DE102016102939A1

DE102016102939A1 - Lichtemittierendes Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements

Info

Publication number: DE102016102939A1
Application number: DE102016102939.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wehlus; Daniel Riedel; Nina Riegel; Arne Fleissner; Erwin Lang
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-08-24
Also published as: WO2017140512A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein lichtemittierendes Bauelement bereitgestellt, aufweisend mindestens eine lichtemittierende Schicht, eine im Strahlengang der lichtemittierenden Schicht angeordnete Streuschicht (120), und eine bezüglich einer Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelements (100, 200, 300, 310) hinter der lichtemittierenden Schicht angeordnete Spiegelstruktur (130), wobei die Spiegelstruktur (130) mindestens teilweise durchlässig für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht (152) und mindestens teilweise reflektierend für das auf das lichtemittierende Bauelement (100, 200, 300, 310) einfallende Licht (144) ausgebildet ist.

Description

In verschiedenen Ausführungsformen werden ein lichtemittierendes Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt.
Ein organisches optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine OLED, kann eine Anode und eine Kathode mit einem organischen funktionellen Schichtensystem dazwischen aufweisen. Das organische funktionelle Schichtensystem kann eine oder mehrere Emitterschicht/en aufweisen, in der/denen elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, eine oder mehrere Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichtenstruktur aus jeweils zwei oder mehr Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichten („charge generating layer“, CGL) zur Ladungsträgerpaarerzeugung, sowie einer oder mehrerer Elektronenblockadeschichten, auch bezeichnet als Lochtransportschicht(en) („hole transport layer“ – HTL), und einer oder mehrerer Lochblockadeschichten, auch bezeichnet als Elektronentransportschicht(en) („electron transport layer“ – ETL), um den Stromfluss zu richten.
Bisher gibt es zwei Ansätze zum Erhöhen der Licht-Auskopplung aus dem organischen optoelektronischen Bauelement: die externe Auskopplung und die interne Auskopplung.
Unter einer internen Auskopplung können Vorrichtungen verstanden werden, bei denen Licht ausgekoppelt wird, das in dem elektrisch aktiven Bereich des optoelektronischen Bauelementes geführt wird, beispielsweise der organischen funktionellen Schichtenstruktur und/oder den Elektroden, d.h. den transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid-Schichten (transparent conductive oxide – TCO). Bei anderen optoelektronischen Bauelementen, d.h. nicht für organische lichtemittierende Bauelemente, sind mehrere technologische Ansätze bekannt.
Bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum internen Auskoppeln von Licht kann ein Gitter mit niedrigem Brechungsindex auf oder über einer der Elektroden des optoelektronischen Bauelementes aufgebracht werden, beispielsweise einer Elektrode aus Indiumzinnoxid (indium tin oxide – ITO). Das Gitter weist strukturierte Bereiche auf mit einem Material mit niedrigem Brechungsindex.
In einer weiteren herkömmlichen Vorrichtung zum internen Auskoppeln von Licht kann eine Streuschicht über oder auf einer Elektrode aufgebracht werden, beispielsweise die Indiumzinnoxid-Anode.
Bisher wurde auf den Einsatz von interner Auskopplung in organischen Leuchtdioden, die im ausgeschalteten Zustand (OFF-State) spiegelnd sind, verzichtet, da die interne Auskopplung bzw. die Strukturen zum internen Auskoppeln zu einem Verlust des spiegelnden OFF-State führen.
Bekannte Lösungen für dieses Problem sind der Einsatz von schaltbaren Spiegeln vor der organischen Leuchtdiode. Hier wird im OFF-Zustand der organischen Leuchtdiode ein schaltbarer Spiegel vor der organischen Leuchtdiode geschaltet und so der milchige Eindruck der organischen Leuchtdioden verdeckt.
In verschiedenen Ausführungsformen werden ein lichtemittierendes Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt, mit denen es möglich ist, eine organische Leuchtdiode bereitzustellen, die die Vorteile einer internen Auskopplung mit den Vorteilen eines spiegelnden OFF-States kombiniert. Eine derart gestaltete organische Leuchtdiode ermöglicht beispielsweise einen spiegelnden OFF-State mit einem Farbschimmer, welcher der Emitterfarbe entspricht.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein lichtemittierendes Bauelement bereitgestellt. Das lichtemittierende Bauelement weist mindestens eine lichtemittierende Schicht, eine im Strahlengang der lichtemittierenden Schicht angeordnete Streuschicht, und eine bezüglich einer Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelements hinter der lichtemittierenden Schicht angeordnete Spiegelstruktur auf. Die Spiegelstruktur ist mindestens teilweise durchlässig für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht und mindestens teilweise reflektierend für das auf das lichtemittierende Bauelement einfallende Licht ausgebildet.
Eine Hauptemissionsrichtung eines lichtemittierenden Bauelementes ist eine Richtung, in welche die Emission des lichtemittierenden Bauelementes konzipiert ist. Das heißt, die Richtung von parasitär oder unbeabsichtigt gestreutem Licht stellt keine Hauptrichtung dar. In eine Hauptrichtung wird ein wesentlicher Anteil des von dem lichtemittierenden Bauelement insgesamt emittierten Licht emittiert.
Die Streuschicht kann auch als interne Auskopplungsschicht bezeichnet werden. Die Streuschicht weist beispielsweise in einer Matrix eingebettet Partikel auf, die streuend oder brechend für das von der lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht wirken. Mittels der Streuschicht kann Licht mit einer höheren Intensität aus dem lichtemittierenden Bauelement ausgekoppelt werden als bei einem vergleichbaren lichtemittierenden Bauelement ohne eine derartige Streuschicht.
Anschaulich ist die Spiegelstruktur bezüglich der Hauptemissionsrichtung hinter der lichtemittierenden Schicht angeordnet. Die Streuschicht kann bezüglich der Hauptemissionsrichtung vor oder hinter der lichtemittierenden Schicht angeordnet sein.
Weiterhin ist die Spiegelstruktur bezüglich des auf das lichtemittierende Bauelement einfallenden Lichts vor der lichtemittierenden Schicht angeordnet. Das auf das lichtemittierende Bauelement einfallende Licht fällt beispielsweise aus der Richtung auf das lichtemittierende Bauelement ein, die der Hauptemissionsrichtung entgegen gerichtet ist. Diese Richtung kann Betrachtungsrichtung des lichtemittierenden Bauelements im OFF-State (AUS-Zustand des lichtemittierenden Bauelementes) entsprechen. Die Streuschicht kann diesbezüglich vor oder hinter der lichtemittierenden Schicht angeordnet sein.
Dies ermöglicht es, ein lichtemittierendes Bauelement mit einer Streuschicht auszubilden, die als interne Auskoppelstruktur für das von der lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht optimiert ist. Dabei weist das lichtemittierende Bauelement im ausgeschalteten Zustand (OFF-State), d.h. im unbestromten Zustand, mittels der Spiegelstruktur ein spiegelndes Erscheinungsbild aufweist. Mit anderen Worten: im ausgeschalteten Zustand ist die Spiegelstruktur sichtbar und nicht die Streuschicht.
Durch die Integration einer derart teildurchlässigen Spiegelstruktur mit beispielsweise einer hohen Transmission im roten Spektralbereich und einer hohen Reflektivität im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich kann bei der Integration des lichtemittierenden Bauelementes in eine Leuchte auf einen zusätzlichen UV-Schutz bei der Leuchte verzichtet werden, da der UV-Schutz mittels der Spiegelstruktur bei dem lichtemittierenden Bauelement integriert ist. Dadurch wird das lichtemittierende Bauelement intrinsisch vor UV-Alterung geschützt.
In einer Weiterbildung weist das lichtemittierende Bauelement auf einem Träger eine erste Elektrode und eine über der ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode auf, wobei die lichtemittierende Schicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
In noch einer Weiterbildung ist der Träger lichtdurchlässig ausgebildet und mindestens eine Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelementes ist von der lichtemittierenden Schicht durch den Träger gerichtet.
In noch einer Weiterbildung weist die Spiegelstruktur eine Transparenz für das von der lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht auf, die größer als 80 % ist, beispielsweise größer als 90 % ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Transparenz in wenigstens einem Wellenlängenbereich des emittierbaren Lichts größer als 80 %, beispielsweise größer als 90 %. Mit anderen Worten: die Transparenz ist mindestens teilweise, d.h. für mindestens einen Wellenlängenbereich, größer als 80 %, beispielsweise größer als 90 %. Die Transparenz bezieht sich auf die Wellenlänge, die Bandbreite oder den einen oder mehreren Wellenlängenbereich des Lichts, dass von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht im regulären Betrieb des lichtemittierenden Bauelements emittierbar ist bzw. emittiert wird.
In noch einer Weiterbildung weist die Spiegelstruktur eine Reflektivität für das auf das lichtemittierende Bauelement einfallende Licht auf, die größer als 80 % ist, beispielsweise größer als 90 % ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Reflektivität in wenigstens einem Wellenlängenbereich des emittierbaren Lichts größer als 80 %, beispielsweise größer als 90 %. Mit anderen Worten: die Reflektivität ist mindestens teilweise, d.h. für mindestens einen Wellenlängenbereich, größer als 80 %, beispielsweise größer als 90 %. Die Reflektivität bezieht sich auf die Wellenlänge, die Bandbreite oder den einen oder mehreren Wellenlängenbereich des Lichts, dass nicht von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht im regulären Betrieb des lichtemittierenden Bauelements emittierbar ist bzw. emittiert wird.
In noch einer Weiterbildung ist oder weist die Spiegelstruktur einen Bragg-Spiegel auf. Der Bragg-Spiegel weist eine oder mehrere Schichtenfolge auf, wobei eine Schichtenfolge mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist. Die Spiegelstruktur kann dielektrisch oder elektrisch leitend ausgebildet sein.
In noch einer Weiterbildung ist die Spiegelstruktur monolithisch in dem lichtemittierenden Bauelement integriert.
Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise und einen Schutz der Spiegelstruktur und deren optische Eigenschaften vor Bauelement-externen, schädlichen Stoffen, wie beispielsweise Wasser, Sauerstoff und/oder Lösungsmittel.
In noch einer Weiterbildung ist die Spiegelstruktur auf der Seite des Trägers ausgebildet ist, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt. Mit anderen Worten: die Spiegelstruktur ist auf der Oberfläche des Trägers des lichtemittierenden Bauelements ausgebildet. Dadurch kann ein lichtemittierendes Bauelement mit einem hochwertigen Erscheinungsbild realisiert werden.
In noch einer Weiterbildung weist das lichtemittierende Bauelement eine Abdeckung auf, die über der lichtemittierenden Schicht ausgebildet ist, wobei mindestens eine Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelementes von der lichtemittierenden Schicht durch die Abdeckung Substrat gerichtet ist. Anschaulich ist das lichtemittierende Bauelement somit ein Top-Emitter bzw. ein bi- oder omnidirektional emittierendes Bauelement. Dadurch werden unterschiedliche Konzept bezüglich der Bestromung des lichtemittierenden Bauelements ermöglicht, beispielsweise eine breite Auswahl an Elektrodenmaterialien, Anschlüssen und ähnliches.
In noch einer Weiterbildung ist die Spiegelstruktur als Abdeckung ausgebildet oder weist diese auf. Dies ermöglicht eine technisch einfache Integration der Spiegelstruktur in bestehende Prozess und Designs, sowie eine technisch einfache Verkapselung.
In noch einer Weiterbildung ist die Spiegelstruktur auf der Seite der Abdeckung ausgebildet, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt ist. Mit anderen Worten: die Spiegelstruktur ist auf der Oberfläche der Abdeckung des lichtemittierenden Bauelements ausgebildet. Dadurch kann ein lichtemittierendes Bauelement mit einem hochwertigen Erscheinungsbild realisiert werden.
In noch einer Weiterbildung weist das lichtemittierende Bauelement mindestens eine erste lichtemittierende Schicht und mindestens eine im Strahlengang der ersten lichtemittierenden Schicht angeordnete zweite lichtemittierende Schicht auf.
Die Spiegelstruktur kann lichtdurchlässig für das emittierbare Licht der ersten lichtemittierenden Schicht und/oder für das emittierbare Licht der zweiten lichtemittierenden Schicht ausgebildet sein.
Licht einer anderen Farbe bzw. Farbvalenz als die, für welche die Spiegelstruktur undurchlässig ist, kann in dem lichtemittierende Bauelement geleitet werden, das heißt nicht ausgekoppelt werden. In dieser Kombination kann beispielweise die Emission eines bestimmten Wellenlängenbereiches aus dem lichtemittierenden Bauelement erreicht werden und die dominante Wellenlänge in geringer Verteilung für mehrere oder viele lichtemittierende Bauelemente eingestellt werden. In noch einer Weiterbildung ist die erste lichtemittierende Schicht eine elektrolumineszierende Schicht und die zweite lichtemittierende Schicht eine Konversionsschicht, die mittels des emittierbaren Lichts der ersten lichtemittierenden Schicht optisch anregbar ist.
Bei einer Spiegelstruktur, die lichtdurchlässig für das Licht der Konversionsschicht ist und lichtundurchlässig für das Licht der elektrolumineszierenden, ersten lichtemittierenden Schicht ist, ermöglicht dies das beispielsweise blaues Licht, welches in organischen Leuchtdioden zum Erzeugen von beispielsweise grünem Licht genutzt wird, die organische Leuchtdiode nicht verlässt.
In noch einer Weiterbildung weist die erste lichtemittierende Schicht ein erstes, elektrolumineszierendes Material und die zweite lichtemittierende Schicht ein zweites elektrolumineszierendes Material auf.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt. Das Verfahren weist ein Ausbilden mindestens einer lichtemittierenden Schicht, ein Ausbilden einer im Strahlengang der lichtemittierenden Schicht angeordneten Streuschicht, und ein Ausbilden einer bezüglich einer Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelements hinter der lichtemittierenden Schicht angeordneten Spiegelstruktur auf. Die Spiegelstruktur mindestens teilweise durchlässig für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht und mindestens teilweise reflektierend für das auf das lichtemittierende Bauelement einfallende Licht ausgebildet wird.
Die Reihenfolge der Schritte kann abhängig von dem konkreten Ausführungsbeispiel variiert werden. Beispielsweise kann die lichtemittierende Schicht auf der Streuschicht ausgebildet werden oder umgekehrt. Weiterhin kann beispielsweise die Spiegelstruktur auf einem Träger ausgebildet werden, auf der anschließend die Streuschicht und die lichtemittierende Schicht ausgebildet wird. Alternativ kann die Spiegelstruktur ausgebildet werden nachdem die lichtemittierende Schicht und/oder die Streuschicht ausgebildet wurden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
3A, B schematische Querschnittsansichten eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 eine schematische Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann das lichtemittierende Bauelement (z.B. ein organisches lichtemittierendes Bauelement wie z.B. OLED) als „Bottom-Emitter“ ausgeführt sein.
Der Begriff „Bottom-Emitter“ oder „bottom-emittierendes lichtemittierendes Bauelement“, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine Ausführung, die zu der Substratseite des lichtemittierenden Bauelements hin transparent ausgeführt ist. Beispielsweise können dazu wenigstens das Substrat und zwischen dem Substrat und der mindestens einen Funktionsschicht ausgebildete Schichten (z.B. eine zwischen Substrat und Funktionsschicht(en) ausgebildete Elektrode (Grundelektrode)) transparent ausgeführt sein. Ein als Bottom-Emitter ausgeführtes lichtemittierendes Bauelement kann demnach beispielsweise in den Funktionsschichten (z.B. organischen Funktionsschichten bei einem organischen lichtemittierenden Bauelement wie z.B. einer OLED) erzeugte Strahlung auf der Substratseite des lichtemittierenden Bauelements emittieren.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das lichtemittierende Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen als „Top-Emitter“ ausgeführt sein.
Der Begriff „Top-Emitter“ oder „top-emittierendes lichtemittierendes Bauelement“, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet beispielsweise eine Ausführung, die zu der dem Substrat abgewandten Seite (anders ausgedrückt, zur Deckseite) des lichtemittierenden Bauelements hin transparent ausgeführt ist. Insbesondere können dazu die auf bzw. über der mindestens einen Funktionsschicht des lichtemittierenden Bauelements ausgebildeten Schichten (z.B. zwischen Funktionsschicht(en) und Barrierendünnschicht ausgebildete Elektrode (Deckelektrode), Barrierendünnschicht, Zwischenschicht, Deckschicht) transparent ausgeführt sein. Ein als Top-Emitter ausgeführtes lichtemittierendes Bauelement kann demnach beispielsweise in den Funktionsschichten (z.B. organischen Funktionsschichten bei einem organischen lichtemittierenden Bauelement wie z.B. einer OLED) erzeugte Strahlung auf der Deckseite des lichtemittierenden Bauelements emittieren.
Ein als Top-Emitter ausgestaltetes lichtemittierendes Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann in vorteilhafter Weise eine hohe Lichtauskopplung und eine sehr geringe Winkelabhängigkeit der Strahlungsdichte aufweisen.
Eine Kombination aus Bottom-Emitter und Top-Emitter ist ebenso in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen. Bei einer solchen Ausführung ist das lichtemittierende Bauelement allgemein in der Lage, das in den Funktionsschichten (z.B. den organischen Funktionsschichten bei einem organischen lichtemittierenden Bauelement wie z.B. einer OLED) erzeugte Licht in beide Richtungen – also sowohl zu der Substratseite als auch zu der Deckseite hin – zu emittieren (transparente oder transluzente OLED).
Beispielsweise kann ein lichtemittierendes Bauelement, welches zwei flächige, optisch aktive Seiten aufweist, in der Verbindungsrichtung der optisch aktiven Seiten transparent oder transluzent ausgebildet sein, beispielsweise als eine transparente oder transluzente organische Leuchtdiode. Ein flächiges lichtemittierendes Bauelement kann auch als ein planes lichtemittierendes Bauelement bezeichnet werden.
Der optisch aktive Bereich kann jedoch auch eine flächige, optisch aktive Seite und eine flächige, optisch inaktive Seite aufweisen, beispielsweise eine organische Leuchtdiode, die als ein sogenannter Top-Emitter oder Bottom-Emitter eingerichtet ist. Die optisch inaktive Seite kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen transparent oder transluzent sein, oder mit einer Spiegelstruktur und/oder einem opaken Stoff oder Stoffgemisch versehen sein, beispielsweise zur Wärmeverteilung. Der Strahlengang des lichtemittierenden Bauelementes kann beispielsweise einseitig gerichtet sein.
Die erste Elektrode, die zweite Elektrode und die organische funktionelle Schichtenstruktur können jeweils großflächig ausgebildet sein. Dadurch kann das lichtemittierende Bauelement eine zusammenhängende Leuchtfläche aufweisen, die nicht in funktionale Teilbereiche strukturiert ist, beispielsweise eine in funktionale Bereiche segmentierte Leuchtfläche oder um eine Leuchtfläche, die von einer Vielzahl von Bildpunkten (Pixeln) gebildet wird. Dadurch kann eine großflächige Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung aus dem lichtemittierenden Bauelement ermöglicht werden. „Großflächig“ kann dabei bedeuten, dass die optisch aktive Seite eine Fläche, beispielsweise eine zusammenhängende Fläche, beispielsweise von größer oder gleich einigen Quadratmillimetern, beispielsweise größer oder gleich einem Quadratzentimeter, beispielsweise größer oder gleich einem Quadratdezimeter aufweist. Beispielsweise kann das lichtemittierende Bauelement nur eine einzige zusammenhängende Leuchtfläche aufweisen, die durch die großflächige und zusammenhängende Ausbildung der Elektroden und der organischen funktionellen Schichtenstruktur bewirkt wird.
Ein lichtemittierendes Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann in vorteilhafter Weise für Beleuchtungen, wie beispielsweise Raumleuchten, eingesetzt werden.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann eine Streuschicht als eine Schicht verstanden werden, die zu einem internen Auskoppeln eingerichtet ist. Beim internen Auskoppeln kann beispielsweise elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Licht, ausgekoppelt werden, das in dem elektrisch aktiven Bereich des lichtemittierenden Bauelementes geführt wird, beispielsweise der organischen funktionellen Schichtenstruktur und/oder den Elektroden, d.h. den transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid-Schichten (transparent conductive oxide – TCO).
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein lichtemittierendes Bauelement 100 bereitgestellt. Das lichtemittierendes Bauelement 100 weist mindestens eine lichtemittierende Schicht, eine im Strahlengang der lichtemittierenden Schicht angeordnete Streuschicht 120, und eine bezüglich einer Hauptemissionsrichtung 154 des lichtemittierenden Bauelements 100 hinter der lichtemittierenden Schicht angeordnete Spiegelstruktur 130 auf.
Die mindestens eine lichtemittierende Schicht weist beispielsweise ein elektrolumineszierendes Material auf, auch bezeichnet als Emittermaterial. Die mindestens eine lichtemittierende Schicht ist ausgebildet, ein Licht 150 zu emittieren. Die mindestens eine lichtemittierende Schicht ist dabei derart ausgebildet, dass das emittierbare Licht nur einen schmalen Teil des sichtbaren Lichtspektrums aufweist, dass heißt eine nur schmale Bandbreite bzw. einen schmalen Wellenlängenbereich aufweist, beispielsweise einen oder mehrere Wellenlängenbereich, die für sich bzw. jeweils eine Breite in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 100 nm aufweisen können. Für im Wesentlichen diese Bandbreiten bzw. Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts ist die Spiegelstruktur durchlässig, das heißt transmissive, ausgebildet, und für andere bzw. abweichende Wellenlängenbereiche reflektierend oder absorbierend ausgebildet.
Die mindestens eine lichtemittierende Schicht ist beispielsweise in einer organisch funktionellen Schichtenstruktur des lichtemittierenden Bauelementes 100 angeordnet oder ausgebildet, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Die organisch funktionelle Schichtenstruktur ist zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode 23 angeordnet (in 1 sind die organisch funktionelle Schichtenstruktur und die erste Elektrode als Schicht 110 veranschaulicht). Mindestens eine der Elektroden ist transparent für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht ausgebildet.
Die Streuschicht 120 ist im Strahlengang der mindestens einen lichtemittierenden Schicht ausgebildet, beispielsweise zwischen der mindestens einen lichtemittierenden Schicht und dem Träger 12. Licht 150, davon der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbar ist, wird in der Streuschicht 120 gestreut (in 1 veranschaulicht mittels der Pfeile 146). Ein Teil 148 des gestreuten Lichts 146 wird in Richtung der mindestens einen lichtemittierenden Schicht zurückgestreut. Insofern kann mittels der Streuschicht 120 das Abstrahlungsverhältnis des lichtemittierenden Bauelements eingestellt werden, beispielsweise bei einem bi- oder omnidirektionalen, lichtemittierenden Bauelement, beispielsweise indem die erste Elektrode und die zweite Elektrode 23 transparent ausgebildet sind. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Streuschicht 120 zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode 23 angeordnet. Alternativ ist die Streuschicht 120 zwischen der ersten Elektrode und dem Träger 12 oder auf oder über der zweiten Elektrode angeordnet.
Bei einem lichtemittierenden Bauelement 100 mit einer hochreflektierenden zweiten Elektrode 23, beispielsweise einer spiegelnden zweiten Elektrode 23, beispielsweise einer zweiten Elektrode 23 aus einem Metall, wird der zurückgestreute Anteil 148 des gestreuten Lichts 146 an der zweiten Elektrode 23 in Richtung der wenigstens einen Hauptemissionsrichtung 154 umgelenkt. Insofern kann das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht 152 einen Anteil an rückgestreutem Licht 148 aufweisen.
Die Spiegelstruktur 130 ist mindestens teilweise durchlässig für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht 152. Die Spiegelstruktur 130 weist beispielsweise eine Transparenz für das von der lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht 152 auf, die größer als ungefähr 60 % ist, beispielsweise größer als ungefähr 70 % ist, beispielsweise größer als ungefähr 80 % ist, beispielsweise größer als ungefähr 90 % ist. Dadurch kann das lichtemittierende Bauelement 100 Licht, dass in der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbar ist bzw. erzeugt wird, aus der Spiegelstruktur 130, die sich im Strahlengang der Hauptemissionsrichtung vor der mindestens einen lichtemittierenden Schicht befindet, ausgekoppelt werden.
Beispielsweise ist die Spiegelstruktur 130 zwischen der mindestens einen lichtemittierenden Schicht und dem Träger 12 angeordnet, wobei emittierbares Licht 152 von der lichtemittierenden Schicht durch den Träger 12 emittiert wird, was zudem einer Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelements 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen entspricht.
Zusätzlich oder alternativ kann die Spiegelstruktur 130 zwischen der Streuschicht 120 und dem Träger 12 angeordnet sein (veranschaulicht in 1). In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Träger 12 lichtdurchlässig ausgebildet. Mindestens eine Hauptemissionsrichtung 154 des lichtemittierenden Bauelementes ist von der lichtemittierenden Schicht durch den Träger 12 gerichtet.
Ein Teil des von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbaren Lichts 152 kann von der Spiegelstruktur 130 und/oder dem Träger 12 reflektiert und/oder absorbiert werden. Insofern kann das von dem lichtemittierenden Bauelement emittierbare Licht 154 eine geringere Intensität und/oder ein anderes Wellenlängenspektrum aufweisen als das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht 152.
Weiterhin ist die Spiegelstruktur 130 mindestens teilweise reflektierend für das auf das lichtemittierende Bauelement 100 einfallende Licht 144 ausgebildet. Dadurch wird das einfallende Licht 144 an der Spiegelstruktur wenigstens teilweise reflektiert (veranschaulicht mittels des Pfeils 142). Die Spiegelstruktur 130 weist beispielsweise eine Reflektivität für das auf das lichtemittierende Bauelement einfallende Licht 144 auf, die größer als ungefähr 60 % ist, beispielsweise größer als ungefähr 70 % ist, beispielsweise größer als ungefähr 80 % ist, beispielsweise größer als ungefähr 90 % ist.
Beispielsweise weist die Spiegelstruktur 130 eine hohe Reflektivität auf für Licht mit einer Wellenlänge, die sich von dem emittierbaren Licht der mindestens einen lichtemittierenden Schicht unterscheidet. Das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht bezieht sich auf das im regulären Betrieb des lichtemittierenden Bauelements emittierbare Licht. Bei einem lichtemittierenden Bauelement mit einer elektrolumineszenten, lichtemittierenden Schicht, die beispielsweise einen Farbstoff aufweist, ist das im regulären Betrieb emittierbare Licht, das nach Anlegen des Betriebsstroms mittels des Farbstoffes emittierbare bzw. emittierte Licht.
Anschaulich propagiert Licht einer ersten Wellenlänge, welches in der lichtemittierenden Schicht emittiert wird, das heißt erzeugt wird, durch eine für diese erste Wellenlänge optimierte Streuschicht 120. Optisch im Anschluss, das heißt bezüglich der Hauptemissionsrichtung im Strahlengang hinter der Streuschicht oder bezüglich eines auf das lichtemittierende Bauelement einfallenden Lichts vor der lichtemittierenden Schicht und der Streuschicht, ist eine Spiegelstruktur 130 angeordnet, die lichtdurchlässig für die erste Wellenlänge ist. Weiterhin ist die Spiegelstruktur 130 derart ausgebildet, dass sie undurchlässig für Licht ist, beispielsweise sichtbares Licht, das eine Wellenlänge aufweist, die unterschiedlich zu der ersten Wellenlänge ist.
Die erste Wellenlänge kann zudem beispielsweise eine Wellenlänge mit einer Linienbreite, ein zusammenhängender Wellenlängenbereich oder mehrerer Wellenlängenbereiche sein.
Mittels der beschriebenen Ausgestaltung des lichtemittierenden Bauelementes ist es möglich, ein lichtemittierendes Bauelement mit einer Streuschicht 120 als interne Auskoppelstruktur zu erzeugen, das im ausgeschalteten Zustand, d.h. im unbestromten Zustand, mittels der Spiegelstruktur ein spiegelndes Erscheinungsbild aufweist.
Das heißt, durch diese Anordnung von Streuschicht 120 und Spiegelstruktur 130 ist es möglich, ein lichtemittierendes Bauelement bereitzustellen, dass die Vorteile einer internen Auskoppleung mit denen eines spiegelnden OFF-States kombiniert. Ein derart gestaltetes, lichtemittierendes Bauelement hat einen spiegelnden OFF-State mit einem Farbschimmer, welcher der Emitterfarbe entspricht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Spiegelstruktur 130 eine Schichtenstruktur auf. Beispielsweise ist die Spiegelstruktur 130 ein Bragg-Spiegel oder weist einen solchen auf. Mit anderen Worten: die Spiegelstruktur 130 kann als ein optischer Bandpassfilter ausgebildet sein, der durchlässig ist für von der lichtemittierenden Schicht emittierbares Licht und undurchlässig ist für Licht, dass von außen auf das lichtemittierende Bauelement einfällt, beispielsweise bis auf den Anteil des emittierbaren Lichts.
Bei einer die Spiegelstruktur 130, die als ein Bragg-Spiegel ausgebildet ist, weist die Spiegelstruktur mehrere oder viele, übereinandergestapelte, Schichten auf mit alternierenden, optischen Eigenschaften, beispielsweise unterschiedlichen Brechungsindizes. Dabei ergibt sich die maximale Reflektivität für eine Wellenlänge, wenn alle Schichten eine optische Dicke von genau einem Viertel der Wellenlänge aufweisen. Dann errechnet sich die Reflektivität R für diese Wellenlänge zu:
wobei n₀ der Brechungsindex des Umgebungsmediums ist, n₁ und n₂ die Brechungsindizes der, beispielsweise, beiden Materialien der Schichten der Spiegelstruktur und n_S der Brechungsindex des Trägers sind. N ist die Anzahl der Schichtpaare mit den Brechungsindizes n₁, n₂ der Spiegelstruktur 130. Die Schichten dieser Spiegelstruktur können beispielsweise herkömmliche, dielektrische Schichten sein, beispielsweise keramische Schichten, beispielsweise aus einem Metalloxid, Metallnitrid oder Metalloxinitrid, beispielsweise Titandioxid und Siliziumdioxid.
Alternativ können die Schichten der Spiegelstruktur aus transparenten, leitenden Metalloxiden (transparent conductive oxides – TCO) gebildet sein. Dies ermöglicht eine elektrisch leitende Spiegelstruktur auf Basis eines Bragg-Spiegels auszubilden.
Die Breite Δλ₀ des Stoppbands für diese Spiegelstruktur 130 berechnet sich gemäß:
wobei λ₀ die mittlere Wellenlänge des Bandes ist, beispielsweise die oben beschriebene erste Wellenlänge ist.
Durch Erhöhen der Anzahl N an Schichtpaaren kann die Reflektivität R der Spiegelstruktur erhöht werden. Durch Erhöhen des Brechungsindexunterschiedes der Schichten (n₁ – n₂) der Schichtenfolge der Spiegelstruktur 130 kann die Reflektivität und die Bandbreite erhöht werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Spiegelstruktur 130 zwischen der ersten Elektrode und dem Träger 12 angeordnet. Alternativ ist die Spiegelstruktur 130 zwischen der Streuschicht 120 und dem Träger 12 angeordnet. Alternativ ist die Spiegelstruktur 130 zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode 23 angeordnet. Alternativ ist die Spiegelstruktur 130 auf der Seite des Trägers 12 ausgebildet, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt ist. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die erste Elektrode oder die zweite Elektrode 23 ein Teil der Spiegelstruktur 130.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Spiegelstruktur 130 monolithisch in dem lichtemittierenden Bauelement integriert. Mit anderen Worten: die Spiegelstruktur 130 und der elektrisch aktive Bereich, d.h. die Elektroden und die mindestens eine lichtemittierende Schicht, sind innerhalb einer gemeinsamen Verkapselungsstruktur angeordnet, beispielsweise von dieser umgeben.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das lichtemittierende Bauelement eine Abdeckung auf, die über der lichtemittierenden Schicht ausgebildet ist. Die Spiegelstruktur 130 kann in diesem Fall auf oder über der zweiten Elektrode 23, beispielsweise zwischen der zweiten Elektrode 23 und der Abdeckung oder auf der Abdeckung angeordnet sein. Alternativ ist die Spiegelstruktur 130 als Abdeckung 38 ausgebildet oder weist diese auf. Alternativ ist die Spiegelstruktur 130 auf der Seite der Abdeckung 38 ausgebildet, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt ist.
Für den Fall, dass die zweite Elektrode 23 transparent ausgebildet ist, kann mindestens eine Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelementes von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht in Richtung der zweiten Elektrode 23 und durch die zweite Elektrode und die optionale Abdeckung gerichtet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das lichtemittierende Bauelement 100 mindestens eine erste lichtemittierende Schicht und mindestens eine im Strahlengang der ersten lichtemittierenden Schicht angeordnete zweite lichtemittierende Schicht auf. Beispielsweise ist die erste lichtemittierende Schicht eine elektrolumineszierende Schicht und die zweite lichtemittierende Schicht ist eine Konversionsschicht, die mittels des emittierbaren Lichts der ersten lichtemittierenden Schicht optisch anregbar ist. Mit anderen Worten: die Konversionsschicht weist einen Leuchtstoff auf, mittels dessen die Wellenlänge des emittierbaren Lichts der ersten lichtemittierenden Schicht konvertiert werden kann.
Das Bilden von elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Wellenlänge aus elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge wird Wellenlängenkonversion genannt. Wellenlängenkonversion kann mittels eines Leuchtstoffes realisiert werden. Im Rahmen dieser Beschreibung kann als Leuchtstoff ein Stoff verstanden werden, der verlustbehaftet elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge in elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlänge umwandelt, beispielsweise längerer Wellenlänge (Stokes-Verschiebung) oder kürzerer Wellenlänge (Anti-Stokes-Verschiebung), beispielsweise mittels Phosphoreszenz oder Fluoreszenz. Übliche Leuchtstoffe sind beispielsweise Granate oder Nitride Silikate, Nitride, Oxide, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, Aluminate, Wolframate, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium, Wolfram und anderen Übergangsmetallen, oder Seltenerdmetallen wie Yttrium, Gadolinium oder Lanthan, die mit einem Aktivator, wie zum Beispiel Kupfer, Silber, Aluminium, Mangan, Zink, Zinn, Blei, Cer, Terbium, Titan, Antimon oder Europium dotiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Leuchtstoff ein oxidischer oder (oxi-)nitridischer Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat, Nitrido(alumo)silikat, Nitrid oder Nitridoorthosilikat, oder ein Halogenid oder Halophosphat. Konkrete Beispiele für geeignete Leuchtstoffe sind Strontiumchloroapatit:Eu ((Sr,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu; SCAP), Yttrium-Aluminium-Grant:Cer (YAG:Ce) oder CaAlSiN₃:Eu. Ferner können im Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch beispielsweise Partikel mit Licht streuenden Eigenschaften und/oder Hilfsstoffe enthalten sein. Beispiele für Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Beispiele für Licht streuende Partikel sind Gold-, Silber- und Metalloxidpartikel. Ein Leuchtstoff kann beispielsweise Ce³⁺ dotierte Granate wie YAG:Ce und LuAG, beispielsweise (Y,Lu)₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce³⁺; Eu²⁺ dotierte Nitride, beispielsweise CaAlSiN₃:Eu²⁺, (Ba,Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺; Eu²⁺ dotierte Sulfdide, SIONe, SiAlON, Orthosilicate, beispielsweise (Ba,Sr)₂SiO₄:Eu²⁺; Chlorosilicate, Chlorophosphate, BAM (Bariummagnesiumaluminat:Eu) und/oder SCAP, Halophosphat aufweisen oder daraus gebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich weist die erste lichtemittierende Schicht ein erstes, elektrolumineszierendes Material und die zweite lichtemittierende Schicht ein zweites, elektrolumineszierendes Material auf.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Streuschicht 120 in einer Matrix eingebettete Partikel auf. Die Partikel und die Matrix weisen einen Brechungsindexunterschied von wenigstens 0,05 auf in dem Wellenlängenbereich des von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbaren Lichts.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Streuschicht 120 einen mittleren Brechungsindex größer oder ungefähr gleich dem Brechungsindex weiterer Schichten der Schicht 110 auf.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Streuschicht 120 einen mittleren Brechungsindex von mindestens ungefähr 1,5, auf, beispielsweise einen Brechungsindex von mindestens ungefähr 1,6, beispielsweise einen Brechungsindex von mindestens ungefähr 1,65, beispielsweise einen Bereich von ungefähr 1,7 bis ungefähr 2,1.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Streuschicht 120 eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 100 µm auf, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 100 µm, beispielsweise ungefähr 25 µm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Matrix der Streuschicht 120 einen Brechungsindex größer als ungefähr 1,7 auf.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Matrix der Streuschicht 120 amorph ausgebildet. Beispielsweise weist die Matrix ein anorganisches Glas oder einen Kunststoff auf oder ist daraus gebildet. In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Matrix einen der folgenden Stoffe auf oder ist daraus gebildet: ein Silikon, beispielsweise Polydimethylsiloxan, Polydimethylsiloxan/Polydiphenylsiloxan; ein Silazan, ein Epoxid, ein Polyacrylat, ein Polycarbonat oder ähnliches, beispielsweise ein Silikon-Hybrid, ein Silikon-Epoxid-Hybrid.
Die Partikel der Streuschicht 120 weisen beispielsweise eine der folgenden geometrische Formen und/oder einen Teil einer der folgenden geometrischen Formen aufweisen: sphärisch, asphärisch beispielsweise prismatisch, ellipsoid, hohl, kompakt, plättchen oder stäbchenförmig.
Die Partikel weisen beispielsweise eine mittlere Korngröße in einem Bereich von ungefähr 0,05 µm bis ungefähr 10 µm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1 µm auf.
Als lichtstreuende Partikel der Streuschicht 120 können beispielsweise dielektrische Streupartikel vorgesehen sein, beispielsweise aus einem Metalloxid, beispielsweise Siliziumoxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Zirkoniumoxid (ZrO2), Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Indium-Zink-Oxid (IZO), Galliumoxid (Ga2Ox) Aluminiumoxid, oder Titanoxid. Auch andere Partikel können geeignet sein, sofern sie einen Brechungsindex haben, der von dem effektiven Brechungsindex der Matrix der Streuschicht 120 verschieden ist, beispielsweise Luftblasen, Acrylat, oder Glashohlkugeln. Ferner können beispielsweise metallische Nanopartikel, Metalle wie Gold, Silber, Eisen-Nanopartikel, oder dergleichen als lichtstreuende Partikel vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Spiegelstruktur 130 elektromagnetische Strahlung reflektieren. Eine Spiegelstruktur kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen als ein optisches Gitter, ein metallischer Spiegel bzw. Spiegel, ein photonischer Kristall oder eine totalreflektierende Grenzfläche ausgebildet sein. Eine Spiegelstruktur kann vollständig oder teilweise reflektierend ausgebildet sein für elektromagnetische Strahlung eines Wellenlängenbereiches, beispielsweise als eine teildurchlässige Spiegelstruktur, beispielsweise als ein dichroitischer Spiegel. Die teildurchlässige Spiegelstruktur kann beispielsweise ein Teilerspiegel und/oder ein Einweg-Spiegel sein. Die teildurchlässige Spiegelstruktur kann beispielsweise einen Teil der auf sie einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektieren und der andere Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung tritt durch die teildurchlässige Spiegelstruktur hindurch. Die teildurchlässige Spiegelstruktur kann beispielsweise auf einer Seite ein dielektrisches Schichtensystem und/oder optional auf der anderen Seite eine reflexionsvermindernde Beschichtung, beispielsweise zum Vermeiden von Doppelbildern aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu dem dielektrischen Schichtensystem kann beispielsweise auch eine sehr dünne Metallbeschichtung zum Einsatz kommen.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, das im Wesentlichen einem der oben dargestellten Ausführungsbeispiele entsprechen kann.
Bei dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauelements, ist – im Gegensatz zum in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel – die Streuschicht 120 zwischen der zweiten Elektrode 23 und der lichtemittierenden Schicht, beispielsweise in einer unten ausführlicher beschriebenen, organischen funktionellen Schichtenstruktur angeordnet (in 2 zusammen mit der ersten Elektrode als Schicht 110 veranschaulicht). Die Streuschicht 120 ist beispielsweise elektrisch leitend ausgebildet. Beispielsweise weist die Streuschicht elektrisch leitende Partikel und/oder eine elektrisch leitende Matrix auf, in der die Partikel eingebettet sind, wobei die Matrix und die Partikel einen Brechungsindexunterschied von mehr als 0,05 aufweisen und die Partikel einen mittleren Durchmesser von mindestens ungefähr einem Viertel der Wellenlänge des von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbaren Lichts mit der kleinsten Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich (mit dem nackten Auge). Die elektrisch leitenden Partikel und/oder die elektrisch leitende Matrix können beispielsweise aus unterschiedlichen elektrisch leitenden, transparenten Oxiden (TCO) gebildet sein.
3A, B zeigen schematische Querschnittsansichten eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, das im Wesentlichen einem der oben dargestellten Ausführungsbeispiele entsprechen kann..
Bei dem in 3A veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauelements, ist – im Gegensatz zum in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel – die Spiegelstruktur 130 auf der Seite des Trägers 12 angeordnet, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt ist. Ein Teil 302 des von der lichtemittierenden Schicht in den Träger 12 emittierten Lichts 152 kann an der Spiegelstruktur 130 zurückgestreut oder reflektiert werden.
Bei dem in 3B veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauelements, ist – im Gegensatz zum in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel – die Spiegelstruktur 130 auf der Seite des Trägers 12 angeordnet, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt ist.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, das im Wesentlichen einem der oben dargestellten Ausführungsbeispiele entsprechen kann, wobei die Spiegelstruktur und die Streuschicht in 4 nicht veranschaulicht sind.
Auf dem Träger 12 ist eine optoelektronische Schichtenstruktur ausgebildet. Die optoelektronische Schichtenstruktur weist eine erste Elektrodenschicht 14 auf, die einen ersten Kontaktabschnitt 16, einen zweiten Kontaktabschnitt 18 und eine erste Elektrode 20 aufweist.
Zwischen dem Träger 12 und der ersten Elektrodenschicht 14 kann eine erste nicht dargestellte Barriereschicht, beispielsweise eine erste Barrieredünnschicht, ausgebildet sein.
Der Träger 12 kann transluzent oder transparent ausgebildet sein. Der Träger 12 dient als Träger für elektronische Elemente oder Schichten, beispielsweise lichtemittierende Elemente. Der Träger 12 kann beispielsweise Kunststoff, Metall, Glas, Quarz und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Träger 12 eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Träger 12 kann mechanisch rigide oder mechanisch flexibel ausgebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das lichtemittierende Bauelement 100 auf oder über dem Träger 12 eine erste Elektrode 20, beispielsweise eine erste Elektrodenschicht; beispielsweise als eine geschlossene Elektrodenschicht; und eine über der ersten Elektrode 20 angeordnete zweite Elektrode 23, beispielsweise eine zweite Elektrodenschicht, beispielsweise als eine geschlossene Elektrodenschicht, auf. Die lichtemittierende Schicht ist zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 23 angeordnet.
Die erste Elektrode 20 ist von dem ersten Kontaktabschnitt 16 mittels einer elektrischen Isolierungsbarriere 21 elektrisch isoliert. Der zweite Kontaktabschnitt 18 ist mit der ersten Elektrode 20 der optoelektronischen Schichtenstruktur elektrisch gekoppelt. Die erste Elektrode 20 kann als Anode oder als Kathode ausgebildet sein. Die erste Elektrode 20 kann transluzent oder transparent ausgebildet sein. Die erste Elektrode 20 weist ein elektrisch leitfähiges Material auf, beispielsweise Metall und/oder ein leitfähiges transparentes Oxid (transparent conductive oxide, TCO) oder einen Schichtenstapel mehrerer Schichten, die Metalle oder TCOs aufweisen. Die erste Elektrode 20 kann beispielsweise einen Schichtenstapel einer Kombination einer Schicht eines Metalls auf einer Schicht eines TCOs aufweisen, oder umgekehrt. Ein Beispiel ist eine Silberschicht, die auf einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht (ITO) aufgebracht ist (Ag auf ITO) oder ITO-Ag-ITO Multischichten. Die erste Elektrode 20 kann alternativ oder zusätzlich zu den genannten Materialien aufweisen:
Netzwerke aus metallischen Nanodrähten und -teilchen, beispielsweise aus Ag, Netzwerke aus Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphen-Teilchen und -Schichten und/oder Netzwerke aus halbleitenden Nanodrähten.
Über der ersten Elektrode 20 ist eine optisch funktionelle Schichtenstruktur, beispielsweise eine organische funktionelle Schichtenstruktur 22, der optoelektronischen Schichtenstruktur ausgebildet. Die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 kann beispielsweise eine, zwei oder mehr Teilschichten aufweisen. Beispielsweise kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht, eine Emitterschicht, eine Elektronentransportschicht und/oder eine Elektroneninjektionsschicht aufweisen. Die Lochinjektionsschicht dient zum Reduzieren der Bandlücke zwischen erster Elektrode und Lochtransportschicht. Bei der Lochtransportschicht ist die Lochleitfähigkeit größer als die Elektronenleitfähigkeit. Die Lochtransportschicht dient zum Transportieren der Löcher. Bei der Elektronentransportschicht ist die Elektronenleitfähigkeit größer als die Lochleitfähigkeit. Die Elektronentransportschicht dient zum Transportieren der Elektronen. Die Elektroneninjektionsschicht dient zum Reduzieren der Bandlücke zwischen zweiter Elektrode und Elektronentransportschicht. Ferner kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 ein, zwei oder mehr funktionelle Schichtenstruktur-Einheiten, die jeweils die genannten Teilschichten und/oder weitere Zwischenschichten aufweisen.
Über der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 ist eine zweite Elektrode 23 der optoelektronischen Schichtenstruktur ausgebildet, die elektrisch mit dem ersten Kontaktabschnitt 16 gekoppelt ist. Die zweite Elektrode 23 kann gemäß einer der Ausgestaltungen der ersten Elektrode 20 ausgebildet sein, wobei die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 23 gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein können. Die erste Elektrode 20 dient beispielsweise als Anode oder Kathode der optoelektronischen Schichtenstruktur. Die zweite Elektrode 23 dient korrespondierend zu der ersten Elektrode als Kathode bzw. Anode der optoelektronischen Schichtenstruktur.
Die optoelektronische Schichtenstruktur ist ein elektrisch und/oder optisch aktiver Bereich. Der aktive Bereich ist beispielsweise der Bereich des optoelektronischen Bauelements 10, in dem elektrischer Strom zum Betrieb des optoelektronischen Bauelements 10 fließt und/oder in dem elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert wird. Auf oder über dem aktiven Bereich kann eine Getter-Struktur (nicht dargestellt) angeordnet sein. Die Getter-Schicht kann transluzent, transparent oder opak ausgebildet sein. Die Getter-Schicht kann ein Material aufweisen oder daraus gebildet sein, das Stoffe, die schädlich für den aktiven Bereich sind, absorbiert und bindet.
Über der zweiten Elektrode 23 und teilweise über dem ersten Kontaktabschnitt 16 und teilweise über dem zweiten Kontaktabschnitt 18 ist eine Verkapselungsschicht 24 der optoelektronische Schichtenstruktur ausgebildet, die die optoelektronische Schichtenstruktur verkapselt. Die Verkapselungsschicht 24 kann als zweite Barriereschicht, beispielsweise als zweite Barrieredünnschicht, ausgebildet sein. Die Verkapselungsschicht 24 kann auch als Dünnschichtverkapselung bezeichnet werden. Die Verkapselungsschicht 24 bildet eine Barriere gegenüber chemischen Verunreinigungen bzw. atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Wasser (Feuchtigkeit) und Sauerstoff. Die Verkapselungsschicht 24 kann als eine einzelne Schicht, ein Schichtstapel oder eine Schichtstruktur ausgebildet sein. Die Verkapselungsschicht 24 kann aufweisen oder daraus gebildet sein: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid Lanthaniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminium-dotiertes Zinkoxid, Poly(p-phenylenterephthalamid), Nylon 66, sowie Mischungen und Legierungen derselben. Gegebenenfalls kann die erste Barriereschicht auf dem Träger 12 korrespondierend zu einer Ausgestaltung der Verkapselungsschicht 24 ausgebildet sein.
In der Verkapselungsschicht 24 sind über dem ersten Kontaktabschnitt 16 eine erste Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 und über dem zweiten Kontaktabschnitt 18 eine zweite Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 ausgebildet. In der ersten Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 ist ein erster Kontaktbereich 32 freigelegt und in der zweiten Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 ist ein zweiter Kontaktbereich 34 freigelegt. Der erste Kontaktbereich 32 dient zum elektrischen Kontaktieren des ersten Kontaktabschnitts 16 und der zweite Kontaktbereich 34 dient zum elektrischen Kontaktieren des zweiten Kontaktabschnitts 18.
Über der Verkapselungsschicht 24 ist eine Haftmittelschicht 36 ausgebildet. Die Haftmittelschicht 36 weist beispielsweise ein Haftmittel, beispielsweise einen Klebstoff, beispielsweise einen Laminierklebstoff, einen Lack und/oder ein Harz auf. Die Haftmittelschicht 36 kann beispielsweise Partikel aufweisen, die elektromagnetische Strahlung streuen, beispielsweise lichtstreuende Partikel.
Über der Haftmittelschicht 36 ist ein Abdeckkörper 38 ausgebildet. Die Haftmittelschicht 36 dient zum Befestigen des Abdeckkörpers 38 an der Verkapselungsschicht 24. Der Abdeckkörper 38 weist beispielsweise Kunststoff, Glas und/oder Metall auf. Beispielsweise kann der Abdeckkörper 38 im Wesentlichen aus Glas gebildet sein und eine dünne Metallschicht, beispielsweise eine Metallfolie, und/oder eine Graphitschicht, beispielsweise ein Graphitlaminat, auf dem Glaskörper aufweisen. Der Abdeckkörper 38 dient zum Schützen des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1, beispielsweise vor mechanischen Krafteinwirkungen von außen. Ferner kann der Abdeckkörper 38 zum Verteilen und/oder Abführen von Hitze dienen, die in dem herkömmlichen optoelektronischen Bauelement 1 erzeugt wird. Beispielsweise kann das Glas des Abdeckkörpers 38 als Schutz vor äußeren Einwirkungen dienen und die Metallschicht des Abdeckkörpers 38 kann zum Verteilen und/oder Abführen der beim Betrieb des herkömmlichen optoelektronischen Bauelements 1 entstehenden Wärme dienen.
Eine in 4 unten liegende Unterseite des Trägers 12 und eine in 4 oben liegende Oberseite des Abdeckkörpers 38 bilden Hauptflächen des optoelektronischen Bauelements. Über eine oder beide Hauptflächen emittiert das lichtemittierende Bauelement elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht. Der Träger 12 und der Abdeckkörper 38, optional auch die Verkapselungsschicht 24 und die Haftmittelschicht 36, sind an lateralen Seitenflächen 48 des optoelektronischen Bauelements 10 bündig ausgebildet. Das optoelektronische Bauelement 10 kann auch als monolithisches, lichtemittierendes Bauelement, beispielsweise als monolithische OLED, bezeichnet werden.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird Verfahren 500 zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt.
Das Verfahren 500 weist ein Ausbilden 510 mindestens einer lichtemittierenden Schicht, ein Ausbilden 520 einer im Strahlengang der lichtemittierenden Schicht angeordneten Streuschicht, und ein Ausbilden 530 einer bezüglich einer Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelements hinter der lichtemittierenden Schicht angeordneten Spiegelstruktur auf.
Die Spiegelstruktur wird mindestens teilweise durchlässig für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht und mindestens teilweise reflektierend für das auf das lichtemittierende Bauelement einfallende Licht ausgebildet.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können mehrere lichtemittierende Bauelemente auf einem gemeinsamen Träger übereinander oder nebeneinander angeordnet sein. Weiterhin kann das Verfahren Merkmale des lichtemittierenden Bauelementes sinngemäß aufweisen und umgekehrt.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300, 310, 1: Lichtemittierendes Bauelement
110: erste Elektrode und lichtemittierende Schicht
120: Streuschicht
130: Spiegelstruktur
142, 144, 146, 148, 150, 152, 154: Licht
12: Träger
14: erste Elektrodenschicht
16: erster Kontaktabschnitt
18: zweiter Kontaktabschnitt
20: erste Elektrode
21: elektrische Isolierungsbarriere
22: organische funktionelle Schichtenstruktur
23: zweite Elektrode
24: Verkapselungsschicht
32: erster Kontaktbereich
34: zweiter Kontaktbereich
36: Haftmittelschicht
38: Abdeckkörper
500: Verfahren
510, 520, 530: Verfahrensschritte

Claims

Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) aufweisend: • mindestens eine lichtemittierende Schicht, • eine im Strahlengang der lichtemittierenden Schicht angeordnete Streuschicht (120), und • eine bezüglich einer Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelements (100, 200, 300, 310) hinter der lichtemittierenden Schicht angeordnete Spiegelstruktur (130), • wobei die Spiegelstruktur (130) mindestens teilweise durchlässig für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht (152) und mindestens teilweise reflektierend für das auf das lichtemittierende Bauelement (100, 200, 300, 310) einfallende Licht (144) ausgebildet ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß Anspruch 1, wobei das lichtemittierende Bauelement (100, 200, 300, 310) auf einem Träger (12) eine erste Elektrode (20) und eine über der ersten Elektrode (20) angeordnete zweite Elektrode (23) aufweist, wobei die lichtemittierende Schicht zwischen der ersten Elektrode (20) und der zweiten Elektrode (23) angeordnet ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß Anspruch 2, wobei der Träger (12) lichtdurchlässig ausgebildet ist und mindestens eine Hauptemissionsrichtung (154) des lichtemittierenden Bauelementes von der lichtemittierenden Schicht durch den Träger (12) gerichtet ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spiegelstruktur (130) eine Transparenz für das von der lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht (152) aufweist, die größer als 80 % ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spiegelstruktur (130) eine Reflektivität für das auf das lichtemittierende Bauelement (100, 200, 300, 310) einfallende Licht (144) aufweist, die größer als 80 % ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Spiegelstruktur (130) ein Bragg-Spiegel ist oder aufweist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spiegelstruktur (130) monolithisch in dem lichtemittierenden Bauelement (100, 200, 300, 310) integriert ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Spiegelstruktur (130) auf der Seite des Trägers ausgebildet ist, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das lichtemittierende Bauelement (100, 200, 300, 310) eine Abdeckung (38) aufweist, die über der lichtemittierenden Schicht ausgebildet ist, wobei mindestens eine Hauptemissionsrichtung des lichtemittierenden Bauelementes (100, 200, 300, 310) von der lichtemittierenden Schicht durch die Abdeckung (38) gerichtet ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß Anspruch 9, wobei die Spiegelstruktur (130) als Abdeckung (38) ausgebildet ist oder diese aufweist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß Anspruch 9, wobei die Spiegelstruktur (130) auf der Seite der Abdeckung (38) ausgebildet ist, die der lichtemittierenden Schicht abgewandt ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das lichtemittierende Bauelement (100, 200, 300, 310) mindestens eine erste lichtemittierende Schicht und mindestens eine im Strahlengang der ersten lichtemittierenden Schicht angeordnete zweite lichtemittierende Schicht aufweist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß Anspruch 12, wobei die erste lichtemittierende Schicht eine elektrolumineszierende Schicht ist und die zweite lichtemittierende Schicht eine Konversionsschicht ist, die mittels des emittierbaren Lichts der ersten lichtemittierenden Schicht optisch anregbar ist.
Lichtemittierendes Bauelement (100, 200, 300, 310) gemäß Anspruch 12, wobei die erste lichtemittierende Schicht ein erstes, elektrolumineszierendes Material und die zweite lichtemittierende Schicht ein zweites elektrolumineszierendes Material aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements (100, 200, 300, 310), das Verfahren aufweisend: • Ausbilden (510) mindestens einer lichtemittierenden Schicht, • Ausbilden (520) einer im Strahlengang der lichtemittierenden Schicht angeordneten Streuschicht (120), und • Ausbilden (530) einer bezüglich einer Hauptemissionsrichtung (154) des lichtemittierenden Bauelements (100, 200, 300, 310) hinter der lichtemittierenden Schicht angeordneten Spiegelstruktur (130), • wobei die Spiegelstruktur (130) mindestens teilweise durchlässig für das von der mindestens einen lichtemittierenden Schicht emittierbare Licht (152) und mindestens teilweise reflektierend für das auf das lichtemittierende Bauelement (100, 200, 300, 310) einfallende Licht (144) ausgebildet wird.