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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Trägermaterials mit Molekülen, wobei die Moleküle aus einem Molekülvorrat in einen gasförmigen Zustand überführt und ionisiert werden, wobei die elektrisch geladenen Moleküle in einem elektrischen Feld eine gerichtete Bewegung in Richtung der Oberfläche ausführen und wobei die Moleküle auf der Oberfläche auftreffen und dort angelagert werden.
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Bei zahlreichen mikrotechnischen Produkten stellt die Beschichtung einer Oberfläche eines Trägermaterials mit einem Beschichtungsmaterial einen wichtigen Verfahrensschritt bei der Herstellung mikrotechnischer Produkte dar. Aus der Praxis sind verschiedene Beschichtungsverfahren bekannt, die in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen insbesondere des Beschichtungsmaterials und des Endprodukts die gewünschte Beschichtung des Trägermaterials ermöglichen.
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Die Beschichtung eines Trägermaterials mit einem organischen Material, wie es beispielsweise für die Fertigung von OLED's, OFET's oder von organischen Solarzellen notwendig ist, stellt in der Praxis oftmals einen für die Qualität des Endprodukts sowie hinsichtlich der Herstellungskosten entscheidenden Fertigungsschritt dar. Auf Grund der Größe der Moleküle des Beschichtungsmaterials, die Molekülmassen im Bereich von 200–1000 g/mol und darüber hinaus aufweisen, können zahlreiche ansonsten übliche und geeignete Beschichtungsverfahren nicht angewendet werden. Bei der Herstellung von OLEDs muss zudem berücksichtigt werden, dass ein mikrostrukturierter Auftrag der Beschichtung auf der Oberfläche des Trägermaterials notwendig ist, um einzelne Bildpunkte des Displays beabstandet von anderen herstellen und später unabhängig voneinander ansteuern zu können.
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Die Beschichtung der Oberfläche des Trägermaterials bei der Fertigung von OLEDs erfolgt derzeit üblicherweise durch ein thermisch induziertes Verdampfen des organischen Beschichtungsmaterials im Vakuum und dessen anschließende Abscheidung an der zu beschichtenden Oberfläche. Um einzelne Bildpunkte zu beschichten, wird diese durch eine gitterförmige Schattenmaske abgedeckt, die lediglich die zu beschichtenden Bildpunkte freilässt und die nicht zu beschichtenden Bereiche der Oberfläche abschirmt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch dieses Beschichtungsverfahren in der Praxis mit erheblichen Nachteilen verbunden ist.
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Um eine wirtschaftlich nutzbringende, ausreichend hohe Beschichtungsrate zu ermöglichen, muss das organische Beschichtungsmaterial bei einer möglichst hohen Verdampfungstemperatur in den gasförmigen Zustand überführt werden. Die hohen Verdampfungstemperaturen führen jedoch zu einer starken thermischen Belastung des Trägermaterials und der Beschichtungsvorrichtung. Insbesondere die regelmäßig verwendeten Schattenmasken werden durch hohe Verdampfungstemperaturen ganz erheblich mechanisch beansprucht, so dass vor allem bei großformatigen Schattenmasken unerwünschte Verformungen und Abbildungsfehler kaum zuverlässig vermieden werden können. Aus diesem Grund wird bei der Verwendung von Schattenmasken zur Mikrostrukturierung der Beschichtung einer Oberfläche derzeit eine Obergrenze für ein größtmögliches Format gesehen, das noch ohne größere Abbildungsfehler und mit ausreichend geringem Ausschuss hergestellt werden kann.
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Auch die für eine Beschichtung verwendbaren Beschichtungsmaterialien unterliegen Beschränkungen. Derzeit können mit thermischer Verdampfung Beschichtungsmaterialien mit einer Molekülmasse von bis zu ca. 1000 g/mol verwendet werden. Übersteigt die Molekülmasse diesen Wert erheblich, dann reicht die Stabilität der großen Moleküle oftmals nicht mehr aus, so dass die Moleküle thermisch aufgebrochen und zerstört werden. Der Anteil von Zersetzungsprodukten steigt mit zunehmender Verdampfungstemperatur an und mindert die Reinheit des Beschichtungsmaterials und damit die Qualität der Beschichtung.
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Ein wesentliches Problem der derzeit eingesetzten Beschichtungsverfahren stellt jedoch die oftmals wenig effiziente Ausnutzung des verdampften Beschichtungsmaterials zur Beschichtung der Oberfläche dar, da typischerweise lediglich 1–10% des verdampften Materials auf der zu beschichtenden Oberfläche des Trägermaterials abgeschieden werden. Der weitaus größere Anteil des verdampften Beschichtungsmaterials wird innerhalb der Beschichtungsvorrichtung und insbesondere auf der jeweils verwendeten Schattenmaske abgeschieden und führt zu einer raschen Verschmutzung der Beschichtungsvorrichtung und der Schattenmasken. Die Beschichtungsvorrichtung und insbesondere eine Vakuumkammer, in der das Beschichtungsverfahren durchgeführt wird, muss regelmäßig gereinigt werden, so dass längere Maschinenstandzeiten unvermeidbar sind. Auch die verwendeten Schattenmasken müssen regelmäßig ausgewechselt und gereinigt werden, um Abbildungsfehler so gering wie möglich zu halten.
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Werden nacheinander verschiedene Beschichtungsmaterialien verwendet, wie es für die Fertigung von OLEDs unerlässlich ist, so tritt oftmals eine Kreuzkontamination verschiedener Beschichtungsmaterialien auf, wenn diese nacheinander während des Herstellungsverfahrens zum Beschichten der Oberfläche verwendet werden. Eine häufige Reinigung der Beschichtungsvorrichtung und insbesondere der Schattenmasken ist notwendig, um eine unerwünschte Kontamination mit anhaftendem gleichem oder unterschiedlichem Beschichtungsmaterial aus vorangegangenen Beschichtungsvorgängen zu vermeiden.
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Um die Ausbeute der auf der Oberfläche abgeschiedenen Moleküle zu erhöhen, kann zwischen dem Molekülvorrat, aus welchem die Moleküle durch Verdampfen in einen gasförmigen Zustand überführt werden, und der zu beschichtenden Oberfläche ein elektrisches Feld erzeugt werden, das die während oder unmittelbar nach dem Verdampfen ionisierten und dadurch elektrisch geladenen Moleküle in Richtung der Oberfläche beschleunigt. Auf diese Weise wird eine Vorzugsrichtung für die verdampften und in Bewegung befindlichen, elektrisch geladenen Moleküle erzeugt, die dazu führt, dass ein größerer Anteil der Moleküle auf der Oberfläche abgeschieden wird.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass zu große Feldstärken und eine dadurch bewirkte übermäßige Beschleunigung der elektrisch geladenen Moleküle nachteilig sein kann und dazu führen kann, dass die Moleküle zu schnell auf der zu beschichtenden Oberfläche auftreffen und beim Auftreffen zerstört werden bzw. in Zersetzungsprodukte aufbrechen und dadurch die Reinheit der Beschichtung herabgesetzt wird.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Beschichtungsverfahren der eingangs genannten Gattung zu verbessern, so dass eine höhere Ausbeute von sich auf der zu beschichtenden Oberfläche anlagernden Moleküle des Beschichtungsmaterials, eine höhere Reinheit der Beschichtung sowie geringere Herstellungskosten ermöglicht werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beschichtungsverfahren der oben genannten Art zu verbessern, dass sich die Moleküle strukturiert auf der zu beschichtenden Oberfläche aufbringen lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektrisch geladenen Moleküle auf dem Weg zur Oberfläche mindestens einem elektrischen und/oder magnetischen Feld ausgesetzt werden, dass mindestens eine Feldkomponente senkrecht zu der gerichteten Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle aufweist, um eine senkrecht zu der gerichteten Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle gerichtete Kraftwirkung auf die elektrisch geladenen Moleküle auszuüben. Durch die senkrecht zu der Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle verlaufende Komponente eines elektrischen oder magnetischen Feldes wird eine ebenfalls senkrecht zur Bewegungsrichtung der Moleküle gerichtete Kraftwirkung ausgeübt. Die Moleküle können auf ihrem Weg zu der Oberfläche hin in ihrer Richtung abgelenkt und beeinflusst werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein merklicher oder überwiegender Anteil der verdampften Moleküle außerhalb der zu beschichtenden Oberfläche in der Beschichtungsvorrichtung auftrifft und für die angestrebte Beschichtung der Oberfläche verloren geht.
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Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass zwischen dem Molekülvorrat und der Oberfläche eine elektrische oder magnetische Fokussiereinrichtung auf die gerichtete Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle einwirkt. Als Fokussiereinrichtung können beispielsweise ein Wehneltzylinder oder ein System aus magnetischen Linsen dienen. Geeignete elektrische oder magnetische bzw. elektromagnetische Fokussiereinrichtungen sind aus der Praxis hinlänglich bekannt und können in einfacher Weise an die jeweiligen Anforderungen des Beschichtungsverfahrens angepasst werden. Durch die Verwendung einer geeigneten Fokussiereinrichtung können die in einen ionisierten und gasförmigen Zustand überführten Moleküle zu einem Molekülionenstrahl gebündelt und nahezu verlustfrei auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet werden.
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Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zu Folge ist vorgesehen, dass zwischen dem Molekülvorrat und der Oberfläche eine Blendenvorrichtung so angeordnet ist, dass nur Moleküle mit einem vorgebbaren Massen-Ladungsverhältnis durch die Blendenvorrichtung hindurch zur Oberfläche gelangen. Mit einer geeigneten Blendenvorrichtung, die zweckmäßigerweise nach einer Fokussiereinrichtung angeordnet ist, kann gewährleistet werden, dass ausschließlich die für eine Beschichtung vorgesehenen Moleküle zu der zu beschichtenden Oberfläche gelangen, während beispielsweise bei einem Verdampfungsvorgang aufgebrochene Moleküle bzw. deren Zersetzungsprodukte oder Verunreinigungen auf Grund eines abweichenden Massen-Ladungs-Verhältnisses von der Blendenvorrichtung ausgesondert und daran gehindert werden, die zu beschichtende Oberfläche zu erreichen. Die für das Beschichtungsverfahren geeignete Blendenvorrichtung sowie die Kombinationen einer Blendenvorrichtung mit einer vorangestellten Fokussiereinrichtung sind aus der Praxis beispielsweise im Zusammenhang mit Massenspektrometern bekannt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen dem Molekülvorrat und der Oberfläche mindestens ein Quadrupolfeld auf die gerichtete Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle einwirkt.
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Ein elektrisches Quadrupolfeld kann kostengünstig erzeugt und kontrolliert werden. Die auf die Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle einwirkenden Kräfte erlauben eine zuverlässige Beeinflussung der Flugrichtung der Moleküle. Mit einem elektrischen Quadrupolfeld, das mit einer geeigneten Wechselspannung beaufschlagt wird, kann in einfacher Weise eine äußerst präzise Massentrennung der elektrisch geladenen Moleküle durchgeführt werden, um eine hohe Reinheit der für die Beschichtung verwendeten Moleküle des Beschichtungsmaterials gewährleisten zu können. Die hohe Reinheit führt nicht nur zu einer entsprechend guten Beschichtungsqualität, sondern auch zu einer verlängerten Haltbarkeit und Funktionstüchtigkeit der beschichteten Oberfläche, beispielsweise im Falle von OLEDs, da bekannt ist, dass bereits kleine Mengen an Verunreinigungen die Eigenschaften einer OLED deutlich stören können.
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Es ist ebenfalls denkbar, dass ein magnetisches Quadrupolfeld zur Fokussierung und Umlenkung der elektrisch geladenen Moleküle vorgesehen ist. Üblicherweise werden mehrere magnetische Quadrupolfelder hintereinander angeordnet, um eine allseitige Fokussierung und vorteilhafte Beeinflussung der Flugrichtung der elektrisch geladenen Moleküle zu ermöglichen.
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Es ist weiterhin möglich, dass alternativ oder zusätzlich mit anderen Vorrichtungen die elektrisch geladenen Moleküle auf ihrem Weg von dem Molekülvorrat zu der zu beschichtenden Oberfläche beeinflusst werden, die aus dem Stand der Technik zur Richtungsbeeinflussung von elektrisch geladenen Teilchen bekannt sind. Dabei könnten auch eine schnelle Ionenfalle oder jedwedes für diese Anwendung geeignete elektrostatische oder magnetische Ablenksystem zum Einsatz kommen. Die zweckmäßigerweise verwendete Methode der Richtungsbeeinflussung des Molekülionenstrahls aus elektrisch geladenen Molekülen kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Intensität des elektrisch geladenen Molekülionenstrahls, den vorgegebenen Ablenkungswinkeln und den für eine Beschichtung der Oberfläche relevanten Molekülmassen für jeden einzelnen Anwendungsfall ausgewählt werden.
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Um bei einer mikrostrukturierten Beschichtung der Oberfläche auf die Verwendung von Schattenmasken oder dergleichen verzichten zu können, ist vorgesehen, dass die elektrisch geladenen Moleküle während einer Bewegung von dem Molekülvorrat zu der Oberfläche mittels zeitlich veränderlicher elektrischer und/oder magnetischer Felder abgelenkt werden. Die elektrisch geladenen Moleküle können beispielsweise mittels zweier Ablenkkondensatorpaare während ihrer Bewegung auf die Oberfläche zu abgelenkt werden, so dass ein zuvor mit einer Fokussiereinrichtung erzeugter Molekülionenstrahl zielgenau auf diejenigen Bereiche der Oberfläche gerichtet werden kann, die mit den Molekülen beschichtet werden soll.
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Auf diese Weise ist auch die strukturierte Beschichtung der Oberfläche und somit die Beschichtung einzelner Bildpunkte (Pixel) möglich. Die Größe und Form der einzelnen Pixel sowie die Anordnung der Pixel hängt von der gewünschten Auflösung, dem gewünschten Verwendungszweck und der gewünschten Ansteuerung (Aktiv-Matrix oder Passiv-Matrix) ab. Dem Fachmann auf dem Gebiet der organischen Elektrolumineszenzvorrichtungen ist bekannt, wie er die Pixel für seine Anwendung gestalten kann.
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Wie auch bei einer Braun'schen Röhre oder bei einem Oszilloskop kann vorgesehen sein, dass die von den beiden Ablenkkondensatorpaaren erzeugten elektrischen Felder im Wesentlichen senkrecht zueinander und zu der gerichteten Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle ausgerichtet sind. Für eine derartige Beschichtung der Oberfläche von einer OLED können beispielsweise die aus den Röhrenbildschirmen bekannten Strahlablenkungseinrichtungen und Steuerungsverfahren übernommen und angewendet werden.
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Um nebeneinander voneinander abgegrenzte und nicht ineinander übergehende Bereiche der Oberfläche mit den elektrisch geladenen Molekülen beschichten zu können, ist es gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass mittels geeigneter elektrischer und/oder magnetischer Felder oder mittels zeitlich veränderbarer Blendeneinrichtungen für vorgebbare Zeitdauern ein Auftreffen der elektrisch geladenen Moleküle auf der Oberfläche verhindert wird. Durch das Anlegen von zusätzlichen elektrischen Ablenkfeldern oder durch die Verwendung von rotierenden mechanischen Blenden kann ein Molekülionenstrahl der elektrisch geladenen Moleküle in vorgebbaren Intervallen unterbrochen werden, so dass einzelne Bereiche der Oberfläche beschichtet und andere Bereiche nicht beschichtet werden.
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Durch die Verwendung von zeitlich veränderlichen elektrischen und/oder magnetischen Feldern, mit denen der zuvor erzeugte Molekülionenstrahl auf eine vorgebbare Position der Oberfläche gerichtet werden kann, in Kombination mit nach Belieben in zuschaltbaren elektrischen Ablenkfeldern oder rotierenden Blendensystemen kann erreicht werden, dass aus dem vorhandenen Molekülvorrat nahezu verlustfrei eine mikrostrukturierte Beschichtung der zu beschichtenden Oberfläche des Trägermaterials vorgenommen werden kann. Da keine Schattenmasken verwendet werden müssen und auch eine unerwünschte Abscheidung von gasförmigen Molekülen in der Beschichtungsvorrichtung bzw. außerhalb von der zu beschichtenden Oberfläche verhindert werden kann, lassen sich kostengünstig und schnell präzise mikrostrukturierte Oberflächenbeschichtungen erzeugen. Längere Rüst-, Wechsel- oder Reinigungszeiten sind nicht erforderlich, so dass in Verbindung mit einer weitgehend fehlerfreien, bzw. in geeigneter Weise korrigierten Abbildungsgeometrie eine zuverlässige und präzise, auch strukturierte Beschichtung großer Oberflächen möglich ist. Im Gegensatz zur Verwendung von Schattenmasken können auch großformatige Oberflächen im Wesentlichen frei von Abbildungsfehlern und ohne das Risiko einer zunehmenden Verschmutzung oder Kreuzkontamination hergestellt bzw. beschichtet werden.
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Um eine Mikrostrukturierung der zu beschichtenden Oberfläche zu unterstützen, ist vorgesehen, dass zu beschichtende Oberflächenbereiche entgegengesetzt zu den elektrisch geladenen Molekülen elektrisch aufgeladen werden und freizuhaltende Oberflächenbereiche mit den elektrisch geladenen Molekülen qualitativ übereinstimmend und damit üblicherweise ebenfalls positiv aufgeladen werden, bevor mit einer Beschichtung durch die elektrisch geladenen Moleküle begonnen wird. Auf Grund der räumlich variierenden Ladungsverhältnisse werden die sich an die Oberfläche annähernden elektrisch geladenen Moleküle von denjenigen Bereichen angezogen und vorzugsweise dort angelagert, in denen eine entgegengesetzte Oberflächenladung erzeugt wurde. Dagegen werden die elektrisch geladenen Moleküle durch eine gleichnamige Oberflächenladung von denjenigen Oberflächenbereichen abgestoßen und ferngehalten, die von dem Beschichtungsmaterial freigehalten werden sollen und deshalb gleichnamig aufgeladen wurden.
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Um eine übermäßig große Aufprallgeschwindigkeit der elektrisch geladenen Moleküle beim Auftreffen auf der Oberfläche zu vermeiden und das Risiko eines Aufbrechens bzw. Zerplatzens des Moleküls während des Aufpralls auf die zu beschichtende Oberfläche zu verringern ist vorgesehen, dass in einem Bereich vor der Oberfläche ein der Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle entgegen wirkendes elektrisches Feld erzeugt wird und die elektrisch geladenen Moleküle vor dem Auftreffen auf der Oberfläche abgebremst werden. Auf diese Weise können auch sehr große elektrisch geladene Moleküle zur Beschichtung der Oberfläche verwendet werden, die bei einem ungebremsten Aufprall auf die zu beschichtende Oberfläche regelmäßig zerstört und in kleinere Bruchstücke aufgebrochen würden. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die zu beschichtende Oberfläche eine gleichnamige Oberflächenladung trägt, so dass die sich nähernden elektrisch geladenen Moleküle abgebremst werden.
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Bei einer späteren Abbremsung der elektrisch geladenen Moleküle kann ein sanfter Aufprall der Moleküle auf die zu beschichtende Oberfläche gewährleistet werden. Die Moleküle können daher nach deren Ionisation durch die Erzeugung eines geeigneten Beschleunigungsfeldes in die gewünschte Richtung beliebig beschleunigt werden, ohne dass deren Zerstörung beim Auftreffen auf die Oberfläche befürchtet werden müsste.
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Da die für den Molekülionenstrahl erforderliche kinetische Energie der einzelnen Moleküle durch Beschleunigungsfelder erzeugt werden kann, ist es nicht notwendig, bereits bei der Überführung der Moleküle in den gasförmigen Zustand sowie bei deren Ionisation eine zusätzliche kinetische Anregung auf die Moleküle zu übertragen. Die Methode der Ionisation kann deshalb im Hinblick auf eine hohe Ionenausbeute und eine möglichst zerstörungsfreie Ionisierung ausgewählt werden.
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Als ein besonders schonendes und zerstörungsfreies Ionisationsverfahren eignet sich beispielsweise die Photoionisation, bei der Licht einer vorgegebenen Wellenlänge eingestrahlt und zur Anregung eines Elektrons des Moleküls verwendet wird. Durch die vorgegebene Wellenlänge der eingestrahlten Photonen können die bevorzugt angeregten Elektronen präzise ausgesucht und deren Anregung so vorgegeben werden, dass die Anregungsenergie näherungsweise gleich oder geringfügig größer als die Ionisationsenergie einer vorgegebenen Molekülart ist. In diesem Fall kann eine schonende und besonders effiziente Ionisierung der ausgewählten Molekülart in dem Molekülvorrat bewirkt werden und gleichzeitig verhindert werden, dass andere Moleküle mit einer anderen Anregungsenergie der äußeren Elektronen ionisiert werden. Dadurch kann bereits während der Ionisierung der Moleküle aus dem Molekülvorrat eine Selektion herbeigeführt und eine merkliche Reduzierung von Verunreinigungen ermöglicht werden.
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Als besonders vorteilhaft wird die Verwendung einer laserinduzierten 2-Photonen-Absorption zur Ionisierung der Moleküle des Molekülvorrats angesehen. Insbesondere in Verbindung mit der Verwendung von organischen Beschichtungsmaterialien zum Beschichten einer OLED ergeben sich bei der 2-Photonen-Absorption gute Absorptionskoeffizienten, so dass eine effektive und schonende Ionisation der OLED-Materialien durchgeführt werden kann.
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Die Photoionisation bzw. die laserinduzierte 2-Photonen-Absorption und die dadurch bewirkte Ionisation des Beschichtungsmaterials kann zeitlich intermittierend oder gepulst durchgeführt werden. Auf diese Weise kann der für die Beschichtung verwendete Molekülionenstrahl weitestgehend nach Belieben erzeugt oder unterbrochen werden. In Verbindung mit der ebenfalls in einfacher Weise vorgebbaren seitlichen Ablenkung des Molekülionenstrahls kann eine hochgenau ortsaufgelöste Beschichtung mit den elektrisch geladenen Molekülen erfolgen, ohne dass nennenswerte Mengen von bereits aus dem Molekülvorrat herausgelösten Moleküle auf dem Weg zu der zu beschichtenden Oberfläche abgelenkt und ausgesondert werden müssen. Der Verlust an Molekülen aus dem Molekülvorrat ist demzufolge äußerst gering. Aus diesem Grund ist auch keine merkliche Verunreinigung der Beschichtungsapparatur zu befürchten, die in kurzen zeitlichen Abständen eine aufwändige Reinigung der Apparatur erforderlich machen würde.
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Es sind jedoch auch andere Methoden und Verfahrensschritte zur Ionisierung der Moleküle denkbar und in Abhängigkeit von dem jeweiligen Beschichtungsmaterial gegebenenfalls zweckmäßig.
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Es ist vorgesehen, dass Moleküle aus mindestens zwei verschiedenen Molekülvorräten nacheinander oder alternierend in einen gasförmigen Zustand überführt und zum Beschichten der Oberfläche verwendet werden. Auf diese Weise können äußerst rasch beispielsweise OLEDs hergestellt werden, deren Bildpunkte jeweils aus einzelnen Bereichen von Beschichtungsmaterialien zusammengesetzt sind, die in verschiedenen Farben leuchten können.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass Moleküle aus mindestens zwei verschiedenen Molekülvorräten gleichzeitig in einen gasförmigen Zustand überführt und zum Beschichten der Oberfläche verwendet werden. Auf diese Weise können beispielsweise OLEDs hergestellt werden, die Schichten enthalten, welche eine Mischung aus mindestens zwei Materialien enthalten. Dies ist beispielsweise für die Herstellung dotierter Emissionsschichten, wie sie überlicherweise gemäß dem Stand der Technik verwendet werden, oder dotierter Loch- oder Elektronentransportschichten von Bedeutung.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen eines Trägermaterials mit Molekülen mit einer Vorratseinrichtung für einen Molekülvorrat, mit einer Einrichtung zum Verdampfen und Ionisieren von Molekülen aus dem Molekülvorrat, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines elektrostatischen Beschleunigungsfeldes zur Erzeugung einer auf die Oberfläche gerichteten Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle und mit einem Halter für ein Trägermaterial mit einer zu beschichtenden Oberfläche. Derartige Beschichtungsvorrichtungen sind bereits aus der Praxis bekannt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Beschichtungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes mit einer auf die Bewegung einwirkenden Feldkomponente senkrecht zur Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle aufweist. Auf diese Weise kann mit einem in geeigneter Weise erzeugten elektrischen und/oder magnetischen Feld verhindert werden, dass ein überwiegender Anteil der verdampften und ionisierten Moleküle aus dem Molekülvorrat sich an einer nicht zur Beschichtung vorgesehenen Oberfläche der Beschichtungsapparatur niederschlägt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtungsvorrichtung mindestens eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Quadrupolfelds aufweist. Derartige Vorrichtungen können einfach und kostengünstig hergestellt oder handelsüblich erworben und angepasst, bzw. konfiguriert werden, um beispielsweise mit einem magnetischen Quadrupolfeld die Richtung und Fokussierung des Strahls der elektrisch geladenen Moleküle zu beeinflussen oder mit einem elektrischen Quadrupol-Wechselfeld eine Selektion der elektrisch geladenen Moleküle und damit eine Reinigung des Beschichtungsmaterials vorzunehmen.
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In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Beschichtungsvorrichtung eine Fokussiereinrichtung und/oder eine Blendenvorrichtung aufweist. Mit der Fokussiereinrichtung kann ein Malekülionenstrahl aus elektrisch geladenen Molekülen erzeugt werden. Insbesondere in Kombination mit einer Blendenvorrichtung kann sichergestellt werden, dass ausschließlich Moleküle mit einem vorgebbaren Massen-Ladungs-Verhältnis durch die Blendenvorrichtung hindurch auf die zu beschichtende Oberfläche gelangen, so dass eine sehr homogene, äußerst reine Beschichtung aufgebaut werden kann.
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Um eine mikrostrukturierte Ausgestaltung der Beschichtung der Oberfläche zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Beschichtungsvorrichtung auch eine Vorrichtung zur Erzeugung von zeitlich veränderlichen elektrischen und/oder magnetischen Ablenkfeldern zur zielgerichteten Auslenkung des Molekülionenstrahls aufweist. In Verbindung mit einer ebenfalls bei der Beschichtungsvorrichtung vorgesehenen zeitlich steuerbaren Blendenvorrichtung kann erreicht werden, dass vorgegebene Bereiche der Oberfläche mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet werden, während andere Bereiche von dem Beschichtungsmaterial freigehalten und nicht beschichtet werden.
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Ebenso ist es selbstverständlich möglich, mehrere Schichten aus unterschiedlichen Materialien übereinander aufzubringen. Ebenso ist es möglich, einzelne Schichten großflächig und somit unstrukturiert aufzubringen und andere Schichten strukturiert aufzubringen. So können beispielsweise die Ladungstransportschichten (Loch- und Elektronentransportschichten) großflächig und unstrukturiert aufgebracht werden und die Emissionsschicht strukturiert, um somit die Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte zu ermöglichen.
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Vorzugsweise weist die Beschichtungsvorrichtung eine Photoionisationseinrichtung auf. Die Photoionisationseinrichtung umfasst zweckmäßigerweise mindestens einen auf den Molekülvorrat ausgerichteten Laser, der elektrisch geladene Moleküle aus dem Molekülvorrat herauslösen kann.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
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1 eine schematische Abbildung einer Beschichtungsvorrichtung mit einem Wehneltzylinder und einem näherungsweise homogenen, senkrecht zur Flugrichtung der elektrisch geladenen Moleküle ausgerichteten Magnetfeld,
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2 eine schematische Abbildung einer abweichend ausgestalteten Beschichtungsvorrichtung, bei der die elektrisch geladenen Moleküle mit einem elektrischen Quadrupolfeld selektiert werden und anschließend mittels zweier Ablenkkondensatorpaare seitlich ausgelenkt werden, und
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3 eine schematische Abbildung einer wiederum anders ausgestalteten Beschichtungsvorrichtung, bei der die Moleküle mittels einer laserinduzierten 2-Photonen-Absorption ionisiert und anschließend mit einem magnetischen Quadrupolfeld seitlich ausgelenkt werden.
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Eine in 1 dargestellte Beschichtungsvorrichtung für eine zu beschichtende Oberfläche 1 eines Trägermaterials 2, im abgebildeten Beispiel eine OLED, weist einen ersten Molekülvorrat 3 und einen zweiten Molekülvorrat 4 auf, in denen jeweils Lösungen oder kondensierte Mengen von organischen Molekülen 5, 6 bevorratet sind, mit denen die Oberfläche 1 beschichtet werden soll. Die organischen Moleküle 5, 6 werden mit einer geeigneten Verdampfungsvorrichtung 7 verdampft und ionisiert. Die Ionisierung der Moleküle 5, 6 kann entweder bei Verwendung von entsprechend geeigneten Verdampfungsvorrichtungen 7 zeitgleich mit der Verdampfung erfolgen oder in einem nachfolgenden Verfahrensschritt mit Hilfe einer geeigneten Ionisierungsvorrichtung. Anschließend werden die verdampften und elektrisch geladenen Moleküle 5, 6 mittels einer Fokussiereinrichtung 8, beispielsweise mittels eines Wehneltzylinders, zu einem Molekülionenstrahl 9 (durchgezogene Linie) bzw. 10 (gestrichelte Linie) gebündelt und in Richtung einer Vorrichtung 11 zur Erzeugung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes beschleunigt, das zumindest eine auf die Bewegung einwirkenden Feldkomponente senkrecht zur Bewegung der elektrisch geladenen Moleküle 5, 6 aufweist.
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Die Vorrichtung 11 erzeugt beispielsweise ein magnetisches Feld, das senkrecht zu der Bewegungsrichtung der elektrisch geladenen Moleküle 5, 6 gerichtet ist und auf Grund der auf die sich bewegenden Moleküle 5, 6 ausgeübten Lorentzkraft eine Kreisbewegung der elektrisch geladenen Moleküle 5, 6 erzwingt. Der Radius der erzwungenen Kreisbewegung ist nicht nur von dem magnetischen Feld, sondern auch von dem Massen-Ladungsverhältnis und der Geschwindigkeit der elektrisch geladenen Moleküle 5, 6 abhängig. Bei dem exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Feldlinien des magnetischen Feldes auf den Betrachter zu senkrecht durch die Zeichenebene gerichtet und lenken die positiv geladenen Moleküle 5, 6 in der Zeichenebene auf einem Kreisbogensegment näherungsweise 90° nach rechts ab. Wenn der Molekülionenstrahl 9, 10 der jeweiligen Moleküle 5, 6 die Vorrichtung 11 mit dem magnetischen Feld verlässt, ist der Molekülionenstrahl 9, 10 bereits auf die zu beschichtende Oberfläche 1 ausgerichtet.
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Im Anschluss an die Vorrichtung 11 ist eine Blendenvorrichtung 12 so angeordnet, dass nur Moleküle 5, 6 mit einem übereinstimmenden Massen-Ladungs-Verhältnis die Blendenvorrichtung 12 durchqueren können. Auf diese Weise wird ein sortenreiner Molekülionenstrahl 9, 10 erzeugt und alle Verunreinigungen oder kontaminierenden Moleküle aus dem Molekülionenstrahl 9, 10 ausgesondert.
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Anschließend wird der Molekülionenstrahl 9, 10 mittels einer Ablenkvorrichtung 13 einer zeitlich veränderbaren Ablenkung unterworfen und gezielt auf die jeweils zu beschichtenden Bereiche der Oberfläche 1 gerichtet. Die Ablenkvorrichtung 13 kann beispielsweise aus zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Paaren von Plattenkondensatoren bestehen, wie es beispielsweise bei Oszilloskopen oder Kathodenstrahlröhren bekannt ist. Durch die Ablenkvorrichtung 13 kann der Molekülionenstrahl 9, 10 in einem vorgebbaren Bewegungsmuster über die Oberfläche 1 geführt werden, um diese zu beschichten.
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Bei dem exemplarisch in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Ablenkvorrichtung 13 und der zu beschichtenden Oberfläche 1 eine weitere Blendenvorrichtung 14 angeordnet, mit der der Molekülionenstrahl 9, 10 in zeitlich vorgebbaren Intervallen unterbrochen, bzw. zur Oberfläche 1 hin durchgelassen werden kann. Auf diese Weise können mit dem intermittierend auf die Oberfläche 1 auftreffenden Molekülionenstrahl 9, 10 einzelne Punkte 15 mit dem jeweils gewünschten Beschichtungsmaterial, bzw. den jeweiligen Molekülen 5, 6 erzeugt werden, wobei die Punkte 15 beabstandet voneinander angeordnet und benachbarte Punkte 15 nacheinander aus unterschiedlichen Molekülen 5, 6 hergestellt werden können, um einzeln ansteuerbare Bildpunkte (Pixel) einer OLED zu bilden.
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Bei einem in 2 ebenfalls schematisch und exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Moleküle 5 in dem Molekülvorrat 3 in einen gasförmigen Zustand verdampft. Ein Laserstrahl eines Lasers 16 wird in den Molekülvorrat 3 gerichtet. Die durch den Laser 16 verdampften und ionisierten Moleküle 5 werden anschließend mit der Fokussiereinrichtung 8 zu einem Molekülionenstrahl 9 gebündelt und in eine mit Wechselspannung beaufschlagte elektrische Quadrupolfeld-Einrichtung 17 geführt. Durch die in geeigneter Weise betriebene Quadrupolfeld-Einrichtung 17 können sehr präzise Moleküle 5 mit einem vorgebbaren Ladungs-Masse-Verhältnis selektiert und durchgelassen werden, während andere Moleküle mit einem abweichenden Ladungs-Masse-Verhältnis seitlich ausgesondert werden und die zu beschichtende Oberfläche 1 nicht erreichen. Im Anschluss daran wird der Molekülionenstrahl 9 mittels der Ablenkvorrichtung 13 einer zeitlich veränderbaren Ablenkung unterworfen und gezielt auf die jeweils zu beschichtenden Bereiche der Oberfläche 1 gerichtet.
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Lediglich zur Veranschaulichung der Variationsmöglichkeiten, die für die einzelnen Komponenten gegeben sind, wird in 3 exemplarisch eine wiederum abweichende Beschichtungsvorrichtung dargestellt. Aus dem Molekülvorrat 3 werden mit dem Laser 16 durch eine 2-Photonen-Absorption einzelne Moleküle 5 herausgelöst und ionisiert. Durch eine geeignete Auswahl und Vorgabe der Wellenlänge des Laserstrahls können selektiv die für die Beschichtung vorgesehenen Moleküle 5 angeregt und ionisiert werden, wohingegen Verunreinigungen bzw. andere Moleküle nicht angeregt oder ionisiert werden.
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Durch eine geeignete Beschleunigungsvorrichtung 18 werden die ionisierten Moleküle 5 aus dem Molekülvorrat 3 abgezogen und zu einem Molekülionenstrahl 9 gebündelt. Der Molekülionenstrahl 9 wird in eine Vorrichtung 19 gelenkt, mit der ein magetisches Quadrupolfeld erzeugt wird. In dem magnetischen Quadruopolfeld kann die Fokussierung des Molekülionenstrahls 9 und dessen Richtung bei einem Austritt aus der Vorrichtung 19 vorgegeben werden.
