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Es
werden ein Verfahren zur Herstellung eines organischen elektronischen
Bauelements und ein organisches elektronisches Bauelement angegeben.
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Für einen
dauerhaften Betrieb von organischen Bauelementen wie etwa organischen
lichtemittierenden Dioden (OLEDs) ist es oft erforderlich, diese
vor Feuchtigkeit zu schützen.
Insbesondere kann es erforderlich sein, dass die organischen Bauelemente
umfassenden Lebensdauertests unterzogen werden, um sicherzustellen,
dass sie im alltäglichen Gebrauch über Jahre
ihre Funktionalität
bewahren können.
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Eine
Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform
ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen elektronischen
Bauelements mit einer Verkapselung anzugeben. Weiterhin ist es eine Aufgabe
von zumindest einer Ausführungsform,
ein organisches elektronisches Bauelement mit einer Verkapselung
anzugeben.
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Diese
Aufgaben werden durch das Verfahren und den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen des Verfahrens und des Gegenstands sind in den
abhängigen
Ansprüchen
gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung
und den Zeichnungen hervor.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines organischen elektronischen Bauelements
mit Barrierenschichten zur Verkapselung des Bauelements gemäß einer
Ausführungsform
umfasst insbesondere die Schritte:
- – Bereitstellen
eines Substrats mit zumindest einer organischen funktionellen Schicht,
- – Aufbringen
zumindest einer ersten Barrierenschicht auf der organischen funktionellen
Schicht mittels plasmaunterstützter
Atomschichtenabscheidung (PEALD) und
- – Aufbringen
zumindest einer zweiten Barrierenschicht auf der organischen funktionellen
Schicht mittels plasmaunterstützter
chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD).
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Dass
eine erste Schicht oder ein erstes Element „auf" oder „über" einer zweiten Schicht oder einem zweiten
Element oder auch „zwischen" zwei weiteren Schichten
oder Elementen angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier
und im Folgenden bedeuten, dass die erste Schicht oder das erste
Element unmittelbar im direkten mechanischen und/oder elektrischen
Kontakt auf der zweiten Schicht oder dem zweiten Element beziehungsweise
zu den zwei weiteren Schichten oder Elementen angeordnet ist. Weiterhin
kann auch ein mittelbarer Kontakt bezeichnet sein, bei dem weitere
Schichten und/oder Elemente zwischen der ersten Schicht oder dem
ersten Element und der zweiten Schicht oder dem zweiten Element
bzw. den zwei weiteren Schichten oder Elementen angeordnet sind.
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Eine
chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD) kann dabei
ein Verfahren bezeichnen, bei dem auf zumindest einer Oberfläche des
bereitgestellten Substrats mit der zumindest einen organischen funktionellen
Schicht zumindest zwei gasförmige
Ausgangsverbindungen zu einem festen Reaktionsprodukt reagieren.
Dabei können
die zumindest zwei gasförmigen
Ausgangsverbindungen gleichzeitig einem Volumen zugeführt werden,
in dem das Substrat bereitgestellt wird. Weiterhin kann es erforderlich
sein, dass die zumindest eine Oberfläche des bereitgestellten Substrats
mit der zumindest einen organischen funktionellen Schicht auf eine
Temperatur oberhalb der Raumtemperatur erhitzt wird.
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Eine
plasmaunterstützte
chemische Gasphasenabscheidung („plasma enhanced chemical vapor
deposition", PECVD)
kann ein CVD-Verfahren bezeichnen, bei dem in dem Volumen ein Plasma
erzeugt wird, wodurch die dem Volumen zugeführten zumindest zwei gasförmigen Ausgangsverbindungen in
dem Plasma angeregt werden können.
Dadurch kann es möglich
sein, dass die Temperatur, auf die die zumindest eine Oberfläche aufgeheizt
werden muss, im Vergleich zu einem plasmalosen CVD-Verfahren erniedrigt
werden kann. Das kann insbesondere vorteilhaft sein, da die zumindest
eine organische funktionelle Schicht bei einer Temperatur oberhalb
einer Maximaltemperatur irreversibel geschädigt werden kann. Die Maximaltemperatur
kann beispielsweise etwa 120°C
betragen, so dass die Temperatur, bei der die zweite Barrierenschicht
aufgebracht wird, kleiner als 120°C
und bevorzugt kleiner oder gleich 80°C sein kann.
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Eine
Atomschichtenabscheidung („atomic layer
deposition", ALD)
kann ein Verfahren bezeichnen, bei dem im Vergleich zu einem CVD-Verfahren zuerst
eine erste der zumindest zwei gasförmigen Ausgangverbindungen
dem Volumen, im dem das Substrat bereitgestellt wird, zugeführt wird
und auf der zumindest einen Oberfläche adsorbieren kann. Nach
einer bevorzugt vollständigen
oder nahezu vollständigen
Bedeckung der zumindest einen Oberfläche mit der ersten Ausgangsverbindung
kann der Teil der ersten Ausgangsverbindung, der noch gasförmig und/oder
nicht auf der Oberfläche
adsorbiert vorliegt, wieder aus dem Volumen entfernt werden und
die zweite der zumindest zwei Ausgangsverbindung kann zugeführt werden.
Die zweite Ausgangsverbindung kann mit der an der zumindest einen
Oberfläche
adsorbierten ersten Ausgangsverbindung unter Bildung einer festen
Schicht reagieren. Wie bei einem CVD-Verfahren kann es vorteilhaft sein,
wenn die zumindest eine Oberfläche
auf eine Temperatur über
der Raumtemperatur erhitzt wird.
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Eine
plasmaunterstützte
Atomschichtabscheidung („plasma
enhanced atomic layer deposition",
PEALD) kann ein ALD-Verfahren
bezeichnen, bei dem die zweite Ausgangsverbindung bei gleichzeitiger
Erzeugung eines Plasmas zugeführt
wird, wodurch es wie bei PECVD-Verfahren möglich sein kann, dass die zweite
Ausgangsverbindung angeregt wird. Dadurch kann im Vergleich zu einem
plasmalosen ALD-Verfahren die Temperatur, auf die die zumindest
eine Oberfläche
aufgeheizt wird, verringert werden. Die erste Barrierenschicht kann
dabei beispielsweise bei einer Temperatur von kleiner als 120°C und bevorzugt
kleiner oder gleich 80°C
aufgebracht werden. Um eine weitere feste Schicht zu erzeugen, können die
Schritte des Zuführens
der ersten Ausgangsverbindung und danach des Zuführens der zweiten Ausgangsverbindung
wiederholt werden.
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Die
im Rahmen des hier beschriebenen Verfahrens herstellbare Verkapselung
kann im Vergleich zu bekannten Verkapselungen mit Barrierenschichten,
die alle durch CVD-Verfahren hergestellt sind, eine geringere Durchlässigkeit
für Feuchtigkeit und/oder
Sauerstoff aufweisen. Bei Verkapselungen mit Barrierenschichten,
die alle durch CVD-Verfahren hergestellt
sind, kann es möglich
sein, dass Kanäle, Poren
und/oder Korngrenzen auftreten, die zu Undichtigkeiten der herkömmlichen
Verkapselungen führen
können.
Derartige Undichtigkeiten können insbesondere
dadurch begünstigt
werden, dass bei organischen elektronischen Bauelementen die Maximaltemperatur,
bei denen Barrierenschichten aufgebracht werden können, wie
oben erwähnt,
etwa 120°C
und bevorzugt etwa 80°C
nicht überschreiten darf.
Dadurch erfordern herkömmliche
Verkapselungen mit CVD-aufgebrachten Barrierenschichten sehr komplexe
und damit kostenintensive Vielschichtsysteme, die eine wirtschaftliche
Herstellung von organischen elektronischen Bauelementen mit einer
Verkapselung verhindern können.
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Diese
Nachteile herkömmlicher
Verkapselungen können
durch das hier beschriebene Verfahren vermieden werden. Durch das
PEALD-Verfahren zum Aufbringen der ersten Barrierenschicht kann
die erste Barrierenschicht im Vergleich zu einer Barrierenschicht,
die mittels eines CVD- oder PECVD-Verfahrens aufgebracht wird, mit einer
höheren
Dichte hergestellt werden und die Ausbildung und/oder Fortsetzung
von Kanälen
und/oder Poren kann dabei verringert oder verhindert werden. Damit
kann im Vergleich zu einer mittels eines CVD-Verfahrens hergestellten
Schicht für
die erste Barrierenschicht auch eine höhere Dichtigkeit hinsichtlich
Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff erreicht werden. Dabei kann es möglich sein,
dass die Anzahl der Barrierenschichten und/oder ihre Dicke im Vergleich
zu Barrierenschichten von Verkapselungen, die mit herkömmlichen CVD-Verfahren
hergestellt sind, verringert werden kann. Dadurch kann eine dünne Verkapselung
bei gleichzeitig hoher intrinsischer Dichtigkeit auf kleine Flächen wie
auch großflächig erzeugt
werden und die Diffusion von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff durch Korngrenzen,
Kanäle
und/oder Poren kann verringert oder verhindert werden. Weiterhin
kann die hier beschriebene Verkapselung mit den ersten und zweiten Barrierenschichten
auch eine hohe Dichtigkeit in Randbereichen der Verkapselung aufweisen,
so dass eine Diffusion von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff durch
Grenzflächen
zwischen der Verkapselung und dem bereitgestellten Substrat mit
der zumindest einen organischen funktionellen Schicht verringert oder
verhindert werden kann.
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Im
Vergleich zu weiterhin bekannten Verkapselungen mittels eines Deckglases,
bei dem in eine Kavität
zusätzlich
ein Gettermaterial eingebracht wird, ermöglich die hier beschriebene
Verkapselung mit den ersten und zweiten Barrierenschichten eine kostengünstigere
Herstellung und eine geringere Dicke der Verkapselung. Weiterhin
kann es mit dem hier beschriebenen Verfahren möglich sein, ein organisches
elektronisches Bauelement mit einer transparenten Verkapselung herzustellen,
was im Falle der Verkapselung mittels Deckglas und Gettermaterial
nicht möglich
ist.
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Die
Verfahrensschritte des Aufbringens der ersten Barrierenschicht und
der zweiten Barrierenschicht können
unmittelbar nacheinander in demselben Volumen, beispielsweise in
einer herkömmlichen Beschichtungsanlage
durchgeführt
werden.
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Die
erste Barrierenschicht kann mittels des PEALD-Verfahrens beispielsweise
mit einer Dicke von größer oder
gleich 10 nm und kleiner oder gleich 30 nm aufgebracht werden. Das
kann bedeuten, dass mittels des PEALD-Verfahrens die erste Barrierenschicht
mit größer oder
gleich 10 Monolagen und kleiner oder gleich 50 Monolagen herstellbar
ist. Durch die hohe Dichte und Qualität der ersten Barrierenschicht
kann eine solche Dicke ausreichend sein, um einen wirkungsvollen
Schutz vor Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff für die darunter liegende zumindest
eine organische funktionelle Schicht zu gewährleisten. Obwohl das PEALD-Verfahren
im Vergleich zum PECVD-Verfahren eine geringere Wachstumsrate aufweisen
kann, kann aufgrund der geringen Dicke der ersten Barrierenschicht
eine kurze Prozesszeit und damit eine hohe Wirtschaftlichkeit des
hier beschriebenen Verfahrens gewährleistet sein.
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Aufgrund
der hohen Dichtigkeit der ersten Barrierenschicht können die
Anforderungen an die zweite Barrierenschicht hinsichtlich Dichtigkeit
geringer angesetzt werden als bei einer herkömmlichen Verkapselung mit Barrierenschichten,
die alle mit CVD-Verfahren aufgebracht werden. Insbesondere kann
die zweite Barrierenschicht mit einer höheren Wachstumsrate als die
erste Barrierenschicht aufgebracht werden und nach dem Aufbringen
eine Dicke von größer oder
gleich 1 nm und kleiner oder gleich 1000 nm aufweisen. Insbesondere
kann die erste Barrierenschicht mit einer Dicke von größer oder gleich
10 nm, bevorzugt größer oder
gleich 20 nm und besonders bevorzugt größer oder gleich 100 nm aufgebracht
werden.
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Das
Verfahren kann einen weiteren Verfahrensschritt aufweisen, bei dem
eine Schutzschicht auf der ersten und zweiten Barrierenschicht aufgebracht
wird. Dabei kann die Schutzschicht direkt auf der ersten oder zweiten
Barrierenschicht aufgebracht werden und damit nach dem Aufbringen
in direktem Kontakt mit der ersten oder der zweiten Barrierenschicht
sein. Insbesondere kann die Schutzschicht einen mechanischen Schutz
der darunter liegenden ersten und zweiten Barrierenschichten ermöglichen. Die
Schutzschicht kann dazu mit einer Dicke von größer oder gleich 1 μm und kleiner
oder gleich 100 μm aufgebracht
werden. Insbesondere kann die Schutzschicht mit einer Dicke von
größer oder
gleich 5 μm und
bevorzugt mit einer Dicke von größer oder
gleich 10 μm
aufgebracht werden.
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Dabei
kann die Schutzschicht etwa Kunststoffe wie etwa Siloxane, Epoxide,
Acrylate wie zum Beispiel Methylmethacrylate, Imide, Carbonate,
Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren,
Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere
oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise kann die Schutzschicht
ein Epoxidharz, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol, Polycarbonat,
Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikonharz wie etwa Polysiloxan
oder Mischungen daraus umfassen oder sein. Die Schutzschicht kann
dabei beispielsweise transparent sein.
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Die
Schutzschicht kann weiterhin einen Sprühlack aufweisen beziehungsweise
als Sprühlack ausgebildet
sein, der zumindest eines der vorher genannten Materialien umfasst
und der beispielsweise mittels einer Durchlauf-Sprühbelackungsanlage
aufgebracht werden kann. Der Sprühlack
kann weiterhin ein UV-härtbarer
und/oder ein binder- oder lösungsmittelhaltiger
Sprühlack
sein.
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Bei
einer Ausführungsform
wird bei dem hier beschriebenen Verfahren das organische elektronische
Bauelement als organisches strahlungsemittierendes Bauelement mit
einer strahlungsemittierenden Schichtenfolge hergestellt. Die strahlungsemittierende
Schichtenfolge kann dabei die organische funktionelle Schicht umfassen.
Insbesondere kann das organische elektronische Bauelement dabei
eine organische, strahlungsemittierende Diode (OLED) umfassen oder als
solche ausgeführt
sein. Das organische elektronische Bauelement kann dazu einen aktiven
Bereich aufweisen, der geeignet ist, im Betrieb des organischen
elektronischen Bauelements durch Rekombination von Elektronen und
Löchern elektromagnetische
Strahlung abzustrahlen.
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Eine
organische strahlungsemittierende Schichtenfolge beziehungsweise
eine OLED kann beispielsweise eine erste Elektrode auf dem Substrat aufweisen. Über der
ersten Elektrode kann die zumindest eine organische funktionelle
Schicht oder eine Mehrzahl von funktionellen Schichten aus organischen
Materialien aufgebracht sein. Die zumindest eine organische funktionelle
Schicht oder die Mehrzahl der funktionellen Schichten können dabei
beispielsweise Elektronentransportschichten, elektrolumineszierende
Schichten und/oder Lochtransportschichten aufweisen oder als solche
ausgeführt
sein. Über
der organischen funktionellen Schicht oder der Mehrzahl organischer
funktioneller Schichten kann eine zweite Elektrode aufgebracht sein.
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Beispielsweise
kann das Substrat Glas, Quarz, Kunststofffolien, Metall, Metallfolien,
Siliziumwafer oder ein anderes geeignetes Substratmaterial umfassen.
Ist die OLED als so genannter „Bottom-Emitter" ausgeführt, das
heißt,
dass die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung durch das Substrat abgestrahlt
wird, so kann das Substrat eine Transparenz für zumindest einen Teil der
ersten Strahlung aufweisen.
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In
der Bottom-Emitter-Konfiguration kann vorteilhafterweise auch die
erste Elektrode eine Transparenz für zumindest einen Teil der
Primärstrahlung
aufweisen. Eine transparente erste Elektrode, die als Anode ausgeführt sein
kann und somit als Löcher-injizierendes
Material dient, kann beispielsweise ein transparentes leitendes
Oxid aufweisen oder aus einem transparenten leitenden Oxid bestehen.
Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO") sind transparente,
leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise
Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid
(ITO). Neben binären
Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören
auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen,
wie beispielsweise Zn2SnO4,
CdSnO3, ZnSnO3,
MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen
unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der
TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen
Zusammensetzung und können
auch p- oder n-dotiert
sein.
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Die
organische funktionelle Schicht oder die Mehrzahl funktioneller
Schichten können
organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere,
organische kleine, nicht-polymere Moleküle („small molecules") oder Kombinationen
daraus aufweisen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die
organische strahlungsemittierende Schichtenfolge eine funktionelle
Schicht aufweist, die als Lochtransportschicht ausgeführt ist,
um eine effektive Löcherinjektion
in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden
Bereich zu ermöglichen.
Als Materialien für
eine Lochtransportschicht können
sich beispielsweise tertiäre
Amine, Carbazolderivate, leitendes Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen
als vorteilhaft erweisen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn
eine funktionelle Schicht als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt ist.
Als Materialien hierzu eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission
aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren,
Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen
oder Copolymere davon. Abhängig
von den Materialien in den funktionellen Schichten kann die erzeugte
erste Strahlung einzelne Wellenlängen
oder Bereiche oder Kombinationen daraus aus dem ultravioletten bis
rotem Spektralbereich aufweisen.
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Die
zweite Elektrode kann als Kathode ausgeführt sein und somit als Elektronen-injizierendes Material
dienen. Als Kathodenmaterial können
sich unter anderem insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber,
Gold, Magnesium, Kalzium oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen
und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Alternativ oder zusätzlich kann
die zweite Elektrode auch eines der oben genannten TCOs aufweisen.
Zusätzlich
oder alternativ kann die zweite Elektrode auch transparent ausgeführt sein
und/oder die erste Elektrode kann als Kathode und die zweite Elektrode
als Anode ausgeführt
sein. Das bedeutet insbesondere, dass die OLED auch als „Top-Emitter" ausgeführt sein
kann.
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Die
erste und/oder die zweite Elektrode können jeweils großflächig ausgebildet
sein. Dadurch kann im Falle einer OLED eine großflächige Abstrahlung der im aktiven
Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht werden. „Großflächig" kann dabei bedeuten,
dass das organische elektronische Bauelement eine Fläche von
größer oder
gleich einigen Quadratmillimetern, bevorzugt größer oder gleich einem Qudratzentimeter
und besonders bevorzugt größer oder
gleich einem Quadratdezimeter aufweist. Alternativ oder zusätzlich können die
erste und/oder die zweite Elektrode zumindest in Teilbereichen strukturiert
ausgebildet sein. Dadurch kann eine strukturierte Abstrahlung der
im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht werden,
etwa in Form von Pixeln oder Piktogrammen.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann das organische elektronische Bauelement derart ausgebildet werden,
dass das Substrat mit der zumindest einen organischen funktionellen
Schicht einen Photodetektor und/oder einen Transistor umfasst oder
als solcher ausgebildet ist.
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Insbesondere
kann die erste Barrierenschicht direkt auf der zweiten Elektrode
beziehungsweise auf der strahlungsemittierenden Schichtenfolge aufgebracht
werden. Durch das Aufbringen mittels des PEALD-Verfahrens kann die
erste Barrierenschicht gleichmäßig dick
und vollständig
bedeckend auf dem Substrat mit der zumindest einen organischen funktionellen
Schicht beziehungsweise der organischen Schichtenfolge aufgebracht
werden. Dadurch ist keine Planarisierungsschicht zwischen der organischen
funktionellen Schicht beziehungsweise der organischen Schichtenfolge
und der Verkapselung erforderlich. Alternativ kann vor dem Aufbringen der
ersten Barrierenschicht die zweite Barrierenschicht aufgebracht
werden.
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Die
erste Barrierenschicht und die zweite Barrierenschicht können jeweils
ein Material aufweisen, das geeignet ist, die zumindest eine organische funktionelle
Schicht vor schädigenden
Einflüssen
der Umgebung zu schützen,
also etwa vor Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit. Beispielsweise kann
als erste Barrierenschicht und/oder als zweite Barrierenschicht
ein Oxid, ein Nitrid oder ein Oxinitrid in kristalliner oder in
glasartiger Form aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Oxid,
Nitrid oder Oxinitrid weiterhin Aluminium, Silizium, Zinn, Zink,
Titan, Zirkonium, Tantal, Niobium oder Hafnium umfassen. Die erste
und/oder die zweite Barrierenschicht kann dabei dielektrische oder
auch elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen und beispielsweise
Siliziumoxid (SiOx), wie etwa SiO2, Siliziumnitrid (SixNy), wie etwa Si2N3, Siliziumoxynitrid (SiOxNy), Aluminiumoxid, etwa Al2O3, Aluminiumnitrid, Zinnoxid, Indiumzinnoxid,
Zinkoxid oder Aluminiumzinkoxid aufweisen.
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Zur
Herstellung der ersten Barrierenschicht kann in dem oben beschriebenen
PEALD-Verfahren als erste Ausgangsverbindung beispielsweise eine metallorganische
oder eine halbmetallorganische Verbindung zugeführt werden. Als zweite Ausgangsverbindung,
in dann das Plasma erzeugt wird, kann eine Sauerstoff- und/oder
Stickstoff-haltige Verbindung zugeführt werden. Umfasst die erste
Barrierenschicht rein beispielhaft etwa Al2O3, so kann als erste Ausgangsverbindung etwa
Trimethylaluminium und als zweite Ausgangsverbindung N2O
zugeführt
werden.
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Die
zweite Barrierenschicht kann weiterhin eine Schichtenfolge aus zumindest
zwei Schichten mit unterschiedlichen Materialien aufweisen. Das kann
bedeuten, dass als zweite Barrierenschicht die Schichtenfolge mit
zumindest zwei unterschiedlichen Schichten aufgebracht wird. Beispielsweise
kann die Schichtenfolge eine Schicht mit einem Oxid und eine Schicht
mit einem Nitrid aufweisen. Die Schichtenfolge kann auch eine Mehrzahl
von ersten Schichten mit einem ersten Material, etwa einem Nitrid,
und/oder eine Mehrzahl von zweiten Schichten mit einem zweiten Material,
etwa einem Oxid, aufweisen, die abwechselnd aufeinander aufgebracht
werden. Bezeichnet man die erste, nitridhaltige Schicht mit „N" und die zweite,
oxidhaltige Schicht mit „O", so können die
Schichtenfolge beispielsweise in einer Abfolge NON oder NONON oder
auch ONO oder ONONO ausgebildet sein.
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Weiterhin
kann auf der zumindest einen ersten Barrierenschicht und/oder auf
der zumindest einen zweiten Barrierenschicht eine weitere erste
Barrierenschicht und/oder eine weitere zweite Barrierenschicht aufgebracht
werden. Damit kann etwa eine Mehrzahl von ersten Barrierenschichten
und/oder einer Mehrzahl von zweiten Barrierenschichten auf dem Substrat
mit der zumindest einen organischen funktionellen Schicht aufgebracht
werden. Die ersten Barrierenschichten und die zweiten Barrierenschichten
können
bevorzugt abwechselnd aufeinander aufgebracht werden.
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Die
weitere erste Barrierenschicht beziehungsweise die weitere zweite
Barrierenschicht kann dabei zumindest eines oder mehrere Merkmale
aufweisen, die im Zusammenhang mit der zumindest einen ersten beziehungsweise
der zumindest einen zweiten Barrierenschicht beschrieben sind. Insbesondere
kann jede weitere erste Barrierenschicht mittels eines PEALD-Verfahrens aufgebracht
werden, während
jede weitere zweite Barrierenschicht mittels eine PECVD-Verfahrens
aufgebracht werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird mittels des hier beschriebenen Verfahrens ein organisches elektronisches
Bauelement hergestellt. Das organische elektronische Bauelement
kann insbesondere ein Substrat mit zumindest einer organischen funktionellen
Schicht und darüber
zumindest eine erste Barrierenschicht und zumindest eine zweite
Barrierenschicht aufweisen. Die zumindest eine erste Barrierenschicht
und die zumindest eine zweite Barrierenschicht können dabei jeweils eines oder mehrere
der oben beschriebenen Merkmale aufweisen. Das organische elektronische
Bauelement kann sich dabei durch eine geringe Dicke bei gleichzeitiger hoher
Dichtigkeit der Verkapselung auszeichnen, das mit hoher Wirtschaftlichkeit
hergestellt werden kann.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden
in Verbindung mit den 1A bis 5 beschriebenen
Ausführungsformen.
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Es
zeigen:
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1A bis 1C schematische
Darstellungen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 eine
schematische Darstellung eines organischen elektronischen Bauelements,
das mittels eines Verfahrens gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
herstellbar ist, und
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3 bis 5 schematische
Darstellungen von Ausschnitten organischer elektronischer Bauelemente,
die mittels Verfahren gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen
herstellbar sind.
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In
den Ausführungsbeispielen
und Figuren können
gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren
Größenverhältnisse
untereinander sind grundsätzlich
nicht als maßstabsgerecht
anzusehen, vielmehr können
einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente
und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren
Verständnis übertrieben
dick oder groß dimensioniert
dargestellt sein.
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In
den 1A bis 1C ist
ein Verfahren zur Herstellung eines organischen elektronischen Bauelements
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
gezeigt.
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In
einem ersten Verfahrensschritt gemäß 1A wird
ein Substrat 1 mit zumindest einer organischen funktionellen
Schicht 22 bereitgestellt. Die organische funktionelle
Schicht 22 ist dabei Teil einer organischen Schichtenfolge 2 und
ist zwischen einer ersten Elektrode 21 und einer zweiten
Elektrode 23 eingebettet. Das Substrat 1 mit der
organischen Schichtenfolge 2 ist dabei als organische lichtemittierende
Diode (OLED) ausgebildet und kann weitere funktionelle Schichten
wie oben im allgemeinen Teil beschrieben aufweisen (nicht gezeigt).
Die elektrische Ankontaktierung der ersten und zweiten Elektrode 21, 23 erfolgt über Leiterbahnen,
die der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt sind.
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Das
Substrat 1 mit der organischen Schichtenfolge 2 ist
im gezeigten Ausführungsbeispiel
als Bottom-Emitter ausgeführt
und weist ein transparentes Substrat 1 aus Glas sowie eine
transparente erste Elektrode 21 aus ITO auf, die als Anode
ausgebildet ist. Die zweite Elektrode 23 ist reflektierend
und als Kathode ausgebildet und weist Aluminium auf.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1B wird
mittels eines PEALD-Verfahrens eine erste Barrierenschicht 3 aus
Al2O3 auf der organischen
funktionellen Schicht 22 und insbesondere auf der Schichtenfolge 2 aufgebracht.
Dazu wird das Substrat 1 mit der organischen Schichtenfolge 2 in
einer Beschichtungsanlage auf eine Temperatur von weniger als 100°C und bevorzugt
weniger als 80°C aufgeheizt
und in einem ersten Teilschritt Trimethylaluminium als eine erste Ausgangsverbindung
ausgesetzt, so dass das Trimethylaluminium auf der durch die Schichtenfolge 2 und
das Substrat 1 gebildeten Oberfläche adsorbieren kann. Um eine
Adsorption der ersten Ausgangsverbindung beispielsweise auf einem
Kontaktbereich des Substrats 1 zur späteren elektrischen Kontaktierung
des organische elektronischen Bauelements zu vermeiden kann beispielsweise
eine den Kontaktbereich bedeckende Maskenschicht verwendet werden,
die nach dem Aufbringen der ersten Barrierenschicht wieder entfernt
werden kann. Nach dem Entfernen des nicht adsorbierten Anteils des
Trimethylaluminiums wird in einem zweiten Teilschritt des PEALD-Verfahrens
das Substrat 1 mit dem Schichtenstapel 2 einem
Plasma mit N2O als zweite Ausgangsverbindung
ausgesetzt. Das N2O kann mit dem auf dem
Substrat 1 und der Schichtenfolge 2 adsorbierten
Trimethylaluminium zu einer AL2O3-Schicht mit einer Dicke im Bereich von
weniger als 1 nm bis zu mehreren Nanometern reagieren, die aber
bevorzugt als Monolage ausgebildet ist. Der erste und der zweite
Teilschritt des PEALD-Verfahrens werden sooft wiederholt, bis eine
10 bis 30 nm dicke erste Barrierenschicht 3 hergestellt
ist.
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Durch
das PEALD-Verfahren kann eine hochdichte erste Barrierenschicht 3 hergestellt
werden, die sich durch eine hervorragende Kristallstruktur auszeichnet
und im Vergleich zu einer mittels eines CVD-Verfahrens aufgewachsenen
Schicht keine oder nur kaum Poren und/oder Kanäle aufweist. Weiterhin ermöglicht die
derart hergestellte erste Barrierenschicht 3 eine hochdichte
Grenzfläche
zwischen der Barrierenschicht 3 und beispielsweise dem
Substrat 1 im Randbereich der Verkapselung, wodurch mögliche Permeationspfade
für Sauerstoff
und/oder Feuchtigkeit entlang dieser Grenzflächen vermieden werden.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1C wird
mittels eines PECVD-Verfahrens zweite Barrierenschicht 4 aus
SiO2 auf der ersten Barrierenschicht 3 aufgebracht.
Die zweite Barrierenschicht 4 wird dabei mit einer Dicke
von etwa 100 nm bis etwa 1000 nm bei derselben Temperatur wie die
erste Barrierenschicht 3 aufgebracht. Aufgrund der hochdichten
ersten Barrierenschicht 3 kann die zweite Barrierenschicht 4 mit
einer im Vergleich höheren
Aufwachsrate aufgebracht werden, um eine intrinsisch dichte Verkapselung
der organischen Schichtenfolge 2 zu erreichen.
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Insgesamt
wird so eine hochdichte Verkapselung bei kurzen Prozesszeiten in
einem wirtschaftlichen Verfahren erreicht.
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Das
PEALD-Verfahren und das PECVD-Verfahren werden in derselben Beschichtungsanlage durchgeführt, so
dass bei der Herstellung der Verkapselung mit der ersten Barrierenschicht 3 und
der zweiten Barrierenschicht 4 keine zusätzlichen
Totzeiten durch Be- und Entladen von Beschichtungsanlagen beim Wechseln
vom PEALD-Verfahren zum PECVD-Verfahren entstehen.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu den hier beschriebenen Materialien kann die erste und/oder die zweite
Barrierenschicht 3, 4 Oxid, Nitride und/oder Oxinitride
mit Halbmetallen und/oder Metallen wie im allgemeinen Teil ausgeführt aufweisen.
Alternativ zum gezeigten Verfahren kann die zweite Barrierenschicht 4 auch
vor der ersten Barrierenschicht 3 auf dem Substrat und
dem organischen Schichtenstapel 2 mit der organischen funktionellen
Schicht 22 aufgebracht werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die zweite Elektrode 23 transparent ausgeführt sein,
so dass das organische elektronische Bauelement als Top-Emitter
oder als transparente OLED hergestellt werden kann. Alternativ oder
zusätzlich
kann die Schichtenfolge 2 beispielsweise auch einen organischen
Transistor und/oder eine organische Photodiode umfassen oder sein.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
für ein organisches
elektronisches Bauelement gezeigt, dass mittels eines Verfahrens
hergestellt ist, das im Vergleich zum Verfahren gemäß dem vorherigen Ausführungsbeispiel
einen weiteren Verfahrensschritt aufweist.
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Dabei
wird nach dem oben beschriebenen Aufbringen der ersten und zweiten
Barrierenschicht 3, 4 weiterhin eine Schutzschicht 5 aufgebracht.
Die Schutzschicht 5 umfasst einen Sprühlack, der beispielsweise ein
lösungsmittelhaltiger
Lack sein kann, der mit einer Dicke von 10 bis 100 μm in einer
Durchlauf-Sprühbelackungsanlage
aufgebracht wird. Durch die Schutzschicht 5 kann das organische
elektronische Bauelement und insbesondere die erste und zweite Barrierenschicht 3, 4 wirksam
gegen Kratzer und sonstige mechanische Beschädigungen geschützt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann als Schutzschicht 5 beispielsweise auch ein Polymer,
etwa ein Silikon- oder Epoxidharz aufgebracht werden.
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In
den folgenden Figuren sind Ausschnitte von organischen elektronischen
Bauelementen gemäß weiterer
Ausführungsbeispiele
gezeigt, die Modifikationen und Variationen der vorherigen Ausführungsbeispiele
darstellen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede
zu den vorherigen Ausführungsbeispielen.
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In 3 ist
ein Ausschnitt eines organischen elektronischen Bauelements gezeigt,
bei dem wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen über der
Schichtenfolge 2 eine hochdichte erste Barrierenschicht 3 aus
Al2O3 aufgebracht
ist. Darüber
ist eine zweite Barrierenschicht 4 mittels eines PECVD-Verfahrens
aufgebracht, die drei Schichten 41, 42, 43 mit einer
Gesamtdicke von 100 bis 100 nm aufweist. Die Schichten 41 und 43 sind
als Siliziumnitridschicht ausgeführt,
während
die Schicht 42 als Siliziumoxidschicht ausgeführt ist.
Alternativ können
die Materialien der Schichten 41, 43 und der Schicht 42 auch vertauscht
sein. Weiterhin kann die zweite Barrierenschicht 4 auch
beispielsweise eine Schichtenfolge mit fünf Schichten aufweisen, die
abwechselnd als Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten ausgebildet sind.
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Alternativ
zum gezeigten Ausführungsbeispiel
kann die erste Barrierenschicht 3 auch auf der zweiten
Barrierenschicht 4 mit den Schichten 41, 42, 43 aufgebracht
sein.
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In
den 4 und 5 sind Ausschnitte von organischen
elektronischen Bauelementen gezeigt, die eine Mehrzahl von ersten
Barrierenschichten 3, 3', 3'' beziehungsweise 3, 3', 3'', 3''' und eine Mehrzahl
von zweiten Barrierenschichten 4, 4', 4'' aufweisen,
die jeweils abwechselnd aufeinander mittels PEALD-Verfahren beziehungsweise
PECVD-Verfahren aufgebracht sind. Da nicht ausgeschlossen werden
kann, dass die zweite Elektrode der Schichtenfolge 2 und/oder
die zweiten Barrierenschichten 4, 4', 4'' zumindest
teilweise Defekte beispielsweise in Form von kolumnaren Wachstum, Kanälen, Poren und/oder
Korngrenzen aufweisen, kann durch die ersten Barrierenschichten 3, 3', 3'' zwischen der Schichtenfolge 2 und
den zweiten Barrierenschichten 4, 4', 4'' sichergestellt
werden, dass eine Fortsetzung solcher Defekte wirksam unterbrochen
werden kann. Insbesondere können
in den zweiten Barrierenschichten 4, 4', 4'' auftretende Kanäle und/oder
Poren durch die darüber
liegenden ersten Barrierenschichten 3', 3'' beziehungsweise 3', 3'', 3''' abgedichtet
werden.
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Weiterhin
kann zumindest eine der zweiten Barrierenschichten 4, 4' und 4'' mehrere Schichten wie in Verbindung
mit dem Ausführungsbeispiel
in 3 gezeigt aufweisen.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
auf diese beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst
nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen
angegeben ist.