Return to search

Untersuchungen zur Elektronenstrahlstrukturierung von dünnen Schichten in Systemen der organischen Elektronik

In dieser Arbeit werden die verschiedenen Möglichkeiten der Elektronenstrahlstrukturierung von organischen Schichten untersucht und charakterisiert. Je nach ihrer Energie und Leistung bewirkt die Interaktion der beschleunigten Strahlelektronen mit dem Material, auf das sie treffen, unterschiedliche Wechselwirkungen. Im Rahmen der durchgeführten Versuche wird demonstriert, dass diese Wirkung von lokalen, strahlchemischen Strukturveränderungen bis hin zu einem örtlich begrenzten Materialabtrag reicht. Neben den Untersuchungen einzelner organischer Schichten, werden ebenso organische Leuchtdioden (OLEDs) und deren Veränderungen unter Elektroneneinwirkung charakterisiert.

Bei der Elektronenstrahlstrukturierung einer OLED mit sehr kleinen Leistungen wird sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die Leuchtdichte der OLED reduziert. Dabei sind die Veränderungen in den organischen Materialien lokal stark auf den Ort der Elektroneneinwirkung begrenzt. Dies konnte genutzt werden, um eine hochauflösende Graustufenstrukturierung zu demonstrieren und ein Bild mit Strukturbreiten von 2 µm mit einem Elektronenstrahlprozess in eine weiße OLED zu schreiben.

Elektronenstrahlprozesse mit höheren Leistungen bedingen eine thermische Wirkung und können so dünne organische Schichten lokal verdampfen. Mit solch einem Prozess konnte ein linien- und flächenhafter Abtrag realisiert werden, ohne die darunterliegende Elektrode zu schädigen.

OLEDs haben den Vorteil, dass sie in Dünnschichttechnik hergestellt werden können und sehr kontrastreiche und farbechte Flächenlichtquellen sind. Daher bilden sie auch die Grundlage moderner Displays, an die jedoch stets wachsende Anforderungen gestellt werden. Klassischerweise werden OLED-Farbdisplays mithilfe einer strukturierten Abscheidung durch feine Metallmasken oder durch die Nutzung weißer OLEDs zusammen mit Farbfiltern hergestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein alternatives Strukturierungskonzept entwickelt, dass die Möglichkeit bietet, ein OLED-Farbdisplay mithilfe eines Elektronenstrahlprozesses herzustellen. Das Schichtsystem der OLED bildet einen optischen Resonator, bei dem die Elektroden die Mikrokavität darstellen und die Dicke der organischen Schichten die Resonatorlänge definiert. Mittels kavitätsselektiver Modenauswahl ist es möglich, aus dem Spektrum einer weißen OLED verschiedene Farben auszukoppeln, wenn man die Resonatorlänge ändert. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Anpassung der Resonatorlänge durch die Elektronenstrahlstrukturierung der ersten organischen Schicht vorgenommen und so rote, grüne und blaue OLEDs erzeugt und charakterisiert. Neben den grundlegenden Untersuchungen zu diesem Ansatz werden abschließend Grenzen und Möglichkeiten des Verfahrens aufgezeigt.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Organische Leuchtdioden (OLEDs)
2.1.1 Organische Halbleiter
2.1.2 Aufbau und Funktionsweise von OLEDs
2.1.3 Elektro-optische Charakteristik
2.2 OLED-Vollfarbdisplays
2.2.1 Funktionsweise und Konzepte
2.2.2 Strukturierungsmethoden – Stand der Technik
2.3 Elektronenstrahlstrukturierung
2.3.1 Wechselwirkungen von Elektronen mit Festkörpern
2.3.2 Thermische Mikrobearbeitung
2.3.3 Nichtthermische Mikrobearbeitung
3 Zielsetzung und Lösungsansatz
3.1 Ziele dieser Arbeit
3.2 Prinzip Mikrokavität-OLED
4 Methodische Untersuchungen und Charakterisierung
4.1 OLED-Testsubstrate
4.1.1 Aufbau und Layout
4.1.2 Schichtabscheidung
4.2 Elektronenstrahlbehandlung
4.3 Analysemethoden
4.3.1 Schichtcharakterisierung
4.3.2 Elektro-optische Charakterisierung
4.3.3 FTIR-Spektroskopie
4.3.4 Photolumineszenz-Spektroskopie
5 Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
5.1 Nichtthermische Elektronenstrahlbearbeitung von organischen Einzelschichten
5.1.1 Spektroskopische Untersuchungen
5.1.2 Elektrische Untersuchungen von Hole-Only-Devices
5.2 Nichtthermische Elektronenstrahlbearbeitung von OLEDs
5.2.1 Elektro-optische Untersuchungen
5.2.2 Hochauflösende Graustufenstrukturierung
5.2.3 Einfluss eines anschließenden Temperns
5.3 Thermische Elektronenstrahlbearbeitung
5.3.1 Thermische Elektronenstrahlstrukturierung organischer Schichten
5.3.2 Elektronenstrahlstrukturierung für Mikrokavität-OLEDs
6 Zusammenfassung und Ausblick
A Technische Ergänzunge
B Literaturverzeichnis
C Abbildungsverzeichnis
D Tabellenverzeichnis
E Abkürzungsverzeichnis
F Lebenslauf der Autorin
G Wissenschaftliche Publikationen
H Danksagung / In this work different possibilities of electron beam patterning for organic layers are investigated and characterized. Depending on the energy and power of the accelerated beam electrons, different interaction processes with the material can be initiated. Within the performed experiments it could be demonstrated that these effects range from structural chemical changes up to a localized evaporation of material. In addition to investigations of individual organic layers, organic light-emitting diodes (OLEDs) and their changes under the influence of electrons are also characterized.

When OLEDs are patterned with an electron beam process with low power, both the electrical conductivity and the luminance of the OLED are reduced. The changes in the organic materials are locally strongly limited to the location of the electron penetration. This could be used to demonstrate a high-resolution grayscale patterning and to write an image with critical dimensions of 2 µm into a white OLED using an electron beam process.

Electron beam processes with higher power cause a thermal effect and are able to evaporate thin organic layers locally. With such a process, a linear and areal shaped removal could be realized without damaging the underlying electrode.

OLEDs have the advantage that they can be produced in thin-film technology. Furthermore they are an area light source, that has a high contrast and very good color properties. Therefore, most of the modern displays consist of OLEDs. Traditionally, OLED color displays are made by structured deposition through fine metal masks or by the use of white OLEDs together with color filters. As part of this work, an alternative structuring concept has been developed that offers the possibility of producing an OLED color display using an electron beam process. The layer system of the OLED forms an optical resonator in which the electrodes represent the microcavity and the thickness of the organic layers defines the resonator length. By means of cavity-selective mode selection, it is possible to extract different colors from the spectrum of a white OLED by changing the resonator length. In the present work, this adjustion of the resonator length was carried out by electron beam patterning of the first organic layer, thus generating and characterizing red, green and blue OLEDs. In addition to the fundamental investigations on this approach, limits and future perspectives of the method were finally pointed out.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Organische Leuchtdioden (OLEDs)
2.1.1 Organische Halbleiter
2.1.2 Aufbau und Funktionsweise von OLEDs
2.1.3 Elektro-optische Charakteristik
2.2 OLED-Vollfarbdisplays
2.2.1 Funktionsweise und Konzepte
2.2.2 Strukturierungsmethoden – Stand der Technik
2.3 Elektronenstrahlstrukturierung
2.3.1 Wechselwirkungen von Elektronen mit Festkörpern
2.3.2 Thermische Mikrobearbeitung
2.3.3 Nichtthermische Mikrobearbeitung
3 Zielsetzung und Lösungsansatz
3.1 Ziele dieser Arbeit
3.2 Prinzip Mikrokavität-OLED
4 Methodische Untersuchungen und Charakterisierung
4.1 OLED-Testsubstrate
4.1.1 Aufbau und Layout
4.1.2 Schichtabscheidung
4.2 Elektronenstrahlbehandlung
4.3 Analysemethoden
4.3.1 Schichtcharakterisierung
4.3.2 Elektro-optische Charakterisierung
4.3.3 FTIR-Spektroskopie
4.3.4 Photolumineszenz-Spektroskopie
5 Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
5.1 Nichtthermische Elektronenstrahlbearbeitung von organischen Einzelschichten
5.1.1 Spektroskopische Untersuchungen
5.1.2 Elektrische Untersuchungen von Hole-Only-Devices
5.2 Nichtthermische Elektronenstrahlbearbeitung von OLEDs
5.2.1 Elektro-optische Untersuchungen
5.2.2 Hochauflösende Graustufenstrukturierung
5.2.3 Einfluss eines anschließenden Temperns
5.3 Thermische Elektronenstrahlbearbeitung
5.3.1 Thermische Elektronenstrahlstrukturierung organischer Schichten
5.3.2 Elektronenstrahlstrukturierung für Mikrokavität-OLEDs
6 Zusammenfassung und Ausblick
A Technische Ergänzunge
B Literaturverzeichnis
C Abbildungsverzeichnis
D Tabellenverzeichnis
E Abkürzungsverzeichnis
F Lebenslauf der Autorin
G Wissenschaftliche Publikationen
H Danksagung

Identiferoai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:36096
Date13 November 2019
CreatorsBodenstein, Elisabeth
ContributorsBartha, Johann Wolfgang, Metzner, Christoph, Technische Universität Dresden
Source SetsHochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden
LanguageGerman
Detected LanguageGerman
Typedoc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text
Rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess

Page generated in 0.0079 seconds