JP5455929B2 - 電子構成素子を作製する方法および電子構成素子 - Google Patents

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Description

この特許明細書は、ドイツ国特許明細書第10 2008 006 721.0号、ドイツ国特許明細書第10 2008 019 900.1号、ドイツ国特許明細書第10 2008 031 405.6号およびドイツ国特許明細書第10 2008 048 472.5号に優先権を主張するものであり、これらの明細書の開示内容は参照によってこの明細書に含まれるものとする。
ここで示されているのは、電子構成素子を作製する方法および電子構成素子である。
無機発光ダイオード（ＬＥＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの電子構成素子を持続的に動作させるためには、これらを湿気から保護しなければならないことが多い。殊に必要になり得るのは、上記の構成素子に十分な耐久テストを行って、これらの構成素子が日常的な使用において数年にわたってその機能を維持できることを保証することである。
したがって少なくとも１つの実施形態の課題は、カプセリングを有する電子構成素子を作製する方法を提供することである。さらに少なくとも１つの実施形態の課題は、カプセリングを有する電子構成素子を提供することである。
これらの課題は、独立請求項の方法および構成素子によって解決される。本発明の方法および構成素子の有利な実施形態および発展形態は、従属請求項に示されており、また以下の説明および図面から明らかになる。
構成素子をカプセリングするバリア層を有する電子構成素子を作製する、１実施形態による方法は殊につぎのステップが含まれる。すなわち、
− 少なくとも１つの機能層を有する基板を準備するステップと、
− プラズマレス原子堆積法（ＰＬＡＬＤ）を用いて上記の機能層に少なくとも１つの第１バリア層を被着するステップと、
− プラズマ支援化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）を用いて上記の機能層に少なくとも１つの第２バリア層を被着するステップとが含まれている。
ここでの記載また以下の記載において、第１層または第１要素が第２層または第２要素「に」または「上」に配置または被着されている、または別の２つの層または要素の「間」に配置または被着されているとは、第１層または第１要素が、第２層または第２要素に直に機械的および／または電気的に接触接続して配置されていることないしは上記の別の２つの層または要素に配置されていることを意味する。さらに別の層および／または要素が、第１層または第１要素と、第２層または第２要素との間に配置されるないしは上記の別の２つの層または要素との間に配置される間接的な接触接続を表すこともある。
ここで化学気相成長（"chemical vapor deposition", CVD）は、少なくとも１つの機能層を有しかつ準備された基板の少なくとも１つの表面において少なくとも２つの気体の出発化合物が反応して固体の反応生成物になる方法を表し得る。ここで上記の少なくとも２つの気体の出発化合物は、上記の基板が準備される1つの容積体に同時に供給することが可能である。さらに前記の少なくとも１つの機能層を有する前記の準備した基板の少なくとも１つの表面を室温以上に加熱することが必要になることもある。
プラズマ支援ＣＶＤ（"plasma enhanced chemical vapor deposition"，ＰＥＣＶＤ）とは、容積体においてプラズマを形成し、これによってこの容積体に供給される少なくとも２つの気体の出発化合物を上記のプラズマにおいて励起することができるようにするＣＶＤ法のことを表し得る。これによって可能になり得るのは、上記の少なくとも１つの表面を加熱して到達しなければならない温度をプラズマレスＣＶＤ法に比べて低減できることである。これは殊に有利になることがある。それは、最高温度以上の温度において上記の少なくとも１つの機能層が非可逆的に損傷されてしまう可能性があるからである。この最高温度は例えば約120℃になり得るため、上記の第２バリア層を被着する温度は、120℃よりも低くなりまた有利には80℃以下になり得る。
原子堆積法（"atomic layer deposition"，ＡＬＤ）とは、ＣＶＤ法とは異なり、まず上記の基板を準備した容積体に上記の少なくとも２つの気体の出発化合物のうちの第１出発化合物が供給され、上記の少なくとも１つの表面において吸着され得る方法のことを表し得る。上記の少なくとも１つの表面を第１出発化合物によって有利には完全に覆った後またはほぼ完全に覆った後、なお気体のままでありおよび／または上記の表面に吸着されずに残っている第１出発化合物の一部を元のように上記の容積体から取り除き、上記の少なくとも２つの出発化合物のうちの第２の化合物を供給することができる。この第２出発化合物は、上記の少なくとも１つの表面において吸着された第１出発化合物と固体の層を形成しながら反応することができる。ＣＶＤ法の場合に同様に有利であり得るのは、上記の少なくとも１つの表面を室温以上の温度に加熱する場合である。これによって固体の層を形成するための上記の反応を温度的には開始することができる。ここで、例えば基板温度、すなわち基板の温度でもある上記の表面温度は、試薬、すなわち第１および第２出発化合物に依存し得る。
ここでプラズマレス原子層堆積法（"plasma-less atomic layer deposition"，ＰＬＡＬＤ）はつぎのようなＡＬＤ法を表し得る。すなわち、この方法に対して以下に説明するようにプラズマを形成せず、ここでは上記のコーティングすべき表面が上記の温度以上の場合だけ上記の出発化合物の反応を開始して、固体の層すなわち例えば第１バリア層を形成するＡＬＤ法を表し得る。
上記の少なくとも１つの表面および／または基板の温度は、ＰＬＡＬＤ法では、例えば、60℃以上かつ120℃以下とすることが可能である。
プラズマ支援原子堆積法層（"plasma enhanced atomic layer deposition"，ＰＥＡＬＤ）は、プラズマの形成と同時に第２出発化合物が供給され、これによってＰＥＣＶＤ法の場合と同様に第２出発化合物を励起できるＡＬＤ法ということができる。これによってプラズマレスのＡＬＤ法に比べて、上記の少なくとも１つの表面を加熱する温度を低減することができ、それにもかかわらずプラズマを形成することによって出発化合物間の反応を開始することができる。ここでは上記の第１バリア層を、例えば120℃未満の温度でまた有利には80℃以下の温度で被着することができる。別の固体の層を形成するため、上記の第１出発化合物を供給するステップおよびこれに続いて第２出発化合物を供給するステップを繰り返すことができる。
殊に出発化合物間の反応を開始することにより、例えば上記の少なくとも１つの機能層および／または基板が損傷され得る表面温度になることが不可避になる場合、ＰＥＡＬＤ法は有利になり得る。
ここで説明する方法の枠内で作製可能なカプセリングは、すべてがＣＶＤ法で作製されるバリア層を有する公知のカプセリングに比べ、湿気および／または酸素に対する透過性が低い。すべてがＣＶＤ法で作製されるバリア層を有するカプセリングでは、チャネル、孔および／または粒界が生じ、これらは従来のカプセリングの漏れの結び付くことがある。このような漏れが殊に助長され得るのは、電子構成素子において、バリア層を被着することのできる最大温度が上記のように約120℃また有利には約80℃を上回ってはならないようにすることによってである。これによってＣＶＤで被着されるバリア層を有する従来のカプセリングには、極めて複雑でありひいてはコストのかかる多層システムが必要になり、この多層システムにより、カプセリングを有する電子構成素子を経済的に作製できないことがあるのである。
従来公知のカプセリングの上記の欠点は、ここで説明する方法によって回避することができる。第１バリア層を被着するためのＰＥＡＬＤ法またはＰＬＡＬＤ法により、この第１バリア層は、ＣＶＤ法またはＰＥＣＶＤ法によって被着されるバリア層に比べて高い気密性で作製することができ、チャネルおよび／または孔の形成および／またはその継続を低減または阻止することができる。したがってＣＶＤ法によって作製される、第１バリア層に対する層に比べ、湿気および／または酸素に対して比較的高い気密性を得ることも可能である。この際には、従来のＣＶＤ法によって作製されるカプセリングのバリア層に比べてバリア層の数および／またはその厚さを低減することが可能である。これにより、薄いと同時に内在的に気密性の高いカプセリングを小さな面積にまた大きな面積でも作製することができ、また粒界、チャネルおよび／または孔による湿気および／または酸素の拡散を低減または阻止することができる。さらにここで説明する第１および第２バリア層を有するカプセリングは、このカプセリングの縁部領域においても高い気密性を有するため、このカプセリングと、上記の少なくとも１つの機能層を有する準備した基板との間の境界面を通って湿気および／または酸素が拡散することを低減または阻止することができるのである。
キャビティに付加的にゲッタ材料が入れられるカバーグラスを用いた別の公知のカプセリングと比べ、第１および第２バリア層を有するここで説明するカプセリングより、カプセリングをコスト的により有利に作製しまた厚さを低減することができる。さらにここで説明する方法によって可能となり得るのは、透明なカプセリングを有する電子構成素子を作製することであるが、これはカバーガラスおよびゲッタ材料によるカプセリングの場合は不可能である。
ＰＬＡＬＤを用いてまたはＰＥＡＬＤを用いて第１バリア層を被着する方法ステップおよびＰＥＣＶＤを用いて第２バリア層を被着する方法ステップは、すぐ続けて同じ容積体、例えば従来のコーティング装置において行うことできる。このために上記のコーティング装置は、例えばＰＬＡＬＤ法またはＰＥＡＬＤ法の出発化合物用のガスインレット部を有する真空室を有することができ、ＰＬＡＬＤ法の場合にはさらに上記の基板用に加熱部が設けられている。さらにＰＥＡＬＤ法に対しておよび／またはＰＥＣＶＤ法に対しても上記の基板に対する加熱部を設けることができる。
上記の第１バリア層は、ＰＬＡＬＤ法を用いてまたはＰＥＡＬＤ法を用い、例えば10nm以上かつ30nm以下の厚さで被着することができる。このことが意味し得るのは、ＰＬＡＬＤ法を用いてまたはＰＥＡＬＤ法を用いて、10モノレイヤ以上かつ50モノレイヤ以下の第１バリア層を作製できることである。第１バリア層の気密性および品質が高いことにより、下にある少なくとも１つの機能層に対して湿気および／または酸素からの有効な保護を保証するだけ厚さで十分になる。ＰＬＡＬＤ法またはＰＥＡＬＤ法はＰＥＣＶＤ法に比べて成長速度が低くなることがあり得るが、第１バリア層の厚さが小さいことにより、短いプロセス時間を保証することができ、ひいてはここで説明した方法の高い経済性を保証することができるのである。
第１バリア層の気密性が高いことにより、気密性についての第２バリア層に対する要求を、すべてがＣＶＤ法で被着されるバリア層を有する従来のカプセリングの場合よりも低く設定することができる。殊に第２バリア層は、第１バリア層よりも高い成長速度で被着することができ、また被着の後、1nm以上かつ1000nm以下の厚さを有することができる。例えば第１バリア層は、10nm以上、有利には20nm以上、殊に有利には100nm以上の厚さで被着することができる。
上記の方法は、保護層が第１および第２バリア層に被着される別の方法ステップを有し得る。この際に上記の保護層は、第１または第２バリア層に直に被着することができ、これによって被着の後、第１または第２バリア層に直に接触接続することができる。殊に上記の保護層により、下にある第１および第２バリア層を機械的に保護することができる。このために上記の保護層は、1μｍ以上かつ100μｍ以下の厚さで被着することができる。殊にこの保護層は、5μｍ以上また有利には10μｍ以下の厚さで被着することができる。
ここで上記の保護層は、例えばシロキサン、エポキシド、メチルメタクリレートなどのアクリレート、イミド、カーボネート、オレフィン、スチロール、ウレタン、またはモノマ、オリゴマまたはポリマの形態のそれらの誘導体、またさらにそれらとの混合物、コポリマまたは化合物などの合成物質を有することができる。例えば、上記の保護層は、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチロール、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリウレタン、または例えばポリシロキサンなどのシリコーン樹脂またはそれらの混合物を含むかもしくはこのような混合物とすることが可能である。ここで保護層は、例えば透明とすることが可能である。
さらに上記の保護層は、吹きつけ塗料（Spruehlack）を有するかないしは吹きつけ塗料として構成することが可能であり、この吹きつけ塗料には少なくとも上で挙げた材料が含まれており、またこの吹きつけ塗料は、連続吹きつけコーティング装置（Durchlauf-Spruehbelackungsanlage）によって被着することができる。さらに上記の吹きつけ塗料は、ＵＶ硬化可能な吹きつけ塗料および／または結合剤または溶剤を含有する吹きつけ塗料とすることが可能である。
ここで説明している方法によって作製可能な電子構成素子は、ビーム放射および／またはビーム受信構成素子として構成することができ、またこの際に有機または無機電子構成素子と構成することができ、例えば、無機発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、無機フォトダイオード（ＰＤ）、有機フォトダイオード（ＯＰＤ），無機太陽電池（ＳＣ）、有機太陽電池（ＯＳＣ）、無機トランジスタ、殊に無機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、有機トランジスタ、殊に有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）または集積回路（ＩＣ）として構成することが可能である。さらにここで説明する方法によって作製可能な電子構成素子は、上記の素子を複数個有するかそれらの組み合わせを有することができ、またはこのようものとして構成することができる。
さらに上記の電子構成素子は、作製の後、少なくとも１つの第１および第２の電極を備える機能積層体を有することができ、これらの電極の間で上記の少なくとも１つの機能層は、１つまたは複数の無機および／または有機機能層を含んで配置される。殊に上記の機能積層体は基板に配置することができる。
上記の構成素子が、例えばＬＥＤ，ＯＬＥＤ，ＰＤ，ＯＰＤ，ＳＣおよび／またはＯＳＣを有する場合、上記の機能積層体は、この電子構成素子が動作する際に電磁ビームを形成するかまたはこれを検出するのに適した活性領域を有することができる。
殊に有利な１実施形態では、ここで説明している方法において上記の電子構成素子は、有機電子構成素子として作製され、この有機電子構成素子には、ビーム放射積層体を有する有機ビーム放射構成素子が含まれている。このビーム放射積層体は、有機機能層として構成された機能層を含むことができる。殊に上記の電子構成素子は、有機ビーム放射ダイオード（ＯＬＥＤ）を含むかまたは有機ビーム放射ダイオードとして実施することができる。この電子構成素子はこのために活性領域を有することができ、ここでこの活性領域は、電子構成素子の動作時に電子と正孔との再結合によって電磁ビームを放射するのに適した活性領域である。
有機ビーム放射積層体ないしはＯＬＥＤは、例えば基板に第１電極を有し得る。この第１電極上には複数の有機材料からなる複数の機能層または少なくとも１つの有機機能層を被着することができる。上記の少なくとも１つの有機機能層または複数の機能層は、例えば、電子輸送層、エレクトロルミネッセント層および／また正孔輸送層を有するか、またはこのような層として実施することが可能である。上記の有機機能層または複数の有機機能層には第２電極を被着することができる。
例えば上記の基板は、ガラス、石英、プラスチックシート、金属、金属シート、シリコンウェハまたは別の適当な基板材料を含むことが可能である。ＯＬＥＤがいわゆる「ボトムエミッション」形として実施される場合、すなわち活性領域において形成されたビームが基板を通って放射される場合、この基板を第１ビームの少なくとも一部分に対して透明にすることができる。
このボトムエミッション方式において有利には第１電極は１次ビームの少なくとも一部分に対しても透明である。アノードとして実施可能でありかつひいては正孔注入材料として使用される透明な第１電極は、例えば、透明の導電性酸化物を有するか透明の導電性酸化物から構成することができる。透明導電性酸化物（transparent conductive oxides、略して「ＴＣＯ」）は、透明な導電性材料であり、ふつうは、例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化インジウムまたはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの金属酸化物である。例えばZnO，SnO2またはIn2O3などの２成分の金属酸素化合物のほか、例えばZn2SnO4，CdSnO3，ZnSnO3，MgIn2O4，GaInO3，Zn2In2O5またはIn4Sn3O12などの３成分の金属酸素化合物または種々異なる透明導電性酸化物の混合物もＴＣＯ群に含まれる。さらにこれらのＴＣＯは必ずしも化学量論的な組成に相応する必要はなく、またｐ形ドーピングまたはｎ形ドーピングとすることもできる。
上記の有機機能層または複数の機能層は、有機ポリマ、有機オリゴマ、有機モノマ、有機非ポリマ小分子（"small molecules"）またはこれらの組み合わせを有することが可能である。例えば上記の有機ビーム放射積層体がつぎのような機能層、すなわち正孔輸送層として実施されてエレクトロルミネッセント層またはエレクトロルミネッセント領域への効果的な正孔注入を可能にする機能層を有すると有利である。正孔輸送層用の材料として、例えば第３アミン、カルバゾール誘導体、導電性ポリアニリンまたはポリエチレンジオキシチオフェンが有利であることが判明している。さらに１つの機能層をエレクトロルミネッセント層として実施すると有利である。このための材料として、けい光またはりん光によるビーム放射を有する材料、例えばポリフルオレン、ポリチオフェンまたはポリフェニレンまたはこれらの誘導体、化合物、混合物またはコポリマが適している。上記の機能層の材料に応じ、形成される上記の第１ビームは、紫外スペクトル領域から赤外スペクトル領域までの個別の波長または領域またはそれらの組み合わせを有することが可能である。
上記の第２電極はカソードとして実施し、ひいては電子注入材料として使用することができる。カソード材料として、例えばアルミニウム、バリウム、インジウム、銀、金、マグネシウム、カルシウムまたはリチウムならびにこれらの化合物、組み合わせおよび合金が有利であることが判明している。択一的または付加的に第２電極は上記のＴＣＯのうちの１つを含むことも可能である。付加的または択一的に第２電極も透明に実施することでき、および／または第１電極をカソードとして、また第２電極をアノードとして実施することも可能である。このことは、殊に上記のＯＬＥＤを"トップエミッション"形としても実施できることを意味している。
上記の第１および／または第２電極はそれぞれ大きな面積で実施することができる。これにより、ＯＬＥＤの場合には上記の活性領域において形成される電磁ビームを大きな面積で放射することができる。ここで「大きな面積」とは、上記の電子構成素子が、数平方ミリメートル以上、有利には１平方センチメートル以上、殊に有利には１平方デシメートル以上の面積を有することを意味し得る。択一的または付加的に上記の第１および／または第２電極を少なくとも部分領域において構造化して構成することができる。これにより、上記の活性領域において形成される電磁ビームの構造化した放射が可能になり、例えばピクセルまたはピクトグラムの形状で構造化された放射が可能になる。
択一的または付加的に上記の有機電子構成素子を構成して、有機機能層として構成された少なくとも１つの機能層を有する上記の基板が、光検出器および／またはトランジスタを含むか、またはこのような素子として構成されるようにすることができる。
さらに上記の電子構成素子を、有機太陽電池またはフォトダイオードを含む有機電子構成素子として作製することができる。ここで上記の電子構成素子は、有機機能層として構成された機能層を有することができ、この機能層は、ＯＬＥＤに関連して述べた機能層の特徴を有する。さらに太陽電池またはフォトダイオードを含む電子構成素子は、ＯＬＥＤに関連して上で説明した電極の特徴を備えた電極を有し得る。
さらに上記の電子構成素子は、無機電子構成素子として構成することができ、この電子構成素子には、例えばＬＥＤ，ＰＤ，ＳＣおよび／またはＴＦＴが含まれる。ここで上記の少なくとも１つの機能層は、エピタキシ積層体、すなわちエピタキシャル成長させた半導体積層体を有するかまたはこのような積層体として実施することができる。殊にこの半導体積層体は、例えばInGaAlN，InGaAlPおよび／またはAlGAsベースのIII−IV化合物半導体および／または１つまたは複数の元素Be，Mg，CaおよびSrならびに１つまたは複数の元素O，SおよびSeを有するII−VI化合物半導体を有し得る。例えばII−VI化合物半導体材料にはZnO，ZnMgO，CdS，ZnCdSおよびMgBeOが属する。さらに上記の無機電子構成素子は、ＯＬＥＤに関連して上で説明した電極の特徴を備えた電極を有し得る。
上記の第１バリア層は、第２バリア層の前に上記の少なくとも１つの機能層に被着することができる。このようにして第１バリア層により、上記の機能層を均一にカバーしかつ気密性の高い表面を得ることができ、つぎにこの表面に第２バリア層が被着される。上記の第１バリア層の卓越した表面特性により、拡散チャネル、粒界および／または孔が形成されやすいという第２バリア層の傾向を低減することができる。
殊に第１バリア層は、上記の第２電極ないしはビームを放射するまたはビームを受光する上記の積層体に直に被着することができる。ＰＬＡＬＤ法を用いてまたはＰＥＡＬＤ法を用いて上記のように被着することにより、上記の少なくとも１つの機能層ないしは機能積層体を有する基板を完全に覆うようにまた均一な厚さで第１バリア層を被着することができる。これによって上記の機能層ないしは機能積層体と上記のカプセリングとの間に平坦化層は不要である。
択一的には第１バリア層を被着する前に第２バリア層を被着することができる。このことはまた殊に第２バリア層を被着する際に粒界、チャネルおよび／または孔が発生することがあるために有利になり得る。ここでこれらの粒界、チャネルおよび／または孔は、気密性の高い第２バリア層によって密封することができる。
上記の第１バリア層および第２バリア層は、損傷を与える周囲の影響から、すなわち酸素および／または湿気などから上記の少なくとも１つの機能層を保護するのに適した１つずつの材料を有することができる。例えば第１バリア層としておよび／または第２バリア層として結晶状またはガラス状の酸化物、窒化物または酸窒化物を被着することができる。例えば上記の酸化物、窒化物または酸窒化物はさらにアルミニウム、ケイ素、スズ、亜鉛、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブまたはハフニウムを含むことができる。ここで第１および／または第２バリア層は、誘電性または導電性の特性を有していてもよく、例えば、酸化ケイ素（SiOx）、例えばSiO2、窒化ケイ素（SixNy）、例えばSi2N3、酸窒化ケイ素（SiOxNy）、酸化アルミニウム、例えばAl2O3、窒化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛または酸化アルミニウム亜鉛を有することができる。
第１バリア層を作製するため、上で説明したＰＥＡＬＤ法において第１出発化合物として、例えば金属有機化合物または半金属有機化合物を供給することができる。つぎにプラズマが形成される第２出発化合物として、酸素および／または窒素を含有する化合物を供給することができる。第１バリア層が純粋に例えばAl2O3を含む場合、第１出発化合物として、例えばトリメチルアルミニウムを、また第２出発化合物としてN2Oを供給することができる。
さらに第１バリア層を作製するため、上で説明したＰＬＡＬＤ法において第１出発化合物として、例えば金属有機化合物または半金属有機化合物を供給することができる。第２出発化合物として、例えば水を供給することができる。例えば第１出発化合物としてのトリメチルアルミニウムと組み合わせて、水を第２出発化合物として供給することが可能である。これにより、Al2O3を含む第１バリア層を作製可能である。これとは択一的には水を第１出発化合物とし、また金属有機化合物または半金属有機化合物、例えばトリメチルアルミニウムを第２出発化合物として供給することも可能である。それはＰＬＡＬＤではプラズマを形成する必要はないからである。
さらに第２バリア層は、材料の異なる少なくとも２つの層からなる積層体を有することができる。このことが意味し得るのは、第２バリア層として、相異なる少なくとも２つの層を有する積層体が被着されることである。例えばこの積層体は、酸化物を備えた１つの層と、窒化物を備えた１つの層とを有し得る。この積層体は、第１材料、例えば窒化物を有する複数の第１層および／または第２材料、例えば酸化物を有する複数の第２層も有することができ、これらは交互に重なり合って被着される。窒化物を含有する第１層を「Ｎ」と記し、また酸化物を含有する第２層を「Ｏ」と記すと、上記の積層体は、例えばＮＯＮまたはＮＯＮＯＮの順序で、またはＯＮＯまたはＯＮＯＮＯの順序で構成することができる。
さらに上記の少なくとも１つの第１バリア層および／または少なくとも１つの第２バリア層には、別の第１バリア層および／または別の第２層を被着することが可能である。これにより、例えば少なくとも１つの有機機能層を有する基板に複数の第１バリア層および／または複数の第２層を被着することができる。これらの第１バリア層および第２バリア層は有利には交互に重なり合わせて被着することができる。
ここで上記の別の第１バリア層ないしは別の第２バリア層は、上記の少なくとも１つの第１バリア層ないしは少なくとも１つの第２バリア層に関連して説明した少なくとも１つまたは複数の特徴を有することできる。例えば別の第１バリア層はそれぞれＰＬＡＬＤ法を用いてまたはＰＥＡＬＤ法を用いて被着できるのに対して、別の第２バリア層はそれぞれＰＥＣＶＤ法を用いて被着することができる。例えば種々異なる第１バリア層の作製すべき組み合わせに応じて、例えばＰＬＡＬＤ法を用いて上記の第１バリア層を被着し、またＰＥＡＬＤ法を用いて上記の別の第１バリア層を被着することができる。
別の１実施形態によれば、ここで説明する方法を用いて電子構成素子が作製される。この電子構成素子は、殊に少なくとも１つの機能層を備えた基板と、その上の少なくとも１つの第１バリア層と、少なくとも１つの第２バリア層とを有し得る。ここでこの少なくとも１つの第１バリア層および少なくとも１つの第２バリア層は、上で説明した１つずつまたは複数の特徴を有し得る。この電子構成素子は、高い気密性のカプセリングと同時に厚さが薄いという点で優れており、またこの電子構成素子は、高い経済性で作製することが可能である。
本発明のさらなる利点、有利な実施形態および発展形態は、図１Ａ〜５に関連して以下で説明する実施例から明らかとなる。
図１Ａ〜１Ｃは、１実施例による方法の概略図である。 別の実施例による方法を用いて作製可能な有機電子構成素子の概略図の概略図である。 別の実施例による方法を用いて作製可能な電子構成素子の概略断面図である。 別の実施例による方法を用いて作製可能な電子構成素子の別の概略断面図である。 別の実施例による方法を用いて作製可能な電子構成素子のさらに別の概略断面図である。
実施例および図面において、同じ構成部材または同じ機能の構成部材にはそれぞれ同じ参照符号が付されている。図示した要素およびこれらの要素の互いの大きさの関係は、基本的に縮尺通りと見なすべきではなく、むしろ個々の要素、例えば層、構成部分、構成素子および領域などは、見やすくおよび／または理解しやすくするため、誇張して厚くまたは大きく図示されていることがある。
以下の図では、電子構成素子を作製するための実施例ならびに電子構成素子の実施例が純粋に例示的に示されており、ここでこれらの電子構成素子は、ＯＬＥＤを含む有機電子構成素子として実施されている。ここではっきりと注意しておきたいのは、以下で説明する方法、構成素子およびその特徴は、一般的な個所で説明した別の電子構成素子にも当てはまることである。
図１Ａ〜１Ｃには、１実施例にしたがって有機電子構成素子を作製する方法が示されている。
図１Ａの第１方法ステップでは、少なくとも１つの有機機能層２２を有する基板１が準備される。ここで有機機能層２２は、有機積層体２の一部分であり、また第１電極２１と第２電極２３との間に埋め込まれている。ここで有機積層体２を有する基板１は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）として構成されており、上の一般的な個所で説明した別の機能層を有することができる（図示せず）。第１電極２１および第２電極２３の電気的なコンタクトは、導体路を介して行われるが、これらの導体路は、分かり易くするため示されていない。
有機積層体２を有する基板１は、図示の実施例においてボトムエミッション形に実施されており、またガラス製の透明な基板１と、ＩＴＯ製の透明な第１電極２１とを有し、この第１電極はアノードとして構成されている。第２電極２３は、反射性であり、カソードとして構成されており、またアルミニウムを有する。
図１Ｂによる別の方法ステップでは、ＰＬＡＬＤ法を用いてAl2O3製の第１バリア層３が有機機能層２２および殊に積層体２に被着されている。このために有機積層体２を有する基板１は、コーティング装置において約80℃の温度に加熱され、第１部分ステップにおいて第１出発化合物としてのトリメチルアルミニウムに曝されて、このトリメチルアルミニウムは、積層体２および基板１によって形成される表面において吸着され得る。例えば後に有機電子構成素子を電気的に接触接続させるための基板１のコンタクト領域において第１出発化合物が吸着されないようにするため、例えばこのコンタクト領域を覆うマスク層を使用することができる。このマスク層は、第１バリア層を被着した後、元のように除去することが可能である。トリメチルアルミニウムの未吸着分を除去した後、ＰＬＡＬＤ法の第２部分ステップにおいて、積層体２を有する基板１は、第２出発化合物としての水（H2O）に曝される。この水は、基板１および積層体２において吸着されたトリメチルアルミニウムと反応することができ、1nm未満〜数ナノメートルの範囲の厚さを有するAl2O3層になる。しかしながらこの層は有利にはモノレイヤとして構成される。ＰＬＡＬＤ法の上記の第１および第２部分ステップは、厚さ10〜30nmの第１バリア層３が作製されるので繰り返される。
択一的には水を第１出発化合物として供給することも可能であり、これによって水は、積層体２および基板１によって形成される表面において吸着される。この後、トリメチルアルミニウムを第２出発化合物として供給することができ、このトリメチルアルミニウムは、Al2O3層を形成しながら上記の吸着された水の層と反応することができる。
さらに第２出発化合物を十分に供給して、反応によって構成されたAl2O3層において再び第２出発化合物の材料が吸着され、また後に供給される第１出発化合物と反応して別の単層または複層のAl2O3層にすることも可能である。
図１Ｂによる別の方法ステップにおいてＰＬＡＬＤ法とは択一的にＰＥＡＬＤ法を用いてAl2O3製の第１バリア層３を有機機能層２２および殊に積層体２に被着することができる。このために有機積層体２を有する基板１は、コーティング装置において100℃未満、有利には80℃未満の温度に加熱され、第１部分ステップにおいて第１出発化合物としてのトリメチルアルミニウムに曝されて、このトリメチルアルミニウムは、積層体２および基板１によって形成される表面において吸着され得る。例えば後に有機電子構成素子を電気的に接触接続させるための基板１のコンタクト領域において第１出発化合物が吸着されないようにするため、例えばこのコンタクト領域を覆うマスク層を使用することができる。このマスク層は、第１バリア層を被着した後、元のように除去することができる。トリメチルアルミニウムの未吸着分を除去した後、ＰＥＡＬＤ法の第２部分ステップにおいて、積層体２を有する基板１は、第２出発化合物としてのN2Oを有するプラズマに曝される。このN2Oは、基板１および積層体２において吸着されたトリメチルアルミニウムと反応することができ、1nm未満〜数ナノメートルの範囲の厚さを有するAl2O3層になる。しかしながらこの層は有利にはモノレイヤとして構成される。ＰＥＡＬＤ法の上記の第１および第２部分ステップは、厚さ10〜30nmの第１バリア層３が作製されるまで繰り返される。
上記のＰＬＡＬＤ法ないしはＰＥＡＬＤ法により、気密性の高い第１バリア層３を作製することができ、この第１バリア層３は、卓越した結晶構造の点で優れており、またＣＶＤ法を用いて成長させた層に比べて孔および／またはチャネルをまったく有しないかまたは有したとしてもわずかである。さらにこのように作製した第１バリア層３により、上記のカプセリングの縁部領域においてバリア層３と、例えば基板１との間に気密性の高い境界面が実現され、これによってこの境界面に沿って生じ得る酸素および／または湿気に対する浸透路を回避することができる。
図１Ｃによる別の方法ステップでは、ＰＥＣＶＤ法を用いてSiO2製の第２バリア層４が第１バリア層３に被着される。ここで第２バリア層４は、約100nm〜約1000nmの厚さで第１バリア層３と同じ温度で被着される。第１バリア層３の気密性が高いことにより、第２バリア層４は比較的高い成長速度で被着することができ、これによって有機積層体２の内在的に気密性の高いカプセリングが得られる。
したがって全部を合わせて気密性の高いカプセリングが、経済的な方法において短いプロセス時間で得られるのである。
上記のＰＬＡＬＤ法ないしはＰＥＡＬＤ法およびＰＥＣＶＤ法は、同じコーティング装置において実行されるため、第１バリア層３および第２バリア層４を有するカプセリングを作製する際、ＰＬＡＬＤ法ないしはＰＥＡＬＤ法からＰＥＣＶＤ法への交換時にコーティング装置のローディングおよびアンローディングによる付加的なむだ時間は発生しない。
ここで説明した材料とは択一的にまたは付加的にまた一般的な個所で説明したように第１バリア層３および／または第２バリア層４は、酸化物、窒化物および／または半金属を有する酸窒化物および／または金属を有することができる。図示した方法とは択一的に、第１バリア層３の前に、基板および有機機能装置２２を有する有機層積層体２に第２バリア層４を被着することができる。
択一的または付加的には第２電極２３を透明に実施することができるため、上記の有機電子構成素子をトップエミッション形または透明ＯＬＥＤとして作製することが可能である。択一的または付加的に積層体２は、例えば有機トランジスタおよび／または有機フォトダイオードを含むかまたは有機トランジスタまたは有機フォトダイオードとすることが可能である。
図２には有機電子構成素子の１実施例が示されており、ここでこの構成素子は、上記の実施例による方法に比べて別の１方法ステップを有する方法によって作製される。
ここでは第１バリア層３および第２バリア層４を上で説明したように被着した後、さらに保護層５を被着する。保護層５には吹きつけ塗料が含まれており、これは、例えば溶媒を含有する塗料とすることができ、この塗料は10〜100μmの厚さで連続吹きつけコーティング装置によって被着される。保護層５により、上記の有機電子構成素子および殊に第１バリア層３および第２バリア層４をすり傷およびその他の機械的な損傷から効果的に保護することができる。
択一的または付加的には保護層５として、例えばポリマ、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂などを被着することができる。
以下の図には別の実施例による有機電子構成素子の断面が示されており、これらの実施例には上記の実施例の変更および変化形態が示されている。以下の説明は、主に上記の実施例との違いについてのものである。
図３には有機電子構成素子の断面が示されており、ここでも上記の実施例と同様に積層体２にAl2O3製の気密性の高い第１バリア層３が被着されている。その上には第２バリア層４がＰＥＣＶＤ法を用いて被着されており、これらの層は、100〜100nmの全体厚さを有する３つの層４１，４２，４３を有する。層４１および４３は窒化ケイ素層として実施されているのに対し、層４２は酸化ケイ素層として実施されている。択一的には層４１，４３の材料と、層４２の材料とを交換することも可能である。さらに第２バリア層４は、例えば５つの層を有する積層体を有することも可能であり、これらの層は交互に、複数の酸化ケイ素層および窒化ケイ素層として構成される。
図示の実施例とは択一的に、層４１，４２，４３を有する第２バリア層に第１バリア層３を被着することも可能である。
図４および５には有機電子構成素子の断面が示されており、これらの構成素子は、複数の第２バリア層３，３′，３″ないしは３，３′，３″，３″′および複数の第２バリア層４，４′，４″を有し、これらのバリア層はそれぞれ交互に重なり合わせてＰＬＡＬＤ法またはＰＥＡＬＤ法ないしはＰＥＣＶＤ法によって被着されている。積層体２の第２電極および／または第２バリア層４，４′，４″が少なくとも部分的に、例えば円柱状の成長、チャネル、孔および／または粒界の形態の欠陥を有することを排除できないため、積層体２と第２バリア層４，４′，４″との間の第１バリア層３，３′，３″によって保証されるのは、このような欠陥の継続が効果的に中断できるようにすることである。例えば第２バリア層４，４′，４″に生じるチャネルおよび／または孔は、その上にある第１バリア層３′，３″ないしは３′，３″，３′″によって密封することができる。
さらに第２バリア層４，４′および４″のうちの少なくとも１つは、図３の実施例に関連して示したように複数の層を有することができる。
本発明は、実施例に基づく上記の説明によってこれらの実施例に限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれている。このことはこのような特徴またはこのような組み合わせそのものが特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまるものである。

Claims (15)

  1. 構成素子をカプセリングするバリア層を有する電子構成素子を作製する方法において、
    該方法は、
    − 少なくとも１つの機能層（２２）を有する基板（１）を準備するステップと、
    − プラズマレス原子堆積法（ＰＬＡＬＤ）を用いて前記の機能層（２２）に少なくとも１つの第１バリア層（３）を被着するステップとを有しており、ただし当該第１バリア層（３）は、
    スズ、亜鉛、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブまたはハフニウムを含有する酸化物、
    スズ、亜鉛、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブまたはハフニウムを含有する窒化物、
    ないしは、
    スズ、亜鉛、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブまたはハフニウムを含有する酸窒化物を有しており、
    前記方法はさらに
    − プラズマ支援化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）を用いて前記の機能層（２２）に少なくとも１つの第２バリア層（４）を被着するステップと、
    − 前記の第１バリア層（３）および第２バリア層（４）に、合成物質を有する保護層（５）を被着するステップとを有することを特徴とする、
    構成素子をカプセリングするバリア層を有する電子構成素子を作製する方法。
  2. − 前記保護層（５）を５μｍ以上の厚さで被着する、
    請求項１に記載の方法。
  3. − 前記の保護層（５）は吹きつけ塗料を有する、
    請求項１または２に記載の方法。
  4. − 前記の少なくとも１つの機能層（２２）を有する基板（１）を準備する際、第１電極（２１）を基板（１）に被着し、第２電極（２３）を前記の少なくとも１つの機能層（２２）に被着し、
    − 前記の機能層（２２）は、有機機能層を含んでおり、
    − 前記の第１バリア層（３）を第２電極（２３）に被着する、
    請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
  5. − 前記の第１バリア層（３）および／または第２バリア層（４）には酸化物、窒化物または酸窒化物が含まれる、
    請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
  6. − 第２バリア層（４）として、材料の異なる少なくとも２つの層（４１，４２）からなる積層体を被着する、
    請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
  7. − 前記の材料の異なる少なくとも２つの層（４１，４２）には、酸化物を有する１つの層と、窒化物を有する１つの層とが含まれている、
    請求項６に記載の方法。
  8. − 少なくとも１つの別の第１バリア層（３′）および／または少なくとも１つの別の第２バリア層（４′）を被着する、
    請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
  9. − 前記の第１バリア層（３，３′）と、第２バリア層（４，４′）とを交互に重ね合わせて被着する、
    請求項７または８に記載の方法。
  10. − 前記の第２バリア層（４）を第１バリア層（３）の前に被着する、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
  11. − 前記の少なくとも１つの第１バリア層（３）および少なくとも１つの第２バリア層（４）を60℃以上かつ120℃以下の基板温度にて被着する、
    請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
  12. − 前記の少なくとも１つの第１バリア層（３）は、10nm以上かつ30nm以下の厚さを有する、
    請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
  13. − 前記の少なくとも１つの第２バリア層（４）は、100nm以上かつ1000nm以下の厚さを有する、
    請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
  14. − 前記の電子構成素子には、発光有機ダイオード（OLED）および／または太陽電池が含まれる、
    請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
  15. 請求項１から１４までのいずれか１項に方法を用いて作製可能なことを特徴とする、
    有機オプトロニクス構成素子。
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