JP2008004545A - 有機デバイスのカプセル化 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、有機物質、特に、OLEDを有する電子デバイス、又はその他有機オプトエレクトロニックデバイスのための薄膜カプセル化構造、対応のコンポーネント及び製造方法に関する。
【解決手段】カプセル化されるデバイス又は表面に直接配置された第1の無機バリア層(5)と、該第1の無機バリア層上に配置された平坦化層(6)であって、該平坦化層の厚さを選択して、第1のバリア層の表面又は第1のバリア層の下のデバイスの表面又はカプセル化される表面の最頂部と最底部間の距離の単純値よりも厚くなるようにした平坦化層(6)と、平坦化層上に配置された第2のバリア層(14)とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】カプセル化されるデバイス又は表面に直接配置された第1の無機バリア層(5)と、該第1の無機バリア層上に配置された平坦化層(6)であって、該平坦化層の厚さを選択して、第1のバリア層の表面又は第1のバリア層の下のデバイスの表面又はカプセル化される表面の最頂部と最底部間の距離の単純値よりも厚くなるようにした平坦化層(6)と、平坦化層上に配置された第2のバリア層(14)とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、有機物質、特に、OLEDを有する電子デバイス、又はその他有機オプトエレクトロニックデバイス用の薄膜カプセル化構造、及びかかる薄膜カプセル化構造の製造方法及びそれを備えた電子技術部品に関する。
有機エレクトロニックデバイス、特にOLED(有機発光ダイオード)には、気密及び防湿カプセル化が、酸素、特に環境からの水分を、反応性のある感度の高い有機物質及び電極から断つために必要である。これまで、いわゆるゲッタリング材料の挿入を用いてガラス及び金属の気密筐体を与えることが確立されたやり方として広く行われてきた。これは、有機物質に達する前に、ゲッタリング材料により酸素及び水分を寄せ付けない、又は少なくとも阻止するためである。しかしながら、かかる気密筐体は質量及び対応の寸法が大きく、用途によっては不向きであり、大きな製造努力も伴う。更に、金属は透明性を欠くため、やはり用途によっては不向きである。
かかる欠点を回避する周知の方法は薄膜カプセル化であり、水及び/又は酸素の透過を制限又は防ぐために、筐体を施す、或いは、様々な薄層のスタックを適用するものである。
この種の薄膜カプセル化については、例えば、WO第03/050894A2号に記載されており、複数の異なる誘電体層が提案されている。誘電体層は、バリア効果の高い無機層から形成されるのが好ましい。しかしながら、無機層は弾性力が低く、機械的応力の散逸にほとんど寄与しないため、無機層のスタックは容易に亀裂を導いて、水及び酸素が亀裂から浸透してくる可能性がある。このため、高弾性力を有していて、亀裂を防ぐ有機層又はポリマー層を無機層間に提供することは既知である。かかる層構造は、例えば、WO第03/016589A1号に提案されている。
層のスタック中の有機及び無機層の組み合わせもまた、EP第777280号、US第6,198,217号、DE第10222958号及びUS第2005/0029513A1号より公知である。
良い結果が得られているものの、先行技術の層だと複数の層による大きな製造努力を伴うという欠点がある。加えて、様々な層であるにもかかわらず、シーリング機能が最終的に不十分であることが明らかになっている。
従って、本発明の目的は、少ない経費で、即ち、できる限り少ない層で、先行技術よりも改善されたシーリング性を示し、同時に、その他の基本的な条件、例えば、可視波長範囲での光の高透過率や単純なプロセス制御を維持する薄膜カプセル化及びその製造方法を提供することである。
この目的は、請求項1の特徴を有する薄膜カプセル化構造、請求項14による対応のカプセル化構造を備えた電子技術コンポーネント、及び請求項17の特徴を有する薄膜カプセル化構造の製造方法により達成される。有利な実施形態は従属項の対象である。
本発明の特徴は、本発明者らが、粗い微粒子付着−例えば、真空コーティング設備そのものでの粒子生成による−又はカプセル化する表面の構造がカプセル化特性に悪影響を及ばす可能性があるという必須の側面を認識したということである。OLEDの場合は特に、段やリセスの形態のかかる表面凹凸や粗さが、対応の構造により存在するため、そして、コストの圧迫により半導体回路製造に匹敵するダストフリーの環境での製造条件が不可能なため、効果的且つ単純なカプセル化構造のためには、平坦化層により凹凸や粗さを排除することが必須である。
また、本発明の特徴は、カプセル化される表面の第1のバリア層又は有機デバイスの後にのみ平坦化層が配置されるということである。これによって、単純な製造プロセスが実現できる。第1の無機バリア層の効果は、有機物質を後の層付着の影響から保護することである。これによって、平坦化層の効果的且つ単純な適用が促される。これは、平坦化層の平坦な表面に後に配置される第2のバリア層による効果的なカプセル化にとって重要である。
従って、全体のやり方としては、まず、保護するデバイス又はカプセル化する表面に第1の無機バリア層を直接配置して、カプセル化されるデバイス又は表面に初期の保護を与えることである。続いて、有機平坦化層を適用して、表面の凹凸、層成長欠陥又は構造及び機械的応力を補って基礎を形成することによって、いくつかある後のバリア層に有効なバリア効果が得られる。従って、本発明は、第2のバリア層を平坦化層に提供するものであり、該バリア層は、段、リセス等が存在しない、又はあっても少ないため、非常に効果的なやり方で適用することができる。
有機平坦化層が、表面凹凸や構造の点欠陥排除を確実に補償するためには、その厚さを選択して、第1のバリア層の表面又は第1のバリア層の下のデバイスの表面又はカプセル化される表面の最頂部と最底部間の距離の単純値よりも厚くなるようにする。
コートされる各表面の最頂部と最底部間の距離の単純値は、最大プロファイル高さRy(ISO/JIS/DIN4762)についての通常の規格に従って求められ、これは中心線からの最頂部と最底部間の距離の合計と定義される。
第2のバリア層は数枚の副層を有しているのが好ましく、特に、2枚以上の無機副層が提供されていて、水分及び酸素に対するバリア効果を示すと特に好ましい。数枚の副層を与えると、副層の1枚に欠陥が生じても漏れにはつながらない。
少なくとも1枚、好ましくは数枚、特に2枚の有機副層を第2のバリア層に与えるのが好ましく、特に、それらは無機副層間に配置される、又はそれらの間に挟まれる。無機副層に比べて有機副層の弾性が増加すると、機械的応力の散逸にも寄与して、漏れにつながる亀裂も防ぐ。
第2のバリア層の副層、特に、有機副層は、その厚さが、デバイス又は保護する表面の方向において、カプセル化構造の近接する層又は副層に少なくとも対応している、或いはデバイス又は保護する表面の方向において、カプセル化構造の近接する層又は副層の最頂部と最底部間の距離の単純値に少なくとも等しいように形成されている。
対応の厚さの設定によって、欠陥があってもカプセル化が機能しなくなることはない。
好ましくは、有機副層は、それが、特に、デバイス又は保護する表面の方向に近接した無機副層の厚さに対応するように調整し、一方、無機副層の厚さは、デバイス又は保護する表面の方向にある表面の最頂部と最底部間の距離の単純値に少なくとも等しい。
好ましい実施形態において、疎水性層は、第2又は補助バリア層に少なくとも配置されている。これは、水分浸透をはじめから排除するために、表面での水又は水分の堆積を排除することが目的である。従って、疎水性層を選択して、その表面エネルギーを、水との接触角が好ましくは80°を超えるように大きなものとする。疎水性層は、特に、ハイドロカーボンモノマー、フルオロカーボンモノマー又は有機ケイ素モノマーベースのポリマーから形成され、例えば、プラズマ重合により適用される。
第1及び/又は第2のバリア層は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素又は有機ケイ素酸化物の無機副層を有し、180℃未満、好ましくは140℃未満の温度で低温PECVD(プラズマ化学気相成長)により適用されるのが好ましい。
平坦化層は、好ましい実施形態において、放射線硬化性ポリマー、フォトレジスト又は有機モノマーから形成され、スピンコーティング、スプレーコーティング又は印刷により、液体又は流動性のあるポリマーの蒸発又は機械的適用か、真空コーティング技術、特に、プラズマエンハンスド真空コーティング技術のいずれかにより適用される。
平坦化層はまた、重合又は硬化を行うために、放射線、例えば、UV、IR又は電子ビーム処理により後処理されるのも有利である。その結果、オプトエレクトロニックデバイス又は基板の有害な熱応力が抑制される。
第2のバリア層の有機副層は、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、炭化水素モノマー、放射線硬化性モノマー、フォトレジスト及び/又はポリマーから形成されるのが好ましい。これらの層もプラズマエンハンスド適用法により適用されるのが好ましい。
本発明の薄膜カプセル化構造では、水透過率は1日あたり<10X10−6g/m2、特に、1日あたり5X10−6g/m2、可視波長範囲の光透過率が80%を超える、好ましくは85%であるのが好ましい。
この構造によって、例えば、インライン設備で単純な製造を行える。
図1に、本発明による薄膜カプセル化構造12でのOLED部分を示す。
例えば、好適なガラス枠又は可撓性透明フィルムの基板1上の2枚の電極層2と4の間に提供されているのは、有機エレクトロルミネッセントユニット3であり、図示されていない7枚の副層からなっている。層2と4は、有機オプトエレクトロニックデバイス13を形成する。図1に示す実施形態においては、OLEDである。しかしながら、その他の有機エレクトロニックデバイス、例えば、光電池デバイスもまた想定される。
有機オプトエレクトロニックデバイス13を保護するために、本発明の薄膜カプセル化構造12を適用する。
薄膜カプセル化構造12は、合計で6枚の層5〜10を有する。以下に詳細を説明する。
無機物質、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素又は有機ケイ素酸化物から形成されたケイ素化合物から形成された第1のバリア層5を有機デバイス13の電極層4に適用する。電極層4で例示のためのみに示された通り、有機デバイス13は、構造11又は微粒子付着構造11を有するため、段、リセス等が、電極層4と第1のバリア層5との間の境界面に形成される。これらの構造はまた、基板1の凹凸によっても、又は有機デバイス13の層構造により平坦化されないその表面から生じる場合がある。該構造は、形成された第1のバリア層の表面での第1のバリア層5の適用の際に再形成される。
無機物質、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素又は有機ケイ素酸化物から形成されたケイ素化合物から形成された第1のバリア層5を有機デバイス13の電極層4に適用する。電極層4で例示のためのみに示された通り、有機デバイス13は、構造11又は微粒子付着構造11を有するため、段、リセス等が、電極層4と第1のバリア層5との間の境界面に形成される。これらの構造はまた、基板1の凹凸によっても、又は有機デバイス13の層構造により平坦化されないその表面から生じる場合がある。該構造は、形成された第1のバリア層の表面での第1のバリア層5の適用の際に再形成される。
これらの構造又は凹凸を補うために、本発明は平坦化層6、例えば、液体又は流動可能なポリマーを提供する。これは、構造11を補って、平坦化層6の平滑又は平坦な表面が第1のバリア層の反対5の表面に形成されるようにする。副層7〜9から形成された第2のバリア層14は、平坦化層6に形成される。
副層7〜9は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素又は有機ケイ素酸化物から形成された化合物から形成されていてよい2枚の無機副層7と9、及び、例えば、プラズマ偏光により製造されたポリマーからの有機中間体又は補償層8により形成される。この補償層8は、応力を補償する役割を果たし、無機層7と9よりも弾性が大きい。
最後に、薄膜カプセル化構造12の上側に、疎水性層10を与える。これは、特に、水との接触角=80°の性質の表面エネルギーを有する。このように、薄膜カプセル化構造12に付着する水分の傾向が減少する。
薄膜カプセル化構造12の構造が示すように、第1のバリア層によって、有機デバイス13が、更なる適用又はカプセル化前に、環境の影響から保護される。平坦化層6は、基板1又は有機デバイス13の構造により生じる粗さ及び凹凸を補う目的に適う。表面構造が、バリア層の後の適用を妨げるからである。
平坦化層6により提供される平坦な表面のために、数枚の副層により、効果的な第2のバリア層14を適用することができ、これが、水分又は酸素の有機デバイス13への浸透を効果的に防ぐ。第2のバリア層14の数枚の副層の組み合わせによって、生じる恐れのある欠陥がバリア層全体に連続的に延在することはない。補償層8は、特に、同じく副層7と9により生じる機械的応力を散逸する可能性を提供し、これは、無機材料から構成されているのが好ましい。全体の成果は層構造であり、有機デバイス13上に、まず、無機材料5からできた第1のバリア層を、次に、好ましくは有機材料からできた平坦化層6を、次に第2のバリア層14の無機副層7を与える。その上部には、有機補償又は副層8を配置し、次に、第2のバリア層14の無機副層9を与える。最後に、疎水性機能層10を提供する。
平坦化層6の厚さは、特に、第1のバリア層の表面に存在する構造11の最頂部と最底部間の距離の単純値よりも厚くなるように選択する。これは、基板の粗さ或いは有機デバイス13又は微粒子付着の構造による。
第2のバリア層14の無機副層7は、20nmを超える厚さで形成されるのが好ましい。
有機中間層又は補償層8は、近接する無機副層7と同じ厚さを有しているのが好ましい。
図2は、図1に示す薄膜カプセル化構造の製造のための設備の概略側面図である。かかる薄膜カプセル化構造は、図2に示すインライン設備100において、本発明に従って製造することができる。
インライン設備100は、真空プロセスチャンバ104を含む。ここでは、第1のバリア層が低温PECVD(プラズマ化学気相成長)により付着される。プラズマは、真空プロセスチャンバ104及び電極102に提供される、例えば、高周波交流電圧により生成でき、対向電極として機能する基板キャリア101及び電源114と共に、対応のプラズマを生成することができる。必要なプロセスガスは、入口103を介して真空プロセスチャンバ104に導入される。
第1のバリア層を低温PECVDにより適用した後、コートされる基板を近接するチャンバ105に基板キャリア101で搬送する。例えば、このとき、真空条件は存在させる必要はない。従って、対応のロック機構を2つのチャンバ104と105の間に提供してもよい。
処理チャンバ105においては、設定された雰囲気は、不活性ガスのみであるのが好ましく、そこで、スプレーノズル106を通したスプレーコーティングにより平坦化層6を適用する。しかしながら、スピンコーティング、印刷、蒸発等といったその他の適用方法も想定される。
基板キャリア101上の基板を他の真空コーティングチャンバ107、108、109及び110に移動して、プラズマエンハンスド方法により残りの層7〜10を適用する。従って、各処理チャンバ107〜110は、それぞれ、電極111と、基板キャリア101用の対応の電源112とを有している。加えて、入口113はまた、低温PECVD付着又はプラズマ重合のための対応のプロセスガスが、対応のプロセスチャンバへ導入されるよう互いに配置されている。
このように、処理チャンバ107内で無機副層7は低温PECVDにより付着され、一方、有機副層8は処理チャンバ108内でプラズマ重合により形成される。処理チャンバ109内で無機副層9を再び低温PECVDにより適用した後、疎水性層10を処理チャンバ110内で再びプラズマ重合により付着する。
以下に、カプセル化構造12の製造プロセスを例証する実施形態について説明する。
真空チャンバ104を1Pa未満の出発圧力まで排気し、プロセスガスをSiH4については100sccm、NH3については300sccm及びN2については300sccmの流量でプロセスチャンバ104に導入する。500Wの出力で高周波電圧を印加し、プラズマを60秒間点火して、窒化ケイ素層を付着させる。
その後、フォトレジストを処理チャンバ105においてスプレーコーティング、印刷又はスピンコーティングにより適用する。続いて、真空プロセスチャンバ104におけるのと同じやり方で、無機層、特に、窒化ケイ素を処理チャンバ107及び109で適用する。
処理チャンバ108において、ハイドロカーボン層をプラズマ重合工程において、CH4等のカーボン含有ガスを用いて、400sccmの流量で、100WのHF出力にて60秒間付着する。
最後に、疎水性フルオロハイドロカーボン層を、処理チャンバ110において、CHF3等のフッ素含有作動ガスを用いて、100WのHF出力にて10秒間プラズマ点火により適用する。
層の厚さは、第1のバリア層5については20〜100nm、平坦化層6については3〜100μm、副層7については20〜100nm、副層8については3〜100μm、副層9については20〜100nm、疎水性層10については5〜100000nmである。
本発明を前述の実施形態により詳細に説明してきたが、本発明はそれに限定されるものではなく、添付の請求の範囲において、請求の範囲の保護範囲に同様にカバーされる変形及び変更が可能であることが当業者には明白である。特に、本発明の保護範囲から逸脱することなしに、本発明の異なる特徴を組み合わせたり交換しても構わず、個々の特徴を排除してもよい。
利点、特徴及び特性は、添付の図面を用いた以下の実施形態の詳細な説明から明らかとなる。図面は概略を示すに過ぎない。
本発明のOLED部分の層構造の概略断面図である。
本発明の薄膜カプセル化構造の製造のための設備の概略側面図である。
Claims (23)
- 有機物質、特に、OLEDを有する電子デバイス、又はその他有機オプトエレクトロニックデバイスのための薄膜カプセル化構造であって、
カプセル化されるデバイス又は表面に直接配置された第1の無機バリア層(5)と、
前記第1の無機バリア層上に配置された平坦化層(6)であって、前記平坦化層の厚さを選択して、第1のバリア層の表面又は第1のバリア層の下のデバイスの表面又はカプセル化される表面の最頂部と最底部間の距離の単純値よりも厚くなるようにした平坦化層(6)と、
前記平坦化層上に配置された第2のバリア層(14)とを備えたカプセル化構造。 - 前記第2のバリア層(14)が少なくとも1枚、好ましくは2枚以上の無機副層(7,9)を有する請求項1記載のカプセル化構造。
- 前記第2のバリア層が少なくとも1枚、好ましくは2枚の有機副層(8)を有し、特に、無機副層(7,9)間に配置、又はこれら自身の間に挟まれており、好ましくは、前記有機副層の前記表面の水との接触角が好ましくは80°を超えるようなものである請求項1又は2記載のカプセル化構造。
- 前記副層が、その厚さが前記カプセル化構造の前記デバイスの方向において、近接する層又は副層の厚さに少なくとも対応する、或いは前記カプセル化構造の前記デバイスの方向において、前記近接する層又は副層の最頂部と最底部間の距離の単純値に少なくとも等しいように形成されている請求項2又は3記載のカプセル化構造。
- 前記有機副層の厚さが少なくとも、前記デバイスの方向において、前記近接する無機副層の厚さである請求項3記載のカプセル化構造。
- 前記無機副層の厚さが少なくとも20nmである請求項2記載のカプセル化構造。
- 前記第2のバリア層(14)が、2枚の無機副層(7,9)を含み、有機副層(8)がその間に配置されている請求項1〜6のいずれか1項記載のカプセル化構造。
- 前記第2のバリア層上に配置されているのは疎水性層(10)であり、その表面エネルギーが水との接触角が好ましくは80°を超えるようなものである請求項1〜7のいずれか1項記載のカプセル化構造。
- 前記疎水性層(10)が、ポリマー、フルオロカーボンモノマー、フルオロハイドロカーボン、ハイドロカーボン、有機ケイ素モノマー及びこれらの化合物を含む群の1種類以上の成分を含む請求項8記載のカプセル化構造。
- 前記第1及び/又は第2のバリア層、特に、前記無機副層が、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素及び有機ケイ素酸化物から形成された化合物を含む群の1種類以上の成分を含む請求項1〜9のいずれか1項記載のカプセル化構造。
- 前記平坦化層(6)が、ポリマー、フォトレジスト、ハイドロカーボン、フルオロハイドロカーボン、放射線硬化性モノマー及び有機モノマーを含む群の1種類以上の成分を含む請求項1〜10のいずれか1項記載のカプセル化構造。
- 前記第2のバリア層の前記有機副層が、有機ケイ素化合物、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、ハイドロカーボンモノマー及びポリマーを含む群の1種類以上の成分を含む請求項1〜11のいずれか1項記載のカプセル化構造。
- 前記構造の水透過率が1日あたり10X10−6g/m2未満、特に、1日あたり5X10−6g/m2未満であり、可視波長範囲の光透過率が80%を超える、好ましくは85%である請求項1〜12のいずれか1項記載のカプセル化構造。
- 少なくとも1種類の有機物質、特にOLEDを有し、その片側に請求項1〜13のいずれか1項記載のカプセル化構造がある電子技術コンポーネント。
- 基板を有し、その上に有機オプトエレクトロニックデバイスが提供されていて、前記オプトエレクトロニックデバイス及び/又は基板上の前記カプセル化構造が特に完全なカプセル化を提供している請求項14記載のコンポーネント。
- 請求項17〜23の構成要素を有する方法により製造される、請求項1〜13のいずれか1項記載のカプセル化構造又は請求項14又は15記載の電子技術コンポーネント。
- 有機物質、特に、OLEDを有する電子デバイス、又はその他有機オプトエレクトロニックデバイス又は対応のエレクトロニックコンポーネントのための薄膜カプセル化構造の製造方法であって、
前記デバイス(13)及び/又はコンポーネント上に、
第1の無機バリア層(5)と、
前記第1の無機バリア層上に配置された平坦化層(6)であって、前記平坦化層の厚さを選択して、第1のバリア層の表面又は第1のバリア層の下のデバイス又はコンポーネントの表面の最頂部と最底部間の距離の単純値よりも厚くなるようにした平坦化層(6)と、
前記平坦化層上に配置された第2のバリア層(14)とを挙げた順番で適用する工程を含む方法。 - 疎水性層(10)が前記第2のバリア層(14)上に配置されている請求項17記載の方法。
- 前記第1及び/又は第2のバリア層、特に前記第2のバリア層の無機副層が、低温PECVD(プラズマ化学気相成長)により、特に、基板温度180℃未満、好ましくは140℃未満で製造される請求項17又は18記載の方法。
- 前記第2のバリア層のポリマー層、特に有機副層及び/又は疎水性表面層がプラズマ重合により製造される請求項17〜19のいずれか1項記載の方法。
- 前記平坦化層及び/又は有機副層が、蒸発或いは液体又は流体ポリマーの機械的適用により、特に、スピンコーティング、スプレーコーティング又は印刷により、或いは真空コーティング技術、特に、プラズマエンハンスドにより製造される請求項17〜20のいずれか1項記載の方法。
- 前記平坦化層及び/又は有機副層が、放射線により後処理される請求項17〜21のいずれか1項記載の方法。
- 前記方法がインライン設備で実施される請求項17〜22のいずれか1項記載の方法。
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