DE102009041324A1 - Method for manufacturing microstructure for organic LED (OLED) for e.g. LCD, involves structuring materials deposited on base material to transfer microstructure on base material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von organischen photoaktiven Bauelementen, insbesondere von organischen Leuchtdioden (OLEDs).The invention relates to a method and a device for producing organic photoactive components, in particular organic light-emitting diodes (OLEDs).
Aufgrund der überragenden Bildwiedergabe sowie des einfachen technischen Aufbaus wird die Verwendung organischer Leuchtdioden für Bildschirme als nachfolgende Technologie zu LCDs oder Plasmabildschirmen angesehen. Beispielsweise bestehen LCDs i. a. aus einer weißen Lichtquelle, einer Schicht aus Flüssigkristallen als Lichtschalter und einem nachgeschalteten Farbfilter. OLEDs hingegen leuchten selbst in einer bestimmten Farbe und benötigen weder externe Lichtquellen noch Farbfilter.Due to the superior image reproduction and the simple technical structure, the use of organic light emitting diodes for screens as a subsequent technology to LCDs or plasma screens is considered. For example, there are LCDs i. a. from a white light source, a layer of liquid crystals as a light switch and a downstream color filter. OLEDs, on the other hand, shine in a specific color and do not require external light sources or color filters.
Durch die Verwendung von biegsamen Trägermaterialien (flexible Substrate, Folien) eröffnen OLEDs die Möglichkeit, aufrollbare Bildschirme herzustellen und Bildschirme in Kleidungsstücke zu integrieren.By using flexible substrates (flexible substrates, films), OLEDs offer the ability to create roll-up screens and integrate screens into garments.
Durch ihre geringe Dicke von wenigen hundert Nanometern können OLEDs gut in kleinen, tragbaren Geräten eingesetzt werden, beispielsweise Notebooks, Handys und MP3-Playern.Due to their small thickness of a few hundred nanometers, OLEDs can be used well in small, portable devices, such as notebooks, cell phones and MP3 players.
Ein weiterer Vorteil ist die mehrfach höhere Schaltgeschwindigkeit von OLED-Bildschirmen gegenüber LCDs, welche eine realistische Wiedergabe von schnellen Video-Sequenzen ermöglicht. OLED-Bildschirme und OLED-TV-Geräte schneiden aufgrund des geringeren Volumens sowie des deutlich geringeren Gewichts auch im Bereich Transportkosten deutlich besser als aktuelle LCD- und Plasma-Geräte ab.Another advantage is the multiple switching speed of OLED screens compared to LCDs, which allows a realistic reproduction of fast video sequences. OLED screens and OLED TV sets cut significantly better than current LCD and plasma devices in terms of transport costs due to their lower volume and significantly lower weight.
Beim Einsatz sogenannter „Small Molecules” (organische Materialien mit einer Molekülmasse von ca. 100–1000 u) als organische Materialien in OLEDs ist zu beachten, dass diese sehr empfindlich gegenüber Sauerstoff und Wasser sind, sodass die in der Halbleiterelektronik typischen Verfahren zur Strukturierung, insbesondere die optische Lithographie, nicht eingesetzt werden können.When using so-called "small molecules" (organic materials with a molecular weight of about 100-1000 u) as organic materials in OLEDs, it should be noted that they are very sensitive to oxygen and water, so that the structuring, structuring, In particular, the optical lithography, can not be used.
Für die Massenproduktion von kleinen Displays mit SMOLEDs (Small Molecule Organic Light Emitting Diode) werden Schattenmasken als alternative Methode zur optischen Lithographie eingesetzt. Beispiele hierfür sind Funktelefone, MP3-Spieler oder Palmtops. Nachteilig sind dabei die hohen Herstellungskosten, der hohe Wartungsaufwand sowie die technisch noch nicht gelöste Skalierung auf große Displays oder allgemein Substrate (unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizient von Substrat und Maske, Durchbiegung der sehr dünnen Maske, etc.). Die Schwierigkeit auf große Substrate zu skalieren ist der Hauptgrund, dass es noch keine Massenproduktion von Computer-Monitoren oder Fernsehapparaten gibt.For the mass production of small displays with SMOLEDs (Small Molecule Organic Light Emitting Diode), shadow masks are used as an alternative method for optical lithography. Examples include cell phones, MP3 players or palmtops. Disadvantages are the high production costs, the high maintenance and the not yet technically solved scaling to large displays or general substrates (different thermal expansion coefficient of substrate and mask, deflection of the very thin mask, etc.). The difficulty of scaling to large substrates is the main reason that there is still no mass production of computer monitors or TVs.
Weitere Methoden wie z. B. LITI (Laser Induced Thermal Imaging) haben sich aufgrund der damit verbundenen technischen Schwierigkeiten und hohen Kosten bis dato nicht für die Massenproduktion als tauglich erwiesen.Other methods such. For example, LITI (Laser Induced Thermal Imaging) has not proved suitable for mass production due to the associated technical difficulties and high costs.
Insbesondere ist die Laserablation ein Rasterverfahren analog zum Tintenstrahlschreiber, welches einen nur wesentlich geringeren Durchsatz erreichen kann im Vergleich zu den meisten anderen parallelen Druckverfahren wie die optische Lithographie.In particular, the laser ablation is a scanning method analogous to the ink jet pen, which can achieve only a significantly lower throughput compared to most other parallel printing methods such as optical lithography.
Die
In der
Grundsätzlich ist es daher von großem Interesse eine kostengünstige Lithographie-Methode zu entwickeln, welche für SMOLEDs-, OSCs (Organic Solar Cells) und organischen TFTs (Thin Film Transistors) verwendet werden kann.In principle, therefore, it is of great interest to develop a cost-effective lithography method which can be used for SMOLEDs, OSCs (Organic Solar Cells) and organic TFTs (Thin Film Transistors).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die Nachteile der bekannten Herstellungsverfahren überwinden.The object of the present invention is therefore to provide a method and an apparatus which overcome the disadvantages of the known production methods.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous embodiments are specified in the dependent subclaims.
Eine weitere Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.Another object is achieved by a device according to claim 9. Advantageous embodiments are specified in the dependent subclaims.
Erfindungsgemäß erfolgt zur lokalen Bedampfung eines Substrats mit organischen Materialien für die Herstellung organischer photoaktiver Bauelemente, insbesondere organischer Leuchtdioden eine lokale Verdampfung des organischen Materials von einem Zwischenträger mittels eines Energieeintrags durch eine Strahlung wobei das organische Material vom Zwischenträger auf ein Substrat mikrostrukturiert aufgedampft wird. According to the invention, for the local vapor deposition of a substrate with organic materials for the production of organic photoactive components, in particular organic light-emitting diodes, a local evaporation of the organic material from an intermediate carrier by means of an energy input by a radiation wherein the organic material is vapor-deposited microstructured from the intermediate carrier to a substrate.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die lokale Verdampfung vom mikrostrukturierten Zwischenträger mittels Energieeintrag durch eine Strahlung von der dem organischen Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers, wobei die Mikrostrukturierung aus die Strahlung reflektierenden und absorbierenden Bereichen gebildet wird und die Verdampfung in den absorbierenden Bereichen des Zwischenträgers lokalisiert erfolgt. Die durch die reflektierenden und absorbierenden Bereiche gebildete Mikrostrukturierung kann dabei auf der zum Substrat zugewandten Seite des Zwischenträgers angeordnet sein als auch auf der vom Substrat abgewandten Seite. In jedem Fall wird in den reflektierenden Bereichen der mikrostrukturierten Oberfläche ein Energieeintrag durch die Strahlung unterbunden, wodurch eine lokale Verdampfung der auf dem Zwischenträger abgeschiedenen organischen Materialien verhindert wird. Nur in den absorbierenden Bereichen der Mikrostrukturierung erfolgt die lokale Verdampfung. Im Ergebnis wird das organische Material auf dem Substrat als eine invertierte Form der Mikrostrukturierung abgeschieden, wodurch ein negativer Stempeleffekt erzielt wird.In one embodiment of the invention, the local evaporation from the microstructured subcarrier by means of energy input by radiation from the opposite side of the organic material of the intermediate carrier, wherein the microstructure of the radiation reflecting and absorbing areas is formed and the evaporation is localized in the absorbent areas of the subcarrier , The microstructure formed by the reflecting and absorbing regions can be arranged on the side of the intermediate carrier facing the substrate as well as on the side facing away from the substrate. In any case, an energy input is prevented by the radiation in the reflective areas of the microstructured surface, whereby a local evaporation of the deposited on the intermediate carrier organic materials is prevented. Only in the absorbing areas of the microstructuring takes place the local evaporation. As a result, the organic material is deposited on the substrate as an inverted form of microstructuring, thereby achieving a negative stamping effect.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt zuerst die Herstellung eines mikrostrukturierten Zwischenträgers. Dabei wird eine mikrostrukturierte strahlungsreflektierende Schicht auf einem Zwischenträger auf der dem Substrat zugewandten Seite abgeschieden. Aufgrund der partiellen Beschichtung der Oberfläche des Zwischenträgers ergibt sich eine Mikrostrukturierung mit Gräben und Erhebungen, wobei die Erhebungen durch die strahlungsreflektierende Schicht gebildet werden. Auf diese strahlungsreflektierende Schicht und die unbeschichtete mikrostrukturierte Oberfläche erfolgt eine zweite Abscheidung einer strahlungsabsorbierenden Schicht. Nachdem der mikrostrukturierte Zwischenträger fertig gestellt ist, erfolgt anschließend die Beschichtung der Schutzschicht mit dem abzuscheidenden organischen Material in einer Vakuumkammer. Abschließend erfolgt eine lokale Verdampfung des organischen Materials vom Zwischenträger auf das Substrat durch Energieeintrag mittels Strahlung von der der beschichteten Seite des Zwischenträger gegenüberliegenden Seite aus. Durch den Energieeintrag erfolgt die lokale Erwärmung und Verdampfung des organischen Materials in den nicht reflektierenden Bereichen der Mikrostrukturierung. Nach erfolgter Bedampfung des Substrats steht der mikrostrukturierte Zwischenträger weiteren Bedampfungsschritten zur Verfügung.In a further embodiment of the invention, the production of a microstructured intermediate carrier takes place first. In this case, a microstructured radiation-reflecting layer is deposited on an intermediate carrier on the side facing the substrate. Due to the partial coating of the surface of the intermediate carrier results in a microstructure with trenches and elevations, wherein the elevations are formed by the radiation-reflecting layer. On this radiation-reflecting layer and the uncoated microstructured surface, a second deposition of a radiation-absorbing layer takes place. After the microstructured intermediate carrier is completed, the coating of the protective layer with the organic material to be deposited then takes place in a vacuum chamber. Finally, there is a local evaporation of the organic material from the intermediate carrier to the substrate by energy input by means of radiation from the side opposite the coated side of the intermediate carrier. The energy input causes local heating and evaporation of the organic material in the non-reflective areas of the microstructure. After the substrate has been vapor-deposited, the microstructured intermediate carrier is available for further vapor deposition steps.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die lokale Verdampfung vom mikrostrukturierten Zwischenträger mittels Energieeintrag durch eine Strahlung von der dem organischen Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers, wobei die Mikrostrukturierung aus die Strahlung reflektierenden Bereichen gebildet wird und die lokale Verdampfung des strahlungsabsorbierenden organischen Materials vom mikrostrukturierten Zwischenträger erfolgt, wodurch sich eine gerichtete Abscheidung der organischen Materialien entsprechend der Mikrostrukturierung auf dem Substrat ergibt.In one embodiment of the invention, the local evaporation from the microstructured subcarrier is carried out by energy input by a radiation from the opposite side of the organic substrate, the microstructuring is formed from the radiation reflecting areas and the local evaporation of the radiation absorbing organic material from the microstructured subcarrier, resulting in a directional deposition of the organic materials corresponding to the microstructuring on the substrate.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die lokale Verdampfung vom mikrostrukturierten Zwischenträger mittels Energieeintrag durch eine Strahlung von der dem organischen Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers, wobei die Mikrostrukturierung aus die Strahlung absorbierenden Bereichen gebildet wird und die lokale Verdampfung des organischen Materials vom mikrostrukturierten Zwischenträger erfolgt, wodurch sich eine gerichtete Abscheidung der organischen Materialien entsprechend der Mikrostrukturierung auf dem Substrat ergibt.In one embodiment of the invention, the local evaporation from the microstructured subcarrier by means of energy input by radiation from the side opposite the organic material of the intermediate carrier, wherein the microstructuring of the radiation absorbing regions is formed and the local evaporation of the organic material takes place from the microstructured intermediate carrier, whereby there is a directional deposition of the organic materials corresponding to the microstructuring on the substrate.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die lokale Verdampfung vom Zwischenträger mittels mikrostrukturiertem Energieeintrag durch eine Strahlung, etwa mittels eines Laserstrahls, von der dem organischen Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers, wobei entsprechend der mikrostrukturierten Strahlung eine lokale Verdampfung des organischen Materials vom Zwischenträger erfolgt, wodurch sich eine gerichtete Abscheidung der organischen Materialien entsprechend der Mikrostrukturierung auf dem Substrat ergibt. Das organische Material ist dabei über einer strahlungsabsorbierenden Schicht abgeschieden. Alternativ kann auch das organische Material strahlungsabsorbierend sein.In one embodiment of the invention, the local evaporation from the intermediate carrier by means of microstructured energy input by radiation, such as by means of a laser beam, from the opposite side of the organic material of the intermediate carrier, wherein according to the microstructured radiation, a local evaporation of the organic material takes place from the intermediate carrier, thereby results in a directional deposition of the organic materials according to the microstructuring on the substrate. The organic material is deposited over a radiation-absorbing layer. Alternatively, the organic material may also be radiation-absorbing.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abscheidung einer Schutzschicht vor der Abscheidung des organischen Materials auf dem Zwischenträger. Diese Schutzschicht ist dabei transparent und zugleich chemisch inert gegenüber den abzuscheidenden organischen Materialien, wodurch mögliche Reaktionen des organischen Materials mit strahlungsreflektierenden oder absorbierenden Schichten auf dem Zwischenträger unterbunden werden.In one embodiment of the invention, the deposition of a protective layer takes place before the deposition of the organic material on the intermediate carrier. This protective layer is transparent and at the same time chemically inert to the organic materials to be deposited, whereby possible reactions of the organic material with radiation-reflecting or absorbing layers on the intermediate carrier are prevented.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das nach erfolgter Abscheidung des organischen Materials auf dem Substrat verbleibende organische Material durch eine Heizeinrichtung, welche auf der mit dem organischen Material beschichteten Seite der Oberfläche angeordnet ist, erwärmt und verdampft. Infolgedessen erfolgt eine homogene Dampfverteilung und abschließend eine homogene Abscheidung des verdampften organischen Materials auf dem mikrostrukturierten Zwischenträger. Dadurch wird eine neue Schicht des organischen Materials auf der gesamten Oberfläche des mikrostrukturierten Zwischenträgers realisiert. Nachfolgend steht diese Schicht für eine weitere Bedampfung des Substrats zur Verfügung. Dadurch wird das eingesetzte organische Material vollständig zur Bedampfung des Substrats genutzt.In one embodiment of the invention, the organic material remaining on the substrate after deposition of the organic material is heated by a heater is disposed on the organic material coated side of the surface, heated and evaporated. As a result, there is a homogeneous vapor distribution and finally a homogeneous deposition of the vaporized organic material on the microstructured intermediate carrier. As a result, a new layer of the organic material is realized on the entire surface of the microstructured intermediate carrier. Subsequently, this layer is available for further evaporation of the substrate. As a result, the organic material used is used completely for vapor deposition of the substrate.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung, welche auf der mit dem organischen Material beschichteten Seite der Oberfläche angeordnet ist, als Wärmestrahler ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the heating device, which is arranged on the side of the surface coated with the organic material, is designed as a heat radiator.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das in den nicht reflektierenden Bereichen der Oberfläche des Zwischenträgers verbliebene organische Material durch eine Erwärmung des Zwischenträgers erwärmt und verdampft. Nach erfolgter Abkühlung des Zwischenträgers erfolgt die Abscheidung des verdampften organischen Materials als homogene Schicht auf dem Zwischenträger.In a further embodiment of the invention, the organic material remaining in the non-reflecting regions of the surface of the intermediate carrier is heated and evaporated by heating the intermediate carrier. After cooling of the intermediate carrier, the deposition of the vaporized organic material takes place as a homogeneous layer on the intermediate carrier.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Strahlungseintrag der Strahlungsquelle durch einen Shutter reguliert.In a further embodiment of the invention, the radiation input of the radiation source is regulated by a shutter.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Mikrostrukturierung des Zwischenträgers durch eine strukturierte Abscheidung der strahlungsreflektierenden Schicht erzeugt.In a further embodiment of the invention, the microstructuring of the intermediate carrier is produced by a structured deposition of the radiation-reflecting layer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die mikrostrukturierte, strahlungsreflektierende Schicht auf der dem abgeschiedenen organischen Material gegenüberliegenden Seite des Zwischenträgers angeordnet.In a further embodiment of the invention, the microstructured, radiation-reflecting layer is arranged on the side of the intermediate carrier opposite the deposited organic material.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die strukturierte Abscheidung der strahlungsreflektierenden Schicht durch Lithographie.In a further embodiment of the invention, the structured deposition of the radiation-reflecting layer takes place by lithography.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenträger beheizbar ausgeführt.In a further embodiment, the intermediate carrier is designed to be heatable.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Zwischenträger durch eine Kühleinrichtung gekühlt.In a further embodiment, the intermediate carrier is cooled by a cooling device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der mikrostrukturierte Zwischenträger als mikrostrukturierter Zylinder ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the microstructured intermediate carrier is designed as a microstructured cylinder.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der als Zylinder aufgeführte mikrostrukturierte Zwischenträger in einer Vakuumkammer einer Durchlaufbeschichtungsanlage angeordnet, wobei die Vakuumkammer einen Verdampfer für die Erwärmung und Verdampfung des organischen Materials aufweist und weiterhin eine Abschirmung vorgesehen ist, die das Substrat vom Verdampfer separiert, wobei die Abschirmung den mikrostrukturierten Zwischenträger umfasst.In a further embodiment of the invention, the microstructured intermediate carrier in the form of a cylinder is arranged in a vacuum chamber of a continuous coating plant, wherein the vacuum chamber has an evaporator for heating and evaporating the organic material and furthermore a shield is provided which separates the substrate from the evaporator, wherein the Shielding comprises the microstructured intermediate carrier.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Abschirmung beheizbar ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the shield is made heatable.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle im Inneren des mikrostrukturierten Zwischenträgers angeordnet.In a further embodiment of the invention, the radiation source is arranged in the interior of the microstructured intermediate carrier.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle als Infrarotquelle ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the radiation source is designed as an infrared source.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle als Lichtquelle ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the radiation source is designed as a light source.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtquelle aus Halogenlampen ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the light source is made of halogen lamps.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle als Mikrowellenquelle ausgeführt In a further embodiment of the invention, the radiation source is designed as a microwave source
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung eines RGB-Displays in einem ersten Schritt ein grün emittierendes organisches Material nach dem oben beschriebenen Verfahren abgeschieden. Zur Komplettierung des RGB-Displays wird das gleiche Verfahren analog mit den für die Farben Rot und Blau emittierenden organischen Materialien wiederholt. Die Reihenfolge der Farben ist beliebig wählbar.In a further embodiment of the invention, in order to produce an RGB display, in a first step, a green-emitting organic material is deposited by the method described above. To complete the RGB display, the same procedure is repeated analogously with the organic materials emitting for the colors red and blue. The order of the colors is arbitrary.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie den anliegenden Zeichnungen zu entnehmen. Dabei zeigt:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments and the accompanying drawings. Showing:
Ausführungsbeispiel 1 Embodiment 1
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist in
Anschließend wird die mit dem organischen Material
Ähnlich wie bei der optischen Lithographie kann über einen Shutter
Da die Materialausbeute nur bei ungefähr 30% pro organischem Material
Ausführungsbeispiel 2
In
Infolge einer kontinuierlichen Drehbewegung
Infolge der kontinuierlichen Drehbewegung
Das Substrat
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- mikrostrukturierter Zwischenträgermicrostructured intermediate carrier
- 22
- Zwischenträgersubcarrier
- 33
- lichtreflektierende Schichtlight-reflecting layer
- 44
- lichtabsorbierende Schichtlight absorbing layer
- 55
- Schutzschichtprotective layer
- 66
- organisches Materialorganic material
- 77
- Substratsubstratum
- 88th
- Strahlungsquelleradiation source
- 99
- Shuttershutter
- 1010
- Heizeinrichtungheater
- 1111
- DurchlaufbeschichtungsanlageContinuous coating installation
- 1212
- VerdampferEvaporator
- 1313
- Vakuumkammervacuum chamber
- 1414
- Abschirmungshielding
- 1515
- Drehrichtung des ZwischenträgersDirection of rotation of the intermediate carrier
- 1616
- SubstrattransportrichtungSubstrate transport direction
- 1717
- Dampfraumsteam room
- 1818
- Heizeinrichtung der AbschirmungHeating device of the shield
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120515 |