DE112008001893T5

DE112008001893T5 - Verfahren und Apparat für verbesserte Druckkathoden für organische Elektrogeräte

Info

Publication number: DE112008001893T5
Application number: DE112008001893T
Authority: DE
Inventors: Devin John Mackenzie; Melissa Kreger
Original assignee: Add Vision Inc
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2010-05-20
Also published as: JP2010533962A; WO2009012498A1; JP5474782B2; US20090023235A1

Abstract

Verfahren zum Bilden eines Elektrogeräts auf einem Fundament, umfassend die nachfolgenden Schritte:
Bilden einer aktiven Lage, die wenigstens eins der folgenden aktiven Materialien auf dem Fundament enthält: optisch, chemisch oder elektronisch;
Bilden einer leitfähigen Elektrode auf der aktiven Lage, wobei der Schritt dieses Bildens die nachfolgenden Schritte enthält:
Drucken einer leitfähigen Tinte mit einem darin enthaltenen Lösungsmittel auf der aktiven Lage, wobei der Schritt des Druckens die leitfähige Tinte in einer Menge aufträgt, die < als etwa 22 cm³ an Tinte/m² an aktiver Lage beträgt; und
Härten der leitfähigen Tinte, um die leitfähige Elektrode des Elektrogeräts zu erhalten, wobei nachteilige Wechselwirkungen zwischen der leitfähigen Tinte und der aktiven Lage im Wesentlichen durch einen oder mehrere der nachfolgenden Schritte verhindert werden:
(1) der Schritt des Härtens enthält das schnelle Härten der leitfähigen Tinte derart, dass innerhalb etwa 1 Minute ab dem anfänglichen Schritt des Härtens ein...

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Diese Anmeldung beansprucht Priorität der US-Anmeldung Nr. 11/780,425, eingereicht am 19. Juli 2007, mit dem Titel „Verfahren und Apparat für verbesserte Druckkathoden für lichtemittierende Geräte”, die unter Verweisnahme hierin einbezogen ist, sowie US CIP-Anmeldung Nr. 12/__,___, eingereicht am 21. Juli 2008.
Gebiet der Erfindung
Im Allgemeinen betrifft diese Offenbarung organische Elektrogeräte (OED's). Insbesondere betrifft diese ein Verfahren und einen Apparat für verbesserte Druckkathoden für LED's, photovoltaische Zellen, Sensoren oder Transistoren.
Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren sind lichtemittierende Geräte (LEPDs) zur Verwendung als Anzeiger, Hintergrundbeleuchtung in Flüssigkristallanzeigen und Instrumenttafeln sowie zum Ersatz von Vakuumfluoreszenz- und Flüssigkristallanzeigen entwickelt worden. Es gibt mehrere Patente, die lehren, wie verschiedene LEPD-Lagen die effiziente Produktion von elektrisch simulierter Lichtemission ermöglichen. Z. B. offenbart US-Patent Nr. 6,284,435 , erteilt an Cao, elektrisch aktive Polymerzusammensetzungen und deren Anwendung in energiesparenden, lichtemittierenden Polymerdioden mit niedriger Betriebsspannung mit luftstabilen Kathoden. Weiterhin zeig das US-Patent Nr. 5,399,502 , erteilt an Friend et al., ein Verfahren zur Herstellung von Elektrolumineszenz-Geräten. Schließlich demonstriert das US-Patent Nr. 5,869,350 , erteilt an Heeger et al., die Herstellung von sichtbaren lichtemittierenden Dioden aus löslichen halbleitenden Polymeren. Weiterhin waren bisher andere Geräte basierend auf photovoltaischen Zellen aus einem organisch aktiven Material (Shaheen, et al., Appl. Phys. Lett. 79, 2996 (2001)), Sensoren, Transistoren sowie anderen ähnlichen Geräten von besonderem Interesse. In sämtlichen Fällen werden das Drucken und die Ablagerung der Elektroden auf Lösungsbasis als ein potenzielles Mittel zur kostengünstigen, skalierbaren Produktion mit Gesamtkostenvorteilen sowie als Energieinvestment für die Herstellung erachtet.
Siebdrucken, Tiefdrucken, Flexodrucken und Tintenstrahldrucken stellen allesamt kostengünstige Herstellungsverfahren dar, die eingesetzt werden können um einige oder alle der LEPD-Lagen abzulagern. Zum Beispiel beschreibt die Veröffentlichung der US-Patentanmeldung Nr. 2002/0013013, erteilt an Victor et al., die unter Verweisnahme für sämtliche Zwecke hierin einbezogen ist, eine neuartige Siebdrucktechnik für LEPDs. Im Gegensatz zu herkömmlicher Vakuumablagerung sind Druckverfahren wie Photolithographie und subtraktive Musterung für die LEPD-Herstellung ganz besonders attraktiv, weil diese eine hohe Durchsatzrate aufweisen, die Musterung leicht kundenspezifisch hergestellt werden kann und sie in der Lage sind, flexible Substrate zu verarbeiten. Weiterhin können Druckvorgänge, die in vorherrschenden Konditionen durchgeführt werden können, oder gedruckte Lagen, die unter vorherrschenden Konditionen in allen oder einigen Zwischenstufen der Herstellungs- und Abkapselungsprozesse stabil sind, die Verarbeitung wesentlich günstiger und weniger kompliziert gestalten.
Bei der herkömmlichen Verarbeitung von lichtemittierenden organischen und Polymergeräten wird selbst bei typischen Ansätzen, die das Drucken zur Ablagerung der emittierenden und Transportlagen, der oberen Elektrode, d. h. der Kathode, einsetzen, nicht direkt gedruckt (d. h. über Flüssigkeitsprozesse unter vorherrschenden Konditionen). Anstatt dessen wurden bisher Verfahren, wie z. B. das Aufdampfen von Metallen mit niedriger Arbeitsfunktion für diese obere Elektrode eingesetzt, welche die Komplexität und Herstellungskosten von LEPDs erheblich erhöhen können. Zusätzlich zu den Kosten des Ablagerungsprozesses selbst kann die Arbeitsfunktion und/oder können reaktive Elektroden oder Elektroden-Zwischenlagen (wie z. B. Kalzium (Ca), Barium (Ba), Lithiumfluorid (LiF) oder weitere) gewöhnlich vorschreiben, dass die weitere Verarbeitung in Sauerstoff- und/oder wasserfreien Umgebungen durchgeführt werden muss, um einer Degeneration vorzubeugen.
In den Veröffentlichungen der US-Patentanmeldungen Nr. 2003/0151700 und 2003/0153141, beide erteilt an Carter et al., die hier unter Verweisnahme für sämtliche Zwecke einbezogen sind, werden Tintenformulierungen, Zusammensetzungen und Strukturen zum Drucken von LEPDs und gedruckten Kathodenlagen beschrieben, die in Luft stabil sein können. Diese Ansätze definieren eine Möglichkeit für kostengünstige, per Bahn bedruckbare LEPDs mit hohem Volumen auf flexiblen und starren Substraten durch die hohe Durchsatzrate, reduzierte Kosten sowie einer reduzierten, mit dem Drucken einhergehenden Komplexität. Gedruckte LEP- und/oder gedruckte Elektrodengeräte können jedoch höhere Spannungen erforderlich machen und/oder niedrigere Leistungen aufweisen, als deren Aufdampfungs- oder bereichsweise gedruckten Gegenstücke (wie z. B. Spin-coating). Es wäre deshalb hilfreich, diese Spannung zu reduzieren und die Leistung zu verbessern, um kostengünstigere Treiber, einfachere Batterieintegration, niedrigeren Stromverbrauch usw. zu ermöglichen. Ferner können hohe Spannungen, niedrige Leistungen und hohe Dichtigkeiten (sowohl im Gerät insgesamt oder in örtlich begrenzten Bereichen) zu kurzer Betriebsdauer und Haltbarkeitsdauer führen, die sich bei vielen Anwendungen nachteilig auswirken können. Gedruckte LEPD-Geräte können effektive Widerstände in einem Bereich von 1,5 k Ohm/cm² bis 20 k Ohm/cm² bei Vorspannungen in einem Bereich von 3 Volt bis > 30 Volt unter typischen Treiberbedingungen in einem Bereich von 0,5 mA/cm² bis 5 mA/cm² an Stromdichte und Leuchtdichte in einem Bereich von 30 Cd/m² bis 500 Cd/m² aufweisen. Leistungen für ideale LEPD-Geräte, die per Spin-coating und Verdampfen bearbeitet worden sind, können mehr als 10 Candela pro Ampere (Cd/A) betragen und vollständig gedruckte Geräte können eine maximale Leistung von 1–12 Cd/A aufweisen.
1 zeigt ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm eines gedruckten LEPDs auf einem flexiblen Substrat gemäß dem derzeitigen Stand der Technik. Die Lagendicken sind nicht maßstabgetreu angegeben. Wie ersichtlich, kann eine typische Substratdicke 110 zwischen 100 und 200 Mikron betragen und kann beispielsweise ein Kunststoffsubstrat sein, das aus Polyethylenteraphthalat (PET), Polyethylennapthalat (PEN), Polykarbonat (PC) oder ähnlichem Material besteht. In einigen Fällen enthält das Substrat zur Verbesserung der Lebensdauer und Haltbarkeitsdauer eine Barrierefolie bestehend aus anorganischen und/oder organischen Materialien, die das Eindringen von Wasser, Sauerstoff sowie anderen Spezies in die aktiven Bereiche des Geräts beschränken. Ein mit Ablagerungen behaftetes Substrat 110 kann eine transparente Anode 120 sein, wie z. B. eine Indium-Zinnoxidlage (ITO), die eine Dicke zwischen 50–300 nm aufweisen kann. Ein lichtemittierendes Polymer 130 mit einer Dicke zwischen 200 nm and 1 Mikron kann auf einer transparenten Anode 120 angeordnet sein.
Schließlich kann eine Kathode 140 mit einer Dicke zwischen 100 nm and 10 Mikron je nach Herstellungsansatz auf lichtemittierendem Polymer 130 angeordnet sein. Ein anfänglicher Ansatz zum Drucken von Kathodenmaterialien besteht aus der Adaption herkömmlicher leitfähiger Tinten, wie z. B. Silberflockentinte (Ag-Flocken), die für anorganische Elektrolumineszenzgeräte, Flexkreis-, Membranschalter- und weitere Anwendungen eingesetzt wird. Diese Tinten sind von einer Reihe an Quellen erhältlich, einschließlich von Dupont, Acheson, Cookson, Sumitomo MM, Englehard, Dow-Corning und weiteren. Diese Tinten können thermoplastische und duroplastische Tinten sein, einschließlich Bindemitteln und Metallpartikel sowie Flockenpartikel. Normalerweise sind thermische Behandlungen erforderlich, um mechanische Merkmale, Klebkraft, hohe Leitfähigkeiten sowie leistungsfähige Einspritzelektroden und Zwischenschaltungen für Elektrogeräte zu erhalten. (Für eine allgemeine Beschreibung von Widerstandsproblemen mit gedruckten, leitfähigen Pasten siehe „Verständnis über und Messen des elektrischen Widerstands in leitfähigen Tinten und Klebstoffen" Banfield, D., SGIA Journal, Juni 2000.)
Diese thermale Behandlung kann mehrere Funktionen ausüben, einschließlich: Entfernen der Lösungsmittel, Entfernen oder Abbau von Zusatzstoffen oder Nebenprodukten, Schmelzen von Bindemitteln, um ein Absetzen von Partikeln zu ermöglichen, Reaktion von duroplastischen Bindemitteln, Folienschrumpfen, verbesserter Partikelzu-Partikel Kontakt und Einbetten von Partikeln höherer Dichte sowie erhöhter Elektroden-zu-LEP Kontaktbereich, insbesondere für abgeflachte Flocken oder andere nicht-kugelförmige Partikel. Bei einigen Tinten, die bei niedrigeren Temperaturen aushärten und die für die Anwendung mit flexiblen Substraten geeignet sind, können Aushärtungstemperaturen von 90°C und mehr für eine maximale Kathoden- und Verbindungsleistung erforderlich sein. Das Aussetzen an diese Temperaturen über längere Zeiträume hinweg kann jedoch eine Verschlechterung oder Variation der Merkmale des zugrunde liegenden Substrats, der umgebungsbedingten Barrierelagen, der Anodenmaterialien, der LEP-Materialien oder der Grenzschichten dieser Materialien verursachen, insbesondere falls die Verarbeitung in Luft oder einer Atmosphäre mit relativ hohem Sauerstoff- oder Wassergehalt zwecks Vereinfachung des Prozesses und reduziertem Kosten- und Zeitaufwand durchgeführt wird. Weiterhin kann das Aussetzen der LEP enthaltenden Lage an Flüssigkeit und/oder eine Lösungsmittel enthaltende Kathodentinte zur einer Degradation der LEP-Lage und/oder der LEP-/Kathodengrenzschicht führen.
Es besteht deshalb Bedarf nach Verfahren und Systemen bezüglich des Druckens und der Verarbeitung von Tinten zur Herstellung von gedruckten Hochleistungs-Kathoden-LEPDs, die eine niedrige Spannung erzeugen, nach verstärkter Helligkeit und/oder hoch leistungsfähigen gedruckten LEPDs mittels beschleunigter Kathodenhärtung und Lösungsmittelentfernung, wobei eine hohe Leitfähigkeit und ein effektiver Kathoden-an-LEP-Lagen-Kontakt erzielt wird.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die Erfindung betrifft die schnelle thermische Verarbeitung und Druckverarbeitung von gedruckten Elektroden und organischen Elektrogeräten (OEDS) sowie Kathoden für lichtemittierende Polymergeräte (LEPDs) zur Vorbeugung gegen nachteilige Wechselbeziehungen von Kathodentinte und LEP-Lagen. Die gedruckte Kathode mit Tintenlage kann während der Herstellung unter Anwendung von Sieben mit hoher Maschenzahl, kalandrierten Maschensieben, hohen Rakeldrücken, Rakeln mit starker Härte, hohen Rakelwinkeln sowie Kombinationen davon verdünnt werden. Allein oder in Kombination mit einer verdünnten Tintenlage kann die gedruckte Kathode unter Anwendung von zeitreduzierter Heizelementverarbeitung, Infrarotverarbeitung, erhitzter Gasstromverarbeitung oder Kombinationen davon gehärtet werden. Wo eine insgesamt dickere Kathodenlage für eine vorteilhafte Leitfähigkeit, Partikel-zu-Partikel-Kontakt und/oder Einbetten nachdem die Kathode ausgetrocknet ist, von Vorteil ist, kann die Kathodenlage vorteilhafterweise als eine Reihe von dünneren, nassen Lagen im Gegensatz zu einer einzelnen nassen, dickeren Lage abgelagert werden.
Bei einem bestimmten Aspekt wird die vorliegende Erfindung als Verfahren zur Herstellung von Elektrodenprozessen eingesetzt, die zusammen mit lichtemittierenden Dioden, photovoltaischen Geräten, Sensoren, Transistoren und anderen organischen Elektrogeräten verwendet werden können. In sämtlichen Fällen ist die Reduktion der nachteiligen Effekte von Wechselwirkungen zwischen Lösungsmitteln oder anderen Tintenkomponenten mit den zugrunde liegenden aktiven Materialien im Allgemeinen für die Geräteleistung von Vorteil.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann auf dem Gebiet anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bestimmter Ausführungsformen in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Diese zeigen:
1(a) stellt ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm eines gedruckten LEPDs auf einem flexiblen Substrat nach dem neuesten Stand der Technik dar;
1(b)(1)–(3) stellt eine Sequenz eines Querschnittsdiagramms eines gedruckten LEPDs auf einem flexiblen Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung dar,
2(a) stellt ein Beispiel tatsächlicher Wirkungen unter Anwendung verschiedener Maschenkonfigurationen an von Kathodentintensieben auf gedruckten Kathoden-LEPD-Geräten gemäß bestimmter Ausführungsformen dar;
2(b) zeigt die Auswirkung verschiedener Kathoden-Maschengrößen auf die Leistung.
3 stellt ein Beispiel der Wirkungen vom Rakeldruck auf die Filmdicke zwei verschiedener Rakelhärtegrade gemäß bestimmter Ausführungsformen dar;
4 stellt die resultierenden Helligkeitsvergleiche für ein LEPD angesichts der schnellen Heizelementaushärtung der Kathodentinte gemäß bestimmter Ausführungsformen gegenüber dem Kastenausglühen eines LEPDs dar; und
5 stellt IR-Lampen- gegenüber Kastenglüh-Aushärtungsdaten von filmgedruckten LEPD-Geräten auf der Basis von Covion/Merck SY LEP-Emittern und einer gewerblich erhältlichen Silberpastensieb-Tintenkathode gemäß bestimmten Ausführungsformen dar.
6 stellt einen Vergleich zwischen der Leistung eines per Siebdruck behandelten LEPD-Geräts (Luminanz gegenüber der Zeit unter konstantem Stromantrieb) für Geräte mit einer einzelnen Kathodenlage und Geräte mit einer mehrlagigen gedruckten Kathode dar.
7(a)–(d) stellt das Drucken einer Kathode unter Anwendung von mehrfachen Kathodenlagen gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
8(a)–(b) zeigt organische photovoltaische Gerätstrukturen (a) oder (b) Dünnlagen-Transistorstrukturen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen im Detail unter Verweisnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die als illustrative Beispiele bereitgestellt werden, um dem Fachmann auf dem Gebiet die Ausführung der Ausführungsformen zu ermöglichen. Diese gelten keinesfalls als Einschränkung des Gebiets der Offenbarung. Bei Aspekten bestimmter Ausführungsformen, die teilweise oder vollständig unter Anwendung bekannter Komponenten oder Schritte eingesetzt werden können, werden nur die Teile solcher bekannten Komponenten oder Schritte beschrieben, die zum Verständnis der Ausführungsformen notwendig sind und es wird auf eine detaillierte Beschreibung anderer Teile solcher bekannten Komponenten oder Schritte verzichtet, um die Offenbarung nicht übermäßig lang oder unverständlich zu gestalten. Ferner sind bestimmte Ausführungsformen dazu vorgesehen, derzeit bekannte und zukünftige Äquivalente der hier anhand von Illustrationen einbezogenen Komponenten einzuschließen. Die hier vorgestellten Ausführungsformen richten sich allgemein auf lichtemittierende Dioden; diese Erfindungen erstrecken sich jedoch ebenfalls auf mit Lösung behandelte Elektrodenprozesse und Materialien für photovoltaische Geräte, Sensoren, Transistoren sowie andere organische Elektrogeräte, wie nachfolgend beschrieben. In sämtlichen Fällen ist die Reduktion von nachteiligen Effekten von Wechselwirkungen von Lösungsmitteln und anderen Tintenkomponenten mit den zugrunde liegenden aktiven Materialien ebenfalls allgemein für die Geräteleistung von Vorteil.
Die Erfindung betrifft die schnelle thermische Verarbeitung gedruckter Kathoden für organische Elektrogeräte und lichtemittierende Polymergeräte (LEPDs), um nachteiligen Wechselwirkungen zwischen Kathodentinte und LEP-Lagen vorzubeugen. Zu einigen neuartigen Erfindungen, die in bestimmten Ausführungsformen enthalten sein können, zählen dabei die schnelle Entfernung von Lösungsmittel, was zum Verhindern nachteiliger Wechselwirkungen zwischen Ag-Tintenlösungsmittel und LEP-Grenzschichten und ebenfalls zum Verhindern eines Weichwerdens oder eines Fließens des zugrunde liegenden LEPs behilflich sein kann. Das Weichwerden und das Fließen des zugrunde liegenden LEPs kann zu einer Penetration von Ag in die LEP-Lage und zu einem Kurzschluss führen. Das Verhindern des Weichwerdens des zugrunde liegenden LEPs kann ebenfalls das teilweise Auflösen und/oder die Neuverteilung der LEP-Lage verhindern, was wiederum zu einer Dicke und EL-Variation führen kann. Höhere Tem peraturen, die nachfolgend im Einzelnen beschrieben werden, können für eine gute Ag-Tintenpartikelablage-/Einbettung für eine hohe laterale Leitfähigkeit und einen Ag-LEP-Kontakt sorgen. Ferner können kurze Erhitzungszeiten, ebenfalls nachfolgend im Einzelnen beschrieben, die nachteiligen Hitzeeffekte auf LEP, LEP-/Kathodengrenzschicht und Niedrig-T-Substrat sowohl als auch die Deformation, Oxidation und/oder andere Reaktionen sowie einen raschen Transfer zwischen der Druckstation und dem Trockenprozess in der ersten Phase beschränken.
Mit den vorliegend beschriebenen Techniken ist es möglich, die Auflösung des Elektroden- oder Kathodenlösungsmittels, des Weichwerdens der zugrunde liegenden Lage oder andere Effekte auf ein Mindestmaß zu beschränken, die zu einer Verkürzung oder zu nachteiligen Veränderungen der Morphologie der zugrunde liegenden Lage, der Zusammensetzung oder Chemie führen können. Zu Veränderungen der Chemie oder Zusammensetzung können das Auslaugen der Komponenten aus den LEP- oder Transportlagen, eine Verschlechterung der Materialien sowie das Einschleppen von schädlichen Lösungsmittelresten oder anderen schädlichen Tensiden, Co-Lösungsmitteln, Unreinheiten oder anderen Spezies aus der Kathodentinte in die aktive Lage des Geräts zählen.
Bei einer bestimmten Ausführungsform zählt zur schnellen thermischen Verarbeitung die Entsorgung der leitfähigen Tinte und somit des Lösungsmittels über die organische lichtemittierende Lage über einen Zeitraum von weniger als etwa 1 Minute, bevor das Meiste des Lösungsmittels, und bevorzugt mehr als 70% des Lösungsmittels, verdampft. Eine Verdampfung, die noch schneller stattfindet, ist erwünscht.
Bei einer weiteren Ausführungsform unterstützt die Maximierung des Volumenprozentsatzes an Feststoff in der leitfähigen Tinte, sodass weniger als 40% Lösungsmittel nach Volumen und/oder weniger als 25% Lösungsmittel nach Gewicht vorhanden ist, und somit die Menge an Lösungsmittel auf ein Mindestmaß reduziert wird, auch die schnelle thermische Verarbeitung und führt zu einem Gerät mit besseren Merkmalen. Es werden Tintenlagen bevorzugt, bei denen die Lösungsmittelfraktion noch weniger beträgt, wie z. B. weniger als 20% Lösungsmittel nach Gewicht.

Bei einer bestimmten Ausführungsform befindet sich das Limit der Lösungsmittelmenge im niedrigeren Parameterbereich eines typischen gedruckten Ag-Leiters für allgemeine Anwendungen, um das in den Kathoden-Tintenlagen abgelagerte Lösungs mittel auf ein Mindestmaß zu beschränken. Bei einer solchen Ausführungsform enthält die Ablagerung der Elektroden- oder Kathoden-Tintenlage weniger als 10 g Lösungsmittel/m² eines gedruckten Bereichs, was eine Schätzung der größten Menge eines in einem Kathoden-Druckpass abgelagerten Lösungsmittels basierend auf den nachfolgenden Tabellen I und II darstellt, die einen Bereich von typischen Lösungsmitteln, den Bereich der Tintenablagerungen der hier beschriebenen verschiedenen Siebe sowie den oberen Bereich an Lösungsmittelinhalt/m² eines gedruckten Kathoden-Tintenbereichs (40% Lösungsmittel-Massenfraktion) zeigen. Tabelle 1

Lösungsmittel	Dichte [g/cc]
Chlorbenzen	1,11
Xylen	0,87
Cyclohexanon	0,95
Anisol	0,995
Carbitolacetat	1,01
zweibasische Ester	1,09
Gamma-Butyrolacton	1,14

Durchschnitt	1,02
Hoch	1,14
Niedrig	0,87

Tabelle II
Lösungsmittelgehalt einer gedruckten Kathodentintenlage
Tinte [cm3/m2]	Lösungsmittelfraktion	Lösungsmittel [cm3/m2]	Lösungsmittel Durchschnitt [g/m2]	Lösungsmittel Maximum [g/m2]
22	0,4	8,8	9,0	10,0
12	0,4	4,8	4,9	5,5
8	0,4	3,2	3,3	3,6
4,2	0,4	1,68	1,7	1,9

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Ablagerung des Tinte enthaltenden Lösungsmittel ein Lösungsmittel, das eine Lage von weniger als 12 Mikron Dicke enthält, die zur Bildung einer Kathode aus mehrfachen Lagen verwendet werden kann, wobei jede Lage weniger als 12 Mikron dick ist.
1(b)(1)–(3) stellt eine Sequenz eines Querschnittsdiagramms des Bedrucks eines LEPD auf flexiblem Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Lagendicken sind nicht maßstabgetreu dargestellt. Wie gezeigt, kann eine typische Substratdicke 210 zwischen 100 und 200 Mikron betragen und kann z. B. ein Kunststoffsubstrat bestehend aus Polyethylenteraphthalat (PET), Polyethylennapthalat (PEN), Polycarbonat (PC) oder ähnlichem bestehen. Wie bei herkömmlichen Geräten enthält das Substrat in einigen Fällen einen Barrierefilm zum Verbessern der Haltbarkeit- und Lebensdauer, das aus anorganischen und/oder organischen Materialien besteht, die das Eindringen von Wasser, Sauerstoff und anderen Spezies in die aktiven Bereiche des Geräts beschränken. Eine transparente Anode 220 kann auf dem Substrat 210 angeordnet sein, wie z. B. eine Indium-Zinnoxidlage (ITO), die eine Dicke zwischen 50–300 nm aufweisen kann. Ein lichtemittierendes Polymer 230 mit einer Dicke zwischen 200 nm und 1 Mikron kann auf der transparenten Anode 220 angeordnet sein. Schließlich kann eine Kathode 240, die als eine nasse gedruckte Tintenlage abgelagert ist und normalerweise je nach Herstellungsansatz zu einer trockenen Dicke zwischen 100 nm and 10 Mikron führt, auf dem lichtemittierenden Polymer 230 angeordnet sein.
Die von der Kathodentinte betroffene Zone (an der Grenzfläche des Polymers 230 und der Kathode 240) sollte auf unter 300 nm, und bevorzugt auf unter 100 nm reduziert werden. Die hier enthaltenen Lehren beschreiben, wie dies ausgeführt wird, um eventuelle nachteilige Effekte auf die nasse Tinte auf ein Mindestmaß zu reduzieren, die zum Ausbilden der Kathode 240 am Polymer 230 wie nachfolgend verwendet wird.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Tintenlagendicke der gedruckten Kathode auf eine nasse Dicke wie in nachstehender Tabelle III gezeigt reduziert werden, obwohl es sich dabei versteht, dass das Volumen oder der Gewichtsprozentsatz des Lösungsmittels innerhalb der Kathodentinte ebenfalls einen Effekt hat. In Tabelle 1 liegen die Merkmale der leitfähigen Tinte bevorzugt bei > 70% an Feststoff nach Gewicht. Auf diese Weise enthält eine dünne gedruckte Kathodentintenlage weniger Lösungsmittel, was zu weniger Material führt, das in Wechselwirkung mit der LEP-Lage steht, auf welcher dasselbe angeordnet ist, und weniger Lösungsmittel und/oder andere Nebenprodukte, die während den Aushärtungs- und Trockenschritten entfernt werden müssen. Zweitens findet das Entfernen von Lösungsmittel und/oder anderen Nebenprodukten von einem dünnen Film schneller statt, da die Transitstrecke dieser Komponenten zur freien Oberfläche, von welcher diese Komponenten aus dem Muster entweichen können, in einem dünnen Film kürzer ist. Nachstehende Tabelle III zeigt verschiedene beispielhafte gedruckte Kathodensiebkonfigurationen (z. B. einfaches Gewebe). Von besonderem Interesse sind Ausgestaltungen mit einer Maschenzahl von 380 und mehr, die kleine theoretische Tintenablagerungen (und daher dünnere Tintenfilme) produzieren. Die Maschenöffnungsgröße kann ebenfalls in Betracht gezogen werden, da eine kleine Maschenöffnung im Vergleich zur Tintenpartikelgröße zum Verstopfen führen kann. Im Allgemeinen kann ein Verstopfen auftreten, wenn sich die Partikeldimensionen denen der Maschenöffnung annähern. Es ist wichtig in Betracht zu ziehen, dass die für die Tintenherstellung verwendeten Partikel gewöhnlich eine Größenverteilung aufweisen und obwohl die Durchschnittsgröße kleiner sein kann, als die Maschenöffnung, können manche Fraktionen der Partikel groß genug sein, um ein Verstopfen zu verursachen. Tabelle III: Siebmaschen-Parameter.

Maschenzahl (Fasern/Zoll)	Faserdurchmesser (Mikron)	Offener Bereich	Nasser Tintenauftrag (cm³/m²)
230	48	27%	22
380	27	27%	12
460	27	20%	8
500*	18	42%	9,8
508**	34	9,5%	4,2
* Maschen aus Edelstrahl ** kalandrierte Maschenform

2(a) stellt ein Beispiel der tatsächlichen Effekte 200 der Anwendung verschiedener Kathoden-Tintensieb-Maschenkonfigurationen auf gedruckten Kathoden-LEPD-Geräten gemäß bestimmter Ausführungsformen dar. Diese Figur zeigt durchschnittliche experimentelle Daten für gedruckte Kathoden LEPDs, wobei verschiedene Siebmaschenkonfigurationen verwendet wurden, um dieselbe Kathodentinte auf Ag-Flockenbasis zu drucken. Das Variieren der Kathoden-Siebmaschenzahl variiert das (den) Tintenablagerungsvolumen/-bereich und dadurch die Tintenfilmdicke. Bei experimentellen Geräten führt das 380 Maschensieb, das eine 45% kleinere theoretische Tintenablagerung als das 230 Maschensieb (z. B. 12 cm³/m² gegenüber 22 cm³/m², wie in Tabelle 1 dargestellt) aufweist, zu einer höheren LEPD-Helligkeit während dem kontinuierlichen mit Konstantstrom versehenen Anzeigeantreiben (in N2) und zu einer niedrigeren Spannung (Spannung ist hier nicht abgebildet). Das 380 Maschensieb erzeugt eine Helligkeit von etwa 76,5 Cd/m², während das 230 Maschennetz nur etwa 67,5 Cd/m² erreicht. Bei einem weiteren Beispiel zeigt ein 508 Faser/Zoll kalandriertes Maschensieb eine verbesserte Spannung und Helligkeit auf einem Gerät mit einer dickeren Kathode, die mit einem 460 Maschensieb gedruckt worden ist, wie ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
2(b) zeigt die Auswirkung der verschiedenen Kathodenmaschengrößen auf die Leistung. Im Fall der höheren 460 Maschenzahl (und reduzierter Tintenablage) liegt die maximale Luminanz und Ausdauer der Luminanzwerte unter Vorspannung im Zeitablaufhöher, als für das Gerät mit einer Kathode, die mit einer Maschenzahl von weniger als 380 gedruckt wurde. Weiterhin wird die Spannung unter Vorspannung im Zeitablauf ebenfalls reduziert, was einen weiteren Vorteil einer höheren Maschenzahl und reduziertem Tintenablagerungssieb darstellt.
Es sei ebenfalls bemerkt, dass die oben genannte Beschreibung in einer bevorzugten Ausführungsform das Drucken in Form von Siebdruck behandelt. Es sei bemerkt, dass die Aspekte dieser Erfindung bezüglich der Kathodenlagendicke, thermischen Verfahren und Trocknungskonditionen ebenfalls auf Elektroden innerhalb des Gebiets der Erfindung angewandt werden können, die mit Tinten durch Gravur, Tintenstrahl, Beschichtung, Offset, Sprühbeschichtung, Schablonendruck, usw. gedruckt worden sind.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Anwendung von Sieben mit höherer Maschenzahl zum Drucken von Kathodentinten dabei behilflich sein, die Dicke der Kathodentinte zu reduzieren, was dazu führen kann, die zur Verfügung stehende Menge an Tintenlösungsmittel zu reduzieren, die eine nachteilige Wechselwirkung mit dem LEP eingeht. Eine dünnere Tintenlage kann ebenfalls dabei helfen, das Entfernen des Lösungsmittels zu beschleunigen, da eine geringere Tintenlagen-Deckschicht vorhanden ist, um das Lösungsmittel daran zu hindern, aus den inneren Regionen des Films auszutreten, insbesondere aus den Regionen, die der LEP-Grenzschicht am Nahesten liegen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Anwendung von kalandrierten Maschensieben zur Kathodenablagerung eingesetzt werden, um die abgelagerte Tintenfilmdicke zu reduzieren. Das Kalandrieren von Sieben ist ein Prozess, durch welchen das gewebte Maschennetz flachgedrückt wird, was zur Deformation der Fasern und zur Reduktion des theoretischen Tintenvolumens des Maschennetzes durch Zusammendrücken des die Tinte haltenden Volumens im Sieb führt. Diese Aspekte können entweder allein oder miteinander eingesetzt werden (oder nicht) sowohl als auch andere vorliegend dargestellte Aspekte und Ausführungsformen.
Gemäß bestimmter Ausführungsformen kann die Anwendung von höheren Rakeldrücken und härteren Rakeln eingesetzt werden, um die gedruckte Filmdicke auf ein Mindestmaß zu beschränken. 3 stellt ein Beispiel der Effekte von Rakeldruck auf die Filmdicke für zwei verschiedene Rakelhärten gemäß bestimmten Ausführungsformen dar (siehe z. B. New Long Seimitsu Kogyo Co., Ltd., Tokyo, Japan, http://www.newlong.co.jp/en/technique/user001.html). Wie in 3 dargestellt, zeigt Graphik 310 den Effekt des Drucks beim Drucken auf die per Siebdruck gedruckte Filmdicke für einen relativ harten Rakel (z. B. 80°) und Graphik 320 zeigt den Effekt des Drucks beim Drucken auf die per Siebdruck gedruckte Filmdicke für einen relativ weichen Rakel (z. B. 60°). Diese Graphiken stellen dar, dass höhere Rakeldrücke, und bei höherer Rakelhärte, dünnere Filme produzieren, welche die LEPDs mit per Siebdruck hergestellten Kathoden verbessern können. Deshalb kann bei bestimmten Ausführungsformen die Anwendung von höheren Rakeldrücken und Rakeln mit stärkerer Härte die Kathoden-Tintenfilmdicke reduzieren. Weiterhin kann bei bestimmten Ausführungsformen die Kathoden-Tintenfilmdicke durch Verwenden von größeren Rakelwinkeln, kleinen Siebspalten (ohne Kontakt), niedrigen Abwärtsstopps und niedrigen Emulsionsdicken reduziert werden.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Heizelementhärten eine rasche Erhitzung von LEPDs und/oder organischen lichtemittierenden Geräten (OLEDs) auf flexiblen Substraten durch direkten Wärmeaustausch von der Platte zum Substrat ermöglichen. Dies kann ein sehr rasches Kathoden-Tintenhärten und Lösungsmittelentfernen zur Verfügung stellen, da das Muster direkt von der Kathoden-Tintendruckstation zum Heizelement in einem schnellen Betrieb übertragen werden kann, was zu ungehärteten Kathodentinten-Residenzzeiten von weniger als 30, oder sogar weniger als 10 Sekunden je nach Härtungstemperatur führen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Muster während dem Heizelementhärten durch das zugrunde liegende Substrat und die Filme hindurch erhitzt werden, was zuerst zu einer Erhitzung der Unterlage des gedruckten Tintenfilms führt (d. h. am Nahesten zum LEP in einer unteren Anode-/LEP-/oberen Kathodenkonfiguration), was ferner zu einer höheren Tieftemperatur aufgrund des Temperaturgradienten führen kann, der sich normalerweise zwischen der erhitzten unteren Oberfläche und der kühleren oberen, freien Oberfläche bildet. Dieses Wärmeprofil durch die Dicke des Films hindurch begünstigt zuerst den Verlust an Lösungsmittel von der unteren Oberfläche der Kathoden-Tintenlage, die im Allgemeinen den wichtigsten Bereich des Films darstellt, da dieser in direktem Kontakt mit der LEP-Lage steht. Dieses Wärmeprofil kann ebenfalls nachteilige Effekte auf die Haut reduzieren, die zuerst aus dem Härten der oberen Lage der gedruckten Tinte entstehen können (d. h. das Härten der oberen Lage kann eine gehärtete ‚Haut‘ erzeugen, die das Entfernen von Lösungsmittel und/oder des gehärteten Nebenprodukts von Inneren des Films verlangsamen kann).
4 stellt resultierende Helligkeits-Vergleiche für ein durch ein schnelles Heizelementhärten der Kathodentinte gegebenes LEPD gemäß bestimmter Ausführungsformen gegenüber dem Kastenglühen eines LEPDs dar. Graphik 400 enthält vier Datensätze 410–440, welche die Helligkeit (cd/m²) und Ausgangsspannung (V) zeigen, und zwar beide als eine Funktion der Zeit während Konstantstromantriebs (d. h. 2 mA/cm²) eines (1) cm² gedruckten Kathoden-LEPD-Geräts mit zwei verschiedenen Kathodentinten-Härtungsprozessen vor Ablagerung gemäß bestimmter Ausführungsformen. Für diese in 4 gezeigten Fälle wurde ein herkömmliches Substrat, eine LEP-Lage, Silberpasten-Kathodentinte, Kathoden-Druckparameter und ein 230 Maschensieb verwendet. Die Datensätze 410, 420 zeigen jeweils die Luminanz und Ausgangsspannung für ein 10 Minuten langes Kastenglühen der Kathoden-Drucklage bei 120°C. Auf ähnliche Weise zeigen die Datensätze 430, 440 jeweils die Luminanz und Ausgangsspannung für eine 90 Sekunden lange Heizelementhärtung der Kathoden-Drucklage bei 145°C. Das schnelle Härten und Entfernen des Lösungsmittels für die 145°C Heizelementkondition (im Gegensatz zum Kastenausglühen) erhöhte die Lebensdauer um ungefähr ein Dreifaches auf die Hälfte der Helligkeit und verlängerte die Zeit drastisch, bei der das Gerät in der Lage war, unter 30 V zu arbeiten.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann die schnelle gedruckte Kathoden-Tintenhärtung ebenfalls durch Anwendung der Heizelementhärtung und einem Prozess-spezifischen Erhitzen sowie einem Temperaturprofil ermöglicht werden, das im Film induziert wird. Z. B. kann ein temperatur-geregeltes Heizelement mit einem Mechanismus für einen guten Thermalkontakt und Gleichmäßigkeit der Erhitzung verwendet werden. Weiterhin kann ein Stickstoffluss/eine Umgebung, die potenziell mit Wärmekonvektion erhitzt wird, die typischerweise bei Temperaturen von 80–150 Grad Celsius betrieben werden, eingesetzt werden um dabei behilflich zu sein, die mögliche Oxidation während der thermischen Verarbeitung der Kathodentinte zu reduzieren. Ein gemusterter Metallrahmen kann verwendet werden, um die flexiblen Proben gegen das Heizelement zu drücken, um dabei behilflich zu sein, den thermischen Kontakt zu erhöhen, was zu einer Erhöhung der Heizrate und Wirksamkeit führen kann (d. h. auch in einer Vakuumumgebung). Ein Vakuum-Niederhalterapparat kann ebenfalls eingesetzt werden, um das flexible Muster herunter zu halten und kann den thermischen Kontakt verbessern. Umgebungsbeleuchtung ohne wesentliche Spektralkomponenten oberhalb der LEP-Absorptionskante kann verwendet werden, um die Photodegradierung der LEP-Lage(n) zu reduzieren, insbesondere bei hohen Temperaturen. Eine kontrollierte Atmosphäre (z. B. N2-Spülung) kann verwendet werden, um dabei behilflich zu sein, eine nachteilige Oxidation bei höheren Temperaturen zu reduzieren. Diese Aspekte können entweder allein oder in Kombination mit anderen verwendet werden (oder nicht) sowohl als auch mit anderen hier dargestellten Aspekten und Ausführungsformen.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann das schnelle, selektive Erhitzen einer Kathode verwendet werden. Dieser Schritt kann entweder die Bestrahlung von der Kathodenseite oder die Bestrahlung durch infrarote (IR) transparente oder teilweise transparente Substrate und LEP-Lagen (oder beide) zur IR-lichtdichten Metallkathode enthalten. Diese Form des Erhitzens kann leicht an flexiblen Substraten in Schicht- oder Rollenform unter Anwendung eines separaten Erhitzungsgeräts oder unter Anwendung eines linearen Prozessors auf einer Bahn durchgeführt werden. Die Bestrahlung durch die Substrat-/LEP-Seite erhitzt zuerst auch die untere Oberfläche der Kathoden-Tintenlage. Dieses erste untere Erhitzen kann zum Entfernen von Lösungsmittel und Härten zuerst der LEP-/Kathodengrenzschicht führen, die ansonsten nachteilig durch den anhaltenden Kontakt zu einigen Kathoden-Tintenlösungsmittel-Komponenten beeinflusst werden kann. Das Erhitzen der Unterseite zuerst kann ebenfalls eine wirksamere Weise der Entfernung des Lösungsmittels gegenüber dem Erhitzen der oberen Fläche darstellen, was zur Bildung von Haut und dem Einfangen von nachteiligen Lösungsmitteln und Nebenprodukten der Härtung innerhalb des Films führen kann. Weiterhin kann die Zusammensetzung der Gerätelagen und/oder des Spektrums der IR-Lampe derart eingestellt werden, um die thermische Absorption und Erhitzung in den Nicht-Kathodenlagen zu reduzieren (z. B. Substrat, LEP, Anode, usw.), um die Degradation dieser anderen Lagen während dem Kathoden-Härtungsprozess zu reduzieren.
5 stellt IR-Lampen- gegenüber Kastenausglüh- gegenüber Heizelementhärtungsdaten 500 von den per Siebdruck gedruckten LEPD-Geräten basierend auf Covion SY LEP Emittern sowie eine gewerblich erhältliche Silberpasten-Tintenkathode gemäß bestimmten Ausführungsformen dar. Diese Daten zeigen die nachlassende Spannung (nach 5 Stunden Antreiben bei 2 mA/cm²) der schnellen thermischen IR-Lampenhärtung gegenüber dem viel langsameren Kastenglühungshärten. Es kann eine Reihe von Techniken kann zusammen mit diesem schnellen thermischen IR-Verfahren an der Kathode eingesetzt werden. Es kann zum Beispiel eine IR-Lampe in Verbindung mit einem Apparat verwendet werden, der das Substrat eine gewisse Entfernung weg von der Lampe hält, um die Kathodentinte schnell und gleichmäßig zu erhitzen und zu härten. Ein Rotationsmechanismus, mehrfache IR-Lichtquellen, ein Diffusionsapparat und/oder ähnliche Verarbeitungsgeräte können eingesetzt werden, um bei der Gleichmäßigkeit der Erhitzung behilflich zu sein. IR kann ebenfalls für ein schnelles Erhitzen der Kathode in einer Vakuumumgebung sorgen, da diese bei reduziertem Druck eventuell weniger den reduzierten Thermalaustauschraten ausgesetzt sind, als ein standardmäßiger Ofen. IR kann zusätzlich in Kombination mit einer Edelgasumgebung (z. B. Stickstoff, usw.) verwendet werden, um beim Reduzieren von Oxidationsreaktionen während der thermischen Verarbeitung behilflich zu sein. Diese Aspekte können allein oder in Kombination miteinander eingesetzt werden (oder nicht) sowohl mit anderen hier dargestellten Aspekten und Ausführungsformen.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein schnelles Erhitzen dadurch erreicht werden, dass ein erhitzter Gasstrom auf das LEPD gerichtet wird, z. B. das Substrat. Dies kann schnell Hitze an die LEP-/Kathoden-Tintengrenzschicht liefern sowohl als auch das Trocknen durch Entfernen des Tintenlösungsmittels und der Nebenprodukte aus der Tintenfilmoberfläche und dem benachbarten Oberflächenbereich beschleunigen, während ein hoher Konzentrationsgradient zwischen dem Film, der Filmoberfläche und der benachbarten Raumatmosphäre beibehalten wird. Eine weitere Ausführungsform enthält die Anwendung eines Edelgases, um die Oxidation zu beschränken. Bei einer weiteren Ausführungsform wird dem Edelgasprozess eine Edelgaswäsche oder Reinigung vorangestellt, die vor der Anwendung von Hitze Sauerstoff und Wasser aus dem Tintenbereich heraus wäscht, um eine unerwünschte Oxidation des Kathodenmaterials und/oder der zugrunde liegenden LEP enthaltenden Lagen zu ver hindern. Dies könnte in einem Gasstromapparat erreicht werden, bei welchem das Heizelement nach einer Reinigungsperiode aktiviert werden könnte.
6 stellt einen Vergleich einer per Siebdruck gedruckten LEPD-Geräteleistung (Luminanz gegenüber Zeit unter Konstantstromantrieb) für Geräte mit einer einzelnen Kathodenlage mit Geräten mit einer mehrlagigen gedruckten Kathode dar. Im Fall eines mehrlagigen Geräts liegen die maximalen Luminanzwerte unter Vorspannung im Zeitablauf höher, als die des Einzellagen-Kathodengeräts.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, die Kathode oder Zwischenverbindungen als mehrfache Kathoden- und/oder Verbindungslagen anstatt als eine einzelne Lage abzulagern. Dies kann dazu dienen, die Leitfähigkeit zu erhöhen, sicherzustellen, dass sämtliche Metallpartikel elektrisch mit der Kathode verbunden sind, das Einbetten sowie den Partikelkontakt und andere Effekte zu verbessern. Für eine Kathode oder eine Zwischenverbindung ist es vorteilhafter, diese als eine Reihe dünner Lagen anstatt einer einzelnen dicken Lage oder einer Vielzahl an dicken Lagen abzulagern, da der Dünnlagenansatz ein rascheres Trocknen fördern und das LEP weniger nachteiligen Lösungsmitteln oder anderen Materialien aussetzen kann, die einen nachteiligen Effekt auf das LEP ausüben, insbesondere, wenn der Film nass oder unvollständig trocken ist. Diese dünnen Lagen können durch die oben genannten Siebvariationen basierend auf den niedrigen Tintenablagerungs-Konfigurationen erreicht werden.
7(a)–(d) stellt das Drucken einer Kathode unter Anwendung mehrfacher dünner Kathodenlagen gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben unter Anwendung einer Sequenz von Querschnittsdiagrammen zum Drucken eines LEPDs auf einem flexiblen Substrat beschrieben, dar. Die Lagendicken sind nicht maßstabgetreu angegeben. Wie dargestellt kann eine typische Substratdicke 310 zwischen 50 und 200 Mikron betragen und kann z. B. ein Kunststoffsubstrat bestehend aus Polyethylenteraphthalat (PET), Polyethylennapthalat (PEN), Polycarbonat (PC) oder ähnlichem bestehen. Wie bei den herkömmlichen Geräten und den oben beschriebenen Ausführungsformen kann das Substrat zur Verbesserung der Haltbarkeitsdauer und Produktlebensdauer einen Barrierefilm enthalten, der aus anorganischen und/oder organischen Materialien besteht, die das Eindringen von Wasser, Sauerstoff oder anderen Spezies in die aktiven Bereiche des Geräts beschränken. Auf dem Substrat 310 kann eine transparente Anode 320 angeord net sein, wie z. B. eine Indium-Zinnoxidlage (ITO), die eine Dicke zwischen 50–300 nm aufweisen kann. Ein lichtemittierendes Polymer 330 mit einer Dicke zwischen 200 nm and 1 Mikron kann auf der transparenten Anode 320 angeordnet sein. Schließlich resultiert eine Kathode 340, die als mehrfache nasse gedruckte Tintenlagen 340(a) und 340(b) wie in 7(a) und 7(c)) dargestellt abgelagert ist, in eine Kathode 340 bestehend aus den getrockneten Lagen 340(a) und 340(b), bei denen eine trockene Dicke der gesamten Kathode 340 zwischen 100 nm und 10 Mikron beträgt.
Das Multilagendrucken ermöglicht die Vorteile von dicken Filmen: reduzierter Widerstand, geringere leitfähige Partikelisolierung und bessere thermische Leitfähigkeit entfernt von der aktiven Schicht, während die nassen Kathodentinten-Wechselwirkungen mit der aktiven Schicht auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Das Drucken in mehrfachen Schritten reduziert die Lösungsmittel-Wechselwirkung durch das Beschränken der nassen Tinte auf der aktiven Lagenoberfläche auf ein Mindestmaß. Die erste gedruckte Lage kann ebenfalls eine Barriere der Wechselwirkung der zweiten Lage mit dem Substrat bereitstellen. Diese Technik ermöglicht auch die Verwendung von funktionellem Multilagen-Drucken auf Kathoden-Grenzschichtmaterialien mit hoher Stabilität und/oder hoher Einspritzeffizienz, wie z. B. Kohlenstoff, Gold, usw., jedoch mit erhöhter Leitfähigkeit und/oder reduzierten Kosten durch die Anwendung einer Silberlage mit hoher Leitfähigkeit für die obere ‚Zwischenverbindungslage‘, die eine elektrische Anschlussfähigkeit mit niedrigem Widerstand bereitstellt.
Viele dieser selben Themen sind ebenfalls für andere organische Elektrogeräte (OEDs) relevant, wie z. B. photovoltaische Geräte, Transistoren und Sensoren, die alle Elektrodenkontakte zu Halbleitern enthalten und die Wartung und Optimierung dieser Grenzschichten kann aus einer kontrollierten Wechselwirkung zwischen Elektrodentinte und der aktiven Gerätelage Nutzen ziehen. 8(a)–(b) zeigt organische photovoltaische Gerätstrukturen (a) oder (b) dünne Filmtransistorstrukturen. In beiden Fällen sind Grenzschichten von Elektrode zur aktiven Schicht, und im Fall des Transistors, von Elektrode zum Gate-Dielektrikum, für die Funktion der Geräte wichtig. Diese beiden grundlegenden Strukturen können ebenfalls die Basis von organischen Halbleiter-Sensorgeräten sein, die auf denselben Grundlagen der Spannung oder Ladetransportmodulation beruhen, wobei ein guter elektrischer Kontakt von einem gedruckten Merkmal an die aktiven Lagen von Vorteil ist.
Zum Beispiel enthalten organische photovoltaische Geräte sowie Photodioden oder optische Sensoren typischerweise aktive Lagen, die eine optische Absorption und Ladetrennungsfunktionalität enthalten, deren Effizienz und Stabilität normalerweise von der Qualität und Reinheit der aktiven Materialien und Hetero-Grenzschichten abhängen. 8a zeigt ein Beispiel eines Photodioden-Querschnitts mit separatem Ladetransport, Absorptions- und Ladetrennungslagen. Es ist zu beachten, dass in der Praxis einige der Funktionen mit einer geringeren Anzahl an Lagen kombiniert wird. In sämtlichen Fällen ist das Maximieren der Ladeextraktion und das Reduzieren der Impedanz zum Aufladen durch die Elektroden-Grenzschicht entscheidend für einen guten Füllungsfaktor und Stromeffizienz. Die hier beschriebenen Prozesse stellen Wege zur Wartung und Verbesserung dieser Grenzschicht dar. Nachteilige Wechselwirkungen oder Auflösungen durch Kathodentinten-Wechselwirkungen könnten die Funktion dieser Lagen verschlechtern. Weiterhin schließt eine zweite entscheidende Funktion innerhalb der aktiven Lage eines typischen organischen photovoltaischen Geräts den Transport der Ladung zu den Anoden- und Kathoden-Grenzflächen und danach den Transfer dieser Ladung in das Elektrodenmetall zum Fluss in einen externen Schaltkreis ein. Wie auch im Fall eines LEPDs ist die Wartung der Qualität der Grenzschichtregion und Maximierung eines niedrigen Impedanzwegs durch die Grenzschicht an die Elektrode für eine photovoltaische Zelle oder einen photovoltaischen Sensorbetrieb mit hoher Effizienz wichtig. Es sei nochmals erwähnt, dass die hier offenbarte Erfindung für gedruckte Variationen dieser Geräte, insbesondere solche, bei denen die zugrunde liegenden aktiven Lagen aus organischen Materialien, polykristallin, partikulär oder halbporös sind, sodass diese nachteilig durch die Elektroden-Komponenten-Penetration via Anschwellen, Auflösung oder ähnliche Effekte beeinflusst werden, nützlich sein kann.
Dies bezieht sich ebenfalls auf gedruckte Transistor-Sensorelektroden und solche auf Transistorbasis, wie z. B. die Quelle und der Ableiter, bei denen ähnlich wie im Fall des LEPDs die Wartung von hoch qualitativen Grenzschichten für eine niedrige Impedanz-Ladeeinspritzung oder Extraktion zwischen den aktiven Ladetransportlagen und den Quellen- und Ableiterelektroden von Wichtigkeit sein kann. Im Fall eines in bestimmten Transistoren eingesetzten Transistor-Gates (die vorliegende Erfindung kann auch auf andere Arten von Transistoren bezogen sein), kann die Qualität der Gren zschicht ebenso wichtig sein, da die Auflösung oder das Aufrauen der Gate-/dielektrischen Grenzschicht zu einer Gate-Leckage, zu Fangkonditionen sowie einem schlechten Grenzwert und effektivem Mobilitätsverhalten führen kann. 8b zeigt eine Top-Gate gedruckte TFT-Struktur, nachdem eine Gate-Elektrodentinte aufgetragen worden ist. Es ist zu beachten, dass die Quellen- und Ableitungskontakte ebenfalls gedruckt sein können, und dass wiederum in diesen beiden Fällen die Wartung der Qualität der Grenzschicht unter Anwendung der hier offenbarten Prozesse durchgeführt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere unter Verweisnahme der gegenständlichen Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte es dem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass die verschiedenen Änderungen, Modifikationen, Substitutionen und Auslassungen in ihren Gestalten und Details beabsichtigt sind, ohne vom Geist und dem Anwendungsgebiet der Erfindung abzuweichen. In den nachfolgenden Ansprüchen sind beispielsweise verschiedene andersartige Kombinationen von abhängigen Ansprüchen, die nicht spezifisch genannt werden, bestimmungsgemäß im Anwendungsgebiet der Erfindung enthalten und insbesondere können die Vorträge über die verschiedenen abhängigen Ansprüche, die nicht gerätspezifisch sind, an den verschiedenen Arten der genannten Geräte und insbesondere an organischen lichtemittierenden Geräten, organischen Elektrogeräten, Photovoltaischengeräten und Sensoren eingesetzt werden. Dementsprechend weiß der Fachmann zu schätzen, dass einige Merkmale der Erfindung in zahlreichen Fällen ohne eine entsprechende Verwendung anderer Merkmale eingesetzt werden. Weiterhin wird dem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich, dass Variationen an der Anzahl und Anordnung der erfindungsgemäßen in den oben genannten Figuren dargestellten und beschriebenen Elemente möglich sind. Solche Änderungen und Modifikationen sind bestimmungsgemäß im Anwendungsgebiet der anhängigen Ansprüche enthalten.
Zusammenfassung
VERFAHREN UND APPARAT FÜR VERBESSERTE DRUCKKATHODEN FÜR ORGANISCHE ELEKTROGERÄTE
Die vorliegende Erfindung betrifft die schnelle thermische Verarbeitung gedruckter Elektroden und Kathoden für organische Elektrogeräte und lichtemittierende Polymergeräte (LEPDs), um nachteilige Wechselwirkungen zwischen der Kathodentinte und der zugrunde liegenden Lage zu verhindern. Die mit Tintenlage gedruckte Kathode kann während der Herstellung unter Anwendung von Sieben mit hoher Maschenzahl, kalandrierten Maschensieben, hohen Rakeldrücken, Rakeln mit starker Härte, hohen Rakelwinkeln und Kombinationen davon verdünnt werden. Allein oder in Kombination mit einer verdünnten Tintenlage kann die gedruckte Kathode unter Anwendung einer kürzeren Heizelementverarbeitung, Infrarotverarbeitung, erhitzter Gasstromverarbeitung oder Kombinationen davon gehärtet werden.
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 6284435 [0003]
- US 5399502 [0003]
- US 5869350 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Shaheen, et al., Appl. Phys. Lett. 79, 2996 (2001) [0003]
- „Verständnis über und Messen des elektrischen Widerstands in leitfähigen Tinten und Klebstoffen” Banfield, D., SGIA Journal, Juni 2000. [0008]
- http://www.newlong.co.jp/en/technique/user001.html [0038]

Claims

Verfahren zum Bilden eines Elektrogeräts auf einem Fundament, umfassend die nachfolgenden Schritte: Bilden einer aktiven Lage, die wenigstens eins der folgenden aktiven Materialien auf dem Fundament enthält: optisch, chemisch oder elektronisch; Bilden einer leitfähigen Elektrode auf der aktiven Lage, wobei der Schritt dieses Bildens die nachfolgenden Schritte enthält: Drucken einer leitfähigen Tinte mit einem darin enthaltenen Lösungsmittel auf der aktiven Lage, wobei der Schritt des Druckens die leitfähige Tinte in einer Menge aufträgt, die < als etwa 22 cm³ an Tinte/m² an aktiver Lage beträgt; und Härten der leitfähigen Tinte, um die leitfähige Elektrode des Elektrogeräts zu erhalten, wobei nachteilige Wechselwirkungen zwischen der leitfähigen Tinte und der aktiven Lage im Wesentlichen durch einen oder mehrere der nachfolgenden Schritte verhindert werden: (1) der Schritt des Härtens enthält das schnelle Härten der leitfähigen Tinte derart, dass innerhalb etwa 1 Minute ab dem anfänglichen Schritt des Härtens ein Hauptteil des Lösungsmittels verdampft, und (2) der Schritt des Druckens enthält die Auswahl des Lösungsmittels derart, dass das Lösungsmittel weniger als 40% Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens ferner das Drucken der leitfähigen Tinte derart enthält, dass die leitfähige Tinte weniger als 10 g an Lösungsmittel/m² an gedrucktem Bereich enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das schnelle Härten der leitfähigen Tinte derart als der eine oder mehrere der nachfolgenden Schritte eingesetzt wird, dass innerhalb etwa 1 Minute ab dem anfänglichen Schritt des Härtens der Hauptteil des Lösungsmittels verdampft.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Auswahl des Lösungsmittels derart, dass das Lösungsmittel weniger als 40% Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte beträgt, ferner als der eine oder mehrerer der nachfolgenden Schritte eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das schnelle Härten der leitfähigen Tinte derart als der eine oder mehrere der nachfolgenden Schritte eingesetzt wird, dass innerhalb etwa 1 Minute ab dem anfänglichen Schritt des Härtens der Hauptteil des Lösungsmittels verdampft.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Auswahl des Lösungsmittels derart, dass das Lösungsmittel weniger als 40% Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte beträgt, ferner als der eine oder mehrerer der nachfolgenden Schritte eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Dicke der leitfähigen Tinte weniger als 10 Mikron beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswahl des Lösungsmittels derart, dass das Lösungsmittel weniger als 40% Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte beträgt, ferner als der eine oder mehrerer der nachfolgenden Schritte eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bildens der organischen lichtemittierenden Lage die Schritte des Bildens einer Polymerlage enthält und die Polymerlage eine verteilte durchschnittliche Konzentration von ganzen Transportmaterialien, Elektrolyten, Tensiden, Dotierstoffen, Salzen und das Grenzschicht-Dipol verbessernde Materialien aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bildens der organischen lichtemittierenden Lage eine Polymerlage und die Schritte des Bildens einer geschichteten Konzentration von ganzen Transportmaterialien, Elektrolyten, Tensiden, Dotierstoffen, Salzen und das Grenzschicht-Dipol verbessernde Materialien enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der leitfähigen Tinte weniger als 10 Mikron beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der leitfähigen Tine weniger als 5 Mikron beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der leitfähigen Tinte weniger als 3 Mikron beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens ein Siebdruckverfahren ist, das eine Leitersieb-Maschengröße von ≥ 230 Fasern pro Zoll einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens ein Siebdruckverfahren ist, das eine Leitersieb-Maschengröße von ≥ 380 Fasern pro Zoll einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens ein Siebdruckverfahren ist, das eine Leitersieb-Maschengröße von ≥ 460 Fasern pro Zoll einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens ein Siebdruckverfahren ist, das eine Leitersieb-Maschengröße von ≥ 508 Fasern pro Zoll einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens die leitfähige Tinte in einer Menge von < als etwa 12 cm³ an Tinte/m² auf die darunter liegende organische lichtemittierende Lage aufträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens die leitfähige Tinte in einer Menge von < als etwa 8 cm³ an Tinte/m² auf die darunter liegende organische lichtemittierende Lage aufträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens die leitfähige Tinte in einer Menge von < als etwa 4,2 cm³ an Tinte/m² auf die darunter liegende organische lichtemittierende Lage aufträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens den Schritt des Auftragens der leitfähigen Tinte unter Anwendung eines kalandrierten oberen Leiter-Siebdruck-Maschennetzes enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens den Schritt des Durchdrückens eines Teils der aufgetragenen leitfähigen Tinte durch jeweils ein Sieb und eine Schablone unter Anwendung eines Siebdruck-Rakels von > 60 Durometer enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des schnellen Härtens als der eine Schritt verwendet wird und wenigstens ein Prozess des Erhitzens bei einer Temperatur, die höher als Raumtemperatur liegt, und ein Luftfluss über der leitfähigen Tinte eingesetzt wird, um die Anwendung des schnellen Härtens zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das wenigstens eine Verfahren innerhalb von einer bis 10, 5 und 2,5 Sekunden nach dem Schritt des Auftragens eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das wenigstens eine Verfahren das Einleiten von Wärme von unterhalb des Substrats derart enthält, dass ein Temperaturgradient von der höheren Temperatur an einer Grenzschicht zwischen der aufgetragenen leitfähigen Tinte und der lichtemittierenden Polymerlage zu einer niedrigeren Temperatur an einer Oberseite der leitfähigen Tinte auftritt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das wenigstens eine Verfahren zum Erhitzen ein Heizelement einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das wenigstens eine Verfahren ein Vakuum zum Halten des Substrats in Kontakt mit einer Hitzequelle einsetzt, um beim schnellen Erhitzen der leitfähigen Tinte behilflich zu sein.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das wenigstens eine Verfahren einen mechanischen Rahmen einsetzt, um das Substrat durch eine mechanische Kraft und ein Gewicht in Kontakt mit einer Hitzequelle zu halten, um beim schnellen Erhitzen der leitfähigen Tinte behilflich zu sein.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Härtens wenigstens einen Teil der Zeit in einem Vakuum oder in einem Edelgas durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend den Schritt, der ausschließt, dass Licht in der lichtemittierenden Polymerlage während dem Schritt des Härtens absorbiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während dem Schritt des Härtens das Aussetzen an Temperaturen von > 120 C Atmosphären, die jeweils entweder > 1 ppm Sauerstoff oder Wasser enthalten, auf weniger als 90 Sekunden beschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während dem Schritt des Härtens das Aussetzen an Temperaturen von > 140 C Atmosphären, die > 1 ppm Sauerstoff oder Wasser enthalten, auf weniger als 90 Sekunden beschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während dem Schritt des Härtens das Aussetzen an Temperaturen von > 140 C Atmosphären, die > 1 ppm Sauerstoff und Wasser enthalten, auf weniger als 20 Sekunden beschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Härtens den Schritt des Verdrängens jeweils von Sauerstoff, Ozon, Wasser sowie Nebenprodukten der leitfähigen Tinte unter Anwendung von Edelgas enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Härtens den Schritt des Flusses eines erhitzten Gases über einer Oberfläche der leitfähigen Tinte enthält.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das erhitzte Gas eine Temperatur von < 140 C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Härtens die Bestrahlung zur thermischen Behandlung der leitfähigen Tinte einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die eingesetzte Bestrahlung ein Spektrum aufweist, das selektiv von der leitfähigen Tinte absorbiert wird.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die eingesetzte Bestrahlung Infrarot-Bestrahlung ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Bestrahlung derart gerichtet ist, um direkt durch das Substrat und die organische lichtemittierende Lage durchzutreten, um zur leitfähigen Tinte zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der Schritt des Härtens den Schritt des Entfernens der Hitze vom Substrat unter Anwendung einer soliden Gerätewärmesenke enthält, um eine höhere Temperatur an der leitfähigen Tinte beizubehalten, als die der lichtemittierenden Polymerlage.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Bildens der leitfähigen Lage und des Härtens jeweils mehrmals der Reihenfolge nach wiederholt werden, um die leitfähige Elektrode zu erhalten, die aus einer Vielzahl von leitfähigen Lagen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Schritte des Härtens die leitfähige Lage vor dem Wiederholen des Schritts des Bildens der leitfähigen Lage die leitfähige Lage thermisch trocknet.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei jede der in der Vielzahl an Schritten zum Bilden der leitfähigen Lage aufgetragenen leitfähigen Lagen eine verschiedene Zusammensetzung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei die direkt auf der organischen lichtemittierenden Lage positionierte leitfähige Lage kleinere Partikel aufweist, als die Partikel, die in der leitfähigen Lage vorhanden sind, die aufgetragen wird, wenn der Schritt des Bildens der leitfähigen Lage wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Druckens jeweils Schablonendruck, Gravurdruck, Tintenstrahldruck, Beschichtung, Offsetdruck und Sprühbeschichtung einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elektrogerät ein photovoltaisches Gerät ist und wobei das Fundament eine weitere leitfähige Lage enthält, die über einem Substrat angeordnet ist und wobei die aktive Lage eine Lichtabsorption und einen Ladetransport ausführt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elektrogerät ein organisches Gerät ist und wobei die aktive Lage wenigstens jeweils ein organisch optisches, chemisches oder elektronisch aktives Material enthält.
Verfahren nach Anspruch 48, wobei das organische Gerät ein organisches lichtemittierendes Gerät ist und wobei das Fundament eine weitere leitfähige Lage enthält, die über einem Substrat angeordnet ist und wobei der Schritt des Bildens der aktiven Lage die aktive Lage über einer weiteren leitfahigen Lage bildet.