Flexodruckverfahren

Die preiswerte und flexible OLED von der Rolle

| Autor / Redakteur: Michael Stanel * / Hendrik Härter

Fleckfreie OLED-Leuchtflächen: Mit einem speziellen Flexodruckverfahren lassen sich OLED-Substrate strukturieren.
Fleckfreie OLED-Leuchtflächen: Mit einem speziellen Flexodruckverfahren lassen sich OLED-Substrate strukturieren. (Fraunhofer COMEDD)

Firmen zum Thema

Fraunhofer-Inst. für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

Auf dem Weg zur preiswerten und flexiblen OLED für große Stückzahlen hat das Fraunhofer COMEDD ein Flexodruckverfahren entwickelt. Aktive Flächen der OLED werden dabei nicht beeinflusst.

Als ein deutlicher Vorteil der Organischen Leuchtdiode (OLED) gegenüber anderen Beleuchtungstechnologien ist erkennbar, dass große Flächen auf flexiblen Materialien gleichmäßig zum Leuchten gebracht werden können. Als flexible Trägermaterialien (sog. Substrate) können beispielsweise Kunststofffolien, Metallfolien oder flexibles Glas verwendet werden, um mithilfe produktiver Rolle-zu-Rolle-Verfahren (RzR) OLED-Bauelemente zu fertigen.

Für die Herstellung einer OLED werden sehr dünne Schichten auf ein Substrat mit einem Druckverfahren übertragen oder unter Hochvakuum thermisch aufgedampft, wobei der grundsätzliche Aufbau von OLED-Bauelementen immer gleich ist: organische Halbleitermaterialien, welche aus verschiedenen Schichten (Dicke < 1 µm) einen Stapel (Stack) bilden, werden zwischen zwei Elektroden (Dicke 20 bis < 1 µm) aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet. Dabei kann die Grundelektrodenschicht auf einer Kunststofffolie oder flexiblem Glas aufgebracht sein oder eine Metallfolie bildet als Substrat selbst die Grundelektrode.

Die Struktur der OLED entscheidet über den Lichtaustritt

Abhängig vom Stackaufbau wird Licht durch das transparente Substrat emittiert (Bottom-Emission) oder vom intransparenten Substrat reflektiert (Top-Emission). Um eine Lichtauskopplung aus der organischen Halbleiterschicht zu ermöglichen, muss bei einem Bottom-Emissionsaufbau die Grundelektrodenschicht transparent sein. Dazu dienen sogenannte TCO-Elektroden (TCO – Transparent Conducting Oxides). Aus demselben Grund ist für eine Top-Emission eine transparente Deckelektrode notwendig.

Zusätzlich muss die OLED mit einer Verkapselung geschützt werden, da die empfindliche organische Halbleiterschicht beim Kontakt mit Wasserdampf und Sauerstoff sofort degradiert. Aus diesem Grund haben auch OLED-Substrate entsprechende Barriereeigenschaften aufzuweisen. Metallfolien und flexibles Glas sind ausreichend Wasserdampf- und Sauerstoff-undurchlässig, Kunststofffolien müssen hingegen zusätzlich mit entsprechenden Hochbarriereschichten in Form von Dünnschichtstapeln ausgestattet werden. [1]

Die Rolle-zu-Rolle-Fertigung für die flexible OLED

OLED-Produktion für die Beleuchtung

Die Rolle-zu-Rolle-Fertigung für die flexible OLED

11.09.13 - Flexibel hergestellte OLEDs direkt von der Rolle sparen nicht nur Kosten, sondern sie lassen sich flexibel für Displays oder E-Reader verwenden. Im Beitrag stellen wir ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren vor. lesen

Die Substratstrukturierung einer OLED ermöglicht die elektrische Trennung von Grund- und Deckelektrode und eine Unterteilung der Oberfläche in lichtemittierende und nicht lichtemittierende Bereiche, um Formen oder Bilder darstellen zu können. Ein verbreitetes Strukturierungsverfahren für OLED auf Glasscheiben ist die Laserstrukturierung, wobei mithilfe eines Lasers die Grundelektrode auf dem Substrat partiell abgetragen wird [2].

Für Kunststofffolien mit einer Barriereschicht und für flexibles Glas ist dieser Prozess bisher nicht in einem industriellen Maßstab realisierbar, da höchste Anforderungen an Parameter – wie Bahnführung des Substrates, Dickentoleranz des Substrates, Schichtdickentoleranz der Grundelektrode sowie Fokustiefe des Lasers – gestellt werden. Durch die vergleichbare optische Transparenz der TCO- und der Barriereschicht ist eine selektive Ablation zudem schwer zu kontrollieren. Zusätzlich verursacht die Laserstrukturierung Partikel, die in einem nachgelagerten Inline-Reinigungsprozess wieder entfernt werden müssen, da sonst leitfähige TCO-Partikel zu Kurzschlüssen im Bauelement führen.

Eine Laserstrukturierung kann auf reinen Metallfolien nicht angewendet werden, da das Substrat selbst die Grundelektrode bildet. Ein alternativer Strukturierungsprozess zur partiellen Entfernung der Grundelektrode ist die gezielte Passivierung bestimmter Bereiche, indem dort ein Dielektrikum aufgebracht und somit die Grundelektrode von der darüber angeordneten organischen Halbleiterschicht getrennt wird, womit die Oberfläche in passivierte, nicht lichtemittierende Bereiche und aktive, lichtemittierende Bereiche unterteilt wird.

Die Passivierungsschicht muss eine pinholefreie Geschlossenheit garantieren, um eine wirksame elektrische Isolation der Grundelektrode von den darüber applizierten Schichten zu gewährleisten. Zusätzlich sollte die Passivierungsschicht eine geringe Rauheit und Dicke aufweisen, um die nachfolgenden Beschichtungs- und Verkapselungsprozesse nicht zu beeinträchtigen.

Besonders wichtig für eine uneingeschränkte Funktionalität ist, dass die aktiven Bereiche (die nicht passivierten Gebiete) nicht mechanisch beschädigt, mit Partikeln belastet oder mit Passivierung verunreinigt werden dürfen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden relativ hochviskose (>1500 mPa*s bei 23 °C) UV-härtende Harze als Passivierungsmaterial eingesetzt, die nach dem Auftrag und vor der Trocknung verlaufen können und somit eine glatte und pinholefreie Isolationsschicht bilden.

Alleinstellungsmerkmal der partiellen Passivierung ist die Strukturierbarkeit von reinen Metallfolien, die gegenüber leitfähig beschichteten Kunststoffsubstraten und flexiblem Glas eine höhere elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, mechanische Belastbarkeit oder Barriereeigenschaft aufweisen können.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben
Ein sehr guter und informativer Artikel.  lesen
posted am 23.05.2019 um 15:05 von Unregistriert


Mitdiskutieren
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 42627550 / LED & Optoelektronik)