SI24593A - Postopek izdelave organske svetleče diode - Google Patents

Abstract

Po izumu je predviden postopek izdelave organskih svetlečih diod, pri katerem se na primeren substrat, zlasti stekleno površino ali folijo s predhodno nanešeno anodo, nanese transportne sloje in emisivni sloj, nakar se v nadaljnjem koraku oblikuje prostor za katodo in izvrši vnašanje same katode, sestoječe iz evtektične zmesi galija in indija. Nanašanje transportnega sloja in emisivnega sloja se po izumu izvrši s fleksotiskom.

Description

Postopek izdelave organske svetleče diode

Izum se nanaša na postopek izdelave organske svetleče diode (OLED). Tovrstni izumi so na področju elektrotehnike razvrščeni k svetilom, konkretno pa k postopkom izdelave elektroluminiscentnih izvorov svetlobe.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako izpopolniti postopek izdelave organske svetleče diode, da bo ta lahko potekal hitreje in bo tako v velikoserijski proizvodnji lahko čas izdelave diode v primerjavi z doslej znanimi postopki bistveno krajši.

Prijavitelju je znan postopek izdelave organskih svetlečih diod, pri katerem se na primeren substrat, zlasti stekleno površino ali folijo s predhodno nanešeno anodo, sestoječo iz trdne raztopine običajno 90 ut.% indijevega (III) oksida In₂O3 in 10 ut. % kositrovega (IV) oksida SnO₂ (strokovnjakom znane tudi s kratico ITO, ki izhaja iz angleške strokovne terminologije Indium Tin Oxide), nanese še na vročem zraku utrdljiv transportni sloj, sestoječ iz poli(3,4-etilendioksithiopen) • · · · poli(stirensulfonata) (skrajš. PEDOT:PSS), in emisivni sloj, sestoječ iz UVutrdljivega rutenijevega kompleksa. Pri tem se nanašanje sloja UV-utrdljivega rutenijevega kompleksa vrši z naprševanjem, namreč bodisi z nanašanjem na vrteče se podlage (angl. spin coating) ali s kapljičnim tiskom s kapljičnim tiskom s pomočjo takoimenovanega ink jet tiskalnika (angl. Ink-jet printing) . Temu sledi oblikovanje prostora za katodo in vnašanje same katode, in sicer s pomočjo tkzv. samolepilnih mask za katodo, pri čemer je na prvi t.j. spodnji maski prav tako nanesen sloj ITO, medtem ko sama katoda sestoji iz evtektične zmesi galija in indija. Za tovrsten postopek je značilno, da nanašanje transportnega sloja (PEDOT.PSS) in emisivnega sloja iz UV-utrdljivega rutenijevega kompleksa poteka z naprševanjem (spin coatingom) oz. kapljičnim tiskom s pomočjo takoimenovanega ink jet tiskalnika iz zato razmeroma počasi in je zatorej primemo predvsem za manjše površine, za individualno oz. laboratorijsko uporabo, ne pa tudi za velikoserijsko proizvodnjo.

Izum se nanaša na postopek izdelave organskih svetlečih diod, pri katerem se na primeren substrat, zlasti stekleno ploščo ali polimerni substrat v obliki plošče ali folije, s predhodno nanešeno anodo, sestoječo iz trdne raztopine vsaj približno 90 ut.% indij evega (III) oksida In₂O₃ in ut. 10 % kositrovega (IV) oksida SnO₂ (ITO) nanese še na vročem zraku utrdljiv transportni sloj, sestoječ iz zmesi natrijevega sulfata polistirena in poli(3,4-etilendioksithiopen) poli(stirensulfonata) (PEDOT:PSS), in emisivni sloj, sestoječ iz UV-utrdljivega rutenijevega kompleksa, čemur sledi oblikovanje prostora za katodo in zatem vnašanje katode iz evtektične zmesi galija in indija, in sicer s pomočjo tkzv. samolepilnih mask za katodo, pri čemer je na prvi t.j. spodnji maski prav tako nanešen električno prevodni sloj (ITO).

Za postopek po izumu pa je značilno, da se nanašanje na vročem zraku sušečega se oz. utrdljivega transportnega sloja (PEDOT;PSS) in emisivnega sloja iz UVutrdljivega rutenijevega kompleksa izvrši s pomočjo fleksotiska.

Pri eni od možnih izvedb postopka po izumu se v koraku nanašanja emisivnega sloja s fleksoprintom kot UV-utdljiv rutenijev kompleks uporabi zmes tris(2,2’bipiridil)dikloro-rutenijevega (II) heksahidrata, amonijevega heksafluorofosfata in acetonitrila.

Pri alternativni izvedbi postopka po izumu se v koraku nanašanja emisivnega sloja s fleksoprintom kot UV-utdljiv rutenijev kompleks uporabi zmes tris(2,2’bipiridil)dikloro-rutenijevega (II) heksahidrata, amonijevega heksafluorofosfata in dimetil sulfoksida.

Organska svetleča dioda OLED (okrajš. za Organic Light Emitting Diode, pogosto tudi Light Emitting Polymer (LEP) ali Organic Electro Luminescence (OEL), je vsaka svetleča dioda (LED), ki temelji na organskih elementih in v stiku z električnim tokom oddaja svetlobo. Klasična LED dioda je namreč polprevodniška in ne organska. Plasti pri OLED tehnologiji so sestavljene iz organskih snovi.

Sodobna organska dioda je sestavljena iz sevajoče polprevodne (n) plasti in polprevodne (p) plasti med anodo in katodo. Zaradi boljše učinkovitosti so diode lahko sestavljene tudi iz več plasti.

Napetost na elektrodah povzroči premik naboja, elektroni se zberejo v sevajoči plasti, v prevodni plasti za njimi ostane presežek pozitivnega naboja. Kljub napetosti na elektrodah se pozitivni in negativni naboj privlačita. Ob srečanju pozitivnega in negativnega naboja (na p-n spoju) se presežka izničita, nastala energija pa se sprosti v obliki svetlobe. Valovna dolžina (oz. barva) svetlobe je odvisna od materialov obeh polprevodnih plasti v diodi.

Primer

Pri izdelavi organske svetleče diode (OLED) smo uporabili s kositrom dopiran indijev oksid (ITO) na primernem substratu, namreč na steklu ali polimerni foliji. ITO je trdna raztopina,sestoječa iz vsaj približno 90 ut.% indijevega (III) oksida Ιη₂θ3 in 10 ut. % kositrovega (IV) oksida SnO₂, uporabljen pa je bil zaradi dobre električne prevodnosti in transparentnosti. V tankih plasteh smo ga nanašali na substrate s fizikalnimi postopki iz parne faze.

Nadalje smo uporabili na vročem zraku sušeč se oz. utrdljiv PEDOT proizvajalcev Clevious in Sigma-Aldrich, ki je bil zaradi boljše oprijemljivosti predhodno razredčen z izo-2-propanolom. Uporabljeno zmes PEDOT:PSS, namreč poli(3,4etilendioksithiopen) poli(stirensulfonat), predstavlja polimerna zmes dveh ionskih monomerov. En del te zmesi je sestavljen iz natrijevega sulfata polistirena, ki je sulfonirani polistiren. Drugi del poli(3,4-etilenedioksthiopen) ali PEDOT je vezan polimer in nosi pozitivne naboje na osnovi polithiofena. Skupaj nabiti makromolekuli tvorita makromolekulsko sol.

Za tiskanje emisivne plasti je bil uporabljen UV-utrdljiv rutenijev kompleks, kakršega tudi sicer uporabljajo pri tehniki nanašanja na vrtečih se podlagah (spin coatingom), pri čemer gre za zmes tris(2,2’-bipiridil)dikloro-rutenijevega (II) heksahidrata, amonijevega heksafluorofosfata in acetonitrila. Alternativno možnost predstavlja UV-utrdljiv rutenijev kompleks za nanašanje s kapljičnim tiskom (ink jet), namreč zmes tris(2,2’-bipiridil)dikloro-rutenijevega (II) heksahidrata, amonijevega heksafluorofosfata in dimetil sulfoksida.

• · · ·

Za katodo je bila uporabljena evtektična zmes galija in indija, ki je bila v neposrednem stiku z emisivnim slojem iz omenjenega rutenijevega kompleksa in anodnim slojem ITO na spodnji samolepilni polimerni maski za oblikovanje prostora za katodo.

Tako izdelana OLED je bila sestavljena iz anode (ITO) na primernem substratu, transportnega sloja (PEDOT:PSS), emisivnega sloja iz rutenijevega kompleksa, ki oddaja svetlobo, in iz katode iz evtektične zmesi galija in indija. Omenjeni sloji so bili stisnjeni med polimernim substratom, lahko tudi med steklom in polimernim substratom, po izbiri še dodatno prevlečenim z enkapsulacijskim zaščitnim slojem, tako da je bil preprečen dostop kisika in vlage, obenem pa je bila s tem zagotovljena tudi zaščita omenjenih slojev pred zunanjimi fizikalnimi vplivi in poškodbami. Tako dobljen sestav smo lahko priključili na vir enosmerne napetosti.

Komponenti, ki tvorita delujočo OLED, namreč na vročem zraku sušeč se oz. utrdljiv transportni sloj (PEDOT:PSS) in emisivni sloj iz UV-utrdljivega rutenijevega kompleksa, sta bili s fleksotiskom nanešeni na substrat v obliki polimerne folije s predhodno nanešenim anodnim slojem (ITO). V prvem primeru sta bila na vročem zraku sušeč se PEDOT:PSS in UV-utrdljiv rutenijev kompleks naneŠena na predhodno nanešeni sloj ITO, v drugem primeru pa je bil na predhodno nanešen sloj ITO in PEDOT:PSS nanešen še emisivni sloj iz UVutrdljivega rutenijevega kompleksa.

S tem je bila realizirana delujoča OLED, pri kateri sta bila na vročem zraku sušeč se transportni sloj (PEDOT:PSS) in emisivni sloj iz UV-utrdljivega rutenijevega kompleksa nanešena s fleksotiskom. Kakovost same izdelave OLED in tudi njena učinkovitost v smislu svetilnosti je bila primerljiva z OLED, ki so izvedene po znanih postopkih nanašanja transportnega sloja in emisivnega sloja s tehniko spin coatinga ali kapljičnega tiska.

• ·

Polimerna folija zagotavlja OLED boljšo prožnost, bolj jo je možno upogibali, ne da bi prenehala svetiti. Razen tega za izdelavo nismo potrebovali čiste sobe, dasiravno čistoča okolice veliko pripomore k daljši življenjski dobi izdelane diode. Nanos omenjenega transportnega sloja in emisivnega sloja v tehniki fleksotiska je dovolj enakomeren in primerne debeline za izdelavo delujoče OLED, razen tega pa postopek po izumu omogoča nanašanje omenjenega transportnega sloja in emisivnega sloja na večjo površino, kar omogoča občutno večjo produktivnost izdelave v primerjavi z doslej znanimi postopki.

Claims (3)

1. Postopek izdelave organskih svetlečih diod, pri katerem se na primeren substrat, zlasti stekleno ploščo ali polimerni substrat v obliki plošče ali folije, s predhodno nanešeno anodo, sestoječo iz trdne raztopine vsaj približno 90 ut.% indijevega (III) oksida In₂O3 in 10 ut. % kositrovega (IV) oksida SnO₂ (ITO) nanese še na vročem zraku sušeč se oz. utrdljiv transportni sloj, sestoječ iz zmesi natrijevega sulfata polistirena in poli(3,4-etilendioksithiopen) poli(stirensulfonata) (PEDOT:PSS), in emisivni sloj, sestoječ iz UV-utrdljivega rutenijevega kompleksa, čemur sledi oblikovanje prostora za katodo in zatem vnašanje katode iz evtektične zmesi galija in indija, in sicer s pomočjo tkzv. samolepilnih mask za katodo, pri čemer je na prvi t.j. spodnji maski prav tako nanešen električno prevodni sloj (ITO), označen s tem, da se korak nanašanja na vročem zraku sušečega se transportnega sloja (PEDOT:PSS) in emisivnega sloja iz UVutrdljivega rutenijevega kompleksa izvrši s fleksotiskom.

2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se v koraku nanašanja emisivnega sloja s fleksoprintom kot UV-utdljiv rutenijev kompleks uporabi zmes tris(2,2’-bipiridil)dikloro-rutenijevega (II) heksahidrata, amonijevega heksafluorofosfata in acetonitrila.

3. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se v koraku nanašanja emisivnega sloja s fleksoprintom kot UV-utdljiv rutenijev kompleks uporabi zmes tris(2,2’-bipiridil)dikloro-rutenijevega (II) heksahidrata, amonijevega heksafluorofosfata in dimetil sulfoksida.