DE102014112618A1

DE102014112618A1 - Organisches Licht emittierendes Bauelement

Info

Publication number: DE102014112618A1
Application number: DE102014112618.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rausch; Dominik Pentlehner; Arne Fleissner; Nina Riegel; Richard Baisl
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: DE102014112618B4; WO2016034586A1

Abstract

Es wird ein organisches Licht emittierendes Bauelement angegeben, mit einer ersten Elektrodenschicht (2) und einer zweiten Elektrodenschicht (3) auf einem Substrat (1), einem organischen funktionellen Schichtenstapel (4) zwischen der ersten und zweiten Elektrodenschicht (2, 3) mit zumindest einer organischen Licht emittierenden Schicht (40), die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements Licht zu erzeugen und mit einer strukturierte Metallschicht (5) auf der dem organischen funktionellen Schichtenstapel (4) zugewandten Seite der ersten Elektrodenschicht (2), wobei selektiv an zumindest einer Oberfläche (51) der Metallschicht (5), die dem organischen funktionellen Schichtenstapel (4) zugewandt ist, organische Emittermoleküle (6) gebunden sind, die in den organischen funktionellen Schichtenstapel (4) eingebettet sind und im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements ein zweites Licht zu erzeugen.

Description

Es wird ein organisches Licht emittierendes Bauelement angegeben.
Bei großflächigen organischen Leuchtdioden (OLEDs), die beispielsweise für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden, kann es wünschenswert sein, dass eine hohe Leuchtdichtehomogenität über die Licht abstrahlende Fläche vorliegt. Üblicherweise weist eine OLED zwei schichtförmige Elektroden auf, von denen zumindest eine transparent ausgebildet ist und zwischen denen organische Schichten zur Emission von Licht angeordnet sind. Insbesondere transparente Elektroden weisen oftmals aufgrund der üblicherweise verwendeten geringen Schichtdicken und der eingesetzten Materialien einen relativ hohen elektrischen Widerstand auf, was eine relativ geringe Querleitfähigkeit zur Folge hat. Diese kann einen unerwünscht hohen Spannungsabfall entlang der Erstreckungsrichtung der Elektroden bedingen, der wiederum zu einer Leuchtdichteinhomogenität führt.
Um die geringe Querleitfähigkeit einer schichtförmigen Elektrode zu kompensieren ist es bekannt, Leiterbahnen in Kontakt mit dieser zu verwenden, die aus einem gut leitfähigen Material bestehen. Oftmals sind solche Leiterbahnen unter der entsprechenden Elektrode, also insbesondere zwischen der Elektrode und einem Substrat, angeordnet. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift WO 2005/008800 A1 eine metallische Struktur, die in ein Substrat eingebettet ist und die den Schichtwiderstand einer darauf abgeschiedenen Elektrode erniedrigt.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein organisches Licht emittierendes Bauelement anzugeben, das eine Stromverteilungsstruktur auf einer Elektrodenschicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein organisches Licht emittierendes Bauelement auf einem Substrat eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Elektrodenschicht auf, zwischen denen ein organischer funktioneller Schichtenstapel mit zumindest einer organischen Licht emittierenden Schicht angeordnet ist. Eine der Elektrodenschichten ist als Anode ausgebildet, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, Löcher in den organischen funktionellen Schichtenstapel zu injizieren, während die andere der Elektrodenschichten als Kathode und damit zur Elektroneninjektion vorgesehen und eingerichtet ist. Die organische Licht emittierende Schicht ist dazu eingerichtet, im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements durch Rekombination von Löchern und Elektronen Licht zu erzeugen. Zumindest eine der Elektrodenschichten ist transparent, also zumindest teilweise durchlässig für Licht, ausgebildet, so dass das im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelement erzeugte Licht nach außen abgestrahlt werden kann. Ist die zwischen dem Substrat und dem organischen funktionellen Schichtenstapel angeordnete Elektrodenschicht transparent und ist das organische Licht emittierende Bauelement dazu vorgesehen, Licht über die Substratseite abzustrahlen, so ist auch das Substrat transparent ausgebildet.
Weiterhin weist das organische Licht emittierende Bauelement eine strukturierte Metallschicht auf, die auf der dem organischen funktionellen Schichtenstapel zugewandten Seite der ersten Elektrodenschicht aufgebracht ist. Mit anderen Worten befindet sich die strukturierte Metallschicht zwischen der ersten Elektrodenschicht und dem organischen funktionellen Schichtenstapel. Insbesondere befindet sich die strukturierte Metallschicht in unmittelbarem Kontakt zur ersten Elektrodenschicht. Hierbei kann die erste Elektrodenschicht zwischen dem Substrat und dem organischen funktionellen Schichtenstapel angeordnet sein, so dass die strukturierte Metallschicht auf der dem Substrat abgewandten Seite der ersten Elektrodenschicht ausgebildet ist. Die erste Elektrodenschicht kann in diesem Fall beispielsweise transparent ausgebildet sein.
Die strukturierte Metallschicht ist insbesondere nicht vollflächig auf der ersten Elektrodenschicht angeordnet. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die strukturierte Metallschicht nur Teilbereiche der ersten Elektrodenschicht bedeckt, während weitere Teilbereiche der ersten Elektrodenschicht frei von der strukturierten Metallschicht sind. Insbesondere kann die strukturierte Metallschicht eine Stromverteilungsstruktur auf der ersten Elektrodenschicht bilden, durch die die Querleitfähigkeit der ersten Elektrodenschicht verbessert werden kann. Die strukturierte Metallschicht kann beispielsweise in Form von Leiterbahnen, insbesondere streifenförmigen, netzartig angeordneten und/oder verzweigten Leiterbahnen, ausgebildet sein. Somit kann die strukturierte Metallschicht beispielsweise Streifen aufweisen, die sich gleichmäßig oder in Mustern über die erste Elektrodenschicht erstrecken und beispielsweise gerade oder gebogen sein können und weiterhin beispielsweise parallel nebeneinander, sternförmig, sich kreuzend und/oder netzförmig angeordnet sind.
Weiterhin kann die erste Elektrodenschicht zumindest einen elektrischen Kontaktbereich zum elektrischen Anschluss der ersten Elektrodenschicht an eine externe Spannungs- und/oder Stromversorgung aufweisen. In diesem Fall können sich Streifen der strukturierten Metallschicht von einem solchen elektrischen Kontaktbereich weg erstrecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die strukturierte Metallschicht eines oder mehrere der folgenden Elemente auf: Nickel, Titan, Silber, Gold, Chrom, Kupfer, Aluminium. Die Strukturen der strukturierten Metallschicht, also beispielsweise Leiterbahnen, können Breiten von kleiner oder gleich 200 µm und größer oder gleich 100 nm aufweisen, die beispielsweise mehrere 100 µm voneinander entfernt sind, sodass ein Großteil der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht frei von der strukturierten Metallschicht sein kann. Die strukturierte Metallschicht kann insbesondere eine solche Dicke aufweisen, dass sie undurchlässig für Licht ist. Ist die erste Elektrodenschicht transparent ausgebildet, so kann eine Lichtabstrahlung im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements durch die nicht mit der strukturierten Metallschicht bedeckten Bereiche erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ragt die strukturierte Metallschicht von der ersten Elektrodenschicht aus gesehen in den organischen funktionellen Schichtenstapel hinein. Mit anderen Worten bildet die strukturierte Metallschicht eine erhabene Struktur, beispielsweise in Form von Leiterbahnen, auf der ersten Elektrodenschicht, die im organischen funktionellen Schichtenstapel eingebettet ist. Insbesondere kann die strukturierte Metallschicht in eine organische Ladungsträgerinjektionsschicht eingebettet sein, die unmittelbar auf den von der strukturierten Metallschicht freien Teilbereichen der ersten Elektrodenschicht und auf der strukturierten Metallschicht aufgebracht ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind selektiv auf der strukturierten Metallschicht organische Emittermoleküle aufgebracht. Insbesondere sind die organischen Emittermoleküle selektiv an zumindest eine Oberfläche der strukturierten Metallschicht gebunden, die dem organischen funktionellen Schichtenstapel zugewandt ist. Beispielsweise können die organischen Emittermoleküle unmittelbar auf einer, mehreren oder allen Oberflächen der strukturierten Metallschicht, die nach dem Aufbringen der strukturierten Metallschicht auf der ersten Elektrodenschicht freiliegen, aufgebracht sein. Mit anderen Worten können die Strukturen der strukturierten Metallschicht, also beispielsweise Leiterbahnen, bis auf die Seite, mit der sie auf der ersten Elektrodenschicht aufgebracht sind, vollständig oder zumindest teilweise mit den organischen Emittermolekülen bedeckt sein. Dass die organischen Emittermoleküle selektiv auf der strukturierten Metallschicht aufgebracht sind, bedeutet insbesondere, dass die organischen Emittermoleküle Bereiche der ersten Elektrodenschicht, die frei von der strukturierten Metallschicht sind, nicht bedecken. Insbesondere können die Emittermoleküle durch chemische Bindungen, also kovalent, selektiv an die Strukturen der strukturierten Metallschicht gebunden sein. Somit sind bevorzugt alle Bereiche der ersten Elektrodenschicht, die frei von der strukturierten Metallschicht sind, auch frei von den organischen Emittermolekülen.
Die organischen Emittermoleküle ragen in den organischen funktionellen Schichtenstapel hinein, so dass die Emittermoleküle vom organischen funktionellen Schichtenstapel, beispielsweise von einer direkt an die erste Elektrodenschicht und die strukturierte Metallschicht angrenzenden organischen funktionellen Schicht wie etwa einer Ladungsträgerinjektionsschicht, umgeben und damit in diesem eingebettet sind. Weiterhin grenzt dieselbe organische funktionelle Schicht an diejenigen Teilbereiche der ersten Elektrodenschicht an, die frei von der strukturierten Metallschicht sind. Dabei kann hier und im Folgenden das Merkmal, dass zwei Schichten oder Elemente in direktem oder unmittelbarem Kontakt stehen beziehungsweise direkt oder unmittelbar aneinander angrenzen, bedeuten, dass die zwei Schichten oder Elemente so aneinander angrenzen, dass sie eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die organischen Emittermoleküle dazu vorgesehen und eingerichtet, im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements ein zweites Licht abzustrahlen. Das organische Licht emittierende Bauelement kann somit im Betrieb gleichzeitig das erste Licht, das in der organischen Licht emittierenden Schicht des organischen funktionellen Schichtenstapels erzeugt wird, und das zweite Licht, das von den Emittermolekülen erzeugt wird, abstrahlen. Das zweite Licht kann bevorzugt einen anderen Wellenlängenbereich aufweisen als das erste Licht, so dass das erste und zweite Licht voneinander unterschiedliche spektrale Komponenten aufweisen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Emittermoleküle eine selbstorganisierende Monoschicht ("self-assembling monolayer", SAM) bilden, die selektiv an das Material der strukturierten Metallschicht bindet. Eine solche Monoschicht kann dabei zusammenhängend sein oder alternativ auch unzusammenhängende Teilbereiche der zumindest einen Oberfläche der strukturierten Metallschicht bedecken. Die Monoschicht muss daher nicht zwingend eine auf der strukturierten Metallschicht geschlossene Schicht aus den Emittermolekülen sein, sondern kann auch zwischen den Emittermolekülen Lücken aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die organischen Emittermoleküle jeweils eine Struktur auf, die durch zumindest eine Emittergruppe und eine Endgruppe gebildet wird. Die Endgruppe ist hierbei derart ausgebildet, dass sie an die strukturierte Metallschicht bindet, während die Emittergruppe dem organischen funktionellen Schichtenstapel zugewandt ist. Die Endgruppe der Emittermoleküle ist so ausgewählt, dass sie selektiv an die strukturierte Metallschicht und nicht an die erste Elektrodenschicht bindet, und kann somit dafür verantwortlich sein, dass die Emittermoleküle selbstorganisierend sind und damit in einfacher Weise selektiv auf der strukturierten Metallschicht aufgebracht werden können. Die Endgruppe kann, je nach Material der strukturierten Metallschicht, beispielsweise eine Carboxy-Gruppe(-COOH), eine Nitril-Gruppe(-CN), eine Thiol-Gruppe(-SH) oder eine Phosphonat-Gruppe(-PO(OH)₂) aufweisen oder durch eine solche Gruppe gebildet werden.
Die Emittergruppe kann unmittelbar mit der Endgruppe verbunden sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass zwischen der Emittergruppe und der Endgruppe eine Zwischengruppe vorhanden ist, die die Emittergruppe mit der Endgruppe verbindet. Die Zwischengruppe, die kovalent an die Emittergruppe und die Endgruppe gebunden ist, kann beispielsweise durch eine elektrisch leitende Kohlenwasserstoff-Gruppe gebildet werden, also beispielsweise durch eine konjugierte Kohlenwasserstoff-Gruppe wie etwa eine Alkenyl-Gruppe, also eine Alkeneinheit. Bei der Zwischengruppe kann es sich weiterhin beispielsweise um eine gesättigte lineare Alkylkette mit mehr als 3 C-Atomen handeln, beispielsweise Hexyl, Heptyl, Octyl, Decyl sowie funktionalisierte Derivate dieser Moleküle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Emittergruppe durch eine fluoreszierende oder phosphoreszierende Molekülgruppe gebildet, so dass die Emittergruppe und damit die Emittermoleküle fluoreszierend oder phosphoreszierend sein können. Beispielsweise kann es sich dabei um eines oder mehrere der folgenden Materialien handeln: Organische oder organometallische Verbindungen, wie grün phosphoreszierendes Ir(ppy)3 (Tris(2-phenylpyridin)iridium III), blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)-iridium III), rot phosphoreszierendes Ru(dtb-bpy)3*2(PF6) (Tris[4,4‘-di-tert-butyl-(2,2‘)-bipyridin]ruthernium(III)komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4,4-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl), grün fluoreszierendes TTPA(9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4-Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der organische funktionelle Schichtenstapel unmittelbar benachbart zur ersten Elektrodenschicht eine organische Ladungsträgerinjektionsschicht auf. Für den Fall, dass die erste Elektrodenschicht eine Anode ist, kann die unmittelbar dazu benachbarte organische Ladungsträgerinjektionsschicht somit eine Lochinjektionsschicht sein. Für den Fall, dass die erste Elektrodenschicht eine Kathode ist, kann die unmittelbar zur ersten Elektrodenschicht benachbarte organische Ladungsträgerinjektionsschicht eine Elektroneninjektionsschicht sein. Die Ladungsträgerinjektionsschicht kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu einem Ladungsträger injizierenden Material ein Ladungsträger transportierendes Material aufweisen oder daraus sein. Der organische funktionelle Schichtenstapel kann zusätzlich eine Mehrzahl von weiteren organischen funktionellen Schichten aufweisen, ausgewählt aus Elektronentransportschichten, Lochtransportschichten, Elektronenblockierschichten, Lochblockierschichten und elektrolumineszierende Schichten.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines organischen Licht emittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 einen Ausschnitt eines organischen Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
3 eine schematische Darstellung eines Emittermoleküls gemäß einem 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.
In 1 ist ein organisches Licht emittierendes Bauelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt, das ein Substrat 1 aufweist, auf dem eine Elektrodenschicht 2 aufgebracht ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Substrat 1 und die erste Elektrodenschicht 2 transparent ausgeführt. Insbesondere kann das Substrat 1 Glas, Kunststoff oder eine Kombination daraus aufweisen oder daraus sein. Die erste Elektrodenschicht 2 ist großflächig auf dem Substrat 1 aufgebracht und dient im gezeigten Ausführungsbeispiel als Anode.
Die transparente erste Elektrodenschicht 2 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). 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 entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Das organische Licht emittierende Bauelement 100 weist weiterhin eine zweite Elektrodenschicht 3 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kathode ausgebildet ist. Beispielsweise kann die zweite Elektrodenschicht 3 ein Metall aufweisen. Als Kathodenmaterial können sich unter anderem insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Elektrodenschicht 3 ebenfalls transparent, also zumindest teilweise durchlässig für im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 erzeugtes Licht. Hierzu weist die zweite Elektrodenschicht 3 zumindest eine Metallschicht mit einer ausreichend geringen Dicke auf oder besteht daraus, so dass Licht durch die zweite Elektrodenschicht 3 hindurchgestrahlt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Elektrodenschicht 3 auch eines der oben genannten TCOs aufweisen.
Das organische Licht emittierende Bauelement 100 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel somit als transparentes organisches Licht emittierendes Bauelement, insbesondere als transparente organische Licht emittierende Diode (OLED) ausgebildet, die beidseitig, also von der Substratseite und von der dem Substrat 1 abgewandten Seite Licht abstrahlen kann, wie durch die Pfeile 10 und 11 in 1 angedeutet ist.
Zwischen den Elektrodenschichten 2, 3 ist ein organischer funktioneller Schichtenstapel 4 mit einer organischen Licht emittierenden Schicht 40 aufgebracht, die dazu eingerichtet ist, durch Rekombination von Elektronen und Löchern ein erstes Licht zu erzeugen. Das im organischen funktionellen Schichtenstapel 4 im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 erzeugte erste Licht kann im gezeigten Ausführungsbeispiel durch die erste Elektrodenschicht 2 und das Substrat 2 sowie durch die zweite Elektrodenschicht 3 abgestrahlt werden. Der organische funktionelle Schichtstapel 4 kann Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen, nicht-polymeren Molekülen („small molecules“) oder Kombinationen daraus aufweisen. Als Materialien für die organische Licht emittierende Schicht 40 eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon.
Der organische funktionelle Schichtenstapel 4 weist weitere organische funktionelle Schichten auf, von denen rein beispielhaft zwei Ladungsträgerinjektionsschichten 41 und 42 gezeigt sind. Die Ladungsträgerinjektionsschicht 41 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Lochinjektionsschicht ausgebildet, während die Ladungsträgerinjektionsschicht 42 als Elektroneninjektionsschicht ausgebildet ist. Der Begriff „Ladungsträgerinjektion“ umfasst auch einen Ladungsträgertransport, so dass die Ladungsträgerinjektionsschichten alternativ oder zusätzlich auch als Ladungsträgertransportschichten ausgebildet sein können. Der organische funktionelle Schichtenstapel 4 kann darüber hinaus weitere organische funktionelle Schichten wie etwa Ladungsträgerblockierschichten, weitere Ladungsträgerinjektions- und/oder -transportschichten sowie weitere Licht emittierende Schichten aufweisen.
Im Hinblick auf den prinzipiellen Aufbau eines organischen Licht emittierenden Bauelements, dabei insbesondere im Hinblick auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien des organischen funktionellen Schichtenstapels, wird auf die Druckschrift WO 2010/066245 A1 verwiesen, die insbesondere in Bezug auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien des organischen funktionellen Schichtenstapels hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Zusätzlich kann das organische funktionelle Bauelement 100 noch eine Verkapselung (nicht gezeigt) über der zweiten Elektrodenschicht 3 aufweisen, um das organische Licht emittierende Bauelement 100 vor schädigenden Einflüssen wie etwa Feuchtigkeit oder Sauerstoff zu schützen.
Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch eine der Elektrodenschichten 2, 3 nicht-transparent und insbesondere reflektierend ausgebildet sein. Eine reflektierende Elektrodenschicht kann eines oder mehrere der oben genannten Metalle in einer für eine reflektierende Wirkung ausreichende Dicke aufweisen. Für den Fall, dass die zweite Elektrodenschicht 3 reflektierend ausgebildet ist, strahlt das organische Licht emittierende Bauelement 100 im Betrieb durch das Substrat 1 Licht ab und ist als sogenannter Bottom-Emitter ausgeführt. Im anderen Fall, dass die erste Elektrodenschicht 2 reflektierend ausgebildet ist, strahlt das organische Licht emittierende Bauelement 100 Licht von der dem Substrat 1 abgewandten Seite ab und ist als sogenannter Top-Emitter ausgeführt.
Weiterhin können alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 die erste Elektrodenschicht 2 auch als Kathode und die zweite Elektrodenschicht 3 als Anode ausgebildet sein. Dabei kann eine der beiden Elektrodenschichten 2, 3 oder es können auch beide transparent ausgeführt sein. Die organische Ladungsträgerinjektionsschicht 41 ist im Fall einer Kathode als erste Elektrodenschicht 2 als Elektrodeninjektionsschicht ausgebildet, während die organische funktionelle Schicht 42 dann als Löcher injizierende und/oder transportierende Schicht ausgeführt ist.
Die erste und zweite Elektrodenschicht 2, 3 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils großflächig ausgebildet. Dadurch kann eine großflächige Abstrahlung des im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 erzeugten Lichts ermöglicht werden. „Großflächig“ kann dabei bedeuten, dass das organische Licht emittierende Bauelement 100 und damit auch die Elektrodenschichten 2, 3 eine Fläche von größer oder gleich einigen Quadratmillimetern, bevorzugt größer oder gleich einem Quadratzentimeter und besonders bevorzugt größer oder gleich einem Quadratdezimeter aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise die zweite Elektrodenschicht 3 zumindest in Teilbereichen strukturiert ausgebildet sein. Dadurch kann eine strukturierte Abstrahlung des im organischen funktionellen Schichtenstapel 4 erzeugten Lichts ermöglicht werden, etwa in Form von Pixeln oder Piktogrammen.
Um eine gleichmäßigere und lateral homogenere Bestromung des organischen funktionellen Schichtenstapels 4 und damit eine möglichst homogene Lichtabstrahlung zu erreichen, weist das organische Licht emittierende Bauelement 100 weiterhin auf der ersten Elektrodenschicht 2 eine Stromverteilungsstruktur in Form einer strukturierten Metallschicht 5 auf. Die strukturierte Metallschicht 5 ist auf der dem organischen funktionellen Schichtenstapel 4 zugewandten Seite der Elektrodenschicht 2 in direktem Kontakt mit dieser angeordnet. Hierzu wird ein Metall, insbesondere ausgewählt aus einem oder mehreren ausgewählt aus Ni, Ti, Ag, Au, Cr, Cu, Al sowie Mischungen und Legierungen hiervon, auf die erste Elektrodenschicht 2 aufgebracht. Durch ein strukturiertes Aufbringen oder eine Strukturierung nach einem großflächigen Aufbringen wird die strukturierte Metallschicht 5 in Form von Leiterbahnen 50 ausgebildet. Die strukturierte Metallschicht 5 bedeckt somit die erste Elektrodenschicht 2 nur in Teilbereichen, während weitere Teilbereiche der ersten Elektrodenschicht 2 frei von der strukturierten Metallschicht sind.
Beispielsweise wird eines der genannten Metalle oder eine Mischung dieser mittels thermischen Verdampfens oder Sputtern durch eine Schattenmaske hindurch auf der ersten Elektrodenschicht 2 abgeschieden. Die Schattenmaske ist dabei derart ausgeführt, dass sich die elektrisch leitende Schicht 5 auf der ersten Elektrodenschicht 2 in Form der Leiterbahnen 50 ausbildet. Die Leiterbahnen 50 können insbesondere als Streifen beziehungsweise streifenförmigen Bereiche ausgeformt sein, die sich über die erste Elektrodenschicht 2 erstrecken und die aus dem aufgebrachten Metall sind. Alternativ hierzu ist auch ein großflächiges Aufbringen einer Metallschicht und eine anschließende Strukturierung dieser möglich.
Die Leiterbahnen 50 weisen rein beispielhaft eine Breite von größer oder gleich 100 nm bis zu einigen 10 µm oder sogar bis zu 100 µm auf. Der Abstand zwischen den Leiterbahnen 50 kann größer oder gleich 100 µm, insbesondere mehrere 100 µm, betragen. Je breiter die Leiterbahnen 50 ausgebildet sind und je geringer der Abstand zwischen jeweils benachbarten Leiterbahnen 50 ist, desto besser kann die Stromdichte in der ersten Elektrodenschicht 2 homogenisiert werden. Je schmaler die Leiterbahnen 50 sind und je größer der Abstand zwischen jeweils benachbarten Leiterbahnen 50 ist, desto mehr Licht kann später im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 durch die erste Elektrodenschicht 2 und das Substrat 1 hindurch abgestrahlt werden.
Weist die erste Elektrodenschicht 2 einen elektrischen Kontaktbereich zur elektrischen Kontaktierung auf, so ist es vorteilhaft, wenn sich die Leiterbahnen 50 der strukturierten Metallschicht 5 vom elektrischen Kontaktbereich weg erstrecken und so eine effektive Erhöhung der Querleitfähigkeit beziehungsweise eine Erniedrigung des elektrischen Widerstands der ersten Elektrodenschicht 2 bewirken. Im organischen Licht emittierenden Bauelement 100 hat dies eine Homogenisierung der Stromdichte in der ersten Elektrodenschicht 2 und damit eine Homogenisierung des Leuchteindrucks über die Abstrahlfläche des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 zur Folge.
Die strukturierte Metallschicht 5 weist von der ersten Elektrodenschicht 2 abgewandte Oberflächen 51 auf, auf denen organische Emittermoleküle 6 aufgebracht sind. Insbesondere sind die organischen Emittermoleküle 6 auf Oberflächen 51 der strukturierten Metallschicht 5 und damit auf Oberflächen der Leiterbahnen 50 aufgebracht, die von der ersten Elektrodenschicht 2 abgewandt sind und die nicht mit der ersten Elektrodenschicht 2 in Kontakt stehen.
Die Ladungsträgerinjektionsschicht 41 des organischen funktionellen Schichtenstapels 4 wird mit einer Dicke aufgebracht, die größer als die Gesamthöhe der strukturierten Metallschicht 5 mit den darauf aufgebrachten Emittermolekülen 6 ist. Die Ladungsträgerinjektionsschicht 41 überdeckt somit die strukturierte Metallschicht 5 und die organischen Emittermoleküle 6 vollständig. Mit anderen Worten ausgedrückt ragt die strukturierte Metallschicht 5 mit den organischen Emittermolekülen 6 darauf in die Ladungsträgerinjektionsschicht 41 und damit in den organischen funktionellen Schichtenstapel 4 hinein.
Die organischen Emittermoleküle 6 sind dazu vorgesehen und eingerichtet, im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 ein zweites Licht zu erzeugen. Das zweite Licht weist im gezeigten Ausführungsbeispiel andere spektrale Komponenten als das von der organischen Licht emittierenden Schicht 40 erzeugte erste Licht auf. Beispielsweise kann das erste Licht rote bis grüne spektrale Komponenten aufweisen und insbesondere rotes, gelbes oder grünes Licht oder eine Mischung daraus sein, während das zweite Licht blaue spektrale Komponenten aufweisen kann und dementsprechend beispielsweise blaues Licht sein kann. Die organische Licht emittierende Schicht 40 kann zur Erzeugung des ersten Lichts im Fall von mischfarbigem Licht beispielsweise verschiedene Emittermaterialien als Codotierungen in einer Schicht aufweisen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Licht emittierende Schicht 40 mehrere Teilschichten mit unterschiedlichen Emittermaterialien aufweist, wobei die Teilschichten unmittelbar benachbart zueinander angeordnet oder alternativ auch durch ladungserzeugende Schichten (CGLs: „charge generation layers“) voneinander getrennt sein können.
Die organischen Emittermoleküle sind so ausgebildet, dass sie beispielsweise in einem selbst organisierenden Prozess auf die strukturierte Metallschicht 5 aufgebracht werden können. Insbesondere können die Emittermoleküle 6 so ausgebildet sein, dass sie eine selbstorganisierende Monoschicht ("self-assembling monolayer", SAM) bilden, wie in 2 in einem Ausschnitt des organischen Licht emittierenden Bauelements 100 der 1 gezeigt ist. 2 zeigt dabei einen Teil der strukturierten Metallschicht 5, auf dessen Oberfläche 51 die organischen Emittermoleküle 6 aufgebracht sind. Die Monoschicht kann dabei zusammenhängend ausgebildet sein, wie in 2 dargestellt ist, oder alternativ Teilbereiche der Oberfläche 51 der strukturierten Metallschicht 5 bedecken. Die Emittermoleküle 6 weisen mehrere Molekülgruppen mit unterschiedlichen Funktionalitäten auf. So weisen die Emittermoleküle 6 eine Emittergruppe 61 auf, die von der Oberfläche 51 der strukturierten Metallschicht 5 weggewandt ist. Weiterhin weisen die Emittermoleküle 6 eine Endgruppe 62 auf, die an die strukturierte Metallschicht 5 bindet, so dass die organischen Emittermoleküle 6 in unmittelbaren Kontakt zur strukturierten Metallschicht 5 aufgebracht werden können.
Die Endgruppe 62 kann beispielsweise eine Carboxy-Gruppe, eine Nitril-Gruppe, eine Thiol-Gruppe oder eine Phosphonat-Gruppe aufweisen. Die Wahl einer geeigneten Endgruppe 62 hängt dabei vom Material der strukturierten Metallschicht 5 ab. Beispielsweise bindet eine Carboxy-Gruppe besonders gut an Nickel und Titan, eine Nitril-Gruppe besonders gut an Silber, eine Thiol-Gruppe besonders gut an Silber, Gold, Chrom und Kupfer und eine Phosphonat-Gruppe besonders gut an Aluminium, so dass diese Kombinationen von Endgruppen 62 mit Materialien der strukturierten Metallschicht 5 besonders vorteilhaft sind.
Die Emittergruppe 61 wird durch eine fluoreszierende oder phosphoreszierende Molekülgruppe gebildet, die kovalent an die Endgruppe 62 gebunden ist. Hierbei kann die Emittergruppe 61 direkt an die Endgruppe 62 gebunden sein. Alternativ hierzu kann zwischen der Emittergruppe 61 und der Endgruppe 62 eine elektrisch leitende Zwischengruppe 63 vorhanden sein, über die die Emittergruppe 61 mit der Endgruppe 62 verbunden ist, wie in 3 gezeigt ist.
Die Zwischengruppe 63 kann insbesondere durch eine elektrisch leitende Kohlenwasserstoff-Gruppe, beispielsweise eine konjugierte funktionelle Gruppe wie etwa eine langkettige Alkeneinheit, gebildet sein, die über die Endgruppe 62 kovalent an die Oberfläche 51 der strukturierten Metallschicht 5 bindet. Die Zwischengruppe 63 wie auch die Emittergruppe 61 können weiterhin Materialien aufweisen, die oben im allgemeinen Teil beschrieben sind.
Im Vergleich zu herkömmlichen organischen Licht emittierenden Dioden weist das organische Licht emittierende Bauelement 100 zusätzlich zur strukturierten Metallschicht 5 zur Verbesserung der Ladungsträgerinjektion in den organischen funktionellen Schichtenstapel 4 die organischen Emittermoleküle 6 auf, die als Licht erzeugende Emittermaterialien zusätzlich zur organischen Licht emittierenden Schicht 40 des organischen funktionellen Schichtenstapels 4 vorhanden sind. Durch die kovalent an die strukturierte Metallschicht 5 gebundenen organischen Emittermoleküle 6 und beispielsweise aufgrund der Leitfähigkeit der Zwischengruppe 63 kann ein effektiver Ladungstransport zwischen der strukturierten Metallschicht 5 und den Emittergruppen 61 der Emittermoleküle 6 erreicht werden.
Durch die Dicke der Leiterbahnen 50 der strukturierten Metallschicht 5 sowie durch die Länge der organischen Emittermoleküle 6, insbesondere durch die Länge der leitfähigen Zwischengruppe 63, kann der Abstand der kovalent gebundenen Emittergruppen 61 zur gegenüberliegenden zweiten Elektrodenschicht 3 variiert werden. Hierdurch können damit verbundene Mikrokavitätseffekte variiert werden, während die Gesamtdicke des organischen funktionellen Schichtenstapels 4 konstant bleiben kann. Durch eine Variation des Abstands der Emittergruppen 61 lässt sich die Emissionsfarbe der Emittergruppen 61, also die Farbe des zweiten Lichts, zu einem gewissen Grad variieren. Eine solche Variation ist weiterhin unabhängig vom entsprechenden Abstand der Emittermaterialien in der organischen Licht emittierenden Schicht 40 des organischen funktionellen Schichtenstapels 4, sodass es möglich ist, Mikrokavitätseffekte im Hinblick auf die Emittergruppen 61 zu variieren, während die Kavität in Bezug auf die anderen, konventionell eingesetzten Emittermaterialien in der organischen Licht emittierenden Schicht 40 nicht variiert wird.
Weiterhin kann durch die Anordnung der organischen Emittermoleküle 6 auf der strukturierten Metallschicht 5 erreicht werden, dass das zweite, von den organischen Emittermolekülen 6 emittierte Licht vorwiegend in Richtung der zweiten Elektrodenschicht 3 abgestrahlt wird, da die Emittermoleküle 6 durch die strukturierte Metallschicht 5 zumindest teilweise abgeschattet werden. Dadurch ist der durch die zweite Elektrodenschicht 3 abgestrahlte Anteil des zweiten Lichts größer als der durch die erste Elektrodenschicht 2 abgestrahlte Anteil des zweiten Lichts. Bei der hier beschriebenen Verwendung zweier transparenter Elektrodenschichten 2, 3 kann somit ein organisches Licht emittierendes Bauelement 100 erreicht werden, das bidirektional Licht 10, 11 mit unterschiedlichen Emissionsfarben abstrahlt, da das durch die organische Licht emittierende Licht 40 erzeugte erste Licht gleichmäßig in beide Richtungen abgestrahlt wird. In dem oben beschriebenen Beispiel, dass die organische Licht emittierende Schicht 40 beispielsweise gelbes Licht durch eine Mischung aus rotem und grünem Licht abstrahlt, während die Emittermoleküle 6 blaues Licht abstrahlen, kann somit eine Emission von gelbem Licht 10 durch das Substrat 1 und die erste Elektrodenschicht 2 und eine Emission von weißem Licht 11 durch die zweite Elektrodenschicht 3 erreicht werden. Durch entsprechende Anpassung der Emittermaterialien können auch andere Farbkombinationen erreicht werden.
Das hier beschriebene organische Licht emittierende Bauelement erlaubt somit eine Realisierung von organischen Licht emittierenden Dioden mit vereinfachtem Ladungstransport durch Verwendung von funktionalisierten metallischen Leiterbahnen im organischen funktionellen Schichtenstapel. Weiterhin erlaubt das organische Licht emittierende Bauelement eine einfache Modifizierbarkeit der Emissionsfarbe durch eine Variation der Kavität der kovalent an die metallischen Leiterbahnen gebundenen Emittermoleküle sowie, im Falle von transparenten Elektrodenschichten über und unter dem organischen funktionellen Schichtenstapel, eine einfache Realisierung einer bidirektional unterschiedlich emittierenden OLED.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/008800 A1 [0003]
WO 2010/066245 A1 [0032]

Claims

Organisches Licht emittierendes Bauelement, aufweisend – eine erste Elektrodenschicht (2) und eine zweite Elektrodenschicht (3) auf einem Substrat (1), – einen organischen funktionellen Schichtenstapel (4) zwischen der ersten und zweiten Elektrodenschicht (2, 3) mit zumindest einer organischen Licht emittierenden Schicht (40), die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements ein erstes Licht zu erzeugen und – auf der dem organischen funktionellen Schichtenstapel (4) zugewandten Seite der ersten Elektrodenschicht (2) eine strukturierte Metallschicht (5), wobei selektiv an zumindest einer Oberfläche (51) der Metallschicht (5), die dem organischen funktionellen Schichtenstapel (4) zugewandt ist, organische Emittermoleküle (6) gebunden sind, die in den organischen funktionellen Schichtenstapel (4) eingebettet sind und im Betrieb des organischen Licht emittierenden Bauelements ein zweites Licht zu erzeugen.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die organischen Emittermoleküle (6) jeweils eine Struktur aufweisen, die zumindest eine Emittergruppe (61) und eine Endgruppe (62) aufweisen, wobei die Endgruppe (62) an die strukturierte Metallschicht (5) bindet und die Kopfgruppe (61) dem organischen funktionellen Schichtenstapel (4) zugewandt ist.
Bauelement nach Anspruch 2, wobei die organischen Emittermoleküle (6) eine selbstorganisierende Monoschicht bilden.
Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Endgruppe (62) eine Carboxy-Gruppe, eine Nitril-Gruppe, eine Thiol-Gruppe oder eine Phosphonat-Gruppe aufweist oder ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Emittergruppe (61) über eine elektrisch leitende Zwischengruppe (63) mit der Endgruppe (62) verbunden ist.
Bauelement nach Anspruch 5, wobei die Zwischengruppe (63) durch eine elektrisch leitende Kohlenwasserstoff-Gruppe gebildet wird.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Zwischengruppe (63) durch eine Alkenyl-Gruppe gebildet wird.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Emittergruppe (61) fluoreszierend ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Emittergruppe (61) phosphoreszierend ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei strukturierte Metallschicht (5) in Form von Leiterbahnen (50) auf der ersten Elektrodenschicht (2) ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Metallschicht (5) eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweist: Ni, Ti, Ag, Au, Cr, Cu, Al.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei alle Bereiche der ersten Elektrodenschicht (2), die frei von der strukturierten Metallschicht (5) sind, auch frei von den Emittermolekülen (6) sind.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste und zweite Elektrodenschicht (2, 3) transparent sind und die Emittermoleküle (6) durch die strukturierte Metallschicht (5) zumindest teilweise abgeschattet werden, so dass durch die zweite Elektrodenschicht (3) ein größerer Anteil des von den Emittermolekülen (6) im Betrieb erzeugten zweiten Lichts abgestrahlt wird als durch die erste Elektrodenschicht (2).
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Licht und das zweite Licht voneinander unterschiedliche spektrale Komponenten aufweisen.