WO2003088370A2 - Hermetische verkapselung von organischen elektro-optischen elementen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates generally to organic electro-optical elements and to a method for their production.
  • the invention relates to a method for producing hermetically encapsulated organic electro-optical elements, and to a hermetically encapsulated electro-optical element.
  • OLEDs Organic light-emitting diodes
  • OLEDs are the subject of intensive development work because they have many advantages over other lighting and display devices. In this way, OLEDs can be manufactured very thinly and even flexibly. Compared to liquid crystal displays, OLEDs also have the advantage of being luminous themselves.
  • No. 5,882,761 proposes an OLED to solve the problem, in which the OLED structures are covered with a curved metal sheet.
  • the OLED described there has a desiccant or
  • the desiccant reservoir and the OLED structures are separated from one another with a porous adhesive tape.
  • the metal sheet is connected to the glass support by means of a UV adhesive.
  • organic layers such as the bond between
  • Sheet metal and glass supports that are relatively easy to penetrate for small gas molecules.
  • the bond thus represents a transport channel, in particular for atmospheric oxygen and water. It is therefore only a matter of time before the desiccant is exhausted and the degradation of the bond
  • this type of encapsulation means that essential properties of OLED technology, such as the encapsulation of extremely thin or flexible components, cannot be implemented.
  • Liquids are known as getter materials, as are described in JP 7211456, US 5821692, or US 5962962.
  • EP 0776147 also describes the use of solid materials as getters.
  • gases can also be used as getter medium for organic components. All of these solutions known from the prior art, however, have in common that the effect of the getter material decreases with continuous gas accumulation, so that there is no permanent protection against degradation.
  • the object of the invention is therefore to slow down the degradation of organic, electro-optical elements, such as OLEDs, or to increase their service life.
  • the method according to the invention for producing an organic, electro-optical element comprises the steps:
  • a layer with a glass-like structure is understood to mean a layer with no long-range order of the elements and / or substances constituting the material with a glass-like structure and at the same time a short-range order of the substances and / or elements.
  • a layer with a glass-like structure is therefore a glass-like, amorphous layer. Accordingly, such layers do not only include glasses. Rather, glass-like layers in addition to glasses also include, for example, organic materials, alloys or amorphous element layers.
  • the layers applied by means of the method according to the invention are distinguished, among other things, by the lack of grain boundaries due to the amorphous structure.
  • grain boundaries are essentially responsible for the higher permeability rate for small molecules, such as oxygen or water, through crystalline or polycrystalline media.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides in particular that the deposition of at least one layer with a glass-like structure comprises the step of depositing a glass, in particular an inorganic glass.
  • the measurements have been made for layers with a layer thickness of 8 ⁇ m and 18 ⁇ m even helium leak rates between 0 and 2xl0 ⁇ 9 mbar 1 s _1 result, these upper limit values already being essentially influenced by the measurement inaccuracy of the tests carried out.
  • a layer with a glass-like structure which comprises an alkali-containing glass, is particularly suitable for hermetic encapsulation.
  • the alkali ions fill gaps in the glass structure and thus ensure dense layers with very low permeability.
  • borosilicate glasses are also particularly suitable materials for the layer with a glass-like structure. These can also contain alkali ions in order to reduce the permeability.
  • organic, electro-optical material encompasses both an organic material which has electroluminescent properties and is therefore suitable for the construction of an OLED, and an organic material which has photovoltaic properties.
  • OLED is generally used for light-converting elements, that is to say both for light-emitting elements and for photovoltaic elements.
  • a large number of substances known to the person skilled in the art can be used as the organic, electro-optical material.
  • metal-organic materials in particular metal-organic complexes such as triplet emitters or lanthanide complexes, can be used for this purpose.
  • electroluminescent material can also comprise an organic or inorganic matrix layer, which is provided with emitters, such as
  • Fluorescent dyes as organic, electro-optical material is doped.
  • porous titanium dioxide was used as the inorganic matrix.
  • the deposition according to the invention also creates an intimate connection of the layer with a glass-like structure to the underlying material without any voids or connecting points penetrable for gases, since the layer grows directly on the underlying surface.
  • Layers with a glass-like structure i.e. largely without crystalline parts or sub-areas, are also characterized by a better tolerance to mechanical loads compared to crystalline materials. This means that the very good barrier effects of such materials are retained even with deformations within the mechanical load limits of the material.
  • the method according to the invention enables thus also the production of flexible OLEDs with a long service life.
  • Deposition of the layer with a glass-like structure comprises, according to the invention, vacuum or low pressure deposition of the layer, or deposition of the layer by vacuum or low pressure coating. All vacuum coating processes can be suitable for this. Accordingly, PVD or CVD methods can be used to deposit the layer with a glass-like structure. Several deposition processes can also be combined with one another. Vacuum coating processes or low-pressure coating processes, such as PVD or CVD deposition, are advantageous inter alia because these processes can be carried out in a vacuum or in a dry atmosphere and thus prevent contamination of moisture-sensitive OLED layers during the coating.
  • the at least one layer with a glass-like structure is deposited by vapor deposition.
  • High growth rates of the layers can be achieved by vapor deposition, which makes the method according to the invention particularly fast and therefore economical for large quantities in this variant.
  • the deposition of the layer with a glass-like structure by vapor deposition can also include the step of plasma ion-assisted vapor deposition (PIAD).
  • PIAD plasma ion-assisted vapor deposition
  • An ion beam is additionally directed onto the substrate to be coated.
  • the ion beam can be generated by means of a plasma source, for example by ionizing a suitable gas.
  • the gas ions also accelerate the particles emitted by the vapor deposition source. This leads to particularly dense and low-defect deposited layers.
  • the step of depositing the layer with a glass-like structure can particularly preferably also comprise the step of depositing a vapor deposition glass.
  • a vapor deposition glass Such glasses are materials that can be deposited by vapor deposition. Evaporating glasses have been shown to have excellent encapsulation properties. In addition to the preferred deposition by vapor deposition, these glasses can of course also be vacuum or other
  • electron beam evaporation is particularly suitable for vapor deposition.
  • an electron beam is directed onto a target, the electrons giving up their kinetic energy to the target, which heats up as a result.
  • the target material is finally evaporated by the heating.
  • the evaporated material then hits the surface to be coated and separates there as a layer with a glass-like structure.
  • the step of vapor deposition of a layer with a glass-like structure can also include the step of cover vapor deposition from at least two evaporation sources.
  • the step of cover steaming can also include the step of varying, in particular periodically varying, the vapor deposition rate of at least one of the evaporation sources.
  • Evaporation rates can influence and adapt the material properties of the layer with a glass-like structure in the direction perpendicular to the vapor-deposited surface.
  • the temperature expansion coefficient of the layer can be compared to that of the layer coated surface are adapted so that temperature tensions between the surface material and the evaporated layer are avoided or reduced.
  • a periodic variation of the vapor deposition rate can serve, for example, to produce periodic refractive index variations in the vapor-deposited layer perpendicular to the coated surface.
  • the step of depositing at least one layer with a vitreous structure by means of physical and / or chemical vapor phase deposition can also advantageously include the step of sputtering on a layer glassy structure or sputtering include.
  • the sputtering of layers and the deposition by sputtering are understood as one of the PVD processes. In contrast to evaporation, the sputtering of layers can also be carried out with materials that are difficult to evaporate.
  • Layers with glass-like structures can, however, also advantageously be produced using other methods, such as chemical vapor deposition, for example by means of plasma-induced chemical vapor deposition (PCVD).
  • chemical vapor deposition for example by means of plasma-induced chemical vapor deposition (PCVD).
  • PCVD plasma-induced chemical vapor deposition
  • the plasma pulse-induced chemical is also particularly suitable in this regard
  • the deposition of the layer with a glass-like structure can also include the step of co-deposition of an organic material.
  • the co-deposition, or the simultaneous deposition of the organic material together with the layer material, which forms a layer with a glass-like structure can be done, for example, by cover steaming or deposition from the residual gas atmosphere.
  • the molecules of the organic material are incorporated into the layer with a glass-like structure.
  • the organic material can have a positive influence on the layer properties in many ways.
  • Examples include a higher flexibility of the layer against mechanical stress, the adaptation of optical and mechanical properties, the improvement of the layer adhesion by, for example, depositing the layer as a gradient layer with a change in the organic component, the change in the packing density and the layer structure, and the influence on the chemical Properties of the layer, in particular by adding hydrophobic materials or getter materials.
  • the layers are advantageously applied in such a way that one of the conductive layers has a lower work function than the other conductive layer. Due to the
  • the work function difference of the first and second conductive layers serving as electrodes, between which there is the layer comprising an organic, electro-optical material, electrons are converted into unoccupied electronic states when the voltage applied to the electrodes is correctly polarized at the layer acting as the cathode organic, electro-optical material injected.
  • defect electrons or holes are injected from the layer acting as an anode with a lower work function, as a result of which the organic material passes Recombination of the electrons with the defect light quanta are emitted.
  • the method can advantageously also include the step of applying at least one hole injection layer and / or one potential adaptation layer and / or one
  • Electrode blocking layer and / or a hole blocking layer and / or an electron conductor layer and / or a hole conductor layer and / or an electron injection layer are included. Particularly high quantum or light yields are achieved by applying the layers in the preferred order: potential adaptation layer / hole injection layer / electron blocking layer / layer which has at least one electro-optical material / hole blocking layer / electron conductor layer / electron injection layer / potential adaptation layer.
  • the sequence of the functional layers of the organic, electro-optical element is referred to below for the sake of simplicity as an OLED layer structure.
  • the OLED layer structure can also include, for example, the further functional layers mentioned above.
  • one of the conductive layers is at least partially transparent. Suitable for this is inter alia indium tin oxide or fluorine-doped tin oxide (Sn0 2 : F).
  • OLEDs are produced by applying a transparent conductive layer to a transparent substrate or a transparent carrier, on which the layer, which has an organic, electro-optical material, is then deposited. This structure is then covered as a further electrode by a conductive layer, which, for example, can have a lower work function compared to the transparent conductive layer. In this case, the emitted light can be coupled out or coupled in via the transparent support.
  • the step of depositing the at least one layer with a glass-like structure takes place after the application of the at least one layer which has at least one organic, electro-optical material and the first and second conductive layers. If these layers are applied or deposited from the same side of the support, the layer, which has at least one organic, electro-optical material, is located between the support and the layer with a glass-like structure. In this way, the OLED layer structure is encapsulated between the support and the layer with a glass-like structure.
  • the layers according to the invention with a glass-like structure can also be transparent, for example, it is also possible to arrange the layer sequence in such a way that the transparent conductive layer is applied to the support after the layer with the organic, electro-optical material. In this way, an OLED cannot be used, for example transparent carrier are produced, in which case the light passes through the layer with a glass-like structure and the transparent conductive layer.
  • One or both of the conductive layers, and also the layer which has an organic, electro-optical material, can advantageously be applied or deposited in a structured manner.
  • these layers can also be produced laterally, that is to say structured along the surface.
  • Structuring can affect a variety of properties of such elements. For example, light passage openings can be created in a conductive layer. Furthermore, a layer arrangement is also possible in which the layers do not necessarily have to be applied one above the other. Rather, it is possible that, for example, structured layers can also interlock. For example, the first and / or the second conductive layer can also be applied in a structured manner like a comb. The layer, which has at least one organic, electro-optical material, can then, for example, be wholly or partly between the comb structures. Structuring is also useful for pixelated structures that are operated by their own switching elements or for the production of an organic electro-optical element as an active matrix display.
  • Layers with a glass-like structure which comprise an at least binary material system are particularly suitable for hermetic encapsulation of OLEDs. Layers of this type are generally distinguished by particularly low permeability rates, since, unlike quartz glasses, for example, they have hardly any tendency to form crystalline regions and also have denser structures.
  • Such at least binary substance systems can, for example, consist of assemble at least two metal oxides or silicon dioxide and one or more metal oxides.
  • the method can also be designed such that the step of depositing the at least one layer with a glass-like structure takes place before the application of one of the conductive layers.
  • the layer with a glass-like structure is thus located between the support and the OLED layer structure.
  • Substrate, or the carrier is suppressed into the OLED layer structure. This also enables hermetic encapsulation to be achieved on the carrier side of the OLED. This is advantageous, for example, for flexible OLEDs if the carrier comprises a flexible plastic material with typically high permeability for small gas molecules.
  • the glass-like layer can also perform the function of a coupling-out or coupling-in layer for the light emitted by the OLED in order to increase the yield of the OLED by adapting the refractive index.
  • the at least one layer with a glass-like structure can also be applied on the side of the carrier which is opposite to the side on which the layer is applied, which has an organic, electro-optical material.
  • the layer is thus applied to the side of the carrier on which the light is coupled out into the environment in the case of a normal layer structure of the OLED.
  • an adjustment of the refractive index by means of the layer with a glass-like structure can increase the coupling-out efficiency, since in particular at the material / air interface there would otherwise be a large jump in the refractive index with correspondingly strong back reflections.
  • such a layer can also create a diffusion barrier to extend the life of the OLED.
  • the step of applying a layer with a glass-like structure by means of physical and / or chemical vapor phase deposition comprises the step of applying a multilayered layer.
  • the multiple layers of such a layer can, for example, have different chemical compositions, so that, for example, barrier effects of individual layers can be tailored to specific gases which are harmful to the service life.
  • the mechanical properties, such as flexibility, layer adhesion or intrinsic layer tension, can also be increased, for example, by introducing flexible intermediate layers. Not all layers of the multi-layer layer need to have a glass-like structure.
  • the step of applying a multi-layer layer comprises the step of applying a multi-layer layer with different chemical ones
  • compositions and / or different mechanical properties of at least two of the layers can also be combined with one another and with the deposition of at least one layer with a glass-like structure.
  • the multiple layers can also be applied in such a way that at least two of the layers have different refractive indices. This can be done by applying different layer materials can be achieved. However, it is also possible to influence the refractive index by selecting the process parameters during the application, such as the evaporation rate. Such a multilayer with a varying refractive index is particularly suitable for a refractive index adjustment.
  • the thermal load in CVD or PVD coatings can affect the layer composition.
  • at least one pre-encapsulation layer can additionally be applied. Such a pre-encapsulation coating can, for example, reduce the heat transport and thus prevent the OLED layers from heating up.
  • a suitable pre-encapsulation coating can, for example, prevent the layer with a glass-like structure from penetrating or chemically changing another layer when applied by means of PVD or CVD coating. This can be the case, for example, with the second conductive layer if it is made from very soft or reactive metals, such as calcium.
  • the method may also advantageously include the step of applying a cover.
  • the cover can be applied to the layer with a glass-like structure.
  • a layer with a glass-like structure can also be applied in such a way that the contact area between the cover and the carrier is sealed and hermetically sealed by the layer with a glass-like structure.
  • the step of depositing at least one layer with a glass-like structure comprises the step of covering the border of the bearing surface of the cover with at least one layer with a glass-like structure.
  • the layer such as the vapor deposition glass
  • the layer can also be used to fasten the cover, similar to a glass solder.
  • the concept of the contact surface is not to be understood in the strict sense as the surface on which other components come into contact with the cover.
  • a small distance between the cover and the respective base, for example the support can arise in adjacent areas in addition to the OLED layer structure.
  • these areas are also to be understood as a contact surface.
  • the support surface can thus be understood as a projection surface of the side of the cover onto the base, which faces the base.
  • the method according to the invention can furthermore advantageously be improved in that it additionally comprises the step of applying at least one adhesion-promoting layer, in particular an adhesion-promoting layer, to which the at least one layer with a glass-like structure is applied.
  • at least one adhesion-promoting layer in particular an adhesion-promoting layer, to which the at least one layer with a glass-like structure is applied.
  • the invention also provides to provide an organic photoelectric element that can be produced in particular using the method described above.
  • An element according to the invention accordingly comprises: a carrier, a first conductive layer,
  • At least one layer which has at least one organic, electro-optical material and
  • a layer with a glass-like structure is particularly well suited as a diffusion barrier for small molecules and thus provides effective protection against the degradation of the element. Because the layer is deposited on a surface of the element, there is a connection between the layer and the surface without intermediate or transition layers, which is particularly advantageous for hermetic sealing.
  • the layer is preferably deposited on the surface by means of CVD and / or PVD coating, for example by sputtering, vapor deposition, PCVD or PICVD.
  • one of the conductive layers has a lower work function than the other conductive layer in order to create a work function difference between the layers.
  • a voltage when a voltage is applied to the conductive layers, electrons, starting from the layer with a lower work function, become unoccupied energy states injected. Light quanta are then emitted by recombination with defect electrons that are injected from the layer with a higher work function.
  • the OLED can additionally have further functional layers.
  • at least one hole injection layer and / or at least one potential matching layer and / or at least one electron blocking layer and / or at least one hole blocking layer and / or at least one electron conductor layer and / or at least one hole conductor layer and / or at least one electron injection layer are advantageous.
  • one of the conductive layers is at least partially transparent to the light emitted by the layer having an organic, electro-optical material. These required properties can be met, inter alia, if the first conductive layer has indium-tin oxide or fluorine-doped tin oxide.
  • the at least one layer with a glass-like structure can moreover not only be located on the side of the carrier on which the layer containing the organic electro-optical material is located. Rather, the layer with a glass-like structure can also be arranged on the side of the carrier which lies opposite this side. In this way, on the one hand, the diffusion of gas molecules through the carrier can be restricted, and on the other hand, for example, the optical properties of the OLED can also be favorably influenced, for example by the layer with a glass-like structure creating a refractive index adjustment.
  • the at least one layer with a glass-like structure can furthermore have a varying composition and / or a varying refractive index along the direction perpendicular to the coated surface.
  • the layer can have correspondingly varying material properties in this direction, such as, for example , a varying coefficient of thermal expansion or refractive index.
  • the refractive index can also be influenced differently, for example by the morphology of the layer.
  • the composition and / or the refractive index can also vary periodically.
  • a layer with a glass-like structure and a periodically varying refractive index is particularly suitable for coupling light into or out of the element.
  • the at least one layer with a glass-like structure can also be arranged particularly advantageously between the carrier and the first or second conductive layer.
  • the arrangement also suppresses the diffusion of gas molecules through the carrier.
  • a refractive index match between the OLED layer structure and the carrier can be produced in this way.
  • the organic, electro-optical element can also have a multilayered layer, which comprises at least one layer with a glass-like structure. This can be advantageous both for the optical properties, or in particular for the coupling out or coupling in of light, and for the mechanical properties, such as the bending tolerance.
  • a particularly favorable coupling and decoupling capacity for light can be achieved in particular if the layers of the multilayer layer have different refractive indices.
  • the OLED can also have at least one pre-encapsulation layer, which as
  • Thermal insulation layer can serve and reduces the thermal load of the OLED during the coating with the layer or layers with a glass-like structure.
  • Pre-encapsulation coating can also serve to create a stable base for the layer with a glass-like structure.
  • the OLED can also advantageously have a cover.
  • the OLED can additionally advantageously have at least one adhesion-promoting layer, which preferably adjoins the at least one layer with a glass-like structure.
  • an adhesion-promoting layer improves the adhesion of the layer with a glass-like structure.
  • higher growth rates and comparatively smoother layers can be achieved during deposition.
  • such an adhesion-promoting layer can serve to relieve intrinsic layer stresses.
  • An electro-optical element according to the invention can also advantageously have structured layers.
  • the first and / or the second conductive and / or the at least one layer, which has at least one organic, electro-optical material can be structured in order to integrate additional functionality in one or more of these layers.
  • the first and / or second conductive layer can be structured like a comb his.
  • the finger electrodes of the comb-like structured layers can interlock, for example, so that a voltage can be applied or tapped between conductive layers located on one level.
  • the conductive layers arranged in different planes on the substrate can have crossing lines or conductor tracks that allow pixel control of individually connected pixel structures, in particular for display applications.
  • the layer located between the conductive layers, which has at least one electro-optical material, is locally excited for electroluminescence in the vicinity of a crossing point of two controlled conductor tracks of the conductive layers.
  • a corresponding photovoltaic arrangement can, conversely, be used for local signal sampling for sensory applications, such as image recording.
  • such a device additionally has a coating device for depositing at least one layer with a glass-like structure.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an OLED according to the invention
  • FIG. 2 shows a further embodiment of an OLED according to the invention with an inverse layer structure
  • FIG. 3 shows an embodiment of an OLED with
  • FIGS. 4A to 4D embodiments with additional cover for protecting the OLED layer structure FIGS. 4A to 4D embodiments with additional cover for protecting the OLED layer structure
  • FIG. 5 an embodiment of the OLED with arrangement of the layer with a glass-like structure between the OLED layer structure and carrier
  • FIG. 6 an embodiment with a multilayer
  • FIG. 7 shows an embodiment with a multilayer
  • FIG. 9 shows an embodiment of an OLED with comb-like structured conductive layers
  • FIG. 10 shows a comparison of two samples with SiO 2 or vapor deposition-coated calcium strips
  • FIG. 11 shows a graph of the optical density of encapsulated calcium strips as a function of time
  • FIG. 12 shows a comparison of the efficiency of differently encapsulated OLEDs
  • FIG 13 the luminosity of differently encapsulated OLED elements as a function of the Duration of stay in a climate chamber.
  • the OLED comprises a carrier 3, on which an OLED layer structure 5 is applied on one side 9.
  • the layer structure 5 comprises a first conductive layer 13, a layer 15, which has at least one organic, electro-optical material, and a second conductive layer 17.
  • the layer structure 5 of the OLED is covered with a layer 7 with a glass-like structure, which by means of PVD - And / or CVD coating was applied. Due to its low permeability, the layer 7 creates a hermetic encapsulation of the OLED layer structure 5, in particular against small gas molecules in the natural atmosphere, such as water or oxygen.
  • Inorganic glass in particular, has proven to be favorable as the material for layer 7 due to its low permeability. Glasses containing alkali are particularly low in permeability, borosilicate glasses being particularly suitable.
  • the layer with a glass-like structure preferably comprises an evaporation glass which was deposited on the element 1 by evaporation.
  • Layer 15 which has an organic, electro-optical material, is referred to below for the sake of simplicity as an organic, light-emitting layer.
  • this layer can also be used as a light-absorbing, photovoltaic layer for a photovoltaic element be trained.
  • the type 8329 vapor-deposition glass from Schott which has the following composition in percent by weight, has proven to be particularly suitable: Si0 2 84.1% B 2 0 3 11.0%
  • brackets are the proportions by weight of the respective component in the vapor-deposited layer.
  • this borosilicate glass is approximately 10 10 ⁇ / cm (at 100 ° C). In pure form, this glass also has a refractive index of approximately 1.469.
  • the dielectric constant ⁇ is around 4.7 (at 25 ° C,
  • tan ⁇ is about 45 x 10 "4 (at 25 ° C, 1 MHz).
  • Another suitable vapor-deposition glass which is referred to below as Glas2, has the following composition in percent by weight: Components: Glass2
  • layer 7 By applying the layer 7 by means of vacuum deposition, such as CVD and / or PVD, an intimate connection of the layer 7 is created both with the surface of the layer structure 5 and with the carrier itself in areas next to the OLED layer structure. Permeability channels at the edge areas of the OLED Layer structure avoided, which are encapsulated in previously known OLEDs, for example by means of adhesive bonds.
  • Layer 7 is preferably deposited by vapor deposition, in particular by means of electron beam evaporation of a glass target with one of the compositions specified above.
  • APS "advanced plas a source”
  • APS "advanced plas a source”
  • the carrier comprises a transparent substrate.
  • Light emitted by the organic, light-emitting layer 15 first passes through the first, conductive
  • the first conductive layer 13 comprises a transparent, conductive material, such as indium tin oxide, in order to allow the passage of the light.
  • the second conductive layer comprises a material with a lower work function than that of the first conductive layer, the work function of which is approximately 4.9 eV in the case of an indium tin oxide layer.
  • Calcium is particularly suitable as the material for the second conductive layer. However, calcium is very reactive and reacts in particular with the atmospheric oxygen, as well as the air in the 'as
  • This embodiment of an OLED comprises the layer sequence carrier / first conductive layer / organic, light-emitting layer / second conductive layer. This corresponds to the standard structure of OLEDs. By applying a layer with a glass-like structure, which at the same time effectively encapsulates the OLED layer structure 5, a structure with an inverse layer sequence can also be realized. This variant is shown in Fig. 2. In the embodiment shown in FIG. 2, the layer sequence is accordingly: carrier / second conductive layer / organic, light-emitting layer / first conductive layer. In this embodiment, the carrier 3 can also comprise an opaque material. The light emitted by the organic, light-emitting layer 15 then emerges on the outside 19 after passing through the first conductive layer 13 through the layer 7 with a glass-like structure.
  • FIG. 3 schematically shows an embodiment with a pre-encapsulation layer 21.
  • Pre-encapsulation layer serves, among other things, to create a stable base for layer 7 with a glass-like structure.
  • the second conductive layer 17 preferably comprises the very soft metal calcium.
  • the pre-encapsulation layer 21 prevents this layer from being penetrated by molecules of the layer 7.
  • the layer 21 also represents a thermal barrier coating which, due to its low thermal conductivity, prevents large thermal outputs from being transferred to the OLED layer structure during the application of the layer 7 with a glass-like structure.
  • FIGS. 4A to 4D show embodiments of the organic, electro-optical element 1 with an additional cover 23.
  • the cover 23 serves in particular to protect against mechanical damage. Since the Layers 13 to 17 of the element 1 can be relatively soft, the layer 7 in the area of the OLED layer structure 5 is connected to a not very stable base, so that the layer 7 can be sensitive to mechanical influences.
  • the cover 23 can advantageously be glued to the OLED.
  • the cover 23 is connected to the further components of the element via a synthetic resin or plastic layer 25.
  • the synthetic resin or plastic layer 25 is suitable for compensating for unevenness on the surface, for example due to the excellent OLED layer structure.
  • the layer 7 with a glass-like structure was deposited in such a way that the border of the bearing surface of the cover is also covered.
  • the cover 23 was applied in front of the layer 7 with a glass-like structure on the coated carrier.
  • the layer 7 with a glass-like structure was then deposited on the cover and over the edge thereof, which defines the outline curve of the support surface, so that the edge of the cover 23 is sealed by the layer 7. This prevents gases from penetrating between the cover and the carrier and being able to reach the OLED layer structure 5.
  • the cover was not glued to the base.
  • the layer 7 with a glass-like structure itself serves to fasten the cover 23.
  • the layer with a glass-like structure also separates the cover, similarly as with a glass solder, but without the OLED -To have to expose the layer structure to a special thermal load.
  • layer 7 is not designed as a continuous layer, but only deposited on the edges of the cover or the border curve of the contact surface of the cover.
  • the layer 7 can also be deposited similarly as shown in FIG. 4B, covering the entire surface of the coated side of the element.
  • 4D shows a further embodiment of an element 1 provided with a cover 23, in which the border curve of the contact surface of the cover with a
  • Layer 7 is covered with a glass-like structure.
  • the cover is also fastened by means of the layer 7.
  • the layer 7 is evaporated laterally onto the element, so that the edges of the element 1 are sealed.
  • FIGS. 4B, 4C and 4D have in common that the border curve of the contact surface of the cover 23 is covered by the layer 7 with a glass-like structure.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the layer with a glass-like structure is applied to the carrier 3 before the first and second conductive layers and the organic, light-emitting layer are applied.
  • the layer with a glass-like structure is thus located between the support and the OLED layer structure. In this way, the diffusion through the substrate or the carrier into the OLED layer structure suppressed.
  • the encapsulation of the OLED from the side of the carrier 3 achieved with this arrangement of the layer 7 between the OLED layer structure 5 and the carrier 3 also makes it possible for a material which can be penetrated by gas molecules to be used for the carrier 3.
  • a plastic carrier can be used in this way, through which gas molecules would otherwise migrate into the OLED layer structure due to the poor barrier effect of plastics.
  • the use of plastic carriers is particularly suitable for the production of flexible OLEDs.
  • the OLED can also have an adhesion-promoting layer 10 for connecting the layer 7 with a glass-like structure to a plastic carrier.
  • the adhesive layer 10 adjoins the layer 7 with a glass-like structure and is located between the carrier 3 and the layer 7.
  • the adhesive layer 10 creates a firm and permanent connection of the layer 7 with a glass-like structure to the carrier 3, so that the layer 7 is separated is prevented by the flexible support 3, in particular when the OLED is bent.
  • the above-described and the embodiments described below can also have such adhesion-promoting layers.
  • a further encapsulation can hermetically seal the OLED layer structure 5, this encapsulation preferably also being carried out by applying a layer with a glass-like structure by means of CVD and / or PVD coating.
  • the layer with a glass-like structure applied between the OLED layer structure 5 and the carrier 3 can, in addition to its function as a diffusion barrier, also additionally serve as a refractive index adjustment between the OLED layer structure 5 and the carrier 3 in order to decouple the organic layer 15 to improve emitted light.
  • the layer 7 should run as far as possible along the neutral fiber of the structure, so that no cracks can form in this layer when the OLED is bent, which increases the degradation again could.
  • 6 shows an embodiment in which a multi-layer layer 27 has been applied in order to increase the flexibility of the structure.
  • the multilayer layer 27 is applied on the side 9 of the carrier between the carrier 3 and the OLED layer structure 5.
  • the multilayered layer 27 comprises N layers with a glass-like structure 71, 72, ..., 7N.
  • the flexible layers 81, 82, ..., 8N can comprise, for example, polymer layers. If the OLED is bent, shear forces occur between the individual layers. The shear forces are reduced due to the flexibility of the layers 81 to 8N by deformation of these layers.
  • the same principle can of course also be used on the side of the OLED layer structure opposite this side for complete and at the same time flexible encapsulation of the OLED layer structure 5.
  • FIGS. 5 and 6 do not show the encapsulation of the OLED layer structure on the side opposite the carrier.
  • FIG. 7 shows, similar to the embodiment shown in FIG. 6, an OLED according to the invention with a multilayer layer 27, which comprises layers 71, 72, ..., 7N with a glass-like structure, and further layers 81, 82, ..., 8N. in the In contrast to the embodiment shown in FIG. 6, however, the layers are applied on the side 11 of the carrier 3, which is opposite the side 9 on which the OLED layer structure 5 is applied. Also shown is an encapsulation of the OLED layer structure 5 similar to the embodiments shown with reference to FIGS. 1 to 4 by a layer 7 with a glass-like structure.
  • the multilayer layer 27 is used here for refractive index adjustment in order to improve the coupling-out of the light emitted by the organic layer 15 at the interface of the OLED with the surroundings.
  • the individual layers 71 to 7N and 81 to 8N of the multi-layer layer 27 have different refractive indices.
  • the layer 27 is constructed such that the layers 71 to 7N with a glass-like structure have the same refractive indices and the layers 81 to 8N also have the same refractive indices. In this way, the refractive index alternates from layer to layer due to the alternating arrangement of the layers.
  • a variation in the refractive index cannot only arise through a combination of different layers. Rather, it is also possible for a layer with a glass-like structure to have a composition varying along the direction perpendicular to the coated surface and / or a refractive index varying along this direction. A variation in the refractive index is preferably also achieved by varying the layer composition. However, a variation due to a layer morphology changing along this direction, such as a changing density, is also conceivable. Layers with a variation in the refractive index due to changing layer composition can be formed by Deposition of the layer are generated by means of cover vapor deposition, the vapor deposition rate being at least one of the
  • Evaporation sources is changed in the course of the evaporation process.
  • evaporation rate for example by periodically changing the power of one of the sources, a corresponding layer with a glass-like structure can be produced which has a periodically varying refractive index perpendicular to the coated surface.
  • Such a course of the refractive index is shown by way of example in FIGS. 8A and 8B.
  • the coordinate z denotes the direction perpendicular to the coated surface.
  • Both courses show a periodic variation of the refractive index in the z direction.
  • the course of the refractive index shown in FIG. 8B also shows a decrease in the amplitude in the z-direction, which can additionally be useful for the coupling-out or coupling-in efficiency of the element.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of an OLED, or an organic, electro-optical element, which has structured functional layers.
  • the conductive layers 13 and 17 are structured like a comb and are both located on the same level on the carrier 3.
  • the layers 13 and 17 each have finger electrodes 30 which are connected to at least one web 32.
  • the voltage supply or the voltage tap in the case of a photovoltaic element takes place via the webs 32.
  • the layer 15, which has at least one organic, electro-optical material, is applied to the structured layers 13 and 17, so that the material Layer 15 is also located between the finger electrodes.
  • the OLED layer structure produced in this way is in this embodiment for encapsulation again, similar to the embodiment shown in FIG. 1 covered with a layer 7 with a glass-like structure.
  • the exemplary embodiments shown above can also be combined in a variety of ways, for example by applying layers with a glass-like structure on several sides of the substrate.
  • the embodiment shown with reference to FIG. 7 with a coating on the side of the substrate can also be combined in a variety of ways, for example by applying layers with a glass-like structure on several sides of the substrate.
  • the embodiment shown with reference to FIG. 7 with a coating on the side of the substrate can also be combined in a variety of ways, for example by applying layers with a glass-like structure on several sides of the substrate.
  • Substrate facing the OLED layer structure 5 for example as combined in the embodiments of FIGS. 5 or 6.
  • All of the embodiments shown are also possible. All of the embodiments can also be used in pixel displays, for example by means of a matrix arrangement of the elements described or by correspondingly structured conductive layers with crossing conductor tracks.
  • Figure 10 shows photographs of light transmission through two samples.
  • the samples are glass substrates on which two calcium strips are applied.
  • the substrates were then encapsulated on the side with the calcium strips.
  • an evaporation glass was applied for the encapsulation; in the sample shown on the right, a silicon oxide layer was chosen for the encapsulation as a comparison.
  • Calcium layer appear dark in the pictures. It can be seen from the two images that the calcium strips coated with vapor deposition glass are less corroded. The degradation in the sample coated with silicon oxide is more advanced over the entire area than in the comparison sample with vapor deposition glass coating.
  • FIG. 11 shows the optical density of calcium strips of several samples each coated with vapor deposition glass or silicon oxide as a function of the duration of exposure to air.
  • the samples on which the measurements were carried out are similar to the samples shown in FIG. 10.
  • calcium strips were again deposited on a substrate and the side with the strips was then encapsulated by vapor deposition with a vapor deposition glass or a silicon oxide layer.
  • Silicon oxide as encapsulation material compared to the
  • FIG. 12 shows a comparison of the efficiency of differently encapsulated OLEDs.
  • OLEDs that were encapsulated with evaporation glass were compared with OLEDs without encapsulation and OLEDs with a silicon oxide encapsulation. Efficiency measurements were made shortly after encapsulation at two different luminescences. The OLEDs were tested in a protective gas atmosphere to prevent degradation of the unencapsulated OLEDs.
  • Silicon oxide has essentially no influence on the quality of the OLEDs produced, since the efficiency of the OLEDs encapsulated with vapor deposition glass shows hardly any differences from the non-encapsulated OLEDs. In contrast, the efficiency of the OLEDs encapsulated with silicon oxide is clear lowered.
  • FIG. 13 shows a graph of the luminosity of two differently encapsulated OLED elements as a function of the length of stay in a climatic chamber.
  • An OLED encapsulated with silicon oxide was compared with an OLED encapsulated with vapor deposition glass.
  • the luminosity was measured with a photo element, the measured values being shown in relative units.
  • the luminosity was determined with a constant operating current of the OLEDs of 2mA.
  • the samples were stored in the climatic chamber at 85 ° C air temperature and 85% relative air humidity. It turns out that after ten days in the climatic chamber, the OLED encapsulated with silicon oxide only has about a quarter of the original luminosity. In contrast, the OLED encapsulated with vapor deposition glass even shows a slight increase in luminosity.

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Abstract

Um eine erhöhte Lebensdauer organischer, elektro-optischer Elemente zu erreichen, sieht die Erfindung ein Verfahren zu deren Herstellung vor, welches die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Trägers (3), Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht (13), Aufbringen zumindest einer Schicht (15), welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht (17), sowie den Schritt des Abscheiden zumindest einer Schicht (7, 71, 72,…, 7N) mit glasartiger Struktur.

Description

Hermetische Verkapselung von organischen elektro-optischen Elementen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein organische elektro-optische Elemente, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung hermetisch verkapselter organischer elektro- optischer Elemente, sowie ein hermetisch verkapseltes elektro-optisches Element.
Organische lichtemittierende Dioden (OLEDs) sind Gegenstand intensiver Entwicklungsarbeiten, da sie gegenüber anderen Leucht- und Anzeigemitteln vielseitige Vorzüge besitzen. So können OLEDs sehr dünn und sogar flexibel hergestellt werden. Gegenüber Flüssigkristallanzeigen besitzen OLEDs außerdem den Vorzug, selbst leuchtend zu sein.
Problematisch bei OLEDs ist jedoch vor allem deren bisher sehr begrenzte Lebensdauer. Es ist kaum gelungen, die Betriebsdauer von OLEDs auf mehr als 5000 Betriebsstunden auszudehnen. Für OLEDs werden im allgemeinen Metallkathoden mit niedriger Austrittsarbeit verwendet. Gebräuchlich ist hierbei unter anderem metallisches Calziu . Solche
Materialien mit niedriger Austrittsarbeit sind jedoch in der Regel sehr reaktiv. Chemische Reaktionen der Metallschicht und damit verbundene Austrittsarbeitsänderungen gelten als einer der Hauptfaktoren der Lebensdauerbegrenzung. Insbesondere die Reaktion mit Luft, beziehungsweise mit dem in der Luft als Feuchtigkeit vorhandenen Wasser ist hier verantwortlich für die Degradation der Metallelektrode eines OLEDs.
In US 5,882,761 wird zur Lösung des Problems ein OLED vorgeschlagen, bei welchem die OLED Strukturen mit einem gewölbten Metallblech abgedeckt sind. Zusätzlich weist das dort beschriebene OLED ein Trockenmittel- oder
Getterreservoir auf. Das Trockenmittelreservoir und die OLED- Strukturen sind mit einem porösen Klebeband voneinander abgetrennt. Das Metallblech ist mit dem Glasträger mittels eines UV-Klebers verbunden. Nachteilig ist hier, daß organische Schichten, wie die Verklebungsstelle zwischen
Metallblech und Glasträger, für kleine Gasmoleküle relativ einfach penetrierbar sind. Die Verklebung stellt somit einen Transportkanal, insbesondere für Luftsauerstoff und Wasser dar. Damit ist es nur eine Frage der Zeit, bis das Trockenmittel erschöpft ist und die Degradation der
Metallelektrode einsetzt. Weiter sind durch diese Art der Verkapselung wesentliche Eigenschaften der OLED-Technologie, wie die Verkapselung extrem dünner, beziehungsweise flexibler Bauteile nicht umsetzbar.
Als Gettermaterialien sind dabei unter anderem Flüssigkeiten bekannt, wie sie in JP 7211456, US 5821692, oder US 5962962 beschrieben werden. In EP 0776147 ist ferner die Verwendung von Festkörpermaterialien als Getter beschrieben. Auch Gase können, wie in WO 9903112 offenbart ist, als Gettermedium für organische Bauelemente verwendet werden. Allen diesen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch gemeinsam, daß die Wirkung des Getter aterials mit fortlaufendem Gasanfall absinkt, so daß ein dauerhafter Schutz vor Degradation nicht gegeben ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Degradation von organischen, elektro-optischen Elementen, wie beispielsweise OLEDs zu verlangsamen, beziehungsweise deren Lebensdauer zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch ein Verfahren zur Herstellung eines organischen elektro-optischen Elements, sowie ein organisches elektro- optisches Element gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dementsprechend umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines organischen, elektro-optischen Elements die Schritte:
-Bereitstellen eines Trägers,
-Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht, -Aufbringen zumindest einer Schicht (15) , welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, -Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht, und den Schritt des
- Abscheidens zumindest einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur.
Schichten mit glasartiger Struktur sind bekannt für ihre außerordentlich gute Barrierewirkung. Als Schicht mit glasartiger Struktur wird in diesem Zusammenhang eine Schicht mit fehlender Fernordnung der das Material mit glasartiger Struktur konstituierenden Elemente und/oder Stoffe und gleichzeitig vorhandener Nahordnung der Stoffe und/oder Elemente verstanden. Als Schicht mit glasartiger Struktur wird also eine glasartige, amorphe Schicht bezeichnet. Derartige Schichten umfassen dementsprechend nicht nur Gläser. Vielmehr können glasartige Schichten neben Gläsern auch beispielsweise organische Materialien, Legierungen oder amorphe Elementschichten umfassen. Gegenüber nicht glasartigen, also im wesentlichen mikrokristallinen, polykristallinen oder kristallinen Schichten zeichnen sich die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebrachten Schichten unter anderem aufgrund der amorphen Struktur durch das Fehlen von Korngrenzen aus. Solche Korngrenzen sind aber gerade wesentlich für die höhere Permeabilitätsrate für kleine Moleküle, wie etwa Sauerstoff oder Wasser durch kristalline oder polykristalline Medien verantwortlich.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht insbesondere vor, daß das Abscheiden zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens eines Glases, insbesondere eines anorganischen Glases umfaßt.
Bezüglich der Barriereeigenschaften von Aufdampfglas für die
Verkapselung von Bauelementen und anderen Substraten wird auch auf die Anmeldungen DE 202 05 830.1, eingereicht am 15.04.2002,
DE 102 22 964.3, eingereicht am 23.05.2002;
DE 102 22 609.1, eingereicht am 23.05.2002;
DE 102 22 958.9, eingereicht am 23.05.2002;
DE 102 52 787.3, eingereicht am 13.11.2002; DE 103 01 559.0, eingereicht am 16.01.2003; desselben Anmelders verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich durch Referenz inkorporiert wird.
Hinsichtlich der Barriereeigenschaften von Aufdampfglasschichten haben Messungen gezeigt, daß bei
Schichtdicken der Aufdampfglasschicht im Bereich von 8 μm bis 18 μm Helium-Leckraten von kleiner als 10"7 mbar 1 s_1 oder kleiner als 10~8 mbar 1 s_1 sicher erreicht werden. Die Messungen haben bei Schichten mit einer Schichtdicke von 8 μm und 18 μm sogar Helium-Leckraten zwischen 0 und 2xl0~9 mbar 1 s_1 ergeben, wobei diese oberen Grenzwerte bereits im wesentlichen durch die Meßungenauigkeit der durchgeführten Versuche beeinflußt sind.
Es sind viele Gläser bekannt, die bereits bei Schichtdicken von 50 μm keine messtechnisch erfassbare Permeabilität für alle Gase mit Ausnahme von Helium zeigen. Eine Zusammenstellung von Diffusionsraten durch Gläser findet sich beispielsweise in "Handbook of Gas Diffusion in Solids and Melts". Helium selbst beeinflußt jedoch aufgrund seiner Inertheit die Schichten der OLED nicht und ist für die Lebensdauer von OLEDs daher nicht von Bedeutung.
Besonders geeignet für eine hermetische Verkapselung ist insbesondere eine Schicht mit glasartiger Struktur, die ein alkalihaltiges Glas umfaßt. Die Alkaliionen füllen Zwischenräume im Glasgerüst auf und sorgen so für dichte Schichten mit sehr geringer Permeabilität.
Insbesondere sind auch Borosilikatgläser besonders geeignete Materialien für die Schicht mit glasartiger Struktur. Diese können auch Alkaliionen aufweisen, um die Permeabilität zu verringern.
Der Begriff eines organischen, elektro-optischen Materials umfaßt erfindungsgemäß sowohl ein organisches Material, welches elektrolummeszente Eigenschaften aufweist und somit für den Aufbau einer OLED geeignet ist, als auch ein organisches Material, welches photovoltaische Eigenschaften aufweist. Im folgenden wird der Einfachheit halber der
Begriff OLED aufgrund des äguivalenten Aufbaus allgemein für lichtwandelnde Elemente, also sowohl für lichtemittierende, als auch für photovoltaische Elemente verwendet. Als organisches, elektro-optisches Material sind eine Vielzahl, dem Fachmann bekannte Substanzen einsetzbar. Unter anderem können dazu, metall-organische Materialien, insbesondere metall-organische Komplexe wie Triplett-Emitter oder Lanthanid-Komplexe verwendet werden. Beispielsweise wird Tris- (8-hydroxyquinolino) -Aluminium (Alq3) oder auch MEH-PPV (Poly (2-methoxy, 5- (2 ' -ethyl-hexyloxy) paraphenylen vinylen (MEH-PPV) als elektrolumineszentes Material verwendet. Die Schicht kann auch eine organische oder anorganische Matrixschicht umfassen, welche mit Emittern, wie etwa
Fluoreszenzfarbstoffen als organisches, elektro-optisches Material dotiert ist. Als anorganische Matrix wurde unter anderem poröses Titandioxid verwendet.
Weitere elektrolummeszente Substanzen sind beispielsweise in US 6,107,452, EP 0 573 549, EP 800563 AI, EP 800563 Bl und EP 1006169 AI beschrieben, welche durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen werden. Obwohl dem Fachmann bekannt, sei auch auf den Aufbau der in diesen Schriften beschriebenen OLEDs hingewiesen und diese
Beschreibung als Inhalt dieser Anmeldung vorausgesetzt.
Durch das erfindungsgemäße Abscheiden wird außerdem eine innige Verbindung der Schicht mit glasartiger Struktur zu dem darunterliegenden Material ohne entstehende Hohlräume oder für Gase penetrierbare Verbindungsstellen geschaffen, da die Schicht direkt auf der darunterliegenden Oberfläche aufwächst. Schichten mit glasartiger Struktur, also weitgehend ohne kristalline Teil- oder Unterbereiche zeichnen sich außerdem durch eine bessere Toleranz gegenüber mechanischen Belastungen verglichen mit kristallinen Materialien aus. Dies bedeutet, daß die sehr guten Barrierewirkungen solcher Materialien auch bei Verformungen innerhalb der mechanischen Belastungsgrenzen des Materials erhalten bleiben. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auch die Herstellung flexibler OLEDs mit hoher Lebensdauer.
Das Abscheiden der Schicht mit glasartiger Struktur umfaßt erfindungsgemäß das Vakuum- oder Niederdruckabscheiden der Schicht, beziehungsweise das Abscheiden der Schicht durch Vakuum- oder Niederdruckbeschichtung. Geeignet dazu können alle Vakuumbeschichtungsverfahren sein. Dementsprechend können zum Abscheiden der Schicht mit glasartiger Struktur dabei unter anderem PVD- oder CVD-Verfahren eingesetzt werden. Auch können mehrere Abscheideverfahren miteinander kombiniert werden. Vakuumbeschichtungsverfahren oder Niederdruckbeschichtungsverfahren, wie beispielsweise PVD- oder CVD-Abscheidung sind unter anderem deshalb vorteilhaft, weil diese Verfahren im Vakuum oder in trockener Atmosphäre durchgeführt werden können und so eine Kontamination feuchtigkeitsempfindlicher OLED-Schichten bei der Beschichtung verhindern.
Das Abscheiden der zumindest einen Schicht mit glasartiger Struktur erfolgt gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch Aufdampfen. Durch Aufdampfen können hohe Wachstumsraten der Schichten erzielt werden, was das erfindungsgemäße Verfahren in dieser Variante besonders schnell und damit wirtschaftlich für große Stückzahlen macht.
Vorteilhaft kann das Abscheiden der Schicht mit glasartiger Struktur durch Aufdampfen außerdem den Schritt des Plasma- Ionen-unterstützten Aufdampfens (PIAD) umfassen. Dabei wird zusätzlich ein Ionenstrahl auf das zu beschichtende Substrat gerichtet. Der Ionenstrahl kann mittels einer Plasmaquelle, beispielsweise durch Ionisation eines geeigneten Gases erzeugt werden. Durch die Gasionen werden die von der Aufdampfquelle emittierten Teilchen zusätzlich beschleunigt. Dies führt zu besonders dichten und defektarmen abgeschiedenen Schichten.
Der Schritt des Abscheidens der Schicht mit glasartiger Struktur kann besonders bevorzugt auch den Schritt des Abscheidens eines Aufdampfglases umfassen. Derartige Gläser sind Werkstoffe, die sich durch Aufdampfen abscheiden lassen. Es hat sich gezeigt, daß Aufdampfgläser hervorragende Verkapselungseigenschaften aufweisen. Diese Gläser können neben dem bevorzugten Abscheiden durch Aufdampfen aber selbstverständlich auch durch andere Vakuum- oder
Niederdruck-Beschichtungsverfahren abgeschieden werden.
Für das Aufdampfen besonders geeignet ist dabei beispielsweise die Elektronenstrahlverdampfung. Dazu wird ein Elektronenstrahl auf ein Target gelenkt, wobei die Elektronen durch Stöße ihre kinetische Energie an das Target abgeben, welches sich dadurch aufheizt. Durch das Aufheizen wird schließlich das Targetmaterial verdampft. Das verdampfte Material trifft dann auf die zu beschichtende Oberfläche und scheidet sich dort als Schicht mit glasartiger Struktur ab.
Der Schritt des Aufdampfens einer Schicht mit glasartiger Struktur kann außerdem den Schritt des Coverdampfens aus zumindest zwei Verdampfungsquellen umfassen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Stöchiometrie der abgeschiedenen Schicht über die Aufdampfraten der Quellen eingestellt werden. Insbesondere kann der Schritt des Coverdampfens auch den Schritt des Variierens, insbesondere des periodischen Variierens der Aufdampfrate zumindest einer der Verdampfungsquellen umfassen. Durch Variation der
Aufdampfraten können die Materialeigenschaften der Schicht mit glasartiger Struktur in Richtung senkrecht zur bedampften Oberfläche beeinflußt und angepaßt werden. So kann durch Variation der Schichtstöchiometrie etwa der Temperaturausdehnungskoeffizient der Schicht an den der beschichteten Oberfläche angepaßt werden, so daß Temperaturspannungen zwischen dem Oberflächenmaterial und der aufgedampften Schicht vermieden oder vermindert werden. Eine periodische Variation der Aufdampfraten kann beispielsweise dazu dienen, periodische Brechungsindexvariationen in der aufgedampften Schicht senkrecht zur beschichteten Oberfläche herzustellen.
Das Abscheiden durch Aufdampfen erfordert jedoch im allgemeinen spezielle Aufdampfmaterialien mit vergleichsweise hohen Dampfdrücken. Da für spezielle OLED-Anwendungen auch Materialien mit niedrigen Dampfdrücken und damit verbunden im allgemeinen hohen Schmelztemperaturen geeignet sein können, kann der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur mittels physikalischer und/oder chemischer Dampfphasenabscheidung auch mit Vorteil den Schritt des Aufsputterns einer Schicht mit glasartiger Struktur oder das Kathodenzerstäuben umfassen. Dabei wird das Aufsputtern von Schichten und das Abscheiden durch Kathodenzerstäubung als eines der PVD-Verfahren verstanden. Das Aufsputtern von Schichten kann im Gegensatz zum Aufdampfen auch mit schwer verdampfbaren Materialien durchgeführt werden.
Schichten mit glasartigen Strukturen können jedoch auch noch mit anderen Verfahren, wie etwa der chemischen Dampfphasenabscheidung, beispielsweise mittels plasmainduzierter, chemischer Dampfphasenabscheidung (PCVD) vorteilhaft hergestellt werden. Geeignet ist diesbezüglich auch besonders die Plasmaimpulsinduzierte chemische
Dampfphasenabscheidung (PICVD) , bei welcher das Plasma nicht zeitlich konstant, sondern gepulst erzeugt wird, was unter anderem eine geringere Wärmebelastung des zu beschichtenden Elements mit sich bringt. Das Abscheiden der Schicht mit glasartiger Struktur kann außerdem in vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens auch den Schritt des Coabscheidens eines organischen Materials umfassen. Das Coabscheiden, beziehungsweise die gleichzeitige Abscheidung des organischen Materials zusammen mit dem Schichtmaterial, welches eine Schicht mit glasartiger Struktur bildet, kann beispielsweise durch Coverdampfung oder Abscheiden aus der Restgasatmosphäre geschehen. Die Moleküle des organischen Materials werden dabei in die Schicht mit glasartiger Struktur mit eingebaut. Das organische Material kann die Schichteigenschaften in vielfältiger Weise positiv beeinflussen. Beispielhaft sei dazu eine höhere Flexibilität der Schicht gegen mechanische Beanspruchung, die Anpassung optischer und mechanischer Eigenschaften, die Verbesserung der Schichthaftung indem etwa die Schicht als Gradientenschicht mit Veränderung des organischen Anteils abgeschieden wird, die Änderung der Packungsdichte und des Schichtgefüges, sowie die Beeinflussung der chemischen Eigenschaften der Schicht, insbesondere durch Zusatz von hydrophoben Materialien oder Gettermaterialien genannt.
Vorteilhaft werden die Schichten so aufgebracht, daß eine der leitfähigen Schichten eine niedrigere Austrittsarbeit als die andere leitfähige Schicht aufweist. Aufgrund der
Austrittsarbeitsdifferenz der als Elektroden dienenden ersten und zweiten leitfähigen Schicht, zwischen denen sich die Schicht befindet, die ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, werden Elektronen bei richtiger Polung der an die Elektroden angelegten Spannung an der als Kathode wirkenden Schicht in unbesetzte elektronische Zustände des organischen, elektro-optischen Materials injiziert. Gleichzeitig werden von der als Anode wirkenden Schicht mit niedrigerer Austrittsarbeit Defektelektronen oder Löcher injiziert, wodurch im organischen Material durch Rekombination der Elektronen mit den Defektelektronen Lichtquanten emittiert werden.
Für die Herstellung von OLEDs werden vielfach zusätzliche funktioneile Schichten verwendet, die insbesondere zwischen der ersten und zweiten leitfähigen Schicht aufgebracht werden. Dementsprechend kann das Verfahren vorteilhaft auch den Schritt des Aufbringens zumindest einer Lochinjektionsschicht und/oder einer Potentialanpassungsschicht und/oder einer
Elektronenblockierschicht und/oder einer Lochblockierschicht und/oder einer Elektronleiterschicht und/oder einer Lochleiterschicht und/oder einer Elektroneninjektionsschicht umfassen. Besonders hohe Quanten- beziehungsweise Lichtausbeuten werden dabei durch ein Aufbringen der Schichten in der bevorzugten Reihenfolge Potentialanpassungsschicht / Lochinjektionsschicht / Elektronenblockierschicht / Schicht, welche zumindest ein elektro-optisches Material aufweist / Lochblockierschicht / Elektronleiterschicht / Elektroneninjektionsschicht / Potentialanpassungsschicht erreicht .
Die Abfolge der funktionellen Schichten des organischen, elektro-optischen Elements wird im folgenden der Einfachheit halber als OLED-Schichtstruktur bezeichnet. Diese umfaßt insbesondere die erste und zweite leitende Schicht und die Schicht, welche ein organisches, elektro-optisches Material aufweist. Zusätzlich kann die OLED-Schichtstruktur auch noch beispielsweise die oben genannten weiteren funktionellen Schichten umfassen.
Um den Lichtaustritt oder Lichteintritt zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn eine der leitenden Schichten zumindest teilweise transparent ist. Geeignet ist hierfür unter anderem Indium-Zinn-Oxid oder Fluor-dotiertes Zinnoxid (Sn02:F). Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß die Reihenfolge der aufgebrachten Schichten nicht zwingend ist. Im allgemeinen werden OLEDs hergestellt, indem auf ein transparentes Substrat, beziehungsweise einen transparenten Träger eine transparente leitfähige Schicht aufgebracht wird, auf welcher dann die Schicht, die ein organisches, elektro- optisches Material aufweist, abgeschieden wird. Diese Struktur wird dann von einer leitenden Schicht, die beispielsweise eine niedrigere Austrittsarbeit verglichen mit der transparenten leitfähigen Schicht aufweisen kann, als weiterer Elektrode abgedeckt. Das emittierte Licht kann in diesem Fall über den transparenten Träger aus- oder eingekoppelt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt der Schritt des Abscheidens der zumindest einen Schicht mit glasartiger Struktur nach dem Aufbringen der zumindest einen Schicht, die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist und der ersten und zweiten leitfähigen Schicht. Werden diese Schichten von derselben Seite des Trägers her aufgebracht, beziehungsweise abgeschieden, so befindet sich die Schicht, die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, zwischen dem Träger und der Schicht mit glasartiger Struktur. Auf diese Weise wird die OLED-Schichtstruktur zwischen Träger und Schicht mit glasartiger Struktur eingekapselt.
Da die erfindungsgemäß aufgebrachten Schichten mit glasartiger Struktur beispielsweise auch selbst transparent sein können, ist es aber auch möglich, die Schichtenreihenfolge so anzuordnen, daß die transparente leitfähige Schicht nach der Schicht mit dem organischen, elektro-optischen Material auf den Träger aufgebracht wird. Auf diese Weise kann ein OLED auch beispielsweise mit nicht transparentem Träger hergestellt werden, wobei das Licht in diesem Fall durch die Schicht mit glasartiger Struktur und die transparente leitfähige Schicht tritt.
Vorteilhaft können eine oder beide der leitfähigen Schichten, sowie auch die Schicht, welche ein organisches, elektro- optisches Material aufweist, strukturiert aufgebracht, beziehungsweise abgeschieden werden. Insbesondere können diese Schichten auch lateral, also entlang der Oberfläche strukturiert hergestellt werden. Durch eine derartige
Strukturierung können eine Vielzahl von Eigenschaften solcher Elemente beeinflußt werden. Beispielsweise können in einer leitfähigen Schicht Lichtdurchtrittsöffnungen geschaffen werden. Weiterhin ist auch eine Schichtanordnung möglich, bei welcher die Schichten nicht zwangsläufig übereinander aufgebracht werden brauchen. Es ist vielmehr möglich, daß beispielsweise strukturierte Schichten auch ineinandergreifen können. Beispielsweise können die erste und/oder die zweite leitfähige Schicht auch kammartig strukturiert aufgebracht werden. Die Schicht, welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, kann sich dann zum Beispiel ganz oder teilweise zwischen den Kammstrukturen befinden. Eine Strukturierung ist außerdem für pixelierte Strukturen, die durch eigene Schaltelemente betrieben werden, beziehungsweise für die Herstellung eines organischen elektro-optischen Elements als Aktiv-Matrix Display sinnvoll.
Besonders geeignet für eine hermetische Kapselung von OLEDs sind Schichten mit glasartiger Struktur, die ein zumindest binäres Stoffsystem umfassen. Derartige Schichten zeichnen sich im allgemeinen durch besonders niedrige Permeabilitätsraten aus, da sie, anders als beispielsweise Quarzgläser kaum Neigung zur Bildung kristalliner Bereiche zeigen und auch dichtere Strukturen aufweisen. Solche zumindest binären Stoffsysteme können sich beispielsweise aus mindestens zwei Metalloxiden oder Siliziumdioxid und einem oder mehreren Metalloxiden zusammensetzen.
Weiterhin kann das Verfahren auch so ausgestaltet sein, daß der Schritt des Abscheidens der zumindest einen Schicht mit glasartiger Struktur vor dem Aufbringen einer der leitfähigen Schichten erfolgt. Damit befindet sich die Schicht mit glasartiger Struktur zwischen Träger und der OLED- Schichtstruktur. Eine solche Variante des Verfahrens schafft eine OLED, bei der ebenfalls die Diffusion durch das
Substrat, beziehungsweise den Träger hindurch in die OLED- Schichtstruktur hinein unterdrückt wird. Dadurch kann auch eine hermetische Kapselung auf der Trägerseite des OLEDs erreicht werden. Dies ist beispielsweise für flexible OLEDs von Vorteil, wenn der Träger ein flexibles Kunststoffmaterial mit typischerweise hoher Permeabilität für kleine Gasmoleküle umfaßt. Die glasartige Schicht kann dabei auch die Funktion einer Aus- oder Einkoppelschicht für das von der OLED emittierte Licht erfüllen, um die Ausbeute der OLED durch Brechungsindex-Anpassung zu erhöhen.
Die zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur kann außerdem auf der Seite des Trägers aufgebracht werden, welche der Seite, auf welcher die Schicht aufgebracht wird, die ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, gegenüberliegt. Somit wird die Schicht auf der Seite des Trägers aufgebracht, auf welcher bei normalem Schichtaufbau der OLED das Licht in die Umgebung ausgekoppelt wird. Auch hier kann eine Brechungsindex-Anpassung mittels der Schicht mit glasartiger Struktur die Auskoppeleffizienz erhöhen, da insbesondere an der Grenzfläche Material/Luft sonst ein großer Brechungsindex-Sprung mit entsprechend starken Rückreflexionen auftritt. Zusätzlich kann auch eine solche Schicht eine Diffusionsbarriere zur Verlängerung der Lebensdauer der OLED schaffen. Von großem Vorteil für die Eigenschaften von OLEDs ist auch eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu deren Herstellung, bei welcher der Schritt des Aufbringens einer Schicht mit glasartiger Struktur mittels physikalischer und/oder chemischer Dampfphasenabscheidung den Schritt des Aufbringens einer mehrlagigen Schicht umfaßt. Die mehreren Lagen einer derartigen Schicht können beispielsweise unterschiedliche chemische Zusammensetzungen besitzen, so daß sich etwa Barrierewirkungen einzelner Schichten auf bestimmte für die Lebensdauer schädliche Gase Zuschneidern lassen. Auch die mechanischen Eigenschaften, wie etwa die Flexibilität, Schichthaftung oder intrinsische Schichtspannung können beispielsweise durch Einbringen flexibler Zwischenschichten erhöht werden. Nicht alle Lagen der mehrlagigen Schicht müssen dabei eine glasartige Struktur aufweisen. Vielmehr können Lagen mit glasartigem Schichtmaterial mit anderen Lagen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, wie etwa Metallschichten oder organischen Schichten, wie insbesondere Polymerschichten kombiniert werden, um die chemischen und physikalischen Schichteigenschaften den Erfordernissen anzupassen. Dementsprechend umfaßt in dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Schritt des Aufbringens einer mehrlagigen Schicht den Schritt des Aufbringens einer mehrlagigen Schicht mit unterschiedlichen chemischen
Zusammensetzungen und/oder- unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zumindest zweier der Lagen. Dabei können auch verschiedene Herstellungsverfahren für die Lagen, etwa mittels Aufkleben, Tauchbeschichten, oder Spin-Coaten miteinander und mit dem Abscheiden zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur kombiniert werden.
Insbesondere können die mehreren Lagen auch so aufgebracht werden, daß zumindest zwei der Lagen unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Dies kann durch Aufbringen verschiedener Schichtmaterialien erreicht werden. Es ist aber auch möglich, den Brechungsindex durch die Wahl der Prozeßparameter beim Aufbringen, wie etwa der Aufdampfrate zu beeinflussen. Eine solche mehrlagige Schicht mit variierendem Brechungsindex ist besonders für eine Brechungsindex- Anpassung geeignet.
Bei vielen Abscheideverfahren für Schichten mit glasartiger Struktur entsteht eine gewisse Wärmebelastung der OLED- Schichtstruktur, welche negative Einflüsse auf die Schichten haben kann. Insbesondere kann sich die Wärmebelastung bei CVD- oder PVD-Beschichtungen auf die Schichtzusammensetzung auswirken. Um nachteilige Auswirkungen der Wärmebelastung zu vermindern, kann zusätzlich mindestens eine Vorverkapselungsschicht aufgebracht werden. Eine solche Vorverkapselungsbeschichtung kann beispielsweise den Wärmetransport erniedrigen und so eine Aufheizung der OLED- Schichten verhindern.
Außerdem kann eine geeignete Vorverkapselungsbeschichtung beispielsweise verhindern, daß die Schicht mit glasartiger Struktur beim Aufbringen mittels PVD- oder CVD-Beschichtung eine andere Schicht durchsetzt oder chemisch verändert. Dies kann beispielsweise bei der zweiten leitenden Schicht der Fall sein, wenn diese aus sehr weichen oder reaktiven Metallen, wie etwa Calzium hergestellt ist.
Das Verfahren kann außerdem vorteilhaft den Schritt des Aufbringens einer Abdeckung umfassen. Um die im allgemeinen sehr dünne Schicht mit glasartiger Struktur oder die anderen Schichten der OLED vor Beschädigungen zu schützen, kann dazu die Abdeckung auf die Schicht mit glasartiger Struktur aufgebracht werden. Außerdem kann aber auch eine Schicht mit glasartiger Struktur so aufgebracht werden, daß die Kontaktfläche zwischen der Abdeckung und dem Träger durch die Schicht mit glasartiger Struktur versiegelt und hermetisch abgeschlossen wird. Dazu umfaßt der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Abdeckens der Umrandung der Auflagefläche der Abdeckung mit zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur. Dies kann nicht nur die Aufgabe eines hermetischen Abschlusses lösen, sondern die Schicht, wie beispielsweise das Aufdampfglas kann auch zur Befestigung der Abdeckung, ähnlich wie bei einem Glaslot genutzt werden. Der Begriff der Auflagefläche ist nicht im strengen Sinne als die Fläche zu verstehen, auf der Berührungspunkte weiterer Komponenten mit der Abdeckung entstehen. Da beispielsweise die OLED-Schichtstruktur im allgemeinen leicht erhaben ist, kann in benachbarten Bereichen neben der OLED-Schichtstruktur ein kleiner Abstand zwischen Abdeckung und der jeweiligen Unterlage, etwa dem Träger entstehen. Auch diese Bereiche sind jedoch ebenfalls als Auflagefläche zu verstehen. Die Auflagefläche kann somit als Projektionsfläche der Seite der Abdeckung auf die Unterlage verstanden werden, welche der Unterlage zugewandt ist.
Mit Vorteil kann weiterhin das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend verbessert werden, daß es zusätzlich den Schritt des Aufbringens zumindest einer Haftvermittlungsschicht, insbesondere einer Haftvermittlungsschicht, auf welche die zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur aufgebracht wird, umfaßt. Eine solche Schicht kann insbesondere die
Haftungseigenschaften der Schicht mit glasartiger Struktur auf Kunststoffoberflächen verbessern, was sich vorteilhaft auf die mechanische Stabilität des Schichtgefüges bei thermischer oder mechanischer Belastung, wie etwa einer Biegebelastung auswirkt. Auf diese Weise wird schneller eine geschlossene Schicht erzeugt und es lassen sich glattere Schichten mit niedrigerer Porosität erreichen.
Die Erfindung sieht auch vor, ein organisches photoelektrisches Element bereitzustellen, das insbesondere mit dem oben beschriebenen Verfahren herstellbar ist.
Ein erfindungsgemäßes Element umfasst demgemäß: -einen Träger, -eine erste leitfähige Schicht,
-zumindest eine Schicht, welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist und
-eine zweite leitfähige Schicht, sowie
-eine abgeschiedene Schicht mit glasartiger Struktur
Wie bereits oben bezüglich des Herstellungsverfahrens für OLEDs beschrieben wurde, ist eine Schicht mit glasartiger Struktur besonders gut als Diffusionsbarriere für kleine Moleküle geeignet und stellt so einen wirksamen Schutz gegen die Degradation des Elements bereit. Dadurch, daß die Schicht auf einer Oberfläche des Elements abgeschieden ist, besteht zwischen der Schicht und der Oberfläche eine Verbindung ohne Zwischen- oder Übergangsschichten, was besonders für eine hermetische Versiegelung günstig ist. Bevorzugt ist die Schicht dabei mittels CVD- und/oder PVD-Beschichtung, etwa durch Sputtern, Aufdampfen, PCVD oder PICVD auf der Oberfläche abgeschieden.
Bevorzugt weist eine der leitfähigen Schichten eine niedrigere Austrittsarbeit als die andere leitfähige Schicht auf, um eine Austrittsarbeitsdifferenz zwischen den Schichten zu schaffen. Im Falle eines lichtemittierenden Elements werden bei Anlegen einer Spannung an die leitfähigen Schichten Elektronen ausgehend von der Schicht mit niedrigerer Austrittsarbeit in unbesetzte Energiezustände injiziert. Durch Rekombination mit Defektelektronen, die von der Schicht mit höherer Austrittsarbeit injiziert werden, werden dann Lichtquanten abgegeben.
Um die Quanteneffizienz eines erfindungsgemäßen OLEDs zu erhöhen, kann das OLED zusätzlich weitere funktioneile Schichten aufweisen. Vorteilhaft sind dabei beispielsweise zumindest eine Lochinjektionsschicht und/oder zumindest eine Potentialanpassungsschicht und/oder zumindest eine Elektronenblockierschicht und/oder zumindest eine Lochblockier-schicht und/oder zumindest eine Elektronenleiterschicht und/oder zumindest eine Lochleiterschicht und/oder zumindest eine Elektroneninj ektionsschicht .
Um den Austritt der emittierten Lichtquanten zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn eine der leitfähigen Schichten zumindest teilweise transparent für das von der ein organisches, elektro-optisches Material aufweisenden Schicht emittierte Licht ist. Diese geforderten Eigenschaften können dabei unter anderem erfüllt werden, wenn die erste leitfähige Schicht Indium-Zinn-Oxid oder Fluor-dotiertes Zinnoxid aufweist.
Die zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur kann sich außerdem nicht nur auf der Seite des Trägers befinden, auf welcher sich die Schicht befindet, die das organische elektro-optische Material aufweist. Vielmehr kann die Schicht mit glasartiger Struktur auch auf der Seite des Trägers angeordnet sein, welche dieser Seite gegenüberliegt. Auf diese Weise kann zum einen die Diffusion von Gasmolekülen durch den Träger eingeschränkt werden, zum anderen können auch beispielsweise die optischen Eigenschaften des OLEDs günstig beeinflußt werden, indem etwa die Schicht mit glasartiger Struktur eine Brechungsindexanpassung schafft. Die zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur kann weiterhin entlang der Richtung senkrecht zur beschichteten Oberfläche eine variierende Zusammensetzung und/oder einen variierenden Brechungsindex aufweisen. Durch Variation der Zusammensetzung senkrecht zur Oberfläche kann die Schicht in dieser Richtung entsprechende variierende Materialeigenschaften, wie etwa' einen variierenden Temperaturausdehnungskoeffizienten oder Brechungsindex aufweisen. Der Brechungsindex kann jedoch auch anders, etwa durch die Morphologie der Schicht beeinflußt werden. Insbesondere kann die Zusammensetzung und/oder der Brechungsindex auch periodisch variieren. Eine Schicht mit glasartiger Struktur und periodisch variierendem Brechungsindex ist besonders gut geeignet, Licht in das Element aus- oder einzukoppeln.
Die zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur kann auch besonders vorteilhaft zwischen dem Träger und erster oder zweiter leitfähiger Schicht angeordnet sein. Mit dieser
Anordnung wird ebenfalls die Diffusion von Gasmolekülen durch den Träger hindurch unterdrückt. Außerdem kann auf diese Weise eine Brechungsindexanpassung zwischen der OLED- Schichtstruktur und dem Träger hergestellt werden.
Das organische, elektro-optische Element kann auch eine mehrlagige Schicht aufweisen, welche zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur umfaßt. Dies kann sowohl für die optischen Eigenschaften, beziehungsweise insbesondere für die Aus- oder Einkopplung von Licht, als auch für die mechanischen Eigenschaften, wie die Biegetoleranz vorteilhaft sein.
Ein besonders günstiges Aus- und Einkopplungsvermögen für Licht kann insbesondere erreicht werden, wenn die Lagen der mehrlagigen Schicht unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
Außerdem kann das OLED auch noch mindestens eine Vorverkapselungsschicht aufweisen, welche als
Wärmedämmschicht dienen kann und die Wärmebelastung des OLED während der Beschichtung mit der Schicht oder den Schichten mit glasartiger Struktur erniedrigt. Eine
Vorverkapselungsbeschichtung kann- außerdem dazu dienen, um für die Schicht mit glasartiger Struktur eine stabile Unterlage zu schaffen.
Zum Schutz der Schicht mit glasartiger Struktur oder der anderen Schichten insbesondere vor mechanischen Beschädigungen kann die OLED vorteilhaft außerdem eine Abdeckung aufweisen.
Die OLED kann zusätzlich mit Vorteil zumindest eine Haftvermittlungsschicht aufweisen, die bevorzugt an die zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur angrenzt. Durch eine solche Haftvermittlungsschicht wird eine verbesserte Haftung der Schicht mit glasartiger Struktur erreicht. Dadurch sind beim Abscheiden höhere Wachstumsraten und vergleichsweise glattere Schichten erreichbar. Außerdem kann eine solche Haftvermittlungsschicht dazu dienen, intrinsische SchichtSpannungen abzubauen.
Ein erfindungsgemäßes elektro-optisches Element kann außerdem vorteilhaft strukturierte Schichten aufweisen. Beispielsweise können die erste und/oder die zweite leitfähige und/oder die zumindest eine Schicht, welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, strukturiert sein, um zusätzliche Funktionalität in einer oder mehrerer dieser Schichten zu integrieren. Insbesondere können die erste und/oder zweite leitfähige Schicht kammartig strukturiert sein. Die Fingerelektroden der kammartig strukturierten Schichten können beispielsweise ineinandergreifen, so daß eine Spannung zwischen auf einer Ebene befindlichen leitfähigen Schichten angelegt oder abgegriffen werden kann.
Ebenso sind jedoch auch andere Strukturierungen der Schichten sinnvoll. Beispielsweise können die leitfähigen Schichten in verschiedenen Ebenen auf dem Substrat angeordnet einander überkreuzende Linien, beziehungsweise Leiterbahnen aufweisen, die eine Pixelansteuerung einzelgeschalteter Pixelstrukturen, insbesondere für Displayanwendungen erlauben. Dabei wird die sich zwischen den leitfähigen Schichten befindliche Schicht, die zumindest ein elektro-optisches Material aufweist, in der Umgebung eines Kreuzungspunkts zweier angesteuerter Leiterbahnen der leitfähigen Schichten lokal zur Elektrolumineszenz angeregt. Eine entsprechende photovoltaische Anordnung kann umgekehrt zur lokalen Signalabtastung für sensorische Anwendungen, wie etwa eine Bildaufnahme verwendet werden.
Es liegt außerdem im Rahmen der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen
Herstellungsverfahrens und/oder eines erfindungsgemäßen photoelektrischen Elements anzugeben. Eine solche Vorrichtung weist neben den Einrichtungen zur Herstellung der OLED- Schichtstruktur zusätzlich eine Beschichtungseinrichtung zum Abscheiden zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur auf.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichungen genauer beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile. Es zeigen :
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen OLED, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen OLED mit inverser SchichtStruktur, Fig. 3 eine Ausführungsform einer OLED mit
Vorverkapselungsschicht, Fig. 4A bis 4D Ausführungsformen mit zusätzlicher Abdeckung zum Schutz der OLED-Schichtstruktur, Fig. 5 eine Ausführungsform der OLED mit Anordnung der Schicht mit glasartiger Struktur zwischen OLED-Schichtstruktur und Träger, Fig. 6 eine Ausführungsform mit mehrlagiger
Verkapselung der OLED-Schichtstruktur, Fig. 7 eine Ausführungsform mit mehrlagiger
Verkapselung der OLED-Schichtstruktur und unterschiedlichen Brechungsindizes einzelner Lagen,
Fig. 8A und 8B den Verlauf des Brechungsindex in einer
Schicht mit glasartiger Struktur gemäß zweier weiterer Ausführungsformen einer OLED, Fig. 9 eine Ausführungsform einer OLED mit kammartig strukturierten leitenden Schichten,
Fig. 10 einen Vergleich zweier Proben mit Si02-, beziehungsweise Aufdampfglas-beschichteten Calzium-Streifen, Fig. 11 einen Graphen der optischen Dichte verkapselter Calzium-Streifen als Funktion der Zeit, Fig. 12 einen Vergleich der Effizienz verschieden verkapselter OLEDs, und Fig. 13 die Leuchtstärke verschieden verkapselter OLED-Elemente in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer in einer Klimakammer.
Fig. 1 zeigt in schematischer Querschnittsansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen OLED, welche als Ganzes mit 1 bezeichnet ist. Die OLED umfaßt einen Träger 3, auf welchem auf einer Seite 9 eine OLED-Schichtstruktur 5 aufgebracht ist. Die Schichtstruktur 5 umfaßt eine erste leitfähige Schicht 13, eine Schicht 15, welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, sowie eine zweite leitfähige Schicht 17. Die Schichtstruktur 5 der OLED ist mit einer Schicht 7 mit glasartiger Struktur abgedeckt, welche mittels PVD- und/oder CVD-Beschichtung aufgebracht wurde. Die Schicht 7 schafft aufgrund ihrer niedrigen Permeabilität eine hermetische Kapselung der OLED- Schichtstruktur 5 insbesondere gegen kleine Gasmoleküle der natürlichen Atmosphäre, wie Wasser oder Sauerstoff. Auf diese Weise ist die Degradation der erfindungsgemäßen OLED durch chemische Reaktionen reaktiver Gase mit Materialien der Schichtstruktur deutlich herabgesetzt, was sich in einer erhöhten Lebensdauer der OLED äußert. Als Material für die Schicht 7 hat sich besonders anorganisches Glas aufgrund seiner niedrigen Permeabilität als günstig erwiesen. Besonders niedrige Permeabilität zeigen insbesondere alkalihaltige Gläser, wobei sich insbesondere auch Borosilikatgläser eignen.
Bevorzugt umfaßt die Schicht mit glasartiger Struktur dabei ein Aufdampfglas, welches durch Aufdampfen auf dem Element 1 abgeschieden wurde.
Die Schicht 15, die ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, wird nachfolgend der Einfachheit halber als organische, lichtemittierende Schicht bezeichnet. Diese Schicht kann jedoch auch als lichtabsorbierende, photovoltaische Schicht für ein photovoltaisches Element ausgebildet sein.
Als besonders geeignet hat sich das Aufdampfglas Typ 8329 der Firma Schott erwiesen, welches folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist: Si02 84,1 % B203 11,0 %
Na20 » 2 , 0 % ]
K20 * 0 , 3 % (■ (in der Schicht 3,3 %)
Li20 * 0 , 3 % J
A1203 » 2,6 % (in der Schicht <= 0,5 %)
Die Werte in Klammern sind die Gewichtsanteile der jeweiligen Komponente in der aufgedampften Schicht.
Der elektrische Widerstand dieses Borosilikatglases beträgt ungefähr 1010 Ω/cm (bei 100°C) . Dieses Glas weist in reiner Form ferner einen Brechungsindex von etwa 1,469 auf. Die Dielektrizitätskonstante ε liegt bei etwa 4,7 (bei 25°C,
1MHz), tanδ beträgt etwa 45 x 10"4 (bei 25°C, 1 MHz). Durch den Aufdampfprozeß und die unterschiedliche Flüchtigkeit der Komponenten dieses Systems ergeben sich leicht unterschiedliche Stöchiometrien zwischen dem Targetmaterial und der aufgedampften Schicht. Die Abweichungen in der aufgedampften Schicht sind in Klammern angegeben.
Ein weiteres geeignetes Aufdampfglas, welches im folgenden als Glas2 bezeichnet wird, weist die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf: Komponenten: Glas2
Si02 71%
B203 26%
Na20 0,5%
Li20 0,5%
K20 1,0%
A1203 1,0%
Diese beiden bevorzugt verwendeten Borosilikatgläser besitzen insbesondere die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Eigenschaften:
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Durch das Aufbringen der Schicht 7 mittels Vakuumabscheidung, wie beispielsweise CVD und/oder PVD entsteht eine innige Verbindung der Schicht 7 sowohl mit der Oberfläche der SchichtStruktur 5, als auch mit dem Träger selbst in Bereichen neben der OLED-Schichtstruktur. Damit werden auch Permeabilitätskanäle an den Randbereichen der OLED- Schichtstruktur vermieden, die bei bisher bekannten OLEDs etwa mittels Verklebungen verkapselt werden. Bevorzugt wird die Schicht 7 durch Aufdampfen, insbesondere mittels Elektronenstrahlverdampfung eines Glastargets mit einer der oben angegebenen Zusammensetzungen, abgeschieden.
Es hat sich zur Erzeugung besonders dichter und defektarmer Schichten auch als vorteilhaft erwiesen, eine APS-Quelle (APS="advanced plas a source" ) einzusetzen und eine Plasma- Ionen-unterstützte Abscheidung, insbesondere durch Plasma- Ionen-unterstütztes Aufdampfen vorzunehmen.
Der Träger umfaßt in dieser Ausführungsform ein transparentes Substrat. Von der organischen, lichtemittierenden Schicht 15 emittiertes Licht passiert zunächst die erste, leitfähige
Schicht 13 und passiert dann die Grenzfläche zur Umgebung an der Seite 11 des transparenten Trägers.
Die erste leitfähige Schicht 13 umfaßt in dieser Ausführungsform ein transparentes, leitfähiges Material, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, um den Durchtritt des Lichts zu ermöglichen.
Die zweite leitfähige Schicht umfaßt ein Material mit niedrigerer Austrittsarbeit als das der ersten leitfähigen Schicht, wobei im Falle einer Indium-Zinn-Oxidschicht deren Austrittsarbeit bei etwa 4,9eV liegt. Als Material für die zweite leitfähige Schicht ist insbesondere Calzium geeignet. Calzium ist jedoch sehr reaktiv und reagiert insbesondere mit dem Luftsauerstoff, sowie mit dem in der Luft' als
Feuchtigkeit enthaltenen Wasser. Insbesondere für den Schutz dieser Schicht ist eine hermetische Kapselung der OLED- Schichtstruktur zur Vermeidung einer Degradation wichtig. Diese Ausführungsform einer OLED umfaßt die Schichtabfolge Träger/erste leitfähige Schicht/organische, lichtemittierende Schicht/zweite leitfähige Schicht. Dies entspricht dem standardmäßigen Aufbau von OLEDs. Durch das Aufbringen einer Schicht mit glasartiger Struktur, die gleichzeitig die OLED- Schichtstruktur 5 wirksam verkapselt, ist aber auch ein Aufbau mit inverser Schichtabfolge realisierbar. Diese Variante ist in Fig. 2 dargestellt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform lautet die Schichtabfolge dementsprechend: Träger/zweite leitfähige Schicht/organische, lichtemittierende Schicht/erste leitfähige Schicht. Bei dieser Ausführungsform kann der Träger 3 auch ein undurchsichtiges Material umfassen. Das von der organischen, lichtemittierenden Schicht 15 emittierte Licht tritt dann nach dem Passieren der ersten leitfähigen Schicht 13 durch die Schicht 7 mit glasartiger Struktur an der Außenseite 19 aus .
In Fig. 3 ist schematisch eine Ausführungsform mit einer Vorverkapselungsschicht 21 dargestellt. Diese
Vorverkapselungsschicht dient unter anderem dazu, für die Schicht 7 mit glasartiger Struktur eine stabile Unterlage zu schaffen. Die zweite leitfähige Schicht 17 umfaßt bevorzugt das sehr weiche Metall Calzium. Die Vorverkapselungsschicht 21 verhindert, daß diese Schicht von Molekülen der Schicht 7 durchdrungen wird. Außerdem stellt die Schicht 21 auch eine Wärmedämmschicht dar, die durch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit verhindert, daß große Wärmeleistungen während des Aufbringens der Schicht 7 mit glasartiger Struktur auf die OLED-Schichtstruktur übertragen werden.
In den Figuren 4A bis 4D sind Ausführungsformen des organischen, elektro-optischen Elements 1 mit zusätzlicher Abdeckung 23 dargestellt. Die Abdeckung 23 dient zum Schutz insbesondere vor mechanischen Beschädigungen. Da die Schichten 13 bis 17 des Elements 1 relativ weich sein können, ist die Schicht 7 im Bereich der OLED-Schichtstruktur 5 mit einer nicht sehr stabilen Unterlage verbunden, so daß die Schicht 7 gegenüber mechanischen Einwirkungen empfindlich sein kann. Die Abdeckung 23 kann vorteilhaft mit der OLED verklebt sein. Bei der in Fig. 4A gezeigten Ausführungsform ist die Abdeckung 23 über eine Kunstharz- oder KunststoffSchicht 25 mit den weiteren Komponenten des Elements verbunden. Die Kunstharz- oder KunststoffSchicht 25 ist geeignet, Unebenheiten auf der Oberfläche, etwa durch die hervorragende OLED-Schichtstruktur auszugleichen.
Bei der in Fig. 4B gezeigten Ausführungsform wurde die Schicht 7 mit glasartiger Struktur so abgeschieden, daß die Umrandung der Auflagefläche der Abdeckung mit abgedeckt wird. Dazu wurde die Abdeckung 23 vor der Schicht 7 mit glasartiger Struktur auf dem beschichteten Träger aufgebracht. Die Schicht 7 mit glasartiger Struktur wurde anschließend auf der Abdeckung und über deren Rand hinweg, welcher die Umrandungskurve der Auflagefläche definiert, abgeschieden, so daß der Rand der Abdeckung 23 durch die Schicht 7 versiegelt ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß Gase zwischen Abdeckung und Träger eindringen und die OLED-Schichtstruktur 5 erreichen können.
Bei der in Fig. 4C gezeigten Ausführungsform wurde auf eine Verklebung der Abdeckung mit der Unterlage verzichtet. Hier dient die Schicht 7 mit glasartiger Struktur selbst zur Befestigung der Abdeckung 23. Neben einer Versiegelung der Ränder der Andeckung wird durch das Abscheiden der Schicht mit glasartiger Struktur demnach auch eine Verbindung der Abdeckung, ähnlich, wie mit einem Glaslot erreicht, ohne jedoch die OLED-Schichtstruktur einer besonderen Wärmebelastung aussetzen zu müssen. Die Schicht 7 ist beispielhaft nicht als durchgehende Schicht ausgeführt, sondern nur auf den Rändern der Abdeckung, beziehungsweise der Umrandungskurve der Auflagefläche der Abdeckung abgeschieden. Selbstverständlich kann die Schicht 7 auch ähnlich wie in Fig. 4B gezeigt, die gesamte Fläche der beschichteten Seite des Elements bedeckend abgeschieden werden.
Fig. 4D zeigt eine weitere Ausführungsform eines mit einer Abdeckung 23 versehenen Elements 1, bei welchem die Umrandungskurve der Auflagefläche der Abdeckung mit einer
Schicht 7 mit glasartiger Struktur abgedeckt ist. Auch hier wird, wie bei der anhand von Fig. 4C gezeigten Ausführungsform, neben einer Versiegelung auch eine Befestigung der Abdeckung mittels der Schicht 7 erreicht. Im Unterschied ist aber die Schicht 7 seitlich auf das Element aufgedampft, so daß die Ränder des Elements 1 versiegelt werden.
Bei der anhand von Fig. 4E gezeigten Ausführungsform wurde eine Versiegelung, beziehungsweise ein hermetischer Abschluß der OLED-Schichtstruktur und eine Befestigung einer Abdeckung 23 durch Abscheiden von der Seite her, welche der Abdeckung gegenüberliegt, erreicht. Auch hier ist, den Ausführungsformen der Fig. 4B, 4C und 4D gemeinsam, die Umrandungskurve der Auflagefläche der Abdeckung 23 durch die Schicht 7 mit glasartiger Struktur abgedeckt.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Schicht mit glasartiger Struktur vor dem Aufbringen der ersten und zweiten leitfähigen Schicht und der organischen, lichtemittierenden Schicht auf den Träger 3 aufgebracht ist. Damit befindet sich die Schicht mit glasartiger Struktur zwischen Träger und der OLED-Schichtstruktur. Auf diese Weise ist die Diffusion durch das Substrat, beziehungsweise den Träger hindurch in die OLED-Schichtstruktur hinein unterdrückt. Durch die mit dieser Anordnung der Schicht 7 zwischen OLED-Schichtstruktur 5 und Träger 3 erreichten Verkapselung der OLED von der Seite des Trägers 3 her wird es außerdem möglich, daß für den Träger 3 ein für Gasmoleküle penetrierbares Material verwendet werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise auch ein Kunststoffträger verwendet werden, durch den aufgrund der schlechten Barrierewirkung von Kunststoffen ansonsten Gasmoleküle in die OLED- Schichtstruktur migrieren würden. Die Verwendung von Kunststoffträgern ist dabei insbesondere für die Herstellung flexibler OLEDs geeignet.
Die OLED kann außerdem eine Haftvermittlungsschicht 10 für die Verbindung der Schicht 7 mit glasartiger Struktur mit einem Kunststoffträger aufweisen. Die Haftvermittlungsschicht 10 grenzt dabei an die Schicht 7 mit glasartiger Struktur an und befindet sich zwischen Träger 3 und Schicht 7. Die Haftvermittlungsschicht 10 schafft eine feste und dauerhafte Verbindung der Schicht 7 mit glasartiger Struktur mit dem Träger 3, so daß eine Abtrennung der Schicht 7 vom flexiblen Träger 3 insbesondere beim Verbiegen der OLED verhindert wird. Selbstverständlich können auch die oben beschriebenen, sowie die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen solche Haftvermittlungsschichten aufweisen .
Zusätzlich kann eine in Fig. 5 nicht gezeigte weitere Verkapselung die OLED-Schichtstruktur 5 hermetisch abschließen, wobei diese Verkapselung bevorzugt ebenfalls durch Aufbringen einer Schicht mit glasartiger Struktur mittels CVD- und/oder PVD-Beschichtung erfolgt. Die zwischen der OLED-Schichtstruktur 5 und dem Träger 3 aufgebrachte Schicht mit glasartiger Struktur kann neben, ihrer Funktion als Diffusionssperre auch zusätzlich als Brechungsindex- Anpassung zwischen OLED-Schichtstruktur 5 und Träger 3 dienen, um die Auskopplung des von der organischen Schicht 15 emittierten Lichts zu verbessern.
Bei OLEDs mit flexiblen Trägern 3, die wie in Fig. 5 gezeigt aufgebaut sind, sollte die Schicht 7 möglichst entlang der neutralen Faser des Aufbaus laufen, so daß sich in dieser Schicht beim Verbiegen der OLED keine Risse bilden können, welche die Degradation wieder erhöhen könnten. In Fig. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher eine mehrlagige Schicht 27 aufgebracht wurde, um die Flexibilität des Aufbaus zu erhöhen. Dabei ist die mehrlagige Schicht 27 auf der Seite 9 des Trägers zwischen Träger 3 und OLED-Schichtstruktur 5 aufgebracht. Die mehrlagige Schicht 27 umfaßt in dieser Ausführungsform N Schichten mit glasartiger Struktur 71, 72, ... , 7N.
Abwechselnd zu diesen Schichten 71, 72, ..., 7N sind N flexible Schichten 81, 82,..., 8N aufgebracht. Die flexiblen Schichten 81, 82,..., 8N können beispielsweise Polymerschichten umfassen. Wird die OLED verbogen, so treten zwischen den einzelnen Schichten Scherkräfte auf. Die Scherkräfte werden dabei aufgrund der Flexibilität der Schichten 81 bis 8N durch Verformung dieser Schichten abgebaut. Das gleiche Prinzip kann selbstverständlich auch auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite der OLED- Schichtstruktur zur vollständigen und gleichzeitig flexiblen Kapselung der OLED-Schichtstruktur 5 angewandt werden.
In den Figuren 5 und 6 ist jeweils der Übersichtlichkeit halber die Kapselung der OLED-Schichtstruktur auf der dem Träger gegenüberliegenden Seite nicht dargestellt.
Fig. 7 zeigt ähnlich zu der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform eine erfindungsgemäße OLED mit mehrlagiger Schicht 27, die Schichten 71, 72,..., 7N mit glasartiger Struktur, sowie weitere Schichten 81, 82,..., 8N umfaßt. Im Gegensatz zu der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind hier jedoch die Schichten auf der Seite 11 des Trägers 3 aufgebracht, welche der Seite 9, auf welcher die OLED- Schichtstruktur 5 aufgebracht ist, gegenüberliegt. Zusätzlich dargestellt ist eine Verkapselung der OLED-Schichtstruktur 5 ähnlich der anhand der Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen durch eine Schicht 7 mit glasartiger Struktur.
Die mehrlagige Schicht 27 dient hier neben der durch die Schichten 71 bis 7N erzielte Barrierewirkung zur Brechungsindex-Anpassung, um die Auskopplung des von der organischen Schicht 15 emittierten Lichts an der Grenzfläche der OLED zur Umgebung zu verbessern. Die einzelnen Schichten 71 bis 7N und 81 bis 8N der mehrlagigen Schicht 27 weisen dazu unterschiedliche Brechungsindizes auf. Insbesondere ist die Schicht 27 so aufgebaut, daß die Schichten 71 bis 7N mit glasartiger Struktur gleiche Brechungsindizes und die Schichten 81 bis 8N ebenfalls gleiche Brechungsindizes aufweisen. Auf diese Weise alterniert der Brechungsindex durch die abwechselnde Anordnung der Schichten von Schicht zu Schicht.
Eine Variation des Brechungsindex kann jedoch nicht nur durch Kombination verschiedener Schichten entstehen. Vielmehr ist es auch möglich, daß eine Schicht mit glasartiger Struktur entlang der Richtung senkrecht zur beschichteten Oberfläche variierende Zusammensetzung und/oder einen entlang dieser Richtung variierenden Brechungsindex aufweist. Dabei wird eine Variation des Brechungsindex bevorzugt ebenfalls durch Variation der Schichtzusammensetzung erreicht. Jedoch ist auch eine Variation durch eine sich entlang dieser Richtung ändernden Schichtmorphologie, wie etwa eine sich ändernde Dichte denkbar. Schichten mit Variation des Brechungsindex durch sich ändernde Schichtzusammensetzung können durch Abscheiden der Schicht mittels Coverdampfung erzeugt werden, wobei die Aufdampfrate zumindest einer der
Verdampfungsquellen im Verlauf des Aufdampfprozesses geändert wird. Durch periodische Änderung der Aufdampfrate, beispielsweise durch periodische Änderung der Leistung einer der Quellen kann so eine entsprechende Schicht mit glasartiger Struktur erzeugt werden, die senkrecht zur beschichteten Oberfläche einen periodisch variierenden Brechungsindex aufweist.
Ein solcher Verlauf des Brechungsindex ist beispielhaft in den Figuren 8A und 8B dargestellt. Die Koordinate z kennzeichnet dabei die Richtung senkrecht zur beschichteten Oberfläche. Beide Verläufe zeigen eine periodische Variation des Brechungsindex in z-Richtung. Der in Fig. 8B dargestellte Verlauf des Brechungsindex weist neben der periodischen Variation außerdem eine Abnahme der Amplitude in z-Richtung auf, was zusätzlich von Nutzen für die Aus-, beziehungsweise Einkoppeleffizienz des Elements sein kann.
In Fig. 9 ist schließlich eine weitere Ausführungsform einer OLED, beziehungsweise eines organischen, elektro-optischen Elements dargestellt, welches strukturierte funktioneile Schichten aufweist. Bei dieser Ausführungsform sind die leitenden Schichten 13 und 17 kammartig strukturiert und befinden sich beide auf derselben Ebene auf dem Träger 3. Die Schichten 13 und 17 weisen jeweils Fingerelektroden 30 auf, die mit wenigstens einem Steg 32 verbunden sind. Die Spannungszuführung, beziehungsweise der Spannungsabgriff im Falle eines photovoltaischen Elements geschieht dabei über die Stege 32. Die Schicht 15, die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, ist auf die mit den strukturierten Schichten 13 und 17 aufgebracht, so daß sich Material der Schicht 15 auch zwischen den Fingerelektroden befindet. Die so hergestellte OLED-Schichtstruktur ist in diesem Ausführungsbeispiel zur Verkapselung wieder, ähnlich der anhand von Fig. 1 dargestellten Ausführungsform mit einer Schicht 7 mit glasartiger Struktur abgedeckt.
Selbstverständlich können die oben dargestellten beispielhaften Ausführungsformen auch in vielfältiger Weise kombiniert werden, etwa indem Schichten mit glasartiger Struktur auf mehreren Seiten des Substrats aufgebracht werden. So kann unter anderem die anhand von Fig. 7 gezeigte Ausführungsform mit einer Beschichtung auf der Seite des
Substrats, die der OLED-Schichtstruktur 5 zugewandt ist, zum Beispiel wie in den Ausführungsformen der Figuren 5 oder 6 kombiniert werden. Ebenso sind auch nahezu beliebige andere Kombinationen der gezeigten Ausführungsformen möglich. Auch können alle Ausführungsformen in Pixel-Displays Verwendung finden, beispielsweise durch Matrixanordnung der beschriebenen Elemente oder durch entsprechend strukturierte leitfähige Schichten mit überkreuzenden Leiterbahnen.
Fig. 10 zeigt photographische Aufnahmen der Lichttransmission durch zwei Proben. Die Proben sind Glassubstrate, auf denen zwei Calzium-Streifen aufgebracht sind. Die Substrate wurden anschließend auf der Seite mit den Calzium-Streifen verkapselt. Bei der in Fig. 10 auf der linken Seite gezeigten Probe wurde zur Verkapselung ein Aufdampfglas aufgebracht, bei der rechts abgebildeten Probe wurde als Vergleich eine Siliziumoxid-Schicht für die Verkapselung gewählt.
Die Aufnahmen wurden nach zwanzig Stunden Lagerung der Proben an Luft aufgenommen. Nicht degradierte Bereiche der
Calziumschicht erscheinen dunkel in den Aufnahmen. Anhand der beiden Aufnahmen ist zu erkennen, daß die mit Aufdampfglas beschichteten Calziumstreifen weniger stark korrodiert sind. Die Degradation bei der mit Siliziumoxid beschichteten Probe ist über die ganze Fläche weiter fortgeschritten als bei der Vergleichsprobe mit Aufdampfglas-Beschichtung.
Fig. 11 zeigt die optische Dichte von Calziumstreifen mehrerer jeweils mit Aufdampfglas oder Siliziumoxid beschichteter Proben in Abhängigkeit von der Einwirkungsdauer von Luft. Die Proben, an denen die Messungen durchgeführt wurden, ähneln dabei den in Fig. 10 gezeigten Proben. Auch hier wurden wieder Calziumstreifen auf einem Substrat abgeschieden und die Seite mit den Streifen anschließend durch Bedampfung mit einer Aufdampfglas- oder einer Siliziumoxidschicht verkapselt.
Anhand des in Fig. 11 gezeigten Graphen wird deutlich, daß die Degradation der Calziumstreifen bei Verwendung von
Siliziumoxid als Verkapselungsmaterial gegenüber den mit
Aufdampfglas verkapselten Proben erheblich schneller erfolgt.
In Fig. 12 ist ein Balkendiagramm dargestellt, welches einen Vergleich der Effizienz verschieden verkapselter OLEDs zeigt. Es wurden OLEDs, die mit Aufdampfglas verkapselt wurden, mit OLEDs ohne Verkapselung und OLEDs mit einer Siliziumoxid- Verkapselung verglichen. Die Effizienzmessungen wurden kurz nach dem Verkapseln bei zwei verschiedenen Lumineszenzen gemessen. Die OLEDs wurden in Schutzgasatmosphäre getestet, um bei den unverkapselten OLEDs eine Degradation zu verhindern.
Anhand der in Fig. 12 gezeigten Messungen wird deutlich, daß das Abscheiden von Aufdampfglas im Unterschied zu
Siliziumoxid im wesentlichen keinen Einfluß auf die Qualität der gefertigten OLEDs hat, da die Effizienz der mit Aufdampfglas verkapselten OLEDs kaum Unterschiede zu den nicht verkapselten OLEDs zeigt. Dahingegen ist die Effizienz der mit Siliziumoxid verkapselten OLEDs deutlich herabgesenkt .
Im folgenden wird auf Fig. 13 Bezug genommen, welche einen Graphen der Leuchtstärke zweier verschieden verkapselter OLED-Elemente in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer in einer Klimakammer zeigt. Es wurden eine mit Siliziumoxid verkapselte OLED mit einer mit Aufdampfglas verkapselten OLED verglichen. Die Leuchtstärke wurde mit einem Photoelement gemessen, wobei die Meßwerte in relativen Einheiten wiedergegeben sind. Die Leuchtstärke wurde dabei bei konstantem Betriebsstrom der OLEDs von 2mA ermittelt.
Die Proben wurden in der Klimakammer bei 85 °C Lufttemperatur und 85 % relativer Luftfeuchte gelagert. Es zeigt sich, daß die mit Siliziumoxid verkapselte OLED nach zehn Tagen in der Klimakammer nur noch etwa ein Viertel der ursprünglichen Leuchtstärke aufweist. Demgegenüber zeigt die mit Aufdampfglas verkapselte OLED sogar eine leichte Erhöhung der Leuchtstärke .
Bezugszeichenliste
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Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines organischen, elektro- optischen Elements (1), umfassend die Schritte: -Bereitstellen eines Trägers (3) ,
-Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht (13, 17) -Aufbringen zumindest einer Schicht (15) , welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist,
-Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht (13, 17), gekennzeichnet durch den Schritt des
- Abscheidens zumindest einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Vakuum - oder Niederdruckabscheidens der Schicht umfaßt,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens eines anorganischen Glases umfaßt.
4. ' Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens eines alkalihaltigen Glases umfaßt .
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens eines Borosilikatglases umfaßt.
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens eines Aufdampfglases umfaßt.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur mittels physikalischer und/oder chemischer Dampfphasenabscheidung umfaßt.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Aufdampfens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Aufdampfens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Elektronenstrahlverdampfens umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufdampfens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Coverdampfens aus zumindest zwei Verdampfungsquellen umfaßt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Coverdampfens den Schritt des Variierens, insbesondere des periodischen Variierens der Aufdampfrate zumindest einer der Verdampfungsquellen umfaßt .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheiden einer Schicht durch Aufdampfen den Schritt des Plasma-Ionen-unterstützten Aufdampfens umfaßt .
13. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens mittels plasmainduzierter chemischer Dampfphasenabscheidung (PECVD) , insbesondere den Schritt des Abscheidens mittels plasmaimpulsinduzierter chemischer Dampfphasenabscheidung (PICVD) und/oder den Schritt des Aufsputterns einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur umfaßt.
14. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Coabscheidens von organischem Material umfaßt.
15. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der leitfähigen Schichten (13, 17) eine niedrigere Austrittsarbeit als die andere leitfähige Schicht (13) aufweist.
16. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens zumindest einer Lochinjektionsschicht und/oder einer Potentialanpassungsschicht und/oder einer Elektronenblockierschicht und/oder einer Lochblockierschicht und/oder einer Elektronleiterschicht und/oder einer Lochleiterschicht und/oder einer Elektroneninjektionsschicht.
17. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der leitfähigen Schichten (13, 17) zumindest teilweise transparent für das von der Schicht (15), die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, emittierte Licht ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Schicht (13, 17) Indium-Zinn-Oxid und/oder Fluor-dotiertes Zinnoxid aufweist .
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur nach dem Aufbringen der Schicht, welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, abgeschieden wird.
20. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite leitfähige und/oder die zumindest eine Schicht, welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, strukturiert aufgebracht werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13) und/oder zweite (15) leitfähige Schicht kammartig strukturiert aufgebracht werden.
22. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur ein zumindest binäres Stoffsystem umfaßt.
23. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens der zumindest einen Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur nach dem Aufbringen der ersten (13) und zweiten (17) leitfähigen Schicht und der zumindest einen Schicht (15) , die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, erfolgt.
24. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Abscheidens der zumindest einen Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur vor dem Aufbringen einer der leitfähigen Schichten (13, 17) erfolgt .
25. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Abscheidens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur auf der Seite (9) des Trägers umfaßt, welche der Seite (11) , auf welcher die Schicht (15) , die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, aufgebracht wird, gegenüberliegt .
26. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens der Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur vor dem Aufbringen der ersten (13) und zweiten (17) leitfähigen Schicht und der Schicht (15) , die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, erfolgt.
27. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur den Schritt des Aufbringens einer mehrlagigen Schicht (27) umfaßt.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens einer mehrlagigen Schicht den Schritt des Aufbringens einer mehrlagigen Schicht mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und/oder unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zumindest zweier der Lagen (71, 72,..., 7N, 81, 82,..., 8N) umfaßt.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (71, 72,..., 7N, 81, 82,..., 8N) der mehrlagigen Schicht (27) unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
30. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens einer Vorverkapselungsschicht (21) .
31. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens einer Abdeckung (23) .
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abscheidens zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur den Schritt des Abdeckens der Umrandung der Auflagefläche der Abdeckung mit zumindest einer Schicht mit glasartiger Struktur umfaßt.
33. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens zumindest einer Haftvermittlungsschicht (10) , insbesondere einer Haftvermittlungsschicht (10) , auf welche die zumindest eine Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur aufgebracht wird.
34. Organisches elektro-optisches Element (1), insbesondere herstellbar mit einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: -einen Träger (3) ,
-eine erste leitfähige Schicht (13) , -zumindest eine Schicht (15), welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist und -eine zweite leitfähige Schicht (17), gekennzeichnet durch
-zumindest eine abgeschiedene Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur.
35. Element nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine abgeschiedene Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur eine anorganische Glasschicht umfaßt.
36. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine abgeschiedene Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur ein alkalihaltiges Glas umfaßt.
37. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine abgeschiedene Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur ein Borosilikatglas umfaßt.
38. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine abgeschiedene Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur ein Aufdampfglas umfaßt .
39. Element nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schicht mit glasartiger Struktur mittels chemischer und/oder physikalischer Dampfphasenabscheidung abgeschieden ist.
40. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine abgeschiedene Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur aufgedampft ist.
41. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine abgeschiedene Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur aufgesputtert ist.
42. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der leitfähigen Schichten (13, 17) eine niedrigere Austrittsarbeit als die andere der leitfähigen Schichten (17, 13) aufweist.
43. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der leitfähigen Schichten (13,17) zumindest teilweise transparent für das von der Schicht (15) , die zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, emittierte Licht ist.
44. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest teilweise transparente, leitfähige Schicht (13) Indium-Zinn-Oxid und/oder Fluor-dotiertes Zinnoxid aufweist .
45. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur zwischen dem Träger (3) und erster (13) oder zweiter (15) leitfähiger Schicht angeordnet ist.
46. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zumindest eine Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur auf der Seite (11) des Trägers befindet, welche der Seite (9) , auf welcher sich die Schicht (15) befindet, welche ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, gegenüberliegt.
47. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur entlang der Richtung senkrecht zur beschichteten Oberfläche variierende Zusammensetzung und/oder einen entlang dieser Richtung variierenden Brechungsindex aufweist.
48. Element nach Anspruch 47, gekennzeichnet durch eine periodische Variation der Zusammensetzung und/oder des Brechungsindex der zumindest einen Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur entlang der Richtung senkrecht zur beschichteten Oberfläche.
49. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mehrlagige Schicht (27), welche zumindest eine Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur umfaßt.
50. Element nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (71, 72,..., 7N, 81, 82,..., 8N) der mehrlagigen Schicht (27) unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
51. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Vorverkapselungsschicht (21) .
52. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine
Lochinjektionsschicht und/oder zumindest eine Potentialanpassungsschicht und/oder zumindest eine Elektronenblockierschicht und/oder zumindest eine Lochblockier- Schicht und/oder zumindest eine Elektronenleiterschicht und/oder zumindest eine Lochleiterschicht und/oder zumindest eine Elektroneninjektionsschicht.
53. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abdeckung (23) .
54. Element nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrandung der Auflagefläche der Abdeckung (23) mit zumindest einer Schicht (7) mit glasartiger Struktur abgedeckt ist.
55. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Haftvermittlungsschicht (10), insbesondere eine Haftvermittlungsschicht (10) , welche an die zumindest eine Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur angrenzt.
56. Element gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite leitfähige und/oder die zumindest eine Schicht, welche zumindest ein organisches, elektro-optisches Material aufweist, strukturiert sind.
57. Element nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13) und/oder zweite (15) leitfähige Schicht kammartig strukturiert sind.
58. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens und/oder zur Herstellung eines organischen, elektro-optischen Elements (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abscheiden zumindest einer Schicht (7, 71,72,...7N) mit glasartiger Struktur.
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