WO2017178233A1 - Mehrschichtige verkapselung, verfahren zur verkapselung und optoelektronisches bauelement - Google Patents

Mehrschichtige verkapselung, verfahren zur verkapselung und optoelektronisches bauelement Download PDF

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WO2017178233A1
WO2017178233A1 PCT/EP2017/057415 EP2017057415W WO2017178233A1 WO 2017178233 A1 WO2017178233 A1 WO 2017178233A1 EP 2017057415 W EP2017057415 W EP 2017057415W WO 2017178233 A1 WO2017178233 A1 WO 2017178233A1
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WO
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layer
encapsulation
barrier layer
planarization
planarization layer
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PCT/EP2017/057415
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Sebastian Wittmann
Arne FLEISSNER
Erwin Lang
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Osram Oled Gmbh
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
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    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/351—Thickness

Definitions

  • An object to be solved is to specify an encapsulation with improved properties. Another object to be solved is to provide an improved and simplified method of encapsulation. Another object to be solved is to provide an improved encapsulated device. These objects are achieved by an encapsulation, a method and a device according to independent
  • multi-layer encapsulation specified.
  • the term "multilayered” should be understood here and below as meaning a layer sequence comprising at least two layers
  • the layers of the layer sequence are arranged one above the other such that in each case two layers have a common boundary surface parallel to their main extension direction
  • At least one layer of the layer sequence can be structured so that not all layers of the layer sequence have the same area along their main extension direction.
  • the multilayer comprises
  • the at least one Barrier layer and at least one planarization layer comprises.
  • either a barrier layer or a planarization layer can be arranged on the outside of the encapsulation.
  • the outside of the encapsulation is the side facing away from an element to be encapsulated
  • Encapsulation may be arranged.
  • the element to be encapsulated can here and below be a component, such as
  • an optoelectronic component for example, an optoelectronic component
  • the barrier layer and the planarization layer together have a smaller one
  • planarization layer has beside it
  • Planarization properties also barrier properties on.
  • the planarization layer can, at a layer thickness of 200 nm, have a water permeability (WVTR, Water Vapor
  • the water permeability for such layers may be less than 10 ⁇ g / dm 2 .
  • Such a low water permeability is necessary, for example, for the encapsulation of OLEDs.
  • the planarization layer in combination with the barrier layer can have an oxygen permeability of less than or equal to 10 _6 cm 3 / m 2 d, which is also advantageous for the
  • the encapsulation is suitable for use in OLEDs. Due to the low WVTR value of encapsulation The organic layers of an OLED reliably protected against water and oxygen degradation, which is particularly relevant for the automotive use of OLEDs. According to one embodiment, a multilayer
  • Encapsulation provided, which has a layer sequence, the at least one barrier layer and at least one
  • Planarleitersll comprises and the barrier layer and the planarization layer together a smaller
  • the barrier layer contains inorganic material.
  • the barrier layer may contain a metal oxide.
  • the metal oxide may consist of a
  • the barrier layer may comprise at least two sub-layers, each one
  • Partial layer comprises a metal oxide.
  • Sublayers may be different from each other.
  • Partial layers of the barrier layer can thus become one
  • the barrier layer preferably contains aluminum oxide.
  • the thickness of the barrier layer preferably contains aluminum oxide.
  • Barrier layer can be up to 10 nm inclusive
  • Inorganic material in particular metal oxides, have low water and gas permeabilities, in particular very low gas permeabilities, and are thus well suited for use in a barrier layer.
  • Barrier layer under favorable conditions, less than 10 " 6 cm 3 / m 2 d at a layer thickness of> 50 nm.
  • Particularly low water and gas permeabilities of the barrier layer are achieved in particular when the barrier layer on planar, defect-free surfaces with the same properties as possible, such as thermal
  • barrier layer Production of the barrier layer comparatively easy, for example by means of atomic layer deposition (ALD) apply.
  • ALD atomic layer deposition
  • the barrier layer contains inorganic material selected from a group comprising SiN, SiO 2 , SiC or combinations thereof. These materials can be applied, for example, by means of CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • the barrier layer may comprise at least two sublayers, one being
  • Partial layer comprises a metal oxide and a sublayer of one of SiN, S1O 2 or SiC.
  • the barrier layer can thus form a Mehrlagenlamit of metal oxide sublayers and SiN, S1O 2 - or SiC-containing sublayers. According to one embodiment, the
  • Planarization layer an inorganic glassy
  • Glassy is meant an amorphous material, for example by means of a
  • the glassy material can be obtained from perhydropolysilazane (PHPS).
  • PHPS perhydropolysilazane
  • the planarization layer may have a roughness (root mean squared roughness, rms) which is selected from the range ⁇ 200 nm, in particular ⁇ 50 nm, preferably ⁇ 10 nm.
  • rms root mean squared roughness
  • the low roughness values can be obtained, for example, by a liquid phase processing of a starting material for the
  • planarleiterstik for example, PHPS can be achieved.
  • the planarization layer can have no or very little outgassing of volatile organic compounds.
  • the inorganic glassy material may be selected from the group consisting of Si02 and SiON _-containing material-containing
  • Material includes.
  • _ Si02 containing material and “SiON-containing material” is used herein and a material to be understood hereinafter that contains largely S1O2 or SiON, depending upon the manufacturing conditions but small amounts of residues of the starting material or to further
  • Manufacturing process can arise, may contain.
  • the properties of the respective material are determined by the main constituent, S1O 2 or SiON, ie they are similar or identical to the properties of S1O 2 or SiON. This will make a barrier layer with very low
  • the encapsulation is flexible according to one embodiment. That means it is deformable. Thus, it can also be used for encapsulation in flexibly shaped components,
  • the encapsulation can be transparent. This is especially beneficial when encapsulating in
  • optoelectronic components such as OLEDs is used.
  • Planarleiterstik be structured. For example, she may have a smaller area parallel to her
  • planarization layer Surround planarization layer.
  • lateral diffusion of, for example, water or oxygen through the planarization layer can be reduced or prevented.
  • the thickness of the planarization layer may be selected from the range including 50 nm to 1.2 ym inclusive. The thickness of the planarization layer may vary depending on
  • Planarization layer for example by a UV
  • the thickness of the resulting planarization layer may be selected from the range including 50 nm to and including 500 nm, especially including 200 nm to 300 nm inclusive.
  • the thickness of the resulting planarization layer from the range
  • Planarization layer a laminate of partial layers
  • At least one sub-layer contains a polymer.
  • a partial layer containing a polymer between two partial layers the one
  • the planarization layer can have a high
  • Planarleiters slaughter a top, a bottom and side edges on and with the barrier layer on the top and / or bottom a common interface.
  • the multilayer encapsulation is arranged either with a barrier layer or with a planarization layer on an element to be encapsulated.
  • Planarleiterstik as a first layer of the encapsulation, so a barrier layer is disposed on its upper side. If a further planarization layer is arranged on the barrier layer, then this is with its underside on the
  • Planarleiterstik applied directly to an element to be encapsulated, it planarizes the surface of the element to be encapsulated and thus facilitates the application of other layers, such as the barrier layer.
  • the barrier layer can be applied particularly homogeneously.
  • the planarization layer can continue with the planarization layer
  • Planarleiters Mrs is structured and has a smaller lateral extent along its main extension direction than the barrier layer and the barrier layer, the planarization layer also surrounds laterally. As a result, lateral penetration of oxygen and / or water and / or other gases through the planarization layer can be prevented.
  • the optoelectronic component can be any organic compound specified.
  • the optoelectronic component can be any organic compound specified.
  • Electrode layer and a second electrode layer on the light-emitting layer stack have. Furthermore, the optoelectronic component can be a multilayer
  • Electrode layer is arranged. Thus, the surrounds
  • Encapsulation of the light-emitting layer stack completely and protects it from the ingress of oxygen and water.
  • the optoelectronic component may comprise further layers, for example a protective layer, which is arranged on the encapsulation and additionally protects against mechanical damage.
  • the layer sequence of the encapsulation can be so in the
  • Optoelectronic component may be arranged such that on the light-emitting layer stack side facing the encapsulation and on the light-emitting
  • Layer stack side facing away from the encapsulation each have a barrier layer or a planarization layer
  • light-emitting layer stack is meant here and below an electromagnetic radiation-emitting layer stack.
  • the optoelectronic device can emit electromagnetic radiation, which can be either in the visible or invisible range.
  • the light-emitting layer stack may, for example, be an organic functional one
  • Act layer stack This can be layers with
  • organic polymers organic oligomers, organic monomers, organic small, non-polymeric molecules ("small molecules") or combinations thereof. Furthermore, it can have at least one organic light-emitting layer. Suitable materials for the organic light-emitting layer are
  • the organic functional layer stack may further comprise a functional layer configured as a hole transport layer to allow effective hole injection into the at least one light emitting layer.
  • the organic functional layer stack may further comprise a functional layer serving as an electron transport layer
  • the layer stack can also have electron and / or hole blocking layers.
  • the fact that a layer or an element is arranged or applied "on” or “above” another layer or another element may mean here and below that the one layer or the one element directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • the optoelectronic component to be an OLED.
  • the OLED can be configured flexibly.
  • the OLED can be a Top ⁇ or bottom-emitting OLED or both sides
  • the method may be the
  • process steps can be carried out at least once in each case with alternating implementation. It can either be first a barrier layer on the encapsulated
  • Planarleiterstik can be prepared on the barrier layer or it can be made a planarization layer on the device to be encapsulated and a
  • Barrier layer can be applied to the planarization. On the last applied layer can then each again another barrier layer or
  • the "application" of a barrier layer is to be understood here and below to mean the growth of a barrier layer
  • Planarization can lead to a particularly homogeneous shaped barrier layer due to the good
  • Planarization properties of the planarization layer are described.
  • Planarizing applied a precursor material which is then cured.
  • This can be a simple Application methods combined with a fast curing process, resulting in a total of a time and
  • the method starts with
  • Encapsulated device with the steps of applying a barrier layer, and producing a
  • Process steps are carried out alternately at least once.
  • Component be encapsulated according to the above embodiments. All disclosed in connection with the device
  • Perhydropolysilazane include.
  • the precursor material may comprise a solution of PHPS.
  • the precursor material may be a 20% PHPS solution in dibutyl ether.
  • a PHPS-containing layer is cured, a planarization layer results which alone already has a low water permeability of 10 -4 g / dm 2 at a layer thickness of 200 nm.
  • Combination with the barrier layer may be the
  • an encapsulation prepared in this way is suitable for encapsulating OLEDs, which must be hermetically encapsulated because of their sensitivity to water and oxygen.
  • the precursor material can be applied by a method selected from a group including Spin Coating, Slot Die Coating, Spray Coating, Stencil Printing, Inkjet Printing and
  • Precursor material by means of slot The coating can be applied.
  • the precursor material for the slot Precursor material for the
  • the coating can avoid such shadowing effects or at least
  • the precursor material is applied in a structured manner.
  • the precursor material may be applied by a method selected from Slot Die Coating, Spray Coating, Inket Printing or
  • the precursor material be applied by means of a spray process such as spray coating. It can edge areas of the encapsulated
  • Planarleiterstik applied barrier layer also laterally surrounds the planarization layer. In this way, a possible lateral diffusion through the planarization layer can be reduced or prevented.
  • the precursor material can be cured by a method selected from a group including temperature curing and UV curing.
  • Temperature hardening can cause a temperature hardening
  • the precursor material can be cured by means of UV curing.
  • UV curing for this purpose, for example, in reduced
  • Oxygen atmosphere a UV radiation (for example, 172 nm xenon) applied to the precursor material.
  • the cure can take, for example, 1 to 3 minutes.
  • Hardened precursor material by means of UV curing, it can be formed a planarization layer containing SiON-containing material. Such a layer can be formed very dense.
  • Reaction products may also be present in minor amounts in the planarization layer.
  • the relatively short UV irradiation can prevent a component to be encapsulated from being damaged.
  • the precursor material by means of
  • Temperature hardening to be cured can be carried out at temperatures from the range including 80 ° C up to and including 200 ° C, especially at -S 90 ° C.
  • the temperature may be 80 ° C.
  • the curing by means of temperature can last from 10 minutes to 1 hour.
  • the temperature hardening can be carried out at temperatures from the range including 80 ° C up to and including 200 ° C, especially at -S 90 ° C.
  • the temperature may be 80 ° C.
  • the curing by means of temperature can last from 10 minutes to 1 hour.
  • the temperature hardening can be carried out at temperatures from the range including 80 ° C up to and including 200 ° C, especially at -S 90 ° C.
  • the temperature may be 80 ° C.
  • the curing by means of temperature can last from 10 minutes to 1 hour.
  • the temperature hardening can be carried out at temperatures from the range including 80 ° C up to and including 200 ° C, especially at -S 90 ° C.
  • the temperature may
  • a planarization layer can be formed, containing Si02 _ containing material. It is thus again
  • Precursor material in particular PHPS, or more
  • Reaction products may contain a small amount.
  • Curing at relatively low temperatures is also unproblematic for many components to be encapsulated, such as OLEDs.
  • the barrier layer may be deposited by a method selected from a group consisting of ALD (Atomic Layer Deposition), MLD (Molecular Layer Deposition), CVD
  • Barrier layer can be applied by ALD. Thus, a very homogeneous layer growth can be produced with the resulting very good barrier effect.
  • Will one Barrier layer applied with at least two sub-layers, each sub-layer can be applied by the same or different method. Furthermore, the same or different material of the barrier layer can be applied for each partial layer. Also the
  • Barrier layer can be combined with a combination of
  • Barrier layer which are applied by one or more of the methods mentioned, can metal oxides
  • Group comprising alumina, zirconia, hafnia, tantalum oxide, zinc oxide, lanthana, titania and combinations thereof.
  • Barrier layer can be applied by means of ALD on the device. This can be a first planarization layer
  • Barrier layer can be applied by ALD. Due to the very good planarization properties of PHPS or the inorganic glassy material formed therefrom, the second barrier layer grows very homogeneously. Alternatively, even to planarize the surface of the
  • Planarleiterstik be prepared under the first barrier layer. Furthermore, a planarization layer made of PHPS can be applied over the last one
  • conventional encapsulations such as a PECVD and ALD layer combination, can be improved by placing either under the PECVD layer or over the ALD layer
  • Planarization is applied.
  • a barrier layer embedded between two planarization layers can also be produced by the method.
  • the method can encapsulate a component which comprises an organic light-emitting layer stack.
  • an optoelectronic component such as, for example, an OLED having an encapsulation can be produced.
  • the OLED can be made rigid or flexible. Due to the fact that the encapsulation is transparent, the OLED can be designed to emit top, bottom or both sides.
  • Figure 1 shows the schematic side view of a
  • Figures 2 to 6 show schematic side views of
  • a layer stack 20 is arranged, which is surrounded by an encapsulation 30.
  • Layer stack 20 may be an organic
  • the optoelectronic component in FIG. 1 is, for example, an OLED, which may be formed either rigidly or flexibly.
  • FIGS. 2 to 6 Side views shown and described, wherein each embodiment shown in Figures 2 to 6 can be applied as shown in Figure 1 on a layer stack 20.
  • the encapsulations 30 shown in FIGS. 2 to 6 can be encapsulations of OLEDs, for example.
  • Figure 2 shows the schematic side view of a
  • Encapsulation 30 having a planarization layer 32, on the top and bottom of each a barrier layer 31 is arranged.
  • the planarization layer 32 in this example is a layer made of PHPS, which
  • Barrier layers 31 each contain a metal oxide.
  • the Layer thickness of the barrier layer 31 is about 50 nm.
  • the thickness of the planarization layer 32 may, depending on
  • Planarization layer 32 obtained by a UV curing process, the thickness of the resulting
  • Planarleiterstik 32 selected from the range including 50 nm up to and including 500 nm, in particular including 200 nm to 300 nm inclusive.
  • the thickness of the resulting planarization layer 32 may be selected from the range including 50 nm to 1200 nm inclusive, in particular including 800 nm to 1200 nm inclusive.
  • the barrier layers 31 can be applied, for example, by means of ALD, CVD, PECVD, sputtering or MLD. Preference is given to ALD, since a very homogeneous layer growth with the resulting very good barrier effect of the barrier layer 31 is achieved.
  • the metal oxide is
  • alumina for example, alumina, zirconia or
  • Titanium oxide If, for example, an aluminum oxide layer is produced by means of ALD, trimethylaluminum and water can be applied to the surface to be encapsulated or to the element to be encapsulated or the planarization layer already present, and Al 2 O 3 can be formed. In the production by means of MLD, an alcohol or dialcohol is used instead of water, resulting in an aluminum oxide containing organic radicals. This method is used when particularly flexible barrier layers 31 are to be produced.
  • the planarization layer 32 is produced by means of spin coating, slot die coating, spray coating or inkjet Print first PHPS, especially a 20% PHPS solution in dibutyl ether, on the surface to be encapsulated or the element to be encapsulated or in this example, the existing barrier layer 31 applied.
  • Planarization layer 32 If PHPS is cured by UV curing, a very dense SiON-containing results
  • the PHPS layer is irradiated for about 1 to 3 minutes under a reduced oxygen atmosphere with a 172 nm Xe lamp.
  • elevated temperature for example at 80 ° C in
  • the finished planarization layer 32 has a
  • FIG. 3 shows the schematic side view of a further embodiment of the encapsulation 30.
  • the arrangement of the planarization layer 32 and of the barrier layers 31 corresponds to that of FIG.
  • Planarization layer 32 is applied in a structured manner, so that the barrier layers 31 also laterally surround the planarization layer 32.
  • PHPS can be used by means of Slot Die Coating, Spray Coating, Inkjet Printing and
  • planarization layer 32 and the barrier layer 31 as well as their materials correspond to those mentioned in relation to Figure 2 production methods and materials.
  • the structured application of PHPS causes a
  • FIG. 4 shows the schematic side view of FIG
  • Encapsulations 30 which are formed multilayered.
  • Planarleiterstik 32 a further barrier layer 31, a further planarization layer 32 arranged thereon and a third planarization layer 31 formed.
  • Barrier layers 31 and planarization layers can be continued as desired, depending on the desired thickness,
  • Figure 4b shows the schematic side view of a
  • Encapsulation 30 which is constructed analogously to the encapsulation 30 shown in Figure 4A, in which case the
  • Planarleiterstiken 32 are structured so that they are also laterally surrounded by the barrier layers 31. Again, an arbitrarily long continuation of the alternately stacked barrier layers 31 and
  • Materials of the barrier layers 31 and the Planarizing layers 32 correspond to those mentioned with reference to FIG. 2 or, as regards the structured application of the planarization layers 31, of the production mentioned with reference to FIG.
  • FIG. 5 shows the schematic side view of FIG
  • encapsulation 30 provides very low water and oxygen permeability while providing mechanical protection of the encapsulated element, such as an encapsulated OLED.
  • a barrier layer 31 is on one side
  • planarization layer 32 In such an encapsulation 30, the planarization layer 32 serves as a protective layer for the barrier layer 31.
  • the planarization layer 32 is thus the outer layer of the encapsulation and can protect the encapsulation and the encapsulated device from mechanical damage. Fabrication and materials of the barrier layers 31 and the planarization layers 32 correspond to those mentioned with reference to FIG.
  • Figure 5b shows an alternative embodiment in which the lower planarization layer 31 is absent.
  • the barrier layer 31 is applied directly to, for example, an OLED and a planarization layer 32 applied thereto is used as the outer protective layer.
  • Production and materials of the barrier layers 31 and the planarization layers 32 correspond to those mentioned with reference to FIG.
  • FIG. 5c Another alternative is shown in FIG. 5c.
  • the lower planarization layer 31 is patterned so that it is applied to the barrier layer 31 applied thereon and further to the barrier layer 31
  • Planarization layer 32 is also surrounded laterally.
  • the production and materials of the barrier layers 31 and the planarization layers 32 correspond to those mentioned with reference to FIG.
  • Planarization layer 32 relates to the production mentioned in relation to FIG. With this construction, potential lateral penetration of water or oxygen through the planarization layer 32 is reduced or prevented.
  • FIG. 6 shows further exemplary embodiments of the encapsulation 30 in a schematic side view.
  • a protective layer 40 shown on a barrier layer 31, which in turn on a
  • the protective layer 40 may be an organic
  • Protective layer act or a paint on which as another scratch protection, for example, laminated plastic or
  • the protective layer 40 serves to protect the barrier layer 31 from mechanical damage
  • planarization layer 32 in this example of the encapsulation 30 has the function of planarization and thus improved adhesion for the barrier layer
  • the planarization layer 32 is structured, so that it is also laterally surrounded by the barrier layer 31.
  • this example is analogous to that shown in FIG. 6a.

Abstract

Es wird eine mehrschichtige Verkapselung aufweisend eine Schichtenfolge, die mindestens eine Barriereschicht (31) und mindestens eine Planarisierungsschicht (32) umfasst, angegeben, wobei die Barriereschicht (31) und die Planarisierungsschicht (32) zusammen eine geringere Wasserdurchlässigkeit aufweisen als die Barriereschicht (31). Es wird weiterhin ein Verfahren zur Verkapselung und ein optoelektronisches Bauelement aufweisend eine Verkapselung angegeben.

Description

Beschreibung
Mehrschichtige Verkapselung, Verfahren zur Verkapselung und optoelektronisches Bauelement
Es wird eine mehrschichtige Verkapselung, ein Verfahren zur Verkapselung eines Bauelements sowie ein optoelektronisches Bauelement, das eine mehrschichtige Verkapselung umfasst, angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Verkapselung mit verbesserten Eigenschaften anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe ist es, ein verbessertes und vereinfachtes Verfahren zur Verkapselung anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessert verkapseltes Bauelement anzugeben. Diese Aufgaben werden durch eine Verkapselung, ein Verfahren und ein Bauelement gemäß den unabhängigen
Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine
mehrschichtige Verkapselung angegeben. Unter „mehrschichtig" soll hier und im Folgenden eine Schichtenfolge verstanden werden, die mindestens zwei Schichten umfasst. Die Schichten der Schichtenfolge sind übereinander angeordnet, sodass jeweils zwei Schichten eine gemeinsame Grenzfläche parallel zu ihrer Haupterstreckungsrichtung aufweisen. Mindestens eine Schicht der Schichtenfolge kann dabei strukturiert sein, sodass nicht alle Schichten der Schichtenfolge die gleiche Fläche entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mehrschichtige
Verkapselung eine Schichtenfolge, die mindestens eine Barriereschicht und mindestens eine Planarisierungsschicht umfasst. Dabei kann entweder eine Barriereschicht oder eine Planarisierungsschicht auf der Außenseite der Verkapselung angeordnet sein. Die Außenseite der Verkapselung ist die von einem zu verkapselnden Element abgewandte Seite der
Verkapselung. Dementsprechend kann entweder eine
Barriereschicht oder eine Planarisierungsschicht auf der zu einem zu verkapselnden Element hingewandten Seite der
Verkapselung angeordnet sein. Das zu verkapselnde Element kann hier und im Folgenden ein Bauelement sein, wie
beispielsweise ein optoelektronisches Bauelement,
insbesondere eine organische Licht emittierende Diode (OLED) , welche starr oder flexibel ausgeformt sein kann. Gemäß einer Ausführungsform weisen die Barriereschicht und die Planarisierungsschicht zusammen eine geringere
Wasserdurchlässigkeit auf als die Barriereschicht. Somit weist die Planarisierungsschicht neben ihren
Planarisierungseigenschaften auch Barriereeigenschaften auf. Die Planarisierungsschicht kann bei einer Schichtdicke von 200 nm eine Durchlässigkeit für Wasser (WVTR, Water Vapor
Transition Rate) von 10-^ g/dm2 aufweisen, in Kombination mit einer Barriereschicht kann die Wasserdurchlässigkeit für solche Schichten bei weniger als 10-^ g/dm2 liegen. Eine solch geringe Wasserdurchlässigkeit ist beispielsweise notwendig für die Verkapselung OLEDs . Weiterhin kann die Planarisierungsschicht in Kombination mit der Barriereschicht eine Sauerstoffdurchlässigkeit von weniger als oder gleich 10_6cm3/m2d aufweisen, was ebenfalls vorteilhaft für die
Verkapselung von OLEDs ist.
Somit ist die Verkapselung für die Verwendung in OLEDs geeignet. Durch den geringen WVTR-Wert der Verkapslung werden die organischen Schichten einer OLED zuverlässig vor Wasser- und Sauerstoffdegradation geschützt, was insbesondere für den Automotive-Einsatz von OLEDs relevant ist. Gemäß einer Ausführungsform wird eine mehrschichtige
Verkapselung angegeben, die eine Schichtenfolge aufweist, die mindestens eine Barriereschicht und mindestens eine
Planarisierungsschicht umfasst und die Barriereschicht und die Planarisierungsschicht zusammen eine geringere
Wasserdurchlässigkeit aufweisen als die Barriereschicht.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Barriereschicht anorganisches Material. Insbesondere kann die Barriereschicht ein Metalloxid enthalten. Das Metalloxid kann aus einer
Gruppe ausgewählt sein, die Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid,
Hafniumoxid, Tantaloxid, Zinkoxid, Lanthanoxid, Titanoxid und Kombinationen daraus umfasst. Die Barriereschicht kann mindestens zwei Teilschichten umfassen, wobei jede
Teilschicht ein Metalloxid umfasst. Die Metalloxide der
Teilschichten können voneinander verschieden sein. Die
Teilschichten der Barriereschicht können somit ein
Mehrlagenlaminat bzw. Nanolaminat bilden. Bevorzugt enthält die Barriereschicht Aluminiumoxid. Die Dicke der
Barriereschicht kann bei einschließlich 10 nm bis
einschließlich 300 nm, insbesondere bei einschließlich 30 nm bis einschließlich 100 nm, bevorzugt bei einschließlich 40 nm bis einschließlich 60 nm, beispielsweise bei 50 nm liegen. Anorganisches Material, insbesondere Metalloxide, weisen niedrige Wasser- und Gasdurchlässigkeiten, insbesondere sehr niedrige Gasdurchlässigkeiten auf, und sind somit gut für die Verwendung in einer Barriereschicht geeignet. Beispielsweise können die Gas- und/oder Wasserdurchlässigkeit der
Barriereschicht, unter günstigen Bedingungen, weniger als 10" 6cm3/m2d bei einer Schichtdicke von > 50 nm sein. Besonders niedrige Wasser- und Gasdurchlässigkeiten der Barriereschicht werden insbesondere erreicht, wenn die Barriereschicht auf planaren, defektfreien Oberflächen mit möglichst gleichen Eigenschaften, wie beispielsweise thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aufgebracht ist. Eine solche
Oberfläche kann durch die Planarisierungsschicht
bereitgestellt werden, die sehr gute
Planarisierungseigenschaften aufweist und auch Partikel überformen kann. Weiterhin lassen sich Metalloxide zur
Herstellung der Barriereschicht vergleichsweise einfach, beispielsweise mittels Atomlagenabscheidung (ALD) aufbringen.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Barriereschicht anorganisches Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die SiN, Si02, SiC oder Kombinationen daraus umfasst. Diese Materialien können beispielsweise mittels CVD (Chemical Vapor Deposition) aufgebracht sein. Die Barriereschicht kann mindestens zwei Teilschichten umfassen, wobei eine
Teilschicht ein Metalloxid und eine Teilschicht eines aus SiN, S1O2 oder SiC umfasst. Die Barriereschicht kann somit ein Mehrlagenlamit aus Metalloxid-Teilschichten und SiN-, S1O2- oder SiC-haltigen Teilschichten bilden. Gemäß einer Ausführungsform enthält die
Planarisierungsschicht ein anorganisches glasartiges
Material. Unter "glasartig" soll ein amorphes Material verstanden werden, das beispielsweise mittels eines
Aushärtungsprozesses erhalten wird. Insbesondere kann das glasartige Material aus Perhydropolysilazan (PHPS) erhalten werden. Die Planarisierungsschicht kann eine Rauigkeit (root mean squared roughness, rms) aufweisen, die aus dem Bereich < 200 nm, insbesondere < 50 nm, bevorzugt < 10 nm gewählt ist. Damit weist die Planarisierungsschicht besonders gute
Planarisierungseigenschaften auf und eignet sich somit beispielsweise als Oberfläche für eine Barriereschicht. Die geringen Rauigkeitswerte können beispielsweise durch eine Flüssigphasenprozessierung eines Ausgangsmaterials für die
Planarisierungsschicht, beispielsweise PHPS, erreicht werden. Neben ihrer geringen Durchlässigkeit für Wasser kann die Planarisierungsschicht kein oder nur sehr geringes Ausgasen von flüchtigen organischen Verbindungen aufweisen.
Das anorganische glasartige Material kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Si02_haltiges Material und SiON-haltiges
Material umfasst. Unter „Si02_haltiges Material" und „SiON- haltiges Material" soll hier und im Folgenden ein Material verstanden werden, das weitgehend S1O2 beziehungsweise SiON enthält, je nach Herstellungsbedingung aber auch geringe Mengen an Resten des Ausgangsmaterials oder an weiteren
Reaktionsprodukten des Ausgangsmaterials, die durch den
Herstellungsprozess entstehen können, enthalten kann. Die Eigenschaften des jeweiligen Materials sind aber von dem Hauptbestandteil, S1O2 bzw. SiON bestimmt, sind also den Eigenschaften von S1O2 bzw. SiON ähnlich oder mit ihnen identisch . Damit wird eine Barriereschicht mit sehr niedriger
Gasdurchlässigkeit mit einer Planarisierungsschicht mit sehr niedriger Wasserdurchlässigkeit in der Verkapslung
kombiniert. Damit kann ein WVTR-Wert der Verkapselung erzielt werden, der für die Verwendung in OLEDs geeignet ist.
Weiterhin können möglicherweise vorhandene Pinholes in der
Barriereschicht, die im Bereich von und um Partikel entstehen können, von der Planarisierungsschicht entkoppelt bzw. die Partikel überformt und somit abgedichtet werden. Die Verkapselung ist gemäß einer Ausführungsform flexibel. Das bedeutet, sie ist verformbar. Somit kann sie auch zur Verkapslung in flexibel ausgeformten Bauelementen,
beispielsweise flexiblen OLEDs eingesetzt werden.
Weiterhin kann die Verkapselung transparent sein. Das ist besonders vorteilhaft, wenn die Verkapselung in
optoelektronischen Bauelementen, beispielsweise OLEDs eingesetzt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die
Planarisierungsschicht strukturiert sein. Beispielsweise kann sie eine geringere Fläche parallel zu ihrer
Haupterstreckungsrichtung aufweisen als die Barriereschicht, sodass die Barriereschicht auch Seitenränder der
Planarisierungsschicht umgibt. Damit kann auch eine laterale Diffusion von beispielsweise Wasser oder Sauerstoff durch die Planarisierungsschicht hindurch reduziert oder verhindert werden .
Die Dicke der Planarisierungsschicht kann aus dem Bereich einschließlich 50 nm bis einschließlich 1,2 ym ausgewählt sein. Die Dicke der Planarisierungsschicht kann je nach
Herstellungsverfahren unterschiedlich sein. Wird die
Planarisierungsschicht beispielsweise durch einen UV-
Härtungsprozess erhalten, kann die Dicke der resultierenden Planarisierungsschicht aus dem Bereich einschließlich 50 nm bis einschließlich 500 nm, insbesondere einschließlich 200 nm bis einschließlich 300 nm ausgewählt sein. Wird die
Planarisierungsschicht beispielsweise durch einen
Temperaturhärtungsprozess erhalten, kann die Dicke der resultierenden Planarisierungsschicht aus dem Bereich
einschließlich 50 nm bis einschließlich 1200 nm, insbesondere einschließlich 800 nm bis einschließlich 1200 nm ausgewählt sein .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die
Planarisierungsschicht ein Laminat aus Teilschichten
umfassen, wobei mindestens eine Teilschicht ein Polymer enthält. Beispielsweise kann eine ein Polymer enthaltende Teilschicht zwischen zwei Teilschichten, die ein
anorganisches glasartiges Material enthalten, angeordnet sein. Damit kann die Planarisierungsschicht eine hohe
Biegbarkeit aufweisen, was beispielsweise eine verbesserte Verkapselung von flexiblen OLEDs ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Planarisierungsschicht eine Oberseite, eine Unterseite und Seitenränder auf und mit der Barriereschicht an der Ober- und/oder Unterseite eine gemeinsame Grenzfläche. Das
bedeutet, dass die mehrschichtige Verkapselung entweder mit einer Barriereschicht oder mit einer Planarisierungsschicht auf einem zu verkapselnden Element angeordnet ist.
Befindet sich auf einem zu verkapselnden Element eine
Planarisierungsschicht als erste Schicht der Verkapselung, so ist auf ihrer Oberseite eine Barriereschicht angeordnet. Ist auf der Barriereschicht eine weitere Planarisierungsschicht angeordnet, so ist diese mit ihrer Unterseite auf der
Barriereschicht angeordnet.
Ist eine Planarisierungsschicht als oberste Schicht, also auf der von einem zu verkapselnden Element abgewandten Seite der Verkapselung angeordnet, kommt neben ihren Planarisierungs¬ und Barriereeigenschaften auch die Eigenschaft vor
mechanischer Beschädigung zu schützen zum Tragen. Somit ist die Verkapselung besonders robust ausgestaltet. Ist die
Planarisierungsschicht direkt auf einem zu verkapselnden Element aufgebracht, planarisiert sie die Oberfläche des zu verkapselnden Elements und erleichtert somit das Aufbringen weiterer Schichten, beispielsweise der Barriereschicht.
Aufgrund der sehr guten Planarisierungseigenschaften der Planarisierungsschicht kann die Barriereschicht besonders homogen aufgebracht werden. Die Planarisierungsschicht kann weiterhin mit der
Barriereschicht an den Seitenrändern eine gemeinsame
Grenzfläche aufweisen. Das bedeutet, dass die
Planarisierungsschicht strukturiert ist und eine geringere laterale Ausdehnung entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung aufweist als die Barriereschicht und die Barriereschicht die Planarisierungsschicht auch seitlich umgibt. Dadurch kann ein seitliches Eindringen von Sauerstoff und/oder Wasser und/oder sonstige Gase durch die Planarisierungsschicht hindurch verhindert werden.
Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement
angegeben. Das optoelektronische Bauelement kann ein
Substrat, eine erste Elektrodenschicht auf dem Substrat, einen lichtemittierenden Schichtenstapel auf der ersten
Elektrodenschicht und eine zweite Elektrodenschicht auf dem lichtemittierenden Schichtenstapel aufweisen. Weiterhin kann das optoelektronische Bauelement eine mehrschichtige
Verkapselung gemäß den oben genannten Ausführungen aufweisen, die auf der zweiten Elektrodenschicht und seitlich des lichtemittierenden Schichtenstapels und der ersten
Elektrodenschicht angeordnet ist. Somit umgibt die
Verkapselung den lichtemittierenden Schichtenstapel vollständig und schützt ihn vor dem Eindringen von Sauerstoff und Wasser.
Das bedeutet, sämtliche in Verbindung mit der Verkapselung offenbarte Merkmale sind auch für das optoelektronische
Bauelement offenbart und umgekehrt.
Das optoelektronische Bauelement kann weitere Schichten umfassen, beispielsweise eine Schutzschicht, die auf der Verkapselung angeordnet ist und zusätzlich vor mechanischer Beschädigung schützt.
Die Schichtenfolge der Verkapselung kann so in dem
optoelektronischen Bauelement angeordnet sein, dass auf der dem lichtemittierenden Schichtenstapel zugewandten Seite der Verkapselung und auf der von dem lichtemittierenden
Schichtenstapel abgewandten Seite der Verkapselung jeweils eine Barriereschicht oder eine Planarisierungsschicht
angeordnet ist.
Unter "lichtemittierendem Schichtenstapel" ist hier und im Folgenden ein elektromagnetische Strahlung emittierender Schichtenstapel gemeint. Somit kann das optoelektronische Bauelement elektromagnetische Strahlung emittieren, welche entweder im sichtbaren oder im unsichtbaren Bereich liegen kann .
Bei dem lichtemittierenden Schichtenstapel kann es sich beispielsweise um einen organischen funktionellen
Schichtenstapel handeln. Dieser kann Schichten mit
organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen, nicht-polymeren Molekülen („small molecules") oder Kombinationen daraus aufweisen. Weiterhin kann er zumindest eine organische Licht emittierende Schicht aufweisen. Als Materialien für die organische Licht emittierende Schicht eignen sich
Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von
Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen. Der organische funktionelle Schichtenstapel kann weiterhin eine funktionelle Schicht aufweisen, die als Lochtransportschicht ausgeführt ist, um eine effektive Löcherinjektion in die zumindest eine Licht emittierende Schicht zu ermöglichen. Der organische funktionelle Schichtenstapel kann weiterhin eine funktionelle Schicht aufweisen, die als Elektronentransportschicht
ausgebildet ist. Darüber hinaus kann der Schichtenstapel auch Elektronen- und/oder Löcherblockierschichten aufweisen. Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente
zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das
optoelektronische Bauelement eine OLED sein. Die OLED kann flexibel ausgestaltet sein. Weiterhin kann die OLED eine Top¬ oder Bottom-emittierende OLED sein oder auch beidseitig
Strahlung emittierend ausgestaltet sein. Durch die Verkapselung sind die Wasser- und Sauerstoffempfindlichen organischen Schichten der OLED besonders gut geschützt.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Verkapselung eines
Bauelements angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren die
Verfahrensschritte, Aufbringen einer Barriereschicht und Herstellung einer Planarisierungsschicht aufweisen. Die
Verfahrensschritte können in der genannten oder in
umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Weiterhin können die Verfahrensschritte bei abwechselnder Durchführung jeweils mindestens einmal durchgeführt werden. Es kann entweder zuerst eine Barriereschicht auf dem zu verkapselnden
Bauelement aufgebracht werden und dann eine
Planarisierungsschicht auf der Barriereschicht hergestellt werden oder es kann eine Planarisierungsschicht auf dem zu verkapselnden Bauelement hergestellt werden und eine
Barriereschicht auf der Planarisierungsschicht aufgebracht werden. Auf die zuletzt aufgebrachte Schicht kann dann jeweils wieder eine weitere Barriereschicht bzw.
Planarisierungsschicht aufgebracht werden.
Unter dem „Aufbringen" einer Barriereschicht soll hier und im Folgenden das Aufwachsen einer Barriereschicht verstanden werden. Das Aufwachsen einer Barriereschicht auf einer
Planarisierungsschicht kann dabei zu einer besonders homogen ausgeformten Barriereschicht führen aufgrund der guten
Planarisierungseigenschaften der Planarisierungsschicht.
Gemäß einer Ausführungsform wird zur Her Stellung der
Planarisierungsschicht ein Vorläufermaterial aufgebracht, das anschließend gehärtet wird. Damit kann ein einfaches Aufbringungsverfahren mit einem schnellen Härtungsprozess kombiniert werden, was insgesamt zu einem zeit- und
kostensparenden Verfahren führt. Gemäß einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren ein
Bauelement verkapselt, mit den Schritten Aufbringen einer Barriereschicht, und Herstellung einer
Planarisierungsschicht, wobei zur Herstellung der
Planarisierungsschicht ein Vorläufermaterial aufgebracht wird, das anschließend gehärtet wird, und wobei die
Verfahrensschritte jeweils mindestens einmal abwechselnd durchgeführt werden.
Mit dem Verfahren kann ein Bauelement mit einer Verkapselung gemäß den obigen Ausführungen herstellt werden. Sämtliche in
Verbindung mit der Verkapselung offenbarten Merkmale sind somit auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Weiterhin kann mit dem Verfahren ein optoelektronisches
Bauelement gemäß den obigen Ausführungen verkapselt werden. Sämtliche in Verbindung mit dem Bauelement offenbarten
Merkmale sind somit auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt .
Gemäß einer Ausführungsform kann das Vorläufermaterial
Perhydropolysilazan (PHPS) umfassen. Insbesondere kann das Vorläufermaterial eine Lösung von PHPS umfassen.
Beispielsweise kann das Vorläufermaterial eine 20 %ige PHPS- Lösung in Dibuthylether sein. Wird eine PHPS enthaltende Schicht gehärtet, resultiert eine Planarisierungsschicht, die alleine schon eine geringe Wasserdurchlässigkeit von 10-^ g/dm^ bei einer Schichtdicke von 200 nm aufweist. In
Kombination mit der Barriereschicht kann die
Wasserdurchlässigkeit weniger als oder gleich 10-^ g/dm^ sein. Damit eignet sich eine so hergestellte Verkapselung für eine Verkapselung von OLEDs, die wegen ihrer Wasser- und Sauerstoffempfindlichkeit hermetisch verkapselt werden müssen .
Gemäß einer Ausführungsform kann das Vorläufermaterial mittels eines Verfahrens aufgebracht werden, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Spin Coating, Slot Die Coating, Spray Coating, Schablonendruck, Inkjet Drucken und
Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere kann das
Vorläufermaterial mittels Slot Die Coating aufgebracht werden. Damit kann das Vorläufermaterial für die
Planarisierungsschicht mittels eines günstigen und schnellen Prozesses aufgebracht werden. Durch die Aufbringung des Vorläufermaterials, insbesondere PHPS oder eine PHPS-Lösung mittels Slot Die Coating erhält man prozessbedingt eine sehr gleichmäßige Umformung von möglicherweise vorhandenen
Partikeln beziehungsweise von Oberflächen mit einer gewissen Topologie, auf die das Vorläufermaterial aufgebracht wird. Herkömmliche anorganische Pufferschichten, die beispielsweise mittels CVD-Verfahren aufgebracht werden, weisen im Bereich von Partikeln oder Topologien dünnere Schichtdicken infolge von Abschattungseffekten auf. Durch die Aufbringung von PHPS oder einer PHPS-Lösung mittels eines der oben genannten
Verfahren, insbesondere mittels Slot Die Coating können solche Abschattungseffekte vermieden oder zumindest
verringert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Vorläufermaterial strukturiert aufgebracht. Dazu kann das Vorläufermaterial mit einem Verfahren aufgebracht werden, das ausgewählt ist aus Slot Die Coating, Spray Coating, Inket Drucken oder
Schablonendruck. Insbesondere kann das Vorläufermaterial mittels eines Sprühverfahrens wie Spray Coating aufgebracht werden. Es können Randbereiche des zu verkapselnden
Bauelements beziehungsweise der dort bereits aufgebrachten Barriereschicht freigelassen werden, sodass die
Barriereschicht oder eine weitere auf die
Planarisierungsschicht aufgebrachte Barriereschicht die Planarisierungsschicht auch seitlich umgibt. Damit kann eine mögliche laterale Diffusion durch die Planarisierungsschicht hindurch reduziert beziehungsweise verhindert werden.
Weiterhin kann das Vorläufermaterial mit einer Methode gehärtet werden, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Temperaturhärtung und UV-Härtung umfasst. Die
Temperaturhärtung kann eine Temperaturhärtung unter
Wasserdampfatmosphäre umfassen. Beide Härtungsmethoden sind unproblematisch für das zu verkapselnde Bauelement.
Das Vorläufermaterial kann mittels UV-Härtung gehärtet werden. Dazu wird beispielsweise in reduzierter
Sauerstoffatmosphäre eine UV-Strahlung (beispielsweise 172 nm Xenon) auf das Vorläufermaterial angewandt. Die Härtung kann beispielsweise 1 bis 3 Minuten dauern. Wird das
Vorläufermaterial mittels UV-Härtung gehärtet, kann dabei eine Planarisierungsschicht gebildet werden, die SiON- haltiges Material enthält. Eine solche Schicht kann sehr dicht ausgeformt sein. Durch die UV-Bestrahlung wird
beispielsweise aus PHPS ein anorganisches glasartiges
Material gebildet, das hauptsächlich SiON enthält. Reste von PHPS oder andere durch die Bestrahlung erzeugten
Reaktionsprodukte können in geringen Mengen ebenfalls in der Planarisierungsschicht enthalten sein. Durch die relativ kurze UV-Bestrahlung kann verhindert werden, dass ein zu verkapselndes Bauelement geschädigt wird. Weiterhin kann das Vorläufermaterial mittels
Temperaturhärtung gehärtet werden. Die Temperaturhärtung kann bei Temperaturen aus dem Bereich einschließlich 80°C bis einschließlich 200°C, insbesondere bei -S 90°C durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Temperatur 80°C betragen. Die Härtung mittels Temperatur kann 10 Minuten bis 1 Stunde dauern. Weiterhin kann die Temperaturhärtung unter
Wasserdampfatmosphäre stattfinden. Die Durchführung unter Wasserdampf ermöglicht eine Härtung bei besonders niedrigen Temperaturen, wie beispielsweise 80°C. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen ist keine Schädigung des zu
verkapselnden Elements zu erwarten. Wird das
Vorläufermaterial mittels Temperaturhärtung gehärtet, kann eine Planarisierungsschicht gebildet werden, die Si02_ haltiges Material enthält. Es wird somit wieder ein
glasartiges Material gebildet, das neben S1O2 Reste des
Vorläufermaterials, insbesondere PHPS, oder weitere
Reaktionsprodukte in geringem Maße enthalten kann. Die
Härtung mit relativ niedrigen Temperaturen ist ebenfalls unproblematisch für viele zu verkapselnde Bauelemente wie beispielsweise OLEDs .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Barriereschicht mit einer Methode aufgebracht werden, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ALD (Atomlagenabscheidung, „Atomic Layer Deposition") , MLD (Molecular Layer Deposition) , CVD
(Chemische Gasphasenabscheidung, Chemical Vapor Deposition) , PECVD (Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) , Sputtern und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere kann die
Barriereschicht mittels ALD aufgebracht werden. Damit kann ein sehr homogenes Schichtwachstum mit daraus resultierender sehr guter Barrierewirkung hergestellt werden. Wird eine Barriereschicht mit mindestens zwei Teilschichten aufgebracht, kann jede Teilschicht mit der gleichen oder unterschiedlichen Methode aufgebracht werden. Weiterhin kann für jede Teilschicht gleiches oder unterschiedliches Material der Barriereschicht aufgebracht werden. Auch die
Barriereschicht oder eine einzelne Teilschicht der
Barriereschicht kann mit einer Kombination von
Aufbringungsmethoden und/oder mit einer Kombination an
Materialien hergestellt werden. Die Materialien der
Barriereschicht, die mit einer oder mehreren der genannten Methoden aufgebracht werden, können dabei Metalloxide
umfassen. Insbesondere können die Metalloxide aus einer
Gruppe ausgewählt sein, die Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Zinkoxid, Lanthanoxid, Titanoxid und Kombinationen daraus umfasst.
In dem Verfahren kann somit beispielsweise eine erste
Barriereschicht mittels ALD auf dem Bauelement aufgebracht werden. Darauf kann eine erste Planarisierungsschicht
hergestellt werden, indem PHPS mittels beispielsweise Slot Die Coating aufgebracht und mittels Temperaturhärtung oder UV-Härtung gehärtet wird. Auf das so erhaltene anorganische glasartige Material kann beispielsweise eine zweite
Barriereschicht mittels ALD aufgebracht werden. Durch die sehr guten Planarisierungseigenschaften von PHPS bzw. dem daraus gebildeten anorganischen glasartigen Material wächst die zweite Barriereschicht sehr homogen auf. Alternativ kann auch schon zur Planarisierung der Oberfläche des zu
verkapselnden Bauelements eine aus PHPS hergestellte
Planarisierungsschicht unter der ersten Barriereschicht hergestellt werden. Weiterhin kann eine aus PHPS hergestellte Planarisierungsschicht über der letzten aufgebrachten
Barriereschicht als zusätzlicher Schutz vor mechanischen Beschädigungen hergestellt werden. Weiterhin können
herkömmliche Verkapselungen, wie beispielsweise eine PECVD- und ALD-Schichtkombination verbessert werden, indem entweder unter die PECVD-Schicht oder über die ALD-Schicht eine
Planarisierungsschicht aufgebracht wird. Auch eine zwischen zwei Planarisierungsschichten eingebettete Barriereschicht kann mit dem Verfahren hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann mit dem Verfahren ein Bauelement verkapselt werden, das einen organischen lichtemittierenden Schichtenstapel umfasst. Somit kann mittels des Verfahrens ein optoelektronisches Bauelement wie beispielsweise eine OLED, das eine Verkapselung aufweist, hergestellt werden. Die OLED kann dabei starr oder flexibel ausgeführt sein. Dadurch, dass die Verkapselung transparent ist, kann die OLED Top-, Bottom- oder beidseitig emittierend ausgeführt sein.
Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele werden im Folgenden in Bezug auf die Figuren erläutert.
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements, Figuren 2 bis 6 zeigen schematische Seitenansichten von
Verkapselungen gemäß verschiedenen
Ausführungsformen,
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Auf dem Substrat 10 ist ein Schichtenstapel 20 angeordnet, der von einer Verkapselung 30 umgeben ist. Bei dem
Schichtenstapel 20 kann es sich um einen organischen
lichtemittierenden Schichtenstapel handeln. Nicht explizit gezeigt sind die erste und zweite Elektrodenschicht, welche unter bzw. über dem lichtemittierenden Schichtenstapel 20 angeordnet sind und mit welchen der Schichtenstapel 20 elektrisch kontaktierbar ist. Die Verkapselung 30 ist auf dem Schichtenstapel 20 und seitlich des Schichtenstapels 20 angeordnet und schließt zusammen mit dem Substrat 10 den Schichtenstapel 20 ein. Bei dem optoelektronischen Bauelement in Figur 1 handelt es sich beispielsweise um eine OLED, die entweder starr oder flexibel ausgeformt sein kann.
Im Folgenden wird die Verkapselung 30 in schematischen
Seitenansichten gezeigt und beschrieben, wobei jedes in den Figuren 2 bis 6 gezeigte Ausführungsbeispiel so wie in Figur 1 gezeigt auf einem Schichtenstapel 20 aufgebracht sein kann. Die in den Figuren 2 bis 6 gezeigten Verkapselungen 30 können beispielsweise Verkapselungen von OLEDs sein.
Figur 2 zeigt die schematische Seitenansicht einer
Verkapselung 30, die eine Planarisierungsschicht 32 aufweist, auf deren Ober- und Unterseite jeweils eine Barriereschicht 31 angeordnet ist. Die Planarisierungsschicht 32 ist in diesem Beispiel eine aus PHPS hergestellte Schicht, die
Barriereschichten 31 enthalten jeweils ein Metalloxid. Die Schichtdicke der Barriereschicht 31 beträgt etwa 50 nm. Die Dicke der Planarisierungsschicht 32 kann je nach
Herstellungsverfahren unterschiedlich sein. Wird die
Planarisierungsschicht 32 durch einen UV-Härtungsprozess erhalten, ist die Dicke der resultierenden
Planarisierungsschicht 32 aus dem Bereich einschließlich 50 nm bis einschließlich 500 nm, insbesondere einschließlich 200 nm bis einschließlich 300 nm ausgewählt. Wird die
Planarisierungsschicht 32 durch einen
Temperaturhärtungsprozess erhalten, kann die Dicke der resultierenden Planarisierungsschicht 32 aus dem Bereich einschließlich 50 nm bis einschließlich 1200 nm, insbesondere einschließlich 800 nm bis einschließlich 1200 nm ausgewählt sein .
Die Barriereschichten 31 können beispielsweise mittels ALD, CVD, PECVD, Sputtern oder MLD aufgebracht werden. Bevorzugt ist ALD, da ein sehr homogenes Schichtwachstum mit daraus resultierender sehr guter Barrierewirkung der Barriereschicht 31 erzielt wird. Bei dem Metalloxid handelt es sich
beispielsweise um Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder
Titanoxid. Wird beispielsweise eine Aluminiumoxidschicht mittels ALD hergestellt, kann Trimethylaluminium und Wasser auf die zu verkapselnde Oberfläche bzw. das zu verkapselnde Element bzw. die bereits vorhandene Planarisierungsschicht aufgebracht und AI2O3 gebildet werden. Bei der Herstellung mittels MLD wird statt Wasser ein Alkohol oder Dialkohol eingesetzt, was zu einem Aluminiumoxid, das organische Reste enthält, führt. Diese Methode wird eingesetzt, wenn besonders flexible Barriereschichten 31 hergestellt werden sollen.
Zur Herstellung der Planarisierungsschicht 32 wird mittels Spin Coating, Slot Die Coating, Spray Coating oder Inkjet Drucken zunächst PHPS, insbesondere eine 20%ige PHPS Lösung in Dibuthylether, auf die zu verkapselnde Oberfläche bzw. das zu verkapselnde Element bzw. in diesem Beispiel die bereits vorhandene Barriereschicht 31 aufgebracht.
Je nach Aushärtebedingungen der sich anschließenden
Aushärtung des PHPS ergeben sich verschiedene
Materialeigenschaften der resultierenden
Planarisierungsschicht 32. Wird PHPS mittels UV-Härtung gehärtet, ergibt sich eine sehr dichte SiON-haltige
Planarisierungsschicht 32. Dazu wird die PHPS-Schicht für etwa 1 bis 3 Minuten unter reduzierter Sauerstoffatmosphäre mit einer 172 nm Xe Lampe bestrahlt. Bei einer Härtung mittels erhöhter Temperatur, beispielsweise bei 80°C in
Wasserdampfatmosphäre für 10 Minuten bis einer Stunde wird eine dichte Si02_haltige Planarisierungsschicht 32 gebildet.
Die fertiggestellte Planarisierungsschicht 32 hat eine
Wasserdurchlässigkeit von 10"4 g/dm2 für 200 nm Schichtdicke, zusammen mit den Barriereschichten 31 hat die Verkapselung 30 eine Wasserdurchlässigkeit von weniger als 10~6 g/dm2.
Figur 3 zeigt die schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Verkapselung 30. Die Anordnung der Planarisierungsschicht 32 und der Barriereschichten 31 entspricht derjenigen aus Figur 2, wobei die
Planarisierungsschicht 32 strukturiert aufgebracht ist, sodass die Barriereschichten 31 die Planarisierungsschicht 32 auch seitlich umgeben. Um eine solche Strukturierung der Planarisierungsschicht 32 zu erhalten, kann PHPS mittels Slot Die Coating, Spray Coating, Inkjet Drucken und
Schablonendruck aufgebracht werden. Die weitere Herstellung der Planarisierungsschicht 32 und der Barriereschicht 31 sowie deren Materialien entsprechen denjenigen in Bezug auf Figur 2 genannten Herstellungsmethoden und Materialien.
Die strukturierte Aufbringung von PHPS bewirkt eine
Verkapselung 30, welche auch lateral eine Diffusion von
Wasser oder Sauerstoff durch Seitenränder der
Planarisierungsschicht 32 reduziert bzw. verhindert.
Figur 4 zeigt die schematische Seitenansicht von
Verkapselungen 30, welche vielschichtig ausgeformt sind.
In Figur 4a ist die Verkapselung 30 aus einer ersten
Barriereschicht 31, einer darauf angeordneten
Planarisierungsschicht 32, einer weiteren Barriereschicht 31, einer darauf angeordneten weiteren Planarisierungsschicht 32 und einer dritten Planarisierungsschicht 31 gebildet.
Herstellung und Materialien der Barriereschichten 31 und der Planarisierungsschichten 32 entsprechen den in Bezug auf Figur 2 genannten. Die abwechselnde Anordnung von
Barriereschichten 31 und Planarisierungsschichten kann beliebig fortgesetzt werden, je nach gewünschter Dicke,
Flexibilität und Wasser-, Sauerstoff- und sonstige
Gasdurchlässigkeit der Verkapselung. Figur 4b zeigt die schematische Seitenansicht einer
Verkapselung 30, die analog zu der in Figur 4A gezeigten Verkapselung 30 aufgebaut ist, wobei hier die
Planarisierungsschichten 32 strukturiert sind, sodass sie auch seitlich von den Barriereschichten 31 umgeben sind. Auch hier ist eine beliebig lange Fortsetzung der abwechselnd aufeinander gestapelten Barriereschichten 31 und
Planarisierungsschichten 32 denkbar. Herstellung und
Materialien der Barriereschichten 31 und der Planarisierungsschichten 32 entsprechen den in Bezug auf Figur 2 genannten bzw., was die strukturierte Aufbringung der Planarisierungsschichten 31 betrifft, der Herstellung, die in Bezug auf Figur 3 genannt wird.
Figur 5 zeigt die schematische Seitenansicht von
Ausführungsbeispielen von Verkapselungen 30, bei denen die Planarisierungsschicht 32 auch als Schutzschicht für die Barriereschicht 31 dient. In diesen Ausführungsbeispielen werden mit der Verkapselung 30 eine sehr niedrige Wasser- und Sauerstoffdurchlässigkeit und gleichzeitig ein mechanischer Schutz des verkapselten Elements, beispielsweise einer verkapselten OLED gewährt. In Figur 5a ist dazu eine Barriereschicht 31 auf einer
Planarisierungsschicht 32 angeordnet und auf der
Barriereschicht 31 wiederum eine weitere
Planarisierungsschicht 32. In einer solchen Verkapselung 30 dient die Planarisierungsschicht 32 als Schutzschicht für die Barriereschicht 31. Die Planarisierungsschicht 32 ist somit die äußere Schicht der Verkapselung und kann die Verkapselung und das verkapselte Bauelement vor mechanischer Beschädigung schützen. Herstellung und Materialien der Barriereschichten 31 und der Planarisierungsschichten 32 entsprechen den in Bezug auf Figur 2 genannten.
Figur 5b zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, in dem die untere Planarisierungsschicht 31 nicht vorhanden ist. Das bedeutet, dass die Barriereschicht 31 direkt beispielsweise auf einer OLED aufgebracht wird und eine darauf aufgebrachte Planarisierungsschicht 32 als äußere Schutzschicht verwendet wird. Herstellung und Materialien der Barriereschichten 31 und der Planarisierungsschichten 32 entsprechen den in Bezug auf Figur 2 genannten.
Eine weitere Alternative ist in Figur 5c gezeigt. Hier ist die untere Planarisierungsschicht 31 strukturiert, sodass sie von der darauf aufgebrachten Barriereschicht 31 und der weiteren, auf der Barriereschicht 31 aufgebrachten
Planarisierungsschicht 32 auch seitlich umgeben ist.
Herstellung und Materialien der Barriereschichten 31 und der Planarisierungsschichten 32 entsprechen den in Bezug auf Figur 2 genannten, bzw. was die Strukturierung der
Planarisierungsschicht 32 betrifft der in Bezug auf Figur 3 genannten Herstellung. Mit diesem Aufbau wird potentielles seitliches Eindringen von Wasser oder Sauerstoff durch die Planarisierungsschicht 32 hindurch vermindert beziehungsweise verhindert .
Figur 6 zeigt weitere Ausführungsbeispiele der Verkapselung 30 in einer schematischen Seitenansicht. Hier ist jeweils eine weitere Schicht, eine Schutzschicht 40, gezeigt, die auf einer Barriereschicht 31, welche wiederum auf einer
Planarisierungsschicht 32 aufgebracht ist, vorhanden ist. Bei der Schutzschicht 40 kann es sich um eine organische
Schutzschicht handeln oder einen Lack, auf der als weiterer Kratzschutz beispielsweise laminierte Plastik- oder
Metallfolien aufgebracht sind. Die Schutzschicht 40 dient als Schutz der Barriereschicht 31 vor mechanischen
Beschädigungen. Die Planarisierungsschicht 32 hat in diesem Beispiel der Verkapselung 30 die Funktion zur Planarisierung und damit zur verbesserten Haftung für die Barriereschicht
31. Herstellung und Materialien der Barriereschichten 31 und der Planarisierungsschichten 32 entsprechen den in Bezug auf Figur 2 genannten. In Figur 6b ist die Planarisierungsschicht 32 strukturiert, sodass sie auch seitlich von der Barriereschicht 31 umgeben ist. Im Übrigen ist dieses Beispiel analog zu dem in Figur 6a gezeigten .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 106 846.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
10 Substrat
20 Schichtenstapel
30 Verkapselung
31 Barriereschicht
32 Planarisierungsschicht 40 Schutzschicht

Claims

Patentansprüche
1. Mehrschichtige Verkapselung aufweisend eine
Schichtenfolge, die mindestens eine Barriereschicht (31) und mindestens eine Planarisierungsschicht (32) umfasst und die Barriereschicht (31) und die
Planarisierungsschicht (32) zusammen eine geringere Wasserdurchlässigkeit aufweisen als die Barriereschicht (31) .
2. Mehrschichtige Verkapselung nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei die Barriereschicht (31) ein Metalloxid enthält . 3. Mehrschichtige Verkapselung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planarisierungsschicht (32) ein anorganisches glasartiges Material enthält.
4. Mehrschichtige Verkapselung nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei das anorganische glasartige Material ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Si02~haltiges
Material und SiON-haltiges Material umfasst.
5. Mehrschichtige Verkapselung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planarisierungsschicht eine
Rauigkeit aufweist, die aus dem Bereich < 200 nm gewählt ist .
6. Mehrschichtige Verkapselung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planarisierungsschicht (32)
strukturiert ist.
7. Mehrschichtige Verkapselung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planarisierungsschicht (32) eine Oberseite, eine Unterseite und Seitenränder aufweist und mit der Barriereschicht (31) an der Ober- und/oder Unterseite eine gemeinsame Grenzfläche aufweist.
8. Mehrschichtige Verkapselung nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei die Planarisierungsschicht (32) mit der Barriereschicht (31) an den Seitenrändern eine
gemeinsame Grenzfläche aufweist.
9. Optoelektronisches Bauelement, aufweisend
- ein Substrat (10),
- eine erste Elektrodenschicht auf dem Substrat (10), - einen lichtemittierenden Schichtenstapel (20) auf der ersten Elektrodenschicht, und
- eine zweite Elektrodenschicht auf dem
lichtemittierenden Schichtenstapel (20), und
- eine mehrschichtige Verkapselung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die auf der zweiten
Elektrodenschicht und seitlich des lichtemittierenden Schichtenstapels (20) und der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist. 10. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei die Schichtenfolge der Verkapselung so angeordnet ist, dass auf der dem lichtemittierenden Schichtenstapel (20) zugewandten Seite der Verkapselung und auf der von dem lichtemittierenden Schichtenstapel (20) abgewandten Seite der Verkapselung jeweils eine
Barriereschicht (31) oder eine Planarisierungsschicht (32) angeordnet ist. - 2 \
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, das eine organische Licht emittierende Diode (OLED) ist. 12. Verfahren zur Verkapselung eines Bauelements mit den
Schritten
- Aufbringen einer Barriereschicht (31), und
- Herstellung einer Planarisierungsschicht (32), wobei zur Herstellung der Planarisierungsschicht (32) ein Vorläufermaterial aufgebracht wird, das anschließend gehärtet wird, und
wobei die Verfahrensschritte jeweils mindestens einmal abwechselnd durchgeführt werden. 13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Vorläufermaterial Perhydropolysilazan umfasst.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Vorläufermaterial mittels eines Verfahrens aufgebracht wird, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Spin
Coating, Slot Die Coating, Spray Coating,
Schablonendruck, Inkjet Drucken und Kombinationen daraus umfasst . 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Vorläufermaterial strukturiert aufgebracht wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Vorläufermaterial mit einer Methode gehärtet wird, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Temperaturhärtung und UV-Härtung umfasst.
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das
Vorläufermaterial mittels UV-Härtung gehärtet wird und eine Planarisierungsschicht (32) gebildet wird, die SiON-haltiges Material enthält.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Vorläufermaterial mittels Temperaturhärtung gehärtet wird und eine
Planarisierungsschicht (32) gebildet wird, die S1O2- haltiges Material enthält.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die
Barriereschicht (31) mit einer Methode aufgebracht wird, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ALD, MLD, CVD, PECVD, Sputtern und Kombinationen daraus umfasst.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, mit dem ein
Bauelement verkapselt wird, das einen organischen lichtemittierenden Schichtenstapel umfasst.
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