DE10328075B9 - Vorrichtung und Verfahren zur in-situ-Messung von auf Trägern aufgedruckten Polymermengen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und das zugehörige Verfahren zur in-situ-Tropfengrößenmessung von aufgedruckten Polymermengen bei der Herstellung organischer LED-Displays gemäß den Ansprüchen 1 und 11.
- Die vorliegende Patentanmeldung ist ein Zusatz zum Hauptpatent (101 63 463.3).
- In der Optoelektronik gewinnt die organische Leuchtdiode (kurz OLED für Organic Light Emitting Diode) immer mehr an Bedeutung.
- Bei den OLEDs existieren zwei grundlegende Technologien. Zum einen werden OLEDs auf der Basis von Monomeren hergestellt, zum anderen gibt es OLEDs auf der Basis von Polymeren.
- Da die Elektrolumineszenz in den Polymerschichten der OLEDs wegen der stark nicht-linearen Abhängigkeit der Stromdichte von der Schichtdicke des Polymers stark nicht-linear von dieser Schichtdicke abhängt, ist es für den OLED-Herstellungsprozeß essentiell, eine über die OLED-Fläche weitestgehend konstante Schichtdicke des Polymers sicherzustellen. Nur so können Helligkeit und Farbeindruck der OLEDs den Zielvorgaben entsprechend eingestellt werden. Eine punktuelle Nicht-Bedeckung des Substrats mit Polymer führt sogar zu einem Kurzschluß zwischen Kathode und Anode, wodurch das gesamte zugehörige OLED-Display funktionsuntauglich wird.
- Die Einstellung einer exakten Schichtdicke des Polymers auf dem Substrat ist zwar mit flächigen Beschichtungsverfahren wie dem Drehschleuderverfahren möglich. Wegen der Notwendigkeit der nachträglichen Strukturierung und des damit verbundenen hohen Aufwands wird dieses Verfahren für die Herstellung von OLEDs aber nicht bevorzugt.
- Um Strukturierungen des Polymers auf dem Substrat zu erhalten, ist es daher von Vorteil, mit Hilfe eines Druckverfahrens eine Polymerlösung bereits strukturiert auf das Substrat aufzudrucken.
- Ausschlaggebend für das Druckergebnis bei den verwendeten Verfahren wie Tintenstrahldruck oder Siebdruck ist dabei, die zu druckende Polymermenge mit hoher Genauigkeit zu dosieren.
- Bisher ist die Anpassung der Dosierung nur über eine nachträgliche Kontrolle des Druckergebnisses möglich, was bei fehlerhaftem Druckprozeß einen hohen Ausschuß an OLEDs bedeutet. Wird außerdem aufgrund einer nachträglichen Kontrolle versucht, mit einem zweiten Druckvorgang das ursprüngliche Ergebnis einer zu geringen Beschichtungsdicke zu verbessern, entsteht zwischen der herkömmlicherweise bereits angetrockneten ersten Schicht und der frischen zweiten Schicht eine zusätzliche Grenzfläche, welche die elektrischen und optischen Eigenschaften der Leuchtdioden negativ beeinflussen kann. Ein zweiter Druckvorgang bedeutet außerdem einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand.
- Eine nicht-destruktive Methode zur Überwachung des Polymerisationsgrads eines Polymers ist in der Druckschrift
US 4,651,011 beschrieben. - In der Druckschrift
US 3,653,767 ist eine Methode zur Bestimmung der Größenverteilung von Partikeln in fluiden Medien angegeben. - Im Hauptpatent (101 63 463.3) sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur in-situ-Messung von auf Trägern aufgedruckten Polymermengen offenbart. Dabei sendet eine Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung auf einen Tropfen Polymerlösung oder -dispersion, der auf einen Träger gedruckt wird. Ein Detektor mißt die transmittierte oder re-emittierte Strahlung. Geregelt von einer Vergleichseinrichtung und einer Steuereinheit werden an einer Druckeinrichtung in situ gegebenenfalls die Druckparameter korrigiert. Dadurch lassen sich bei organischen Leuchtdioden Schichtdicke und damit Helligkeit und Farbeindruck gezielt einstellen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird die vom Polymer abgestrahlte elektromagnetische Strahlung unter Ausnutzung der Strahlungsabsorption im sichtbaren oder nahen ultravioletten Spektralbereich gemessen.
- Bei der Nutzung des Absorptionsvermögens können grundsätzlich zwei Meßmoden angewandt werden:
Die Strahlungsabsorption der aufgedruckten Tropfen läßt sich zum einen dadurch bestimmen, daß der Detektor in den Strahlengang hinter den Tropfen eingebracht wird. Dort wird die transmittierte Strahlungsmenge aufgenommen. Je größer die Polymermenge des Tropfens ist, desto stärker wird Strahlung absorbiert. - Andererseits kann im Reflexionsmodus gemessen werden, wobei Strahlungsquelle und Detektor auf der gleichen Seite des Substrats im entsprechenden Reflexionswinkel zueinander angeordnet sind. Mit größerer Polymermenge im Tropfen ist die Absorption stärker und die Reflexion dementsprechend geringer.
- Beide Verfahren der Absorptionsmessung, Transmissions- und Reflexionsmessung, können auch in Ergänzung zueinander durchgeführt werden. Dadurch können vorteilhafterweise Meßfehler schneller erkannt und korrigiert werden.
- In einer weiteren besonders bevorzugten Variante wird die vom Polymer ausgesandte Strahlung unter Ausnutzung der Fluoreszenzeigenschaften des Polymermaterials gemessen. Polymere, die für die aktive Schicht in organischen Leuchtdioden eingesetzt werden, besitzen gerade die Eigenschaft des Fluoreszenzvermögens, so daß es sinnvoll ist, sich genau diese Eigenschaft zunutze zu machen, um die Größe der gedruckten Tropfen und somit die Dicke der aktiven Schichten zu bestimmen.
- Eine vom Polymer re-emittierte Strahlung wird hierbei von einem Detektor aufgenommen, der sich in einem beliebigen Winkel zur Linie Strahlungsquelle – Tropfen befindet.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, den Druckvorgang und damit das Druckergebnis gegenüber dem Hauptpatent (101 63 463.3) verbessert in situ zu regeln, d. h. die Polymerschichtqualität direkt während des Druckvorgangs zu untersuchen und gegebenenfalls zu verändern bzw. zu korrigieren. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Hauptpatent verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem in situ der Druckvorgang und damit das Druckergebnis geregelt werden kann, d. h. die Polymerschichtqualität direkt während des Druckvorgangs untersucht und gegebenenfalls verändert bzw. korrigiert werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10 und 12 bis 20.
- Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur optischen Messung einer von einer Druckeinrichtung
1 ,11 auf einen Träger4 aufgebrachten Polymermenge unter Ausnutzung einer optischen Eigenschaft des Polymers vorgesehen, bei deren Betrieb eine Strahlungsquelle2 und ein Strahlungsdetektor3 so zueinander angeordnet sind, daß die Strahlungsquelle einen Tropfen9 ,10 Polymerlösung oder -dispersion bestrahlt und der Detektor eine von dem Tropfen re-emittierte Strahlung und/oder eine durch den Tropfen transmittierte Strahlung aufnimmt, wobei der Meßvorgang während des Druckvorgangs zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem der Tropfen erneut bedruckbar ist, ohne daß zwischen dem Tropfen und der nachgedruckten Polymermenge eine Grenzfläche verbleibt. Als optische Eigenschaft des Polymers wird dabei die optische Aktivität genutzt, also die Fähigkeit des Polymers, die Schwingungsebene von linear polarisiertem Licht zu drehen. - Geeignete Verfahren zur Messung der Polarisationsänderung der Strahlung stellen Polarimetrie und Ellipsometrie dar. Wie bei der Absorptionsspektroskopie gemäß Hauptpatent (101 63 463.3) kann im Reflexionsmodus, wobei Strahlungsquelle und Detektor auf der gleichen Seite des Substrats im entsprechenden Reflexionswinkel zueinander angeordnet sind, oder im Transmissionsmodus gemessen werden, wobei der Detektor in den Strahlengang hinter den Tropfen eingebracht wird.
- Die Polymermenge, die von der Strahlung durchlaufen wird, beeinflußt die Änderung der Polarisation der Strahlung. Absolutbeträge und Phasenbeziehungen der elektromagnetischen Strahlung können sich bei Durchlaufen des Polymers ändern. Bei beiden Varianten dieses Verfahrens muß die Strahlungsquelle polarisiertes Licht aussenden und der Detektor die Änderung der Polarisation bestimmen können.
- Es kann linear, zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht von der Strahlungsquelle ausgestrahlt werden.
- Eine vom Polymer reflektierte bzw. durch das Polymer transmittierte Strahlung wird hierbei von einem Detektor aufgenommen, der sich in einem entsprechenden Winkel zur Linie Strahlungsquelle – Tropfen befindet.
- Vom Detektor wird der aufgenommene Ist-Wert der Strahlungseigenschaften in einer Kontrolleinrichtung mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen.
- Weicht der Ist-Wert vom Soll-Wert ab, werden sofort von einer dem Detektor nachgeschaltenen Kontrolleinrichtung Parameter des Druckvorgangs wie Tropfengröße und Tropfendruckfrequenz korrigiert.
- Da optische Meßmethoden mit Meßzeiten von Mikrosekunden und weniger arbeiten, ein typischer Druckvorgang einzelner Displaybereiche aber im Bereich von Millisekunden liegt, werden Abweichungen vom gewünschten Druckergebnis registriert, noch bevor sich der Druckkopf von der fehlerhaft bedruckten Stelle wegbewegt hat. Somit kann das Druckergebnis durch nochmaliges Bedrucken korrigiert werden, ohne daß sich zwischen der ersten und zweiten Druckschicht eine Grenzschicht ausbildet.
- Außer der Reparatur einer schon gedruckten Stelle ist es aber vor allem auch möglich, die Druckparameter für den weiteren Druckverlauf zu korrigieren.
- In einer bevorzugten Variante wird die gedruckte Schicht zeitlich unmittelbar nach dem Auftreffen eines Tropfens vermessen und der Druckvorgang für den sich anschließenden Druckabschnitt bei Bedarf geändert.
- Bei vielen Druckverfahren wie dem Tintenstrahldrucken ist eine exakte relative Positionierung des Druckkopfes zum Substrat erforderlich. Dies geschieht häufig mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem in einem nicht verwendeten Bereich des Substrats ein Probemuster gedruckt wird. Die Lage dieses Probemusters relativ zu bestimmten Markierungen auf dem Substrat wird dann mit Hilfe eines in der Nähe des Druckkopfes angebrachten optischen Meßsystems bestimmt und zur Kalibrierung der Koordinaten verwendet. Für dieses Verfahren ist eine entsprechende Lichtquelle erforderlich, die vorzugsweise auch zur in-situ-Analyse der Polymermenge verwendet werden kann. Dies spart zusätzliches Gewicht am Druckkopf, sowie Platz und Kosten.
- Im folgenden werden die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen unter Verwendung der
1 bis3 näher erläutert. -
1 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung -
2 zeigt eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung -
3 zeigt eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung - Ausführungsbeispiel 1 (
1 ): - Hierbei handelt es sich um eine Polarisations- bzw. Ellipsometrie-Meßvorrichtung zur Tropfenregelung eines auf einem Substrat aufgedruckten Polymertropfens unter Ausnutzung seiner optischen Aktivität im Reflexionsmodus.
- Die Druckvorrichtung ist in diesem Beispiel ein Tintenstrahldruckkopf
1 mit Piezo-Technik, mit dem ein Glassubstrat4 mit einer Lösung eines optisch aktiven Polymers bedruckbar ist. Seitlich vom Druckkopf1 ist eine Strahlungsquelle2 mit auf die optischen Eigenschaften des Polymers abgestimmter Strahlung angebracht, d. h. mit linear, zirkular oder elliptisch polarisierter Strahlung. Eine von der Strahlungsquelle2 ausgesandte Primärstrahlung wird im wesentlichen auf den Auftreffbereich des Tropfens auf dem Substrat4 fokussiert. Zeitnah nach dem Auftreffen des Tropfens auf dem Substrat4 wird dieser vermessen. Die Schwingungsebene der Primärstrahlung wird im Tropfen10 gedreht. Die an der Grenzfläche Tropfen/Substrat reflektierte Strahlung wird in einer Sammeloptik einer neben dem Druckkopf1 angeordneten Detektionseinrichtung3 verarbeitet und mit einem Polarisations- bzw. Ellipsometrie-Detektor der Detektionseinrichtung3 detektiert und quantifiziert. Die dabei gewonnene Information gibt Aufschluß über das Tropfenvolumen auf dem Glassubstrat. Diese Information wird in einer elektronischen Vergleichseinrichtung6 weiterverarbeitet und durch Vergleich mit einem Sollwert direkt zur Steuerung des Tropfenvolumens in einer Ansteuerelektronik5 des Druckkopfes1 und zur Fehleranalyse verwendet. - Ausführungsbeispiel 2 (
2 ): - Hierbei handelt es sich um eine Polarisations- bzw. Ellipsometrie-Meßvorrichtung zur Tropfenregelung eines auf einem Substrat mit Elektrode aufgedruckten Polymertropfens unter Ausnutzung seiner optischen Aktivität im Transmissionsmodus.
- Die Druckvorrichtung ist in diesem Beispiel ein Tintenstrahldruckkopf
1 mit Bubble-Jet-Technik, mit dem ein transparentes Substrat entsprechend Ausführungsbeispiel 1 bedruckbar ist, wobei ein Glassubstrat4 mit einer transparenten Elektrode7 wie beispielsweise einer Indium-Zinn-Oxid-Elektrode versehen ist. Statt im Reflexionsmodus wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird in diesem Aufbau eine durch den Tropfen10 und das Substrat4 transmittierte Strahlung mit Hilfe einer Polarisations- bzw. Ellipsometrie-Detektionseinrichtung3 detektiert und zur in-situ-Kontrolle der Tropfenparameter verwendet. - Ausführungsbeispiel 3 (
3 ): - Hierbei handelt es sich um eine Polarisations- bzw. Ellipsometrie-Meßvorrichtung zur Regelung des Druckvorgangs einer auf einen Träger siebgedruckten Polymerschicht unter Ausnutzung seiner optischen Aktivität.
- Die Druckvorrichtung ist in diesem Beispiel eine Siebdruckmaschine, bei der aus einem strukturierten Sieb
8 und einem Rakel11 Polymerlösung auf ein Substrat4 aufgebracht werden kann. Mit Hilfe einer Primärstrahlungsquelle2 , die polarisiertes Licht aussendet, und einem Detektor3 für die Änderung der Strahlungseigenschaften bezüglich der Polarisation unterhalb des Substrates4 wird durch das transparente Substrat4 hindurch die Schichtdicke des Polymerfilms detektiert. Diese Information wird durch eine Kontrolleinrichtung zur Steuerung der Rakelparameter der Siebdruckanlage (Andruck, Geschwindigkeit etc.) und somit zur in-situ-Kontrolle der Schichtdicke verwendet. - Auch bei der vorliegenden Erfindung sind insbesondere alle im Hauptpatent (101 63 463.3) beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen der Druckvorrichtung sowie der Verfahren zur optischen Messung einer von einer Druckeinrichtung auf einen Träger aufgebrachten Polymermenge prinziell anwendbar.
- Auch für das Bedrucken anderer Träger, wie Papier, Textilien, Glas, Keramik und Metall kann das oben beschriebene Verfahren der Drucküberwachung vorteilhaft eingesetzt werden. Bei nichttransparenten Stoffen ist dabei der Transmissionsmodus nicht einsetzbar.
- Auch lassen sich außer Polymerlösungen alle anderen Farbdrucksysteme während des Druckens in der beschriebenen Weise in situ optisch vermessen, wenn sie eine optische Eigenschaft wie Absorptionsvermögen, Fluoreszenzvermögen oder optische Aktivität aufweisen.
Claims (20)
- Vorrichtung nach Patent 101 63 463 zur optischen Messung einer von einer Druckeinrichtung (
1 ,11 ) auf einen Träger (4 ) aufgebrachten Polymermenge unter Ausnutzung einer optischen Eigenschaft des Polymers, bei deren Betrieb eine Strahlungsquelle (2 ) und ein Strahlungsdetektor (3 ) so zueinander angeordnet sind, daß die Strahlungsquelle einen Tropfen (9 ,10 ) Polymerlösung oder -dispersion bestrahlt und der Detektor eine von dem Tropfen re-emittierte Strahlung und/oder eine durch den Tropfen transmittierte Strahlung aufnimmt, wobei der Meßvorgang während des Druckvorgangs zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem der Tropfen erneut bedruckbar ist, ohne daß zwischen dem Tropfen und der nachgedruckten Polymermenge eine Grenzfläche verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Eigenschaft des Polymers seine optische Aktivität ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (
6 ) vorgesehen ist, die einen vom Detektor empfangenen Ist-Wert der Strahlungseigenschaften mit einem vorgegebenen Soll-Wert vergleicht. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung an eine Steuereinheit (
5 ) gekoppelt ist, die bei einem Abweichen des Ist-Wertes vom Soll-Wert mindestens einen Druckparameter der Druckvorrichtung korrigiert. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsquelle und Detektor so angeordnet sind, daß der Tropfen (
10 ) auf dem Träger (4 ) vermessen wird. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor im Transmissionsmodus relativ zur Strahlungsquelle auf der Achse des Primärstrahls oder im Reflexionsmodus im Reflexionswinkel des auf dem Substrat reflektierten Primärstrahls angeordnet ist und Kennwerte des polarisierten Lichts mißt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Substrat für mindestens eine organische Leuchtdiode ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung ein Tintenstrahl-Druckkopf mit Piezotechnik oder Bubble-Jet-Technik ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Siebdruckeinheit (
11 ) ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Druckeinrichtung für Offsetdruck, Tampondruck, Schablonendruck oder für ein Hochdruck- oder ein Tiefdruckverfahren ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (
2 ) dieselbe Strahlungsquelle ist, die in einem OLED-Herstellungsprozeß in einem optischen Erkennungssystem zur Bestimmung der Position der Druckeinrichtung relativ zum Substrat verwendet wird. - Verfahren nach Patent 101 63 463 zur optischen Messung einer von einer Druckeinrichtung (
1 ,11 ) auf einen Träger (4 ) aufgebrachten Polymermenge unter Ausnutzung einer optischen Eigenschaft des Polymers, bei dem ein Tropfen (9 ,10 ) Polymerlösung oder -dispersion mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt und eine von dem Tropfen emittierte Strahlung und/oder eine durch den Tropfen transmittierte Strahlung detektiert wird, wobei diese Vorgänge während des Druckvorgangs zu einem Zeitpunkt stattfinden, zu dem der Tropfen erneut bedruckbar ist, ohne daß zwischen dem Tropfen und der nachgedruckten Polymermenge eine Grenzfläche verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Eigenschaft des Polymers seine optische Aktivität ist. - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Detektor (
3 ) empfangener Ist-Wert der Strahlungseigenschaften mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird. - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Abweichen des Ist-Wertes vom Soll-Wert mindestens ein Druckparameter an der Druckeinrichtung geändert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfen (
10 ) zeitnah nach dem Auftreffen auf einen Träger vermessen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungseigenschaften gemessen werden, indem ein Detektor im Transmissionsmodus relativ zur Strahlungsquelle auf der Achse des Primärstrahls auf der anderen Seite des Tropfens oder im Reflexionsmodus im Reflexionswinkel des auf dem Substrat reflektierten Primärstrahls angeordnet ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Substrat einer organischen Leuchtdiode ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung ein Tintenstrahl-Druckkopf ist, der mit Piezotechnik oder Bubble-Jet-Technik arbeiten kann.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Siebdruckeinheit (
11 ) ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung eine Druckeinrichtung für Offsetdruck, Tampondruck, Schablonendruck oder für ein Hochdruck- oder ein Tiefdruckverfahren ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestrahlen des Polymertropfens dieselbe Strahlungsquelle (
2 ) verwendet wird, die in einem OLED-Herstellungsprozeß in einem optischen Erkennungssystem zur Bestimmung der Position der Druckeinrichtung relativ zum Substrat verwendet wird.
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-
2003
- 2003-06-23 DE DE2003128075 patent/DE10328075B9/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10328075B4 (de) | 2008-06-05 |
DE10328075A1 (de) | 2005-01-27 |
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