DE102010042982A1

DE102010042982A1 - Elektronisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE102010042982A1
Application number: DE102010042982A
Authority: DE
Inventors: Daniel Steffen Setz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-05-03
Also published as: CN103210518A; KR20130086052A; EP2633568A1; JP2013545230A; WO2012055694A1; US20130270536A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist ein elektronisches Bauelement (100) auf eine erste Elektrode (104); eine organische funktionelle Schichtenstruktur (106) auf oder über der ersten Elektrode (104); eine zweite Elektrode (112) auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur (106); eine dielektrische Schicht (114) auf oder über der zweiten Elektrode (112); und eine Reflexions-Schichtstruktur (116) auf oder über der dielektrischen Schicht (114).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements.
Eine organische Leuchtdiode mit zwei miteinander optisch gekoppelten Mikrokavitäten (engl.: coupled microcavities) ist in M. Mazzeo et al., Shaping White light through electroluminescent fully organic coupled-microcavities, Advanced Materials, Doi10.1002/adma.201001631, September 2010, beschrieben. Mit Hilfe der zweiten Mikrokavität zusätzlich zu der ohnehin üblichen Mikrokavität, gebildet von einer organischen Leuchtdiode (OLED), ist es möglich, das Emissionsspektrum einer OLED zu beeinflussen, wodurch sich insbesondere ein hoher Farbwiedergabeindex erzielen lässt. Diese zusätzliche Mikrokavität wird von einer transparenten, organischen Schicht, angeordnet zwischen zwei metallischen Spiegeln, gebildet, wobei der Spiegel, der sich zwischen den beiden Mikrokavitäten befindet, semitransparent ist, so dass sich eine optische Kopplung zwischen den beiden Mikrokavitäten ergibt.
Der Erfinder hat festgestellt, dass eine solche OLED mit zwei miteinander optisch gekoppelten Mikrokavitäten sehr anfällig ist hinsichtlich des erzielbaren Farbwiedergabeindex und auch der erzielbaren Effizienz der OLED gegen schon sehr geringe Schichtdickenschwankungen bei der Deposition der Materialien. Mit konventionellen Aufdampfmethoden zum Aufbringen von organischen Schichten ergeben sich beispielsweise typischerweise Schichtdickenschwankungen in einem Bereich von ±5%. Dadurch ist eine großtechnische Realisierung von OLEDs mit zwei miteinander optisch gekoppelten Mikrokavitäten (Coupled-Microcavity OLEDs) nur sehr schwierig möglich.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden ein elektronisches Bauelement, beispielsweise ein lichtemittierendes elektronisches Bauelement, und ein Verfahren zum Herstellen eines elektronisches Bauelements, beispielsweise eines lichtemittierenden elektronischen Bauelements, bereitgestellt, das einen zuverlässig erreichbaren hohen Farbwiedergabeindex vergleichbar mit einer Coupled-Microcavity OLED gewährleistet und das auch eine großtechnische Realisierung und Herstellung eines solchen elektronischen Bauelements ermöglicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein elektronisches Bauelement, beispielsweise ein lichtemittierendes elektronisches Bauelement, bereitgestellt. Das elektronische Bauelement kann eine erste Elektrode aufweisen; eine organische funktionelle Schichtenstruktur auf oder über der ersten Elektrode; eine zweite Elektrode auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur; eine dielektrische Schicht auf oder über der zweiten Elektrode; und eine Reflexions-Schichtstruktur auf oder über der dielektrischen Schicht.
Die gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehene dielektrische Schicht anstelle der bei einer herkömmlichen Coupled-Microcavity OLED üblicherweise vorgesehenen zweiten organischen Schicht ermöglicht ein genaueres Aufbringen der dielektrischen Schicht hinsichtlich der Dicke der aufgebrachten dielektrischen Schicht. Die aufgebrachte dielektrische Schicht unterliegt gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen nicht den oben beschriebenen erheblichen Schichtdickenschwankungen, wie sie beim Aufbringen einer organischen Schicht gegeben sind. Somit wird gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen eine exaktere Schichtdickensteuerung erreicht, womit der erzielbare hohe Farbwiedergabeindex zuverlässig selbst bei einer großtechnischen Realisierung gewährleistet werden kann.
Somit wird anschaulich in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Coupled-Microcavity OLED bereitgestellt, bei der nur eine organische funktionelle Schichtenstruktur vorgesehen ist und diese mit einer dielektrischen Schicht gekoppelt ist, beispielsweise optisch gekoppelt ist, so dass die Kopplungswirkung zum Erhöhen des Farbwiedergabeindex erreicht wird.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ausführungsbeispielen durch die dielektrische Schicht anstelle der organischen Schicht eine Verkapselungswirkung des gebildeten lichtemittierenden elektronischen Bauelements bereitgestellt wird. Bei einer herkömmlichen Coupled-Microcavity OLED ist es üblicherweise erforderlich, die gebildete Coupled-Microcavity OLED noch durch zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise auf der Coupled-Microcavity OLED zusätzlich aufgebrachten Schichten, beispielsweise ALD-Schichten (ALD: Atomlagenepitaxieabscheidung, Engl.: Atomic Lager Deposition) oder einer Kavitätsglasverkapselung mit einem so genannten Getter, vor Sauerstoff und Wasser zu schützen.
Somit wird anschaulich durch den Einsatz der dielektrischen Schicht eine Coupled-Microcavity OLED-Struktur bereitgestellt, bei der das oben beschriebene Problem der Schichtdickenschwankungen gelöst wird bei gleichzeitig erzielter Verkapselungswirkung. Es ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ausführungsbeispielen selbstverständlich noch zusätzliche Schichten oder Maßnahmen vorgesehen sein können, wenn gewünscht, zum zusätzlichen Verkapseln des lichtemittierenden elektronischen Bauelements.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter dem Ausdruck „Verkapseln” oder „Verkapselung” beispielsweise verstanden, dass eine Barriere gegenüber Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff bereitgestellt wird, so dass die organische funktionelle Schichtenstruktur nicht von diesen Stoffen durchdrungen werden kann.
In einer Ausgestaltung kann die zweite Elektrode derart eingerichtet sein, dass die dielektrische Schicht mit der organischen funktionellen Schichtenstruktur optisch gekoppelt ist.
Weiterhin kann die zweite Elektrode semitransparent hinsichtlich der von der organischen funktionellen Schichtenstruktur emittierten Strahlung sein.
In einer Weiterbildung ist die dielektrische Schicht eine Schicht, die für Strahlung zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm transparent ist.
Die dielektrische Schicht kann eine Schicht sein, die aufgebracht ist mittels eines der folgenden Verfahren: chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (chemical vapor deposition, CVD); physikalisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (physical vapor deposition, PVD); Aufschleuderverfahren (spin coating); Drucken; Rakeln; Sprühen; und Tauchabscheideverfahren.
Als CVD-Verfahren kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein plasmaunterstütztes chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (plasma enhanced chemical vapor deposition, PE-CVD) eingesetzt werden. Dabei kann in einem Volumen über und/oder um das Element, auf das die aufzubringende Schicht aufgebracht werden soll, herum ein Plasma erzeugt, wobei dem Volumen zumindest zwei gasförmige Ausgangsverbindungen zugeführt werden, die in dem Plasma ionisiert und zur Reaktion miteinander angeregt werden. Durch die Erzeugung des Plasmas kann es möglich sein, dass die Temperatur, auf welche die Oberfläche des Elements aufzuheizen ist, um eine Erzeugung beispielsweise der dielektrischen Schicht zu ermöglichen, im Vergleich zu einem plasmalosen CVD-Verfahren erniedrigt werden kann. Das kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn das Element, beispielsweise das zu bildende lichtemittierende elektronische Bauelement, bei einer Temperatur oberhalb einer Maximaltemperatur geschädigt werden würde. Die Maximaltemperatur kann beispielsweise bei einem zu bildenden lichtemittierenden elektronischen Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen etwa 120°C betragen, so dass die Temperatur, bei der beispielsweise die dielektrische Schicht aufgebracht wird, kleiner oder gleich 120°C und beispielsweise kleiner oder gleich 80°C sein kann.
Alternativ kann die dielektrische Schicht mittels eines physikalischen Abscheideverfahrens aus der Gasphase (physical vapor deposition, PVD) abgeschieden werden, beispielsweise mittels Sputterns, ionenunterstützten Abscheideverfahrens oder thermischen Verdampfens.
In verschiedenen Ausgestaltungen kann die dielektrische Schicht eine Atomlagenepitaxie-Schicht, anders ausgedrückt eine Schicht, die mittels eines Atomlagenepitaxieverfahrens (atomic layer deposition, ALD) aufgebracht worden ist, sein.
Unter einem Atomlagenepitaxieverfahren kann ein Verfahren verstanden werden, bei dem im Vergleich zu einem anderen CVD-Verfahren zuerst eine erste von zumindest zwei gasförmigen Ausgangsverbindungen einem Volumen zugeführt wird, in dem das Element, auf dessen Oberfläche die Schicht mittels des ALD-Verfahrens aufgebracht werden soll, bereitgestellt wird. Die erste Ausgangsverbindung kann auf der Oberfläche adsorbieren, beispielsweise regelmäßig oder unregelmäßig (und dann ohne Fernordnung). Nach einer vollständigen oder nahezu vollständigen Bedeckung der Oberfläche mit der ersten Ausgangsverbindung kann eine zweite der zumindest zwei Ausgangsverbindungen zugeführt werden. Die zweite Ausgangsverbindung kann mit der an der Oberfläche beispielsweise unregelmäßig aber beispielsweise vollständig flächendeckend adsorbierten ersten Ausgangsverbindung reagieren, wodurch eine Monolage der zweiten Schicht ausgebildet werden kann. Wie bei einem anderen CVD-Verfahren kann es vorgesehen sein, dass die Oberfläche auf eine Temperatur über der Raumtemperatur erhitzt wird. Dadurch kann die Reaktion zur Bildung einer Monolage thermisch initiiert werden. Die vorzusehende Oberflächentemperatur kann von den Edukten, anders ausgedrückt von der ersten Ausgangsverbindung und der zweiten Ausgangsverbindung abhängen. Bei Wiederholung dieser Prozesse kann somit nacheinander eine Mehrzahl von Monolagen aufeinander aufgebracht werden, womit eine sehr genaue (reproduzierbare) Einstellung der gewünschten Schichtdicke der mittels eines ALD-Verfahrens aufzubringenden Schicht ermöglicht wird.
Die dielektrische Schicht kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 2 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 nm bis ungefähr 200 nm.
Die dielektrische Schicht kann ein Material oder eine Mischung von Materialien oder einen Stapel von Schichten von Materialien aufweisen, beispielsweise Al₂O₃; ZrO₂; TiO₂; Ta₂O₅; SiO₂; ZnO; und/oder HfO₂. Dies bedeutet, dass die dielektrische Schicht beispielsweise gebildet werden kann von einer einzelnen Schicht aus einem Material oder mehreren Materialien oder aus einer Mehrzahl von übereinander gestapelten Schichten aus demselben oder verschiedenen Materialien, beispielsweise aus Materialien, wie sie oben beschrieben worden sind. Grundsätzlich kann jedes geeignete Material/alle geeigneten Materialien verwendet werden, das oder die mit einer ausreichend hohen Genauigkeit hinsichtlich der erreichbaren Schichtdickenschwankung aufgebracht werden kann oder können, beispielsweise abgeschieden werden kann oder können.
Eine besonders hohe Genauigkeit bei der Schichtdickensteuerung ist erzielbar bei Einsatz eines Atomlagenepitaxieverfahrens zum Aufbringen der dielektrischen Schicht, weshalb beispielsweise alle Materialien verwendet werden können, die mittels eines Atomlagenepitaxieverfahrens abscheidbar sind, was für die oben genannten Materialien gegeben ist.
Bei Einsatz eines ALD-Verfahrens können/kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die erste Ausgangsverbindung und/oder die zweite Ausgangsverbindung für die dielektrische Schicht metallorganische Verbindungen sein oder enthalten, beispielsweise Trimethylmetallverbindungen sowie Sauerstoffhaltige Verbindungen. Beispielsweise können zum ALD-Abscheiden der dielektrischen Schicht aufweisend Al₂O₃ Trimethylaluminium als erste Ausgangsverbindung sowie Wasser (H₂O) oder N₂O als zweite Ausgangsverbindung vorgesehen sein. Alternativ dazu kann beispielsweise Wasser (H₂O) oder N₂O als erste Ausgangsverbindung vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann als Variante eines ALD-Verfahrens ein plasmaloses ALD-Verfahren (plasmaless atomic layer deposition, PLALD-Verfahren) vorgesehen sein, für das kein Plasma erzeugt wird, sondern bei dem zur Bildung der Monolagen die Reaktion der oben genannten Ausgangsverbindungen nur über die Temperatur der zu beschichtenden Oberfläche initiiert wird. Die Temperatur der Oberfläche, auf der die Schicht abgeschieden werden soll, kann bei einem PLALD-Verfahren in verschiedenen Ausführungsbeispielen größer oder gleich 60°C sein und/oder kleiner oder gleich 120°C.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann als Variante eines ALD-Verfahrens ein plasmaunterstütztes ALD-Verfahren (plasma enhanced atomic layer deposition, PLALD-Verfahren) vorgesehen sein, bei dem die zweite Ausgangsverbindung bei gleichzeitiger Erzeugung eines Plasmas zugeführt wird, wodurch es wie bei einem PECVD-Verfahren möglich sein kann, dass die zweite Ausgangsverbindung angeregt wird. Dadurch kann im Vergleich zu einem PLALD-Verfahren die Temperatur, auf welche die Oberfläche aufzuheizen ist, reduziert werden und durch die Plasmaerzeugung dennoch die Reaktion zwischen Ausgangsverbindungen initiiert werden. Die Monolagen können dabei beispielsweise bei einer Temperatur von kleiner als 120°C und beispielsweise kleiner oder gleich 80°C aufgebracht werden. Um weitere Monolagen zu erzeugen können die Prozesse des Zuführens der ersten Ausgangsverbindung und danach des Zuführens der zweiten Ausgangsverbindung wiederholt werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements, beispielsweise eines lichtemittierenden elektronischen Bauelements, bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Bilden einer ersten Elektrode; ein Bilden einer organischen funktionellen Schichtenstruktur auf oder über der ersten Elektrode; ein Bilden einer zweiten Elektrode auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur; ein Bilden einer dielektrischen Schicht auf oder über der zweiten Elektrode; und ein Bilden einer Reflexions-Schichtstruktur auf oder über der dielektrischen Schicht.
Die zweite Elektrode kann derart gebildet werden, dass die dielektrische Schicht mit der organischen funktionellen Schichtenstruktur optisch gekoppelt ist.
Ferner kann die zweite Elektrode als semitransparent hinsichtlich der von der organischen funktionellen Schichtenstruktur emittierten Strahlung gebildet werden.
In einer Ausgestaltung kann die dielektrische Schicht als eine Schicht gebildet werden, die für Strahlung zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm transparent ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die dielektrische Schicht mittels eines der folgenden Verfahren gebildet werden: chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (chemical vapor deposition, CVD); physikalisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (physical vapor deposition, PVD); Aufschleuderverfahren (spin coating); Drucken; Rakeln; Sprühen; und Tauchabescheideverfahren.
Weiterhin kann die dielektrische Schicht mittels eines Atomlagenepitaxie-Verfahrens aufgebracht werden.
Gemäß noch einer Weiterbildung kann die dielektrische Schicht gebildet werden mit einer Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 2 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 nm bis ungefähr 200 nm.
Gemäß noch einer Weiterbildung kann die dielektrische Schicht gebildet werden aus einem Material oder einer Mischung von Materialien oder einem Stapel von Schichten von Materialien, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Al₂O₃; ZrO₂; TiO₂; Ta₂O₅; SiO₂; ZnO; und/oder HfO₂.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 ein lichtemittierendes elektronisches Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
2 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden elektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
1 zeigt ein elektronisches Bauelement 100, beispielsweise ein lichtemittierendes elektronisches Bauelement 100, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das elektronische Bauelement 100 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen als eine organische lichtemittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als eine organische Photodiode (organic photodiode, OPD), als eine organische Solarzelle (organic solar cell, OSC), oder als ein organischer Transistor, beispielsweise als ein organischer Dünnfilmtransistor (organic thin film transistor, OTFT) ausgebildet sein. Das lichtemittierende elektronische Bauelement 100 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von (beispielsweise lichtemittierenden) elektronischen Bauelementen 100 vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
Das (beispielsweise lichtemittierende) elektronische Bauelement 100 kann ein Substrat 102 aufweisen. Das Substrat 102 kann beispielsweise als ein Trägerelement für elektronische Elemente oder Schichten, beispielsweise optoelektronische Elemente, dienen. Beispielsweise kann das Substrat 102 Glas, Quarz, und/oder ein Halbleitermaterial oder irgendein anderes geeignetes Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann das Substrat 102 eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Kunststoff kann ein oder mehrere Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)) aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen oder daraus gebildet sein. Weiterhin kann das Substrat 102 beispielsweise eine Metallfolie aufweisen, beispielsweise eine Aluminiumfolie, eine Edelstahlfolie, eine Kupferfolie oder eine Kombination oder einen Schichtenstapel darauf. Das Substrat 102 kann eines oder mehrere der oben genannten Materialien aufweisen. Das Substrat 102 kann transparent, teilweise transparent oder auch opak ausgeführt sein.
Auf oder über dem Substrat 102 kann eine erste Elektrode 104 aufgebracht sein. Die erste Elektrode 104 (im Folgenden auch als untere Elektrode 104 bezeichnet) kann aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet werden oder sein, wie beispielsweise aus einem Metall oder einem leitfähigen transparenten Oxid (transparent conductive oxide, TCO) oder einem Schichtenstapel mehrerer Schichten desselben oder unterschiedlichen Metalls oder Metalle und/oder desselben oder unterschiedlicher TCOs. Transparente leitfähige Oxide sind transparente, leitfähige Materialien, beispielsweise Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, oder Indium-Zinn-Oxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SfO₂, oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitfähiger Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können ferner p-dotiert oder n-dotiert sein. Die erste Elektrode 104 kann als Anode, also als löcherinjizierendes Material ausgebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrode 104 gebildet werden von einem Schichtenstapel einer Kombination einer Schicht eines Metalls auf einer Schicht eines TCOs, oder umgekehrt. Ein Beispiel ist eine Silberschicht, die auf einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht (ITO) aufgebracht ist (Ag auf ITO). In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrode 104 ein Metall aufweisen (beispielsweise Ag, Pt, Au, Mg) oder eine Metalllegierung der beschriebenen Materialien (beispielsweise eine AgMg-Legierung) aufweisen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrode 104 AlZnO oder ähnliche Materialien aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrode 104 ein Metall aufweisen, das beispielsweise als Kathodenmaterial, also als elektroneninjizierendes Material, dienen kann. Als Kathodenmaterial können unter anderem beispielweise Al, Ba, In, Ag, Au, Mg, Ca oder Li sowie Verbindungen, Kombinationen oder Legierungen dieser Materialien in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
Für den Fall, dass das lichtemittierende elektronische Bauelement 100 als Bottom-Emitter eingerichtet ist, kann die erste Elektrode 104 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von kleiner oder gleich ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 20 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 18 nm. Weiterhin kann die erste Elektrode 104 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von größer oder gleich ungefähr 10 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von größer oder gleich ungefähr 15 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrode 104 eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 18 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 15 nm bis ungefähr 18 nm.
Für den Fall, dass das lichtemittierende elektronische Bauelement 100 als Top-Emitter eingerichtet ist, dann kann die erste Elektrode 104 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von größer oder gleich ungefähr 40 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von größer oder gleich ungefähr 50 nm.
Weiterhin kann das (beispielsweise lichtemittierende) elektronische Bauelement 100 eine organische funktionelle Schichtenstruktur 106 aufweisen, die auf oder über der ersten Elektrode 104 aufgebracht ist oder wird.
Die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 kann eine oder mehrere Emitterschichten 108, beispielsweise mit fluoreszierenden und/oder phosphoreszierenden Emittern, enthalten, sowie eine oder mehrere Lochleitungsschichten 110.
Beispiele für Emittermaterialien, die in dem elektronischen Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen für die Emitterschicht(en) 108 eingesetzt werden können, schließen organische oder organometallische Verbindungen, wie Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen (z. B. 2- oder 2,5-substituiertes Poly-p-phenylenvinylen) sowie Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)-iridium III), grün phosphoreszierendes Ir(ppy)₃ (Tris(2-phenylpyridin)iridium III), rot phosphoreszierendes Ru(dtb-bpy)₃·2(PF₆) (Tris[4,4'-di-tert-butyl-(2,2')-bipyridin]ruthenium(III)komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4,4-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl), grün fluoreszierendes TTPA (9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4-Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran) als nichtpolymere Emitter ein. Solche nichtpolymeren Emitter sind beispielsweise mittels thermischen Verdampfens abscheidbar. Ferner können Polymeremitter eingesetzt werden, welche insbesondere mittels nasschemischen Verfahren, wie beispielsweise Spin Coating, abscheidbar sind.
Die Emittermaterialien können in geeigneter Weise in einem Matrixmaterial eingebettet sein.
Die Emittermaterialien der Emitterschicht(en) 108 des elektronischen Bauelements 100 können beispielsweise so ausgewählt sein, dass das elektronische Bauelement 100 Weißlicht emittiert. Die Emitterschicht(en) 108 kann mehrere verschiedenfarbig (zum Beispiel blau und gelb oder blau, grün und rot) emittierende Emittermaterialien aufweisen, alternativ kann die Emitterschicht(en) 108 auch aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein, wie einer blau fluoreszierenden Emitterschicht 108 oder blau phosphoreszierenden Emitterschicht 108, einer grün phosphoreszierenden Emitterschicht 108 und einer rot phosphoreszierenden Emitterschicht 108. Durch die Mischung der verschiedenen Farben kann die Emission von Licht mit einem weißen Farbeindruck resultieren. Alternativ kann auch vorgesehen sein, im Strahlengang der durch diese Schichten erzeugten Primäremission ein Konvertermaterial anzuordnen, das die Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und eine Sekundärstrahlung anderer Wellenlänge emittiert, so dass sich aus einer (noch nicht weißen) Primärstrahlung durch die Kombination von primärer und sekundärer Strahlung ein weißer Farbeindruck ergibt.
Die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 kann allgemein eine oder mehrere funktionelle Schichten aufweisen. Die eine oder mehreren funktionellen Schichten kann oder können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere Moleküle („small molecules”) oder Kombination dieser Materialien aufweisen. Beispielsweise kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 eine oder mehrere funktionelle Schichten aufweisen, die als Lochtransportschicht 110 ausgeführt ist oder sind, so dass beispielsweise in dem Fall einer OLED eine effektive Löcherinjektion in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich zu ermöglichen. Als Material für die Lochtransportschicht 110 können sich beispielsweise tertiäre Amine, Carbazoderivate, leitendes Polyanilin oder Polythylendioxythiophen verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann oder können die eine oder mehreren funktionellen Schichten als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Lochtransportschicht 110 auf oder über der ersten Elektrode 104 aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, sein, und die Emitterschicht 108 kann auf oder über der Lochtransportschicht 110 aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, sein.
Das elektronische Bauelement 100 kann allgemein weitere organische Funktionsschichten aufweisen, die dazu dienen, die Funktionalität und damit die Effizienz des elektronischen Bauelements 100 weiter zu verbessern.
Das lichtemittierende elektronische Bauelement 100 kann als „Bottom-Emitter” und/oder „Top-Emitter” ausgeführt sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 eine Schichtdicke aufweisen von maximal ungefähr 1,5 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1,2 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 800 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 400 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 300 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 beispielsweise einen Stapel von mehreren direkt übereinander angeordneten OLEDs aufweisen, wobei jede OLED beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen kann von maximal ungefähr 1,5 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1,2 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 1 μm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 800 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 400 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal ungefähr 300 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 beispielsweise einen Stapel von drei oder vier direkt übereinander angeordneten OLEDs aufweisen, in welchem Fall beispielsweise die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 eine Schichtdicke aufweisen kann von maximal ungefähr 3 μm.
Auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur 106 kann eine zweite Elektrode 112 aufgebracht sein.
Die zweite Elektrode 112 kann derart eingerichtet sein, dass eine auf oder über der zweiten Elektrode 112 aufgebrachte dielektrische Schicht 114 mit der organischen funktionellen Schichtenstruktur 106 optisch gekoppelt ist. Die zweite Elektrode 112 kann semitransparent hinsichtlich der von der organischen funktionellen Schichtenstruktur 106 emittierten Strahlung sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrode 112 eine Schichtdicke aufweisen derart, dass ein gewünschter Kompromiss gewählt wird zwischen einer ausreichenden Kopplungsstärke zwischen der organischen funktionellen Schichtenstruktur 106 und der dielektrischen Schicht 114 (je größer die Schichtdicke der zweiten Elektrode 112 ist, desto geringer ist die Kopplungsstärke), und der erreichbaren Effizienz und damit des Farbwiedergabeindex des lichtemittierenden Bauelements 100 (je größer die Schichtdicke der zweiten Elektrode 112 ist, desto größer ist die Effizienz). In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrode 112 die gleichen Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein wie die erste Elektrode 104, wobei in verschiedenen Ausführungsbeispielen Metalle besonders geeignet sind.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrode 112 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von kleiner oder gleich ungefähr 50 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 45 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 40 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 35 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 30 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 20 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 15 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 10 nm.
Auf oder über der zweiten Elektrode 112 kann die dielektrische Schicht 114 (im Folgenden auch bezeichnet als (transparente) Zwischenschicht) aufgebracht sein oder werden.
Die dielektrische Schicht 114 kann eine Schicht sein, die für Strahlung zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm transparent ist. Für den Fall, dass beispielsweise ein lichtemittierendes monochromes oder im Emissionsspektrum begrenztes elektronisches Bauelement bereitgestellt werden soll, ist es ausreichend, dass die dielektrische Schicht 114 für Strahlung zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs des gewünschten monochromen Lichts oder für das begrenzte Emissionsspektrum transparent ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird die dielektrische Schicht 114 mittels eines ALD-Verfahrens abgeschieden, womit die dielektrische Schicht 114 als eine Atomlagenepitaxie-Schicht gebildet wird. In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird die dielektrische Schicht 114 mit einer Schichtdicke abgeschieden in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 2 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 nm bis ungefähr 200 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 120 nm. Bei diesen Schichtdicken ist eine Verkapselungswirkung gewährleistet und die Dicke beispielsweise der Coupled-Microcavity lässt sich sehr genau einstellen. Die dielektrische Schicht 114 kann ein Material oder eine Mischung von Materialien oder einen Stapel von Schichten von Materialien aufweisen wie beispielsweise SiO₂; Si₃N₄; SiON (diese Materialien werden beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden); Al₂O₃; ZrO₂; TiO₂; Ta₂O₅; SiO₂; ZnO; und/oder HfO₂ (diese Materialien werden beispielsweise mittels eines ALD-Verfahrens abgeschieden); oder eine Kombination dieser Materialien.
Auf oder über der dielektrischen Schicht 114 kann eine Reflexions-Schichtstruktur 116 aufgebracht sein oder werden.
Die Reflexions-Schichtstruktur 116 kann aus denselben Materialien gebildet werden wie die erste Elektrode 102, wobei die Schichtdicke derart gewählt werden kann, dass für den Fall, dass das lichtemittierende elektronische Bauelement 100 als Top-Emitter eingerichtet ist, die Reflexions-Schichtstruktur 116 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen kann von kleiner oder gleich ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 20 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich ungefähr 18 nm. Weiterhin kann die erste Elektrode 104 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von größer oder gleich ungefähr 10 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von größer oder gleich ungefähr 15 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Reflexions-Schichtstruktur 116 eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 18 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 15 nm bis ungefähr 18 nm.
Für den Fall, dass das lichtemittierende elektronische Bauelement 100 als Bottom-Emitter eingerichtet ist, dann kann die Reflexions-Schichtstruktur 116 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von größer oder gleich ungefähr 40 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von größer oder gleich ungefähr 50 nm.
Die Reflexions-Schichtstruktur 116 kann einen oder mehrere Spiegel aufweisen. Weist die Reflexions-Schichtstruktur 116 mehrere Spiegel auf, so sind die jeweiligen Spiegel mittels einer jeweiligen Dielektrikumsschicht voneinander getrennt.
Das in 1 dargestellte lichtemittierende elektronische Bauelement 100 ist als Bottom-Emitter eingerichtet, wie mittels Lichtstrahlen 118 symbolisiert ist.
Mit Hilfe eines ALD-Verfahrens und eines CVD-Verfahrens beim Herstellen eines lichtemittierenden elektronischen Bauelements 100 kann die dielektrische Schicht 114 mittels eines ALD-Verfahrens mit einer sehr genau einstellbaren Schichtdicke abgeschieden werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird anschaulich die bei der herkömmlichen organische Leuchtdiode mit zwei miteinander optisch gekoppelten Mikrokavitäten vorgesehene zweite organische Schicht ersetzt durch eine dichte, dielektrische Schicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen besitzt die aufgebrachte dielektrische Schicht 114 eine Verkapselungswirkung, so dass das gebildete elektronische Bauelement und dabei beispielsweise die organische funktionelle Schichtenstruktur 106 geschützt wird gegen ein Eindringen von Luft oder Wasser.
Technisch bedingt besitzt das ALD-Verfahren eine wesentlich geringere Schichtdickenschwankung als ein Aufdampfen von organischen Materialien, wodurch gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen eine großtechnische Nutzung von beispielsweise Coupled-Microcavity OLEDs ermöglicht wird. Beispielsweise ergibt sich dadurch die Möglichkeit, auch Schichtdickenschwankungen der Organik-Lagen über das Einstellen der Schichtdicke beispielsweise der dielektrischen Schicht 114 auszugleichen, was die Ausbeute in großtechnischen Anlagen erhöhen kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Beleuchtungseinrichtung oder eine Anzeigeeinrichtung (Display) bereitgestellt werden mit einer Mehrzahl oder Vielzahl von lichtemittierenden elektronischen Bauelementen 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Beleuchtungseinrichtung oder die Anzeigeeinrichtung kann eine großflächig ausgebildete aktive Leuchtfläche aufweisen. „Großflächig” kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen bedeuten, dass die Leuchtfläche eine Fläche von größer oder gleich einigen Quadratmillimetern, beispielsweise von größer oder gleich einigen Quadratzentimetern, beispielsweise von größer oder gleich einigen Quadratdezimetern, aufweist.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm 200, in dem ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden elektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
In 202 wird eine erste Elektrode gebildet und eine organische funktionelle Schichtenstruktur wird in 204 auf oder über der ersten Elektrode gebildet. Weiterhin wird in 206 eine zweite Elektrode auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur gebildet, und in 208 wird eine dielektrische Schicht auf oder über der zweiten Elektrode gebildet. Schließlich wird in 210 eine Reflexions-Schichtstruktur auf oder über der dielektrischen Schicht gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

M. Mazzeo et al., Shaping White light through electroluminescent fully organic coupled-microcavities, Advanced Materials, Doi10.1002/adma.201001631, September 2010 [0002]

Claims

Elektronisches Bauelement (100), aufweisend: • eine erste Elektrode (104); • eine organische funktionelle Schichtenstruktur (106) auf oder über der ersten Elektrode (104); • eine zweite Elektrode (112) auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur (106); • eine dielektrische Schicht (114) auf oder über der zweiten Elektrode (112); und • eine Reflexions-Schichtstruktur (116) auf oder über der dielektrischen Schicht (114).
Elektronisches Bauelement (100) gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode (112) derart eingerichtet ist, dass die dielektrische Schicht (114) mit der organischen funktionellen Schichtenstruktur (106) optisch gekoppelt ist.
Elektronisches Bauelement (100) gemäß Anspruch 2, wobei die zweite Elektrode (112) semitransparent hinsichtlich der von der organischen funktionellen Schichtenstruktur (106) emittierten Strahlung ist.
Elektronisches Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dielektrische Schicht (114) eine Schicht ist, die für Strahlung zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm transparent ist.
Elektronisches Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die dielektrische Schicht (114) eine Schicht ist, aufgebracht mittels eines der folgenden Verfahren: • chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase; • physikalisches Abscheideverfahren aus der Gasphase; • Aufschleuderverfahren; • Drucken; • Rakeln; • Sprühen; und • Tauchabescheideverfahren.
Elektronisches Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die dielektrische Schicht (114) eine Atomlagenepitaxie-Schicht ist.
Elektronisches Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die dielektrische Schicht (114) eine Schichtdicke aufweist in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 2 μm, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 70 nm bis ungefähr 200 nm.
Elektronisches Bauelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die dielektrische Schicht (114) ein Material oder eine Mischung von Materialien oder einen Stapel von Schichten von Materialien aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: SiO₂; Si₃N₄; SiON; Al₂O₃; ZrO₂; TiO₂; Ta₂O₅; SiO₂; ZnO; und HfO₂; oder eine Kombination dieser Materialien.
Verfahren (200) zum Herstellen eines elektronischen Bauelements (100), wobei das Verfahren aufweist: • Bilden (202) einer ersten Elektrode (104); • Bilden (204) einer organischen funktionellen Schichtenstruktur (106) auf oder über der ersten Elektrode (104); • Bilden (206) einer zweiten Elektrode (112) auf oder über der organischen funktionellen Schichtenstruktur (106); • Bilden (208) einer dielektrischen Schicht (114) auf oder über der zweiten Elektrode (112); und • Bilden (210) einer Reflexions-Schichtstruktur (116) auf oder über der dielektrischen Schicht (114).
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die zweite Elektrode (112) derart gebildet wird, dass die dielektrische (114) Schicht mit der organischen funktionellen Schichtenstruktur (106) optisch gekoppelt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die zweite Elektrode (112) als semitransparent hinsichtlich der von der organischen funktionellen Schichtenstruktur (106) emittierten Strahlung gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die dielektrische Schicht (114) als eine Schicht gebildet wird, die für Strahlung zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm transparent ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die dielektrische Schicht (114) mittels eines der folgenden Verfahren gebildet wird: • chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase; • physikalisches Abscheideverfahren aus der Gasphase; • Aufschleuderverfahren; • Drucken; • Rakeln; • Sprühen; und • Tauchabscheideverfahren.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die dielektrische Schicht (114) mittels eines Atomlagenepitaxie-Verfahrens aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die dielektrische Schicht (114) gebildet wird mit einer Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 2 μm, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 70 nm bis ungefähr 200 nm.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die dielektrische Schicht (114) gebildet wird aus einem Material oder einer Mischung von Materialien oder einem Stapel von Schichten von Materialien, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: SiO₂; Si₃N₄; SiON; Al₂O₃; ZrO₂; TiO₂; Ta₂O₅; SiO₂; ZnO; und HfO₂; oder eine Kombination dieser Materialien.