WO2015063068A1 - Elektro-optisches, organisches halbleiterbaulelement mit voneinander beabstandeten elektroden - Google Patents

Elektro-optisches, organisches halbleiterbaulelement mit voneinander beabstandeten elektroden Download PDF

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WO2015063068A1
WO2015063068A1 PCT/EP2014/073086 EP2014073086W WO2015063068A1 WO 2015063068 A1 WO2015063068 A1 WO 2015063068A1 EP 2014073086 W EP2014073086 W EP 2014073086W WO 2015063068 A1 WO2015063068 A1 WO 2015063068A1
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WO
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electrode
edge
layer
electro
organic semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/073086
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Fehse
Alexander Zakhidov
Olaf R. Hild
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO2015063068A1 publication Critical patent/WO2015063068A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/805—Electrodes

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an electro-optical, organic semiconductor device, in particular an organic light emitting diode (OLED) or an organic photodiode (OPD). Further embodiments of the present invention relate to a method for producing an electro-optical, organic semiconductor device. Further embodiments relate to microstructured organic electronic systems, in particular but not exclusively for integration into optical systems for illumination, signal generation, signal detection and alignment of different systems or objects to each other. The present invention may also be used to fabricate non-optically active devices, such as organic semiconductor integrated circuits.
  • OLEDs Organic light-emitting diodes
  • the active luminous area is limited by the passivation in size, since an overlap inevitably causes a larger area of the passivation than the layer to be passivated.
  • the maximum design is usually predetermined, so that such overlapping regions reduce the size of the later usable active components in the area.
  • the passivation are usually coatings / polymers that can outgas (eg residues of solvents, synthesis residues and water / oxygen) and thereby destroy the OLED (which degrades by these substances)
  • the passivation layers are usually semi-transparent, with the passivated / covered electrodes mostly made of opaque metal -> through the
  • the passivation leads to a visually worse edge of the electrode, since the passivation can still be perceived in a magnifying optics.
  • the reduction in the layer thickness of the passivation leads to a fuzzy transition between the transparent background and the opaque electrode, which reduces the visual impression of the microstructure with an enlarged view of the quality.
  • Passivations are typically> 1 ⁇ m thick, which is why a problem with the encapsulation of the OLED with a typical thickness of 100-300 nm can occur with regard to layer stress of the encapsulation adhesive and also air inclusions or inhomogeneous adhesive distribution can lead to optically unacceptable inhomogeneities.
  • organic photodiodes OPD, English, “organic photo diode”
  • UV ultraviolet
  • NIR near infrared
  • light-emitting reading / positioning devices are realized, for example, in that an LED is irradiated into the transparent carrier substrate (eg glass / quartz) and only at scattering elements within the carrier glass the light is then coupled out to the user / observer.
  • the transparent carrier substrate eg glass / quartz
  • interference effects can also be used to decouple light within the carrier glass into specific angles to the user.
  • the LED has a very low light extraction efficiency to the user and therefore has to be operated at very high luminance densities. to provide an acceptable luminance to the user.
  • the luminous dots are not separately controllable or colorable.
  • the display of variable numbers eg 7-segment displays. not realizable with the lateral LED connection.
  • the patent DE 100 49 024 B4 describes an OLED line plate using complex structuring technologies. Since OLED reticles have traditionally been produced by evaporation of the organic material (ie, the organic layer or layer sequence) by means of shadow masks, the use of passivation layers has been absolutely necessary for the following technical reasons.
  • the shadow masks for the organics are typically produced by means of etching or laser structuring and have strongly rounded corners in the micrometer range, since for shadow masks the etching / laser can not be precisely controlled in the sub-micron range.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an optical device according to the prior art, which is shown in the patent DE 100 49 024 B4.
  • a transparent carrier substrate in particular carrier glass
  • a transparent or semitransparent electrically conductive first electrode 2 is applied over the entire surface or on partial surfaces of the carrier substrate 1.
  • This first electrode 2 or anode in the form of a thin layer consists for example of inorganic materials such as metal or metal oxides.
  • a conductive organic material 3 which tends towards electroluminescence, is applied.
  • a material 3 for example, PPV (poly (p-phenylene-vinylene)
  • PPV poly (p-phenylene-vinylene)
  • the necessary electrical energy is supplied via a second electrode 5, which is quasi a cathode and which consists of metal, metal alloys or other materials.
  • a second electrode 5 which is quasi a cathode and which consists of metal, metal alloys or other materials.
  • an insulating layer 4 is used for isolation between the first and second electrode 2/5 and, in addition to the protection of the layer package, one or more transparent protective layers 6 or a glass cover plate are applied. Radiation or light exits in the direction A (through the semitransparent electrode on the carrier substrate) and is perceived by the viewer B.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a top view of an OLED luminous structure according to the prior art of the patent DE 100 49 024 B4 (not identical to the structure shown in FIG. 1). You can see the OLED or the organic Layer / layer sequence 3 and the metallization 2.
  • the light stripe between OLED 3 and metallization 2 is the passivation 4. It can be clearly seen in Fig. 2, the passivation 4 and the associated loss of active area.
  • the edges of the metallization 2 (lithographically structured metal) are clearly sharpened or recognizable.
  • Other possible tasks include improving efficiency and efficiency, as well as precise structuring.
  • Exemplary embodiments of the present invention provide an electro-optical, organic semiconductor component which comprises a photoactive layer or layer sequence, a first electrode and a second electrode.
  • the photoactive layer or layer sequence comprises at least one organic material.
  • the photoactive layer or layer sequence furthermore has a first main surface, a second main surface and an edge. The edge connects the first main surface and the second main surface with each other.
  • the first electrode is disposed on the first main surface.
  • the second electrode is disposed on the second major surface and extends within at least one edge region of the edge to the edge or beyond.
  • the first electrode is spaced from at least one edge region.
  • FIG. 1 For embodiments of the present invention, provide a method of manufacturing an electro-optic organic semiconductor device.
  • the method comprises providing a substrate having a first electrode and a photoactive layer or layer sequence at least partially covering the first electrode on a first main surface of the substrate.
  • the method further comprises coating the substrate with an electrically conductive material and patterning the electrically conductive material such that the remaining electrically conductive material extends within at least one edge region of an edge of the photoactive layer to the edge or beyond, the at least one edge region is spaced from the first electrode.
  • the present invention is based on the finding that the function of an electrical insulation between the first electrode and the second electrode can be taken over by the photoactive layer or layer sequence if the photoactive layer or layer sequence ensures a sufficient distance between the first and the second electrode to prevent unwanted contact of the two electrodes.
  • the customary passivations currently used would in this case force a reduction of the active component surfaces (in this case luminous surfaces) and thus be disadvantageous for the possible maximum brightness of the component.
  • the present invention is also based on the recognition that an active region (for example the luminous region of an OLED) can also be defined by the geometrical intersection of the first electrode, the second electrode and the photoactive layer / layer sequence.
  • the first electrode and the second electrode are electrically isolated from one another by means of the photoactive layer or layer sequence.
  • the edge may have an edge surface and the second electrode may extend along at least one edge region along the edge surface.
  • the second electrode may include a first planar portion extending in a plane of the first major surface of the photoactive layer or layer sequence.
  • the second electrode may further comprise a second areal portion on the second major surface of the photoactive layer or layer sequence.
  • a connection portion may be provided between the first sheet portion and the second sheet portion. The connecting portion may extend along the at least one edge region of the edge surface.
  • the electro-optical, organic semiconductor component may further comprise a substrate, wherein the first electrode is arranged on a first main surface of the substrate and wherein the photoactive layer or layer sequence is likewise arranged on the first main surface of the substrate and at least partially overlaps the first electrode ,
  • the electro-optic, organic semiconductor device may further comprise a contacting surface disposed on the first major surface of the substrate spaced from the first electrode, the second electrode extending beyond the edge to the contacting surface and at least partially overlapping it.
  • the second electrode may comprise a deposited and photolithographed or vapor deposited conductive material.
  • the electro-optical organic semiconductor device may be an organic light emitting diode (OLED) or an organic photodiode (OPD).
  • OLED organic light emitting diode
  • OPD organic photodiode
  • the photoactive layer or layer sequence may have an area of not more than 4mm 2, preferably of at most 1 mm 2, more preferably of at most 0.5 mm 2, still more preferably of not more than 0, 1 mm 2.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an optical component according to the prior art
  • FIG. 2 shows a plan view of an OLED luminous structure in accordance with FIG
  • FIGS. 3A-3D show schematic top views of an electro-optical organic semiconductor structure according to exemplary embodiments, wherein the plan views show, for example, different stages during the production of the semiconductor structure;
  • 4A-4K show a method sequence of a production process according to at least one exemplary embodiment with reference to schematic cross-sectional views
  • 5A is a schematic perspective view of an electro-optical organic semiconductor device according to at least one embodiment
  • Fig. 5B is a schematic plan view of the electro-optic organic semiconductor device of Fig. 5A.
  • Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of an electro-optical organic
  • the procedure described here describes a new way of producing electro-optical or purely electrical, organic semiconductor components (eg OLED / OPD reticles or positioning and reading devices, circuits and logics) by changing the passivation within the organic semiconductor component (eg reticle / OLED / OPD) and thereby achieves the following advantages:
  • the active area is maximized (since no Passivitationshnee arise), which is why a larger luminous flux with bulbs or larger power at purely elekiri- see results in components and allows a longer life or other advantageous properties.
  • the opaque electrodes are not covered by a semitransparent passivation, so that the electrodes produce an extremely sharp / precise edge, which are limited only by lithographic processes (currently unsurpassed structuring technique)
  • This new approach of OLED / OPD structuring can be achieved by lithographic structuring of the OLED / OPD or by using shadow masks (but here mostly with rounded or larger structures).
  • micro-structured OPD thereby achieving a higher light output, production efficiency, service life and reduced probability of failure.
  • OPD optical photoelectron emission detector
  • micro-structured OPD 's and OPD arrays can be realized in a highly transparent environment, read out separately and, if required, combined with an OLED / LED display.
  • an electro-optical component is understood to be a light-emitting component, a light-detecting component or a component which both emits and detects light.
  • Pure electrical components are, for example, transistors or memory.
  • the photoactive layer or layer sequence may be suitable for emission and / or detection of light.
  • the light emitted / detected by the proposed electro-optical organic semiconductor device can range in a wavelength range from far-infrared (F!
  • UV-C or FUV remote ultraviolet
  • visible Range from about 400mm to about 750 lie.
  • a passivation layer is dispensed with, although the geometry of the electrodes is limited (see the approach described below).
  • the cathode clearly overlaps both the anode and the organics on at least one side (the order or assignment of the electrodes is interchangeable). This is shown in FIGS. 3A to 3D.
  • the anode may be most realized.
  • the cathode can be realized significantly smaller than the anode and the organics and clearly overlap both the anode and the organics on at least one side.
  • FIG. 3A shows a schematic plan view of an anode or first electrode 110 and of a contacting region 120 for a cathode or second electrode of an optical-optical organic semiconductor component.
  • the anode 110 includes a first anode region 12 which, for example, may consist essentially of black chrome or other metals. This first anode region may be opaque, i. be opaque.
  • the anode 10 further comprises in Figure 3A a second anode region 14 which may, for example, consist essentially of the semitransparent material indium tin oxide (ITO) Alloys or mixtures of substances within the first and second anode regions 1 12 and 1 14. This also applies to further material information in the further course of this description
  • the second anode region 1 14 belongs to the first anode region 1 12. Both anode regions 1 12 and 1 14 (eg inverted "V7ITO and chrome) are electrically connected to each other
  • the anode 110 and the contacting region 120 are arranged, for example, on the surface of a substrate or embedded in the surface.
  • the substrate may be a transparent or transparent material, in particular glass or a suitable plastic (polycarbonate, polymethyl methacrylate, etc.).
  • a gap between the anode 110 and the contacting region 120 for the anode is a gap between the anode 110 and the contacting region 120 for the anode.
  • 3B shows a top view of the electro-optical organic semiconductor component after a photoactive layer or layer sequence 130 (indicated by dashed line) has been arranged on the first electrode 110 and the second electrode contacting region 120, such that the photoactive layer 130 covers almost the whole
  • a photoactive layer or layer sequence 130 (indicated by dashed line) has been arranged on the first electrode 110 and the second electrode contacting region 120, such that the photoactive layer 130 covers almost the whole
  • the fact that the photoactive layer 130 does not extend all the way to the outer edge of the first anode region 1 12 and possibly even beyond results in a more precise one in many cases Delimitation of the first anode region 1 12, since the outer edge remains directly visible and is not covered by the possibly semitransparent photoactive layer 130.
  • the outer edge of the electrode region 1 12 thus remains clearly visible to a viewer, which may be particularly relevant in measurement applications and target optics.
  • the photoactive layer or layer sequence 130 may extend beyond the outer edge of the first electrode region 12, for example if a precise optical representation of the outer edge of the first electrode region 112 is not required.
  • the photoactive layer or layer sequence 130 may also completely cover the first electrode 110.
  • the photoactive layer / layer sequence 130 (sometimes also referred to as "organic” for short) may be applied by a deposition process.
  • FIG. 3C shows a further step after a second electrode 180 has been arranged on the organic layer 130 and the contacting surface 120.
  • the second electrode 180 may also be deposited by a deposition process and may be made of, for example, aluminum or an aluminum alloy.
  • the second electrode 180 may also be referred to as a counter electrode.
  • the second electrode 180 performs the function of a cathode for the organic light emitting diode, wherein according to alternative embodiments, a function as an anode is possible.
  • the second electrode 180 overlaps both the photoactive layer 130 and the contacting region 120. However, the second electrode 180 holds in the region where the first electrode 110, the photoactive layer 130, and the second electrode 180 are held one above the other, a distance to an edge of the organic layer 130, ie, the second electrode 180 is spaced in this area from the edge of the organic layer 130. This distance ensures that the second electrode 180 and the first electrode 110 do not come too close, and thus possibly cause a short circuit. In particular, without a sufficiently large distance in the manufacture of the electro-optic semiconductor device due to manufacturing tolerances, the second electrode 180 may unintentionally extend beyond the edge of the organic layer 130 and thus come into contact with the first electrode 110 ,
  • the second electrode 180 protrudes beyond an edge of the organic layer 130 within an edge region of the organic layer 130.
  • this edge region is essentially the lower edge of the triangle.
  • this edge region is at a distance from the first electrode 110, essentially through the gap between the first electrode 110 and the contacting region 120.
  • FIG. 3D shows a schematic plan view of the finished semiconductor component in operation.
  • the semiconductor device for example an OLED
  • the semiconductor device for example an OLED
  • the semiconductor device for example an OLED
  • the illuminated area is indicated by a vertical hatching in FIG. 3D. All other areas get no power (or only negligible power), because one of the electrodes is missing, and therefore do not light up.
  • the glowing area usually has precise and sharply defined edges. This can be achieved by defining the luminous region, as it were, by the geometrical intersection of the first and second electrodes 110, 180 and by precisely patterning the electrodes 110, 180-in contrast to the organic layer 130.
  • FIGS. 3A to 3D can also be described as follows.
  • a glass wafer with iTO coating (1TO is semi-transparent) is used and the ITO 1 14 structured.
  • the metallization 1 12 and 120 is applied (as shown in Fig. 3A).
  • an organic layer 130 is applied to the wafer via lithographic / shadow mask patterning (FIG. 3B).
  • the opaque cathode 180 is applied by lithography or shadow mask ( Figure 3C).
  • the OLED is switched on, the component now lights up through the ITO 1 14 into the glass and then to the observer. This design is referred to as bottom-emission OLED (BOLED).
  • BOLED bottom-emission OLED
  • an opaque electrode e.g., metal layer
  • a semitransparent electrode e.g., silver, aluminum
  • both electrodes are semitransparent (glass - »electrode 1 - organic -> electrode 2), which is why the OLED glows in both directions.
  • a transparent OLED is produced.
  • FIGS. 4A to 4K show schematic cross-sectional views which show a method for the production of microstructured organic layers with negative photoresist, in particular a production method for organic components.
  • Photoresists and counter electrodes used.
  • the photoimageable photoresist is applied to the organic layers ( Figure 4B).
  • the photoresist is exposed in a defined manner to produce a patterned photoresist layer ( Figure 4C).
  • the unexposed part of the photoresist is removed by means of solvent (Fig. 4D).
  • the form of the structured photoresist is transferred by means of etching steps into the organics and / or electrode layers (FIG. 4E).
  • the remaining photoresist is removed by means of solvent (FIG. 4F).
  • solvents / liquids used to apply and remove the photoresist do not affect the organic layers of the organic components and thus permit lithographic structuring of the organics.
  • Suitable solvents for this lithography are fluorocarbon liquids as described in US Pat. No. 6,144,157. As described in the patent, damage the highly fluorinated solvent! not the OLED.
  • o Bakeout temperature for the pre- and post-exposure bake paint is 90 ° C for one minute
  • o Pressure for metal electrode deposition is ⁇ 10 "6 mbar
  • the lacquer exposure dose in the UV (365 nm) is typically 20-100 mJ / cm 2
  • the electrodes, organic layers, leads and encapsulation are patterned ( Figure 4G to K).
  • the structuring can also be realized by lift-off processes with the photoresists and the functional layers.
  • positive varnish is used to perform the structuring.
  • a combination of positive and negative varnishes for organic and electrode structuring is also possible in a further production process.
  • a transparent substrate 100 is used wherein there is a patterned electrode 110 having contact terminals and deposited thereon two photoactive layers 130, 140 (laterally conductive organic materials). Further, on the transparent substrate 100, a second electrode contacting surface 120 is provided.
  • a photoresist solution is applied over the organic layers to form a photopatternable layer 150 (eg, fluorinated photoresist).
  • a photopatternable layer 150 eg, fluorinated photoresist.
  • Mitteis selective UV illumination 170 and a photomask a structure is transferred into the photoresist 150 » whereby also an inverse structure is formed by the unexposed varnish.
  • the unexposed lacquer is removed by means of solvent.
  • the resulting photoresist (exposed and baked fluorinated photoresist) 150a corresponds almost exactly to the first electrode 1 10, wherein the paint overlaps the electrode edge in at least one direction 1 to ⁇ ⁇ (see FIG. 4D).
  • the unexposed photoresist is removed by means of a solvent. Thereafter, the structure formed by the resist 150a is transferred into the organic layers 130, 140 (Figs. 4D to 4E).
  • the transfer can be carried out by various methods, such as wet or dry etching.
  • the organics 130, 140 are removed everywhere, except for the areas protected by the photoresist 150a.
  • the remaining photoresist 150a is removed again ( Figure 4F).
  • Another photoresist layer 150 is applied (FIGS. 4G to 41) and patterned by means of UV exposure 170.
  • the unexposed lacquer is removed again by means of solvent.
  • the resulting photoresist structure is adapted to the shape of the first electrode and overlaps it at at least one location (in the region of the left edge of the organic layers 130, 140) to prevent a later short circuit.
  • the photoresist region 152a which remains on the surface of the organic layer 140, defines a distance between the left edge (in FIG. 41) of the organic layers 130, 140 and the second electrode 180, which is subsequently deposited and patterned. In this way, it can be ensured that the second electrode 180 maintains a sufficient distance to those edge regions of the organic layers 130, 140 that directly adjoin the first electrode 110.
  • a second electrode 180 is applied and patterned by means of lift-off of the photoresist 150a.
  • FIG. 5A shows a schematic perspective view of an electro-optical organic semiconductor component according to at least one exemplary embodiment
  • the electro-optical, organic Haibieiterbauelement comprises a photoactive layer or layer sequence 130, 140 with at least one organic material.
  • the photoactive layer or layer sequence 130, 140 has a first major surface (in FIG. 5A, the lower, hidden major surface of the organic layer 130), a second major surface 132, and a rim 136 that interconnects the first major surface and the second major surface 132 combines.
  • the electro-optic organic semiconductor device further comprises a first electrode 1 10 arranged on the first main surface and a second electrode 180 arranged on the second main surface 132.
  • the second electrode 180 extends within at least one edge region 138 (hatched in FIG. 5A) of the edge 136 up to the same or, as shown in FIG. 5A, even beyond the edge 136.
  • the first electrode 110 is spaced from the at least one edge region 138.
  • the second electrode 180 in FIG. 5A comprises a first planar section 186 which extends in a plane of the first main surface of the photoactive layer or layer sequence 130, 140.
  • a second planar section 182 is arranged on the second main surface 132 of the photoactive layer or layer sequence 130, 140 or at least a partial area thereof.
  • the second electrode 180 further includes a connecting portion 184 between the first planar portion 186 and the second planar portion 182 that extends along the at least one edge portion 138 of the rim 136.
  • FIG. 5B shows a schematic plan view of an electro-optical organic semiconductor component according to at least one exemplary embodiment.
  • the photoactive layer or layer sequence 130, 140 is arranged on a partial region of the first electrode 110.
  • the photoactive layer / layer sequence 130, 140 extends beyond the edge of the first electrode 110 (or a portion of this edge) by an offset 16.
  • the offset 16 defines a distance between the edge of the first electrode 110 and the edge of the organic layer / layer sequence 130, 140 (for purely informational purposes and by no means restrictive it should be noted that in FIG right edges).
  • the photoactive layer or layer sequence 130, 140 has a first main surface, which is not visible in FIG.
  • a second main surface 132 of the organic layer or layer sequence 130, 140 is disposed opposite the first main surface.
  • the first and second main surfaces are parallel to each other. Non-parallel arrangements of the main surfaces are not excluded, but also conceivable.
  • the second electrode 180 is arranged so as to maintain a distance 188 between the second electrode 180 and those edge portions of the organic layer 130, 140 extending to the first electrode 1 10 extend.
  • the second electrode 180 extends beyond the photoactive layer 130, 140 in the edge region 138.
  • This edge region 138 of the organic layer or layer sequence is sufficiently spaced from the first electrode 110 as a result of the offset 16, in order to produce e.g. to provide effective electrical isolation between the first electrode 110 and the second electrode 180.
  • the second electrode 180 may extend in sections along the edge region 138.
  • the second electrode 180 also extends to the contacting region 120.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of an electro-optical, organic semiconductor component according to a further exemplary embodiment.
  • the photoactive layer or layer sequence 130, 140 extends over the entire first electrode 1 10 and thus completely covers them.
  • the second electrode 180 is in turn arranged on the entire second main surface of the organic layer or layer sequence 130, 140 and additionally extends beyond the right edge (in the representation of FIG. 6) of the organic layer / layer sequence 130, 140 run along the edge thereof and further along a portion of the main surface of the substrate 100 until the second electrode 180 reaches the contact region 120 and at least partially overlaps.
  • the first electrode is spaced from the at least one edge region. within which the second electrode disposed on the second major surface extends to the edge or beyond
  • the electrical contacting of the first electrode 110 may be effected, for example, through the substrate 100, for which purpose a through-connection 412 to the underside of the substrate 100 and a contact surface 414 to the underside may be provided.
  • the through-connection 412 and the contact surface 414 are arranged in FIG. 6 on a side edge of the first electrode 110 in order to disturb the light emission through the semitransparent first electrode 110 and the underlying substrate 100 as little as possible.
  • Other configurations of the electrical contacting of the first electrode 1 10 are also possible.
  • an electroluminescent light-emitting device a purely electrical or electronic device or OPD u.a. comprising organic layers deposited on a substrate, comprising: at least one light-emitting layer of organic material
  • the electrode A is designed larger than the emitting layer and electrode B in at least one area
  • the emitting layer in its construction is not overlapped by the electrode B in at least one region of the light emitting device or lies exactly on top of the organic material
  • the electrode B overlaps the electrode A with an emissive layer therebetween
  • the electrode B overlaps the emitting layer in at least one area, with no electrode A underneath
  • At least one electrode may be semitransparent and one electrode opaque.
  • At least two electrodes can be transparent. Above or below the luminous structure / light absorption structure and its electrodes, an opaque layer can be integrated, which overlaps the entire luminous structure / light absorption structure, excluding the supply lines, and produces a clearly visible edge to the outside. More than two electrodes can be generated and thus over- or / and adjacent emitting light structures / light absorption structures can be generated.
  • a light-sensitive component can also be integrated.
  • Different emission wavelengths can be controlled separately within a light emission device.
  • the organic layers, including the electrode, can be protected by airtight encapsulation layers.
  • a highly transparent, possibly coated, protective plate can be attached on the light emitting device.
  • a target or target structure can be used.
  • At least one crosshair can be displayed or structured as a substructure.
  • different absorption wavelengths within a device may be separately detectable.
  • An OLED display can be integrated next to the OPD (s) and, for example, measurement data or additional information, eg. B. other sensors, display.
  • OPD OPD
  • additional information eg. B. other sensors, display.
  • Outer sides are anti-reflective and / or be provided with optical filters.
  • a light coupling-out layer or light-emitting layer can be applied to the last electrode applied.
  • a thin layer encapsulation e.g. by ALD (atomic layer deposition), CVD (chemical vapor deposition), Vitex (multilayer oxide and organic) or combinations thereof and the layer thickness and material selection can be designed so that the lowest possible parasitic light absorption takes place and the refractive index of the Dünn fürverkapselungs für adapted to the other component materials (substrate, cover glass, organics, electrodes).
  • the thin film encapsulation may be patterned and only cover the sensitive areas and overlap such that lateral diffusion / migration of e.g. prevented or minimized by water.
  • the thin-layer encapsulation may also cover the component and the adjacent transparent regions of the substrate (full-surface application of the thin-layer encapsulation).
  • One or more passive matrix OLED displays formed by anodes and cathode strips with optional layer separators can cover the substrate over the entire area or in regions.
  • the drive circuit of the various matrix pixels is realized via an external device (i.e., passive pixel control by external help).
  • One or more active-matrix OLED displays may cover the entire area or regions of the substrate, with the drive circuit for the pixel being inserted directly into the matrix (i.e., active pixel control on the substrate).
  • One or more active or passive matrix OLED displays may partially cover the substrate.
  • One or more passive-matrix or active-matrix sensor arrays can cover the substrate over the entire area or in regions.
  • a method for producing an organic device as described above can be provided by the following steps; a. Use of a substrate with structured electrode or application of a first
  • the technical teaching described herein relates to novel microstructured organic electronic systems for use in electroluminescent light-emitting devices or organic photodiodes used, for example, in optical positioning and / or reading devices and optical sensors.
  • optical systems with luminous elements are addressed. in soft reticles.
  • Reticles positioning devices, reading structures.
  • Analogously, applications for the detection of light, possibly spectrally resolved, are addressed.
  • the described invention can generally be used for the production of microstructured OLEDs / OPDs or purely electrical components. This includes both Top- and bottom-emitting OLEDs or absorbing OPDs and transparent OLEDs / OPDs with a.
  • the OLEDs can be used in so-called reticles, reticle (eg rifle scope for hunting weapons), telescopes, microscopes - thus generally magnifying optics with integrated lighting / display.
  • OPDs there are possibilities for realizing a highly sensitive sensor element, since the achievable transparency does not hinder additional sensors, arrays are possible and the combination with an OLE D display can also be realized.
  • a combination with other sensors eg distance sensors, humidity sensors, temperature sensors etc. can be used to a further functionality.
  • detectors for ionizing radiation can additionally be realized or integrated.
  • the technical teaching described herein may also relate to an organic semiconductor device.
  • Such an organic semiconductor device comprises an active layer or layer sequence with at least one organic material, the active layer or layer sequence having a first main surface, a second main surface and an edge connecting the first main surface and the second main surface.
  • a first electrode is disposed on the first main surface.
  • a second electrode is disposed on the second major surface and extends within at least one edge portion of the edge to the edge or beyond. In this case, the first electrode is spaced from the at least one edge region.
  • optional embodiments of the photoactive layer and their features mentioned in the claims can be applied unchanged or with few changes to the active layer or layer sequence of the present organic semiconductor device.
  • optional embodiments of the first and second electrodes described above or in the claims may be applied to the electrodes of the present organic semiconductor device as they are or with minor adjustments.
  • the method for producing an electro-optical. Organic semiconductor device can be converted by such changes in a method for producing an organic Halbleiterbaueiements.
  • the proposed organic semiconductor device may be, for example, a diode, a transistor, a memory cell, or a similar arrangement in the field of semiconductor technology, in particular an electronic, organic semiconductor device.

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Abstract

Ein elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement umfasst eine fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) mit zumindest einem organischen Material, wobei die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche und einen Rand (136) aufweist. Der Rand verbindet die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche miteinander. Das Halbleiterbauelement umfasst auch eine erste Elektrode (110), die an der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist, und eine zweite Elektrode (180), die an der zweiten Hauptoberfläche angeordnet ist und sich innerhalb zumindest eines Randbereichs (138) des Rands (136) bis zu dem Rand (136) oder darüber hinaus erstreckt. Die erste Elektrode (110) ist beabstandet von dem zumindest einen Randbereich (138).

Description

Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement mit voneinander
beabstandeten Elektroden
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement, insbesondere eine organische Leuchtdiode (OLED) oder eine organische Fotodiode (OPD). Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektro-optischen, organischen Halbleiterbauelements. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf mikrostrukturierte organische elektronische Systeme, insbesondere aber nicht ausschließlich zur Integration in optische Systeme zur Beleuchtung, Signalerzeugung, Signaldetektion und Ausrichtung von verschiedenen Systemen oder Objekten zueinander. Die vorliegende Erfindung kann auch zur Herstellung von nicht optisch aktiven Bauelementen genommen werden, wie zum Beispiel integrierte Schaltungen mittels organischer Halbleiter.
Organische Leuchtdioden (OLEDs, engl,„organic light emitting diode") haben sowohl im Bereich Beleuchtung als auch als neuartige Displaytechnologie viel Interesse erfahren und bedeutende Märkte erschlossen. Dazu tragen besonders die potentiell hohe Effizienz, der erreichbare Farbraum und die mögliche sehr dünne Bauform bei.
Derzeit ist die Nutzung von Passivierungsschichten zur Strukturierung der späteren aktiven Leuchtfläche und zur elektrischen Trennung (Isolation) der Elektroden üblich und wird in der Display- und Beleuchtungsindustrie eingesetzt. Nachteile dieser Passivierung sind:
Sie erfordert extra Prozessschritte zur Strukturierung (Lithographie, Spincoating, Ausbacken, usw.)
Da eine Passivierung in der Regel die zu passivierenden (d.h. isolierenden) Schich- ten (wie z.B. Elektroden) vollständig überdecken muss. ist die aktive Leuchtfläche durch die Passivierung in der Größe beschränkt, da eine Überlappung zwangsläufig eine größere Fläche der Passivierung als die zu passivierende Schicht hervorruft. Bei Mikrostrukturen ist die maximale Bauform zumeist vorgegeben, wesnalb solche Überiappungsbereiche die späteren nutzbaren aktiven Bauelemente in der Fläche verkleinert. Die Passivierung sind meist Lacke/Polymere, weiche ausgasen können (z.B. Reste von Lösungsmitteln, Synthesereste und Wasser/Sauerstoff) und dadurch die OLED zerstören (welche durch diese Stoffe degradiert)
Die Passivierungsschichten sind meist semi- transparent, wobei die passivier- ten/überdeckten Elektroden zumeist aus opakem Metall bestehen -> durch den
Überlapp der Passivierung zu den Elektroden, führt die Passivierung zu einer optisch schlechteren Kante der Elektrode, da die Passivierung bei einer Vergrößerungsoptik noch wahrgenommen werden kann. Die Schichtdickenabnahme der Passivierung führt zu einem unscharfen Übergang zwischen transparentem Hinter- grund und opaker Elektrode, was den optischen Eindruck der Mikrostruktur bei vergrößerter Betrachtung in der Qualität verringert.
Passivierungen sind typisch > 1 μιη dick, weshalb bei der Verkapselung der OLED mit typ. 100-300nm Dicke ein Problem bzgl. Schichtspannung des Verkapselungs- klebers auftreten kann und auch Lufteinschlüsse bzw. inhomogene Kleberverteilung zu optisch nicht akzeptablen Inhomogenitäten führen kann.
Neben den erwähnten organischen Leuchtdioden gilt im Prinzip das Gleiche auch für organische Fotodioden (OPD, engl,„organic photo diode"), wobei die breite spektrale Absorption von UV (ultraviolett) bis NIR (naher Infrarotbereich) einen Vorteil der organischen Fotodioden darstellt, sowie die kostengünstige Strukturierbarkeit zu beliebigen Formen.
Derzeit werden lichtemittierende Ablese-/Positionierungseinrichtungen beispielsweise dadurch realisiert, dass eine LED in das transparente Trägersubstrat (z.B. Glas/Quarz) eingestrahlt wird und nur an streuenden Elementen innerhalb des Trägerglases wird das Licht dann zum Nutzer/Beobachter ausgekoppelt. Alternativ können auch Interferenzeffekte genutzt werden, um Licht innerhalb des Trägerglases in bestimmte Winkel zum Nutzer auszukoppeln. Bei beiden Verfahren (streuende Element innerhalb des Trägerglases bzw. Nutzung von I n te rf e re nzeff e kte n ) ergibt sich der Nachteil, dass die LED dabei eine sehr geringe Lichtauskoppeleffizienz zum Nutzer hat und somit bei sehr hohen Leuchtdichten betrieben werden muss, um eine akzeptable Leuchtdichte für den Nutzer bereitzustellen. Ein weiterer, unter Umständen größerer Nachteil ist. dass die Leuchtpunkte nicht separat ansteuerbar oder farblich gestaltbar sind. Beispielsweise ist die Darstellung von veränderbaren Ziffern, z.B. 7-Segmentanzeigen. mit der seitlichen LED-Uchteinkoppiung nicht realisierbar. Das Patent DE 100 49 024 B4 beschreibt eine OLED-Strichpiatte unter Verwendung aufwendiger Strukturierungstechnologien. Da OLED-Strichplatten bisher üblicherweise mittels Verdampfung der Organik (d.h. , die organische Schicht oder Schichtenfolge) durch Schattenmasken hergestellt wurden, ist die Verwendung von Passivierungsschichten aus folgenden technischen Gründen zwingend notwendig gewesen. Die Schattenmasken für die Organik werden typischerweise mittels Ätzung oder Laserstrukturierung hergestellt und weisen im Mikrometerbereich stark abgerundete Ecken auf, da für Schattenmasken die Ätzung/Laser nicht im sub-Mikrometer-Bereich genau kontrolliert werden können. Damit diese starken Abrundungen der Öffnungen der Schattenmasken nicht zu abgerunde- ten Kanten bei z.B. Dreiecks/Vierecks-Strukturen werden, nutzt die derzeitige Technologie die Passivierung (welche im sub-Mikrometerbereich leicht kontrollierbar ist) um äußerst präzise Kanten/Ecken zu erzeugen. Aus diesem Grund ist bisher die Nutzung von Passivierung in OLED-Mikrostrukturen eine Notwendigkeit gewesen, wenn präzise Strukturen erzeugt werden sollten.
Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung eines optischen Bauelements gemäß dem Stand der Technik, der im Patent DE 100 49 024 B4 gezeigt ist. Demnach ist auf einem transparenten Trägersubstrat 1 , insbesondere Trägerglas, eine transparente oder semitransparente elektrisch leitfähige erste Elektrode 2 ganzflächig oder auf Teilflächen des Trägersubstrats 1 aufgebracht. Diese erste Elektrode 2 bzw. Anode in Form einer dünnen Schicht besteht beispielsweise aus anorganischen Materialien wie Metall oder Metalloxiden. Auf dieser ersten Elektrode 2 bzw. auf maskierten Teilbereichen hiervon ist ein leitfähiges organisches, zu Elektrolumineszenz neigendes Material 3 aufgebracht. Ein solches Material 3 beispielsweise PPV (Poly(p-phenylen-vinylen)) hat die Eigenschaft bei Anlegen einer elektrischen Spannung Lichtquanten auszustrahlen. Die notwendige elektrische Energie wird über eine zweite Elektrode 5 zugeführt, die quasi eine Kathode darstellt und welche aus Metall, Metalllegierungen oder anderen Materialien besteht. Zur Isolation zwischen erster und zweiter Elektrode 2/5 wird eine Isolierschicht 4 genutzt und es werden zusätzlich zum Schutz des Schichtpaketes eine oder mehrere transparente Schutzschichten 6 oder eine Glasabdeckplatte aufgebracht. Strahlung bzw. Licht tritt in Richtung A (durch die semitransparente Elektrode auf dem Trägersubstrat) aus und wird vom Betrachter B wahrgenommen.
Fig . 2 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine OLED-leuchtsiruktur gemäß dem Stand der Technik des Patentes DE 100 49 024 B4 (nicht identisch zu der in Fig.1 gezeigten Struktur). Zu sehen sind die OLED bzw. die organische Schicht/Schichtenfolge 3 und die Metallisierung 2. Der helle Streifen zwischen OLED 3 und Metallisierung 2 ist die Passivierung 4. Man sieht in Fig. 2 recht deutlich die Passivierung 4 und den damit verbundenen Verlust an aktiver Fläche. Außerdem sieht man die Unscharfe der Ränder durch die Passivierung 4. Die Ränder der Metallisierung 2 (lithogra- fisch strukturiertes Metall) sind deutlich schärfer abgegrenzt bzw. zu erkennen.
Weiterhin hat die Firma Burris Optics mit dem Produkt„Eliminator" bereits ein OLED basiertes Produkt am Markt, welches allerdings nur eine geringe Transparenz, störende Zuleitungen und einfache Funktionalität aufweist. In dem bereits vorhandenen Produkt wer- den Passivierungsschichten eingesetzt, um die OLED und deren Ansteuerung zu strukturieren.
Der aktuelle Stand der Technik von OPD ist im wesentlich in dem Reviewartikel von M. Caironi, Y.-Y. Noh et al., Adv. Mater. 2013. 25, 4267-4295, beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit beispielsweise die Aufgabe zugrunde, elektro- optische oder rein elektrische, organische Halbleiterbauelemente bereitzustellen, die sich mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren fertigen lassen und eine größere funktional nutzbare Fläche (z.B. Leuchtfläche bei OLEDs) ermöglichen, als der bisherige Stand der Technik. Weitere mögliche Aufgaben betreffen die Verbesserung der Effizienz bzw. des Wirkungsgrads, sowie die präzise Strukturierung.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 oder durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektro-optischen, organischen Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 10.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement, welches eine fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst. Die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge weist zumindest ein organisches Material auf. Die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge weist weiterhin eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche und eine.n Rand auf. Der Rand verbindet die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche miteinander. Die erste Elektrode ist an der ersten Hauptoberfläche angeordnet. Die zweite Elektrode ist an der zweiten Hauptoberfläche angeordnet und erstreckt sich innerhalb zumindest eines Randbereichs des Rands bis zu dem Rand oder darüber hinaus. Die erste Eiektrode ist beabstandet von zumindest einem Randbereich.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Herstellung eines elektro-optischen, organischen Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Elektrode und einer die erste Elektrode zumindest teilweise überdeckenden fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge an einer ersten Hauptoberfläche des Substrats. Das Verfahren umfasst weiterhin das Beschichten des Substrats mit einem elektrisch leitfähigem Material und das Strukturieren des elektrisch leitfähigen Materials so dass sich das verbleibenden elektrisch leitfähige Material innerhalb zumindest eines Randbereichs eines Rands der fotoaktiven Schicht bis zum Rand oder darüber hinaus erstreckt, wobei der zumindest eine Randbereich beabstandet von der ersten Elektrode ist. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Funktion einer elektrischen Isolierung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode von der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge übernommen werden kann, wenn die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge einen ausreichenden Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode sicherstellt um einen unerwünschten Kontakt der beiden Elektroden zu verhindern. Die derzeit verwendeten üblichen Passivierungen würden hierbei eine Verkleinerung der aktiven Bauelementflächen (hier Leuchtflächen) erzwingen und somit für die mögliche maximale Helligkeit des Bauelementes nachteilig sein. Die vorliegende Erfindung basiert auch auf der Erkenntnis, dass sich ein aktiver Bereich (beispielsweise der leuchtende Bereich einer OLED) auch durch die geometrische Schnittmenge von erster Elektrode, zweiter Elektrode und fotoaktiver Schicht/Schichtenfolge definieren lässt. Daher kann eine präzise und optisch klare Gestaltung des leuchtenden Bereichs einer OLED durch die zum Beispiel lithographische Gestaltung der Elektroden erreicht werden, wohingegen die Strukturierung der fotoaktiven Schicht mit verringerter Präzision ausgeführt werden kann (d.h. zwar auch mittels Lithographie, doch einer weniger aufwendigen Optik bzw. Gerä- tes), was die Herstellung vereinfacht und kostengünstig macht. Gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen sind auf diese Weise die erste Elektrode und die zweite Elektrode mittels der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge elektrisch isoliert voneinander.
Der Rand kann eine Randfläche aufweisen und die zweite Elektrode kann sich innerhalb zumindest eines Randbereiches entlang der Randfläche erstrecken. Die zweite Elektrode kann einen ersten flächigen Abschnitt, der sich in einer Ebene der ersten Hauptoberfläche der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge erstreckt umfassen. Die zweite Elektrode kann weiterhin einen zweiten flächigen Abschnitt an der zweiten Hauptoberfläche der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge umfassen. Ein Verbindungs- abschnitt kann zwischen dem ersten flächigen Abschnitt und dem zweiten flächigen Abschnitt vorgesehen sein. Der Verbindungsabschnitt kann sich entlang des zumindest einen Randbereichs der Randfläche erstrecken.
Das elektro-optische, organische Halbleiterbauelement kann weiterhin ein Substrat um- fassen, wobei die erste Elektrode an einer ersten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist und wobei die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge ebenfalls an der ersten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist und die erste Elektrode zumindest teilweise überlappt. Das elektro-optische, organische Halbleiterbauelement kann weiter eine Kontaktierungs- fläche umfassen, die an der ersten Hauptoberfläche des Substrats beabstandet von der ersten Elektrode angeordnet ist, wobei die zweite Elektrode sich über den Rand hinaus bis zu der Kontaktierungsfläche erstreckt und diese zumindest teilweise überlappt. Die zweite Elektrode kann ein abgeschiedenes und fotolithografiertes oder aufgedampftes leitfähiges Material umfassen.
Das elektro-optische, organische Halbleiterbauelement kann eine organische Leuchtdiode (OLED) oder eine organische Fotodiode (OPD) sein.
Die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge kann eine Fläche von höchstens 4mm2 haben, bevorzugt von höchstens 1 mm2, weiter bevorzugt von höchstens 0,5mm2, noch weiter bevorzugt von höchstens 0, 1 mm2.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: eine prinzipielle Schnittdarstellung eines optischen Bauelements gemäß dem Stand der Technik; Fig. 2 Darstellung einer Draufsicht auf eine OLED-Leuchtstruktur gemäß dem
Stand der Technik;
Fig. 3A - 3D schematische Draufsichten auf eine elektro-optische organische Halbleiterstruktur gemäß Ausführungsbeispielen, wobei die Draufsichten bei- spielsweise unterschiedliche Stadien während der Herstellung der Halbleiterstruktur zeigen;
Fig. 4A - 4K einen Verfahrensablauf eines Herstellungsprozesses gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel anhand von schematischen Querschnittsansichten;
Fig. 5A eine schematische perspektivische Ansicht eines elektro-optischen organischen Halbleiterbauelements gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5B eine schematische Draufsicht des elektro-optischen organischen Halbleiterbauelements von Fig. 5A; und
Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht eines elektro-optischen organischen
Halbleiterbauelements gemäß zumindest einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar ist.
Die hier beschriebene Vorgehensweise beschreibt einen neuen Weg zur Herstellung von elektro-optischen oder rein elektrischen, organischen Halbleiterbauelementen (z.B. OLED/OPD-Strichplatten bzw. Positionierungs- und Ablesevorrichtungen. Schaltkreise und Logiken), indem man die Passivierung innerhalb des organischen Halbleiterbaueie- ments (z.B. Absehen/OLED/OPD) weglässt und dadurch folgende Vorteile erzielt:
Die Prozessschritte zum Auftragen der Passivierung entfallen (somit günstigerer und schnellerer Prozessfiuss/ weniger potentielle Produktionsfehler - Ausbeuteerhöhung)
Die aktive Fläche wird maximiert (da keine Passivierungsverluste entstehen), weshalb ein größerer Lichtstrom bei Leuchtmitteln oder größerer Strom bei rein elekiri- sehen Bauelementen resultiert und eine größere Lebensdauer bzw. andere vorteilhafte Eigenschaften ermöglicht.
Da keine Passivierung vorhanden ist. werden keine Schichten eingebaut, welche langfristig ausgasen und die OLED/OPD degradieren
- Die opaken Elektroden sind nicht von einer semitransparenten Passivierung bedeckt, so dass die Elektroden eine äußerst scharfe/genaue Kante erzeugen, welche nur durch lithographische Prozesse begrenzt sind (derzeit unübertroffene Strukturie- rungstechnik)
Bei der Verkapselung der OLED/OPD mit Adhäsiv ergeben sich keine internen Ver- Spannungen / Gaseinschlüsse / Inhomogenitäten durch zu große Höhenunterschiede (da keine umliegende Schicht größer ist als die OLED/OPD)
Dieser neue Ansatz der OLED/OPD-Strukturierung kann durch lithographische Strukturierung der OLED/OPD erreicht werden oder durch Verwendung von Schattenmasken (doch hier dann mit zumeist nur mit abgerundeten oder größeren Strukturen).
Ziel der hierin beschriebenen technischen Lehre ist es, die OLED mikrostrukturiert aufzubringen und dabei eine höhere Lichtausbeute, Produktionseffizienz, Lebensdauer und geringere Ausfallwahrscheinlichkeit zu erreichen. Bezogen auf die OPD können mikro- strukturierte OPD's und OPD Arrays in einem hochtransparenten Umfeld realisiert werden, getrennt ausgelesen und bei Bedarf mit einer OLED/LED-Anzeige kombiniert werden.
Der nachfolgend beschriebene Ansatz der Strukturierung von OLEDs kann im Wesentli- chen auch für OPDs oder rein elektrische Bauelemente genutzt werden. Ob das finale Bauelement Licht emittiert, absorbiert oder beides kann, ist für die hier interessierenden Aspekte der Bauform nicht ausschlaggebend. Unter einem elektro-optischen Bauelement wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche ein lichtemittierendes Bauelement, ein lichtdetektierendes Bauelement oder ein sowohl lichtemittierendes als auch -detektierendes Bauelement verstanden. Rein elektrische Bauelemente sind hierbei zum Beispiel Transistoren oder Speicher. In analoger Weise kann die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge zur Emission und/oder Detektion von Licht geeignet sein. Das von dem vorgeschlagenen elektro-optischen organischen Halbieiterbauelement e ittier- te/detektierte Licht kann in einem Welieniängenbereich von fernem Infrarot- (F!R) bis fer- nem Ultravio!ettiichi (UV-C bzw. FUV) reichen und insbesondere auch im sichtbaren Bereich von ca. 400mm bis ca. 750 liegen. Es wird bei der hierin beschriebenen technischen Lehre auf die Verwendung einer Passi- vierungsschicht verzichtet, wobei allerdings die Geometrie der Elektroden eingeschränkt wird (siehe nachfolgend beschriebener Lösungsweg).
Bei derzeit üblichen OLEDs verhindert die Passivierung typischerweise den direkten Kontakt (=Kurzschluss) der Anode und Kathode der OLED. Wenn die Passivierung bei der hier vorgestellten Vorgehensweise weggelassen wird, liegen die Elektroden somit offen und dürfen nicht mit einander in Kontakt kommen. Deshalb wird die Anode derart reali- siert, dass die Organik die Anode auf mindestens einer Seite deutlich überlappt. Die Kathode überlappt sowohl Anode als auch Organik auf mindestens einer Seite deutlich (Reihenfolge bzw. Zuordnung der Elektroden ist vertauschbar). Dies ist in der Figuren 3A bis 3D dargestellt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Anode am größten realisiert sein. Weiterhin kann gemäß Ausführungsbeispielen die Kathode deutlich kleiner als die Anode und die Organik realisiert werden und sowohl die Anode als auch die Organik auf mindestens einer Seite deutlich überlappen.
Fig. 3A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anode bzw. erste Elektrode 1 10 und auf einen Kontaktierungsbereich 120 für eine Kathode bzw. zweite Elektrode eines elekt- ro-optischen organischen Halbleiterbauelements. Die Anode 1 10 umfasst einen ersten Anodenbereich 1 12. der zum Beispiel im Wesentlichen aus Schwarzchrom oder anderen Metallen bestehen kann. Dieser erste Anodenbereich kann opak, d.h. undurchsichtig sein. Die Anode 10 umfasst in Fig. 3A des Weiteren einen zweiten Anodenbereich 1 14, der zum Beispiel im Wesentlichen aus dem semitransparenten Material Indium-Zinn-Oxid (engl.„Indium Tin Oxide", ITO) bestehen kann. Die erwähnten Materialien können auch in Legierungen oder Stoffgemischen innerhalb der ersten und zweiten Anodenbereiche 1 12 und 1 14 vorkommen. Dies gilt auch für weitere Materialangaben im weiteren Verlauf dieser Beschreibung. Der zweite Anodenbereich 1 14 gehört zu dem ersten Anodenbereich 1 12. Beide Anodenbereiche 1 12 und 1 14 (z.B. umgedrehtes „V7ITO und Chrom) sind miteinander elektrisch verbunden
Die Anode 1 10 und der Kontaktierungsbereich 120 sind beispielsweise an der Oberfläche eines Substrats angeordnet oder in die Oberfläche eingelassen. Das Substrat kann ein transparentes oder durchsichtiges Material sein, insbesondere Glas oder ein geeigneter Kunststoff (Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, etc.). Zwischen der Anode 1 10 und dem Kontaktierungsbereich 120 für die Anode besteht eine Lücke. Fig. 3B zeigt eine Draufsicht auf das elektro-optische organische Halbleiterbauelement nachdem eine fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge 130 (angedeutet durch Strichlinie) derart auf der ersten Elektrode 1 10 und dem Kontaktierungsbereich 120 der zweiten Elektrode angeordnet wurde, dass die fotoaktive Schicht 130 fast die gesamte erste Elektrode 1 10 bedeckt, mit Ausnahme eines Randbereichs des ersten Anodenbereichs 1 12. Die Tatsache, dass sich die fotoaktive Schicht 130 nicht gänzlich bis zu der Außenkante des ersten Anodenbereichs 1 12 und gegebenenfalls sogar darüber hinaus erstreckt, führt in vielen Fällen zu einer präziseren Abgrenzung des ersten Anodenbereichs 1 12, da die Außenkante direkt sichtbar bleibt und nicht durch die ggf. semitransparente fotoaktive Schicht 130 überdeckt wird. Die Außenkante des Elektrodenbereichs 1 12 bleibt somit für einen Betrachter klar zu erkennen, was insbesondere bei Messanwendungen und Zieloptiken relevant sein kann. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge 130 sich über die Außenkante des ersten Elektrodenbereichs 1 12 hinaus erstreckt, zum Beispiel falls eine präzise optische Darstellung der Außenkante des ersten Elektrodenbereichs 1 12 nicht erforderlich ist. Gemäß weiteren möglichen Ausführungsbeispielen kann die fotoaktive Schicht bzw. Schichtenfolge 130 die erste Elektrode 1 10 auch vollständig bedecken. Bei einer weiteren Ausführung ist die fotoaktive Schicht zwischen 1 10 und 120 deutlich kleiner dimensioniert, wobei mindestens an einem kleinen Bereich zw. 1 14 und 120 die fotoaktive Schicht die erste Elektrode 1 14 überlappt und es deshalb der zweiten Elektrode in Richtung 120 eine Kontaktierung ermöglicht.
Die fotoaktive Schicht/Schichtenfolge 130 (manchmal auch kurz als„Organik" bezeichnet) kann durch einen Abscheidungsprozess aufgebracht werden.
Fig. 3C zeigt einen weiteren Schritt nachdem eine zweite Elektrode 180 auf der organischen Schicht 130 und der Kontaktierungsfläche 120 angeordnet wurde. Die zweite Elektrode 180 kann ebenfalls durch einen Abscheidungsprozess aufgebracht werden und zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumiegierung bestehen. Die zweite Elektrode 180 kann auch als Gegenelektrode bezeichnet werden. In Fig. 3C übernimmt die zweite Elektrode 180 die Funktion einer Kathode für die organische Leuchtdiode, wobei gemäß alternativen Ausführungsformen auch eine Funktion als Anode möglich ist.
Die zweite Elektrode 180 überlappt sowohl die fotoaktive Schicht 130 als auch den Kon- taktierungsbereich 120. Allerdings hält die zweite Elektrode 180 in dem Bereich, in weichem die erste Elektrode 1 10, die fotoaktive Schicht 130 und die zweite Elektrode 180 übereinander liegen, einen Abstand zu einem Rand der organischen Schicht 130 ein, d.h. die zweite Elektrode 180 ist in diesem Bereich von dem Rand der organischen Schicht 130 beabstandet. Dieser Abstand stellt sicher, dass sich die zweite Elektrode 180 und die erste Elektrode 1 10 nicht zu nahe kommen und auf diese Weise unter Umständen einen Kurzschluss verursachen. Insbesondere könnte es ohne einen ausreichend dimensionierten Abstand bei der Herstellung des elektro-optischen Halbleiterbauelements aufgrund von Fertigungstoleranzen dazu kommen, dass die zweite Elektrode 180 sich unbeabsichtigter Weise über den Rand der organischen Schicht 130 hinaus erstreckt und somit in Kontakt mit der ersten Elektrode 1 10 gelangt.
Die zweite Elektrode 180 ragt innerhalb eines Randbereichs der organischen Schicht 130 über den Rand der organischen Schicht 130 hinaus. Dieser Randbereich ist bei dem in Fig. 3C dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die untere Kante des Dreiecks. Gleichzeitig ist dieser Randbereich von der ersten Elektrode 1 10 beabstandet, und zwar im Wesentlichen durch die Lücke zwischen der ersten Elektrode 1 10 und dem Kon- taktierungsbereich 120.
Fig. 3D zeigt eine schematische Draufsicht auf das fertige Halbleiterbauelement im Betrieb. Wenn das Halbleiterbauelement, beispielsweise eine OLED, eingeschaltet wird, leuchtet im Wesentlichen nur der Kathodenbereich, welcher in das Anodengebiet hinein ragt. Der leuchtende Bereich ist in Fig. 3D durch eine vertikale Schraffierung gekennzeichnet. Alle anderen Gebiete bekommen keinen Strom (oder nur vernachlässigbar wenig Strom), weil eine der Elektroden fehlt, und leuchten somit nicht. Der leuchtende Bereich weist in der Regel präzise und scharf abgegrenzte Kanten auf. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der leuchtende Bereich sozusagen durch die geometrische Schnittmenge der ersten und zweiten Elektrode 1 10, 180 definiert wird und sich die Elektroden 1 10, 180 - im Gegensatz zu der organischen Schicht 130 - präzise strukturieren lassen.
Im Gegensatz zu vergleichbaren Strukturen, die eine Passivierung verwenden, kann bei dem hierin vorgestellten Ansatz ohne Passivierung eine größere aktive Leuchtfläche erzeugt werden, da es keine Passivierung gibt, welche die Metallisierung überlappt und in das spätere aktive Gebiet hinein ragt und somit die Fläche für die spätere Lichtemission verringert. Die Figuren 3A bis 3D lassen sich auch wie folgt beschreiben. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Glas-Wafer mit iTO-Beschichtung (1TO ist semi-transparent) verwendet und das ITO 1 14 strukturiert. Danach wird die Metallisierung 1 12 und 120 aufgebracht (Stand siehe Fig. 3A). Danach wird über eine lithographische/Schattenmasken- Strukturierung eine Organik-Schicht 130 auf dem Wafer aufgebracht (Fig. 3B). Abschließend wird die opake Kathode 180 mittels Lithographie oder Schattenmaske aufgebracht (Fig. 3C). Bei angeschalteter OLED leuchtet das Bauelement jetzt durch das ITO 1 14 in das Glas dann zum Beobachter. Diese Bauform ist als Bottom-Emission-OLED (BOLED) bezeichnet.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird auf einem Glaswafer eine opake Elektrode (z.B. Metallschicht) aufgebracht und strukturiert. Dann wird die Organik und abschließend eine semitransparente Elektrode (z.B. Silber, Aluminium) aufgebracht. Wenn jetzt die OLED angeschaltet wird, leuchtet sie vom Glaswafer weg (da der erste Kontakt opak ist und nur die letzte Elektrode einen Lichtaustritt ermöglicht). Diese Bauform ist als Top- Emissions-OLED (TOLED) bezeichnet.
In einem dritten Ausführungsbeispiel sind beide Elektroden semitransparent (Glas -» Elektrode 1 - Organik -> Elektrode 2), weshalb die OLED in beide Richtungen leuchtet. Hiermit wird eine transparente OLED hergestellt.
Die Figuren 4A bis 4K zeigen schematische Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten organischen Schichten mit negativen Fotolack zeigen, insbesondere ein Herstellungsverfahren für organische Bauelemente.
Zur Durchführung wird ein Substrat mit (ggf. vorstrukturierter) Elektrode und Kontaktanschlüssen, organischen Schichten. Fotolacke und Gegenelektroden verwendet. Der durch Belichtung strukturierbare Fotolack wird auf die organischen Schichten aufgebracht (Bild 4B). Der Fotolack wird definiert belichtet um eine strukturierte Fotolackschicht zu erzeu- gen (Bild 4C). Der unbelichtete Teil des Fotolackes wird entfernt mittels Lösungsmittel (Bild 4D). Die Form des strukturierten Fotolackes wird mittels Ätzschritten in die Organik und/oder Elektrodenschichten überführt (Bild 4E). Der verbliebene Fotolack wird mittels Lösungsmittel entfernt (Bild 4F), Die zur Aufbringung und Entfernung des Fotolackes verwendeten Lösungsmittel/Flüssigkeiten beeinflussen die organischen Schichten der orga- nischen Bauelemente nicht und ermöglichen somit eine lithographische Strukturierung der Organik. Passende Lösungsmittel für diese Lithographie sind Fiuorkohlenstofffiüssigkeiten wie im Patent US6144157 A beschrieben. Wie im Patent beschrieben wird, beschädigen die stark fluorierten Lösungsmitte! die OLED nicht.
Mögliche Langzeiteffekte können Wasser und Sauerstoffkomponenten der fluorierten Flüssigkeiten sein. Trotzdem wurde in der Veröffentlichung SID Symposium di- gest of technical papers 42, 1740 (201 1 ) eine Lebensdauer von bis zu 10000 Stunden gezeigt.
Typische Prozessparameter sind:
o Ausheiztemperatur für den Lack für vor- und nach-Temperung der Belichtung sind 90°C für eine Minute,
o Raumtemperatur ist für alle Prozesse ausreichend,
o Druck für die Metallelektrodenabscheidung ist <10"6 mbar
o Atmosphärendruck für die Lithographieprozesse ist ausreichend
o Verschiedene Auftragungsmöglichkeiten und Lösungsmittel sind möglich, wie zum Beispiel aber nicht darauf beschränkt: spin-coating, spray coating, Lösungsmittelbad und Puddle-Entwicklung.
o Die Lackbelichtungsdosis im UV (365nm) beträgt typischerweise 20-100 mJ/cm2
Durch Wiederholung und Kombination dieser Fotolack- und Ätzprozesse werden die Elektroden, organischen Schichten, Zuleitungen und Verkapselung strukturiert (Bild 4G bis K). Alternativ bzw. in Kombination mit dem Ätzverfahren lässt sich die Strukturierung auch durch Lift-off-Prozesse mit den Fotolacken und den funktionalen Schichten realisieren. In einem ähnlichen Herstellungsprozess wird Positiv-Lack verwendet um die Strukturierung durchzuführen. Eine Kombination von Positiv- und Negativ-Lacken zur Organik- und Elektrodenstrukturierung ist in einem weiteren Herstellungsprozess auch möglich.
Zu Fig. 4A: Ein transparentes Substrat bzw. Trägersubstrat 100 wird verwendet, wobei eine strukturierte Elektrode 1 10 mit Kontaktanschlüssen vorhanden ist und darauf abgeschieden zwei fotoaktive Schichten 130. 140 (Seitfähiges organische Materialien) . Ferner ist auf dem transparenten Substrat 100 eine Kontaktierungsfläche 120 für eine zweite Elektrode vorhanden.
Zu Fig, 4B bis 4D. Eine Fotolacklösung wird über die organischen Schichten aufgetragen, damit eine fotostrukturierbare Schicht 150 (z.B. fluorierter Fotoresist) erzeugt wird. Mitteis selektiver UV-Beleuchtung 170 und einer Fotomaske wird eine Struktur in den Fotolack 150 transferiert» wobei auch eine dazu inverse Struktur durch den unbelichteten Lack entsteht. Der unbelichtete Lack wird mittels Lösungsmittel entfernt. Der resultierende Fotolack (belichteter und gebackener fluorierter Fotoresist) 150a entspricht fast genau der ersten Elektrode 1 10, wobei der Lack in mindestens einer Richtung 1 bis Ι ΟΟμηι die Elektrodenkante überlappt (siehe Fig. 4D).
In Bezug auf Fig. 4C und 4D, hier wird der nicht belichtete Fotolack mittels Lösungsmittel entfernt. Danach wird die durch den Lack 150a geformte Struktur in die Organikschichten 130, 140 übertragen (Fig. 4D zu 4E). Die Übertragung kann durch verschiedene Verfahren wie Nass- oder Trocken-Ätzen erfolgen. Nach dem Transferprozess ist die Organik 130, 140 überall entfernt, bis auf die durch den Fotolack 150a geschützten Stellen. Abschließend wird der restliche Fotolack 150a wieder entfernt (Fig. 4F). Dadurch, dass der resultierende Fotolack 150a und folglich auch die verbleibenden Bereiche der Organikschichten 130, 140 (Fig. 4E) sich über die rechte Kante der ersten Elektrode 1 10 hinaus erstrecken, ist auch die erste Elektrode 1 10 ihrerseits beabstandet von einem rechten Rand der Organikschichten 130, 140.
Eine weitere Fotolackschicht 150 wird aufgetragen (Fig. 4G bis 41) und mittels UV- Belichtung 170 strukturiert. Der unbelichtete Lack wird wieder mittels Lösungsmittel entfernt. Die resultierende Fotolackstruktur ist der Form der ersten Elektrode angepasst und überlappt diese an mindestens einer Stelle (im Bereich der linken Kante der Organikschichten 130, 140) um einen späteren Kurzschluss zu verhindern. Der Fotolackbereich 152a, welcher auf der Oberfläche der Organikschicht 140 verbleibt, definiert einen Abstand zwischen der (in Fig. 41) linken Kante der Organikschichten 130, 140 und der zweiten Elektrode 180, die nachfolgend abgeschieden und strukturiert wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die zweite Elektrode 180 einen ausreichenden Abstand zu denjenigen Randbereichen der Organikschichten 130. 140 einhält, die direkt an die erste Elektrode 1 10 angrenzen.
In Fig. 4J und 4K wird eine zweite Elektrode 180 aufgetragen und mittels Lift-off des Fotolackes 150a strukturiert.
Fig. 5A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines elektro-optischen organi- sehen Halbleiterbauelements gemäß zumindest einem AusführungsbeispleL Das elektro-optlsche, organische Haibieiterbauelement umfasst eine fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 mit zumindest einem organischen Material. Die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 weist eine erste Hauptoberfläche (in Fig. 5A die untere, verdeckte Hauptoberfläche der organischen Schicht 130), eine zweite Hauptober- fläche 132 und einen Rand 136 auf, der die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche 132 miteinander verbindet. Das elektro-optische, organische Halbleiterbauelement umfasst weiterhin eine erste Elektrode 1 10, die an der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist, und eine zweite Elektrode 180, die an der zweiten Hauptoberfläche 132 angeordnet ist. Die zweite Elektrode 180 erstreckt sich innerhalb zumindest eines Rand- bereichs 138 (schraffiert angedeutet in Fig. 5A) des Rands 136 bis zu demselben oder, wie in Fig. 5A gezeigt, sogar über den Rand 136 hinaus. Die erste Elektrode 1 10 ist beabstandet von dem zumindest einen Randbereich 138.
Die zweite Elektrode 180 umfasst in Fig. 5A einen ersten flächigen Abschnitt 186, der sich in einer Ebene der ersten Hauptoberfläche der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 erstreckt. Ein zweiter flächiger Abschnitt 182 ist an der zweiten Hauptoberfläche 132 der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 bzw. zumindest einem Teilbereich davon angeordnet. Die zweite Elektrode 180 umfasst des Weiteren einen Verbindungsabschnitt 184 zwischen dem ersten flächigen Abschnitt 186 und dem zweiten flä- chigen Abschnitt 182, der sich entlang des zumindest einen Randbereichs 138 des Rands 136 erstreckt.
Fig. 5B zeigt eine schematische Draufsicht auf ein elektro-optisches organisches Halbleiterbauelement gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel. An einer Oberfläche des Substrats 100 sind die erste Elektrode 1 10 und der Kontaktierungsbereich 120 für die zweite Elektrode angeordnet. Die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 ist auf einem Teilbereich der ersten Elektrode 1 10 angeordnet. Die fotoaktive Schicht/Schichtenfolge 130, 140 erstreckt sich um einen Versatz 1 16 über den Rand der ersten Elektrode 1 10 (oder einen Abschnitt dieses Rands) hinaus. Der Versatz 1 16 defi- niert einen Abstand zwischen dem Rand der ersten Elektrode 1 10 und dem Rand der organischen Schicht/Schichtenfolge 130, 140 (rein informativ und keinesfalls einschränkend zu verstehen sei darauf hingewiesen, dass es sich in Fig. 5B um die jeweils rechten Ränder handelt). Die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 weist eine in Fig. 5B nicht sichtbare erste Hauptoberfläche auf, von der ein Teilbereich in Kontakt mit zumindest einem Teilbe- reich der ersten Elektrode 1 10 ist. Alternativ kann der Teilbereich der organischen Schicht/Schichtenfolge 130, 140 auch in Kontakt mit der gesamten ersten Elektrode sein (siehe z.B. das Ausführungsbeispiel von Fig. 6). Eine zweite Hauptoberfläche 132 der organischen Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 ist entgegengesetzt der ersten Haupt- Oberfläche angeordnet. In der Regel sind die erste und zweite Hauptoberfläche parallel zu einander. Nicht-parallele Anordnungen der Hauptoberflächen sind jedoch nicht ausgeschlossen, sondern auch denkbar.
An der zweiten Hauptoberfläche 132 der organischen Schicht 130, 140 ist die zweite Elektrode 180 derart angeordnet, dass ein Abstand 188 zwischen der zweiten Elektrode 180 und denjenigen Rändern bzw. Randabschnitten der organischen Schicht 130, 140 eingehalten wird, die sich bis zu der ersten Elektrode 1 10 erstrecken. Die zweite Elektrode 180 erstreckt sich in dem Randbereich 138 über die fotoaktive Schicht 130, 140 hinaus. Dieser Randbereich 138 der organischen Schicht bzw. Schichtenfolge ist seinerseits aufgrund des Versatzes 1 16 ausreichend beabstandet von der ersten Elektrode 1 10, um z.B. eine wirksame elektrische Isolation zwischen der ersten Elektrode 1 10 und der zweiten Elektrode 180 bereitzustellen. Die zweite Elektrode 180 kann abschnittsweise entlang des Randbereichs 138 verlaufen. Die zweite Elektrode 180 erstreckt sich zudem bis zu dem Kontaktierungsbereich 120.
Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines elektro-optischen, organischen Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge 130, 140 über die gesamte erste Elektrode 1 10 und überdeckt diese somit vollständig. Die zweite Elektrode 180 ist ihrerseits auf der gesamten zweiten Hauptoberfläche der organischen Schicht bzw. Schichtenfolge 130, 140 angeordnet und erstreckt sich zusätzlich noch über den rechten Rand (in der Darstellung der Fig. 6) der organischen Schicht/Schichtenfolge 130, 140 hinaus, um am Rand derselben und im weiteren Verlauf entlang eines Bereichs der Hauptoberfläche des Substrats 100 zu verlaufen, bis die zweite Elektrode 180 den Kon- taktierungsbereich 120 erreicht und zumindest teilweise überlappt.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist dafür gesorgt, dass die erste Elektrode beabstandet von dem zumindest einen Randbereich ist. innerhalb welchem sich die zweite Elektrode, die an der zweiten Hauptoberfläche angeordnet ist, bis zu dem Rand oder darüber hinaus erstreckt Die elektrische Kontaktierung der ersten Elektrode 1 10 kann zum Beispiel durch das Substrat 100 hindurch erfolgen, wofür eine Durchkontaktierung 412 zur Unterseite des Substrats 100 und eine Kontaktfläche 414 an der besagten Unterseite vorgesehen werden kann. Die Durchkontaktierung 412 und die Kontaktfläche 414 sind in Fig. 6 an einem seit- liehen Rand der ersten Elektrode 1 10 angeordnet, um eine Lichtausstrahlung durch die semitransparente erste Elektrode 1 10 und das darunterliegende Substrat 100 so wenig wie möglich zu stören. Andere Gestaltungen der elektrischen Kontaktierung der ersten Elektrode 1 10 sind auch möglich.
Weitere Ausführunqsbeispiele:
Die nachfolgend aufgezählten Ausführungsbeispiele bzw. technischen Merkmale können separat auftreten oder im Wesentlichen beliebig miteinander kombiniert werden oder im Wesentlichen beliebig mit vorhergehenden Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann eine elektrolumineszente Lichtemissionseinrichtung, ein rein elektrisches oder elektronisches Bauelement oder OPD u.a. mit organischen Schichten aufgebracht auf einem Substrat folgendes umfassen: mindestens eine Licht emittierende Schicht aus organischem Material
mindestens zwei flächige Elektroden dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode A in mindestens einem Bereich größer ausgelegt ist als die emittierende Schicht und Elektrode B
die emittierende Schicht in ihrer Bauform in mindestens einem Bereich der Lichtemissionseinrichtung nicht von der Elektrode B überlappt wird bzw. genau auf der Organik liegt
die Elektrode B die Elektrode A überlappt, wobei dazwischen eine emittierende Schicht vorhanden ist
die Elektrode B die emittierende Schicht in mindestens einem Bereich überlappt, wobei keine Elektrode A darunter liegt
keine Isolationsschicht verwendet wird.
Die Reihenfolge der Elektroden A und B vertauscht/invertiert werden kann. (Siehe
Fig. 3A bis 3D: wenn man erst die Aluminium-Kathode aufbringt, dann Organik und dann das Anodendreieck, würde es auch funktionieren -> durch einfaches invertieren des Layouts kann auch der gleiche Zweck erzielt werden). Mindestens eine Elektrode kann semintransparent und eine Elektrode opak sein.
Mindestens zwei Elektroden können transparent sein. Über bzw. unter der Leuchtstruktur/Lichtabsoprtionsstruktur und deren Elektroden kann eine opake Schicht integriert werden, welche die gesamte Leuchtstruk- tur/Lichtabsoprtionsstruktur exklusive der Zuleitungen überlappt und nach außen eine deutlich sichtbare Kante erzeugt. Mehr als zwei Elektroden können erzeugt werden und somit können über- oder/und nebeneinander liegende emittierende Leuchtstrukturen/Lichtabsorptionsstrukturen erzeugt werden.
Neben, über oder unter einer emittierenden Leuchtschicht/-schichtstapel kann auch eine lichtsensibles Bauelement integriert werden.
Verschiedene Emissionswellenlängen können innerhalb einer Lichtemissionseinrichtung separat ansteuerbar sein. Die organischen Schichten inkl. Elektrode können durch luftdichte Verkapselungsschich- ten geschützt sein.
Auf die Lichtemissionseinrichtung kann eine hochtransparente, ggf. entspiegelte, Schutzplatte angebracht werden.
Eine Zielmarke oder Zielmarkenstruktur kann verwendet werden.
Mindestens ein Fadenkreuz kann dargestellt werden bzw. als Teilstruktur strukturiert werden.
Bei einem OPD-Array können verschiedene Absorptionswellenlängen innerhalb eines Bauelements separat detektierbar sein.
Eine OLED-Anzeige kann neben der/den OPDs integriert sein und z.B. Messdaten oder zusätzliche Informationen, z. B. anderer Sensoren, anzeigen. Bei einer eiektroiumineszenten Lichtemissionseinrichtung oder einer OPD können die
Außenseiten entspiegelt und/oder mit optischen Filtern versehen sein.
Auf die zuletzt aufgetragene Elektrode kann eine Lichtauskoppelschicht oder Lichtemkop- pelschicht aufgebracht sein.
Auf die zuletzt aufgetragene Elektrode kann eine Dünnschichtverkapselung, z.B. durch ALD (Atomic layer deposition), CVD (chemical vapour deposition), Vitex (Multischicht aus Oxid und Organik) oder Kombinationen davon aufgebracht sein und die Schichtdicke und Materialauswahl kann so gestaltet sein, dass eine möglichst geringe parasitäre Lichtabsorption erfolgt und der Brechungsindex der Dünnschichtverkapselungsschicht an die anderen Bauelementmaterialien (Substrat, Deckglas, Organik, Elektroden) angepasst ist. Die Dünnschichtverkapselung kann strukturiert sein und nur die empfindlichen Gebiete überdecken und so überlappen, dass eine seitliche Diffusion/Migration von z.B. von Wasser verhindert bzw. minimiert wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Dünnschichtverkapselung das Bauelement und die angrenzenden transparenten Bereiche des Substrates auch mit bedecken (vollflächige Auftragung der Dünnschichtverkapselung)
Eine oder mehrere passiv-matrix-OLED-Anzeigen gebildet durch Anoden und Kathodenstreifen mit optionalen Schichtseparatoren können ganzflächig oder bereichsweise das Substrat bedecken. Die Ansteuerschaltung der verschiedenen Matrix-Pixel wird über ein externes Gerät realisiert (d.h. passive Pixelsteuerung durch externe Hilfe).
Eine oder mehrere aktiv-matrix-OLED-Anzeigen können ganzflächig oder bereichsweise das Substrat bedecken, wobei die Ansteuerschaltung für den Pixel direkt in die Matrix eingefügt ist (d.h. aktive Pixelsteuerung auf dem Substrat).
Eine oder mehrere aktiv- oder passiv-matrix-OLED-Anzeigen können bereichsweise das Substrat bedecken.
Eine oder mehrere passiv-matrix oder aktiv-matrix Sensorarrays können ganzflächig oder bereichsweise das Substrat bedecken.
Gemäß Ausführungsbeispleien kann ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Bauelementes wie zuvor beschrieben mit den folgenden Schritten bereitgestellt werden; a. Nutzung eines Substrates mit strukturierter Elektrode bzw. Aufbringen einer ersten
Elektrode
b. Auftragung einer Organikschicht und anschließend eines Photolackes über das Substrat, wobei eine photostrukturierbare Schicht entsteht.
c. Selektive Beleuchtung des Photolackes mit UV-Licht um eine Struktur in dem Lack zu erzeugen.
d. Das Substrat mit Photolack mit einem Entwicklerlösungsmittel behandeln, um den Photolack selektiv zu entfernen.
e. Transfer der Photolackstruktur in die darunterliegenden organischen Schichten f. Das Substrat und den Photolack mit einem Lösungsmittel behandeln, um den Photolack zu entfernen.
g. Ein weiterer Photolack auf den Wafer inkl. Elektrode und Organik aufbringen, um eine zweite Photolackschicht zu erzeugen.
h. Selektive Belichtung des Photolackes mit UV-Licht, um eine definierte Struktur in den Photolack zu überführen.
i. Das Substrat mit Photolack mit einem Entwicklerlösungsmittel behandeln, um den Photolack selektiv zu entfernen, ohne die bisherigen abgeschiedenen Schicht zu beeinflussen.
j. Abscheiden einer zweiten Elektrode.
k. Das Substrat und den Photolack mit einem Lösungsmittel behandeln, um den Photolack zu entfernen.
I. Abscheidung einer Verkapselung für die organischen Schichten.
Die hierin beschriebene technische Lehre betrifft neuartige mikrostrukturierte organische elektronische Systeme zur Verwendung in elektrolumineszenten Lichtemissionseinrichtungen oder organischen Fotodioden, welche beispielsweise in optischen Positionierungsoder/und Ablesevorrichtungen sowie optischen Sensoren zum Einsatz kommen.
Als Anwendungszweck werden optische Systeme mit leuchtenden Elementen adressiert. in weichen Strichplatten. Absehen, Positionierungseinrichtungen, Ablesestrukturen. Sucher für Kameras oder allgemein Strukturen der Größe kleiner als beispielsweise 100μίτι zum Ablesen/Positionieren eingesetzt werden. Analog werden Anwendungen zur Detekti- on von Licht, ggf. spektralaufgelöst, adressiert. Die beschriebene Erfindung kann allgemein für die Herstellung von mikrostrukturierten OLEDs/OPDs oder rein elektrischen Bauelementen genutzt werden. Dies schließt sowohl top- ais auch bottom-emittierende OLEDs bzw. absorbierende OPDs und transparente OLEDs/OPDs mit ein. Die OLEDs können hierbei in sogenannten Strichplatten, Absehen (z.B. Zielfernrohr bei Jagdwaffen), Fernrohren, Mikroskopen - somit allgemein vergrößernde Optiken mit integrierter Beleuchtung/Anzeige eingesetzt werden. Für OPDs bieten sich Möglichkeiten zur Realisierung eines hochsensitiven Sensor-Elements, da die erreichbare Transparenz zusätzliche Sensoren nicht behindert, Arrays ermöglicht werden und auch die Kombination mit einer OLE D-Anzeige realisierbar ist. Eine Kombination mit weiteren Sensoren, z.B. Abstandssensoren, Feuchtesensoren, Temperatursensoren etc. kann zu einer weiteren Funktionalität genutzt werden. Bei Kombination mit einem Szintilla- tormaterial können zusätzlich auch Detektoren für lonisierende-Strahlung realisiert bzw. integriert werden.
Die hierin beschrieben technische Lehre kann sich auch auf ein organisches Halbleiterbauelement beziehen. Ein derartiges organisches Halbleiterbauelement umfasst eine ak- tive Schicht oder Schichtenfolge mit zumindest einem organischen Material, wobei die aktive Schicht oder Schichtenfolge eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche und einen Rand aufweist, der die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche miteinander verbindet. Eine erste Elektrode ist an der ersten Hauptoberfläche angeordnet. Eine zweite Elektrode ist an der zweiten Hauptoberfläche angeordnet und er- streckt sich innerhalb zumindest eines Randbereichs des Rands bis zu dem Rand oder darüber hinaus. Dabei ist die erste Elektrode beabstandet von dem zumindest einen Randbereich.
Die zuvor beschriebenen weiteren, optionalen Ausgestaltungen der fotoaktiven Schicht sowie deren in den Ansprüchen erwähnten Merkmale können unverändert oder mit wenigen Änderungen auf die aktive Schicht oder Schichtenfolge des vorliegenden organischen Halbleiterbauelements angewendet werden. Ebenso können zuvor oder in den Ansprüchen beschriebene optionale Ausgestaltungen der ersten und zweiten Elektrode unverändert oder mit geringen Anpassungen auf die Elektroden des vorliegenden organische Halbleiterbauelements angewendet werden. Auch das Verfahren zum Herstellen eines elektro-optischen. organischen Halbleiterbauelements kann durch derartige Änderungen in ein Verfahren zum Herstellen eines organischen Halbleiterbaueiements umgewandelt werden. Das vorgeschlagene organische Halbieiterbauelement kann zum Beispiel eine Diode, ein Transistor, eine Speicherzelle, oder eine ähnliche Anordnung auf dem Gebiet der Halbleitertechnik sein, insbesondere ein elektronisches, organisches Halbieiterbauelement. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwen- dung eine Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung realisiert werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Ein- zelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement, umfassend: eine fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) mit zumindest einem organischen Material, wobei die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche und einen Rand (136) aufweist, der die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche miteinander verbindet; eine erste Elektrode (1 10), die an der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist; eine zweite Elektrode (180), die an der zweiten Hauptoberfläche angeordnet ist und sich innerhalb zumindest eines Randbereichs (138) des Rands (136) bis zu dem Rand oder darüber hinaus erstreckt; wobei die erste Elektrode (1 10) beabstandet von dem zumindest einen Randbereich (138) ist.
2. Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 , wobei der Rand (136) eine Randfläche aufweist und wobei die zweite Elektrode (180) sich innerhalb des zumindest einen Randbereichs (138) entlang der Randfläche erstreckt.
3. Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 2, wobei die zweite Elektrode (180) umfasst: einen ersten flächigen Abschnitt, der sich in einer Ebene der ersten Hauptoberfläche der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) erstreckt; einen zweiten flächigen Abschnitt an der zweiten Hauptoberfläche der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfoige (130, 140); und einen Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten flächigen Abschnitt und dem zweiten flächigen Abschnitt, der sich entlang des zumindest einen Randbereichs
(138) der Randfiäche erstreckt. Elektro-optisches. organisches Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein Substrat, wobei die erste Elektrode (1 10) an einer ersten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist und wobei die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) ebenfalls an der ersten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist und die erste Elektrode (1 10) zumindest teilweise überlappt.
Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 4, weiter umfassend eine Kontaktierungsfläche, die an der ersten Hauptoberfläche des Substrats beabstandet von der ersten Elektrode angeordnet ist, wobei die zweite Elektrode (180) sich über den Rand (136) hinaus bis zu der Kontaktierungsfläche erstreckt und diese zumindest teilweise überlappt.
Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Elektrode (180) ein abgeschiedenes und fo- tolithografiertes leitfähiges Material umfasst.
Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur elektrischen Isolierung zwischen erster Elektrode und zweiter Elektrode am Randbereich (138) keine Passivierungsschicht notwendig ist.
Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektro-optische, organische Halbleiterbauelement eine organische Leuchtdiode (OLED), rein elektrisches Bauelement oder eine organische Fotodiode (OPD) ist.
Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) eine Fläche von höchstens 4mm2 hat.
Elektro-optisches, organisches Halbleiterbauelement. umfassend: eine fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) mit zumindest einem organischen Material, wobei die fotoaktive Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche und einer Randfläche (138) aufweist, die die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche miteinander verbindet; eine erste Elektrode (1 10), die an der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist; eine zweite Elektrode (180), die an der zweiten Hauptoberfläche angeordnet ist und sich innerhalb zumindest eines Bereichs der Randfläche (138) auf die Randfläche oder darüber hinaus erstreckt; wobei die erste Elektrode (1 10) beabstandet von dem zumindest einen Randbereich (138) ist. Verfahren zum Herstellen eines elektro-optischen, organischen Halbleiterbauelements, das Verfahren umfassend:
Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Elektrode und einer die erste Elektrode (1 10) zumindest teilweise überdeckenden fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) an einer ersten Hauptoberfläche des Substrats;
Beschichten des Substrats mit einem elektrisch leitfähigem Material;
Strukturieren des elektrisch leitfähigen Materials so dass sich das verbleibenden elektrisch leitfähige Material innerhalb zumindest eines Randbereichs (138) eines Rands (136) der fotoaktiven Schicht oder Schichtenfolge (130, 140) bis zum Rand (136) oder darüber hinaus erstreckt, wobei der zumindest eine Randbereich (138) beabstandet von der ersten Elektrode ist.
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