black spots are here understood areas that are visible to the naked eye (in which the maximum diameter is therefore greater than or equal to 50 microns).
  • the material of the amorphous dielectric layer is a
  • Metal oxide a metal nitride or metal oxynitride, wherein the metal may be aluminum, gallium, titanium, zirconium, hafnium, tantalum, lanthanum and / or zinc.
  • these compounds have the formula M m E n , where M is the metal, E is oxygen and / or nitrogen and m and n are integers.
  • the metal is present in particular in the oxidation state II (zinc), III (aluminum, gallium, lanthanum), IV (titanium, zirconium, hafnium) or V (tantalum); the (formal) proportion of the metal in other oxidation states is at most 2 atomic% and is usually less than 0.5 atomic% and often equal to zero.
  • the concrete indices m and n are therefore given due to the valence 2 for oxygen and 3 for nitrogen; it results (in the order of the oxide oxidation states described above, for example, the formulas MO, M2O3, MO2 and M 2 O 5 ).
  • the above compounds may also have some non-stoichiometry; however, (corresponding to the The deviation from the integer index is usually not more than 2 percent (in the case of a compound of the type M 2 O 5 , therefore, the non-stoichiometry should not be greater than for the compound M ⁇ 96 O 5 ).
  • the above compounds may also have some non-stoichiometry; however, (corresponding to the The deviation from the integer index is usually not more than 2 percent (in the case of a compound of the type M 2 O 5 , therefore, the non-stoichiometry should not be greater than for the compound M ⁇ 96 O 5 ).
  • the above compounds may also have some non-stoichiometry; however, (corresponding to the The deviation from the integer index is usually not more than 2 percent (in the case of a compound of the type M 2 O 5 , therefore, the non-stoichiometry should not be greater than for the compound M ⁇ 96 O 5 ).
  • the above compounds may also have some non
  • Dielectric constants are less well suited for the prevention of short circuits.
  • the optoelectronic component according to the invention has a hole injection layer which is arranged directly on the dielectric layer (specifically on the side facing away from the anode) and has a thickness of, in particular, less than or equal to 5 nm.
  • the thickness of the hole injection layer is at least 1 nm; Often, the thickness of this layer is 1 to 2 nm.
  • the thickness of the hole injection layer can be significantly reduced. According to the invention it was recognized that while the
  • the dielectric contained in the optoelectronic component is the dielectric contained in the optoelectronic component
  • Layer to a thickness of 0.1 to 100 nm Usually, a thickness of 0.1 to 3 nm, in particular from 0.1 to 1 nm, for example from 0.5 to 1 nm is useful.
  • the luminance of an optoelectronic component according to the invention is at least 1000 cd / m 2, usually even more than 3000 cd / m 2 .
  • the efficiency of the luminance is usually about 5 to 10 cd / A at an SSttrrcom density of 10 to 200 mA / cm 2 .
  • the layer should as far as possible cover the entire surface of the anode and have no gaps.
  • the homogeneity of the layer is therefore not only dependent on the application method for the dielectric layer - the surface quality of the underlying anode also plays a role. If this surface has pores or undercuts, it is preferable to select a method in which the pore surface is also completely covered by the dielectric layer or the pores are filled with it and no gaps occur in the dielectric layer even with undercuts. In order to be able to realize this, depending on the method used, layer thicknesses of 5 to 15 nm or even greater layer thicknesses may be required.
  • the dielectric layer of the optoelectronic component consists of aluminum oxide or contains this.
  • alumina has a particularly low dielectric constant.
  • the anode comprises a transparent conductive oxide, in particular indium tin oxide.
  • Transparent conductive oxides are transparent, conductive materials, generally metal oxides, such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO) in addition to binary metal oxygen compounds, such as ZnO, SnO 2 or In2 ⁇ 3 ternary metal-oxygen compounds, such as Zn 2 SnO 4, CdSnO3, ZnSn ⁇ 3, MgIn 2 O 4, Galn ⁇ 3, Zn 2 In 2 O or In 4 Sn 3 O ⁇ 2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or In2 ⁇ 3 ternary metal-oxygen compounds, such as Zn 2 SnO 4, CdSnO3, ZnSn ⁇ 3, MgIn 2 O 4, Galn ⁇ 3, Zn 2 In 2 O or In 4 Sn 3 O ⁇ 2 or mixtures of different transparent
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p-doped or n-doped.
  • the dielectric layer can be applied particularly easily and, if the radiation emission takes place on the anode side, a particularly high transparency of the optoelectronic component, however, the anode can alternatively also comprise a metal, in particular comprise or consist of a metal layer.
  • the material of such an electrode may then be selected from one or more of the metals of the group aluminum, barium, indium, Silver, gold, magnesium, calcium and lithium and compounds, in particular alloys, thereof.
  • the homogeneity of the layer thickness is independent of the surface structure of the layers directly adjacent to the dielectric layer, in particular of the layer to which the dielectric layer is applied, in particular independently of the surface structure of the anode of the optoelectronic component.
  • the dielectric layer can thus be designed such that it can at least partly or approximately follow the surface structure of the anode, which means in particular that the cathode-side surface of the dielectric layer partially or approximately follows the topographical structure of the interface between dielectric layer and anode (and the surface of the dielectric layer, as it were, images the surface of the anode).
  • the cathode-side surface of the dielectric layer at least partially follows the interface between the anode and the dielectric layer and thus the surface structure of the anode means according to the invention in particular that the cathode-side surface of the dielectric layer also has a topographical surface structure.
  • the surface structure of the cathode-side surface of the dielectric layer may in particular be the same or similar to the topographic surface structure of the cathode-facing surface of the anode.
  • “Equal” or “similar” here means that the respective topographic surface structures of the cathode-facing sides of the anode and the dielectric layer have the same or similar height profiles with mutually corresponding structures such as elevations and depressions.
  • these topographical surface structures can each have elevations and depressions arranged laterally next to one another have a certain characteristic sequence which, apart from relative height differences of the elevations and depressions, are the same for the said topographical surface structures.
  • a surface that at least partially follows the topographical surface structure of another surface can have a protrusion arranged above a protrusion or a depression arranged above a depression of the topographic surface structure of the surface of the respectively adjacent layer.
  • the relative height difference between adjacent elevations and depressions of one surface can also be different than the relative height difference of the corresponding elevations and depressions of the topographical surface structure of the other surface - but often this relative height difference is also approximately the same.
  • the dielectric layer may in particular have a thickness which is independent or approximately independent of the surface structure of the anode is.
  • the layer thickness of the dielectric layer can therefore in particular have a thickness variation of at most 10 percent, frequently less than or equal to 5 percent, measured on the total thickness of the dielectric layer.
  • Such a configuration of the dielectric layer with such a small thickness variation can also be referred to as a so-called "conformal coating.”
  • the thickness variation of the dielectric layer can be very thin for thin layers (in particular if the layer is only up to 10 atomic layers thick or up to 1 nm is thick), and the thickness variation in such thin layers is ⁇ 2 atomic layers (usually even ⁇ 1 atomic layer).
  • the dielectric layer may have a thickness which is smaller than the dimensions of at least some structures and in particular macroscopic structures of the surface structure of the anode.
  • Structures of the surface structure which are resolvable by means of visible light are attributed to the macroscopic structures.
  • This means, in particular, that structures designated here as macroscopic have dimensions of greater than or equal to approximately 400 nm. Smaller structures are referred to as microscopic structures.
  • the dielectric layer may follow the microscopic structures of the surface structure of the anode, the dimensions of which are greater than the thickness of the dielectric layer.
  • the thickness of the dielectric layer may also be independent of pores in the cathode-facing surface of the anode.
  • the diameter of the pore for bottle-like pores, etc., the smallest diameter of the pore
  • the pore surface can be uniform and in the above sense be provided at least almost the same thickness of the dielectric layer in which the dielectric layer of the surface structure of the anode follows.
  • the layer thickness of the dielectric layer is greater than half the diameter of these pores, then the dielectric layer will cover the pores without following the surface structure of these pores and still have a thickness which is at least approximately constant in the above sense.
  • the mean roughness R a of TCO anodes in particular of ITO anodes, is typically less than or equal to 1.5 nm and is generally less than 2.5 nm.
  • ALD atomic layer deposition
  • Layer formation in pores and undercuts of the application method is independent.
  • the atomic layer deposition is carried out plasma-free. This leads to a particularly homogeneous layer thickness of the formed dielectric layer. While in plasma-assisted atomic layer deposition, a reaction of the precursor with the plasma can not be excluded (which can still lead to a reaction in the gas phase and therefore the formation of not completely uniform monolayers), this is not the case with plasma-free ALD.
  • the plasma-free ALD usually leads to a better result;
  • full coverage of the anode surface and a reasonably uniform layer thickness can only be achieved by plasma-free ALD.
  • a dielectric layer produced by means of atomic layer deposition is also distinguished in particular by the fact that it is usually free or substantially free of gas inclusions.
  • no gas inclusions due to a carrier gas used in the deposition of the layer are obtained.
  • such inclusions are always found (for example, inclusions of argon as a carrier gas).
  • gas inclusions are conceivable which are based on the precursor material used (for example methane). Due to the successive deposition of the atomic layers, however, such inclusions can generally not be found in plasma-free ALD. Only with plasma-assisted ALD is there a certain tendency to form gas inclusions (which, however, depends on the concrete deposition conditions).
  • the atomic layer deposition is carried out in particular as follows:
  • a substrate with an electrode layer to be coated thereon is firstly used in a reactor in which the ALD is performed, fed.
  • the substrate or the reactor is then subjected to an absorption pulse (method step B1).
  • the reactor either a precursor or an oxidizing agent (or instead of an oxidizing agent, a reducing agent) is supplied.
  • An oxidizing agent is required when oxidation of the precursor or a component of the precursor is required to obtain a layer of the desired composition (for example, in the preparation of metal oxide layers); a reducing agent is required if a reduction of the precursor or a component of the precursor is required to obtain the layer to be formed, or the layer to be formed has a component "transferred to the precursor metal" by the reaction with the reducing agent (for example, a nitride).
  • the precursor or the oxidizing or reducing agent is usually fed to the reactor in gaseous form As a rule, a complete or at least almost complete coverage of the surface with this gaseous compound takes place If a precursor with particularly bulky substituents is used
  • an inert gas can be used (for example, argon).
  • the rinsing and / or evacuation step is generally carried out in such a way that a certain constant purge gas flow flows through the reactor and the pressure conditions prevailing before the adsorption pulse is carried out are successively rebuilt.
  • a reaction pulse (process step B3), in which the substrate with the absorbed precursor with an oxidizing agent (or with a reducing agent) is applied or - if not the precursor is absorbed on the substrate but the oxidizing agent (or the reducing agent) with a precursor is charged.
  • a reaction of precursor and oxidizing agent or precursor and reducing agent can take place, whereby a monolayer of the metal oxide or metal nitride or metal oxinitride (the dielectric layer of the present invention) is formed.
  • this may be the surface to be coated or the
  • Reactor are heated to allow thermal support of the reaction of precursor and oxidizing or reducing agent.
  • process step B4 a further rinsing and / or evacuation step is usually carried out in order to remove excess molecules of the component fed during the reaction pulse from the reactor.
  • absorption pulse In order to get to the desired layer produced by ALD, absorption pulse, rinsing / evacuation step, Repeat the reaction pulse and the second rinsing / evacuation step one after the other in the order indicated until the desired number of atomic layers have been deposited (or the desired layer thickness has been reached).
  • the ALD process is carried out such that the layer deposition (method step B) or the multiple repetition of method steps B1, B2, B3 and B4 is carried out at a temperature of at least 60 ° C. and / or a maximum pressure of 50 mbar , If the process parameters are chosen in this way, it is ensured on the one hand that the absorption taking place in process step B2 (absorption pulse) actually leads to a monolayer and, on the other hand, a complete reaction takes place in process step B3 (reaction pulse). Furthermore, it can be achieved by the low pressure (and possibly also the elevated temperature) that the precursors used or the oxidizing or reducing agents are present in gaseous form.
  • the temperature in process step B) is 80 to 260 ° C. In such a reaction window, it is ensured that no damage to a more sensitive surface to be coated takes place.
  • An organic layer (for example, a hole injection layer) provided as a surface to be coated, so the reaction temperature should not exceed 100 0 C and preferably be up to 100 0 C 80 to prevent damage to this layer.
  • Process step B is preferably carried out at a pressure of at most 5 mbar, usually more than 0.1 mbar. This also ensures that a particularly "densely packed" monolayer can arise in the absorption pulse.
  • Suitable oxidizing agents are, in particular, water and ozone (but also oxygen or hydrogen peroxide).
  • the aforementioned oxidizing agent may be present (for example, an 0 2/0 3 mixture) in mixtures.
  • water When using water as an oxidizing agent, the ALD process will often be carried out so that in the absorption pulse water is absorbed on the surface to be coated; the precursor (for example trimethylaluminum) is then fed in the reaction pulse.
  • the precursor for example trimethylaluminum
  • the precursor will often be adsorbed in the adsorption pulse.
  • the aforementioned oxidizing agents are used in particular for the production of metal oxides.
  • the precursor for example a metal amide
  • the precursor used for the ALD process is a metal alkyl, a metal alkoxide, a metal dialkylamide and / or a metal halide compound.
  • the precursors used are only one type of substituent (ie alkyl, alkoxide,
  • Dialkylamide or halide however, mixed systems (carrying, for example, a halide and an alkoxide group) can also be used.
  • aluminum alkyl compounds for example trimethylaluminum
  • aluminum alkoxide compounds for example aluminum ethoxide
  • gallium oxide gallium alkyl compounds (for example trimethylgallium) or gallium halides (for example gallium chloride) are frequently used.
  • the metal halides for example TiCl 4 , ZrCl 4 or HfCl 4 or metal alkoxide compounds (for example Ti (OR) 4 , Zr (OR) 4 or Hf (OR) 4
  • Tantalum halides for example tantalum chloride
  • the corresponding alkoxy or halide compounds for lanthanum oxides are frequently used.
  • the zinc alkyl compounds for example dimethylzinc
  • the zinc halides for example zinc chloride
  • zinc can also be used in elemental form is usually the Metalldialkylamid compounds of the respective elements to the production of metal nitrides. ((CH, for example, M k (N 3) 2) i - where k and 1 are integers) are used.
  • the deposition of an oxynitride layer may, for example, be done by alternately depositing nitride and oxide layers.
  • the substrate of the component is in particular as a carrier element for electronic elements, in particular optoelectronic elements, suitable.
  • the substrate may contain or consist of glass, quartz and / or a semiconductor material.
  • the substrate may contain or consist of a plastic film or a laminate with one or more plastic films.
  • Plastic may include one or more polyolefins, such as high and low density polyethylene (PE) and polypropylene (PP). Furthermore, the plastic may also include polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyester and / or preferably polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES) and / or polyethylene naphthalate (PEN).
  • PVC polyvinyl chloride
  • PS polystyrene
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PES polyethersulfone
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the substrate may comprise metal, in particular a metal foil, for example.
  • a substrate comprising a metal foil or a metal foil may, for example, comprise an aluminum foil, a copper foil, a stainless steel foil or a combination or a layer stack thereof.
  • the substrate may comprise one or more of the abovementioned materials and may be transparent, partially transparent or even opaque.
  • the optoelectronic component according to the invention may in particular comprise an organic light emitting diode (OLED), an organic photodiode (OPD), an organic solar cell (OSC), an organic thin film transistor (OTFT) or an integrated circuit (IC) or a plurality or combination of the aforementioned elements or consist of only one of these elements.
  • OLED organic light emitting diode
  • OPD organic photodiode
  • OSC organic solar cell
  • OFT organic thin film transistor
  • IC integrated circuit
  • the device may further comprise a functional layer sequence with at least one organic functional layer.
  • This layer sequence is arranged in particular between the two electrodes. If the component has, for example, an OLED, an OPD and / or an OSC, the functional layer sequence can have an active region (for example an emitter layer) which is suitable for generating or detecting electromagnetic radiation during operation of the device. Furthermore, the component then often has a transparent substrate.
  • first electrode and / or the second electrode can be transparent and, for example, contain or consist of a TCO.
  • An electrode with such a material can be designed, in particular, as an anode, that is to say as a hole-injecting material.
  • the first and / or the second electrode can comprise a metal, which can serve, for example, as a cathode material, that is to say as an electron-injecting material.
  • aluminum, barium, indium, silver, gold, magnesium, calcium or lithium, as well as compounds, combinations and alloys thereof, may prove advantageous as the cathode material.
  • one or both electrodes may also have combinations, in particular layer sequences of TCOs and / or metals.
  • the at least one functional layer may comprise an organic layer or a layer sequence of a plurality of organic functional layers.
  • organic polymers, organic oligomers or organic small, non-polymeric (monomeric) molecules ("small molecules") or combinations of these classes of compounds may be contained or the layers may consist of these classes of compounds or mixtures thereof.
  • a component embodied as an organic electronic component has a functional layer which is known as a
  • Lochtransport Faculty is executed, for example, in the case of an OLED an effective hole injection into a electroluminescent layer or to allow an electroluminescent region.
  • the active layer can be embodied as an electroluminescent layer.
  • Suitable materials for this are materials which have a radiation emission due to fluorescence or phosphorescence, wherein the layer may consist of these materials or contains the emitter materials present in a matrix.
  • the generated radiation can have wavelength ranges from the ultraviolet to the red spectral range.
  • a component having one or more OLEDs can in particular be designed as a lighting device or as a display and can have a large active light-emitting surface.
  • Large area may mean that the component has an area greater than or equal to a few square millimeters, preferably greater than or equal to one square centimeter, and particularly preferably greater than or equal to one square decimeter.
  • the cited list of embodiments of the device is not intended to be limiting. Rather, the device may comprise further electronic elements and / or functional layer sequences which are known to the person skilled in the art and which therefore are not listed here.
  • FIGS. 1 and 2 each show schematic overviews of an embodiment of an optoelectronic component according to the present invention.
  • FIG. 3 and FIGS. 4A-4C show schematic representations of sections of dielectric layers on an anode layer.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of an organic radiation-emitting component. From bottom to top, the following layer structure is realized: At the bottom is the substrate 1, which can be transparent, for example, made of glass. An anode layer 2, which may be, for example, a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO), may be present on it. Over this anode layer 2 is a dielectric layer 3, for
  • a hole transport layer 4 which consists of a material or contains this, which may for example be selected from tertiary amines, Carbazolderivaten, polyaniline or Polyethylendioxythiophen.
  • a material or contains this which may for example be selected from tertiary amines, Carbazolderivaten, polyaniline or Polyethylendioxythiophen.
  • exemplary is NPB (N, N'-bis (naphth-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) benzidine and TAPC (di- [4- (N, N-ditolyl-amino) -phenyl] cyclohexane
  • An organic emitter layer 6 follows the hole transport layer, for example an organic emitter layer 6.
  • Such an organic emitter layer may contain or consist of an organic or organometallic compound as the emissive material, in particular derivatives of polyfluorene, polythiophene and polyphenylene (eg, 2- or 2, 5-substituted poly-p-phenylenevinylene) as well as metal complexes, for example iridium complexes such as blue phosphorescent FIrPic (bis (3,5-difluoro-2- (2- pyridyl) phenyl (2-carboxypyridyl) iridium III), green phosphorescent Ir (ppy) 3 (tris (2-phenylpyridine) iridium (III)), red phosphorescent Ru (dtb-bpy) 3 * 2 (PF 6 ) ( Tris [4, 4'-di-tert-butyl- (2,2 ') - bipyridine] ruthenium (III) complex) and blue fluorescent DPAVBi (4, 4-bis [4- (di-
  • a cathode for example a metal cathode or a cathode, which is likewise made of a transparent conductive oxide (which leads to a top / bottom emitter), is arranged on the emitter layer.
  • the layer thickness of the dielectric layer 3 may be, for example, 1.5 nm, that of the hole injection layer 4 may be 15 nm, for example.
  • the OLED When a voltage is applied between the anode and cathode, current flows through the component and photons are released in the organically active layer, which in the form of light via the transparent anode and the substrate or in the case of a top / bottom emitter via the transparent cathode Leave component.
  • the OLED emits white light;
  • the emitter layer contains either several different colors (for example blue and yellow or blue, green and red) emitting
  • the emitter layer can also be composed of several sub-layers, in each of which one of the named colors is emitted, whereby the mixture of the different colors results in the emission of light with a white color impression.
  • a converter material may be arranged which at least partially absorbs the primary radiation and emits secondary radiation of a different wavelength, so that from a (not yet white) primary radiation through the Combination of primary and secondary radiation gives a white color impression.
  • the component shown in FIG. 1 can be produced, in particular, in which the anode for the first time on the substrate
  • Example is sputtered on and then by means of ALD, the dielectric layer is applied. Subsequently, the hole injection layer 4, the active layer (emitter layer) 6 and the cathode are applied.
  • Figure 2 shows an OLED, which is designed as a top emitter; If the cathode 10 is transparent, then it is a top / bottom emitter.
  • a cathode 10 is arranged (which is formed for example of a metal or - in particular, when a transparent electrode is desired - is made of a TCO).
  • An electron injection layer 9 is arranged on the cathode, on which there is an electron transport layer 8.
  • This emitter layer can be designed as described for FIG.
  • a hole transport layer 5 On the emitter layer is a hole transport layer 5, which may for example comprise TPBi (2,2 ', 2''- (1, 3, 5-benz-triyl) -tris (1-phenyl-lH-benzimidazole)), for example.
  • a thin hole injection layer 4 On the hole transport layer is again a thin hole injection layer 4, for example, with a thickness of 15 nm.
  • the dielectric layer 3 for example, of aluminum oxide
  • the organic layers 4 to 9 are applied by means of a wet process (for example spin coating); This is particularly useful if the layers to be applied contain a polymer.
  • the organic layers can also be applied by vapor deposition.
  • the substrate to be coated with electrode or electrode and dielectric layer is introduced into a recipient, which contains the various organic materials in different
  • a source of matrix material and a source of p-type dopant are deposited. Accordingly, the common deposition of emitter material and matrix material or of different emitter materials and matrix material for the emitter layer 6 takes place. Accordingly, the deposition of the further organic layers can take place. Finally, a mixed deposition is also possible in which first organic layers are applied by spin coating and the other organic layers are applied by evaporation.
  • an aluminum layer can thus first be applied to a substrate by means of RF sputtering as an ITO layer as a cathode (in the case of a top / bottom emitter) or by means of CVD (chemical vapor deposition).
  • This has the advantage that it has a reflective effect, that is, the radiation emitted in the active layer, which is directed in the direction of the substrate, is mirrored at this reflective electrode and deflected in the direction of the transparent electrode.
  • the organic layers 9 to 4 (beginning with the electron injection layer 9 and ending with the hole injection layer 4) are subsequently applied to this cathode.
  • a dielectric layer 3 (made of aluminum oxide, for example) is then applied to the hole injection layer by means of ALD; In order not to damage the already applied organic layers, the ALD process is therefore carried out at a temperature of about 90 to 100 0 C. Finally, the transparent anode (for example made of ITO) is deposited on this dielectric layer 3 by means of sputtering.
  • FIG. 3 shows a detail of an optoelectronic component which shows the situation after application of the dielectric layer 3 to the anode 2.
  • the surface 21 of the anode layer 2, on which the dielectric layer 3 is applied has a surface structure in the form of a roughness, which is obtained, for example, by the application method with which the
  • Anode layer 2 is applied, is conditional. Furthermore, impurities on the surface 11 of the substrate 1 during the application of the anode layer may cause the surface 21 of the anode layer 2 to have a roughness.
  • the dielectric layer 3 has a thickness that is identified by the reference numeral 31 purely by way of example in two places.
  • the dielectric layer 3 follows the surface structure of the surface 21 of the anode layer 2 in the manner described in the general part, so that the thickness 31 of the dielectric layer 3 is almost independent of the surface structure of the anode layer 2.
  • the thickness variation of the thickness 31 is less than 10 percent.
  • the dielectric layer 3 is formed such that it can at least almost follow the microscopic structures of the surface structure 21 of the anode layer.
  • FIGS. 4A to 4C further details of the surface structure of anode layer 2 and dielectric layer 3 of the optoelectronic component according to the invention are shown in this context.
  • various macroscopic structures are depicted.
  • the surface 21 of the dielectric layer 2 has a depression, which has a significantly greater depth compared to the diameter.
  • the dielectric layer 3 follows the surface structure 21 of the anode layer 2 and therefore forms on the entire surface of the opening a continuous layer with a constant thickness.
  • the depth-to-diameter ratio of the recess changes.
  • the anode layer 2 has a surface 21 with a protruding portion, while the anode layer 2 in Figure 4C has a downwardly broadening opening (like a bottle pore).
  • the dielectric layer may be formed with a nearly constant thickness as shown in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem Substrat (1), einer Anode (2) und einer Kathode (10) sowie mindestens einer zwischen der Anode und der Kathode angeordneten aktiven Schicht (6). Direkt auf der kathodenseitigen Oberfläche der Anode ist eine amorphe dielektrische Schicht (3), die ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder ein Metalloxinitrid enthält oder daraus besteht, angeordnet. Das im Metalloxid, Metallnitrid oder Metalloxinitrid enthaltene Metall ist ausgewählt aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere ein organisches optoelektronisches Bauelement, bei dem auf der Anode eine amorphe dielektrische Schicht angeordnet ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldung 10 2009 019 520.3 und der deutschen Patentanmeldung 10 2009 022 900.0, deren Offenbarungsgehalte hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden.
Die Effizienz und die Lebensdauer von optoelektronischen Bauelementen, wie zum Beispiel Leuchtdioden, Infrarotemittierenden Leuchtdioden, organischen Leuchtdioden (OLEDs) , organischen Solarzellen oder organischen Fotodetektoren mit funktionellen Schichten kann durch das Auftreten eines Kurzschlusses stark herabgesetzt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Bauelement anzugeben, bei dem die Anfälligkeit gegenüber Kurzschlüssen vermindert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements beziehungsweise des Verfahrens zu dessen Herstellung sind Gegenstand von Unteransprüchen und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen hervor.
Ein optoelektronisches Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, eine Anode und eine Kathode und zumindest eine zwischen der Anode und der Kathode angeordnete aktive Schicht, z.B. Emitterschicht. Ferner ist direkt auf der kathodenseitigen Oberfläche der Anode eine amorphe dielektrische Schicht angeordnet. Diese Schicht enthält ein Metalloxid, ein Metallnitrid und/oder ein Metalloxinitrid oder besteht daraus; das im Metalloxid, Metallnitrid oder Metalloxinitrid enthaltene Metall ist dabei ausgewählt aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink.
Hier und im Folgenden bezeichnet eine Schicht oder ein Element, das „auf" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet ist, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt (also direkt) auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Dass eine Schicht oder eine Element „zwischen" zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder zum einen der zwei anderen Elemente und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder zum anderen der zwei anderen Elemente angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elemente angeordnet sein. Unter einer „amorphen" Schicht wird eine Schicht verstanden, bei der mittels Röntgenbeugung (XRD) keine scharfen Bragg- Reflexe (bzw. Signale) erhalten werden. Insbesondere liegen in den Bereichen mit Nahordnung in dieser amorphen Schicht maximal vier, üblicherweise maximal drei, parallele Gitterebenen vor. Insbesondere wird daher unter einer amorphen Schicht eine Schicht verstanden, bei der die „Kristallite" einen maximalen Durchmesser von 2,5 nm aufweisen. Ferner ist ein amorphes Material im Sinne der vorliegenden Erfindung im meist auch dadurch charakterisiert, dass die Dichte dieses amorphen Materials mindestens zehn Prozent, häufig mindestens 15 Prozent und oft auch mehr als 20 Prozent geringer ist als die des entsprechenden vollständig kristallinen natürlich vorkommenden Materials (bei mehreren Modifikationen der natürlich vorkommenden
Modifikation mit der höchsten Dichte) . Beispielsweise weist Korund eine Dichte von 3, 99 g/cm3 und amorphes Aluminiumoxid im Sinne der vorliegenden Erfindungen eine Dichte von etwa 2,8 bis 3,4 g/cm3, häufig 2,8 bis 3 g/cm3 auf. Die Dichte der amorphen Schicht kann hierbei mittels Röntgen-Reflektometrie (XRR) bestimmt werden.
Unter einer amorphen dielektrischen Schicht kann erfindungsgemäß ferner eine Schicht verstanden werden, bei der nur die Oberfläche auf einer oder beiden Hauptseiten der Schicht (nämlich die der Anode bzw. der Emitterschicht zugewandte Seite der dielektrischen Schicht) vollflächig amorph im Sinn der vorliegenden Erfindung ist. Dies kann mittels winkelabhängiger Röntgenfotoelektronenspektroskope (XPS) nachgewiesen werden (auch hier liegen dann für die oberflächennahen Bereiche keine scharfen Signale vor) .
Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement mit dielektrischer Schicht zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund der dielektrischen Schicht eine deutlich geringere Häufigkeit von Kurzschlüssen zu verzeichnen ist und die Stromeffizienz erhöht ist. Die Verwendung einer amorphen dielektrischen Schicht hat gegenüber einer nicht amorphen dielektrischen Schicht den Vorteil, dass sich in der Schicht in vertikaler Richtung keine Korngrenzen ausbilden können; erfindungsgemäß wurde erkannt, dass hierdurch nochmals eine deutliche Verminderung der Häufigkeit von Kurzschlüssen zu verzeichnen ist.
Ist das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode, so kann die verminderte Anzahl an Kurzschlüssen auch am Erscheinungsbild der OLED erkannt werden. Im Vergleich zu einer OLED, die identisch aufgebaut ist, allerdings keine dielektrische amorphe Schicht aufweist, besitzt die erfindungsgemäße OLED ein deutlich homogeneres Leuchtbild; auch die Anzahl der "black spots" ist deutlich gegenüber der in den Vergleichs-OLEDs vermindert und zumeist gleich Null. Als "black spots" werden hierbei Bereiche verstanden, die mit bloßem Auge sichtbar sind (bei denen der Maximaldurchmesser also größer oder gleich 50 μm beträgt) .
Das Material der amorphen dielektrischen Schicht ist ein
Metalloxid, ein Metallnitrid oder Metalloxinitrid, wobei das Metall Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und/oder Zink sein kann. Diese Verbindungen besitzen im Regelfall die Formel MmEn auf, wobei M das Metall ist, E für Sauerstoff und/oder Stickstoff steht und m und n ganze Zahlen sind. Das Metall liegt hierbei insbesondere in der Oxidationsstufe II (Zink) , III (Aluminium, Gallium, Lanthan) , IV (Titan, Zirkonium, Hafnium) oder V (Tantal) vor; der (formale) Anteil des Metalls in anderen Oxidationsstufen beträgt maximal 2 Atom-% und ist zumeist kleiner 0,5 Atom-% und häufig gleich Null. Die konkreten Indices m und n ergeben sich daher aufgrund der Wertigkeit 2 für Sauerstoff und 3 für Stickstoff; es resultieren (in der Reihenfolge der vorstehend beschriebenen Oxidationsstufen für Oxide beispielsweise die Formeln MO, M2O3, MO2 und M2O5) . Die vorstehend genannten Verbindungen können auch eine gewisse Nichtstöchiometrie aufweisen; allerdings ist (korrespondierend mit den Metallatomen in anderen als den angegebenen Oxidationsstufen) die Abweichung gegenüber dem ganzzahligen Index im Regelfall maximal 2 Prozent (im Fall einer Verbindung des Typs M2O5 sollte also die Nichtstöchiometrie nicht größer sein als bei der Verbindung M^96O5) . Bevorzugt sollten die vorstehenden
Verbindungen aber gar keine Nichtstöchiometrie aufweisen, da die Dielektrizitätskonstante nichtstöchiometrischer Verbindungen gegenüber den entsprechenden stöchiometrischen Verbindungen ansteigt und zwar im Ausmaß der Nichtstöchiometrie. Materialien mit höheren
Dielektrizitätskonstanten sind aber weniger gut für die Verhinderung von Kurzschlüssen geeignet.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße optoelek- tronische Bauelement eine Lochinjektionsschicht auf, die direkt auf der dielektrischen Schicht (und zwar auf der der Anode abgewandten Seite) angeordnet ist und eine Dicke von insbesondere kleiner oder gleich 5 nm aufweist. Üblicherweise beträgt die Dicke der Lochinjektionsschicht zumindest 1 nm; häufig beträgt die Dicke dieser Schicht 1 bis 2 nm.
Gegenüber identischen Bauelementen nach dem Stand der Technik, die keine dielektrische Schicht aufweisen, kann daher die Dicke der Lochinjektionsschicht deutlich reduziert werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dabei die
Stromeffizienz im Wesentlichen gleich bleibt und auch die Homogenität des Leuchtbilds gleich bleibt. Nach dem Stand der Technik werden - um Kurzschlüsse zu vermeiden - häufig Lochinjektionsschichten mit einer Dicke von 400 nm oder größer eingesetzt. Die Dicke der erfindungsgemäß eingesetzten Lochinjektionsschicht ist daher üblicherweise gegenüber einer Lochinjektionsschicht in einem vergleichbaren optoelektronischen Bauelement nach dem Stand der Technik mindestens um 90 Prozent, häufig um mindestens 95 Prozent und oft sogar um mindestens 97,5 Prozent reduziert. Nach einer derartigen Ausführungsform kann also eine enorme Materialersparnis realisiert werden. Zudem kann auch die Gesamtdicke des optoelektronischen Bauelements deutlich reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die im optoelektronischen Bauelement enthaltene dielektrische
Schicht eine Dicke von 0,1 bis 100 nm auf. Meist ist eine Dicke von 0,1 bis 3 nm, insbesondere von 0,1 bis 1 nm, beispielsweise von 0,5 bis 1 nm sinnvoll.
Eine besonders geringe Dicke der dielektrischen Schicht führt im Regelfall zu einer besseren Stromeffizienz als eine dicke dielektrische Schicht, da die Tunnelwahrscheinlichkeit für die gebildeten Löcher dann deutlich höher ist. Auch die Leuchtdichte ist bei sehr dünnen Schichten größer als bei dicken Schichten. Üblicherweise beträgt die Leuchtdichte eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements, das als OLED ausgebildet ist, zumindest 1000 cd/m2 meist sogar mehr als 3000 cd/m2. Die Effizienz der Leuchtdichte beträgt bbeeii eeiinneerr SSttrrcomdichte von 10 bis 200 mA/cm2 im Regelfall etwa 5 bis 10 cd/A.
Maßgeblich für die Dicke der dielektrischen Schicht ist allerdings auch die Homogenität der Schichtdicke, die mit dem Verfahren mit dem die Schicht aufgebracht wird, erzielt werden kann. Um eine effiziente Schutzwirkung gegen
Kurzschlüsse realisieren zu können, sollte die Schicht möglichst die gesamte Oberfläche der Anode bedecken und keine Lücken aufweisen. Die Homogenität der Schicht ist damit nicht nur vom Aufbringungsverfahren für die dielektrische Schicht abhängig - auch die Oberflächenqualität der darunter liegenden Anode spielt eine Rolle. Weist diese Oberfläche Poren beziehungsweise Hinterschneidungen auf, so ist bevorzugt ein Verfahren zu wählen, bei dem auch die Porenoberfläche vollständig mit der dielektrischen Schicht belegt ist beziehungsweise die Poren damit ausgefüllt sind und auch bei Hinterschneidungen keine Lücken in der dielektrischen Schicht auftreten. Um dies realisieren zu können, können abhängig vom verwendeten Verfahren auch Schichtdicken von 5 bis 15 nm oder auch größere Schichtdicken erforderlich sein.
In einer Ausgestaltung besteht die dielektrische Schicht des optoelektronischen Bauelements aus Aluminiumoxid oder enthält dieses .
Eine derartige Schicht ist besonders leicht aufbringbar und die zu verwendenden Ausgangsmaterialien sind billig. Zudem weist Aluminiumoxid eine besonders niedrige Dielektrizitätskonstante auf.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anode ein transparentes leitfähiges Oxid, insbesondere Indiumzinnoxid. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO") sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) . Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, Snθ2 oder In2θ3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnθ3, MgIn2O4, Galnθ3, Zn2In2Os oder In4Sn3O^2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein. Wird ein TCO als Anodenmaterial eingesetzt, so kann die dielektrische Schicht besonders einfach aufgebracht werden. Zudem kann - sofern die Strahlungsemission anodenseitig erfolgt - eine besonders hohe Transparenz des optoelektronischen Bauelements erreicht werden. Alternativ kann die Anode aber auch ein Metall umfassen, insbesondere eine Metallschicht umfassen beziehungsweise hieraus bestehen. Das Material einer derartigen Elektrode kann dann ausgewählt sein aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Calcium und Lithium sowie Verbindungen, insbesondere Legierungen, hiervon. In einer weiteren Ausführungsform ist die Homogenität der Schichtdicke unabhängig von der Oberflächenstruktur der direkt an die dielektrische Schicht angrenzenden Schichten, insbesondere der Schicht, auf die die dielektrische Schicht aufgebracht wird, insbesondere unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anode des optoelektronischen Bauelements. Die dielektrische Schicht kann also insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie der Oberflächenstruktur der Anode zumindest teilweise oder annähernd folgen kann, was insbesondere bedeutet, dass die kathodenseitige Oberfläche der dielektrischen Schicht der topographischen Struktur der Grenzfläche zwischen dielektrischer Schicht und Anode teilweise oder annähernd folgt (und die Oberfläche der dielektrischen Schicht die Oberfläche der Anode gleichsam abbildet) .
Dass die kathodenseitige Oberfläche der dielektrischen Schicht der Grenzfläche zwischen der Anode und der dielektrischen Schicht und damit der Oberflächenstruktur der Anode zumindest teilweise folgt, bedeutet erfindungsgemäß insbesondere, dass die kathodenseitige Oberfläche der dielektrischen Schicht ebenfalls eine topographische Oberflächenstruktur aufweist. Die topographische
Oberflächenstruktur der kathodenseitigen Oberfläche der dielektrischen Schicht kann dabei insbesondere gleich oder ähnlich der topographischen Oberflächenstruktur der der Kathode zugewandten Oberfläche der Anode sein. „Gleich" oder „ähnlich" bedeutet hierbei, dass die jeweiligen topographischen Oberflächenstrukturen der der Kathode zugewandten Seiten der Anode und der dielektrischen Schicht gleiche oder ähnliche Höhenprofile mit einander entsprechenden Strukturen wie etwa Erhebungen und Vertiefungen aufweisen. Beispielsweise können diese topographischen Oberflächenstrukturen jeweils lateral nebeneinander angeordnete Erhebungen und Vertiefungen in einer bestimmten charakteristischen Abfolge aufweisen, die abgesehen von relativen Höhenunterschieden der Erhebungen und Vertiefungen für die genannten topographischen Oberflächenstrukturen gleich sind. Mit anderen Worten kann eine Oberfläche, die der topographischen Oberflächenstruktur einer anderen Fläche zumindest teilweise folgt, eine Erhebung angeordnet über einer Erhebung beziehungsweise eine Vertiefung angeordnet über einer Vertiefung der topographischen Oberflächenstruktur der Oberfläche der jeweils benachbarten Schicht aufweisen. Der relative Höhenunterschied zwischen benachbarten Erhebungen und Vertiefungen der einen Oberfläche kann dabei auch unterschiedlich zum relativen Höhenunterschied der entsprechenden Erhebungen und Vertiefungen der topographischen Oberflächenstruktur der anderen Fläche sein - häufig ist aber auch dieser relative Höhenunterschied in etwa gleich.
Weist die Oberflächenstruktur der Anode Poren und/oder Hinterschneidungen auf, so wird unter „gleich" oder „ähnlich" verstanden, dass die der Kathode zugewandte Seite der dielektrischen Schicht diese Poren und/oder Hinterschneidungen nicht nachbilden muss (aber kann) . Wie oben erläutert ist es im Sinn der vorliegenden Erfindung ausreichend, wenn gewährleistet ist, dass bei derartigen Strukturelementen keine „Lücken" in der dielektrischen Schicht ausgebildet sind und eine vollständig die Anode bedeckende Schicht erhalten wird.
Mit anderen Worten kann „teilweise oder annähernd folgen" insbesondere bedeuten, dass die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht und die Grenzfläche zwischen dielektrischer Schicht und Anode parallel oder zumindest annähernd parallel verlaufen. Die dielektrische Schicht kann also insbesondere eine Dicke aufweisen die unabhängig oder annähernd unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anode ist . Die Schichtdicke der dielektrischen Schicht kann somit insbesondere eine Dickenvariation von maximal 10 Prozent, häufig kleiner oder gleich 5 Prozent gemessen an der Gesamtdicke der dielektrischen Schicht aufweisen. Eine derartige Ausbildung der dielektrischen Schicht mit einer derart geringen Dickenvariation kann auch als so genanntes „conformal coating" bezeichnet werden. Die Dickenvariation der dielektrischen Schicht kann allerdings bei sehr dünnen Schichten (insbesondere wenn die Schicht nur bis zu 10 Atomlagen dick ist beziehungsweise bis zu 1 nm dick ist) naturgemäß auch größer sein. Bei derart dünnen Schichten ist die Dickenvariation dann ± 2 Atomlagen (im Regelfall sogar ± 1 Atomlage) .
Weiterhin kann die dielektrische Schicht eine Dicke aufweisen, die kleiner ist als die Abmessungen von zumindest einigen Strukturen und insbesondere makroskopischen Strukturen der Oberflächenstruktur der Anode. Den makroskopischen Strukturen werden hierbei Strukturen der Oberflächenstruktur zugerechnet, die mittels sichtbaren Lichts auflösbar sind (und können etwa Steigungen, Erhebungen, Winkel, Kanten, Ecken, Vertiefungen, Gräben, Furchen, Poren und ähnliches aufweisen) . Dies bedeutet insbesondere, dass hier als makroskopisch bezeichnete Strukturen Abmessungen von größer oder gleich etwa 400 nm aufweisen. Kleinere Strukturen werden als mikroskopische Strukturen bezeichnet. Insbesondere kann die dielektrische Schicht den mikroskopischen Strukturen der Oberflächenstruktur der Anode folgen, deren Abmessungen größer als die Dicke der dielektrischen Schicht sind.
Die Dicke der dielektrischen Schicht kann auch unabhängig von Poren in der der Kathode zugewandten Oberfläche der Anode sein. Insbesondere wenn der Durchmesser der Pore (bei flaschenartigen Poren etc. der kleinste Durchmesser der Pore) größer als die zweifache Schichtdicke der dielektrischen Schicht ist, kann auch die Porenoberfläche gleichmäßig und im obigen Sinn zumindest nahezu mit einer gleichen Schichtdicke der dielektrischen Schicht versehen sein, in dem die dielektrische Schicht der Oberflächenstruktur der Anode folgt. Ist die Schichtdicke der dielektrischen Schicht größer als der halbe Durchmesser dieser Poren, so wird die dielektrische Schicht die Poren abdecken, ohne der Oberflächenstruktur dieser Poren zu folgen und dabei trotzdem eine im obigen Sinn zumindest nahezu gleich bleibende Dicke aufweisen. Die mittlere Rauheit Ra von TCO-Anoden, insbesondere von ITO-Anoden, ist typischerweise kleiner oder gleich 1,5 nm und ist im Regelfall kleiner 2,5 nm.
Ein Verfahren, mit dem es möglich ist, dielektrische Schichten aufzubringen, die den oben genannten Bedingungen gehorchen, ist die Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition, ALD") .
Mit einem derartigen Verfahren werden einzelne Atomlagen sukzessive nacheinander abgeschieden, so dass die Schichtdicke der gebildeten Schicht im Wesentlichen gleich bleibt, da die abgeschiedenen Atomlagen (insbesondere bei geeigneter Wahl des Precursors - insbesondere bei Wahl eines sterisch nicht sonderlich anspruchsvollen Precursors) im Wesentlichen die darunter liegende Atomlage beziehungsweise die darunter liegende zu beschichtende Oberfläche vollständig bedecken. Die mittels ALD erzeugten Schichten haben den Vorteil, dass sie auch Hinterschneidungen und
Porenoberflächen vollständig bedecken, da die Schichtbildung von der Abscheidungsrichtung unabhängig ist (das heißt dass das abgeschiedene Material - beziehungsweise der Precursor - nicht aus einer Vorzugsrichtung oder einem Vorzugsraumsegment die zu beschichtende Oberfläche beaufschlagt - wie dies zum Beispiel beim Sputtern der Fall ist) . Ganz generell sind daher erfindungsgemäß Verfahren zur Aufbringung der dielektrischen Schicht bevorzugt, bei denen die
Schichtbildung in Poren und Hinterschneidungen vom Aufbringungsverfahren unabhängig ist. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Atomlagenabscheidung plasmafrei durchgeführt. Dies führt zu einer besonders homogenen Schichtdicke der gebildeten dielektrischen Schicht. Während bei plasmaunterstützter Atomlagenabscheidung eine Reaktion des Precursors mit dem Plasma nicht ausgeschlossen werden kann (was zu einer Reaktion noch in der Gasphase und daher zur Ausbildung nicht vollkommen einheitlicher Monolagen führen kann), ist dies bei plasmafreier ALD nicht der Fall. Insbesondere bei sehr dünnen Schichtdicken von 0,1 bis 0,5 nm führt daher die plasmafreie ALD meist zum besseren Ergebnis; im Regelfall kann bei derartigen Schichtdicken nur durch plasmafreie ALD eine vollständige Bedeckung der Anodenoberfläche und eine einigermaßen einheitliche Schichtdicke realisiert werden.
Eine mittels Atomlagenabscheidung erzeugte dielektrische Schicht zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass die üblicherweise frei oder im Wesentlichen frei von Gaseinschlüssen ist. Insbesondere sind keine Gaseinschlüsse erhalten, die auf ein bei der Abscheidung der Schicht verwendetes Trägergas zurückzuführen sind. Bei Sputter- Prozessen zur Aufbringung einer Schicht finden sich stets derartige Einschlüsse (zum Beispiel Einschlüsse von Argon als Trägergas) . Allenfalls sind Gaseinschlüsse denkbar, die auf das verwendete Precursormaterial zurückgehen (beispielsweise Methan) . Aufgrund der sukzessiven Abscheidung der Atomlagen sind aber bei plasmafreier ALD auch derartige Einschlüsse im Regelfall nicht zu finden. Lediglich bei plasmaunterstützter ALD ist eine gewisse Neigung zur Bildung von Gaseinschlüssen vorhanden (die allerdings abhängig ist von den konkreten Abscheidungsbedingungen) .
Die Atomlagenabscheidung wird insbesondere folgendermaßen durchgeführt :
Ein Substrat mit einer darauf angeordneten zu beschichtenden Elektrodenschicht wird zunächst einem Reaktor, in dem die ALD durchgeführt wird, zugeführt. Das Substrat beziehungsweise der Reaktor wird dann mit einem Absorptionspuls beaufschlagt (Verfahrensschritt Bl) . Hierbei wird dem Reaktor entweder ein Precursor oder ein Oxidationsmittel (beziehungsweise statt eines Oxidationsmittels ein Reduktionsmittel) zugeführt. Ein Oxidationsmittel wird benötigt, wenn eine Oxidation des Precursors oder einer Komponente des Precursors erforderlich ist, um eine Schicht der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten (zum Beispiel bei der Herstellung von Metalloxidschichten); ein Reduktionsmittel ist erforderlich, wenn eine Reduktion des Precursors oder einer Komponente des Precursors erforderlich ist um die zu bildende Schicht zu erhalten oder die zu bildende Schicht eine durch die Reaktion mit dem Reduktionsmittel „auf das Precursor-Metall übertragene" Komponente (zum Beispiel eine Nitrid-Komponente) enthält (beispielsweise bei der Bildung von Metallnitriden mit zum Beispiel Ammoniak als Precursor) . Der Precursor beziehungsweise das Oxidations- oder Reduktionsmittel wird dem Reaktor üblicherweise gasförmig zugeführt. Während des Absorptionspulses kann dann der Precursor beziehungsweise das Oxidations- oder Reduktionsmittel auf der zu beschichtenden Oberfläche adsorbieren. Im Regelfall erfolgt eine vollständige oder zumindest nahezu vollständige Bedeckung der Oberfläche mit dieser gasförmigen Verbindung. Wird ein Precursor mit besonders sperrigen Substituenten verwendet
(beispielsweise eine Metall-Alkyl-Verbindung mit Alkylresten mit jeweils 3 oder mehr C-Atomen) , so ist eine vollständige Bedeckung der Oberfläche (die dann zu einer vollständigen Atomlage nach Vollendung des jeweiligen ALD-Zyklus führt) nicht in jedem Fall gewährleistet ist. Meist ist es daher sinnvoll, Precursor einzusetzen, die weniger sperrige Substituenten aufweisen, da dann eine „dichtere Packung" in der absorbierten Atomlage vorliegt. Die vorstehenden Ausführungen für den Precursor gelten auch, wenn der Precursor erst in einem nachfolgend beschriebenen Reaktionspuls zugeführt wird. Nach dem Absorptionspuls erfolgt im Reaktor ein Spül- und/oder Evakuierungsschritt (Verfahrensschritt B2) . Hierdurch werden nicht auf der zu beschichtenden Oberfläche absorbierte Moleküle aus dem Reaktor im Wesentlichen entfernt. Als Spülgas kann ein Inertgas verwendet werden (zum Beispiel Argon) . Der Spül- und/oder Evakuierungsschritts wird im Regelfall so durchgeführt, dass ein gewisser konstanter Spülgasstrom durch den Reaktor fließt und die vor Durchführung des Adsorptionspulses herrschenden Druckverhältnisse sukzessive wieder aufgebaut werden.
Anschließend erfolgt ein Reaktionspuls (Verfahrensschritt B3) , bei dem das Substrat mit dem absorbierten Precursor mit einem Oxidationsmittel (beziehungsweise mit einem Reduktionsmittel) beaufschlagt wird oder - sofern auf dem Substrat nicht der Precursor absorbiert ist sondern das Oxidationsmittel (beziehungsweise das Reduktionsmittel) mit einem Precursor beaufschlagt wird. Durch die Zuführung der zweiten Reaktionskomponente im Reaktionspuls kann eine Reaktion von Precursor und Oxidationsmittel beziehungsweise Precursor und Reduktionsmittel erfolgen, wodurch eine Monolage des Metalloxids beziehungsweise Metallnitrids beziehungsweise Metalloxinitrids (der dielektrischen Schicht der vorliegenden Erfindung) gebildet wird. Gegebenenfalls kann hierzu die zu beschichtende Oberfläche oder auch der
Reaktor erwärmt werden, um eine thermische Unterstützung der Reaktion von Precursor und Oxidations- beziehungsweise Reduktionsmittel zu ermöglichen.
Nach erfolgtem Reaktionspuls wird im Regelfall ein weiterer Spül- und/oder Evakuierungsschritt (Verfahrensschritt B4) durchgeführt, um überschüssige Moleküle der während des Reaktionspulses zugeführten Komponente aus dem Reaktor zu entfernen .
Um zur gewünschten, mittels ALD erzeugten Schicht zu gelangen, werden Absorptionspuls, Spül/Evakuierungsschritt, Reaktionspuls und zweiter Spül/Evakuierungsschritt so oft in der angegebenen Reihenfolge nacheinander wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von Atomlagen abgeschieden ist (beziehungsweise die gewünschte Schichtdicke erreicht ist) .
In einer Ausführungsform wird der ALD-Prozess so durchgeführt, dass die Schichtabscheidung (Verfahrensschritt B) beziehungsweise die mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte Bl, B2, B3 und B4 bei einer Temperatur von mindestens 60 0C und/oder einem Druck von maximal 50 mbar durchgeführt wird. Werden die Prozessparameter derart gewählt, so ist einerseits gewährleistet, dass die im Verfahrensschritt B2 (Absorptionspuls) erfolgende Absorption tatsächlich zu einer Monolage führt und andererseits eine vollständige Reaktion im Verfahrensschritt B3 (Reaktionspuls) erfolgt. Ferner kann durch den niedrigen Druck (und gegebenenfalls auch die erhöhte Temperatur) erreicht werden, dass die verwendeten Precursor beziehungsweise Oxidations- oder Reduktionsmittel gasförmig vorliegen.
In einer Ausgestaltung beträgt die Temperatur im Verfahrensschritt B) 80 bis 260 0C. In einem derartigen Reaktionsfenster ist gewährleistet, dass keine Schädigung einer empfindlicheren zu beschichtenden Oberfläche erfolgt. Wird als zu beschichtende Oberfläche eine organische Schicht (zum Beispiel eine Lochinjektionsschicht) vorgelegt, so sollte die Reaktionstemperatur 100 0C nicht überschreiten und bevorzugt 80 bis 100 0C sein, um eine Schädigung dieser Schicht zu verhindern.
Bevorzugt wird Verfahrensschritt B bei einem Druck von maximal 5 mbar, meist mehr als 0,1 mbar, durchgeführt. Auch hierdurch wird gewährleistet, dass eine besonders „dicht gepackte" Monolage im Absorptionspuls entstehen kann.
Als Oxidationsmittel kommen insbesondere Wasser und Ozon (aber auch Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid) in Betracht. Die vorgenannten Oxidationsmittel können auch in Gemischen (zum Beispiel einem 02/03-Gemisch) vorliegen. Bei der Verwendung von Wasser als Oxidationsmittel wird das ALD- Verfahren häufig so durchgeführt werden, dass im Absorptionspuls Wasser auf der zu beschichtenden Oberfläche absorbiert wird; im Reaktionspuls wird dann der Precursor (zum Beispiel Trimethylaluminium) zugeführt. Bei der Verwendung von anderen Oxidationsmitteln wird im Adsorptionspuls häufig der Precursor adsorbiert werden.
Im Fall von Wasser als im Absorptionspuls zugeführtes Oxidationsmittel wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass direkt auf der zu beschichtenden Oberfläche auch eine Monolage aus Wasser aufgebracht werden kann, ohne das Bauelement beziehungsweise die zu beschichtende Oberfläche selbst zu beschädigen. Voraussetzung dabei ist, dass die Zeit, die das Wasser auf der zu beschichtenden Oberfläche verweilen kann bevor im Reaktionspuls die zweite Verbindung zugeführt wird, kleiner sein muss als die Diffusionszeit, die das Wasser benötigt, um in die zu beschichtende Schicht zu diffundieren. Häufig kann das realisiert werden, indem die Prozessschritte Bl und B2 nicht länger als 5 s (zum Beispiel nicht länger als 100 s) dauern. Die kurzen Gesamtzeiten von im Regelfall ca. 10 -20 s für einen ALD-Zyklus erlauben eine kurze Prozesszeit und damit eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit des hier beschriebenen Verfahrens.
Die vorgenannten Oxidationsmittel werden insbesondere für die Herstellung von Metalloxiden verwendet.
Als Reduktionsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere Ammoniak eingesetzt. Im Absorptionspuls wird dann häufig der Precursor (zum Beispiel ein Metall-Amid) auf der Oberfläche absorbiert und reagiert im Reaktionspuls mit dem Ammoniak, wobei ein Metallnitrid gebildet wird. In einer weiteren Ausführungsform wird als Precursor für das ALD-Verfahren eine Metallalkyl-, eine Metallalkoxid-, eine Metalldialkylamid- und/oder eine Metallhalogenid-Verbindung eingesetzt. Im Regelfall werden die eingesetzten Precursor nur einen Typ von Substituenten (also Alkyl, Alkoxid,
Dialkylamid oder Halogenid) tragen; allerdings können auch gemischte Systeme (die zum Beispiel eine Halogenid und eine Alkoxidgruppe tragen) verwendet werden.
Für die Abscheidung von Aluminiumoxid-Schichten werden häufig Aluminiumalkyl-Verbindungen (zum Beispiel Trimethylaluminium) oder Aluminiumalkoxid-Verbindungen (zum Beispiel Aluminiumethoxid) eingesetzt. Für Galliumoxid werden häufig Galliumalkyl-Verbindungen (zum Beispiel Trimethylgallium) oder Galliumhalogenide (zum Beispiel Galliumchlorid) eingesetzt. Für Titanoxide, Zirkoniumoxide und Hafniumoxide werden häufig die Metallhalogenide (zum Beispiel TiCl4, ZrCl4 oder HfCl4 oder Metallalkoxid-Verbindungen (zum Beispiel Ti(OR)4, Zr(OR)4 oder Hf(OR)4) eingesetzt. Für die Herstellung von Tantaloxid werden häufig Tantalhalogenide (zum Beispiel Tantalchlorid) eingesetzt, für Lanthanoxide die entsprechenden Alkoxy- oder Halogenid-Verbindungen . Zur Herstellung von Zinkoxidschichten werden schließlich häufig die Zinkalkyl-Verbindungen (zum Beispiel Dimethylzink) oder die Zinkhalogenide (zum Beispiel Zinkchlorid) eingesetzt; allerdings kann Zink auch in elementarer Form eingesetzt werden. Zur Herstellung von Metallnitriden werden im Regelfall die Metalldialkylamid-Verbindungen der entsprechenden Elemente (zum Beispiel Mk (N (CH3) 2)i - wobei k und 1 ganze Zahlen sind) verwendet.
Die Abscheidung einer Oxinitrid-Schicht kann beispielsweise erfolgen, indem abwechselnd Nitrid und Oxid-Lagen abgeschieden werden.
Das Substrat des Bauelements ist insbesondere als Trägerelement für elektronische Elemente, insbesondere optoelektronische Elemente, geeignet. Beispielsweise kann das Substrat Glas, Quarz und/oder ein Halbleitermaterial enthalten oder daraus bestehen. Weiterhin kann das Substrat eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mehreren Kunststofffolien enthalten oder daraus bestehen. Der
Kunststoff kann eines oder mehrere Polyolefine wie etwa Polyethylen (PE) hoher und niedriger Dichte und Polypropylen (PP) aufweisen. Weiterhin kann der Kunststoff auch Polyvinylchlorid (PVC) , Polystyrol (PS) , Polyester und/oder bevorzugt Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen .
Weiterhin kann das Substrat Metall, insbesondere etwa eine Metallfolie, aufweisen. Ein eine Metallfolie umfassendes oder ein als Metallfolie ausgeführtes Substrat kann beispielsweise eine Aluminiumfolie, eine Kupferfolie, eine Edelstahlfolie oder eine Kombination oder einen Schichtenstapel daraus aufweisen .
Das Substrat kann eines oder mehrere der oben genannten Materialien aufweisen und dabei transparent, teilweise transparent oder auch opak ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement kann insbesondere eine organische lichtemittierende Diode (OLED) , eine organische Fotodiode (OPD) , eine organische Solarzelle (OSC) , einen organischen Dünnfilmtransistor (OTFT) oder einen integrierten Schaltkreis (IC) oder eine Mehrzahl oder Kombination der vorgenannten Elemente aufweisen beziehungsweise nur aus einem dieser Elemente bestehen.
Das Bauelement kann weiterhin eine funktionale Schichtenfolge mit zumindest einer organischen funktionellen Schicht umfassen. Diese Schichtenfolge ist insbesondere zwischen den beiden Elektroden angeordnet. Weist das Bauelement beispielsweise eine OLED, eine OPD und/oder eine OSC auf, kann die funktionelle Schichtenfolge einen aktiven Bereich (zum Beispiel eine Emitterschicht) aufweisen, der geeignet ist, im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu detektieren. Weiterhin weist das Bauelement dann häufig ein transparentes Substrat auf.
Weiterhin können die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode transparent sein und beispielsweise ein TCO enthalten oder daraus bestehen. Eine Elektrode mit einem derartigen Material kann insbesondere als Anode, also als löcherinjizierendes Material, ausgebildet sein. Weiterhin können die erste und/oder die zweite Elektrode ein Metall aufweisen, das beispielsweise als Kathodenmaterial, also als elektroneninjizierendes Material, dienen kann. Als Kathodenmaterial können sich insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Alternativ oder zusätzlich kann eine oder können beide Elektroden auch Kombinationen, insbesondere Schichtenfolgen aus TCOs und/oder Metallen aufweisen.
Die mindestens eine funktionelle Schicht kann eine organische Schicht beziehungsweise eine Schichtenfolge mehrerer organischer Funktionsschichten umfassen. Beispielsweise können hierbei organische Polymere, organische Oligomere oder organische kleine, nicht polymere (monomere) Moleküle („small molecules") oder Kombinationen dieser Verbindungsklassen enthalten sein beziehungsweise die Schichten aus diesen Verbindungsklassen oder deren Gemischen bestehen.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn ein als organisches elektronisches Bauelement ausgeführtes Bauelement eine funktionelle Schicht aufweist, die als
Lochtransportschicht ausgeführt ist, um beispielsweise im Fall einer OLED eine effektive Lochinjektion in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich zu ermöglichen.
Weiterhin kann die aktive Schicht als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt sein. Als Materialien hierzu eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, wobei die Schicht aus diesen Materialien bestehen kann oder die Emittermaterialien in einer Matrix vorliegend enthält. Abhängig von den Materialien in dieser Emitterschicht kann die erzeugte Strahlung Wellenlängenbereiche aus dem ultravioletten bis zum roten Spektralbereich aufweisen.
Ein eine oder mehrere OLEDs aufweisendes Bauelement kann insbesondere als Beleuchtungseinrichtung oder als Display ausgebildet sein und eine großflächig ausgebildete aktive Leuchtfläche aufweisen. „Großflächig" kann dabei bedeuten, dass das Bauelement eine Fläche von größer oder gleich einigen Quadratmillimetern, bevorzugt größer oder gleich einem Quadratzentimeter und besonderes bevorzugt größer oder gleich einem Quadratdezimeter aufweist.
Bei derartigen großflächigen Leuchtflächen können Displays realisiert werden, die auch nach einer Betriebszeit von 500 Stunden weniger als einen Black Spot pro Quadratzentimeter aufweisen .
Die genannte Aufzählung der Ausführungsformen des Bauelements ist nicht beschränkend zu verstehen. Vielmehr kann das Bauelement weitere elektronische Elemente und/oder funktionelle Schichtenfolgen aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind und die daher hier nicht weiter aufgeführt werden .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen .
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils schematische Übersichten über eine Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 und die Figuren 4A - 4C zeigen schematische Darstellungen von Ausschnitten dielektrischer Schichten auf einer Anodenschicht.
Die Figur 1 zeigt den schematisierten Aufbau eines organischen Strahlungsemittierenden Bauteils. Von unten nach oben ist folgender Schichtaufbau realisiert: Zuunterst befindet sich das Substrat 1, das beispielsweise transparent sein kann, zum Beispiel aus Glas sein kann. Darauf befindet sich eine Anodenschicht 2, die beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid wie Indium-Zinn-Oxid (ITO) sein kann beziehungsweise dieses umfassen kann. Über dieser Anodenschicht 2 ist eine dielektrische Schicht 3, zum
Beispiel aus Aluminiumoxid, angeordnet. Über dieser ist wiederum eine Lochtransport-Schicht 4 angeordnet, die aus einem Material besteht beziehungsweise dieses enthält, das beispielsweise ausgewählt sein kann aus tertiären Aminen, Carbazolderivaten, Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen . Beispielhaft sei NPB (N, N ' -Bis (naphth-1-yl) -N, N ' -bis (phenyl) - benzidin und TAPC (Di- [4- (N, N-ditolyl-amino) - phenyl ] cyclohexan) genannt. Auf die Lochtransportschicht folgt die aktive Schicht- im Fall einer OLED zum Beispiel eine organische Emitterschicht 6. Eine derartige organische Emitterschicht kann als emittierendes Material eine organische oder organometallische Verbindung enthalten beziehungsweise daraus bestehen. Genannt seien insbesondere Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen (z.B, 2- oder 2, 5-substituiertes Poly-p-phenylenvinylen) sowie Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis (3, 5-difluoro-2- (2- pyridyl) phenyl- (2-carboxypyridyl) -iridium III), grün phosphoreszierendes Ir(ppy)3 (Tris (2- phenylpyridin) iridium (III) ), rot phosphoreszierendes Ru (dtb- bpy)3*2 (PF6) (Tris [4, 4 ' -di-tert-butyl- (2,2' ) - bipyridin] ruthenium (III) komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4, 4-Bis [4- (di-p-tolylamino) styryl] biphenyl) , grün fluoreszierendes TTPA ( 9, 10-Bis [N, N-di- (p-tolyl) - amino] anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4- (Dicyanomethylen) -2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran) als nichtpolymere Emitter. Auf der Emitterschicht ist schließlich eine Kathode, beispielsweise eine Metallkathode oder eine Kathode, die ebenfalls aus einem transparenten leitenden Oxid gefertigt ist (was zu einem Top/Bottom-Emitter führt) angeordnet. Die Schichtdicke der dielektrischen Schicht 3 kann hierbei beispielsweise 1,5 nm betragen, die der Lochinjektionsschicht 4 zum Beispiel 15 nm.
Bei Anlegen einer Spannung zwischen Anode und Kathode fließt Strom durch das Bauteil und in der organisch aktiven Schicht werden Photonen freigesetzt, die in Form von Licht über die transparente Anode und das Substrat beziehungsweise im Fall eines Top/Bottom-Emitters auch über die transparente Kathode das Bauteil verlassen. In einer Ausführungsform emittiert die OLED weißes Licht; in diesem Fall enthält die Emitterschicht entweder mehrere verschiedenfarbig (zum Beispiel blau und gelb oder blau, grün und rot) emittierende
Emittermaterialien; alternativ kann die Emitterschicht auch aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein, in denen jeweils eine der genannten Farben emittiert wird, wobei durch Mischung der verschiedenen Farben die Emission von Licht mit weißem Farbeindruck resultiert. Alternativ kann im Strahlengang der durch diese Schichten erzeugten Primäremission auch ein Konvertermaterial angeordnet sein, das die Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und eine Sekundärstrahlung anderer Wellenlänge emittiert, so dass sich aus einer (noch nicht weißen) Primärstrahlung durch die Kombination von primärer und sekundärer Strahlung ein weißer Farbeindruck ergibt.
Das in Figur 1 gezeigte Bauteil kann insbesondere hergestellt werden, in dem auf das Substrat zunächst die Anode zum
Beispiel aufgesputtert wird und anschließend mittels ALD die dielektrische Schicht aufgebracht wird. Nachfolgend werden die Lochinjektionsschicht 4, die aktive Schicht (Emitterschicht) 6 und die Kathode aufgebracht.
Figur 2 zeigt eine OLED, die als Topemitter ausgebildet ist; ist die Kathode 10 transparent, so handelt es sich um einen Top/Bottom-Emitter .
Hier ist auf einem Substrat 1 (zum Beispiel einem Glas- Substrat) eine Kathode 10 angeordnet (die zum Beispiel aus einem Metall gebildet ist oder - insbesondere wenn eine transparente Elektrode erwünscht ist - aus einem TCO gefertigt ist) . Auf der Kathode ist eine Elektroneninjektionsschicht 9 angeordnet, auf dieser befindet sich eine Elektronentransportschicht 8. Auf der Elektronentransportschicht 8 befindet sich eine lochblockierende Schicht 7 auf der dann die aktive Schicht (eine organische Emitterschicht) 6 angeordnet ist. Diese Emitterschicht kann wie zu Figur 1 beschrieben ausgebildet sein .
Auf der Emitterschicht befindet sich eine Lochtransportschicht 5, die beispielsweise beispielsweise TPBi (2,2 ' ,2 ' '- (1, 3, 5-Benz-triyl) -tris (1-phenyl-l-H- benzimidazol) ) umfassen kann. Auf der Lochtransportschicht befindet sich wiederum eine dünne Lochinjektionsschicht 4, beispielsweise mit einer Dicke von 15 nm. Über der Lochinjektionsschicht 4 befindet sich die dielektrische Schicht 3 (zum Beispiel aus Aluminiumoxid) auf der wiederum die Anode, die zum Beispiel aus einem TCO gebildet ist) angeordnet ist. Eine OLED gemäß Figur 2 kann beispielsweise gefertigt werden, in dem die organischen Schichten 4 bis 9 mittels eines Nassprozesses (zum Beispiel Spincoating) aufgebracht werden; dies ist insbesondere sinnvoll, wenn die aufzubringenden Schichten ein Polymer enthalten. Alternativ können die organischen Schichten auch mittels Aufdampfens aufgebracht werden. Hierzu wird das zu beschichtende Substrat mit Elektrode beziehungsweise Elektrode und dielektrischer Schicht in einen Rezipienten eingebracht, der die verschiedenen organischen Materialien in verschiedenen
Quellen enthält. Zur Herstellung der einzelnen funktionellen Schichten werden dann aus den jeweiligen Quellen die organischen Substanzen verdampft und auf der beschichteten Oberfläche abgeschieden. Ferner werden mehrere Quellen für die Zuführung von ein oder mehreren verschiedenen
Matrixmaterialien vorgesehen. Beispielsweise wird zur Ausbildung einer Lochinjektionsschicht eine Quelle mit Matrixmaterial und eine Quelle mit einem p-Dotanden abgeschieden. Entsprechend erfolgt die gemeinsame Abscheidung von Emittermaterial und Matrixmaterial beziehungsweise von verschiedenen Emittermaterialen und Matrixmaterial für die Emitterschicht 6. Entsprechend kann die Abscheidung der weiteren organischen Schichten erfolgen. Schließlich ist auch noch eine gemischte Abscheidung möglich, bei der ersten organischen Schichten mittels Spincoating aufgebracht werden und die weiteren organischen Schichten mittels Verdampfen aufgebracht werden möglich.
Zur Herstellung des Bauelements gemäß Figur 2 kann also zunächst auf einem Substrat mittels HF-Sputtern eine ITO- Schicht als Kathode (im Fall eines Top/Bottom-Emitters) beziehungsweise mittels CVD (chemical vapour deposition) eine Aluminiumschicht aufgebracht werden. Diese hat den Vorteil, dass sie reflektierend wirkt, das heißt, das in der aktiven Schicht emittierte Strahlung, die in Richtung des Substrats gerichtet ist an dieser reflektierenden Elektrode gespiegelt und in Richtung der transparenten Elektrode umgelenkt wird. Auf diese Kathode werden nachfolgend die organischen Schichten 9 bis 4 (beginnend mit der Elektroneninjektionsschicht 9 und endend mit der Lochinjektionsschicht 4) aufgebracht. Auf die Lochinjektionsschicht wird anschließend mittels ALD eine dielektrische Schicht 3 (zum Beispiel aus Aluminiumoxid) aufgebracht; um die bereits aufgebrachten organischen Schichten nicht zu schädigen wird das ALD-Verfahren daher bei einer Temperatur von etwa 90 bis 100 0C durchgeführt. Auf dieser dielektrischen Schicht 3 wird schließlich mittels Sputtern die transparente Anode (zum Beispiel aus ITO) aufgebracht .
In Figur 3 ist ein Ausschnitt aus einem optoelektronischen Bauelement gezeigt, der die Situation nach Aufbringen der dielektrischen Schicht 3 auf die Anode 2 zeigt. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist die Oberfläche 21 der Anodenschicht 2, auf der die dielektrische Schicht 3 aufgebracht ist, eine Oberflächenstruktur in Form einer Rauhigkeit auf, die beispielsweise durch das Aufbringverfahren, mit dem die
Anodenschicht 2 aufgebracht wird, bedingt ist. Ferner können Verunreinigungen auf der Oberfläche 11 des Substrats 1 beim Aufbringen der Anodenschicht dazu führen, dass die Oberfläche 21 der Anodenschicht 2 eine Rauhigkeit aufweist.
Die dielektrische Schicht 3 weist hierbei eine Dicke auf, die rein beispielhaft an zwei Stellen mit den Bezugszeichen 31 gekennzeichnet ist. Wie aus Figur 3 erkennbar ist, folgt die dielektrische Schicht 3 der Oberflächenstruktur der Oberfläche 21 der Anodenschicht 2 in der im allgemeinen Teil beschriebenen Weise, so dass die Dicke 31 der dielektrischen Schicht 3 nahezu unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anodenschicht 2 ist. Dabei beträgt die Dickenvariation der Dicke 31 weniger als 10 Prozent. Wie in Figur 3 gezeigt ist, ist die dielektrische Schicht 3 derart ausgebildet, dass sie den mikroskopischen Strukturen der Oberflächenstruktur 21 der Anodenschicht zumindest nahezu folgen kann. In den Figuren 4A bis 4C sind in diesem Zusammenhang weitere Ausschnitte aus der Oberflächenstruktur von Anodenschicht 2 und dielektrischer Schicht 3 des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements gezeigt. Hierbei sind rein beispielhaft verschiedene makroskopische Strukturen abgebildet .
In Figur 4A weist die Oberfläche 21 der dielektrischen Schicht 2 eine Vertiefung auf, die - verglichen zum Durchmesser - eine deutlich höhere Tiefe besitzt. Die dielektrische Schicht 3 folgt der Oberflächenstruktur 21 der Anodenschicht 2 und bildet daher auf der gesamten Oberfläche der Öffnung eine durchgängige Schicht mit gleich bleibender Dicke aus. Hierbei verändert sich das Tiefe-zu-Durchmesser- Verhältnis der Vertiefung.
In Figur 4B weist die Anodenschicht 2 eine Oberfläche 21 mit einem überstehenden Teilbereich auf, während die Anodenschicht 2 in Figur 4C eine sich nach unten verbreiternde Öffnung (nach Art einer Flaschenpore) aufweist. Trotz der negativen Winkel zum Aufbringen der dielektrischen Schicht 3 auf derartige Strukturen in der Oberfläche der Anodenschicht 2 kann die dielektrische Schicht mit einer nahezu gleich bleibenden Dicke wie in Figur 3 ausgebildet werden. Dadurch dass die dielektrische Schicht die Anode gleichmäßig, homogen und vollständig bedeckt, kann - auch bei Hinterschneidungen wie in Figur 4B oder flaschenartigen Poren wie in Figur 4C - gewährleistet werden, dass ein „Durchschlagen" von Elektronen bis zur Anode verhindert werden kann wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen deutlich reduziert wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement aufweisend: ein Substrat (1); - eine Anode (2) und eine Kathode (9) mindestens eine zwischen der Anode und der Kathode angeordnete aktive Schicht (6), wobei direkt auf der kathodenseitigen Oberfläche der Anode (2) eine amorphe dielektrische Schicht (3) , die ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder ein Metalloxinitrid enthält oder daraus besteht, angeordnet ist, wobei das im Metalloxid, Metallnitrid oder Metalloxinitrid enthaltene Metall ausgewählt ist aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink.
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei direkt auf der dielektrischen Schicht (3) eine Lochinjektionsschicht (4) mit einer Dicke von kleiner oder gleich 20 nm angeordnet ist.
3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (3) eine Dicke von 0,1 bis 100 nm, insbesondere 0,1 bis 3 nm aufweist.
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (3) aus Aluminiumoxid besteht.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anode ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO) , insbesondere Indiumzinnoxid (ITO) umfasst.
6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Homogenität der Schichtdicke der dielektrischen Schicht (3) unabhängig von der Oberflächenstruktur der direkt an die dielektrische Schicht angrenzenden Schichten, insbesondere unabhängig von der Oberflächenstruktur der Anode (2) , ist.
7. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dickenvariation der dielektrischen Schicht (3) maximal 10% ist.
8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (3) mittels Atomlagenabscheidung (ALD) , insbesondere plasmafreier Atomlagenabscheidung, herstellbar ist.
9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als OLED ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Beschichtung einer Elektrode, insbesondere einer Anode für ein optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer dielektrischen Schicht, die ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder ein Metalloxinitrid enthält oder daraus besteht, wobei das Metall M ausgewählt ist aus einem oder mehreren der Metalle der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gallium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Lanthan und Zink mit folgenden Schritten:
A) Bereitstellung eines Substrats mit einer darauf angeordneten Elektrodenschicht
B) Abscheidung der dielektrischen Schicht mittels Atomlagenabscheidung (ALD) , so dass die Elektrodenschicht vollständig mit der dielektrischen Schicht bedeckt ist. - ao -
ii. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
Schritt B) mittels plasmafreier Atomlagenabscheidung (ALD) durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei während Schritt B) folgende Teilschritte in der angegebenen Reihenfolge mehrfach nacheinander wiederholt werden :
Bl) Adsorptionspuls, bei dem das Substrat mit einem Precursor oder einem Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel beaufschlagt wird;
B2) Spülschritt oder Evakuierungsschritt;
B3) Reaktionspuls, bei dem das Substrat mit dem adsorbierten Precursor mit einem Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel beaufschlagt wird oder das Substrat mit dem adsorbiertem Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel mit einem Precursor beaufschlagt wird;
B4) Spülschritt oder Evakuierungsschritt.
13. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei
Schritt B) bei einer Temperatur von mindestens 60 0C, insbesondere 80 0C bis 260 0C, und einem Druck von maximal 50 mbar, insbesondere 0,1 mbar bis 5 mbar, durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidationsmittel ausgewählt wird der Gruppe bestehend aus Wasser, Ozon, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Gemischen der vorgenannten Stoffe.
15. Verfahren nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, wobei der Precursor eine Metallalkyl, ein Metallalkoxid, ein Metalldialkylamid und/oder ein Metallhalogenid ist.
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