DE102015101820A1

DE102015101820A1 - Verfahren zur Herstellung einer organischen Leuchtdiode und organische Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102015101820A1
Application number: DE102015101820.9A
Authority: DE
Inventors: Silke Scharner; Thomas Wehlus; Nina Riegel; Arne Fleissner; Johannes Rosenberger; Daniel Riedel
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-11

Abstract

Das Verfahren ist zur Herstellung von organischen Leuchtdioden (10) eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte:
A) Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer durchgehenden Aufbringfläche (11),
B) Erzeugen von mehreren Anhaftbereichen (13) an der Aufbringfläche (11), wobei die Anhaftbereiche (13) vollständig von der Aufbringfläche (11) umfasst sind,
C) Aufbringen von Metall-Nanodrähten (3) ganzflächig auf die Aufbringfläche (11),
D) Entfernen der Metall-Nanodrähte (3) außerhalb der Anhaftbereiche (13) mittels Abwaschen mit einem Lösungsmittel (7), sodass die verbleibenden Metall-Nanodrähte (3) vollständig oder teilweise eine lichtdurchlässige Elektrode (30) der organischen Leuchtdiode (10) ausbilden, und
E) Auftragen einer organischen Schichtenfolge (4) auf die lichtdurchlässige Elektrode (30).

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Leuchtdiode angegeben. Darüber hinaus wird eine entsprechend hergestellte organische Leuchtdiode angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem effizient eine Elektrode einer organischen Leuchtdiode strukturierbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren eine organische Leuchtdiode hergestellt. Die organische Leuchtdiode ist bevorzugt zur Emission von sichtbarem Licht, etwa von farbigem Licht oder von weißem Licht, eingerichtet. Die Erzeugung von Strahlung erfolgt dabei in mindestens einer organischen Schichtenfolge mit einer oder mehreren aktiven Zonen. Die organische Schichtenfolge weist dabei eine oder mehrere Teilschichten auf, die je auf mindestens einem organischen Material basieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Substrats auf. Das Substrat beinhaltet eine Aufbringfläche. Bei der Aufbringfläche handelt es sich bevorzugt um eine durchgehende, unstrukturierte Fläche. Die Aufbringfläche kann eine plane Hauptseite des Substrats sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Erzeugens von einem oder mehreren Anhaftbereichen auf. Die Anhaftbereiche sind dabei bevorzugt vollständig von der Aufbringfläche umfasst. Mit anderen Worten stellen die Anhaftbereiche dann mehrere Teile der Aufbringfläche dar. In Draufsicht gesehen liegen die Anhaftbereiche vollständig innerhalb der Aufbringfläche. Es ist möglich, dass die verschiedenen Anhaftbereiche voneinander separiert sind, sodass die Anhaftbereiche nicht in sich miteinander verbunden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden auf die Aufbringfläche Metall-Nanodrähte aufgebracht. Bevorzugt werden die Metall-Nanodrähte ganzflächig auf der Aufbringfläche aufgebracht. Mit anderen Worten ist dann die gesamte Aufbringfläche nach dem Schritt C von den Metall-Nanodrähten bedeckt, sodass sich die Metall-Nanodrähte dann sowohl über die Anhaftbereiche als auch über die verbleibenden Bereiche der Aufbringfläche erstrecken. Es ist möglich, dass die Metall-Nanodrähte in einer gleichmäßigen Dicke und/oder Konzentration über der gesamten Aufbringfläche aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Metall-Nanodrähte außerhalb der Anhaftbereiche entfernt. Das Entfernen umfasst oder besteht aus dem Schritt des Abwaschens der Metall-Nanodrähte. Das Abwaschen erfolgt mit einem oder mit mehreren Lösungsmitteln. Nach dem Schritt des Entfernens der Metall-Nanodrähte sind die von den Anhaftbereichen verschiedenen Gebiete der Aufbringfläche bevorzugt vollständig oder im Wesentlichen frei von den Metall-Nanodrähten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden die in den Anhaftbereichen verbleibenden Metall-Nanodrähte vollständig oder zum Teil eine Elektrode, etwa eine Anode, der organischen Leuchtdiode aus. Bei dieser Elektrode handelt es sich bevorzugt um eine lichtdurchlässige Elektrode. Lichtdurchlässig kann bedeuten, dass diese Elektrode einen mittleren Transmissionsgrad für die von der organischen Leuchtdiode im Betrieb erzeugten Strahlung von mindestens 70% oder 80% oder 90% aufweist. Die lichtdurchlässige Elektrode kann neben den Metall-Nanodrähten auch ein weiteres Material, insbesondere ein organisches elektrisch leitfähiges Matrixmaterial, umfassen. Die Metall-Nanodrähte können in ein solches Matrixmaterial eingebettet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Auftragens einer organischen Schichtenfolge. Die organische Schichtenfolge wird mittelbar oder unmittelbar auf die lichtdurchlässige Elektrode aufgebracht. Alternativ ist es umgekehrt möglich, dass die lichtdurchlässige Elektrode auf die organische Schichtenfolge aufgebracht wird.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer oder mehrerer organischer Leuchtdioden eingerichtet und umfasst zumindest die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

A) Bereitstellen eines Substrats mit einer durchgehenden Aufbringfläche,
B) Erzeugen von mehreren Anhaftbereichen an der Aufbringfläche, wobei die Anhaftbereiche vollständig von der Aufbringfläche umfasst sind,
C) Aufbringen von Metall-Nanodrähten ganzflächig auf die Aufbringfläche,
D) Entfernen der Metall-Nanodrähte außerhalb der Anhaftbereiche mittels Abwaschens mit einem Lösungsmittel, sodass die verbleibenden Metall-Nanodrähte vollständig oder teilweise eine lichtdurchlässige Elektrode der organischen Leuchtdiode ausbilden, und
E) Auftragen einer organischen Schichtenfolge auf die lichtdurchlässige Elektrode.

Herkömmliche, lichtdurchlässige Elektroden für organische Leuchtdioden sind oft durch durchgehende Schichten auf der Basis von transparenten leitfähigen Oxiden wie ITO gebildet. Solche Oxide weisen jedoch eine begrenzte elektrische Leitfähigkeit und Transmissionsvermögen auf. Insbesondere geht eine hohe elektrische Leitfähigkeit solcher Oxide mit einer geringen Transparenz einher und umgekehrt. Durch die hier verwendete Elektrode, die als Strom verteilende Komponente Metall-Nanodrähte aufweist, ist eine sowohl hinsichtlich Transparenz als auch elektrischer Leitfähigkeit optimierte Elektrode erreichbar. Zudem sind Metall-Nanodrähte durch Nassprozesse aus einer Flüssigphase aufbringbar.
Das Aufbringen der Metall-Nanodrähte erfolgt dabei vollflächig oder teilstrukturiert und eine Strukturierung einer Elektrode mit den Metall-Nanodrähten zu der gewünschten, endgültigen Form erfolgt dann herkömmlicherweise etwa über Laserstrahlung. Eine solche Rückstrukturierung etwa über Laserstrahlung ist allerdings zeitaufwendig und mit einer Steigerung von Anlagekosten verbunden. Außerdem besteht insbesondere bei einer Laserbehandlung die Gefahr, dass sich Partikel und/oder Rückstände bilden, die eine spätere Verkapselung der organischen Leuchtdiode negativ beeinflussen können. Durch das hier beschriebene Verfahren ist eine effiziente, vereinfachte, kostensparende und rückstandslose Methode zur Strukturierung solcher Metall-Nanodrahtschichten gegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Entfernen der Nanodrähte außerhalb der Anhaftbereiche ausschließlich mit zumindest einem Lösungsmittel, insbesondere mit genau einem Lösungsmittel. Bei dem Lösungsmittel handelt es sich bevorzugt um deionisiertes Wasser, auch als DI-Wasser bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Metall-Nanodrähte einen mittleren Durchmesser von mindestens 5 nm oder 20 nm und/oder von höchstens 500 nm oder 250 nm oder 100 nm oder 50 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt eine mittlere Länge der Metall-Nanodrähte bei mindestens 1 μm oder 5 μm oder 10 μm und/oder bei höchstens 1 mm oder 250 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Metall-Nanodrähten um Silber-Nanodrähte. Dies kann bedeuten, dass die Metall-Nanodrähte zu mindestens 95 Gew.% oder 99,5 Gew.% aus Silber bestehen. Bei den Metall-Nanodrähten kann es sich um hohlzylinderartige Gebilde oder auch um massive Drähte, ähnlich ausgefüllter Zylinder, handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Metall-Nanodrähte in den Anhaftbereichen perkoliert. Das heißt, die Metall-Nanodrähte bilden dann ein zusammenhängendes Netzwerk, sodass durchgehende und miteinander verbundene Stromleitpfade aus den Metall-Nanodrähten gebildet sind. Eine mittlere Maschengröße von Maschen des Netzes, das aus den Metall-Nanodrähten gebildet sein kann, liegt bevorzugt bei mindestens 50 nm oder 100 nm oder 250 nm oder 0,5 mm und/oder bei höchstens 10 μm oder 5 μm oder 1 μm oder 500 nm oder 200 nm. Insbesondere übersteigt die mittlere Maschengröße den mittleren Durchmesser der Metall-Nanodrähte um mindestens einen Faktor 2 oder Faktor 5 und/oder um höchstens einen Faktor 100 oder 25.
Solche Metall-Nanodrähte und Verfahren zur Herstellung von entsprechenden Nanodrähten sind etwa den Druckschriften US 2008/0143906 A1 sowie US 2013/0105770 A1 zu entnehmen. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften hinsichtlich der Metall-Nanodrähte wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Anhaftbereiche durch ein gezieltes, stellenweises Reinigen der Aufbringfläche erzeugt. Das Reinigen der Anhaftbereiche erfolgt bevorzugt auf eine andere Art und Weise als das Reinigen von verbleibenden Bereichen der Aufbringfläche. Bei dem Reinigen handelt es sich jedoch nicht um ein Strukturieren der Aufbringfläche in dem Sinn, dass ein signifikanter Abtrag eines Materials des Substrats erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Reinigen eine Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung, kurz UV-Strahlung. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Reinigen den Einsatz eines Ozon-Plasmas und/oder einer Ozon-Behandlung. Bevorzugt werden die Bestrahlung mit UV-Strahlung und die Ozon-Behandlung miteinander kombiniert. Das beteiligte Ozon kann durch die UV-Strahlung erzeugt werden.
Insbesondere durch das Reinigen erfolgt eine Oberflächenaktivierung der Aufbringfläche, also speziell eine Erhöhung der Oberflächenenergie insbesondere durch die UV-Ozon-Behandlung und dadurch eine bessere Haftung von Materialien wie AgNW an der Aufbringfläche. Neben einer UV-Ozon Behandlung können auch andere Plasmen wie Sauerstoffplasmen eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Reinigen eine temporäre, zeitweilige Maskenschicht auf die Aufbringfläche aufgebracht. Dabei sind bevorzugt die herzustellenden Anhaftbereiche nicht von der Maskenschicht bedeckt. Das heißt, in den späteren Anhaftbereichen ist die Aufbringfläche dann trotz der Maskenschicht frei zugänglich. Die verbleibenden Bereiche der Aufbringfläche, die nicht als Anhaftbereiche vorgesehen sind, sind bevorzugt vollständig von der Maskenschicht bedeckt. Dabei kann die Maskenschicht undurchlässig für reaktive, insbesondere sauerstoffhaltige Gase wie Ozon und/oder undurchlässig für ultraviolette Strahlung sein. Beispielsweise handelt es sich bei einem Material der Maskenschicht um ein Metall wie Aluminium oder Edelstahl, sodass keine UV-Strahlung durch die Maskenschicht hindurch tritt. Ebenso können Mehrschichtsysteme für die Maskenschicht zum Einsatz kommen, zum Beispielmit Chrom beschichtetes Glas oder Acrylglas (PMMA). Auch Kunststoffmasken etwa aus PEEK, PVDF oder PTFE sind verwendbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Maskenschicht vor dem Aufbringen der Metall-Nanodrähte entfernt, bevorzugt vollständig entfernt. Das heißt, beim Aufbringen der Metall-Nanodrähte ist die Maskenschicht dann nicht mehr vorhanden. Hierdurch können die Metall-Nanodrähte auf der gesamten Aufbringfläche aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Bestrahlung mit UV-Strahlung nur stellenweise und nicht ganzflächig. Insbesondere ist in diesem Fall keine Maskenschicht erforderlich, das heißt bevorzugt während des Bestrahlens mit der ultravioletten Strahlung oder auch während des gesamten Schritts des Erzeugens der Anhaftbereiche ist die Aufbringfläche, insbesondere die gesamte Aufbringfläche, dann frei zugänglich und nicht unmittelbar von einem Material in festem Aggregatszustand bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Anhaftbereiche durch ein Aufbringen einer Haftbeschichtung erzeugt. Die Haftbeschichtung kann hierbei vollflächig auf die Aufbringfläche aufgebracht und erst nachträglich strukturiert werden. Bevorzugt jedoch wird die Haftbeschichtung gezielt und strukturiert nur stellenweise auf die Aufbringfläche aufgebracht, beispielsweise über ein Druckverfahren. Die Metall-Nanodrähte weisen zu der Haftbeschichtung eine gesteigerte Haftung auf, im Vergleich zu den nicht mit der Haftbeschichtung versehenen Gebieten der Aufbringfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Haftbeschichtung um eine Streuschicht. Die Streuschicht ist dazu eingerichtet, das in der organischen Schichtenfolge erzeugte Licht zu streuen. Hierdurch ist eine Lichtauskoppeleffizienz von Licht aus der organischen Leuchtdiode heraus steigerbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Haftbeschichtung ein Matrixmaterial. Bei dem Matrixmaterial kann es sich um ein anorganisches oder, bevorzugt, um ein organisches Material handeln. Ist die Haftbeschichtung als Streuschicht gestaltet, so sind in das Matrixmaterial bevorzugt Streupartikel eingebettet. Beispielsweise sind die Streupartikel aus einem hochbrechenden Material wie Titandioxid oder Zirkoniumdioxid gebildet. Alternativ können die Streupartikel auch aus einem vergleichsweise niedrig brechenden Material wie Siliziumdioxid hergestellt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Haftbeschichtung eine konstante und gleich bleibende Dicke auf, über die Anhaftbereiche hinweg. Beispielsweise liegt die Dicke oder die mittlere Dicke der Haftbeschichtung bei mindestens 0,5 μm oder 1 μm oder 5 μm. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der Haftbeschichtung höchstens 100 μm oder 50 μm oder 15 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Matrixmaterial der Haftbeschichtung oder der Streuschicht um eines oder mehrere der folgenden Materialien oder das Matrixmaterial umfasst eines oder mehrere der folgenden Materialien: Kunststoffe wie Acrylate, Epoxide, Polyimide oder Silikon-Materialien; Siliziumoxid, insbesondere SiO₂; Metalloxide wie Zinkoxid (ZnO), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Indium-Zinn-Oxid (ITO), Antimon-Zinn-Oxid (ATO), Aluminium-Zink-Oxid (AZO), Indium-Zink-Oxid (IZO), Titanoxid, Aluminiumoxid, insbesondere Al₂O₃; Halbleiteroxide wie Galliumoxid Ga₂O_x.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat um ein Glassubstrat. Alternativ kann das Substrat auch aus einem Kunststoff gebildet sein, der beispielsweise mit einer dünnen Schicht aus einem anorganischen, lichtdurchlässigen Material wie Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid versehen ist. Weiterhin kann es sich bei dem Substrat um ein Keramiksubstrat handeln. Das Substrat kann mechanisch starr oder auch mechanisch flexibel und somit biegbar gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Metall-Nanodrähte mittels Schlitzdüsenbeschichtung, englisch Slot Dye Coating, aufgebracht. Bei diesem Verfahren wird eine Lösung, die die Metall-Nanodrähte oder Ausgangsstoffe für die Metall-Nanodrähte enthält, durch eine schlitzförmige Düse mit konstantem Abstand und konstanter Geschwindigkeit relativ zu einem Substrattisch als homogener Nassfilm aufgetragen. Alternativ zu einem Schlitzdüsen-Beschichtungsverfahren können auch andere Verfahren wie Rotationsbeschichten, englisch Spin Coating, oder Druckverfahren eingesetzt werden, um die Metall-Nanodrähte aufzubringen. Auch Verfahren wie Rakeln und Sprühbeschichtung sind möglich. Bevorzugt jedoch erfolgt das Aufbringen über Schlitzdüsenbeschichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die organische Schichtenfolge unmittelbar auf die Metall-Nanodrähte aufgebracht. Es ist dabei möglich, dass die organische Schichtenfolge oder zumindest ein Material der organischen Schichtenfolge damit eine Matrix für die Metall-Nanodrähte bildet. Alternativ ist es möglich, dass zusammen mit den Metall-Nanodrähten gleichzeitig ein Matrixmaterial für die Metall-Nanodrähte aufgebracht wird. Eine unterschiedliche Haftung der Metall-Nanodrähte in den Anhaftbereichen sowie in den verbleibenden Bereichen der Aufbringfläche kann dann auch über dieses Matrixmaterial realisiert sein.
Darüber hinaus wird eine organische Leuchtdiode angegeben. Die organische Leuchtdiode ist mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für die organische Leuchtdiode offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Haftschicht unmittelbar auf dem Substrat aufgebracht. Weiterhin sind die Metall-Nanodrähte bevorzugt unmittelbar auf der Haftschicht angebracht. Hierbei ist es möglich, dass die organische Schichtenfolge zumindest in den Anhaftbereichen nicht in direktem Kontakt mit dem Substrat steht, sondern von dem Substrat beabstandet angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die Metall-Nanodrähte unmittelbar auf dem Substrat und berühren folglich das Substrat zumindest stellenweise.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt die organische Schichtenfolge eine Matrix für die Metall-Nanodrähte dar. In diesem Fall ist es möglich, dass die organische Schichtenfolge das Substrat stellenweise berührt, insbesondere in den Anhaftbereichen.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren sowie eine hier beschriebene organische Leuchtdiode unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 3 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen für Verfahrensschritte eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen organischen Leuchtdioden.
In 1 ist ein beispielhaftes Herstellungsverfahren für eine organische Leuchtdiode 10 gezeigt. Gemäß 1A wird ein Substrat 1, beispielsweise ein Glassubstrat, bereitgestellt. Das Substrat 1 weist eine ebene, planare Aufbringfläche 11 auf.
In 1B ist dargestellt, dass stellenweise und strukturiert auf die Aufbringfläche 11 eine Maskenschicht 8 aufgebracht wird. Die Maskenschicht 8 wird beispielsweise aufgedruckt und kann aus einer abwaschbaren Tinte oder aus einem Fotolack gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich bei der Maskenschicht 8 um eine Metallmaske.
Gemäß 1C wird das Substrat 1 mit ultravioletter Strahlung R behandelt, beispielsweise für eine Zeitdauer von 10 Minuten. Das Bestrahlen mit der UV-Strahlung R erfolgt insbesondere in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, sodass durch die UV-Strahlung R Ozon gebildet wird. Durch die kombinierte UV-Ozon-Behandlung erfolgt eine Oberflächenmodifikation und Reinigung der nicht von der Maskenschicht 8 bedeckten Bereiche der Aufbringfläche 11. Diese Bereiche der Aufbringfläche 11 bilden mehrere Anhaftbereiche 13 aus. Auch in den Anhaftbereichen 13 weist das Substrat 1 eine ebene, nicht aufgeraute Oberfläche auf.
Nachfolgend wird die Maskenschicht 8 entfernt, bevorzugt vollständig entfernt, siehe 1D. Die Strukturierung in die Anhaftbereiche 13 ist unmittelbar nach dem Entfernen der Maskenschicht 8 nicht ohne Weiteres erkennbar.
Gemäß 1E wird ganzflächig auf dem Substrat 1 eine Schicht mit Metall-Nanodrähten 3 aufgebracht. Das Aufbringen der Metall-Nanodrähte 3 erfolgt bevorzugt mittels Schlitzdüsenbeschichtung, nicht gezeichnet. Dabei werden die Metall-Nanodrähte 3 in einer Lösung unmittelbar auf die Aufbringfläche 11 aufgebracht.
Ein Lösungsmittel, in dem die Metall-Nanodrähte 3, bei denen es sich bevorzugt um Silber-Nanodrähte handelt, gelöst sind, wird im weiteren Herstellungsverfahren bevorzugt vollständig entfernt. Es ist möglich, dass allein die Metall-Nanodrähte 3 auf der Aufbringfläche 11 verbleiben. Alternativ kann der Lösung, in der die Metall-Nanodrähte 3 beim Aufbringen enthalten sind, auch ein Bindematerial oder ein Matrixmaterial für die Metall-Nanodrähte 3 beigegeben sein. In diesem Fall entsteht eine Schicht auf der Aufbringfläche 11, die die Metall-Nanodrähte 3 sowie das Bindemittel enthält.
Anders als in 1E gezeichnet ist es auch möglich, dass die Metall-Nanodrähte 3 nur stellenweise auf der Aufbringfläche 11 aufgebracht werden, beispielsweise in rechteckförmigen Bereichen. Jedoch werden auch in diesem Fall die Metall-Nanodrähte 3 sowohl in den Anhaftbereichen 13 als auch außerhalb der Anhaftbereiche 13 auf die Aufbringfläche 11 aufgebracht.
Wie in 1F dargestellt, erfolgt das Ablösen der Metall-Nanodrähte 3 außerhalb der Anhaftbereiche 13 durch ein Lösungsmittel 7. Bei dem Lösungsmittel 7 handelt es sich bevorzugt um desionisiertes Wasser, kurz DI-Wasser. Beispielsweise wird das Substrat 1 mit der anfangs durchgehenden Metall-Nanodrahtschicht 3 für mehrere Sekunden, beispielsweise für zehn Sekunden, in DI-Wasser eingetaucht.
Hierdurch werden die Metall-Nanodrähte 3 aus den Bereichen außerhalb der Anhaftbereiche 13 von dem Substrat 1 gelöst.
Ist ein Bindemittel zusammen mit den Metall-Nanodrähten 3 aufgebracht worden, so handelt es sich bei dem Bindemittel bevorzugt um ein wasserlösliches Polymer, das entsprechend aufgelöst wird. Ist in diesem Verfahrensschritt noch eine Maskenschicht 8 vorhanden, so wird bevorzugt die Maskenschicht 8 ebenfalls durch das Lösungsmittel 7 aufgelöst.
Abweichend von der Darstellung in 1 ist es auch möglich, dass die Maskenschicht 8 noch im Verfahrensschritt der 1E vorhanden ist. In diesem Fall zeigen die Metall-Nanodrähte 3 bevorzugt ein schlechteres Anhaften an der Maskenschicht 8 oder die Maskenschicht 8 haftet schlechter an der Aufbringfläche 11 als die Metall-Nanodrähte 3. Hierdurch ist, siehe 1F, gewährleistet, dass die Metall-Nanodrähte 3 nur in den Anhaftbereichen 13 an dem Substrat 1 verbleiben.
In 1G ist ein optionaler Verfahrensschritt dargestellt. In 1G wird nachträglich ein zusätzliches Bindemittel 33 auf die Metall-Nanodrähte 3 beaufschlagt, um diese an dem Substrat 1 weiter zu fixieren. Anders als dargestellt ist es möglich, dass das zusätzliche Bindemittel 33 ganzflächig auf die Aufbringfläche 11 aufgebracht wird.
In 1H sind die weiteren Verfahrensschritte vereinfacht dargestellt. Auf die Metall-Nanodrähte 3, die eine transparente Elektrode 30 der fertigen organischen Leuchtdiode 10 bilden, wird eine organische Schichtenfolge 4 aufgebracht. In der organischen Schichtenfolge 4 wird im Betrieb der Leuchtdiode 10 bevorzugt sichtbares Licht erzeugt. In Richtung weg von dem Substrat 1 folgt der organischen Schichtenfolge 4 eine zweite Elektrode 5 nach, bei der es sich um eine reflektierende Elektrode oder auch um eine strahlungsdurchlässige Elektrode handeln kann. Auf der zweiten Elektrode 5 ist optional eine Verkapselungsschicht 6 aufgebracht.
Abweichend von der Darstellung in 1H ist es auch möglich, dass die organische Schichtenfolge 4, die zweite Elektrode 5 und/oder die Verkapselungsschicht 6 nicht durchgehend, sondern strukturiert auf das Substrat 1 und/oder auf die transparente Elektrode 30 aufgebracht werden. In diesem Fall ist dann nicht die gesamte Aufbringfläche 11 von der organischen Schichtenfolge 4, der zweiten Elektrode 5 und/oder der Verkapselungsschicht 6 bedeckt. Zwischen den Anhaftbereichen 13 können nicht gezeichnete Separationsbereiche vorgesehen sein, in denen eine Vereinzelung des Substrats 1 zu kleineren Einheiten erfolgen kann.
Weitere Verfahrensschritte wie eine weitergehende Verkapselung oder ein Zerteilen zu einzelnen Leuchtdiodenelementen ist zur Vereinfachung der Darstellung in den Figuren jeweils nicht gezeichnet. Ebensowenig sind weitere Elemente der Leuchtdioden 10 wie externe elektrische Anschlüsse oder ergänzende Stromverteilungsstrukturen illustriert.
Bei dem in 1F dargestellten Schritt kann es sich bereits um einen Reinigungsschritt handeln, der zum Aufbringen der organischen Schichtenfolge 4 erforderlich ist. Eine entsprechende Vorreinigung vor dem Aufbringen der organischen Schichtenfolge 4, welche insbesondere mittels Verdampfens aufgebracht wird, kann über einen so genannten Spin Rinse Dryer oder kurz SRD erfolgen.
Bei dem Verfahren, wie in 2 illustriert, erfolgt der Schritt gemäß 1C durch ein gezieltes und nur stellenweises Bestrahlen der Aufbringfläche 11 mit der UV-Strahlung R. Hierdurch ist eine Maskenschicht 8 unmittelbar an der Aufbringfläche 11 entbehrbar. Diejenigen Bereiche der Aufbringfläche 11, die mit der UV-Strahlung R bestrahlt werden, stellen dann die Anhaftbereiche 13 dar. Die verbleibenden Verfahrensschritte können analog zu 1 erfolgen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens ist in 3 illustriert. Gemäß 3A wird das Substrat 1 mit der Aufbringfläche 11 bereitgestellt.
In 3B ist zu sehen, dass die Aufbringfläche 11 stellenweise mit einer Haftbeschichtung 2 versehen wird. Die mit der Haftbeschichtung 2 versehenen Bereiche stellen die Anhaftbereiche 13 dar. Bei der Haftbeschichtung 2 handelt es sich beispielsweise um eine Streuschicht für das in der Leuchtdiode 10 im Betrieb erzeugt Licht.
Gemäß 3C werden die Metall-Nanodrähte 3 ganzflächig aufgebracht, wobei die Haftbeschichtung 2 mit den Metall-Nanodrähte 3 überformt wird.
In 3D erfolgt das Strukturieren der Schicht mit den Metall-Nanodrähten 3 zu der transparenten Elektrode 30. Dieses Strukturieren erfolgt, analog zur 1F, mit dem Lösungsmittel 7. Die Metall-Nanodrähte 3 werden in den nicht von der Haftbeschichtung 2 bedeckten Bereichen der Aufbringfläche 11 mittels des Lösungsmittels 7 abgewaschen.
Nachfolgend werden die organische Schichtenfolge, die zweite Elektrode 5 sowie die optionale Verkapselungsschicht 6 angebracht, siehe 3E.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist eine einfache Strukturierungsmöglichkeit vollflächiger Schichten mit den Metall-Nanodrähten 3 gegeben. Über den für das Aufbringen der organischen Schichtenfolge 4 erforderlichen Reinigungsschritt ist gleichzeitig ein strukturiertes Entfernen der Metall-Nanodrähte 3 ermöglicht. Hierdurch werden die für ein entbehrbares Lasernachstrukturieren ansonsten erforderliche Zeit und Kosten eingespart. Dies gilt vor allem bei einer flächigen Rückstrukturierung anstelle von Linienisolation. Auch ist eine Gefahr von Partikelbildung und von Rückständen durch ein Laserverfahren vermieden, sodass die organische Leuchtdiode sicherer verkapselt werden kann. Weiterhin besteht durch das hier beschriebene Verfahren eine größere Designfreiheit hinsichtlich der Strukturgebung, insbesondere bezüglich der transparenten Elektrode 30.
Die resultierende lichtdurchlässige Elektrode 30 ist aus Silbernanodrähten. Ein Flächenanteil der Silbernanodrähte 3 an der gesamten Aufbringfläche 11 liegt, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei mindestens 25% oder 35% und/oder bei höchstens 80% oder 60%. Die Maskenschicht 8 ist dabei als Negativ zu der fertigen lichtdurchlässige Elektrode 30 geformt und ist in der fertigen Leuchtdiode nicht mehr vorhanden. Die einzelnen, von den Nanodrähten 3 bedeckten Teilbereiche hängen nicht zusammen und sind, in Draufsicht gesehen, matrixförmig angeordnet und näherungsweise rechteckig geformt. Insbesondere in einem Randbereich der Matrixanordnung können elektrische Kontaktbereiche und/oder Orientierungsmarkierungen angebracht sein.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
11: Aufbringfläche
13: Anhaftbereich
2: Haftbeschichtung
3: Metallnanodrähte
30: lichtdurchlässige Elektrode
33: Bindemittel
4: organische Schichtenfolge
5: reflektierende Elektrode
6: Verkapselungsschicht
7: Lösungsmittel
8: Maskenschicht
10: organische Leuchtdiode
R: ultraviolette Strahlung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2008/0143906 A1 [0018]
US 2013/0105770 A1 [0018]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer organischen Leuchtdiode (10) mit den folgenden Schritten: A) Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer durchgehenden Aufbringfläche (11), B) Erzeugen von mehreren Anhaftbereichen (13) an der Aufbringfläche (11), wobei die Anhaftbereiche (13) vollständig von der Aufbringfläche (11) umfasst sind, C) Aufbringen von Metall-Nanodrähten (3) ganzflächig auf die Aufbringfläche (11), D) Entfernen der Metall-Nanodrähte (3) außerhalb der Anhaftbereiche (13) mittels Abwaschen mit einem Lösungsmittel (7), sodass die verbleibenden Metall-Nanodrähte (3) vollständig oder teilweise eine lichtdurchlässige Elektrode (30) der organischen Leuchtdiode (10) ausbilden, und E) Auftragen einer organischen Schichtenfolge (4) auf die lichtdurchlässige Elektrode (30).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verfahrensschritte A bis E in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei der Schritt D ausschließlich mit einem einzigen Lösungsmittel (7) durchgeführt wird, wobei die Metall-Nanodrähte (3) zu mindestens 95 Gew.% aus Ag bestehen und einen mittleren Durchmesser von höchstens 100 nm sowie eine mittlere Länge von mindestens 5 μm aufweisen, und wobei die Metall-Nanodrähte (3) perkoliert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anhaftbereiche (13) im Schritt B durch ein gezieltes, stellenweises Reinigen der Aufbringfläche (11) erzeugt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Reinigen durch Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung (R) in Kombination mit einer Ozon-Behandlung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem vor dem Reinigen eine temporäre Maskenschicht (8) aufgebracht wird, die bis auf die Anhaftbereiche (13) die Aufbringfläche (11) vollständig abdeckt, wobei die Maskenschicht (8) vor dem Schritt C entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem das Reinigen die Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung (R) beinhaltet, wobei die Bestrahlung nur stellenweise erfolgt, und wobei während des gesamten Schritts B die Aufbringfläche (11) frei zugänglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Anhaftbereiche (13) im Schritt B durch ein gezieltes, stellenweises Aufbringen einer Haftbeschichtung (2) erzeugt werden, sodass die Haftbeschichtung (2) nur in den Anhaftbereichen (13) vorhanden ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei es sich bei der Haftbeschichtung (2) um eine Streuschicht handelt, die ein organisches Matrixmaterial und darin eingebettete Streupartikel aufweist, wobei eine Dicke der Haftbeschichtung (2) zwischen einschließlich 0,5 μm und 50 μm liegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Matrixmaterial zumindest eines der folgenden Materialien umfasst oder hieraus besteht: Acrylat, Epoxid, Polyimid, Silikon, SiO₂, ZnO, ZrO₂, Indium-Zinn-Oxid, Antimon-Zinn-Oxid, Aluminium-Zink-Oxid, Indium-Zink-Oxid, TiO₂, Al₂O₃, Galliumoxid Ga₂O_x.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Lösungsmittel (7) um deionisiertes Wasser handelt und wobei das Substrat (1) ein Glassubstrat ist, und wobei die Metall-Nanodrähte (3) im Schritt C mittels Schlitzdüsenbeschichtung aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt E die organische Schichtenfolge (4) unmittelbar bis an die Metall-Nanodrähte (3) heranreicht und eine Matrix für die Metall-Nanodrähte (3) bildet.
Organische Leuchtdiode (10), die mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Organische Leuchtdiode (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem unmittelbar auf dem Substrat (1) die Haftschicht (2), die eine Streuschicht ist, aufgebracht ist, wobei die Metall-Nanodrähte (3) unmittelbar auf der Haftschicht (2) aufgebracht sind und die organische Schichtenfolge (4) eine Matrix für die Metall-Nanodrähte (3) bildet, und wobei die organische Schichtenfolge (4) von dem Substrat (1) beabstandet angeordnet ist.
Organische Leuchtdiode (10) nach Anspruch 12, bei dem die Metall-Nanodrähte (3) unmittelbar auf dem Substrat (1) aufgebracht sind, wobei die organische Schichtenfolge (4) eine Matrix für die Metall-Nanodrähte (3) bildet und das Substrat (1) stellenweise berührt.