DE102004046590A1

DE102004046590A1 - Rotationsbeschichtungsverfahren zum Beschichten eines Substrates mit einem dünnen Film

Info

Publication number: DE102004046590A1
Application number: DE102004046590A
Authority: DE
Inventors: Clemens Dr. Ottermann; Frank BÖHM; Klaus Dr. Bonrad
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-09-25
Filing date: 2004-09-25
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Ein Verfahren zum Beschichten eines flexiblen Substrates (4) mit einem dünnen Film, bei welchem eine zugeführte Beschichtungslösung (9) durch Drehen des Substrates (4) verteilt wird, soll hinsichtlich der Effizienz und der Wirtschaftlichkeit verbessert werden. Dazu wird gemäß einer Lösungsvariante das zu beschichtende Substrat (4) in einen im wesentlichen zylinderförmigen und/oder im wesentlichen kegelförmigen, von einem drehbaren Körper (1) umfaßten Hohlraum (2) eingesetzt. Vor dem Drehen und/oder während des Drehens des Körpers (1) um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes (2) verlaufende Drehachse (3) wird die filmbildende Beschichtungslösung (9) vorzugsweise auf das Substrat (4) aufgetragen. Der Körper (1) wird so schnell um die Drehachse (3) gedreht, daß sich die Beschichtungslösung (9) unter Einwirkung der senkrecht von der Drehachse (3) weggerichteten, rotationsbedingten Fliehkraft auf der Substratoberfläche (4a) verteilt. Das beschichtete Substrat (4) wird entnommen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Beschichten eines flexiblen Substrates mit einem dünnen Film, bei dem eine filmbildende Beschichtungslösung zugeführt wird, die sich durch Drehen des Substrates auf der Substratoberfläche verteilt und nach dem Trocknen bzw. Aushärten den Film bildet.

Auf vielen technischen Gebieten ist es erforderlich, Substrate mit dünnen Filmen zu beschichten, die optische, optoelektronische Schichten, Barriereschichten etc. bilden, z.B. in der Halbleitertechnik, in der fotografischen Technik bei der Herstellung von Filmmaterial für fotografische Zwecke und beim Aufbringen von organischen Fotoleitern auf geeignete Substrate, die zur Erzeugung eines elektrostatischen Ladungsbildes einer elektrofotografischen Vorrichtung (Drucker, Kopierer oder dergleichen) dienen, in der Lumineszenztechnik für die Herstellung von organischen Leuchtdioden (organic light emitting diods, kurz OLEDs), bei denen es sich um flächige Beleuchtungselemente mit dünnen, organischen, lichtemittierenden Schichten handelt. Eine organische Leuchtdiode umfaßt z.B. ein transparentes Substrat, eine transparente Elektrode, eine oder mehrere dünne organische Schichten und eine in der Regel nichttransparente Elektrode, beispielsweise ein metallisches oder leitfähig beschichtetes Substrat, eine Folie oder ein Halbleitersubstrat wie z.B. ein Siliziumwafer. Ferner umfaßt ein OLED eine oder mehrere dünne organische Schichten und eine transparente Elektrode (sogenanntes invertiertes System). Dieser Aufbau wird durch eine Verkapselung geschützt, da sowohl die organischen Schichten als auch einige Elektrodenmaterialien empfindlich auf Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit reagieren. Daher muß auch die Fertigung einer organischen Leuchtdiode unter einer Inertgasatmosphäre, z.B. in einer Glove-Box oder in einem anderen Inertgasbehälter, erfolgen.

Dabei werden gerade in den oben genannten technischen Bereichen hohe Anforderungen an die Beschichtungsverfahren gestellt, da die erzeugten Schichten bzw. Filme sehr dünn (im Mikrometer bis Nanometerbereich) und sehr gleich mäßig auf das jeweilige Substrat aufgebracht werden müssen. Etabliert sind Vakuumprozesse oder Beschichtungen aus der Flüssigphase. Übliche Flüssigbeschichtungsverfahren sind beispielsweise Spincoating, Tauch-, Sprüh-, Druckverfahren usw.

In der EP 0 458 393 A1 wird ein Tauchbeschichtungsverfahren zur Beschichtung der Umfangsfläche eines trommelförmigen Substrates mit einem dünnen, homogenen Film offenbart. Dabei wird das Substrat senkrecht in einen die Beschichtungslösung enthaltenen Behälter eingetaucht und anschließend Substrat und Behälter mit einer konstanten geringen Geschwindigkeit in vertikaler Richtung voneinander entfernt, so daß eine dünne Beschichtungslösungsschicht an dem Substrat haften bleibt. Derartige Tauchbeschichtungsverfahren sind sehr empfindlich gegenüber äußeren Erschütterungen, die – wenn sie beim Herausziehen des Substrates auftreten – eine ungleichmäßige Filmbildung auf dem Substrat bewirken. Sehr dünne Substrate können ferner bereits auf Raumschall mit Schwingungen reagieren, was ebenfalls zu einer inhomogenen Beschichtung führt. Desweiteren besteht bei dünnen, flächigen Substraten (insbesondere Glassubstraten) Bruchgefahr, so daß die Tauchbeschichtung derartiger Substrate eine aufwendige Substrathalterung und -führung erfordert. Ferner muß für das vollständige Eintauchen des Substrates ein großes Beschichtungslösungsvolumen vorrätig gehalten werden. Darüber hinaus benötigt eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Tauchbeschichtungsverfahrens aufgrund des linearen Substratzuges in vertikaler Richtung relativ viel Platz (mindestens die doppelte Substratlänge), um das beschichtete Substrat vollständig aus dem Behälter entfernen zu können. Dies ist nachteilig für die Beschichtung großer Substrate unter Inertgasbedingungen, da dies ausgedehnte Inertgasvolumina (oder Inertgasbehälter) erfordert.

Ein weiteres Flüssigbeschichtungsverfahren für die Beschichtung großflächiger Substrate mit einem homogenen, uniformen Film mit einer Dicke im Nanometer- bis Mikrometer-Bereich (z.B. für die Herstellung einer organischen Leuchtdiode) ist das Spin-Coat-Verfahren. Dabei wird das zu beschichtende, flache Substrat auf einem Drehteller befestigt und die Substratoberfläche im wesentlichen vollständig mit einer filmbildenden Beschichtungslösung benetzt. Anschließend wird der Drehteller auf eine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit (in der Regel 1000 bis 8000 U/min) beschleunigt, was bewirkt, daß durch die rotationsbedingte, parallel zur Substratoberfläche wirkende Fliehkraft der größte Teil (typischerweise mehr als 95%) der aufgebrachten Beschichtungslösung seitlich weggeschleudert wird und nur eine dünne Beschichtungslösungsschicht auf der Substratoberfläche zurückbleibt, die nach dem Trocknen bzw. Aushärten den Film bildet.

Aufgrund hoher Reinheitsansprüche kann in vielen technischen Bereichen, insbesondere auch bei der Herstellung von organischen Leuchtdioden, das beim Spincoating seitlich abgeschleuderte Beschichtungsmaterial nicht kostengünstig zurückgewonnen werden (beispielsweise durch Lösen und Reinigen). Da darüber hinaus die verwendeten Beschichtungsmaterialien häufig (so auch bei der Herstellung von organischen Leuchtdioden) sehr teuer sind, ist dieses Beschichtungsverfahren mit einem hohen Kostenaufwand verbunden.

Beispielsweise aus der WO 0174121 A1, WO 9912395 A1, EP 0982974 A1 , WO 0141229 A1 sind desweiteren aus dem Gebiet der organischen Leuchtdioden Tintenstrahldruckverfahren (im folgenden Ink-Jet-Verfahren) bekannt, um feinstrukturierte Beschichtungen auf dünnen Substraten zu erzeugen (beispielsweise für Displayanwendungen). Dazu werden mittels geeigneter Techniken (z.B. lithografischer Techniken) kleine Hilfsstrukturen (Näpfchen, Stege oder dergleichen) z.B. aus Fotolack auf das Substrat aufgetragen, die anschließend mit verschiedenen Beschichtungslösungen mittels eines Ink-Jet-Kopfes gefüllt werden.

Großflächige, homogene Beschichtungen, bei denen also keine derartigen Hilfsstrukturen verwendet werden können, lassen sich dagegen über das Ink-Jet-Verfahren nicht zufriedenstellend realisieren, da z.B. die Oberflächeneigenschaften und damit beispielsweise das Benetzungsverhalten der zu beschichtenden Substratoberfläche nicht homogen sein können. Dies führt dazu, daß die frei auf die Substratoberfläche aufgetragenen Beschichtungslösungströpfchen unterschiedlich stark auseinanderlaufen und ineinanderfließen, so daß selbst aus einer gleichmäßigen Tröpfchenbelegung auf der Substratoberfläche kein homogener Film mit konstanten, reproduzierbaren Eigenschaften resultiert, was beispielsweise für großflächige, homogene Beleuchtungsanwendungen mit organischen Leuchtdioden erforderlich ist. Weiter kann das Flüssigkeitsvolumen von Tröpfchen zu Tröpfchen variieren, was ebenfalls zu einer inhomogenen Filmausbildung führen kann.

Wesentliche Vorteile von organischen Leuchtdioden gegenüber anorganischen Leuchtdioden sind beispielsweise ihre geringen Bauhöhen bei der Verwendung dünner Substrate, ihre Flexibilität bei der Verwendung flexibler Substrate sowie ihre große Leuchtfläche. Von großem Interesse sind flexible organische Leuchtdioden, die aus flexiblen Substraten gefertigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein material- und kostensparendes, effizientes Verfahren zum Beschichten eines flexiblen Substrates mit einem dünnen Film sowie ein mittels des Verfahrens beschichtetes flexibles Substrat zur Verfügung zu stellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art in einer ersten erfindungsgemäßen Lösungsvariante ein Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrenund als zweite erfindungsgemäße Lösungsvariante ein Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren vorgeschlagen.

Bei dem Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahren wird das zu beschichtende flexible Substrat verformt und in einen von einem drehbaren Körper umfaßten Hohlraum eingesetzt, wobei der Hohlraum im wesentlichen zylinderförmig oder im wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist oder einen zylinderförmigen und einen kegelförmigen Abschnitt aufweist. Vor dem Drehen und/oder während des Drehens des Körpers um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes verlaufende Drehachse wird mittels eines Zufuhrelementes die filmbildende Beschichtungslösung vorzugsweise auf das Substrat aufgetragen. Der Körper wird so schnell um die Drehachse gedreht, daß sich die Beschichtungslösung unter Einwirkung der senkrecht von der Drehachse weg gerichteten, rotationsbedingten Fliehkraft auf der Substratoberfläche verteilt. Das beschichtete Substrat wird aus dem Hohlraum entnommen. Je nach Anwendungsfall kann das beschichtete flexible Substrat im wesentlichen wieder in seine ursprüngliche Form zurückgeformt werden. Bei einem beispielsweise flexiblen planaren Substrat bedeutet das, dass das Substrat erst gebogen, dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet, und anschließend wieder in seine ürsprüngliche planare Form zurückgeformt wird. Dies kann auch selbständig durch die Eigenspannung des Substrats erfolgen. Sollte durch die aufgebrachten Schichten Abweichungen von der ursprünglichen Form entstehen, beispielsweise durch Spannungen der Oberflächen, sind diese für die Erfindung von geringer Bedeutung, da sich flexible Substrate nach dem Beschichten auch in andere Formen bringen lassen. Ebenso kann die Beschichtung auch dazu führen, dass das vormals flexible Substrat aufgrund der Beschichtung unflexibel wird.

Dieser ersten erfindungsgemäßen Lösungsvariante (Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahren) liegt die Idee zugrunde, anstelle eines planen, sich schnell um eine senkrecht zur Substratoberfläche orientierte Drehachse drehenden Substrates (wie beim Spin-Coat-Verfahren) ein Substrat zu beschichten, dessen zu beschichtende Substratoberfläche im wesentlichen parallel (bei Verwendung eines im wesentlichen zylinderförmigen Hohlraumes) bzw. schräg (bei Verwendung eines kegelförmigen Hohlraumes) zu der Drehachse orientiert ist. Während die rotationsbedingte, senkrecht von der Drehachse weg gerichtete Fliehkraft beim Spin-Coat-Verfahren parallel zur Substratoberfläche wirkt und somit die überschüssige, nicht an dem Substrat haftende Beschichtungslösung sofort nach außen über den Substratrand weggedrückt wird und verloren geht, wirken bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von der Substratform (z.B. mehr oder weniger stark gebogen, im wesentlichen plan) bzw. der Sustratanordnung in Bezug auf die Drehachse (im wesentlichen parallel bzw. schräg zur Drehachse) auf die aufgetragene Beschichtungslösung primär Kräfte senkrecht zur Substratoberfläche und im Vergleich dazu geringere Transversalkräfte ein, so daß die Beschichtungslösung nicht sofort von dem Substrat weggeschleudert, sondern vielmehr auf dieses aufgedrückt wird und sich dabei auf ihm verteilt. Da die Beschichtungslösung länger auf dem Substrat verbleibt und sich dabei verteilt, braucht sie nur mit einem geringen, nicht zur Schichtbildung benötigten Überschuß zugeführt zu werden, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren materialsparend und daher kostengünstig ist. Ferner lassen sich mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens auch große Substrate gleichmäßig beschichten, da aufgrund der Substratanordnung wesentlich homogenere Kräfte auf die aufgetragene Beschichtungslösung einwirken als beim Spin-Coat-Verfahren, bei dem die auf die Beschichtungslösung auf der Substratoberfläche einwirkenden Fliehkräfte in Abhängigkeit von dem radialen Abstand von der Drehachse extrem variieren.

Die beschriebene geometrische Anordnung des flexiblen Substrates in Bezug auf die Fliehkraftwirkung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß das zu beschichtende Substrat verformt und in einen entsprechend geformten Hohlraum eingesetzt wird. Dieser kann im wesentlichen zylinderförmig oder im wesentlichen kegelförmig ausgebildet sein, wobei bei konischen Hohlräumen solche zu bevorzugen sind, die in Hohlraumlängserstreckung nur geringe Unterschiede hinsichtlich des radialen Abstandes der Wandung von der Drehachse aufweisen, d.h. die nur leicht kegelförmig ausgebildet sind. Ferner kann auch ein Hohlraum verwendet werden, der einen zylinder- und einen kegelförmigen Abschnitt hat. Darüber hinaus kann die Wandung des Hohlraumes leicht paraboloid, hyperboloid oder toroidal gekrümmt sein. Unter einer kegelförmigen Ausführung ist im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch eine kegelstumpfförmige Ausführung, z.B. ein kegelstumpfförmiger Hohlraum, Hohlraumabschnitt usw. zu verstehen.

Welche Hohlraumform im konkreten Anwendungsfall einzusetzen ist, ist jeweils im Einzelfall zu entscheiden und hängt u.a. von der gewünschten Filmdicke und deren Homogenitätsgrad sowie weiteren Prozeßparametern ab (z.B. Eigenschaften der Beschichtungslösung und deren Auftragsweise auf das Substrat, Substratgröße usw.). Wenn es darauf ankommt, daß auf die aufgetragene Beschichtungslösung primär nur Fliehkräfte senkrecht zur Substratoberfläche wirken, die überall gleich groß sind, ist vorzugsweise ein kreiszylinderförmiger Hohlraum zu wählen. Bei anderen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, durch die Wahl der Hohlraumform gezielt einen Fliehkraftgradienten für die Beschichtungslösung zu erzeugen, indem z.B. ein zylinderförmiger Hohlraum mit ovalem Querschnitt oder ein kegelförmiger Hohlraum verwendet wird. Durch diese Maßnahme kann nicht zur Schichtbildung benötigte Beschichtungslösung vom Substrat gezielt abgeführt bzw. ein gezielter Schichtgradient eingestellt werden. Generell ist die Hohlraumform so zu wählen, daß ein für den konkreten Anwendungsfall geeignetes Kräfteverhältnis von senkrecht zur Substratoberfläche wirkender Fliehkraft und schräg zur Substratoberfläche wirkenden Transversalkräften gegeben ist.

Je nach Art des verwendeten Substrates kann sich das in den Hohlraum eingesetzte Substrat bereits durch seine Eigenspannung an die Hohlraumwandung anlegen bzw. es wird durch die rotationsbedingte Fliehkraft beim schnellen Drehen des Körpers um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes verlaufende Drehachse nach außen gegen die Wandung des Hohlraumes gedrückt, so daß es an der Hohlraumwandung anliegt und die zu beschichtende Substatoberfläche im wesentlichen parallel oder mehr oder weniger schräg zur Drehachse angeordnet ist. Ein Substrat kann somit durch die Fliehkraft bzw. ggf. durch seine Eigenspannung in dem Hohlraum sicher gehalten und fixiert sein. Falls erforderlich, können auch Fixierungsmittel zum Fixieren des Substrates im Hohlraum verwendet werden. Die Geschwindigkeit, mit der der drehbare Körper gedreht wird, muß so hoch sein, daß die auf die Komponenten im Hohlraum wirkende Gravitationskraft klein ist im Vergleich zur erzeugten Fliehkraft und letztere groß genug ist, um die Beschichtungslösung auf der Substratoberfläche zu verteilen.

Die Beschichtungslösung wird mittels eines Zufuhrelementes vor dem Drehen und/oder während des Drehens des Körpers aufgetragen, und zwar vorzugsweise auf das Substrat, um zu einer schnellen, gleichmäßigen Verteilung zu gelangen. Alternativ könnte sie auch auf einen nicht vom Substrat bedeckten Bereich der Hohlraumwandung aufgetragen werden. Infolge der rotationsbedingten, radial nach außen wirkenden Fliehkraft wird die Beschichtungslösung auf der Substratoberfläche verteilt. Das beschichtete Substrat wird aus dem Hohlraum entnommen.

Je nach Größe der zu beschichtenden Substrate können pro Beschichtungsvorgang ein oder mehrere Substrate hintereinander oder einander gegenüberliegend in denselben Hohlraum eingebracht werden. Bei mehreren Substraten kann es zweckmäßig sein, an der Hohlraumwandung Halteelemente (z.B. Stege oder dergleichen) vorzusehen, damit die einzelnen Substrate nicht übereinander rutschen können. Selbstverständlich sind die Halteelemente derartig auszubilden und anzuordnen, daß die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung auf der Substratoberfläche nicht behindert wird. Durch Maßnahmen, die bewirken, daß die zu beschichtende Substratoberfläche des in den Hohlraum eingesetzten Substrates Bereiche aufweist, in denen die auf die Beschichtungslösung einwirkende Fliehkraft lokal unterschiedlich groß ist (also beispielsweise durch gezielte Abwandlung der Hohlraumform von der zylinder- bzw. kegelförmigen Grundform, durch eine Profilierung der Hohlraumwandung, durch Verwendung von Substraten, die keine gleichmäßige Dicke aufweisen, usw.), lassen sich besondere Beschichtungseffekte verwirklichen (z.B. gezielte Erzeugung von Substratbereichen mit unterschiedlichen Filmdicken).

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren eignet sich jedoch insbesondere zur einseitigen, gleichmäßig dünnen Beschichtung großflächiger, homogener oder nur grob strukturierter Substrate. Dabei ist unter einem großflächigen Substrat ein Substrat mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke und im Verhältnis zur Dicke sehr ausgedehnten Flächen zu verstehen. Um ein derartiges Substrat mit einem gleichmäßigen Film zu beschichten, wird eine Vorrichtung mit einem vorzugsweise kreisrunden Hohlraumquerschnitt verwendet. Bei Verwendung eines kreiszylinderförmigen Hohlraumes weist die Hohlraumwandung überall den gleichen radialen Abstand von der Drehachse auf. Die Fliehkraft wirkt in diesem Fall primär nur senkrecht zur Substratoberfläche des in den Hohlraum eingesetzten, großflächigen Substrates, und es treten beim Drehen innerhalb der aufgebrachten Beschichtungslösung nur geringe Lateralkräfte auf. Eine solche Anordnung ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die Beschichtungslösung relativ gleichmäßig verteilt auf die Substratoberfläche und möglichst so dosiert aufgetragen wird, daß die aufgetragene Beschichtungslösung gerade für die Ausbildung einer Schicht mit der angestrebten Dicke ausreicht und im wesentlichen keine überschüssige Beschichtungslösung von der Substratoberfläche entfernt zu werden braucht. Eine derartige Verfahrensführung ist besonders materialsparend.

Werden dickere Schichten benötigt ist es ebenfalls möglich, die Ränder des Hohlraums zumindest teilweise zu verschließen, so daß überschüssige Beschichtungslösung währen der Rotation nicht von dem Substrat herablaufen kann. Weist der Hohlraum eine zylinderförmige Geometrie auf, wird über der gesamten Substratfläche eine gleichmäßig dicke Beschichtung erzielt.

Wenn verfahrensbedingt mehr Beschichtungslösung auf die Substratoberfläche aufgetragen wird, als für die Schichterzeugung mit der jeweils gewünschten Dicke benötigt wird, kann es für die Ausbildung einer dünnen, homogenen Schicht vorteilhaft sein, den Hohlraum kreiskegelförmig auszubilden. Durch diese Maßnahme wird die effektive Verdrängung und Entfernung überschüssiger Beschichtungslösung von der Substratobefläche gefördert, wobei sich über den Grad der Zunahme des radialen Abstandes der Hohlraumwandung von der Drehachse über die Längserstreckung des Hohlraumes die auf die aufgetragene Beschichtungslösung einwirkenden Transversalkräfte gezielt einstellen lassen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich großflächige, beschichtete Substrate herstellen, die nach dem Beschichten für die Weiterbearbeitung in planebene Substrate überführt werden können. Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch unflexible Substrate (z.B. Rohre, Hohlkegelstümpfe) usw.) beschichtet werden.

Als Substrate lassen sich im Rahmen der Erfindung dünnes Glas, Dünnstglas mit einer Dicke kleiner/gleich 300 μm, vorzugsweise kleiner/gleich 150 μm, bevorzugt kleiner/gleich 70 μm, Glas/Polymerlaminate, Polymerfolie, Metallfolie, beschichtetes und/oder laminiertes Glas, beschichtete und/oder laminierte Polymer- oder Metallfolie oder dergleichen vorteilhaft einsetzen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise herstellbare Filmdicken liegen im Mikrometerbereich, besonders bevorzugt im Nanometerbereich. Es kann somit als material- und kostensparendes Beschichtungsverfahren für die Herstellung von organischen Leuchtdioden vorteilhaft eingesetzt werden. Selbstverständlich ist es nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt, sondern kann bei allen Fertigungsprozessen verwendet werden, bei denen ein aus der flüssigen Phase abscheidbarer Filmbildner (z.B. Polymere, Monomere, metallorganische Verbindungen, Sol-Gel-Lösungen, Fotolacke, Lacke, Farben oder dergleichen) auf einem Substrat aufzubringen ist. So lassen sich beispielsweise Dünn(st)glas/Polymer-Laminate, beschichtete Dünn(st)gläser oder Sol-Gel-Beschichtungen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellen.

Der Hohlraum, in den das Substrat eingesetzt wird, kann in dem drehbaren Körper selbst ausgebildet sein, so daß das Substrat gemäß einer ersten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens direkt in dessen Hohlraum ein gesetzt wird. Dadurch läßt sich das Verfahren mit einer konstruktiv relativ unaufwendigen Beschichtungsvorrichtung durchführen.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Substrat in den Hohlraum eines Trägerelementes eingesetzt, wobei das Trägerelement zum Beschichten in den drehbaren Körper eingebracht wird, beispielsweise indem es in ein an seine Außenform angepaßtes Aufnahmeelement des drehbaren Körpers (z.B. eine Halterung, Aussparung oder dergleichen) eingesetzt wird. Als drehbarer Körper kann beispielsweise ein Kreiszylinder mit einer kreiszylinderförmigen Aussparung (also ein Hohlzylinder) bzw. mit einer kreiskegelförmigen Aussparung verwendet werden, in den ein ebenfalls hohlzylinderförmiges bzw. hohlkegel(stumpf)förmiges Trägerelement (beispielsweise eine Kartusche) eingesetzt wird. Selbstverständlich kann der Körper auch eine anders geformte Aussparung oder dergleichen aufweisen, in die ein Trägerelement mit entsprechend angepaßter Außenform einsetzbar ist.

Durch die Verwendung eines Trägerelementes ist ein sicherer Transport sowie eine sichere Halterung des Substrates gewährleistet, und der Durchsatz der Beschichtungsvorrichtung kann durch Parallelisierung von Prozeßschritten (Laden, Beschichten usw.) erhöht werden. Ferner ist die Beschickung des Hohlraumes mit einem oder mehreren Substraten außerhalb des drehbaren Körpers unter Verwendung vielfältiger Hilfsmittel (Greifer etc.) einfacher und zeitsparender durchzuführen. Bei der Herstellung von organischen Leuchtdioden kann das Einbringen von Substraten in die Trägerelemente beispielsweise noch unter normaler Atmosphäre erfolgen. Darüber hinaus kann das Trägerelement mit den beschichteten Substraten direkt oder nach einer nur kurzen Wartezeit aus dem drehbaren Körper entnommen werden, so daß die Beschichtungsvorrichtung für einen weiteren Beschichtungsvorgang schnell wieder zur Verfügung steht, da die beschichteten Substrate in dem Trägerelement außerhalb der Vorrichtung trocknen bzw. aushärten können. Desweiteren lassen sich nach dem Beschichten gegebenenfalls erforderliche Reinigungsarbeiten an dem frei handhabbaren Trägerelement leichter durchführen.

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, ein zu beschichtendes Substrat mittels einer Greifeinrichtung (beispielsweise einer Vakuumpinzette) in den Hohlraum der Beschichtungsvorrichtung einzubringen. In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein hohlzylinderförmig bzw. hohlkegel(stumpf)förmig vorgefertigtes Substrat verwendet. Dabei sind der Außendurchmesser des Substrates und der Durchmesser des Hohlraumes entsprechend aufeinander abzustimmen. Diese Variante eignet sich beispielsweise be sonders gut für Substrate aus Glas oder Kunststoff, die sich leicht in Hohlzylinderform, Hohlkegel(stumpf)form bzw. in Schlauchform etc. vorfertigen lassen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise innenbeschichtete Hohlzylinder oder Hohlkegelstümpfe) (z.B. für Design-Beleuchtungsanwendungen mit organischen Leuchtdioden) erzeugen. Um – entsprechend dem jeweiligen Bedarfsfall – für die Weiterverarbeitung ein ebenes, flaches Substrat zu erhalten, kann das Substrat nach dem Beschichten in vorteilhafter Weise aufgeschnitten und entrollt werden, bzw. aus einem unflexiblen, beschichteten Substrat können Segmente entsprechender Größe und Form herausgeschnitten werden.

In einer alternativen, vorteilhaften, erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird ein flaches, flexibles Substrat verwendet, das gebogen wird, um es in den Hohlraum einzusetzen. In Abhängigkeit von den Abmessungen des zu beschichtenden Substrates sowie der Form und Größe des Hohlraumes muß das Substrat dabei stark (bis zu im wesentlichen hohlzylinder- bzw. hohlkegel(stumpf)förmig) oder weniger stark (bis zu im wesentliche plan) gekrümmt werden. Nach dem Beschichten wird das beschichtete Substrat aus dem Hohlraum entnommen. Dabei relaxiert es entweder selbständig zu einem planebenen Substrat oder muß ggf. gerade gebogen werden.

Um die Gefahr zu verringern, daß die aufgebrachte Beschichtung beim Relaxieren, Entrollen bzw. Geradebiegen von flexiblen Substraten reißt oder das beschichtete Substrat nicht plan wird, kann es vorteilhaft sein, das beschichtete Substrat vor dem vollständigen Aushärten bzw. Trocknen der Beschichtungslösung, beispielsweise wenn der Film noch gelartig ist, aus dem Hohlraum zu entnehmen. Dadurch können beim Relaxieren, Entrollen bzw. Geradebiegen des Substrates in der Beschichtung eventuell auftretende Spannungen noch ausgeglichen werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der ersten Lösungsvariante können für die Zuführung der Beschichtungslösung zum Beschichten des Substrates unterschiedliche Methoden eingesetzt werden. Bei der Auswahl der geeigneten Methode spielen beispielsweise die Beschaffenheit der Beschichtungslösung (z.B. deren Viskosität), die Größe der zu beschichtenden Substratoberfläche, die gewünschte Dicke des Filmes und dessen Homogenitätsgrad, die Hohlraumform usw. eine Rolle. Insbesondere bei teueren Beschichtungsmaterialien ist es von Vorteil, wenn die Beschichtungslösung dosiert, d.h. mit einem möglichst geringen nicht zur Schichtbildung benötigten Überschuß, auf die Substratoberfläche aufgetragen wird.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Beschichtungslösung an einer Aufgabestelle aufgetragen. Dazu wird beispielsweise ein pipettenähnliches, von Hand oder maschinell betätigbares Zufuhrelement mit einer Austrittsöffnung verwendet, das in den Hohlraum eingeführt wird und ein vorbestimmtes Beschichtungslösungsvolumen über die Austrittsöffnung lokal tropfen- oder strahlartig appliziert. Die Aufgabe ist somit im wesentlichen punktförmig bzw. kreisförmig, je nachdem ob sich der drehbare Körper bereits dreht oder nicht.

In einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Beschichtungslösung an mehreren Aufgabestellen aufgetragen, beispielsweise mittels eines sich in Richtung der Längsachse des Hohlraumes erstreckenden, länglichen Zufuhrelementes mit mehreren, reihenförmig angeordneten Austrittsöffnungen oder indem mittels eines pipettenähnlichen Zufuhrelementes nacheinander an mehreren definierten Aufgabestellen lokal Beschichtungslösung aufgetragen wird. In Abhängigkeit von dem Zustand des drehbaren Körpers wird die Beschichtungslösung somit insbesondere reihenförmig oder in Form mehrerer Kreise aufgetragen.

Um eine möglichst schnelle und homogene Verteilung der Beschichtungslösung auf der zu beschichtenden Substratoberfläche bei Rotation des drehbaren Körpers zu fördern, kann es bei den oben beschriebenen Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, das Zufuhrelement axial, d.h. in Richtung der Drehachse, zu bewegen, während die Beschichtungslösung austritt. Die Beschichtungslösung wird somit beispielsweise linien- bzw. spiralförmig aufgetragen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird die Beschichtungslösung in Form feiner Tröpfchen auf die zu beschichtende Substratoberfläche aufgesprüht. Die Beschichtungslösung wird dabei somit bereits beim Auftragen auf das Substrat relativ großflächig verteilt. Damit sich die feinen Beschichtungslösungströpfchen zielgerichtet auf der Substratoberfläche absetzen, werden in einer vorteilhaften Weiterbildung der drehbare Körper bzw. das Trägerelement, das Substrat (beispielsweise ein Glassubstrat mit einer bereits aufgebrachten Elektrode) und/oder die Beschichtungslösungströpfchen zum Beschichten der Substratoberfläche elektrisch aufgeladen. Ferner kann auch hier das Zufuhrelement während des Auftragens der Beschichtungslösung in dem Hohlraum axial und/oder radial bewegt werden, um beispielsweise große Substrate möglichst gleichmäßig oder gezielt inhomogen zu besprühen. Auch hier kann während des Auftragens der Beschichtungslösung der drehbare Körper rotiert werden.

Das Sprühverfahren kann vorteilhafterweise derart realisiert sein, daß die Beschichtungslösung mit Hilfe eines als Zufuhrelement verwendeten Zerstäubers ungerichtet zerstäubt wird, so daß ein feiner Nebel entsteht, der sich – ggf. elektrostatisch unterstützt – auf der Substratoberfläche absetzt. Bevorzugt wird die Beschichtungslösung jedoch mit Hilfe eines als Zufuhrelement verwendeten Sprühkopfes gerichtet auf die Substratoberfläche aufgesprüht, wozu vorzugsweise ein Ink-Jet-Verfahren verwendet wird. Mit dem gerichteten Sprühverfahren läßt sich die Beschichtungslösung vorteilhafterweise volumenmäßig genau dosiert auftragen und sehr homogen über die Substratoberfläche verteilen (z.B. über eine Linienanordnung von Jet-Düsen und langsamer Rotation des drehbaren Körpers). Bei der anschließenden schnellen Rotation des drehbaren Körpers wirken auf die einzelnen Tröpfchen starke Fliehkräfte, was zur Ausbildung einer homogenen Flüssigkeitsschicht führt. In Abhängigkeit von der angestrebten Schicht- bzw. Filmdicke, dem Feststoffgehalt der Beschichtungslösung usw. können das Tropfenvolumen und der laterale Tropfenabstand auf der Substratoberfläche derart gewählt werden, daß die insgesamt aufgebrachte Beschichtungslösung gerade zur Ausbildung einer homogenen Flüssigkeitsschicht ausreicht und der Anteil an überschüssiger, nicht zur Schichtbildung genötigter Beschichtungslösung sehr gering ist. Auch bei dem gerichteten Sprühverfahren kann das Aufbringen der Beschichtungslösungströpfchen ggf. elektrostatisch unterstützt werden.

Ein gleichmäßiger Auftrag der Beschichtungslösung auf die zu beschichtende Substratoberfläche läßt sich in einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch realisieren, daß die Beschichtungslösung auf die zu beschichtende Substratoberfläche aufgedruckt wird, z.B. durch Siebdruck- oder Tampondruckverfahren. Je nach Empfindlichkeit des Substrates, der Beschichtungslösung usw. kann das Bedrucken oder Besprühen der Substratoberfläche auch vor dem Einsetzen des Substrates in den Hohlraum erfolgen.

Zur Lösung der oben genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art nach einer zweiten erfindungsgemäßen Lösungsvariante (Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren) vorgeschlagen, daß das zu beschichtende flexible Substrat verformt und in einen von einem drehbaren Körper umfaßten Hohlraum eingesetzt wird, wobei der Hohlraum im wesentlichen zylinderförmig oder im wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist oder einen zylinderförmigen und einen kegelförmigen Abschnitt aufweist. Die Beschichtungslösung wird in einen Bodenbereich des Hohlraumes so eingebracht, daß der Bodenbereich in Längserstreckung des Hohlraumes mindestens entsprechend der Substratbreite mit Beschichtungslösung bedeckt ist. Anschließend wird der Körper langsam um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes verlaufende, horizontale oder zur Horizontalen geneigt angeordnete Drehachse gedreht, so daß die zu beschichtende Substratoberfläche mit Beschichtungslösung benetzt wird. Danach wird die restliche Beschichtungslösung aus dem Hohlraum entfernt und das beschichtete Substrat aus dem Hohlraum entnommen. Die Ränder des Hohlraums können zumindest teilweise verschlossen sein, um ein Herauslaufen der Beschichtungslösung aus dem Hohlraum zu verhindern.

Auch bei dieser erfindungsgemäßen Lösungsvariante (Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren) wird das flexible Substrat verformt und zur Beschichtung mit einem homogenen, dünnen Film in einen entsprechend geformten, von einem drehbaren Körper umfaßten Hohlraum eingesetzt. Das Aufbringen der Beschichtungslösungsschicht erfolgt dadurch, daß das Substrat beim langsamen Drehen des drehbaren Körpers mit gedreht wird und dabei in die Beschichtungslösung, die sich im Bodenbereich des Hohlraumes befindet, eintaucht. Dabei bestimmt die Umdrehungsgeschwindigkeit zusammen mit u.a. dem Feststoffgehalt der Beschichtungslösung die Dicke des letztendlich erzeugten Films. Nach Entfernen (z.B. Absaugen, Abfließen etc.) der restlichen Beschichtungslösung wird das beschichtete Substrat aus dem Hohlraum entnommen. Je nach Anwendungsfall kann auch hier das beschichtete Substrat wieder in seine ursprüngliche Form zurückgeformt werden.

Die Form des verwendeten Hohlraumes ist in Abhängigkeit von dem konkreten Anwendungsfall zu wählen. Dabei ist z.B. zu berücksichtigen, ob nach Benetzung der Substratoberfläche eine Homogenisierung der erzeugten Schicht durch schnelles Drehen des Körpers erfolgen soll. Ob die Drehachse des Hohlraumes während des Aufbringens der Beschichtungslösung im wesentlichen horizontal oder leicht schräg orientiert ist, hängt beispielsweise von der verwendeten Hohlraumform, der Substratart und -größe usw. ab. Bei einer ggf. anschließenden Homogenisierung der aufgebrachten Schicht durch schnelles Drehen des Körpers kann die Drehachse selbstverständlich beliebig orientiert werden, z.B. auch senkrecht.

Durch das Einbringen von zu beschichtendem Substrat und Beschichtungslösung in den Hohlraum eines drehbaren Körpers läßt sich mit Hilfe einer kompakten Beschichtungsvorrichtung ein Tauchverfahren realisieren. Im Unterschied zu bekannten Tauchverfahren mit linearem Substratzug ist zum vollständigen Benetzen der Substratoberfläche erfindungsgemäß kein großes Beschichtungslösungsvolumen vorrätig zu halten, da es pro Beschichtungsvorgang ausreichend ist, allein den Bodenbereich entsprechend der Breite des eingesetzten Substrates mit Beschichtungslösung zu bedecken. Das erfindungsgemäße Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren ist somit material- und kostensparend. Ferner erfordert eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vertikaler Richtung weniger Platz als bekannte Tauchbeschichtungsverfahren, so daß das Verfahren auch unter Inertgasbedingungen unter beschränkten Volumenanforderungen, z.B. in einer Glove-Box, durchführbar ist. Desweiteren können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch dünne Substrate ohne zusätzliche Halterung und Führung beschichtet werden. Selbst wenn es im Falle eines Glassubstrates zu einem Bruch kommen sollte, ist nicht das gesamte Beschichtungslösungsreservoir mit Glassplittern verunreinigt.

Das erfindungsgemäße Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren kann beispielsweise auch zur Außenbeschichtung von Substratkörpern (z.B. stab – oder kegelförmigen Substraten) verwendet werden. Dazu wird ein zu beschichtendes Substrat in den Hohlraum eingesetzt, dessen Außendurchmesser kleiner als der Durchmesser des Hohlraumes ist. Nach dem Benetzen der Substratoberfläche und Entfernen der restlichen Beschichtungslösung aus dem Hohlraum wird der drehbare Körper weiter gedreht, so daß auf der Substratoberfläche haftende, überschüssige Beschichtungslösung an der Hohlraumwandung abgestreift wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der zweiten Lösungsvariante lassen sich jedoch insbesondere unstrukturierte, großflächige Substrate (d.h. Substrate mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke und im Verhältnis zur Dicke sehr ausgedehnten Flächen) mit einer einseitigen, gleichmäßig dünnen Beschichtung versehen. Ein derartiges Substrat wird zum Beschichten zweckmäßigerweise so in den Hohlraum eingesetzt, daß es an der Hohlraumwandung flächig anliegt. Somit kann auch das erfindungsgemäße Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren vorteilhaft für die Herstellung einer organischen Leuchtdiode eingesetzt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird der drehbare Körper nach Entfernen der restlichen Beschichtungslösung und vor Entnahme des beschichteten Substrates aus dem Hohlraum schnell um die Drehachse gedreht, so daß rotationsbedingte Fliehkräfte auf die aufgetragene Beschichtungslösung einwirken. Durch diese Maßnahme werden ggf. vorhandene Unregelmäßigkeiten in der Schichtdicke ausgeglichen, d.h. eine homogene Schichtausbildung gefördert.

Die im Zusammenhang mit der ersten erfindungsgemäßen Lösungsvariante gegebenen Erläuterungen und beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen hinsichtlich der konkreten Hohlraumform, der Art und Weise des Substrateinbringens in den drehbaren Körper (z.B. ohne oder mit einem Trägerelement), der Substratart, der Substratbeschaffenheit (flexibel, unflexibel, flach, hohlzylinder-/hohlkegelförmig) und Weiterbearbeitung des beschichteten Substrates (ggf. Aufschneiden, Überführen in ein planebenes Substrat, Entnahme vor dem vollständigen Trocknen bzw. Aushärten des Films etc.) sowie der Dicke des erzeugten Filmes gelten entsprechend auch für die zweite erfindungsgemäße Lösungsvariante. Um bei beiden Lösungsvarianten zu verhindern, daß Beschichtungslösung zwischen Substrat und Hohlraumwandung gelangt, kann es jeweils vorteilhaft sein, das Substrat mittels geeigneter Methoden zusätzlich an der Wandung zu fixieren oder die Hohlraumwandung mit mindestens einer Rinnen-/Nutund/oder Lochstruktur zu versehen, die für eine kontrolliere Abfuhr der Lösung sorgt.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren nach beiden Lösungsvarianten kann es vorteilhaft sein, wenn während des Beschichtungsvorgangs die Atmosphäre und/oder die Temperatur im Hohlraum bzw. die Temperatur des Substrats überwacht und/oder geregelt wird.

Weiterhin kann es bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren nach beiden Lösungsvarianten vorteilhaft sein, wenn die Drehachse des Hohlraums vertikal geneigt wird. Dies kann sowohl während der Rotation des Hohlraums um die Drehachse als auch bei Stillstand erfolgen. Durch die vertikale Neigung der Drehachse können gezielt Gradient in der Schichtdicke eingestellt werden, insbesondere wenn die Neigung abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit oder umgekehrt eingestellt wird. Ebenso ist es möglich, bei Anwendung von mehr als einer Beschichtungslösung eine Schichtfolge gleichmäßiger Gesamtdicke auf dem beschichteten Substrat zu erzielen, die Dicke der einzelnen aufgebrachten Schichten jedoch gezielt zu variieren.

Wird beispielsweise ein flexibles Substrat in den Hohlraum eingesetzt, eine Beschichtungslösung aufgetragen, der Hohlraum in Rotation um die Längsachse versetzt und die Drehachse vertikal geneigt, wird bei der Wahl geeigneter Verfahrensparameter die Schichtdicke in den sich am höchsten befindlichen Bereich des Substrats geringer sein als in dem sich am tiefsten befindlichen.

Wird daraufhin der Hohlraum in seine ursprüngliche Neigungslage zurückgebracht eine zweite Beschichtungslösung auf das Substrat aufgebracht, der Hohlraum in Rotation um die Längsachse versetzt und die Drehachse in entgegengesetzter Richtung wie zuvor vertikal geneigt, ist bei der Wahl geeigneter Verfahrensparameter die Dicke der zweiten Schicht in den Bereichen des Substrats am dünnsten. in denen die erste Schicht am dicksten ist.

Werden geeignete Verfahrensparameter gewählt, können bei der Verwendung von verschiedenfarbigen Beschichtungslösungen auf diese Weise Farbverläufe auf der Substratoberfläche erzielt werden. welche insbesondere bei Draufsicht auf das Substrat sichtbar werden.

Selbstverständlich können auch mehr als zwei Beschichtungslösungen verwendet werden sowie erst eine Schicht zumindest teilweise ausgehärtet werden, bevor die nächste aufgebracht wird.

Es kann besonders vorteilhaft für die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein, wenn die Drehachse des Hohlraums in einem Winkelbereich von +90° bis -90°, gemessen von der Vertikalen, zu neigen ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren nach beiden Lösungsvarianten wird mehr als ein flexibles Substrat in den Hohlraum eingesetzt. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für das Beschichten von kleineren Substraten, die in der gleichen Vorrichtung wie größere flexible Substrate beschichtet werden sollen. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Abstände zwischen den einzelnen der in den Hohlraum eingesetzten Substraten möglichst klein gehalten wird, damit nicht möglichst wenig Beschichtungslösung verloren geht. Ebenso ist es möglich, die Innenwand des Hohlraums so zu strukturieren, dass die Bereiche zwischen den eingesetzten Substraten von den Wandstrukturen ausgefüllt werden. Beispiele für solche Strukturen sind Stege oder beliebige andere Ausformungen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Höhe der Strukturen der Dicke der zu beschichtenden oder der beschichteten Substrate entspricht.

Diese Ausführungsform kann insbesondere bei der Verwendung von Trägerelementen vorteilhaft sein, bei denen die Trägerelemente selbst entsprechende Strukturierungen aufweisen.

Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe durch ein beschichtetes Substrat gelöst, das unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens hergestellt worden ist. Dabei kann das beschichtete Substrat beispielsweise für die Herstellung einer organischen Leuchtdiode, von Flüssigkristallanzeigen, Lichtwellenleiterschichten für optoelektronische Bauelemente oder Sensorbauteile, optische Filter, elektrochrome Systeme, photovoltarische Zellen, bioaktive Bauteile usw. verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische, schematische Darstellung einer ersten Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens,
2 eine perspektivische, schematische Darstellung einer zweiten Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens,
3 eine schematische Darstellung einer dritten Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens im Querschnitt,
4 ein mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens erzeugtes grobstrukturiertes, großflächiges Substrat und
5 eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahrens im Querschnitt.
In 1 ist ein drehbarer Körper 1 zu erkennen, der einen im wesentlichen zylinderförmiger Hohlraum 2 umfaßt und der um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes 2 verlaufende Drehachse 3 mittels eines nicht dargestellten Antriebes drehbar ist. Die Drehachse 3 entspricht hier der Längsachse des Hohlraumes 2. In dem Ausführungsbeispiel wird als drehbarer Körper 1 ein Kreiszylinder mit einem kreiszylinderförmigen Hohlraum – also ein Hohlzylinder (beispielsweise eine Trommel) – verwendet, wodurch eine besonders gleichmäßige Rotation des Körpers 1 erreicht wird, was eine gleichmäßige Schichtausbildung fördert. Selbstverständlich könnte der drehbare Körper 1 auch eine andere Außenform aufweisen.
In den Hohlraum 2 ist ein flexibles Substrat 4 eingesetzt. Dabei ist es hier direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Trägerelementes 10, in den im drehbaren Körper 1 selbst ausgebildeten Hohlraum 2 eingebracht. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein ursprünglich flaches, blattartiges, großflächiges Substrat 4 mit gleichmäßiger Dicke, das zum Einsetzen in den Hohlraum 2 mittels eines geeigneten Hilfsmittels gebogen – hier hohlzylinderförmig – wurde. Das Substrat 4 hat sich hier durch seine Eigenspannung an die Hohlraumwandung 8 flächig angelegt, so daß die zu beschichtende Substratoberfläche 4a parallel zur Drehachse 3 orientiert ist.
Vor dem Drehen und/oder während des Drehens des drehbaren Körpers 1 wird mittels eines Zufuhrelementes 5 die filmbildende Beschichtungslösung 9 vorzugsweise auf das Substrat 4 aufgetragen. Und zwar wird hier ein pipettenähnli ches Zufuhrelement 5 mit einer Austrittsöffnung 6 verwendet, das – wie durch den Doppelpfeil angedeutet – in Richtung der Drehachse 3 bewegt wird, während die Beschichtungslösung 9 austritt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sich die Beschichtungslösung 9 beim Drehen schneller gleichmäßig auf der Substratoberfläche 4a verteilt. Dabei kann die Beschichtungslösung 9 mit dem gezeigten Zufuhrelement 5 tropfenweise (wie schematisch dargestellt) oder in Form eines Strahles zugeführt werden. Ferner ist es möglich, die Austrittsöffnung 6 des Zufuhrelementes 5 in einem sehr geringen Abstand zur Substratoberfläche 4a zu positionieren, so daß beim Bewegen des Zufuhrelementes 5 eine dünne Beschichtungslösungslinie auf dem Substrat 4 gebildet wird.
Mittels des Antriebes wird der drehbare Körper 1 schnell auf eine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit beschleunigt. Aufgrund der auf das Substrat 4 wirkenden Fliehkraft wird dieses gegen die Wandung 8 des Hohlraumes 2 gedrückt. Durch die senkrecht von der Drehachse weg gerichtete Fliehkraft, die damit senkrecht zur Substratoberfläche 4a wirkt, verteilt sich die Beschichtungslösung 9 auf der Substratoberfläche 4a und bildet nach dem Trocknen bzw. Aushärten einen gleichmäßigen Film mit einer Dicke im Mikro- bis Nanometerbereich. Die von dem Substrat 4 seitlich heruntertropfende Beschichtungslösung 9 kann beispielsweise in einer in der Wandung 8 des Hohlraumes 2 ausgebildeten Auffangnut gesammelt werden.
Um zu verhindern, daß Beschichtungslösung 9 während des Beschichtungsvorganges zwischen Substrat 4 und Hohlraumwandung 8 gelangt, kann das Substrat 4 mittels geeigneter konstruktiver Maßnahmen zusätzlich an der Hohlraumwandung 8 fixiert werden. Durch diese Maßnahme wird es auch verrutschsicher in dem Hohlraum 2 gehalten. Alternativ oder zusätzlich könnte im Bereich des Substratrandes in der Hohlraumwandung 8 eine radial verlaufende Nut vorgesehen sein. Dadurch bildet der Substratrand eine definierte Schleuderkante, an der überschüssige, von dem Substrat 4 seitlich weggedrückte Beschichtungslösung 9 abgeschleudert wird, so daß sie nicht unter das Substrat 4 kriechen kann.
Ferner kann es bei manchen Anwendungen des Verfahrens vorteilhaft sein, den Hohlraum 2 beim Beschichten, d.h. während die Beschichtungslösung 9 auf die Substratoberfläche 4a aufgegeben wird und sich auf ihr verteilt, zumindest zeitweise an mindestens einer Seite ganz oder teilweise zu verschließen, was sich in dem Ausführungsbeispiel z.B. dadurch realisieren läßt, daß in die Öffnung 7 des drehbaren Körpers 1 ein Ring eingesetzt wird, der das Abfließen von Beschichtungslösung 9 verhindert.
Prinzipiell ist es jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich und insbesondere bei Verwendung eines (kreis)zylinderförmigen Hohlraumes 2 verfahrensmäßig bevorzugt, über die Beschaffenheit der Beschichtungslösung 9, über die genaue Vorgabe des aufgetragenen Beschichtungslösungsvolumens in Abhängigkeit von der Größe der zu beschichtenden Substratoberfläche 4a und der zu erzeugenden Filmdicke, über die Umdrehungsgeschwindigkeit usw. die Prozeßparameter so zu wählen, daß ein nur geringer überschüssiger Beschichtungslösungsanteil von der Substratoberfläche 4a zu verdrängen ist und damit verloren geht.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist in dem drehbaren Körper 1 ein einziger Hohlraum 2 vorgesehen. Prinzipiell läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Vorrichtungen durchführen, bei denen in einem drehbaren Körper mehrere beispielsweise symmetrisch um dessen Drehachse angeordnete, im wesentlichen zylinderförmige Hohlräume vorgesehen sind (die Drehachse verläuft in einem solchen Fall somit jeweils parallel zu den Längsachsen der Hohlräume) und die zu beschichtenden Substrate beispielsweise nur in bestimmten Bereichen der Hohlräume eingebracht werden.
Bei der in 2 dargestellten Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens ist im Unterschied zu der Vorrichtung aus 1 ein drehbarer Körper 1 mit einem kegelstumpfförmigen Hohlraum 2 vorgesehen. In den Hohlraum 2 ist ein in seinen Abmessungen angepaßtes, unflexibles, kegelstumpfförmiges Substrat 4 eingesetzt. Durch die Anordnung der Substratoberfläche 4a schräg zur Drehachse 3 wirken bei schneller Rotation des drehbaren Körpers 1 auf die auf die Substratoberfläche 4a aufgetragene Beschichtungslösung 9 nicht nur Kräfte senkrecht zur Oberfläche, sondern auch definiert vorgebbare Transversalkräfte. Das Kräfteverhältnis ist durch die Vorgabe der Neigung der Hohlraumwandung 8 in Bezug auf die Drehachse 3 beliebig einstellbar. Die auf die aufgebrachte Beschichtungslösung 9 einwirkenden Kräfte bewirken deren Verteilung auf der Substratoberfläche 4a. Darüber hinaus ermöglichen die Transversalkräfte, daß überschüssige Beschichtungslösung 9 effektiv vom Substrat 4 verdrängt wird und sich eine homogene Schicht ausbildet. Je nach der Beschaffenheit der verwendeten Beschichtungslösung 9 kann es dabei für eine homogene Schichtausbildung vorteilhaft sein, einen nur leicht konischen Hohlraum 2 zu wählen, d.h. einen Hohlraum 2, bei dem der radiale Abstand der Hohlraumwandung 8 von der Drehachse 3 in Längserstreckung des Hohlraumes 2 nicht stark differiert. Bei einer kegelförmigen Ausbildung des Hohlraumes 2 ist selbstverständ lich zu beachten, daß eine nicht rotationssymmetrische Substratbeladung des Hohlraumes 2 (z.B. bei einem gebogenen, flexiblen Substrat 4) zu Unwuchten führen kann, was ggf. durch konstruktive Maßnahmen auszugleichen ist.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens, das hier eingesetzt wird, um ein großflächiges, flexibles Substrat 4 im Rahmen der Herstellung einer organischen Leuchtdiode oder anderer Anwendungszwecke zu beschichten. Zu erkennen ist, daß das flexible Substrat 4 (hier: z.B. (ggf. beschichtetes und/oder laminiertes) dünnes Glas) in den kreiszylinderförmigen Hohlraum 2 eines Trägerelementes 10 (hier: einer hohlzylinderförmigen Kartusche) eingesetzt ist, das zum Beschichten in einen ebenfalls hohlzylinderförmigen drehbaren Körper 1 eingebracht worden ist. Dabei richtet sich der Krümmungsradius des Hohlraumes 2 nach der Substratgröße und der Biegbarkeit des Substrates 4, die bei Glassubstraten stark von der Glasdicke abhängig ist. Das Substrat 4 liegt an der Hohlraumwandung 8 flächig an.
Um das Benetzungsverhalten der Substratoberfläche 4a zu verbessern, wird diese vor dem Beschichten zur Reinigung und/oder Aktivierung der Oberfläche vorbehandelt. Dies kann vor dem Einsetzen des Substrates 4 in den Hohlraum 2 erfolgen. Vorzugsweise findet die Vorbehandlung, die eine UV-, Ozon-, Plasma-, Ionenbehandlung, Photonenbestrahlung oder dergleichen (und/oder eine Kombination der genannten Verfahren) umfassen kann, jedoch kurz von dem Auftragen der Beschichtungslösung 9 statt, nachdem das Substrat 4 in den Hohlraum 2 eingesetzt worden ist. Alternativ kann eine Vorbehandlung des Substrats 4 nach dem Einsetzen in das Trägerelement 10 erfolgen, bevor dieses in den Hohlraum 2 eingesetzt wird. Zur Vorbehandlung innerhalb des Hohlraums 2 wird ein entsprechend ausgebildetes, schematisch dargestelltes Vorbehandlungselement 11, mit dem die gewünschte Behandlung durchführbar ist, in den Hohlraum 2 eingeführt. Die Vorbehandlung des Substrates 4 innerhalb des drehbaren Körpers 1 hat den Vorteil, daß das Auftragen der Beschichtungslösung 9 in sehr geringem, zeitlichem Abstand zur Vorbehandlung erfolgen kann. Die Vorbehandlung des Substrats 4 innerhalb des Trägerelements 10 vor dem Einsetzen in den Hohlraum 2 hat den Vorteil, daß in einer Serienfertigung vorbehandelte Substrate 4 gleich zum Beschichten zur Verfügung stehen und daß somit die Verweilzeit des Substrats 4 innerhalb des Hohlraums 2 reduziert werden kann.
Die Beschichtungslösung 9 (beispielsweise eine Polymer- oder Monomerlösung) wird bei der dargestellten Verfahrensvariante in Form schematisch dargestellter, feiner Tröpfchen auf die Substratoberfläche 4a gerichtet aufgesprüht, wobei als Zufuhrelement 5 ein Sprühkopf 5a verwendet wird. Dieser weist zum dosierten, homogenen Auftragen der Beschichtungslösung 9 – wie bei einem Ink-Jet-Verfahren – entsprechend der Substratbreite vorzugsweise viele linear angeordnete Beschichtungslösungs-Austrittsdüsen auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Sprühkopf 5a zum Auftragen der Beschichtungslösung 9 auch in axialer Richtung bewegt werden. Um die Beschichtungslösung 9 gleichmäßig über die gesamte Substratlänge aufzutragen, werden Substrat 4 und Sprühkopf 5a durch Drehen des Körpers 1 und/oder durch Bewegen des Sprühkopfes 5a relativ zueinander bewegt. Mit der dargestellten Auftragmethode (gerichtetes, dosiertes Sprühverfahren) läßt sich für die jeweils verwendete Beschichtungslösung 9 über das Tropfenvolumen und den lateralen Tropfenabstand die Flächenbelegung auf der Substratoberfläche 4a so vorgeben, daß die aufgetragene Beschichtungslösung 9 bei der anschließenden schnellen Rotation des Substrates 4 gerade für die Ausbildung einer homogenen Schicht mit der gewünschten Dicke ausreicht und nahezu keine überschüssige Beschichtungslösung 9 von der Substratoberfläche 4a verdrängt zu werden braucht. Es wird hier somit pro Flächeneinheit der Substratoberfläche 4a ein vorbestimmtes Volumen an Beschichtungslösung 9 gleichmäßig aufgetragen. Dieser Vorgang kann ggf. elektrostatisch unterstützt werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens z.B. zur Herstellung einer organischen Leuchtdiode ist es vorteilhaft, wenn während des Beschichtungsvorganges die Atmosphäre im Hohlraum 2 überwacht und geregelt wird. Wenn die Lösungsmittel der verwendeten Beschichtungslösung 9 einen hohen Dampfdruck haben, ist es für eine homogene Schichtausbildung förderlich, wenn die Hohlraumatmosphäre, während die Beschichtungslösung 9 aufgetragen wird und sich auf der Substratoberfläche 4a verteilt, mit den in der Beschichtungslösung 9 enthaltenen Lösungsmitteln zu vorzugsweise 100% gesättigt ist. Dadurch trocknen die aufgetragenen Beschichtungslösungstropfen nicht so schnell ein. Nach dem Verteilen und Homogenisieren der Beschichtungslösung 9 auf der Substratoberfläche 4a wird der Lösungsmittelanteil in der Hohlraumatmosphäre kontrolliert reduziert, so daß die gebildete Schicht antrocknet und mechanisch belastbar wird. Um die Hohlraumatmosphäre zu steuern, ist es natürlich erforderlich, den Hohlraum 2 auf geeignete Art und Weise verschließen zu können.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn vor, während und/oder nach dem Beschichtungsvorgang die Hohlraumtemperatur und/oder die Substrattemperatur überwacht und geregelt wird. Durch diese Maßnahme lassen sich z.B. die Viskosität der Beschichtungslösung, die Reaktivität der Komponenten etc. gezielt beeinflussen. Ferner kann kontrolliert Lösungsmittel ausgetrieben werden usw.
Das beschichtete Substrat 4 kann aus dem Hohlraum 2 entnommen und zur definierten Schichtausbildung weiterbehandelt werden (z.B. auf einer Heizplatte). Vorteilhafterweise wird das beschichtete Substrat 4 jedoch noch innerhalb des Hohlraumes 2 zur gezielten Beeinflussung der Filmausbildung (z.B. Trocknung, Nachpolymerisation, Teil- oder Komplettvernetzung der Polymerketten, Monomeranteile usw.) nachbehandelt, z.B. durch thermische, chemische, photanische Maßnahmen, Ionenbeschuß oder dergleichen und/oder eine Kombination der Verfahren, indem ein entsprechendes Element in den Hohlraum 2 eingeführt wird. Durch diese Maßnahme ist es möglich, nach Stabilisierung einer Schicht mit dem gleichen Verfahren eine nächste Flüssigkeitsschicht aufzubringen, ohne das Substrat 4 zwischendurch aus dem Hohlraum 2 entnehmen zu müssen.
Geeignete Nachbehandlungsmaßnahmen ermöglichen es auch, Muster auf dem bereits beschichteten Substrat zu erzeugen. Wird beispielsweise ein Polymer zur Beschichtung verwendet, das mit Hilfe von Nachbehandlungsmaßnahem wie z.B. UV-Bestrahlung polymerisiert, kann die Polymerisation bei geeigneter Verfahrensführung lokal durchgeführt werden. Die nicht polymerisierten Bereiche der Beschichtung können beispielsweise mit Lösungsmitteln entfernt werden, wodurch ein Muster von beschichteten Bereichen auf dem Substrat entsteht. Es ist ebenfalls möglich, daß die Nachbehandlungsmaßnahmen eine intensive Bestrahlung umfassen, beispielsweise mit Laserlicht, durch welche die Beschichtung vom Substrat abgelöst und/oder verdampft wird. Vorzugsweise wird dabei für eine Gasströmung über die Oberfläche des Substrats gesorgt, um einen Niederschlag der abgelösten bzw. verdampften Beschichtungsbestandteile auf den beschichteten Bereichen zu verhindern. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese unbeschichteten Bereiche wiederum mit Beschichtungsmaterialen zu beschichten.
Bei Verwendung eines Trägerelements 10 kann sich dieses auch außerhalb des drehbaren Körpers 1 befinden, um die Nachbehandlungsmaßnahmen am Substrat 4 durchzuführen. Alternativ können die Maßnahmen innerhalb des drehbaren Körpers 1 erfolgen.
Vorbehandlungsmaßnahmen beispielsweise zur Verbesserung der Benetzungseigenschaften der Substratoberfläche 4a und Nachbehandlungsmaßnahmen zur Schichtausbildung sowie eine Kontrolle und Regelung der Hohlraumatmosphäre und/oder Hohlraumtemperatur können auch außerhalb des technischen Gebietes der organischen Leuchtdioden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft eingesetzt werden. So ist es beispielsweise bei metallorganischen Sol-Gel-Beschichtungen erforderlich, die Sol-Beschichtungslösung in einer feuchtigkeitsfreien Atmosphäre aufzubringen und zu homogenisieren sowie anschließend durch gezielte Feuchtigkeitszufuhr die Umwandlung zum festeren Gel zu induzieren. Ferner können Vor- und Nachbehandlungsmaßnahmen sowie eine Atmosphären- bzw. Temperaturregelung jeweils allein oder in Kombination selbstverständlich auch im Zusammenhang mit anderen Auftragsvarianten der Beschichtungslösung 9 eingesetzt werden.
Bei Anwendung eines gerichteten, dosierten Sprühverfahrens lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens auch grobstrukturierte, beschichtete Substrate 4 erzeugen beispielsweise für die Herstellung mehrfarbiger, statischer Anzeigen mit organischen Leuchtdioden (siehe 4). Dazu werden vorzugsweise vor dem Einbringen des Substrates 4 in den Hohlraum 2 mittels geeigneter Techniken (z.B. Photolack mit Lithographie, Sieb- oder Offset-Druck, Printtechniken, Folienübertragung) Begrenzungsstege 12 auf die Substratoberfläche 4a aufgebracht. Diese umschließen definierte Substratoberflächenbereiche 13, die z.B. bei einer organischen Leuchtdiode später in unterschiedlichen Farben leuchten sollen. Anschließend werden unterschiedliche Beschichtungslösungen 9 mittels eines geeigneten Sprühkopfes 5a gerichtet und dosiert auf die verschiedenen Substratoberflächenbereiche 13 aufgesprüht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Buchstaben 13a mit einer ersten Beschichtungslösung 9 und der Hintergrund 13b mit einer anderen, zweiten Beschichtungslösung 9 besprüht. Durch die anschließende schnelle Rotation des drehbaren Körpers 1 werden die aufgebrachten Beschichtungslösungen 9 in den einzelnen Substratoberflächenbereichen 13 jeweils zu uniformen Schichten homogenisiert, wobei hier ein drehbarer Körper 1 mit einem kreiszylinderförmigen Hohlraum 2 zu bevorzugen ist. Im Unterschied zu anderen Verfahren (z.B. dem Spin-Coat-Verfahren) hat das erfindungsgemäße Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahren den Vorteil, daß bei Verwendung eines kreiszylinderförmigen Hohlraumes 2 auf die Beschichtungslösungen 9 primär nur Kräfte senkrecht zur Substratoberfläche 4a und nur geringe Lateralkräfte wirken, so daß eine Vermischung der unterschiedlichen Beschichtungslösungen 9 durch "Überfluten" der Begrenzungsstege 12 verhindert wird.
Unabhängig davon, ob einfarbige oder mehrfarbige Einzelbeschichtungen oder Beschichtungsfolgen hergestellt werden, ist das erfindungsgemäße Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahren besonders vorteilhaft einzusetzen, wenn die Strukturen auf dem grobstrukturierten Substrat spezielle Funtkionen erfüllen. Beispielsweise können die Strukturen leitfähig sein (sogenannte Bus Bars) und so für eine bessere Stromversorgung auf der transparenten Seite des OLEDs sorgen. Die Strukturen können in beliebigen Formen aufgebracht sein, beispielsweise in äquidistanten sich kreuzenden Linien, so daß die von ihnen umschlossenen Bereichen ein schachbrettartiges Muster bilden.
Bei geeigneter Kontaktierung ist es auch möglich, daß die durch die Strukturen auf dem Substrat definierten Bereiche gezielt angesteuert und somit im Falle eines OLEDs zum Leuchten gebracht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahren können in vorteilhafter Weise Substrate mit großflächigen Pixeln beschichtet werden, die für bestimmte OLED-Anwendungen, z.B. Low Information Displays, verwendet werden können.
Selbstverständlich können verschiedene Beschichtungslösungen 9 auf grobstrukturierte Substrate 4 auch mittels anderer Auftragsmethoden dosiert auf die unterschiedlichen Substratoberflächenbereiche 13 aufgegeben und anschließend durch schnelle Rotation des drehbaren Körpers 1 jeweils homogenisiert werden.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahrens ist die Drehachse 3 des Hohlraumes 2 jeweils horizontal angeordnet. Selbstverständlich könnte sie auch eine beliebige, zweckmäßige andere Orientierung haben, z.B. senkrecht gestellt werden, bzw. ihre Stellung könnte während des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes variiert werden.
5 zeigt eine Ausführungsform einer Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren. Ein flexibles, großflächiges Substrat 4 (z.B. eine Metallfolie für die Herstellung einer organischen Leuchtdiode) ist in einen kreiszylinderförmigen Hohlraum 2, der in einem drehbaren Körper 1 ausgebildet ist, so eingesetzt, daß es an der Hohlraumwandung 8 flächig anliegt. Dabei ist das Substrat 4 in Größe und Form hier so ausgewählt und in dem Hohlraum 2 angeordnet, daß die Hohlraumwandung 8 in einem Bodenbereich 14, der sich längs des Hohlraumes 2 erstreckt, nicht vom Substrat 4 bedeckt ist.
In den hier substratfreien Bodenbereich 14 wird mittels eines geeigneten Zufuhrelementes 5 die Beschichtungslösung 9 so eingebracht, daß der in dem Ausführungsbeispiel im wesentlichen horizontal angeordnete Bodenbereich 14 in Längserstreckung des Hohlraumes 2 mindestens entsprechend der Breite des eingebrachten Substrates 4 mit Beschichtungslösung 9 bedeckt ist und sich ein Beschichtungslösungsbad 15 bildet. Dazu ist es erforderlich, den Hohlraum 2 auf geeignete Weise ganz oder teilweise so zu verschließen, daß die Beschichtungslösung 9 nicht herausfließen kann.
Anschließend wird der drehbare Körper 1 langsam um eine Umdrehung oder mehrere Umdrehungen um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes 2 verlaufende, horizontale Drehachse 3 gedreht. Dadurch wird das eingesetzte Substrat 4 durch das Beschichtungslösungsbad 15 gezogen, so daß die zu beschichtende Substratoberfläche 4a mit Beschichtungslösung 9 benetzt wird. Falls erforderlich, können geeignete Mittel vorgesehen werden, die verhindern, daß Beschichtungslösung 9 zwischen Substrat 4 und Hohlraumwandung 8 gelangt. Die erzeugte Schichtdicke hängt u.a. von der Umdrehungsgeschwindigkeit, mit der der Körper 1 gedreht wird, und der Beschaffenheit (z.B. Viskosität) der Beschichtungslösung 9 ab.
Nach Abschluß der Belegung der Substratoberfläche 4a mit Beschichtungslösung 9 wird die restliche Beschichtungslösung 9 aus dem Hohlraum 2 entfernt und das beschichtete Substrat 4 aus dem Hohlraum 2 entnommen. Nach dem Trocknen bzw. Aushärten liegt die Dicke des erzeugten Filmes im Mikrometerbereich, vorzugsweise im Nanometerbereich.
Alternativ kann das Substrat 4 in Größe und Form so ausgewählt werden, daß kein nicht vom Substrat 4 bedeckter Bodenbereich 14 vorhanden ist, sondern daß die Beschichtungslösung 15 direkt auf dem Substrat 4 aufgebracht wird. Als Folge kann dieser Bereich eine im Vergleich zu der übrigen Substratoberfläche inhomogene Beschichtung aufweisen und nach dem Beschichtungsvorgang z.B. durch Abschneiden abgetrennt werden.
In Abhängigkeit von dem konkreten Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren kann es vorteilhaft sein, innerhalb des Hohlraumes 2 eine Substratvorbehandlung und/oder eine Nachbehandlung zur definierten Filmausbildung vorzunehmen und/oder die Hohlraumatmosphäre und/oder die Hohlraumtemperatur zu überwachen und zu regeln. Diese Verfahrensschritte und deren Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des Ausführungsbeispieles aus 3 beschrieben. Analog dazu sind Vor- und/oder Nachbehandlung auch bei sich nicht im Hohlraum 2 befindlichen Trägerelementen 10 möglich.
Ferner kann es für die Ausbildung einer homogenen Beschichtungslösungsschicht von Vorteil sein, nach dem Entfernen der restlichen Beschichtungslösung 9 und vor der Entnahme des beschichteten Substrates 4, den drehbaren Körper 1 sehr schnell um die Drehachse 3 zu drehen. Durch die rotationsbedingte, auf die aufgetragene Beschichtungslösung 9 wirkende Fliehkraft werden ggf. vorhandenen Inhomogenitäten in der Beschichtungslösungsschicht ausgeglichen. Ferner kann die Dicke der primär erzeugten Schicht gezielt verringert werden.
Alternativ zu einem drehbaren Körper 1 mit einem zylinderförmigen Hohlraum 2 könnte auch ein Körper 1 mit einem kegelförmigen Hohlraum 2 verwendet werden. Je nachdem, ob eine schräge oder horizontale Anordnung des Bodenbereiches 14 verfahrensmäßig bevorzugt ist, verläuft somit die Drehachse 3 des drehbaren Körpers 1 horizontal oder zur Horizontalen geneigt. Eine leicht schräge Anordnung des Bodenbereiches 14 hat den Vorteil, daß nach dem Beschichten die restliche Beschichtungslösung 9 aufgrund des Gefälles einfach aus dem Hohlraum 2 abfließen kann. Selbstverständlich ist es verfahrensmäßig jedoch auch möglich, einen kegelförmigen Hohlraum 2 so um eine schräge Drehachse 3 zu drehen, daß der Bodenbereich 14 im wesentlichen horizontal angeordnet ist. Für eine ggf. anschließende Homogenisierung der Schicht durch schnelles Drehen des Körpers 1 könnte die Drehachse 3 des Hohlraumes 2 selbstverständlich auch beliebig anders orientiert sein, z.B. senkrecht.
Ferner könnte alternativ zu der gezeigten Substratbeschaffenheit- und anordnung selbstverständlich auch ein hohlzylinderförmiges Substrat 4 oder – im Falle eines kegelförmigen Hohlraumes 2 – ein hohlkegelförmiges Substrat 4 verwendet werden, das somit auch den Bodenbereich 14 bedeckt. Das Vorsehen eines substratfreien Bodenbereiches 14 hat jedoch den Vorteil, daß das Substrat 4 beim Drehen des Körpers 1 wie bei bekannten Tauchbeschichtungsverfahren in das Beschichtungslösungsbad 15 eingetaucht und wieder herausgezogen wird, was die Ausbildung einer homogenen Beschichtungslösungsschicht fördert.
Bei den beschriebenen Fliehkraft- und Tauch-Rotationsbeschichtungsverfahren kann nach dem Aufbringen und Stabilisieren einer ersten Beschichtungslösungsschicht auf der Substratoberfläche 4a (d.h. nach einem ersten erfindungsgemäßen Beschichtungsvorgang) selbstverständlich noch mindestens eine weitere Schicht mit gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung mit dem je weils verwendeten Verfahren auf das Substrat 4 aufgebracht werden, bevor dieses aus dem Hohlraum 2 entnommen und entsprechend weiterbearbeitet wird (z.B. – im Falle eines flexiblen Substrates – Relaxion und Bearbeitung eines im wesentlichen planebenen Substrates). Bei einem Fliehkraft-Rotationsbeschichtungsverfahren mit gerichtetem Aufsprühen der Beschichtungslösung 9 können derartige Mehrfachschichtsysteme beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß der verwendete Sprühkopf 5a eine Parallelanordnung von Düsenreihen aufweist, wobei durch die verschiedenen Reihen unterschiedliche Beschichtungslösungen 9 aufgetragen werden.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, ein Substrat 4 zuerst unter Anwendung eines bekannten Beschichtungsverfahrens mit einer Schicht zu versehen und anschließend mindestens eine weitere Schicht mit einem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren aufzubringen.
Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, daß sich die erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren mit relativ kleinen, kompakten Vorrichtungen durchführen lassen, was ebenfalls vorteilhaft für die Anwendung der Verfahren im Rahmen der Herstellung organischer Leuchtdioden ist, da die gesamten Vorrichtungen problemlos in einem kompakten Inertgasvolumen (z.B. in einer Glove-Box, in einem anderen Inertgasbehälter usw.) aufgebaut werden können, so daß die Verfahren unter Inertgasbedingung durchführbar sind.

1: drehbarer Körper
2: Hohlraum
3: Drehachse
4: Substrat
4a: Substratoberfläche
5: Zufuhrelement
5a: Sprühkopf
6: Austrittsöffnung
7: Öffnung von 1
8: Wandung von 2
9: Beschichtungslösung
10: Trägerelement
11: Vorbehandlungselement
12: Begrenzungssteg
13: Substratoberflächenbereich
13a: Buchstabe
13b: Hintergrund
14: Bodenbereich
15: Beschichtungslösungsbad

Claims

Verfahren zum Beschichten eines flexiblen Substrates (4) mit einem dünnen Film, bei dem eine filmbildende Beschichtungslösung (9) zugeführt wird, die sich durch Drehen des Substrates (4) auf der Substratoberfläche (4a) verteilt und nach dem Trocknen bzw. Aushärten den Film bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das zu beschichtende Substrat (4) verformt und in einen von einem drehbaren Körper (1) umfaßten Hohlraum (2) eingesetzt wird, wobei der Hohlraum (2) im wesentlichen zylinderförmig oder im wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist oder einen zylinderförmigen und einen kegelförmigen Abschnitt aufweist, vor dem Drehen und/oder während des Drehens des Körpers (1) um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes (2) verlaufende Drehachse (3) mittels eines Zufuhrelementes (5) die filmbildende Beschichtungslösung (9) vorzugsweise auf das Substrat (4) aufgetragen wird, der Körper (1) so schnell um die Drehachse (3) gedreht wird, daß sich die Beschichtungslösung (9) unter Einwirkung der senkrecht von der Drehachse (3) weg gerichteten, rotationsbedingten Fliehkraft auf der Substratoberfläche (4a) verteilt, und das beschichtete Substrat (4) aus dem Hohlraum entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung (9) an einer Aufgabestelle aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung (9) an mehreren Aufgabestellen aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung (9) in Form feiner Tröpfchen auf die Substratoberfläche (4a) aufgesprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung (9) mit Hilfe eines als Zufuhrelement (5) verwendeten Zerstäubers ungerichtet zerstäubt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung (9) mit Hilfe eines als Zufuhrelement (5) verwendeten Sprühkopfes (5a) gerichtet auf die Substratoberfläche (4a) aufgesprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum gerichteten Aufsprühen ein Ink-Jet-Verfahren verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper (1 ), ein Trägerelement (10), das Substrat (4), das Zufuhrelement (5, 5a) und/oder die Beschichtungslösungströpfchen zum Beschichten der Substratoberfläche (4a) elektrisch aufgeladen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung (9) dosiert auf die Substratoberfläche (4a) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise vor dem Einbringen des Substrates (4) in den Hohlraum (2) Begrenzungsstege (12) auf die Substratoberfläche (4a) aufgebracht werden, die definierte Substratoberflächenbereiche (13, 13a, 13b) umschließen, und daß unterschiedliche Beschichtungslösungen (9) gerichtet und dosiert auf die einzelnen Substratoberflächenbereiche (13, 13a, 13b) aufgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsstege elektrisch leitfähig sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrelement (5) während des Auftragens der Beschichtungslösung (9) in Richtung der Drehachse (3) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung (9) auf die Substratoberfläche (4a) aufgedruckt wird.
Verfahren zum Beschichten eines flexiblen Substrates (4) mit einem dünnen Film, bei dem eine filmbildende Beschichtungslösung (9) zugeführt wird, die sich durch Drehen des Substrates (4) auf der Substratoberfläche (4a) verteilt und nach dem Trocknen bzw. Aushärten den Film bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das zu beschichtende Substrat (4) verformt und in einen von einem drehbaren Körper (1) umfaßten Hohlraum (2) eingesetzt wird, wobei der Hohlraum (2) im wesentlichen zylinderförmig oder im wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist oder einen zylinderförmigen und einen kegelförmigen Abschnitt aufweist, die Beschichtungslösung (9) in einen Bodenbereich (14) des Hohlraumes (2) so eingebracht wird, daß der Bodenbereich (14) in Längserstreckung des Hohlraumes (2) mindestens entsprechend der Substratbreite mit Beschichtungslösung (9) bedeckt ist, der Körper (1) langsam um eine in Richtung der Längsachse des Hohlraumes (2) verlaufende, horizontale oder zur Horizontalen geneigt angeordnete Drehachse (3) gedreht wird, so daß die zu beschichtende Substratoberfläche (4a) mit Beschichtungslösung (9) benetzt wird, die restliche Beschichtungslösung (9) aus dem Hohlraum (2) entfernt und das beschichtete Substrat (4) aus dem Hohlraum (2) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) so in den Hohlraum (2) eingesetzt wird, daß es an der Wandung (8) des Hohlraumes (2) flächig anliegt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) derart ausgewählt und in dem Hohlraum (2) angeordnet wird, daß die Hohlraumwandung (8) im Bodenbereich (14) nicht vom Substrat (4) bedeckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper (1) nach Entfernen der restlichen Beschichtungslösung (9) und vor Entnahme des beschichteten Substrates (4) aus dem Hohlraum (2) zur homogenen Schichtausbildung durch Einwirkung rotationsbedingter Fliehkräfte auf die aufgetragene Beschichtungslösung (9) schnell um die Drehachse (3) gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als drehbarer Körper (1) ein Kreiszylinder verwvendet wird. [*ja*]
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) zum Beschichten in den im drehbaren Körper (1) selbst ausgebildeten Hohlraum (2) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) in den Hohlraum (2) eines Trägerelementes (10) eingesetzt und das Trägerelement (10) zum Beschichten in den drehbaren Körper (1) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein flaches Substrat (4) verwendet wird, das zum Einsetzen in den Hohlraum (2) gebogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohlzylinderförmiges oder ein hohlkegelförmiges Substrat (4) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) nach dem Beschichten aufgeschnitten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) dünnes Glas, Dünnstglas, Polymerfolie, Glas/Polymer-Laminat, Metallfolie, beschichtetes und/oder laminiertes Glas, beschichtete und/oder laminierte Polymer- oder Metallfolie oder dergleichen umfaßt. [
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des erzeugten Filmes im Mikometerbereich, vorzugsweise im Nanometerbereich liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche (4a) vor dem Beschichten zur Reinigung und/oder Aktivierung der Oberfläche vorbehandelt wird, vorzugsweise nachdem das Substrat (4) in den Hohlraum (2) eingesetzt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung eine UV-, Ozon-, Plasma-, Ionenbehandlung, Photonenbestrahlung oder dergleichen und/oder eine Kombination dieser Verfahren umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumtemperatur und/oder die Substrattemperatur überwacht und geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Beschichtungsvorganges die Hohlraumatmosphäre überwacht und geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumatmosphäre, vor und während die Beschichtungslösung (9) aufgetragen wird und sich auf der Substratoberfläche (4a) verteilt, mit dem in der Beschichtungslösung (9) enthaltenen Lösungsmittel zu vorzugsweise 100% gesättigt ist und nach dem Verteilen der Beschichtungslösung (9) auf der Substratoberfläche (4a) der Lösungsmittelanteil in der Hohlraumatmosphäre kontrolliert reduziert wird. [Anmerkung: könnte durch eine Vorbeschichtung der Substrate mit reinem Lösungsmittel geschehen – ist die in die Beschreibung mit aufzunehmen ?]
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Substrat (4) – vorzugsweise noch im Hohlraum (2) – zur gezielten Beeinflussung der Filmausbildung nachbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung thermische, chemische, photonische Maßnahmen, Ionenbeschuß oder dergleichen und/oder eine Kombination dieser Verfahren umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet daß durch die Nachbehandlung ein Muster auf dem beschichteten Substrat erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufbringen und Stabilisieren einer Beschichtungslösungsschicht mindestens eine weitere Schicht mit gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebracht wird, bevor das beschichtete Substrat (4) aus dem Hohlraum (2) entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) entnommen wird, bevor die Beschichtungslösung (9) vollständig getrocknet bzw. ausgehärtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) beim Beschichten zumindest zeitweise an mindestens einer Seite ganz oder teilweise verschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (3) des Hohlraums (2) vor und/oder während der Rotation des Hohlraums (2) um die Drehachse (3) vertikal geneigt wird.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet dass die Drehachse (3) des Hohlraums (2) in einem Winkelbereich von -90° bis +90° von der Horizontalen geneigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass mehr als ein flexibles Substrat (4) in den Hohlraum (2) eingesetzt wird
Beschichtetes Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß es unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Verwendung eines beschichteten Substrats nach Anspruch 40 als Bestandteil eines Low-Information-Displays