Optoelektronisches organisches Bauteil mit verbesserter Lichtaus- und/oder -einkopplung

Die Erfindung betrifft ein organisches optoelektronisches Bauteil, bei dem auf einem transparenten Substrat zumindest eine untere Elektrodenschicht, danach eine optisch aktive organische Schicht und oben eine Gegenelektrode angeordnet ist, die nicht notwendigerweise transparent sein muss. Das optoelektronische organische Bauteil hat eine verbesserte Lichtaus- und/oder -einkopplung, insbesondere hat es eine verminderte Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen transparenter Elektrode und Substrat.

Bekannt sind Streuschichten in optoelektronischen organischen Bauteilen, wobei beispielsweise sandgestrahlte Substrate zum Einsatz kommen.

Am Beispiel der organischen Licht emittierenden Diode (OLED) wird erläutert, wodurch - nach Abschätzungen aus der klassischen Strahlungsoptik - im ungünstigsten Fall bis zu 80 % der Photonen verloren gehen. Die OLED umfasst in der Regel folgende Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex: Luft (n = 1); Glas (Substrat) (n = 1,5); untere Elektrode, z. B. ITO (n = 1,8 bis 1,9); organische Photoaktive Schicht (n ca. 1,7). Dabei kommt es bei der Lichtbrechung im ungünstigsten Fall zur Totalreflexion, zumindest aber zu einer Mehrfachreflexion und dadurch zu den Strahlungsverlusten (gefangene Moden) .

Es werden Linsensysteme und reflektorartige Mesastrukturen eingesetzt, um die Verluste zu mindern, allerdings gelang es bislang noch nicht, beispielsweise die Lichtauskoppeleffizienz von Organischen LEDs (light emitting diodes) deutlich über 20 % zu steigern. Für Energiewandler oder Signalgeneratoren wie Solarzellen oder Photodetektoren auf Basis organischer Halbleiter ist die Effizienz der Einkoppelung entscheidend für die Güte des gesamten Bauteils.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schichtsystem für ein optoelektronisches Bauteil auf Basis organischer Halbleiter zur Verfügung zu stellen, das eine gegenüber dem dargelegten Stand der Technik erhöhte Aus- oder Einkoppeleffizienz von Strahlung zeigt.

Lösung der Aufgabe ist in den Ansprüchen, Beschreibung und den Beispielen wiedergegeben.

Lösung der Aufgabe und Gegenstand der Erfindung ist daher ein organisches optoelektronisches Bauteil folgenden Schichtaufbau umfassend, auf einem transparenten Substrat befindet sich eine untere transparente Elektrode darauf zumindest eine optoelektronisch aktive organische Schicht, darauf eine obere Elektrode, wobei in der transparenten Zone Streuzentren angeordnet sind, durch die Totalreflexion vermindert wird.

Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Gerätes folgende Verfahrensschritte umfassend: a) Aufbringung einer unteren, zumindest semitransparenten Elektrodenschicht auf einem zumindest semitransparenten

Substrat, wobei zumindest in der transparenten Zone Streuzentren vorhanden sind, b) Aufbringen einer funktionellen optoelektronisch-aktiven organischen Schicht c) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht. Durch die statistische Streuung der Strahlung an den Streuzentren kann eine Verbesserung der Aus- oder Einkoppeleffizienz um geschätzt bis zu 40 % erreicht werden.

Um eine verlustärmere Aus- oder Einkoppeleffizienz der unteren Elektrode zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn das Matrixmaterial der darauffolgenden Schicht einen Brechungsindex größer/gleich der des Materials der unteren Elektrodenschicht hat. Andernfalls könnten zusätzliche Strahlungsverluste durch Verkleinerung des Totalreflexionswinkels auftreten.

Als „transparente Zone" wird bevorzugt der Bereich zwischen dem Substrat, der unteren transparenten Elektrode und der optoelektronisch aktiven Schicht bezeichnet, wobei die transpa- rente Zone innerhalb der genannten Schichten liegen kann, aber auch außerhalb davon, sowie eine oder mehrere separate Schicht (en) umfassen kann. Jedenfalls bezeichnet die transparente Zone den Bereich des optoelektronischen Bauteils, in dem die Steigerung der Effizienz für das Bauteil den besten Effekt zeigt. Ein Bauteil kann auch mehrere transparente Zonen umfassen.

Als optoelektronisches Bauteil auf organischer Basis wird insbesondere eine organische selbst emittierende Diode (OLED) , eine photovoltaische Zelle oder Solarzelle, ein Photodetektor und/oder ein elektrochromes Bauteil verstanden. Die optoelektronisch aktiven Schichten dieser Bauteile wechselwirken nicht alle mit Strahlung der gleichen Wellenlängenbereiche, so dass sich die hier angegebenen Brechungsindizes und/oder Verhältnisse der Brechungsindizes der Schichten sich immer auf das betrachtete Bauteil und die dafür relevante Strahlung beziehen. Die genannten Beispiele beziehen sich der Einfachheit halber alle auf die Wellenlänge von sichtbarem Licht also von ca. 400 bis 750 nm.

Als Lichtauskopplungs- oder -einkopplungseffizienz wird einfach das Verhältnis von generierten zu ausgekoppelten oder eingestrahlten zu eingekoppelten Photonen bezeichnet. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Streuzentren in zumindest einer separaten Schicht der transparenten Zone angeordnet. Dabei können die Streuzentren innerhalb einer se- paraten Schicht und innerhalb der einer anderen Schicht oder dem Substrat angeordnet sein oder nur in der separaten Schicht .

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin- düng sind die Streuzentren in der transparenten Zone hauptsächlich in der unteren Elektrodenschicht eingearbeitet.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Matrixmaterial der Schicht mit den Streuzentren bezüglich des Brechungsindex so gewählt ist, dass der Brechungsindex n der Streuschicht größer oder gleich dem der unteren Elektrode ist (n streuschicht ≥ n untere Elektrode) • Damit wird Totalreflexion verhindert.

Im Folgenden wird der Brechungsindex n der unteren Elektrode als n _e bezeichnet, wobei der Index „e" für Elektrode steht. Des Weiteren wird ein Index für den Brechungsindex des Matrix-Materials eingeführt „m" und der Index ,,s" für den Brechungsindex der Streuzentren selbst. Im Weiteren werden die Symbole „n _e "; „n _m " und „n _s " für die jeweiligen Brechungsindi- zes nach den vorstehenden Definitionen gebraucht.

In der Streuschicht wird eine ausreichende Streuwirkung durch in das Matrixmaterial eingebaute Partikel und/oder Poren gewährleistet. Diese findet bevorzugt statt, wenn zumindest ei- ne der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Zum einen ist es vorteilhaft, wenn die Streuzentren eine gewisse Mindestgröße haben, etwa im Bereich von 30nm bis 10 μm, insbesondere 100 - 700 nm und insbesondere bevorzugt 200-300 nm, damit Wechselwirkung mit der Strahlung in hohem Maße stattfindet.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass eine breiter gewählte Durchmesserverteilung der Streuzentren vorhanden ist, insbesondere, wenn es sich nicht um monochromatische Strahlung handelt.

Zum anderen ist es vorteilhaft, wenn die Größenverteilung der Streuzentren möglichst eng, beispielsweise mit 7 % Abweichung (siehe unten) gewählt wird, damit ein gleichmäßiger Einbau der Streuzentren in die Schicht und eine gleichmäßige Verteilung innerhalb der Schicht gewährleistet ist. Zudem ist dies auch vorteilhaft bei der Ausbildung einer homogen dicken Schicht. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weisen daher weniger als 10 %, insbesondere weniger als 7 % der Streuzentren der Streuschichten Streuzentren-Durchmesser auf, der um mehr als 25 % vom durchschnittlichen Streuzentren-Durchmesser abweicht. Mehr als 90 % oder 93 % der Streuzentren der Streu- schicht haben einen Streuzentren-Durchmesser, der weniger als 25% vom durchschnittlichen Streuzentren-Durchmesser abweicht.

Damit die Streuzentren innerhalb der Schicht optimal wirken, wurde festgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn ein Unter- schied der Brechungsindizes zwischen den Streuzentren der

Schicht und dem Matrixmaterial, in das die Streuzentren eingebettet sind, besteht, der ca. 0,05 oder mehr, bevorzugt ca. 0,2 oder mehr, und ganz bevorzugt ungefähr 0,5 oder mehr beträgt, also zumindest ca. +/- 0,05 oder größer ist.

Das Matrixmaterial, also das Material in das die Streuzentren eingebettet sind, hier der Streuschicht ist beispielsweise ein Metalloxid wie Titan- und/oder Zirkonoxid, es können aber auch beliebige andere Metalloxide oder auch Mischungen daraus und/oder Metallsulfide zum Einsatz kommen, durch Mischungen können gezielt Brechungsindizes des Matrixmaterials eingestellt werden.

Die Streuzentren können zum einen diskrete Partikel sein, die beschichtet oder unbeschichtet sind, und zum anderen können sie Poren in dem Matrixmaterial sein, die leer, gas- und/oder luftgefüllt sind. Als so genanntes Templatematerial, eignet sich beispielsweise ein Polymer, insbesondere ein solches, oder eine Mischung verschiedener Polymere, (das) die in den Beschichtungslösun- gen löslich sind, mittels eines Sol-Gel-Prozesses aufbringbar sind und (das) die beim Erwärmen oder bei Erzeugung von Unterdruck, also beispielsweise beim Abdampfen des Lösungsmittels durch Selbstorganisation Einformungen bilden. Diese Polymere werden auch porositätsverursachende Polymere genannt.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das porositätsverursachende Polymer nach Beenden des Sol-Gel-Prozesses ausgewaschen wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ge- kennzeichnet, dass das porositätsverursachende Polymer nach

Beenden des Sol-Gel-Prozesses mittels Temperung, insbesondere bei einer Temperatur von ≥ 80 ⁰ C bis ≤ 100 ⁰ C, bevorzugt mit Wasser ausgewaschen wird.

Die Bezeichnung „Sol-Gel-Prozess oder Sol-Gel-Verfahren" im

Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet oder umfasst insbesondere alle Prozesse und/oder Verfahren bei denen Metallpre- cursormaterialien, insbesondere Metallhalogenide und/oder Metallalkoxide, sowie Mischungen daraus, in Lösung einer Hydro- lyse und anschließenden Kondensation unterworfen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das porositätsverursachende Polymer nach Beenden des Sol-Gel-Prozesses ausgebrannt insbesondere bei einer Temperatur von ≥ 250 ⁰ C ausgebrannt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine porositätsverursachende Komponente ein Polymer ist, wobei die durchschnittliche Molmasse des Polymers bevorzugt > 5.000 Da bis < 500.000 Da, noch bevorzugt > 10.000 Da bis < 350.000 Da beträgt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein organisches Polymer, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Polyethylengly- kol, Polypropylenglykol, Copolymere aus Polyethylenglykol und Polypropylenglykol, Polyvinylpyrrolidon, Polyether, alkyl-, cycloalkyl- und/oder arylsubstituierte Polyether, Polyester, alkyl-, cycloalkyl- und/oder arylsubstituierte Polyester, insbesondere Polyhydroxybuttersäure oder Mischungen daraus.

allgemeine Gruppen/ Moleküldefinition: Innerhalb der Beschreibung und den Ansprüchen werden allgemeine Gruppen oder Moleküle, wie z. B. Alkyl, Alkoxy, Aryl etc. beansprucht und beschrieben. Wenn nicht anders beschrieben, werden bevorzugt die folgenden Gruppen innerhalb der allgemein beschriebenen Gruppen/Moleküle im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet:

Alkyl: lineare und verzweigte Cl-C8-Alkyle,

langkettige Alkyle: lineare und verzweigte C5-C20 Alkyle,

Alkenyl: C2-C6-alkenyl,

Cycloalkyl: C3-C8-cycloalkyl,

Alkoxid/Alkoxy : Cl-C6-alkoxy, linear und verzweigt,

langkettig Alkoxid/Alkoxy: lineare und verzweigte C5-C20 Alkoxy,

Aryl: ausgewählt aus Aromaten mit einem Molekulargewicht unter 300 Da,

Polyether: ausgewählt aus der Gruppe enthaltend H- (0-CH ₂ -CH(R) ) _n -OH and H- (0-CH ₂ -CH (R) ) _n -H wobei R unabhängig ausgewählt ist aus: Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Halogen und n von 1 to 250, Substituierte Polyether: ausgewählt aus der Gruppe enthaltend R ₂ - (0-CH ₂ -CH(R ₁ ) )n-OR ₃ and R ₂ - (0-CH ₂ -CH (R ₂ ) ) _n -R ₃ wobei Ri, R ₂ , R3 unabhängig ausgewählt ist aus: Wasserstoff, Alkyl, lang- kettige Alkyle, Aryl, Halogen und n von 1 to 250 beträgt,

Ether: Die Verbindung Ri-O-R ₂ , wobei jedes Ri und R ₂ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend Wasserstoff, Halogen, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, langkettiges Alkyl.

Soweit nicht anders erwähnt, sind die folgenden Gruppen/Moleküle mehr bevorzugte Gruppen/Moleküle innerhalb der allgemeinen Gruppen/Moleküldefinition:

Alkyl: lineare und verzweigte Cl-C6-alkyl,

Alkenyl: C3-C6-alkenyl,

Cycloalkyl: C6-C8-cycloalkyl,

Alkoxy, Alkoxid: Cl-C4-alkoxy, insbesondere Isopropyloxid,

langkettig Alkoxy: lineare und verzweigte C5-C10 Alkoxy, vorzugsweise lineare C6-C8 Alkoxy.

Polyether: ausgewählt aus der Gruppe enthaltend

H- (0-CH ₂ -CH(R) ) _n -OH and H- (0-CH ₂ -CH (R) ) _n -H wobei R unabhängig ausgewählt ist aus: Wasserstoff, Alkyl, Aryl, halogen und n von 10 bis 250 beträgt.

Substituierte Polyether: ausgewählt aus der Gruppe enthaltend R ₂ - (0-CH ₂ -CH(Ri) ) _n -OR ₃ and R ₂ - (0-CH ₂ -CH (R ₂ ) ) _n -R ₃ wobei Ri, R ₂ , R ₃ unabhängig ausgewählt ist aus: Wasserstoff, Alkyl, lang- kettige Alkyle, Aryl, Halogen und n von 10 bis 250.

Des Weiteren eignen sich beispielsweise Polymere mit eingearbeiteten Polymerkugeln, die in den Lösungsmitteln nicht oder schlecht löslich sind, so dass sie als Platzhalter beim Aufbringen und Herstellen der Schicht fungieren können, wobei sie hinterher, beispielsweise wieder durch mildes Erwärmen und/oder Erzeugung von Unterdruck, entfernbar sind. Es ist überflüssig zu erwähnen, dass unter den Bedingungen, unter denen diese Polymerkugeln entfernbar sind, die Schicht jedoch stabil ist. Als Polymerkugeln können beispielsweise Polystyrolkugeln oder Latexkugeln verwendet werden. Diese sind beispielsweise bei Temperaturen unter 250 ⁰ C, bei denen die Schichtmaterialien stabil sind, auswaschbar.

Beispielsweise sind die Streupartikel aus einem anderen Metalloxid als die Matrix und haben einen Brechungsindex bei sichtbarem Licht von ca. 1,5.

In einer besonderen Ausgestaltung sind die Streupartikel aus Silizium-Dioxid. Der Streuzentren-Brechungsindex n _s von Silizium-Dioxid liegt für sichtbares Licht bei etwa 1,5. Vorteilhaft erweist sich die Verwendung von Silizium-Dioxid-Partikeln, die nach einem von Stöber et al . entwickelten Verfahren hergestellt werden (Journal of Colloid & Interface Science 1968 (26) S. 62 - 69). Solche Silizium-Dioxid-Partikel werden aus Tetra-Ethoxy-Silan unter ammoniakalischen Bedingungen synthetisiert. Die so erhaltenen Silizium-Dioxid-Partikel liegen nicht nur in einer sehr engen Größenverteilung vor, sondern können durch entsprechende Prozesssteuerung in belie- bigen Größen mit Partikel-Durchmesser von etwa 30 nm bis etwa 1 μm erzeugt werden. Sie liegen durch elektrostatische Stabilisierung in einem nicht agglomerierten Zustand vor.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weisen die Streupartikel eine Oberflächenbeschichtung auf. Die Oberflächen der Streupartikel sind modifiziert. Beispielsweise wird zum Aufbringen der Elektrodenschicht ein Sol-Gel-Verfahren eingesetzt. Durch den Wegfall der elektrostatischen Stabilisierung beim Einbringen der Streupartikel in ein zur Beschichtung verwendetes Beschichtungs-Sol kann mit Hilfe einer entsprechenden Oberflächenmodifizierung eine Agglomeration und Sedimentation der Streupartikel unterdrückt werden. Besonders gute Ergebnisse werden mit organischen Oberflächenbeschichtungen mit Alkyl- gruppen erzielt. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist daher die Oberflächenbeschichtung mindestens eine Art Kohlenwasserstoff mit aliphathischen Gruppen auf. Die eingesetzten Kohlenwasserstoffe mit den aliphathischen Gruppen können He- tero-Atome aufweisen. Eine Oberflächenbeschichtung, mit der sehr gute Ergebnisse erzielt werden, basiert beispielsweise auf Methyl-Trichloro-Silan.

Neben den Streupartikeln als Streuzentren weisen in einer be- sonderen Ausgestaltung die Streuzentren der Streuschicht Poren auf. Die Streuzentren sind als Poren ausgebildet. Dabei können nur Steupartikel, nur Poren oder Streupartikel und Poren als Streuzentren vorliegen. Die Poren können sich während des Herstellprozesses der Streuschicht automatisch bilden. Vorzugsweise werden die Poren über ein Templateverfahren erzeugt. Dabei werden selbstorganisierende Polymere oder Polymer-Kugeln in eine Ausgangsschicht der Streuschicht eingebracht und nach einer Verfestigung der Streuschicht herausgelöst oder thermisch entfernt. Zurück bleiben die Poren, die evakuiert, also leer, oder mit einem Gas oder einem Gasgemisch (z. B. Luft) gefüllt sein können, als Streuzentren fungieren .

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist innerhalb des Bau- teils eine Glättungsschicht angeordnet, insbesondere zwischen der Streuschicht und der transparenten Elektrodenschicht. Die Glättungsschicht sorgt für einen Ausgleich von Oberflächen- Rauhigkeiten der Streuschicht. Zudem ist sie geeignet, die Rissbildungsneigung der keramischen Beschichtung beim thermi- sehen Härten zu senken. Durch die Glättungsschicht ist eine mittlere Rauhigkeit von vorzugsweise unter 50 nm zugänglich. Dadurch ist es möglich, einen Stapel aus Schichten mit Schichtdicken im nm-Bereich zu realisieren, ohne dass es zu Kurzschlüssen oder Ähnlichem, beispielsweise durch so genann- te „spikes" zwischen den Schichten kommt. Dazu bietet sich beispielsweise die Verwendung von polymeren Filmbildnern wie beispielsweise Polyethylenglykole, Polyacryle etc. an. Alternativ oder ergänzend zur Aufbringung einer separaten Schicht mit Streuzentren bietet sich auch die Möglichkeit, Streuzentren direkt ins Elektrodenmaterial einzubringen, entweder in Partikel- und/oder in Porenform. Hierfür eignen sich gemäß vorteilhaften Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens Sol-Gel-basierte ITO-Materialien und/oder ITO-Dis- persionen, die mit entsprechenden Partikeln oder Polymeren versetzt zu einer Streuelektrode gemacht werden. Dabei ist das Matrixmaterial bevorzugt aus Lösung prozessierbar und kann über einen Sol-Gel-Prozess hergestellt und als Flüssigkeit abgeschieden werden. Die Aufbringung als Flüssigkeit eröffnet die Anwendung vieler kostengünstiger und massenfertigungstauglicher Herstellungsverfahren wie Spraying, Spin Coa- ting, Aufschleudern, Eintauchen, Rakeln, Fluten und viele mehr.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die transparente untere Elektrode beispielsweise aus Indium Zinn Oxid, kurz, ITO. Dieses Material hat einen Brechungsin- dex für beispielsweise sichtbares Licht von etwa 1,9, so dass als Matrixmaterial einer Streuschicht beispielsweise eine sichtbares Licht emittierenden oder absorbierenden organischen optoelektronischen Bauteils bevorzugt ein Material mit einem Brechungsindex ≥ 1,9 zum Einsatz kommt. Weitere geeig- nete Elektroden-Materialien sind Zinn-Oxid, das mit Fluor dotiert ist (Fluor-Tin-Oxide, FTO) , Zinn-Oxid, das mit Aluminium dotiert ist (Aluminium-Zinn-Oxide, AZO) oder Zinn-Oxid, das mit Antimon dotiert ist (Antomony-Tin-Oxide, ATO) . Die genannten transparenten Elektroden-Materialien weisen für sichtbares Licht, und dazu zählt auch das Lumineszenzlicht der Licht emittierenden Diode, jeweils einen Elektroden- Material-Brechungsindex n _e von 1,8 bis 2,0 auf.

Danach richtet sich gemäß den bevorzugten Ausführungformen der Erfindung auch der Brechungsindex des Matrixmaterials der Streuschicht (bevorzugte Bedingung n _m ≥ n _e ) und wiederum der Brechungsindex der Streuzentren (Unterschied n _m zu n _s zumindest 0, 05) . Eine nichttransparente Gegenelektrode ist im Sinne der Erfindung grundsätzlich unkritisch, da sie geringe Beteiligung an Strahlungsverlusten (gefangene Moden) innerhalb der transpa- renten Zone des Bauteils hat.

Das Substrat ist bevorzugt transparent und zumindest semitransparent, wobei Glas, Metalloxid (Korund) , Kunststoff (Ac- rylat) auch flexible Kunststoffe wie Polyethylenfolien, zum Einsatz kommen können.

Als optoelektronisch aktive organische Schicht können je nach Bauteil verschiedene Materialien und/oder Verbundmaterialien zum Einsatz kommen. Die funktionale Schicht kann auch mehrere Schichten umfassen, genau wie sie aus einer Mischung (Blend) mehrerer Materialien bestehen kann. Des Weiteren können Additive, Lösungsmittel, Partikel und/oder Füllstoffe eingemischt sein, insbesondere auch Nanopartikel . Beispielsweise handelt es sich um ein Polymer, es können aber auch organische Funk- tionsmaterialien, die mit small molecules aufgebaut sind, verwendet werden.

Die Dichte oder Konzentration der Streuzentren innerhalb der transparenten Zone kann in weiten Bereichen variieren. Dies ist zum einen davon abhängig, ob die Streuzentren in einer separaten Schicht angeordnet oder beliebig in der transparenten Zone verteilt sind und zum anderen richtet sich das nach den Streupartikeln und ihrer Matrix. Dabei wurde festgestellt, dass beispielsweise eine Anteilsfläche von 2 % pro durchstrahlter Elektrodenfläche eine sinnvolle untere Bereichsgrenze ist, wobei nach oben hin keine Grenzen gesetzt sind, da die Erhaltung der Funktionalität des Bauteils einer beliebigen Erhöhung der Konzentration sowieso im Wege steht.

Zum Aufbringen der Schichten kann grundsätzlich jedes beliebige Verfahren angewendet werden, bevorzugt sind jedoch aus Lösung prozessierbare Schichten. So können metallische oder anorganische Schichten aus der Gasphase abgeschieden werden, beispielsweise über Physical Vapour Deposition (PVD) oder Chemical Vapour Deposition (CVD) . Gemäß einer besonderen Ausgestaltung werden zum Aufbringen der Streuschicht, der Elektrodenschicht, der Funktionsschicht und/oder der weiteren Elektrodenschicht eine jeweilige Lösung und/oder eine jeweilige Paste verwendet. Ein derartiges Verfahren eignet sich sowohl für anorganische als auch organische Schichten.

Im Hinblick auf die Verwendung einer entsprechenden Lösung ist die Verwendung eines Sol-Gel-Verfahrens besonders günstig. Es wird jeweils ein Beschichtungs-Sol aufgetragen. Insbesondere besteht durch Einrühren der Streupartikel ins Beschichtungs-Sol für die transparente Elektrodenschicht eine einfache Möglichkeit, Streuzentren ins Matrix-Material einzu- bringen und kontrolliert statistisch in die resultierende

Elektrodenschicht zu integrieren. Dazu werden beispielsweise Titan- und/oder Zirkonium basierte Beschichtungs-Sole verwendet. Beispielsweise werden als Platzhalter für Poren Templates eingesetzt, wie sie in der 2007P14435* beschrieben sind.

Nach dem Aufbringen des Beschichtungs-Sole oder der Beschichtungs-Sole findet eine Wärmebehandlung (Temperierung) statt. In Folge der Wärmebehandlung bildet sich die entsprechende Schicht. Dabei kann ein einziger Temperierungsschritt für al- Ie Schichten zusammen vorgesehen sein. Insbesondere wird aber jeweils nach dem Auftragen des jeweiligen Beschichtungs-Sols temperiert. Im Hinblick auf eine mit Poren als Streuzentren ausgestaltete Streuschicht ist dabei folgendes Vorgehen besonders vorteilhaft: Es wird das entsprechende Beschichtungs- SoI mit eingebrachten Polymer-Kugeln auf ein Glassubstrat aufgebracht und anschließend bei so hohen Temperaturen temperiert, dass die eingebrachten Polymer-Kugeln thermisch zersetzt werden. Es bilden sich die als Streuzentren fungierenden Poren. Nachfolgend wird das Beschichtungs-Sol für die Elektrodenschicht aufgebracht und wiederum temperiert. Anschließend wird das Beschichtungs-Sol für die Funktionsschicht aufgebracht. Der sich daran anschließende Temperierungsschritt kann bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden, als der Temperierungsschritt für die Herstellung der Streuschicht .

Um die Verarbeitbarkeit der für die Herstellung der Schichten verwendeten Lösungen zu verbessern (beispielsweise eine Viskosität des Beschichtungs-Sols) , können Zusätze (Additive) vorgesehen sein. Es ist aber auch die Verwendung von Additiven vorteilhaft, die eine Stabilität der herzustellenden Schichten positiv beeinflussen. So wird gemäß einer besonde- ren Ausgestaltung zum Aufbringen der Streuschicht, der Elektrodenschicht, der Funktionsschicht und/oder der weiteren Elektrodenschicht mindestens ein polymerer Filmbildner verwendet. Ein derartiger Filmbildner verhindert eine Rissbildung in den entsprechenden Schichten. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, Metall-Alkoholate mit Alkylgruppen den eingesetzten Lösungen zuzugeben. Solche Metall-Alkoholate können eine Rissbildungsneigung bei der Bildung der Schichten zusätzlich vermindern.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Licht emittierenden Diode in einem seitlichen Querschnitt .

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbei- spiels einer Licht emittierenden Diode in einem seitlichen Querschnitt .

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer Licht emittierenden Diode mit Glättungsschicht .

Figur 4 zeigt die Leuchtdichte einer Streuschicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Streuschicht und vom Beobachtungswinkel . Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Licht emittierende Diode 1 in Form einer OLED. Die OLED weist einen Schichtstapel 11 auf mit einer für Licht transparenten Elek- trodenschicht 12, einer weiteren Elektrodenschicht 13 und einer zwischen den Elektrodenschichten angeordneten optoelektronisch aktiven Schicht 14.

Die transparente Elektrodenschicht 12 kann in ihrer Schicht- dicke um einige 10 bis einige 100 nm variieren und ist beispielsweise etwa 120 nm dick. Das Elektroden-Material der transparenten Elektrodenschicht 12 ist ITO. In einer alternativen Ausführungsform ist das Elektroden-Material ATO. Das weitere Elektroden-Material der Elektrodenschicht 13 ist AIu- minium. Die weitere Elektrodenschicht ist beispielsweise auch etwa gleich dick, also etwa 120 nm dick. Die weitere Elektrodenschicht oder Gegenelektrode kann deckend, also nichttransparent oder auch transparent ausgeführt sein, so dass sich beispielsweise ein komplett transparentes OLED-Bauteil ergibt.

Die zumindest 3 Schichten Substrat 16, transparente Elektrode 12 und optoelektronisch aktive Schicht 14 mit allen eventuell dazwischen liegenden optionalen Schichten ergeben zusammen die transparente Zone, wobei eine weitere transparente Zone im Bauteil dadurch entstehen kann, dass die obere Elektrodenschicht auch transparent ist, so dass die zweite transparente Zone dem Bereich zwischen der optoelektronisch aktiven Schicht 14 und der oberen, dann auch transparenten Elektro- denschicht 13, entspricht.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Stapel 11 auf einer Substratoberfläche 161 eines für die Strahlung transparenten Glassubstrats 16 aufgebracht (Figur 1). Eine derartige Struktur wird als „Bottom-Aufbau" bezeichnet. Der Schichtstapel ist auf einer Streuschicht 15 mittelbar auf die Substratoberfläche aufgebracht. Die Streuschicht 15 ist beispielsweise gleich dick wie die Elektrodenschicht oder dicker oder dünner, das hängt natürlich auch von der Größe der Streuzentren ab, insbesondere wenn es sich um feste Partikel handelt, und ist hier etwa 120 nm dick.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Stapel 11 über die weitere Elektrodenschicht 13 auf dem Substrat aufgebracht (Figur 2) . Die Streuschicht 15 ist auf der transparenten Elektrodenschicht 12 aufgebracht. Die Strahlung wird ausgehend von der Funktionsschicht zunächst in die transparente Elektrodenschicht 12 eingekoppelt. Von dort aus gelangt es in die Streuschicht 15. Ausgehend von der Streuschicht wird die Strahlung in die Umgebung ausgekoppelt.

Im Matrix-Material 152 der Streuschicht sind Streuzentren 153 beispielsweise in Form von Streupartikeln aus Silizium-Dioxid verteilt. Die Streupartikel weisen eine Oberflächenbeschich- tung aus Methyl-Trichloro-Silan auf. Der mittlere Streuzentren-Durchmesser beträgt etwa 100 nm. Mehr als 90 % der Streupartikel haben einen Streuzentren-Durchmesser aus dem Bereich von etwa 75 nm bis etwa 125 nm. In einer alternativen Ausführungsform sind die Streuzentren in Form von Luft vorhanden, das heißt, sie bilden die Poren 153 des Matrixmaterials 152 mit dem angegeben durchschnittlichen Streuzentren-Durchmesser .

Nach einer weiteren Ausführungsform variieren die Streuzentrendurchmesser in weiten Grenzen, insbesondere dann, wenn nicht monochromatische Strahlung vorliegt, da bei einer gewünschten Wechselwirkung ein direkter Zusammenhang zwischen der Größe der Streuzentren und der Wellenlänge der Strahlung besteht .

Die Funktionsschicht 14 besteht beispielsweise aus zwei Teilschichten, einer Loch-Leitungs-Schicht 141 aus PEDOTiPSS und einer Emitter-Schicht 142. Die Emitter-Schicht ist die optoelektronisch aktive Schicht. Durch elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten (die transparente Elektrodenschicht 12 fungiert beispielsweise als Anode, die Elektrodenschicht 13 fungiert dann als Kathode) wird die Funktionsschicht zu Emission von Strahlung angeregt. Aufgrund der Streuschicht wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Mehrfachreflexionen des Lumineszenzlichts oder gar von Totalreflexion verringert, so dass die Strahlung mit hoher Effizienz aus der transparenten Elektrodenschicht in die Umgebung bzw. in das Glassubstrat ausgekoppelt werden kann. Die inneren Verluste bezüglich der Strahlung sind deutlich reduziert. Die Elektrodenschicht 13 fungiert als Spiegel für die Strahlung, so dass diese mit hoher Effizienz und sehr geringen Verlusten aus dem Stapel 11 der OLED ausgekoppelt werden kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen der Streuschicht 15 und der transparenten Elektrodenschicht 12 eine Glättungsschicht 17 zur Reduzierung der Oberflächen- Rauhigkeit angeordnet (Figur 3) .

Zum Herstellen der Schichten wird auf das Sol-Gel-Verfahren zurückgegriffen. Dazu werden in einem ersten Verfahrensschritt entsprechende Beschichtungs-Sole aufgebracht, die anschließend temperiert werden. Bei der Temperierung werden die entsprechenden Schichten gebildet. Um Rissbildung zu vermeiden werden polymere Filmbildner und/oder Metall-Alkoholate in den Beschichtungs-Solen eingesetzt.

Zur Demonstration der Eignung einer Streuschicht mit einem Metall-Oxid als Matrix-Material wurde eine dünne Schicht mit Tiθ2 als Matrix-Material hergestellt. Tiθ2 wurde entweder kommerziell bezogen oder wie folgt hergestellt:

1/50 mol Titan-Isopropoxyd und 1/500 mol Octyl-Triethoxy- Silan werden in 16/50 mol Isopropyl-Alkohol (IPA) 30 min unter Rühren gelöst (Lösung) . Es werden 0,5 g Brij56® in 2/50 mol IPA gelöst und zur Lösung gegeben. Nach Ih weiterem Ruh- ren wurde eine Mischung aus 2g 5N HCl und 2/50 mol EtOH langsam unter Rühren zugetropft.

Die Herstellung der Tiθ ₂ ~Partikel erfolgte durch Lösung von 6 g Tetra-Ethoxy-Silan in 50g Ethanol. Diese Mischung wird unter Rühren auf 60 ⁰ C erhitzt. Anschließend werden 6 g 25%ige Ammoniak-Lösung hinzugegeben. Nach 3h weiterem Rühren wird die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Lösung wird mit 3 ml Trichlor-Methyl-Silan versetzt und geschüttelt. Die her- gestellten Partikel setzen sich am Boden des Behälters ab.

Die überstehende Flüssigkeit wird abgegossen und mit Ethanol wieder aufgefüllt und abermals ausgeschüttelt. Dieser Waschvorgang wird mehrmals wiederholt. Die abgesetzten Partikel werden mit einer Pipette aus der Lösung entnommen und unter Rühren zum Beschichtungs-Sol für die Streuschicht gegeben. Der Schichtauftrag erfolgt mittels Tauchbeschichten. Anschließend folgte ein Temperierschritt bei 400 ⁰ C für 15 min.

Die Streuwirkung der Probe wurde winkelabhängig aufgelöst (Figur 4) . Es zeigt sich ein Streueffekt, der mit zunehmender Dicke der Beschichtung (eingestellt durch Mehrfachbeschichten xl, x2, x4 usw.), gleichbedeutend mit der Zunahme der Streuereignisse pro durchstrahlter Fläche, zunimmt.

Zusammenfassend sind folgende Vorteile der Erfindung hervorzuheben :

- Durch die Streuschicht gelingt es, die Lichtausbeute der Licht emittierenden Diode deutlich zu erhöhen.

- Für das Herstellverfahren des Schichtstapels der Licht emittierende Diode kann auf bekannte Verfahren, insbesondere Sol-Gel-Verfahren, zurückgegriffen werden.

- Die Herstellung der Licht emittierenden Diode ist kostengünstig und kann im großtechnischen Maßstab durchgeführt werden .