DE102015103651B4

DE102015103651B4 - Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen und organische Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102015103651B4
Application number: DE102015103651.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Popp; Philipp Schwamb; Richard Baisl
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: DE102015103651A1; WO2016142430A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Trägersubstrats (2) mit einer Substratoberseite (20) B) Aufbringen einer durchgehenden Hilfsschicht (3) mit einer ersten elektrischen Leitfähigkeit auf die Substratoberseite (20), C) Bereichsweises Verändern der ersten elektrischen Leitfähigkeit der Hilfsschicht (3), sodass die Hilfsschicht (3) erste Bereiche (31) mit der ersten elektrischen Leitfähigkeit und zweite Bereich (32) mit einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit aufweist, in Draufsicht gesehen, wobei die Hilfsschicht (3) in ihrer Dicke (D) unverändert bleibt, D) Abscheiden einer Funktionsschicht (4) entweder nur auf den ersten Bereichen (31) oder nur auf den zweiten Bereichen (32), E) Abscheiden einer elektrisch isolierenden Abdeckschicht (7) lokal nur auf der im Schritt D) erzeugten Funktionsschicht (4), und F) Verändern der gesamten Hilfsschicht (3), sodass die Hilfsschicht (3) dann durch einen einzigen, zusammenhängenden zweiten Bereich (32) gebildet wird und dieser zweite Bereich (32) elektrisch leitfähig ist und der Schritt F) dem Schritt E) nachfolgt, wobei die fertig hergestellten elektrisch leitenden Strukturen sowohl das Trägersubstrat (2) als auch die Hilfsschicht (3) und die Funktionsschicht (4) umfassen.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen angegeben. Darüber hinaus wird eine organische Leuchtdiode mit einer solchen Struktur angegeben.
In der Druckschrift US 2013/0004678 A1 ist ein Verfahren zur Strukturierung transparenter, elektrischer Kontaktschichten für OLEDs beschrieben, bei dem über eine Energiequelle lokal eine Diffusion und damit eine Oxidation oder Reduzierung von Schichten aus transparenten leitfähigen Oxiden herbeigeführt wird.
Der Druckschrift DE 10 2005 002 837 A1 ist ein Herstellungsverfahren für Elektroden zu entnehmen, wobei über ein Laserdruckverfahren ein Material für die Elektroden strukturiert aufgebracht wird.
Aus der Druckschrift US 2013/0068506 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ausgehend von einer strukturierten, leitfähigen Schicht eine Aufbringung von elektrisch funktionalisierten Materialien erfolgt.
Ein Herstellungsverfahren für eine strukturierte Elektrode, bei dem mittels Bestrahlung ein leitfähiges Material stellenweise in ein isolierendes Material umgewandelt wird, ist in der Druckschrift WO 2011/007297 A2 angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, effizient eine elektrisch leitende Struktur herzustellen.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren und durch eine organische Leuchtdiode mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Trägersubstrats. Das Trägersubstrat weist eine Substratoberseite auf. Bei dem Trägersubstrat handelt es sich in der fertig hergestellten, elektrisch leitenden Struktur bevorzugt um die mechanisch tragende und stabilisierende Komponente. Insbesondere ist das Trägersubstrat selbsttragend.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf der Substratoberseite eine Hilfsschicht aufgebracht. Die Hilfsschicht wird dabei durchgehend und flächig aufgebracht. Das heißt, es ist möglich, dass die Hilfsschicht unstrukturiert, homogen und nicht in Teilbereiche unterteilt erzeugt wird.
Erfindungsgemäß weist die Hilfsschicht unmittelbar nach dem Aufbringen eine erste elektrische Leitfähigkeit auf. Insbesondere liegt in der Hilfsschicht durchgehend die erste elektrische Leitfähigkeit vor, im Rahmen von Herstellungstoleranzen. Das heißt, nach dem Aufbringen ist die Hilfsschicht hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften unstrukturiert, insbesondere über die gesamte Substratoberseite hinweg.
Des Weiteren umfasst das Verfahren den Schritt des bereichsweisen Veränderns der ersten elektrischen Leitfähigkeit der Hilfsschicht. Nach diesem Verfahrensschritt weist die Hilfsschicht dann erste Bereiche auf, in denen bevorzugt die erste elektrische Leitfähigkeit unverändert oder im Wesentlichen unverändert vorliegt. Ebenso sind in der Hilfsschicht zweite Bereiche geformt, die eine zweite elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die erste elektrische Leitfähigkeit unterscheidet sich dabei von der zweiten elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise um mindestens einen Faktor 10 oder 10³ oder 10⁵ oder 10⁷. Insbesondere ändert sich die Leitfähigkeit mindestens so stark, dass ein selektives, strukturiertes Abscheiden von Material auf der Hilfsschicht durch ein Galvanisieren möglich ist. Unter elektrischer Leitfähigkeit wird hier und im Folgenden insbesondere die Leitfähigkeit in Richtung senkrecht zu Haupterstreckungsrichtungen der Hilfsschicht verstanden.
Erfindungsgemäß liegen die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche nebeneinander, in Draufsicht auf die Hilfsschicht gesehen. Insbesondere ist die gesamte Hilfsschicht, in Draufsicht gesehen, in die ersten und die zweiten Bereiche unterteilt. Es ist möglich, dass die ersten Bereiche die zweiten Bereiche umschließen oder umgekehrt. Auch können sich die ersten und die zweiten Bereiche gegenseitig durchdringen, in Draufsicht gesehen.
Erfindungsgemäß bleibt eine Dicke der Hilfsschicht beim Verändern der elektrischen Leitfähigkeit unverändert. Dies kann bedeuten, dass beim Verändern der elektrischen Leitfähigkeit kein oder kein signifikanter Materialabtrag aus der Hilfsschicht heraus erfolgt. Auch bleibt bei diesem Schritt die Hilfsschicht bevorzugt als durchgehende und geometrisch unstrukturierte Schicht erhalten.
Erfindungsgemäß wird entweder nur auf den ersten Bereichen oder nur auf den zweiten Bereichen eine Funktionsschicht abgeschieden. Dies schließt nicht unbedingt aus, dass die Funktionsschicht geringfügig beispielsweise von den ersten Bereichen auf die zweiten Bereiche ragt. Eine Form der Funktionsschicht, in Draufsicht gesehen, ist jedoch durch die elektrische Strukturierung der Hilfsschicht in die ersten und zweiten Bereiche vorgegeben.
Die fertig hergestellten elektrisch leitenden Strukturen umfassen sowohl das Trägersubstrat wie auch die Hilfsschicht und außerdem die Funktionsschicht. Insbesondere wird die Hilfsschicht in dem gesamten Herstellungsverfahren nicht entfernt.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge:

A) Bereitstellen eines Trägersubstrats mit einer Substratoberseite,
B) Aufbringen einer durchgehenden Hilfsschicht mit einer ersten elektrischen Leitfähigkeit auf die Substratoberseite,
C) bereichsweises Verändern der ersten elektrischen Leitfähigkeit der Hilfsschicht, sodass die Hilfsschicht erste Bereiche mit der ersten elektrischen Leitfähigkeit und zweite Bereiche mit einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit aufweist, in Draufsicht gesehen, wobei die Hilfsschicht in ihrer Dicke unverändert bleibt,
D) Abscheiden einer Funktionsschicht entweder nur auf den ersten Bereichen oder nur auf den zweiten Bereichen,
E) Abscheiden einer elektrisch isolierenden Abdeckschicht lokal nur auf der im Schritt D) erzeugten Funktionsschicht, und
F) Verändern der gesamten Hilfsschicht, sodass die Hilfsschicht dann durch einen einzigen, zusammenhängenden zweiten Bereich gebildet wird und dieser zweite Bereich elektrisch leitfähig ist und der Schritt F) dem Schritt E) nachfolgt, wobei die fertig hergestellten elektrisch leitenden Strukturen sowohl das Trägersubstrat, die Hilfsschicht als auch die Funktionsschicht umfassen.

Üblicherweise werden Elektroden etwa für organische Leuchtdioden fotolithografisch und mit Hilfe einer Fotomaske strukturiert. Dabei werden in der Regel Fotolacke eingesetzt, die dann nachträglich entfernt werden. Alternativ können Elektroden über Stempeltechniken erzeugt werden.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren kann auf solche Stempeltechniken und auf Fotolacke beim Strukturieren einer Elektrode verzichtet werden. Insbesondere ist es möglich, die Hilfsschicht als selektive Abscheidegrundlage für die elektrische Funktionsschicht zu verwenden, sodass die Funktionsschicht beispielsweise nur auf elektrisch leitfähigen Bereichen der Hilfsschicht erzeugt wird. Dabei kann die Hilfsschicht als gleichförmige Schicht aufgetragen werden und nachträglich hinsichtlich nur ihrer elektrischen Leitfähigkeit strukturiert werden, um die Bereiche zu definieren, in denen die Funktionsschicht anzubringen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren eine organische Leuchtdiode hergestellt. Die elektrisch leitenden Strukturen, die mit dem Verfahren erzeugt werden, sind dabei insbesondere ein Teil zumindest einer Elektrode der organischen Leuchtdiode, beispielsweise einer Anode. Zum Beispiel handelt es sich bei der Funktionsschicht um Stromverteilungsstrukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Funktionsschicht eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere eine elektrisch leitende Metallschicht. Das heißt, die Funktionsschicht ist dann aus zumindest einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet. Insbesondere besteht die Funktionsschicht nur aus Metallen oder Metalllegierungen. Es ist möglich, dass die Funktionsschicht aus einem einzigen Material gebildet ist, das sich homogen über die gesamte Funktionsschicht erstreckt. Bevorzugt jedoch weist die Funktionsschicht mehrere Teilschichten, speziell metallische Teilschichten, auf. Die Funktionsschicht wird bevorzugt über die gesamte Hilfsschicht hinweg mit einer gleichen Materialzusammensetzung aufgebracht, sodass beispielsweise über jeder Stelle der Hilfsschicht der gleiche Stapel an Teilschichten der Funktionsschicht vorliegt. Die Funktionsschicht und die Hilfsschicht sind insbesondere aus unterschiedlichen Materialien gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Abscheiden der Funktionsschicht im Schritt D) über das Anlegen eines elektrischen Feldes an der Hilfsschicht und/oder über ein Bestromen der Hilfsschicht. Es kann die Funktionsschicht galvanisch abgeschieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hilfsschicht im sichtbaren Spektralbereich lichtdurchlässig. Bevorzugt handelt es sich bei der Hilfsschicht um eine klarsichtige Schicht, in der keine oder keine signifikante Lichtstreuung stattfindet. Als sichtbarer Spektralbereich wird insbesondere der Bereich zwischen einschließlich 420 nm und 760 nm verstanden. Lichtdurchlässig kann bedeuten, dass die Absorption der Hilfsschicht in diesem Spektralbereich 40% oder 20% oder 10% nicht überschreitet. Ein Transmissionsgrad der Hilfsschicht im sichtbaren Spektralbereich liegt dann bevorzugt je bei mindestens 50% oder 70% oder 80%. Die Funktionsschicht ist dagegen bevorzugt lichtundurchlässig.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt E). Der Schritt E) erfolgt nach dem Schritt D). In dem Verfahrensschritt E) wird auf einer der Hilfsschicht abgewandten Seite der Funktionsschicht und/oder auf einer dem Trägersubstrat abgewandten Seite der Hilfsschicht eine Abdeckschicht erzeugt. Bei der Abdeckschicht handelt es sich um eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere um eine anorganische Schicht, etwa aus einem Oxid oder einem Nitrid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Abdeckschicht strukturiert erzeugt. Beispielsweise werden Bereiche, in denen die Abdeckschicht erzeugt wird, durch eine Bestromung und/oder durch das Anlegen einer Spannung an der Hilfsschicht bestimmt und gesteuert. So kann die Abdeckschicht selektiv und lokal nur auf der Funktionsschicht erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Abdeckschicht ganzflächig auf der Funktionsschicht und der Hilfsschicht aufgebracht. Hierbei ist es möglich, dass nach dem Aufbringen der Abdeckschicht ein Material der Abdeckschicht nachträglich wieder zum Teil entfernt wird, sodass die Abdeckschicht strukturiert wird.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt F). In dem Schritt F) wird die gesamte Hilfsschicht hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit verändert.
Erfindungsgemäß folgt der Schritt F) dem Schritt E) nach.
Erfindungsgemäß wird im Schritt F) die Hilfsschicht elektrisch leitfähig geschaltet. Damit ist Hilfsschicht nach dem Schritt F) durch einen einzigen, zusammenhängenden zweiten Bereich gebildet und dieser zweite Bereich ist elektrisch leitfähig. Elektrisch leitfähig kann bedeuten, dass eine Leitfähigkeit des zweiten Bereichs dann mindestens 1 μS/m oder 1 mS/m oder 1 S/m oder 10² S/m beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verändern der elektrischen Leitfähigkeit der Hilfsschicht in Schritt C) und auch in Schritt F) dauerhaft. Dauerhaft bedeutet, dass die in den Schritten C) und/oder F) eingestellte elektrische Leitfähigkeit sich im bestimmungsgemäßen Gebrauch der elektrisch leitenden Struktur nicht oder nicht signifikant ändert. Nicht signifikant ändern kann bedeuten, dass die elektrische Leitfähigkeit mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 1,2 oder 1,5 oder 2 konstant bleibt, insbesondere über die vorgesehene Lebensdauer des Bauteils hinweg.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Hilfsschicht auf einer lichtdurchlässigen Stromleitschicht aufgebracht, insbesondere unmittelbar aufgebracht. Bei der Stromleitschicht handelt es sich beispielsweise um eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Oxid wie Indium-Zinn-Oxid oder Zinkoxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Stromleitschicht direkt auf der Trägeroberseite. Die Hilfsschicht folgt der Stromleitschicht bevorzugt unmittelbar nach. Alternativ oder zusätzlich ist die Funktionsschicht unmittelbar und in direktem Kontakt auf der Hilfsschicht aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Stromleitschicht aus einem Metalloxid hergestellt, das Indium, Zinn und/oder Zink umfasst. In der Stromleitschicht können Dotierungen, beispielsweise durch Aluminium, vorhanden sein. Die Dicke der Stromleitschicht liegt bevorzugt bei mindestens 10 nm oder 25 nm oder 50 nm oder 100 nm und/oder bei höchstens 1 μm oder 500 nm oder 250 nm oder 150 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Hilfsschicht direkt auf der Trägeroberseite abgeschieden. Ferner befindet sich dann die Funktionsschicht unmittelbar auf der Hilfsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Trägersubstrat lichtdurchlässig und/oder elektrisch isolierend. Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägersubstrat um eine Glasplatte, eine Glasfolie, eine Kunststoffplatte oder eine Kunststofffolie. Ebenso können keramische Materialien für das Trägersubstrat herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Strukturierung der Hilfsschicht in Verfahrensschritt C) unter Zuhilfenahme elektromagnetischer Strahlung oder ausschließlich mittels elektromagnetischer Strahlung. Bei der Strahlung handelt es sich bevorzugt um ultraviolette Strahlung, beispielsweise mit einer Wellenlänge maximaler Intensität im Bereich zwischen 270 nm und 400 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Strukturierung der Hilfsschicht in Schritt C) durch ein Erwärmen oder durch ein Dotieren, beispielsweise über Ionenimplantation. Das Erhitzen der Hilfsschicht ist beispielsweise durch elektrische Heizstrukturen, durch eine erhitzte, strukturierte Heizform oder auch durch Infrarotstrahlung möglich. Mehrere Strukturierungsarten, also thermisch, radiativ oder implantativ, können miteinander kombiniert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Strukturierung der Hilfsschicht in Verfahrensschritt C) unter Zuhilfenahme einer Schattenmaske. Insbesondere ist die Schattenmaske undurchlässig für die verwendete elektromagnetische Strahlung, also insbesondere undurchlässig für ultraviolette Strahlung. Die Schattenmaske schattet dabei bevorzugt nur die ersten Bereiche oder nur die zweiten Bereiche ab. Dies schließt nicht aus, dass es sich bei der Schattenmaske um eine einstückige Maske handeln kann und dass großflächige Bereiche der Maske über schmale Stege miteinander verbunden sind, wobei diese Stege zu keiner oder keiner signifikanten Abschattung führen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform berührt die Schattenmaske in Schritt C) die Hilfsschicht nicht. Das heißt, die Schattenmaske wird beabstandet zur Hilfsschicht angebracht. In diesem Fall erfolgt insbesondere das Bestrahlen der Hilfsschicht von einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite her. Erfolgt die Bestrahlung durch das Trägersubstrat hindurch, so kann die Schattenmaske auf dem Trägersubstrat aufliegen, auf dem Trägersubstrat angebracht sein oder auch von dem Trägersubstrat beabstandet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Funktionsschicht als eine oder als mehrere Stromschienen hergestellt, auch als bus bars bezeichnet. Diese Bereiche der Funktionsschicht sind dann, in Draufsicht gesehen, ähnlich zu Leiterbahnen geformt und können, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen, ein hexagonales oder rechteckiges, regelmäßiges Muster ausbilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Funktionsschicht wenigstens zum Teil als elektrische Kontaktfläche hergestellt. Beispielsweise dient die Funktionsschicht oder die entsprechenden Bereiche der Funktionsschicht dann zu einer externen elektrischen Kontaktierung der fertig hergestellten elektrisch leitfähigen Strukturen. Beispielsweise ist über elektrisch leitfähiges Kleben oder über Löten auf der elektrischen Kontaktfläche dann eine elektrische Verbindung zu einer externen Stromversorgung herstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Dicke der fertig hergestellten Funktionsschicht, insbesondere also die Dicke der Stromschiene oder der Kontaktfläche, bei mindestens 0,1 μm oder 0,3 μm oder 0,5 μm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Funktionsschicht bei höchstens 25 μm oder 10 μm oder 2 μ oder 1 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die gesamte Hilfsschicht unmittelbar nach dem Schritt B) elektrisch isolierend. Die erste elektrische Leitfähigkeit, in Richtung senkrecht zur Hilfsschicht, liegt dann bevorzugt bei höchstens 1 μS/m oder 1 mS/m oder 0,1 S/m oder 10 S/m.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Hilfsschicht eine Dicke von mindestens 10 nm oder 30 nm oder 60 nm oder 90 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Hilfsschicht bei höchstens 3 μm oder 1 μm oder 0,5 μm oder 0,2 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hilfsschicht aus einem Metalloxid, einer Mischung mehrerer Metalloxide oder einer Metalloxid-Keramik hergestellt. Insbesondere ist die Hilfsschicht aus dem Material 12CaO·7Al₂O₃ hergestellt. Dieses Material und eine Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit dieses Materials insbesondere durch ultraviolette Strahlung ist in der Druckschrift Hayashi et al. in Nature 419, Seiten 462 bis 465, Oktober 2002, beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift hinsichtlich des genannten Materials und der Bearbeitung dieses Materials wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Darüber hinaus wird eine organische Leuchtdiode angegeben. Die organische Leuchtdiode umfasst eine elektrisch leitfähige Struktur, wie mit einem Verfahren in Verbindung mit einer oder mehreren der oben genannten Ausführungsformen hergestellt. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für die organische Leuchtdiode offenbart und umgekehrt.
Bei der erfindungsgemäßen organischen Leuchtdiode, kurz OLED, ist die elektrisch leitfähige Struktur mit der Hilfsschicht, die sich auf dem Trägersubstrat befindet, ein Teil einer Anode oder einer Kathode der Leuchtdiode, bevorzugt ein Teil der Anode. Die Anode ist insbesondere gebildet durch die Hilfsschicht zusammen mit der Stromleitschicht und der Funktionsschicht.
Bei der erfindungsgemäßen organischen Leuchtdiode befindet sich auf der Hilfsschicht und/oder auf der Funktionsschicht eine organische Schichtenfolge. Die organische Schichtenfolge ist zur Erzeugung von Licht, beispielsweise von farbigem Licht wie blauem Licht, grünem Licht oder rotem Licht oder auch zur Erzeugung von mischfarbigem Licht, insbesondere von weißem Licht, eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich auf einer dem Trägersubstrat abgewandten Seite der organischen Schichtenfolge eine weitere Elektrode der Leuchtdiode. Bei der weiteren Elektrode handelt es sich bevorzugt um eine Kathode, die reflektierend und lichtundurchlässig sein kann. Alternativ kann die weitere Elektrode auch lichtdurchlässig sein, insbesondere um eine beidseitig emittierende organische Leuchtdiode zu erhalten.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und 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 7 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen einer hier beschriebenen organischen Leuchtdiode,
8 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen organischen Leuchtdiode, und
9 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen organischen Leuchtdiode.
In den 1 bis 7 sind schematisch Verfahrensschritte zur Herstellung einer organischen Leuchtdiode 1 gezeigt. In 8 ist schematisch die fertige organische Leuchtdiode 1 zu sehen.
Gemäß 1 wird ein Trägersubstrat 2 mit einer Trägeroberseite 20 bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägersubstrat 2 um eine Glasplatte, eine Glasfolie oder eine Kunststofffolie. Das Trägersubstrat 2 kann mechanisch starr oder auch mechanisch flexibel gestaltet sein, ist bevorzugt jedoch mechanisch selbsttragend. In der fertig hergestellten organischen Leuchtdiode 1 stellt das Trägersubstrat 2 bevorzugt die mechanisch tragende Komponente dar.
Im Verfahrensschritt, wie in 2 zu sehen, wird auf der Trägeroberseite 20 eine Stromleitschicht 5 aufgebracht. Beispielsweise handelt es sich bei der Stromleitschicht 5 um eine lichtdurchlässige Schicht, insbesondere aus Indium-Zinn-Oxid, kurz ITO. Eine Dicke der Stromleitschicht 5 liegt beispielsweise bei zirka 140 nm.
Gemäß 3 wird auf die Stromleitschicht 5 eine Hilfsschicht 3 aufgebracht. Die Hilfsschicht 3 wird flächig und unstrukturiert aufgebracht. Damit erstreckt sich die Hilfsschicht 3 in konstanter Dicke und mit gleichbleibender Zusammensetzung, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, über die gesamte Stromleitschicht 5 und über die gesamte Trägeroberseite 20. Alternativ ist es möglich, dass in einem Randbereich des Trägersubstrats 2 die Stromleitschicht 5 und/oder die Hilfsschicht 3 nicht vorhanden sind. Ein solcher Randbereich resultiert zum Beispiel aus der Herstellung. Bevorzugt ist ein solcher Randbereich in der fertigen Leuchtdiode 1 dann nicht mehr vorhanden.
Abweichend von der Darstellung gemäß 3 ist es auch möglich, dass auf die Stromleitschicht 5 verzichtet wird. In diesem Fall befindet sich die Hilfsschicht 3 unmittelbar auf der Trägeroberseite 20. Dies ist speziell dann vorteilhaft, wenn die elektrische Querleitfähigkeit der fertig bearbeiteten Hilfsschicht 3 für eine laterale Stromaufweitung ausreichend hoch ist.
Beispielsweise handelt es sich bei der Hilfsschicht 3 um eine Schicht aus 12CaO·7Al₂O₃, beispielsweise mit einer Dicke von ungefähr 200 nm. Die Hilfsschicht 3 ist zuerst elektrisch isolierend. Somit wird durch die Hilfsschicht 3 gemäß 3 ein einziger, elektrisch isolierender Bereich 31 gebildet.
Im Verfahrensschritt gemäß der 4 wird eine Schattenmaske 6 über der Hilfsschicht 3 angeordnet. Anschließend erfolgt eine Bestrahlung durch ultraviolette Strahlung R. Die Strahlung R gelangt nicht durch die Schattenmaske 6 hindurch. In bestrahlten zweiten Bereichen 32 wird durch die Strahlung R die Hilfsschicht 3 elektrisch leitend. In dem abgeschatteten ersten Bereich 31 bleibt die Hilfsschicht 3 elektrisch isolierend.
Somit wird im Schritt gemäß 4 die Hilfsschicht 3 in Bereiche 31, 32 unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften strukturiert. Dabei erfolgt keine geometrische Strukturierung der Hilfsschicht 3, das heißt, aus der Hilfsschicht 3 wird keine oder keine signifikante Menge des Materials, aus dem die Hilfsschicht 3 gefertigt ist, abgetragen. Insbesondere bleibt die Dicke D der Hilfsschicht 3 konstant und auch die dem Trägersubstrat 2 abgewandte Seite der Hilfsschicht 3 bleibt eben, unstrukturiert und zusammenhängend.
Nachfolgend wird, siehe 5, eine Funktionsschicht 4 lokal über den zweiten Bereichen 32 abgeschieden. Das Erzeugen der Funktionsschicht 4 erfolgt dabei über Galvanisierung. Eine Dicke der Funktionsschicht 4 über den zweiten Bereichen 32 liegt beispielsweise bei ungefähr 0,5 μm. Insbesondere ist die Funktionsschicht 4 aus Kupfer oder aus Aluminium hergestellt.
Zum Erzeugen der Funktionsschicht 4 wird bevorzugt eine elektrische Spannung an die Stromleitschicht 5 angelegt. Ist nur die Hilfsschicht 3 vorhanden, so kann ein Anlegen einer Spannung an die Hilfsschicht 3 an mehreren Stellen geschehen. Ferner ist es in diesem Fall auch denkbar, dass die Hilfsschicht 3 eine relativ große Dicke aufweist und durch die Bestrahlung im Schritt der 4 die Hilfsschicht 3 nicht in ihrer gesamten Dicke hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit verändert wird. Insbesondere wird dann anstelle einer Bestrahlung mit ultraviolettem Licht eine Ionenimplantation herangezogen, bei der eine Ionenimplantationstiefe definiert einstellbar ist.
Abweichend von der Darstellung in 5 kann die Funktionsschicht 4 auch mehrere Teilschichten umfassen, zum Beispiel einen Stapel aus mehreren Metallschichten. Bevorzugt umfasst die Funktionsschicht 4 dann Ag, Al, Cr und/oder Cu. Insbesondere liegt eine Schichtenfolge von Cr-Al-Cr vor.
Einzelne Bereiche der Funktionsschicht 4 können unterschiedlich funktionalisiert sein. So sind bevorzugt, in Draufsicht gesehen, leiterbahnähnliche Stromschienen 44 vorhanden, die in Richtung parallel zur Trägeroberseite 20 bevorzugt nur eine geringe Breite aufweisen, beispielsweise von höchstens 1 mm oder 0,5 mm oder 0,2 mm. In Draufsicht auf die Trägeroberseite 20 gesehen kann durch die Stromschienen 44, auch als bus bars bezeichnet, ein hexagonales Muster gegeben sein.
Optional ist es möglich, dass die Funktionsschicht eine oder mehrere elektrische Kontaktflächen 42 aufweist. Im Vergleich zu den Stromschienen 44 weisen die optional vorhandenen elektrischen Kontaktflächen 42 größere Abmessungen auf, in Richtung parallel zur Trägeroberseite 20, oder auch abweichende Dicken. Durch die Stromschienen 44 ist eine Stromverteilung in Richtung parallel zu der Trägeroberseite 20 möglich, wodurch die Dicke der Stromleitschicht 5 und/oder der Hilfsschicht 3 reduzierbar ist. Über die elektrische Kontaktfläche 42 ist es möglich, die fertige organische Leuchtdiode 1 extern elektrisch zu kontaktieren, beispielsweise mittels Lötens.
In 6 wird, in Draufsicht gesehen, die gesamte Trägeroberseite 20 mit ultravioletter Strahlung R bestrahlt, ohne dass eine Schattenmaske vorhanden ist. Hierdurch wird der erste Bereich 31, der zwischen den mit der Funktionsschicht 4 versehenen Gebieten liegt, ebenfalls bestrahlt. Dadurch kann die gesamte Hilfsschicht 3 elektrisch leitfähig werden. Somit ist es möglich, die Hilfsschicht 3 zusammen mit der optionalen Stromleitschicht 5 und der Funktionsschicht 4 als Elektrode in der Leuchtdiode 1 zu verwenden. Anders als gezeigt kann dieses Bestrahlen auch durch das Trägersubstrat 2 hindurch erfolgen.
Im Verfahrensschritt, wie in 7 illustriert, wird eine Abdeckschicht 7 aufgebracht. Die Abdeckschicht 7 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid gebildet und ist elektrisch isolierend. Eine Dicke der Abdeckschicht 7 liegt dann zum Beispiel bei zirka 100 nm. Alternativ ist die Abdeckschicht 7 aus einem organischen Material, zum Beispiel einem Lack, hergestellt.
Gemäß 7 bedeckt die Abdeckschicht 7 die Stromschienen 44 vollständig und die elektrische Kontaktfläche 42 ist frei oder zum Teil frei von der Abdeckschicht 7. Anders als dargestellt ist es möglich, dass die Abdeckschicht 7 ganzflächig aufgebracht und nachträglich strukturiert wird. Ebenso kann die Abdeckschicht gezielt nur an bestimmten Stellen aufgebracht werden, zum Beispiel durch ein Aufdrucken. Abweichend von der Darstellung in 7 kann die Funktionsschicht 4 ringsum und vollständig von einem Material der Abdeckschicht 7 bedeckt werden.
Die Reihenfolge der Verfahrensschritte, wie in den 6 und 7 illustriert, kann auch umgekehrt werden. Dann ist es möglich, die Abdeckschicht 7 auch über das Anlegen einer Spannung oder eines Stroms an der Hilfsschicht 3 strukturiert und gezielt abzuscheiden.
Die fertig hergestellte organische Leuchtdiode 1 ist in 8 gezeigt. Dabei ist über der Hilfsschicht 3 und der Abdeckschicht 7 sowie der Funktionsschicht 4 eine organische Schichtenfolge 8 zur Erzeugung von Licht angebracht. Gemäß 8 erstreckt sich die organische Schichtenfolge 8 nicht durchgehend über die Hilfsschicht 3 hinweg, sondern ist an Kanten der Abdeckschicht 7 jeweils abgerissen. Abweichend von der Darstellung kann es sich bei der organischen Schichtenfolge 8 auch um eine durchgehende Schicht handeln.
Über der organischen Schichtenfolge 8 befindet sich eine Kathode K, beispielsweise aus einem reflektierenden Metall wie Aluminium oder Silber. Eine Anode A der Leuchtdiode 1 ist durch die Funktionsschicht 4, die Hilfsschicht 3 und die Stromleitschicht 5 gebildet.
Über der Kathode K befindet sich eine Verkapselung 9. Es ist möglich, dass die Verkapselung 9 die elektrische Kontaktfläche 42 mindestens teilweise freilässt.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird also eine Schicht genutzt, die anfangs elektrisch isolierend oder elektrisch leitfähig ist und bei der die elektrische Leitfähigkeit bevorzugt dauerhaft umschaltbar ist. Die Hilfsschicht wird demnach hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften strukturiert, nicht aber geometrisch. Dadurch ist es möglich, durch ein Anlegen eines elektrischen Potenzials an der Hilfsschicht einen potenzialabhängigen Abscheidungsprozess für die Funktionsschicht einzusetzen, sodass eine elektrische Struktur verdickt abgebildet wird.
Dieses Verfahren ist ohne anschließende Entfernung des Struktur gebenden Materials, also hier der Hilfsschicht, möglich. Damit sind Ausbeuteeinbußen und Rückstände durch ein Entfernen eines Struktur gebenden Materials vermeidbar, auch können Fotolacke zur Strukturgebung eingespart werden. Die Verwendung von Metalloxiden oder Metalloxid-Keramiken für die Hilfsschicht ermöglichen zudem, dass die Hilfsschicht lichtdurchlässig ist und über Vakuumabscheidungsprozesse erzeugbar ist. Außerdem handelt es sich bei der Hilfsschicht bevorzugt um eine anorganische Schicht, die einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, um thermische Spannungen zu reduzieren.
In 9 ist eine schematische Draufsicht auf eine organische Leuchtdiode 1 gezeigt. Die Stromschienen 44 der Funktionsschicht 4 sind als dünne, hexagonale Wabenstruktur geformt. Die elektrischen Kontaktflächen 42 befinden sich an zwei gegenüberliegenden Rändern des Substrats 1 und sind großflächig gestaltet. Ebenso ist die Kathode K an die Ränder des Substrats 2 geführt und, in Richtung hin zu der organischen Schichtenfolge 8, kammartig ausgeführt. Entsprechende Formen der Stromschienen 44 und der elektrischen Kontaktflächen 42 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.
Bezugszeichenliste

1: organische Leuchtdiode (OLED)
2: Trägersubstrat
20: Substratoberseite
3: Hilfsschicht
31: erste Bereiche der Hilfsschicht
32: zweite Bereiche der Hilfsschicht
4: Funktionsschicht
42: elektrische Kontaktfläche
44: Stromschiene
5: Stromleitschicht
6: Schattenmaske
7: Abdeckschicht
8: organische Schichtenfolge
9: Verkapselung
A: Anode
D: Dicke der Hilfsschicht
K: Kathode
R: Strahlung

Claims

Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Trägersubstrats (2) mit einer Substratoberseite (20) B) Aufbringen einer durchgehenden Hilfsschicht (3) mit einer ersten elektrischen Leitfähigkeit auf die Substratoberseite (20), C) Bereichsweises Verändern der ersten elektrischen Leitfähigkeit der Hilfsschicht (3), sodass die Hilfsschicht (3) erste Bereiche (31) mit der ersten elektrischen Leitfähigkeit und zweite Bereich (32) mit einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit aufweist, in Draufsicht gesehen, wobei die Hilfsschicht (3) in ihrer Dicke (D) unverändert bleibt, D) Abscheiden einer Funktionsschicht (4) entweder nur auf den ersten Bereichen (31) oder nur auf den zweiten Bereichen (32), E) Abscheiden einer elektrisch isolierenden Abdeckschicht (7) lokal nur auf der im Schritt D) erzeugten Funktionsschicht (4), und F) Verändern der gesamten Hilfsschicht (3), sodass die Hilfsschicht (3) dann durch einen einzigen, zusammenhängenden zweiten Bereich (32) gebildet wird und dieser zweite Bereich (32) elektrisch leitfähig ist und der Schritt F) dem Schritt E) nachfolgt, wobei die fertig hergestellten elektrisch leitenden Strukturen sowohl das Trägersubstrat (2) als auch die Hilfsschicht (3) und die Funktionsschicht (4) umfassen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei – mit dem Verfahren eine organische Leuchtdiode (1) hergestellt wird, – die Funktionsschicht (4) eine elektrisch leitende Metallschicht ist, – das Abscheiden im Schritt D) ein Galvanisieren ist, und – die Hilfsschicht (3) im sichtbaren Spektralbereich lichtdurchlässig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verändern der elektrischen Leitfähigkeit im Schritt F) dauerhaft ist, sodass sich die im Schritt F) eingestellte elektrische Leitfähigkeit im bestimmungsgemäßen Gebrauch der elektrisch leitenden Strukturen nicht ändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hilfsschicht (3) auf einer lichtdurchlässigen Stromleitschicht (5) aufgebracht wird, wobei sich die Stromleitschicht (5) direkt auf der Trägeroberseite (20) befindet und die Hilfsschicht (3) direkt auf die Stromleitschicht (5) aufgebracht wird und die Funktionsschicht (4) direkt auf die Hilfsschicht (3) aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Stromleitschicht (5) aus einem Metalloxid mit In, Sn und/oder Zn hergestellt wird mit einer Dicke zwischen einschließlich 25 nm und 500 nm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hilfsschicht (3) direkt auf die Trägeroberseite (20) aufgebracht wird und die Funktionsschicht (4) direkt auf die Hilfsschicht (3) aufgebracht wird, wobei das Trägersubstrat (2) lichtdurchlässig, elektrisch isolierend und mechanisch selbsttragend ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturierung der Hilfsschicht (3) im Schritt C) nur mittels elektromagnetischer Strahlung (R) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturierung der Hilfsschicht (3) im Schritt C) mittels einer Schattenmaske (6) erfolgt, wobei die Schattenmaske dabei nur die ersten (31) oder nur die zweiten Bereiche (32) abschattet, und wobei die Schattenmaske (6) im Schritt C) weder die Hilfsschicht (3) noch das Trägersubstrat (2) berührt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Funktionsschicht (4) als zumindest eine Stromschiene (44) und/oder als zumindest eine elektrische Kontaktfläche (42) hergestellt wird, wobei die Dicke der fertigen Funktionsschicht (4) zwischen einschließlich 0,3 μm und 10 μm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hilfsschicht (3) unmittelbar nach dem Schritt B) elektrisch isolierend ist und die erste elektrische Leitfähigkeit höchstens 1 mS/m beträgt, wobei die Hilfsschicht (3) aus einem Metalloxid und/oder einer Metalloxid-Keramik ist mit einer Dicke zwischen einschließlich 0,03 μm und 0,5 μm.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Hilfsschicht (3) aus 12CaO·7Al₂O₃ ist.
Organische Leuchtdiode (1), die mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist, wobei – die auf dem Trägersubstrat (2) angebrachte Hilfsschicht (3) zumindest ein Teil einer Anode (A) der Leuchtdiode ist, – auf der Hilfsschicht (3) und auf der Funktionsschicht (4) eine organische Schichtenfolge (8) zur Erzeugung von Licht aufgebracht ist, und – sich an einer dem Trägersubstrat (2) abgewandten Seite der organischen Schichtenfolge (8) eine Kathode (K) der Leuchtdiode (1) befindet.