WO2017144308A1 - Organisches lichtemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines organischen lichtemittierenden bauelements - Google Patents

Organisches lichtemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines organischen lichtemittierenden bauelements Download PDF

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WO2017144308A1
WO2017144308A1 PCT/EP2017/053265 EP2017053265W WO2017144308A1 WO 2017144308 A1 WO2017144308 A1 WO 2017144308A1 EP 2017053265 W EP2017053265 W EP 2017053265W WO 2017144308 A1 WO2017144308 A1 WO 2017144308A1
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organic layer
layer
organic
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substrate
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Arndt Jaeger
Carola Diez
Erwin Lang
Ulrich Niedermeier
Nina Riegel
Günter Schmid
Stefan Seidel
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    • 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
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light
    • H10K50/13—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light comprising stacked EL layers within one EL unit
    • H10K50/131—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light comprising stacked EL layers within one EL unit with spacer layers between the electroluminescent layers

Definitions

  • the invention relates to an organic light-emitting component. Furthermore, the invention relates to a method for producing an organic light-emitting component.
  • Organic light-emitting diodes can with good efficiency and lifetime by means of conductivity doping through
  • double or triple stacked OLEDs are achieved at virtually the same efficiency and identical luminance significantly longer lifetimes compared to simple stacked OLEDs, since at the same current densities, the double or triple luminance is realized.
  • the active emitter layer is less stressed than in unstacked OLEDs.
  • carrier generation zones which can also be referred to as charge generation layer (CGL), required, consisting of a highly doped p-n junction.
  • a CGL serves as a tunnel junction between the stacked emission layers.
  • Carrier generation zone is here, effective Generating charge carriers without an additional
  • OLEDs Light-emitting diodes usually have as planar and smooth main surfaces or surfaces, such as substrate surfaces, for the application of electrodes and
  • An object of at least one embodiment is to provide an organic light-emitting device that efficiently emits radiation during operation. It is another object of the invention to provide at least one method for
  • the organic light-emitting component comprises or consists of a substrate, a functional layer stack between two electrodes, which is arranged on the substrate.
  • Layer stack has at least two organic
  • the charge carrier generation zone is arranged between the two organic light-emitting layers, in particular in direct mechanical and / or electrical contact.
  • the charge carrier generation zone comprises at least one first organic layer, which is in particular electron-conducting or hole-conducting, particularly preferably an n-doped or p-doped organic layer.
  • the first organic layer, the substrate and / or at least one of the electrodes each have a main surface.
  • the main surface of the first organic layer, the substrate and / or at least one of the electrodes may each have a topographical
  • the organic light-emitting component comprises or consists of a substrate, a functional layer stack between two electrodes, which is arranged on the substrate.
  • Layer stack has at least two organic
  • the charge carrier generation zone is arranged between the two organic light-emitting layers, in particular in direct mechanical and / or electrical contact.
  • the charge carrier generation zone comprises at least one first organic layer, which is in particular electron-conducting or hole-conducting, particularly preferably an n-doped or p-doped organic layer.
  • the first organic layer has a major surface. The main surface is the
  • the main surface has a
  • a method for producing an organic light-emitting component is specified. In at least one embodiment, the method for
  • the first organic layer is part of a charge carrier generation zone and is electron- or hole-conducting
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “over” another layer or another element can mean here and below that the one layer or the one element is directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • a main surface, a surface or a surface of a layer or an element is a topographic one
  • Surface structure may here and hereinafter mean that the main surface, surface or surface with the (further) topographic surface structure have a microscopic and / or a macroscopic height profile.
  • a height profile may extend regularly or irregularly in one or two directions parallel to a principal plane of the surface, surface or major surface, over the entire surface, surface or major surface, or over one or more portions of the surface, surface or major surface.
  • Height profile can be characterized by elevation and depression in the surface, surface or main surface.
  • Height differences greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 1 mm.
  • Main extension plane of the surface of the first organic layer is an arrangement of structures with a middle
  • Main extension plane here means the plane across to the beam path of the emitted from the device
  • topographic surface structure one or more
  • the structures are from a group consisting of:
  • Electrode are introduced so that a controlled structured main surface can be generated.
  • Structures can be concave or convex. That may mean that the topographical
  • Surface structure also lenses, prisms or truncated cones, which are designed as depressions with raised edge or intermediate areas.
  • the structures of the topographic surface structure may be regular or irregular laterally along the
  • a topographical surface structure with irregularly arranged structures can also be shaped a roughening with controlled roughness
  • the topographical height differences can also be characterized by a so-called peak-to-peak roughness defined locally over partial areas of the main surface or globally over the entire main surface.
  • the topographical height differences can, for example, with
  • Atomic force microscopy (Atomic Force Microscopy, AFM).
  • Boundary layer between the first organic layer and the second organic layer which are electrode-conducting and / or hole-conducting, can be increased. In comparison to a pure planar carrier generation zone, more charge carriers can thus be generated and the
  • Carrier generation zone can be more effective, that is, with less voltage, a larger current can be generated.
  • the topographic surface structure may be formed in the above-mentioned process step D), for example, by embossing, stamping, engraving, printing, spraying, etching, grinding, optical structuring, or a combination of one or more of these processes.
  • the optical structuring may include exposing a photosensitive material that exposes laterally at different intensities or for different lengths of time, and subsequently
  • optical structuring can also include structuring by means of a laser, for example in the form of laser ablation.
  • a substrate can be provided, the dimensions and size of which are here
  • a substrate in the form of a film into which the topographical substrate can be provided by means of a belt process (also called a roll-to-roll process) in process step D)
  • the substrate can be separated before or after process step F).
  • steps C) and D) take place simultaneously.
  • the charge carrier generation zone has a second organic layer having a surface.
  • the second organic layer may in particular be hole-conducting, preferably a p-doped organic layer.
  • main surface of a layer or element is meant here and below the surface of an element or a layer which faces away from the substrate.
  • surface of a layer or element is meant here and below that the surface of the element or of the layer faces the substrate.
  • topographic surface structure continues at least in the surface of the second organic layer or in the surface of another organic layer or in the main surface of an element or a layer is understood here and below as meaning that the surface of the layer also has a topographic surface structure. This can be another example
  • the main surface of a layer may preferably be the same or similar to the topographic surface structure of the main surface of the corresponding layer. Equal or similar, in connection with two or more topographical surface structures, may in particular mean that the two or more topographical surface structures Surface structures same or similar height profiles with corresponding elevations and depressions
  • the two or more topographical surface structures in this sense can each have laterally juxtaposed elevations and depressions in a specific characterizing sequence, which are the same apart from, for example, relative height differences of the elevations and depressions for the two or more topographic surface structures.
  • the surface of the layer may also be different than the relative height difference of the corresponding elevations and depressions of the topographical surface structure of the main surface.
  • the charge carrier generation zone has a second organic layer with a surface.
  • the second organic layer is electron-conducting.
  • the surface of the second organic layer faces the main surface of the first organic layer.
  • Main surface of the first organic layer a direct interface.
  • the topographical surface structure sets continues at least in the surface of the second organic layer.
  • the intermediate layer has a major surface.
  • the intermediate layer is disposed between the first and second organic layers.
  • the intermediate layer has a direct mechanical and / or electrical contact both to the first and to the second organic layer.
  • Interlayer is the main surface of the first
  • Charge generating zone in particular with a
  • Carrier generation zone take place.
  • the topographic surface structure may be caused, for example, by crystallization of a material of the first organic layer. For example, as materials roughening during processing,
  • Class are molecules with dipoles, where in the
  • Intermediate layer it may or must also have a structured surface structure, so that the second organic layer, which may be p- or n-doped, has a roughened interface to the intermediate layer.
  • the second organic layer may have a planarizing effect, whereby the overlying layers grow back planar.
  • the topology may too
  • topographical surface structure can be used, which has a low glass transition temperature Tg, preferably between 80 and 120 ° C, has. At room temperatures and in the operation of the device no further changes of the layer should take place. Once the layer is crystalline, there is usually no change. If the layer during the deposition or subsequent to the deposition of the entire layer sequence close to the Tg, preferably between 80 and 120 ° C, has. At room temperatures and in the operation of the device no further changes of the layer should take place. Once the layer is crystalline, there is usually no change. If the layer during the deposition or subsequent to the deposition of the entire layer sequence close to the
  • Glass transition temperature or heated above crystallize the layers. In particular, this can also be controlled in addition to the temperature influence by the doping level.
  • the crystallization is particularly pronounced in rod-shaped or relatively flat rigid molecules, for example in electrode conductors, such as
  • BPyPyP for example, BPyPyP, or in hole ladders, such as
  • CBP CBP
  • MoO x may molybdenum (II) oxide, MoO, molybdenum (IV) oxide, M0O2, and / or molybdenum (VI) oxide, M0O3 mean.
  • WO x may tungsten (III) oxide, W2O3, tungsten (IV) oxide, WO2, and / or tungsten (VI) oxide, WO3, mean.
  • topographic surface structures are generated by nano or microstructures are introduced into individual layers targeted. This molecular beams can through Ultrajets are sprayed directly into the vacuum. Oxidic nanoparticles, such as molybdenum oxide or
  • Tungsten oxide already have a p-doping effect itself.
  • areas of high conductivity which can lead to a voltage overshoot.
  • Such "cold” salt jets can also be made, for example
  • the oxide nanoparticles have a particle size of less than 10 nm.
  • the substrate has a main surface.
  • the main surface of the substrate faces away from the main surface of the first organic layer.
  • the main surface of the substrate has another
  • topographic surface structure corresponds in particular to the topographical surface structure of the main surface of the first organic layers.
  • topographic surface structures may be the same or similar.
  • the layer sequence by arranging the layer sequence with a topographic surface structure, for example of the substrate, or of the first organic layer, a topographic surface structure, for example of the substrate, or of the first organic layer, a topographic surface structure, for example of the substrate, or of the first organic layer, a topographic surface structure, for example of the substrate, or of the first organic layer, a topographic surface structure, for example of the substrate, or of the first organic layer, a
  • OLEDs in particular those with planarization, effectively prevented or at least reduced.
  • the decoupling efficiency of the generated electromagnetic radiation from the organic light emitting device can be significantly increased compared to known OLEDs. It is also possible that, for example, no additional
  • Discharge structures must be arranged on a surface of the device. This extra
  • outcoupling structures would increasingly only decouple the light guided near such a coupling-out structure. It may in the case described here
  • the organic light-emitting component has a first electrode.
  • the first electrode is arranged directly downstream of the substrate.
  • the first electrode is arranged directly downstream of the substrate.
  • the organic light-emitting component may have a second electrode.
  • the second electrode may be arranged on the side of the functional layer stack facing away from the substrate.
  • the first electrode may for example comprise or consist of a transparent conductive oxide (TCO), for example ITO (indium tin oxide).
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the second electrode may comprise or consist of a metal, for example aluminum or calcium.
  • the organic light emitting device may comprise a substrate.
  • the substrate may be glass, quartz, plastic,
  • Polymeric films metal, metal foils, silicon wafers, or any other suitable substrate material, and be rigid or flexible.
  • a metal foil is
  • metal foil executed substrate for example, an aluminum foil, a copper foil, a stainless steel foil or a combination or a
  • the organic light-emitting component has a functional
  • the functional layer stack may comprise or consist of an organic layer sequence with a functional region.
  • the Layer stack is arranged between the two electrodes on the substrate.
  • the organic layers can be used, for example, as electron-transport layers,
  • the organic layers can in the active region by electron and hole injection and recombination electromagnetic radiation with a single wavelength or a range of wavelengths.
  • the organic layers may include organic polymers, organic oligomers, organic monomers,
  • small molecules organic small non-polymeric molecules or combinations thereof.
  • the organic light-emitting component may have an encapsulation.
  • the encapsulation may be disposed over the functional layer stack and the second electrode.
  • the encapsulation may comprise one or more layers, wherein the
  • the encapsulation may, for example, be a cover in the form of a cap,
  • a cantilever cap in particular a cantilever cap, and / or a
  • Suitable materials may include, for example, glass, plastics, metals, metal oxides, non-metal oxides or non-metal nitrides, such as SiOx or SiNx, ceramics or combinations thereof.
  • the encapsulation may be, for example
  • the cover can also be designed as a laminate.
  • the organic light-emitting component is listed as a so-called bottom emitter, that is to say that in this component the substrate is transparent or at least partially transparent and the electromagnetic radiation generated in the active region is in the organic light-emitting layers through the
  • Substrate can be radiated.
  • the organic light-emitting component can be embodied as a so-called top emitter, that is, that produced in the organic light-emitting layers
  • the organic light-emitting component can also be a combination of a bottom emitter and a top emitter, that is to say that the electromagnetic radiation generated in the organic light-emitting layers can be emitted on both sides.
  • FIG. 1 shows a band structure according to an embodiment
  • Figures 2A and 2B are each a schematic side view
  • FIG. 2C shows a current-voltage characteristic according to FIG.
  • FIGS. 3 to 6 each show a schematic side view of an organic light-emitting component according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a band structure according to a
  • the band structure of an organic light emitting device with two organic layers 1-1, 1-2 is shown. Both layers 1-1, 1-2 are at least spatially separated from one another by a so-called charge carrier generation zone 23.
  • the layer 1-1 may be a hole transport layer (HTL).
  • the hole transport layer may have a p-type doping.
  • the p-dopant can be any type doping.
  • the layer 1-2 may, for example, a
  • Electron transport layer (ETL) be.
  • Electron transport layer is in particular n-doped.
  • n dopants come, for example, cesium carbonate,
  • a topographical surface structure 5 in particular at the interface between an n-doped and p-doped organic first and second layers 1-1, 1-2, the interface between the two layers can be increased. In comparison, for example, to planar
  • Carrier generation zone 23 thus becomes more effective. In other words, with less voltage, a larger current can be generated.
  • FIGS. 2A to 2C show an organic one
  • Light emitting device 100 according to a
  • the device 100 of FIG. 2A has a substrate 1.
  • the substrate 1 can in particular
  • the substrate 1 may be followed by a first organic light-emitting layer 21.
  • the organic light-emitting layer 21 may be configured to emit radiation from the blue region.
  • the first organic light-emitting layer 21 is undoped.
  • the first organic light-emitting layer 21 may be followed by a first organic layer 231, which may be n-doped.
  • the first organic layer 231 may be a
  • the intermediate layer 233 may also be absent in the device.
  • the intermediate layer 233 may be followed by a second organic layer 232, which is in particular p-doped.
  • Organic layer 232 constitute the carrier generation region 23.
  • the carrier generation region 23 is a second one arranged downstream of the organic light-emitting layer 22. This can in particular be set up to emit radiation from the red wavelength range.
  • the second electrode 4, which may be disposed downstream of the second organic light-emitting layer 22, may be made of silver.
  • the first organic light-emitting layer 21 may have a layer thickness of 50 nm and be made of BCB.
  • the first organic layer 231 may be 10% cesium phosphate in BCB and have a layer thickness of approximately 100 nm.
  • the second organic layer may comprise 4% molybdenum oxide in -NPD with a layer thickness of approximately 100 nm.
  • the undoped second organic light-emitting layer 22 may comprise -NPD with a layer thickness of 50 nm.
  • FIG. 2B shows an organic light-emitting
  • Component 100 according to a comparative example.
  • Component of Figure 2B differs from the device of Figure 2A in that the first electrode 3 and the substrate 1 are formed spatially separated from each other.
  • FIG. 2C shows a current-voltage characteristic
  • FIG. 3 shows an organic light-emitting
  • the device 100 has a substrate 1.
  • the substrate can be any suitable substrate 1.
  • the substrate can be any suitable substrate.
  • the substrate 1 is a first organic light-emitting layer 21, which is in particular undoped, downstream.
  • Light emitting layer 21 is a first organic compound
  • the first organic layer 231 has a main surface 2311.
  • the main surface 2311 has a topographic surface structure 5, here in the form of a sawtooth-shaped configuration.
  • the first organic layer 231 is followed by an intermediate layer 233.
  • the intermediate layer 233 has a surface 2332 which simultaneously forms the main surface 2311 of the first organic layer 231.
  • the topographic surface structure 5 of the main surface 2311 is set in FIG.
  • the intermediate layer 233 is a second organic layer 232, which is in particular p-doped, downstream.
  • the second organic layer 232 has a surface 2322.
  • the surface 2322 forms
  • the second organic layer 232 is a second one
  • organic light emitting layer 22 and a second one
  • Electrode 4 downstream.
  • the topographical surface structure of the main surface 2311 of the first organic layer 231 continues over the intermediate layer 233 and at least over the surface of the second organic layer 232.
  • the topographic surface structure can be produced for example by crystallizing materials.
  • the first organic layer 231 has a roughened
  • the intermediate layer 232 may also be absent.
  • the second organic layer 232 may be a planarizing
  • the CGL effect can be amplified and thus the voltage drop and efficiency losses can be reduced.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of an organic light-emitting component 100 according to an embodiment.
  • the component 100 of FIG. 4 differs from the component 100 of FIG. 3 in that the component 100 of FIG. 4 has a further topographic
  • the organic layer 231 of FIGS. 3 and 4 is n-doped.
  • the second organic layer 232 of FIGS. 3 and 4 are in particular p-doped.
  • Figures 5 and 6 show a side view of a
  • FIG. 5 differs from the organic light-emitting component of FIG. 3
  • the first organic layer 231 of Figure 5 is in particular p-doped and has
  • the second organic layer 232 is n-doped and in particular has a planarizing effect.
  • Layer 231 which is in particular p-doped, crystallizes out during growth and forms a so-called roughened boundary surface, that is to say a topographical surface structure 5.
  • the component 100 of FIG. 6 differs from that of FIG.
  • Component 100 of FIG. 4 in that the first organic layer 231 and the second organic layer 232 are doped differently from each other.
  • the first organic layer 231 of Figure 6 is p-doped and the second organic
  • Layer 232 is n-doped.
  • the component 100 of FIG. 6 has, in particular, an ITO anode which is structured, that is to say has a further topographical surface structure 6, the structure extending into the functional layer stack, ie in particular even into the charge carrier generation zone 23.

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein organisches lichtemittierendes Bauelement (100) umfassend ein Substrat (1), einen funktionellen Schichtenstapel (2) zwischen zwei Elektroden (3, 4), der auf dem Substrat (1) angeordnet ist, wobei der funktionelle Schichtenstapel (2) zumindest zwei organische lichtemittierende Schichten (21, 22) und zumindest eine Ladungsträgererzeugungszone (23) aufweist, die zwischen den zwei organischen lichtemittierenden Schichten (21, 22) angeordnet ist, wobei die Ladungsträgererzeugungszone (23) zumindest eine erste organische Schicht (231) mit einer Hauptoberfläche (2311) umfasst, wobei die Hauptoberfläche (2311) dem Substrat (1) abgewandt ist, wobei die erste organische Schicht (231) elektronenleitend oder lochleitend ist, wobei die Hauptoberfläche (2311) eine topographische Oberflächenstruktur (5) aufweist.

Description

Beschreibung
Organisches lichtemittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements
Die Erfindung betrifft ein organisches lichtemittierendes Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements. Organische Leuchtdioden (OLEDs) können mit guter Effizienz und Lebensdauer mittels Leitfähigkeitsdotierung durch
Verwendung eines p-i-n-Überganges analog zu herkömmlichen anorganischen LEDs hergestellt werden. Dabei werden die
Ladungsträger, also Löcher oder Elektronen, aus den dotierten Schichten, insbesondere einer p- und n-dotierten Schicht, gezielt in die intrinsische Schicht injiziert, wo sie
Exzitonen bilden, die bei strahlender Rekombination zur
Emission eines Photons führen. Durch Übereinanderstapeln mehrerer intrinsischer Schichten (Stacking) können in
zweifach beziehungsweise dreifach gestackten OLEDs bei praktisch gleicher Effizienz und identischer Leuchtdichte deutlich längere Lebensdauern gegenüber einfach gestapelten OLEDs erzielt werden, da bei gleichen Stromdichten die doppelte oder dreifache Leuchtdichte realisiert wird. Mit anderen Worten wird in mehrfach gestapelten OLEDs bei
gleicher Leuchtdichte die aktive Emitterschicht weniger gestresst als in ungestapelten OLEDs. Für das Stacking werden sogenannte Ladungsträgererzeugungszonen, die auch als Charge Generation Layer (CGL) bezeichnet werden können, benötigt, die aus einem hochdotierten p-n-Übergang bestehen. Eine CGL dient hierbei als Tunnelübergang zwischen den gestapelten Emissionsschichten. Die zentrale Anforderung an die
Ladungsträgererzeugungszone ist hierbei, effektiv Ladungsträger zu generieren, ohne zu einem zusätzlichen
Spannungsabfall zu führen. Organische lichtemittierende
Leuchtdioden (OLEDs) weisen üblicherweise möglichst planare und glatte Hauptoberflächen oder Oberflächen, beispielsweise Substratflächen, zur Aufbringung von Elektroden und
organischen Schichten auf.
Eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform ist es, ein organisches lichtemittierendes Bauelement bereitzustellen, das im Betrieb effizient Strahlung emittiert. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, zumindest ein Verfahren zur
Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements bereitzustellen, das leicht und kostengünstig herstellbar ist .
Diese Aufgaben werden durch ein organisches
lichtemittierendes Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ferner werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zur
Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 gelöst.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst oder besteht das organische lichtemittierende Bauelement aus einem Substrat, einem funktionellen Schichtenstapel zwischen zwei Elektroden, der auf dem Substrat angeordnet ist. Der funktionelle
Schichtenstapel weist zumindest zwei organische
lichtemittierende Schichten und zumindest eine
Ladungsträgererzeugungs zone auf. Die
Ladungsträgererzeugungszone ist zwischen den zwei organischen lichtemittierenden Schichten, insbesondere in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt, angeordnet. Die Ladungsträgererzeugungszone umfasst zumindest eine erste organische Schicht, die insbesondere elektronenleitend oder lochleitend ist, besonders bevorzugt eine n- oder p-dotierte organische Schicht, ist. Die erste organische Schicht, das Substrat und/oder zumindest eine der Elektroden weisen jeweils eine Hauptoberfläche auf. Die Hauptoberfläche der ersten organischen Schicht, des Substrats und/oder zumindest einer der Elektroden können jeweils eine topographische
Oberflächenstruktur aufweisen.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst oder besteht das organische lichtemittierende Bauelement aus einem Substrat, einem funktionellen Schichtenstapel zwischen zwei Elektroden, der auf dem Substrat angeordnet ist. Der funktionelle
Schichtenstapel weist zumindest zwei organische
lichtemittierende Schichten und zumindest eine
Ladungsträgererzeugungs zone auf. Die
Ladungsträgererzeugungszone ist zwischen den zwei organischen lichtemittierenden Schichten, insbesondere in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt, angeordnet.
Alternativ können intrinsische Schichten zwischen der
Ladungsträgererzeugungszone und den organischen
lichtemittierenden Schichten angeordnet sein. Damit können Quencheffekte vermieden werden. Die
Ladungsträgererzeugungszone umfasst zumindest eine erste organische Schicht, die insbesondere elektronenleitend oder lochleitend ist, besonders bevorzugt eine n- oder p-dotierte organische Schicht, ist. Die erste organische Schicht weist eine Hauptoberfläche auf. Die Hauptoberfläche ist dem
Substrat abgewandt. Die Hauptoberfläche weist eine
topographische Oberflächenstruktur auf. Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements angegeben. In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur
Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements die Schritte auf:
A) Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Elektrode,
B) Aufbringen einer ersten organischen lichtemittierenden Schicht auf das Substrat und die erste Elektrode,
C) Aufbringen einer ersten organischen Schicht mit einer Hauptoberfläche, die der ersten organischen
lichtemittierenden Schicht abgewandt ist, wobei die erste organische Schicht Teil einer Ladungsträgererzeugungszone ist und elektronen- oder lochleitend ist,
D) Ausbilden einer topographischen Oberflächenstruktur in der Hauptoberfläche,
E) Aufbringen einer zweiten organischen Schicht mit einer Oberfläche, wobei die zweite organische Schicht Teil einer Ladungsträgererzeugungszone ist, wobei die Oberfläche der zweiten organischen Schicht der Hauptoberfläche der ersten organischen Schicht zugewandt ist, wobei zumindest die
Oberfläche der zweiten organischen Schicht teilweise der topographischen Oberflächenstruktur folgt, und
F) Aufbringen einer zweiten organischen lichtemittierenden Schicht, insbesondere auf die unter Schritt E) erzeugte
Anordnung . Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele,
Definitionen und Merkmale gelten, sofern nicht ausdrücklich anders gekennzeichnet, gleichermaßen für das organische lichtemittierende Bauelement, wie auch für das Verfahren zur Herstellung des organischen lichtemittierenden Bauelements.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente
zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Dass eine Schicht oder ein Element "zwischen" zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine
Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder
elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elementen und in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in
mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten
beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elemente angeordnet sein. Dass eine Hauptoberfläche, eine Fläche oder eine Oberfläche einer Schicht oder eines Elements eine topographische
Oberflächenstruktur oder eine weitere topographische
Oberflächenstruktur aufweist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die Hauptoberfläche, Fläche oder Oberfläche mit der (weiteren) topographischen Oberflächenstruktur ein mikroskopisches und/oder ein makroskopisches Höhenprofil aufweisen. Ein Höhenprofil kann sich dabei regelmäßig oder unregelmäßig in eine oder in zwei Richtungen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Oberfläche, Fläche oder Hauptoberfläche, über die gesamte Oberfläche, Fläche oder Hauptoberfläche oder über ein oder mehrere Teilbereiche der Oberfläche, Fläche oder Hauptoberfläche erstrecken. Ein
Höhenprofil kann dabei durch Erhebung und Vertiefung in der Oberfläche, Fläche oder Hauptoberfläche charakterisiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
topographische Oberflächenstruktur topographische
Höhenunterschiede von mindestens 80 nm, 70 nm, 65 nm, 60 nm, 55 nm, 50 nm, 10 nm oder 5 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
topographische Oberflächenstruktur topographische
Höhenunterschiede von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 1 mm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
topographische Oberflächenstruktur entlang einer
Haupterstreckungsebene der Oberfläche der ersten organischen Schicht eine Anordnung von Strukturen mit einem mittleren
Abstand von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 100 ym auf. Haupterstreckungsebene meint hier die Ebene quer zum Strahlengang der von dem Bauelement emittierten
Strahlung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
topographische Oberflächenstruktur eine oder mehrere
Strukturen auf. Die Strukturen sind aus einer Gruppe
ausgewählt, die gebildet ist durch Aufrauungen, Linsen, Prismen, Wellen, Gräben, Stegen, Kegelstümpfen,
sägezahnförmige Ausformungen, kegelförmige Ausformungen, kugelige Ausformungen und fraktale Ausformungen.
Insbesondere können die Strukturen gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren gezielt in die Hauptoberfläche der ersten organischen Schicht oder des Substrats oder der
Elektrode eingebracht werden, sodass eine kontrolliert strukturierte Hauptoberfläche erzeugt werden kann. Die
Strukturen können dabei konkav oder konvex ausgebildet sein. Das kann bedeuten, dass die topographische
Oberflächenstruktur beispielsweise Linsen, Prismen oder
Kegelstümpfe aufweist, die als Erhebungen mit dazu vertieft ausgebildetem Rand oder Zwischenbereichen ausgebildet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann dazu die topographische
Oberflächenstruktur auch Linsen, Prismen oder Kegelstümpfe aufweisen, die als Vertiefungen mit dazu erhabenem Rand oder Zwischenbereichen ausgeführt sind.
Die Strukturen der topographischen Oberflächenstruktur können regelmäßig oder unregelmäßig lateral entlang der
Haupterstreckungsebene der Hauptoberfläche in der
Hauptoberfläche erzeugt und in dieser eingebracht werden beziehungsweise sein. Eine topographische Oberflächenstruktur mit unregelmäßig angeordneten Strukturen kann auch in Form einer Aufrauung mit kontrolliert erzeugter Rauigkeit
ausgeführt sein.
Die topographischen Höhenunterschiede können auch durch eine lokal über Teilbereiche der Hauptoberfläche oder global über die gesamte Hauptoberfläche definierte sogenannte Peak-to- Peak-Rauigkeit charakterisiert sein. Die topographischen Höhenunterschiede können dabei beispielsweise mit
Atomkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) bestimmt werden.
Durch das Einbringen von topographischen
Oberflächenstrukturen in zumindest einer Hauptoberfläche kann der sogenannte CGL-Effekt verstärkt werden im Vergleich zu planaren Schichten. Damit kann der Spannungsabfall und
Effizienzverlust reduziert werden. Dabei können zwei Effekte ausgenutzt werden. Zum einen kann die Oberfläche der
Grenzschicht zwischen der ersten organischen Schicht und der zweiten organischen Schicht, die elektrodenleitend und/oder lochleitend sind, vergrößert werden. Im Vergleich zu einer reinen planaren Ladungsträgererzeugungszone können dadurch mehr Ladungsträger generiert werden und die
Ladungsträgererzeugungszone kann effektiver sein, das heißt mit weniger Spannung kann ein größerer Strom generiert werden.
Zweitens kann durch die Struktur der topographischen
Oberflächenstruktur, beispielsweise eine kegelförmige, sägezahnartige oder fraktale Strukturierung, der
Ladungsträgerzeugungszone oder der ersten organischen
Schicht, insbesondere der dotierten
Ladungsträgererzeugungszone, lokale Feldspitzen entstehen, die das Tunneln der generierten Ladungsträger vereinfacht. Die Tunnelbarriere wird dünner in Gebieten mit lokaler
Feldüberhöhung, wodurch die Ladungsträger hier besonders einfach hindurchtunneln können. In der Folge wird erneut die Ladungsträgererzeugungszone effektiver, das heißt mit mehr Spannung wird ein größerer Strom generiert.
Die topographische Oberflächenstruktur kann im oben genannten Verfahrensschritt D) beispielsweise durch Prägen, Stempeln, Gravieren, Drucken, Sprühen, Ätzen, Schleifen, optisches Strukturieren oder eine Kombination aus einem oder mehreren dieser Verfahren ausgebildet werden. Insbesondere kann das optische Strukturieren das Belichten eines fotosensitiven Materials beinhalten, das lateral unterschiedlich intensiv oder unterschiedlich lange belichtet und anschließend
entwickelt wird. Weiterhin kann das optische Strukturieren auch das Strukturieren mittels eines Lasers beinhalten, beispielsweise in Form von Laserablation .
Im Verfahrensschritt A) kann ein Substrat bereitgestellt werden, dessen Abmessungen und Größe an das hier
herzustellende organische lichtemittierende Bauelement bereits angepasst ist. Alternativ kann ein beispielsweise als Folie ausgebildetes Substrat bereitgestellt werden, in das mittels eines Bandprozesses (auch Roll-to-Roll-Prozess genannt) im Verfahrensschritt D) die topographische
Oberflächenstruktur eingebracht wird. Das Substrat kann vor oder nach dem Verfahrensschritt F) vereinzelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgen die Schritte C) und D) gleichzeitig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
organische Schicht der Ladungsträgererzeugungszone
elektronenleitend. Dies kann beispielsweise eine n-dotierte organische Schicht oder hochleitfähige intrinsische Schicht sein. Die Ladungsträgererzeugungszone weist insbesondere eine zweite organische Schicht auf, die eine Oberfläche aufweist. Die zweite organische Schicht kann insbesondere lochleitend, bevorzugt eine p-dotierte organische Schicht, sein. Die
Oberfläche der zweiten organischen Schicht ist der
Hauptoberfläche der ersten organischen Schicht und/oder dem Substrat zugewandt. Dabei setzt sich die topographische
Oberflächenstruktur ganz oder zumindest teilweise in der Oberfläche der zweiten organischen Schicht fort.
Mit "Hauptoberfläche" einer Schicht oder eines Elements wird hier und im Folgenden die Oberfläche eines Elements oder einer Schicht verstanden, die dem Substrat abgewandt ist. Mit "Oberfläche" einer Schicht oder eines Elements wird hier und im Folgenden verstanden, dass die Oberfläche des Elements oder der Schicht dem Substrat zugewandt ist.
Dass sich die topographische Oberflächenstruktur zumindest in der Oberfläche der zweiten organischen Schicht oder in der Oberfläche einer anderen organischen Schicht oder in der Hauptoberfläche eines Elements oder einer Schicht fortsetzt, wird hier und im Folgenden verstanden, dass die Oberfläche der Schicht ebenfalls eine topographische Oberflächenstruktur aufweist. Dies kann beispielsweise eine weitere
topographische Oberflächenstruktur sein. Die weitere
topographische Oberflächenstruktur der Oberfläche oder
Hauptoberfläche einer Schicht kann dabei bevorzugt gleich oder ähnlich der topographischen Oberflächenstruktur der Hauptoberfläche der entsprechenden Schicht ausgebildet sein. Gleich oder ähnlich kann im Zusammenhang mit zwei oder mehreren topographischen Oberflächenstrukturen insbesondere bedeuten, dass die zwei oder mehreren topographischen Oberflächenstrukturen gleiche oder ähnliche Höhenprofile mit einander entsprechenden Erhebungen und Vertiefungen
aufweisen. Beispielsweise können die zwei oder mehreren topographischen Oberflächenstrukturen in diesem Sinne jeweils lateral nebeneinander angeordnete Erhebungen und Vertiefungen in einer bestimmten charakterisierenden Abfolge aufweisen, die abgesehen beispielsweise von relativen Höhenunterschieden der Erhebungen und Vertiefungen für die zwei oder mehreren topographischen Oberflächenstrukturen gleich sind. Mit anderen Worten kann eine Oberfläche, die der topographischen Oberflächenstruktur der Hauptoberfläche zumindest teilweise folgt, eine Erhebung angeordnet über einer Erhebung der topographischen Oberflächenstruktur der Hauptoberfläche beziehungsweise eine Vertiefung angeordnet über einer
Vertiefung der topographischen Oberflächenstruktur der
Hauptoberfläche aufweisen. Der relative Höhenunterschied zwischen benachbarten Erhebungen und Vertiefungen der
Oberfläche der Schicht kann dabei auch unterschiedlich zum relativen Höhenunterschied der entsprechenden Erhebungen und Vertiefungen der topographischen Oberflächenstruktur der Hauptoberfläche sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
organische Schicht lochleitend. Die
Ladungsträgererzeugungszone weist insbesondere eine zweite organische Schicht mit einer Oberfläche auf. Die zweite organische Schicht ist elektronenleitend. Die Oberfläche der zweiten organischen Schicht ist der Hauptoberfläche der ersten organischen Schicht zugewandt. Insbesondere bilden die Oberfläche der zweiten organischen Schicht und die
Hauptoberfläche der ersten organischen Schicht eine direkte Grenzfläche. Die topographische Oberflächenstruktur setzt sich zumindest in der Oberfläche der zweiten organischen Schicht fort.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine
Zwischenschicht in der Ladungsträgererzeugungszone
angeordnet. Die Zwischenschicht weist eine Hauptoberfläche auf. Die Zwischenschicht ist zwischen der ersten und der zweiten organischen Schicht angeordnet. Insbesondere weist die Zwischenschicht einen direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt sowohl zur ersten als auch zur zweiten organischen Schicht auf. Die Hauptoberfläche der
Zwischenschicht ist der Hauptoberfläche der ersten
organischen Schicht abgewandt. Die topographische
Oberflächenstruktur setzt sich in der Hauptoberfläche der Zwischenschicht und/oder in der Oberfläche der zweiten organischen Schicht und/oder der Hauptoberfläche der zweiten organischen Schicht fort.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine effektive
Ladungsträgererzeugungszone, insbesondere mit einer
topographischen Oberflächenstruktur, eine Reduzierung des Spannungsabfalls beim Betriebsstrom ermöglicht wird. Dieser verringerte Spannungsabfall bewirkt eine Reduzierung der OLED-Spannung im Betrieb und damit eine Effizienzsteigerung des gestackten Schichtenstapels von einer lichtemittierenden Leuchtdiode, einer Solarzelle oder von Detektoren bzw. den Kontakten von organischen Feldeffekt- oder bipolaren
Transistoren. Dadurch werden ohmsche Verluste und die
Aufheizung eines Bauelements verringert.
Zudem ist das Aufbringen von topographischen
Oberflächenstrukturen prozesstechnisch kompatibel mit beispielsweise einer Strukturierung der Elektroden-Organik- Grenzfläche zur Verbesserung der Lichtauskopplung. In diesem Fall kann die Strukturierung der ersten Elektrode,
beispielsweise von Indiumzinnoxid, bis in die
Ladungsträgererzeugungszone erfolgen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
organische Schicht kristallisiert. Insbesondere wird die erste organische Schicht aufgebracht und kristallisiert aus. Die topographische Oberflächenstruktur kann beispielsweise durch Kristallisation eines Materials der ersten organischen Schicht hervorgerufen werden. Beispielsweise können als Materialien, die während der Prozessierung aufrauen,
2, 2 ' , 6, 6 ' -Tetravinyl-4, 4 ' -Bipyridyl (GBPy) oder NET-61 von Novaled verwendet werden. Besonders bevorzugt sind relativ starre, symmetrische organische Moleküle, die auch schon in dünner Schicht zur Kristallisation neigen. Eine weitere
Klasse sind Moleküle mit Dipolen, wobei sich bei der
Kristallisation die Dipole ausrichten. Weist die Ladungsträgererzeugungszone optional eine
Zwischenschicht auf, so kann oder muss diese auch eine strukturierte Oberflächenstruktur aufweisen, sodass auch die zweite organische Schicht, die p- oder n-dotiert sein kann, eine aufgeraute Grenzfläche zur Zwischenschicht aufweist. Die zweite organische Schicht kann eine planarisierende Wirkung aufweisen, wodurch die darüber liegenden Schichten wieder planar aufwachsen. Insbesondere kann die Topologie zu
mindestens 50%, bevorzugt größer 70 % oder besonders
bevorzugt zu größer 85% folgen.
Insbesondere kann ein Material zur Erzeugung einer
topographischen Oberflächenstruktur verwendet werden, das eine niedrige Glasübergangstemperatur Tg, bevorzugt zwischen 80 und 120 °C, aufweist. Bei Raumtemperaturen und im Betrieb des Bauelements sollten keine weiteren Veränderungen der Schicht erfolgen. Ist die Schicht erst mal kristallin, tritt normalerweise keine Veränderung mehr auf. Wird die Schicht während der Abscheidung beziehungsweise im Anschluss nach der Abscheidung der gesamten Schichtenfolge bis nahe an die
Glasübergangstemperatur beziehungsweise darüber erwärmt, kristallisieren die Schichten aus. Insbesondere kann dies auch neben dem Temperatureinfluss durch den Dotierungsgrad gesteuert werden. Die Kristallisation ist insbesondere ausgeprägt bei stäbchenförmigen oder relativ flachen starren Molekülen, zum Beispiel bei Elektrodenleitern, wie
beispielsweise BPyPyP, oder bei Lochleitern, wie
beispielsweise CBP.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
organische Schicht MoOx oder WOx auf. Mit MoOx
beziehungsweise WOx werden hier insbesondere die Oxide des
Molybdäns beziehungsweise Wolframs mit möglichen
Oxidationsstufen verstanden. Besonders bevorzugt ist x = 2.5 - 3.
MoOx kann Molybdän ( I I ) -oxid, MoO, Molybdän ( IV) -oxid, M0O2, und/oder Molybdän (VI ) -oxid, M0O3, bedeuten.
WOx kann Wolfram ( I I I ) -oxid, W2O3, Wolfram ( IV) -oxid, WO2, und/oder Wolfram (VI ) -oxid, WO3, bedeuten.
Mit den Oxiden des Molybdäns oder Wolframs können
topographische Oberflächenstrukturen erzeugt werden, indem gezielt Nano- oder Mikrostrukturen in einzelne Schichten eingebracht werden. Dabei können Molekularstrahlen durch Ultrajets direkt ins Vakuum eingesprüht werden. Oxidische Nanopartikel , wie beispielsweise Molybdänoxid oder
Wolframoxid, besitzen selbst schon eine p-dotierende Wirkung. Insbesondere entstehen dort auch Gebiete hoher Leitfähigkeit, die zu einer Spannungsüberhöhung führen können. Derartige "kalte" Salzstrahlen können auch beispielsweise aus
Cäsiumphosphat oder anderen Salzen mit hochgeladenen Anionen erzeugt werden, um eine n-Dotierung in Elektrodenleitern zu bewirken. Beispielsweise weisen die oxidischen Nanopartikel eine Partikelgröße von kleiner als 10 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat eine Hauptoberfläche auf. Die Hauptoberfläche des Substrats ist der Hauptoberfläche der ersten organischen Schicht abgewandt. Die Hauptoberfläche des Substrats weist eine weitere
topographische Oberflächenstruktur auf. Die weitere
topographische Oberflächenstruktur entspricht insbesondere der topographischen Oberflächenstruktur der Hauptoberfläche der ersten organischen Schichten. Mit "entspricht" wird hier verstanden, dass die topographischen Oberflächenstrukturen gleich oder ähnlich sein können.
In dem hier beschriebenen organischen lichtemittierenden Bauelement kann zudem durch die Anordnung der Schichtenfolge mit einer topographischen Oberflächenstruktur, beispielsweise des Substrats, oder der ersten organischen Schicht eine
Wellenleitung der in der organischen Schichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung im Vergleich zu bekannten
OLEDs, insbesondere solchen mit Planarisierungsschichten, wirksam verhindert oder zumindest vermindert werden. Durch die Unterbrechung von Wellenleitereffekten in der organischen Schichtenfolge, wie sie in bekannten OLEDs mit planaren
Schichten auftreten können, kann die Auskoppeleffizienz der erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem organischen lichtemittierenden Bauelement deutlich im Vergleich zu bekannten OLEDs erhöht werden. Dabei ist es gerade auch möglich, dass beispielsweise keine zusätzlichen
Auskopplungsstrukturen auf einer Oberfläche des Bauelements angeordnet werden müssen. Diese zusätzlichen
Auskopplungsstrukturen würden wiederum auch nur das nahe einer solchen Auskopplungsstruktur geführte Licht vermehrt auskoppeln. Dabei kann es bei dem hier beschriebenen
Bauelement mit Vorteil erreicht werden, dass nicht nur das Licht vermehrt ausgekoppelt werden kann, das in bekannten Bauelementen in einer Verkapselungsschicht durch
Wellenleitereffekten geführt wird, sondern auch das Licht, das in bekannten Bauelementen in den organischen Schichten oder Elektroden durch Wellenleitungseffekte geführt wird. Dadurch können im hier beschriebenen organischen
lichtemittierenden Bauelement auf zusätzliche Prozessschritte zur Aufbringung einer zusätzlichen externen Auskoppelschicht verzichtet werden, was technologisch schwierig und aufwändig wäre, da derartige Prozessschritte mit einer mechanischen und/oder thermischen und/oder elektromagnetischen Belastung des an sich schon fertigen Bauelements und zumindest einer Bauelementoberfläche verbunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das organische lichtemittierende Bauelement eine erste Elektrode auf.
Insbesondere ist die erste Elektrode direkt dem Substrat nachgeordnet. Im Falle der weiteren topographischen
Oberflächenstruktur des Substrats weist die Oberfläche oder Hauptoberfläche der ersten Elektrode auch eine weitere topographische Oberflächenstruktur auf, die sich von der Hauptoberfläche des Substrats fortsetzt. Weiterhin kann das organische lichtemittierende Bauelement eine zweite Elektrode aufweisen. Die zweite Elektrode kann auf der dem Substrat abgewandten Seite des funktionellen Schichtenstapels angeordnet sein. Die erste Elektrode kann beispielsweise ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO) , beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid) umfassen oder daraus bestehen. Die zweite Elektrode kann ein Metall umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise Aluminium oder Kalzium. Das organische lichtemittierende Bauelement kann ein Substrat aufweisen. Das Substrat kann Glas, Quarz, Kunststoff,
Polymerfolien, Metall, Metallfolien, Siliziumwafer oder ein beliebiges anderes geeignetes Substratmaterial umfassen und starr oder flexibel ausgeführt sein. Ein Metallfolie
umfassendes oder ein Metallfolie ausgeführtes Substrat kann beispielsweise eine Aluminiumfolie, eine Kupferfolie, eine Edelstahlfolie oder eine Kombination oder einen
Schichtenstapel darauf aufweisen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das organische lichtemittierende Bauelement einen funktionellen
Schichtenstapel auf. Der funktionelle Schichtenstapel kann eine organische Schichtenfolge mit einem funktionalen Bereich aufweisen oder daraus bestehen. Der funktionelle
Schichtenstapel ist zwischen den beiden Elektroden auf dem Substrat angeordnet. Die organischen Schichten können dabei beispielsweise als Elektronentransportschichten,
Löcherblockierschichten, elektrodenlumines zierenden
Schichten, Elektronenblockierschichten, organische
lichtemittierende Schichten und/oder Lochtransportschichten ausgebildet sein. In den organischen Schichten kann im aktiven Bereich durch Elektronen- und Löcherinjektion und Rekombination elektromagnetische Strahlung mit einer einzelnen Wellenlänge oder einem Bereich von Wellenlängen erzeugt werden. Die organischen Schichten können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere,
organische kleine nichtpolymere Moleküle ("small molecules") oder Kombinationen daraus aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das organische lichtemittierende Bauelement eine Verkapselung aufweisen. Die Verkapselung kann über dem funktionellen Schichtenstapel und der zweiten Elektrode angeordnet sein. Die Verkapselung kann dabei ein oder mehrere Schichten umfassen, wobei die
Schichten der Verkapselung beispielsweise
Planarisierungsschichten, Barriereschichten, wasser- und/oder Sauerstoffabsorbierende Schichten, Verbindungsschichten oder Kombinationen daraus sein können. Die Verkapselung kann beispielsweise eine Abdeckung in Form einer Kappe,
insbesondere einer freitragenden Kappe, und/oder einer
Schicht oder Schichtenfolge in Form einer
Dünnfilmverkapselung auf oder über der organischen
Schichtenfolge aufweisen. Geeignete Materialien können beispielsweise Glas, Kunststoffe, Metalle, Metalloxide, Nichtmetalloxide oder Nichtmetallnitride, wie etwa SiOx oder SiNx, Keramiken oder Kombinationen daraus aufweisen oder sein. Die Verkapselung kann dabei beispielsweise
Barriereschichten und/oder Planarisierungsschichten
aufweisen. Weiterhin kann die Abdeckung auch als Laminat ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das organische lichtemittierende Bauelement als sogenannter Bottom-Emitter aufgeführt, das heißt, dass in diesem Bauelement das Substrat transparent oder zumindest teilweise transparent ist und die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung in den organischen lichtemittierenden Schichten durch das
Substrat abgestrahlt werden kann.
Alternativ kann das organische lichtemittierende Bauelement als sogenannter Top-Emitter ausgeführt sein, dass also die in den organischen lichtemittierenden Schichten erzeugte
elektromagnetische Strahlung durch die zweite Elektrode abgestrahlt werden kann. Alternativ kann das organische lichtemittierende Bauelement auch eine Kombination aus einem Bottom- und Top-Emitter sein, dass also die in den organischen lichtemittierenden Schichten erzeugte elektromagnetische Strahlung beidseitig abgestrahlt werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im
Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1 eine Bandstruktur gemäß einer Ausführungsform, Figuren 2A und 2B jeweils eine schematische Seitenansicht
eines organischen lichtemittierenden Bauelements gemäß eines Vergleichsbeispiels,
Figur 2C eine Stromspannungskennl gemäß eines
Vergleichsbeispiels , Figuren 3 bis 6 jeweils eine schematische Seitenansicht eines organischen lichtemittierenden Bauelements gemäß einer Ausführungsform. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente jeweils mit
denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt eine Bänderstruktur gemäß einer
Ausführungsform. Es wird die Bänderstruktur eines organischen lichtemittierenden Bauelements mit zwei organischen Schichten 1-1, 1-2 dargestellt. Beide Schichten 1-1, 1-2 sind durch eine sogenannte Ladungsträgererzeugungszone 23 zumindest räumlich voneinander separiert. Die Schicht 1-1 kann eine Lochtransportschicht (HTL) sein. Die Lochtransportschicht kann eine p-Dotierung aufweisen. Der p-Dotand kann
beispielsweise Cu(I)pFBz, Molybdänoxid, Wolframoxid,
Vanadiumoxid, Rheniumoxid, F4-TCNQ, HAT-CN, NDP-2, NDP-9, Bi(III) (pFBz)3 Bismuth ( tris-pentafluorbenzoat ) oder
Bi (III) (TFMBz) 3 Bismuth (tris-3, 5-di-trifluoromethylbenzoat ) sein .
Die Schicht 1-2 kann beispielsweise eine
Elektronentransportschicht (ETL) sein. Die
Elektronentransportschicht ist insbesondere n-dotiert. Als n Dotanden kommen beispielsweise Cäsiumcarbonat ,
Cäsiumphosphat, Natrium, Kalium, Kalzium, Magnesium, Cäsium, Lithium, NDN-1 oder NDN-26 in Frage. Durch Einbau einer topographischen Oberflächenstruktur 5 insbesondere an der Grenzfläche zwischen einer n-dotierten und p-dotierten organischen ersten und zweiten Schicht 1-1, 1-2 kann die Grenzfläche zwischen beiden Schichten vergrößert werden. Im Vergleich beispielsweise zu planaren
Ladungsträgererzeugungszonenschichten 23 können dadurch mehr Ladungsträger generiert werden und die
Ladungsträgererzeugungszone 23 wird damit effektiver. Mit anderen Worten kann mit weniger Spannung ein größerer Strom generiert werden.
Die Figuren 2A bis 2C zeigen ein organisches
lichtemittierendes Bauelement 100 gemäß eines
Vergleichsbeispiels. Das Bauelement 100 der Figur 2A weist ein Substrat 1 auf. Das Substrat 1 kann insbesondere
gleichzeitig die erste Elektrode 3 bilden. Als Materialien für das Substrat und die erste Elektrode 3 kommen
Indiumzinnoxid und Glas in Frage. Dem Substrat 1 kann eine erste organische lichtemittierende Schicht 21 nachgeordnet sein. Die organische lichtemittierende Schicht 21 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, Strahlung aus dem blauen Bereich zu emittieren. Insbesondere ist die erste organische lichtemittierende Schicht 21 undotiert. Der ersten organischen lichtemittierenden Schicht 21 kann eine erste organische Schicht 231, die n-dotiert sein kann, nachgeordnet sein. Der ersten organischen Schicht 231 kann eine
Zwischenschicht 233 nachgeordnet sein. Die Zwischenschicht 233 kann in dem Bauelement auch fehlen. Der Zwischenschicht 233 kann eine zweite organische Schicht 232, die insbesondere p-dotiert ist, nachgeordnet sein. Die erste organische
Schicht 231, die Zwischenschicht 233 und die zweite
organische Schicht 232 bilden die Ladungsträgererzeugungszone 23. Der Ladungsträgererzeugungszone 23 ist eine zweite organische lichtemittierende Schicht 22 nachgeordnet. Diese kann insbesondere dazu eingerichtet sein, Strahlung aus dem roten Wellenlängenbereich zu emittieren. Die zweite Elektrode 4, die der zweiten organischen lichtemittierenden Schicht 22 nachgeordnet sein kann, kann aus Silber sein.
Die erste organische lichtemittierende Schicht 21 kann eine Schichtdicke von 50 nm aufweisen und aus BCB sein. Die erste organische Schicht 231 kann aus 10 % Cäsiumphosphat in BCB sein und eine Schichtdicke von zirka 100 nm aufweisen. Die zweite organische Schicht kann 4 % Molybdänoxid in -NPD mit einer Schichtdicke von zirka 100 nm aufweisen. Die undotierte zweite organische lichtemittierende Schicht 22 kann -NPD mit einer Schichtdicke von 50 nm aufweisen.
Die Figur 2B zeigt ein organisches lichtemittierendes
Bauelement 100 gemäß eines Vergleichsbeispiels. Das
Bauelement der Figur 2B unterscheidet sich von dem Bauelement der Figur 2A dadurch, dass die erste Elektrode 3 und das Substrat 1 räumlich getrennt voneinander ausgebildet sind.
Die Figur 2C zeigt eine Stromspannungskennlinie des
Bauelements der Figur 2B gemäß eines Vergleichsbeispiels. Es ist die Stromdichte in mA/cm^ in Abhängigkeit von der
Spannung U in V dargestellt. Der Bereich 7 stellt den
Tunnelstrom dar.
Die Figur 3 zeigt ein organisches lichtemittierendes
Bauelement 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 weist ein Substrat 1 auf. Das Substrat kann
beispielsweise aus Glas geformt sein. Ferner weist das
Bauelement eine erste Elektrode 3 auf, die beispielsweise aus Indiumzinnoxid geformt ist. Dem Substrat 1 ist eine erste organische lichtemittierende Schicht 21, die insbesondere undotiert ist, nachgeordnet. Der ersten organischen
lichtemittierenden Schicht 21 ist eine erste organische
Schicht 231, die insbesondere n-dotiert ist, nachgeordnet. Die erste organische Schicht 231 weist eine Hauptoberfläche 2311 auf. Die Hauptoberfläche 2311 weist eine topographische Oberflächenstruktur 5, hier in Form einer sägezahnförmigen Ausgestaltung, auf. Der ersten organischen Schicht 231 ist eine Zwischenschicht 233 nachgeordnet. Die Zwischenschicht 233 weist eine Oberfläche 2332 auf, die gleichzeitig die Hauptoberfläche 2311 der ersten organischen Schicht 231 bildet. Mit anderen Worten setzt sich die topographische Oberflächenstruktur 5 der Hauptoberfläche 2311 in die
Zwischenschicht 233 fort. Der Zwischenschicht 233 ist eine zweite organische Schicht 232, die insbesondere p-dotiert ist, nachgeordnet. Die zweite organische Schicht 232 weist eine Oberfläche 2322 auf. Die Oberfläche 2322 bildet
gleichzeitig die Hauptoberfläche der Zwischenschicht 2331. Der zweiten organischen Schicht 232 ist eine zweite
organische lichtemittierende Schicht 22 und eine zweite
Elektrode 4 nachgeordnet. Mit anderen Worten setzt sich die topographische Oberflächenstruktur der Hauptoberfläche 2311 der ersten organischen Schicht 231 über die Zwischenschicht 233 und zumindest über die Oberfläche der zweiten organischen Schicht 232 fort.
Die topographische Oberflächenstruktur kann beispielsweise durch kristallisierende Materialien erzeugt werden. Damit weist die erste organische Schicht 231 eine aufgeraute
Grenzfläche auf. Beispielsweise kann die topographische
Oberflächenstruktur durch GBPy oder NET-61 von Novaled erzeugt werden. Die Zwischenschicht 232 kann auch fehlen. Die zweite organische Schicht 232 kann eine planarisierende
Wirkung aufweisen.
Im Vergleich zu planaren Ladungsträgererzeugungszonen 23 kann der CGL Effekt verstärkt werden und somit der Spannungsabfall und Effizienzverluste reduziert werden.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines organischen lichtemittierenden Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der Figur 4 unterscheidet sich von dem Bauelement 100 der Figur 3 dadurch, dass das Bauelement 100 der Figur 4 eine weitere topographische
Oberflächenstruktur 6 des Substrats und/oder der ersten
Elektrode aufweist. Die weitere topographische
Oberflächenstruktur 6 setzt sich über die erste organische lichtemittierende Schicht 21, die erste organische Schicht 231, die optionale Zwischenschicht 232 in die Oberfläche 2322 der zweiten organischen Schicht 232 fort. Mit anderen Worten zieht sich die Strukturierung der ersten Elektrode und/oder des Substrats, insbesondere der ITO Anode, bis in den
funktionellen Schichtenstapel hinein.
Insbesondere ist die organische Schicht 231 der Figuren 3 und 4 n-dotiert. Die zweite organische Schicht 232 der Figuren 3 und 4 sind insbesondere p-dotiert.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Seitenansicht eines
organischen lichtemittierenden Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 5 unterscheidet sich von dem organischen lichtemittierenden Bauelement der Figur 3
dadurch, dass die Dotierung der ersten organischen Schicht 231 und der zweiten organischen Schicht 232 vertauscht sind. Mit anderen Worten handelt es sich um eine invertierte Ladungsträgererzeugungszone 23. Die erste organische Schicht 231 der Figur 5 ist insbesondere p-dotiert und weist
insbesondere eine kristallisierte p-Schicht auf. Die zweite organische Schicht 232 ist n-dotiert und weist insbesondere eine planarisierende Wirkung auf. Die erste organische
Schicht 231, die insbesondere p-dotiert ist, kristallisiert beim Aufwachsen aus und bildet eine sogenannte aufgeraute Grenzfläche, also eine topographische Oberflächenstruktur 5. Das Bauelement 100 der Figur 6 unterscheidet sich von dem
Bauelement 100 der Figur 4 dadurch, dass die erste organische Schicht 231 und die zweite organische Schicht 232 voneinander unterschiedlich dotiert sind. Die erste organische Schicht 231 der Figur 6 ist p-dotiert und die zweite organische
Schicht 232 ist n-dotiert. Das Bauelement 100 der Figur 6 weist insbesondere eine ITO-Anode auf, die strukturiert ist, also eine weitere topographische Oberflächenstruktur 6 aufweist, wobei sich die Struktur bis in den funktionellen Schichtenstapel hineinzieht, also insbesondere auch bis in die Ladungsträgererzeugungszone 23.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombinationen von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 103 282.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
100 organisches lichtemittierendes Bauelement
1 Substrat
2 funktioneller Schichtenstapel
3 erste Elektrode
4 zweite Elektrode
21 erste organische lichtemittierende Schicht
22 zweite organische lichtemittierende Schicht 23 Ladungsträgererzeugungszone
231 erste organische Schicht
232 zweite organische Schicht
2311 Hauptoberfläche der ersten organische Schicht
2312 Oberfläche der ersten organische Schicht
2321 Hauptoberfläche der zweiten organische Schicht 2322 Oberfläche der zweiten organische Schicht
233 Zwischenschicht
2331 Hauptoberfläche der Zwischenschicht
2332 Oberfläche der Zwischenschicht
5 topographische Oberflächenstruktur
6 weitere topographische Oberflächenstruktur
7 Tunnelstrom
1-1 Schicht
1-2 Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Organisches lichtemittierendes Bauelement (100)
umfassend
- ein Substrat (1),
- einen funktionellen Schichtenstapel (2) zwischen zwei Elektroden (3, 4), der auf dem Substrat (1) angeordnet ist,
- wobei der funktionelle Schichtenstapel (2) zumindest zwei organische lichtemittierende Schichten (21, 22) und zumindest eine Ladungsträgererzeugungszone (23) aufweist, die zwischen den zwei organischen lichtemittierenden Schichten (21, 22) angeordnet ist,
- wobei die Ladungsträgererzeugungszone (23) zumindest eine erste organische Schicht (231) mit einer Hauptoberfläche (2311) umfasst, wobei die Hauptoberfläche (2311) dem Substrat (1) abgewandt ist, wobei die erste organische Schicht (231) elektronenleitend oder lochleitend ist,
- wobei die Hauptoberfläche (2311) eine topographische
Oberflächenstruktur (5) aufweist.
2. Bauelement (100) nach Anspruch 1,
wobei die topographische Oberflächenstruktur topographische Höhenunterschiede von mindestens 80 nm aufweist, und
wobei die erste organische Schicht (231) kristallisiert ist und 2 , 2 ' , 6, 6 ' -Tetravinyl-4 , 4 ' -Bipyridyl oder NET-61 umfasst.
3. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die topographische Oberflächenstruktur (5)
topographische Höhenunterschiede von mindestens 80 nm
aufweist.
4. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste organische Schicht (21) elektronenleitend ist, wobei die Ladungsträgererzeugungszone (23) eine zweite organische Schicht (232) mit einer Oberfläche (2322)
aufweist, wobei die zweite organische Schicht (232)
lochleitend ist, wobei die Oberfläche (2322) der zweiten organischen Schicht (232) der Hauptoberfläche (2311) der ersten organischen Schicht (231) und dem Substrat (1) zugewandt ist, wobei sich die topographische
Oberflächenstruktur (5) zumindest in der Oberfläche (2322) der zweiten organischen Schicht (232) fortsetzt.
5. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste organische Schicht (231) lochleitend ist, wobei die Ladungsträgererzeugungszone (23) eine zweite organische Schicht (232) mit einer Oberfläche (2322)
aufweist, wobei die zweite organische Schicht (232)
elektronenleitend ist, wobei die Oberfläche (2322) der zweiten organischen Schicht (232) der Hauptoberfläche (2311) der ersten organischen Schicht (231) und dem Substrat (1) zugewandt ist, wobei sich die topographische
Oberflächenstruktur (5) zumindest in der Oberfläche (2322) der zweiten organischen Schicht (232) fortsetzt.
6. Bauelement (100) nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5,
wobei die Ladungsträgererzeugungszone (23) eine
Zwischenschicht (233) mit einer Hauptoberfläche (2331) aufweist, die zwischen der ersten und zweiten organischen Schicht (231, 232) angeordnet ist, wobei die Hauptoberfläche (2331) der Zwischenschicht (233) der Hauptoberfläche (2311) der ersten organischen Schicht (231) abgewandt ist, wobei sich die topographische Oberflächenstruktur (5) in der
Hauptoberfläche (2331) der Zwischenschicht (233) und Oberfläche (2322) der zweiten organischen Schicht (232) fortsetzt .
7. Bauelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste organische Schicht (231) kristallisiert ist und 2 , 2 ' , 6, 6 ' -Tetravinyl-4 , 4 ' -Bipyridyl oder NET-61 umfasst.
8. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste organische Schicht (231) MoOx oder WOx aufweist.
9. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die topographische Oberflächenstruktur (5) eine oder mehrere Strukturen aufweist, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die gebildet ist durch Aufrauungen, Linsen, Prismen, Wellen, Gräben, Stege, sägezahnförmige Ausformungen,
kegelförmige Ausformungen, fraktale Ausformungen und
Kegelstümpfe .
10. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die topographische Oberflächenstruktur (5)
topographische Höhenunterschiede von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 1 mm aufweist.
11. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die topographische Oberflächenstruktur (5) entlang einer Haupterstreckungsebene der Hauptoberfläche (2311) der ersten organischen Schicht (231) eine Anordnung von
Strukturen mit einem mittleren Abstand von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 100 ym aufweist.
12. Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (1) eine Hauptoberfläche (11) aufweist, die der Hauptoberfläche (2311) der ersten organischen Schicht (231) abgewandt ist, wobei die Hauptoberfläche (2311) des Substrats (1) eine weitere topographische Oberflächenstruktur (6) aufweist, die der topographischen Oberflächenstruktur (5) der Hauptoberfläche (2311) der ersten organischen Schicht
(231) entspricht.
13. Verfahren zur Herstellung eines organischen
lichtemittierenden Bauelements (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Substrats (1) und einer ersten
Elektrode (3),
B) Aufbringen einer ersten organischen lichtemittierenden Schicht (21) auf das Substrat (1) und die erste Elektrode
(3) ,
C) Aufbringen einer ersten organischen Schicht (231) mit einer Hauptoberfläche (2311), die der ersten organischen lichtemittierenden Schicht (21) abgewandt ist, wobei die erste organische Schicht (231) Teil einer
Ladungsträgererzeugungszone (23) und elektronen- oder
lochleitend ist,
D) Ausbilden einer topographischen Oberflächenstruktur (5) in der Hauptoberfläche (2311),
E) Aufbringen einer zweiten organischen Schicht (232) mit einer Oberfläche (2322), wobei die zweite organische Schicht
(232) Teil einer Ladungsträgererzeugungszone (23) ist, wobei die Oberfläche (2322) der zweiten organischen Schicht (232) der Hauptoberfläche (2311) der ersten organischen Schicht (231) zugewandt ist, wobei zumindest die Oberfläche (2322) der zweiten organischen Schicht (232) teilweise der
topographischen Oberflächenstruktur (5) folgt, und F) Aufbringen einer zweiten organischen lichtemittierenden Schicht (22) .
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