DE102012203637A1

DE102012203637A1 - Organisches optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE102012203637A1
Application number: DE102012203637A
Authority: DE
Inventors: Marc Philippens; Tilman Schlenker
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: DE102012203637B4; JP5968473B2; CN104205399B; US20150028318A1; KR20140138678A; CN104205399A; WO2013131828A1; US9196866B2; JP2015509649A

Abstract

Es wird ein organisches optoelektronisches Bauelement angegeben mit einem ersten Substrat (1), auf dem ein funktioneller Schichtenstapel (8) mit zumindest einer ersten Elektrode (2), darüber einer organischen funktionellen Schicht (6) und darüber einer zweiten Elektrode (7) angeordnet ist, und einer Verkapselungsanordnung (9), die ein zweites Substrat (10) aufweist, auf dem ein Verbindungsmaterial (11) und zumindest ein dem funktionellen Schichtenstapel (8) zugewandter Abstandshalter (12) aufgebracht ist, wobei das Verbindungsmaterial (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (1, 10) angeordnet ist und das erste und zweite Substrat (1, 10) mechanisch miteinander verbindet, wobei der funktionelle Schichtenstapel (8) vom Verbindungsmaterial (11) rahmenförmig umschlossen ist und wobei zumindest eine der ersten und zweiten Elektrode (2, 7) zumindest eine Öffnung (5) aufweist, über der der zumindest eine Abstandshalter (12) angeordnet ist und die eine größere laterale Abmessung als der Abstandshalter (12) aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines organische optoelektronischen Bauelements angegeben.

Description

Es werden ein organisches optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements angegeben.
Die Druckschriften US 6,936,963 B2 und US 6,998,776 B2 beschreiben organische, Licht emittierende Bauelemente, die unter Verwendung eines Glaslots zwischen einem Substrat und einem Deckglas verkapselt sind.
Bei der Verkapselung von solchen Bauelementen nimmt mit steigender Bauteilgröße die Gefahr zu, dass sich das Deckglas und/oder das Substrat beispielsweise aufgrund äußerer mechanischer Einwirkungen wie etwa einer Berührung biegen und die funktionellen Schichten zwischen dem Substrat und dem Deckglas aufgrund einer Berührung durch das Deckglas beschädigt werden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein organisches optoelektronisches Bauelement anzugeben, das eine verbesserte mechanische Stabilität aufweist. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein organisches optoelektronisches Bauelement ein erstes Substrat auf. Darüber hinaus weist das Bauelement ein zweites Substrat auf. Das erste und das zweite Substrat können beispielsweise nach Art von Scheiben oder Platten ausgebildet sein. Das erste und das zweite Substrat sind dann im Wesentlichen eben. „Im Wesentlichen“ eben heißt, dass das erste und das zweite Substrat im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt sind und keine Kavitäten aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen das erste Substrat oder das zweite Substrat oder beide Substrate ein Glas auf oder sind daraus. Alternativ dazu kann zumindest eines der beiden Substrate auch ein Keramikmaterial oder ein Metall aufweisen oder daraus sein.
Zumindest eines der beiden Substrate ist für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise aus dem Wellenlängenbereich für sichtbares Licht, zumindest teildurchlässig. Das erste und das zweite Substrat können dabei aus gleichen oder aus voneinander verschiedenen Materialien gebildet sein. Ist eines der beiden Substrate aus einem strahlungsundurchlässigen Material, wie beispielsweise Metall oder Keramik, gebildet, so ist das andere Substrat zumindest stellenweise strahlungsdurchlässig, beispielsweise mit einem Glas, gebildet.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist auf dem ersten Substrat ein funktioneller Schichtenstapel angeordnet, der zumindest eine organische funktionelle Schicht aufweist, die zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnet ist. Bei dem funktionellen Schichtenstapel kann es sich beispielsweise um einen Licht emittierenden Schichtenstapel mit zumindest einer organischen Licht emittierenden Schicht handeln, so dass das organische optoelektronische Bauelement als organische Licht emittierende Diode (OLED) ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der funktionelle Schichtenstapel als Licht detektierender Schichtenstapel mit zumindest einer organischen Licht absorbierenden Schicht ausgebildet ist, so dass das organische optoelektronische Bauelement als organische Fotodiode oder organische Solarzelle ausgebildet ist.
Der funktionelle Schichtstapel kann organische funktionelle Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen, nicht-polymeren Molekülen („small molecules“) oder Kombinationen daraus aufweisen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der funktionelle Schichtenstapel eine organische funktionelle Schicht aufweist, die als Lochtransportschicht ausgeführt ist, um eine effektive Löcherinjektion in eine Licht emittierende Schicht zu ermöglichen. Als Materialien für eine Lochtransportschicht können sich beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, leitendes Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen als vorteilhaft erweisen. Als Materialien für die Licht emittierende Schicht eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon. Weiterhin kann der funktionelle Schichtenstapel eine organische funktionelle Schicht aufweisen, die als Elektronentransportschicht ausgebildet ist. Darüber hinaus kann der funktionelle Schichtenstapel auch organische Elektronen- und/oder Löcherblockierschichten aufweisen. Der funktionelle Schichtenstapel kann auch eine Mehrzahl von organischen Licht emittierenden oder absorbierenden Schichten aufweisen, die zwischen den Elektroden angeordnet sind.
Im Hinblick auf den prinzipiellen Aufbau eines organischen Licht emittierenden Bauelements, dabei beispielsweise im Hinblick auf den Aufbau, die Schichtzusammensetzung und die Materialien des funktionellen Schichtenstapels, wird auf die Druckschrift WO 2010/066245 A1 verwiesen, die insbesondere im Bezug auf den Aufbau eines organischen Licht emittierenden Bauelements hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Elektroden können jeweils großflächig ausgebildet sein. Dadurch kann im Falle eines als OLED ausgebildeten organischen optoelektronischen Bauelements eine großflächige Abstrahlung der in der organischen Licht emittierenden Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht werden. „Großflächig“ kann dabei bedeuten, dass das organische Licht emittierende Bauelement eine Fläche von größer oder gleich einigen Quadratmillimetern, bevorzugt größer oder gleich einem Quadratzentimeter und besonders bevorzugt größer oder gleich einem Quadratdezimeter aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Substrat als Teil einer Verkapselungsanordnung ausgebildet. Die Verkapselungsanordnung kann weiterhin ein Verbindungsmaterial aufweisen, das rahmenförmig auf dem zweiten Substrat aufgebracht ist. Insbesondere ist das Verbindungsmaterial zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet und verbindet die beiden Substrate miteinander. Das Verbindungsmaterial kann beispielsweise direkt an die Oberflächen des ersten und des zweiten Substrats grenzen.
Insbesondere umschließt das Verbindungsmaterial den funktionellen Schichtenstapel rahmenförmig, so dass der funktionelle Schichtenstapel in einem Hohlraum angeordnet ist, der durch das erste und das zweite Substrat und das dazwischen angeordnete Verbindungsmaterial gebildet wird. „Rahmenförmig“ gibt dabei keinen Hinweis auf die Geometrie des Verlaufs des Verbindungsmaterials. Das Verbindungsmaterial kann beispielsweise quadratisch, rechteckförmig, rund, oval oder in einer anderen geometrischen Form als Band um den funktionellen Schichtenstapel herumgeführt sein. Das Verbindungsmaterial verläuft in einer geschlossenen Bahn um den funktionellen Schichtenstapel und umschließt diesen beispielsweise seitlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verkapselungsanordnung weiterhin zumindest einen Abstandshalter auf, der auf der dem funktionellen Schichtenstapel zugewandten Seite des zweiten Substrats angeordnet ist. Bevorzugt befindet sich der zumindest eine Abstandshalter auf derselben Seite des zweiten Substrats wie das Verbindungsmittel. Insbesondere ist der zumindest eine Abstandshalter fest mit der Oberfläche des zweiten Substrats verbunden, welche dem funktionellen Schichtenstapel zugewandt ist. Dass zwei Elemente „fest verbunden“ sind, bedeutet dabei hier und im Folgenden, dass die beiden Elemente derart verbunden sind, dass sie sich unter normalen Verarbeitungs- oder Betriebsbedingungen des Bauelements nicht voneinander lösen. Eine feste Verbindung kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung, durch eine Schmelzverbindung oder durch eine Sinterverbindung gegeben sein. Besonders bevorzugt ist der zumindest eine Abstandshalter auf dem zweiten Substrat aufgesintert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der Elektroden, also zumindest eine der ersten und der zweiten Elektrode, zumindest eine Öffnung auf. Dabei bedeutet hier und im Folgenden eine „Öffnung“ einen Bereich der ersten oder zweiten Elektrode, der frei vom Elektrodenmaterial der schichtförmig ausgebildeten ersten oder zweiten Elektrode ist und vom Elektrodenmaterial in der Schichtebene der Elektrode umgeben und umschlossen ist. Das bedeutet auch, dass die Elektrode mit der zumindest einen Öffnung nicht durch die Öffnung in zwei voneinander getrennte Teilbereiche unterteilt ist. Vielmehr wird die Elektrode mit der zumindest einen Öffnung durch eine in der Schichtebene zusammenhängende Schicht oder einen zusammenhängenden Schichtenstapel mit der zumindest einen Öffnung gebildet. Richtungen entlang der Erstreckung der Schichtebene der Elektrode mit der zumindest einen Öffnung werden hier und im Folgenden auch als laterale Richtungen bezeichnet.
Der Bereich des Schichtenstapels, in dem sich die zumindest eine Öffnung befindet, ist ein inaktiver Bereich, da die erste oder zweite Elektrode in diesem Bereich fehlt. Das bedeutet, dass der funktionelle Schichtenstapel und damit das organische optoelektronische Bauelement bevorzugt einen zusammenhängenden großflächigen aktiven Bereich aufweist, in dem zumindest ein inaktiver Bereich angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Abstandshalter über der zumindest einen Öffnung angeordnet.
„Über der Öffnung angeordnet“ bedeutet dabei, dass die Projektion des zumindest einen Abstandshalters auf die Schichtebene der Elektrode mit der zumindest einen Öffnung innerhalb der zumindest einen Öffnung liegt. Der zumindest einen Abstandshalter kann dabei in vertikaler Richtung, also in einer Richtung senkrecht zur Schichtebene der Elektrode mit der zumindest einen Öffnung, beabstandet zur Öffnung oberhalb dieser angeordnet sein oder alternativ dazu auch in die Öffnung hineinragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zumindest eine Öffnung eine größere laterale Abmessung als der zumindest eine Abstandshalter auf. Beispielsweise kann die zumindest eine Öffnung einen größeren Querschnitt, also größere Randabmessungen und/oder einen größeren Durchmesser, als das zumindest eine Abstandshalter in lateraler Richtung aufweisen. Das bedeutet, dass der zumindest eine Abstandshalter auch im Fall, dass er in die zumindest eine Öffnung hineinragt, das Elektrodenmaterial der Elektrode mit der zumindest einen Öffnung nicht berührt und so mit der Elektrode mit der zumindest einen Öffnung nicht in Kontakt steht.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das organische optoelektronische Bauelement ein erstes Substrat und eine Verkapselungsanordnung mit einem zweiten Substrat auf. Auf dem ersten Substrat ist ein funktioneller Schichtenstapel mit zumindest einer ersten Elektrode, darüber einer organischen funktionellen Schicht und darüber einer zweiten Elektrode angeordnet. Die Verkapselungsanordnung weist auf dem zweiten Substrat ein Verbindungsmaterial und zumindest einen dem funktionellen Schichtenstapel zugewandten Abstandshalter auf, die mit dem zweiten Substrat fest verbunden sind, wobei das Verbindungsmaterial zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist und das erste und zweite Substrat fest miteinander verbindet, wobei der funktionelle Schichtenstapel vom Verbindungsmaterial rahmenförmig umschlossen ist und wobei zumindest eine der ersten und zweiten Elektrode zumindest eine Öffnung aufweist, über der der zumindest eine Abstandshalter angeordnet ist und die eine größere laterale Abmessung als der Abstandshalter aufweist.
Dem hier beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelement liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei großflächigen organischen, optoelektronischen Bauelementen die Gefahr besteht, dass das erste und zweite Substrat durch äußere Druckeinwirkungen und damit mechanischen Belastungen derart zusammengedrückt werden, dass es zu einer Beschädigung des funktionellen Schichtenstapels kommen kann.
Beispielsweise bei der Verkapselung von organischen Displays, also Anzeigevorrichtungen, tritt dieses Problem nicht auf, da das Display in sehr kleine, lokale begrenzte organische Lichtelemente in Form von Pixeln unterteilt ist, die durch Lackringe, Lackbrücken oder andere Abstandshalter voneinander getrennt sind. Diese Abstandshalter sorgen für einen ständigen Abstand zwischen dem erstem und dem zweitem Substrat, so dass die Gefahr der Beschädigung des Bauelements durch ein Zusammendrücken des ersten und zweiten Substrats stark reduziert ist.
Um eine Beschädigung durch ein Zusammendrücken des ersten und zweiten Substrats auch für großflächige Bauteile sicherzustellen, die beispielsweise zur Allgemeinbeleuchtung Verwendung finden oder als Solarzellen genutzt werden, macht das hier beschriebene Bauelement von der Tatsache Gebrauch, dass zumindest ein Abstandshalter fest mit der Oberfläche des zweiten Substrats verbunden ist, die dem funktionellen Schichtenstapel zugewandt ist. Bei einem Zusammendrücken des ersten und zweiten Substrats wird die Druckbelastung durch den zumindest einen Abstandshalter aufgenommen und durch diesen verteilt. Dadurch, dass der zumindest eine Abstandshalter über der zumindest einen Öffnung der ersten oder zweiten Elektrode angeordnet ist, befindet sich der zumindest eine Abstandshalter über einem optoelektronisch inaktiven Bereich des funktionellen Schichtenstapels. Eine Berührung des funktionellen Schichtenstapels durch den Abstandhalter wirkt sich daher nicht nachteilig auf den aktiven Bereich des funktionellen Schichtenstapels aus, selbst wenn der zumindest eine Abstandshalter den funktionellen Schichtenstapel im inaktiven Bereich beschädigen sollte. Auf diese Weise ist die Gefahr einer punktuellen Beschädigung des organischen optoelektronischen Bauelements im aktiven Bereich erheblich verringert oder sogar ganz vermieden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Abstandshalter nur mit dem zweiten Substrat fest verbunden. Das bedeutet, dass der zumindest eine Abstandshalter lose und ohne feste Verbindung zum funktionellen Schichtenstapel und zum ersten Substrat angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Verbindungsmaterial so dick gewählt, dass nach dem Zusammenfügen des ersten und zweiten Substrats eine Kavität gebildet wird, in der Platz für den funktionellen Schichtenstapel und den zumindest einen Abstandshalter ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der zumindest eine Abstandshalter in vertikaler Richtung eine geringere Höhe als das Verbindungsmaterial auf. Der zumindest eine Abstandshalter kann dadurch den funktionellen Schichtenstapel im Normalzustand des organischen optoelektronischen Bauelements nicht berühren und beabstandet von diesem angeordnet sein. Mit „Normalzustand“ wird hier und im Folgenden die Anordnung der einzelnen Elemente des organischen optoelektronischen Bauelements zueinander bezeichnet, die unter normalen Betriebs oder Lagerbedingungen ohne zusätzlichen äußeren Druck vorliegen. Das heißt, dass nach dem Zusammenfügen ein Abstand zwischen Abstandshalter und dem funktionellen Schichtenstapel vorhanden ist. Vorzugsweise bildet sich ein Spalt aus, der beispielsweise mit einem Gas gefüllt ist, das zwischen dem ersten Substrat und der Verkapselungsanordnung vorhanden sein kann. Beispielsweise senkt sich unter mechanischer Belastung das zweite Substrat mit dem Abstandshalter in Richtung des funktionellen Schichtenstapels. Der Abstandshalter sorgt für einen Mindestabstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat.
Es kann weiterhin auch möglich sein, dass der zumindest eine Abstandshalter im Normalzustand den funktionellen Schichtenstapel berührt. Die Höhe des zumindest einen Abstandshalters kann auch in diesem Fall geringer als die Höhe des Verbindungsmaterials sein. Dies ist vor allem dann möglich, wenn die Höhe des Abstandshalters derart gewählt ist dass er den funktionellen Schichtenstapel oder eine auf dem Schichtenstapel angeordnete Komponente gerade berührt. Beispielsweise kann der zumindest eine Abstandshalter im Falle einer ersten Elektrode mit zumindest einer Öffnung die zweite Elektrode berühren. Im Falle einer zweiten Elektrode mit zumindest einer Öffnung kann das bedeuten, dass der Abstandshalter die unter der zweiten Elektrode angeordnete organische funktionelle Schicht berührt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement eine Mehrzahl von Öffnungen in der ersten oder zweiten Elektrode und eine Mehrzahl von Abstandshaltern auf, wobei über jeder der Öffnungen jeweils ein Abstandshalter angeordnet ist. Durch eine Mehrzahl von Abstandshaltern kann eine äußere Druckeinwirkung, die zu einem für den funktionellen Schichtenstapel schädlichen Zusammendrücken des ersten und zweiten Substrats führen würde, sehr effektiv verteilt und kompensiert werden. Die Abstandshalter und Öffnungen können beispielsweise gleichförmig, also etwa in einer regelmäßigen Anordnung in lateraler Richtung, angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Elektrode die zumindest eine Öffnung auf. Die zumindest eine organische funktionelle Schicht und die zweite Elektrode können die zumindest eine Öffnung dabei bedecken. Alternativ dazu kann auch die zweite Elektrode die zumindest eine Öffnung aufweisen und die zumindest eine organische funktionelle Schicht und die erste Elektrode können im Bereich der Öffnung angeordnet sein. Mit anderen Worten können alle Schichten des funktionellen Schichtenstapels außer der Elektrode mit der zumindest einen Öffnung großflächig und ohne Öffnung ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Material des zumindest einen Abstandshalters und das Verbindungsmaterial gleich. „Gleich“ heißt hierbei, dass das Material des zumindest einen Abstandshalters und des Verbindungsmaterial aus gleichen Materialien oder Materialkombinationen zusammengesetzt sind. Das Verbindungsmaterial und der zumindest eine Abstandshalter können weiterhin im gleichen Verfahrensschritt auf das zweite Substrat aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich beim Verbindungsmaterial und dem Material des zumindest einen Abstandshalters um ein glashaltiges Material. Das heißt, das Verbindungsmaterial und das Material des zumindest einen Abstandshalters enthalten zumindest ein Glas. Beispielsweise kann es sich bei dem glashaltigen Material um ein Glaslot oder um Glasfrittenmaterial handeln. Das glashaltige Verbindungsmaterial und das Material des zumindest einen Abstandshalters können in einem Matrixmaterial vorliegen, das dem Verbindungsmaterial und dem Material des zumindest einen Abstandshalters eine zahnpastaähnliche Konsistenz beim Auftragen des Verbindungsmaterials, beispielsweise auf das zweite Substrat, verleiht. Das Verbindungsmaterial und das Material des zumindest einen Abstandshalters können mittels Siebdruck, Aufrakeln, Aufrieseln oder ähnlichen Methoden auf die Oberfläche des zweiten Substrats aufgebracht, anschließend getrocknet und aufgesintert werden. Zum Verbinden des ersten und zweiten Substrats wird das Verbindungsmaterial dann lokal aufgeschmolzen, das beispielsweise mittels eines Laserstrahls erfolgen kann. Bevorzugt wird das Material des zumindest einen Abstandshalters nicht mehr aufgeschmolzen, so dass der zumindest eine Abstandshalter wie oben beschrieben nur mit dem zweiten Substrat fest verbunden ist.
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass nur der zumindest eine Abstandshalter aus einem glashaltigen Material ist und das Verbindungsmaterial beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Klebstoff, ist.
Die Verkapselungsanordnung kann weiterhin neben dem zumindest einen Abstandshalter angeordnet ein Gettermaterial aufweisen, das geeignet ist, Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff und/oder andere den funktionellen Schichtenstapel schädigende Substanzen aufzunehmen oder zu binden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements die folgenden Schritte auf:

A) Bereitstellen eines ersten Substrats, auf dem ein funktioneller Schichtenstapel mit zumindest einer ersten Elektrode, darüber einer organischen funktionellen Schicht und darüber einer zweiten Elektrode angeordnet wird, wobei zumindest eine der ersten und zweiten Elektrode zumindest eine Öffnung aufweist.
B) Herstellen einer Verkapselungsanordnung.
C) Anordnen der Verkapselungsanordnung auf dem ersten Substrat.

Die für das organische optoelektronische Bauelement beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Verfahrensschritt B die folgenden Teilschritte auf:

B1) Bereitstellen eines zweiten Substrats.
B2) Aufbringen von Verbindungsmaterial auf einer Oberseite des zweiten Substrats.
B3) Aufbringen zumindest eines Abstandshalters auf der Oberseite des zweiten Substrats.
B4) Verbinden zumindest des zumindest einen Abstandshalters mit dem zweiten Substrat mittels eines Sinterprozesses.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Verfahrensschritt C der funktionelle Schichtenstapel vom Verbindungsmaterial umschlossen und der zumindest eine Abstandshalter wird über der zumindest einen Öffnung angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Verfahrensschritt B4 zusätzlich das Verbindungsmaterial mit dem zweiten Substrat mittels des Sinterprozesses verbunden und im Verfahrensschritt C wird das Verbindungsmaterial mittels eines Lasers aufgeschmolzen und mit dem ersten Substrat fest verbunden.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1A bis 5 schematische Darstellungen von Verfahrensschritten zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel und
6 eine schematische Darstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind 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 groß dargestellt sein.
In den 1A bis 5 ist ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt, das, wie in 5 gezeigt ist, auf einem ersten Substrat 1 einen funktionellen Schichtenstapel 8 mit zumindest einer ersten Elektrode 2, darüber einer organischen funktionellen Schicht 6 und darüber einer zweiten Elektrode 7 aufweist. Darüber ist eine Verkapselungsanordnung 9 angeordnet, die ein zweites Substrat 10 aufweist, auf dem ein Verbindungsmaterial 11 und zumindest ein dem funktionellen Schichtenstapel 8 zugewandter Abstandshalter 12 aufgebracht und mit dem zweiten Substrat 10 fest verbunden sind, wobei das Verbindungsmaterial 11 zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 1, 10 angeordnet ist und das erste und zweite Substrat 1, 10 miteinander verbindet, wobei der funktionelle Schichtenstapel 8 vom Verbindungsmaterial 11 rahmenförmig umschlossen ist und wobei die erste Elektrode 2 zumindest eine Öffnung 5 aufweist, über der der zumindest eine Abstandshalter 12 angeordnet ist und die eine größere laterale Abmessung als der Abstandshalter 12 aufweist.
Das organische optoelektronische Bauelement 14 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als organische Leuchtdiode ausgeführt und weist als zumindest eine organische funktionelle Schicht 6 zumindest eine organische Licht emittierende Schicht auf, die Betrieb des Bauelements 14 Licht erzeugen kann. Weiterhin kann der funktionelle Schichtenstapel 8, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist, weitere organische funktionelle Schichten aufweisen, beispielsweise eine Ladungsträgertransportschichten und/oder Ladungsträgerblockierschichten.
Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann das organische optoelektronische Bauelement 14 beispielsweise auch als organisches Licht detektierendes Bauelement, beispielsweise als organische Fotodiode oder organische Solarzelle, ausgebildet sein und entsprechende organische funktionelle Schichten 6 zwischen der ersten und zweiten Elektrode 2, 7 aufweisen.
Weitere Merkmale des organischen optoelektronischen Bauelements 14 werden im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung zur Herstellung des Bauelements 14 in Verbindung mit den 1A bis 5 beschrieben.
In den 1A und 1B ist ein erster Verfahrensschritt gezeigt, in dem das erste Substrat 1 mit der ersten Elektrode 2 bereitgestellt wird. Die Darstellung der 1B entspricht dabei einer Schnittdarstellung des Substrats 1 mit der ersten Elektrode 2 in der in 1A gezeigten Schnittebene AA.
Das erste Substrat 1 ist ein als eine Scheibe ausgebildetes Substrat, das beispielsweise aus einem Glas gebildet sein kann oder aus einem Glas besteht. Beispielsweise besteht das erste Substrat 1 aus einem Kalk-Natron-Glas (Fensterglas), das im Vergleich zu beispielsweise einem Bor-Silikat-Glas besonders kostengünstig ist.
Auf der Oberseite des ersten Substrats 1 ist die erste Elektrode 2 angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Anode ausgebildet ist und beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid („transparent conductive oxide“, TCO), beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO), aufweist oder daraus ist. Die erste Elektrode 2 ist schichtförmig aufgebracht und wird in lateraler Richtung, das heißt in einer Richtung parallel zur Schichterstreckungsebene, von einem Randbereich des ersten Substrats 1 umgeben, der frei vom Elektrodenmaterial der ersten Elektrode 2 ist.
Im Randbereich sind Anschlussstücke 3 und 4 angeordnet, beispielsweise aus einem Metal, einem TCO oder einer Kombination daraus, die zur Kontaktierung von außen der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 7 im später fertig gestellten Bauelement 14 dienen. Die Anschlussstücke 3, 4 sind in ihrer Anordnung rein beispielhaft gezeigt und können in ihrer jeweiligen Form, Anzahl und Position vom gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen.
Die erste Elektrode 2 weist weiterhin die zumindest eine Öffnung 5 auf, über der, wie in 5 gezeigt ist, zumindest ein Abstandselement 12 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind rein beispielhaft vier Öffnungen 5 gezeigt, die gleichmäßig, also in lateraler Richtung regelmäßig, über die erste Elektrode 2 verteilt sind. Alternativ dazu können je nach Größe beziehungsweise Fläche des organischen optoelektronischen Bauelements 14 und je nach Festigkeit der einzelnen Elemente des Bauelements 14, insbesondere der Substrate 1 und 10, mehr oder weniger Öffnungen 5 angeordnet sein, die gleichmäßig oder auch ungleichmäßig verteilt sein können. Beispielsweise ist es auch möglich, dass nur eine einzige Öffnung 5, beispielsweise in der Mitte der ersten Elektrode 2, vorhanden ist.
Die Öffnungen 5 sind durch Bereiche der ersten Elektrode 2 gebildet, in denen kein Elektrodenmaterial vorhanden ist und die vom Elektrodenmaterial in lateraler Richtung umschlossen sind. Die erste Elektrode 2 ist somit als großflächige, zusammenhängende Schicht mit den Öffnungen 5 ausgebildet, wobei die Öffnungen 5 die erste Elektrode 2 nicht in einzelne getrennte Funktionsbereiche unterteilen.
Die in 1A gezeigte quadratische Form der Öffnungen 5 ist dabei rein beispielhaft. Die Öffnungen 5 können auch einen anderen mehreckigen Querschnitt oder auch einen runden Querschnitt, beispielsweise kreis- oder ellipsenförmig, aufweisen.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden, wie in 2 gezeigt ist, die zumindest eine organische funktionelle Schicht 6 und die zweite Elektrode 7 aufgebracht. Die Aufbringung dieser Schichten erfolgt großflächig und damit auch über den Öffnungen 5 der ersten Elektrode 2. Die zweite Elektrode 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kathode ausgebildet und weist beispielsweise ein Metall oder eine Legierung auf, etwa Ag, Pt, Au, Mg oder Mischungen daraus, beispielsweise Ag:Mg.
Alternativ zum gezeigten Aufbau mit der ersten Elektrode 2 als Anode und der zweiten Elektrode 7 als Kathode kann der funktionelle Schichtenstapel 8 auch eine umgekehrte Polarität aufweisen, bei der die Anode und die Kathode vertauscht sind.
In einem weiteren Verfahrenschritt gemäß den 3A und 3B wird eine Verkapselungsanordnung 9 hergestellt. Die Darstellung der 3B entspricht dabei einer Schnittdarstellung der Verkapselungsanordnung 9 in der in 3A gezeigten Schnittebene BB.
Zur Herstellung der Verkapselungsanordnung 9 wird in einem ersten Teilschritt das zweite Substrat 10 bereitgestellt, das im gezeigten Ausführungsbeispiel das gleiche Material wie das erste Substrat 1 aufweist. Alternativ dazu ist auch ein anderes Material denkbar, beispielsweise ein Metall oder ein Keramikmaterial.
Auf das zweite Substrat 2 werden in weiteren Teilschritten das Verbindungsmaterial 11 und die Abstandshalter 12 aufgebracht. Die Positionen der Abstandshalter 12 entsprechen dabei den Positionen der Öffnungen 5 in der ersten Elektrode 2, so dass nach dem Zusammenfügen der Verkapselungsanordnung 9 mit dem ersten Substrat 1, auf dem der funktionelle Schichtenstapel 8 angeordnet ist, jeder der Abstandshalter 12 jeweils über einer Öffnung 5 angeordnet ist, wie in 5 gezeigt ist.
Das Auftragen des Verbindungsmaterials 11 und des Materials der Abstandshalter 12 findet bevorzugt mit derselben Methode statt. Beispielsweise kann das jeweilige Material auf das zweite Substrat 2 aufgerieselt, aufgerakelt oder aufgedruckt werden. Bevorzugt sind das Verbindungsmaterial 11 und das Material der Abstandshalter 12 gleich und weisen ein glashaltiges Material auf oder sind daraus, beispielsweise ein Glaslot oder ein Glasfrittenmaterial.
Das Verbindungsmaterial 11 wird in ausreichender Dicke aufgetragen, sodass nach dem Zusammenfügen der beiden Substrate 1, 10 sowohl der funktionelle Schichtenstapel 8 als auch die Abstandshalter 12 zwischen beiden Substraten 1, 10 Platz finden. Weiterhin wird das Verbindungsmaterial 11 rahmenförmig aufgebracht, so dass das Verbindungsmaterial 11 im fertig gestellten Bauelement 14, wie in 5 gezeigt ist, den funktionellen Schichtenstapel 8 umschließen kann und zusammen mit dem ersten und zweiten Substrat 1, 10 einen Hohlraum bildet, in dem der funktionelle Schichtenstapel 8 angeordnet ist.
Die Abstandshalter 12 weisen im Vergleich zum Verbindungsmaterial 11 eine geringere Höhe auf, wodurch, wie weiter unten beschreiben ist, beim fertigen Bauelement eingestellt werden kann, ob die Abstandshalter 12 im Normalzustand den funktionellen Schichtenstapel 8 berühren oder nicht.
Anschließend werden in einem weiteren Teilschritt das Verbindungsmaterial 11 und das Material der Abstandshalter 12 mit dem zweiten Substrat 2 mittels vorzugsweise eines Trocknungsschritts und eines einzigen Sinterprozesses fest verbunden. Dies hat den Vorteil, dass der Prozess besonders kostengünstig und das Bauelement schnell herstellbar ist, da auf Zwischenschritte in der Fertigung verzichtet werden kann.
Es ist weiterhin noch möglich, dass beispielsweise zwischen die Abstandshalter 12 und das Verbindungsmaterial 11 auf das zweite Substrat 10 ein Gettermaterial aufgebracht wird, das beispielsweise Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff binden kann.
Die Abstandshalter 12 können, wie in 5 gezeigt ist, jeweils eine derartige Höhe aufweisen, dass die Abstandshalter 12 im fertig gestellten Bauelement 14 den funktionellen Schichtenstapel 8 im Normalzustand, also bei normalen Lagerungs- und Betriebsbedingungen ohne zusätzliche äußere Druckeinwirkung, berühren. Dadurch kann ein auch bei Druckeinwirkungen im Wesentlichen gleicher Abstand des ersten Substrats 1 zum zweiten Substrat 10 ermöglicht werden, so dass das organische optoelektronische Bauelement 14 auch bei äußeren Druckeinwirkungen über die gesamte Fläche in etwa die gleich Dicke aufweist.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Abstandshalter 12 eine derartige Höhe aufweisen, dass zwischen den Abstandshaltern 12 und dem funktionellen Schichtenstapel 8 ein beispielsweise gasgefüllter Spalt vorhanden ist, dass also die Abstandshalter 12 im Normalzustand vertikal beabstandet zum funktionellen Schichtenstapel 8 angeordnet sind. Bei nur geringen äußeren Druckeinwirkungen, die nur eine geringe Verformung des ersten und/oder zweiten Substrats 1, 10 zur Folge haben, kann dabei je nach Größe des Spalts eine Berührung zwischen den Abstandshaltern 12 und dem funktionellen Schichtenstapel 8 vermieden werden. Senkt sich unter einer größeren mechanischen Belastung das zweite Substrat 10 mit den Abstandshaltern 12 weiter in Richtung des funktionellen Schichtenstapels 8, sorgen die Abstandshalter 12 dann für einen Mindestabstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat 1, 10.
Der in 3A gezeigte quadratische Querschnitt der Abstandshalter 5 ist dabei, wie bereits in Verbindung mit den Öffnungen 5 beschrieben, rein beispielhaft. Die Abstandshalter 12 können auch einen anderen mehreckigen Querschnitt oder auch einen runden Querschnitt, beispielsweise kreis- oder ellipsenförmig, aufweisen. Der Querschnitt der Abstandshalter 12 muss dabei nicht zwingend mit dem Querschnitt der Öffnungen 5 übereinstimmen.
Die Abstandshalter 12 weisen, wie aus 5 ersichtlich ist, laterale Abmessungen auf, die kleiner als die lateralen Abmessungen der Öffnungen 5 sind. Die Projektion der Abstandshalter 12 im fertig gestellten Bauelement 14 auf die Schichtebene der ersten Elektrode 2 liegt dadurch innerhalb der Öffnungen 5. Dadurch kann nach dem Zusammenfügen der Verkapselungsanordnung 9 mit dem ersten Substrat 1 und dem darauf angeordneten Schichtenstapel 8 sichergestellt werden, dass die Abstandshalter 12 die erste Elektrode 2 auch bei großen äußeren Druckeinwirkungen nicht berühren und dadurch schädigen können und dass die Abstandshalter 12 den funktionellen Schichtenstapel 8 nur in inaktiven Bereichen berühren können.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in 4 gezeigt ist, wird die Verkapselungsanordnung 9 auf das erste Substrat 1 aufgesetzt, so dass das Verbindungsmaterial 11 den funktionellen Schichtenstapel 8 umschließt und die Abstandshalter 12 über den Öffnungen 5 angeordnet sind.
Unter Verwendung vorzugsweise eines Lasers, wie durch die Pfeile 13 angedeutet ist, werden das erste und das zweite Substrat 1, 10 in denjenigen Bereichen fest miteinander verbunden, in denen das Verbindungsmaterial 11 verläuft. Das Verbindungsmaterial 11 wird durch den Laser 13 erhitzt und beispielsweise zumindest teilweise aufgeschmolzen und verbindet nach der Abkühlung das erste Substrat 1 mechanisch fest mit dem zweiten Substrat 10. Die Abstandshalter 12 werden nicht erhitzt, da sie keine Verbindung zwischen den Substraten 1, 10 vermitteln.
Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass das Verbindungsmaterial 11 ein Kunststoffmaterial, beispielsweise einen Klebstoff, aufweist. In diesem Fall werden zur Herstellung der Verkapselungsanordnung 9 nur die Abstandshalter 12 aufgebracht und aufgesintert, wie vorab beschrieben ist. Das Verbindungsmaterial 11 wird anschließend rahmenförmig um die Abstandshalter 12 herum auf das zweite Substrat 10 aufgebracht. Alternativ dazu ist es auch möglich, das Verbindungsmaterial 11 auf das erste Substrat 1 um den funktionellen Schichtenstapel 8 herum rahmenförmig aufzubringen.
In 6 ist ein organisches optoelektronisches Bauelement 15 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das eine Modifikation des vorherigen Ausführungsbeispiels darstellt und bei dem im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel anstelle der ersten Elektrode 2 die zweite Elektrode 7 die zumindest eine Öffnung 5 in Form einer Mehrzahl von Öffnungen 5 aufweist.
Die erste Elektrode 2 und die zumindest eine organische funktionelle Schicht 6, bevorzugt alle organischen funktionellen Schichten, des funktionellen Schichtenstapels 8 sind unstrukturiert aufgebracht und befinden sich auch in Bereichen der Öffnungen 12 in der zweiten Elektrode 7.
Die Abstandshalter 12 der Verkapselungsanordnung 9 können dabei, wie in 6 gezeigt ist, in die Öffnungen 5 der zweiten Elektrode 7 hineinragen und weiterhin beispielsweise die zumindest eine organische funktionelle Schicht 6 unter der zweiten Elektrode 7 berühren. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Abstandshalter 12 nur teilweise in die Öffnungen 5 hineinragen und die unter der zweiten Elektrode 7 liegenden Schichten im Normalzustand nicht berühren. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Abstandshalter 5 vertikal beabstandet über den Öffnungen 5 angeordnet sind.
Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass beide Elektroden 2, 7 jeweils zumindest eine Öffnung 5 oder eine Mehrzahl von Öffnungen 5 aufweisen. Diese können in lateraler Richtung übereinander und/oder auch versetzt zueinander angeordnet sein, da jeder Bereich des funktionellen Schichtenstapels 8, in dem jeweils zumindest eine Öffnung 5 in zumindest einer der Elektroden 2, 7 vorhanden ist, ein inaktiver Bereich ist, über dem ein Abstandshalter 12 der Verkapselungsanordnung 9 angeordnet werden kann.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6936963 B2 [0002]
US 6998776 B2 [0002]
WO 2010/066245 A1 [0011]

Claims

Organisches optoelektronisches Bauelement mit – einem ersten Substrat (1), auf dem ein funktioneller Schichtenstapel (8) mit zumindest einer ersten Elektrode (2), darüber einer organischen funktionellen Schicht (6) und darüber einer zweiten Elektrode (7) angeordnet ist, und – einer Verkapselungsanordnung (9), die ein zweites Substrat (10) aufweist, auf dem ein Verbindungsmaterial (11) und zumindest ein dem funktionellen Schichtenstapel (8) zugewandter Abstandshalter (12) aufgebracht und mit dem zweiten Substrat fest verbunden sind, wobei das Verbindungsmaterial (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (1, 10) angeordnet ist und das erste und zweite Substrat (1, 10) mechanisch miteinander verbindet, wobei der funktionelle Schichtenstapel (8) vom Verbindungsmaterial (11) rahmenförmig umschlossen ist und wobei zumindest eine der ersten und zweiten Elektrode (2, 7) zumindest eine Öffnung (5) aufweist, über der der zumindest eine Abstandshalter (12) angeordnet ist und die eine größere laterale Abmessung als der Abstandshalter (12) aufweist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (2, 7) mit der Öffnung (5) durch eine zusammenhängende Schicht oder einen zusammenhängenden Schichtenstapel gebildet wird.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode (2) die zumindest eine Öffnung (5) aufweist und die zumindest eine organische funktionelle Schicht (6) und die zweite Elektrode (7) die zumindest eine Öffnung (5) bedecken.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Elektrode (7) die zumindest eine Öffnung (5) aufweist und die zumindest eine organische funktionelle Schicht (6) und die erste Elektrode (2) im Bereich der Öffnung angeordnet sind.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verbindungsmaterial (11) und das Material des Abstandshalters (12) gleich sind.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verbindungsmaterial (11) und das Material des Abstandshalters (12) glashaltig ist.
Bauelement nach Anspruch 6, wobei das Verbindungsmaterial (11) und das Material des Abstandshalters (12) mit einem Glaslot oder einer Glasfritte gebildet sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zumindest eine Abstandshalter (12) den funktionellen Schichtenstapel (8) nicht berührt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Abstandshalter (12) den funktionellen Schichtenstapel (8) berührt.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Abstandshalter (12) nur mit dem zweiten Substrat (10) fest verbunden ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Abstandshalter (12) eine geringere Höhe als das Verbindungsmaterial (11) aufweist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Abstandshalter (12) eine Mehrzahl von Abstandshaltern (12) und die zumindest eine Öffnung (5) eine Mehrzahl von Öffnungen (5) aufweisen und über jeder der Öffnungen (5) jeweils ein Abstandshalter (12) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements (14, 15) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten: A) Bereitstellen eines ersten Substrats (1), auf dem ein funktioneller Schichtenstapel (8) mit zumindest einer ersten Elektrode (2), darüber einer organischen funktionellen Schicht (6) und darüber einer zweiten Elektrode (7) angeordnet wird, wobei zumindest eine der ersten und zweiten Elektrode (2, 7) zumindest eine Öffnung (5) aufweist, B) Herstellen einer Verkapselungsanordnung (9), wobei der Verfahrensschritt B die Teilschritte aufweist: B1) Bereitstellen eines zweiten Substrats (10), B2) Aufbringen von Verbindungsmaterial (11) auf einer Oberseite des zweiten Substrats (10), B3) Aufbringen zumindest eines Abstandshalters (12) auf der Oberseite des zweiten Substrats (10), B4) Verbinden zumindest des zumindest einen Abstandshalters (12) mit dem zweiten Substrat (10) mittels eines Sinterprozesses, und C) Anordnen der Verkapselungsanordnung (9) auf dem ersten Substrat (1), so dass der funktionelle Schichtenstapel (8) vom Verbindungsmaterial (11) umschlossen wird und der zumindest eine Abstandshalter (12) über der zumindest einen Öffnung (5) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem im Verfahrensschritt B4 zusätzlich das Verbindungsmaterial (11) mit dem zweiten Substrat (10) mittels des Sinterprozesses verbunden wird und im Verfahrensschritt C das Verbindungsmaterial (11) mittels eines Lasers aufgeschmolzen und mit dem ersten Substrat (2) fest verbunden wird.