DE102005002837A1

DE102005002837A1 - Verfahren zur Herstellung einer Elektrode

Info

Publication number: DE102005002837A1
Application number: DE102005002837A
Authority: DE
Inventors: Clemens Dr. Ottermann; Bernd Schultheis; Thomas Dr. Däubler; Holger Köbrich
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten transparenten Elektrode, insbesondere für eine OLED. DOLLAR A Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine transparente Elektrode mit hoher Leitfähigkeit und Qualität, insbesondere durch effizientes Aufbringen von Leiterbahnen, bereitzustellen. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden Leiterbahnen zur Erzeugung einer strukturierten Elektrodenschicht hergestellt, wobei die Struktur der Leiterbahnen computergesteuert mithilfe von digitalen Daten, insbesondere mittels Non-Impact-Druckverfahren, erzeugt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode im Allgemeinen und ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten transparenten bzw. transluzenten Elektrode für eine lichtemittierende Einrichtung sowie die Elektrode und die lichtemittierende Einrichtung mit einer derartigen Elektrode im Besonderen.

Hintergrund der Erfindung

Elektroden, insbesondere flächige Dünnschichtelektroden werden in vielen Gebieten der Elektronik und Optoelektronik eingesetzt. Ein derzeit wirtschaftlich hochinteressantes Gebiet betrifft optoelektronische Bauelemente, z.B. elektrolumineszente Bauelemente (EL), insbesondere organische lichtemittierende Einrichtungen (OLED).

Eine OLED umfasst typischerweise eine lichtemittierende Schichtenanordnung aus zwei Elektroden und einer dazwischen angeordeneten elektrolumineszenten Schicht, welche mittels einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Elektroden zu Leuchten angeregt wird.

Zumindest eine der beiden Elektroden ist hierbei zur Lichtauskopplung transparent. Typischerweise besteht die Anode aus einem elektrisch leitfähigen transparenten Material, z.B. aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder aus einem anderen transluzenten elektrisch leitfähigen Oxid (TCO).

Ein wesentliches Problem ist jedoch die insgesamt geringe Leitfähigkeit von transluzenten oder transparenten Elektroden, z.B. bei ITO-Elektroden, welche zu ohmschen Verlusten führt. Für ITO-Schichten und andere TCO-Materialien sind die Flächenwiderstände nämlich typischerweise größer als 10 Ω bei Schichtdicken um 100 nm. Aufgrund von Absorptions- und Interferenzeffekten ist es auch nicht ohne weiters möglich die Schichtdicken zu erhöhen, um den Widerstand zu verringern.

Ferner können Leitfähigkeitunterschiede zwischen den beiden Elektroden Schwierigkeiten bereiten. Daher wird in dem Dokument WO 99/02017 zur Erzielung uniformer Leuchtdichten vorgeschlagen, das Schichtwiderstandsverhältnis der beiden Elektroden im Bereich zwischen 0,3 und 3 zu wählen. Das Problem der insgesamt geringen Leitfähigkeit wird jedoch nicht gelöst.

Ein bekanntes Verfahren zur Reduzierung des Flächenwiderstands ist die Ober- oder Unterschichtung der ITO-Schicht mit dünnen metallischen Hilfsleiterbahnen, sogenannte "bus bars". Die Bahnen werden so gewählt, das sie den Strom gleichmäßiger auf die zwischenliegenden ITO-Bereiche verteilen, aber andererseits möglichst große freie Flächen zur Erzielung hoher Transparenz lassen.

Alternativ können sehr dünne Leiterbahnstrukturen auch mit Abständen im Bereich der Lichtwellenlänge gewählt werden, dass sie als Bragg-Interferenzgitter wirken und die Lichtauskopplung aus dem OLED Bauteil beeinflussen. Diese Strukturen können linear (1-dimensionale Gitterwirkung) oder mit 2-dimensionaler Gitterwirkung, z.B. über honigwabenartige Strukturen ausgelegt werden.

Eine honigwabenartige Struktur zur Erzeugung einer transparenten Elektrode ist z.B. aus dem Dokument EP 0 969 517 A1 bekannt. In dem Dokument wird vorgeschlagen, die Elektrode mittels Micro-Contact-Printing herzustellen.

Nachteilig am Micro-Contact-Printing ist jedoch, dass für jede Struktur erst ein Druckstempel angefertigt werden muss, so dass sich das Verfahren erst nach der Herstellung einer Vielzahl von identischen Strukturen amortisiert und generell unflexibel und umständlich ist.

Bekannt ist auch, Hilfsleiterbahnen aus Metall in einem PVD-Prozess (physical vapour deposition) abzuscheiden und nachträglich lithografisch zu strukturieren. Diese Technik wird vorzugsweise bei feinen Strukturierungen, wie z.B. bei Displayanwendungen eingesetzt.

Für gröbere Hilfsstrukturen können auch leitfähige Pasten mittels Siebdruck oder Folienübertrag aufgebracht werden.

Nachteilig bei den genannten Techniken ist jedoch, dass PVD- und Lithographieverfahren insbesondere zur strukturierten Beschichtung großer Flächen teuer und zeitaufwändig sind. Es werden nämlich große Belichtungsanlagen und teure Fotolacke benötigt. Ferner sind lange Prozesszeiten, typischerweise im Bereich einer Stunde vonnöten.

Ferner haben die Erfinder herausgefunden, dass es mit nach den bekannten Verfahren hergestellten Bahnen aufgrund von Entladungen nachteiligerweise zu Kurzschlüssen und Überschlägen kommt.

Weiter werden zum Lithographieren Masken verwendet, deren Kosten sich abermals erst langfristig amortisieren. Gleiches gilt für Siebdruck- und Folienverfahren, für die Masken oder Stanzwerkzeuge vorgefertigt werden müssen.

Eine kurzfristige Änderung der Strukturen ist mit den bekannten Verfahren nahezu unmöglich.

Darüber hinaus sind komplexe Strukturierungsmuster, z.B. feine Linien oder freie separierte Strukturen, wie Innenbereiche von geschlossenen Ringen bei der Herstellung der Werkzeuge bzw. insbesondere bei der Folienübertragung auf die Bauteiloberfläche schwierig herzustellen.

Weiter nachteilig sind die begrenzte Mindestauflösung und geringe Dynamik der Strukturen, d.h. die Variationsbreite zum gleichzeitigen Drucken sehr breiter und sehr schmaler Strukturen bei den bekannten Verfahren zumeist stark eingeschränkt.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Elektrode bereit zu stellen, welches eine große Variabilität und Flexibilität besitzt, so dass insbesondere unter geringem Aufwand und in kurzer Zeit unterschiedliche Elektroden und/oder Elektroden mit großer Strukturdynamik hergestellt werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode bereit zu stellen, welches kurze Prozesszeiten ermöglicht.

Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode bereit zu stellen, welches einfach und kostengünstig, insbesondere auch für großflächige Elektroden arbeitet.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine transparente Elektrode mit hoher Leitfähigkeit und Qualität, insbesondere durch effizientes Aufbringen von Leiterbahnen bereitzustellen, welche insbesondere die Gefahr von Entladungen und Überschlägen reduziert.

Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode und eine Elektrode bereit zu stellen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Elektroden meiden oder zumindest mindern.

Die Aufgabe der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen, insbesondere flächigen Elektrode oder Dünnschichtelektrode mit Leiterbahnen bereitgestellt, wobei die Leiterbahnen eine strukturierte erste Elektrodenschicht bilden. Die Elektrode eignet sich besonders für eine lichtemittierende Einrichtung, z.B. eine OLED, ist aber in ihrer Anwendung nicht auf diese beschränkt.

Es wird ein digitaler Datensatz auf einem Speichermedium erzeugt bzw. gespeichert, wobei der Datensatz Daten enthält, welche die Struktur der herzustellenden Leiterbahnen bzw. der strukturierten ersten Elektrodenschicht repräsentieren. Diese Daten werden nachfolgend an eine Transfereinrichtung, z.B. eine Druckereinrichtung übermittelt.

Nachfolgend werden die Leiterbahnen mittels der Transfereinrichtung auf einer Unterlage erzeugt. Die Unterlage umfasst bevorzugt ein festes, selbsttragendes, ebenes Substrat, ggf. mit weiteren Schichten. Das Substrat ist bevorzugt ein Glas-, Glaskeramik-, Keramik- oder Polymersubstrat. Die weiteren Schichten sind insbesondere eine oder mehrere Schichten einer lichtemittierenden Schichtenanordnung. Folglich werden die Leiterbahnen auf dem Substrat oder den darauf aufgebrachten Schichten erzeugt.

Das Leiterbahnmaterial wird hierbei, insbesondere strukturiert oder unstrukturiert auf die Unterlage oder mittelbar oder unmittelbar auf das Substrat aufgebracht.

Nachfolgend oder gleichzeitig im selben Arbeitsschritt wird eine dauerhafte mechanische und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Leiterbahnmaterial und der Unterlage hergestellt. Das Herstellen der Verbindung zwischen der strukturierten ersten Elektrodenschicht und der Unterlage erfolgt also insbesondere abschnittsweise oder strukturiert, wobei die Struktur der Leiterbahnen mithilfe der Daten also elektronisch steuerbar erzeugt wird.

Es war für den Fachmann durchaus überraschend, dass sich digitale Verfahren, insbesondere einfache Druckverfahren zum direkt oder unmittelbar strukturierten Aufdrucken von Leiterbahnen oder strukturierten Elektroden eignen, da man derartige Verfahren wahrscheinlich aufgrund ihrer beschränkten Auflösung bislang nicht in Betracht gezogen hatte.

Ein großer Vorteil der Erfindung liegt jedoch darin begründet, dass das Verfahren variabel ist und in kurzer Zeit unterschiedliche Strukturen herstellbar sind.

Ferner zeichnet sich die unmittelbar aus den digitalen Daten erzeugte Strukturierung durch ihre Einfachheit und Kosteneffizienz aus. Weiter läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren nahezu beliebig größenskalieren, so dass auch eine großflächige Elektrodenherstellung möglich ist.

Gerade bei Anwendungen mit moderaten Genauigkeitsanforderungen, wie z.B. für großflächige Leuchtanzeigen, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine erheblich erhöhte Wirtschaftlichkeit aus. Dennoch kann eine laterale Genauigkeit von bis zu 20 μm oder besser erzielt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ferner besonders, aber nicht ausschließlich zur Herstellung kleiner Stückzahlen. Ferner vorteilhaft können nahezu beliebige Strukturen im Rahmen der Auslösung, insbesondere sogar nichtzusammenhängende separierte Bereiche, bzw. zweidimensional geschlossene Strukturen, wie z.B. Kreise Rechtecke oder ähnliches erzeugt werden.

Es besteht erfindungsgemäß gemäß einer Ausführungsform die Möglichkeit, die Leiterbahnen mittels der Transfereinrichtung aus einem leitfähigen Leiterbahnmaterial zu erzeugen. Ebenso können die Leiterbahnen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mittels der Transfereinrichtung aus einem dielektrischen Leiterbahnmaterial erzeugt werden, welches dann in ein leitfähiges Leiterbahnmaterial umgewandelt wird. Dies kann unter anderem eine durch Temperatureinwirkung bedingte Reaktion sein, bei welcher ein leitfähiges Material auf der Unterlage verbleibt. Alternativ oder zusätzlich können auch verschiedene chemische Reaktionen des Leiterbahnmaterials mit weiteren Substanzen eine derartige Umwandlung erzeugen. So können beispielsweise dielektrische metallorganische Verbindungen des Leiterbahnmaterials zu Metallen umgesetzt werden, um elektrisch leitende Leiterbahnen zu erhalten.

Besonders vorteilhaft wird das Aufbringen der Leiterbahnen bzw. der strukturierten ersten Elektrodenschicht mittels eines sogenannten Non-Impact-Verfahrens durchgeführt.

Die Bezeichnung "Non-Impact" leitet sich aus dem Gegenteil, nämlich den frühen Matrix- oder Typenraddruckern ab, welche als "Impact-Drucker" bezeichnet werden. Bei diesen Matrix- oder Typenraddruckern werden die Zeichen nämlich durch Aufschlag oder "Impact" einer Type (Typenraddrucker) oder von Nadeln (Matrixdrucker) über ein Farbband auf das Papier übertragen.

Bei einem Non-Impact-Druck-Verfahren wird die Information nicht durch Aufschlag, sondern z.B. über einen Laser berührungslos und anschlaglos (daher Non-Impact) auf einen Zwischenträger, z.B. eine mit einer fotoleitenden Schicht versehene Trommel, übertragen. Das dort gespeicherte latente oder nicht sichtbare Ladungsbild wird mit spezieller Farbe, dem Toner, eingefärbt und dann auf das Papier übertragen. Es besteht also auch beim Non-Impact-Verfahren beim Druck zwar ein Kontakt zwischen dem Informationsfarbträger und dem Papier, aber die Information wird nicht per Schlag übertragen.

Beispiele für bekannte Non-Impact-Verfahren sind:

– Elektrofotografische Verfahren
– Ionografische Verfahren
– Magnetografische Verfahren
– Strahldruck- oder Düsendruckverfahren
– Thermografische Verfahren, insbesondere Thermosublimations- Thermotransfer- oder Lasereinbrandverfahren
– Direct Inductive Printing-Verfahren
– Toner-Jet-Verfahren
– Elcografische Verfahren und
– Zurografische Verfahren.

Die Lasereinbrand-Technik ist in der Druckschrift DE 43 26 947 C1 näher erläutert, welche hiermit durch Referenz vollumfänglich zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Non-Impact-Verfahrens oder Non-Impact-Druck-Verfahrens sind insbesondere keine feste Druckform oder Druckstempel zur Herstellung der Leiterbahnen mit fest eingeprägter Information notwendig. Daher kann von Druck zu Druck eine unterschiedliche Bedruckung oder Struktur übertragen werden.

Vorzugsweise wird also das Aufbringen, Strukturieren und/oder strukturierte Fixieren der Leiterbahen druckstempellos, stanzwerkzeuglos, maskenlos und/oder druckformlos durchgeführt. Mit anderen Worten können die Leiterbahnen direkt, ohne zusätzliche Maskentechniken oder Werkzeugvorbereitung, auf die Bauteiloberfläche aufgebracht und fixiert werden. Daher sind geringe Prozesszeiten bzw. ein hoher Durchsatz und eine hohe Flexibilität bei der Gestaltung der Leiterbahnen gewährleistet.

Es hat sich erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, die Leiterbahnen bzw. die strukturierte erste Elektrodenschicht bereits strukturiert auf die Unterlage aufzudrucken, wobei elektrofotografische Druckverfahren – nach dem Grundprinzip eines Laserdruckers – besonders geeignet erscheinen.

Bei einem Standard-Laserdrucker wird ein Bildträger, genauer eine Bildtrommel unmittelbar mit dem Papier in Kontakt gebracht. Dieses Verfahren wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise dahingehend weiter verbessert, dass das Leiterbahnmaterial unter Erzeugung der Struktur der herzustellenden Leiterbahnen auf die Bildtrommel aufgetragen wird, das Leiterbahnmaterial unter Erhalt der Struktur von der Bildtrommel auf ein Transferelement, genauer eine Transfertrommel übertragen wird und das Leiterbahnmaterial unter Erhalt der Struktur von der Transfertrommel auf die Unterlage übertragen wird. Die dauerhafte mechanische Verbindung des Leiterbahnmaterials wird hierbei durch Aufschmelzen des Leiterbahnmaterials unter Erzeugung der Leiterbahnen auf die Unterlage realisiert. Das Aufschmelzen ist auch von Vorteil, da auf diese Weise sehr glatte Leiterbahn-Oberflächen hergestellt werden können, um Kurzschlüsse mit nachfolgend aufgebrachten Beschichtungen zu vermeiden.

Die Zwischenschaltung einer bevorzugt mit einer weichen oder elastischen Oberfläche versehenen Transfertrommel ist besonders vorteilhaft zur Bedruckung einer im Wesentlichen starren Unterlage, z.B. basierend auf einem Glassubstrat.

Erfindungsgemäß wird also bevorzugt die Struktur der herzustellenden Leiterbahnen beim Auftragen des Leiterbahnmaterials oder des Toners auf der Bildtrommel erzeugt, also vor dem Herstellen der dauerhaften mechanischen Verbindung mit der Unterlage.

Es kann ferner vorteilhaft sein, die Unterlage auf ein definiertes elektrisches Potenzial zu legen oder eine vordefinierte Spannung zwischen der Transfereinrichtung und der Unterlage anzulegen. Hierdurch kann z.B. der Tonerübertrag von der Trommel auf die Unterlage beeinflusst bzw. verbessert werden.

Der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung leitfähige Toner umfasst bevorzugt ein Gemisch aus ersten und zweiten. Partikeln, wobei die ersten Partikel Kunststoffpartikel, z.B. ein thermoplastisches Material oder Polymer sind und die zweiten Partikel elektrisch leitfähig, insbesondere metallisch sind. Dadurch können die vorteilhaften thermoplastischen oder mechanischen Eigenschaften des Polymers mit der guten Leitfähigkeit der metallischen Bestandteile kombiniert werden. Die zweiten Partikel sind insbesondere leitfähige Füllstoffe, z.B. metallische oder leitfähige Nanoparikel, mittels deren Volumenanteil die Leitfähigkeit der Elektrodenschicht vorbestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ebenso auch ein Leiterbahnmaterial mit elektrisch leitfähigen Partikel in einer Kunststoffmatrix verwendet werden. Gemäß noch einer Variante der Erfindung kann ein dielektrischer Toner auch beim Aufschmelzen oder einem weiteren, nachfolgenden Behandlungsschritt, wie etwa das Behandeln mit geeigneten Chemikalien in ein leitfähiges Leiterbahnmaterial umgewandelt werden.

Es ist dabei allgemein möglich, dass beim Erzeugen der Leiterbahnen durch Verschmelzen des Toners die Leitfähigkeit erhöht oder, wie vorstehend beschrieben, sogar erst erzeugt wird.

Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Druckverfahren haben sich noch strahlungsinduzierte Verfahren, z.B. Schmelzverfahren oder Einbrandverfahren als besonders geeignet erwiesen.

Gemäß einer diesbezüglich bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Leiterbahnmaterial im Wesentlichen unstrukturiert flächig auf die Oberfläche der Unterlage aufgebracht und nachfolgend selektiv abschnittsweise bestrahlt, wobei durch strahlungsinduziertes Schmelzen des thermoplastischen Leiterbahnmaterials und anschließende Wiederverfestigung die Leiterbahnen bzw. die strukturierte erste Elektrodenschicht erzeugt werden. Das Leiterbahnmaterial wird demgemäß durch das Aufschmelzen bei einer Temperatur über 50°C, über 100°C, über 150°C und/oder unter 500°C, 350°C oder 250°C, insbesondere im Bereich um 180°C und Abkühlen, bzw. durch das damit verbundene Herstellen der dauerhaften mechanischen Verbindung mit der Unterlage auf der Unterlage strukturiert fixiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, ein Leiterbahnmaterial, welches Glasflußmittel enthält, zu verwenden. Das Glasflußmittel kann unter anderem dem Leiterbahnmaterial in Partikelform zugemischt werden. Mit einem solche Glasflußmittel als Bestandteil des Leiterbahn-Materials wird eine besonders gute Haftung der Leiterbahnen auf Substraten mit Glas-, Glaskeramik-, Keramik- oder allgemein oxidischer Oberfläche erzielt werden. Typischerweise sind Einbrand- oder Aufschmelztemperaturen bis etwa 500 °C geeignet, um das Glasflußmittel aufzuschmelzen.

Um das Leiterbahnmaterial aufzuschmelzen, kann gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ein Laser über die Oberfläche der Unterlage bzw. die aus festem aber streufähigen, z.B. pulverförmigen Leiterbahnmaterial aufgebrachte Schicht gescannt werden. Vorteilhafterweise kann bei diesem Verfahren auf eine Belichtungsmaske verzichtet werden.

Alternativ zum Scannen oder Abtasten mit einem Lichtstrahl kann die Bestrahlung auch mittels einer flächig strahlenden Strahlungsquelle durch eine strukturierte Maske durchgeführt werden, wobei die Maske ein positives Abbild der Leiterbahnstruktur verkörpert.

Bevorzugt wird das Leiterbahnmaterial unter oxidierender und/oder reduzierender Atmosphäre erhitzt und/oder eine galvanische Verstärkung durchgeführt.

Besonders bevorzugt umfasst die Elektrode einen Schichtenverbund aus den Leiterbahnen oder Hilfsleiterbahnen, bzw. der strukturierten ersten Elektrodenschicht aus einem ersten Material und einer flächig geschlossenen Elektrodenschicht aus einem zweiten Material und wobei das erste Material eine höhere spezifische Leitfähigkeit aufweist als das zweite. Die geschlossene Elektrodenschicht besteht bevorzugt aus einem leitfähigen transparenten Material, z.B. ITO oder einem anderen TCO-Material.

Als Leiterbahnmaterial wird vorzugsweise ein Metall, eine metallische Legierung, ein Halbleiter und/oder ein leitfähiges Polymer verwendet.

Durch den Schichtenverbund wird eine flächig geschlossene transparente oder transluzente Elektrode geschaffen, deren Leitfähigkeit durch die Hilfsleiterbahnen erhöht ist.

Je nach Herstellungsverfahren und Anwendung kann es vorteilhaft sein, zunächst die geschlossene Elektrodenschicht auf die Unterlage aufzubringen und nachfolgend darauf die Leiterbahnen oder umgekehrt.

Ferner haben die Erfinder herausgefunden, dass Überschläge und Kurzschlüsse beim Stand der Technik durch scharfe Kanten der Leiterbahnen begünstigt sein können. Daher wird vorgeschlagen, die Leiterbahnen mit einer Kantenverrundung und/oder einem Böschungswinkel zu versehen. Insbesondere die Form eines benetzenden Tropfens auf der Oberfläche kann in einfacher Weise erzeugt werden, um Kanteneffekte bei nachfolgenden Beschichtungen und Entladungsspitzen zu vermeiden. Derartige Querschnitte in Gestalt eines benetzenden Tropfens können beispielsweise durch Aufschmelzen des Leiterbahnmaterials auf der Unterlage oder Flüssigauftrag mit nachfolgender Verfestigung, beispielsweise bei Auftrag in geschmolzenem Zustand und Erstarrung hergestellt werden. Ist der Winkel der Kante zur Unterlage nicht konstant, wie etwa bei einer verrundeten Kante, so wird als Böschungswinkel im Sinne der Erfindung der kleinste Winkel der Kante zur Oberfläche der Unterlage verstanden. Als Böschungswinkel der Kante der Leiterbahn wird ein Winkel kleiner oder gleich 10° bevorzugt. Auf derartig strukturierten Leiterbahnen ist es unter anderem möglich, mit großflächigen Beschichtungsverfahren aus der Flüssigphase störungsfrei dünne Filme (wenige 100 nm) mit sehr homogener Schichtdickenverteilung -sowohl neben als auch auf den Leiterbahnen- aufzubringen. Weiterhin können auch defektfreie dünne Filme mit anderen Verfahren z.B.

Sputtern oder Aufdampfen hergestellt werden und die Gefahr von Kurzschlüssen wird wirkungsvoll unterdrückt.

Die Leiterbahnen können gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung mit isolierenden Bahnen abgedeckt werden, die sich insbesondere entlang der Leiterbahnen erstrecken. Auch auf diese Weise können Kurzschlüsse weiterer aufgebrachter Schichten im Bereich der Leiterbahnen vermieden werden. Die isolierenden Bahnen können auch so ausgebildet werden, daß sie einen Böschungswinkel und/oder eine Kantenverrundung aufweisen, um Kanteneffekte bei nachfolgenden Beschichtungen und Entladungsspitzen zu vermeiden. Die isolierenden Bahnen können insbesondere mit dem gleichen Verfahren wie die Leiterbahnen hergestellt werden, wobei ein anderes Beschichtungsmaterial für die isolierenden Bahnen verwendet wird. Ein Abdecken der Leiterbahnen mit isolierenden Bahnen kann in einfacher Weise auch mittels einer Passivierung der Leiterbahnoberfläche durchgeführt werden. Dazu kann etwa auf der Oberfläche der Leiterbahn eine Schicht aus oxidiertem Leiterbahnmaterial erzeugt werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin begründet, dass die Leiterbahnen mit lokal unterschiedlicher Dicke und/oder lokal unterschiedlicher Breite auf der Unterlage erzeugt werden können. Dadurch kann eine lokale Variation der Leitfähigkeiten der Leiterbahnen erzielt werden. Somit läßt sich die Stromverteilung auf der Elektrode vordefinieren bzw. an die Anwendung anpassen und es können z.B. verschiedene Leuchtstärken über die Oberfläche einer OLED erzeugt werden. Generell ist die Stromverteilung mittels der Auswahl der lateralen Form und Dicke der Leiterbahnen vordefinierbar.

Insbesondere für die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von lichtemittierenden Einrichtungen kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung auch ein diffus lichtstreuendes Substrat verwendet werden. Dazu kann unter anderem ein Milchglas-Substrat oder ein Substrat mit einer streuenden Schicht eingesetzt werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß Unregelmäßigkeiten des erzeugten und durch das Substrat hindurchtretenden Lichts zumindest teilweise kaschiert werden können. Derartige Unregelmäßigkeiten können beispielsweise durch lokale Beschichtungsfehler und dadurch hervorgerufene dunkle Stellen hervorgerufen werden. Insbesondere aber können durch die Leiterbahnen hervorgerufene Unregelmäßigkeiten der Leuchtdichteverteilung ausgeglichen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vielfältig anwendbar, z.B.

– für strukturierte Leiterplatten,
– für integrierte Schaltkreise,
– für Bildschirme,
– für optoelektronische Applikationen (OLED, EL, EC), insbesondere organische oder anorganische elektrolumineszente Einrichtungen,
– für fotovoltaische Zellen
– zur Strukturierung von elektrochromen Bauteilen
– für Polymerelektronische Bauelemente
– zur Ansteuerung von Flächen-LEDs
– für die Sensorik,
– für Leiterbahnen bei glaskeramischen Kochfeldern (beispielsweise CERAN^®-Kochflächen)
– für Leiterbahnen zur Erwärmung von Glasscheiben, z.B. von Kühlschranktüren, Antibeschlageinrichtungen von Spiegeln in Badezimmern oder an Fahrzeugen etc.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch ein Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2a einen schematischen Querschnitt durch ein Bauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
2b einen schematischen Querschnitt durch das Bauelement aus 2a mit weiteren Schichten,
2c bis 2f Weiterbildungen des in 2B dargestellten Bauelements,
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen ersten Lasereinbrandvorrichtung,
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen zweiten Lasereinbrandvorrichtung, 5a-5d schematische Querschnitte durch ein Bauelement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Verfahrensstadien
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen, piezoelektrisch arbeitenden Druckvorrichtung,
7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen, elektrofotografisch arbeitenden Druckvorrichtung und
8a-8d Draufsichten auf verschiedene beispielhafte Leiterbahnstrukturen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein elektrooptisches Bauelement 110 mit einem Glassubstrat 142 einer flächig geschlossenen Elektrodenschicht 132 und einer Mehrzahl an Leiterbahnen, von denen zwei Leiterbahnen 112a, 112b dargestellt sind, wobei die Elektrodenschicht 132 unmittelbar auf einer Oberfläche des Substrats 142 und die Leiterbahnen 112a, 112b, sogenannte "Bus Bars" wiederum unmittelbar auf der Elektrodenschicht 132 oder mittelbar auf dem Substrat 142 aufgebracht sind. Die Gesamtheit der voneinander beabstandeten Leiterbahnen 112a, 112b bildet eine strukturierte Elektrode oder Elektrodenschicht 112.
Die Elektrodenschicht 132 umfasst ein transluzentes oder transparentes leitfähiges Material, z.B. ein Oxid (TCO), wobei ITO als besonders geeignet erachtet wird. Somit besitzt die leitfähige flächig geschlossene Elektrodenschicht 132 ihre Transluzenz oder Transparenz aufgrund der Materialauswahl, wohingegen die Leiterbahnen 112a, 112b aus einem weniger oder nicht-transparenten Material, z.B. einem Metall hergestellt sein können. Die Transluzenz oder Transparenz der strukturierten Elektrodenschicht 112 beruht auf der Strukturierung oder den dadurch bedingten Auslassungen oder Zwischenräumen 113 zwischen den einzelnen Leiterbahnen 112a, 112b.
Die Breite der Leiterbahnen 112a, 112b beträgt zwischen 50 μm und 500 μm und die Breite der Zwischenräume 133 bevorzugt 50 μm oder mehr.
Ferner sind die optischen Eigenschaften der strukturierten Elektrodenschicht 112 mittels der Verfahrensparameter steuerbar, so dass eine gezielte Absorptivität, z.B. wellenlängenspezifisch einstellbar ist.
In diesem Ausführungsbeispiel bilden folglich die strukturierte Elektrodenschicht 112, umfassend die Leiterbahnen oder Hilfsleiterbahnen 112a, 112b und die Elektrodenschicht 132 gemeinsam eine elektrisch leitfähige, flächige, transparente Elektrode oder Dünnschichtelektrode 122. Die Hilfsleiterbahen 112a, 112b sind dabei zur Erhöhung der Leitfähigkeit der flächig geschlossenen Elektrodenschicht 132 vorgesehen.
Es ist dem Fachmann jedoch ersichtlich, dass die strukturierte Elektrodenschicht 112 auch ohne die Elektrodenschicht 132 eingesetzt werden kann, so dass die Dünnschichtelektrode in diesem Fall lediglich aus der strukturierten Elektrodenschicht 112 besteht.
2a zeigt ein alternatives Bauelement 110 mit einer inversen Schichtabfolge innerhalb der Dünnschichtelektrode 122. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die strukturierte Elektrodenschicht 112, bzw. sind die Leiterbahnen 112a, 112b unter der Elektrodenschicht 132 oder unmittelbar auf dem Substrat bzw. auf seiner Oberfläche angeordnet. Bei der Herstellung wird folglich zunächst die strukturierte Elektrodenschicht 112 und nachfolgend die ITO-Schicht 132 aufgebracht.
2b zeigt das Bauelement 110 aus 2a, wobei auf der ITO-Schicht 132 mindestens eine Schicht aus elektrolumineszentem Material, d.h. eine elektrolumineszente Schicht 152, abgeschieden ist. Auf der elektrolumineszenten Schicht 152 ist wiederum eine weitere Elektrodenschicht 162 und darauf ein Decksubstrat 172 aufgebracht. Dabei wirkt die ITO-Schicht 132 mit der strukturierten Elektrodenschicht 112 bzw. die Elektrode 122 als Anode und die weitere Elektrodenschicht 162 als Kathode. Der Fachmann erkennt die Schichtenanordnung als die einer OLED 110. Weitere für OLEDs typische Schichtfolgen von zumindest einer elektrolumineszierenden Schicht und zusätzlichen Funktionalschichten, wie z.B. Lochleiterschichten, sind ebenfalls dem Fachmann bekannt und können für eine erfindungsgemäße lichtemittierende Einrichtung verwendet werden. Neben dem Decksubstrat 172 können auch Passivierungs- oder Barrierebeschichtungen, bzw. Abdeckkappen mit oder ohne Gettermaterial zur Kapselung des Bauteils dienen.
Die dargestellten Schichten 112, 132, 152, 162 werden in der Reihenfolge von unten nach oben auf das Substrat 142 aufgebracht und anschließend mit dem Decksubstrat 172 passiviert. Eine umgekehrte Herstellungsreihenfolge ist jedoch auch möglich.
Die elektrolumineszente Schicht 152 ist sandwichartig zwischen der Anode 122 und der Kathode 162 angeordnet und wird mittels einer angelegten Spannung zur Lichtemission angeregt.
Die Kathode 162 und das Decksubstrat 172 können jeweils transparent oder intransparent sein. In erstem Falle emittiert das Bauelement 110 Licht in beide Richtungen, d.h. durch beide Substrate nach außen, in zweiten Falle lediglich durch das Substrat 142 in eine in der Darstellung nach unten gerichtete Hauptemissionsrichtung L.
In 2c ist eine Variante des in 2b dargestellten Bauelements 110 dargestellt. Bei dem in 2c gezeigten Bauelement 110 weist das Substrat 142 eine aufgerauhte Seite 143 auf. Damit wird das aus der elektrolumineszenten Schicht 152 austretende und durch das Substrat 142 tretende Licht diffus gestreut. Dies ist beispielsweise von Vorteil, damit die durch die Leiterbahnen 112a, 112b der strukturierten Elektrodenschicht 112 hervorgerufene Strukturierung der Leuchtfläche kaschiert wird.
Bei der in 2d gezeigten Variante dieser Ausführungsform umfaßt das Substrat 142 eine diffus streuende Schicht 144. Diese Schicht ist bei dem in 2d gezeigten Beispiel auf der Seite des Substrats 142 aufgebracht, auf welcher die flächig geschlossene Elektrodenschicht 132 und die weiteren Funktionalschichten des elektro-optischen Elements abgeschieden sind. Selbstverständlich kann die lichtstreuende Schicht 144 alternativ oder zusätzlich auch auf der Lichtaustrittsseite des Substrats 142 angeordnet werden.
Das Substrat kann auch selbst diffus streuend sein, z.B. aus Milchglas mit eingelagerten Streukörpern. Da die OLED selbst diffus strahlt, führt dies für großflächige Abwendungen zu keiner Beeinträchtigung der optischen Wirkung, für Displays oder andere Anwendungen mit scharfen Kontrasten oder Farbübergängen (Pixel) ist eine Streuschicht auf der Seite des Substrats mit den Funktionalschichten, wie sie in 2D dargestellt ist, vorzuziehen.
Bei dem in 2e dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leiterbahnen 112a, 112b jeweils mit isolierenden Bahnen 15 abgedeckt, welche sich entlang der Leiterbahnen 112a, 112b erstrecken. Diese Maßnahme hilft, eventuelle Kurzschlüsse der Leiterbahnen 112a, 112b mit der weiteren Elektrodenschicht 162 zu vermeiden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Leiterbahnen, ähnlich wie auch in 1 dargestellt, auf der flächig geschlossenen Elektrodenschicht 132 angeordnet. Selbstverständlich können aber auch bei einer Anordnung der Leiterbahnen 112a, 112b unterhalb der flächig geschlossenen Elektrodenschicht 132, wie sie etwa in den 2a bis 2d dargestellt ist, die Leiterbahnen 112a, 112b mit isolierenden Bahnen 15 abgedeckt werden. Diese Bahnen werden dann dementsprechend auf die über den Leiterbahnen 112a, 112b abgeschiedene flächig geschlossene Elektrodenschicht 132 aufgebracht. Auch die isolierenden Bahnen 15 können beispielsweise durch elektrophotografisches Beschichten hergestellt werden.
Eine andere Maßnahme zur Vermeidung solcher Kurzschlüsse ist in 2f dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kanten 114 der Leiterbahnen 112a, 112b verrundet. Außerdem weisen sie einen Böschungswinkel 115 kleiner als 90° auf. Bevorzugt ist der Böschungswinkel kleiner als 30° und besonders bevorzugt sogar kleiner als 10°. Auf diese Weise werden scharfe Kanten der Leiterbahnen 112a, 112b vermieden. Gerade an scharf ausgebildeten Kanten der Leiterbahnen 112a, 112b kann es zu Unterbrechungen nachfolgend aufgebrachter Schichten, oder zumindest stark reduzierten Schichtdicken kommen, was dann unter anderem zu unerwünschten Kurzschlüssen führen kann.
Eine weitere Möglichkeit ist, das Leiterbahnmaterial aufzuschmelzen. Dabei wird erstens eine besonders glatte Oberfläche erzeugt, zweitens kann nach dem Erstarren eine Struktur der Leiterbahnen, wie schematisch in 2f dargestellt, in der Form einer benetzenden Flüssigkeit mit tropfenförmigem Querschnitt erzielt werden.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung 200 zur Herstellung der strukturierten Elektrodenschicht 212 in Form einer sogenannten Lasereinbrandvorrichtung. Die einzelnen Verfahrensschritte der Herstellung einer strukturierten Oberfläche mittels der Vorrichtung 200 sind anhand von schematischen Querschnittdarstellungen durch ein Bauelement 210 in den 5a bis 5d gezeigt.
Wie am besten in 3 zu sehen ist, wird auf das Bauelement 210 in Form einer Unterlage, welche das Substrat 242 und eine ITO-Schicht 232 umfasst, zunächst eine pulverförmige, fluide oder fließfähige Schicht aus Leiterbahnmaterial 214 aufgebracht. Danach wird zum Verfestigen der Leiterbahnmaterialschicht 214 ein Laserstrahl über das Bauelement 210 bzw. die temporär beschichtete Oberfläche der Unterlage gescannt.
Um geeignete Strukturen, wie etwa die beispielhaft dargestellten Linienstrukturen zu erzeugen, wird der Laserstrahl in Abhängigkeit vom Auftreffpunkt auf der Oberfläche moduliert. Dies geschieht, indem der Strahl über die Oberfläche gescannt und gleichzeitig entsprechend intensitätsmoduliert wird. Dazu wird die Intensität eines Lasers 254 von einer mit dem Laser verbundenen Recheneinrichtung 250 gesteuert, während der Laserstrahl durch, vorzugsweise eindimensionales Schwenken eines Schwenkspiegels 260, z.B. eines Polygonspiegels und Vorschieben der Unterlage entlang der Vorschubrichtung 270 über deren Oberfläche gescannt wird. Vorteilhaft wird auch der Schwenkspiegel und der Vorschub von der Recheneinrichtung gesteuert.
Durch Steuerung der Intensität des Strahls oder dessen lokaler Verweildauer werden die Schichteigenschaften gezielt gesteuert.
Alternativ zu dem kohärenten Laserstrahl ist auch ein lokal fokussierter inkohärenter Lichtstrahl, z.B. UV oder IR oder ein Elektronen- oder Ionenstrahl einsetzbar. Alternativ zum Scannen ist auch ein Array aus Lichtquellen, z.B.
Leuchtdioden einsetzbar, welche von der Recheneinrichtung 250 angesteuert werden.
An den Stellen, an denen der Laserstrahl die Oberfläche trifft und das Leiterbahnmaterial 214 belichtet, tritt eine Verfestigung und/oder eine Erhöhung der Haftung mit der Unterlage ein. Die Fixierung tritt z.B. durch eine Schmelzverklebung des Leiterbahnmaterials mit einer Oberfläche der ITO-Schicht 232 ein, wodurch die mechanische Haftung des Leiterbahnmaterials 214 auf der Oberfläche erhöht und eine dauerhafte mechanische Verbindung zwischen den Leiterbahnen und der ITO-Schicht 232 erzeugt wird. Es wird also das zunächst unstrukturiert aufgetragene Leiterbahnmaterial durch die Bestrahlung mit dem Laser abschnittsweise oder strukturiert belichtet, insbesondere thermisch verschmolzen, so dass anschließend eine abschnittsweise Verfestigung eintritt. Durch die Verfestigung wird das Leiterbahnmaterial auf der ITO-Schicht 232 strukturiert fixiert. Das Leiterbahnmaterial kann bereits vor dem Verfestigen leitfähig sein. Ebenso kann aber auch durch die Behandlung mit dem Laser ein dielektrisches Leiterbahnmaterial erst in ein leitfähiges Leiterbahnmaterial umgewandelt werden.
Alternativ zu dem thermisch schmelzbaren oder thermoplastischen Leiterbahnmaterial kann auch ein duroplastisches, fotobelichtbares, vernetzbares, fixierbares, verklebbares Material, eine Lösung aus schichtbildendem Material, ein Komponentengemisch, ein Mono- oder Polymer, ein Sol-Gel, ein Pulver, Nanopartikel, eine Folie und/oder eine Flüssigkeit, z.B. mittels Spin Coating, Tauchbeschichtung Drucken oder Pulverbeschichtung zur Erzeugung der Leiterbahnen verwendet werden.
Bezugnehmend auf 5c und 5d wird anschließend der nicht fixierte bzw. nicht verfestigte, noch pulverförmige Anteil des Leiterbahnmaterials oder die unbehandelte Vorbeschichtung in einem Reinigungsschritt entfernt, so dass lediglich noch die fixierten Abschnitte bzw. Leiterbahnen 212 auf dem Bauelement verbleiben.
Wieder Bezug nehmend auf 3 ist die Form der zu erzeugenden Struktur in einem Speicher 252 der Recheneinrichtung 250 abgelegt, wobei der Speicher noch eine Mehrzahl an weiteren andersartigen Strukturen enthalten kann, so dass für zwei oder mehr aufeinanderfolgend aufzubringende strukturierte Elektrodenschichten 212 unterschiedliche Strukturen ladbar und erzeugbar sind. In dem Speicher 252, z.B. auf einer Computerfestplatte, ist eine digitale Beschreibung der zu druckenden Struktur abgelegt.
4 zeigt eine gegenüber 3 modifizierte Ausführungsform einer Lasereinbrandvorrichtung 201. Die Vorrichtung 201 verwendet anstatt dem eindimensionalen Scannen des Laserstrahls quer zur Vorschubrichtung 270 ein zweidimensionales Scannen mittels eines zweidimensional schwenkbaren Spiegels 261. Demgemäß kann, falls gewünscht, auf den Vorschub 270 verzichtet werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der lokalen Ausbildung der strukturierten Elektrodenschicht durch strahlinduzierte reaktive Abscheidung/Sublimation aus der Gasphase mit einem reaktiven Gas oder Gasgemisch in der Umgebung des Substrats mittels eines CVD-Verfahrens (chemical vapor deposition). Die Leitfähigkeit der strukturierten Elektrodenschicht ist durch Wahl des Materials, der Zusammensetzung einer Vorbeschichtung und/oder der Gasumgebung gezielt einstellbar.
Es ist auch ein nachträglicher Einbrand der Hilfsleiterbahnen unter Veraschung einer Polymerschicht und/oder Erhöhung oder Ausbildung der Leitfähigkeit, eine Erhitzung unter oxidierender und reduzierender Atmosphäre oder eine gezielte (foto-) chemische Reaktionen mit der Leiterbahnvorbeschichtung einsetzbar.
In 6 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer Non-Impact-Druckvorrichtung 203 zum Aufbringen einer erfindungsgemäß strukturierten Elektrode 212 auf eine Unterlage gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt ebenfalls eine Recheneinrichtung 250. Die Recheneinrichtung 250 steuert eine Druckvorrichtung 202 mit einem Druckkopf 204. Als Druckkopf wird beispielsweise ein piezoelektrisch gesteuerter Strahl-Druckkopf verwendet, der mit einem geeigneten bei Zimmertemperatur flüssigen und aushärtbaren Leiterbahnmaterial befüllt wird. Das Leiterbahnmaterial ist z.B. als durch Trocknung aushärtbare Lösung oder Dispersion realisiert.
Die gewünschte Struktur der Leiterbahnen kann somit direkt und maskenlos mittels der Recheneinrichtung 250 aus der Speichereinrichtung 252 mit der mit dieser verbundenen Druckvorrichtung 202 in Form der strukturierten Elektrode 212 auf die Unterlage 242 übertragen werden.
7 zeigt noch eine weitere, bevorzugte Ausführungsform einer Non-Impact-Druckvorrichtung 300 zum Auftragen der strukturierten Elektrode 212 auf das Bauelement 210. Diese Ausführungsform verwendet eine elektrofotografische Übertragung. Die Funktionsweise der Vorrichtung 300 entspricht zum Teil der eines Laserdruckers oder Kopierers und ist insoweit dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Eine Bildtrommel 302 rotiert und deren Oberfläche wird zunächst an einer Reinigungs- und Löschlichteinheit 304 und anschließend an einem geladenen Ladekoroton 306 vorbeibewegt, wodurch dieses Ladung an die Bildtrommel 302 abgibt und die Oberfläche der Bildtrommel 302 gleichmäßig beispielsweise negativ aufgeladen wird. Die aufgeladene Oberfläche der Bildtrommel wird dann durch deren Rotation an einer Leuchtdioden-Anordnung 308 vorbeibewegt. Diese wird wiederum von einer Recheneinrichtung 250 angesteuert, wobei die zu erzeugende Struktur aus dem Speicher 252 geladen und an die Vorrichtung 300, genauer auf die Bildtrommel 302 übertragen wird, so dass die Bildtrommel 302 entsprechend der auf die Oberfläche des Bauelements 210 zu übertragenen Struktur belichtet wird. An den belichteten Stellen wird die Ladung an der Oberfläche abgeleitet, so dass die Bildtrommel ein unsichtbares elektrisches Abbild der Struktur erhält.
Mit einer Magnetbürste 310 einer Entwicklungseinheit 312 wird dann Leiterbahnmaterial, genauer ein elektrisch leitfähiger pulverförmiger Toner 314 aus einem Tonervorratsbehälter 316 auf die Bildtrommel 302 übertragen. Zwischen der Bildtrommel 302 und der Entwicklungseinheit 312 wird dazu außerdem eine Biasspannung gelegt.
Der Toner haftet temporär nur an den durch die Belichtung entladenen Bereichen der Bildtrommel 302. Anders als bei einem Laserdrucker wird aber der Toner nicht direkt von der Bildtrommel 302 auf die Unterlage übertragen. Da das Substrat 242 im allgemeinen aus einem vergleichsweise harten Material, wie beispielsweise aus Glas besteht, wird der Toner 314 von der Bildtrommel 302 zunächst auf eine Transfertrommel 318 und erst dann auf das Bauelement 210 übertragen. Die Transfertrommel 318 weist eine weiche und/oder elastische Oberfläche, wie etwa aus Gummi auf, die sich der Oberfläche des Bauelements 210 gut anpassen kann, so dass ein guter Kontakt des Bauelements bzw. der Unterlage zum Toner auf der Transfertrommel 318 erreicht wird.
Die Unterlage wird mit einem Übertragungskoroton 320 ebenfalls gleichmäßig aufgeladen, so dass der Toner von der Transfertrommel 318 abgezogen wird.
Das elektrophotographische Verfahren ist somit an die Anforderungen zur Beschichtung eines elektrisch isolierenden Substrats, nämlich eine lateral uniforme elektrische Aufladung zu erzielen, angepasst. Anstelle oder zusätzlich zu einer Aufladung mittels des Übertragungskorotons 320 kann eine uniforme und auf eine zur Tonerübertragung optimale Aufladung auch durch direkten elektrischen Kontakt mit einer Spannungsquelle, d.h. mittels einer vordefiniert angelegten Spannung erzielt werden, wenn die Oberfläche des Bauelements 210, z.B. aufgrund einer vorangegangenen Beschichtung z.B. mittels der ITO-Schicht gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1, bereits leitfähig ist und die Ladung sich gleichmäßig verteilt.
In einem nachfolgenden Fixiervorgang wird die mit dem Toner beschichtete Oberfläche auf eine moderate Temperatur unterhalb von 250°C, typischerweise zwischen 120 und 180°C, erwärmt und der Toner fixiert oder verfestigt. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass der Toner beim Fixieren bereits strukturiert auf dem Bauelement aufgetragen ist. Anders als in 7 dargestellt ist, kann aufgrund der Temperaturempfindlichkeit von ITO, insbesondere hier das Aufbringen der Leiterbahnen vor dem Aufbringen der ITO-Schicht 232, also analog des Aufbaus in 2a,b vorteilhaft sein. Der Toner kann selbst leitfähig sein, um elektrisch leitende Leiterbahnen zu erhalten. Gemäß einer Variante der Erfindung wird ein dielektrischer Toner verwendet, der sich beim Aufschmelzen oder einem weiteren, nachfolgenden Behandlungsschritt, wie etwa das Behandeln mit geeigneten Chemikalien in ein leitfähiges Leiterbahnmaterial umwandelt.
Das Leiterbahnmaterial kann alternativ auch ein Glasflußmittel enthaltenund bei Temperaturen von typischerweise bis 500°C auf dem Substrat eingebrannt werden. Dazu können dem Toner beispielsweise Glasflußpartikel zugemischt werden. Unter Vewrwendung eines Glasflußmittels kann eine besonders gute Haftung der Leiterbahnen an oxidischen Substratoberflächen, beispielsweise auf einem Glas-, Glaskeramik- oder Keramiksubstrat erreicht werden.
Das Aufbringen der strukturierten Elektrodenschicht 212 gemäß diesem Beispiel ist unter anderem deshalb von Vorteil, da die Beschichtung vergleichsweise schnell durchgeführt werden kann.
Mit einem derartigen elektrofotografischen Beschichtungsverfahrenläßt sich eine laterale Auflösung der Struktur von etwa 20 μm erreichen.
Es kann ein Durchsatz, z.B. bei der Beschichtung eines glaskeramischen Substrats im Bereich von 10 m/min erreicht werden. Für andere Anwendungen sollte eine Beschichtungsgeschwindigkeit von zumindest 0,01 m/min, 0,1 m/min oder 1 m/min erreichbar sein.
Ferner hat das elektrophotographische Verfahren "inline"-Potenzial, d.h. es kann im Gegensatz zu den bekannten Lithographieverfahren, welche sich aufgrund der langen Prozesszeiten im Wesentlichen nur für den Batchbetrieb eignen, direkt in den Durchlauf einer Produktionslinie integriert werden.
Es kann insbesondere mit diesem Verfahren sowohl ein Graustufendruck mit variabler Schichtdicke, etwa mit einer Schichtdicke zwischen einigen 10 nm oder 1 μm und 8 μm, als auch ein Rasterdruck durchgeführt werden. Durch den Fixiervorgang mit einem thermischen Aufschmelzen der Tonerpartikel kommt es insbesondere auch zu einer Verrundung des Kantenbereiches, so dass steile Flanken und scharfe Kanten der Strukturen nicht auftreten.
Durch mehrfache Wiederholung des Druckvorgangs kann auch in einfacher Weise eine Mehrfachstruktur so aufgebracht werden, so dass die strukturierte Elektrodenschicht 212, z.B. Bereiche mit stufenweise unterschiedlicher Schichtdicke und/oder unterschiedlichen Leiterbahnmaterialien, z.B. unterschiedlicher spezifischer Leitfähigkeit und/oder unterschiedlicher Struktur aufweist. Beschichtungen mit Mehrfachstrukturen sind einfach und durchsatzoptimiert durch Hintereinanderschaltung mehrerer Vorrichtungen erreichbar. Die Wiederholung kann aber auch zur Korrektur von Beschichtungsfehlern bei einem vorherigen Druckvorgang eingesetzt und somit die Ausbeute erhöht werden.
Bezug nehmend auf die 8a bis 8d sind verschiedene beispielhafte Strukturen der Leiterbahnen bzw. der strukturierten Elektrodenschicht 112, 212 dargestellt.
Als besonders vorteilhaft haben sich rechteckige oder quadratische Raster wie in 8a gezeigt erwiesen. Aber auch parallele streifenartige Leiterbahnen (8b) können für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein. Sogar nicht rechtwinklige, sternförmig auseinanderlaufende Strukturen (8c) sind herstellbar. Ebenfalls vorteilhaft sind bienenwabenartige oder hexagonale Leiterbahnstrukturen wie in 8d gezeigt. Die Leiterbahnen können lokal unterschiedlich Dicken aufweisen.
Eine erfindungsgemäß hergestellte OLED kann insbesondere in der Display Technologie, z.B. für LCD-Bildschirme, z.B. als Backlight eines Mobilfunktelefons oder PDAs, in der Werbung, z.B. für Hinweis- und Leuchttafeln, im Haushalt, z.B. für Schalter- und Sensorbeleuchtung eines Kochfelds, für Leuchtböden, für Spezialbeleuchtung, für Lichtflächen, im Automobilbereich, in der Avionik, als Outdoor-Notbeleuchtung, für transportable batteriebetriebene Leuchten und vieles mehr eingesetzt werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können alternativ zu den beispielhaft beschriebenen Non-Impact- Verfahren, nämlich Lasereinbrand, Strahldruck und fotoelektrischem Druck auch andere digitale Verfahren Verwendung finden oder die Verfahren ergänzt werden.
Z.B. kann die Leitfähigkeit der Leiterbahnen durch electroplating, vorzugsweise vor der Aufbringung der ITO-Schicht, erhöht werden.
Ferner können die Leiterbahnen durch Überschichtung und/oder Austausch (electro-plating oder galvanisches Aufwachsen) mit einem weiteren Metall passiviert werden.
Auch die Bekeimung der Glasoberfläche mit einem der vorgenannten Verfahren, z.B. mit Palladium und galvanisches Aufwachsen, z.B. Ni/Cr der Leiterbahnen mit anschließender elektrogalvanischer Verstärkung erscheint vorteilhaft.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Elektrode (122) mit Leiterbahnen (112a,b), insbesondere für eine lichtemittierende Einrichtung, z.B. eine OLED (110), umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Unterlage (142), Bereitstellen eines Speichermediums (252) mit einem Datensatz, der Daten enthält, welche die Struktur der herzustellenden Leiterbahnen (112a,b) repräsentieren, Übermitteln der Daten zu einer Transfereinrichtung (200, 201, 203, 300), Erzeugen der Leiterbahnen (112a,b) mittels der Transfereinrichtung, zumindest abschnittsweises Aufbringen des Leiterbahnmaterials (214) auf die Unterlage (142), Herstellen einer dauerhaften mechanischen Verbindung zwischen dem Leiterbahnmaterial (214) und der Unterlage (142), wobei die Leiterbahnen (112a,b) eine strukturierte erste Elektrodenschicht (112, 212) bilden, wobei die Struktur der Leiterbahnen (112a,b) mithilfe der Daten erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Leiterbahnen mittels der Transfereinrichtung aus einem leitfähigen Leiterbahnmaterial (214) erzeugt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen mittels der Transfereinrichtung aus einem dielektrischen Leiterbahnmaterial (214) erzeugt werden, welches in ein leitfähiges Leiterbahnmaterial umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) mittels eines Non-Impact-Verfahrens erzeugt und auf die Unterlage (142) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen der Struktur der herzustellenden Leiterbahnen (112a,b) vor oder gleichzeitig mit dem Herstellen der dauerhaften mechanischen Verbindung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrodenschicht (112, 212) strukturiert aufgedruckt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) mittels eines elektrofotografischen Druckverfahrens (300) auf die Unterlage aufgedruckt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (214) unter Erzeugung der Struktur der herzustellenden Leiterbahnen (112a,b) auf einen Bildträger (302) aufgetragen wird, das Leiterbahnmaterial (314) unter Erhalt der Struktur auf ein Transferelement (318) übertragen wird und das Leiterbahnmaterial (314) unter Erhalt der Struktur auf die Unterlage (242) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Unterlage (242) auf ein definiertes elektrisches Potenzial gelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Leiterbahnmaterial (314) ein leitfähiger Toner verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Leiterbahnmaterial (314) verwendet wird, welches erste Partikel aus Kunststoff und elektrisch leitfähige zweite Partikel oder elektrisch leitfähige Partikel in einer Kunststoffmatrix enthält.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (314) auf die Unterlage aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (214) im Wesentlichen unstrukturiert flächig auf die Unterlage aufgebracht und nachfolgend unter Erzeugung der Leiterbahnen (212) selektiv abschnittsweise bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (214) mittels eines Lasers bestrahlt wird und die herzustellende Struktur der Leiterbahnen (212) mit dem Laser (254) abgetastet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (214) durch eine strukturierte Maske bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (214) unter oxidierender und/oder reduzierender Atmosphäre erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine galvanische Verstärkung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Elektrode (122) erzeugt wird, welche einen Schichtenverbund aus zumindest der strukturierten ersten Elektrodenschicht (112) und einer flächig geschlossenen zweiten Elektrodenschicht (132) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung einer flächig geschlossenen zweiten Elektrodenschicht (132) ein leitfähiges transparentes Material verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Leiterbahnmaterial (214, 314) ein Metall, eine metallische Legierung, ein Halbleiter oder ein leitfähiges Polymer verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) mit einer Kantenyerrundung oder mit einem Böschungswinkel von höchstens 10° erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Leiterbahnen (112a,b) mit unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlicher Breite auf der Unterlage (142) erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Elektrode (122) mit Leiterbahnen (112a,b) auf einer Unterlage (142, 242), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche und insbesondere hergerichtet zur Herstellung einer lichtemittierenden Einrichtung, z.B. einer OLED (110), umfassend die Schritte: Bereitstellen der Unterlage (142, 242), Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Leiterbahnmaterials (214, 314), Aufbringen des Leiterbahnmaterials auf die Unterlage (142, 242), wobei das Leiterbahnmaterial (214, 314) auf der Unterlage (142, 242) strukturiert fixiert wird.
Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Elektrode (122) mit Leiterbahnen (112a,b), insbesondere für eine lichtemittierende Einrichtung, z.B. eine OLED (110), insbesondere umfassend ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Unterlage (142, 242), Aufbringen eines Leiterbahnmaterials (214, 314) auf die Unterlage (142, 292), Erzeugen der strukturierten Leiterbahnen (112a,b) aus dem leitfähigen Leiterbahnmaterial (214, 314) auf der Unterlage (142, 242), wobei das Leiterbahnmaterial feste streufähige Partikel umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (214, 314) unter Erzeugung der Leiterbahnen (112a,b) strahlungsinduziert auf die Unterlage (142, 242) aufgeschmolzen wird.
Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Elektrode (122) mit Leiterbahnen (112a,b) auf einer Unterlage (242), insbesondere hergerichtet zur Herstellung einer lichtemittierenden Einrichtung, z.B. einer OLED (110), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: Bereitstellen der Unterlage (242), Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Leiterbahnmaterials (314), strukturiertes Aufdrucken des Leiterbahnmaterials (314) auf die Unterlage mittels einer elektrofotografisch arbeitenden Druckereinrichtung (300).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterbahnmaterial (314) unter Erhaltung einer elektrofotografisch auf einer Bildtrommel (302) erzeugten Struktur von der Bildtrommel (302) auf eine Transfertrommel (318) übertragen wird und nachfolgend auf eine Oberfläche der lichtemittierenden Einrichtung aufgebracht und auf die Oberfläche aufgeschmolzen wird, wodurch die Leiterbahnen (112a,b) aus dem Leiterbahnmaterial (314) erzeugt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Material für die Leiterbahnen verwendet wird, welches ein Glasflußmittel enthält.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen mit isolierenden Bahnen abgedeckt werden, welche sich entlang der Leiterbahnen erstrecken.
Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung von – strukturierten Leiterplatten, – integrierten Schaltkreise, – Bildschirmen, – organischen oder anorganischen elektrolumineszenten Einrichtungen, – fotovoltaischen Zellen, – elektrochromen Bauteilen für Polymerelektronische Bauelemente – Flächen-LEDs, – Sensoren, – Leiterbahnen bei glaskeramischen Kochfeldern. – Leiterbahnen zur Erwärmung von Glasscheiben, beispielsweise von Kühlschranktüren, Antibeschlageinrichtungen von Spiegeln in Badezimmern oder an Fahrzeugen.
Elektrode (122), herstellbar mit dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Lichtemittierende Einrichtung, insbesondere eine OLED (110), umfassend: eine Unterlage (142), einen auf die Unterlage aufgebrachten lichtemittierenden Schichtenverbund mit einer ersten und zweiten Elektrode (122, 162) und einer elektrolumineszenten Schicht (152), welche zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei zumindest eine der beiden ersten und zweiten Elektroden (122, 162) Leiterbahnen (112a,b), welche eine strukturierte erste Elektrodenschicht (112) bilden, umfasst, wobei die Leiterbahnen (112a,b) aus einem leitfähigen Leiterbahnmaterial (214) hergestellt sind und wobei das Leiterbahnmaterial auf die Unterlage (142) aufgeschmolzen ist.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) mittels eines Non-Impact-Verfahrens (200, 201, 203, 300) erzeugt und auf die lichtemittierende Einrichtung (110) aufgebracht sind.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) aufgedruckt sind.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) mittels eines elektrofotografischen Druckverfahrens (300) aufgedruckt sind.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) aus einem elektrisch leitfähigen Toner (314) hergestellt sind.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) zumindest einen erstes Kunststoff-Material und ein elektrisch leitfähiges zweites Material enthalten.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) ein Glasflußmittel enthalten.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (122) einen Schichtenverbund aus der strukturierten ersten Elektrodenschicht (112) und einer flächig geschlossenen zweiten Elektrodenschicht (132) umfasst.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (122) eine flächig geschlossene zweite Elektrodenschicht (132) aus einem leitfähigen transparenten Material umfasst.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) ein Metall, eine metallische Legierung, einen Halbleiter oder ein leitfähiges Polymer umfassen.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) eine Kantenverrundung oder einen Böschungswinkel von höchstens 10° aufweisen.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen mit sich entlang der Leiterbahnen erstreckenden isolierenden Bahnen abgedeckt sind.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnen (112a,b) eine unterschiedliche Dicke und/oder unterschiedliche Breite aufweisen.
Lichtemittierende Einrichtung (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein diffus lichtstreuendes Substrat (142) oder ein Substrat (142) mit diffus streuender Beschichtung (144).
Verwendung eines Non-Impact-Druckverfahrens zur Herstellung von elektrischen Leiterbahnen (112a,b) einer elektrisch leitfähigen Dünnschichtelektrode (122).
Verwendung eines elektrofotografischen Druckverfahrens (300) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Dünnschichtelektrode (122).
Verwendung eines strahlungsinduzierten Schmelzverfahrens (200, 201) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Dünnschichtelektrode (122).