DE102008063636A1

DE102008063636A1 - Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements und organisches optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102008063636A1
Application number: DE102008063636A
Authority: DE
Inventors: Angela Eberhardt; Tilman Dr. Schlenker; Marc Dr. Philippens; Ulrike Beer; Joachim WIRTH-SCHÖN; Florian Peskoller; Ewald Pösl; Karsten Dr. Heuser; Alfred Langer; Martin Müller
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-06-24
Also published as: CN102256909A; JP2012513079A; CN102256909B; JP5611226B2; EP2367768A1; WO2010079038A1; US20120139001A1; KR20110112359A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements angegeben mit den Schritten: A) Bereitstellen eines ersten Substrats (1) mit einem aktiven Bereich (12) und einem den aktiven Bereich (12) umgebenden ersten Verbindungsbereich (11), wobei im aktiven Bereich (12) eine organische funktionelle Schichtenfolge (3) ausgebildet ist, B) Bereitstellen eines zweiten Substrats (2) mit einem Abdeckbereich (22) und einem den Abdeckbereich (22) umgebenden zweiten Verbindungsbereich (21), C) Aufbringen einer ersten Verbindungsschicht (4) aus einem ersten Glaslotmaterial direkt auf dem zweiten Substrat (2) im zweiten Verbindungsbereich (21), D) Verglasen (91) des ersten Glaslotmaterials der ersten Verbindungsschicht (4), E) Aufbringen einer zweiten Verbindungsschicht (5) auf der verglasten ersten Verbindungsschicht (4) oder auf dem ersten Verbindungsbereich (11) des ersten Substrats (1) und F) Verbinden des ersten Substrats (1) mit dem zweiten Substrat (2) derart, dass die zweite Verbindungsschicht (5) den ersten Verbindungsbereich (11) mit der ersten Verbindungsschicht (4) verbindet. Weiterhin wird ein organisches optoelektronisches Bauelement angegeben.

Description

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements und ein organisches optoelektronisches Bauelement angegeben.
Für einen dauerhaften und zuverlässigen Betrieb von organischen lichtemittierenden Dioden (OLED) ist es erforderlich, diese zum Schutz vor Sauerstoff und Feuchtigkeit zu verschließen. Dazu können die sauerstoff- und/oder feuchtigkeitsempfindlichen Bauteile einer OLED zwischen zwei Glasplatten angeordnet sein, die mittels eines um die Bauteile umlaufenden Klebers verbunden sind, wodurch eine Verkapselung gebildet wird. Im Kleber sind üblicherweise Füllstoffe in Form von Kügelchen oder Fasern enthalten, die beispielsweise als Abstandshafter („spacer”) für einen definierten Abstand zwischen den beiden Glasplatten sorgen. Da der Kleber typischerweise nicht vollkommen sauerstoff- und wasserdampfdicht ist, können diese Gase jedoch mit der Zeit durch den Kleber hindurch in die OLED hinein diffundieren.
Eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements anzugeben. Eine Aufgabe von zumindest einer weiteren Ausführungsform ist es, ein organisches optoelektronisches Bauelement anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren und den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements umfasst insbesondere die Schritte:

A) Bereitstellen eines ersten Substrats mit einem aktiven Bereich und einem den aktiven Bereich umgebenden ersten Verbindungsbereich, wobei im aktiven Bereich eine organische funktionelle Schichtenfolge ausgebildet ist,
B) Bereitstellen eines zweiten Substrats mit einem Abdeckbereich und einem den Abdeckbereich umgebenden zweiten Verbindungsbereich,
C) Aufbringen einer ersten Verbindungsschicht aus einem ersten Glaslotmaterial direkt auf dem zweiten Substrat im zweiten Verbindungsbereich,
D) Verglasen des ersten Glaslotmaterials der ersten Verbindungsschicht,
E) Aufbringen einer zweiten Verbindungsschicht auf der verglasten ersten Verbindungsschicht oder auf dem ersten Verbindungsbereich des ersten Substrats und
F) Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat derart, dass die zweite Verbindungsschicht den ersten Verbindungsbereich mit der ersten Verbindungsschicht verbindet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein organisches optoelektronisches Bauelement insbesondere

– ein erstes Substrat mit einem aktiven Bereich und einem den aktiven Bereich umgebenden ersten Verbindungsbereich, wobei im aktiven Bereich eine organische funktionelle Schichtenfolge ausgebildet ist,
– ein zweites Substrat mit einem Abdeckbereich über dem aktiven Bereich und einem den Abdeckbereich umgebenden zweiten Verbindungsbereich über dem ersten Verbindungsbereich,
– zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsbereich eine erste und eine zweite Verbindungsschicht, wobei
– die erste Verbindungsschicht direkt an den zweiten Verbindungsbereich angrenzt und aus einem ersten Glaslotmaterial ist und
– die zweite Verbindungsschicht die erste Verbindungsschicht mit dem ersten Verbindungsbereich verbindet.

Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, Merkmale und Kombinationen davon beziehen sich gleichermaßen auf das organische optoelektronische Bauelement und auf das Verfahren zur Herstellung des organischen optoelektronischen Bauelements soweit nichts anderes explizit vermerkt ist.
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.
Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen” zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elementen und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elemente angeordnet sein.
Wird die zweite Verbindungsschicht im Verfahrensschritt E auf der ersten Verbindungsschicht und auf dem ersten Substrat aufgebracht, so kann das insbesondere bedeuten, dass ein Teil der zweiten Verbindungsschicht auf der ersten Verbindungsschicht und ein weiterer Teil der zweiten Verbindungsschicht auf dem ersten Substrat aufgebracht werden, die dann im Verfahrensschritt F zur eigentlichen zweiten Verbindungsschicht zusammengefügt werden. Die zweite Verbindungsschicht kann im Verfahrensschritt E insbesondere direkt und unmittelbar auf der ersten Verbindungsschicht und/oder direkt und unmittelbar auf dem ersten Substrat aufgebracht werden. Damit kann die zweite Verbindungsschicht im fertigen organischen optoelektronischen Bauelement direkt an die erste Verbindungsschicht und direkt an das erste Substrat angrenzen und mit diesen jeweils eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen.
Hier und im Folgenden kann „optoelektronisch” insbesondere die Eigenschaft bezeichnen, elektromagnetische Strahlung beziehungsweise Licht in eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom umzuwandeln und/oder eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom in elektromagnetische Strahlung beziehungsweise Licht umzuwandeln. Das organische optoelektronische Bauelement kann somit im ersten Fall als organisches strahlungsempfangendes beziehungsweise strahlungsdetektierendes Bauelement, etwa eine organische Photodiode oder Solarzelle, und im zweiten Fall als organisches strahlungsemittierendes Bauelement, etwa eine organische lichtemittierende Diode (OLED), ausgeführt sein. Hier und im Folgenden kann „Licht” oder „elektromagnetische Strahlung” gleichermaßen insbesondere elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich aus einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bedeuten. Dabei kann das Licht beziehungsweise die elektromagnetische Strahlung einen sichtbaren, also einen nah-infraroten bis blauen Wellenlängenbereich mit einer oder mehreren Wellenlängen zwischen etwa 350 nm und etwa 1000 nm umfassen.
Dadurch, dass zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat die erste Verbindungsschicht aus dem ersten Glaslotmaterial angeordnet ist, kann im Vergleich zu einer bekannten OLED mit einer reinen Klebstoffschicht eine gegenüber Sauerstoff und Feuchtigkeit und Wasserdampf dichtere Verkapselung geschaffen werden.
Insbesondere können das zweite Substrat oder auch das erste und zweite Substrat ein Glas, beispielsweise mit einem Silikatglas, wie etwa Borsilikatglas oder Aluminosilikatglas, und/oder Quarzglas oder einem anderen für organische Bauelemente geeigneten Glasmaterial, aufweisen.
Besonders bevorzugt kann das optoelektronische Bauelement als organische lichtemittierende Diode (OLED) ausgeführt sein. Die OLED kann beispielsweise im aktiven Bereich eine erste Elektrode auf dem ersten Substrat aufweisen. Über der ersten Elektrode kann eine aktive Schicht mit einer oder mehreren funktionalen Schichten aus organischen Materialien aufgebracht sein. Die funktionalen Schichten können dabei beispielsweise als Elektronentransportschichten, Lochsperrschichten, elektrolumineszierende Schichten, Elektronensperrschichten und/oder Lochtransportschichten ausgebildet sein. Über den funktionalen Schichten kann eine zweite Elektrode aufgebracht sein. In den funktionellen Schichten kann durch Elektronen- und Löcherinjektion und -rekombination elektromagnetische Strahlung mit einer einzelnen Wellenlänge oder einem Bereich von Wellenlängen erzeugt werden. Dabei kann bei einem Betrachter ein einfarbiger, ein mehrfarbiger und/oder ein mischfarbiger Leuchteindruck erweckt werden.
Insbesondere können die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode besonders bevorzugt flächig oder alternativ in erste beziehungsweise zweite Elektrodenteilbereiche strukturiert ausgeführt sein. Beispielsweise kann die erste Elektrode in Form parallel nebeneinander angeordneter erster Elektrodenstreifen ausgeführt sein und die zweite Elektrode als senkrecht dazu verlaufende parallel nebeneinander angeordnete zweite Elektrodenstreifen. Überlappungen der ersten und zweiten Elektrodenstreifen können damit als separat ansteuerbare Leuchtbereiche ausgeführt sein. Weiterhin kann auch nur die erste oder die zweite Elektrode strukturiert sein. Besonders bevorzugt sind die erste und/oder die zweite Elektrode oder Elektrodenteilbereiche elektrisch leitend mit ersten Leiterbahnen verbunden. Dabei kann eine Elektrode oder ein Elektrodenteilbereich beispielsweise in eine erste Leiterbahn übergehen oder getrennt von einer ersten Leiterbahn ausgeführt und elektrisch leitend mit dieser verbunden sein. Die Leiterbahnen können zwischen dem ersten Substrat und der zweiten Verbindungsschicht aus dem aktiven Bereich und dem ersten Verbindungsbereich herausgeführt sein, so dass die organische funktionelle Schichtenfolge außerhalb des ersten Verbindungsbereichs elektrisch kontaktiert werden kann.
Ist das organische optoelektronische Bauelement als OLED und dabei insbesondere als so genannter „Bottom-Emitter” ausgeführt, das heißt, dass die in der organischen funktionellen Schichtenfolge erzeugte Strahlung durch das erste Substrat abgestrahlt wird, so kann das erste Substrat auf vorteilhafte Weise eine Transparenz für zumindest einen Teil der in der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung aufweisen.
In der Bottom-Emitter-Konfiguration kann auch die erste Elektrode eine Transparenz für zumindest einen Teil der in der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Eine transparente erste Elektrode, die als Anode ausgeführt sein kann und somit als löcherinjizierendes Material dient, kann beispielsweise ein transparentes elektrisch leitendes Oxid aufweisen oder aus einem transparenten leitenden Oxid bestehen. Transparente elektrisch leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO”) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder besonders bevorzugt Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter elektrisch leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin müssen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechen und können auch p- oder n-dotiert sein.
Die funktionalen Schichten können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere Moleküle („small molecules”) oder Kombinationen daraus aufweisen. Geeignete Materialien sowie Anordnungen und Strukturierungen der Materialien für funktionale Schichten sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt.
Die zweite Elektrode kann als Kathode ausgeführt sein und somit als elektroneninjizierendes Material dienen. Als Kathodenmaterial können sich unter anderem insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Calcium oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Elektrode auch transparent ausgeführt sein und/oder die erste Elektrode kann als Kathode und die zweite Elektrode als Anode ausgeführt sein. Das bedeutet insbesondere, dass die OLED auch als „Top-Emitter” ausgeführt sein kann. Insbesondere kann das organische optoelektronische Bauelement gleichzeitig als Bottom- und als Top-Emitter und damit transparent ausgeführt sein.
Der aktive Bereich kann weiterhin Merkmale und Komponenten für aktive oder passive Anzeigen oder Beleuchtungseinrichtungen aufweisen, etwa TFTs.
Beim ersten Glaslotmaterial kann es sich bevorzugt um ein glasartiges, also amorphes, oder kristallines aufschmelzbares und aushärtbares Material oder Komposit mit mehreren Materialien handeln, das weiterhin auch geeignete Füllstoffe beispielsweise zur Anpassung von Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen kann. Das erste Glaslotmaterial, das auch als Glasfritten („glass frits”) bezeichnet werden kann, kann das eigentliche zur verglasende Material sowie Füllstoffe aufweisen und beispielsweise eine Mischung aus Oxiden umfassen, die ausgewählt sind aus Vanadiumoxid, Phosphoroxid, Titanoxid, Eisenoxid, etwa Eisen-III-Oxid (Fe₂O₃), Zinnoxid, Boroxid, Bleioxid, Aluminiumoxid, Erdalkalimetalloxide, Siliziumoxid, Zinkoxid, Bismutoxid, Hafniumoxid, Zirkonoxid und Alkalioxiden. Insbesondere kann das erste Glaslotmaterial auch frei von Bleiverbindungen sein, wenn dies aus umwelttechnischen und -verträglichen Gesichtspunkten erforderlich ist. Das erste Glaslotmaterial kann insbesondere als formbares Glaslotmaterial in einem Lösungsmittel-Binder-Gemisch im Verfahrensschritt C aufgebracht werden. Als Lösungsmittel-Binder-Gemisch eignet sich beispielsweise eine Mischung aus Amylacetat und Nitrocellulose. Weitere Beispiele und Ausführungsformen für Glaslotmaterialien, Füllstoffe und deren Mischungen sind in den Druckschriften US 6,936,963 B2 und US 6,998,776 B2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern durch Rückbezug hiermit aufgenommen wird.
Das Aufbringen des ersten Glaslotmaterials im Verfahrensschritt C auf den zweiten Verbindungsbereich des zweiten Substrats kann beispielsweise als Paste durch Siebdruck, Schablonendruck oder Dispensen erfolgen, so dass eine so genannte Glaslotraupe mit dem ersten Glaslotmaterial den Abdeckbereich umgibt und direkt, also unmittelbar und in direktem mechanischen Kontakt, aufgebracht wird. Anschließend kann das noch formbare erste Glaslotmaterial in einem Ofen durch Wärmezufuhr getrocknet, entbindert, gesintert und verglast werden. Dadurch kann bereits vor dem Verfahrensschritt E eine dauerhafte und für Sauerstoff und Feuchtigkeit undurchlässige erste Verbindungsschicht auf dem zweiten Substrat hergestellt werden, deren Grenzfläche zum zweiten Substrat ebenfalls für Sauerstoff und Feuchtigkeit undurchlässig ist. Durch die Verglasung der ersten Verbindungsschicht in einem Ofen und nicht, wie bei bekannten OLEDs, mittels eines Lasers, kann ein kostengünstigerer und wirtschaftlicherer Herstellungsprozess ermöglicht werden. Durch das Verglasen der ersten Verbindungsschicht in einem Ofen kann ein erstes Glaslotmaterial mit einem an das zweite Substrat angepassten Temperaturausdehnungskoeffizienten spannungsfrei mit dem zweiten Substrat verschmolzen werden, ohne dass in der ersten Verbindungsschicht und/oder im zweiten Substrat durch bekannte lokale Verschmelzprozesse beispielsweise mittels Lasereinwirkung Verspannungen auftreten. Eine kostenintensive und aufwändige Bearbeitung des zweiten Substrats kann weiterhin ebenfalls entfallen.
Die erste Verbindungsschicht kann mit einer ersten Dicke ausgebildet werden, während die zweite Verbindungsschicht anschließend dann mit einer zweiten Dicke ausgebildet wird. Die zweite Dicke kann kleiner oder gleich der ersten Dicke sein. Dadurch kann im Vergleich zu einer herkömmlichen OLED mit durchgehender Klebstoffschicht eine Verringerung des Anteils an sauerstoff- und/oder wasserdampfdurchlässigem Volumen bei gleicher Breite und Höhe der Dichtstrecke, also der ersten und zweiten Verbindungsschicht zusammen im Vergleich zur bekannten reinen Klebstoffschicht, erreicht werden. Je kleiner die zweite Dicke im Vergleich zur ersten Dicke ausgebildet wird, desto geringer wird die Wahrscheinlichkeit, dass Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit in den aktiven Bereich mit der organischen optoelektronischen Schichtenfolge hinein diffundieren kann. Besonders bevorzugt wird durch die erste Verbindungsschicht der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat maßgeblich festgelegt, das bedeutet, dass die zweite Dicke kleiner oder gleich einem Fünftel und bevorzugt kleiner oder gleich einem Zehntel der ersten Dicke beträgt. Die erste Dicke kann je nach Ausführung der organischen optoelektronischen Schichtenfolge und gegebenenfalls einer weiter unten beschriebenen Getterschicht bevorzugt eine erste Dicke von größer oder gleich 5 Mikrometer, besonders bevorzugt von größer oder gleich 10 Mikrometer, und kleiner oder gleich 20 Mikrometer aufweisen. Insbesondere ist so ein Abstand zwischen dem ersten und zweiten Substrat von 10 Mikrometer oder mehr möglich, was insbesondere beispielsweise bei großflächigen organischen optoelektronischen Bauelementen vorteilhaft sein kann, da dadurch etwa Verformungen des ersten und/oder des zweiten Substrats aufgrund von Druckdifferenzen zwischen dem Innenvolumen des Bauelements mit der Schichtenfolge und der Umgebung ausgeglichen werden können.
Die zweite Verbindungsschicht kann hingegen eine zweite Dicke aufweisen, die hinsichtlich ihrer Verbindungs- und Adhäsionseigenschaften optimiert ist. Dabei kann die zweite Verbindungsschicht eine zweite Dicke von größer oder gleich einer oder mehreren Atomlagen des Materials der zweiten Verbindungsschicht und kleiner oder gleich einigen Mikrometern, bevorzugt kleiner oder gleich 5 Mikrometer, insbesondere kleiner oder gleich 2 Mikrometer und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 Mikrometer, aufweisen. Die zweite Verbindungsschicht kann dabei besonders bevorzugt frei von einem abstandsdefinierenden Füllstoff-(„spacer”-)Material sein.
Die zweite Verbindungsschicht kann einen organischen härtbaren Klebstoff aufweisen, der nach dem Zusammenfügen des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat im Verfahrensschritt F ausgehärtet werden kann. „Aushärten” kann dabei hier und im Folgenden geeignete Reaktionen und Mechanismen im Klebstoff selbst und an den jeweiligen Grenzflächen des Klebstoffs mit der ersten Verbindungsschicht und dem ersten Substrat bezeichnen, durch die eine dauerhafte Verbindung des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat ermöglicht wird. Dies kann Prozesse wie Vernetzungsreaktionen oder auch Verdampfen und/oder Verdunsten von Lösungsmitteln beinhalten. Das Aushärten kann durch eine selbstinitiierte Reaktion oder auch durch Zuführung von Energie von außen hervorgerufen werden, im zweiten Fall insbesondere durch Zuführung von Wärme oder elektromagnetischer Strahlung insbesondere in Form von ultraviolettem oder infrarotem Licht. Der Klebstoff kann insbesondere ein organisches vernetzbares Material oder eine Mehrzahl solcher Materialien aufweisen, beispielsweise Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren oder weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit. Besonders bevorzugt kann das Matrixmaterial ein Epoxidharz umfassen oder sein und/oder mittels UV-Licht aushärtbar sein.
Weiterhin kann die zweite Verbindungsschicht ein zweites Glaslotmaterial umfassen oder aus einem solchen sein. Das zweite Glaslotmaterial kann Merkmale, Eigenschaften und Kombinationen daraus wie im Zusammenhang mit dem ersten Glaslotmaterial beschrieben aufweisen.
Insbesondere kann die zweite Verbindungsschicht ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material aufweisen, das ausgewählt aus einem oder mehreren der Materialien aus der Gruppe der Metalle der seltenen Erden Übergangsmetalle und insbesondere aus den Metallen Eisen, Kupfer, Vanadium und Neodym ist. Durch Beimischung eines oder mehrerer derartiger absorbierender Materialien zur zweiten Verbindungsschicht kann die Absorptionsfähigkeit für elektromagnetische Strahlung erhöht werden und so die Aushärtung der zweiten Verbindungsschicht beschleunigt werden. Weiterhin kann die erste Verbindungsschicht frei von den absorbierenden Materialien sein oder kann zumindest eine niedrigere Konzentration dieser aufweisen, so dass eine gezielte Absorption von eingestrahlter elektromagnetischer Strahlung in der zweiten Verbindungsschicht erreicht werden kann. Insbesondere eignen sich absorbierende Materialien in Kombination mit einer zweiten Verbindungsschicht aus einem zweiten Glaslotmaterial, da durch die absorbierenden Eigenschaften eine gezielte lokale Erwärmung der zweiten Verbindungsschicht, also des zweiten Glaslotmaterials, und damit eine verbesserte Verglasung dieses erreicht werden kann.
Nach dem Verfahrensschritt F kann das zweite Glaslotmaterial der zweiten Verbindungsschicht verglast werden. Dies kann insbesondere durch Aufschmelzen des zweiten Glaslotmaterials mittels Bestrahlung mit ultraviolettem oder infrarotem Licht erfolgen. Diese kann beispielsweise mittels eines Lasers oder einer anderen geeigneten Strahlungsquelle auf die zweite Verbindungsschicht eingestrahlt werden. Durch die vorab beschriebene geringere zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht im Vergleich zur ersten Dicke der ersten Verbindungsschicht kann ermöglicht werden, dass das Verglasen des zweiten Glaslotmaterials keine große Temperaturerhöhung der weiteren Bauteile des herzustellenden organischen optoelektronischen Bauelements hervorruft. Somit kann die Verkapselung der organischen optoelektronischen Schichtenfolge bei niedriger Temperatur erfolgen und ohne Schädigung der Schichtenfolge erfolgen. Je dünner dabei die zweite Verbindungsschicht ist, desto leichter ist das Aufschmelzen und Verglasen dieser und desto leichter kann eine dauerhafte Verbindung der zweiten Verbindungsschicht zur ersten Verbindungsschicht und zum ersten Substrat herstellbar sein. Das bereits verglaste erste Glaslotmaterial der ersten Verbindungsschicht kann beim Aufschmelzen und Verglasen des zweiten Glaslotmaterials außer in Bereichen der Grenzfläche mit dem zweiten Glaslotmaterials hochviskos und besonders bevorzugt fest bleiben, so dass der Abstand des ersten Substrats zum zweiten Substrat im Wesentlichen über die erste Dicke der ersten Verbindungsschicht definiert werden kann. Besonders bevorzugt kann das erste Glaslotmaterial dazu einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als das zweite Glaslotmaterial.
Somit können das erste und das zweite Glaslotmaterial hinsichtlich ihrer Zusammensetzungen und weiterhin insbesondere hinsichtlich ihrer Schmelzpunkte verschieden sein.
Weiterhin kann die erste Verbindungsschicht während oder nach dem Verfahrensschritt D auf einer dem zweiten Substrat abgewandten Oberfläche planarisiert werden. Dies kann beispielsweise durch Ätzen und/oder bevorzugt durch Schleifen des bereits verglasten ersten Glaslotmaterials oder alternativ oder zusätzlich auch durch einen entsprechenden Formgebungsprozess im Verglasungsprozess des Verfahrensschritts D im Ofen erfolgen. Durch das Planarisieren kann es beispielsweise möglich sein, die Haftung der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht aneinander sowie eine Optimierung des Abstands des ersten und zweiten Substrats zueinander im fertigen Bauelement zu erreichen.
Weiterhin kann im Verfahrensschritt A das erste Substrat im ersten Verbindungsbereich mit einer Vertiefung bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Vertiefung derart ausgebildet sein, dass sie den aktiven Bereich umgibt. Die Vertiefung kann dazu vorgesehen sein, dass nach dem Verfahrensschritt F die zweite Verbindungsschicht zumindest teilweise in der Vertiefung angeordnet ist. Das kann bedeuten, dass die zweite Verbindungsschicht im Verfahrensschritt E zumindest teilweise in der Vertiefung aufgebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Verbindungsschicht im Verfahrensschritt auch auf der ersten Verbindungsschicht aufgebracht werden und dann im Verfahrensschritt F beim Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat zumindest teilweise in der Vertiefung angeordnet werden. Dass die zweite Verbindungsschicht zumindest teilweise in der Vertiefung angeordnet ist, kann bedeuten, dass die Vertiefung eine Tiefe aufweist, die beispielsweise kleiner als die zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht ist. In diesem Fall kann die zweite Verbindungsschicht noch aus der Vertiefung herausragen. Die Vertiefung kann dann eine Breite aufweisen, die unabhängig von einer Breite der ersten Verbindungsschicht gewählt werden kann. Alternativ dazu kann die Tiefe der Vertiefung größer oder gleich der zweiten Dicke der zweiten Verbindungsschicht sein, so dass die zweite Verbindungsschicht nach dem Verfahrensschritt F gänzlich in der Vertiefung angeordnet und so gänzlich vom ersten Substrat und der ersten Verbindungsschicht umgeben sein kann. Insbesondere kann in diesem Fall die Vertiefung eine Breite aufweisen, die größer oder gleich einer Breite der ersten Verbindungsschicht ist. Dabei kann nach dem Verfahrensschritt F auch die erste Verbindungsschicht in die Vertiefung hineinreichen und somit teilweise in der Vertiefung angeordnet sein. Durch die Anordnung der zweiten Verbindungsschicht zumindest teilweise in der Vertiefung kann erreicht werden, dass die zweite Verbindungsschicht zumindest teilweise von der umgebenden Atmosphäre abgeschirmt sein kann.
Weiterhin kann im Abdeckbereich des zweiten Substrats ein Klebstoff und/oder ein Gettermaterial angeordnet werden. Als Gettermaterial kann vorzugsweise ein oxidierbares und/oder feuchtigkeitsbindendes Material eingesetzt werden, welches mit Sauerstoff und Feuchtigkeit reagieren und diese für die organische funktionelle Schichtenfolge schädlichen Stoffe, die beispielsweise noch in Kleinstmengen durch eine zweite Verbindungsschicht aus Klebstoff diffundieren können, dabei binden kann. Als leicht oxidierende Materialien werden insbesondere Metalle aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkali-Metalle und Oxide damit, beispielsweise Calciumoxid und/oder Bariumoxid, als chemisorbierende Materialien eingesetzt. Weiterhin sind auch andere Metalle, wie beispielsweise Titan oder oxidierbare nichtmetallische Materialien geeignet. Ferner sind auch scharf getrocknete Zeolite als physisorbierende Materialien geeignet.
Das Gettermaterial kann auf den Abdeckbereich des zweiten Substrats direkt aufgebracht werden oder in einem Gemisch aus dem Gettermaterial und Klebstoff, wobei das Gettermaterial dabei beispielsweise in Partikelform im Klebstoff dispergiert sein kann. Der Klebstoff kann einen der oben in Verbindung mit der zweiten Verbindungsschicht beschriebenen Klebstoffe aufweisen. Insbesondere in dem unten beschriebenen Fall, dass der Klebstoff nicht beabstandet zur organischen funktionellen Schichtenfolge angeordnet ist, kann dieser ein Epoxid aufweisen oder aus einem Epoxidharz sein, das Epoxide beispielsweise die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der organischen funktionellen Schichtenfolge genannten Kathodenmaterialien nicht beschädigen. Für ein Gettermaterial-Klebstoff-Gemisch ist es vorteilhaft, wenn die Partikel des Gettermaterials derart fein gemahlen sind, dass die Partikel weder zu mechanischen Beschädigungen der organischen funktionellen Schichtenfolge, beispielsweise der Kathode, führen können, noch die zweite Verbindungsschicht zwischen der ersten Verbindungsschicht und dem ersten Substrat beeinflussen können.
Insbesondere können das Gettermaterial und/oder der Klebstoff vor dem Verfahrensschritt F und nach dem Verglasen des ersten Glaslotmaterials im Verfahrensschritt D aufgebracht werden. Dies kann bedeuten, dass das Gettermaterial und/oder der Klebstoff auf der Seite des zweiten Substrats angeordnet werden, auf der auch die erste Verbindungsschicht angeordnet ist, so dass nach dem Verbinden des ersten und zweiten Substrats im Verfahrensschritt F das Gettermaterial und/oder der Klebstoff in dem durch das erste und zweite Substrat und die erste und zweite Verbindungsschicht umschlossenen Hohlraum zusammen mit der organischen Schichtenfolge angeordnet sind. Das Gettermaterial und/oder der Klebstoff können nach dem Verfahrensschritt F beabstandet zur organischen funktionellen Schichtenfolge angeordnet sein, so dass sich noch ein verbleibender Hohlraum zwischen dem ersten und zweiten Substrat befindet, der beispielsweise mit Gas gefüllt sein kann. Dabei kann der Abstand hauptsächlich durch die Dicke des Gettermaterials und die erste Dicke der ersten Verbindungsschicht einstellbar sein. Das zweite Substrat kann zusätzlich im Abdeckbereich eine Kavität, also eine Vertiefung, aufweisen, in dem das Gettermaterial und/oder der Klebstoff zumindest teilweise angeordnet und so beispielsweise geeignet beabstandet zu organischen funktionellen Schichtenfolge ist. Alternativ dazu kann das Gettermaterial und/oder der Klebstoff den gesamten umschlossenen Hohlraum um die organische funktionelle Schichtenfolge ausfüllen.
Durch eine beabstandete Anordnung des Gettermaterials zur organischen funktionellen Schichtenfolge können in den Hohlraum hinein diffundierender Sauerstoff und/oder hinein diffundierende Feuchtigkeit flächig vom Gettermaterial aufgenommen werden, wodurch sich eine höhere so genannte Pumpkapazität ergeben kann, bis in der organischen funktionellen Schichtenfolge Defekte auftreten. Wird der Klebstoff hingegen beispielsweise im gesamten Hohlraum angeordnet, kann dieser gleichzeitig die zweite Verbindungsschicht bilden. Verwendet man monodisperse Nanopartikel als Gettermaterial, so kann die zweite Verbindungsschicht sogar durch eine Gettermaterial-Klebstoff-Mischung gebildet werden. Dabei muss dann die Gettermaterialkonzentration im Klebstoff derart gering sein, dass sich die Gettermaterialteilchen nicht berühren und keinen Diffusionskanal bilden können.
Insbesondere in Verbindung mit einer zweiten Verbindungsschicht aus einem zweiten Glaslotmaterial, aber auch bei einer geeignet dichten zweiten Verbindungsschicht aus einem Klebstoff kann es auch möglich sein, dass im Vergleich zu bekannten OLEDs weniger oder gar kein Gettermaterial im Abdeckbereich des zweiten Substrats angeordnet werden muss. In diesem Fall kann eine permanent dichte Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Substrat herstellbar sein, dass eine hohe Lebensdauer des organischen optoelektronischen Bauelements ermöglichen kann, ohne dass ein Gettermaterial notwendig ist.
Weiterhin kann im Verfahrensschritt die organische funktionelle Schichtenfolge mit zumindest einer Barrierenschicht ausgebildet werden, die die organische funktionelle Schichtenfolge überdeckt. So kann die organische funktionelle Schichtenfolge mit einem Stapel aus in einem plasmaunterstützten chemischen Dampfphasen-Aufbringverfahren („plasma-enhanced chemical vapor deposition”, PECVD-Verfahren) oder durch Sputtern abgeschiedenen Oxid-, Nitrid- und/oder Oxinitridschichten, etwa Siliziumnitrid-(SiN_x-) und/oder Siliziumoxid-(SiO₂-)Schichten, verkapselt werden. Solch eine Schichtkombination von SiN_x (N) und SiO₂ (O) kann vielfach wiederholt werden, so dass einzelne Diffusionskanäle, von der jeder einzelne zu einem sichtbaren Defekt in der aktiven Fläche der organischen funktionellen Schichtenfolge führen könnte, verschlossen werden. Jedoch kann es selbst bei einem Stapel von NONONON noch einzelne nicht dichte Punktdefekte geben. Verkapselt man nun solch eine derartige organische funktionelle Schichtenfolge mit Barrierenschicht zusätzlich mit dem oben beschriebenen Verfahren mittels des zweiten Substrats und der ersten und zweiten Verbindungsschicht, kann der Diffusionsweg von Wasser und Sauerstoff soweit verlängert werden, dass die Alterung des organischen optoelektronischen Bauelements durch Wassereinwirkung so weit hinausgezögert wird, dass das Bauelement einen typischen Feuchtetest bei einer Temperatur von 60°C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit 504 Stunden überstehen kann, ohne dass ein wasserbedingter Defekt entsteht, der etwa größer als 400 μm wird.
Insbesondere kann das organische optoelektronische Bauelement auch eine Kombination des Gettermaterials und der Barrierenschicht aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements umfasst ein Verfahren die Schritte:

A) Bereitstellen eines ersten Substrats mit einem aktiven Bereich und einem den aktiven Bereich umgebenden ersten Verbindungsbereich,
B) Bereitstellen eines zweiten Substrats mit einem Abdeckbereich und einem den Abdeckbereich umgebenden zweiten Verbindungsbereich,
C) Aufbringen einer ersten Verbindungsschicht aus einem ersten Glaslotmaterial direkt auf dem ersten Substrat im ersten Verbindungsbereich,
D) Verglasen des ersten Glaslotmaterials der ersten Verbindungsschicht auf dem ersten Substrat,
D') Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenfolge im aktiven Bereich des ersten Substrats,
E) Aufbringen einer zweiten Verbindungsschicht auf der verglasten ersten Verbindungsschicht oder auf dem zweiten Verbindungsbereich des zweiten Substrats und
F) Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat derart, dass die zweite Verbindungsschicht den zweiten Verbindungsbereich mit der ersten Verbindungsschicht verbindet.

Im Vergleich zum oben beschriebenen Verfahren kann somit auch die erste Verbindungsschicht auf dem ersten Substrat ausgebildet und verglast werden. Dadurch, dass die organische funktionelle Schichtenfolge erst nach dem Verglasen der ersten Verbindungsschicht auf dem ersten Substrat im Verfahrensschritt D' aufgebracht wird, kann eine Schädigung der organischen funktionellen Schichtenfolge durch den Verfahrensschritt D vermieden werden. Das derart herstellbare organische optoelektronische Bauelement kann dabei die folgenden Merkmale aufweisen:

– ein erstes Substrat mit einem aktiven Bereich und einem den aktiven Bereich umgebenden ersten Verbindungsbereich, wobei im aktiven Bereich eine organische funktionelle Schichtenfolge (3) ausgebildet ist,
– ein zweites Substrat mit einem Abdeckbereich über dem aktiven Bereich und einem den Abdeckbereich umgebenden zweiten Verbindungsbereich über dem ersten Verbindungsbereich und
– zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsbereich eine erste und eine zweite Verbindungsschicht, wobei
– die erste Verbindungsschicht direkt an den zweiten Verbindungsbereich angrenzt und aus einem ersten Glaslotmaterial ist und
– die zweite Verbindungsschicht die erste Verbindungsschicht mit dem ersten Verbindungsbereich verbindet.

Ein derartiges organisches optoelektronisches Bauelement weist hinsichtlich der räumlichen Anordnung der ersten und zweiten Verbindungsschicht relativ zur organischen funktionellen Schichtenfolge im Vergleich zum weiter oben beschriebenen organischen optoelektronischen Bauelement einen umgekehrten Aufbau auf. Das Verfahren und das dadurch herstellbare Bauelement können eines oder mehrere der vorab beschriebenen Merkmale, Eigenschaften, Ausführungsformen und Kombinationen daraus aufweisen.
Bei den hier beschriebenen Verfahren kann ein organisches optoelektronisches Bauelement mit den vorab beschriebenen Eigenschaften und Merkmalen hergestellt werden, das eine Dichtstrecke, also eine erste und eine zweite Verbindungsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat im ersten und der zweiten Verbindungsbereich aufweist, mit einem variablen und frei wählbaren Anteil der ersten und der zweiten Verbindungsschicht aufweist. Die Breite und erste Dicke der ersten Verbindungsschicht wie auch die Breite und zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht können jeweils und auch in den jeweiligen Verhältnissen zueinander frei wählbar im Sinne einer Materialaufwands- und Dichtigkeitsoptimierung sein. Die zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht kann im Vergleich zur ersten Dicke der ersten Verbindungsschicht soweit reduziert werden, wie für eine dichte Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Substrat erforderlich ist. Je dünner die zweite Verbindungsschicht ist, desto geringer ist die Gefahr, dass Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit in das organische optoelektronische Bauelement eindringt und desto höher kann damit die erreichbare Lebensdauer des Bauelements sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 6 beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
1A bis 1H schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel und
2 bis 6 schematische Darstellungen organische optoelektronischer Bauelemente gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich 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 dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
In den 1A bis 1H ist ein Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt A gemäß 1A ein erstes Substrat 1 bereitgestellt, das einen aktiven Bereich 12 und diesen umgebend einen ersten Verbindungsbereich 11 aufweist. Das Substrat 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus Glas.
Im aktiven Bereich 12 ist eine organische funktionelle Schichtenfolge 3 ausgebildet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als organische lichtemittierende Diode (OLED) ausgeführt ist. Diese umfasst auf dem Substrat 1 eine erste Elektrode 31, auf der eine aktive organische Schicht 30 umfassend eine Mehrzahl von organischen funktionellen Schichten aufgebracht ist. Über der aktiven organischen Schicht 30 ist eine zweite Elektrode 32 aufgebracht. Die erste Elektrode 31 und die zweite Elektrode 32 sind als Anode beziehungsweise als Kathode ausgebildet, die geeignet sind, in die aktive Schicht 30 Löcher und Elektronen zu injizieren.
Die aktive Schicht 30 weist zumindest eine elektrolumineszierende Schicht auf, die geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung durch Rekombination der injizierten Elektronen und Löcher abzustrahlen. Zusätzlich kann die aktive Schicht 30 weitere organische funktionelle Schichten, etwa zumindest eine Loch- und/oder eine Elektronentransportschicht, und/oder weitere der im allgemeinen Teil beschriebenen Merkmale aufweisen. Weiterhin kann die organische funktionelle Schichtenfolge 3 auch als Mehrschicht-OLED mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten elektrolumineszierenden Schichten und jeweils dazwischen angeordneten weiteren organischen funktionellen Schichten ausgebildet sein. Die funktionellen Schichten der aktiven Schicht 30 können organische Materialien in Form von Polymeren oder kleinen organischen Molekülen wie im allgemeinen Teil beschrieben aufweisen.
Die erste und zweite Elektrode 31, 32 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils transparent ausgeführt und weisen beispielsweise ein TCO und/oder ein Metall wie im allgemeinen Teil beschrieben auf. Dadurch ist das durch das im Folgenden beschriebene Verfahren herstellbare organische optoelektronische Bauelement 100 als Bottom- und als Top-Emitter ausgeführt, so dass die im Betrieb in der aktiven Schicht 30 erzeugte elektromagnetische Strahlung sowohl durch das erste Substrat 1 hindurch als auch durch das im Folgenden beschriebene zweite Substrat 2 abgestrahlt werden kann und das organische optoelektronische Bauelement 100 als transparente, beidseitig emittierende OLED ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die organische funktionelle Schicht 3 auch als strahlungsdetektierende Schichtenfolge, etwa als organische Photodiode oder Solarzelle ausgebildet sein und/oder weitere organische elektronische Bauteile wie etwa Dünnfilmtransistoren aufweisen.
Im einem zweiten Verfahrensschritt B gemäß 1B wird ein zweites Substrat 2 aus Glas bereitgestellt, das einen Abdeckbereich 22 und diesen umgebend einen zweiten Verbindungsbereich 21 aufweist. In einem weiteren Verfahrensschritt C gemäß 1C wird auf den zweiten Verbindungsbereich 21 eine erste Verbindungsschicht 4 mit einem ersten Glaslotmaterial aufgebracht, wobei das erste Glaslotmaterial bevorzugt bleifrei ist und Materialien und Zusammensetzungen wie im allgemeinen Teil beschrieben aufweist. Dabei wird das erste Glaslotmaterial in Form einer so genannten Glaslotraupe oder Paste in einem formbaren Zustand zum Beispiel durch Dispensen, Sieb- oder Schablonendruck aufgebracht. Die erste Verbindungsschicht 4, die zum Aufbringen zugesetzte Lösungsmitteln und nicht ausgehärtete Binder aufweisen kann, umschließt den Abdeckbereich 22 entlang des zweiten Verbindungsbereichs 21.
In einem weiteren Verfahrensschritt D gemäß 1D wird die erste Verbindungsschicht 4 verglast, was durch die Pfeile 91 angedeutet ist. Dazu wird die erste Verbindungsschicht 4 zusammen mit dem zweiten Substrat 2 in einem Ofen durch Zuführung von Wärme getrocknet, entbindert, gesintert und verglast. Dabei verbindet sich die erste Verbindungsschicht 4 im zweiten Verbindungsbereich 21 mit dem zweiten Substrat 2, wobei das erste Glaslotmaterial durch geeignete Zusätze einen an das zweite Substrat 2 angepassten Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen kann. Dadurch ist ein spannungsfreies Verschmelzen des zweiten Substrats 2 mit der ersten Verbindungsschicht 4 möglich. Dicke und Breite der ersten Verbindungsschicht 4 sind dabei variabel wählbar und ohne aufwändige Glasbearbeitung des zweiten Substrats 2 schon beim Aufbringen der ersten Verbindungsschicht 4 einstellbar. Da die organische funktionelle Schichtenfolge 3 vom Verglasungsprozess des ersten Glaslotmaterials nicht betroffen ist, kann die Verglasung 91 der ersten Verbindungsschicht 4 unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich zum hier beschriebenen Ofenprozess kann die erste Verbindungsschicht 4 auch mittels Bestrahlung mit Licht im ultravioletten bis infraroten Wellenlängenbereich verglast werden. wobei auch in diesem Fall die Verglasung 91 unter optimalen Bedingungen für einen hermetisch dichten Anschluss der ersten Verbindungsschicht 4 an das zweite Substrat 2 erfolgen kann, ohne dass Rücksicht auf die organische funktionelle Schichtenfolge 3 genommen werden müsste.
Zur Verbesserung der Haftung und/oder Minimierung der Dicke der im Folgenden beschriebenen zweiten Verbindungsschicht 5 kann die erste Verbindungsschicht 4 auf der dem zweiten Substrat 2 abgewandten Oberfläche nach dem Verglasen 91 planarisiert werden. Dies kann beispielsweise durch Planschleifen erfolgen. Alternativ dazu kann eine planarisierende Formgebung bereits während des oder vor dem Verglasen 91 im Ofenprozess erfolgen.
In einem weiteren Verfahrensschritt E gemäß 1E wird auf der dem zweiten Substrat 2 abgewandten, den Abdeckbereich 12 umlaufenden Oberfläche der ersten Verbindungsschicht 4 eine zweite Verbindungsschicht 5 aufgebracht. Die zweite Verbindungsschicht 5 weist dabei einen vorzugsweise Füllstoff-freien organischen härtbaren Klebstoff, insbesondere ein Epoxidharz, auf. Während die erste Verbindungsschicht 4 eine erste Dicke aufweist, die hinsichtlich des gewünschten Abstands des ersten und zweiten Substrats 1 und 2 im fertigen organischen optoelektronischen Bauelement 100 gewählt ist, kann die zweite Verbindungsschicht 5 mit einer zweiten Dicke aufgebracht werden, die wesentlich geringer als die erste Dicke ist. Insbesondere ist die zweite Dicke kleiner oder gleich einem Fünftel und besonders bevorzugt kleiner oder gleich einem Zehntel der ersten Dicke. Mit Vorteil kann die zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht 5 soweit reduziert werden, dass gerade noch ein dichter Verbund zwischen dem ersten und zweiten Substrat 1, 2 möglich ist. Die zweite Verbindungsschicht 5 kann dazu eine zweite Dicke von einigen Atomlagen bis zu einigen Mikrometern aufweisen. Je dünner die zweite Verbindungsschicht 5 mit dem organischen hartbaren Klebstoff dabei ist, desto geringer ist die Diffusionsrate von Feuchtigkeit und Sauerstoff durch den Klebstoff der zweiten Verbindungsschicht 5 und desto höher kann die Lebensdauer des derart hergestellten organischen optoelektronischen Bauelements 100 sein.
Alternativ oder zusätzlich zum Aufbringen der zweiten Verbindungsschicht 5 auf der verglasten ersten Verbindungsschicht 4 kann die zweite Verbindungsschicht 5 im Verfahrensschritt E auch auf dem ersten Verbindungsbereich 11 des ersten Substrats 1 aufgebracht werden, wie in 1F gezeigt ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt F gemäß 1G wird das zweite Substrat 2 über dem ersten Substrat 1 angeordnet und mit diesem vermittels der ersten und zweiten Verbindungsschicht 4, 5 verbunden. Dazu werden der Abdeckbereich 22 und der aktive Bereich 12 sowie der erste und zweite Verbindungsbereich 11, 21 jeweils übereinander angeordnet, so dass die zweite Verbindungsschicht 5 die erste Verbindungsschicht 4 mit dem ersten Verbindungsbereich 11 des ersten Substrats 1 verbindet. Die Breiten der ersten und zweiten Verbindungsschicht 4, 5 können dabei, wie in 1G angedeutet, zumindest annähernd gleich sein. Alternativ dazu kann die zweite Verbindungsschicht 5 nach dem Zusammenfügen beispielsweise auch eine größere Breite als die erste Verbindungsschicht 4 aufweisen und beispielsweise einen Rand bilden, der die Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Verbindungsschicht 4, 5 umschließt.
Durch einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung des organischen optoelektronischen Bauelements 100 gemäß 1H wird die zweite Verbindungsschicht 5 ausgehärtet. Dies kann, wie in 1H durch die Pfeile 92 angedeutet ist, durch wärme- oder strahlungsinduzierte Vernetzung des organischen härtbaren Klebstoffs in der zweiten Verbindungsschicht 5 erfolgen. Alternativ dazu kann der Klebstoff auch chemisch initiiert vernetzt und ausgehärtet werden, etwa nach dem Prinzip eines Mehrkomponentenklebstoffs. Der Energie- und Wärmeeintrag auf die organische funktionelle Schichtenfolge 3 beim Aushärten 92 der zweiten Verbindungsschicht 5 ist aufgrund der geringen zweiten Dicke der zweiten Verbindungsschicht 5 gering genug, um diese nicht zu beschädigen.
Alternativ zu einer zweiten Verbindungsschicht 5 mit einem organischen härtbaren Klebstoff kann im Verfahrensschritt E als zweite Verbindungsschicht 5 auch ein zweites Glaslotmaterial auf der ersten Verbindungsschicht 4 und/oder auf dem ersten Verbindungsbereich 11 des ersten Substrats 1 aufgebracht werden. Die vorab genannten Vorteile gelten dabei auch für die Verwendung eines zweiten Glaslotmaterials anstelle des Klebstoffs. Insbesondere kann nach dem Verfahrensschritt F beispielsweise mittels eines fokussierten Laserstrahls das zweite Glaslotmaterial der zweiten Verbindungsschicht 5 gezielt aufgeschmolzen und verglast werden, wobei der jeweilige Wärmeeintrag auf das erste Substrat 1, die organische funktionelle Schichtenfolge 3 und die erste Verbindungsschicht 4 gering gehalten werden kann. Besonders bevorzugt erweicht das zweite Glaslotmaterial bei niedrigeren Temperaturen als das erste Glaslotmaterial. Wie im Fall des organischen härtbaren Klebstoffs als zweite Verbindungsschicht 5 ist auch im Fall des zweiten Glaslotmaterials eine geringe zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht 5 vorteilhaft, da diese umso leichter aufgeschmolzen und verglast werden kann, je dünner sie ist. Dabei kann, je nach Anforderungen, die zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht 5 von einigen Atomlagen bis zu einigen Mikrometern reichen. Um das gezielte Aufschmelzen und Verglasen der zweiten Verbindungsschicht 5 mit dem zweiten Glaslotmaterial zu verbessern, kann die zweite Verbindungsschicht 5 zusätzlich noch ein Material aufweisen, das elektromagnetische Strahlung absorbieren kann, während die erste Verbindungsschicht 4 frei von diesem Material ist. Das absorbierende Material weist bevorzugt ein Metall oder eine Metallverbindung, vorzugsweise ein Metalloxid, auf. Insbesondere kann es sich dabei um ein Metall der seltenen Erden oder ein Übergangsmetall, beispielsweise Vanadium, Eisen, Kupfer, Chrom und/oder Neodym oder ein Oxid davon, handeln.
Wie in 1H gezeigt ist, kann durch das hier beschriebene Verfahren ein organisches optoelektronisches Bauelement 100 hergestellt werden, bei dem die zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht 5 im Vergleich zur Gesamtdicke der ersten und zweiten Verbindungsschicht 4, 5 zusammen deutlich reduziert ist und die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Substrat 1, 2 größtenteils durch die sauerstoff- und feuchtigkeitsundurchlässige erste Verbindungsschicht 4 aus dem ersten Glaslotmaterial ausgebildet ist.
Alternativ zum vorab beschriebenen Verfahren kann die erste Verbindungsschicht 4 auch im ersten Verbindungsbereich 11 des ersten Substrats aufgebracht und anschließend verglast werden. Um die organische funktionelle Schichtenfolge 3 durch das Verglasen der ersten Verbindungsschicht 4 nicht zu schädigen, wird diese erst nach dem Verglasen aufgebracht. Das Verfahren weist dann im Vergleich zum vorher beschriebenen Verfahren insbesondere die folgenden Schritte auf:

A) Bereitstellen eines ersten Substrats 1 mit einem aktiven Bereich 12 und einem den aktiven Bereich 12 umgebenden ersten Verbindungsbereich 11,
B) Bereitstellen eines zweiten Substrats 2 mit einem Abdeckbereich 22 und einem den Abdeckbereich 22 umgebenden zweiten Verbindungsbereich 21,
C) Aufbringen einer ersten Verbindungsschicht 4 aus einem ersten Glaslotmaterial direkt auf dem ersten Substrat 1 im ersten Verbindungsbereich 11,
D) Verglasen des ersten Glaslotmaterials der ersten Verbindungsschicht 4 auf dem ersten Substrat 1,
D') Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenfolge 3 im aktiven Bereich 12 des ersten Substrats 1,
E) Aufbringen einer zweiten Verbindungsschicht 5 auf der verglasten ersten Verbindungsschicht 4 oder auf dem zweiten Verbindungsbereich 21 des zweiten Substrats 2 und
F) Verbinden des ersten Substrats 1 mit dem zweiten Substrat 2 derart, dass die zweite Verbindungsschicht 5 den zweiten Verbindungsbereich 21 mit der ersten Verbindungsschicht 4 verbindet.

In den folgenden Ausführungsbeispielen werden weitere Modifikationen des organischen optoelektronischen Bauelements 100 gemäß dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt. Die folgende Beschreibung beschränkt sich dabei deshalb hauptsächlich auf die Beschreibung der jeweiligen Unterschiede. Nicht beschriebene Elemente und Merkmale sind wie im vorherigen Ausführungsbeispiel und/oder wie im allgemeinen Teil beschrieben ausgeführt.
In den 2 und 3 sind organische optoelektronische Bauelemente 200 und 300 gezeigt, bei denen das erste Substrat 1 im ersten Verbindungsbereich 11 eine den aktiven Bereich 12 umgebende Vertiefung 10 aufweist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 weist die Vertiefung 10 dabei eine Tiefe auf, die kleiner als die zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht 5 ist. Durch die Vertiefung 10 ist es möglich, die Dichtigkeit der Grenzfläche zwischen dem ersten Substrat 1 und der zweiten Verbindungsschicht 5 aufgrund eines längeren Permeationspfads für Sauerstoff und Feuchtigkeit weiter zu erhöhen, wobei die Breite der Vertiefung unabhängig von der Breite der ersten Verbindungsschicht gewählt werden kann. Weiterhin kann der Anteil der zweiten Verbindungsschicht 5, der direkt an die das organische optoelektronische Bauelement 200 umgebende Atmosphäre angrenzt, verringert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 weist die Vertiefung 10 eine Tiefe auf, die größer als die zweite Dicke der zweiten Verbindungsschicht 5 ist. Dadurch reicht auch die erste Verbindungsschicht 4 in die Vertiefung 10 hinein, wodurch die zweite Verbindungsschicht 5 bis auf einen Spalt im Randbereich der Vertiefung 10 vom Substrat 1 und der ersten Verbindungsschicht 4 umschlossen ist. Dadurch kann eine weitere Verringerung der Diffusionsrate von Sauerstoff und Feuchtigkeit durch die zweite Verbindungsschicht 5, insbesondere wenn diese Klebstoff aufweist, und durch die Grenzflächen zwischen der zweiten Verbindungsschicht 5 und dem Substrat 1 sowie zwischen der zweiten Verbindungsschicht 5 und der ersten Verbindungsschicht 4 erreicht werden.
Die Ausführungsbeispiele der 4 bis 6 zeigen organische optoelektronische Bauelemente 400, 500 und 600, die weitere zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer der Bauelemente aufweisen, die mit Vorteil mit der hier beschriebenen Kombination aus erster und zweiter Verbindungsschicht 4, 5 eingesetzt werden können.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 400 wird eine organische funktionelle Schichtenfolge 3 mit einer Barrierenschicht 33 bereitgestellt. Die Barrierenschicht 33 weist einen Stapel aus im PECVD-Verfahren abgeschiedenen Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten auf. Die Schichtkombination von SiN_x (N) und SiO₂ (O) ist mehrfach, bevorzugt mindestens zweimal, wiederholt, so dass einzelne Diffusionskanäle, von denen jeder einzelne zu einem sichtbaren Defekt in der aktiven Fläche der organischen funktionellen Schichtenfolge 3 führen könnte, verschlossen werden. Durch die Kombination der Verkapselung mittels der Barrierenschicht 33 und mittels der ersten und zweiten Verbindungsschicht 4, 5 und des zweiten Substrats 2 kann das organische optoelektronische Bauelement 400 einen typischen Feuchtetest bei einer Temperatur von 60°C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit von 504 Stunden überstehen, ohne dass ein Wasser- oder sauerstoffbedingter Defekt entsteht, der größer als 400 Mikrometer in einer Längendimension wird.
Das organische optoelektronische Bauelement 500 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 5 weist im Abdeckbereich 22 des zweiten Substrats 2 eine Kavität 20, also eine Vertiefung, auf, in der ein Gettermaterial 6 angeordnet ist. Das Gettermaterial 6 weist ein sauerstoff- und feuchtigkeitsbindendes Material wie im allgemeinen Teil beschrieben auf, bevorzugt BaO und/oder CaO.
Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Gettermaterial 6 auch ohne die Kavität 20 im Abdeckbereich 22 des zweiten Substrats 2 angeordnet sein. Durch die Kavität 20 kann aber mit Vorteil eine geringere Außenbauhöhe des organischen optoelektronischen Bauelements 500 erreicht werden. Dasselbe gilt auch für die vorherigen Ausführungsbeispiele, so dass auch die vorher beschriebenen organischen optoelektronishen Bauelemente 100, 200, 300, 400 eine Kavität 20 im zweiten Substrat 2 aufweisen können.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der 6 weist das organische optoelektronische Bauelement 600 im gesamten durch das erste und zweite Substrat 1, 2 sowie die erste und zweite Verbindungsschicht 4, 5 gebildeten Hohlraum um die organische funktionelle Schichtenfolge 3 herum ein Gemisch aus einem Gettermaterial 6 und einem Klebstoff 7 auf. Der Klebstoff 7, der bevorzugt ein Epoxidharz ist, kann dabei gleichzeitig die zweite Verbindungsschicht 5 bilden. Das Gettermaterial 6 ist in Form von fein gemahlenen Partikeln im Klebstoff 7 dispergiert, besonders bevorzugt in Form von monodispersen Nanopartikeln.
Die Merkmale der gezeigten Ausführungsbeispiele können auch kombinierbar sein, um eine weitere Erhöhung der Lebensdauer der organischen optoelektronischen Bauelemente zu erreichen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6936963 B2 [0021]
- US 6998776 B2 [0021]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements, umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines ersten Substrats (1) mit einem aktiven Bereich (12) und einem den aktiven Bereich (12) umgebenden ersten Verbindungsbereich (11), wobei im aktiven Bereich (12) eine organische funktionelle Schichtenfolge (3) ausgebildet ist, B) Bereitstellen eines zweiten Substrats (2) mit einem Abdeckbereich (22) und einem den Abdeckbereich (22) umgebenden zweiten Verbindungsbereich (21), C) Aufbringen einer ersten Verbindungsschicht (4) aus einem ersten Glaslotmaterial direkt auf dem zweiten Substrat (2) im zweiten Verbindungsbereich (21), D) Verglasen (91) des ersten Glaslotmaterials der ersten Verbindungsschicht (4), E) Aufbringen einer zweiten Verbindungsschicht (5) auf der verglasten ersten Verbindungsschicht (4) oder auf dem ersten Verbindungsbereich (11) des ersten Substrats (1) und F) Verbinden des ersten Substrats (1) mit dem zweiten Substrat (2) derart, dass die zweite Verbindungsschicht (5) den ersten Verbindungsbereich (11) mit der ersten Verbindungsschicht (4) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – in den Verfahrensschritten C und D die erste Verbindungsschicht (4) mit einer ersten Dicke ausgebildet wird und – nach dem Verfahrensschritt F die zweite Verbindungsschicht (5) eine zweite Dicke aufweist, die kleiner oder gleich einem Fünftel der ersten Dicke ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem – die zweite Verbindungsschicht (5) einen organischen härtbaren Klebstoff aufweist und – der Klebstoff nach dem Verfahrensschritt F ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem – die zweite Verbindungsschicht (5) ein zweites Glaslotmaterial aufweist und – das zweite Glaslotmaterial nach dem Verfahrensschritt F verglast wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem – die zweite Verbindungsschicht (5) ein eine elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material aufweist und – die erste Verbindungsschicht (4) frei von dem absorbierenden Material ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – während oder nach dem Verfahrensschritt D eine dem zweiten Substrat (2) abgewandte Oberfläche der ersten Verbindungsschicht (4) planarisiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Verfahrensschritt A das erste Substrat (1) im ersten Verbindungsbereich (11) mit einer den aktiven Bereich (12) umgebenden Vertiefung (10) bereitgestellt wird und – nach dem Verfahrensschritt F die zweite Verbindungsschicht (5) zumindest teilweise in der Vertiefung (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Abdeckbereich (22) des zweiten Substrats (2) vor dem Verfahrensschritt F ein Klebstoff und/oder ein Gettermaterial angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Verfahrensschritt A die organische funktionelle Schichtenfolge (3) mit zumindest einer überdeckenden Barrierenschicht (33) ausgebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines organischen optoelektronischen Bauelements, umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines ersten Substrats (1) mit einem aktiven Bereich (12) und einem den aktiven Bereich (12) umgebenden ersten Verbindungsbereich (11), B) Bereitstellen eines zweiten Substrats (2) mit einem Abdeckbereich (22) und einem den Abdeckbereich (22) umgebenden zweiten Verbindungsbereich (21), C) Aufbringen einer ersten Verbindungsschicht (4) aus einem ersten Glaslotmaterial direkt auf dem ersten Substrat (1) im ersten Verbindungsbereich (11), D) Verglasen des ersten Glaslotmaterials der ersten Verbindungsschicht (4) auf dem ersten Substrat (1), D') Ausbilden einer organischen funktionellen Schichtenfolge (3) im aktiven Bereich (12) des ersten Substrats (1), E) Aufbringen einer zweiten Verbindungsschicht (5) auf der verglasten ersten Verbindungsschicht (4) oder auf dem zweiten Verbindungsbereich (21) des zweiten Substrats (2) und F) Verbinden des ersten Substrats (1) mit dem zweiten Substrat (2) derart, dass die zweite Verbindungsschicht (5) den zweiten Verbindungsbereich (21) mit der ersten Verbindungsschicht (4) verbindet.
Organisches optoelektronisches Bauelement, umfassend – ein erstes Substrat (1) mit einem aktiven Bereich (12) und einem den aktiven Bereich (12) umgebenden ersten Verbindungsbereich (11), wobei im aktiven Bereich (12) eine organische funktionelle Schichtenfolge (3) ausgebildet ist, – ein zweites Substrat (2) mit einem Abdeckbereich (22) über dem aktiven Bereich (12) und einem den Abdeckbereich (22) umgebenden zweiten Verbindungsbereich (21) über dem ersten Verbindungsbereich (11) und – zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsbereich (11, 21) eine erste und eine zweite Verbindungsschicht (4, 5), wobei – die erste Verbindungsschicht (4) direkt an den zweiten Verbindungsbereich (21) angrenzt und aus einem ersten Glaslotmaterial ist und – die zweite Verbindungsschicht (5) die erste Verbindungsschicht (4) mit dem ersten Verbindungsbereich (11) verbindet.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei – die erste Verbindungsschicht (4) eine erste Dicke aufweist und – die zweite Verbindungsschicht (5) eine zweite Dicke aufweist, die kleiner oder gleich einem Fünftel der ersten Dicke ist.
Bauelement nach Anspruch 11 oder 12, wobei – die zweite Verbindungsschicht (5) einen organischen aushärtbaren Klebstoff oder ein zweites Glaslotmaterial aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei – die zweite Verbindungsschicht (5) ein eine elektromagnetische Strahlung absorbierendes Material aufweist und – die erste Verbindungsschicht (4) frei von dem absorbierenden Material ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei – das erste Substrat (1) im ersten Verbindungsbereich (11) eine den aktiven Bereich (12) umgebende Vertiefung (10) aufweist und – die zweite Verbindungsschicht (5) zumindest teilweise in der Vertiefung (10) angeordnet ist.