DE102007029855B4

DE102007029855B4 - Method for coating a substrate with a low-viscosity liquid and use of the method for producing organic light-emitting diodes (OLED)

Info

Publication number: DE102007029855B4
Application number: DE102007029855A
Authority: DE
Inventors: Christoph Gärditz; Ralph Dr. Pätzold; Wiebke Sarfert; Günter Dr. Schmid; Harald Wegerer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: DE102007029855A1

Abstract

Verfahren zur Beschichtung eines Substrats (1) mit einer niederviskosen Flüssigkeit mit den Schritten, dass ein Filmapplikator (4) über dem Substrat (1) derart positioniert wird, dass zwischen dem Filmapplikator (4) und dem Substrat (1) ein Spalt (5) definierter Breite gebildet wird, dass die Flüssigkeit dem Filmapplikator (4) derart zudosiert wird, dass sie sich im Spalt (5) sammelt, dass anschließend durch eine Relativbewegung von Substrat (1) und Filmapplikator (4) in einem Filmziehprozess ein Nassfilm (2) definierter Schichtdicke auf dem Substrat (1) gebildet wird, dass der Nassfilm (2) in Bewegungsrichtung (A) des Filmapplikators (4) durch mechanische Unterbrechung strukturiert wird, und dass die mechanische Unterbrechung durch eine die Schichtbildung blockierende Schließvorrichtung (11) mit einer Kante (12) erfolgt, wobei die Schließvorrichtung (11) so in Richtung des Nassfilms (2) bewegt wird, bis die Kante (12) den Nassfilm (2) durchdringt.Method for coating a substrate (1) with a low-viscosity liquid, comprising the steps of positioning a film applicator (4) over the substrate (1) such that a gap (5) is provided between the film applicator (4) and the substrate (1) defined width that the liquid is the film applicator (4) is metered in such a way that it collects in the gap (5), that subsequently by a relative movement of substrate (1) and film applicator (4) in a film drawing process, a wet film (2) defined layer thickness on the substrate (1) is formed, that the wet film (2) in the direction of movement (A) of the film applicator (4) is structured by mechanical interruption, and that the mechanical interruption by a layer blocking blocking device (11) with an edge (12), wherein the closing device (11) is moved in the direction of the wet film (2) until the edge (12) penetrates the wet film (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einer niederviskosen Flüssigkeit.The The present invention relates to a method for coating a Substrate with a low viscosity liquid.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der nasschemischen Beschichtungsverfahren, insbesondere im Bereich organischer Leuchtdioden (OLED). Bei derartigen Verfahren stellt die Strukturierung der zu erzeugenden Schicht häufig ein Problem dar. Dies gilt insbesondere für diejenigen Schichten einer OLED, die aus organischen Molekülen bestehen bzw. diese enthalten. Zudem sind speziell die bei der Herstellung organischer Leuchtdioden eingesetzten Nassbeschichtungsverfahren mit einem großen Materialverlust verbunden.The The present invention relates to the field of wet chemical Coating method, in particular in the field of organic light-emitting diodes (OLED). In such methods, the structuring of the generating layer frequently This is especially true for those layers of one OLED made from organic molecules exist or contain these. In addition, especially in the production organic light emitting diodes used wet coating method with a great Material loss associated.

Zur nasschemischen Beschichtung von Substraten, insbesondere zur Herstellung von organischen Leuchtdioden (OLED), wird bisher das Aufschleuderverfahren angewandt. Das Material wird mittig auf das Substrat aufgegeben, durch eine Drehbewegung über das Substrat verteilt und der Überschuss abgeschleudert. Das Substrat wird somit ganzflächig beschichtet. Die Schichtdicke wird über die Drehgeschwindigkeit und Drehdauer eingestellt. Sofern eine Strukturierung notwendig ist, wird diese über weitere fotolithografische Schritte realisier, die allerdings zeit- und kostenaufwendig sind. Das Aufschleuderverfahren bringt zudem einen großen Materialverlust mit sich, da ein hoher Materialüberschuss notwendig ist, um eine gleichmäßige Beschichtung zu erzeugen.to wet-chemical coating of substrates, in particular for the production Of organic light-emitting diodes (OLED), so far is the spin-on applied. The material is placed in the middle of the substrate, through a rotational movement over the substrate is distributed and the excess spun off. The substrate is thus coated over the entire surface. The layer thickness is about the Rotation speed and rotation time set. Unless structuring is necessary, this is about realize further photolithographic steps, although they and are expensive. The spin-on process also brings a big Material loss with it, since a high excess of material is necessary to a uniform coating to create.

Die Druckschrift DE 10 2004 044 576 A1 beschreibt ein Verfahren zur Flüssigbeschichtung eines Substrats, bei welchem eine seitlich geöffnete Rinne (5) eines Beschichtungskopfes (3) mit der auf das Substrat (9) aufzubringenden Flüssigkeit ge füllt wird (siehe 1). Der Beschichtungskopf wird in einem Abstand zu dem vertikal oder schräg ausgerichteten Substrat angeordnet, so dass sich ein Spalt zwischen der Rinne und dem Substrat mit der Flüssigkeit füllt und sich auf dem Substrat ein Meniskus (37) aus der Flüssigkeit bildet. Durch ein aneinander Vorbeiführen des Substrats an dem Beschichtungskopf entlang einer Richtung mit einer senkrechten Komponente wird der aus der Flüssigkeit gebildete Meniskus über eine Oberfläche des Substrats verteilt.The publication DE 10 2004 044 576 A1 describes a process for the liquid coating of a substrate, in which a laterally open channel ( 5 ) of a coating head ( 3 ) with the on the substrate ( 9 ) to be applied (see 1 ). The coating head is arranged at a distance from the vertically or obliquely oriented substrate so that a gap between the channel and the substrate fills with the liquid and a meniscus (on the substrate) is formed. 37 ) forms from the liquid. By passing the substrate past the coating head along a direction having a vertical component, the meniscus formed from the liquid is spread over a surface of the substrate.

Allerdings besteht bei einem Beschichten eines Substrats mit einer Flüssigkeit häufig der Wunsch, zwischen den beschichteten Teilabschnitten nicht beschichtete Unterbrechungen auszubilden. Dabei soll der Beschichtungskopf auch über oder entlang die später unbeschichteten Flächen bewegbar sein. Die Druckschrift beschreibt jedoch keine Möglichkeit für ein derartiges Strukturieren der auf das Substrat als Nassfilm aufgebrachten Flüssigkeit.Indeed consists in coating a substrate with a liquid often the desire not coated between the coated sections Train interruptions. The coating head should also be over or along the later uncoated areas be movable. However, the document does not describe any possibility for a such patterning applied to the substrate as a wet film Liquid.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass strukturierte Schichten mit geringerem Materialverlust als bisher erzeugt werden können.The The object of the present invention is thus a generic method such develop further that structured layers with less material loss than previously generated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein Filmapplikator über einem Substrat derart positioniert wird, dass zwischen dem Filmapplikator und dem Substrat ein Spalt definierter Breite gebildet wird, dass die Flüssigkeit dem Filmapplikator derart zudosiert wird, dass sie sich im Spalt sammelt und dass anschließend durch eine Relativbewegung von Substrat und Filmapplikator in einem Filmziehprozess ein Nassfilm definierter Schichtdicke auf dem Substrat gebildet wird, wobei der Nassfilm in Bewegungsrichtung des Filmapplikators durch mechanische Unterbrechung strukturiert wird, und dass die mechanische Unterbrechung durch eine die Schichtbil dung blockierende Schließvorrichtung mit einer Kante erfolgt, wobei die Schließvorrichtung so in Richtung des Nassfilms bewegt wird, bis die Kante den Nassfilm durchdringt.These The object is achieved according to the invention by a movie applicator over a substrate is positioned such that between the film applicator and the substrate is formed a gap of defined width, that the liquid the film applicator is dosed so that they are in the gap collects and that afterwards by a relative movement of substrate and film applicator in one Film drawing process a wet film of defined thickness on the substrate is formed, wherein the wet film in the direction of movement of the film applicator is structured by mechanical interruption, and that the mechanical interruption by a Schichtbil the blocking closing device done with an edge, wherein the locking device so in the direction of the wet film is moved until the edge penetrates the wet film.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, welches einen Filmziehprozess darstellt, können homogene nasschemische Beschichtungen fast ohne Materialverlust erzeugt werden. Ein Filmapplikator wird über dem Substrat so positioniert, dass sich zwischen Filmapplikator und Substrat ein Spalt bestimmter Höhe ergibt, in dem sich die Flüssigkeit aufgrund der herrschenden Kapillarkräfte sammelt. Bei einer relativen Bewegung des Filmapplikators gegenüber dem Substrat erfährt die Flüssigkeit im Spalt eine Scherung, die zum Materialaustrag hinter dem Spalt führt. Auf dem Substrat bleibt ein Nassfilm mit definierter Schichtdicke zurück. Diese Schichtdicke ist einerseits von der Höhe des Spalts, andererseits von der relativen Geschwindigkeit zwischen Filmapplikator und Substrat abhängig. Hinter dem Filmapplikator bildet die Flüssigkeit einen Meniskus aus, dessen Form unter anderem durch die Scherkraft bestimmt wird, die wiederum proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen Filmapplikator und Substrat ist. Bei gleicher Spalthöhe ergeben sich für höhere Relativgeschwindigkeiten größere Scherkräfte. Dies bewirkt mehr Materialaustrag und damit eine größere Schichtdicke. Durch die Gestaltung des Filmapplikators kann darüber hinaus eine Strukturierung der Nassschicht erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für das Substrat besonders schonend, da es zu keinem Kontakt zwischen Filmapplikator und Substrat kommt. Der Materialverlust ist sehr gering, fast auf Null reduziert. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung besonders dünner Nassfilme und ist daher besonders für die Herstellung organischer Leuchtdioden (OLED) geeignet.By the inventive method, which represents a film drawing process, can be homogeneous wet chemical Coatings are produced almost without loss of material. A movie applicator will go over that Substrate positioned so that between film applicator and Substrate a gap of certain height results in which the liquid due to the prevailing capillary forces. In a relative Movement of the film applicator relative to the substrate undergoes the liquid in the gap a shear, the material discharge behind the gap leads. On the substrate remains a wet film with a defined layer thickness back. This layer thickness is on the one hand by the height of the gap, on the other hand the relative speed between film applicator and substrate dependent. Behind the film applicator, the liquid forms a meniscus, whose shape is determined inter alia by the shear force, the in turn proportional to the relative speed between film applicator and substrate is. The same gap height results in higher relative speeds greater shear forces. This causes more material discharge and thus a greater layer thickness. By the Design of the film applicator can also be a structuring the wet layer are generated. The inventive method is for the substrate is particularly gentle, as there is no contact between film applicator and substrate is coming. The material loss is very low, almost up Zero reduced. The inventive method allows the production especially thin Wet films and is therefore particularly suitable for the production of organic Light-emitting diodes (OLED) suitable.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous developments emerge from the dependent claims.

Die Relativbewegung zwischen Filmapplikator kann dadurch erzeugt werden, dass der Filmapplikator bei fixiertem Substrat bewegt wird. Stattdessen kann auch das Substrat bei fixiertem Filmapplikator bewegt werden. Beide Varianten sind für das erfindungsgemäße Verfahren gleich gut geeignet, und die Auswahl hängt somit nur von den Anforderungen des Einzelfalls ab.The Relative motion between film applicator can be generated thereby the film applicator is moved while the substrate is fixed. Instead, you can Also, the substrate to be moved with a fixed film applicator. Both Variants are for the inventive method equally well suited, and the selection depends only on the requirements of the individual case.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere ein Nassfilm mit einer Schichtdicke von 10 bis 1000 nm erzeugt werden, wie er für die Herstellung organischer Leuchtdioden (OLED) benötigt wird.With the method according to the invention In particular, a wet film with a layer thickness of 10 to 1000 nm are generated, as he for the production of organic light emitting diodes (OLED) is needed.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Nassfilm kann quer zur Bewegungsrichtung des Filmapplikators durch die Breite des Filmapplikators strukturiert werden, ohne dass dieser das Substrat berührt. Er kann ferner in Bewegungsrichtung des Filmapplikators durch die Dosierung der Flüssigkeit und/oder mechanische Unterbrechung der Schichtbildung strukturiert werden. Somit können auf besonders einfache, kostengünstige Weise zweidimensional strukturierte Nassfilme erzeugt werden. Die Dosierung der Flüssigkeit kann dabei bspw. durch Zu- und Abschalten des Dosiervorgangs variiert werden. Die mechanische Unterbrechung der Schichtbildung kann bspw. durch eine die Schichtbildung blockierende Schließvorrichtung erzeugt werden.Of the generated by the method according to the invention Wet film can transverse to the direction of the film applicator the width of the film applicator be structured without this touches the substrate. He can also in the direction of movement of the film applicator through the Dosage of the liquid and / or mechanical interruption of the layer formation are structured. Thus, you can on a particularly simple, inexpensive Way two-dimensionally structured wet films are generated. The Dosing of the liquid can be varied, for example, by switching on and off of the dosing become. The mechanical interruption of the layer formation can, for example. by a blocking device blocking the layer formation be generated.

Die Flüssigkeit kann beim erfindungsgemäßen Verfahren direkt in den Spalt zudosiert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Flüssigkeit in ein im Filmapplikator vorgesehenes Reservoir zudosiert wird, was eine gleichmäßigere und einfachere Zudosierung erlaubt. Es ist empfehlenswert, die Flüssigkeit kontinuierlich zuzudosieren, um ein unbeabsichtigtes Abreißen des Films zu vermeiden.The liquid can in the inventive method be dosed directly into the gap. A preferred embodiment Provides that the liquid is added to a reservoir provided in the film applicator, what a smoother and easier Metering allowed. It is recommended the liquid continuously metered to prevent unintentional tearing of the Avoid movies.

Als Filmapplikator kann bspw. ein Rakel verwendet werden.When Film applicator can be used, for example, a squeegee.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:embodiments The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. Shown schematically, not to scale:

1 eine Seitenansicht eines Substrats, welches mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Nassschicht versehen wird; 1 a side view of a substrate which is provided with an embodiment of the method according to the invention with a wet layer;

2 das Substrat aus Figur in einer perspektivischen Ansicht von vorne; 2 the substrate of Figure in a perspective view from the front;

3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Zudosierung der Flüssigkeit in einer Seitenansicht; 3 a first embodiment of the metered addition of the liquid in a side view;

4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Zudosierung der Flüssigkeit in einer Seitenansicht; 4 a second embodiment of the metered addition of the liquid in a side view;

5 den ersten Schritt einer mechanischen Unterbrechung der Schichtbildung in einer Seitenansicht; 5 the first step of a mechanical interruption of the layer formation in a side view;

6 den zweiten Schritt einer mechanischen Unterbrechung der Schichtbildung in einer Seitenansicht. 6 the second step of a mechanical interruption of the layer formation in a side view.

Die 1 und 2 illustrieren ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Substrat 1 wird mit einem Nassfilm 2 beschichtet. Der Nassfilm 2 hat eine Dicke von vorzugsweise einigen zehn bis einigen hundert Nanometern. Zu seiner Herstellung ist ein von einer Rakelhalterung 3 gehaltenes Rakel 4 derart über dem Substrat 1 positioniert, dass ein Spalt 5 zwischen dem Rakel 4 und dem Substrat 1 gebildet ist. In dem Spalt 5 sammelt sich aufgrund der dort herrschenden Kapillarkräfte die Flüssigkeit, welche in Form des Nassfilms 2 auf dem Substrat 1 aufgetragen wird. Zu diesem Zweck bewegt sich im Ausführungsbeispiel das Substrat 1 relativ zum Rakel 4 in Richtung des Pfeils A. Aufgrund dieser Relativbewegung des Substrats 1 gegenüber dem Rakel 4 erfährt die Flüssigkeit im Spalt 5 eine Scherung, die zum Materialaustrag hinter dem Spalt 5 und zur Bildung der Nassschicht 2 führt. Dabei bildet die Flüssigkeit hinter dem Rakel einen Meniskus 6 aus, dessen Form u. a. durch die wirkende Scherkraft bestimmt wird. In 2 ist deutlich zu erkennen, dass allein durch die Gestaltung des Rakels 4 eine scharfe seitliche Begrenzung 7 der Nassschicht 2 erreicht wird, ohne dass hierzu das Rakel 4 das Substrat 1 berührt.The 1 and 2 illustrate an embodiment of the method according to the invention. A substrate 1 comes with a wet film 2 coated. The wet film 2 has a thickness of preferably several tens to several hundreds of nanometers. For its production is one of a squeegee holder 3 held squeegee 4 so above the substrate 1 positioned that a gap 5 between the squeegee 4 and the substrate 1 is formed. In the gap 5 collects due to the prevailing capillary forces, the liquid, which in the form of wet film 2 on the substrate 1 is applied. For this purpose, the substrate moves in the embodiment 1 relative to the squeegee 4 in the direction of the arrow A. Due to this relative movement of the substrate 1 opposite the squeegee 4 experiences the liquid in the gap 5 a shear, the material discharge behind the gap 5 and to form the wet layer 2 leads. The liquid behind the squeegee forms a meniscus 6 whose shape is determined inter alia by the shearing force acting. In 2 It can be clearly seen that only through the design of the squeegee 4 a sharp lateral boundary 7 the wet layer 2 is achieved without the squeegee 4 the substrate 1 touched.

3 zeigt eine erste Variante der Zudosierung der Flüssigkeit. Um eine kontinuierliche Zudosierung zu erreichen und ein unbeabsichtigtes Reißen des Nassfilms 2 zu vermeiden, ist eine erste Dosiervorrichtung 8 vorgesehen, welche in der Nähe des Spalts 5 zwischen dem Rakel 4 und dem Substrat 1 angeordnet ist. Mittels der Dosiervorrichtung 8 wird kontinuierlich Flüssigkeit direkt in den Spalt 5 zudosiert. 3 shows a first variant of the metered addition of the liquid. To achieve continuous metering and inadvertent rupture of the wet film 2 to avoid is a first metering device 8th provided, which is near the gap 5 between the squeegee 4 and the substrate 1 is arranged. By means of the metering device 8th will continuously liquid directly into the gap 5 added.

4 zeigt eine zweite Variante der Zudosierung der Flüssigkeit. Um eine kontinuierliche Zudosierung zu erreichen und ein unbeabsichtigtes Reißen des Nassfilms 2 zu vermeiden, ist das Rakel 4 mit einem Reservoir 10 in Form einer Durchgangsöffnung versehen. Eine zweite Dosiervorrichtung 9 ist oberhalb des Reservoirs 10 angeordnet. Mittels der Dosiervorrichtung 9 wird kontinuierlich Flüssigkeit in das Reservoir 10 zudosiert. Die Flüssigkeit fließt durch das Reservoir 10 hindurch in den Spalt 5, wo sie sich aufgrund der dort herrschenden Kapillarkräfte sammelt. 4 shows a second variant of the metered addition of the liquid. To achieve continuous metering and inadvertent rupture of the wet film 2 to avoid is the squeegee 4 with a reservoir 10 provided in the form of a passage opening. A second metering device 9 is above the reservoir 10 arranged. By means of the metering device 9 is continuously liquid in the reservoir 10 added. The liquid flows through the reservoir 10 through the gap 5 where they are due to the prevailing capillary te collects.

Die 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Nassfilm 2 in Bewegungsrichtung des Substrats 1, d. h. in Richtung des Pfeils A, strukturiert wird. Zu diesem Zweck ist oberhalb des Nassfilms 2 eine Schließvorrichtung 11 vorgesehen, die an ihrer dem Nassfilm 2 zugewandten Seite eine Kante 12 aufweist. Zum Strukturieren des Nassfilms 2 wird die Schließvorrichtung 11 nach unten, d. h. in Richtung des Nassfilms 2, bewegt, bis die Kante 12 auf den Nassfilm 2 trifft, ihn durchdringt und auf dem Substrat 1 zu liegen kommt. Nun ist die Bildung des Nassfilms 2 am Meniskus 6 unterbrochen. Wenn das Substrat nun weiter in Richtung des Pfeils A bewegt wird, entsteht ein unbeschichteter Bereich 13 des Substrats 1. Wenn gleichzeitig die Flüssigkeitszufuhr in das Reservoir 10 unterbrochen wird, ist dieses geleert (vgl. 6).The 5 and 6 show an embodiment of the method according to the invention, in which the wet film 2 in the direction of movement of the substrate 1 , ie in the direction of the arrow A, is structured. For this purpose is above the wet film 2 a locking device 11 provided on her the wet film 2 facing side an edge 12 having. For structuring the wet film 2 becomes the locking device 11 down, ie in the direction of the wet film 2 , moves until the edge 12 on the wet film 2 meets, penetrates it and on the substrate 1 to come to rest. Now the formation of the wet film 2 on the meniscus 6 interrupted. As the substrate is moved further in the direction of arrow A, an uncoated area results 13 of the substrate 1 , If at the same time the fluid supply to the reservoir 10 is interrupted, this is emptied (cf. 6 ).

Claims

Method for coating a substrate ( 1 ) with a low-viscosity liquid with the steps that a film applicator ( 4 ) above the substrate ( 1 ) is positioned such that between the film applicator ( 4 ) and the substrate ( 1 ) A gap ( 5 ) defined width that the liquid the film applicator ( 4 ) is metered in so that they are in the gap ( 5 ) that subsequently by a relative movement of substrate ( 1 ) and film applicator ( 4 ) in a film drawing process a wet film ( 2 ) defined layer thickness on the substrate ( 1 ) is formed, that the wet film ( 2 ) in the direction of movement (A) of the film applicator ( 4 ) is structured by mechanical interruption, and that the mechanical interruption is prevented by a locking device blocking the layer formation (FIG. 11 ) with an edge ( 12 ), wherein the closing device ( 11 ) so in the direction of the wet film ( 2 ) is moved until the edge ( 12 ) the wet film ( 2 ) penetrates.

Method according to claim 1, characterized in that the film applicator ( 4 ) with fixed substrate ( 1 ) is moved.

Method according to claim 1, characterized in that the substrate ( 1 ) with fixed film applicator ( 4 ) is moved.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a wet film ( 2 ) is produced with a layer thickness of 10 to 1000 nm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the wet film ( 2 ) transverse to the direction of movement (A) of the film applicator ( 4 ) through the width of the film applicator ( 4 ) is structured.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the wet film ( 2 ) in the direction of movement (A) of the film applicator ( 4 ) is additionally structured by the dosage of the liquid, wherein the dosage of the liquid is varied by switching on and off of the dosing.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid in the gap ( 5 ) is metered.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the liquid in a in the film applicator ( 4 ) provided reservoir ( 10 ) is metered.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the liquid is metered in continuously.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as film applicator ( 4 ) a doctor blade is used.

Use of a method according to one of claims 1 to 10 for the production of organic light emitting diodes (OLED).