Planarisierungsschichten in Permeationsbarriereschichtsystemen auf Basis elektronenstrahlhärtbarer Lacke

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Planarisie-rungsschichten auf Basis elektronenstrahlvernetzbarer Lacke in Permeations-barriereschichtsystemen. Permeationsbarriereschichtsysteme dienen dem Schutz organischer Elektronikbauteile wie beispielsweise organischer Leucht-dioden oder organischer Photovoltaik vor Oxidations- und Hydrolysereaktio-nen. Sie bestehen aus alternierenden Planarisierungsschichten und kerami-schen Schichten, welche auf Polymersubstraten abgeschieden werden. Die Planarisierungsschicht erfüllt den Zweck Defekte abzudecken, das Defekt-wachstum zu unterbrechen, den keramischen Dünnschichten einen planen Untergrund und somit optimierte Wachstumsbedingungen zu bieten und Schichtspannungen zu absorbieren. Als Untersuchungsgegenstand für die Planarisierungsschichten werden kommerziell erhältliche aliphatische Acrylate mit unterschiedlicher molarer Masse und Anzahl der reaktiven Doppelbindungen verwendet und untersucht. Nach dem Struktur-Eigenschafts-Prinzip werden die entstehenden Polymere in Thermoplaste und Elastomere bzw. Duromere untergliedert. Zur Erzeugung ausgehärteter Schichten werden die ausgewählten flüssigen Acrylate mittels Spiralrakel, je nach Analysemethode auf PET-Folie, Glas oder Silikon aufge-tragen und mit Hilfe eines Linear-Elektronenstrahlers in Inertatmosphäre ver-netzt. Zur Analyse der Oberflächentopografie werden die Weißlichtinterfero-metrie validiert und die Kennwerte Netzwerkrauheit und Defektflächenanteil entwickelt. Als ergänzende Analyseverfahren werden die Rasterelektronen-mikroskopie, die Rasterkraftmikroskopie, die Nanoindentierung und die IR-Spektroskopie sowie Temperaturmessungen während der Aushärtung genutzt. Die Dichte der flüssigen und ausgehärteten Acrylate wird mittels Pyknometer bestimmt. Diese systematischen Untersuchungen zeigen, dass die Netzwer-krauheit insbesondere bei Thermoplasten maßgeblich durch den Volumen-schrumpf und den Vernetzungsgrad beeinflusst wird, welche wiederum von der molaren Masse, der Anzahl der reaktiven Doppelbindungen, der Polarität, dem Doppelbindungsumsatz und der Dichte abhängen. Eine Variation der Elektronenstrahlparameter konnte keine allgemeingültige Abhängigkeit der Netzwerkrauheit von der Dosis oder der Dosisleistung auf-zeigen, da die Reaktivität der Ausgangsstoffe hierbei ebenso erheblichen Einfluss aufweist. Generell erwiesen sich Maßnahmen zur Unterstützung von spannungsabbauenden Relaxationsprozessen als vorteilhaft. Im Rahmen der Defektanalyse werden mögliche Defektursachen wie bei-spielsweise Verunreinigungen und entstehende Gasblasen diskutiert. Abschließend werden in einem anwendungsorientierten Kapitel Lackgemi-sche untersucht sowie weitere Maßnahmen zur Minimierung von Netzwer-krauheit und Defektflächenanteil vorgestellt. Generell wird die Elektronenstrahlhärtung von aliphatischen Acrylaten als vielversprechende Methode zur Herstellung von Planarisierungsschichten in Permeationsbarriereschichtsystemen identifiziert.