DE102006030536B3

DE102006030536B3 - Verfahren zur Herstellung flächiger elektromagnetische Strahlung emittierender Elemente mit organischen Leuchtdioden

Info

Publication number: DE102006030536B3
Application number: DE102006030536A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Phys. Amelung; Christian Dr.-Ing. May; Uwe Dr.-Ing. Vogel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung flächiger elektromagnetische Strahlung emittierender Elemente mit organischen Leuchtdioden. Dabei können insbesondere sehr großflächig ausgebildete solche Elemente zur Verfügung gestellt werden. Sie können für die Beleuchtung eingesetzt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, die Auswirkung von Defekten bei der Herstellung von flächigen elektromagnetische Strahlung mit organischen Leuchtdioden emittierenden Elementen, zu reduzieren. Dabei werden auf einem Substrat in an sich bekannter Form organische Leuchtdioden mit Deck-, Grundelektroden und elektrisch leitenden Verbindungen ausgebildet. Im Anschluss an eine optische und/oder elektrische Detektion zur lokalen Ermittlung von Fehlern wird gezielt die elektrisch leitende Verbindung zwischen Grundelektrode(n) und einer ersten Zuleitung oder Deckelektrode(n) und einer zweiten Zuleitung getrennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung flächiger elektromagnetische Strahlung emittierender Elemente mit organischen Leuchtdioden. Dabei können insbesondere sehr großflächig ausgebildete solche Elemente zur Verfügung gestellt werden. Sie können für die Beleuchtung eingesetzt werden.
Organische Leuchtdioden werden in jüngerer Vergangenheit für verschiedenste Applikationen, beispielsweise als Displays für die visuelle Anzeige von Informationen aber auch als Lichtquellen für eine flächige Beleuchtung eingesetzt. Dabei können mit relativ kleiner elektrischer Leistung ausreichende Leuchtdichten und eine diffuse Beleuchtung erreicht werden.
Organische Leuchtdioden können in bewährter Dünnschichttechnologie hergestellt werden, so dass eine sehr kleine Dicke einzelner Schichten und auch der gesamten Dicke von organischen Leuchtdioden eingehalten werden kann.
Durch diese kleinen Schichtdicken wirken sich bei der Herstellung aber bereits sehr kleine Partikel nachteilig aus. So können bereits Partikel mit Abmessungen kleiner 1 μm zwischen den Elektroden von organischen Leuchtdioden zum elektrischen Kurzschluss oder einem anderen Defekt führen.
Insbesondere bei der Herstellung großflächiger Elemente mit organischen Leuchtdioden kann so die erreichbare Ausbeute reduziert und dementsprechend eine erhöhte Ausschussrate verzeichnet werden.
Um diesem Nachteil entgegen zu wirken, wurde eine Feinstrukturierung mit streifenförmiger Anordnung bzw. Ausbildung von organischen Leuchtdioden vorgenommen, die in Verbindung mit einer diffusen Auskoppelstruktur für emittierte elektromagnetische Strahlung, bei Ausfall einzelner Streifen nicht zum Totalausfall führt.
Aus US 6,870,196 B2 ist es bekannt, eine größere Fläche so zu strukturieren, dass organische Leuchtdioden über die Fläche verteilt angeordnet und elektrisch parallel bzw. in Reihe geschaltet sind. Die elektrisch leitenden Verbindungen werden mit Leitern, die an organischen Leuchtdioden einen reduzierten Leitungsquerschnitt (Oberflächenfuse) aufweisen, hergestellt. Bei auftretendem elektrischem Kurzschluss kann in einem Bereich mit reduziertem Leitungsquerschnitt ein „Durchbrennen auftreten und dadurch die elektrisch leitende Verbindung zur mit einem Defekt behafteten organischen Leuchtdiode getrennt werden. Dabei ist aber für ein „Durchbrennen" ein definierter elektrischer Grenzstrom erforderlich, der aber stark von der jeweiligen Dimensionierung einer Reduzierung des jeweiligen Leitungsquerschnitts abhängig ist. Der erforderliche elektrische Strom kann daher relativ hoch sein, der im Fall eines elektrischen Kurzschlusses von der jeweiligen Steuerschaltung zur Verfügung gestellt werden muss. Die reduzierten Leitungsquerschnitte führen außerdem zur Erhöhung des parasitären elektrischen Reihenwiderstandes, was wiederum eine erhöhte elektrische Steuerspannung bedingt und den elektrischen Wirkungsgrad reduziert.
Es ist außerdem zu beachten, dass bei organischen Leuchtdioden eher Frühausfälle auftreten, die bereits unmittelbar nach der Herstellung oder innerhalb der ersten 100 Betriebsstunden eintreten. Kurzschlussbedingte Langzeitausfälle stellen eher eine Ausnahme dar.
Eine weitere bekannte Lösung ist von W. Sarfet u.a. in „Laser-Microstructuring of Cathodes for OLED Displays"; Society of Information Display Digest; 2005; Paper 69.2 beschrieben. Dementsprechend soll eine Kathode selektiv mit Laserstrahlung bearbeitet werden, um Fehlstellen zu trennen. Die Ablation von Kathodenwerkstoff erfolgt dabei aber an der Kathode im aktiven Bereich der jeweiligen organischen Leuchtdiode. Dies erfordert eine sehr präzise Steuerung der eingesetzten Laserstrahlung, um einen unerwünschten Einfluss auf defektfreie Bereiche organischer Leuchtdioden zu vermeiden. Bei der Massenfertigung ist dies aber schwer realisierbar.
Eine weitere Möglichkeit zur Behebung von Defekten mit Laserstrahlung ist in JP 2003-178871 A beschrieben.
Aus der nachveröffentlichten US 2006/0290277 A1 ist eine Display-Anordnung mit organischen Leuchtdioden bekannt. Bei der Verbindungen an defekten Elementen getrennt werden sollen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Auswirkung von Defekten bei der Herstellung von flächigen elektromagnetische Strahlung mit organischen Leuchtdioden emittierenden Elementen, zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Bei der Erfindung wird auf an sich bekannte Verfahrensschritte für die Herstellung von flächigen elektromagnetische Strahlung von organischen Leuchtdioden emittierenden Elementen zurückgegriffen. So können einzelne Elemente in Form von dünnen Schichten in Dünnschichttechnologie auf einem flächigen Substrat ausgebildet werden. Dies kann in strukturierter Form mittels Masken und photolithographisch erfolgen.
Dabei bilden die jeweils hergestellten organischen Leuchtdioden Segmente, die gleichmäßig oder auch in vorgegebener Anordnung über die Fläche verteilt angeordnet werden können. So können mit den Segmenten beispielsweise bestimmte Symbole nachgebildet werden.
In einem ersten Verfahrensschritt werden auf der Substratoberfläche Grundelektroden aus einem elektrisch leitenden Stoff ausgebildet, die in einer vorgegebenen Strukturanordnung hergestellt werden können.
Dann wird mindestens eine erste elektrische Zuleitung, in Form einer elektrisch leitenden Bahn ausgebildet, über die Grundelektroden parallel oder in Reihenschaltung elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
Auf diesen Aufbau kann in ebenfalls bekannter Form mit Strukturierung eine Passivierungsschicht, mit beispielsweise Photoresist oder Polyimid ausgebildet werden.
Auf die Grundelektroden wird eine organische elektrisch leitende Verbindung ebenfalls als Schicht aufgebracht und dann jeweils von einer elektrisch leitenden Deckelektrode überdeckt. Für eine elektrisch leitende Verbindung werden weitere elektrische Leiterbahnen, als zweite Zuleitungen zu den Deckelektroden ausgebildet. Diese können wieder eine parallel oder auch Reihenschaltung bilden.
Die ersten und zweiten Zuleitungen können dann an eine bevorzugt steuerbare elektrische Stromzuführung für den Betrieb angeschlossen werden.
Ein so vorbereitetes Element kann dann optisch und/oder elektrisch detektiert werden, um Defekte an segmentierten organischen Leuchtdioden erkennen zu können.
Werden bei einer solchen Prüfung keine lokalen Anhäufungen von Defekten oder das Übersteigen einer vorgebbaren Anzahl von Defekten an einem Element festgestellt, kann wie folgt beschrieben vorgegangen werden.
Nach erfolgter Detektion kann dann lokal gezielt an organischen Leuchtdioden, an denen ein Defekt erkannt worden ist, eine Trennung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der jeweiligen Zuleitung und Elektrode vorgenommen werden. So kann eine Trennung einer Verbindung zwischen einer ersten Zuleitung und einer Grundelektrode oder einer zweiten Zuleitung und einer Deckelektrode vorgenommen werden, um ein defektes Segment elektrisch zu isolieren und dies bei Betrieb eines erfindungsgemäßen Elementes dann zwar keine elektromagnetische Strahlung mehr emittieren kann, aber den Gesamtbetrieb nur unwesentlich beeinträchtigt.
Dabei kann die jeweilige Auflösung entsprechend der Größe eines erfindungsgemäßen Elementes, unter Berücksichtigung der jeweiligen Applikation und der Flächengröße der segmentierten organischen Leuchtdioden optimiert werden, so dass in Folge von Defekten auftretende lokal begrenzte „Fehlstellen", von denen keine elektromagnetische Strahlung emittiert wird, den Gesamteindruck, wenn überhaupt nur unwesentlich stören.
Die erreichbare Ausbeute von nutzbaren Elementen kann so mit nur geringfügig erhöhtem Aufwand deutlich erhöht werden.
Durch gezielte Trennung an ersten oder zweiten Zuleitungen kann auch eine günstige Führung von elektrischem Strom an einem erfindungsgemäßen Element erreicht werden.
Ansonsten können erfindungsgemäß hergestellte Elemente, wie herkömmliche Elemente eingesetzt und elektrisch angeschlossen sein.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 in schematischer Form einen Aufbau eines er findungsgemäß herstellbaren Elements;
2 ein Beispiel mit gegenüber dem in 1 gezeigten Beispiel veränderten ersten Zuleitungen und
3 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäß herstellbaren Elements.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel werden zuerst auf einer Oberfläche eines Substrats (hier nicht dargestellt) mehrere Grundelektroden 10 durch ein strukturierendes Dünnschichtverfahren ausgebildet. Die Grundelektroden 10 werden später als Anoden elektrisch geschaltet und aus einem elektrisch leitenden Stoff gebildet. Dies kann ein Metall aber auch eine andere elektrisch leitende chemische Verbindung, wie z.B. ein entsprechendes Oxid sein. Dabei kann das jeweilige elektrisch leitende Oxid auch für die jeweilige zu emittierende elektromagnetische Strahlung transparent sein.
Dieser Sachverhalt trifft auch für die Ausbildung von Deckelektroden 40 zu, worauf nachfolgend noch zurück zukommen sein wird.
In 1 ist eine regelmäßige Anordnung in Reihen und Spalten von segmentiert ausgebildeten Grundelektroden 10 gezeigt, bei der auch die Grundelektroden 10 jeweils eine gleiche Geometrie und Dimensionierung aufweisen. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Es können auch andere Anordnungen und Gestaltungen realisiert werden, so dass beispielsweise ein erfindungsgemäß hergestelltes Element ganz oder bereichsweise in anderer Geometrie ausgebildet sein kann.
Nach der Ausbildung der Grundelektroden 10 werden erste Zuleitungen 20 als Leiterbahnen für eine elektrisch leitende Verbindung zu Grundelektroden 10 ausgebildet. Zur Reduzierung des elektrischen Widerstandes können die ersten Zuleitungen 20 mit Metallleitungen verstärkt werden.
Gleichzeitig oder auch später können zweite Zuleitungen 21 ausgebildet werden, die dann elektrisch leitend an den einzelnen Grundelektroden 10 zugeordneten Deckelektroden 40 angeschlossen sind. Auch die zweiten Zuleitungen 21 können mit Metallleitungen verstärkt werden.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Grundelektroden 10 elektrisch parallel geschaltet.
Auf die Grundelektroden 10 und Zuleitungen wird dann ebenfalls in einer die Strukturierung mit den Grundelektroden 10 berücksichtigenden Form eine Passivierungsschicht aufgebracht. Hierfür kann ein bekannter Photoresist oder auch Polyimid eingesetzt werden.
Auf diesen Aufbau wird dann in ebenfalls strukturierter Form jeweils eine Schicht einer organischen elektrisch leitenden Verbindung auf den Flächen mit Grundelektroden 10 und auf diese wiederum eine elektrisch leitende Schicht als Deckelektroden 40 ausgebildet, so dass ein segmentierter Aufbau mit organischen Leuchtdioden erhalten wird.
Nach einer so erfolgten Prozessierung wird eine Prüfung auf lokale Fehler an einem Element durchgeführt. Dies kann optisch und/oder auch elektrisch erfolgen.
Bei einer möglichen Ausführung dieser Prüfung werden alle Elemente mit einem konstanten elektrischen Strom betrieben, die ortsaufgelöste Lichtgenerierung wird durch eine CCD-Kamera aufgenommen. Defektstellen führen zu einem starken Lichtabfall in der Umgebung, so dass die abzutrennenden Leiter lokalisiert werden können. In der Folge werden die defekten Segmente separiert. In einer weiteren Ausführung kann die Prüfung mit einer Wärmebildkamera durchgeführt werden. Potentielle Defektstellen führen aufgrund des erhöhten Defektstroms zu einer lokalen Erwärmung, die durch die Wärmebildkamera detektiert werden kann. Die entsprechenden Stellen können daraufhin separiert werden.
Werden an einzelnen organischen Leuchtdioden Defekte, beispielsweise im Schichtaufbau enthaltene Partikel erkannt, wird eine Trennung der jeweiligen ersten Zuleitung 20 zur jeweiligen Grundelektrode 10 oder der zweiten Zuleitung zur jeweiligen Deckelektrode 40 durchgeführt. Die Trennung der elektrisch leitenden Verbindung sollte dabei außerhalb des aktiven Bereiches der jeweiligen organischen Leuchtdiode durchgeführt werden.
Hierfür kann eine Schnittlinie 50 vorgegeben sein.
In einer möglichen Ausführung wird die Schnittlinie entlang einer geraden Linie außerhalb der aktiven Fläche zwischen der Leuchtfläche und der Zuleitung gelegt.
Die Trennung der elektrisch leitenden Verbindung kann durch lokal gezielte Ablation an einer ersten oder zweiten Zuleitung 20 oder 21 durchgeführt werden. Dabei kann Laserstrahlung eingesetzt werden.
Die jeweilige galvanisch von anderen organischen Leuchtdioden und Zuleitungen 20 oder 21 getrennte organische Leuchtdiode kann dann zwar keine elektromagnetische Strahlung emittieren, stört aber die funktionsfähigen Leuchtdioden eines Elementes nicht. Der ggf. auftretende Effekt kann durch eine auf dem Substrat ausgebildete Streuschicht in seiner Wirkung begrenzt werden.
Die in 2 gezeigte erfindungswesentliche Ausgestaltung entspricht in wesentlichen Punkten dem Beispiel nach 1. Es wurden aber Querschnittsverengungen 11 an ersten Zuleitungen 20 ausgebildet, über die die elektrisch leitende Verbindung zu den Grundelektroden 10 hergestellt wird. Dadurch kann eine sichere Trennung der elektrischen Verbindung bei Bedarf für eine Defekte organische Leuchtdiode entlang einer Schnittlinie 50 erreicht und die erforderliche Schnittlänge verringert werden.
Auch das in 3 gezeigte Beispiel kann in wesentlichen Punkten analog zu dem vorab beschriebenen Beispiel nach 1 hergestellt und dementsprechend ausgebildet werden.
Dabei sind Grundelektroden 10 in Parallelschaltung an eine erste Zuleitung 20 angeschlossen. Nach vollständig erfolgtem Aufbau mit Ausbildung der segmentierten organischen Leuchtdioden, die mit Grundelektroden 10, der Passivierung, organisch elektrisch leitender Schicht und Deckelektrode 40 gebildet sind, kann bei festgestellten Defekten an der/den jeweiligen organischen Leuchtdiode(n) die elektrisch leitende Verbindung getrennt werden. Dabei kann an einer zweiten Zuleitung 21 die elektrisch leitende Verbindung zur jeweiligen Deckelektrode 40 durch Laserablation getrennt werden. Auch hier sollte die Trennung außer halb des aktiven Bereichs der jeweiligen organischen Leuchtdiode vorgenommen werden, um eine Vorschädigung der organischen Leuchtdiode im aktiven Bereich zu vermeiden.

Claims

Verfahren zur Herstellung flächiger elektromagnetische Strahlung emittierender Elemente mit organischen Leuchtdioden, bei dem auf einem flächigen Substrat in einzelne Segmente strukturierte Grundelektroden (10) von organischen Leuchtdioden ausgebildet werden, dann werden elektrisch leitende Bahnen, als erste Zuleitungen (20) zu den Grundelektroden (10) ausgebildet, so dass die Grundelektroden (10) an diese ersten Zuleitungen (20) angeschlossen sind; wobei an ersten Zuleitungen (20) im Bereich von organischen Leuchtdioden jeweils eine Querschnittsverengung (11), über die die elektrisch leitende Verbindung zur jeweiligen Grundelektrode (10) hergestellt wird, ausgebildet worden ist; auf die segmentiert ausgebildeten Grundelektroden (10) wird jeweils eine organische elektrisch leitende Verbindung aufgebracht, die mit einer Deckelektrode (40) überdeckt wird; an die Deckelektroden (40) werden elektrisch leitende zweite Zuleitungen (21), die als elektrisch leitende Bahnen ausgebildet sind, angeschlossen; im Anschluss daran wird eine optische und/oder elektrische Detektion durchgeführt und bei an Segmenten von organischen Leuchtdioden erkannten Fehlern lokal gezielt die elektrisch leitende Verbindung zwischen der/den jeweiligen Grundelektrode(n) (10) und einer ersten Zuleitung (20) im Bereich der Querschnittsverengung(en) (11) getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Verbindung durch Ablation mittels Laserstrahlung getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablation außerhalb des aktiven Bereichs der jeweiligen organischen Leuchtdiode(n) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Passivierungsschicht unter Berücksichtigung der in segmentierter Form ausgebildeten Grundelektroden (10) in strukturierter Form aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablation entlang einer Schnittlinie (50) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Laserstrahlung für eine Ablation an einer ersten Zuleitung (20) durch ein für die Laserstrahlung transparentes Substrat gerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das erste und/oder zweite Zuleitungen (20, 21) mit Metallleitungen verstärkt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundelektroden (10) und/oder Deckelektroden (40) aus einem für elektromagnetische Strahlung transparenten Stoff oder Stoffgemisch gebildet werden.