DE102016105198A1

DE102016105198A1 - Organisches optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102016105198A1
Application number: DE102016105198.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wehlus; Daniel Riedel; Nina Riegel; Arne Fleissner; Armin Heinrichsdobler
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2017-09-21
Also published as: US11765932B2; US10804497B2; WO2017162582A1; US20190109299A1; US20210184175A1; US20200381666A1; US20230389353A1; US10930890B2

Abstract

Es wird ein organisches optoelektronisches Bauelement angeben. Das Bauelement umfasst – einen organischen funktionellen Schichtenstapel zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode umfassend eine lichtemittierende Schicht, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine Strahlung zu emittieren, – eine Auskoppelschicht über der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode, die im Strahlengang der Strahlung der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist. Die Auskoppelschicht umfasst eine strukturierte Schicht und eine darüber angeordnete Planarisierungsschicht. Die strukturierte Schicht weist eine zumindest stellenweise strukturierte Oberfläche auf und die Planarisierungsschicht planarisiert die strukturierte Oberfläche der strukturierten Schicht. Der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht ist zumindest stellenweise kleiner als 0,3.

Description

Die Erfindung betrifft ein organisches optoelektronisches Bauelement.
Bei organischen optoelektronischen Bauelementen, wie organischen lichtemittierenden Dioden (OLEDs), wird nur ein Teil der in der lichtemittierenden Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung nach außen an die Umgebung ausgekoppelt. Der restliche Teil der Strahlung verteilt sich auf verschiedene Verlustkanäle, beispielsweise in Strahlung, das im Substrat oder in organischen Schichten durch Wellenleitungseffekte geführt wird. Ohne technische Maßnahmen wird nur etwa ein Viertel der erzeugten Strahlung an die Umgebung ausgekoppelt, während der Rest durch Wellenleitungseffekte und Totalreflexion verlorengeht. Für die Hersteller solcher Bauelemente ist es wünschenswert, die eingesetzten technischen Maßnahmen zur Erhöhung der Strahlungsauskopplung und somit die verwendete Auskoppeltechnologie geheim zu halten, damit die organischen optoelektronischen Bauelemente nicht oder nur schwer analysiert, kopiert oder gefälscht werden können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein organisches optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, dessen Auskoppeltechnologie nicht oder erschwert analysierbar ist und das kopiergeschützt ist.
Diese Aufgaben werden durch ein organisches optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein organisches optoelektronisches Bauelement umfassend einen organischen funktionellen Schichtenstapel angegeben. Der organische funktionelle Schichtenstapel ist zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet. Der organische funktionelle Schichtenstapel umfasst eine lichtemittierende Schicht, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine Strahlung beziehungsweise Licht zu emittieren. Bevorzugt ist die lichtemittierende Schicht dazu eingerichtet, im Betrieb des Bauelements Licht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, beispielsweise weißes Licht, zu emittieren.
Dass eine Schicht oder ein Element "zwischen" zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zu einem der zwei anderen Schichten oder Elementen oder in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zu anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elemente angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische optoelektronische Bauelement eine Auskoppelschicht, die im Strahlengang der Strahlung der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist. Insbesondere ist die Auskoppelschicht über der ersten und/oder der zweiten Elektrode angeordnet.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Auskoppelschicht eine strukturierte Schicht und eine darüber angeordnete Planarisierungsschicht oder besteht aus diesen Schichten. Die Auskoppelschicht dient dazu, die Lichtauskopplung der in der lichtemittierenden Schicht erzeugten Strahlung beziehungsweise des erzeugten Lichts zu erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die strukturierte Schicht eine zumindest stellenweise strukturierte Oberfläche auf und die Planarisierungsschicht planarisiert die strukturierte Oberfläche der strukturierten Schicht. Dass die Planarisierungsschicht die strukturierte Oberfläche der strukturierten Schicht planarisiert, bedeutet insbesondere, dass sich die Planarisierungsschicht an die Oberfläche der strukturierten Schicht anpasst. Insbesondere füllt die Planarisierungsschicht Vertiefungen der Oberfläche der strukturierten Schicht, die durch die Strukturierung der Oberfläche der strukturierten Schicht entstehen, lückenlos, formschlüssig und/oder vollständig auf. Die Auskoppelschicht umfassend die strukturierte Schicht und die darüber angeordnete Planarisierungsschicht weist dabei insbesondere eine glatte Oberfläche auf. Die Schichtdicken der Planarisierungsschicht und der strukturierten Schicht können bei dieser Ausführungsform also über ihre Fläche variieren, während die Schichtdicke der Auskoppelschicht konstant beziehungsweise im Rahmen der Herstellungsbedingungen konstant ist. Insbesondere bedeckt die Planarisierungsschicht die strukturierte Schicht vollständig.
Dass die strukturierte Schicht eine zumindest stellenweise strukturierte Oberfläche aufweist, kann bedeuten, dass die Oberfläche nur stellenweise oder vollflächig strukturiert ist. Beispielsweise kann die Oberfläche der strukturierten Schicht nur lateral, das heißt in einer Draufsicht von oben, auf diese Schicht an den Außenseiten strukturiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht zumindest stellenweise kleiner als 0,3, bevorzugt kleiner als 0,2, besonders bevorzugt kleiner als 0,1. Insbesondere ist der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht an den Stellen an denen die Planarisierungsschicht über den Strukturen der strukturierten Schicht angeordnet kleiner als 0,3 bevorzugt kleiner als 0,2, besonders bevorzugt kleiner als 0,1. Ganz besonders bevorzugt ist der Brechungsindex der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht zumindest stellenweise gleich. Mit den geringen Unterschieden der Brechungsindices ist die Strukturierung der strukturierten Schicht für einen Betrachter von außerhalb des organischen optoelektronischen Bauelements nicht sichtbar. Da die Strukturierung der Oberfläche der strukturierten Schicht innerhalb der Auskoppelschicht wesentlich zur Erhöhung der Lichtauskopplung beiträgt, kann ein Betrachter von außerhalb damit die Strukturierung nicht erkennen, so dass die verwendete Auskoppeltechnologie nicht erkannt werden kann. Damit wird ein Nachbau des organischen optoelektronischen Bauelements erschwert oder verhindert. Mit anderen Worten kann einer Nachkonstruktion vorgebeugt werden und damit eine Art Kopierschutz erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische optoelektronische Bauelement ein Substrat. Das Substrat kann beispielsweise eine oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat aufweisen, die ausgewählt sind aus Quarz, Glas, Kunststoff, Metall, Siliziumwafer. Insbesondere weist das Substrat Glas auf oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Elektrode auf dem Substrat insbesondere in direktem mechanischem Kontakt zu dem Substrat angeordnet. Die erste Elektrode ist dabei insbesondere als Anode ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine der Elektroden transparent ausgebildet. Mit transparent wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für die in der lichtemittierten Schicht erzeugte Strahlung, insbesondere für sichtbares Licht, ist. Dabei kann die transparente Schicht klar durchscheinend oder zumindest teilweise lichtstreuend oder teilweise lichtabsorbierend sein, sodass die transparente Schicht beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist eine hier als transparent bezeichnete Schicht möglichst lichtdurchlässig, sodass insbesondere die Absorption von der im Betrieb des Bauelements in der lichtemittierenden Schicht des organischen funktionellen Schichtenstapels erzeugten Strahlung so gering wie möglich ist.
In dem organischen optoelektronischen Bauelement kann zum Beispiel die erste Elektrode transparent und die zweite Elektrode reflektierend ausgeführt sein. Das organische optoelektronische Bauelement kann damit als Bottom-Emitter ausgeführt werden. Alternativ kann zum Beispiel die erste Elektrode reflektiv und die zweite Elektrode transparent ausgeführt sein. Das organische optoelektronische Bauelement kann somit als Top-Emitter ausgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind beide Elektroden transparent ausgebildet. Damit kann die in der lichtemittierenden Schicht des organischen funktionellen Schichtenstapels erzeugte Strahlung in beide Richtungen, also durch beide Elektroden hindurch, abgestrahlt werden. Im Fall, dass das organische optoelektronische Bauelement ein Substrat aufweist, bedeutet dies, dass die Strahlung sowohl durch das Substrat hindurch, das dann ebenfalls transparent ausgebildet ist, als auch in die vom Substrat abgewandte Richtung abgestrahlt werden kann. Weiterhin können in diesem Fall alle Schichten des organischen optoelektronischen Bauelements transparent ausgebildet sein, sodass das organische optoelektronische Bauelement eine transparente organische lichtemittierende Diode bildet.
Insbesondere ist die Auskoppelschicht über der Elektrode angeordnet, die transparent ausgebildet ist. Handelt es sich um eine transparente OLED, sind also die erste und die zweite Elektrode transparent ausgebildet, kann die Auskoppelschicht über beiden Elektroden ausgebildet sein. Die Auskoppelschicht befindet sich vorzugsweise auf der von dem organischen Schichtenstapel abgewandten Hauptoberfläche der ersten und/oder zweiten Elektrode.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Auskoppelschicht transparent ausgebildet.
Als Material für eine transparente Elektrode kann beispielsweise ein transparentes elektrisch leitendes Oxid verwendet werden. Transparente elektrisch leitende Oxide (Transparent Conductive Oxides, kurz "TCO") sind transparente elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃, gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂, oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin kann es möglich sein, dass die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechen und auch p- oder n-dotiert sein können.
Als Material für eine reflektierende Elektrode können sich unter anderem insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium, Kupfer oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Diese Materialien können auch für transparente Elektroden eingesetzt werden. Die Transparenz kann über die Schichtdicke der Elektrode eingestellt werden. Für transparente Elektroden können auch Silber-Nanodrähte verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der organische funktionelle Schichtenstapel auf der ersten Elektrode angeordnet. Dabei kann die erste Elektrode auf einem Substrat angeordnet sein.
Der organische funktionelle Schichtenstapel weist zumindest eine lichtemittierende Schicht auf. Die lichtemittierende Schicht kann organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine nichtpolymere Moleküle ("small molecules") oder Kombinationen davon umfassen. Weiterhin kann die lichtemittierende Schicht als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt sein. Als Materialien hierzu eignen sich Materialien, die einer Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der organische funktionelle Schichtenstapel weitere funktionelle Schichten, wie beispielsweise Lochinjektionsschichten, Lochtransportschichten, Lochblockierschichten, Elektronentransportschichten, Elektronenblockierschichten und/oder Elektroneninjektionsschichten auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das organische optoelektronische Bauelement als organische lichtemittierende Diode (OLED) ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das organische optoelektronische Bauelement zumindest eine Verkapselungsschicht auf. Unter Verkapselungsschicht wird vorliegend eine Vorrichtung verstanden, die dazu eingerichtet ist, eine Barriere gegenüber atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff, zu bilden. Mit anderen Worten ist die Verkapselungsschicht derart ausgebildet, dass sie von atmosphärischen Stoffen, wie Wasser oder Sauerstoff, höchstens zu sehr geringen Anteilen durchdrungen werden.
Die Verkapselungsschicht kann eine Dünnschichtverkapselungsschicht sein. Die Dünnschichtverkapselungsschicht kann ein oder mehrere dünne Schichten aufweisen, die beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung ("chemical vapor deposition", CVD) oder PECVD ("plasma enhanced chemical vapor deposition") und/oder eines Atomlagenabscheideverfahrens (ALD) aufgebracht sind und die beispielsweise eines oder mehrere Materialien Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Zinnoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumiumoxid, Lanthanoxid und Tantaloxid aufweisen. Die Verkapselungsschicht kann weiterhin einen mechanischen Schutz in Form einer Kunststoffschicht und/oder einer auflaminierten Glasschicht und/oder auflaminierten Metallfolie beispielsweise aus Aluminium sein. Damit kann beispielsweise ein Kratzschutz erreicht werden.
Alternativ sind auch andere Verkapselungsschichten möglich, beispielsweise in Form eines aufgeklebten Glasdeckels. Insbesondere ist der Glasdeckel oder das Glas mittels eines Klebers oder einer Klebeschicht auf einer Dünnfilmverkapselung angeordnet.
Im Hinblick auf den prinzipiellen Aufbau eines organischen optoelektronischen Bauelements, dabei beispielsweise im Hinblick auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien wird auf die Druckschrift WO 2010/066245 A1 verwiesen, die insbesondere in Bezug auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische optoelektronische Bauelement eine Schutzschicht, die über der Auskoppelschicht angeordnet ist. Die Schutzschicht ist insbesondere transparent ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Planarisierungsschicht aus einem Material mit klebenden Eigenschaften gebildet, beispielsweise einem Klebstoff.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schutzschicht irreversibel an die Planarisierungsschicht gebunden. Dies bedeutet, dass die Schutzschicht nicht von dem Bauelement entfernt werden kann, ohne die Auskoppelschicht zu zerstören, da die Planarisierungsschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig mit abgelöst wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Adhäsion der Planarisierungsschicht zu der strukturierten Schicht geringer als die Adhäsion der Planarisierungsschicht zu der Schutzschicht. Mit anderen Worten haftet die Planarisierungsschicht stärker an der Schutzschicht als an der strukturierten Schicht.
In einer Ausführungsform ist die Schutzschicht irreversibel an die Planarisierungsschicht gebunden und die strukturierte Schicht ist mit der Planarisierungsschicht reversibel verbunden. Dies bedeutet, dass die Schutzschicht nicht von dem Bauelement entfernt werden kann, ohne die Auskoppelschicht zu zerstören, da die Planarisierungsschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit abgelöst wird, die strukturierte Schicht aber vorzugsweise nicht mit abgelöst wird und somit über der ersten und/oder zweiten Elektrode verbleibt.
Wird die Schutzschicht von außen entfernt, wird gleichzeitig damit auch die Planarisierungsschicht entfernt, sodass die Strukturen der strukturierten Schicht irreversibel sichtbar werden. Irreversibel bedeutet hier, dass sich die Planarisierungsschicht nicht mehr oder nur schwierig wieder passgenau auf die strukturierte Schicht aufbringen lässt. Dadurch lässt sich das organische optoelektronische Bauelement nach dem Entfernen der Schutzschicht in Verbindung mit der Planarisierungsschicht nicht mehr sinnvoll optisch untersuchen. Das Emissionsspektrum des Bauelements ist durch die irreversible Zerstörung der Auskoppelschicht im Vergleich zu dem Emissionsspektrum des Bauelements im Originalzustand verändert. Die Vermessung des Spektrums des organischen optoelektronischen Bauelements ist damit also nicht mehr möglich und die Auskoppeltechnologie kann somit verschleiert werden. Zudem wird das technische Benchmarking von Wettbewerbern erschwert. Die erfindungsgemäße Kombination der Auskoppelschicht mit der Schutzschicht bildet so einen leicht nachweisbaren Kopierschutz.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Strukturierung der strukturierten Schicht periodisch oder nichtperiodisch erfolgen. Die Strukturen können linsenförmig, das heißt mit konvex oder konkav gekrümmten Oberflächen, pyramidenförmig, pyramidenstumpfförmig, kegelstumpfförmig, rechteckig, quadratisch oder ähnlich ausgeführt sein. Es kann sich beispielsweise um fotolithographisch hergestellte Strukturen, Mikrolinsen, holographische Gitterstrukturen oder Strukturen zur Erzeugung kohärenter optischer Effekte handeln. Es ist auch möglich, dass die Strukturen durch Prägen, Drucken oder Lasergravieren erzeugt werden. Das Drucken kann beispielsweise mittels Tintenstrahldruck erfolgen. Mit der Strukturierung kann beispielsweise durch Lichtstreuung die Lichtauskopplung verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die strukturierte Schicht Strukturen, insbesondere topografische Strukturen, auf, die Strukturgrößen im Bereich von 1 nm bis 100 µm, bevorzugt 0,5 µm bis 100 µm, besonders bevorzugt 5 bis 50 µm, aufweisen. Bei den Strukturgrößen kann es sich um die laterale und/oder die vertikale Ausdehnung handeln. Die Zwischenräume zwischen den topografischen Strukturen werden dabei durch die Planarisierungsschicht insbesondere lückenlos, formschlüssig und/oder vollständig aufgefüllt und die Strukturen und die strukturierte Schicht dabei vollständig von der Planarisierungsschicht bedeckt. Die Strukturen können sich insbesondere auch in ihren Strukturgrößen unterscheiden, es können also Strukturen unterschiedlicher Strukturgrößen vorhanden sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Auskoppelschicht zumindest stellenweise einen Brechungsindex auf, der an den Brechungsindex der funktionellen Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels angepasst ist. Insbesondere können der Brechungsindex der Auskoppelschicht und der Brechungsindex der funktionellen Schichten des organischen funktionellen Schichtenstapels gleich sein. So kann die maximal mögliche Lichtauskopplung erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Auskoppelschicht zumindest stellenweise einen Brechungsindex von etwa 1,8 auf. Insbesondere weisen damit sowohl die strukturierte Schicht als auch die Planarisierungsschicht zumindest stellenweise einen Brechungsindex von etwa 1,8 auf, wobei der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht zumindest stellenweise kleiner als 0,3, bevorzugt kleiner als 0,2, besonders bevorzugt kleiner als 0,1, sein kann. Im Vergleich zu einer direkten Auskopplung der in der lichtemittierenden Schicht erzeugten Strahlung an Luft mit einem Brechungsindex von etwa 1 kann der Verlust an Strahlung durch Wellenleitungseffekte oder Totalreflexion an der Grenzfläche Elektrode/Auskoppelschicht im Vergleich zu Elektrode/Luft vermindert und damit die Lichtauskopplung verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Planarisierungsschicht und/oder die strukturierte Schicht und/oder die Schutzschicht ein Polymer oder besteht aus einem Polymer, wobei das Polymer bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyimide, Polyacrylate, Epoxidharze und Silikone umfasst. Beispielsweise kann es sich um Polymethylmethacrylat handeln. Diese Polymere weisen insbesondere einen Brechungsindex von etwa 1,5 auf. Diese Polymere weisen klebende Eigenschaften auf. Damit kann sowohl die strukturierte Schicht als auch die Schutzschicht an der der Planarisierungsschicht haften.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Planarisierungsschicht und/oder strukturierte Schicht und/ oder die Schutzschicht Nanopartikel, insbesondere hochbrechende Nanopartikel. Durch die Nanopartikel ist es möglich den Brechungsindex der Schicht anzuheben. Beispielsweise kann so der Brechungsindex der Planarisierungsschicht und/oder der strukturierten Schicht und/oder der Schutzschicht umfassend ein Polymer und Nanopartikel bei 1,8 liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Nanopartikel eine Größe von 1 nm bis 100 nm, bevorzugt 5 nm bis 50 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Nanopartikel, insbesondere die hochbrechenden Nanopartikel aus einem Metalloxid, beispielsweise aus TiO₂ oder ZrO₂ gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Planarisierungsschicht und die strukturierte Schicht dieselben Materialien oder bestehen aus denselben Materialien. So kann garantiert werden, dass der Brechungsindex identisch ist, so dass die Strukturierung von außen nicht sichtbar ist.
Die Polymere können in flüssiger Form auf die strukturierte Schicht aufgebracht werden, so dass eine lückenlose, formschlüssige und/oder vollständige Auffüllung der Zwischenräume der Strukturen der strukturierten Schicht erfolgt und damit gewährleistet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht eine selbstorganisierende Monoschicht, sogenannte Self Assembly Monolayer oder SAM, angeordnet. Durch die selbstorganisierende Monoschicht kann eine Haftungsverminderung zwischen der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht erreicht werden. Dadurch kann, beispielsweise wenn die strukturierte Schicht und die Schutzschicht dasselbe Material umfassen oder aus demselben Material bestehen, erreicht werden, dass die Adhäsion beziehungsweise Haftung der strukturierten Schicht an der Planarisierungsschicht geringer ist als die Adhäsion beziehungsweise Haftung der Schutzschicht an der Planarisierungsschicht. In der Folge wird beim Entfernen der Schutzschicht gleichzeitig auch die Planarisierungsschicht entfernt und damit die Auskoppelschicht zerstört.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Auskoppelschicht aus der strukturierten Schicht, der selbstorganisierenden Monoschicht und der Planarisierungsschicht.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die selbstorganisierende Monoschicht aus nur einer Moleküllage. Sie kann je nach verwendetem Material beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 10 nm aufweisen. Damit werden die optischen Eigenschaften des organischen optoelektronischen Bauelements durch diese Schicht nicht oder kaum beeinflusst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die selbstorganisierende Monoschicht aus Thiolen, Silanen, Silanolen oder Phosphonaten gebildet. Beispielsweise ist die selbstorganisierende Monoschicht aus Methyltrichlorsilan oder Methylthiol gebildet.
In zumindest einer Ausführungsform ist die strukturierte Schicht ein Substrat, eine Streuschicht und/oder eine Verkapselungsschicht. Beispielweise handelt es sich um das Substrat, auf dem die erste Elektrode angeordnet ist. Es kann sich aber auch um eine Streuschicht oder eine Verkapselungsschicht handeln, die auf dem Substrat, bevorzugt auf der dem Schichtenstapel abgewandten Hauptoberfläche des Substrats, angeordnet ist.
Handelt es sich bei der strukturierten Schicht um eine Streuschicht können gemäß einer Ausführungsform Streupartikel in der strukturierten Schicht eingebettet sein. Beispielsweise können die Streupartikel SiO₂, TiO₂ oder ZrO₂-Partikel sein. Es ist möglich, dass sich die strukturierte Schicht nur durch die Streupartikel von der Planarisierungsschicht unterscheidet. Es kann also sein, dass die strukturierte Schicht ein Polymer, Streupartikel und optional Nanopartikel umfasst oder aus diesen Materialien besteht und die Planarisierungsschicht umfasst dasselbe Polymer und optional dieselben Nanopartikel oder besteht aus diesen Materialien.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verkapselungsschicht eine Dünnfilmverkapselungsschicht, eine Deckfolie oder eine Lackschicht. Die Dünnfilmverkapselung kann wie oben beschrieben ausgeführt sein und beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Zinnoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumiumoxid, Lanthanoxid und Tantaloxid aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Deckfolie oder Lackschicht dieselben Materialien umfassen wie die Planarisierungsschicht. Sie können also ein Polymer umfassen oder aus einem Polymer bestehen. Das Polymer ist bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyimide, Polyacrylate, Epoxidharze und Silikone umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst oder besteht die strukturierte Schicht aus Quarz, Glas oder Kunststoff, bevorzugt Glas. Glas weist einen Brechungsindex von etwa 1,5, bevorzugt 1,8 auf. Beispielsweise kann die strukturierte Schicht Glas umfassen oder aus Glas bestehen und die Planarisierungsschicht kann Polymethylmethacrylat umfassen oder daraus bestehen. Glas als auch Polymethylmethacrylat können einen Brechungsindex von etwa 1,5 aufweisen. Es kann für die strukturierte Schicht auch ein Glas mit einem Brechungsindex von 1,8 gewählt werden und die Planarisierungsschicht umfasst Polymethylmethacrylat und Nanopartikel, wobei durch den Zusatz der Nanopartikel der Brechungsindex der Planarisierungsschicht auf 1,8 erhöht werden kann.
In einer Ausführungsform umfasst oder besteht die Schutzschicht aus Quarz, Glas oder Kunststoff Die Schutzschicht kann optional Streupartikel wie TiO₂ enthalten und damit lichtstreuend ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform ist der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht und der Planarisierungsschicht stellenweise gleich oder größer als 0,1, bevorzugt größer als 0,2, besonders bevorzugt größer als 0,3. Dadurch ist es insbesondere in Verbindung mit geeigneten Strukturgrößen möglich, die Strukturierung der strukturierten Schicht für einen Betrachter von außerhalb des organischen optoelektronischen Bauelements stellenweise sichtbar zu machen. So können beispielsweise Schriftzüge mit dem Herstellerlogo sichtbar gemacht werden. Je größer der Brechungsindexunterschied bei gegebener Strukturgröße der Strukturen, desto deutlicher können die Strukturen von außen sichtbar gemacht werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Brechungsindex der Planarisierungsschicht zumindest stellenweise durch die Zugabe von Nanopartikeln, insbesondere hochbrechenden Nanopartikeln erhöht werden. Der effektive Brechungsindex ergibt sich aus dem arithmetischen Mittelwert der Volumenanteile der Einzelbestandteile, wenn die Größe der Bestandteile/Partikel wesentlich kleiner ist, bevorzugt kleiner als 100 nm, als die Wellenlänge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Planarisierungsschicht zumindest stellenweise Nanopartikel, insbesondere hochbrechende Nanopartikel. Durch die Nanopartikel ist es möglich den Brechungsindex der Schicht stellenweise anzuheben. Beispielsweise kann so der Brechungsindex der Planarisierungsschicht umfassend ein Polymer und Nanopartikel stellenweise bei 1,8 liegen. Beispielweise kann die strukturierte Schicht Glas umfassen und einen Brechungsindex von 1,5 aufweisen. Die Planarisierungsschicht kann stellenweise aus Polymethylmethacrylat gebildet sein und somit an diesen Stellen einen Brechungsindex von 1,5 aufweisen und stellenweise Polymethylmethacrylat und Nanopartikel umfassen und somit an diesen Stellen einen höheren Brechungsindex als 1,5, beispielsweise 1,8 aufweisen. Strukturen über denen die Planarisierungsschicht mit einem Brechungsindex von 1,5 aufgebracht ist, sind dann von außen nicht sichtbar, während die Strukturen über denen die Planarisierungsschicht mit einem Brechungsindex von 1,8 aufgebracht ist von außen sichtbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Nanopartikel eine Größe von 1 nm bis 100 nm, bevorzugt 5 nm bis 50 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Nanopartikel aus einem Metalloxid, beispielsweise aus TiO₂ oder ZrO₂ gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Planarisierungsschicht stellenweise Poren oder niedrig brechende Nanopartikel. Unter niedrig brechenden Nanopartikeln wird vorliegend verstanden, dass sie einen niedrigeren Brechungsindex als das eingesetzte Polymer für die Planarisierungsschicht aufweisen. Dadurch ist es möglich den Brechungsindex der Schicht stellenweise zu senken. In einer Ausführungsform kann die Planarisierungsschicht mit einem Unterschied der Brechungsindices zur strukturierten Schicht größer als 0,1, bevorzugt größer als 0,2, besonders bevorzugt größer als 0,3 nur mittig oder lateral angeordnet sein. Eine laterale Anordnung bedeutet dabei, dass in einer Draufsicht von oben an beispielsweise einer Außenseite der Fläche die Planarisierungsschicht mit einem Unterschied der Brechungsindices zur strukturierten Schicht größer als 0,1, bevorzugt größer als 0,2, besonders bevorzugt größer als 0,3 aufgebracht ist. Dadurch ist es möglich, eine Strukturierung der strukturierten Schicht für einen Betrachter von außerhalb des organischen optoelektronischen Bauelements in der Draufsicht mittig oder an zumindest einer Außenseite sichtbar zu machen.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
1A, 2, 3 und 4A zeigen schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelementen,
1B zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelements beim Ablösen der Schutzschicht,
4B zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelements.
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.
1A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines organischen optoelektronischen Bauelements. Das organische optoelektronische Bauelement umfasst eine Schichtenfolge S, die zwischen einer ersten Elektrode 1 und einer zweiten Elektrode 2 angeordnet ist. Die Schichtenfolge S umfasst eine lichtemittierende Schicht (nicht gezeigt), die im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Die erste Elektrode 1 ist reflektierend ausgebildet und besteht beispielsweise aus Aluminium, die zweite Elektrode 2 ist transparent ausgebildet und besteht aus ITO. Das optoelektronische Bauelement ist als Top-Emitter ausgeführt. Die erste Elektrode 1 kann auf einem Substrat (hier nicht gezeigt) angeordnet sein. Über der zweiten Elektrode 2 ist eine Auskoppelschicht 3 angeordnet. Die Auskoppelschicht 3 ist transparent für die in der lichtemittierenden Schicht erzeugte Strahlung ausgebildet und besteht aus einer strukturierten Schicht 3a und einer Planarisierungsschicht 3b. Die strukturierte Schicht 3a weist eine strukturierte Oberfläche A auf. Die strukturierte Schicht 3a weist dabei Strukturen 5 mit Strukturgrößen im Bereich von 1 nm bis 100 µm auf. Die Strukturen können beispielsweise eine laterale Ausdehnung von 50 nm und eine vertikale Ausdehnung, also eine Höhe von 1 µm aufweisen. Die strukturierte Schicht 3a besteht aus Glas mit einem Brechungsindex von etwa 1,8. Über der strukturierten Schicht 3a ist die Planarisierungsschicht 3b angeordnet. Die Planarisierungsschicht 3b bedeckt die strukturierte Schicht 3a vollständig beziehungsweise vollflächig, insbesondere füllt die Planarisierungsschicht 3b Zwischenräume zwischen den Strukturen 5 lückenlos, formschlüssig und vollständig auf. Die Planarisierungsschicht 3b ist aus Polymethylmethacrylat und Nanopartikeln gebildet, und weist einen Brechungsindex von etwa 1,8 auf. Damit sind die Strukturen 5 für einen Betrachter von außerhalb des organischen optoelektronischen Bauelements nicht sichtbar. So kann der Aufbau der Auskoppelschicht 3 von außen nicht erkannt werden. Damit wird ein Nachbau des organischen optoelektronischen Bauelements erschwert oder verhindert. Über der Auskoppelschicht 3 ist eine Schutzschicht 4 angeordnet. Die Auskoppelschicht 3 und die Schutzschicht 4 befinden sich im Strahlengang R der von der lichtemittierenden Schicht in dem organischen funktionellen Schichtenstapel S erzeugten Strahlung. Die Schutzschicht 4 kann beispielsweise eine Dünnfilmverkapselungsschicht aus Siliziumnitrid sein. Die Schutzschicht 4 ist irreversibel an die Planarisierungsschicht 3b gebunden, während die strukturierte Schicht 3a reversibel mit der Planarisierungsschicht 3b verbunden ist. Die Adhäsion der Planarisierungsschicht 3b zu der strukturierten Schicht 3a ist damit geringer als die Adhäsion der Planarisierungsschicht 3b zu der Schutzschicht 4. Wird die Schutzschicht 4 entfernt, was in 1B dargestellt ist, wird gleichzeitig damit auch die Planarisierungsschicht 3b entfernt, sodass die Strukturen 5 der strukturierten Schicht 3a irreversibel sichtbar werden. Die Planarisierungsschicht 3b lässt sich nach dem Ablösen nicht mehr oder nur sehr schwierig wieder passgenau auf die strukturierte Schicht 3a aufbringen. Dadurch lässt sich das organische optoelektronische Bauelement nach dem Entfernen der Schutzschicht 4 in Verbindung mit der Planarisierungsschicht 3b nicht mehr sinnvoll optisch untersuchen. Das Emissionsspektrum des Bauelements ist durch die irreversible Zerstörung der Auskoppelschicht 3 im Vergleich zu dem Emissionsspektrum des Bauelements im Originalzustand, wie in 1A dargestellt, verändert. Die Vermessung des Spektrums des organischen optoelektronischen Bauelements ist damit also nicht mehr möglich und die Auskoppeltechnologie kann verschleiert werden. Die erfindungsgemäße Kombination der Auskoppelschicht 3 mit der Schutzschicht 4 bildet so einen leicht nachweisbaren Kopierschutz.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines organischen optoelektronischen Bauelements. Im Vergleich zu dem optoelektronischen Bauelement in 1A ist das optoelektronische Bauelement in 2 als Bottom-Emitter ausgeführt. Die Auskoppelschicht 3 ist dabei über der ersten Elektrode 1 insbesondere über der von dem organischen funktionellen Schichtenstapel S abgewandten Hauptoberfläche der ersten Elektrode 1 angeordnet. Die erste Elektrode 1 kann als Anode ausgeführt sein und aus ITO bestehen. Die strukturierte Schicht 3a ist das Substrat über dem die erste Elektrode 1 angeordnet ist und besteht beispielsweise aus Glas. Die zweite Elektrode 2 ist als Kathode reflektierend ausgebildet und besteht beispielsweise aus Silber. Die Auskoppelschicht 3 und die Schutzschicht 4 sind wie unter 1A beschrieben aufgebaut.
In 3 ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements gezeigt. Das optoelektronische Bauelement ist als transparente OLED ausgebildet. Das bedeutet, dass die Strahlung über die erste Elektrode 1 und über die zweite Elektrode 2 nach außen an die Umgebung abgestrahlt wird. Im Vergleich zu den 1A und 2 befindet sich die Auskoppelschicht 3 und die Schutzschicht 4 über der ersten Elektrode 1 und über der zweiten Elektrode 2. Die beiden Elektroden 1 und 2 sind dabei transparent ausgebildet.
4A zeigt eine schematische Seitenansicht eines organischen optoelektronischen Bauelements. Im Vergleich zu dem Bauelement der 1A ist der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht 3a und der Planarisierungsschicht 3b stellenweise gleich oder größer als 0,1, bevorzugt größer als 0,2, besonders bevorzugt größer als 0,3. In der Darstellung weist der schraffierte Bereich der Planarisierungsschicht 3b einen um mindestens 0,1 veränderten Brechungsindex auf als die strukturierte Schicht 3a. Beispielsweise umfasst die strukturierte Schicht 3a ein Glas mit einem Brechungsindex von 1.5. Die Planarisierungsschicht 3b besteht aus Polymethylmethacrylat mit einem Brechungsindex von 1.5 und in dem schraffierten Bereich aus Polymethylmethacrylat und Nanopartikeln mit einem Brechungsindex von 1.8. Damit kann die Strukturierung in dem schraffierten Bereich für einen Betrachter von außerhalb des organischen optoelektronischen Bauelements sichtbar gemacht werden. Dies ist in 4B dargestellt, der eine Draufsicht von oben auf ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere auf die Schutzschicht 4, zeigt und bei dem mittig ein Schriftzug sichtbar ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: erste Elektrode
2: zweite Elektrode
3: Auskoppelschicht
3a: strukturierte Schicht
3b: Planarisierungsschicht
4: Schutzschicht
5: Struktur
A: strukturierte Oberfläche
S: organischer Schichtenstapel
R: Strahlengang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/066245 A1 [0029]

Claims

Organisches optoelektronisches Bauelement umfassend – einen organischen funktionellen Schichtenstapel (S) zwischen einer ersten Elektrode (1) und einer zweiten Elektrode (2) umfassend eine lichtemittierende Schicht, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine Strahlung zu emittieren, – eine Auskoppelschicht (3) über der ersten Elektrode (1) und/oder der zweiten Elektrode (2), die im Strahlengang (R) der Strahlung der lichtemittierenden Schicht angeordnet ist und wobei die Auskoppelschicht (3) eine strukturierte Schicht (3a) und eine darüber angeordnete Planarisierungsschicht (3b) umfasst und die strukturierte Schicht (3a) eine zumindest stellenweise strukturierte Oberfläche (A) aufweist und wobei die Planarisierungsschicht (3b) die strukturierte Oberfläche (A) der strukturierten Schicht (3a) planarisiert und wobei der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht (3a) und der Planarisierungsschicht (3b) zumindest stellenweise kleiner als 0,3 ist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Brechungsindex der strukturierten Schicht (3a) und der Brechungsindex der Planarisierungsschicht (3b) zumindest stellenweise gleich ist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (3a) Strukturen (5) aufweist, die zumindest stellenweise für einen Betrachter von außerhalb des organischen optoelektronischen Bauelements nicht sichtbar sind.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend eine Schutzschicht (4) über der Auskoppelschicht (3), wobei die Schutzschicht (4) irreversibel an die Planarisierungsschicht (3b) gebunden ist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Adhäsion der strukturierten Schicht (3a) an der Planarisierungsschicht (3b) geringer ist als die Adhäsion der Schutzschicht (4) an der Planarisierungsschicht (3b).
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (3a) Strukturen (5) aufweist, die Strukturgrößen im Bereich von 1 nm bis 100 µm, bevorzugt 0,5 µm bis 100 µm, besonders bevorzugt 5 µm bis 50 µm, aufweist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierung periodisch oder nicht periodisch ist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planarisierungsschicht (3b) ein Polymer umfasst oder aus einem Polymer besteht und das Polymer aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyimide, Polyacrylate, Epoxidharze und Silikone umfasst.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht (3a) und der Planarisierungsschicht (3b) stellenweise gleich 0,1 oder größer als 0,1 ist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Unterschied der Brechungsindices der strukturierten Schicht (3a) und der Planarisierungsschicht (3b) stellenweise gleich 0,1 oder größer als 0,1 ist, so dass die Strukturen (5) an diesen Stellen für einen Betrachter von außerhalb des organischen optoelektronischen Bauelements sichtbar sind.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planarisierungsschicht zumindest stellenweise Nanopartikel aus einem Metalloxid umfasst.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (3a) ein Substrat, eine Streuschicht oder eine Verkapselungsschicht ist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (3a) Glas umfasst oder aus Glas besteht.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der strukturierten Schicht (3a) und der Planarisierungsschicht (3b) eine selbstorganisierende Monoschicht angeordnet ist.
Organisches optoelektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die selbstorganisierende Monoschicht aus Thiolen, Silanen, Silanolen oder Phosphonaten gebildet ist.