-
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
-
Eine organische lichtemittierende Diode (OLED) kann einen auf einem Glasträger angeordneten funktionellen Schichtenstapel aufweisen, wobei von dem Schichtenstapel emittiertes Licht durch den Glasträger hindurchtritt, bevor es aus der OLED ausgekoppelt wird. Auf den Glasträger können externe Streuschichten, insbesondere Mikrolinsen, zur Erhöhung des Strahlungsauskopplungsgrads aufgebracht werden. Die Prozessierung von OLEDs auf Glasträgern mit externen Streuschichten oder Mikrolinsen erweist sich jedoch als aufwändig. Außerdem verringern die Absorptionsverluste innerhalb der vergleichsweise dicken Glasträgern die Effizienz der organischen lichtemittierenden Dioden.
-
Eine Aufgabe ist es, ein vereinfacht herzustellendes optoelektronisches Bauelement mit einem hohen Strahlungsauskopplungsgrad anzugeben. Als eine weitere Aufgabe wird ein zuverlässiges, vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Bauelements weist dieses einen funktionellen Schichtenstapel auf. Der funktionelle Schichtenstapel enthält insbesondere eine Mehrzahl von organischen Schichten. Der funktionelle Schichtenstapel weist zum Beispiel eine organische aktive Schicht auf, die im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung, emittiert. Außerdem weist der funktionelle Schichtenstapel beispielsweise eine als Lochtransportschicht ausgeführte organische Schicht und eine als Elektronentransportschicht ausgebildete organische Schicht auf. Insbesondere ist die aktive organische Schicht in vertikaler Richtung zwischen der Lochtransportschicht und der Elektronentransportschicht angeordnet. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der organischen aktiven Schicht gerichtet ist. Insbesondere ist das Bauelement eine OLED.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses eine mechanisch stabile Auskoppelschicht auf. Der funktionelle Schichtenstapel ist auf der Auskoppelschicht angeordnet. Unter einer mechanisch stabilen Auskoppelschicht wird eine Schicht verstanden, die insbesondere freitragend ausgebildet ist. Das heißt, die mechanisch stabile Auskoppelschicht kann auf sich selbst stützen und ist gegenüber der Eigenschwerkraft stabil.
-
Beispielsweise ist die Auskoppelschicht durch geeignete Materialauswahl und entsprechende Dickengestaltung derart mechanisch stabil ausgebildet, dass die Auskoppelschicht zumindest den funktionellen Schichtenstapel tragen kann, ohne dabei aufgrund der Eigenschwerkraft mechanisch verformt zu werden. Des Weiteren kann die Auskoppelschicht als ein Trägerkörper des Bauelements ausgebildet sein. Letzteres bedeutet, dass die Auskoppelschicht insbesondere dem gesamten optoelektronischen Bauelement eine ausreichende mechanische Stabilität verleiht.
-
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Bauelements weist die Auskoppelschicht auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite eine Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements auf. Insbesondere ist die Auskoppelschicht für die im Betrieb des Bauelements erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ausgebildet. Die Auskoppelschicht kann klarsichtig, transparent oder milchig trüb ausgebildet sein.
-
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Bauelements weist die Auskoppelschicht innere Streuelemente auf. Unter inneren Streuelementen der Auskoppelschicht werden insbesondere Streuzentren im Inneren der Auskoppelschicht verstanden. Beispielsweise sind die inneren Streuelemente von einem Material der Auskoppelschicht allseitig vollständig umgeben. Die im Betrieb des Bauelements von der organischen aktiven Schicht emittierte Strahlung wird an den Streuelementen der Auskoppelschicht gestreut, bevor es an der Strahlungsaustrittsfläche aus dem Bauelement ausgekoppelt wird, wodurch der Strahlungsauskopplungsgrad des Bauelements verbessert wird.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Auskoppelschicht einen Brechungsindex auf, der mindestens 80 % eines Brechungsindexes des Schichtenstapels ist. Unter einem Brechungsindex einer Schicht wird insbesondere der Brechungsindex des die Schicht bildenden Materials verstanden. Weist die Schicht beispielsweise mehrere Teilschichten und/oder mehrere Materialien auf, wird unter einem Brechungsindex der Schicht insbesondere der durchschnittliche Brechungsindex dieser Schicht verstanden.
-
Der Brechungsindex wird dabei bei einer Strahlungswellenlänge bestimmt, die von der im Betrieb des Bauelements erzeugten elektromagnetischen Strahlung umfasst ist. Zum Beispiel werden die Brechungsindices bei einer Wellenlänge von 500 nm bestimmt. Insbesondere ist es möglich, dass die genannte Beziehung der Brechungsindices von Auskoppelschicht und Schichtenstapel für den gesamten Wellenlängenbereich der im Betrieb vom Bauelement erzeugten elektromagnetischen Strahlung erfüllt ist.
-
Beträgt der Brechungsindex der Auskoppelschicht mindestens 80 % des Brechungsindexes des Schichtenstapels, können Strahlungsverluste aufgrund von Totalreflexionen beim Übergang der emittierten Strahlung von dem Schichtenstapel zur Auskoppelschicht weitgehend unterdrückt werden, sodass die Auskopplung der emittierten Strahlung aus dem Bauelement besonders effizient ausgestaltet ist.
-
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist dieses einen funktionellen Schichtenstapel mit einer organischen aktiven Schicht und eine mechanisch stabil ausgebildete Auskoppelschicht auf, wobei der funktionelle Schichtenstapel auf der Auskoppelschicht angeordnet ist. Die organische aktive Schicht emittiert im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung. Die Auskoppelschicht weist innere Streuelemente auf. Die Auskoppelschicht und der Schichtenstapel weisen jeweils einen Brechungsindex auf, wobei der Brechungsindex der Auskoppelschicht mindestens 80 % des Brechungsindexes des Schichtenstapels ist.
-
Materialbedingt weist der funktionelle Schichtenstapel oft einen hohen Brechungsindex auf, etwa um 1,7. Ist der Brechungsindex der Auskoppelschicht zumindest annähernd gleich oder höher als der Brechungsindex des Schichtenstapels, können Lichtverluste aufgrund von Totalreflexionen beim Strahlungsübergang von dem Schichtenstapel zur Auskoppelschicht stark reduziert werden. Die Effizienz der Strahlungsauskopplung kann durch Streuungseffekte an den inneren Streuelementen innerhalb der Auskoppelschicht zusätzlich erhöht werden. Des Weiteren können auf externe Streuschichten oder Mikrolinsen, die auf dem Trägerkörper beziehungsweise auf der Auskoppelschicht des Bauelements aufgebracht sind, verzichtet werden, wodurch die Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauelements insgesamt vereinfacht wird. Durch die Ausbildung der Streuelemente innerhalb der Auskoppelschicht kann ein vereinfachtes, kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauelements angewendet werden, bei dem die Auskoppelschicht auch im Fall als Trägerkörper des Bauelements besonders dünn ausgestaltet werden kann, wodurch Lichtverluste aufgrund von Absorption in der Auskoppelschicht beziehungsweise in dem Trägerkörper des Bauelements vermindert werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist der Brechungsindex der Auskoppelschicht mindestens 1,6, insbesondere mindestens 1,7 oder mindestens 2. Beispielsweise ist die Auskoppelschicht aus einem Material gebildet, das einen Brechungsindex insbesondere zwischen 1,6 und 4 beispielsweise zwischen 1,6 und 3 oder zwischen 2 und 3 aufweist. Beispielsweise weist die Auskoppelschicht im Vergleich zum Glas einen größeren Brechungsindex auf.
-
Insbesondere ist der Brechungsindex der Auskoppelschicht größer als der Brechungsindex des Schichtenstapels.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsvariante des Bauelements ist das Bauelement frei von einer Zwischenschicht, die in vertikaler Richtung zwischen dem Schichtenstapel und der Auskoppelschicht angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der Brechungsindex des funktionellen Schichtenstapels, insbesondere kleiner als 80 % des Brechungsindexes des funktionellen Schichtenstapels ist. Eine derartige Ausgestaltung des Bauelements begünstigt einen verlustarmen Strahlungsübergang von dem funktionellen Schichtenstapel zur Auskoppelschicht. Alternativ kann das Bauelement eine zwischen dem Schichtenstapel und der Auskoppelschicht angeordnete Zwischenschicht aufweisen, wobei ein Brechungsindex der Zwischenschicht dem Brechungsindex des Schichtenstapels angepasst ist. Insbesondere unterscheidet sich der Brechungsindex der Zwischenschicht höchstens um 20 % %, beispielsweise höchstens um 10 %, etwa höchstens um 5 % vom dem Brechungsindex des Schichtenstapels. Zum Beispiel weist die Zwischenschicht ein Metalloxid oder mehrere Metalloxide auf, etwa Al2O3, ZrO2 oder TiO2.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist dieses auf einer dem Schichtenstapel abgewandten Seite der Auskoppelschicht frei von einer als ein Trägerkörper des Bauelements ausgebildeten Schicht. Insbesondere weist das Bauelement zwischen dem funktionellen Schichtenstapel und der Strahlungsaustrittsfläche lediglich eine als Trägerkörper des Bauelements ausgebildete Schicht auf, welche die Auskoppelschicht mit den inneren Streuelementen ist.
-
Insbesondere ist das Bauelement frei von eine Grenzschicht zwischen der Auskoppelschicht und einer Glasschicht.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Auskoppelschicht eine vertikale Dicke auf, die zwischen einschließlich 10 µm und einschließlich 300 µm, insbesondere zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 200 µm, beispielsweise zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 100 µm, ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Auskoppelschicht biegbar ausgebildet. Zum Beispiel weist die Auskoppelschicht ein flexibles, insbesondere ein elastisch nachgiebiges Material auf. Beispielsweise weist die Auskoppelschicht im Vergleich zum Glas einen geringeren Elastizitätsmodul auf. Zum Beispiel beträgt der Elastizitätsmodul der Auskoppelschicht bei Normbedingungen weniger als 70 kN/mm2, zum Beispiel weniger als 50 kN/mm2, insbesondere kleiner als 40 kN/mm2. Ein optoelektronisches Bauelement mit einer flexiblen Auskoppelschicht lässt sich besonders vereinfacht auf unebene beispielsweise krumme Oberfläche montiert werden. Insbesondere ist die Auskoppelschicht frei vom Glas oder frei von einem glashaltigen Material.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die inneren Streuelemente in einem hochbrechenden Material der Auskoppelschicht eingebettet. Unter einem hochbrechenden Material wird ein Material verstanden, das insbesondere einen Brechungsindex von mindestens 1,6, beispielweise 1,7 oder höher, etwa 2 oder höher aufweist. Die inneren Streuelemente sind insbesondere Streupartikel beispielsweise aus Titanoxid oder Siliziumoxid.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist ein Konversionsmaterial, insbesondere in Form von Leuchtstoffpartikeln, in dem hochbrechenden Material der Auskoppelschicht eingebettet. Das Konversionsmaterial absorbiert die von der aktiven Schicht erzeugte Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und wandelt diese in eine Strahlung mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge um. Insbesondere sind die erste und die zweite Wellenlänge jeweils eine Peak-Wellenlänge oder eine dominante Wellenlänge der entsprechenden Strahlung. Beispielsweise unterscheiden sich die Streuelemente von dem Konversionsmaterial beziehungsweise von den Leuchtstoffpartikeln dadurch, dass die Streuelemente optisch inaktiv sind. Das heißt, die Streuelemente absorbieren keine oder nur kaum Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und wandeln diese nicht oder nur kaum in eine Strahlung mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge um.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Auskoppelschicht mehrschichtig ausgebildet. Insbesondere weist die mehrschichtige Auskoppelschicht eine Streuschicht mit den inneren Streuelementen auf. Des Weiteren kann die Auskoppelschicht eine Teilschicht aufweisen, die sich an die Streuschicht angrenzt, wobei die Teilschicht frei von den inneren Streuelementen ist. Insbesondere weist die Teilschicht eine größere Dicke auf als die Streuschicht auf. Die Streuschicht und die Teilschicht können ein gleiches hochbrechendes Material aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Streuschicht und die Teilschicht verschiedene hochbrechende Materialien aufweisen. Die Auskoppelschicht kann auch eine Mehrzahl von Streuschichten und/oder Teilschichten aufweisen.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses eine zwischen der Auskoppelschicht und dem Schichtenstapel angeordnete Barriereschicht auf. Die Barriereschicht kann den funktionellen Schichtenstapel vor Umwelteinflüssen wie Luftfeuchtigkeit oder Schadgase schützen. Außerdem kann die Barriereschicht als eine Planarisierungsschicht für die darauf angeordneten Schichten dienen. Zwar kann die Barriereschicht abhängig von der Ausgestaltung der Auskoppelschicht optional sein, erhöht die Barriereschicht bei deren Anwesenheit den Schutz des Schichtenstapels und vereinfacht außerdem die Herstellung des auf die Barriereschicht aufzubringenden Schichtenstapels.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses eine Verkapselungsschicht auf. Insbesondere ist der funktionelle Schichtenstapel in Draufsicht auf die Auskoppelschicht von der Verkapselungsschicht vollständig bedeckt. Beispielsweise bedeckt die Verkapselungsschicht den Schichtenstapel in lateraler Richtung vollständig.
-
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zu der Haupterstreckungsebene der organischen aktiven Schicht gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind somit senkrecht zueinander. Unter einer Verkapselungsschicht wird insbesondere eine Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten verstanden, die den Schichtenstapel des Bauelements zumindest teilweise oder vollständig verkapselt und diesen vor Umwelteinflüssen wie Luftfeuchtigkeit oder Schadgase schützt. Insbesondere ist die Verkapselungsschicht derart ausgebildet, dass keine oder kaum Luftfeuchtigkeit sowie keine oder kaum Stoffe in gasförmigem Zustand durch die Verkapselungsschicht hindurchtreten können.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses eine Schutzschicht auf. Die Verkapselungsschicht ist insbesondere zwischen dem Schichtenstapel und der Schutzschicht angeordnet. Die Verkapselungsschicht kann so von der Schutzschicht vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt werden. Insbesondere ist der funktionelle Schichtenstapel bis auf Stellen für elektrische Anschlüsse von der Barriereschicht und der Verkapselungsschicht vollständig verkapselt. Die Schutzschicht kann flexibel, beispielsweise biegbar ausgebildet sein. Beispielsweise weist die Schutzschicht im Vergleich zum Glas einen geringeren Elastizitätsmodul auf. Zum Beispiel beträgt der Elastizitätsmodul der Schutzschicht bei Normbedingungen weniger als 70 kN/mm2, zum Beispiel weniger als 50 kN/mm2, insbesondere kleiner als 40 kN/mm2. Insbesondere ist die Schutzschicht eine Polymerschicht.
-
In mindestens einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, das eine Auskoppelschicht mit inneren Streuelementen und einen funktionellen Schichtenstapel mit einer organischen, im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung emittierenden Schicht aufweist, wird zunächst ein Opfersubstrat bereitgestellt. Die Auskoppelschicht wird auf das Opfersubstrat aufgebracht, wobei die Auskoppelschicht mechanisch stabil ausgebildet wird. Der funktionelle Schichtenstapel wird auf die Auskoppelschicht aufgebracht, wobei die Auskoppelschicht einen Brechungsindex aufweist, der mindestens 80 % eines Brechungsindexes des funktionellen Schichtenstapels ist. Nachfolgend wird das Opfersubstrat von dem Bauelement entfernt.
-
Bei solch einem Verfahren dient das Opfersubstrat als ein Träger des gesamten elektromagnetischen Bauelements lediglich während dessen Herstellung. Da bei der Herstellung des Bauelements mechanische Belastungen hauptsächlich von dem Opfersubstrat getragen werden, kann die Auskoppelschicht besonders dünn ausgestaltet werden. Außerdem ist ein solches Verfahren besonders geeignet für die Herstellung eines flexiblen organischen Bauelements, bei dem insbesondere die Auskoppelschicht flexibel ausgebildet wird. Für das Opfersubstrat steht grundsätzlich eine große Auswahl von Materialien zur Verfügung, insbesondere auch Kunststoffe oder Metalle, die bei der Herstellung des Bauelements im Vergleich zum Glas ein geringeres Bruchrisiko aufweisen, wodurch das Yield-Risiko beispielsweise aufgrund von möglichen Glasbrüchen entfällt. Des Weiteren kann das Opfersubstrat wieder verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten von solchen Bauelementen vermindert werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Auskoppelschicht auf dem Opfersubstrat derart ausgebildet, dass deren Dicke zwischen einschließlich 10 µm und einschließlich 300 µm, insbesondere zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 200 µm, beispielsweise zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 100 µm ist. Ein durch ein solches Verfahren hergestelltes Bauelement weist im Vergleich zu herkömmlichen OLEDs eine geringere vertikale Höhe zwischen dem funktionellen Schichtenstapel und der Strahlungsaustrittsfläche auf, wodurch Absorptionsverluste vermindert werden und ein höherer Anteil der erzeugten Strahlung ausgekoppelt wird. Auch kann dadurch die Gesamtdicke des Bauelements verringert werden. Beispielsweise kann durch dieses Verfahren ein organisches optoelektronisches Bauelement mit einer Gesamtdicke zwischen einschließlich 40 µm und einschließlich 400 µm, zum Beispiel zwischen einschließlich 40 µm und einschließlich 200 µm hergestellt werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Auskoppelschicht mittels eines nasschemischen Verfahrens auf das Opfersubstrat aufgebracht. Beispielsweise wird die Auskoppelschicht als eine Multilagenbeschichtung ausgebildet. Die Auskoppelschicht kann dabei eine Mehrzahl von Schichten aufweisen, die schichtenweise auf das Opfersubstrat aufgebracht werden. Insbesondere weist die Mehrzahl der Schichten der Auskoppelschicht ein gleiches hochbrechendes Material auf.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Auskoppelschicht aus einem hochbrechenden Material ausgebildet. Die Streuelemente, insbesondere in Form von Streupartikeln, können in das hochbrechende Material vor dem Aufbringen auf das Opfersubstrat eingebettet werden. Es ist auch möglich, dass zur Ausbildung der Auskoppelschicht zunächst das hochbrechende Material auf das Opfersubstrat aufgebracht wird und die Streuelemente auf das hochbrechende Material aufgebracht, beispielsweise berieselt werden, bevor eine weitere Schicht aus dem hochbrechenden Material auf die Streuelemente aufgebracht wird. Eine zuletzt aufgebrachte Schicht der Auskoppelschicht kann als eine Planarisierungsschicht ausgebildet werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zur Ausbildung der Auskoppelschicht eine Streuschicht und zumindest eine Teilschicht aus einem hochbrechenden Material schichtenweise auf das Substrat aufgebracht. Die Streuschicht weist dabei eine Mehrzahl von Streuelementen, insbesondere Streupartikeln, auf. Insbesondere ist die Teilschicht frei von den Streuelementen. Die Teilschicht und die Streuschicht können so ausgebildet werden, dass die Teilschicht beispielsweise eine größere Dicke aufweist als die Streuschicht.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Opfersubstrat in Form einer Folie bereitgestellt. Beispielsweise weist das Opfersubstrat ein Metall etwa Aluminium oder einen Kunststoff etwa Polyethylenterephthalat (PET) auf. Die Auskoppelschicht wird insbesondere direkt auf das Opfersubstrat aufgebracht. Beispielsweise weist das Opfersubstrat im Vergleich zum Glas einen geringeren Elastizitätsmodul auf. Bei der Fertigstellung des Bauelements kann das Opfersubstrat von der Auskoppelschicht mittels eines mechanischen Verfahrens entfernt werden, beispielsweise von der Auskoppelschicht abgeschält oder abgezogen werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Aufbringen des funktionellen Schichtenstapels eine Opferschicht direkt auf das Opfersubstrat aufgebracht. Die Auskoppelschicht wird anschließend derart auf das Opfersubstrat aufgebracht, dass die Opferschicht zwischen der Auskoppelschicht und dem Opfersubstrat angeordnet ist.
-
Das Opfersubstrat kann dabei ein Metall, einen Kunststoff oder ein glashaltiges Material aufweisen. Insbesondere kann das Opfersubstrat ein Glaskörper sein. Beispielsweise ist die Opferschicht eine lösliche Lack- oder Polymerschicht. Insbesondere kann die Opferschicht temporäre Klebstoffe oder pyrolytische Lacke aufweisen. Das Entfernen des Opfersubstrats von dem Bauelement wird insbesondere durch die Entfernung der Opferschicht durchgeführt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Konversionsmaterial, insbesondere in Form von Leuchtstoffpartikeln, in die Auskoppelschicht eingeführt. Die Leuchtstoffpartikel können dabei analog zu den Streuelementen in die Auskoppelschicht eingeführt werden.
-
Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Verfahren ist besonders geeignet für die Herstellung eines vorstehend beschriebenen Bauelements. In Zusammenhang mit dem Bauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
-
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements sowie des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3D erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein optoelektronisches Bauelement,
-
2A ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement in schematischer Schnittansicht,
-
2B eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein optoelektronisches Bauelement, und
-
3A bis 3D schematische Schnittansichten verschiedener Verfahrensstadien eines Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
-
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
-
Ein erstes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 10 ist in 1 schematisch dargestellt.
-
Das optoelektronische Bauelement 10 weist eine Auskoppelschicht 1, einen auf der Auskoppelschicht 1 angeordneten funktionellen Schichtenstapel 6 und eine Verkapselungsschicht 71 auf. In vertikaler Richtung ist der Schichtenstapel 6 zwischen der Auskoppelschicht 1 und der Verkapselungsschicht 71 angeordnet. In lateraler Richtung ist der Schichtenstapel 6 zwischen einer ersten Isolierungsstruktur 4 und einer zweiten Isolierungsstruktur 5 beschränkt. In Draufsicht auf die Auskoppelschicht 1 überdeckt die Verkapselungsschicht 71 den Schichtenstapel 6, die erste Isolierungsstruktur 4 und die zweite Isolierungsstruktur 5 vollständig.
-
Der funktionelle Schichtenstapel 6 weist eine organische aktive Schicht 63 auf. Die aktive Schicht 63 emittiert im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Strahlung, beispielsweise im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. Der Schichtenstapel 6 enthält außerdem eine erste Ladungstransportschicht 61 und eine zweite Ladungstransportschicht 62, wobei die organische aktive Schicht 63 zwischen der ersten Ladungstransportschicht 61 und der zweiten Ladungstransportschicht 62 angeordnet ist. Insbesondere weisen die erste und die zweite Ladungstransportschicht jeweils zumindest ein organisches Material auf. Beispielsweise sind die erste und die zweite Ladungstransportschicht als eine Elektronentransportschicht beziehungsweise als eine Lochtransportschicht ausgebildet oder umgekehrt. Diese Ladungstransportschichten dienen der Injektion der Löcher und der Elektronen in die organische aktive Schicht 63. Der Schichtenstapel 6 weist einen Brechungsindex n2 auf, der insbesondere größer als 1,6, etwa 1,7 oder höher, beispielsweise 2 oder höher sein kann.
-
Die Auskoppelschicht 1 ist strahlungsdurchlässig ausgebildet und weist auf einer dem Schichtenstapel 6 abgewandten Seite eine Strahlungsaustrittsfläche 11 des Bauelements 10 auf. Das heißt, die im Betrieb des Bauelements 10 erzeugte Strahlung verlässt das Bauelement insbesondere an der Strahlungsaustrittsfläche 11. Die Strahlungsaustrittsfläche 11 ist frei von einer Strukturierung oder einer Streuschicht.
-
Die Auskoppelschicht 1 weist innere Streuelemente 12 auf. Die Streuelemente 11 sind im Inneren der Auskoppelschicht 1. Insbesondere weist die Auskoppelschicht 1 ein hochbrechendes Material auf, in das die Streuelemente 12 eingebettet sind. Die Streuelemente 12 sind im Inneren der Auskoppelschicht 1 unregelmäßig verteilt. Es ist auch möglich, dass die Streuelemente 11 in der gesamten Auskoppelschicht 1 gleichmäßig verteilt sind.
-
Die Auskoppelschicht weist einen Brechungsindex n1 auf, der insbesondere mindestens 80 % des Brechungsindexes n2 des Schichtenstapels 6 ist. Beispielsweise ist der Brechungsindex n1 der Auskoppelschicht mindestens 1,6. Beispielsweise weist die Auskoppelschicht im Vergleich zum Glas einen größeren Brechungsindex auf. Bevorzugt ist der Brechungsindex n1 der Auskoppelschicht 1 größer als der Brechungsindex n2 des Schichtenstapels 6. Die im Betrieb des Bauelements emittierte Strahlung aus der organischen aktiven Schicht 63 kann somit verlustarm in die Auskoppelschicht 1 eingekoppelt werden. Die in die Auskoppelschicht 1 eingekoppelte Strahlung wird an den Streuelementen 12 gestreut, bevor sie das Bauelement 10 an der Strahlungsaustrittsfläche 11 verlässt, wodurch die Auskoppeleffizienz des Bauelements 10 verbessert wird.
-
Die Auskoppelschicht 1 ist mechanisch stabil ausgebildet. Die Auskoppelschicht 1 ist insbesondere als ein Trägerkörper des Bauelements ausgebildet. Letzteres bedeutet, dass die Auskoppelschicht derart ausgebildet ist, dass das Bauelement aufgrund der Auskoppelschicht nicht durch seine Eigenschwerkraft verformt wird und mechanisch stabil ist.
-
Die Auskoppelschicht 1 weist eine vertikale Dicke D1 auf, die beispielsweise zwischen 10 µm und 300 µm ist, insbesondere zwischen 20 µm und 200 µm, etwa zwischen 20 µm und 100 µm. Das Bauelement 10 ist auf einer dem Schichtenstapel 6 abgewandten Seite der Auskoppelschicht 1 frei von einem weiteren Trägerkörper des Bauelements. Die Strahlungsaustrittsfläche 11 ist eine Oberfläche der Auskoppelschicht 1 und begrenzt das Bauelement 10 in vertikaler Richtung. Es ist jedoch auch denkbar, dass eine strahlungsdurchlässige Schutzschicht direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche 11 angeordnet ist.
-
Das Bauelement 10 weist eine erste Elektrode 2 und eine zweite Elektrode 3 zur elektrischen Kontaktierung des funktionellen Schichtenstapels 6 auf. Der Schichtenstapel 6 ist in vertikaler Richtung zwischen der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 3 angeordnet. Die erste Elektrode 2 ist strahlungsdurchlässig und zwischen der Auskoppelschicht 1 und dem Schichtenstapel 6 angeordnet. Beispielsweise weist die erste Elektrode 2 eine Transmission für die von der organischen aktiven Schicht 63 erzeugte Strahlung von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, auf. Die erste Elektrode kann transparente leitende Materialien enthalten, beispielsweise transparente leitfähige Oxide. Alternativ kann die erste Elektrode 2 eine transparente Schicht mit darauf angeordnete Leiterbahnen, etwa Silber-Nano-Leiterbahnen, aufweisen. Es ist auch denkbar, dass solche Leiterbahnen der ersten Elektrode 2 direkt auf der Auskoppelschicht 1 angeordnet sind, sodass die Leiterbahnen der ersten Elektrode 2 sowohl mit der Auskoppelschicht 1 als auch mit dem Schichtenstapel 6 in direktem physischen Kontakt sind.
-
Die zweite Elektrode 3 ist beispielsweise für die im Betrieb des Bauelements 10 emittierte Strahlung reflektierend ausgebildet. Beispielsweise reflektiert die zweite Elektrode 3 mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 % der auf die zweite Elektrode 3 auftreffenden Strahlung in Richtung der Auskoppelschicht 1.
-
Die erste Elektrode 2 weist eine erste Kontaktbahn 20 auf, die in der lateralen Richtung seitlich des Schichtenstapels 6 angeordnet ist. Die zweite Elektrode 3 weist eine zweite Kontaktbahn 30 auf, die ebenfalls seitlich des Schichtenstapels 6 angeordnet ist. Über die erste Kontaktbahn 20 und die zweite Kontaktbahn 30 kann das optoelektronische Bauelement 10 mit einer externen Stromquelle elektrisch kontaktiert werden.
-
In der 1 ist eine Barriereschicht 72 zwischen der Auskoppelschicht 1 und dem Schichtenstapel 6 angeordnet. Der Schichtenstapel 6 ist von der Verkapselungsschicht 71 und von der Barriereschicht 72 in allen Richtungen vollständig umgeben, insbesondere hermetisch abgeschlossen. Die Verkapselungsschicht 71 und die Barriereschicht 72 schützen den Schichtenstapel 6 somit vor äußeren Umwelteinflüssen. Es ist auch denkbar, dass der Schichtenstapel 6 bereits von der Verkapselungsschicht 71 und von der Auskoppelschicht 1 vor äußeren Umwelteinflüssen ausreichend geschützt ist und das Bauelement 10 frei von einer solchen Barriereschicht 72 ist.
-
Das Bauelement 10 weist außerdem eine Schutzschicht 70 auf. Die Schutzschicht 70 ist insbesondere als eine Kratzschutzschicht ausgebildet. In Draufsicht auf die Auskoppelschicht bedeckt die Schutzschicht 70 die Verkapselungsschicht 71 vollständig, sodass die vergleichsweise empfindliche Verkapselungsschicht 71 vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt ist. Die Schutzschicht 70 kann als ein Trägerkörper des Bauelements 10 ausgebildet sein. In so einem Fall kann die Auskoppelschicht 1 besonders dünn ausgestaltet werden.
-
Beispielsweise ist die Schutzschicht 70 flexibel, insbesondere biegbar, ausgebildet. Zum Beispiel ist die Schutzschicht 70 eine Polymerschicht. Die Schutzschicht 70 weist eine vertikale Dicke D2 auf, die beispielsweise zwischen 20 µm und 200 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 100 µm ist. Die Schutzschicht 70 begrenzt das Bauelement 10 in vertikaler Richtung.
-
Das Bauelement 10 weist eine vertikale Gesamtdicke D auf. Die Gesamtdicke D ist beispielsweise zwischen 40 µm und 400 µm. Insbesondere kann die Gesamtdicke D zwischen 40 µm und 300 µm, beispielsweise zwischen 40 µm und 200 µm sein.
-
2A zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für ein optoelektronisches Bauelement.
-
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement in 1. Im Unterschied hierzu weist die Auskoppelschicht 1 neben den Streuelementen 12 auch ein Konversionsmaterial 15 auf, das insbesondere in Form von Leuchtstoffpartikeln ist. Die Streuelemente 12 und das Konversionsmaterial 15 können in demselben hochbrechenden Material der Auskoppelschicht eingebettet sein. Aufgrund der Übersichtlichkeit wird im Unterschied zu 1 lediglich ein Teilbereich zwischen der ersten Isolierungsstruktur 4 und der zweiten Isolierungsstruktur 5 dargestellt.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 10 ist in 2B in Schnittansicht schematisch dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 2A dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist die Auskoppelschicht 1 eine Streuschicht 13 mit den inneren Streuelementen 12 auf. Des Weiteren weist die Auskoppelschicht 1 zwei Teilschichten 14 auf. Die Streuschicht 13 ist in vertikaler Richtung zwischen den Teilschichten 14 angeordnet. Zumindest eine der Teilschichten 14 weist eine vertikale Dicke auf, die größer als eine vertikale Dicke der Streuschicht 13 ist. Die Teilschichten 14 der Auskoppelschicht 1 sind frei von den inneren Streuelementen 12. Die Auskoppelschicht 1 kann ein Konversionsmaterial aufweisen. Insbesondere enthält eine zwischen dem Schichtenstapel 6 und der Streuschicht 13 angeordnete Teilschicht 14 das Konversionsmaterial, beispielsweise in Form von Leuchtstoffpartikeln.
-
Die Streuelemente 12 sind beispielsweise in einem hochbrechenden Material der Streuschicht 13 eingebettet. Insbesondere weisen die Streuschicht 13 und die Teilschichten 14 das gleiche hochbrechende Material auf. Insbesondere weist das hochbrechende Material einen Brechungsindex auf, der mindestens 1,6, insbesondere mindestens 1,7, etwa mindestens 2,0 ist. Genauso wie bei den Ausführungsbeispielen in den 1 und 2A kann die in der 2B beschriebene Auskoppelschicht 1 durchgängig in der gesamten vertikalen Höhe ein gleiches hochbrechendes Material aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die Streuschicht 13 als eine vorgefertigte Streuschicht ausgebildet ist, die in dem hochbrechenden Material der Auskoppelschicht 1 eingebettet ist.
-
In den 3A bis 3D sind verschiedene Verfahrensstadien eines Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements schematisch dargestellt.
-
In 3A wird ein Opfersubstrat 9 bereitgestellt. Das Opfersubstrat 9 kann ein Glaskörper sein. Alternativ kann das Opfersubstrat 9 aus Materialien ausgebildet sein, die im Vergleich zum Glas einen geringeren Elastizitätsmodul und/oder ein geringeres Bruchrisiko aufweisen. Beispielsweise ist das Opfersubstrat 9 aus einem Kunststoff, etwa PET, oder aus einem Metall, etwa Aluminium, ausgebildet.
-
Auf das Opfersubstrat 9 wird eine Opferschicht 8 aufgebracht, beispielsweise mittels eines Beschichtungsverfahrens. Die Opferschicht 8 ist insbesondere eine lösliche Lackschicht oder eine lösliche Polymerschicht. Des Weiteren kann die Opferschicht temporäre Klebstoffe oder pyrolytische Lacke aufweisen. Insbesondere ist die Opferschicht durch Zuführung einer chemischen Lösung auflösbar.
-
Eine Auskoppelschicht 1 mit inneren Streuelementen 12 wird auf das Opfersubstrat 9 aufgebracht. Die Opferschicht 8 ist zwischen der Auskoppelschicht 1 und dem Opfersubstrat 9 angeordnet. Beispielsweise wird die Auskoppelschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens, etwa eines nasschemischen Verfahrens, auf das Opfersubstrat aufgebracht. Die Auskoppelschicht 1 wird derart ausgebildet, dass diese mechanisch stabil ist und insbesondere als ein Trägerkörper für einen darauf aufzubringenden funktionellen Schichtenstapel 6 oder für das herzustellende optoelektronische Bauelements 10 dienen kann. Insbesondere ist eine vertikale Dicke der Auskoppelschicht 1 zwischen 10 µm und 300 µm, beispielsweise zwischen 20 µm und 200 µm, etwa zwischen 20 µm und 100 µm. Die Auskoppelschicht 1 wird insbesondere aus einem hochbrechenden Material ausgebildet, das einen Brechungsindex aufweist, der mindestens 1,6 ist. Die inneren Streuelemente 12 werden dabei in das hochbrechende Material eingebettet. Die Streuelemente 12 und/oder das Konversionsmaterial 15 können gleichmäßig oder ungleichmäßig in einem Teil der Auskoppelschicht 1 oder in der gesamten Auskoppelschicht 1 verteilt sein.
-
Zur Ausbildung der Auskoppelschicht 1 können zumindest eine Teilschicht 14 aus dem hochbrechenden Material und eine Streuschicht 13 schichtenweise auf das Opfersubstrat 9 aufgebracht werden. Die Streuschicht 13 enthält dabei die Streuelemente 12, wobei die zumindest eine Teilschicht 14 frei von den Streuelementen 12 sein kann. Beispielsweise werden die Streuelemente 12 insbesondere in Form von Streupartikeln auf die zumindest eine Teilschicht 14 aufgebracht. Anschließend kann eine weitere Teilschicht 14 aus dem hochbrechenden Material auf die zumindest eine Teilschicht 14 und die Streuelemente 12 aufgebracht werden. Eine dem Opfersubstrat 9 abgewandte Seite angeordnete Teilschicht 14 der Auskoppelschicht 1 kann dabei als eine Planarisierungsschicht ausgebildet werden.
-
Alternativ wird die Auskoppelschicht 1 mehrschichtig ausgebildet, wobei eine Streuschicht 13 mit den Streuelementen 12 zwischen zwei Teilschichten 14 der Auskoppelschicht 1 ausgebildet wird.
-
Gemäß der 3B wird eine Barriereschicht 72 direkt auf die Auskoppelschicht 1 aufgebracht. Grundsätzlich kann die Ausbildung einer solchen Barriereschicht 72 jedoch optional sein. Nachfolgend werden eine erste Elektrode 2, ein funktioneller Schichtenstapel 6 mit einer ersten Ladungstransportschicht 61, einer organischen aktiven Schicht 63, und einer zweiten Ladungstransportschicht 62, sowie eine zweite Elektrode 3 und eine Verkapselungsschicht 71 nacheinander auf die Auskoppelschicht 1 aufgebracht, etwa mittels eines Beschichtungsverfahrens. Anschließend wird eine Schutzschicht 70 auf die Verkapselungsschicht 71 aufgebracht.
-
In der 3C wird das Opfersubstrat 9 von dem optoelektronischen Bauelement 10 abgelöst. Das Entfernen des Opfersubstrats 9 wird insbesondere an der Opferschicht 8 durchgeführt, wodurch das abgelöste Opfersubstrat 9 bei der Herstellung weiterer optoelektronischer Bauelemente wiederverwendet werden kann.
-
Gemäß 3D wird das Opfersubstrat 9 von dem optoelektronischen Bauelement 10 entfernt. Das in der 3D beschriebene Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den 3A bis 3C beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Im Unterschied hierzu wird keine Opferschicht 8 bei der Herstellung des optoelektronischen Bauelements verwendet. Das Opfersubstrat 9 wird insbesondere in Form einer Folie bereitgestellt. Die Auskoppelschicht 1 wird direkt auf das Opfersubstrat 9 aufgebracht. Das in Form einer Folie ausgebildete Opfersubstrat 9 wird von der ausgehärteten Auskoppelschicht 1 beispielsweise mechanisch entfernt. Insbesondere kann das Opfersubstrat 9 von der Auskoppelschicht 1 abgezogen oder abgeschält werden.
-
Mit der Verwendung eines Opfersubstrats kann somit ein hoch effizientes organisches Bauelement mit einer besonders dünnen, hochbrechenden und streuenden Auskoppelschicht vereinfacht und kostengünstig hergestellt werden.
-
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.