DE20020604U1 - Vorrichtung zur Herstellung eines halbleitenden und/oder Elektrolumineszenz zeigenden organischen Schichtaufbaus - Google Patents
Vorrichtung zur Herstellung eines halbleitenden und/oder Elektrolumineszenz zeigenden organischen SchichtaufbausInfo
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Description
, BÖLTE & ^ARTNER
Anwaltssozietät GbR
Postfach 860624
81633 München
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Advanced Photonics 05. Dezember 2000
Technologies AG M/IND-057-DE/G
Bruckmühler Str. 2 7 MB/BO/HZ/hk
83 052 Bruckmühl-Heufeld
Bundesrepublik Deutschland
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Vorrichtung zur Herstellung eines halbleitenden und/oder Elektrolumineszenz zeigenden organischen Schichtaufbaus
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines halbleitenden und/oder Elektrolumineszenz zeigenden organischen Schichtaufbaus.
Elektrooptische Anzeigeeinheiten für elektronische Geräte werden heute überwiegend in Form von Flüssigkristall(LCD)-Anzeigen realisiert, deren hoher technologischer Entwicklungsstand die Ausführung von äußerst kostengünstigen, leicht ansteuerbaren und auch hinreichend langlebigen Anzeigen erlaubt.
Neben der LCD-Technik gibt es jedoch eine Reihe weiterer Prinzipien für die Realisierung elektrooptischer Anzeigen, die auch bereits praktische Anwendungen finden. Hiervon spielen Vakuumfluoreszenzanzeigen im Anwendungsbereich mit den niedrigsten Anforderungen aufgrund der extrem niedrigen Kosten eine nennenswerte Rolle. Auf der anderen Seite haben sich die qualitativ hochwertigen Plasmadisplays bei großformatigen Anzeigen beispielsweise für hochwertige Fernsehgeräte - einen erheblichen Marktanteil geschaffen. Die aus physikalischen und technologischen Gründen erforderlichen Mindestabmessungen der Bildpunkte begrenzen jedoch deren Auflösung bei kleineren Anzeigeformaten.
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Meissner, Bolte& Partner * m/ind-057-de/g
Seit einigen Jahren findet auch der Effekt der organischen Elektrolumineszenz bei den Bemühungen zur Realisierung neuer, kostengünstiger und breit einsetzbarer Displaytechnologien verstärkt Beachtung. Die entsprechenden Bauelemente werden vielfach als organische Leuchtdioden (OLED) bezeichnet. Mittlerweile sind Dutzende von Firmen mit der Entwicklung solcher Displays befaßt, nachdem wesentliche Verbesserungen der photonischen Eigenschaften und eine erhebliche Steigerung der erwarteten Lebensdauer erzielt wurden.
OLEDs basieren auf sogenannten kleinen Molekülen oder Polymeren, die in einer sehr dünnen Schicht oder - als sogenannte Mehrlagen-OLED - in mehreren aufeinanderfolgenden dünnen Schichten auf einem mit einem leitfähigen, transparenten Film beschichteten Substrat angeordnet sind. Im Rahmen der bisherigen Entwicklungen wurde eine Vielzahl von Elektrolumineszenzeigenschaften zeigenden Stoffen sowie eine Reihe von Bauelementkonfigurationen sowie technologischen Realisierungsmöglichkeiten untersucht.
Es hat sich gezeigt, daß die Aufbringung der dünnen Schichten zum einen mittels Molekularstrahlepitaxie und zum anderen durch Aufschleudern von Lösungen oder Dispersionen mit einem sehr geringen Anteil des ausgewählten Stoffes oder der ausgewählten Zusammensetzung und anschließendes Trocknen zur Erzeugung einer festen organischen Dünnschicht möglich ist. Bei beiden Prozeßführungen muß zur Erzielung einer befriedigenden Lebensdauer des herzustellenden Anzeigeelementes ein Kontakt mit Wasser bzw. Wasserdampf ebenso strikt unterbunden werden wie im späteren Betrieb. Dies erfordert auch eine gründliche Befreiung des Substrates von Wasseradsorbaten und eine absolut feuchtigkeitsdichte Verkapslung des fertigen Anzeigeelementes.
Die labormäßig praktizierten Schichterzeugungsverfahren und begleitenden Prozesse sind kostenaufwendig und wenig produktiv,
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so daß die Herstellung von OLED mit zu anderen Displays wettbewerbsfähigen Kosten bisher nicht möglich ist.
Im Rahmen der bisherigen Arbeiten hat sich im übrigen gezeigt, daß eine Reihe von für OLED in Betracht gezogenen organischen Substanzen bei bestimmten Reinheitsgraden und in bestimmten Schichtkonstellationen deutlich halbleitende Eigenschaften zeigen, so daß deren Nutzung in elektronischen Schaltungen außerhalb des Anzeigebereiches - also speziell in Logik- und/oder Speicherschaltungen - grundsätzlich als möglich erscheint. Hier scheinen allerdings noch wesentlich verschärfte Anforderungen hinsichtlich der Schichtbildungs- und Trocknungsprozesse und des Ausschlusses von Störfaktoren hierbei zu bestehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Schaffung einer Vorrichtung zugrunde, die die Herstellung eines Elektrolumineszenz-Eigenschaften oder Halbleitereigenschaften zeigenden organischen Schichtaufbaus mit hoher Produktivität und geringen . ■ Kosten ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken des Einsatzes von elektromagnetischer Strahlung mit einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 &mgr;&pgr;&igr; und 1,5 &mgr;&idiagr;&eegr;, zum Trocknen einer auf das Substrat aufgebrachten flüssigen Schicht zur Bildung einer organischen Dünnschicht mit halbleitenden Eigenschaften oder Elektrolumineszenzeigenschaften ein. Relativ unabhängig hiervon schließt sie weiter den Gedanken ein, die erwähnte Strahlung im Bereich des nahen Infrarot (NIR-Strahlung) für Hilfsprozesse wie die Befreiung des Substrates von Wasseradsorbaten und/oder die Trocknung von Fotolackschichten zur photoli-
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thografischen Strukturierung des Substrates und/oder zum Trocknen oder Vernetzen eines bei der Verkapslung der organischen Dünnschicht(en) eingesetzten Klebstoffs als Verkapslungsmaterials einzusetzen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Lösung bzw. Dispersion mit einem organischen Lösungsmittel gebildet, welches unter dem Einfluß der NIR-Strahlung besonders leicht flüchtig ist. Diese Bedingung erfüllt beispielsweise Toluol, das sich auch im Hinblick auf weitere Anforderungen für diesen Zweck eignet.
Als Substrat für die organische Dünnschicht dient - je nach konkretem Einsatzzweck des Schichtaufbaus - bevorzugt eine dünne Keramikplatte oder eine dünne (für bestimmte Anwendungen insbesondere flexible) Glasplatte. Grundsätzlich kann der Träger auch durch eine Kunststofffolie oder -platte gebildet sein, sofern diese hinreichend feuchtediffusionsbeständig ist. Dies kann gegebenenfalls durch Aufdampfen, Aufsputtern o. ä. einer speziellen Feuchtediffusionsbarriere gewährleistet werden. Mit Substraten der letztgenannten Typen lassen sich vorteilhafterweise gebogene sowie flexible Anzeigeelemente herstellen, die mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften auf der Grundlage anderer Displayprinzipien nicht ohne weiteres realisierbar sind.
Die Erzeugung der organischen Dünnschicht erfolgt zweckmäßigerweise durch Aufschleudern einer Lösung oder Dispersion mit einem Anteil der organischen Zusammensetzung zwischen 0,2 und 10 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,5 und 3 Gew.-%, mit einer Naßschichtdicke im Bereich zwischen 1 und 50 &mgr;&khgr;&agr; und durch anschließendes Trocknen mittels der NIR-Strahlung, wobei sich die Schichtdicke auf einen Trocken-Wert im Bereich zwischen 10 nm
und 1 um, bevorzugt zwischen 50 und 300 nm, verringert. (Diese
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Bereichsangaben sind allerdings als typische Werte und keineswegs als einschränkend zu verstehen und können sich aufgrund neuer Erkenntnisse über die Wirkmechanismen von organischen Halbleiterstrukturen und Elektrolumineszenzanordnungen ändern.) 5
Die organische Zusammensetzung umfaßt Polymere oder kleine Moleküle, speziell lösliche Alkoxyphenyl-PPV-Systeme, TAD, MTDATA, AIq3, NPD, DCM, DPVBi, CuPc, OYC und/oder Seltenerdkomplexe oder weitere Wirkverbindungen, die der Dünnschicht halbleitende bzw. Elektrolumineszenz-Eigenschaften verleihen. Diese Substanzen sind temperaturempfindlich, so daß eine angemessene Limitierung der Prozeßtemperatur in der Dünnschicht erforderlich ist. Hierfür eignet sich die NIR-Behandlung aufgrund der sehr kurzen Trocknungsdauer sowie der präzisen Einstellbarkeit des Trocknungsprozesses durch Steuerung der Bestrahlung besonders. Im Regelfall sollte diese Temperatur unterhalb von 1000C liegen.
Die oben bereits kurz angesprochenen Hilfsprozesse bei der Herstellung von elektronischen Schaltungen aus halbleitenden organischen Schichtaufbauten oder von Anzeigeeinheiten aus organischen Schichten mit Elektrolumineszenz-Eigenschaften umfassen insbesondere die Befreiung der Substratoberfläche (bzw. der mit der aufzubringenden Dünnschicht in Kontakt kommenden Fläche) von Wasseradsorbaten durch kurzzeitige NIR-Bestrahlung.
Ein weiterer wesentlicher Hilfsprozeß bei der Schaltungs- oder Anzeigeelementherstellung ist die geeignete Strukturierung des Flächenbereiches, zweckmäßigerweise auf photolithografischem Wege. Hierbei ist wiederum der Einsatz von NIR-Strahlung zum Trocknen und/oder Hartbacken des verwendeten Fotolackes von Vorteil.
Die Herstellung eines mehrschichtigen OLED-Aufbaus ist insbesondere durch sukzessives Aufbringen mit jeweils anschließender
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NIR-Bestrahlung mehrerer flüssiger Schichten mit jeweils einer spezifischen organischen Zusammensetzung vorteilhaft möglich. Hierbei werden die Bestrahlungsparameter jeweils spezifisch auf die konkrete Schicht in der Schichtfolge abgestimmt. Im übrigen ist analog auch die Erzeugung mehrschichtiger Schaltungsstrukturen mit organischen Halbleiter-Dünnschichten möglich.
Schließlich ist der Einsatz der NIR-Bestrahlung auch bei der aufgrund der Feuchteempfindlichkeit der organischen Dünnschichten unabdingbaren Verkapslung der Anzeige- bzw. elektronischen Schaltungselemente sinnvoll, denn mit dieser lassen sich in produktiver und kostengünstiger Weise die eingesetzten Klebstoffe bzw. Verkapslungsmaterialien (Polymere) trocknen und vernetzen.
Besondere Vorteile gewinnt die NIR-Bestrahlung in der kombinierten Anwendung für mehrere der genannten Prozeßschritte, da hierfür jeweils die gleiche, vergleichsweise unaufwendige und nur einen geringen Handhabungsaufwand erfordernde Trocknungsanlage eingesetzt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben in
- verschiedenen Aspekten und Anwendungen beschriebenen Verfahrens umfaßt eine über der Oberfläche des Substrates angeordnete und auf diese ausgerichtete Strahlungsquelle mit einem wesentlichen Wirkanteil der Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, insbe- . sondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 und 1,5 pm, und zwar speziell eine mit erhöhter Betriebstemperatur (insbesondere bei einer Strahlertemperatur von mehr als 2500 K, speziell von über 2900 K) betriebene Halogenlampe. Die Strahlungsquelle umfaßt bevorzugt einen im wesentlichen den Querschnitt eines Ellipsen- oder Parabelabschnittes aufweisenden Reflektor zur Erzeugung einer insbesondere im wesentlichen rechteckigen Strahlungszone, in der sich während des Trocknungsschrittes das
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Substrat mit der flüssigen Dünnschicht befindet oder durch die es hindurchgefördert wird.
Die Leistungsdichte, gemessen auf der Oberfläche der organisehen Dünnschicht, liegt bevorzugt bei oder oberhalb 150 kW/m2, speziell oberhalb von 500 kW/m2.
Durch die Einstellung der Größe der Strahlungszone in Abstimmung auf die Strahlungsleistung des eingesetzten Strahlers läßt sich - in Abhängigkeit von der jeweiligen Substratgröße - entweder eine ganzflächige oder abtastende Bestrahlung des Substrates realisieren. Im letzteren Falle umfaßt die Bestrahlungsvorrichtung auch eine Bewegungseinrichtung zur abtastenden Bewegung der Strahlungsquelle über das Substrat bzw. zum Hin-. durchfördern des Substrates durch die Strahlungszone. Speziell bei kleineren Substraten, etwa für miniaturisierte elektronische Schaltungen oder kleinere Displays, kann aber eine stationäre Ganzflächenbestrahlung sinnvoll sein.
Vorteilhafterweise wird der Trocknungseffekt der NIR-Bestrahlung durch die Führung eines Schutz- und Trocknungsgasstromes über die Oberfläche der flüssigen Schicht bzw. des Substrates (insbesondere im wesentlichen parallel zu diesen) vergrößert. Das hierzu eingesetzte hochreine Inertgas schließt zudem den Zutritt von Luft und Feuchtigkeit zu der hierauf höchst sensibel reagierenden organischen Dünnschicht aus und sichert so eine hohe Ausbeute.
In einer bevorzugten Verfahrensführung wird vor und/oder während der Bestrahlung mindestens eine physikalische Größe der flüssigen Schicht und/oder des Substrates, insbesondere deren Temperatur und/oder Feuchtegehalt und/oder das Reflexionsvermögen und/oder der Brechungsindex, gemessen und das Meßergebnis zur Steuerung der Bestrahlung ausgewertet und genutzt. Hierzu umfaßt die Bestrahlungsvorrichtung mindestens eine Meßeinrich-
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tung zur Erfassung mindestens einer physikalischen Größe der flüssigen Schicht, insbesondere deren Temperatur und/oder Feuchtegehalt und/oder Reflexionsvermögen und/oder Brechungsindex. Die Steuerung der Bestrahlung kann anhand der Meßergebnisse "manuell" erfolgen - insbesondere dann, wenn sie im wesentlichen die Voreinstellung eines Bestrahlungsparameters (oder mehrerer Bestrahlungsparameter) in Abhängigkeit von einer vorab gemessenen Größe umfaßt. In einer bevorzugten automatischen Verfahrensführung hat aber die Bestrahlungssteuereinrichtung mindestens einen Steuereingang, über den sie mindestens mittelbar mit einer Meßeinrichtung verbunden ist und ein Meßsignal oder Auswertungsergebnis empfängt derart, daß aufgrund des Meßsignals oder Auswertungsergebnisses eine Einstellung der Bestrahlungsparameter erfolgt.
Die Steuerung der Bestrahlungsparameter umfaßt insbesondere eine Steuerung der Strahlertemperatur (etwa über die angelegte Spannung) und/oder der wirksamen Strahlungsleistung, beispielsweise durch Veränderung des Abstandes zwischen Strahler bzw. Reflektor und der zu behandelnden Schicht. Eine weitere zweckmäßige Steuerungsmöglichkeit besteht in einer teilweisen Abblendung und/oder einer Filterung der NIR-Strahlung mittels einer geeigneten Blenden- bzw. Verschlußeinrichtung oder eines Band- oder Kantenfilters. Hiermit können insbesondere für bestimmte Prozeßschritte unerwünschte Komponenten des Gesamt-Strahlungsspektrums bzw. bestimmte Bereiche der Strahlungszone der Lampen-Reflektor-Anordnung ausgeblendet werden.
Es versteht sich, daß bei den oben erwähnten Hilfsprozessen in analoger Weise wie bei der NIR-Bestrahlung der flüssigen
Schicht zur Erzeugung der funktionellen organischen Dünnschicht eine Messung von Parametern des Substrates oder einer Fotolackschicht oder einer Klebstoffschicht zum Zwecke einer entsprechenden Bestrahlungssteuerung erfolgen kann. 35
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Schließlich ist für die erwähnten Prozeßschritte auch eine geregelte Prozeßführung möglich, was insbesondere bei relativ stark (und gegebenenfalls unvorhergesehen) wechselnden äußeren Einflußgrößen, etwa Substrateigenschaften, sinnvoll sein kann. 5
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Aspekte und Prozeßschritte beschränkt, sondern im Rahmen der anhängenden Ansprüche ebenso gemäß weiteren Aspekten und in sonstigen Prozeßschritten der Herstellung organischer Halbleiter- bzw. Elektrolumineszenzstrukturen möglich.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Herstellung eines halbleitenden organischen Schichtaufbaus zum Einsatz in einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer Logik- und/oder Speicherschaltung oder eines Elektrolumineszenz zeigenden organischen Schichtaufbaus zum Einsatz in einem Anzeigeelement vom OLED-Typ, wobei ein Substrat mit einer Lösung oder Dispersion mit geringem Anteil einer organischen Zusammensetzung mit einer Naßschichtdicke beschichtet und durch Trocknen eine auf dem Substrat haftende organische Dünnschicht mit halbleitenden Eigenschaften mit einer gegenüber der Naßschichtdicke wesentlich, insbesondere um eine Größenordnung oder mehr, geringeren Trockenschichtdicke gebildet wird, gekennzeichnet durch eine über der Oberfläche des Substrates angeordnete und auf diese ausgerichtete Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung, die ihren wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1,5 µm, hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine mit erhöhter Betriebstemperatur betriebene Halogenlampe aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle einen im wesentlichen den Querschnitt eines Ellipsen- oder Parabelabschnittes aufweisenden Reflektor zur Erzeugung einer im wesentlichen rechteckigen Strahlungszone hat, und eine Bewegungseinrichtung zur abtastenden Bewegung der Strahlungsquelle über das Substrat bzw. zum Hindurchfördern des Substrates durch die Strahlungszone vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Gasstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines, insbesondere im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Halbleiterwafers und damit zur Fotolackschicht gerichteten, Schutz- und Trocknungsgasstromes, insbesondere mit einem Inertgas.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Bestrahlungssteuereinrichtung, die insbesondere eine Verschlußeinrichtung aufweist, zur Realisierung der kurzzeitigen Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung auf die flüssige Schicht mit vorgegebenen, insbesondere konstanten, Bestrahlungsparametern, speziell einer vorgegebenen spektralen Zusammensetzung und Leistungsdichte der Strahlung.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Meßeinrichtung zur Erfassung mindestens einer physikalischen Größe der flüssigen Schicht, insbesondere deren Temperatur und/oder Feuchtegehalt und/oder Reflexionsvermögen und/oder Brechungsindex.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungssteuereinrichtung mindestens einen Steuereingang aufweist, über den sie mindestens mittelbar mit einer Meßeinrichtung verbunden ist und ein Meßsignal oder Auswertungsergebnis empfängt derart, daß aufgrund des Meßsignals oder Auswertungsergebnisses eine Einstellung der Bestrahlungsparameter erfolgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zur Durchführung der Bestrahlung in einem geschlossenen Regelkreis.
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|---|---|---|---|---|
| DE10139001A1 (de) * | 2001-08-15 | 2003-03-13 | Siemens Ag | Zeigerinstrument |
| WO2003038923A1 (de) * | 2001-10-30 | 2003-05-08 | Covion Organic Semiconductors Gmbh | Verfahren zur trocknung von schichten organischer hablaiter, letier oder farbfilter mittels ir und/oder nir-strahlung |
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2000
- 2000-08-09 DE DE20020604U patent/DE20020604U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005508515A (ja) * | 2001-10-30 | 2005-03-31 | コヴィオン・オーガニック・セミコンダクターズ・ゲーエムベーハー | Ｉｒ／ｎｉｒ放射を使用して有機半導体、有機導電体または有機カラーフィルターの層を乾燥する方法 |
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