WO2013189894A1 - Organische leuchtdiode - Google Patents

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WO2013189894A1
WO2013189894A1 PCT/EP2013/062536 EP2013062536W WO2013189894A1 WO 2013189894 A1 WO2013189894 A1 WO 2013189894A1 EP 2013062536 W EP2013062536 W EP 2013062536W WO 2013189894 A1 WO2013189894 A1 WO 2013189894A1
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WO
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layer
electrode
emitting diode
metal layers
organic light
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Application number
PCT/EP2013/062536
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Steffen Setz
Erwin Lang
Marc Philippens
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority to US14/409,054 priority Critical patent/US9761840B2/en
Publication of WO2013189894A1 publication Critical patent/WO2013189894A1/de

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
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    • H10K50/854—Arrangements for extracting light from the devices comprising scattering means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K50/852—Arrangements for extracting light from the devices comprising a resonant cavity structure, e.g. Bragg reflector pair

Definitions

  • Organic light-emitting diode An organic light-emitting diode is specified.
  • the organic light-emitting diode comprises a carrier substrate.
  • the carrier substrate is preferably permeable to radiation.
  • the carrier substrate may be clear.
  • the carrier substrate is, for example, a glass plate, a glass sheet, a plastic sheet or a plastic sheet
  • the carrier substrate may comprise a ceramic or consist of a ceramic.
  • Carrier substrate may devices for electrical and / or mechanical contacting of the light emitting diode
  • the light-emitting diode comprises a scattering layer.
  • the scattering layer is adapted to scatter radiation generated during operation of the light-emitting diode.
  • the scattering layer has a larger scattering effect in the lateral direction, that is to say parallel to the main extension directions of the carrier, than in the direction perpendicular to the direction of travel Carrier.
  • Radiation that is perpendicular to the carrier substrate is preferably not or not significantly through the scattering layer
  • the scattering layer can thus appear clear in plan view on the carrier substrate. This can be achieved by a relatively low concentration of scattering centers.
  • the scattering layer can also have a more scattering effect, so that the light-emitting diode is opaque and / or diffusely reflective to a viewer when switched off.
  • the organic light emitting diode a first electrode.
  • the first electrode is an anode.
  • the first electrode may also be formed as a cathode.
  • the first electrode is preferably radiation-transparent, in particular clear-vision, for a radiation generated during operation of the light-emitting diode.
  • the organic light-emitting diode has one or more organic layer sequences.
  • the at least one organic layer sequence contains at least one active layer.
  • the active layer is based or consists of at least one organic material and is adapted to operate during operation of the light emitting diode
  • the organic compound in particular to produce visible radiation.
  • the organic compound in addition to the at least one active layer, the organic
  • Layer sequence also contain additional layers.
  • additional layers are in particular Charge carrier injection layers,
  • the organic light-emitting diode has a second electrode. At the second
  • the electrode is preferably a cathode. It is the second electrode further preferred
  • the light emitting diode in the off state can act as a mirror, preferably as specular
  • the carrier substrate the scattering layer, the first electrode, the organic layer sequence with the organic layer and the second electrode. It is possible that the abovementioned components follow one another at least in part directly or that further layers are introduced between the abovementioned components.
  • the said layers are preferably aligned parallel to one another and in each case shaped planar and planar.
  • the scattering layer has a higher average refractive index than the organic layer sequence. This is valid for at least one
  • the Peak wavelength is, for example, the wavelength at which a maximum spectral energy density of the
  • the average refractive index is the average refractive index
  • Litter layer at least a 1.1-compartment or at least a 1.2-compartment of the average refractive index of the organic layer sequence.
  • the first comprises
  • Electrode non-metal layers and metal layers are Electrode non-metal layers and metal layers.
  • non-metal layers means that these layers are not predominantly based on a metal and their physical properties, in particular with regard to the radiation transmission, are not metallic
  • a material of the non-metal layers is preferably a conductive, transparent oxide.
  • Transparent conductive oxides English transparent conductive oxides or short TCO, are transparent, conductive
  • metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide, ITO for short.
  • metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide, ITO for short.
  • binary oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide, ITO for short.
  • binary oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide, ITO for short.
  • Metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or ⁇ 2 O 3 also include ternary metal oxygen compounds, such as Zn 2 SnO 2, Cd SnO 3, Zn SnO 3, Mgln 2Ozi, GalnO 3, 2 ⁇ 5 or In 4 Sn 3 O 2, or mixtures of different transparent conductive oxides into the group of TCOs.
  • ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 2, Cd SnO 3, Zn SnO 3, Mgln 2Ozi, GalnO 3, 2 ⁇ 5 or In 4 Sn 3 O 2, or mixtures of different transparent conductive oxides into the group of TCOs.
  • TCOs do not necessarily correspond to one
  • metal layers can mean that these
  • the metal layers to at least 95 atomic% or at least 99 atomic% or at least 99.8 atom% of metals.
  • the metal layers preferably have a smaller average geometric thickness than the non-metal layers.
  • the number of non-metal layers is exactly 1 or 2 or 3 or 4 versus the number of
  • Non-metal layers alternately.
  • the non-metal layers and the metal layers can each follow one another directly, so that adjacent metal layers and
  • Touch non-metal layers Particularly preferably, there is no further layer between the non-metal layers and the metal layers and there are also no inclusions between the metal layers and the non-metal layers.
  • the organic light-emitting diode comprises a carrier substrate, a scattering layer, a first electrode, an organic layer sequence with at least one active layer and a second electrode. All the above components follow in the specified
  • the litter layer has a higher average refractive index than the organic layer Layer sequence.
  • the first electrode contains at least n or at least n + 1 non-metal layers as well as n
  • n is a natural number> 1 or> 2.
  • Shaped electrode reflective and the first electrode is radiation-transparent to radiation generated during operation in the LED. A radiation extraction from the
  • the metal layers are preferably made of silver or of a silver alloy.
  • the metal layers each have a thickness of at least 1.0 nm or at least 1.5 nm or at least 2 nm.
  • Metal layers in each case at most 10 nm or at most 7.5 nm or at most 5 nm.
  • a thickness of the metal layers is preferably at most 0.5 or at most 0.25 of the so-called skin depth for a material of
  • the metal layers are so thin that they are at least partially transparent to radiation.
  • marginal non-metal layers are on the one hand that non-metal layer, which is located closest to the organic layer sequence, and further that of
  • Non-metal layers closest to the carrier substrate each preferably have a thickness of at least 5 nm or at least 12.5 nm or at least 30 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the marginal non-metal layers
  • Non-metal layers not more than 70 nm or not more than 50 nm or not more than 25 nm. It is also possible that the said numerical values or a part of the said numerical values apply only to one of the marginal non-metal layers. Preferably, the closest to the carrier substrate
  • Non-metal layer for example by at least a factor of 1.5, thicker than that of the organic layer sequence
  • the non-marginal non-metal layers have a thickness of at least 50 nm or at least 70 nm or at least 100 nm. Alternatively or additionally, this thickness is at most 250 nm or at most 180 nm or at most 140 nm. It is possible here that all non-marginal
  • Metal layers have the same thickness or different thicknesses.
  • Non-metal layers have an optical thickness of (m ⁇ ) / 2, with a tolerance of at most 0.1 ⁇ or at most 0.05 ⁇ .
  • m is a natural number> 1.
  • ⁇ stands for the
  • the first electrode it is possible for the first electrode to be similar to a Fabry-Perot device
  • Electrode at least two or exactly two sub-layers.
  • the partial layers are formed from different materials and / or from different material compositions.
  • Partial layer which is closer to the organic layer sequence, a transparent conductive oxide and / or silver.
  • the second sub-layer of the second electrode which is further away from the organic layer sequence, contains, alternatively or additionally, silver, a
  • Silver alloy aluminum or an aluminum alloy.
  • Partial layer has a thickness of at least 20 nm or of
  • the Thickness of the first sub-layer is at most 60 nm or at most 50 nm.
  • the first sub-layer preferably has a smaller thickness than the second sub-layer.
  • a thickness of the second sub-layer is, for example, at least 40 nm or at least 70 nm and, for example, at most 200 nm or at most 150 nm.
  • a metal selected from Ag, Al, Au, Ba, Ca, Cs, Cu, Ge, In, Li and Mg, and compounds,
  • the second electrode or at least one sub-layer of the second electrode is formed from Ag, Al or alloys thereof, for example Ag: Mg, Ag: Ca, Ag: Ge, Mg: Al.
  • Ag: Mg, Ag: Ca, Ag: Ge, Mg: Al is formed from Ag, Al or alloys thereof, for example Ag: Mg, Ag: Ca, Ag: Ge, Mg: Al.
  • the second electrode may also be one of in
  • TCO materials Having compound with the first electrode called TCO materials.
  • the scattering layer has a matrix material and scattering centers embedded therein.
  • a refractive index of the matrix material is preferably at least 1.65 or at least 1.8, or at least 1.85, or at least 1.9.
  • the matrix material is, for example, an optically high-index glass or a polymer-based material.
  • Polymeric materials include polycarbonate, PC for short,
  • the scattering centers may be cavities in the
  • the scattering centers by particles for example, from or with silicon dioxide, Titanium dioxide, zirconium dioxide, hafnium oxide, tantalum oxide or
  • Alumina be formed.
  • a mean diameter of the cavities or of the particles is, for example, between 0.15 ⁇ and 20 ⁇ , in particular between 0.3 ⁇ and 5 ⁇ .
  • Scattering centers are preferably at least 0.1 or at least 0.2.
  • the material of the scattering centers is, for example, a gas such as dried air or nitrogen or argon.
  • the cavities may be evacuated. In this context, vacuum is also understood as a material.
  • the scattering layer has an average geometric thickness of at least 2.5 ⁇ m or at least 1 ⁇ m. Alternatively or additionally, the average thickness of the litter layer is at most 50 ⁇ .
  • the thickness of the litter layer is between the first and the second
  • the organic layer sequence comprises at least two active layers, which in
  • the various active layers may be used to generate radiation of the same wavelength or to generate
  • the active layers are all active layers at an optical distance from the second electrode, which is an odd multiple of a quarter the peak wavelength of the radiation generated in the respective active layer is.
  • the position of the respective active layer is preferably with a tolerance of at most 0.1 or at most 0.05 of the respective
  • At least one or at least two of the active layers are at an optical distance of 3/4 ⁇ to the second electrode.
  • organic light emitting diode at least one
  • the carrier generation layer is preferably located between two adjacent active layers.
  • the carrier generation layer is a distance between the adjacent active layers and a distance between the active layers and the second electrode adjustable.
  • Carrier generation layer an n-type and a p-type layer. Between the n-type layer and the p-type layer is preferably a
  • Intermediate layer has a thickness of at least 0.8 nm or at least 1.0 nm or at least 1.75 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the intermediate layer is at most 4.5 nm or at most 3.5 nm. It is possible that the intermediate layer is formed from a radiopaque material, viewed macroscopically.
  • the intermediate layer comprises or consists of a metal, a metal oxide and / or a metal halide.
  • an optoelectronic semiconductor device described here will be explained in more detail with reference to the drawings based on embodiments. Same
  • FIGS 1 to 3, 6 and 7 are schematic
  • Figure 4 is a sectional view of a conventional
  • FIG. 5 is a schematic illustration of in organic
  • FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of an organic light-emitting diode 1.
  • the light-emitting diode 1 comprises a carrier substrate 2. On the carrier substrate 2 is a
  • Carrier substrate 2 follows the litter layer 3 a first
  • Electrode 4 for example, an anode after.
  • the first electrode 4 is followed by an organic layer sequence 5 with an active layer 55 provided for generating radiation.
  • a second electrode 6 Optionally located between the litter layer 3 and the first electrode 4 and on the carrier substrate. 2
  • Encapsulation layer 7 Through the encapsulation layer 7 is a protection of the organic layer sequence and the
  • Electrodes 4, 6 can be achieved against environmental influences such as moisture and / or oxygen.
  • environmental influences such as moisture and / or oxygen.
  • Encapsulation layers 7 formed by an oxide or a nitride, which is in particular dielectric.
  • a thickness of the encapsulant layers 7 is, for example, between 0.2 nm and 10 ym inclusive or between 1.5 nm and 1 ym inclusive or between 1.5 nm and 1.5 nm inclusive
  • the encapsulation layer 7 is composed of several partial layers
  • the litter layer 3 has a comparatively high
  • the litter layer 3 has
  • the second electrode 6 is reflective for in the
  • organic layer sequence 5 generated radiation R designed.
  • the radiation R is coupled out of the light-emitting diode 1 through the carrier substrate 2, through the scattering layer 3 and through the first electrode 4.
  • the first electrode 4 has non-metal layers 41 and metal layers 42, separated in the figures by dashed lines.
  • the layers 41, 42 follow each other alternately and directly.
  • One of the non-metal layers 41 is located on either side of each of the metal layers 42. Peripheral layers of the first electrode 4 are thus formed by the non-metal layers 41.
  • Non-metal layers 41 are preferably made of ITO.
  • a preferred material for the metal layers 42 is silver.
  • the metal layers 42 have, for example, a thickness of less than 5 nm, in particular approximately 3 nm. A thickness of the active layer 55 nearest
  • Non-metal layer 41 is preferably between 5 nm and 20 nm inclusive.
  • the middle one of non-metal layers 41 may have a thickness of between 100 nm and 140 nm
  • non-metal layer 41 has a thickness between 40 nm and 60 nm inclusive.
  • the second electrode 6 has a plurality of partial layers 61, 62.
  • the second electrode 6 has exactly two partial layers 61, 62.
  • the partial layer 61 closest to the organic layer sequence 5 is, for example, a silver layer or a silver-containing layer.
  • the first sub-layer 61 has for example, a thickness between 30 nm and 50 nm inclusive.
  • the second sub-layer 62 which is further removed from the organic layer sequence 5, is then formed, for example, from aluminum or an aluminum alloy and may have a thickness of approximately 100 nm.
  • the second electrode 6 is formed only by a single layer.
  • the second electrode 6 is preferably formed of silver or aluminum or alloys such as Ag: Mg, Ag: Ca, Ag: Ge or Mg: Al.
  • the second electrode 6 can also have more than two partial layers, in particular three
  • Partial layers exhibit.
  • a metallic layer is preferably located between two layers of a transparent conductive oxide.
  • the second electrode 6 is formed as a Bragg mirror having a sequence of many layers of alternately high and low refractive index.
  • the first electrode 4 may also have material compositions and geometries, in particular as indicated in connection with the publication US 2010/0072884 AI, whose
  • the first electrode 4 it is also possible, deviating from the illustration according to FIG. 1, for the first electrode 4 to have a number of non-metal layers 41 increased by two or more, relative to the number of metal layers 42. For example, two or three of the two are located between two adjacent metal layers 42 Non-metal layers 41, these being
  • the first electrode 4 has only a total of three sub-layers, two non-metal layers 41 and one metal layer 42 which extends between the two non-metal layers 41
  • a thickness of the metal layer 42 is then preferably increased.
  • the thickness of the metal layer 41 is between, for example
  • the non-metal layer 41 closest to the carrier substrate 2 is between 30 nm and 80 nm or between 40 nm and 50 nm inclusive.
  • the non-metal layer 41 facing the organic layer sequence 5 has, for example, a thickness of between 10 nm and 40 nm or between and including 15 nm and 25 nm up.
  • the two non-metal layers 41 are formed, in particular, from a TCO such as ITO.
  • the metal layer 42 is preferably formed of silver. If materials other than silver and ITO are used, the layer thicknesses of the layers 41, 42 should be adapted accordingly.
  • the organic layer sequence 5 is shown in more detail. The information given on individual layers of the organic layer sequence 5 can also be used for all others
  • Embodiments are used.
  • the electrodes 4, 6 according to FIG. 3 are shaped, in particular as in FIG.
  • the organic layer sequence 5 has several active
  • 55b, 55c may each be electron barrier layers 54e and / or hole barrier layers 54h. Between adjacent active layers 55a, 55b, 55c are respectively charge carrier generation layers 50a, 50b.
  • Carrier-forming layers 50a, 50b may be formed as indicated in US 2008/0143249 A1 and / or US 2009/0146929 A1, the disclosure of which is incorporated by reference.
  • the carrier generation layers 50a, 50b is a
  • a distance between the active layers 55a, 55b, 55c depending on the reflective second electrode 6 is preferably at an odd multiple of a quarter of the peak wavelength of the radiation R generated in the respective active layer 55a, 55b, 55c.
  • Electron injection layer 53e are located. At the first
  • Electrode 4 is preferably a hole injection layer 53h attached. A thickness of the entire organic
  • Layer sequence 5 is for example between 100 nm and 1 ⁇ or 200 nm and 700 nm.
  • Layer sequence 5 can be doped.
  • the individual layers preferably have a high radiation transmittance in the visible spectral range, ie in particular between 450 nm and 780 nm inclusive.
  • these layers have an absorption coefficient of at most
  • FIG. 4 shows a conventional organic light-emitting diode.
  • the first electrode 4 is formed by a single layer.
  • Loss channels occurring in light-emitting diodes are illustrated in connection with FIG.
  • the relative power component L is compared with the distance D of the active layer 55 to
  • the area 21 indicates the relative proportion of the active one
  • the region 22 corresponds to the proportion of the radiation R, which is guided in the carrier substrate 2 by waveguiding.
  • the area 23 indicates the relative
  • the region 24 indicates the proportion of the radiation which is guided in the first electrode 4 and the organic layer sequence 5 by waveguiding effects.
  • the region 25 finally identifies the radiation component which is due to the coupling of
  • decoupled radiation component 21 shows a sine-like course with respect to the distance D to the second electrode 4. As the value of the distance D increases, the loss channel 25 caused by the plasmon coupling decreases.
  • the fraction 25 of the plasmon loss channel for a value of D of greater than or equal to 150 nm is less than 10%.
  • the active layer 55 is thus preferably in or near the maximum of the portion 21 at a distance D of approximately 210 nm
  • indicated values refer to a refractive index of approximately 1.8. If the refractive index deviates from this, the stated values change accordingly.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • planarization layer 8 Between the litter layer 3 and the first electrode 4, which is constructed, for example, as indicated in connection with FIGS. 1 to 3, there is a planarization layer 8. Other than illustrated, a plurality of planarization layers 8 may also be present.
  • a planarization layer may also be located between the first
  • Electrode 4 and the organic layer sequence 5 are located. Such planarization layers 8, as described in connection with FIG. 6, can also optionally be present in all other exemplary embodiments.
  • both the first electrode 4 and the second electrode 6 are permeable to radiation R generated during operation of the light-emitting diode 1.
  • the radiation R can be emitted at both main sides of the light-emitting diode 1.
  • the second electrode 6 is preferably a multilayered one
  • Electrode which may be constructed analogously to the first electrode 4.
  • a further scattering layer 3b is optionally located on the side facing away from the carrier substrate 2 side of the second electrode 6 then a further scattering layer 3b.
  • All other exemplary embodiments may also be embodied as LEDs emitting on both sides, with a corresponding modification of the second electrode 6 and possibly the encapsulation layer 7 and / or of further components of the light-emitting diode 1, which adjoin the carrier substrate 2

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst die organische Leuchtdiode (1) ein Trägersubstrat (2), eine Streuschicht (3), eine erste Elektrode (4), eine organische Schichtenfolge (5) mit mindestens einer aktiven Schicht (55) sowie eine zweite Elektrode (6). Alle vorgenannten Komponenten (2, 3, 4,, 6) folgen in der angegebenen Reihenfolge aufeinander. Die Streuschicht (3) weist einen höheren mittleren Brechungsindex auf als die organische Schichtenfolge (5). Die erste Elektrode (4) beinhaltet mindestens n oder mindestens n+1 Nichtmetallschichten (41) sowie n Metallschichten(41). n ist eine natürliche Zahl ≥ 1 oder ≥ 2. Die Nichtmetallschichten (41) und die Metallschichten (42) folgen abwechselnd aufeinander.

Description

Beschreibung
Organische Leuchtdiode Es wird eine organische Leuchtdiode angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine organische
Leuchtdiode anzugeben, die eine hohe Lichtauskoppeleffizienz aufweist .
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine organische
Leuchtdiode mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die organische Leuchtdiode ein Trägersubstrat. Das Trägersubstrat ist bevorzugt für Strahlung durchlässig. Insbesondere kann das Trägersubstrat klarsichtig sein. Bei dem Trägersubstrat handelt es sich beispielsweise um eine Glasplatte, um eine Glasfolie, um eine Kunststoffplatte oder um eine
Kunststofffolie . Ebenso kann das Trägersubstrat eine Keramik umfassen oder aus einer Keramik bestehen. An dem
Trägersubstrat können Vorrichtungen zu einer elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung der Leuchtdiode
angebracht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Leuchtdiode eine Streuschicht. Die Streuschicht ist dazu eingerichtet, im Betrieb der Leuchtdiode erzeugte Strahlung zu streuen.
Beispielsweise weist die Streuschicht in lateraler Richtung, also parallel zu Haupterstreckungsrichtungen des Trägers, eine größere Streuwirkung auf als in Richtung senkrecht zum Träger. Mit anderen Worten ist es möglich, dass dann im
Wesentlichen nur Strahlung gestreut wird, die parallel oder fast parallel zu dem Trägersubstrat propagiert. Strahlung, die senkrecht zu dem Trägersubstrat verläuft, wird bevorzugt nicht oder nicht signifikant durch die Streuschicht
beeinträchtigt. Es kann die Streuschicht in Draufsicht auf dem Trägersubstrat somit klarsichtig erscheinen. Dies kann durch eine relativ geringe Konzentration an Streuzentren erreicht werden.
Abweichend hiervon kann die Streuschicht aber auch stärker streuend wirken, sodass die Leuchtdiode für einen Betrachter in ausgeschaltetem Zustand trüb und/oder diffus reflektierend wirkt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die
organische Leuchtdiode eine erste Elektrode. Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Elektrode um eine Anode.
Alternativ kann die erste Elektrode aber auch als Kathode ausgebildet sein. Weiterhin ist die erste Elektrode bevorzugt strahlungsdurchlässig, insbesondere klarsichtig, für eine im Betrieb der Leuchtdiode erzeugte Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die organische Leuchtdiode eine oder mehrere organische Schichtenfolgen auf. Die mindestens eine organische Schichtenfolge beinhaltet wenigstens eine aktive Schicht. Die aktive Schicht basiert oder besteht aus mindestens einem organischen Material und ist dazu eingerichtet, im Betrieb der Leuchtdiode
insbesondere sichtbare Strahlung zu erzeugen. Neben der mindestens einen aktiven Schicht kann die organische
Schichtenfolge auch weitere Schichten enthalten. Solche weiteren Schichten stellen insbesondere Ladungsträgerinj ektionsschichten,
Ladungsträgererzeugungsschichten,
Ladungsträgerbarriereschichten und/oder
Ladungsträgertransportschichten dar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die organische Leuchtdiode eine zweite Elektrode auf. Bei der zweiten
Elektrode handelt es sich bevorzugt um eine Kathode. Es ist die zweite Elektrode weiterhin bevorzugt
strahlungsundurchlässig und reflektierend für eine im Betrieb der Leuchtdiode erzeugte Strahlung gestaltet. Durch die zweite Elektrode kann die Leuchtdiode in ausgeschaltetem Zustand als Spiegel wirken, bevorzugt als spekular
reflektierender Spiegel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die nachfolgend genannten Komponenten in der angegebenen Reihenfolge
angeordnet: Das Trägersubstrat, die Streuschicht, die erste Elektrode, die organische Schichtenfolge mit der organischen Schicht und die zweite Elektrode. Es ist möglich, dass die vorgenannten Komponenten mindestens zum Teil unmittelbar aufeinanderfolgen oder dass weitere Schichten zwischen den vorgenannten Komponenten eingebracht sind. Die genannten Schichten sind bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet und jeweils eben und planar geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Streuschicht einen höheren mittleren Brechungsindex auf als die organische Schichtenfolge. Dies gilt mindestens für eine
Scheitelwellenlänge, englisch peak wavelength, der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten Strahlung. Ebenso ist es möglich, dass diese Bedingung für den Brechungsindex für alle im
Betrieb der Leuchtdiode erzeugten Wellenlängen gilt. Die Scheitelwellenlänge ist beispielsweise diejenige Wellenlänge, bei der eine maximale spektrale Energiedichte von der
Leuchtdiode im bestimmungsgemäßen Gebrauch emittiert wird. Beispielsweise beträgt der mittlere Brechungsindex der
Streuschicht mindestens ein 1,1-Faches oder mindestens ein 1,2-Faches des mittleren Brechungsindexes der organischen Schichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste
Elektrode Nichtmetallschichten und Metallschichten. Der
Begriff Nichtmetallschichten bedeutet, dass diese Schichten nicht überwiegend auf einem Metall basieren und hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Strahlungsdurchlässigkeit, sich nicht metallisch
verhalten, makroskopisch gesehen, englisch im bulk. Bei einem Material der Nichtmetallschichten handelt es sich bevorzugt um ein leitfähiges, transparentes Oxid.
Transparente leitende Oxide, englisch transparent conductive oxides oder kurz TCO, sind transparente, leitende
Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid, kurz ITO. Neben binären
MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise ZnO, Sn02 oder Ιη2θ3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnOzi, CdSn03, ZnSn03, Mgln20zi, Galn03, Ζη2ΐη2θ5 oder In4Sn30]_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-dotiert oder n-dotiert sein. Der Begriff Metallschichten kann bedeuten, dass diese
Schichten zu mindestens 95 Atom% oder zu mindestens 99 Atom% oder zu mindestens 99,8 Atom% aus Metallen bestehen. Die Metallschichten weisen bevorzugt eine kleinere mittlere geometrische Dicke auf als die Nichtmetallschichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Elektrode mindestens oder genau n oder mindestens oder genau n+1 Nichtmetallschichten auf sowie n Metallschichten, n ist hierbei eine natürliche Zahl > 1 oder > 2. Beispielsweise gilt n = 2 oder n = 3 oder n = 4 oder n = 5 oder n = 6.
Bevorzugt ist die Anzahl der Nichtmetallschichten genau um 1 oder um 2 oder um 3 oder um 4 gegenüber der Anzahl der
Metallschichten erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgen die
Metallschichten und die Nichtmetallschichten abwechselnd aufeinander. Insbesondere können die Nichtmetallschichten und die Metallschichten jeweils unmittelbar aufeinander folgen, sodass sich benachbarte Metallschichten und
Nichtmetallschichten berühren. Besonders bevorzugt befindet sich keine weitere Schicht zwischen den Nichtmetallschichten und den Metallschichten und es liegen auch keine Einschlüsse zwischen den Metallschichten und den Nichtmetallschichten vor.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die organische Leuchtdiode ein Trägersubstrat, eine Streuschicht, eine erste Elektrode, eine organische Schichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht sowie eine zweite Elektrode. Alle vorgenannten Komponenten folgen in der angegebenen
Reihenfolge aufeinander. Die Streuschicht weist einen höheren mittleren Brechungsindex auf als die organische Schichtenfolge. Die erste Elektrode beinhaltet mindestens n oder mindestens n+1 Nichtmetallschichten sowie n
Metallschichten, n ist eine natürliche Zahl > 1 oder > 2. Die Nichtmetallschichten und die Metallschichten folgen
abwechselnd aufeinander.
Durch eine derart strukturierte erste Elektrode ist
insbesondere eine verbesserte optische Ankopplung der in der organischen Schichtenfolge erzeugten Strahlung an die
Streuschicht und/oder an das Trägersubstrat möglich.
Hierdurch ist eine Lichtauskoppeleffizienz von Strahlung aus der Leuchtdiode heraus steigerbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite
Elektrode reflektierend gestaltet und die erste Elektrode strahlungsdurchlässig für im Betrieb in der Leuchtdiode erzeugte Strahlung. Eine Strahlungsauskopplung aus der
Leuchtdiode heraus erfolgt durch das Trägersubstrat hindurch. Das heißt, ein überwiegender Anteil oder im Wesentlichen die gesamte in der Leuchtdiode erzeugte Strahlung wird an dem Trägersubstrat aus der Leuchtdiode ausgekoppelt. An der Seite der Leuchtdiode, an der sich die zweite Elektrode befindet, oder an Stirnseiten wird dann keine oder nur ein
vernachlässigbarer Anteil der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten Strahlung emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die
Metallschichten der ersten Elektrode eines oder mehrerer der nachfolgend genannten Metalle oder bestehen aus einem oder mehreren der nachfolgend genannten Metalle: Ag, AI, Au, Cd, Co, Cr, Cu, Ge, In, Mg, Mn, Mo, Ni, Pd, Pt, Si, Sn, Ti, Zn, Zr. Bevorzugt bestehen die Metallschichten aus Silber oder aus einer Silberlegierung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Metallschichten jeweils eine Dicke von mindestens 1,0 nm oder von mindestens 1,5 nm oder von mindestens 2 nm auf.
Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der
Metallschichten jeweils höchstens 10 nm oder höchstens 7,5 nm oder höchstens 5 nm. Mit anderen Worten beträgt eine Dicke der Metallschichten bevorzugt höchstens 0,5 oder höchstens 0,25 der so genannten Skin-Tiefe für ein Material der
Metallschichten. Die Metallschichten sind also derart dünn, dass sie mindestens teilweise strahlungsdurchlässig sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Elektrode randständige Nichtmetallschichten auf. Die
randständigen Nichtmetallschichten sind einerseits diejenige Nichtmetallschicht, die sich am nächsten an der organischen Schichtenfolge befindet, und ferner diejenige der
Nichtmetallschichten, die sich am nächsten am Trägersubstrat befindet. Die randständigen Nichtmetallschichten weisen jeweils bevorzugt eine Dicke von mindestens 5 nm oder von mindestens 12,5 nm oder von mindestens 30 nm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der randständigen
Nichtmetallschichten höchstens 70 nm oder höchstens 50 nm oder höchstens 25 nm. Es ist auch möglich, dass die genannten Zahlenwerte oder ein Teil der genannten Zahlenwerte lediglich auf eine der randständigen Nichtmetallschichten zutreffen. Bevorzugt ist die dem Trägersubstrat nächstgelegene
Nichtmetallschicht, zum Beispiel um mindestens einen Faktor 1,5, dicker als die der organischen Schichtenfolge
nächstgelegene randständige Nichtmetallschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die nicht randständigen Nichtmetallschichten eine Dicke von mindestens 50 nm oder von mindestens 70 nm oder von mindestens 100 nm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt diese Dicke höchstens 250 nm oder höchstens 180 nm oder höchstens 140 nm. Es ist hierbei möglich, dass alle nicht randständigen
Metallschichten dieselbe Dicke oder voneinander verschiedene Dicken aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine oder
mindestens eine oder alle der nicht randständigen
Nichtmetallschichten eine optische Dicke von (m λ)/2 auf, mit einer Toleranz von höchstens 0,1 λ oder von höchstens 0,05 λ. m ist hierbei eine natürliche Zahl > 1. λ steht für die
Scheitelwellenlänge der in der organischen Schichtenfolge erzeugten Strahlung. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die erste Elektrode ähnlich einem Fabry-Perot-Bauteil
aufgebaut ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Elektrode mindestens zwei oder genau zwei Teilschichten auf. Die Teilschichten sind aus verschiedenen Materialien und/oder aus verschiedenen Materialzusammensetzungen gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Teilschicht, die sich näher an der organischen Schichtenfolge befindet, ein transparentes leitfähiges Oxid und/oder Silber auf. Die sich weiter von der organischen Schichtenfolge entfernt befindliche zweite Teilschicht der zweiten Elektrode beinhaltet alternativ oder zusätzlich Silber, eine
Silberlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Teilschicht eine Dicke von mindestens 20 nm oder von
mindestens 30 nm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der ersten Teilschicht höchstens 60 nm oder höchstens 50 nm. Die erste Teilschicht hat bevorzugt eine geringere Dicke als die zweite Teilschicht. Eine Dicke der zweiten Teilschicht liegt beispielsweise bei mindestens 40 nm oder bei mindestens 70 nm und zum Beispiel bei höchstens 200 nm oder bei höchstens 150 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Elektrode ein Metall auf, das ausgewählt ist aus Ag, AI, Au, Ba, Ca, Cs, Cu, Ge, In, Li und Mg sowie Verbindungen,
Kombinationen und Legierungen hieraus. Insbesondere ist die zweite Elektrode oder mindestens eine Teilschicht der zweiten Elektrode aus Ag, AI oder Legierungen hieraus, beispielsweise Ag:Mg, Ag:Ca, Ag:Ge, Mg:Al, geformt. Alternativ oder
zusätzlich kann die zweite Elektrode auch eines der in
Verbindung mit der ersten Elektrode genannten TCO-Materialien aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Streuschicht ein Matrixmaterial und darin eingebettete Streuzentren auf. Ein Brechungsindex des Matrixmaterials liegt bevorzugt bei mindestens 1,65 oder bei mindestens 1,8 oder bei mindestens 1,85 oder bei mindestens 1,9. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein optisch hochbrechendes Glas oder um ein Polymer-basiertes Material. Polymere Materialien sind beispielsweise Polykarbonat , kurz PC,
Polyethylennaphthalat , kurz PEN, Polyethylenterephtalat , kurz PET, Polyurethan, kurz PU, Polymethylmethacrylat , kurz PMMA, oder Epoxide.
Bei den Streuzentren kann es sich um Hohlräume in der
Streuschicht handeln. Ebenso können die Streuzentren durch Partikel, beispielsweise aus oder mit Siliziumdioxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Hafniumoxid, Tantaloxid oder
Aluminiumoxid gebildet sein. Ein mittlerer Durchmesser der Hohlräume oder der Partikel liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,15 μιη und 20 μιτι, insbesondere zwischen einschließlich 0,3 μιη und 5 μιη. Ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der
Streuzentren liegt bevorzugt bei mindestens 0,1 oder bei mindestens 0,2.
Handelt es sich bei den Streuzentren um Hohlräume oder Poren, so ist das Material der Streuzentren beispielsweise ein Gas wie getrocknete Luft oder Stickstoff oder Argon. Alternativ können die Hohlräume evakuiert sein. In diesem Zusammenhang wird dann Vakuum ebenfalls als ein Material verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Streuschicht eine mittlere geometrische Dicke von mindestens 2,5 μιη oder von mindestens 1 μιη auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Dicke der Streuschicht bei höchstens 50 μιη.
Bevorzugt liegt die Dicke der Streuschicht zwischen
einschließlich 5 μιη und 25 μιη.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die organische Schichtenfolge mindestens zwei aktive Schichten, die in
Richtung weg von dem Trägersubstrat einander nachfolgen. Die verschiedenen aktiven Schichten können zur Erzeugung von Strahlung derselben Wellenlänge oder zur Erzeugung von
Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen eingerichtet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich
mindestens eine der aktiven Schichten oder befinden sich alle aktiven Schichten in einem optischen Abstand von der zweiten Elektrode, der ein ungeradzahlig Vielfaches eines Viertels der Scheitelwellenlänge der in der jeweiligen aktiven Schicht erzeugten Strahlung beträgt. Die Position der jeweiligen aktiven Schicht liegt bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 0,1 oder von höchstens 0,05 der jeweiligen
Scheitelwellenlänge vor. Insbesondere liegt mindestens eine oder liegen mindestens zwei der aktiven Schichten in einem optischen Abstand von 3/4 λ zur zweiten Elektrode vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die
organische Leuchtdiode mindestens eine
Ladungsträgererzeugungsschicht . Die
Ladungsträgererzeugungsschicht befindet sich bevorzugt zwischen zwei benachbarten aktiven Schichten. Durch die
Ladungsträgererzeugungsschicht ist ein Abstand zwischen den benachbarten aktiven Schichten und ein Abstand zwischen den aktiven Schichten und der zweiten Elektrode einstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die
Ladungsträgererzeugungsschicht eine n-leitende sowie eine p- leitende Schicht. Zwischen der n-leitenden Schicht und der p- leitenden Schicht befindet sich bevorzugt eine
Zwischenschicht der Ladungsträgererzeugungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Zwischenschicht eine Dicke von mindestens 0,8 nm oder von mindestens 1,0 nm oder von mindestens 1,75 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Zwischenschicht bei höchstens 4,5 nm oder bei höchstens 3,5 nm. Es ist möglich, dass die Zwischenschicht aus einem strahlungsundurchlässigen Material geformt ist, makroskopisch betrachtet.
Beispielsweise umfasst die Zwischenschicht ein Metall, ein Metalloxid und/oder ein Metallhalogenid oder besteht hieraus. Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 3, 6 und 7 schematische
Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen organischen Leuchtdioden, Figur 4 eine Schnittdarstellung einer herkömmlichen
organischen Leuchtdiode, und
Figur 5 eine schematische Illustration von in organischen
Leuchtdioden auftretenden optischen Verlustkanälen.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer organischen Leuchtdiode 1 illustriert. Die Leuchtdiode 1 umfasst ein Trägersubstrat 2. Auf dem Trägersubstrat 2 ist eine
Streuschicht 3 aufgebracht. In Richtung weg von dem
Trägersubstrat 2 folgt der Streuschicht 3 eine erste
Elektrode 4, beispielsweise eine Anode, nach. Der ersten Elektrode 4 ist eine organische Schichtenfolge 5 mit einer zu einer Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Schicht 55 nachgeordnet. An der dem Trägersubstrat 2 abgewandten Seite der organischen Schichtenfolge 5 befindet sich eine zweite Elektrode 6. Optional befindet sich zwischen der Streuschicht 3 und der ersten Elektrode 4 sowie an der dem Trägersubstrat 2
abgewandten Seite der zweiten Elektrode 6 je eine
Verkapselungsschicht 7. Durch die Verkapselungsschicht 7 ist ein Schutz der organischen Schichtenfolge sowie der
Elektroden 4, 6 vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff erzielbar. Zum Beispiel sind die
Verkapselungsschichten 7 durch ein Oxid oder ein Nitrid, das insbesondere dielektrisch ist, gebildet. Eine Dicke der Verkapselungsschichten 7 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,2 nm und 10 ym oder zwischen einschließlich 1,5 nm und 1 ym oder zwischen einschließlich 1,5 nm und
400 nm. Abweichend von der Darstellung in Figur 1 ist es wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, dass die Verkapselungsschicht 7 aus mehreren Teilschichten
zusammengesetzt ist, wobei diese Teilschichten aus
verschiedenen Materialien geformt sein können.
Die organische Schichtenfolge 5 mit der als Punkt-Linie symbolisierten aktiven Schicht 55 ist nur vereinfacht dargestellt. Weitere Schichten wie
Ladungsträgerinj ektionsschichten,
Ladungsträgertransportschichten,
Ladungsträgererzeugungsschichten sowie
Ladungsträgerbarriereschichten sind in Figur 1 nicht
gezeichnet .
Die Streuschicht 3 weist einen vergleichsweise hohen
optischen Brechungsindex auf, insbesondere bezogen auf die organische Schichtenfolge 5. Die Streuschicht 3 weist
Streuzentren auf, die einen von einem Matrixmaterial
abweichenden Brechungsindex aufzeigen. Die zweite Elektrode 6 ist reflektierend für in der
organischen Schichtenfolge 5 erzeugte Strahlung R gestaltet. Die Strahlung R wird durch das Trägersubstrat 2, durch die Streuschicht 3 sowie durch die erste Elektrode 4 hindurch aus der Leuchtdiode 1 ausgekoppelt.
Die erste Elektrode 4 weist Nichtmetallschichten 41 sowie Metallschichten 42 auf, in den Figuren durch Strich-Linien voneinander getrennt. Die Schichten 41, 42 folgen abwechselnd und unmittelbar aufeinander. Es befindet sich beiderseits jeder der Metallschichten 42 eine der Nichtmetallschichten 41. Randständige Schichten der ersten Elektrode 4 sind somit durch die Nichtmetallschichten 41 gebildet. Die
Nichtmetallschichten 41 sind bevorzugt aus ITO gefertigt. Ein bevorzugtes Material für die Metallschichten 42 ist Silber.
Die Metallschichten 42 weisen zum Beispiel eine Dicke von jeweils weniger als 5 nm, insbesondere zirka 3 nm, auf. Eine Dicke der der aktiven Schicht 55 nächstgelegenen
Nichtmetallschicht 41 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 5 nm und 20 nm. Die mittlere der Nichtmetallschichten 41 kann eine Dicke zwischen einschließlich 100 nm und 140 nm
aufweisen. Die der Streuschicht 3 nächstgelegene
Nichtmetallschicht 41 hat zum Beispiel eine Dicke zwischen einschließlich 40 nm und 60 nm.
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, ist es möglich, dass ebenso die zweite Elektrode 6 mehrere Teilschichten 61, 62 aufweist. Bevorzugt weist die zweite Elektrode 6 genau zwei Teilschichten 61, 62 auf. Bei der der organischen Schichtenfolge 5 nächstgelegenen Teilschicht 61 handelt es sich beispielsweise um eine Silberschicht oder um eine silberhaltige Schicht. Die erste Teilschicht 61 weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 30 nm und 50 nm auf. Ebenso kann die erste Teilschicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid oder aus einer Kombination aus einem transparenten leitfähigen Oxid und einem
reflektierenden Metall wie Silber gebildet sein. Die zweite Teilschicht 62, die weiter von der organischen Schichtenfolge 5 entfernt ist, ist dann beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und kann eine Dicke von zirka 100 nm aufweisen.
Anders als dargestellt ist es ebenso möglich, dass die zweite Elektrode 6 nur durch eine einzige Schicht gebildet ist. In diesem Fall ist die zweite Elektrode 6 bevorzugt aus Silber oder Aluminium oder aus Legierungen wie Ag:Mg, Ag:Ca, Ag:Ge oder Mg: AI gebildet. Weiterhin kann die zweite Elektrode 6 auch mehr als zwei Teilschichten, insbesondere drei
Teilschichten, aufweisen. In diesem Fall befindet sich bevorzugt eine metallische Schicht zwischen zwei Schichten aus einem transparenten leitfähigen Oxid. Außerdem ist es möglich, dass die zweite Elektrode 6 als Bragg-Spiegel mit einer Sequenz von vielen Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex gebildet ist.
Die erste Elektrode 4 kann auch Materialzusammensetzungen und Geometrien aufweisen, insbesondere wie in Verbindung mit der Druckschrift US 2010/0072884 AI angegeben, deren
Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird. Merkmale zur Streuschicht 3 sind auch in der Druckschrift US
2007/0077349 AI angegeben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird. In diesen Druckschriften sind zudem organische Schichtenfolgen beschrieben. Ferner ist es möglich, abweichend von der Darstellung gemäß Figur 1, dass die erste Elektrode 4 eine um zwei oder mehr erhöhte Anzahl von Nichtmetallschichten 41 aufweist, relativ zur Anzahl der Metallschichten 42. Beispielsweise befinden sich zwischen zwei benachbarten Metallschichten 42 je zwei oder drei der Nichtmetallschichten 41, wobei diese
Nichtmetallschichten 41 dann unterschiedliche
Materialzusammensetzungen haben können. In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
organischen Leuchtdiode 1 gezeigt. Die erste Elektrode 4 weist gemäß Figur 2 lediglich insgesamt drei Teilschichten auf, zwei Nichtmetallschichten 41 und eine Metallschicht 42, die sich zwischen den beiden Nichtmetallschichten 41
befindet.
Gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist eine Dicke der Metallschicht 42 dann bevorzugt erhöht. Die Dicke der Metallschicht 41 liegt beispielsweise zwischen
einschließlich 6 nm und 8 nm. Eine Dicke der dem
Trägersubstrat 2 nächstgelegenen Nichtmetallschicht 41 liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 30 nm und 80 nm oder zwischen einschließlich 40 nm und 50 nm. Die der organischen Schichtenfolge 5 zugewandte Nichtmetallschicht 41 weist zum Beispiel eine Dicke zwischen einschließlich 10 nm und 40 nm oder zwischen einschließlich 15 nm und 25 nm auf. Die beiden Nichtmetallschichten 41 sind insbesondere aus einem TCO wie ITO gebildet. Die Metallschicht 42 ist bevorzugt aus Silber geformt. Werden andere Materialien als Silber und ITO verwendet, so sind die Schichtdicken der Schichten 41, 42 entsprechend anzupassen. Beim Ausführungsbeispiel der Leuchtdiode 1 gemäß Figur 3 ist die organische Schichtenfolge 5 detaillierter dargestellt. Die zu einzelnen Schichten der organischen Schichtenfolge 5 getroffenen Angaben können auch für alle anderen
Ausführungsbeispiele herangezogen werden. Die Elektroden 4, 6 gemäß der Figur 3 sind ausgeformt, insbesondere wie in
Verbindung mit den Figuren 1 oder 2 beschrieben.
Die organische Schichtenfolge 5 weist mehrere aktive
Schichten 55a, 55b, 55c auf. An den aktiven Schichten 55a,
55b, 55c können sich jeweils Elektronenbarriereschichten 54e und/oder Löcherbarriereschichten 54h befinden. Zwischen benachbarten aktiven Schichten 55a, 55b, 55c befinden sich jeweils Ladungsträgererzeugungsschichten 50a, 50b. Die
Ladungsträgererzeugungsschichten 50a, 50b können ausgebildet sein, wie in den Druckschriften US 2008/0143249 AI und/oder US 2009/0146929 AI angegeben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird. Durch die Ladungsträgererzeugungsschichten 50a, 50b ist ein
Abstand zwischen den benachbarten aktiven Schichten 55a, 55b, 55c einstellbar. Ein Abstand zwischen den aktiven Schichten 55a, 55b, 55c je zur reflektierenden, zweiten Elektrode 6 liegt bevorzugt bei einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Scheitelwellenlänge der in der jeweiligen aktiven Schicht 55a, 55b, 55c erzeugten Strahlung R.
An der zweiten Elektrode 6 kann sich eine
Elektroneninjektionsschicht 53e befinden. An der ersten
Elektrode 4 ist bevorzugt eine Löcherinjektionsschicht 53h angebracht. Eine Dicke der gesamten organischen
Schichtenfolge 5 liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 100 nm und 1 μιη oder 200 nm und 700 nm. Die jeweiligen organischen Schichten der organischen
Schichtenfolge 5 können dotiert sein. Die einzelnen Schichten weisen bevorzugt eine hohe Strahlungsdurchlässigkeit im sichtbaren Spektralbereich, also insbesondere zwischen einschließlich 450 nm und 780 nm, auf. Bevorzugt weisen diese Schichten einen Absorptionskoeffizienten von höchstens
0,0005/mm oder von höchstens 0,0001/mm auf. Bei einer derart aufgebauten organischen Leuchtdiode 1 ist eine Lichtauskoppeleffizienz steigerbar. Zwar kann durch eine wie angegeben aufgebaute erste Elektrode 4 eine elektrische Leitfähigkeit reduziert sein, jedoch ist eine verbesserte Lichtauskopplung erreichbar. Hierdurch sind insgesamt
niedrigere Stromdichten erzielbar. Dies wird insbesondere erreicht durch die Kombination der ersten Elektrode 4 mit der Streuschicht 3 und dem Trägersubstrat 2.
In Figur 4 ist eine herkömmliche organische Leuchtdiode dargestellt. Bei solchen Leuchtdioden ist die erste Elektrode 4 durch eine einzige Schicht gebildet.
In Leuchtdioden auftretende Verlustkanäle sind in Verbindung mit Figur 5 illustriert. Der relative Leistungsanteil L ist gegenüber dem Abstand D der aktiven Schicht 55 zur
reflektierenden, zweiten Elektrode 6 aufgetragen. Der Bereich 21 kennzeichnet den relativen Anteil der in der aktiven
Schicht 55 erzeugten Strahlung R, die aus dem Trägersubstrat 2 ausgekoppelt wird. Der Bereich 22 entspricht dem Anteil der Strahlung R, die im Trägersubstrat 2 durch Wellenleitung geführt wird. Der Bereich 23 kennzeichnet den relativen
Anteil der Strahlung R, die durch Absorption in der
organischen Schichtenfolge 5, der ersten Elektrode 4 und dem Trägersubstrat 2 verloren geht. Der Bereich 24 kennzeichnet den Anteil der Strahlung, die in der ersten Elektrode 4 und der organischen Schichtenfolge 5 durch Wellenleitungseffekte geführt wird. Der Bereich 25 schließlich kennzeichnet den Strahlungsanteil, der über die Einkopplung von
Oberflächenplasmonen in die zweite Elektrode 6 verloren geht.
Es ist zu erkennen, dass der aus dem Trägersubstrat 2
ausgekoppelte Strahlungsanteil 21 einen Sinus-artigen Verlauf bezüglich des Abstands D zur zweiten Elektrode 4 aufzeigt. Mit steigendem Wert für den Abstand D nimmt der durch die Plasmoneneinkopplung hervorgerufene Verlustkanal 25,
erheblich ab, wodurch der relative Anteil 24 der in der organischen Schichtenfolge 5 und der ersten Elektrode 4 geführten Strahlung steigt. Insbesondere beträgt der Anteil 25 des Plasmonenverlustkanals für einen Wert von D von größer oder gleich 150 nm weniger als 10 %. Die aktive Schicht 55 befindet sich somit bevorzugt in oder nahe dem Maximum des Anteils 21 bei einem Abstand D von zirka 210 nm. Die
angegebenen Werte beziehen sich auf einen Brechungsindex von ungefähr 1,8. Bei einem hiervon abweichendem Brechungsindex ändern sich die angegebenen Werte entsprechend.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Leuchtdiode 1 gezeigt. Zwischen der Streuschicht 3 und der ersten Elektrode 4, die zum Beispiel wie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 angegeben aufgebaut ist, befindet sich eine Planarisierungsschicht 8. Anders als dargestellt können auch mehrere Planarisierungsschichten 8 vorhanden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann sich, anders als dargestellt, eine Planarisierungsschicht auch zwischen der ersten
Elektrode 4 und der organischen Schichtenfolge 5 befinden. Derartige Planarisierungsschichten 8, wie im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben, können auch optional in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind sowohl die erste Elektrode 4 als auch die zweite Elektrode 6 durchlässig für im Betrieb der Leuchtdiode 1 erzeugte Strahlung R. Somit kann die Strahlung R an beiden Hauptseiten der Leuchtdiode 1 emittiert werden. In diesem Fall handelt es sich bei der zweiten Elektrode 6 bevorzugt um eine mehrschichtige
Elektrode, die analog zur ersten Elektrode 4 aufgebaut sein kann. Optional befindet sich an der dem Trägersubstrat 2 abgewandten Seite der zweiten Elektrode 6 dann eine weitere Streuschicht 3b.
Auch alle anderen Ausführungsbeispiele können, in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7, als beidseitig emittierende Leuchtdioden ausgeführt sein, bei entsprechender Modifikation der zweiten Elektrode 6 und gegebenenfalls der Verkapselungsschicht 7 und/oder von weiteren Komponenten der Leuchtdiode 1, die sich an der dem Trägersubstrat 2
abgewandten Seite der zweiten Elektrode 6 befinden.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder die Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 210 494.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Organische Leuchtdiode (1) mit
- einem Trägersubstrat (2),
- einer Streuschicht (3) ,
- einer ersten Elektrode (4),
- einer organischen Schichtenfolge (5) mit mindestens einer aktiven Schicht (55) , und
- einer zweiten Elektrode (6)
wobei
- alle vorgenannten Komponenten (2, 3, 4, 5, 6) in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind,
- die Streuschicht (3) einen höheren mittleren
Brechungsindex aufweist als die organische
Schichtenfolge (5) ,
- die erste Elektrode (4) mindestens n oder mindestens n+1 Nichtmetallschichten (41) sowie n Metallschichten (42) aufweist,
- n eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 oder größer oder gleich 2 ist, und
- die Nichtmetallschichten (41) und die Metallschichten (42) abwechselnd aufeinander folgen.
Organische Leuchtdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei der n = 2 oder n = 3 oder n = 4 oder n = 5, wobei die Nichtmetallschichten (41) und die
Metallschichten (42) unmittelbar aufeinander folgen, wobei die erste Elektrode (4) genau n+1
Nichtmetallschichten (41) aufweist. 3. Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei der n eine natürliche Zahl gleich oder größer 2 ist, die erste Elektrode (4) mindestens n + 1
Nichtmetallschichten aufweist, die erste Elektrode (4) zwei randständige Schichten aufweist, die durch die Nichtmetallschichten gebildet sind, und die zwei randständigen Nichtmetallschichten (41) jeweils aus einem transparenten leitfähigen Oxid hergestellt sind.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der die zweite Elektrode (6) reflektierend und die erste Elektrode (4) strahlungsdurchlässig ist,
wobei eine Strahlungsauskopplung aus der Leuchtdiode (1) heraus durch das Trägersubstrat (2) hindurch erfolgt .
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der sowohl die erste Elektrode (4) als auch die zweite Elektrode (6) für die im Betrieb der
Leuchtdiode erzeugte Strahlung durchlässig ausgebildet sind, so dass die erzeugte Strahlung an beiden
Hauptseiten der Leuchtdiode emittiert wird.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der die Nichtmetallschichten (41) jeweils aus einem transparenten, leitfähigen Oxid hergestellt sind und die Metallschichten (42) aus einem oder mehreren der folgenden Metalle bestehen: Ag, AI, Au, Cd, Co, Cr, Cu, Ge, In, Mg, Mn, Mo, Ni, Pd, Pt, Si, Sn, Ti, Zn, Zr.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der eine Dicke der Metallschichten (42) jeweils zwischen einschließlich 1,5 nm und 7,5 nm liegt, und bei der die sich am nächsten am Trägersubstrat (2) und am nächsten an der organischen Schichtenfolge (5) befindlichen, randständigen Nichtmetallschichten (41) je eine Dicke zwischen einschließlich 12,5 nm und 70 nm aufweisen .
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der n > 2 ist,
wobei mindestens eine oder alle nicht randständigen Nichtmetallschichten (41) eine Dicke zwischen
einschließlich 70 nm und 250 nm aufweisen.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der mindestens eine oder alle nicht randständigen Nichtmetallschichten (41) eine optische Dicke von m λ/2 aufweisen, mit einer Toleranz von höchstens 0,1 λ, wobei m eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und λ eine Scheitelwellenlänge der in der organischen
Schichtenfolge (5) erzeugten Strahlung ist.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der die zweite Elektrode (6) mindestens zwei
Teilschichten (61, 62) aus verschiedenen Materialien umfasst .
Organische Leuchtdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die zweite Elektrode (6) genau zwei
Teilschichten (61, 62) aufweist, wobei die erste Teilschicht (61), die sich näher an der organischen Schichtenfolge (5) befindet, aus Ag oder einer Ag-Legierung gebildet ist und eine Dicke zwischen einschließlich 20 nm und 60 nm aufweist,
und die zweite Teilschicht (62) aus AI oder einer AI- Legierung gebildet ist und eine Dicke zwischen
einschließlich 40 nm und 200 nm aufweist.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der die Streuschicht (3) ein Matrixmaterial und darin eingebettete Streuzentren umfasst,
wobei ein Brechungsindex des Matrixmaterials bei mindestens 1,65 liegt.
Organische Leuchtdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei der ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der Streuzentren der Streuschicht (3) mindestens 0,1 beträgt,
wobei eine mittlere geometrische Dicke der Streuschicht (3) zwischen einschließlich 5 ym und 25 ym liegt.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei der die organische Schichtenfolge (5) mindestens zwei aktive Schichten (55) umfasst, die in Richtung weg von dem Trägersubstrat (2) einander nachfolgen.
Organische Leuchtdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem sich mindestens eine der aktiven Schichten (55) in einem optischen Abstand von 3/4 λ von der zweiten Elektrode (6) befindet, mit einer Toleranz von höchstens 0,1 λ und bezogen auf die Scheitelwellenlänge λ der in der aktiven Schicht (55) erzeugten Strahlung.
Organische Leuchtdiode (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens eine Ladungsträgererzeugungsschicht (50) umfasst,
wobei die Ladungsträgererzeugungsschicht (50) eine Zwischenschicht mit oder aus einem Metall, einem
Metalloxid oder einem Metallhalogenid umfasst, die sich zwischen einer n-leitenden und einer p-leitenden
Schicht der Ladungsträgererzeugungsschicht (50)
befindet und die Zwischenschicht eine mittlere Dicke zwischen einschließlich 0,8 nm und 4,5 nm aufweist.
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