CN101213687A - 用于减少在有机功能设备中出现短路故障的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于减少在有机功能设备(401)中出现短路故障的方法，所述有机功能设备包括第一透明电极层(104)、第二电极层(105)和夹在所述第一和第二电极层(104；105)之间的有机功能层(103)。该方法包括以下步骤：识别所述有机功能设备(401)中的一部分/所述部分包含致使短路故障的风险增大的缺陷(102d－e)；选择所述第二电极层(105)的一个段，所述段对应于所述部分，以及使所述段与所述第二电极层(105)的剩余部分电绝缘，由此消除由所述缺陷(102d－e)引起的短路故障。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于减少在有机功能设备中出现短路故障的方法，该有机功能设备包括第一透明电极层、第二电极层以及夹在所述第一和第二电极层之间的有机功能层。
背景技术
所有有机功能设备的共同之处在于将至少一个有机层夹在一对电极层之间并且与这一对电极层相互作用，所述有机功能设备如有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池、有机光伏元件(organicphotovoltaic element)、有机光电二极管、有机光敏器件等。在OLED中，在电极层之间施加电压导致该有机层发射光，而在有机太阳能电池中，该有机层吸收光导致在电极层之间产生电压。
在制造有机功能设备时产生缺陷有一定的概率。一些缺陷可能仅仅不太重要，且该设备可能在这种情况下被交付给消费者，而消费者一方没有任何不满意。另一些缺陷可能使该设备对于消费者来说无用，因此这样的设备可能不被运送。特别重要的是那些在制造时看不见但却导致设备在使用时出现错误的缺陷，典型地短路故障。这些错误除了致使消费者不满意之外，当在保修期内发生时会导致制造公司的相当大的直接成本。通常，具有在操作过程中的短路故障的增大的可能性的设备可以在运输之前被识别并将其处理掉。但是在一些情况下，这样的程序可能造成不能接受的低生产收益率(productionyield)。
关于这一点，应该提到日本专利申请JP2004199970。在该文献中公开了一种用于检测和修理在电致发光(EL)显示器中的短路的方法。根据该方法，利用两台显微镜高精度地检测短路位置，所述两台显微镜即一台光学显微镜和一台红外显微镜。在该检测之后，用激光辐照该短路位置并将其“烧掉”。
JP2004199970的方法具有的问题是需要非常高的精度以精确地定位和去除短路。通常，高精度要求昂贵的设备和/或很长的时间。此外，根据JP2004199970的方法看来似乎仅适合于由点缺陷引起的短路。
因此需要一种用于减少出现短路故障的改进的且更有成本效益的方法。
发明内容
鉴于现有技术的上述和其他缺陷，本发明的一般目的是提供一种用于减少在有机功能设备中出现短路故障的改进的方法。
本发明的另一个目的在于使得能够更有成本效益地减少这种短路故障的出现。
根据本发明，通过一种用于减少在有机功能设备中出现短路故障的方法来实现这些和其他目的，所述有机功能设备包括第一透明电极层、第二电极层和夹在该第一和第二电极层之间的有机功能层，包括以下步骤：识别该有机功能设备中包含缺陷的一个部分，所述缺陷致使短路故障的风险增大，选择第二电极层的一个段，该段对应于该部分，并且使该段与第二电极层的剩余部分电绝缘，由此消除由该缺陷引起的短路故障。
有机功能设备的例子包括有机发光二极管(OLED)、有机光电池、有机光伏元件、有机光电二极管和有机光敏器件。
术语“电极层”应当理解为导电层，该导电层可以是透光的或者不透光的。
透明的电极层可以例如由本来就导电且透明的任何材料来制造，或者可选择地由足够薄的金属层来制造，所述金属层可以结合透明的导电或不导电层来提供。
有机功能层可以由具有不同功能(如空穴注入、空穴传输、空穴阻挡(blocking)、激发阻挡、电子阻挡、电子传输、电子注入或光发射、光吸收层)的许多不同的有机层或其混合来组成，但也可以包括如三重态发射器(triplet emitter)的金属-有机材料，或者如电介质、半导体或者金属量子点的无机材料或者纳米粒子。
识别的缺陷可能是已经显现的短路，或者可能是在后面的阶段导致出现短路故障的缺陷。这种缺陷可以例如是在制造过程中陷入(trap)在设备内部的灰尘斑点或其他外来材料，或者针孔等等。
这种缺陷可能出现在设备中所包括的任一层中或者两层之间。通常，缺陷被识别(identify)为设备的二维部分。
通过根据本发明的方法，可以处理可能发展为短路的缺陷以及实际的短路缺陷。因此可以显著地减少在有机功能设备的操作过程中出现短路故障。
此外，由于与识别的缺陷相对应的电极层的多个段被电绝缘，而不是将这些识别的缺陷予以精确地找到(pin-pointed)并被“烧掉”，因此增大了通过本发明的方法所获得的可靠性。
通过这些段的电绝缘，与现有技术相比降低了对精度的要求。由此可以更快速地并且利用更不精密复杂(sofisticated)的设备来执行本发明的方法。因此降低了在资本支出和处理时间方面的成本。
根据本发明的方法在大面积有机功能设备的生产中是特别有用的，所述大面积有机功能设备如OLED照明设备、具有相对较大像素的OLED显示器(例如电视显示器)和有机太阳能电池等，因为短路缺陷在这些设备中的影响比在具有较小电池或像素的设备中的影响更严重。举例来说，在具有小像素的高分辨率显示器中，一定数量的缺陷通常是容许的，因为用户不能区别这些缺陷的影响。另一方面，在大面积OLED照明设备(灯)中，少数短路缺陷可能造成整体故障。
根据一个实施例，识别一个部分的步骤可以包括在电极层之间施加电压的步骤，以及利用热成像技术(thermographic technique)识别该部分的步骤，由于所述缺陷，所述电压致使电流在电极层之间流动，从而在包含该缺陷的部分中产生热。
当在有机功能设备的电极层之间施加电压时，在有机功能设备的包含缺陷的部分中的电场通常变得比周围区域中的电场更不均匀并且更大。由于电场在局部更不均匀且增大，所以在该设备的这一部分中的电极层之间流动的局部电流比在周围部分中的电极层之间流动的局部电流更大。电流的流动致使产生热，因此可以利用热成像技术将包含该缺陷的那部分识别为局部热源，所述热成像技术如红外热成像法、液晶显微镜方法、荧光低温成像(fluorescent microthermalimaging)或纹影成像(Schlieren imaging)。
根据另一个实施例，施加电压的步骤可以通过施加AC电压来完成，从而周期性地产生热，并且识别一个部分的步骤可以利用在与AC电压的频率相关的频率处工作的IR检测器来完成。
通常，IR检测器的工作频率是AC电压的频率的倍数的步骤。换句话说，如果AC电压是fR，那么IR检测器频率优选是nfR，n＝1，2，...
通过该方法，可以获得关于包含缺陷的部分的位置的更多信息，所述方法称作锁相IR检测。
更特别的是，除了获取振幅图像之外还可以获取相位图像。
通过利用相位图像，可以滤掉该设备的各个层中的热耗散和热扩散(heat-spreading)的影响，因此以更高精度识别包含缺陷的那些部分。
根据本发明的再一个实施例，使得设备中包含缺陷的部分相对应的段电绝缘的步骤利用激光辐照来完成。
通过利用激光辐照， 不必接触任何电极层就能够消除(neutralization)潜在的短路故障。因此降低了在这些段的电绝缘过程中损害该设备的风险。
另外，能够测试和修理已完成的有机功能设备，由此实际上不需要特殊的处理环境，如绝对无尘室、惰性气体、真空等等。
激光辐照可以是连续的，或者优选是脉冲的，所用的激光器可以是为能被调节到用于进行电绝缘的适当设置的任何激光器。这种激光器可以包括各种类型的气体激光器，或者固态激光器，气体激光器如CO2激光器和准分子激光器，固态激光器如Nd-YAG激光器和纤维激光器。
有利的是，可以从第一透明电极层这一侧将激光辐照施加于有机功能设备。
因此，通过适当地选择激光器参数可以使第二电极层单独地或者与第一透明电极层一起形成图案，所述第二电极层可以是透明的或者不透明的。
激光辐照可以通过衬底被施加，第一透明电极提供在该衬底上。
该衬底可以是例如薄玻璃片或者合适的塑料，其可以是刚性的或者柔性的。
按照这种方式，可以进行密封产品的处理，由此不需要特殊的处理环境，如绝对无尘室、惰性气体、真空等等。这使得处理更便宜并且更可靠。
电极层的段可以从第二电极层中选择。
可选择的是，分别从第一和第二电极层选择两个相对应的段，并且可以选择激光器设置以便使这些相对应的段同时与其各自电极层的剩余部分电绝缘。
通过这样做，更可靠得多地消除了短路故障。
此外，因为增大了激光加工窗口(window)，所以提供了一种更稳固的方法。
现在参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，附图示出了本发明的当前优选实施例。
附图说明
图1a是有机功能设备的第一个例子的示意平面图，该有机功能设备具有许多包含缺陷的部分以及电绝缘段。
图1b是图1a中的有机功能设备沿线I-I的示意剖面图。
图1c是图1a-b中的有机功能设备的示意透视图。
图2a是有机功能设备的第二个例子的示意平面图，该有机功能设备具有许多包含缺陷的部分以及电绝缘段。
图2b是图2a中的有机功能设备沿线II-II的示意剖面图。
图2c是图2a-b中的有机功能设备的示意透视图。
图3是说明根据本发明的方法的流程图。
图4是说明根据本发明的方法的优选实施例的流程图。
图5是用于实现根据本发明的方法的优选实施例的装置的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，参考发光板(light emitting panel)来描述本发明。应该注意，这决不是限制本发明的范围，本发明同样可适用于具有类似结构的许多有机功能叠层，用于例如有机太阳能电池或有机光电二极管。
在图1a-c中示出了有机发光板101的第一个例子。图1a示意性地示出发光板101的顶视图，其在位置(xa，ya)至(xg，yg)处具有短路故障102a-g的风险增大的许多缺陷。
在图1b中示出了沿图1a中的线I-I的剖面图，其中可以看到有机功能设备101的层状结构，并且还示出了在位置(xd，yd)、(xe，ye)处的缺陷102d、102e。有机功能层103夹在第一透明电极层104和第二电极层105之间。此外，在第二电极层105中形成多个段108a-g(图1b中可以看见108d和108e)，这些段与设备中包含缺陷102a-g的部分相对应。为了支承和保护，衬底106和保护覆盖层109围住由有机功能层103以及第一和第二电极层104、105构成的有机功能叠层。在该覆盖层109和第二电极层105之间形成空腔107。(这里，示出了设备101的一部分。因此空腔107看来似乎是敞开的。然而，其在设备101的边界处是闭合的。)衬底106优选是玻璃的或者合适的塑料材料的，覆盖层109可以由玻璃、塑料或金属制成。空腔107填充有气体，通常是氮气。
为了更清楚地说明合适的段108a-g的构造，在图1c中以透视图示意性地示出了发光板101。
在图2a-c中示出了有机功能设备201的第二个例子。该有机功能设备呈有机发光板201的形式，其与图1a-c中示出的有机发光板101的不同之处在于在第一透明电极层104中表示出了另外的段202a-g(图2b中可以看到202d和202e)。除了该区别之外，图2a-c中的设备201具有与图1a-c中所示的设备101相同的构造并呈现相同的缺陷102a-g。
有机功能层103通常可包括几个有机层。在有机功能设备101、201是聚合物发光二极管(LED)的情况下，有机功能层103基本上包括由空穴导体层和发光聚合物层组成的双层叠层，并且可以进一步包括在发光聚合物上的几个附加的层，如脱水的(evaporated)有机空穴阻挡层。
在有机功能设备101、201是小分子OLED的情况下，有机功能层103通常形成为更复杂的叠层，其包括空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层、发光层、空穴阻挡层和电子传输层，以及电子阻挡层等等。
第一透明电极层104适当地由氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等等形成，或者由透明衬底上形成的薄金属层来形成。这种金属层应当足够薄从而是透明的，即在5-30nm的范围内。
第二电极层105优选是钡(Ba)或钙(Ca)、铝(Al)、银(Ag)、硒化锌(其透明且导电)等中的一种，或者是它们的叠层，并且另外可以包含注入层，如氟化锂(LiF)等等。
当在电极层(阳极和阴极)之间施加电压时，电子从阴极层移动到OLED设备中。同时空穴从阳极层移动到OLED设备中。
当正电荷与负电荷相遇时，它们重新结合并产生光子。光子的波长以及因此光子的颜色取决于生成光子的有机材料的性质。在OLED设备中，阴极层或阳极层或其二者对所生成的光子都是透明的，允许光从该设备发射到外界。
为了使有机发光板101、201能够发射光，因此必须在电极层104、105之间存在足够的电压。在有机发光板101、201以及诸如有机太阳能电池之类的其他类型有机功能设备的生产中，可能会引入例如针孔、灰尘或其他外物的形式的缺陷。这些缺陷可以例如本身显现为在电极层104、105之间的短路102e或者显现为粒子102d，所述粒子可能在有机发光板101、201的操作过程中发展为短路。
为了能够将发光板101、201运送给消费者，因此需要按照处理上述类型的缺陷102d、102e以及其他类型缺陷的方式来处理。
图3中说明了根据本发明的方法。
在第一步骤301中，识别包含(多个)缺陷102a-g的有机功能设备101、201的一个或几个部分。在下一个步骤302中，选择第一和第二电极层104、105中至少一个电极层的(多个)段108d-e、202d-e。选择的段108d、202d；108e、202e与有机功能设备101、201中包含缺陷的部分102d；102e相对应。
在接着的步骤303中，使选择的段108d、202d；108e、202e与相关的电极层105；104的剩余部分电绝缘。
根据本发明方法的第一个例子，选择302第二电极层的段108a-g，使得这些段中的每一个都与发光板101的至少一个先前识别的包含缺陷的部分102a-g相对应。在选择302之后，使段108a-g与第二电极层的剩余部分电绝缘303。优选地，利用激光器来实现电绝缘303。按照激光辐照通过衬底106进入发光板101，在被第二电极层105吸收之前连续通过第一透明电极层104和有机功能层103而不改变这些层的性质的方式对激光器进行调节。通过该激光辐照，在第二电极层中选择的段108a-g与第二电极层105的剩余部分电绝缘。激光辐照的一个作用是烧蚀在段108a-g与第二电极层105的剩余部分之间的边界处的材料，从而破坏在该段与该剩余部分之间的电连接。激光处理过程中的放热(heat development)的另一个作用是金属熔化在激光光点周围并由于去湿而将其移走，从而破坏在该段和该剩余部分之间的电连接。通常，通过这些作用的任何一个或其组合来获得在第二电极层中的段的电绝缘。
用于实现上述结果的合适的激光器参数的例子为：
a)脉冲Nd-YAG激光器，λ＝1064nm，脉冲宽度：大约100ns，脉冲频率为5kHz，能量分布：高斯，平均脉冲能量密度为1.1J/cm2，每个位置的脉冲数为5。
b)脉冲准分子激光器，λ＝351nm，脉冲宽度：大约20ns，脉冲频率为100Hz，能量分布：礼帽形(top-hat)，平均脉冲能量密度为0.4J/cm2，每个位置的脉冲数：16。
通过上述电绝缘303，电压可以保持在第一和第二电极层104、105之间，因此该发光板可以仅具有与段108a-g相对应的较小缺陷而工作，所述较小缺陷是小的非发光点的形式。
根据本发明的方法第二个例子，选择302第二电极层的段108a-g和第一透明电极层的段202a-g，从而这些段与发光板201的至少一个识别301的包含缺陷的部分102a-g相对应。在选择302之后，使段108a-g、202a-g分别与第二和第一电极层的剩余部分电绝缘303。优选地，利用激光器来实现电绝缘303。按照激光辐照通过衬底106进入发光板101、由第一透明电极层104部分吸收、且在被第二电极层105吸收之前通过有机功能层103而不改变该层103的性质的方式对激光器进行调节。通过该激光辐照，选择的第二电极层中的段108a-g与第二电极层105的剩余部分电绝缘，并使选择的第一透明电极层中的段202a-g与该层104的剩余部分电绝缘。由于第一电极层104的局部加热，第一透明电极层的电导率局部地降低到第一透明电极层中的段202a-g变为与第一电极层104的剩余部分电绝缘的程度。
用于实现上述结果的合适的激光器参数的例子为：
a)脉冲Nd-YAG激光器，λ＝1064nm，脉冲宽度：大约100ns，脉冲频率为5kHz，能量分布：高斯，平均脉冲能量密度为9J/cm2，每个位置的脉冲数为5。
b)脉冲Nd-YAG激光器，λ＝532nm，脉冲宽度：大约80ns，脉冲频率为4kHz，能量分布：高斯，平均脉冲能量密度为0.8J/cm2，每个位置的脉冲数为3。
在上面的描述中，暗示了选择步骤302包含在执行使段108a-g；202a-g与各自电极层105；104的剩余部分电绝缘的步骤302之前选择所有这些段。任选的是，可以一次一个段来识别301、选择302，然后与各自层的剩余部分电绝缘303。
图4示出根据本发明方法的优选实施例的方框图。根据该实施例，在第一步骤501中将AC电压施加于发光板101、201的电极层104、105之间。当在电极层104、105之间施加电压时，漏电流在有机发光板101、201的包含缺陷的部分102a-g中的电极层104、105之间流动。通过电流流动，在包含缺陷的部分102a-g处产生热。作为在电极层104、105之间施加AC电压的步骤501的结果，因此我们具有与有机发光板101、201的包含缺陷的部分102a-g相对应的许多脉动的热源。利用IR检测器，优选通过锁相热成像法(lock-in thermography)来识别502这些包含缺陷的部分102a-g。
锁相热成像法意思是用频率fR对在调查研究中物体内耗散的功率周期性地进行振幅调制。通过用与频率fR相关的一定帧频(整数)运行的IR检测器对最后得到的表面温度调制进行成像，并且根据锁相原理(lock-in principle)对生成的IR图像进行数字处理。这样，锁相热成像法的作用与如果IR图像的每个像素都与两相锁相放大器相连时的情况相同。优选的是，由计算机来抓取来自该IR检测器的图像，该计算机与在电极层104、105之间施加的AC电压的频率fR的倍频nfR同步且以该倍频抓取。通过该方法，可以获得相位信息以及振幅信息，并且由此与如果仅利用振幅信息的情况相比可以以更高精度来确定包含缺陷的部分102a-g的位置(xa，ya)至(xg，yg)。当已经识别502包含缺陷的部分102a-g时，选择302其中至少一个电极层104、105的段，从而使这些段对应于局部热源102a-g。在最后的步骤303中，利用激光使选择的段与各自层的剩余部分电绝缘。
在图5中，示意性地示出了用于实现本发明方法的优选实施例的装置。这里，有机功能设备呈有机发光板401的形式，其包括也在图1a-c和2a-c中包括的相同的层103-107和缺陷102a-g(图4中可以看见102d和102e)。该有机发光板401的第一和第二电极层104、105连接到脉冲电压源402，该脉冲电压源受计算机403控制，并以一定频率fR产生脉冲。计算机403还连接到激光器404和IR检测器405。透镜装置(根据特殊情况具有负或正的放大率)通常放置在有机发光板401和IR检测器405之间，该透镜装置在本文中呈微距透镜(macro-lens)406的形式。
本领域技术人员认识到本发明决不限于上述优选实施例。相反，在随附的权利要求书的范围内的许多修改和变化都是可能的。例如，可以利用其他热技术而不是上述“锁相热成像法”来识别缺陷102a-g。可选择的技术包括液晶显微镜方法、荧光低温成像以及纹影成像。
此外，如果覆盖层109是透明的，那么可以从有机功能设备401的覆盖层109一侧施加激光辐照。
另外，这里将电绝缘段108a-g；202a-g显示为圆形的。当然，适合于特殊应用的任何段的形状都在本发明的范围内。
本文描述的各种有机功能设备所有都按照“传统的”方式来制造，其具有保护覆盖层109和充气腔107。本发明的方法同样可适用于薄膜型的有机功能设备，其中用(多个)防护层代替保护覆盖层109和充气腔107，所述保护层呈例如塑料膜或SixOy和SixNy的多个交替层的形式。根据本发明，可以在导电性的局部改变之前或者优选在之后增加这个/这些保护层。
Claims (10)
1.一种用于减少在有机功能设备(101，201，401)中出现短路故障的方法，该有机功能设备包括第一透明电极层(104)、第二电极层(105)和夹在所述第一和第二电极层(104；105)之间的有机功能层(103)，包括以下步骤：
-识别(301)所述有机功能设备(101，201，401)的一个部分，该部分包含致使短路故障的风险增大的缺陷(102a-g)；
-选择(302)所述第二电极层(105)的一个段(108a-g)，所述段对应于所述部分，以及；
-使所述段(108a-g)与所述第二电极层(105)的剩余部分电绝缘(303)，由此消除由所述缺陷(102a-g)引起的短路故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述识别一个部分的步骤(301)包括如下步骤：
-在所述电极层(104，105)之间施加(501)电压，由于所述缺陷(102a-g)，所述电压致使电流在所述电极层(104，105)之间流动，从而在所述部分中产生热，以及；
-利用热成像技术识别(502)所述部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述施加电压的步骤(501)通过施加AC电压来完成，从而使得所述热周期性地产生，并且其中所述识别一个部分的步骤(502)利用在与所述AC电压的频率(fR)相关的频率(nfR)处工作的IR检测器(405)来完成。
4.根据前面任一项权利要求所述的方法，其中所述使所述段(108a-g)电绝缘的步骤(303)利用激光辐照来完成。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述激光辐照通过所述第一透明电极层(104)施加。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一透明电极层(104)提供在透明衬底(106)上，并且其中所述激光辐照通过所述衬底(106)施加。
7.根据前面任一项权利要求所述的方法，其中分别从所述第一和第二电极层(104；105)选择(302)两个相对应的段(108a-g；202a-g)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中使所述相对应的段(108a-g；202a-g)与其各自电极层(105；104)的剩余部分同时电绝缘。
9.根据前面任一项权利要求所述的方法的用途，用于制造有机发光设备。
10.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的方法的用途，用于制造有机太阳能电池。
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