DE10163463A1 - Vorrichtung und Verfahren zu in-situ-Messung von auf Trägern aufgedruckten Polymermengen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zu in-situ-Messung von auf Trägern aufgedruckten Polymermengen

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Abstract

Eine Strahlungsquelle 2 sendet elektromagnetische Strahlung auf einen Tropfen 9, 10 Polymerlösung oder -dispersion, der auf einen Träger 4 gedruckt wird. Ein Detektor 3 mißt die transmittierte oder re-emittierte Strahlung. Geregelt von einer Vergleichseinrichtung 6 und einer Steuereinheit 5 werden an einer Druckeinrichtung 1 in situ gegebenenfalls die Druckparameter korrigiert. Dadurch lassen sich bei organischen Leuchtdioden Schichtdicke und damit Helligkeit und Farbeindruck gezielt einstellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und das zugehörige Verfahren zur in-situ-Tropfengrößenmessung von aufgedruckten Polymermengen bei der Herstellung organischer LED-Displays.
  • In der Optoelektronik gewinnt die organische Leuchtdiode (kurz OLED für Organic Light Emitting Diode) immer mehr an Bedeutung.
  • Bei den OLEDs existieren zwei grundlegende Technologien. Zum einen werden OLEDs auf der Basis von Monomeren hergestellt, zum anderen gibt es OLEDs auf der Basis von Polymeren.
  • Da die Elektrolumineszenz in den Polymerschichten der OLEDs wegen der stark nicht-linearen Abhängigkeit der Stromdichte von der Schichtdicke des Polymers stark nicht-linear von dieser Schichtdicke abhängt, ist es für den OLED- Herstellungsprozeß essentiell, eine über die OLED-Fläche weitestgehend konstante Schichtdicke des Polymers sicherzustellen. Nur so können Helligkeit und Farbeindruck der OLEDs den Zielvorgaben entsprechend eingestellt werden. Eine punktuelle Nicht-Bedeckung des Substrats mit Polymer führt sogar zu einem Kurzschluß zwischen Kathode und Anode, wodurch das gesamte zugehörige OLED-Display funktionsuntauglich wird.
  • Die Einstellung einer exakten Schichtdicke des Polymers auf dem Substrat ist zwar mit flächigen Beschichtungsverfahren wie dem Drehschleuderverfahren möglich. Wegen der Notwendigkeit der nachträglichen Strukturierung und des damit verbundenen hohen Aufwands wird dieses Verfahren für die Herstellung von OLEDs aber nicht bevorzugt.
  • Um Strukturierungen des Polymers auf dem Substrat zu erhalten, ist es daher von Vorteil, mit Hilfe eines Druckverfahrens eine Polymerlösung bereits strukturiert auf das Substrat aufzudrucken.
  • Ausschlaggebend für das Druckergebnis bei den verwendeten Verfahren wie Tintenstrahldruck oder Siebdruck ist dabei, die zu druckende Polymermenge mit hoher Genauigkeit zu dosieren.
  • Bisher ist die Anpassung der Dosierung nur über eine nachträgliche Kontrolle des Druckergebnisses möglich, was bei fehlerhaftem Druckprozeß einen hohen Ausschuß an OLEDs bedeutet. Wird außerdem aufgrund einer nachträglichen Kontrolle versucht, mit einem zweiten Druckvorgang das ursprüngliche Ergebnis einer zu geringen Beschichtungsdicke zu verbessern, entsteht zwischen der herkömmlicherweise bereits angetrockneten ersten Schicht und der frischen zweiten Schicht eine zusätzliche Grenzfläche, welche die elektrischen und optischen Eigenschaften der Leuchtdioden negativ beeinflussen kann. Ein zweiter Druckvorgang bedeutet außerdem einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die es erlaubt, den Druckvorgang und damit das Druckergebnis in situ zu regeln, d. h. die Polymerschichtqualität direkt während des Druckvorgangs zu untersuchen und gegebenenfalls zu verändern bzw. zu korrigieren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine vorzugsweise herkömmliche Druckmaschine zum Drucken organischer LEDs mit einer Strahlungsquelle und einem Detektor ausgestattet wird. Zum Vermessen der Polymermengen wird eine bestimmte optische Eigenschaft des Polymers genutzt.
  • Geeignete Verfahren für die Messungen beinhalten Absorptionsspektroskopie und Fluoreszenzanalyse.
  • In einer bevorzugten Variante wird die vom Polymer abgestrahlte elektromagnetische Strahlung unter Ausnutzung der Strahlungsabsorption im sichtbaren oder nahen ultravioletten Spektralbereich gemessen.
  • Bei der Nutzung des Absorptionsvermögens können grundsätzlich zwei Meßmoden angewandt werden:
    Die Strahlungsabsorption der aufgedruckten Tropfen läßt sich zum einen dadurch bestimmen, daß der Detektor in den Strahlengang hinter den Tropfen eingebracht wird. Dort wird die transmittierte Strahlungsmenge aufgenommen. Je größer die Polymermenge des Tropfens ist, desto stärker wird Strahlung absorbiert.
  • Andererseits kann im Reflexionsmodus gemessen werden, wobei Strahlungsquelle und Detektor auf der gleichen Seite des Substrats im entsprechenden Reflexionswinkel zueinander angeordnet sind. Mit größerer Polymermenge im Tropfen ist die Absorption stärker und die Reflexion dementsprechend geringer.
  • Beide Verfahren der Absorptionsmessung, Transmissions- und Reflexionsmessung, können auch in Ergänzung zueinander durchgeführt werden. Dadurch können vorteilhafterweise Meßfehler schneller erkannt und korrigiert werden.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Variante wird die vom Polymer ausgesandte Strahlung unter Ausnutzung der Fluoreszenzeigenschaften des Polymermaterials gemessen. Polymere, die für die aktive Schicht in organischen Leuchtdioden eingesetzt werden, besitzen gerade die Eigenschaft des Fluoreszenzvermögens, so daß es sinnvoll ist, sich genau diese Eigenschaft zunutze zu machen, um die Größe der gedruckten Tropfen und somit die Dicke der aktiven Schichten zu bestimmen.
  • Eine vom Polymer re-emittierte Strahlung wird hierbei von einem Detektor aufgenommen, der sich in einem beliebigen Winkel zur Linie Strahlungsquelle-Tropfen befindet.
  • In beiden Fällen der optischen Polymereigenschaften Absorptionsvermögen und Fluoreszenzvermögen wird der vom Detektor aufgenommene Ist-Wert der Strahlungsmenge in einer Kontrolleinrichtung mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen.
  • Weicht der Ist-Wert vom Soll-Wert ab, werden sofort von einer dem Detektor nachgeschalteten Kontrolleinrichtung Parameter des Druckvorgangs wie Tropfengröße und Tropfendruckfrequenz korrigiert.
  • Da optische Meßmethoden mit Meßzeiten von Mikrosekunden und weniger arbeiten, ein typischer Druckvorgang einzelner Displaybereiche aber im Bereich von Millisekunden liegt, werden Abweichungen vom gewünschten Druckergebnis registriert, noch bevor sich der Druckkopf von der fehlerhaft bedruckten Stelle wegbewegt hat. Somit kann das Druckergebnis durch nochmaliges Bedrucken korrigiert werden, ohne daß sich zwischen der ersten und zweiten Druckschicht eine Grenzschicht ausbildet.
  • Außer der Reparatur einer schon gedruckten Stelle ist es aber vor allem auch möglich, die Druckparameter für den weiteren Druckverlauf zu korrigieren.
  • In einer bevorzugten Variante wird die gedruckte Schicht zeitlich unmittelbar nach dem Auftreffen eines Tropfens vermessen und der Druckvorgang für den sich anschließenden Druckabschnitt bei Bedarf geändert.
  • In einer anderen Variante werden die Tropfen bereits im Flug zwischen Druckkopf und Substrat vermessen. Die Menge des im Tropfen enthaltenen Polymers entspricht dabei derjenigen Menge, die auf den Träger auftrifft.
  • Bei vielen Druckverfahren wie dem Tintenstrahldrucken ist eine exakte relative Positionierung des Druckkopfes zum Substrat erforderlich. Dies geschieht häufig mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem in einem nicht verwendeten Bereich des Substrats ein Probemuster gedruckt wird. Die Lage dieses Probemusters relativ zu bestimmten Markierungen auf dem Substrat wird dann mit Hilfe eines in der Nähe des Druckkopfes angebrachten optischen Meßsystems bestimmt und zur Kalibrierung der Koordinaten verwendet. Für dieses Verfahren ist eine entsprechende Lichtquelle erforderlich, die vorzugsweise auch zur in-situ-Analyse der Polymermenge verwendet werden kann. Dies spart zusätzliches Gewicht am Druckkopf, sowie Platz und Kosten.
  • Im folgenden werden die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen unter Verwendung der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1)
  • Hierbei handelt es sich um eine Meßvorrichtung zur Tropfenregelung eines auf einem Substrat aufgedruckten Polymertropfens unter Ausnutzung seiner fluoreszierenden Eigenschaften.
  • Die Druckvorrichtung ist in diesem Beispiel ein Tintenstrahldruckkopf 1 mit Piezo-Technik, mit dem ein Glassubstrat 4 mit einer Lösung eines elektrolumineszierenden Polymers bedruckbar ist. Seitlich vom Druckkopf 1 ist eine Strahlungsquelle 2 mit auf die Absorptionseigenschaften des Polymers abgestimmter Strahlung angebracht. Eine von der Strahlungsquelle 2 ausgesandte Primärstrahlung wird im wesentlichen auf den Auftreffbereich des Tropfens auf dem Substrat 4 fokussiert. Mit dieser Primärstrahlung wird zeitnah nach dem Auftreffen auf dem Substrat 4 ein Fluoreszenzprozeß im Tropfen 10 angeregt. Dabei entstehende Sekundärphotonen werden in einer Sammeloptik einer neben dem Druckkopf 1 angeordneten Detektionseinrichtung 3 verarbeitet und mit einem Fluoreszenzdetektor der Detektionseinrichtung 3 detektiert und quantifiziert. Die dabei gewonnene Information gibt Aufschluß über das Tropfenvolumen auf dem Glassubstrat. Diese Information wird in einer elektronischen Vergleichseinrichtung 6 weiterverarbeitet und durch Vergleich mit einem Sollwert direkt zur Steuerung des Tropfenvolumens in einer Ansteuerelektronik 5 des Druckkopfes 1 und zur Fehleranalyse verwendet.
  • Die oben in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels kann auch im Reflexionsmodus betrieben werden, bei dem der Polymertropfen nicht zur Fluoreszenz angeregt wird, und lediglich eine vom Polymertropfen reflektierte Strahlung detektiert wird. In diesem Modus wird die absorbierte Strahlungsmenge bestimmt, um die gedruckte Polymermenge festzustellen.
    • Ausführungsbeispiel 2 (Fig. 2)
  • Hierbei handelt es sich um eine Meßvorrichtung zur Tropfenregelung eines auf einem Substrat mit Elektrode aufgedruckten Polymertropfens unter Ausnutzung seiner absorbierenden Eigenschaften.
  • Die Druckvorrichtung ist in diesem Beispiel ein Tintenstrahldruckkopf 1 mit Bubble-Jet-Technik, mit dem ein transparentes Substrat entsprechend Ausführungsbeispiel 1 bedruckbar ist, wobei ein Glassubstrat 4 mit einer transparenten Elektrode 7 wie beispielsweise einer Indium-Zinn-Oxid-Elektrode versehen ist. Anstelle einer Fluoreszenzstrahlung wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird in diesem Aufbau eine durch den Tropfen 10 und das Substrat 4 transmittierte Strahlung mit Hilfe einer Detektionseinrichtung 3 detektiert und zur in-situ- Kontrolle der Tropfenparameter verwendet.
  • Mit dieser Anordnung läßt sich alternativ bei Verwendung einer geeigneten Strahlung eine vom Polymertropfen 10 durch Fluoreszenz emittierte Strahlung detektieren.
    • Ausführungsbeispiel 3 (Fig. 3)
  • Hierbei handelt es sich um eine Meßvorrichtung zur Tropfenregelung eines Polymertropfens im Flug unter Ausnutzung seiner fluoreszierenden Eigenschaften.
  • Die Druckvorrichtung ist in diesem Beispiel ein Tintenstrahldruckkopf 1, mit dem ein transparentes Substrat 4 entsprechend Ausführungsbeispiel 1 bedruckbar ist. Wie in Beispiel 1 wird eine Fluoreszenzstrahlung eines Tropfens detektiert, in diesem Fall jedoch bereits eines Tropfens 9 im Flug. Durch einen in einem beliebigen Winkel zur Achse der Primärstrahlung angebrachten Detektor 3 wird die Fluoreszenzstrahlung detektiert und zur Kontrolle der Tropfenparameter verwendet.
  • Mit einer Anordnung gemäß diesem Ausführungsbeispiel läßt sich alternativ unter Ausnutzung der Absorptionseigenschaften des Polymers und unter Verwendung einer geeigneten Strahlung eine durch den Tropfen transmittierte Strahlung messen, wenn der Detektor 3 beispielsweise auf der Strahlachse der Strahlungsquelle 2 angeordnet ist.
    • Ausführungsbeispiel 4 (Fig. 4)
  • Hierbei handelt es sich um eine Meßvorrichtung zur Regelung des Druckvorgangs einer auf einen Träger siebgedruckten Polymerschicht unter Ausnutzung seiner fluoreszierenden Eigenschaften.
  • Die Druckvorrichtung ist in diesem Beispiel eine Siebdruckmaschine, bei der aus einem strukturierten Sieb 8 und einem Rakel 11 Polymerlösung auf ein Substrat 4 aufgebracht werden kann. Mit Hilfe einer Primärstrahlungsquelle 2 und einem Detektor 3 für die Fluoreszenzstrahlung unterhalb des Substrates 4 wird durch das transparente Substrat 4 hindurch die Schichtdicke des Polymerfilms detektiert. Diese Information wird durch eine Kontrolleinrichtung zur Steuerung der Rakelparameter der Siebdruckanlage (Andruck, Geschwindigkeit etc.) und somit zur in-situ-Kontrolle der Schichtdicke verwendet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich nicht nur auf die hier konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich auf sämtliche Vorrichtungen und Verfahren, die die Merkmale der Erfindung aufweisen.
  • Auch für das Bedrucken anderer Träger, wie Papier, Textilien, Glas, Keramik und Metall kann das oben beschriebene Verfahren der Drucküberwachung vorteilhaft eingesetzt werden. Bei nichttransparenten Stoffen ist dabei der Transmissionsmodus nicht einsetzbar.
  • Auch lassen sich außer Polymerlösungen alle anderen Farbdrucksysteme während des Druckens in der beschriebenen Weise in situ optisch vermessen, wenn sie eine optische Eigenschaft wie Absorptionsvermögen oder Fluoreszenzvermögen aufweisen.

Claims (28)

1. Vorrichtung zur optischen Messung einer von einer Druckeinrichtung 1, 11 auf einen Träger 4 aufgebrachten Polymermenge unter Ausnutzung einer optischen Eigenschaft des Polymers, dadurch gekennzeichnet, daß bei deren Betrieb eine Strahlungsquelle 2 und ein Strahlungsdetektor 3 so zueinander angeordnet sind, daß die Strahlungsquelle einen Tropfen 9, 10 Polymerlösung oder -dispersion bestrahlt und der Detektor eine von dem Tropfen re-emittierte Strahlung und/oder eine durch den Tropfen transmittierte Strahlung aufnimmt und daß der Meßvorgang während des Druckvorgangs zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem der Tropfen erneut bedruckbar ist, ohne daß zwischen dem Tropfen und der nachgedruckten Polymermenge eine Grenzfläche verbleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Eigenschaft des Polymers sein Fluoreszenzvermögen ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Eigenschaft des Polymers sein Absorptionsvermögen im sichtbaren oder nahen ultravioletten Spektralbereich ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung 6 vorgesehen ist, die einen vom Detektor empfangenen Ist-Wert mit einem vorgegebenen Soll- Wert vergleicht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung an eine Steuereinheit 5 gekoppelt ist, die bei einem Abweichen des Ist-Wertes vom Soll-Wert mindestens einen Druckparameter der Druckvorrichtung korrigiert.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsquelle und Detektor so angeordnet sind, daß der Tropfen 10 auf dem Träger 4 vermessen wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsquelle und Detektor so angeordnet sind, daß der Tropfen 9 auf dem Weg von der Druckeinrichtung 1 zum Träger 4 vor dem Auftreffen auf den Träger vermessen wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor zur Messung einer nicht absorbierten Strahlungsmenge im Transmissionsmodus relativ zur Strahlungsquelle auf der Achse des Primärstrahls oder im Reflexionsmodus im Reflexionswinkel des auf dem Substrat reflektierten Primärstrahls angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor in einem beliebigen Winkel zur Achse des Primärstrahls angeordnet ist und vom Tropfen durch Fluoreszenz emittierte Strahlung mißt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Substrat für mindestens eine organische Leuchtdiode ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung ein Tintenstrahl-Druckkopf mit Piezotechnik oder Bubble-Jet-Technik ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Siebdruckeinheit 11 ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Druckeinrichtung für Offsetdruck, Tampondruck, Schablonendruck oder für ein Hochdruck- oder ein Tiefdruckverfahren ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle 2 dieselbe Strahlungsquelle ist, die in einem OLED-Herstellungsprozeß in einem optischen Erkennungssystem zur Bestimmung der Position der Druckeinrichtung relativ zum Substrat verwendet wird.
15. Verfahren zur optischen Messung einer von einer Druckeinrichtung 1, 11 auf einen Träger 4 aufgebrachten Polymermenge unter Ausnutzung einer optischen Eigenschaft des Polymers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tropfen 9, 10 Polymerlösung oder -dispersion mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt und eine von dem Tropfen emittierte Strahlung und/oder eine durch den Tropfen transmittierte Strahlung detektiert wird, und daß diese Vorgänge während des Druckvorgangs zu einem Zeitpunkt stattfinden, zu dem der Tropfen erneut bedruckbar ist, ohne daß zwischen dem Tropfen und der nachgedruckten Polymermenge eine Grenzfläche verbleibt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Eigenschaft des Polymers sein Fluoreszenzvermögen ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Eigenschaft des Polymers sein Absorptionsvermögen im sichtbaren oder nahen ultravioletten Spektralbereich ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Detektor 3 empfangener Ist-Wert der Strahlungsmenge mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Abweichen des Ist-Wertes der Strahlungsmenge vom Soll-Wert mindestens ein Druckparameter an der Druckeinrichtung geändert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfen 10 zeitnah nach dem Auftreffen auf einen Träger vermessen wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfen 9 auf dem Weg von der Druckeinrichtung zum Träger vor dem Auftreffen auf den Träger vermessen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht vom Tropfen absorbierte Strahlungsmenge gemessen wird, indem ein Detektor im Transmissionsmodus relativ zur Strahlungsquelle auf der Achse des Primärstrahls auf der anderen Seite des Tropfens oder im Reflexionsmodus im Reflexionswinkel des auf dem Substrat reflektierten Primärstrahls angeordnet ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungsdetektor in einem beliebigen Winkel zur Achse des Primärstrahls die vom Tropfen durch Fluoreszenz emittierte Strahlung mißt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Substrat einer organischen Leuchtdiode ist.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung ein Tintenstrahl-Druckkopf ist, der mit Piezotechnik oder Bubble-Jet-Technik arbeiten kann.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Siebdruckeinheit 11 ist,
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Druckeinrichtung für Offsetdruck, Tampondruck, Schablonendruck oder für ein Hochdruck- oder ein Tiefdruckverfahren ist.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestrahlen des Polymertropfens dieselbe Strahlungsquelle 2 verwendet wird, die in einem OLED-Herstellungsprozeß in einem optischen Erkennungssystem zur Bestimmung der Position der Druckeinrichtung relativ zum Substrat verwendet wird.
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