ORGANISCHES OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERWENDUNG EINES
TRANSPARENTEN ANORGANISCHEN HALBLEITERS IN EINER LADUNGSTRÄGERPAARER EUGUNGSSCHICHTFOLGE
BESCHREIBUNG
[ 0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein organisches optoelektronisches Bauelement, insbesondere betri ft sie ein organisches optoelektronisches Bauelement mit einer
Ladungsträgerpaarerzeugungsschicht , sowie die Verwendung eines transparenten anorganischen Halbleiters in einer
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge eines organischen optoelektronischen Bauelements .
[ 0002 ] Ein optoelektronisches Bauelement ist zur Umwandlung elektrischer Energie in elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise in sichtbares Licht , oder für den umgekehrten Prozess ausgelegt . Man kann jeweils von einer Emittervorrichtung oder einer Detektorvorrichtung sprechen . Soweit die Funktionsschicht zur Energieumwandlung organische
Materialien, wie beispielsweise organische
Halbleitermaterialien, organische Dotiermaterialien oder organische Ladungstransportmaterialien enthält , handelt es sich um ein organisches optoelektronisches Bauelement .
[ 0003 ] Ein Beispiel für ein optoelektronisches Bauelement als Emittervorrichtung ist eine lichtemittierende Vorrichtung, insbesondere eine Iichtemittierende Diode (LED) . Die
Vorrichtung umfasst typischerweise Elektroden, zwischen denen eine aktive Zone angeordnet ist . Über die Elektroden kann der lichtemittierenden Vorrichtung ein elektrischer Strom
zugeführt werden, welcher in der aktiven Zone in optische Energie, d.h. elektromagnetische Strahlung gewandelt wird. Die optische Energie wird über eine Strahlungsauskopplungsfläche aus der lichtemittierenden Vorrichtung ausgekoppelt .
[0004] Eine besondere lichtemittierende Vorrichtung ist die organische lichtemittierende Diode (OLED) . Eine OLED weist in der aktiven Schicht eine organische elektrolumineszente
Schicht bzw. Schichtfolge auf , um elektrische Energie in elektromagnetische Strahlung zu wandeln. Bei Kontaktierung der OLED mit einer Stromquelle über die Elektroden werden
unterschiedliche Ladungsträgertypen in die organische Schicht injiziert. Positive Ladungsträger ( auch als Löcher bezeichnet , wandern von der Anode in Richtung zur Kathode durch die organische Schicht , während Elektronen die organische Schicht von der Kathode in Richtung zur Anode durchwandern . Dabei können Elektronen und Löcher rekombinieren und es bilden sich in der organischen Schicht Anregungszustände in Form von
Elektron-Lochpaaren, sogenannte Exzitonen. Die Exzitonen können unter Emission von elektromagnetischer Strahlung zer allen.
[0005] Ein weiteres Beispiel für ein optoelektronisches Bauelement ist die Detektorvorrichtung , in der optische
Strahlung in ein elektrisches Signal bzw. in elektrische
Energie gewandelt wird. Ein solches optoelektronisches
Bauelement ist beispielsweise ein Photodetektor oder eine Solarzelle . Auch eine Detektorvorrichtung weist eine zwischen Elektroden angeordnete aktive Schicht auf . Die
Detektorvorrichtung weist eine Strahlungseintrittsseite auf , über die elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Licht , In rarot- oder Ultraviolettstrahlung, in die Detektorvorrichtung eintritt und zu der aktiven Schicht geführt wird . In der aktiven Schicht wird unter Einwirkung der Strahlung ein Exziton angeregt , das in einem elektrischen Feld i ein
Elektron und ein Loch aufgeteilt wird. So wird ein
elektrisches Signal oder eine elektrische Ladung erzeugt und an den Elektroden bereitgestellt .
[0006] In allen Fällen ist eine hohe Effizienz der
Umwandlung elektrischer Energie in elektromagnetische
Strahlung bzw. für den umgekehrten Prozess wünschenswert . Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde , ein organisches optoelektronisches Bauelement mit verbesserten intrinsischen Eigenschaften und Leistungsmerkmalen, wie beispielsweise mit einer höheren Homogenität der Stromdichte im Bauelement oder mit einer höheren Leuchtdichte in einer OLED , bereitzustellen.
[0007] Dieses Problem wird durch ein organisches
optoelektronisches Bauelement gemäß dem Patentanspruch 1 und durch die Verwendungen eines transparenten anorganischen
Halbleiters gemäß Patentanspruch 10 und 11 gelöst .
[0008] Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des organischen optoelektronischen Bauelements sind in den
abhängigen Patentansprüchen angegeben .
BEISPIELHAFTE AUS FÜHRUNG S FORMEN
[0009] Die verschiedenen Ausgestaltungen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen gelten in gleicher Weise, soweit analog anwendbar , für das organische optoelektronische Bauelement und für die Verwendung eines transparenten
anorganischen Halbleiters .
[00010] Ausführungsformen des organischen optoelektronischen Bauelements weisen eine Schichtstruktur auf . Die
Schichtstruktur ist dabei zum Trennen von Ladungsträgem eines ersten Ladungsträgertyps von Ladungsträgern eines zweiten Ladungsträgertyps eingerichtet . Beispielsweise handelt es sich bei den Ladungsträgern des ersten Ladungsträgertyps um Löcher und bei den Ladungsträgern des zweiten Ladungsträgertyps um Elektronen. Ein Beispiel für eine solche Schichtstruktur ist eine Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge bzw. " Charge generating layer" { CGL) . Wesentlich Funktion der
Schichtstruktur ist eine Trennung von Ladungsträgerpaaren (bspw. Elektron-Loch- Paaren) bei Einwirken eines äußeren elektrischen Feldes , so dass die Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps {bspw. Elektronen) in einem ersten Bereich der Schichtstruktur und die Ladungsträger des zweiten
Ladungsträgertyps {bspw. Löcher) in einem zweiten Bereich der Schichtstruktur bereitgestellt werden .
[00011] Eine solche Ladungsträgerpaarerzeugungsschientfolge weist beispielsweise einen Potentialsprung bzw. eine
eingebaute Spannung (auch built-ίη vol tage genannt) auf.
Dieser Potentialsprung ist vorteilhafterweise so ausgerichtet, dass das das Valenzband bzw. das HOMO-Energieniveau einer Schicht energetisch in die Nähe bzw. in einen Überlapp mit dem Leitungsband bzw. dem LU O-Energieniveau der angrenzenden Schicht gebracht ist . Der Potentialsprung bzw. die eingebaute Spannung kann durch verschiedene Eigenschaften der Schichten beeinflusst werden. Dazu gehören die Aus rittsarbeit oder die Dotierung der verwendeten Materialien. Ebenso wird durch ein Ausbilden von Grenzflächendipolen an einer
Schichtengrenzfläche der Potentialsprung bzw. die eingebaute Spannung beeinflusst . Durch den PotentialSprung bzw. die eingebaute Spannung kann eine Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren und eine Trennung der Ladungsträger hervorgerufen werden .
[ 00012 ] Die Schichtstruktur weist einen transparenten anorganischen Halbleiter auf . Ein transparenter anorganischer Halbleiter ist ein Halbleiter, der im Bereich des sichtbaren Lichts , d.h. in einem Wellenlängenspektrum von ca. 380 nm bis 780 nm, einen Transmissionskoeffizienten von mehr als 50%, insbesondere von mehr als 80% aufweist . Dazu weist der
transparente anorganische Halbleiter in der Regel zwischen Valenz- und Leitungsband eine Bandlücke von mehr als 3 eV auf . Weil viele im Bereich des sichtbaren Lichts transparente anorganische Halbleiter ein Oxid sind, werden sie häufig auch als transparente leitfähige Oxide (transparent conduetive oxides bzw. TCOs) bezeichnet . In der hier dargestellten
Offenbarung soll unter dem Begriff " transparenter
anorganischer Halbleiter" allgemein ein solcher anorganischer Halbleiter verstanden sein, der in demj enigen Bereich des Weilenlängenspektrums der elektromagnetischen Strahlung im Wesentlichen transparent ist , in dem eine oder mehrere aktiven Schichten des optoelektronischen Bauelements funktional aktiv sind . Beispielsweise betrifft dies für eine organische
lichtemittierende Vorrichtung das sichtbare Spektrum. In einem anderen Beispiel, in dem das organische optoelektronische
Bauelement als IR-Sensor ausgestaltet ist, ist der
transparente anorganische Halbleiter in einem
Wellenlängebereich von 780 nm bis 1 mm im Wesentlichen
transparent . Die Bandlücke des transparenten anorganischen
Halbleiters kann in dieser Ausgestaltung kleiner als 3 eV sein .
[00013] Eine solche Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge weist in verschiedenen Ausführungsformen eine Schichtfolge aus einem n-Gebiet und einem p-Gebiet auf . Als n-Gebiet wird ein Bereich bezeichnet , in dem der Ladungstransport primär durch frei bewegliche Elektronen geschieht . Als p-Gebiet wird ein Bereich bezeichnet, in dem der Ladungstransport primär durch frei bewegliche Löcher geschieht. Sowohl das n-Gebiet als auch das p-Gebiet weist j eweils einen transparenten anorganischen Halbleiter auf oder bestehen aus diesem. Durch die Verwendung anorganischer Halbleiter für das elektronen- und lochleitende Gebiet in der Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge wird eine effiziente Ladungsträgertrennung ermöglicht. Zusätzlich kann durch die Verwendung anorganischer Halbleiter ein
weitgehend verlustfreier Abtransport der Ladungsträger aus der Ladungsträgerpaarerzeugungsschientfolge erfolgen .
[00014] Die Verwendung von transparenten anorganischen
Halbleitern in der LadungsträgerpaarerzeugungsSchicht ist mit einer Vielzahl von Vorteilen verbunden . Einige davon werden nachfolgend beispielhaft aufgeführt .
[00015] Die Verwendung von anorganischen Halbleitern erlaubt im Vergleich zur Verwendung von organischen Halbleitern eine höher erreichbare Ladungsträgerdichte in der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge . Zusätzlich weisen die Ladungsträger in anorganischen Halbleitern in der Regel eine höhere Mobilität als in organischen Halbleitern auf . Damit wird ein geringerer Widerstand über die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge erreicht , als
beispielsweisweise bei Verwendung eines organischen
Halbleitermaterials in der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge . Weiterhin können durch Verwendung von transparenten anorganischen Halbleitern hohe PotentialSprünge und Grenzflächendipole erzeugt werden, die in einer günstigen Bandanpassung für die
Ladungsträgertrennung resultieren. Durch die hohe Fähigkeit der Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge zur
Ladungsträgertrennung ist der Spannungsabfall über die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschich folge reduziert .
[00016] Weiterhin ist bei einem anorganischen Halbleiter die Wahrscheinlichkeit für eine chemische Reaktion an der
Grenzfläche verringert . So wird im Vergleich zu einer
Verwendung organischer Halbleiter eine höhere Stabilität erzielt .
[00017] Weil anorganische Halbleiter im Vergleich zu
organischen Halbleitern eine höheren Schmelzpunkt und eine höhere mechanische Härte aufweisen, ist eine
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge mit transparenten anorganischen Halbleitern stabiler gegen Spannungsspitzen, beispielsweise bei einem Einschalten des optoelektronischen Bauelements, oder gegen Stromüberhöhungen als eine
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge mit organischen
Halbleitern.
[00018] Zusätzlich weisen anorganische Halbleiter gegenüber organischen Halbleitern eine höhere Spannungsfestigkei auf . Dadurch ist eine Ladungsträgerpaarerzeugungsschient olge mit transparenten anorganischen Halbleitern auch bei hohen
Grenzflächenspannungen bzw . eingebauten Spannungen stabil .
[00019] In einigen Ausfüh ungsformen ist zwischen dem n-Gebiet und dem p-Gebiet eine Zwischenschicht angeordnet . Diese kann beispielsweise eine dünne , ebenfalls transparente ,
Isolatorschicht sein, um den Potentialsprung zwischen n- und p-Gebiet günstig zu beeinflussen bzw. die Stabilität der CGL weiter zu erhöhen. Die Zwischenschicht kann auch die Aufgabe haben, Zustände in der Bandlücke der transparenten Halbleiter zu erzeugen und dadurch die Ladungstrennung in der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschicht zu erleichern.
[00020] In einigen Ausführungsformen weist das n-Gebiet wenigstens eines der folgenden Materialien oder eine
stöchiometrisehe Variante dieser auf, oder besteht aus diesem M0O3, W0O3 , Re03 , Alln02 oder InSn02.
[00021] Diese Materialien s nd wegen der ihnen eigenen Austrittsarbeit besonders fü eine Verwendung in dem n-Gebiet einer Ladungsträgerpaarerzeugungsschicht folge geeignet .
Beispielsweise weisen sie die folgenden Austrittsarbeiten auf
[00022] In einigen Ausführungsformen weist das p-Gebiet wenigstens eines der olgenden Materialien oder eine
stöchiometrische Variante dieser auf , oder besteht aus diesem Co02, BaCuSF, BaCuSeF, BaCuTeF , NiO, CuA102 , CuGa02 , Culn02 , Cu20, ZnCo204 , Z h2Ü4 , ZnIr2C>4 , SrCu202 , LaCuOS , LaCuOSe, LaCuOTe .
[00023] Diese Materialien sind wegen der ihnen eigenen Austrittsarbeit besonders für eine Verwendung in dem p-Gebiet einer Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge geeignet .
Beispielsweise weisen sie die folgenden Austrittsarbeiten auf
1. Die genannten Materialien für das n-Gebiet und das Gebiet sind transparente anorganische Halbleiter .
Vorteilhafterweise lassen sie sich bei Substrat- Temperaturen von weniger als 100°C auf die übrigen
Schichten des organischen optoelektronischen Bauelements abscheiden. Insbesondere wird damit während der
Herstellung des Bauelements eine Beschädigung von
organischen Materialien vermieden.
2. In einigen Ausführungsformen weist das organische optoelektronische Bauelement eine an die Schichtstruktur angrenzende aktive Schicht auf . Dabei erfolgt die
Anordnung vorzugsweise derart , dass das n-Gebiet an einen organischen Elektronenleiter bzw. das p-Gebiet an einen organischen Löcherleiter angrenzt .
3. In einigen Ausführungsformen weist die aktive Schicht ein elektrolumineszentes Material auf . Das organische optoelektronische Bauelement ist beispielsweise als OLED ausgestaltet .
4. In einigen Ausführungsformen ist die Schichtstruktur zwischen einer ersten aktiven Schicht und einer zweiten aktiven Schicht angeordnet . Damit kann ein organisches optisches Bauelement mit mehreren getrennten aktiven Schichten , d.h. funktionell unabhängigen Schichten, bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[000241 Verschiedene Ausführungsbeispiele des organischen optoelektronischen Bauelements werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert . In den Figuren geben die erste (n) Ziffer (n) eines Bezugszeichens die Figur an, in denen das Bezugzeichen zuerst verwendet wird. Die gleichen Bezugszeichen werden für gleichartige oder gleich wirkende Elemente bz .
Eigenschaften in allen Figuren verwendet . Es zeigen:
Fig. la eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels einer
Ladungs rägerpaarerzeugungsschichtfolge
Fig. lb eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbe is ie1s einer
Ladungsträgerpaarerzeugungsschientfolge;
Fig. 2a eine schematische Darstellung der Energieniveaus in einer Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ohne angelegter
Spannung ;
Fig. 2b eine schematische Darstellung der Energieniveaus in der Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit angelegter
Sperrspannung ;
Fig. 2c eine schematische Darstellung der Energieniveaus in einer Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ohne angelegter
Spannung ;
Fig . 2d eine schematische Darstellung der Energieniveaus in der Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge gemäß dem zweiten Ausführungsbeispie1 mit angelegter Sperrspannung ;
Fig. 2e eine schematische Darstellung der Energieniveaus in der Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge mit einem lochleitenden und einem elektronenleitenden transparenten anorgan.isehen Halbleitermaterial
Fig. 3a eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Bauelements;
Fig. 3b ein Ersatzschaltbild für das erste
Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements aus Fig . 3a;
Fig . 4 eine schematische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Bauelements und
Fig . 5 eine schematische Darstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Bauelements .
LADUNGSTRÄGER PAARE RZEUGUNGSS SCHICHTFOLGE
[00025] Fig. la und Fig. lb zeigen eine schematische
Darstellung eines ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels einer Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100.
[00026] Die Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 weist in unterschiedlichen Ausgestaltungen eine Schichtfolge von transparenten anorganischen Halbleitermaterialien auf . In dem in der Fig. la dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 als eine
Schichtfolge einer elektronenleitenden ersten Halbleiterschicht 102 und einer löcherleitenden zweiten
Halbleiterschicht 104 ausgestaltet . Die erste
HalbleiterSchicht 102 wird auch als n-Gebiet bezeichnet . Die zweite HalbierterSchicht 104 wird auch als p-Gebiet
bezeichnet .
[00027] Das n-Gebiet kann unterschiedliche transparente anorganische Halbleitern aufweisen oder aus ihnen bestehen. Es eignen sich beispielsweise Metalloxide , wie etwas M0O3 , W0O3 oder ReÜ3 , die thermisch verdampfbar sind und daher während eines Herste llprozesses auch auf organische
Halbleiterschich en aufgedampft werden können . Ebenso sind elektronenleitende Delafossite , wie AlInC>2 geeignet , die mittels gepulster Laserdeposition auf organische oder
anorganische Schichten aufgebracht werden können. Auch
Indiumzinnoxid (Indium Tin Oxide bzw. ITO) ist als Material für den n-Bereich geeignet . ITO wird bereits in Zusammenhang mit organischer Elektronik verwendet und kann beispielsweise mittels eines Sputtervorgangs aufgebracht werden. Schließlich können auch viele weitere , beispielsweise in Zusammenhang mit transparenten Elektroden bekannte TCOs für den n-Bereich verwendet werden .
[00028] Auch das p-Gebiet kann unterschiedliche transparente anorganische Halbleiter aufweisen oder aus ihnen bestehen . Es eignen sich beispielsweise Materialien wie BaCuSF, BaCuSeF, BaCuTeF, die bei Raumtemperatur mit gepulster Laserdeposition abgeschieden werden können . Auch Oxide, wie beispielsweise NiO können bei Raumtemperatur, etwa mit Laserdeposition auf einen organischen SchichtStapel aufgebracht werden . Ebenfalls sind lochleitende Cu-haltige Delafossite geeignet, wie etwa Cu 02 , wobei M eine trivalentes Kation ist, etwa AI , Se, Ga In, oder auch C Ü2 , CuYi_xCAx02 bzw. CuCr1_xMgx02. Diese können durch gepulste Laserdeposi ion oder mittels Sputtermethoden
abgeschieden werden . Auch Zinkoxid-Verbindungen sind geeignet . So kann beispielsweise Znf^G^ verwendet werden, wobei M aus der Gruppe Co, Rh, Ir ausgewählt sein kann . Diese Verbindungen können bei Raumtemperatur, beispielsweise mit gepulster
Laserdeposition abgeschieden werden. Auch SrCU202 , LaCuOS, LaCuOSe oder LaCuOTe können für das p-Gebiet als anorganische Halbleiter verwendet werden . Ebenso sind dotierte Materialien, wie etwa Mg-dotiertes CuCrÜ2 denkbar .
[ 00029 ] Zwischen der ersten Halbleiterschicht 102 und der zweiten Halbleiterschicht 104 ist eine Grenzfläche 106
ausgebildet . An der Grenzfläche 106 bildet sich ein
Potentialsprung bzw. eine eingebaute Spannung . Der
Potentialsprung bzw. die eingebaute Spannung ist mit einem intrinsischen elektrischen Feld E assoziiert . Zusätzlich kann an das Bauteil noch eine externe Spannung angelegt werden, die zum Teil über der Grenzfläche 106 abfallen kann und ebenfalls zum elektrischen Feld beitragen kann .
[ 0003 0 ] In Nähe der Grenzfläche 106 kann spontan ein
Ladungsträgerpaar bzw. Elektron-Loch Paar 108 entstehen .
Soweit das Ladungsträgerpaar 108 in der zweiten
Halbleiterschicht 104 entsteht , kann das Elektron die
Grenzfläche 106 durchqueren und so einen freien Zustand in der ersten Halbleite schicht 102 besetzen. In der zweiten
Kalbleiterschicht 104 verbleibt zunächst ein unbesetzter
Zustand in Form des Lochs . Diese Trennung der Ladungsträger geschieht unter dem Einfluss des elektrischen Feldes an der Grenzfläche , die gleichzeitig die sofortige Rekombination des Elektro -Loc -Paares verhindert . Unter Anlegen einer externen Spannung können dann die Elektronen und Löcher zur Anode bzw. Kathode abgeführt v/erden .
[00031] Der Übergang des Elektrons über die Grenzfläche kann durch verschiedene Prozesse passieren. So kann der Transfer durch einen Tunnelprozess geschehen oder durch Hüpfprozesse über Grenzflächenzustände die nahe der Bandlücke der
Halbleiter im n- und p-Gebiet liegen. Die Transferprozesse können isoenergetisch sein oder thermisch aktiviert unter Beteiligung von Phononen. Diese Prozesse werden nachfolgend anhand der Energieniveaus eines solchen Systems beschrieben.
[00032] In dem in Fig. 1b dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 102 und der organischen Halbleiterschicht 104 eine geeignete Zwischenschicht 110 (interlayer) angeordnet. Die
Zwischenschicht 110 dient beispielsweise als
Potentialbarriere und/oder als Barriere zur Vermeidung von Interdiffusionsprozessen bzw, von chemischen Reaktionen zwischen der zwischen der ersten Halbleiterschicht 102 und der organischen Halbleiterschicht 104. Sie weist beispielsweise ein Material aus der Klasse der Phtalocyanine bspw. H2PC , CuPc oder ZnPc, nichtleitfähige transparente Oxide, wie
beispielsweise Si02 , T1O2 , AI2O3 , Nitride, wie beispielsweise SiN, Dielektrika, dünne Metallfilme {z.B. Ag oder AI) oder halb- isolierendes ZnO auf . Mit Hilfe der Zwischenschicht 110 kann die Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100
hinsichtlich der Spannungsfest igkeit stabilisiert werden .
Mittels der Zwischenschicht 110 kann zusätzlich die
Potentialbarriere , insbesondere die Breite der
Potentialbarriere , zwischen der ersten HalbleiterSchicht 102 und der zweiten Halbleiterschicht 104 gestaltet werden . So kann beispielweise die Stärke eines entstehenden Tunnelstroms beeinf lusst werden. Die Zwischenschicht 110 kann auch die Aufgabe haben , durch Veränderung der Grenzflächendipole den Potentialsprung zwischen n- und p-Gebiet günstig zu
beeinflussen oder auch dazu dienen, Zustände in der Bandlücke der transparenten Halbleiter zu erzeugen und dadurch die
Ladungstrennung in der LadungsträgerpaarerzeugungsSchichtfolge 100 zu erleichtern.
ENERGIENIVEAUS IN DER
LADUNG STRÄGERPAARERZEUGUNGS SCHI CHT FOLGE
[00033] Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung der
Energieniveaus in der Ladungsträgerpaarerzeugungsschientfolge 100 ohne angelegte Spannung . Die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 weist die erste Halbleiterschicht 102 als n-Gebiet und die zweite
Halbleiterschicht 104 als p-Gebiet auf. Dargestellt sind in der Fig. 2a die Energieniveaus in der ersten Halbleiterschicht 102 und der zweiten Halbleiterschicht 104. Angegeben sind jeweils das Leitungsband 200 und das Valenzband 202 der ersten Halbleiterschicht 102 und der zweiten Halbleiterschicht 104. Das Leitungsband 200 gibt den Energiebereich an, in dem der Ladungstransport vorwiegend durch Elektronen geschieht . Das Valenzband 202 gibt den Energiebereich an, in dem der
Ladungstransport vorwiegend durch Löcher geschieht . Zwischen Leitungsband 200 und Valenzband 202 befindet sich eine
Bandlücke , die groß genug ist , damit die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 in dem von einem sie umfassenden, organischen optoelektronische Bauelement emittierten oder detektierten Spektralbereich im Wesentlichen transparent ist . Beispielsweise ist für das Spektrum des sichtbaren Lichts die Bandlücke größer als 3 eV. Eine
Bandlücke der ersten Halbleiterschicht 102 kann sich dabei von einer Bandlücke der zweiten Halbleiterschicht 104
unterscheiden .
[00034] Die erste Halbleiterschicht 102 weist ein niedrigeres Valenz- und Leitungsband als die zweite Halbleiterschicht 104 auf . An der Grenzfläche 106 gehen die Energieniveaus durch freie Ladungsträger oder mögliche Dipolbildungen
kontinuierlich ineinander über . Eine Grenzflächenspannung bzw. ein Poten ialsprung oder eine eingebaute Spannung wird
ausgebildet . Diese Grenzflächenspannunug (built- in voltage) ist assoziiert mit einem intrinsischen elektrischen Feld . Die Fermi -Niveaus gleichen sich an und es entsteht ein Transfer von freien Ladungsträgern . Im Fall von dotierten Schichten kann so eine Ausbildung einer Verarmungszone hervorgerufen werden. Es kommt zu einer Bandverbiegung an der Grenzfläche 106. Dabei liegt das Niveau des Leitungsbands 200 in der ersten Halbleiterschicht 102 in Nähe oder unterhalb eines
Permi -Niveaus 204 , während das Leitungsband 200 in der zweiten Halbleiterschicht 104 in Nähe oder oberhalb des Fermi-Niveaus 204 liegt . Lediglich im n-Gebiet sind damit Zustände im
Leitungsband 200 besetz . Das n-Gebiet ist elektronenleitend.
[00035] Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung der
Energieniveaus in der Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 bei einer angelegten Sperrspannung . Die Sperrspannung ist mit einem elektrischen Feld E verbunden . Aufgrund der
Sperrspannung verschieben sich die Energieniveaus in den
Halbleiterschichten, indem sie aufgrund des Spannungsabfalls über die Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 geneigt werden . An der Grenzfläche 106 entsteht so ein Bereich, in dem Leitungsband 200 der ersten Halbleiterschicht 102 gleiche Werte annimmt wie das Valenzband 202 der zweiten
Halbleiterschicht 104. Durch Quantenfluktuationen kann sich in an der Grenzfläche 106 in der zweiten Halbleiterschicht 104 ein Ladungsträgerpaar 108 bilden . Das Ladungsträgerpaar 108 besteht aus einem Elektron und einem Loch . Durch die
Bandverbiegung an der Grenzfläche 106 durchquert das Elektron mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit in einem
Tunnelprozess die Potentialbarriere an der Grenzfläche 106 und besetzt einen freien Zustand in dem Leitungsband 200 der ersten Halbleiterschicht 102. Durch die eingebaute Spannung , bzw. durch eine von außen angelegte Spannung , werden
Ladungsträgerpaare getrennt und die einzelnen Ladungsträger anschließend abtransportiert .
[00036] Das verbleibende Loch wird durch das elektrische Feld E von der Grenzschicht 106 weg aus der zweiten
Halbleiterschicht 104 transportiert . Das Elektron in der ersten Halbierterschicht 102 wird durch das abfallende
Leitungsband 200 von der Grenzschicht 106 wegtransportiert . Im Ergebnis werden unter Anlegen einer Sperrspannung aufgrund intrinsischer Anregungen an der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 zusätzliche freie Ladungsträger bereitgestellt .
[00037] Fig. 2c und Fig. 2d zeigen die eine schematische Darstellung der Energieniveaus in der Ladungsträgerpaar-erzeugungsSchichtfolge 100 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den Fig. 2a und Fig. 2b ist die Zwischenschicht 110 ( interlayer) des zweiten
AusführungsbeiSpiels dargestellt ist . Diese Zwischenschicht sorgt für eine breitere Potentialbarriere zwischen den
Energieniveaus in der ersten Halbleiterschicht 102 und der zweiten Halbleiterschicht 10 . Dadurch wird bei der
Ladungstrennung ein Tunnelprozess durch die Potentialbarriere erforderlich . Ein daraus resultierender Tunnelstrom ist von der Breite der Potentialbarriere abhängig . Durch die
Potentialbarriere wird j edoch gleichzeitig eine Rekombination der Ladungsträger unterdrückt . Eine Trennung der Ladungsträger wird im Ergebnis besser aufrechterhalten, so dass ein
Abtransport der Ladungsträger vereinfacht wird.
[00038] Fig. 2e zeigt eine schematische Darstellung der Energieniveaus in der Ladungserzeugungsschichtfolge mit einem lochleitenden und einem elektronenleitenden transparenten anorganischen Halblei ermaterial . Dabei ist für ein
lochleitendes transparentes anorganisches Halbleitermaterial 206 eine erste Bandkante 210 des Valenzbands und eine darüber liegende zweite Bandkante 212 des Leitungsbands dargestellt . Die erste Bandkante 210 und die zweite Bandkante 212 liegen unterhalb einer ersten Vakuumenergie 214 des ersten
anorganisehen Halbleitermaterials 206.
[00039 ] Daneben ist für das für ein elektronenleitendes transparentes anorganisches Halbleitermaterial 208 eine dritte Bandkante 216 des Valenzbands und eine darüber liegende vierte Bandkante 218 des Leitungsbands dargestellt . Die dritte
Bandkante 216 und die vierte Bandkante 218 liegen unterhalb einer zweite Vakuumenergie 220 des ersten anorganischen
Halbleitermaterials 206.
[ 00040 ] Die erste Bandkante 210 liegt unterhalb der dritten Bandkante 216, so dass das Valenzband des elektronenleitenden transparenten anorganischen Halbleitermaterials 208 über das Valenzband des lochleitenden transparenten anorganischen
Halbleitermaterials 206 liegt, Ebenso ist die erste
Vakuumsenergie 214 geringer als die zweite Vakuumsenergie 220. Auch das Leitungsband des elektronenleitenden transparenten anorganischen Halbleitermaterials 208 überragt das
Leitungsband des lochleitenden transparenten anorganischen Halbleitermaterials 206, so dass die vierte Bandkante 218 oberhalb der zweiten Bandkante 212 liegt.
[00041] Ein Permi -Niveau 222 des Systems liegt zwischen der zweiten Bandkante 212 und der dritten Bandkante 218, Damit sind im lochleitenden transparenten anorganischen
Halbleitermaterial 206 Zustände am Fermi -Niveau 222 mit
Löchern besetzt, während im lochleitenden transparenten anorganischen Halbleitermaterial 206 Zustände am Fermi -Niveau 222 mit Elektronen besetzt sind.
[ 00042 ] Durch Fluktuationen kann beispielsweise in dem lochleitenden transparenten anorganischen Halbleitermaterial 206 ein Elektron aus dem Leitungsband des lochleitenden transparenten anorganischen Halbleitermaterials 206 in den elektronenleitenden transparenten anorganischen
Halbleitermaterials 206 übertreten und dort einen freien
Zustand unterhalb des Fermi -Niveaus 222 besetzten. Die
Wahrscheinlichkeit für eine solche Fluktuation wird wesentlich durch die Austrittsarbeit definiert, d.h. durch die Differenz zwischen der zweiten Bandkante und der ersten Vakuumsenergie 214.
[ 00043 ] Während so im lochleitenden transparenten
anorganischen Halbleiterraaterial 206 ein unbesetzter Zustand, d.h.. ein Loch, verbleibt, wird im elektronenleitenden
transparenten anorganischen Halbleitermaterial 208 ein frei bewegliches Elektron bereitgestellt. Insgesamt werden so über eine Grenzflächenfluktuation Ladungsträger bereitgestellt.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMEN S
[00044] Fig. 3a zeigt die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines organischen
optoelektronischen Bauelements mit einer
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge . Das organische
optoelektronische Bauelement 300 weist eine Anode 302 und eine Kathode 304 auf. Die Anode 302 und die Kathode 304 dienen als Elektroden des organischen optoelektronischen Bauelements 300. Sie sind mit einer externen Stromquelle 306 verbunden.
Zwischen der Anode 302 und der Kathode 304 ist ein
Schichtstapel aus organischen und anorganischen
Halbleitermaterialien angeordnet. Die Anode 302 und die
Kathode 304 weisen jeweils ein elektrisch leitfähiges Material auf, das hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften gewählt sein kann. Beispielsweise kann die Anode 302 und/oder die
Kathode 304 aus einem transparenten Material bestehen, das ein Metalloxid, wie ITO und/oder ein transparentes, leitfähiges Polymer enthält oder einen dünnen Metallfilm aufweisen. Ebenso kann wenigstens eine der Anode 302 und der Kathode 304 aus einem hochleitfähigen, reflektierenden Material bestehen, das beispielsweise ein Metall, etwa Aluminium, Silber, Platin, Kupfer oder Gold, oder eine Metalllegierung enthält.
[00045] Über die Anode 302 werden Löcher in den Schichtstapel injiziert, während über die Kathode 304 Elektronen in den Schichtstapel injiziert werden. Gleichzeitig liegt zwischen der Anode 302 und der Kathode 304 ein elektrisches Feld 1 an. Das elektrische Feld E bewirkt, dass aus der Anode 302
injizierte Löcher durch den Schichtstapel in Richtung der Kathode 304 wandern. Aus der Kathode 304 injizierte Elektronen wandern unter Einfluss des elektrischen Feldes E in Richtung der Anode 302.
[00046] Der Schichtstapel weist eine Reihe unterschiedlicher funktioneller Schichten auf. Unmittelbar auf der Anode 302 ist eine lochtransportierende Schicht 308 aufgebracht. In einigen Ausführungsbeispielen ist auch eine Folge mehrerer
lochtransportierender Schichten vorgesehen. Auf der
lochtransportierenden Schicht 308 ist eine erste aktive
Schicht 310 aufgebracht. Die lochtransportierende Schicht 308 dient dem Transport von aus der Anode 302 injizierten Löchern in die erste aktive Schicht 310. Sie kann beispielsweise ein p-dotiertes leitfähiges organisches oder anorganisches
Material aufweisen. Für die p-Dotierung kann jedes geeignetes Material verwendet werden. Beispielsweise kann die
lochtransportierende Schicht ein organisches
Lochleitermaterial (z . B. alpha-NPD) sein, das mit Wolframoxid oder eine Molybdänoxid dotiert ist.
[00047] Weil der Ladungsträgertransport in organischen
Halbleitern vorwiegend durch Hüpf- bzw. Tunnelprozesse
erfolgt, können sich die Beweglichkeiten von Löchern und
Elektronen erheblich unterschieden. Damit eine
Exzitonenbildung nicht in der Anode 302, sondern insbesondere in der ersten aktiven Schicht 310, stattfindet, kann weiterhin eine eiektronentransport-blockierende Schicht zwischen Anode 302 und der ersten aktiven Schicht 310 vorgesehen sein.
[00048] Der Schichtstapel weist weiterhin eine zweite aktive Schicht 312 auf, die von der ersten aktiven Schicht 310 durch eine Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 getrennt ist. Die zweite aktive Schicht 312 ist von einer
elektronentransportierende Schicht 314 und der darüber
angeordneten Kathode 304 bedeckt. Die
elektronentransportierende Schicht 314 dient dem Transport von aus der Kathode 304 injizierten Elektronen in eine zweite aktive Schicht 312. Sie kann beispielsweise ein n-dotiertes leitfähiges organisches oder anorganisches Material aufweisen.
[00049] Zusätzlich zu den elektronen- und lochleitenden
Schichten und den aktiven Schichten können noch weitere
Hilfsschichten vorhanden sein, beispielsweise zur Abstimmung und Begrenzung des Transportes von Elektronen und Löchern oder von Exzitonen (sogenannte Elektronen-, Loch- und
Exzitonenblocker) .
[00050] Die Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 dient der Bereitstellung von zusätzlichen Ladungsträgerpaaren, indem sie Löcher in Richtung der Kathode 304 und Elektronen in
Richtung der Anode 302 injiziert. Zwischen der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 und der Anode 302 stehen der ersten aktiven Schicht 310 damit mehr Ladungsträger bereit . Ebenso werden der zweiten aktiven Schicht 312 mehr Ladungsträger bereitgestellt . Dies hat zur Folge , dass
vergleichsweise kleine Ströme durch Anode und Kathode fließen können . Anhand des Beispiels einer OLED wird der damit
verbundene Vorteil deutlich . Die Funktion der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 kann anschaulich so beschrieben werden, dass sie mehrere einzelne OLEDs in Form der aktiven Schichten in Reihe verbindet .
[00051] Fig. 3b zeigt ein Ersatzschaltbild für das erste Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements aus
Fig. 3a. Das optoelektronische Bauelement 300 (gestrichelt dargestellt) kann elektrisch im Wesentlichen durch die
Reihenschaltung einer ersten Diode 316 und einer zweite Diode 318 angegeben werden . Dabei repräsentieren die Dioden das nicht -ohmsche, d.h. das nichtlineare Verhalten der organischen Funktionsschichten. Die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschich folge entspricht einem
Element 320 , durch welches ladungsneutral zusätzliche
Ladungsträger innerhalb der Serienschaltung bereitgestellt werden. Dieses kann elektrisch äquivalent durch eine in
Sperrrichtung geschaltete Tunneldiode dargestellt werden.
Durch das intrinsische Bereitstellen von Ladungsträgern können aus der ersten Diode 316 und der zweiten Diode 318 mehrere Photonen pro aus der Stromquelle 306 injizierten
Ladungsträgerpaaren emittiert werden . Insgesamt ist so bei allen Ausführungen die Stromeffizienz , d.h. das Verhältnis von emittierter Strahlung zu eingebrachtem elektrischen Strom {cd/A) des optoelektronischen Bauelements 300 deutlich erhöht . Weil auch mit geringen Strömen in den Elektroden eine hohe Leuchtstärke erzielt werden kann, verringert sich der
Spannungsabfa11 über den flächigen Elektroden (Anode oder Kathode) , Dadurch kann bei großflächigen OLEDs ein besonders homogenes Leuchtbild erzielt werden . Ein weiterer Vorteil des Stapeins der aktiven Schichten ist , dass diese jeweils nur eine geringe Leuchtdichte bereitstellen müssen. Es ergibt sich einerseits eine höhere Leuchtdichte bei gleicher Lebensdauer, bzw. eine höher Lebensdauer bei gleicher Leuchtdichte
gegenüber einem ungestapelten Bauelement . Ein wesentlicher Aspekt für das Stapeln von aktiven Schichten in einer
Schichtfolge ist dabei , dass über die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge genügend Ladungsträger bereitgestellt werden und dass die Absorption der in der aktiven Schicht emittierten Strahlung durch die Verwendung von transparenten anorganischen Halbleitern weitgehend vermieden wird . Gleichzeitig wird durch die hohe Ladungsträgermobiiitat in anorganischen Halbleitern ein geringer Spannungsabfall über die Ladungsträgerpaarerzeugungsschientfolge ermöglicht .
[00052] Im Beispiel der OLED sind sowohl die erste aktive Schicht 310 als auch die zweite aktive Schicht 312
lichtemittierende Schichten. Dazu weisen die erste aktive Schicht 310 und die zweite aktive Schicht 312 jeweils ein organisches Elektrolumineszenzmaterial auf , mittels dem die Bildung von Exzitonen aus Ladungsträgern und ein
anschließender Zerfall unter Emission elektromagnetischer Strahlung hervorgerufen wird. Die Auswahl des
Slektrolumineszenzmaterials ist ein sich fortlaufend
weiterentwickelnder Bereich . Zu Beispielen für derartige organische Elektrolumineszenzmaterialien zählen ·.
• (i) Poly (p-phenylenvinylen) und seine Derivate , an
verschiedenen Positionen an der Phenylengrup e substituiert ;
• (ii) Poly (p-phenylenvinylen) und seine Derivate, an
verschiedenen Positionen an der Vinylengruppe substituiert ;
• (iii) Poly (p-phenylenvinylen) und seine Derivate, an
verschiedenen Positionen an der Phenylenkomponente und auch an verschiedenen Positionen a der Vinylengruppe
substituiert ;
• (iv) Polyarylenvinylen, wobei es sich bei dem Arylen um
solche Gruppen wie e wa Naphthalin, Anthracen, Furylen, Thienylen, Oxadiazol und dergleichen handeln kann;
• (v) Derivate von Polyarylenvinylen, wobei das Arylen wie in (iv) oben sein kann und zusätzlich. Substituenten an
verschiedenen Positionen an dem Arylen aufweisen kann;
• (vi) Derivate von Polyarylenvinylen, wobei das Arylen wie in (iv) oben sein kann und zusätzlich Substituenten an
verschiedenen Positionen an dem Vinylen aufweisen kann,- • (vii) Derivate von Polyarylenvinylen, wobei das Arylen wie in (iv) oben sein kann und zusätzlich Substituenten an verschiedenen Positionen an dem Arylen und Substituenten an verschiedenen Positionen an dem Vinylen aufweisen kann;
• (viii) Copolymere von Arylen-Vinylen-Oligomeren wie etwa
solche in (iv) , (v) , (vi) und (vii) mit nichtkonj ugierten Oligomeren; und
• (ix) Poly (p-phenylen) und seine Derivate, an verschiedenen Positionen an der Phenylengruppen substituiert,
einschließlich Leiterpolymerderivate wie etwa Poly (9,9- dialkylfluoren) und dergleichen;
• (x) Polyarylene , wobei es sich bei dem Arylen um solche
Gruppen wie Naphthalin, Anthracen, Furylen, Thienylen, Oxadiazol und dergleichen handeln kann ; und ihre an
verschiedenen Positionen an der Arylengruppe substituierten Derivate ;
• (xi) Copolymere von Oligoarylenen wie etwa solche in (x) mit nichtkonj ugierten Oligomeren;
• (xii) Polychinolin und seine Derivate ;
• (xiii) Copolymere von Polychinolin mit p-Phenylen,
substituiert an dem Phenylen mit beispielsweise Alkyl- oder Alkoxygruppen, um Lösiichkeit zu erhalten; und
• (xiv) Starre Stabpolymere wie etwa Poly (p-phenylen- 2 , 6- benzobisthiazol) , Poly (p-phenylen- 2 , 6 -benzobisoxazol) , Poly (p-phenylen- 2 , 6-benzimidazol) und ihre Derivate .
[00053] Zu anderen organischen emittierenden Polymeren wie etwa solchen, die Polyfluoren verwenden, zählen Polymere, die grünes , rotes , blaues oder weißes Licht emittieren, oder ihre Familien, Copolymere, Derivate oder deren Mischungen. Zu
anderen Polymeren zählen Polyspxrofluoren-artige Polymere . [00054] Alternativ können anstatt Polymeren kleine organische Moleküle, die über Fluoreszenz oder über Phosphoreszenz emittieren, als die organische Elektrolumineszenzschicht dienen. Zu Beispielen für kleinmolekülige organische
Elektrolumineszenzraaterialien zählen*.
(i) Tris (8-hydroxychinolinato) aluminium, (Alq3 ) ;
(ii) 1, 3 -Bis (N, -dimethylaminophenyl) -1,3, 4-oxidazol (OXD-8 ) ;
(iii) -Oxo-bis (2-methyl-8-chinolinato) aluminium;
(iv) Bis ( 2 -methyl - 8 -hydroxychinolinato) aluminium;
(v) Bis (hydroxybenzochinolinato) beryllium (BeQ . sub .2) ;
(vi) Bis (diphenyl-vinyl) biphenylen (DPVBI) ; und
(vii) Arylamin- substituiertes Distyrylarylen (DSA-Amin) .
[ 00055 ] Die erste aktive Schicht 310 und die zweite aktive Schicht 312 können jeweils eine weiß-emittierende Schicht sein . Das bedeutet , dass sowohl die erste aktive Schicht 310 als auch die zweite aktive Schicht 312 elektromagnetische Strahlung im gesamten sichtbaren Spektrum emittieren. Durch das Stapeln zweier aktiver Schichten braucht jede der ersten aktiven Schicht 310 und der zweiten aktiven Schicht 312 nur eine geringe Leuchtstärke , wobei trotzdem eine hohe
Leuchtstärke des gesamten optoelektronischen Bauteils 300 erreicht wird . Dabei ist es besonderes vorteilhaft , dass die anorganischen Halbleiter der zwischen den aktiven Schichten angeordneten Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 eine hohe Transparenz im Bereich des sichtbaren Lichts aufweist . In Folge wird eine hohe Lichtausbeute aus dem optoelektronischen Bauteil erzielt .
[ 00056 ] Durch das Vorsehen der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 wird durch die Inj ektion zusätzlicher Ladungsträger in die angrenzenden aktiven Schichten die Ladungsträgerdichte insgesamt erhöht . Beispielsweise rekombinieren in einer OLED in den aktiven Schichten Elektron-Loch- Paare elektrolumineszent . Die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge trennt Ladungsträger wieder und stellt damit Elektron-Loch- Paare für eine zweiten aktive Schicht zur Verfügung . Prozesse , wie beispielsweise die Bildung oder die Dissoziation von Ladungsträgerpaaren oder
Exzitonen, werden verstärkt . Da ein Teil der Ladungsträger in der LadungsträgerpaarerzeugungsSchichtfolge 100, d.h. im organischen optoelektronischen Bauelement 300 selber,
bereitgestellt werden, kann eine geringe Stromdichte an der Anode 302 und der Kathode 304 erreicht werden.
[ 00057 ] Die erste aktive Schicht 310 und die zweite aktive Schicht 312 können auch in zueinander verschobenen Spektren elektromagnetische Strahlung emittieren. So kann
beispielsweise die erste aktive Schicht 310 in einem blauen Farbspektrum Strahlung emittieren, während die zweite aktive Schicht 312 Strahlung in einem grünen und roten Farbspektrum emittiert . Eine solche zweite aktive Schicht 312 wird auch als "Gelb- Funktionsblock" bzw. "yellow building block" bezeichnet . Jede andere gewünschte oder geeignete Aufteilung ist ebenfalls denkbar . Vorteilhaft ist dabei insbesondere , dass eine
Aufteilung nach unterschiedlichen physikalischen und
chemischen Eigenschaften von Emittermaterialien getroffen werden kann . Beispielsweise kann ein oder mehrere f luoreszente Emittermaterialien in der ersten aktiven Schicht 310
eingebracht sein, während ein oder mehrere phosphoreszente Emittermaterialien in der zweiten aktiven Schicht 312
eingebracht sind . Durch die Anordnung der
LadungsträgerpaarerzeugungsSchichtfolge 100 wird bereits eine Trennung der Emittermaterialien erreicht , so das
beispielsweise Degradationen durch Diffusion oder Reaktion von organischen Materialien verhindert wird. Durch das Trennen der Emissionsspektren der beiden aktiven Schichten kann
insbesondere auch ein gewünschter Farbort des
optoelektronische Bauelements eingestellt werden .
[ 00058 ] Ein weiterer Vorteil des Stapeins der aktiven
Schichten ist, dass die Ladungsträgertransport- und
Rekombinationsprozesse der aktiven Schichten voneinander getrennt werden. Beispielsweise müssen bei einer
nichtgestapelten OLED die Ladungsträger in allen
elektrolumineszenten Schichten in festgelegten Anteilen rekombinieren . Das bedeutet wiederum das die Ladungsträger einen Teil der elektrolumineszenten Schichten ohne
Rekombination durchqueren müssen. Eine Veränderung von einer elektrolumineszenten Schicht hat daher auch immer Auswirkung auf die Rekombination in einer anderen. Dieser wechselseitige Einfluss wird durch die Trennung der elektrolumineszenten
Schichten mit einer Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge vorteilhaft unterdrückt.
[00059] Insgesamt bietet der Aufbau eines organischen
optoelektronischen Bauelements mit einer transparente
anorganische Halbleiter enthaltenden
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 die Möglichkeit, besonders leistungsfähige optoelektronische Bauelemente
bereitzustellen.
ZWEITES AUS FÜHRUNGSBEISPIEL DES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS
[00060] Fig. 4 zeigt die schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines organischen
optoelektronischen Bauelements 400. Dabei unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten
Ausführungsbeispiel der Fig. 3a in der Schichtfolge zwischen der Anode 302 und der Kathode 304. Der Schichtstapel des zweiten Ausführungsbeispiels weist eine zweite
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 402 und eine dritte aktive Schicht 404 auf, die zwischen der zweiten aktiven
Schicht 312 und der elektronentransportierenden Schicht 314 angeordnet sind.
[00061] Das organische optoelektronische Bauelement 400 weist damit eine Stapelstruktur aus drei aktiven Schichten auf. Die Stapelstruktur (oder stacked device) kann auch weitere Stapel (stack) aus einer Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge und einer aktiven Schicht aufweisen. Prinzipiell ist es denkbar, eine Struktur mit beliebig vielen Stacks bereitzustellen. Eine Stapelstruktur mit zwei aktiven Schichten wird beispielsweise auch als Tandemstruktur bezeichnet. Ähnliche Strukturen sind beispielsweise aus dem Dokument [1] oder dem Dokument [2] bekannt, die hiermit durch Rückbezug in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen werden.
[00062] Die Stapelstruktur ist insbesondere geeignet, eine OLED bereitzustellen, die weißes Licht emittiert. Dabei ist die Ausführung mit drei verschiedenen Stapeln, wie im Fall des dritten Ausführungsbeispiels , besonders vorteilhaft. So kann beispielsweise ein sogenannter " RGB -Emitter" bereitgestellt werden, in dem je eine aktive Schicht ein rotes, ein grünes oder ein blaues Farbspektrum emittiert. Damit kann ein genauer Farbort des insgesamt emittierten Spektrums eingestellt werden. Durch die Aufteilung in drei aktive Schichten kann beispielsweise jedes verwendete Emittermaterial in eine optisch optimale Position innerhalb des Schichtstapels
eingebracht sein. Dabei können Effekte, wie Absorption
unterschiedlicher Wellenlängen oder Brechungsindizes an
Grenzflächen berücksichtigt sein.
[00063] Es ist selbstverständlich, dass das oben gesagte auch in analoger Weise für ein organisches optoelektronisches
Bauelement 400 gilt, in der wenigstens eine der aktiven
Schichten als Detektor wirkt.
DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DES OPTOELEKTRONISCHEN
BAUELEMENTS
[00064] Fig, 5 zeigt die schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines organischen
optoelektronischen Bauelements 500 mit einer
Ladungsträgerpaarerzeugungsschich folge 100. Das dritte
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten
Ausführungsbeispiel dadurch , dass lediglich eine aktive
Schicht 310 vorgesehen ist . Diese ist zwischen der elektronentransportierenden Schicht 314 und der lochtransportierenden Schicht 308 angeordnet . Die
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 ist zwischen der Anode 302 und der lochtransportierenden Schicht 308
angeordnet .
[00065] Durch die Anordnung der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 an der Anode 302 können leichter Ladungsträger, d.h. insbesondere Löcher, in den Schichtstapel eingebracht werden. Dies ist besonders geeignet, um Effekte durch eine Austrittsarbeit des
Anodenmaterials zu unterdrücken, die gegebenenfalls zu einer Hemmung des Transports von Löchern in den SchichtStapel führen können. Die Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 hat damit nicht die Wirkung, zusätzliche Ladungsträger in dem
Schichtstapel bereitzustellen. Vielmehr unterstützt sie beispielsweise den Eintritt von Ladungsträgern von
metallischen Elektroden in organische Materialien des
Schichtstapels. Diese Funktion der
Ladungsträgerpaarerzeugungsschichtfolge 100 kann auch in
Kombination mit den Anordnungen des organischen
optoelektronischen Bauelements des ersten oder zweiten
AusführungsbeiSpiels oder in beliebig anderen
Ausführungsformen verwendet werden,
ABSCHLIESSENDE FESTSTELLUNG
[00066] Das organische optoelektronische Bauelement wurde zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die
Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte
Merkmalskombinationen beschränkt. Auch wenn einige Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Es ist ebenso möglich, in Ausführungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre
realisiert bleibt.
LITERATUR
[00067] In diesem Dokument sind die folgenden
Veröffentlichungen zitiert:
[1] EP 1 983 805 AI ;
[2] Lee , T. et al . "High-efficiency stacked white organic light emitting diodes" : Ap l . Phys . Lett . 92, 043301 (2008)