DE112004000938B4

DE112004000938B4 - Flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial und elektronische Bauelemente mit dem Verpackungsmaterial

Info

Publication number: DE112004000938B4
Application number: DE112004000938T
Authority: DE
Inventors: Dr. Henseler Debora; Dr. Heuser Karsten; Dr. Pätzold Ralph; Dr. Wittmann Georg
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2024-05-29
Also published as: CN101218691A; DE112004000938T5

Abstract

Flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial für den Schutz von Gegenständen, die gegenüber Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien empfindlich sind, umfassend: – mindestens eine aktive polymere Barrierenschicht (50), die die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien binden kann, und – mindestens eine durchgängige, flexible keramische Barrierenschicht (45), – wobei die aktive polymere Barrierenschicht (50) eine polymere Matrix mit Säureanhydriden von organischen Säuren aufweist und – wobei die aktive polymere Barrierenschicht (50) in der Lage ist, die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien chemisch zu binden.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele Gegenstände, beispielsweise Nahrungsmittel, elektronische Bauelemente oder Arzneimittel, sind gegenüber Feuchtigkeit und/oder oxidierenden Agentien sehr empfindlich. Viele dieser Produkte werden schnell zerstört, wenn sie Wasser, oxidierenden Agentien oder anderen Gasen oder Flüssigkeiten ausgesetzt werden. Polymere Substrate wie polymere Folien werden oftmals zum Verpacken dieser Produkte verwendet. Diese Folien weisen häufig eine Permeabilität für Wasserdampf und für oxidierende Agentien im Bereich von über 1 g/(m²Tag) auf. Dieser hohe Grad an Permeabilität ist für die meisten dieser mit polymeren Folien verpackten Produkte inakzeptabel.
Ein Hauptanwendungsfeld für das Verpacken mit polymeren Substanzen sind organische Elektrolumineszenzbauelemente (OLEDs). Ein OLED-Bauelement umfasst einen auf einem Substrat ausgebildeten funktionalen Stapel. Der funktionale Stapel umfasst mindestens eine oder mehrere organische funktionale Schichten, die zwischen zwei leitende Schichten geschichtet sind. Die leitenden Schichten dienen als Elektroden (Kathode und Anode). Wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, werden Ladungsträger durch diese Elektroden in die funktionalen Schichten injiziert, und bei Rekombination der Ladungsträger wird sichtbare Strahlung emittiert (Elektrolumineszenz). Dieser funktionale Stapel des OLED ist sehr empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien, die beispielsweise eine Oxidation der Metalle der Elektroden oder eine Verschlechterung der organischen funktionalen Schichten verursachen können.
Aufgrund der intrinsischen Eigenschaften der organischen funktionalen Schichten können flexible OLED-Bauelemente auf flexiblen Substraten wie polymeren Substraten aufgebaut werden. Für eine ausreichende Lebensdauer der OLEDs werden polymere Substrate mit einer Permeabilität für Wasser oder oxidierende Agentien unter 10^–6 g/(m²Tag) benötigt.
Die internationale Patentanmeldung WO 01/81649 A1 beschreibt eine gegenüber der Umwelt empfindliche Displayeinrichtung, die von einer Barrierenanordnung verkapselt ist, die aus einer keramischen Barrierenschicht und einer polymeren Schicht besteht (siehe 1). Aufgrund der hohen Permeabilität der polymeren Schicht wird die Barrierenkapazität dieses Barrierenstapels hauptsächlich der keramischen Barrierenschicht zugeschrieben. Deshalb muss die Keramik von guter Qualität sein und sollte so wenig Fehlstellen, Korngrenzen, „shadowing effects” oder andere Defekte wie möglich aufweisen. Diese Defekte können einen durchgehenden Pfad liefern, auf dem eindringende Stoffe durch die Keramikschicht hindurchtreten können, und fuhren deshalb zu einer verringerten Fähigkeit der keramischen Barrierenschicht, als Barriere zu fungieren. Um dieses Problem zu reduzieren müssen die Abscheidungsbedingungen für die keramischen Barrierenschichten in engen Grenzen gesteuert werden. Oftmals müssen mehrere dünne Keramikschichten aufeinander abgeschieden werden, um die Barrierenkapazitäten der keramischen Barrierenschichten zu verbessern. Dies führt zu einer komplizierten und deshalb aufwändigen Produktion flexibler Barrierenschichten.
Die Druckschrift EP 1 161 485 B1 offenbart Behälter aus Polymeren, die geeignet sind, 1,1-disubstituierte Ethylen-Monomer-Zusammensetzungen mit langer Haltbarkeitsdauer aufzubewahren. Derartige Behälter müssen dicht gegenüber Wasser und Sauerstoff sein und dürfen weder durchdringbar für die darin aufbewahrten Zusammensetzungen sein, noch dürfen sie mit den Zusammensetzungen reagieren.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Bedarf an polymeren Substraten mit verbesserten Barrierenkapazitäten. Die vorliegende Erfindung entspricht diesem Bedarf dadurch dass ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial gemäß dem Hauptanspruch 1 bereitgestellt wird. Günstige Ausführungsformen der Erfindung und ein elektronisches Bauelement mit dem Verpackungsmaterial sind Gegenstand weiterer abhängiger Ansprüche.
Der Hauptgegenstand der Erfindung gemäß dem Hauptanspruch ist ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial zum Schutz von Gegenständen, die gegenüber Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien empfindlich sind, umfassend:

– mindestens eine aktive polymere Barrierenschicht, die die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien binden kann, und
– mindestens eine keramische Barrierenschicht.

Im Gegensatz zu herkömmlichen mehrschichtigen Verpackungsmaterialien stellt die Erfindung eine aktive polymere Barrierenschicht bereit, die eindringende Stoffe aktiv binden und deshalb neutralisieren kann. Dieses Binden findet statt zum Beispiel durch Chemi- oder Physisorption der eindringenden Stoffe. Deshalb weist die aktive polymere Barrierenschicht im Vergleich zu den herkömmlichen passiven polymeren Schichten, die nicht in der Lage sind, eindringende Stoffe zu binden, eine verbesserte Barrierenkapazität auf.
Durch das mehrschichtige Verpackungsmaterial der Erfindung kann ein Gegenstand gegenüber der Umgebung versiegelt werden, bei dem es sich beispielsweise um Lebensmittel, Arzneimittel oder empfindliche elektronische Bauelemente handeln kann. Bevorzugt bindet die aktive polymere Schicht die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien chemisch und deshalb permanent.
Aufgrund der verbesserten Barrierenkapazitäten von aktiven polymeren Barrierenschichten im Vergleich zu passiven polymeren Schichten können die erforderlichen Barrierenkapazitäten der keramischen Barrierenschichten um beispielsweise eine Größenordnung von 5·10^–5 g/(m²Tag) auf 5·10^–9 g/(m²Tag) reduziert werden. Zudem müssen die Abscheidungsbedingungen für die keramischen Barrierenschichten nicht so streng gesteuert werden, wie dies bei keramischen Barrierenschichten mit höheren Barrierenkapazitäten der Fall wäre. Die reduzierten Anforderungen an die keramische Barrierenschicht führen deshalb zu einer leichteren und deshalb preiswerteren Produktion eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials der Erfindung.
Nach dem Stand der Technik wird die aktive polymere Barrierenschicht bevorzugt aus einer polymeren Matrix mit dispergierten Cyclodextrinen, zyklischen Olefincopolymeren, einer polymeren Matrix mit Anhydriden und Mischungen davon ausgewählt.
Cyclodextrine sind zyklische Oligomere von α-D-Glykose, die entstehen durch die Einwirkung bestimmter Enzyme wie etwa Cyclodextrin-Glukotransferasen. Die Cyclodextrine bestehen aus 6, 7 oder 8 α-1,4-verketteten Glukosemonomeren und sind als α-, β- oder γ-Cyclodextrine bekannt. Die Cyclodextrin-Moleküle sind auf spezielle Weise zueinander orientiert, so dass innerhalb des Kristallgitters der Cyclodextrine durchgehende Kanäle ausgebildet werden. Diese Kanäle weisen große hohle Innenräume mit einem spezifischen Volumen auf und können deshalb eindringende Stoffe wie etwa Gasmoleküle binden. Die eindringenden Stoffe können sogar kovalent an die Cyclodextrin-Moleküle angehängt werden, beispielsweise durch die primären Hydroxylgruppen an den Sechs-Kohlenstoff-Positionen der Glukosegruppierung und die sekundäre Hydroxylgruppe in der Zwei- und Drei-Kohlenstoff-Position des Moleküls. Diese Hydroxylgruppen können auch durch andere Gruppen ersetzt werden, um die Löslichkeit, Kompatibilität und Thermostabilität der Cyclodextrine zu ändern. Die Substitution der Hydroxylgruppen kann auch dazu verwendet werden, die Bindungsstärke auf einen Wert einzustellen, der zwischen der Bindungsstärke von Cyclodextrinen und von potenziellen eindringenden Stoffen liegt. Die Cyclodextrine können deshalb zum Beispiel Feuchtigkeit oder oxidierende Agentien permanent neutralisieren. Bevorzugt sind Cyclodextrine in einer polymeren Matrix wie Polypropylen dispergiert.
Die zyklischen Olefincopolymere können beispielsweise zwei Komponenten umfassen, die durch Exdrudieren vermischt werden. Eine Komponente kann beispielsweise ein oxidierbares Polymer sein wie etwa Polyethylen/Methylacrylat/cyclohexenylmethacrylat (EMCM). Die zweite Komponente kann beispielsweise aus einem Fotoinitiator und einem Katalysator, beispielsweise einem Übergangsmetallkatalysator, bestehen. Beide Komponenten können ein so genanntes Sauerstoff abfangendes System bilden, das aktiviert werden kann, indem es beispielsweise UV-Strahlung ausgesetzt wird. Die zyklischen Olefingruppen dieser Polymere können dann zum Beispiel mit Sauerstoffmolekülen über Ringöffnungsreaktionen oder Aromatisierungsreaktionen chemisch reagieren.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die aktive polymere Barrierenschicht eine polymere Matrix mit Säureanhydriden mit organischen Säuren auf. Die Anhydride sind bevorzugt Kohlensäureanhydride, die gebildet werden können, indem Wasser von den jeweiligen freien Säuren entfernt wird. Deshalb können diese Anhydride Feuchtigkeit, zum Beispiel Wassermoleküle, sehr effektiv binden. Bevorzugtes Beispiel für Säureanhydride von organischen Säuren ist etwa Maleinsäureanhydrid.
Die Säureanhydride werden bevorzugt kovalent an die polymere Matrix gebunden, zum Beispiel Polystyrol. Es ist auch möglich, eine Mischung aus Cyclodextrinen, zyklischen Olefincopolymeren und Anhydriden zu verwenden, um eine optimale Barrierenleistung für verschiedene Arten von oxidierenden Agentien oder Feuchtigkeit sicherzustellen.
Es ist auch möglich, Flüssigkristallpolymere als eine aktive polymere Barrierenschicht zu verwenden. Diese Polymere weisen die gleichen Eigenschaften wie Flüssigkristalle auf und werden oftmals durch die Polykondensation aromatischer Dicarbonsäuren und aromatischer Diamine oder Phenole synthetisiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die keramische Barrierenschicht ausgewählt aus Metallnitriden, Metalloxiden und Metalloxynitriden. Die Metallkomponenten dieser Metallnitride, Metalloxide oder Metalloxynitride sind bevorzugt aus Aluminium und Silizium ausgewählt. Diese keramischen Barrierenschichten können eine physikalische Barriere für das Eindringen von Gasen oder Flüssigkeiten bereitstellen. Außer diesen Materialien können andere keramische Materialien verwendet werden, die überwiegend anorganische oder nichtmetallische Verbindungen oder Elemente umfassen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens eine aktive polymere Barrierenschicht und die mindestens eine keramische Barrierenschicht transparent. Transparente, flexible, mehrschichtige Verpackungsmaterialien sind bevorzugte Materialien beispielsweise für organo-optische Bauelemente wie die oben erwähnten OLEDs, da diese Materialen für das von den OLEDs emittierte Licht transparent sind.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist ein Behälter für den Schutz von Gegenständen, der ein erfindungsgemäßes mehrschichtiges flexibles Verpackungsmaterial umfasst. Bevorzugt umfasst dieser Behälter eine alternierende Anordnung von polymeren Barrierenschichten und keramischen Barrierenschichten. Eine Anordnung von alternierenden keramischen Barrierenschichten und polymeren Barrierenschichten weist sehr hohe Barrierenkapazitäten auf und zeigt beispielsweise Permeationsraten von bis zu 10^–6 g/(m²Tag) für mehrere tausend Stunden.
Bevorzugt ist eine der keramischen Barrierenschichten der Anordnung der Außenseite des Behälters zugewandt. Diese keramische Barrierenschicht kann dann verhindern, dass der größte Teil der Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien in das Innere des Behälters eindringt. Die wenigen Moleküle, die dennoch in der Lage sind, diese äußere keramische Barrierenschicht zu durchdringen, werden dann von der aktiven polymeren Barrierenschicht absorbiert, die bevorzugt der Innenseite des Behälters zugewandt ist und auf der keramischen Barrierenschicht angeordnet ist. Eine 1 μm dicke aktive polymere Barrierenschicht, die an einer keramischen Barrierenschicht angeordnet ist, mit einer Diffusionsrate von 10^–3 g/(m²Tag) führt zu 10 000 Stunden, bevor das erste eindringende Molekül einen in dem erfindungegemäßen Behälter eingepackten Gegenstand erreichen kann.
Es ist auch möglich, die Abfolge der verschiedenen keramischen Barrierenschichten und aktiven polymeren Barrierenschichten zu ändern. Beispielsweise ist es möglich, eine erste und eine zweite Barrierenschicht aufeinander anzuordnen, wobei die erste keramische Barrierenschicht der Außenseite des Behälters zugewandt ist. In Richtung von der Außenseite des Behälters zu der Innenseite des Behälters könnte auf diese beiden keramischen Barrierenschichten eine aktive polymere Barrierenschicht folgen, die in der Lage ist, die restlichen Moleküle zu absorbieren, die durch die beiden keramischen Barrierenschichten eindringen. Die Barrierenkapazitäten der beiden keramischen Barrierenschichten können verbessert werden, indem die Defekte der ersten und zweiten keramischen Barrierenschicht entkoppelt werden. Dies kann beispielsweise geschehen, indem die Abscheidungsparameter und Wachstumsbedingungen während des Abscheidens der beiden keramischen Barrierenschichten geändert werden. Beispielsweise ist es möglich, zwei keramische Aluminiumoxidbarrierenschichten aufeinander abzuscheiden, die verschiedene Modifikationen aufweisen, beispielsweise α-Aluminiumoxid und γ-Aluminiumoxid. Dies sollte zu versetzten aufeinander folgenden keramischen Barrierenschichten führen, die unterschiedliche Mikrostrukturen aufweisen und deshalb den Pfad für eindringende Gase und Wasserdampf erhöhen, was zu verbesserten Barrierenkapazitäten führt. Es ist auch möglich, eine erste keramische Barrierenschicht auf der aktiven polymeren Barrierenschicht abzuscheiden, dann die Oberfläche der ersten keramischen Barrierenschicht so zu modifizieren, dass neue Kristallisationskeime auf der Oberfläche der ersten keramischen Barrierenschicht eingeführt werden, und danach unter Verwendung der neuen Kristallisationskeime eine zweite keramische Barrierenschicht auf der ersten keramischen Barrierenschicht auszubilden. Dieses Verfahren kann auch zu versetzten aufeinander folgenden keramischen Barrierenschichten führen, was zu verbesserten Barrierenkapazitäten einer Anordnung der beiden keramischen Barrierenschichten führt. Verfahren zum Ausbilden einer Anordnung aus zwei aufeinander folgenden Barrierenschichten auf polymeren Substraten werden in der gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung, Anmeldung Nr. 03 005 270.8 mit dem Titel „Method for Forming an Arrangement of Barrier Lagers on a Polymeric Substrate”, das hierdurch in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist, ausführlich beschrieben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Oberfläche des Behälters, die der Außenseite des Behälters zugewandt ist, ganz aus einer keramischen Barrierenschicht.
Noch ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist ein organisches elektronisches Bauelement, das gegenüber Feuchtigkeit oder oxidierenden Agentien empfindlich ist und Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat, einen organischen funktionalen Bereich auf dem Substrat, eine Kappe, die den organischen funktionalen Bereich verkapselt, und zusätzlich ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial, bestehend aus einer keramischen Barrierenschicht und einer aktiven polymeren Barrierenschicht für den Schutz des organischen funktionalen Bereichs. Ein derartiges organisches elektronisches Bauelement weist aufgrund der verbesserten Barrierenkapazitäten, die hauptsächlich dem flexiblen mehrschichtigen Verpackungsmaterial und der Kappe zugeschrieben werden, eine verlängerte Haltbarkeit auf.
Beispielsweise ist es möglich, das flexible mehrschichtige Verpackungsmaterial, das eine Anordnung aus der keramischen Barrierenschicht und der aktiven polymeren Barriere umfasst, zwischen dem Substrat und dem organischen funktionalen Bereich anzuordnen (siehe beispielsweise 3 und 4). Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße flexible mehrschichtige Verpackung direkt in das Substrat zu integrieren. Beispielsweise werden für flexible organische elektronische Bauelemente bevorzugte polymere Substrate wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethersulfone (PES) verwendet. Normalerweise sind die polymeren Substrate dieser flexiblen organischen elektrischen Bauelemente viel dicker als die keramischen Barrierenschichten (Dicke der keramischen Barrierenschichten zwischen 1 und 250 nm) oder die Dicke der aktiven polymeren Barrierenschichten (etwa 1 bis 10 μm). Flexible polymere Substrate weisen normalerweise eine Dicke von 100 bis 200 μm auf. Deshalb werden die Feuchtigkeit und oxidierende Agentien abfangende Materialien, beispielsweise die Cyclodextrine, die zyklischen Olefincopolymere oder die Anhydride, bevorzugt in das polymere Substrat coextrudiert, so dass das polymere Substrat selbst als eine aktive polymere Barrierenschicht dienen kann. Ein derartiges Substrat kann aufgrund seiner großen Dicke sehr hohe Barrierenkapazitäten aufweisen (siehe beispielsweise 5).
Eine Kappe, die den organischen funktionalen Stapel verkapselt, kann beispielsweise ein Material wie Polymere, Metalle und Glas oder Kombinationen davon, umfassen. Es ist auch möglich, dass die Kappe ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial umfasst, das aus keramischen Barrierenschichten und aktiven polymeren Barrierenschichten besteht (siehe beispielsweise 4).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des organischen elektrischen Bauelements der Erfindung umfasst das Substrat eine alternierende Anordnung aus aktiven polymeren Barrierenschichten und keramischen Barrierenschichten. Diese alternierende Anordnung führt zu sehr guten Barrierenkapazitäten des Substrats und führt deshalb zu einer verlängerten Haltbarkeit des organischen elektrischen Bauelements. Vorteilhafterweise besteht die Oberfläche des Substrats, die der äußeren Umgebung zugewandt ist, aus einer keramischen Barrierenschicht, die die Gase und Flüssigkeitsmoleküle physikalisch daran hindert, in das Bauelement einzudringen.
Der organische funktionale Bereich kann aus einem Stapel einer ersten elektrisch leitenden Schicht, einer organischen funktionalen Schicht auf der ersten leitenden Schicht und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht auf der funktionalen Schicht bestehen, wobei die organische funktionale Schicht mindestens eine organische Elektrolumineszenzschicht umfasst. Ein elektronisches Bauelement mit einem derartigen organischen funktionalen Stapel bildet ein organisches Elektrolumineszenzbauelement (OLED).
Die organische funktionale Schicht zwischen der ersten elektrisch leitenden und der zweiten elektrisch leitenden Schicht kann ebenfalls eine organische strahlungsdetektierende Schicht sein, so dass das elektronische Bauelement ein organisches strahlungsdetektierendes Bauelement bereitstellt, beispielsweise eine organische Solarzelle. Der organische funktionale Bereich kann auch eine so genannte integrierte Polymerschaltung bilden, die organische, elektrisch leitende Materialien umfasst.
Im folgenden Text wird die Erfindung durch die Figuren eingehender erläutert.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein herkömmliches elektronisches Bauelement.
2 zeigt einen erfindunggemäßen Behälter, der einen Gegenstand verkapselt.
3 zeigt eine Ausführungsform eines organischen Elektrolumineszenzbauelements der Erfindung.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen organischen Elektrolumineszenzbauelements.
5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines organischen Elektrolumineszenzbauelements der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein herkömmliches, gegenüber der Umwelt empfindliches Displaybauelement, das beispielsweise aus dem Dokument WO 01/81649 A1 bekannt ist. Ein Bauelement 25 ist auf einem Substrat 5 angeordnet. Das Bauelement 25 wird von einem Barrierenstapel verkapselt, der aus einer Barrierenschicht 20, die eine keramische Barrierenschicht sein kann, und einer passiven polymeren Schicht 15 besteht. Aufgrund der hohen Permeabilität der polymeren Schicht 15 sind die meisten der Barrierenkapazitäten des Barrierenstapels auf die keramische Barrierenschicht 20 zurückzuführen. Diese keramische Barrierenschicht muss hinsichtlich Defekten eine sehr hohe Qualität aufweisen, so dass beispielsweise streng gesteuerte Bedingungen für die Abscheidung dieser keramischen Barrierenschicht notwendig sind.
2 ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Behälters 39 gemäß der Erfindung, der einen gegenüber der Umwelt empfindlichen Gegenstand 40 verkapselt. Der Behälter 39 besteht aus einer keramischen Barrierenschicht 45 und einer aktiven polymeren Barrierenschicht 50. Die aktive polymere Barrierenschicht kann den restlichen Sauerstoff und die restliche Feuchtigkeit absorbieren, die zu der keramischen Barrierenschicht 45 eindringen, so dass sich ein Behälter mit verbesserten Barrierenkapazitäten ergibt. Für höhere Barrierenkapazitäten können mehr keramische Barrierenschichten und aktive polymere Barrierenschichten auf diesem Behälter angeordnet werden, was z. B. zu alternierenden Anordnungen von keramischen Barrierenschichten und aktiven polymeren Barrierenschichten führt.
3 stellt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines organischen elektronischen Bauelements gemäß der Erfindung dar. Ein organischer funktionaler Stapel ist auf einem Substrat 100 angeordnet. Eine Anordnung 106 aus verschiedenen keramischen Barrierenschichten und aktiven polymeren Barrierenschichten ist zwischen dem Substrat 100 und dem organischen funktionalen Stapel angeordnet, um als ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial zu dienen. Die Anordnung 106 besteht aus einer abwechselnden Anordnung aus einer keramischen Barrierenschicht 110, dem Substrat 100 zugewandt, einer aktiven polymeren Barrierenschicht 120 und wieder einer keramischen Barrierenschicht 130 und einer aktiven polymeren Barrierenschicht 140. Die aktive polymere Barrierenschicht 120 ist in der Lage, die restliche Feuchtigkeit und den restlichen Sauerstoff zu binden, der in das Substrat 100 eindringt, sowie die Moleküle, die durch die keramische Barrierenschicht 110 hindurchtreten. Auf den aktiven polymeren Barrierenschichten 120 ist eine keramische Barrierenschicht 130 angeordnet. Diese keramische Barrierenschicht 130 dient dazu, Gase und Feuchtigkeit zu blockieren, die durch die aktive polymere Barrierenschicht 120 eindringen. Um die Barrierenanordnung 106 zu vervollständigen, ist die zusätzliche aktive polymere Barrierenschicht 140 auf den keramischen Barrierenschichten angeordnet und kann Moleküle binden, die durch die beiden keramischen Barrierenschichten 110 und 130 eindringen.
Der organische funktionale Stapel besteht aus mindestens einer organischen funktionalen Schicht 160, die zwischen eine erste elektrisch leitende Schicht 150 und eine zweite elektrisch leitende Schicht 170 geschichtet ist. Im Fall von organischen Elektrolumineszenzbauelementen umfasst die mindestens eine organische funktionale Schicht 160 mindestens eine organische Elektrolumineszenzschicht. Der gegenüber der Umwelt empfindliche organische funktionale Stapel ist von einer Kappe 180 verkapselt, die beispielsweise Polymere, Metalle und Glas umfassen kann. Kontakte 155 und 175 liegen vor, die die erste 150 und zweite 170 elektrisch leitende Schicht kontaktieren und Kontaktpads bereitstellen können. Aufgrund der verbesserten Barrierenkapazitäten des Substrats 105, die hauptsächlich von der Barrierenanordnung 106 verliehen werden, weist ein derartiges organisches elektronisches Bauelement eine verlängerte Haltbarkeit auf.
4 zeigt eine Querschnittsansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen organischen elektronischen Bauelements. Eine Barrierenanordnung 206 ist zwischen einem organischen funktionalen Stapel und einem Substrat 200 angeordnet. Im Gegensatz zu 3 besteht die Barrierenanordnung 206 aus einer alternierenden Anordnung einer keramischen Barrierenschicht 210 gefolgt von einer aktiven polymeren Barrierenschicht 220, auf der eine weitere keramische Barrierenschicht 230 und eine zweite aktive polymere Barrierenschicht 240 abgeschieden sind.
Der organische funktionale Stapel besteht aus mindestens einer organischen funktionalen Schicht 260, die zwischen eine erste elektrisch leitende Schicht 250 und eine zweite elektrisch leitende Schicht 270 geschichtet ist. Anstelle einer Kappe, wie in 3 gezeigt, ist eine abwechselnde Barrierenanordnung aus keramischen Barrierenschichten und aktiven polymeren Barrierenschichten auf dem funktionalen Stapel angeordnet, wodurch der organische funktionale Stapel verkapselt wird. Die Barrierenanordnung besteht aus einer alternierenden Abfolge einer aktiven polymeren Barrierenschicht 280, einer keramischen Barrierenschicht 290, einer aktiven polymeren Barrierenschicht 300 und einer keramischen Barrierenschicht 310. Im Fall eines organischen Elektrolumineszenzdisplays oder eines organischen strahlungsdetektierenden Bauelements sind das Substrat 200 und die keramischen Barrierenschichten und polymeren Barrierenschichten bevorzugt transparent, damit das Licht durch die verschiedenen Schichten hindurchtreten kann.
5 stellt ein organisches elektronisches Bauelement der Erfindung dar, wobei das Substrat 300 selbst eine aktive polymere Barrierenschicht liefert. Auf dem Substrat 300 ist eine keramische Barrierenschicht 310 angeordnet, die das Substrat 300 vollständig bedeckt, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit und oxidierende Agentien in das Substrat und den organischen funktionalen Stapel eindringen. Der organische funktionale Stapel umfasst mindestens eine organische funktionale Schicht 330, die zwischen eine erste elektrisch leitende Schicht 320 und eine zweite elektrisch leitende Schicht 340 geschichtet ist. Der funktionale Stapel ist von einer Kappe 350 verkapselt.
Der Schutzbereich der Erfindung ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Tatsächlich sind Variationen, insbesondere hinsichtlich der Abfolge der keramischen Barrierenschichten und der aktiven polymeren Barrierenschichten in den Barrierenanordnungen, möglich. Die Erfindung wird in jeder neuartigen Charakteristik und jeder Kombination von Charakteristiken verkörpert, die jede Kombination beliebiger Merkmale enthält, die in den Ansprüchen angegeben sind, selbst wenn diese Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen nicht explizit angeführt ist.

Claims

Flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial für den Schutz von Gegenständen, die gegenüber Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien empfindlich sind, umfassend: – mindestens eine aktive polymere Barrierenschicht (50), die die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien binden kann, und – mindestens eine durchgängige, flexible keramische Barrierenschicht (45), – wobei die aktive polymere Barrierenschicht (50) eine polymere Matrix mit Säureanhydriden von organischen Säuren aufweist und – wobei die aktive polymere Barrierenschicht (50) in der Lage ist, die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien chemisch zu binden.
Verpackungsmaterial nach Anspruch 1, – wobei die keramische Barrierenschicht (45) aus Metallnitriden, Metalloxiden und Metalloxynitriden ausgewählt ist.
Verpackungsmaterial nach Anspruch 2, – wobei das Metall Al ist.
Verpackungsmaterial nach Anspruch 1, – wobei die keramische Barrierenschicht (45) aus Nitriden, Oxiden und Oxynitriden mit Silizium ausgewählt ist.
Verpackungsmaterial nach Anspruch 1, – wobei die mindestens eine aktive polymere Barrierenschicht (50) und die mindestens eine keramische Barrierenschicht (45) transparent sind.
Verpackungsmaterial nach einem der vorherigen Ansprüche, – wobei die mindestens eine keramische Barrierenschicht (45) zwei keramische Aluminiumoxidbarrierenschichten aufeinander aufweist, die verschiedene Modifikationen aufweisen.
Verpackungsmaterial nach dem vorherigen Anspruch, – wobei die zwei keramischen Aluminiumoxidbarrierenschichten aus α-Aluminiumoxid und γ-Aluminiumoxid sind.
Behälter (39) für den Schutz von Gegenständen (40), umfassend ein Verpackungsmaterial nach Anspruch 1, – wobei eine aktive polymere Barrierenschicht (50) und eine keramische Barrierenschicht (45) in dem Behälter (39) integriert sind.
Behälter (39) nach Anspruch 8, weiterhin umfassend – eine abwechselnde Anordnung aus mindestens zwei keramischen Barrierenschichten (45) und mindestens zwei aktiven polymeren Barrierenschichten (50).
Behälter (39) nach Anspruch 9, – wobei die Oberfläche des Behälters (39), die der Außenseite zugewandt ist, aus einer keramischen Barrierenschicht (45) besteht.
Organisches elektronisches Bauelement, das gegenüber Feuchtigkeit oder oxidierenden Agentien empfindlich ist, umfassend: – ein flexibles Substrat (100), – einen organischen funktionalen Bereich (150, 160, 170) auf dem Substrat (100), der aktive Elemente umfasst, – eine Kappe (180), die den organischen funktionalen Bereich (150, 160, 170) verkapselt, und – ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial (106) nach Anspruch 1 für den Schutz des organischen funktionalen Bereichs (150, 160, 170).
Organisches elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei das flexible mehrschichtige Verpackungsmaterial (106) zwischen dem funktionalen Bereich (150, 160, 170) und dem Substrat (100) angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei die Kappe (180) ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial umfasst, das besteht aus: – mindestens einer aktiven polymeren Barrierenschicht (280), die in der Lage ist, die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien zu binden, und – mindestens einer keramischen Barrierenschicht (290).
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei die Kappe (180) ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial umfasst, das besteht aus: – mindestens einer aktiven polymeren Barrierenschicht (280), die in der Lage ist, die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien zu binden, und – mindestens einer keramischen Barrierenschicht (290), – wobei die aktive polymere Barrierenschicht (280) ausgewählt ist aus den folgenden Materialien: – einer polymeren Matrix mit dispergierten Cyclodextrinen, – zyklischen Olefincopolymeren und – einer polymeren Matrix mit Anhydriden.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei die Kappe (180) ein Material umfasst ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: – Polymeren, – Metallen und – Glas.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei das Substrat (300) eine aktive polymere Barrierenschicht (310) umfasst.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 16, – wobei die Kappe (180) zusätzlich ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial umfasst, das besteht aus: – mindestens einer aktiven polymeren Barrierenschicht (280), die in der Lage ist, die Feuchtigkeit und oxidierenden Agentien zu binden, und – mindestens einer keramischen Barrierenschicht (290).
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 16, – wobei die Kappe (180) zusätzlich ein flexibles mehrschichtiges Verpackungsmaterial umfasst, das besteht aus: – mindestens einer aktiven polymeren Barrierenschicht (280), die in der Lage ist, die Feuchtigkeit und oxidierende Agentien zu binden, und – mindestens einer keramischen Barrierenschicht (290), – wobei die aktive polymere Barrierenschicht (280) ausgewählt ist aus den folgenden Materialien: – einer polymeren Matrix mit dispergierten Cyclodextrinen, – zyklischen Olefincopolymeren und – einer polymeren Matrix mit Anhydriden.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 16, – wobei das Substrat (100) eine aktive polymere Barrierenschicht ist (120, 140).
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei das Substrat (100) eine Anordnung von aktiven polymeren Barrierenschichten (120, 140) und keramischen Barrierenschichten (110, 130) umfasst.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 20, – wobei die Oberfläche des Substrats, die der äußeren Umgebung zugewandt ist, aus einer keramischen Barrierenschicht (110, 130) besteht.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei der organische funktionale Bereich einen Stapel umfasst, der aus einer ersten elektrisch leitenden Schicht (150), einer organischen funktionalen Schicht (160) auf der ersten leitenden Schicht (150) und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht (170) auf der funktionalen Schicht (160) besteht, – wobei die organische funktionale Schicht (160) mindestens eine organische Elektrolumineszenzschicht umfasst, die eine OLED bildet.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei der organische funktionale Bereich einen Stapel umfasst, der aus einer ersten elektrisch leitenden Schicht (150), einer organischen funktionalen Schicht (160) auf der ersten leitenden Schicht (150) und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht (170) auf der funktionalen Schicht (160) besteht, – wobei die organische funktionale Schicht (160) mindestens eine organische strahlungsdetektierende Schicht umfasst, die einen organischen Strahlungssensor bildet.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 11, – wobei der organische funktionale Bereich (150, 160, 170) eine integrierte Kunststoffschaltung umfasst.