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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fotolithografieverfahren zum Herstellen organischer Leuchtdioden.
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Durch Fotolithografie lassen sich parallel mehrere Proben mit hoher Auflösung herstellen. Das Verfahren ist seit Längerem bekannt und wird zur Herstellung von Halbleitern sowie Flüssigkristalldisplays eingesetzt. Trotz zahlreicher Vorteile wird es jedoch kaum zur Herstellung von organischen Leuchtdioden (Organic Light Emitting Diodes, OLED) eingesetzt, da organische Halbleiter und organische oder wasserbasierte Ätzmittel, Entwickler und Lacke oftmals nicht miteinander kompatibel sind. Aus der Druckschrift
US 2013/0236999 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen mehrfarbiger organischer Leuchtdioden bekannt.
WO 2012/129162 A2 beschreibt ein Verfahren zum Strukturieren organischer Polymere. Auch die Druckschrift
US 2012/0305897 A1 befasst sich mit der Herstellung strukturierter Polymere. Aus
WO 2012/118713 A2 ist ein Herstellungsverfahren für organische Leuchtdioden und Dünnfilme bekannt, bei dem eine einzelne fluorierte Lage verwendet wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung und Prozessierung organischer Leuchtdioden vorzuschlagen, mit dem organische Halbleiter fotolithografisch strukturiert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Fotolithografieverfahren zum Herstellen organischer Leuchtdioden umfasst mehrere Schritte. Zunächst wird eine Basisschicht auf ein mit einer Anode ausgestattetes Substrat aufgebracht. Nachfolgend wird eine Schicht eines Fotolacks auf diese Basisschicht aufgebracht. Durch Einstrahlen von elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich ultravioletten Lichts, d. h. mit Wellenlängen kleiner 380 nm, auf vorgegebene Bereiche des Fotolacks wird eine Struktur aus belichteten und unbelichteten Bereichen erzeugt. Nachfolgend wird der Fotolack entwickelt und die belichteten Bereiche oder die unbelichteten Bereiche von der Basisschicht entfernt. Die erzeugte Struktur des Fotolacks wird durch Ätzen mit einem zu organischen Werkstoffen orthogonalen Lösungsmittel auf die Basisschicht übertragen, wobei der Fotolack als Ätzmaske verwendet wird. Anschließend werden mindestens eine darüber liegende organische Emitterschicht und eine abschließende metallische Kathodenschicht der organischen Leuchtdiode aufgebracht, wobei eingehalten wird, dass die kumulierte Dicke der aufgebrachten Schichten kleiner als die Dicke der Basisschicht ist. Außerdem wird ein Entfernen der verbliebenen Bereiche der Basisschicht vom Substrat durch das zu organischen Werkstoffen orthogonale Lösungsmittel durchgeführt, so dass nur die direkt auf dem Substrat angeordnete organische Schicht und mindestens eine darüber liegende Schicht der organischen Leuchtdiode auf dem Substrat verbleiben.
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Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, die Vorteile konventioneller Fotolithografie auch bei der Prozessierung organischer Halbleiter zu organischen elektronischen Bauelementen zu nutzen, indem eine Doppelschicht aus der Basisschicht und dem Fotolack verwendet wird. Durch eine Verwendung von zu organischen Werkstoffen orthogonalen Lösungsmitteln für das nasschemische Entfernen des Basisschicht statt konventioneller organischer oder wasserbasierter Lösungsmittel können auch organische Schichten durch den zuvor erfolgten Schichtaufbau strukturiert werden. Dies wird ermöglicht sowohl durch die Verwendung der Basisschicht als Opferschicht während des zuletzt erfolgenden Entfernens der Basisschicht als auch gleichzeitig bei einem Entwickeln und Entfernen des Fotolacks nicht involvierten Schicht. Außerdem ist der verwendete Fotolack auch orthogonal zu einem Werkstoff der Basisschicht, typischerweise einem für die Basisschicht verwendeten Polymer. Durch die Strukturierung, Entwicklung und nachfolgende Entfernung des Fotolacks sowie das Ätzen der Basisschicht können Strukturen erzeugt werden mit einem Auflösungsvermögen konventioneller Fotolithografie, die auf organische Schichten übertragen werden können. Die dabei erzeugten Abmessungen sind hierbei deutlich kleiner als bei einer Strukturierung mit einer Schattenmaske. Das Ätzen kann hierbei durch Rotationsätzen, aber auch durch Tauchätzen oder Sprühätzen erfolgen. Schließlich kann unter einer inerten Atmosphäre auch eine Vielfarbenmusterbildung durch mehrfaches Durchführen des beschriebenen Verfahrens erreicht werden. Dadurch, dass die Dicke der Basisschicht größer ist als die kumulierte Dicke der aufgebrachten organischen Funktionsschichten der organischen Leuchtdiode, kann das orthogonale Lösungsmittel die Basisschicht zuverlässig ablösen. Unter einem zu organischen Werkstoffen orthogonalen Lösungsmittel soll hierbei ein Lösungsmittel verstanden werden, dass keine Wechselwirkung mit organischen Werkstoffen zeigt, also weder mit diesen Werkstoffen mischt noch eine chemische Reaktion mit ihnen vollführt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das zu organischen Werkstoffen orthogonale Lösungsmittel ein fluoriertes Lösungsmittel ist, um eine effiziente nasschemische Ablösung durchführen zu können. Vorzugsweise ist das Lösungsmittel ein Hydrofluorether, besonders vorzugsweise eine Mischung von zwei C5H3F9O-Isomeren.
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Die Basisschicht kann als Schicht aus einem fluorierten Polymer ausgebildet sein, mit der das zu organischen Werkstoffen orthogonale Lösungsmittel effizient wechselwirken kann.
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Zusätzlich kann auch mindestens eine organische Lochleitungsschicht aufgebracht werden und auf dieser Lochleitungsschicht die organische Emitterschicht und die abschließende metallische Kathodenschicht angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, zwischen der organischen Emitterschicht und der abschließenden metallischen Kathodenschicht eine Elektronentransportschicht anzuordnen. Die kumulierte Dicke der genannten Schichten ist auch in diesem Fall kleiner als die Dicke der Basisschicht.
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Es ist aber auch möglich, zwischen der organischen Lochleitungsschicht und der organischen Emitterschicht mindestens eine Elektronenblockierschicht und bzw. oder zwischen der organischen Emitterschicht und der metallischen Kathodenschicht mindestens eine Löcherblockierschicht vorzusehen, um den Aufbau effizienter und variabler zu gestalten. Auch bei einem derartigen Schichtaufbau ist die kumulierte Dicke der Schichten geringer als die Dicke der Basisschicht.
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Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass zwischen der Anode und der Lochleitungsschicht mindestens eine Löcherinjektionsschicht und bzw. oder zwischen der Elektronentransportschicht und der Kathodenschicht mindestens eine Elektroneninjektionsschicht angeordnet wird. Auch in diesem Fall bleibt die kumulierte Dicke der jeweils aufgebrachten Schichten, die die herzustellende organische Leuchtdiode bilden, kleiner als die Dicke der Basisschicht. Die zuvor beschriebenen Schichten sind hierbei typischerweise in direktem, also unmittelbar berührendem Kontakt miteinander.
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Typischerweise wird nach dem Übertragen der Struktur des Fotolacks eine Sauerstoffplasmabehandlung des Substrats durchgeführt, bei der auf dem Substrat verbliebene Reste des Fotolacks entfernt werden, um nachfolgende Prozessschritte einfacher auf einer sauberen Oberfläche durchführen zu können. Vorzugsweise dauert die Sauerstoffplasmabehandlung 10 Minuten, um eine effektive Reinigung einer Substratoberfläche zu ermöglichen.
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Die Dicke der aufgebrachten Basisschicht kann zwischen 1 µm und 3 µm, vorzugsweise 2 µm betragen, um leicht ablösbar und dennoch dick genug für die Prozessierung zu sein. Alternativ oder zusätzlich kann der aufgebrachte Fotolack eine Dicke von 0,5 µm bis 3 µm, vorzugsweise 1 µm, aufweisen, um zuverlässig durch UV-Lithografie strukturierbar zu sein.
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Es kann vorgesehen sein, die Basisschicht und/oderden Fotolack durch Rotationsbeschichten, Drucken, Rakeln und/oder Sprühbeschichten aufzubringen, um eine schnell durchzuführende und gleichmäßige Beschichtung zu erreichen.
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Typischerweise ist das Substrat ein niedrigtemperaturpolykristallines Silizium (low temperature polycrystalline silicon, LTPS), eine Aktiv-Matrix-Backplane aus amorphem Silizium oder ein mit einer Indiumzinnoxidschicht als Anode beschichtetes Glassubstrat, wobei die Indiumzinnoxidschicht vorzugsweise eine Dicke zwischen 80 nm und 100 nm, vorzugsweise 90 nm, aufweist, um ein einfach zu verarbeitendes Anodenmaterial auf einem gängigen Substratmaterial zu verwenden.
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Die in dieser Anmeldung genannten Schichten, insbesondere die Lochleitungsschicht, die Emitterschicht und bzw. oder die Kathodenschicht der organischen Leuchtdiode, können durch thermisches Verdampfen aufgebracht werden, um schnell und unkompliziert auch sensible organische Materialien als Schichten abzuscheiden.
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Zum Entfernen der verbliebenen Bereiche der Basisschicht vom Substrat kann das Substrat für mindestens eine Stunde, vorzugsweise mindestens zwei Stunden, in das zu organischen Werkstoffen orthogonale Lösungsmittel eingelegt und damit benetzt werden. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Ablösen der Basisschicht von dem Substrat.
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Zur Strukturierung verschiedenfarbig emittierender Schichtstapel kann auf der metallischen Kathodenschicht mindestens eine weitere Emitterschicht und eine weitere metallische Kathodenschicht aufgebracht werden. Außerdem kann vorgesehen sein, auf der metallischen Kathodenschicht mindestens eine weitere organische Lochleitungsschicht, die weitere Emitterschicht und die weitere Kathodenschicht aufzubringen. Es kann auch vorgesehen sein, zwischen der weiteren Emitterschicht und der abschließenden Kathodenschicht eine weitere Elektronentransportschicht aufzubringen.
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Vorzugsweise wird zwischen der weiteren organischen Lochleitungsschicht und der weiteren Emitterschicht eine weitere Elektronenblockierschicht und bzw. oder zwischen der weiteren Emitterschicht und der weiteren metallischen Kathode mindestens eine weitere Löcherblockierschicht aufgebracht. Besonders vorzugsweise wird zwischen der metallischen Kathodenschicht und der weiteren Lochleitungsschicht mindestens eine weitere Löcherinjektionsschicht und bzw. oder zwischen der weiteren Elektronentransportschicht und der weiteren Kathodenschicht mindestens eine weitere Elektroneninjektionsschicht aufgebracht, um effiziente und variabel einstellbare, in verschiedenen Wellenlängen emittierende Schichtstapel zu erhalten.
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Es kann auch vorgesehen sein, eine Reihenfolge des Aufbringens der beschriebenen organischen Schichten zu invertieren, also zunächst die Kathodenschicht, die Elektronentransportschicht, dann die Löcherblockierschicht, gefolgt von der Emitterschicht und der Elektronenblockierschicht, nachfolgend die Lochleitungsschicht und abschließend die Elektrode aufzubringen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 13 erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Substrats;
- 2 eine 1 entsprechende Ansicht mit auf dem Substrat aufgebrachter Basisschicht;
- 3 eine 2 entsprechende Ansicht mit auf der Basisschicht aufgebrachten Fotolack;
- 4 eine 3 entsprechende Ansicht des Substrats mit aufgebrachten Schichten, die einem durch eine Maske eingestrahlten ultraviolettem Licht ausgesetzt werden;
- 5 eine 4 entsprechende Ansicht von nach dem Entwickeln des Fotolacks auf der Basisschicht verbliebenen Resten des Fotolacks;
- 6 eine 5 entsprechende Ansicht, bei der nach einem Ätzvorgang Teile der Basisschicht entfernt wurden;
- 7 eine 6 entsprechende Ansicht des Substrats mit darauf abgeschiedenen Funktionsschichten aus organischen Materialien;
- 8 eine 7 entsprechende Ansicht von auf dem Substrat abgeschiedenen organischen Schichten eines organischen elektronischen Bauelements;
- 9 eine chemische Struktur zweier Hydrofluorether, die als zu organischen Werkstoffen orthogonales Lösungsmittel verwendet werden;
- 10 eine Photolumineszenzaufnahme eines strukturierten Films in Draufsicht und ein topographisches Höhenprofil;
- 11 Messkurven von mit dem beschriebenen Verfahren erzeugten organischen Leuchtdioden;
- 12 weitere Messkurven von mit dem beschriebenen Verfahren erzeugten organischen Leuchtdioden und
- 13 eine Draufsicht auf eine strukturierte organische Leuchtdiode sowie ein Elektrolumineszenzspektrum.
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1 zeigt in einer seitlichen Ansicht ein Substrat 1 aus Glas, das an einer Oberseite mit einer 90 nm dicken Schicht 9 aus Indiumzinnoxid (ITO) versehen ist. Die Schicht 9 aus Indiumzinnoxid ist hierbei bereits in Streifen vorstrukturiert. Das Substrat 1 wird zur Herstellung organischer elektronische Bauelemente, im dargestellten Ausführungsbeispiel einer organischen, phopsphoreszierenden p-i-n Leuchtdiode verwendet. Hierbei kommen zu organischen Werkstoffen orthogonale Lösungsmittel statt konventioneller organischer oder wasserbasierter Lösungsmittel zum Einsatz. Das Substrat kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch ein niedrigtemperaturkristallines Silizium, LTPS, oder eine Aktiv-Matrix-Backplane aus amorphem Silizium sein.
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In 2 ist in einer 1 entsprechenden seitlichen Ansicht das Substrat 1 gezeigt, auf dem mittels Rotationsbeschichten mit 800 Umdrehungen pro Minute für 60 Sekunden eine 2 µm dicke Basisschicht 2 aus einem fluorinierten Polymer (Ortho 310, Orthogonal Inc.) aufgebracht ist. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Auf die Basisschicht 2 wird, wie in 3 in einer seitlichen Ansicht gezeigt, ebenfalls durch Rotationsbeschichten mit 3000 Umdrehungen pro Minute für 30 Sekunden ein Fotolack 3 (z. B. AZ ® nLOF-2020, AZ Electronic Materials) aufgetragen. Die so ausgebildete Schicht des Fotolacks 3 weist eine Dicke von 1 µm auf, kann in weiteren Ausführungsbeispielen jedoch zwischen 0,5 µm bis 3 µm betragen. Die Dicke der Basisschicht 2 kann ebenfalls in weiteren Ausführungsbeispielen zwischen 1 µm und 3 µm variieren. Der Fotolack 3 und das fluorinierte Polymer der Basisschicht 2 sind orthogonal zueinander, so dass der Fotolack 3 bearbeitet werden kann, ohne die Basisschicht 2 zu beeinflussen. Statt Rotationsbeschichten kann alternativ oder zusätzlich Drucken, Rakeln und Sprühbeschichten zum Aufbringen der Schichten verwendet werden.
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Die so ausgebildete Doppelschicht aus der Basisschicht 2 und dem Fotolack 3 wird strukturiert durch Einstrahlen von UV-Licht 4 durch eine oberhalb des Fotolacks 3 angeordnete Maske 5. Durch diese UV-Lithografie werden im Fotolack 3 in den belichteten Bereichen chemische Reaktionen in Gang gesetzt. Durch ein nachfolgendes Entwickeln des Fotolacks 3, im dargestellten Ausführungsbeispiel eines Positivlacks, mit Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und nachfolgendes Spülen in destilliertem Wasser werden im gezeigten Ausführungsbeispiel die belichteten Bereiche von der Basisschicht 2 entfernt, diese selbst jedoch nicht angegriffen. Der resultierende Zustand ist in einer seitlichen Ansicht in 5 gezeigt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch ein Negativlack verwendet werden, bei dem die belichteten Bereiche auf der Basisschicht 2 verbleiben.
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Durch Rotationsätzen der aus Fluorpolymer bestehenden Basisschicht 2 mit einem fluorinierten Lösungsmittel (Novec 7100, 3M) wird die Struktur des Fotolacks 3 auf die Basisschicht 2 übertragen, das Substrat 1 jedoch nicht angegriffen, so dass sich der in 6 ebenfalls in einer seitlichen Ansicht gezeigte Zustand ergibt. Während des Ätzschritts fungiert der Fotolack 3 als Ätzmaske.
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Um ein zuverlässiges Entfernen von Resten des Fotolacks 3 zu gewährleisten, wurde außerdem eine zusätzliche, zehn Minuten dauernde O2-Plasmabehandlung vorgenommen. Im nächsten Schritt des Verfahrens wird ein für eine organische Leuchtdiode typischer Schichtaufbau aus einer 60 nm dicken organischen Lochleitungsschicht 6 aus 2,2',7,7'-Tetrakis-(N,N-dimethylphenylamino)-9,9'-spirobifluoren (Spiro-TTB) dotiert mit vier Gewichtsprozent 2,2'-(perfluoronaphthalene-2,6-diylidene)dimalononitrile (F6-TCNNQ), und einer organischen, 20 nm dicken Emitterschicht 7 aus N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD) dotiert mit zehn Gewichtsprozent des im roten Wellenlängenbereich emittierenden Iridium(III)bis(2-methyldibenzo-[f,h]chinoxalin)(acetylacetonat) (Ir(MDQ)2(acac)), sowie einer abschließenden metallischen, 100 nm dicken Kathodenschicht 8 aus Aluminium im Ultrahochvakuum (UHV) bei 10-7 mbar aufgebracht. Hierdurch ergibt sich der in seitlicher Ansicht in 7 dargestellte Schichtaufbau. In weiteren Ausführungsformen kann zwischen der Lochleitungsschicht 6 und der Emitterschicht 7 auch eine Elektronenbarriere mit einer Dicke von 10 nm aus N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD) angeordnet sein. Außerdem kann auf der Emitterschicht 7 auch eine Löcherbarriere aus 10 nm dickem Aluminium(III)bis(2-methyl-8-quninolinato)-4-phenylphenolate (BAlq2) und eine 60 nm dicke Elektronentransportschicht aus 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen) dotiert mit Cäsium angeordnet sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die herzustellende organische Leuchtdiode auch lediglich die Emitterschicht 7 und die Kathodenschicht 8 aufweisen. Ebenso ist es möglich, eine organische Leuchtiode aus der Lochleitungsschicht 6, der Emitterschicht 7 und der Kathodenschicht 8 aufzubauen oder zwischen der Anode und der Lochleitungsschicht eine Löcherinjektionsschicht und bzw. oder zwischen der Emitterschicht 7 und der Kathodenschicht 8 eine Elektroneninjektionsschicht vorzusehen.
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Nach dem Entfernen der Basisschicht 2 von dem Substrat 1 durch einen Lift-off-Schritt in dem fluorinierten Lösungsmittel, bei dem durch Einlegen des beschichteten Substrats 1 für mindestens eine Stunde, üblicherweise zwei Stunden, in Hydrofluorether ebenfalls die auf der Doppelschicht abgelagerten Schichten der organischen Leuchtdiode entfernt werden, ergibt sich das in 8 in seitlicher Darstellung gezeigte Ergebnis des Prozesses von organischen, auf dem Substrat 1 angeordneten Schichten, die eine organische Leuchtdiode bilden. Nach diesem Lift-off werden die organischen Leuchtdioden unter Stickstoffatmosphäre mit einem Glasdeckel und Epoxidharz verkapselt.
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Die Hydrofluorether, die als zu organischen Werkstoffen orthogonales Lösungsmittel verwendet werden, sind auch orthogonal zu gewöhnlich eingesetzten Lösungsmitteln. Die verwendeten Hydrofluorether bestehen aus einer Mischung aus zwei C5H3F9O-Isomeren, deren chemische Struktur in zwei Beispielen in 9 dargestellt ist.
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Der Prozess ist anwendbar auf den bereits bekannten fluoreszierenden Werkstoff Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium (Alq3), der wie in 10a) in Draufsicht durch ein Photolumineszenzbild gezeigt zu jeweils 23 µm breiten Streifen, die jeweils 25 µm voneinander beabstandet sind, strukturiert wurde. Die in 10b) gezeigte profilometrische Vermessung zeigt die scharfen Übergänge und die gleichmäßige Dicke der erzeugten Streifen. Ein derartiges Höhenprofil ist günstig für elektrische Anwendungen, da Abweichungen von einem möglichst rechtwinkligen Profil zu inhomogenen elektrischen Strömen im erzeugten Bauelement führen können.
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Um Schichtstapel herzustellen, die verschiedenfarbig, also mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, ist in weiteren Ausführungsbeispielen vorgesehen, auf der Kathodenschicht nochmals mindestens eine weitere Emitterschicht und eine weitere Kathodenschicht aufzubringen. Zur Einstellung der Eigenschaften dieser Schichtstapel können außerdem die zuvor bereits zur Ausbildung einer organischen Leuchtdiode genannten Schichten aufgebracht werden, also auf Kathodenschicht 8 eine weitere Löcherinjektionsschicht, die Lochleitungsschicht, eine weitere Elektronenblockierschicht, die Emitterschicht, eine weitere Löcherblockierschicht, eine weitere Elektronentransportschicht, eine weitere Elektroneninjektionsschicht und die weitere Kathodenschicht aufgebracht werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die beschriebene Reihenfolge der organischen Schichten auch invertiert auf das Substrat 1 aufgebracht werden.
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Nachdem nicht-verkapselte phosphoreszierende organische Leuchtdioden, die im roten Wellenlängenbereich emittieren, im Hydrofluorether für fünf Stunden belassen wurden, also mehr als doppelt so lange wie für das Entfernen der Basisschicht 2 im Rahmen des Lift-off-Schritts nötig, wurden die in 11 gezeigten Messkurven elektrische und optischer Kenngrößen der hergestellten organischen Leuchtdiode erhalten und mit nicht behandelten Vergleichsdioden verglichen.
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Der Aufbau der organischen Leuchtdioden ist in 11a) zur besseren Übersicht dargestellt und eine Stromdichte über einer anliegenden Spannung für eine Referenzprobe und eine behandelte organische Leuchtdiode dargestellt. Zusätzlich wird die Leuchtkraft über der Spannung aufgetragen und es ist zu erkennen, dass sich die behandelte organische Leuchtdiode in dieser Hinsicht nicht von Referenzproben unterscheidet. In 11b) ist eine Elektrolumineszenz über einer Wellenlänge aufgetragen und wiederum erkennbar, dass kein Unterschied zwischen behandelten und nicht behandelten organischen Leuchtdioden messbar ist. Hydrofluorether ändern folglich nicht die Dicke der organischen Schichten, beispielsweise durch ein Anschwellen derselben. In 11c) ist die externe Quanteneffizienz (EQE) sowie eine Energieeffizienz über der Luminanz aufgetragen. Nur bei niedrigen Werten der Luminanz unterhalb 30 cd/m2 sind hier Abweichungen zwischen den verschiedenen vermessenen Leuchtdioden feststellbar, die sich in einer geringfügigen Abweichung zu niedrigeren Werten der externe Quanteneffizienz und der Energieeffizienz der mit Hydrofluorether behandelten Leuchtdioden äußert. Dies korrespondiert zu der Beobachtung, dass bei niedrigen Stromdichten auch geringfügig niedrigere Leckströme für die mit Hydrofluorether behandelten Dioden beobachtet werden. Die Zunahme der Leckströme hängt vermutlich mit dem zusätzlichen Schritt des Benetzens der organischen Leuchtdioden mit Hydrofluorether zusammen. Durch eine zusätzliche Automatisierung dieses Prozesses kann dieser Effekt wohl reduziert werden.
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Um die Langzeitstabilität zu untersuchen, wurden unter verschiedenen Bedingungen die mit Hydrofluorether behandelten Dioden vermessen. In 11d) ist jeweils eine t0,75-Lebenszeit verschiedener Dioden dargestellt, wobei die t0,75-Lebenszeit die Zeit bezeichnet, nach der die Luminanz des betrachteten Geräts auf 75 Prozent eines ursprünglichen Werts gesunken ist. Diese Lebenszeit ist für behandelte und unbehandelte Dioden ungefähr gleich. Um Dioden in einem Display einzusetzen müssen Luminanzwerte zwischen 100-500 cd/m2 erreicht werden, d. h. mehr als eine Größenordnung kleiner als die Luminanz, die in den Versuchen erreicht wurde. Zusätzlich werden einzelne Pixel in Displays im Allgemeinen nicht permanent mit voller Helligkeit betrieben. Eine Lebenszeit von organischen Leuchtdioden bei relevanten Luminanzwerten kann daher abgeschätzt werden durch eine Korrelation zwischen der Anfangsluminanz L0 und der t0,75-Lebenszeit wie L0 n·0,75=konstant, wobei n=2,2 ist. Selbst unter der Annahme, dass die Pixel dauerhaft mit einer Luminanz von 500 cd/m2 betrieben werden, kann eine Lebenszeit von t0,75>1000000 Stunden erwartet werden für die mit Hydrofluorether behandelten Dioden. Dies zeigt, dass das verwendete Hydrofluorether vollständig kompatibel mit den phosphoreszierenden organischen Leuchtdioden ist, die hier betrachtet wurden.
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Der gesamte auf Fluorpolymeren basierende Strukturierungsprozess ist allerdings, wie im Folgenden noch genauer gezeigt, auch nicht schädlich für organische Materialien bzw. Werkstoffe. Hierzu werden Pixel organischer Leuchtdioden, die durch den beschriebenen Lift-off-Prozess erzeugt wurden, verglichen mit Pixeln organischer Leuchtdioden, die durch Aufdampfen von Werkstoffen mittels einer Schattenmaske erzeugt wurden. Dieser Vergleich wurde für verhältnismäßig große Pixel mit Maßen 2,5 mm mal 2,5 mm für Referenzpixel bzw. 2,5 mm mal 4 mm für die durch das beschriebene Verfahren strukturierten Pixel durchgeführt. In 12 sind die Ergebnisse in Diagrammen dargestellt. Bei dem in 12a) gezeigten Vergleich der Stromdichte und der Luminanz über der Spannung sowie bei dem in 12b) gezeigten Elektrolumineszenz-Wellenlänge-Diagramm ergibt sich im Rahmen der Messgenauigkeit keine Abweichung. Hieraus kann geschlossen werden, dass die fotolithografische Strukturierung für hocheffiziente organische Leuchtdioden angewendet werden kann. Wie aus 12c) zu entnehmen, erreicht die externe Quanteneffizienz ein Maximum von 17 Prozent, was vergleichbar ist mit den als Vergleichsproben verwendeten phosphoreszierenden organischen Leuchtdioden.
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Auch eine Langzeitstabilität der organischen Leuchtdioden wird durch die fotolithografische Bearbeitung nicht beeinflusst. 12d) zeigt eine Abnahme der Luminanz von organischen Leuchtdioden, die einem beschleunigten Alterungsprozess durch Anlegen einer Stromdichte von 30 mA/cm2 unterzogen wurden, beginnend von einem ursprünglichen Wert der Luminanz von 6500 cd/m2. Insgesamt ist das Alterungsverhalten der fotolithografisch hergestellten Pixel nahezu identisch zu dem der Referenzpixel. Lediglich eine geringfügige Abnahme der Luminanz kann für fotolithografisch strukturierte Dioden während der ersten Stunden beobachtet werden, während ein stabiler Langzeitbetrieb der strukturierten organischen Leuchtdioden für mehr als 1000 Stunden nachgewiesen werden kann.
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Schließlich ist in 13 gezeigt, dass auch in Größenbereichen, die relevant sind für Displays basierend auf organischen Leuchtdioden, der beschriebene fotolithografische Ansatz in der Lage ist, elektrolumineszente organische Bauelemente zu strukturieren. In Displays werden Pixelgrößen zwischen 30 µm und 100 µm benötigt, wozu Streifen organischen Materials gleicher Breite definiert werden müssen. In 13 ist eine Strukturierung und Ausrichtung von Streifen für organische Leuchtdioden mit einer Breite von 65 µm gezeigt, die auf 15 µm breiten vorstrukturierten Indiumzinnoxidstreifen, die eine Anode bilden, aufgebracht wurden. Auf eine homogene Dicke kann aus der ausgezeichneten Homogenität der Helligkeit in dem in 5b) gezeigten Fluoreszenzbild rückgeschlossen werden. 13c) zeigt schließlich auch eine homogene Elektrolumineszenz der Bereiche, die auf dem Indiumzinnoxidkontakt angeordnet sind. Wie in 13d) gezeigt, ist das Elektrolumineszenzspektrum der strukturierten Dioden mit dem Spektrum der konventionell mit einer Schattenmaske hergestellten Dioden vergleichbar. Eine aktive Fläche der getesteten Geräte betrug 6,49 mm2 bei Referenzdioden und 10 mm2 bei mit dem beschriebenen Verfahren hergestellten Dioden.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.
