JP5579177B2

JP5579177B2 - カプセル封入されたオプトエレクトロニクスデバイスおよびカプセル封入されたオプトエレクトロニクスデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP5579177B2
Application number: JP2011517746A
Authority: JP
Inventors: ホイザーカルステン; シュミートクリスティアン; シュレンカーティルマン; グレッペルペーター
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: CN102099943A; CN102099943B; US20110266590A1; US8530928B2; JP2011528156A; WO2010006571A1; DE102008033017A1; KR101554763B1; EP2301092B1; KR20110040750A; EP2301092A1

Description

本願は、ＤＥ１０２００８０３３０１７．５号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に取り入れられる。

請求項１に記載されたオプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入する方法を提供する。

オプトエレクトロニスクデバイス製造時の大きな問題は、周囲の影響から保護するためにオプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入することである。現在使用されているカプセル封入技術では依然として、カプセル封入層内にピンホールまたは欠損が生じ、これによって漏洩が生じてしまう。この漏洩によって、周囲から例えば大気湿気がオプトエレクトロニクスデバイスへと拡がり、時間とともにこれに損傷を与える。

このオプトエレクトロニクスデバイスは例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。ＯＬＥＤは例えば以下の層列を含む：アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に配置されているビーム放射層を含む。ここでビーム放射層は有機材料を含む。ビーム放射層において、作動時にアノードによって放出されるホールは、カソードによって放出される電子と再結合する。この再結合によって遊離されたエネルギーはビーム放射層内で、ビーム放射のために分子を励起する。ＯＬＥＤは、オプトエレクトロニクスエレクトロルミネセンスデバイスである。ＯＬＥＤは例えばさらなる層として以下のものを含む：ホール誘起層、ホール搬送層、電子搬送層および／または電子誘起層を含む。オプトエレクトロニスクデバイスは別の形状のエレクトロルミネセンスデバイスでもよい。また、非エレクトロルミネセンスデバイスであってもよい。

この問題は現在、オプトエレクトロニクスデバイスがハウジングによって覆われ、デバイスとハウジングの間の隙間がさらに付加的にゲッターを含んでいることによって解決されている。ゲッターは、外部から侵入する、損傷を与える物質（例えば大気湿気の水分）等を吸収するまたは吸着する材料である。このようなハウジング技術の問題は、ハウジングが支持体基板と結合されている箇所をこれまでは十分に密閉することができず、大気湿気の侵入等を可能にしてしまっていた、ということである。さらに、この技術には非常に手間およびコストがかかる。ゲッターは飽和状態になった後には、制限された容量しか有しておらず、さらなる物質をもはや受容することはできない。大面積のオプトエレクトロニクスデバイスにとってはこの方法はコスト上の理由から実施不可能である。「大面積のオプトエレクトロニクスデバイス」とは本発明の実施形態では、３ｍｍ^２以上の面積を有するオプトエレクトロニクスデバイスのことである。この方法によって非常に薄いオプトエレクトロニクスデバイスを製造するのも困難である。

本発明の方法形態の課題は、周囲の影響から保護するために、オプトエレクトロニクスデバイスを密閉してカプセル封入することができる方法を提供することである。

上述の課題は、請求項１に記載されたオプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入する方法によって解決される。別の方法形態並びにオプトエレクトロニクスデバイス自体は、別の請求項に記載されている。

オプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入する方法形態は以下のステップを含んでいる。
Ａ）オプトエレクトロニクスデバイスを提供するステップ
Ｂ）周辺環境からの保護のために、大気圧プラズマを用いて、少なくとも、オプトエレクトロニクスデバイスの表面の部分領域上に拡散バリアを析出するステップ。

大気圧プラズマによって拡散バリアを析出することによって、析出された層が非常に高い密閉性を有することが保証される。この拡散バリアはピンホールまたは欠損を有していない、またはこれらを有していなのと同様に良質である。現在使用されている薄膜カプセル封入形態の場合と比べて、格段に高い密閉性が得られる。このようにしてオプトエレクトロニクスデバイスは、大気圧プラズマカプセル封入によって効果的に周辺環境から保護される。この方法は、非常に大きい面積の用途にも適している。

大気圧プラズマの使用は、定圧プラズマの使用に比べて幾つかの利点を有している。大気圧プラズマの装置にかかるコストは、低圧プラズマの場合よりも格段に低い。低圧プラズマでは、積層されるべきデバイスをチャンバ内に入れ、このチャンバ内で圧力を低減させ、析出プロセスの後に圧力を再び通常圧力に合うようにし、デバイスを再びこのチャンバから取り出すことが必要である。これに対して大気圧プラズマの使用時には、デバイスを閉鎖されたチャンバ内に入れる必要はない。この場合にはデバイスを通常条件下で、すなわち大気雰囲気において通常圧力下で積層することができる。従ってこれを例えば、流れ作業ライン上で直接行うこともできる。ここでは空間的な制限がないので、例えば析出に使用される機械によって所期のように、デバイス上の個別点だけを駆動制御することが格段に容易になり、低圧チャンバ内でのように、表面全体を積層することはない。大気圧プラズマを、保護ガス雰囲気下で使用することもできる。

ここでは拡散バリアは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さで析出される。有利にはこれは１００ｎｍ〜２５０ｎｍの厚さで析出される。従ってこのカプセル封入技術によって、非常に薄いオプトエレクトロニクスデバイスを製造することができる。このオプトエレクトロニクスデバイスは、薄いのにもかかわらず、周辺環境に対して非常に高い密閉性を有している。この方法は大面積デバイスでの使用に対しても非常に良く適している。なぜなら、この場合には、非常に大きいハウジングの製造時に問題が生じるハウジング技術とは異なり、オプトエレクトロニクスデバイスの大きさは技術的な観点からは問題にならないからである。

拡散バリアはこの方法では、個別層の析出によって形成される。ここでは２つまたはそれより多くの個別層が相互に重なって析出される。各個別層は、例えば５０〜１００ｎｍの厚さを有している。個別層を被着させることによって、層全体の密閉性がさらに上昇される。さらにこれによって、デバイス上に種々異なる箇所で、異なる厚さを有する層が形成される。

拡散バリアはＳｉＯ_２を含むことができる。有利には全体的な拡散バリアはアモルファスＳｉＯ_２から成る。ＳｉＯ_２はここではじめは気相において形成される。ＳｉＯ_２を形成するためにシランおよび、酸素源として用いられる別の化合物が使用される。シランとして例えばＳｉＨ_４が使用され、酸素源としては例えばＮ_２Ｏが使用される。

１つの方法形態においては、ステップＢ）における析出に対して、オプトエレクトロニクスデバイスの部分領域上でプラズマビームが使用される。これによって、拡散バリアを所期のように、部分領域上で所期のように析出することができる。プラズマビームをここで、５〜１０００ｍ／分の速度で、デバイスの積層されるべき表面にわたって動かすことができる。これによって拡散バリアを必要に応じて、非常に小さい、例えば点状の部分領域上に析出することも、デバイスの非常に大きい面積の領域上に析出することもできる。

１つの方法形態においてプラズマをプラズマノズル内で形成することができる。プラズマノズル内でこれはプラズマ放射に形成される。プラズマ放射にはプラズマノズル内で前駆物質が供給され、ここから、拡散バリアを形成する材料が生じる。これが複数の前駆物質であってもよい。これによって例えば２つの前駆物質がプラズマ放射内で反応し、この反応の反応生成物がオプトエレクトロニクスデバイスの表面上に析出される。

前駆物質は例えば、シランおよび酸素源として用いられる化合物である。

１つの方法形態ではプラズマノズル内で、高圧放電によって、パルス状のアークが形成される。高圧放電に対しては、５〜３０ｋＶの領域における電圧が使用される。高圧放電に対しては、１０〜１００ｋＨｚの領域における周波数が使用される。別の方法形態では、直流電流放電が使用される。

１つの方法形態ではステップＡ）は以下の部分ステップを含んでいる：Ａ１）基板を提供するステップ、Ａ２）第１の電極層を基板上に被着するステップ、Ａ３）有機機能層を第１の電極層上に被着するステップ並びにＡ４）第２の電極層を有機機能層上に被着するステップ。ここで、第１の電極層、第２の電極層並びに有機機能層を含んでいる積層体が形成される。

従って部分ステップＡ１）〜Ａ４）を介して、オプトエレクトロニクスデバイスの積層体が形成される。この有機機能層は、例えば発光層である。２つの電極層は、デバイスの電気的な接触接続のために使用される。

別の方法形態では、ステップＡ）は、さらなる部分ステップとして、Ａ５）第２の電極層の上に第１のカプセル封入層を被着するステップを含む。このカプセル封入層は、オプトエレクトロニクスデバイスのカプセル封入のため、ひいては周辺影響からの保護のために使用される。

１つの方法形態では、第１のカプセル封入層は大気圧プラズマによって被着される。ここでは第１のカプセル封入層の被着によって既に、十分な程度の密閉性が得られる。さらなるカプセル封入層の被着はこの方法形態の場合には必要ない。第１のカプセル封入層の被着は、保護ガス雰囲気下で行われる。

部分ステップＡ１）〜Ａ４）において形成された積層体は主表面を有している。これは層列に対して平行に延在している外面である。さらに積層体は側面を有しており、これは、層列に対して垂直に延在している外面である。オプトエレクトロニクスデバイスは例えば、拡散バリアが積層体の側面上に析出されることによってカプセル封入される。この方法形態は例えば次の場合に可能である。すなわち積層体が最上層として既に、非常に高い密閉性を有している層を有しており、この結果、例えば大気湿気の侵入が、僅かに積層体の側面を介してのみ可能である場合である。

別の方法形態では、付加的なステップにおいて、部分ステップＡ４）の後で、薄膜カプセル封入層が第２の電極層上に被着される。この薄膜カプセル封入層によって、オプトエレクトロニクスデバイスは既にプレカプセル封入される。オプトエレクトロニクスデバイスはその後で既に、第１の基本密閉性を周辺環境に対して有している。

別の方法形態では、部分ステップＡ１）とＡ２）との間の付加的なステップにおいて導電性の透明層が第１の基板上に被着される。

別の方法形態では、付加的なステップにおいて、第２のカプセル封入層が薄膜カプセル封入層の上に被着される。２つの異なるカプセル封入層を組み合わせることによって、特に高い程度の密閉性が得られる。

第１のカプセル封入層には例えばカバープレートを使用することができる。これによって例えば、デバイスの面積が非常に大きい場合に、迅速かつ効果的に、積層体の１つまたは２つの主表面を密閉することができる。従ってオプトエレクトロニクスデバイスは大きいビーム損失無しに例えば、例えばガラスから成るカバープレートでカプセル封入されている主表面を通じて放射をすることができる。この場合にこのような方法形態では依然として、積層体の側面を密閉してカプセル封入しなければならない。これは例えば、拡散バリアを積層体の側面上に析出することによって行われる。

別の方法形態では、第１のカプセル封入層に対してラッカーが使用される。ラッカー層は例えば、事前に析出された拡散バリア上に被着される。この形態ではラッカー層は例えば、傷からの保護のために使用される。しかし、ラッカー層がはじめに例えば第２の電極層上に被着され、以降のステップになってはじめて拡散バリアがこのラッカー層上に被着される方法形態も可能である。この方法形態では積層体ないし第２の電極層はラッカー層によってプラズマ放射から保護される。このプラズマ放射によって拡散バリアが析出される。

デバイスとカプセル封入部との間に空洞、すなわち中空空間が生じないようにオプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入することができる。

オプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入する方法の他に、オプトエレクトロニクスデバイス自体も本発明の特許請求の範囲である。

オプトエレクトロニクスデバイスの１つの実施形態はここで第１の基板と、この第１の基板上に配置されている第１の電極層と、この第１の電極層上に配置されている有機機能層と、この有機機能層上に配置されている第２の電極層と、この第２の電極層上に配置されている第１のカプセル封入層と、ＳｉＯ_２から成る拡散バリアとを含んでいる。この拡散バリアは少なくとも、デバイス表面の部分領域上に大気圧プラズマによって析出されている。

別の実施形態では、オプトエレクトロニクスデバイスはさらに、導電性の透明層を含んでいる。これは第１の基板上の配置されている。

別の実施形態ではオプトエレクトロニクスデバイスは、薄膜カプセル封入層を含んでいる。これは第２の電極層上に配置されている。

別の実施形態ではオプトエレクトロニクスデバイスは第２のカプセル封入層を含んでいる。これは薄膜カプセル封入層上に配置されている。

別の実施形態ではデバイスは、第１のカプセル封入層としてカバープレートを含んでいる。

別の実施形態ではデバイスは、第１のカプセル封入層としてラッカー層を含んでいる。

別の実施形態ではデバイスは、第１のカプセル封入層を含んでいる。これは大気圧プラズマによって析出されている。

以下に本発明の形態を、図面および実施例に基づいてより詳細に説明する。

オプトエレクトロニクスデバイスの実施形態の概略的な側面図オプトエレクトロニクスデバイスの実施形態の概略的な側面図オプトエレクトロニクスデバイスの実施形態の概略的な側面図オプトエレクトロニクスデバイスの実施形態の概略的な側面図オプトエレクトロニクスデバイスの実施形態の概略的な側面図

図１は、オプトエレクトロニクスデバイスの可能な実施形態の概略的な側面図を示している。図１は、層列を示しており、これは基板１と、その上に配置されている導電性の透明層２と、その上に配置されている第１の電極層３と、その上に配置されている有機機能層４を含んでいる。有機機能層４上には、第２の電極層５が続く。第１の電極層３は接触接続部９を介して導電性接続されている。絶縁層１０によって第１の電極層３は、第２の電極層５から電気的に絶縁されている。第１の電極層３と第２の電極層５に電圧を印加することによって、電流が有機機能層４を通って流れる。有機機能層内では例えば可視ビームが形成され、これは次に例えばデバイスの底面を介して、可視ビーム２０として放出される。ビームが表面を介して放射される実施例も可能である。第２の電極層５には薄膜カプセル封入部６が続く。この薄膜カプセル封入部６は、オプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入するために用いられる。従ってこれはすでに、周辺環境に対して第１の基本密閉性を有している。薄膜カプセル封入部は例えば、ＰＥ−ＣＶＤ方法（プラズマ化学気相成長法）によって被着される。薄膜カプセル封入部６は例えば、ＳｉＯまたはＳｉＮ等の酸化物層または窒化物層から成る。窒化物と酸化物層からなる多層組み合わせも可能である。しかしこのような薄膜カプセル封入部６はピンホールまたは漏洩箇所を有することがあるので、さらなるカプセル封入部材が必要である。図１におけるデバイスは、薄膜カプセル封入部６の上に、拡散バリア１２を含んでいる。これは大気圧プラズマによって析出されたものである。拡散バリア１２はこの実施例では、積層体の上側主表面上にも側面にも析出されている。このようにしてデバイスの積層体は上面からも側面からも完全に拡散バリア１２によってカプセル封入され、周辺環境から保護される。拡散バリア１２を大気圧プラズマを用いて複数の個別層内に被着することができる。これによって、種々異なる部分領域は、異なる厚さの拡散バリア１２を有することができる。

図２は、オプトエレクトロニクスデバイスの別の実施形態を示している。この実施形態は、図１に示されている実施形態と同じように、基板１と、導電性の透明層２と、第１の電極層３と、その上に配置されている有機機能層４と、その上に配置されている第２の電極層５とを含んでいる層列を含んでいる。この実施形態は同じように接触接続部９、絶縁層１０並びに第２の電極層５上に配置されている薄膜カプセル封入部６を含んでいる。この実施形態では薄膜カプセル封入部６上にラッカー層８が配置されている。従ってこの実施形態では主表面は、薄膜カプセル封入部６とラッカー層８の組み合わせによってカプセル封入されている。積層体の側面はこの実施形態では、図１に示された実施形態と同じように、大気圧プラズマを用いて析出された拡散バリア１２によってカプセル封入されている。従って大気圧プラズマを用いた拡散バリア１２の析出はこの実施形態で、側面でのみ行われる。

図３は、オプトエレクトロニクスデバイスの別の実施形態の概略的な側面図を示している。図３に示された実施形態は、例えば図１に示された実施形態から出発し、大気圧プラズマによって析出された拡散バリア１２上にさらにラッカー層８が被着されている。ラッカー層８は例えば、拡散バリア１２に対する傷からの保護部として用いられる。

図４は、オプトエレクトロニクスデバイスの別の実施例の概略的な側面図を示している。図４に示されている実施形態は例えば、図２に示されている実施形態から出発し、ラッカー層８上に拡散バリア１２が、大気圧プラズマを用いて析出されている。主表面上に析出された拡散バリア１２はここで、側面上に析出された拡散バリア１２へ移行する。これによってデバイスは上側表面並びに側面で、完全に拡散バリアによってカプセル封入される。ラッカー層８はこの拡散バリア１２の下で例えば、大気圧プラズマを用いた拡散バリア１２の析出時にデバイスを保護する。

図５はオプトエレクトロニクスデバイスの別の実施形態の概略的な側面図を示している。これは基板１と、導電性の透明層２と、第１の電極層３と、その上に配置されている有機機能層４と、その上に続く第２の電極層５とを含む層列を含んでいる。この実施形態はさらに、接触接続部９並びに絶縁層１０と、第２の電極層５の上に配置されている薄膜カプセル封入部６とを含んでいる。この薄膜カプセル封入部６上並びに積層体の側面の周りに第２のカプセル封入層７が被着されている。この第２のカプセル封入層７は、デバイスをカプセル封入するために、並びに薄膜カプセル封入部６の平坦化のために使用される。第２のカプセル封入層７は、例えば透明なエポキシドを含むことができる。この実施形態では第２のカプセル封入層７上にカバープレート１１が続く。このカバープレートは例えばガラス基板である。放射２０が後方から放射される実施形態では、透明ではないカバープレート１１を用いることも可能である。カバープレート１１を使用することによって、大きいデバイスないし大面積のデバイスも迅速かつ効果的に、１つまたは２つの主表面でカプセル封入することができる。積層体の側面ないしは第２のカプセル封入層７の側面は、大気圧プラズマを用いて析出された拡散バリア１２によってカプセル封入される。従って、デバイスは底面に対して基板を介して、表面に対してカバープレートを介しておよび側面で拡散バリア１２を介して完全にカプセル封入されている。

なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって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並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組み合わせ各々が含まれる。このことはそのような特徴または組み合わせ自体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。

Claims

カプセル封入されたオプトエレクトロニクスデバイスを製造する方法であって、当該方法は、
Ａ）オプトエレクトロニクスデバイスを提供するステップを有しており、
前記ステップＡ）は、以下の部分ステップを含む：すなわち、
Ａ１）基板（１）を提供するステップ、
Ａ１’）導電性の透明層（２）を当該基板（１）上に被着するステップ、
Ａ２）当該導電性の透明層（２）上に第１の電極層（３）を被着するステップ、
Ａ３）有機機能層（４）を当該第１の電極層（３）上に被着するステップ、
Ａ４）第２の電極層（５）を前記有機機能層（４）上に被着するステップを有しており、
ここで前記第１の電極層（３）、前記第２の電極層（５）並びに前記有機機能層（４）を含んでいる積層体が形成され、当該積層体は主表面と側面を有しており、
Ａ５）第１のカプセル封入層を前記第２の電極層（５）上に被着するステップを有しており、ここで前記積層体の側と反対側にある主表面と、側面とを有している、ガラスから成るカバープレート（１１）が前記第１のカプセル封入層として使用され、
Ｂ）周辺影響からの保護のために、大気圧プラズマを用いて、拡散バリア（１２）を前記オプトエレクトロニクスデバイスの前記積層体の前記側面上に析出するステップを有しており、ここで前記積層体の側と反対側にある、前記カバープレートの主表面には実質的に拡散バリアは残っていない、
ことを特徴とする、オプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入する方法。
前記導電性の透明層（２）を直接的に前記基板（１）上に被着する、請求項１記載の方法。
前記第１の電極層（３）を直接的に、前記導電性の透明層（２）上に被着する、請求項１または２記載の方法。
前記拡散バリア（１２）を、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さで析出する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
前記拡散バリア（１２）を少なくとも２つの、それぞれ５０〜１００ｎｍの厚さの個別層の析出によって形成する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
ステップＢ）における、前記積層体の側面上での前記析出に対してプラズマ放射を使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
Ａ４）後およびＡ５）前の付加的なステップにおいて、薄膜カプセル封入層（６）を前記第２の電極層（５）上に被着する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
付加的なステップにおいて、第２のカプセル封入層（７）を前記薄膜カプセル封入層（６）上に被着する、請求項７記載の方法。
前記カプセル封入部とデバイスとの間に隙間が生じないように、前記オプトエレクトロニクスデバイスをカプセル封入する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
前記拡散バリア（１２）を前記カバープレート（１１）の前記側面上に析出する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
オプトエレクトロニクスデバイスであって、
・主表面と側面とを有している積層体を含んでおり、当該積層体は、
・第１の基板（１）と、
・当該第１の基板（１）上に配置されている導電性の透明層（２）と、
・当該導電性の透明層（２）上に配置された第１の電極層（３）と、
・当該第１の電極層（３）上に配置された有機機能層（４）と、
・当該有機機能層（４）上に配置された第２の電極層（５）と、
・当該第２の電極層（５）の上に配置された第１のカプセル封入層とを含んでおり、ここで、前記積層体の側と反対側にある主表面と、側面とを有している、ガラスから成るカバープレート（１１）が前記第１のカプセル封入層として使用されており、
・ＳｉＯ_２を含んでいる拡散バリア（１２）を含んでおり、当該拡散バリアは、前記積層体の前記側面上に、大気圧プラズマを用いて析出されたものであり、ここで前記積層体の側と反対側にある、前記カバープレートの主表面には実質的に拡散バリアは設けられていない、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイス。
前記第１の電極層（３）は直接的に、前記導電性の透明層（２）上に配置されている、請求項１１記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
前記拡散バリア（１２）は前記カバープレート（１１）の前記側面上に析出されている、請求項１１または１２記載のオプトエレクトロニクスデバイス。