DE102014102191B4

DE102014102191B4 - Organisches lichtemittierendes Bauelement mit verbessertem Farbwiedergabeindex

Info

Publication number: DE102014102191B4
Application number: DE102014102191.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Riedel; Thomas Wehlus; Carola Diez; Nina Riegel; Ulrich Niedermeier; Arne Fleissner; Erwin Lang
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: WO2015124629A1; CN106104837A; US20170229675A1; US10454069B2; DE102014102191A1

Abstract

Organisches lichtemittierendes Bauelement (100), umfassend
– ein Substrat (22),
– mindestens eine auf dem Substrat angeordnete, zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignete Schichtenfolge, umfassend
– mindestens eine auf dem Substrat angeordnete erste Elektrodenfläche (24),
– mindestens eine auf der ersten Elektrodenfläche angeordnete zweite Elektrodenfläche (32), und
– einen organischen funktionellen Schichtenstapel (36) mit organischen funktionellen Schichten zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche, welcher eine Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten (28) umfasst, wobei die lichtemittierenden Schichten dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung aus voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu erzeugen, wobei der organische funktionelle Schichtenstapel mindestens eine Inhomogenitätsschicht (38) aufweist, deren Dicke in einer lateralen Richtung (L) periodisch stufenlos variiert, wobei die Dicke der Inhomogenitätsschicht (38) um mindestens 5 nm variiert.

Description

Es wird ein organisches lichtemittierendes Bauelement angegeben.
Bei organischen Leuchtdioden (OLEDs) wird lediglich ein Teil des generierten Lichts direkt ausgekoppelt. Das restliche im aktiven Bereich erzeugte Licht verteilt sich auf verschiedene Verlustkanäle, so etwa in Licht, das im Substrat, in einer transparenten Elektrode und in organischen Schichten durch Wellenleitungseffekte geführt wird, sowie in Oberflächenplasmonen, die in einer metallischen Elektrode erzeugt werden können. Die Wellenleitungseffekte kommen insbesondere durch die Brechungsindexunterschiede an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten und Bereichen einer OLED zustande. Typischerweise wird bei bekannten OLEDs nur etwa ein Viertel des im aktiven Bereich erzeugten Lichts in die Umgebung, also beispielsweise Luft, ausgekoppelt, während etwa 25% des erzeugten Lichts durch Wellenleitung im Substrat, etwa 20% des erzeugten Lichts durch Wellenleitung in einer transparenten Elektrode und den organischen Schichten und etwa 30% durch die Erzeugung von Oberflächenplasmonen in einer metallischen Elektrode für die Abstrahlung verloren gehen.
Des Weiteren unterscheidet sich die Wirkung der oben genannten Verlustmechanismen je nach betrachtetem spektralen Anteil des abgestrahlten Lichts. So kann der Verlust in einem ersten spektralen Teilbereich des emittierten Lichts größer sein als in einem zweiten Teilbereich. Der organische Schichtstapel einer OLED kann als Mikrokavität angesehen werden, in welcher eine organische Licht erzeugende Schicht eingebettet ist, in der beim Anlegen einer äußeren Spannung Lichtemission aufgrund von Lumineszenz erfolgt. Die geometrischen Randbedingungen in der Mikrokavität bewirken, dass gewisse Teilbereiche des emittierten Spektrums unterdrückt oder sogar vollständig abgeschnitten werden, so dass effektiv andere Teilbereiche des Spektrums in dem abgestrahlten Lichts betont werden. Dies kann eine unerwünschte Herabsetzung des Farbwiedergabeindex (CRI) zur Folge haben.
Beispielhaft sei der Einfluss des Abstandes der organischen lichtemittierenden Schicht von einer reflektierend ausgebildeten Elektrodenfläche genannt. Bei einer Veränderung des Abstandes durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Schichtdicke der dazwischen angeordneten Schichten verändern sich die Lage und Breite der im abgestrahlten Licht unterdrückten oder verstärkten spektralen Teilbereiche, so dass sich eine andere Abstrahlcharakteristik des Bauteils ergibt.
Um den Farbwiedergabeindex zu erhöhen, sind beispielsweise Maßnahmen bekannt, das Spektrum des abgestrahlten Lichts durch geeignete Positionierung der lichtemittierenden Schicht in der Mikrokavität anzupassen und zu optimieren. Weiterhin kann durch das Hinzufügen zusätzlicher lichtemittierender Schichten, welche für zusätzliche Emission in einzelnen, begrenzten Wellenlängenbereichen sorgen, der Farbwiedergabeindex erhöht werden. Die Herstellung ist jedoch besonders aufwändig und nur unter Verwendung einer Cluster-Vorrichtung realisierbar. Außerdem geht ein solches Vorgehen mit einem Anstieg der erforderlichen Betriebsspannung einher.
Die Druckschriften US 2013/0240852 A1 und WO 2005/081334 A1 zeigen lichtemittierende Bauelemente mit gewellten Elektroden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein organisches lichtemittierendes Bauelement anzugeben, das einen verbesserten Farbwiedergabeindex aufweist.
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein organisches lichtemittierendes Bauelement ein Substrat und mindestens eine auf dem Substrat angeordnete, zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignete Schichtenfolge auf. Die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignete Schichtenfolge umfasst mindestens eine auf dem Substrat angeordnete erste Elektrodenfläche, mindestens eine auf der ersten Elektrodenfläche angeordnete zweite Elektrodenfläche, und einen organischen funktionellen Schichtenstapel mit organischen funktionellen Schichten zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche. Der Schichtenstapel umfasst hierbei mindestens eine organische lichtemittierende Schicht. Es ist vorgesehen, dass der organische funktionelle Schichtenstapel mindestens eine Inhomogenitätsschicht aufweist, deren Dicke in einer lateralen Richtung variiert.
Unter einer Inhomogenitätschicht wird hier und im Folgenden stets eine Schicht verstanden, deren Dicke in einer lateralen Richtung variiert. Unter einer lateralen Richtung wird hierbei insbesondere eine Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats und/oder der organischen lichtemittierenden Schicht verstanden. Analog wird unter einer vertikalen Richtung insbesondere eine Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats und/oder der organischen lichtemittierenden Schicht verstanden. Außerdem wird unter einer Dicke der Inhomogenitätschicht insbesondere deren Durchmesser in einer vertikalen Richtung verstanden. Die in einer lateralen Richtung variierende Dicke der Inhomogenitätschicht bewirkt eine bereichsweise Modifikation der geometrischen Randbedingungen in der Mikrokavität, so dass gewisse Teilbereiche des emittierten Spektrums im Vergleich zu dem Fall einer homogenen Dicke der relevanten Schicht weniger unterdrückt und/oder ein vollständiger Abschnitt verhindert wird.
Beispielsweise kann ein erster Teilbereich des Bauelements vorhanden sein, in dem die Inhomogenitätschicht eine gewisse Dicke aufweist, bei welcher es zu der oben beschriebenen Unterdrückung eines gewissen Teilbereichs des emittierten Spektrums kommt. Zur Kompensation kann jedoch ein zweiter Teilbereich des Bauelements vorhanden sein, in dem die Inhomogenitätschicht eine andere Dicke aufweist, bei welcher derselbe Teilbereich des emittierten Spektrums weniger oder gar nicht unterdrückt wird. Allgemein kann man durch die Variation der Dicke der Inhomogenitätschicht die Abstrahlung gewisser Farbanteile bevorzugen oder reduzieren, wodurch das Spektrum des emittierten Lichts wie gewünscht eingestellt werden kann. Insbesondere kann der Farbwiedergabeindex durch die Wirkung der Inhomogenitätschicht vorteilhaft erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass die Inhomogenitätsschicht von der organischen lichtemittierenden Schicht verschieden ist. In diesem Fall kann die organische lichtemittierende Schicht homogen ausgeformt sein und eine gleichmäßige Dicke aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass die Dicke der Inhomogenitätsschicht um mindestens 5 nm, bevorzugt um mindestens 10 nm, besonders bevorzugt um mindestens 20 nm variiert. Schon bei Variationen von 5 nm ist eine Erhöhung des Farbwiedergabeindex zu beobachten, während dieser Effekt bei größeren Variationen noch weiter verstärkt wird. Außerdem variiert die Dicke bevorzugt um weniger als 100 nm, besonders bevorzugt um weniger als 50 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass die Dicke der Inhomogenitätsschicht in einer lateralen Richtung periodisch variiert. Beispielsweise kann zumindest eine der Hauptflächen der Inhomogenitätschicht eine wellenförmige Kontur aufweisen. Eine solche Ausbildung lässt sich beispielsweise einfach dadurch erreichen, dass die Inhomogenitätschicht auf Schichten aufliegt, welche ihrerseits eine periodisch ausgebildete Oberflächenkontur aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass die Dicke der Inhomogenitätsschicht stufenlos variiert. Die Dicke der Inhomogenitätschicht kann beispielsweise graduell variieren. Bevorzugt variiert die Dicke bei jedem Schritt von 5 nm in einer lateralen Richtung um weniger als 5 nm, bevorzugt um weniger als 2 nm, besonders bevorzugt um weniger als 1 nm. Durch einen solchen graduellen, kontinuierlichen bzw. stetigen Schichtdickenverlauf werden weichere Übergänge zwischen den von den verschiedenen Teilbereichen des Bauelements emittierten Spektralanteilen erreicht. Außerdem wird eine Streuung des Lichts an etwaigen Kanten oder Stufen der Inhomogenitätschicht verhindert.
Die Elektrodenflächen können jeweils großflächig ausgebildet sein. Dadurch kann eine großflächige Abstrahlung des in der zumindest einen organischen lichtemittierenden Schicht erzeugten Lichts ermöglicht werden – insbesondere im Gegensatz zu einem Display, in welchem die Elektrodenflächen strukturiert sind. „Großflächig” kann dabei bedeuten, dass die Elektrodenflächen eine Fläche von größer oder gleich einem Quadratmillimeter, bevorzugt größer oder gleich einem Quadratzentimeter und besonders bevorzugt größer oder gleich einem Quadratdezimeter aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die erste und/oder die zweite Elektrodenfläche transluzent ausgebildet. Mit „transluzent” wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht ist. Dabei kann die transluzente Schicht transparent, also klar durchscheinend, oder zumindest teilweise Licht streuend und/oder teilweise Licht absorbierend sein, so dass die transluzente Schicht beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist eine hier als transluzent bezeichnete Schicht möglichst transparent ausgebildet, so dass insbesondere die Absorption von Licht so gering wie möglich ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat transluzent ausgebildet und die transluzent ausgebildete erste Elektrodenfläche ist zwischen dem transluzenten Substrat und dem organischen funktionellen Stapel angeordnet, sodass in der zumindest einen organischen lichtemittierenden Schicht erzeugtes Licht durch die erste Elektrodenfläche und das transluzente Substrat abgestrahlt werden kann. Ein derartiges organisches lichtemittierendes Bauelement kann auch als so genannter ”bottom emitter” bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Substrat eines oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Glas, Quarz, Kunststoff, Metall, Siliziumwafer. Besonders bevorzugt weist das Substrat Glas, beispielsweise in Form einer Glasschicht, Glasfolie oder Glasplatte, auf oder ist daraus.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Elektrodenfläche transluzent ausgebildet, sodass in der zumindest einen organischen lichtemittierenden Schicht erzeugtes Licht durch die zweite Elektrodenfläche abgestrahlt werden kann. Ein derartiges organisches lichtemittierendes Bauelement kann auch als so genannter ”top emitter” bezeichnet werden. Das organische lichtemittierende Bauelement kann aber auch gleichzeitig als ”bottom emitter” und ”top emitter” ausgebildet sein.
Über den Elektrodenflächen und den organischen Schichten kann weiterhin noch eine Verkapselungsanordnung angeordnet sein. Die Verkapselungsanordnung kann beispielsweise in Form eines Glasdeckels oder, bevorzugt, in Form einer Dünnschichtverkapselung ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass die erste Elektrodenfläche oder die zweite Elektrodenfläche reflektierend ausgebildet ist und die Inhomogenitätsschicht zwischen der organischen lichtemittierenden Schicht und der reflektierend ausgebildeten ersten oder zweiten Elektrodenfläche angeordnet ist. Durch die lateral variierende Dicke der Inhomogenitätschicht ändert sich dabei auch der vertikale Abstand der organischen lichtemittierenden Schicht von der reflektierend ausgebildeten Elektrodenfläche über eine laterale Ausdehnung des Bauelements hinweg. Wie oben beschrieben, ändern sich bei der kontinuierlichen Variation des Abstandes zwischen der organischen lichtemittierenden Schicht und der reflektierend ausgebildeten ersten oder zweiten Elektrodenfläche durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Schichtdicke der dazwischen angeordneten Schichten die Lage und Breite der im abgestrahlten Licht unterdrückten oder verstärkten spektralen Teilbereiche, so dass sich eine lateral variierende Abstrahlcharakteristik des Bauelements ergibt, welche insgesamt zu einer Erhöhung des Farbwiedergabeindex führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die transluzente Elektrodenfläche als Anode ausgeführt und kann somit als Löcher injizierendes Material dienen. Die andere, bevorzugt reflektierend ausgebildete Elektrodenfläche ist dann als Kathode ausgebildet. Alternativ dazu kann die transluzente Elektrodenfläche auch als Kathode ausgeführt sein und somit als Elektronen injizierendes Material dienen. Die andere, bevorzugt reflektierend ausgebildete Elektrodenfläche ist dann als Anode ausgebildet.
Die transluzent ausgebildete Elektrodenfläche kann beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid aufweisen oder aus einem transparenten leitenden Oxid bestehen. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO”) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die reflektierend ausgebildete Elektrodenfläche ein Metall auf, das ausgewählt sein kann aus Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium und Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen. Besonders bevorzugt weist die reflektierende Elektrodenfläche eine Reflektivität von größer oder gleich 80% im sichtbaren Spektralbereich auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass die organischen funktionellen Schichten eine organische Löcher leitende Schicht oder eine organische Elektronen leitende Schicht umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass die Inhomogenitätsschicht eine organische Löcher leitende Schicht, insbesondere eine Lochtransportschicht, oder eine organische Elektronen leitende Schicht, insbesondere eine Elektronentransportschicht, ist. Da der Spannungsabfall an der Löcher leitenden Schicht bzw. der Elektronen leitenden Schicht nur in geringem Maße von der Schichtdicke abhängig ist, eignen sich diese Schichten zur Einstellung der Eigenschaften der Mikrokavität, welche hinreichend unabhängig von der Betriebsspannung erfolgen kann. Es ist somit möglich, über eine Einstellung der Dicke dieser Schichten eine Optimierung der Mikrokavität zu erreichen, ohne dass die elektrooptischen Eigenschaften des restlichen Schichtstapels übermäßig beeinflusst werden.
Die organischen funktionellen Schichten zwischen den beiden Elektrodenflächen, also beispielsweise die Löcher leitende Schicht, die organische lichtemittierende Schicht und die Elektronen leitende Schicht, können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere Moleküle beziehungsweise niedermolekulare Verbindungen („small molecules”) oder Kombinationen daraus aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ladungsträger leitende Schicht, also die Elektronen leitende Schicht oder die Löcher leitende Schicht, einen Dotierstoff auf. Hierdurch wird eine Erhöhung der Leitfähigkeit und eine Verringerung des Spannungsabfalls an der Ladungsträger leitenden Schicht erreicht. Beispielsweise kann eine als Inhomogenitätschicht ausgebildete Elektronentransportschicht einen Dotiertstoff aufweisen, wodurch der Spannungsabfall an der Inhomogenitätschicht überwiegend unabhängig von der Schichtdicke ist, so dass die lateral variierende Dicke keine allzu nachteilige Wirkung auf die zum Betrieb des Bauelements erforderliche Betriebsspannung hat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Löcher leitende Schicht zumindest eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht oder eine Kombination dieser auf. Insbesondere kommen als Lochtransport- bzw. Lochinjektionsschicht sowohl dotierte Schichten aus molekularen Verbindungen als auch aus elektrisch leitenden Polymeren in Frage. Als Materialien insbesondere für eine Lochtransportschicht können sich beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, leitendes Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen als vorteilhaft erweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Elektronen leitende Schicht zumindest eine Elektroneninjektionsschicht, eine Elektronentransportschicht oder eine Kombination dieser auf. Beispielsweise kann die Elektronen leitende Schicht eine Elektronentransportschicht aufweisen, die beispielsweise 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin (BCP) oder 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin (BPhen) aufweist. Dieses Material kann bevorzugt einen Dotierstoff aufweisen, der ausgewählt ist aus Li, Cs₂CO₃, Cs₃Po₄ oder einer molekularen Dotierung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die lichtemittierende Schicht ein elektrolumineszierendes Material auf und ist besonders bevorzugt als elektrolumineszierende Schicht oder elektrolumineszierender Schichtenstapel ausgeführt. Als Materialien hierzu eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon.
Zusätzlich zu der organischen Löcher leitenden Schicht, der zumindest einen organischen lichtemittierenden Schicht und der organischen Elektronen leitenden Schicht können eine oder mehrere weitere organische Schichten im organischen funktionellen Schichtenstapel vorhanden sein. Insbesondere kann beispielsweise zwischen der Elektronen leitenden Schicht und der lichtemittierenden Schicht eine Löcherblockierschicht angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass zwischen der Löcher leitenden Schicht und der lichtemittierenden Schicht eine Elektronenblockierschicht angeordnet ist. Auch eine der zuletzt genannten Schichten kann die Inhomogenitätsschicht bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenfläche eine Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten angeordnet, wobei die lichtemittierenden Schichten dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung aus voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform ist die durch die Inhomogenitätschicht bewirkte Erhöhung des Farbwiedergabeindex besonders vorteilhaft.
Die Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten kann dabei einen Schichtstapel bilden. Weiterhin ist es auch möglich, dass zwischen benachbarten lichtemittierenden Schichten jeweils eine Elektronen leitende Schicht und eine Löcher leitende Schicht angeordnet sind. Das organische lichtemittierende Bauelement kann insbesondere zumindest zwei oder mehr funktionelle Schichtstapeleinheiten aufweisen, die jeweils zumindest eine organische Elektronen leitende Schicht und eine organische Löcher leitende Schicht mit einer dazwischen angeordneten organischen lichtemittierenden Schicht aufweisen. Die funktionellen Schichtstapeleinheiten können derart in Serie geschaltet sein, dass eine Elektronen leitende Schicht einer Schichtstapeleinheit an eine Löcher leitende Schicht einer benachbarten Schichtenstapeleinheit angrenzt oder umgekehrt. Eine solche Kombination aus benachbarten Elektronen und Löcher leitenden Schichten, zwischen denen weiterhin eine als Ladungsträgererzeugungszone fungierende undotierte Schicht angeordnet sein kann, kann auch als so genanntes ”charge generation layer” (CGL) bezeichnet werden.
Die zumindest eine organische lichtemittierende Schicht in Form einer einzigen lichtemittierenden Schicht oder einer Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten kann besonders bevorzugt sichtbares Licht in einem schmalen oder breiten Wellenlängenbereich abstrahlen, also monochromes oder mehrfarbiges oder beispielsweise auch weißes Licht. Die zumindest eine organische lichtemittierende Schicht kann dazu in Form einer einzigen Schicht oder einer Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten eines oder mehrere organische lichtemittierende Materialien aufweisen. Mehrfarbiges oder weißes Licht kann durch die Kombination verschiedener organischer lichtemittierender Materialien in der zumindest einen lichtemittierenden Schicht erzeugt werden.
Im Fall von einer Mehrzahl von organischen lichtemittierenden Schichten, insbesondere bei übereinander angeordneten Schichtstapeleinheiten, können die organischen lichtemittierenden Schichten bevorzugt in einer der folgenden Kombinationen vorliegen:

– Eine der lichtemittierenden Schichten emittiert rotes und grünes Licht, eine optionale weitere lichtemittierende Schicht emittiert blaues Licht.
– Es sind zumindest zwei oder drei lichtemittierende Schichten vorhanden, die alle weißes Licht emittieren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass eine Dicke des Substrats in einer lateralen Richtung variiert (beispielsweise um mehr als 200 nm, bevorzugt um mehr als 1 μm, besonders bevorzugt um mehr als 5 μm). Die lateral variierende Dicke des Substrats kann sich dabei vorteilhaft auf die auf dem Substrat angeordneten Schichten und somit mittelbar oder unmittelbar auf die Inhomogenitätschicht übertragen, welche zumindest teilweise einen Konturverlauf aufweisen kann wie das Substrat. Folglich wird durch das Bereitstellen eines derart unebenen Substrats die Herstellung der erfindungsgemäßen Inhomogenitätschicht erleichtert, da sich beim Aufbringen des Schichtenstapels auf dem Substrat fast automatisch die gewünschte laterale Variation der Dicke der Inhomogenitätschicht ergibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist vorgesehen, dass das Substrat mindestens eine Erhebung aufweist, welche eine Höhe von mehr als 200 nm, bevorzugt mehr als 1 μm, besonders bevorzugt von mehr als 5 μm, aufweist. Bevorzugt sind eine Vielzahl von Erhebungen vorgesehen, welche lateral voneinander versetzt sind und hierbei einen Abstand von mehr als 200 nm, bevorzugt mehr als 1 μm, besonders bevorzugt von mehr als 5 μm, aufweisen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements umfasst die Verfahrensschritte Bereitstellen eines Substrats und Aufbringen einer zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeigneten Schichtenfolge auf das Substrat. Hierbei ist die Schichtenfolge wie oben beschrieben ausgebildet und umfasst insbesondere einen organischen funktionellen Schichtenstapel, der mindestens eine Inhomogenitätsschicht aufweist, deren Dicke in einer lateralen Richtung variiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Substrat bereitgestellt wird, dessen Dicke in einer lateralen Richtung variiert und wobei die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeigneten Schichtenfolge derart auf das Substrat aufgebracht wird, dass zumindest eine Inhomogenitätsschicht ausgebildet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der organische funktionelle Schichtenstapel zumindest teilweise durch Gasphasenabscheidung ausgebildet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass verschiedene Winkel zwischen einem bei der Gasphasenabscheidung auftretenden Materialstrom und der vertikalen Richtung auftreten. Auf diese Weise können auf einem ebenen Substrat auch Schichten mit einer homogenen Dicke erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Ausbildung der Inhomogenitätsschicht eine bei der Gasphasenabscheidung verwendete Lochmaske in einer vertikalen Richtung bewegt wird, wodurch verschiedene Teilbereiche der auszubildenden Inhomogenitätsschicht verschiedenen Teilen des bei der Gasphasenabscheidung auftretenden Materialstroms ausgesetzt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Ausbildung der Inhomogenitätsschicht eine bei der Gasphasenabscheidung verwendete Lochmaske in einer lateralen Richtung bewegt wird, wobei die abgeschiedene Materialmenge lateral variiert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Lochmaske bei einer konstanter Abscheidungsrate mit zeitlich variabler Geschwindigkeit lateral bewegt wird, oder dadurch, dass die Abscheidungsrate zeitlich variiert wird, während die Lochmaske mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zum Substrat bewegt wird. Es sind aber auch Kombinationen der genannten Maßnahmen denkbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein erster Teil der Inhomogenitätsschicht unter Verwendung einer ersten Maske mit zumindest einer ersten Öffnung und ein zweiter Teil der Inhomogenitätsschicht unter Verwendung einer zweiten Maske mit einer Vielzahl von Öffnungen, welche kleiner sind als die erste Öffnung, ausgebildet wird.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 den Einfluss der Schichtdicke einer der in dem Schichtstapel einer OLED angeordneten Schichten, im vorliegenden Fall der Elektronentransportschicht (ETS), auf das von dem Bauelement abgestrahlte Licht,
2 eine schematische Darstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 ein Verfahren zur Herstellung einer Inhomogenitätsschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
die 4 bis 7 ein Verfahren zur Herstellung einer Inhomogenitätsschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
die 8 und 9 ein Verfahren zur Herstellung einer Inhomogenitätsschicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
die 10 und 11 ein Verfahren zur Herstellung einer Inhomogenitätsschicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende 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 sein.
Zum Verständnis der Wirkung der erfindungsgemäß vorgesehenen Inhomogenitätsschicht ist in 1 der Einfluss der Schichtdicke einer der in dem Schichtstapel einer OLED angeordneten Schichten, im vorliegenden Fall der Elektronentransportschicht (ETS), auf das von dem Bauelement abgestrahlte Licht dargestellt. Es sind Ergebnisse einer Simulation gezeigt, in welcher eine Intensität des von einem Bauelement abgestrahlten Lichts in Abhängigkeit der emittierten Wellenlänge berechnet wurde, wobei das Bauelement eine Elektronentransportschicht einer konstanten Dicke aufweist.
Die mit 10 bezeichnete Kurve stellt den Intensitätsverlauf in einem Bauelement mit einer 80 nm dicken Elektronentransportschicht da. Die Kurve 12 stellt im Vergleich hierzu den Intensitätsverlauf im Falle eines im Übrigen baugleichen Bauelements dar, in welchem die Dicke der Elektronentransportschicht 50 nm beträgt. Es ist deutlich, dass die beiden Kurven 10, 12 Maxima und Minima bei voneinander verschiedenen Wellenlängen aufweisen, wobei die Maxima des Weiteren verschiedene Breiten aufweisen. In 1 ist außerdem durch die Kurve 14 eine Kombination der beiden Einzelspektren 10, 12, d. h. deren Summe dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Kurve 14 ein deutlich breiteres Spektrum repräsentiert, da das Minimum 16 im Vergleich zu den Minima 18, 20 der Kurven 10 und 12 weniger prägnant ausgebildet ist und insgesamt ein größerer Wellenlängenbereich mit vergleichbar hoher Intensität vorhanden ist. Dies entspricht insbesondere einem im Vergleich zu den durch die Kurve 10 und 12 repräsentierten Fällen erhöhten Farbwiedergabeindex. Die vorliegende Erfindung macht sich die Verbesserung des abgestrahlten Spektrums durch die Kombination von verschiedenen Einzelspektren zu Nutze.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das insgesamt mit 100 bezeichneten organische lichtemittierende Bauelement weist ein transparentes Substrat 22 auf, auf welchem eine großflächige, transparent ausgebildete Anode 24 angeordnet ist. Auf der Anode 24 ist ein organischer funktioneller Schichtenstapel 36 mit verschiedenen organischen funktionellen Schichten angeordnet, welcher in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Lochtransportschicht 26, eine organische lichtemittierende Schicht 28 und eine Elektronentransportschicht 30 umfasst. Die Elektronentransportschicht 30 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Inhomogenitätsschicht 38 ausgebildet, welche eine in einer lateralen Richtung L variierende Dicke aufweist. Unter der Dicke der Inhomogenitätsschicht 38 wird insbesondere der Durchmesser der Inhomogenitätsschicht in einer vertikalen Richtung V verstanden. Die Dicke der Inhomogenitätsschicht 38 variiert hierbei graduell über die gesamte laterale Ausdehnung des Bauelements 100. Beispielsweise weist die Inhomogenitätsschicht 38 in einem Randbereich 40 des Bauelements 100 eine Dicke d1 auf, welche kleiner ist als eine Dicke d2 in einem zentralen Bereich 42 des Bauelements 100.
Auf der als Inhomogenitätsschicht 38 ausgebildeten Elektronentransportschicht 30 ist eine reflektierend ausgebildete Kathode 32 angeordnet. Auf der gesamten Schichtenfolge 24, 36, 32 ist eine Verkapselungsschicht 34 vorgesehen.
Durch die lateral variierende Dicke der Inhomogenitätsschicht 38 ändert sich auch der vertikale Abstand der organischen lichtemittierenden Schicht 28 von der reflektierend ausgebildeten Kathode 32. In dem vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der Abstand zwischen der organischen lichtemittierenden Schicht 28 und der Kathode 32 genau der Dicke der Inhomogenitätsschicht 38 und beträgt beispielsweise d1 in dem Randbereich 40 des Bauelements und d2 im Zentralbereich 42 des Bauelements. Auf diese Weise wird über die gesamte Ausdehnung des Bauelements 100 Licht abgestrahlt, welches einer Kombination von Einzelspektren entspricht und somit einen erhöhten Farbwiedergabeindex aufweist (vergleiche 1).
3 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Inhomogenitätsschicht 38 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei wird ein Substrat 22 bereitgestellt, welches nicht-eben ausgebildet ist und dessen Dicke lateral variiert. Auf dem in 3 dargestellten Substrat 22 ist auch bereits eine spiegelnd ausgebildete Kathode 32 aufgebracht (nicht gesondert dargestellt). Die organischen funktionellen Schichten werden im Folgenden durch Gasphasenabscheidung, bevorzugt durch physikalische Gasphasenabscheidung, abgeschieden. Eine der Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels, beispielsweise die Elektronentransportschicht 30, wird auf dem nicht-ebenen Substrat 22 abgeschieden, indem ein bei der Gasphasenabscheidung auftretender Materialstrom 44 entlang der vertikalen Richtung V einwirkt, wodurch eine Inhomogenitätsschicht 38 im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Oberflächenkontur des Substrats 22 zumindest teilweise auf die darüber angeordneten Schichten überträgt und im allgemeinen mehr Material in denjenigen Bereichen abgeschieden wird, in welchen die Oberfläche senkrecht zum Materialstrom 44 steht, während in anderen Bereichen, in denen der Materialstrom 44 unter einem flacheren Winkel auftrifft, im Vergleich dazu weniger Material abgeschieden wird. Dies bedeutet genauer, dass sich abhängig von der Oberflächenstruktur lokal unterschiedliche Winkel zwischen dem Materialstrom 44 und der jeweiligen Oberfläche, auf welcher das Material des Materialstroms 44 abgeschieden wird, ergeben, so dass die Abscheidungsrate lateral variiert.
Homogene Schichtdicken können dagegen näherungsweise dadurch hergestellt werden, dass der Winkel zwischen dem bei der Gasphasenabscheidung auftretenden Materialstrom und der vertikalen Richtung V entweder sukzessive variiert wird oder der Materialstrom entlang mehrerer Richtungen gleichzeitig erläuft.
Die Dicke des Substrats 22 kann beispielsweise um mehr als 5 μm variieren. Genauer ist auf dem Substrat eine Erhebung ausgebildet, welche eine Höhe von mehr als 5 μm aufweist.
Die 4–7 zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Inhomogenitätsschicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In dem in 4 dargestellten Verfahrensschritt wird ein Substrat 22 bereitgestellt, welches eine Vielzahl von periodisch angeordneten Erhebungen 23 aufweist, welche lateral voneinander versetzt sind und einen Abstand von mehr als 5 μm aufweisen. Bevorzugt weist das Substrat 22 auf seiner dem funktionellen Schichtenstapel zugewandten Oberfläche eine nicht ebene Oberflächenstruktur auf, bei welcher die Strukturen bevorzugt größer als die Kohärenzlänge L des sichtbaren Lichts ist, damit keine Interferenzeffekte auftreten. Insbesondere gilt L = 2ln(2)·λ²/(π·Δπ·n)).
In den nachfolgenden Verfahrensschritten werden auf das Substrat 22 verschiedene Schichten aufgebracht, wobei durch eine Gasphasenabscheidung unter Verwendung eines vertikal gerichteten Materialstroms wie oben beschrieben Schichten mit lateral variierenden Dicken erzeugt werden.
In dem in 5 dargestellten Verfahrensschritt wird die transparente Anode 24 mit möglichst homogener Schichtdicke auf das Substrat 22 aufgebracht, wobei verschiedene Winkel zwischen dem bei der Gasphasenabscheidung auftretenden Materialstrom 44 und der vertikalen Richtung V auftreten, wie oben beschrieben.
In dem in 6 dargestellten Verfahrensschritt wird die Lochtransportschicht 26 unter Verwendung eines entlang der vertikalen Richtung auftreffenden Materialstroms 44 hergestellt, wodurch sie mit einer lateral variierenden Dicke und somit als Inhomogenitätsschicht 38 im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
In dem folgenden, in 7 dargestellten Verfahrensschritt wird die organische lichtemittierende Schicht 28 mit möglichst homogener Dicke unter Verwendung von gekreuzten Materialströmen 44 aufgebracht.
Die 8 und 9 zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Inhomogenitätsschicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei wird während der Ausbildung der Inhomogenitätsschicht 38 eine bei der Gasphasenabscheidung verwendete Lochmaske 48 in der vertikalen Richtung V bewegt, wodurch verschiedene Teilbereiche der auszubildenden Inhomogenitätsschicht 38 verschiedenen Anteilen des bei der Gasphasenabscheidung auftretenden Materialstroms 44 ausgesetzt sind. Bevorzugt wird ein planar ausgebildetes Substrat 22 verwendet, d. h. ein Substrat, welches nicht über eine gezielt eingebrachte Oberflächenstrukturierung verfügt. Vorteilhaft wird nun ein Materialstrom 44 erzeugt, welcher nicht linear, sondern in einen endlichen Raumwinkelbereich gerichtet ist. Dieser kann beispielsweise durch eine radial gerichtete Materialquelle wie beispielsweise einen Tiegel (nicht dargestellt) erzeugt werden.
Befindet sich die Lochmaske 48 nahe an dem Substrat (8), so wird Material nur in einem begrenzten Bereich abgeschieden. Wird die Lochmaske 48 nun während der Gasphasenabscheidung vom Substrat 22 in einer vertikalen Richtung V wegbewegt, so wird die Lochmaske 48 immer mehr hinterdampft und dadurch immer größere Bereiche auf dem Substrat 22 beschichtet. Die Überlagerung der anfangs im Wesentlichen scharfen Abbildung der Lochmaske 48 mit dem kontinuierlich breiter auslaufenden Materialstrom ergibt eine lateral variierende Schichtdicke, wodurch eine Inhomogenitätsschicht 38 im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
Optional kann eine zusätzliche Maske verwendet werden (nicht dargestellt), die während des gesamten Prozesses möglichst nahe am Substrat 22 angeordnet ist, um eine ausreichende Definition der äußeren Kanten der Inhomogenitätsschicht 38 zu definieren.
Die 10 und 11 zeigen ein Verfahren zur Herstellung der Inhomogenitätsschicht 38 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Hierbei wird ein erster Teil der Inhomogenitätsschicht 38 unter Verwendung einer ersten Maske 50 ausgebildet, wobei die Öffnung 51 der ersten Maske 50 bevorzugt so groß ist wie ein aktiver Bereich des herzustellen Bauelements. Bei Verwendung eines linear gerichteten Materialstroms 44 wird hierdurch eine homogene Teilschicht 54 erzeugt. In dem in 11 gezeigten Verfahrensschritt wird ein zweiter Teil der Inhomogenitätsschicht 38 unter Verwendung einer zweiten Maske 56 ausgebildet, wobei die zweite Maske 56 eine Vielzahl von Öffnungen 58 aufweist, welche jeweils kleiner sind als die Öffnung 51 der ersten Maske 50, wodurch lokale Erhebungen 60 auf der ersten Teilschicht 54 erzeugt werden und sich eine laterale Schichtdickenvariation einstellt. Beispielsweise kann die Elektronentransportschicht oder die Lochtransportschicht auf die beschriebene Art ausgebildet werden. Die Öffnungen 58 der zweiten Maske 56 können beispielsweise einen Durchmesser zwischen 100 und 500 μm aufweisen und quadratisch, rechteckig oder kreisförmig ausgebildet sein.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Ausbildung der Inhomogenitätsschicht 38 eine bei der Gasphasenabscheidung verwendete Lochmaske in einer lateralen Richtung L bewegt wird, wobei die abgeschiedene Materialmenge im Bereich der auszubildenden Inhomogenitätsschicht 38 lateral variiert.
Beispielsweise kann eine Lochmaske, die ähnlich ausgebildet ist wie die in 11 dargestellte Maske 56 und eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, eine Lochmaske mit beispielsweise lediglich einer Öffnung (wie in 9 dargestellt) zu benutzen.
Die laterale Variation der abgeschiedenen Materialmenge im Bereich der auszubildenden Inhomogenitätsschicht 38 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Lochmaske bei einer konstanten Abscheidungsrate mit zeitlich variabler Geschwindigkeit lateral bewegt wird, oder dadurch, dass die Abscheidungsrate zeitlich variiert wird, während die Lochmaske mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zum Substrat bewegt wird. Es sind aber auch Kombinationen der genannten Maßnahmen denkbar.
Die Notwendigkeit, vorangehend eine homogene Teilschicht zu erzeugen, wie in 10 dargestellt (siehe dort Teilschicht 54), entfällt bei der Bewegung der Lochmaske in lateraler Richtung, da im allgemeinen in jedem Teilbereich der auszubildenden Inhomogenitätsschicht eine ausreichende Materialmenge abgeschieden werden kann. Es ist jedoch auch möglich, eine solche Teilschicht in einem separaten, vorangehenden Verfahrensschritt auszubilden.

Claims

Organisches lichtemittierendes Bauelement (100), umfassend – ein Substrat (22), – mindestens eine auf dem Substrat angeordnete, zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignete Schichtenfolge, umfassend – mindestens eine auf dem Substrat angeordnete erste Elektrodenfläche (24), – mindestens eine auf der ersten Elektrodenfläche angeordnete zweite Elektrodenfläche (32), und – einen organischen funktionellen Schichtenstapel (36) mit organischen funktionellen Schichten zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche, welcher eine Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten (28) umfasst, wobei die lichtemittierenden Schichten dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung aus voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu erzeugen, wobei der organische funktionelle Schichtenstapel mindestens eine Inhomogenitätsschicht (38) aufweist, deren Dicke in einer lateralen Richtung (L) periodisch stufenlos variiert, wobei die Dicke der Inhomogenitätsschicht (38) um mindestens 5 nm variiert.
Bauelement (100) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die erste Elektrodenfläche (24) oder die zweite Elektrodenfläche (32) reflektierend ausgebildet ist und die Inhomogenitätsschicht (38) zwischen der organischen lichtemittierenden Schicht (28) und der reflektierend ausgebildeten ersten oder zweiten Elektrodenfläche angeordnet ist.
Bauelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Inhomogenitätsschicht (38) eine organische Löcher leitende Schicht (26) oder eine organische Elektronen leitende Schicht (30) ist.
Bauelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Dicke des Substrats (22) in einer lateralen Richtung variiert.
Bauelement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Inhomogenitätsschicht (38) von der organischen lichtemittierenden Schicht verschieden ist.
Verfahren zur Herstellung eines organischen lichtemittierenden Bauelements nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Substrats, – Aufbringen einer zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeigneten Schichtenfolge auf das Substrat, umfassend – mindestens eine auf dem Substrat angeordnete erste Elektrodenfläche (24), – mindestens eine auf der ersten Elektrodenfläche angeordnete zweite Elektrodenfläche (32), und – einen organischen funktionellen Schichtenstapel (36) mit organischen funktionellen Schichten zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche, welcher eine Mehrzahl von lichtemittierenden Schichten (28) umfasst, wobei die lichtemittierenden Schichten dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung aus voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu erzeugen, wobei der organische funktionelle Schichtenstapel mindestens eine Inhomogenitätsschicht (38) aufweist, deren Dicke in einer lateralen Richtung (L) periodisch stufenlos variiert, wobei die Dicke der Inhomogenitätsschicht (38) um mindestens 5 nm variiert.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei ein Substrat (22) bereitgestellt wird, dessen Dicke in einer lateralen Richtung (L) variiert und wobei der organische funktionelle Schichtenstapel (36) derart auf das Substrat aufgebracht wird, dass zumindest eine Inhomogenitätsschicht (38) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei der organische funktionelle Schichtenstapel (36) zumindest teilweise durch Gasphasenabscheidung ausgebildet wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei ein Winkel zwischen einem bei der Gasphasenabscheidung auftretenden Materialstrom (44) und einer vertikalen Richtung (V) variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei während der Ausbildung der Inhomogenitätsschicht (38) eine bei der Gasphasenabscheidung verwendete Lochmaske (48) in einer vertikalen oder lateralen Richtung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein erster Teil (54) der Inhomogenitätsschicht (38) unter Verwendung einer ersten Maske (50) mit zumindest einer ersten Öffnung (51) und ein zweiter Teil (60) der Inhomogenitätsschicht (38) unter Verwendung einer zweiten Maske (56) mit einer Vielzahl von Öffnungen (58), welche kleiner sind als die erste Öffnung, ausgebildet wird.
Bauelement (100) nach Anspruch 4, wobei die Dicke des Substrats (22) in der lateralen Richtung um mehr als 200 nm variiert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Dicke des Substrats (22) in der lateralen Richtung (L) um mehr als 200 nm variiert.