DE102012016377B4 - Process for the formation of areal structured electrodes - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ausbildung flächiger strukturierter Elektroden, bei dem auf die Oberfläche eines Substrats (4) mit einer ersten Schicht (3) versehen, die aus einem mit einem Dickschichtverfahren aufgebrachten druckfähigen Material besteht, wobei eine Schichtdicke von 50 nm bis 20 μm eingehalten werden soll; im Anschluss wird ein Werkstoffabtrag mit einem Laserstrahl durchgeführt, bei dem in der ersten Schicht (3) eine grabenförmige Vertiefung (5) ausgebildet wird, die einen steilen Flankenwinkel mit den Seitenwänden der Vertiefung ausbildet, der ausreicht um eine elektrische Potentialtrennung für mindestens eine in einem folgenden Verfahrensschritt als weitere auf die erste Schicht (3) aufgebrachte Schicht (2), die eine Elektrode bildet, zu erreichen.A method for forming areal structured electrodes, wherein provided on the surface of a substrate (4) with a first layer (3) consisting of a printable material applied by a thick-film method, wherein a layer thickness of 50 nm to 20 microns is to be maintained; Subsequently, a material removal is carried out with a laser beam, in which in the first layer (3) a trench-shaped recess (5) is formed, which forms a steep flank angle with the side walls of the recess, which is sufficient for an electrical potential separation for at least one in a following step as another on the first layer (3) applied layer (2), which forms an electrode to reach.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung flächiger strukturierter Elektroden, wie sie insbesondere bei mehrschichtigen Aufbauten eingesetzt werden können. Solche Elektrodenstrukturen können insbesondere bei organischen Leuchtdioden (OLED's) oder organischen photovoltaischen Elementen (OSC's, OPV's) genutzt werden.The invention relates to a method for forming areal structured electrodes, as they can be used in particular in multi-layered structures. Such electrode structures can be used in particular in organic light emitting diodes (OLEDs) or organic photovoltaic elements (OSC's, OPV's).
Bei zahlreichen Anwendungen, bei denen eine flächige Elektrodenstruktur benötigt wird, ist deren Strukturierung/Unterbrechung eine Herausforderung, wenn die darunterliegenden Schichten/Materialien nicht beschädigt werden dürfen und eine Strukturierung durch Schattenmasken den Anforderungen nicht genügt. Wichtige Anwendungsgebiete für die Lösung dieses Problems sind OLEDs und organische Solarzellen/Solarmodule.In many applications where a planar electrode structure is needed, their patterning / disruption is a challenge if the underlying layers / materials are not allowed to be damaged and shadow masking does not meet the requirements. Important areas of application for solving this problem are OLEDs and organic solar cells / solar modules.
Eine auf Lithografieprozessen basierende Lösung sind sogenannte Kathodenseparatoren, die bei der Herstellung von Passiv Matrix (PM) OLED-Displays zur Zeilenstrukturierung Verwendung finden.A solution based on lithography processes are so-called cathode separators, which are used in the production of passive matrix (PM) OLED displays for row structuring.
Die Verwendung von Elektrodenseparatoren kann in zahlreichen Variationen mit unterschiedlichen Zielen sinnvoll sein.The use of electrode separators may be useful in many variations with different objectives.
So ist aus
Bei der aus
Entweder sind aufwändige Litografieprozesse erforderlich, oder bei den herkömmlichen Druckverfahren ist deren Auflösungsvermögen und Zuverlässigkeit begrenzt. Im letztgenannten Fall wird ein angreifbares Material auf das Substrat strukturiert aufgebracht und dessen Oberflächenbereich wird durch gerichtete Bestrahlung mit Ausnahme der seitlichen Kanten für einen späteren Ätzschritt unangreifbar gemacht. Nach dem Ätzschritt bleibt unter dem „unangreifbaren” Oberflächenbereich ein schmalerer Steg des angreifbaren Materials übrig.Either complicated lithography processes are required, or in conventional printing processes their resolution and reliability is limited. In the latter case, an attackable material is patterned on the substrate and its surface area rendered unassailable by directional irradiation except for the lateral edges for a later etching step. After the etching step, a narrower ridge of the vulnerable material remains under the "unassailable" surface area.
Aus der nicht vorveröffentlichten
Die Elektroden, die mit der weiteren elektrisch leitenden Schicht ausgebildet werden, sind durch jeweils mindestens ein elektrisch isolierendes Element voneinander getrennt. Dabei können elektrisch isolierende Element direkt auf der Oberfläche der Elektrode und/oder der Oberfläche des Substrats aufgebracht sein. Im Fall dass ein elektrisch isolierendes Element auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und die elektrisch leitende Schicht nach dem Ausbilden elektrisch isolierender Elemente aufgebracht wird, kann auch eine Trennung in mehrere Elektroden, die auf der Substratoberfläche ausgebildet sind, erreicht werden. Das eine oder mehrere elektrisch isolierende Elemente weisen eine Höhe und Breite auf, die über die weitere elektrisch leitende, die weiteren Elektroden bildende Schicht soweit übersteht, dass es beim Ausbilden der weiteren elektrisch leitenden Schicht ohne Weiteres zu einem Abriss der weiteren elektrisch leitenden Schicht im oberen Kantenbereich kommt und dadurch die weitere Schicht in die einzelnen Elektroden segmentiert ist.The electrodes, which are formed with the further electrically conductive layer, are separated from each other by at least one electrically insulating element. In this case, electrically insulating element can be applied directly on the surface of the electrode and / or the surface of the substrate. In the case that an electrically insulating member is formed on the surface of the substrate and the electrically conductive layer is deposited after forming electrically insulating members, separation into a plurality of electrodes formed on the substrate surface can also be achieved. The one or more electrically insulating elements have a height and width which projects beyond the further electrically conductive layer forming the further electrodes to such an extent that, when forming the further electrically conductive layer, it readily breaks off the further electrically conductive layer in the upper one Edge region comes and thereby the further layer is segmented into the individual electrodes.
Das Aufbringen elektrisch isolierender Elemente kann dabei durch Druckverfahren, insbesondere dem Aerosoljet-Drucken erfolgen. Es werden geeignete pastöse Stoffe eingesetzt, um isolierende Elemente mit einer Linienbreite um 20 μm mit gleichzeitig einer Höhe in der gleichen Dimension auf einer Substratoberfläche ausbilden zu können. Dieser Auftrag ist aufwändig und es muss eine konstante Konsistenz der Druckpaste eingehalten werden.The application of electrically insulating elements can be effected by printing processes, in particular the Aerosoljet printing. Suitable pasty substances are used in order to be able to form insulating elements with a line width of 20 μm and at the same time a height in the same dimension on a substrate surface. This job is complex and it must be maintained a constant consistency of the printing paste.
In
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten für die Herstellung flächiger strukturierter Elektroden anzugeben, mit denen diese einfacher und mit geringerem Aufwand ausgebildet werden können.It is therefore an object of the invention possibilities for the production of areal structured Specify electrodes with which they can be formed easier and with less effort.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 anwendet, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved by a method applying the features of
Bei der Erfindung wird auf die Oberfläche eines Substrats mit einer ersten Schicht versehen, die aus einem mit einem Dickschichtverfahren aufgebrachten druckfähigen Material besteht, wobei eine Schichtdicke von 50 nm bis zu 20 μm eingehalten werden soll. Anschließend erfolgt ein Werkstoffabtrag mit einem Laserstrahl, bei dem in der Schicht eine grabenförmige Vertiefung ausgebildet wird. Dabei soll ein steiler Flankenwinkel mit den Seitenwänden der Vertiefung ausgebildet werden, der ausreicht um eine elektrische Potentialtrennung für mindestens eine in einem folgenden Verfahrensschritt als weitere Schicht auf die erste Schicht aufgebrachte Schicht, die eine Elektrode bildet, zu erreichen.In the invention, the surface of a substrate is provided with a first layer consisting of a printable material applied with a thick-film method, wherein a layer thickness of 50 nm up to 20 μm is to be maintained. Subsequently, a material removal takes place with a laser beam, in which a grave-shaped depression is formed in the layer. In this case, a steep flank angle is to be formed with the side walls of the depression, which is sufficient to achieve an electrical potential separation for at least one layer applied to the first layer in an ensuing process step as a further layer which forms an electrode.
Dabei sollte die erste Schicht eine Schichtdicke im Bereich zwischen 50 nm und 20.000 nm aufweisen. Die Schichtdicke sollte über die gesamte Fläche möglichst konstant gehalten sein. Die weitere Schicht, die eine Elektrode bildet kann eine Schichtdicke im Bereich zwischen 10 nm und 500 nm aufweisen. Diese Schichtdicke hängt im Wesentlichen von der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffs, der für die weitere Schicht eingesetzt wird, ab. Sie kann dabei bei größerer elektrischer Leitfähigkeit kleiner als bei kleinerer elektrischer Leitfähigkeit sein. Bei der jeweiligen Schichtdicke für eine weitere Schicht kann auch eine Berücksichtigung der optischen Transparenz eine Rolle spielen, die eine Begrenzung in Richtung der maximal möglichen Schichtdicke darstellen kann. So können bzw. müssen weitere Schichten aus Metall dementsprechend eine kleinere Schichtdicke aufweisen, als Schichten die mit elektrisch leitenden und optisch transparenten Oxiden (TCO's) hergestellt sind.The first layer should have a layer thickness in the range between 50 nm and 20,000 nm. The layer thickness should be kept as constant as possible over the entire surface. The further layer which forms an electrode may have a layer thickness in the range between 10 nm and 500 nm. This layer thickness depends essentially on the electrical conductivity of the material used for the further layer. It can be smaller with greater electrical conductivity than with lower electrical conductivity. In the case of the respective layer thickness for a further layer, consideration of the optical transparency, which may represent a limitation in the direction of the maximum possible layer thickness, may also play a role. Accordingly, further layers of metal can correspondingly have a smaller layer thickness than layers which are produced with electrically conductive and optically transparent oxides (TCOs).
Auf einer weiteren Schicht kann ein herkömmlicher Mehrschichtaufbau, wie er bei OLED's oder organischen photovoltaischen Elementen üblich ist, aufgebracht werden.On a further layer, a conventional multilayer structure, as is usual in OLEDs or organic photovoltaic elements, are applied.
Bei der Herstellung solcher organischer optoelektronischer Elemente werden kontinuierlich arbeitende Verfahren, wie ein Beschichten von Rolle zu Rolle oder auch Inline-Beschichtungsverfahren, eingesetzt. Es kann aber auch mit so genannten Clusteranlagen gearbeitet werden, bei denen das zu beschichtende Substrat während der Beschichtung rotiert, um eine möglichst homogene Beschichtung über die beschichtete Fläche zu erhalten. In beiden Fällen kann die elektrische Potentialtrennung im Bereich der Vertiefung noch verbessert werden, indem der Schattenwurf eines Separators in der Dampfkeule genutzt wird. Dies kann besonders an den oberen Kantenbereichen der grabenförmigen Vertiefung ausgenutzt werden, wenn der Einfallswinkel entsprechend in Bezug zu den geneigten Seitenwänden einer Vertiefung gewählt worden ist, kann lediglich ein kleiner Teil der Vertiefung im oberen Kantenbereich einer Vertiefung mit elektrisch leitendem Werkstoff, der die weitere Schicht bildet, beschichtet werden. Große tieferliegende Flächenbereiche der Seitenwände der Vertiefung bleiben so unbeschichtet und bilden eine elektrische Isolation.In the production of such organic optoelectronic elements, continuous processes are used, such as roll-to-roll or in-line coating processes. However, it is also possible to work with so-called cluster systems in which the substrate to be coated rotates during the coating in order to obtain the most homogeneous possible coating over the coated surface. In both cases, the electric potential separation in the region of the depression can be further improved by using the shadow cast of a separator in the vapor lobe. This can be exploited especially at the upper edge regions of the trench-shaped depression, if the angle of incidence has been chosen correspondingly with respect to the inclined side walls of a recess, only a small part of the recess in the upper edge region of a recess with electrically conductive material, the further layer forms, be coated. Large deeper surface areas of the side walls of the recess remain so uncoated and form an electrical insulation.
Dieser Effekt kann bei Inline-Anlagentechnik durch geeignete Anordnung von Verdampferquelle zum Separator und auch zu einer ausgebildeten Vertiefung mit geeignetem Winkel und bei Clusteranlagen durch Verzicht auf eine Bewegung, bevorzugt eine Drehbewegung, des zu beschichtenden Substrats erreicht werden.This effect can be achieved in in-line system technology by suitable arrangement of evaporator source to the separator and also to a trained depression with a suitable angle and cluster systems by waiving a movement, preferably a rotational movement of the substrate to be coated.
Der Flankenwinkel der Seitenwände von Vertiefungen sollte bei mindesten 75° liegen, wobei der jeweilige Flankenwinkel in Abhängigkeit der Tiefe und Breite einer Vertiefung liegen kann, um eine sichere elektrische Trennung zu erreichen. So kann der Flankenwinkel bei tieferen und schmaleren Vertiefungen kleiner sein. Eine Mindestbreite ist jedoch ein zu halten, damit eine Überbrückung in Folge nachfolgend aufzubringender Schichten vermieden werden kann, die den Spalt vollständig, zumindest aber zum größten Teil ausfüllen würden.The flank angle of the side walls of depressions should be at least 75 °, wherein the respective flank angle can be a function of the depth and width of a depression in order to achieve a secure electrical separation. Thus, the flank angle can be smaller for deeper and narrower depressions. However, a minimum width is to be maintained, so that bridging as a result of subsequent layers to be applied can be avoided, which would fill the gap completely, or at least for the most part.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.
Dabei zeigt:Showing:
Auf ein Substrat
Mit Druckverfahren können Schichtdicken im Bereich 1 μm bis 100 μm, bevorzugt mit ca. 10 μm aufgebracht werden.With printing method layer thicknesses in the
Mit einem Laserstrahl wurde die erste Schicht
Die Vertiefung
Bei einer minimalen Dicke einer Schicht
Wegen der schematischen Darstellung ist in
Nach der Ausbildung einer oder mehrerer Vertiefungen
Es kann auch ein Mehrschichtaufbau, mit mindestens einer weiteren Schicht
Beim Aufbringen eines Mehrschichtaufbaus kann mit herkömmlichen Schattenmasken eine Strukturierung berücksichtigt werden.When applying a multi-layer structure can be considered with conventional shadow masks structuring.
Ein solcher Mehrschichtaufbau kann auch eine Deck- oder Topelektrode aufweisen, die als oberste Schicht ebenfalls aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff abgeschieden worden ist.Such a multi-layer structure may also have a cover or top electrode, which has also been deposited as the uppermost layer of an electrically conductive material.
Auch hierfür ist eine elektrische Trennung dieser Elektroden mittels der einen oder mehreren Vertiefungen
Als elektrisch leitfähiger Werkstoff, für die Ausbildung von Elektroden können Metalle, wie z. B. Ag, Al, Ca, Mg, Ba, Li, Au, Cu, Pt, Yb, Pd oder auch Legierungen davon, oder elektrisch leitfähige Oxide (TCO's), wie z. B. ITO, AZO, FTO eingesetzt werden. Bei deren Beschichtung können Bereiche des Substrats
Bei der Erfindung können mehrere Parameter genutzt werden, um die Wirkung und Strukturierung von Elektroden zu beeinflussen. So kann einmal die Schichtdicke der ersten Schicht
Die Ausbildung und Dimensionierung der Vertiefungen kann auch unter Berücksichtigung der Stoffe mit denen ein Mehrschichtaufbau ausgebildet wird, gewählt werden. Dabei spielt das Abrissverhalten an den oberen Kanten der Vertiefung
Für viele Anwendungen ist eine hohe elektrische Leitfähigkeit der strukturierten Elektroden
Als Separator für Elektroden können prinzipiell auch metallische Dickschichten, beispielsweise aus Ag, genutzt werden. Solche metallischen Schichten können durch eine Sauerstoffbehandlung oxidiert und dadurch elektrisch isolierend gemacht werden. Dies kann auch mittels elektrochemischer Behandlung erreicht werden. Eine elektrische Passivierung von Metallseparatoren für Elektroden ist auch durch Nutzung von ALD und SAMSs möglich.In principle, metal thick layers, for example of Ag, can also be used as a separator for electrodes. Such metallic layers can be oxidized by an oxygen treatment and thereby made electrically insulating. This can also be achieved by means of electrochemical treatment. Electrical passivation of metal separators for electrodes is also possible by using ALD and SAMSs.
Flächige erste Schichten
Erste Schichten
Es können zwei und mehr Elektroden, z. B. einer OLED sowie eines OLED-Schichtstapels darüber strukturiert ausgebildet werden. Bei mehr als zwei ausgebildeten weiteren Schichten
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Legal Events
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R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative | ||
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