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Fallstudien

Laserstrukturierung von organischen optoelektronischen Bauelementen

Consumer Electronics, Display, PCB, SMT
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Das KIT ist eine der größten Forschungs- und Bildungseinrichtungen weltweit, es verfügt über das Potenzial zur internationalen Spitzenposition in ausgewählten Forschungsbereichen. Damit wird das KIT zur Referenz für richtungsweisende Forschung und hervorragende wissenschaftliche Ausbildung. Es ist ein Ort des akademischen Lebens, des lebenslangen Lernens, der umfassenden Weiterbildung, des uneingeschränkten Austauschs von Know-how und der nachhaltigen Innovationskultur.

Mit den konfokalen Funktionen des S neox und dem 150X-Objektiv wurden lasergeschriebene Linien mit einer Breite von einigen Mikrometern und einer Tiefe von etwa 100 nm überwacht

Die Gruppe Organische Photovoltaik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) beschäftigt sich mit der Herstellung, Optimierung und Simulation von organischen Solarzellen und Halbleiterbauelementen. Wir konzentrieren uns auf die Evaluierung neuer Materialien, Abscheidetechniken und die Herstellung von Bauelementen, einschließlich aller Schritte von der Einzelschichtabscheidung und Strukturierung bis zur Charakterisierung der Bauelemente.

Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, organische Leuchtdioden (OLEDs) für Leuchten in großem Maßstab zu bauen. Dies erforderte eine unsichtbare Reihenschaltung von OLEDs, um den Gerätestrom zu reduzieren und damit die ohmschen Verluste zu verringern. Zur selektiven Strukturierung der Schichten wurde ein Femtosekundenlaser eingesetzt.

Der hohe Widerstand der halbtransparenten Elektroden in OLEDs führt zu starken ohmschen Verlusten. Die ohmschen Verluste führen zu einer inhomogenen Lichtemission. Das Problem kann gelöst werden, indem kleinere OLEDs in Reihe geschaltet werden. Die kleinere Fläche der Geräte begrenzt den Strom, wodurch die Gesamtverluste des Geräts bei gleichbleibender Leuchtdichte verringert werden.

Für die monolithische Reihenschaltung des Bauelements werden drei Strukturierungsschritte durchgeführt, die im Folgenden als P1, P2 und P3 bezeichnet werden (Abb. 1). P1 trennt die untere Elektrode elektrisch. P2 ermöglicht den Anschluss der oberen und unteren Elektrode
und P3 trennt die oberen Elektroden.Der Bereich zwischen P1 und P3 strahlt kein Licht ab und sollte möglichst klein gehalten werden.Die Laserablation ist eine bewährte Methode zur Strukturierung von P1, P2 und P3 und zur Verringerung des inaktiven Bereichs.

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<em>Abb. 1</em>. Unterteilte Bauelemente mit einer monolithischen Verbindung, wobei die drei Strukturierungsschritte P1, P2 und P3 dargestellt sind.

Für den Aufbau von P2 ist es entscheidend, dass die untere Elektrode unversehrt bleibt. In diesem Fall besteht P2 aus drei verschiedenen Schichten, SuperYellow/PEI/ZnO. Die Gesamtdicke aller drei Schichten liegt zwischen 50-60 nm.

Abb. 2 zeigt die 3D-Kontur der lasergeschriebenen Linie bei λ=550 nm mit F=210 mJ/cm2 und 95% Pulsüberlappung. Die Ablationstiefe geht über 60 nm hinaus, und ein Teil der unteren Elektrode wird entfernt (dunkelblauer Bereich).

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<em>Abb. 2</em>. 3D-Kontur einer Laserschriftlinie (λ=550 nm, F=210 mJ/cm2 und 95 % Pulsüberlappung)

Abb. 3 zeigt die 3D-Kontur der lasergeschriebenen Linie bei λ=550 nm mit F=110 mJ/cm2 und 85 % Pulsüberlappung.

cs7 KIT - OLED 3
Abb. 3. 3D-Kontur einer Laserschriftlinie (λ=550 nm, F=110 mJ/cm2 und 85 % Pulsüberlappung)

Die Ablationstiefe wurde auf 60 nm optimiert. Die ITO weist vernachlässigbare Schäden auf, die die Leistung des Geräts nicht beeinträchtigen. Abb. 4 zeigt die Profillinie einer optimierten lasergeschriebenen Linie. Das Profil zeigt eine Ablationstiefe von etwa 50 nm mit einer geringen Linienbreite unter 5 μm.

cs7 KIT - OLED 4
Abb. 4. Profil einer Laserschriftlinie (λ=550 nm, F=110 mJ/cm2 und 85 % Pulsüberlappung)

Mit den konfokalen Funktionen des S neox und dem 150X-Objektiv wurden lasergeschriebene Linien mit einer Breite von einigen Mikrometern und einer Tiefe von etwa 100 nm überwacht. Das Gerät ermöglicht es, durch Messung der Dünnfilmschichten zu erkennen, wann der Abtrag nicht selektiv ist.

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cs15 EPFL - membrane photonic crystal devices H