Herausforderungen beim Schlitzgießen von Multilagen-OLEDs

Organische Leuchtdioden (OLEDs) besitzen eine deutlich höhere Energieeffizienz  als die derzeit erhältlichen Leuchtmittel. Verglichen mit einer Glühlampe wird bei einer OLED eine Effizienzsteigerung von ca. Faktor 10 erreicht. Eine OLED ist aus mehreren, ca. 10 bis 100 nm dicken, funktionalen organische Schichten aufgebaut.

Das physikalische Prinzip ist den LEDs gleich: Licht wird bei der Rekombination eines Elektronen-Loch-Paares (Exziton) emittiert. Die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts hängt hierbei von der Energiedifferenz des energetisch gesehen am höchsten liegenden, besetzten Molekülorbital sowie dem niedrigsten unbesetzten Molekülorbital ab.

Derzeit sind kaum Produkte aus OLEDs am freien Markt erhältlich oder sind wegen der hohen Kosten unattraktiv.

Dies liegt zum einen an den Nachteilen beim verwendeten Herstellungsverfahren, dem Aufdampfen aus der Gasphase, das für große Materialverluste sorgt sowie energetisch aufwändig ist. Zum anderen sind die derzeit verwendeten Substrate und die sich anschließende Oberflächenbehandlung mit rund 50 % am Gesamtkostenanteil ein hoher Kostenfaktor.

Am Institut wird daher die Flüssigphasenabscheidung zur Applikation der Schichten erforscht und angewendet.

Experimentelle Arbeit:

Der Fokus der experimentellen Arbeit liegt auf der flächigen Flüssigprozessierung von OLED-Materialen sowie die Charakterisierung der hergestellten Bauteile. Hier ist geplant alternative Substrate sowie neue funktionale Materialien im Prozess zu testen. Von Interesse sind dabei insbesondere die Beschichtbarkeit der Materialien, das Löslichkeitsverhalten der Moleküle sowie die Stofftransportvorgänge bei der Trocknung der Mehrschichtsysteme.

Für die Funktion der OLEDs ist die Homogenität und exakte Einhaltung der Schichtdicke von entscheidender Bedeutung. Zur Analyse der Schichten werden daher unter anderem folgende Verfahren eingesetzt:

Profilometer, Rasterelektronenmikroskopie (REM), Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM), Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM),  Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) sowie die Effizienzmessungen der hergestellten OLED-Bauteile.

Auslegung und Inbetriebnahme von Versuchsständen:

Die Arbeitsgruppe besitzt diverse Beschichtungsanlagen am Campus Süd, Campus Nord sowie am Innovation Lab in Heidelberg. Im Rahme des Projektes werden bestehende Versuchsstände genutzt bzw. Neue entwickelt und optimiert (Batchcoater, Schlitzgießer, Rakel). Hochpräzise Prozesse müssen dabei ausgelegt und automatisiert werden.

Simulation der Stofftransportvorgänge:

Neben experimentellen Arbeiten soll auf Grundlage thermodynamischer Potentialtheorien ein Modell zur Simulation der Stofftransportvorgänge realisiert werden. Weiter Informationen zum Simulationsteil sind hier (Link zu anderer Projektbeschreibung) zu finden.

Scale up mittels Pilotanlage:

Ziel des Projektes ist die Etablierung eines robusten Prozesses für großflächige Beschichtungen auf unterschiedlichsten Substraten. Hierzu soll ein Scale up in einer Pilotanlage bis hin zum industriellen Produktionsmaßstab erfolgen.

Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Allianz Industrie Forschung (AiF) und Philips Technologie GmbH finanziert.