DE102006015043A1 - A method of encapsulating an organic photoactive device and encapsulating a photoactive electronic device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkapseln organischer photoaktiver Bauelemente und eine Verkapselung eines organischen photoaktiven Bauelements mit verbessertem Degradationsschutz und optischer Ankopplung. Nach der Erfindung werden organische mit anorganischen Verkapselungsschichten kombiniert und dabei wird darauf geachtet, dass das Material der Schichten im Brechungsindex an das photoaktive Bauteil einerseits und an die von außen ankommende Strahlung oder die Szintillatorstrahlung andererseits angepasst ist.The invention relates to a method for encapsulating organic photoactive components and an encapsulation of an organic photoactive component with improved protection against degradation and optical coupling. According to the invention, organic with inorganic encapsulation layers are combined and care is taken that the material of the layers is matched in refractive index to the photoactive component on the one hand and to the radiation arriving from outside or the scintillator radiation on the other.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkapseln organischer photoaktiver Bauelemente und eine Verkapselung eines organischen photoaktiven Bauelements mit verbessertem Degradationsschutz und optischer Ankopplung.The The invention relates to a method for encapsulating organic photoactive Components and an encapsulation of an organic photoactive device with improved degradation protection and optical coupling.
Organische photoaktive Bauteile wie beispielsweise organische Photodioden stellen eine interessante Technologie für die Anwendung in Röntgen-Flachdetektoren dar. Besonders die kostengünstige Herstellung von großflächigen organischen Detektorbauteilen, wie sie z.B. in Flachdetektoren für Fluoroskopie-, Radiographie-, oder auch Mammographieanwendungen zum Einsatz kommt, steht dabei im Fokus der Entwicklung. Da bei den organischen Photodioden eine hohe Effizienz im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums nachgewiesen wurde, bietet sich eine indirekte Detektion der Röntgenstrahlung über einen Szintillator wie z.B. mit Thallium dotiertes Cäsiumjodid (CsI:Tl) an.organic photoactive components such as organic photodiodes provide an interesting technology for the application in X-ray flat detectors dar. Especially the cost-effective Production of large-scale organic Detector components, such as e.g. in flat panel fluoroscopy detectors, Radiography, or mammography applications is used, is the focus of development. As with organic photodiodes a high efficiency in the green area of the visible spectrum, an indirect one is available Detection of X-ray radiation over a Scintillator, e.g. cesium iodide doped with thallium (CsI: Tl).
Effiziente organische Photodioden bestehen typischerweise aus mindestens einer photoaktiven organischen Schicht zwischen zwei Elektrodenschichten von denen die eine geringere Austrittsarbeit hat und aus einem hochoxidationsempfindlichen Material ist. Diese Elektrodenschicht kann daher nur dann zur Bildung einer stabilen Photodiode genutzt werden, wenn sie entsprechend gegen Luft und Feuchte abgeschirmt ist. Auch der organische photoaktive Halbleiter selbst ist meistens oxidations- und/oder feuchtigkeitsempfindlich, so dass eine Verkapselung, die wirksam vor Degradation schützt unerlässlich ist.efficient Organic photodiodes typically consist of at least one photoactive organic layer between two electrode layers of which has a lower work function and of a highly oxidation-sensitive material is. This electrode layer can therefore only to form a stable photodiode can be used, if appropriate against Air and moisture is shielded. Also the organic photoactive Semiconductor itself is mostly sensitive to oxidation and / or moisture, so that an encapsulation that effectively protects against degradation is essential.
Zwar gibt es Verkapselungen, wie sie beispielsweise aus US 2003/0207500 A1 bekannt sind, diese haben jedoch keine optimale Transmission, also optische Ankoppelung zwischen der Verkapselung und der organischen photoaktiven Schicht. Darüber hinaus ist es bislang nicht gelungen, Materialien für eine Dünnschichtverkapselung zur Verfügung zu stellen, die keine Rest-Reaktivität mit der meist oberen, oxidationsempfindlichen und in der Regel generell sehr reaktiven Elektrode eingehen.Though there are encapsulations, as for example from US 2003/0207500 A1 are known, but these have no optimal transmission, ie optical coupling between the encapsulation and the organic photoactive layer. About that In addition, materials for thin-film encapsulation have so far not been successful to disposal to provide that no residual reactivity with the mostly upper, oxidation-sensitive and usually generally very reactive electrode.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verkapselung in Form mehrerer dünnster Schichten zur Verfügung zu stellen, die trotz eines wirksamen Schutzes eine gute optische Ankopplung des photoaktiven Bauteils bei größtmöglicher Unversehrtheit der oberen Elektrode ermöglicht.task The invention is therefore an encapsulation in the form of several thinnest layers to disposal to provide a good optical despite an effective protection Coupling of the photoactive component with the greatest possible integrity of the upper electrode allows.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche im Zusammenhang mit der Beschreibung und der Figur gelöst.These The object is solved by the subject matter of the claims in connection with Description and figure solved.
Gegenstand der Erfindung ist eine Verkapselung eines photoaktiven organischen elektronischen Bauteils, zumindest eine untere organische strukturierte Schicht und eine, die erste Schicht komplett bedeckende, ebenfalls strukturierte, anorganische Schicht umfassend. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Verkapseln eines photoaktiven organischen elektronischen Bauelements, das folgende Arbeitsschritte umfasst: Strukturiertes Aufbringen einer organischen Deckschicht und darauf folgendes strukturiertes Aufbringen einer anorganischen Barriereschicht.object The invention is an encapsulation of a photoactive organic electronic component, at least one lower organic structured Layer and one, the first layer completely covering, likewise structured, inorganic layer comprising. Besides that is The invention relates to a method for encapsulating a photoactive organic electronic component, the following steps comprises: Structured application of an organic topcoat and subsequent structured application of an inorganic Barrier layer.
Als photoaktives organisches elektronisches Bauteil werden hier beispielsweise folgende Bauteile bezeichnet: organisches Photodetektor, organische Leuchtdiode OLED, organisches Transistor, organisches photovoltaisches Bauteil, Solarzelle, ein organisches elektrochromes Bauteil oder ähnliches.When For example, photoactive organic electronic device referred to as the following components: organic photodetector, organic light emitting diode OLED, organic transistor, organic photovoltaic device, Solar cell, an organic electrochromic device or the like.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Gesamtschichtdicke nicht mehr als 25 μm, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 20 μm.To In a preferred embodiment, the total layer thickness is not more than 25 μm, more preferably not more than 20 microns.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat die unterste strukturiert aufgebrachte organische Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 bis 12 μm, bevorzugt zwischen 1 bis 7 μm und insbesondere bevorzugt zwischen 3 und 6 μm.To an embodiment The invention has the lowest structured organic layer applied a thickness in the range between 0.5 to 12 microns, preferably between 1 to 7 μm and more preferably between 3 and 6 microns.
Die Funktion der untersten organischen Schicht kann über die reine Schutzfunktion hinaus sowohl zur Planarisierung als auch zur Bereitstellung einer guten Wachstumsoberfläche für die anorganische Barriereschicht ausgeweitet werden.The Function of the lowest organic layer can be beyond the pure protection function in addition to both the planarization and the provision of a good growth surface for the be extended inorganic barrier layer.
Nach einer Ausführungsform ist die obere empfindliche Elektrode noch mit einer sehr dünnen Deckschicht zum Schutz abgedeckt, beispielsweise ist die obere sehr reaktive und hochoxidationsempfindliche Elektrode aus Calcium und darauf befindet sich dann einer dünne Deckschicht aus einem stabilerem leitfähigen Material wie Silber, Aluminium und/oder Indium-Zinn-Oxid (ITO). Die obere hochoxidationsempfindliche Elektrode kann beispielsweise auch aus anderen Materialien wie Magnesium und Barium sein.To an embodiment the upper sensitive electrode is still with a very thin cover layer covered for protection, for example, the upper is very reactive and high oxidation sensitive electrode of calcium and thereon is then a thin one Cover layer of a more stable conductive material such as silver, Aluminum and / or indium tin oxide (ITO). For example, the upper highly oxidation-sensitive electrode may also be used be made of other materials such as magnesium and barium.
Beispielsweise ist eine sehr dünne Deckschicht zum Schutz der Elektrodenschicht vorhanden, z.B. 10 nm Silber auf 3 nm Calcium. Durch diese niedrige Schichtdicke ist die Elektrode sehr empfindlich gegenüber dem nächsten Beschichtungsverfahren. Nur wenige organische Materialien eignen sich als erste Schutzschicht, da häufig schon eine Reaktion mit dem vernetzbaren Material, also mit den Monomeren, dem Lösungsmittel oder einem möglicherweise vorhandenen Katalysator oder Initiator auftritt.For example is a very thin one Cover layer for protecting the electrode layer, e.g. 10 nm silver to 3 nm calcium. Due to this low layer thickness is the electrode is very sensitive to the next coating process. Only a few organic materials are suitable as the first protective layer, there often already a reaction with the crosslinkable material, so with the Monomers, the solvent or one possibly existing catalyst or initiator occurs.
Ein bevorzugtes Material zur Ausbildung der strukturierten unteren organischen Schicht ist die Klasse der lösungsmittelfreien Epoxide. Dabei sind Epoxide, die UV-initiiert und/oder thermisch vernetzen, bevorzugt.A preferred material for forming the structured lower organic layer is the Class of solvent-free epoxies. In this case, epoxides which are UV-initiated and / or thermally crosslinked are preferred.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das organische Material mit einem Druckverfahren (Siebdruck, Schablonendruck, Flexodruck etc.), einem Rakelverfahren, durch Spray- Coating, Dip coating, Slit Coating und/oder Spin Coating aufgebracht. Das Material wird dabei strukturiert und bevorzugt so strukturiert, dass nur die aktive Fläche des zu verkapselnden Bauteils und ein schmaler Randbereich beschichtet werden.To an embodiment The invention relates to the organic material with a printing process (Screen printing, stencil printing, flexographic printing, etc.), a doctor blade method, by spray coating, Dip coating, slit coating and / or spin coating applied. The Material is structured and preferably structured that only the active area coated the component to be encapsulated and a narrow edge area become.
Die Strukturierung wird beispielsweise über die Druckform oder eine Schablone erreicht. Beispielhaft genannt seien beim Slit Coating die Strukturierung über die Öffnung des Spalts und die Prozessführung mit dem Tool, und beim Spin Coating eine Strukturierung durch Auflaminieren einer adhäsiv haftenden Schutzfolie.The Structuring is for example via the printing plate or a Stencil reached. Examples are the slit coating the structuring over the opening of the gap and the litigation with the tool, and in spin coating structuring by lamination an adhesively adhesive Protective film.
Die zweite anorganische Barriereschicht umschließt die untere organische strukturierte Schicht bevorzugt permeationsdicht, damit eine Degradation durch Diffusion vom seitlichen Rand vermieden wird.The second inorganic barrier layer encloses the lower organic structured Layer preferably permeation-tight, so that a degradation by Diffusion from the side edge is avoided.
Zur Umschließung der unteren organischen strukturierten Schicht ist der Winkel, den diese Schicht mit dem Substrat bildet ein entscheidender Faktor. Bevorzugt wird das Material der unteren organischen strukturierten Schicht dabei so gewählt, dass sich ein flacher Kantenwinkel im Bereich von 3 bis 60° ausbildet. Diese flache Kante kann dann von der darauf folgenden anorganischen strukturierten Barriereschicht relativ leicht permeationsdicht umschlossen werden.to enclosure The lower organic structured layer is the angle this layer with the substrate is a crucial factor. Preferably, the material of the lower organic is structured Layer chosen so that forms a flat edge angle in the range of 3 to 60 °. This flat edge can then be followed by the inorganic structured barrier layer relatively easily permeation-tight enclosed become.
Beispielsweise wird ein Material für die untere organische strukturierte Schicht mit einer Viskosität von 10 bis 5000 mPa·s gewählt, die einen entsprechend flachen Kantenwinkel bildet.For example becomes a material for the lower organic structured layer having a viscosity of 10 up to 5000 mPa · s selected which forms a correspondingly flat edge angle.
Das Material der unteren organischen strukturierten Schicht wird bevorzugt nach der Aufbringung vernetzt. Bevorzugt wird über UV-Bestrahlung und/oder thermisch vernetzt.The Material of the lower organic structured layer is preferred networked after application. Preference is given to UV irradiation and / or thermally crosslinked.
Über die untere strukturierte organische Schicht wird die obere anorganische Barriereschicht ebenfalls strukturiert aufgebracht. Diese Schicht ist in der Regel deutlich dünner als die untere organische strukturierte Schicht, die eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 12 μm hat. Beispielsweise liegt die Schichtdicke der anorganischen Barriereschicht im Bereich zwischen 50 nm und 1000 nm, also 1 μm, bevorzugt zwischen 50 und 500 nm, insbesondere bevorzugt zwischen 50 und 250 nm.About the lower structured organic layer becomes the upper inorganic one Barrier layer also applied structured. This layer is usually much thinner as the lower organic structured layer, which has a thickness in the range of 0.5 to 12 microns Has. For example, the layer thickness of the inorganic barrier layer is in the range between 50 nm and 1000 nm, ie 1 μm, preferably between 50 and 500 nm, more preferably between 50 and 250 nm.
Die Art der Aufbringung der anorganischen strukturierten Barriereschicht ist nicht in dem Maße kritisch wie die der unteren organischen strukturierten Schicht, weil hier auf einer relativ dicken, stabilen und eventuell extra zur Ausbildung einer dünneren anorganischen Barriereschicht gewählten Trägerschicht, also der unteren Schicht, aufgebaut werden kann. Die anorganische Barriereschicht kann beispielsweise durch Aufdampfen gebildet werden.The Type of application of the inorganic structured barrier layer is not critical to that extent like that of the lower organic structured layer because here on a relatively thick, stable and possibly extra for training a thinner inorganic one Barrier layer selected Support layer, So the lower layer, can be built. The inorganic Barrier layer can be formed for example by vapor deposition.
Beispielsweise kann die zweite strukturierte anorganische Barriereschicht eine 100 nm dicke Al2O3 (Aluminiumoxidschicht) sein.By way of example, the second structured inorganic barrier layer may be a 100 nm thick Al 2 O 3 (aluminum oxide layer).
Alternativ oder ergänzend dazu können anorganische Materialien wie transparente Oxide, Nitride und/oder Oxidnitride wie z.B. SiNx.Alternatively or additionally, inorganic materials such as transparent oxides, nitrides and / or oxynitrides such as SiN x .
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die anorganische Barriereschicht noch durch weitere anorganische und/oder organische Schichten geschützt.To an embodiment of the invention, the inorganic barrier layer is still further protected inorganic and / or organic layers.
Insgesamt bevorzugt beträgt die Gesamtdicke der Verkapselung nicht mehr als 25 μm, insbesondere nicht mehr als 20 μm.All in all is preferred the total thickness of the encapsulation not more than 25 microns, in particular not more than 20 μm.
Die organische(n) Schicht(en) der Verkapselung sind bevorzugt im Brechungsindex an die aufzufangende Strahlung und/oder an das Szintillatormaterial angepasst. Dadurch wird eine besonders gute optische Ankopplung oder hohe Effizienz des organischen photoaktiven Bauteils erreicht.The Organic layer (s) of the encapsulation are preferably in the refractive index to the radiation to be collected and / or to the scintillator material customized. This is a particularly good optical coupling or achieved high efficiency of the organic photoactive component.
Die Erfindung wird nun anhand einer Figur, die eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt, näher erläutert.The Invention will now be described with reference to a figure, which is an exemplary embodiment The invention shows, closer explained.
Die
Figur zeigt als Beispiel für
ein organisches photoaktives Bauteil einen verkapselten Photodetektor,
der über
indirekte Detektion Röntgenstrahlung über einen
Szintillator detektiert. Ganz unten findet sich das Substrat
Die
organische strukturierte Schicht
In
dieser Ausführungsform
findet sich über der
zweiten anorganischen Barriereschicht noch eine dritte Verkapselungsschicht
Mit
einer Verkapselung, wie sie in der Figur wiedergegeben ist, mit
einer ca. 100 nm starken anorganischen Al2O3 Schicht
Auf
der zweiten organischen Verkapselungsschicht
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, ein verkapseltes organisches elektronisches photoaktives Bauteil zu schaffen, das eine hohe Lebensdauer in der Klimakammer erreicht hat.With the invention it is possible for the first time an encapsulated organic electronic photoactive component to create a long life in the climatic chamber achieved Has.
Nach der Erfindung werden organische mit anorganischen Verkapselungsschichten kombiniert und dabei wird darauf geachtete, dass das Material der Schichten im Brechungsindex an das photoaktive Bauteil einerseits und an die von außen ankommende Strahlung oder die Szintillatorstrahlung andererseits, praktischerweise je nach zu verkapselndem Bauteil, angepasst ist.To The invention relates to organic with inorganic encapsulation layers combined, and it is ensured that the material of the Layers in the refractive index to the photoactive component on the one hand and to the outside incoming radiation or the scintillator radiation on the other hand, Conveniently, depending on the component to be encapsulated, is adapted.
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