DE10024731A1

DE10024731A1 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus

Info

Publication number: DE10024731A1
Application number: DE10024731A
Authority: DE
Inventors: Kai K O Baer; Rainer Gaus
Original assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-22
Also published as: JP2003532529A; JP4819282B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus aus einem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi-endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Träger fest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine insbesondere in der Größenanordnung der Dicke des Trägers liegende Dicke hat, mit den Schritten: DOLLAR A - Bildung eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und DOLLAR A - Bestrahlung des mit dem Beschichtungs-Ausgangsmaterials versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschichtung aus dem Beschichtungs-Ausgangsmaterial bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Einschluß einer Trocknung und/oder thermischen Vernetzung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Dünnschichtstrukturen auf großflächigen, dünnen Trägern ge winnen auf verschiedenen Gebieten der Technik zunehmend an Bedeutung. Bekannte und wirtschaftlich höchst bedeutende Bei spiele hierfür sind Dünnschicht-Transistorstrukturen, wie sie insbesondere in Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen eingesetzt werden, und andere Dünnschichtsysteme für Anzeigeeinheiten, etwa für Plasmadisplays. Weitere technisch und wirtschaftlich bedeutsame Dünnschichtstrukturen sind die Separatorstrukturen von elektrochemischen Elementen, insbesondere Primär- oder Sekundärelementen auf Lithiumbasis (Lithiumbatterien und Li thium-Ionen-Akkus etc.) sowie hoch differenzierte Membransys teme für die Stofftrennung und die Energiegewinnung, bei spielsweise Brennstoffzellen.

Zur Herstellung derartiger Dünnschichtsysteme muß üblicher weise eine in einem Ausgangszustand auf einen dünnen Träger aufgebrachte dünne Beschichtung in eine funktionelle Schicht umgewandelt und fest mit dem Träger verbunden werden. Es kommt hierbei darauf an, einen mit sehr hoher Zuverlässigkeit und unter Ausschluß von Schädigungen des Trägers oder des Be schichtungsmaterials ablaufenden Prozeß mit einer hohen Pro duktivität, d. h. einem hohen Flächendurchsatz pro Zeitein heit, zu realisieren.

Es sind für die verschiedenen Dünnschichtsysteme der gat tungsgemäßen Art, die heute große technische Bedeutung er langt haben, verschiedenartige Herstellungsverfahren bekannt, die diese Anforderungen nur bedingt erfüllen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbes sertes, hochgradig universelles und an verschiedenartige kon krete Schichtstrukturen leicht anpaßbares Verfahren der gat tungsgemäßen Art anzugeben, das sich durch potentiell hohe Produktivität, Einfachheit und Zuverlässigkeit bei weitgehen dem Ausschluß von Schädigungen der Beschichtung(en) und/oder des Trägers auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine zweckmäßige Anordnung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens ist in Anspruch 17 angegeben.

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, zur Umwandlung des jeweiligen Beschichtungs-Ausgangsmaterials in die funktionelle Schicht des Schichtaufbaus unter gleichzei tiger Verbindung mit dem Träger elektromagnetische Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, d. h. im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 und 1,5 µm, am kontinuierlich geförderten Pro dukt einzusetzen. Diese bewirkt - je nach konkretem Schicht system in unterschiedlicher Rangigkeit - insbesondere eine Trocknung und/oder Vernetzung des Beschichtungs-Ausgangsmate rials, vielfach verbunden mit einem Aufschmelzen auf den Trä ger.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Strahlung läßt sich in einfa cher und kostengünstiger Weise durch mit erhöhter Betriebs temperatur betriebene Halogenlampen hoher Leistung erzeugen.

In bevorzugten Schichtaufbauten haben sowohl das Beschich tungs-Ausgangsmaterial als auch der Träger eine mittlere Dicke im Bereich zwischen 5 µm und 500 µm, insbesondere zwi schen 20 µm und 200 µm.

Als Träger dienen in wichtigen Anwendungen insbesondere ver schiedene Kunststofffolien, speziell PE-, PP- oder PVC-Fo lien, oder Metallfolien bzw. feine Metallgewebe, speziell aus Aluminium oder Kupfer oder deren Legierungen. Das Beschich tungs-Ausgangsmaterial wird insbesondere in flüssiger oder pastöser oder auch in Pulverform mittels geeigneter, an sich bekannter Beschichtungstechniken aufgebracht, bevorzugt auf geschleudert, aufgewalzt, aufgesprüht, aufgerieselt oder auf geblasen.

Die spektrale Zusammensetzung der Bearbeitungs-Infrarotstrah lung wird in Abstimmung auf die Absorptionseigenschaften des Beschichtungs-Ausgangsmaterials bevorzugt derart eingestellt, das sich dieses über seine Schichtdicke im wesentlichen gleichmäßig erwärmt, wobei eine unzulässige thermische Belas tung des Trägers sowie auch einzelner Bereiche der Beschich tung vermieden wird. Diese Einstellung kann über die Be triebsspannung erfolgen; weiterhin können Filter eingesetzt werden. Die Einstellung der Strahlungsleistung kann insbe sondere durch Variation des Abstandes zwischen der Strah lungsquelle und der Oberfläche des Schichtaufbaus erfolgen. Die Strahlung kann direkt in die Beschichtung oder durch den Träger hindurch oder von beiden Seiten einwirken.

Durch einen die Oberfläche des aufgebrachten Beschichtungs- Ausgangsmaterials und/oder die rückseitige Oberfläche des Trägers überstreichenden Gasstrom (für den in vielen Anwen dungsfällen ein Luftstrom ausreichend ist) kann zum einen eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung und gegebe nenfalls Absenkung der Oberflächentemperatur und zum anderen die schnelle Abführung von flüchtigen Bestandteilen des Be schichtungs-Ausgangsmaterials erreicht werden. Hierdurch läßt sich die Zuverlässigkeit und Effizienz des Verfahrens weiter erhöhen. Der Gasstrom (Luftstrom) ist vorzugsweise trocken und kalt und wird mit hohem Druck bzw. Impuls zugeführt.

In einer weiter verfeinerten Verfahrensführung ist eine Leis tungsregelung auf der Basis von rückgekoppelten Detektorsig nalen (beispielsweise von Temperaturfühlern) vorgesehen.

Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich zur Herstellung von Dünnschicht-Transistoranordnungen, insbesondere für Flüssig kristalldisplayanordnungen, von Separatormembranen für elek trochemische Elemente, insbesondere von Lithium-Ionen-Akkus, zur Herstellung von Dünnschichtstrukturen für Plasmadisplays und zur Herstellung von Membranstrukturen für Brennstoffzel len.

Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens um faßt zur Handhabung eines quasi-endlosen Trägers eine ent sprechende Zuführungs- und Vorschubeinrichtung - die insbe sondere eine Träger-Vorratsrolle und eine Walzen-Vorschubein richtung umfassen kann -, eine Zuführungs- und Schichterzeu gungseinrichtung zur Zuführung des Beschichtungs-Ausgangsma terials und dessen schichtbildender Aufbringung auf die Trä geroberfläche sowie die NIR-Bestrahlungseinrichtung, die ins besondere eine oder mehrere Halogenlampen mit einem hohen spektralen Anteil im NIR aufweist, mit entsprechender Strom versorgung.

In bevorzugten Ausführungen dieser Anordnung ist zusätzlich eine Gasstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung und Aus richtung des oben erwähnten Gasstromes und/oder eine Einrich tung zur Leistungseinstellung oder -regelung vorgesehen, wo bei die letztere bevorzugt Mittel zur Abstandseinstellung zwischen Strahlungsquelle und Schichtaufbau umfaßt.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier angegebe nen Anwendungsfälle und Aspekte beschränkt, sondern auch bei einer Vielzahl von weiteren Anwendungen und mit zusätzlichen Aspekten möglich, deren Auffindung im Rahmen fachgemäßen Han delns liegen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus aus einem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi- endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Träger fest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine insbesondere in der Größenordnung der Dicke des Trägers liegende Dicke hat, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Bildung eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und
- Bestrahlung des mit dem Beschichtungs-Ausgangsmate rials versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschich tung aus dem Beschichtungs-Ausgangsmaterial bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Ein schluß einer Trocknung und/oder thermischen Vernet zung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung einer mit erhöhter Betriebstemperatur betriebenen Halogenlampe eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungs-Ausgangsmaterial mit einer mittleren Dicke im Bereich zwischen 5 µm und 500 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 200 µm, auf einen Träger mit einer mittleren Dicke im Bereich zwischen 5 µm und 500 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 200 µm, aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger eine Kunststofffolie, insbesondere Polyethy len-, Polypropylen- oder PVC-Folie, eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger eine dünne Metallfolie oder ein feines Me tallgewebe, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer bzw. einer aluminium- bzw. kupferhaltigen Legierung, einge setzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungs-Ausgangsmaterial in flüssiger oder pastöser Form aufgebracht, insbesondere aufgeschleudert, aufgewalzt oder aufgesprüht, wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungs-Ausgangsmaterial in Pulverform aufge bracht, insbesondere aufgerieselt oder aufgeblasen, wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Zusammensetzung der Strahlung in Abstim mung auf die Absorptionseigenschaften des Beschichtungs- Ausgangsmaterials und wahlweise des Trägers derart ein gestellt wird, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Durchwärmung über die Schichtdicke des Beschichtungs- Ausgangsmaterials erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Zusammensetzung durch mindestens ein Filter eingestellt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Strahlungsleistung der Abstand zwi schen der Strahlungsquelle und der Oberfläche des Be schichtungs-Ausgangsmaterials variiert wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Beschichtungs-Ausgangsmaterials und/oder die rückseitige Oberfläche des Trägers mit einem Gasstrom, insbesondere Luftstrom, zur Kühlung und/oder Abführung von flüchtigen Bestandteilen des Beschich tungs-Ausgangsmaterials überstrichen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein trockenes, kaltes Gas mit hohem Impuls zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her stellung einer Dünnschicht-Transistoranordnung, insbe sondere für eine Flüssigkristalldisplayanordnung, verse hen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her stellung einer Separatormembran für ein elektrochemi sches Element, insbesondere einen Lithium-Ionen-Akku, versehen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her stellung einer Dünnschichtstruktur für eine Plasmadis playanordnung versehen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger mit einer funktionellen Beschichtung zur Her stellung einer Membranstruktur für eine Brennstoffzelle versehen wird.

17. Anordnung zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus aus einem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi- endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Träger fest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine insbesondere in der Größenordnung der Dicke des Trägers liegende Dicke hat, mit den Schritten

- Bildung eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und
- Bestrahlung des mit dem Beschichtungs-Ausgangsmate rials versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschich tung aus dem Beschichtungs-Ausgangsmaterial bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Ein schluß einer Trocknung und/oder thermischen Vernet zung,

mit:

- einer Zuführungs- und Vorschubeinrichtung für den Träger,
- einer Zuführungs- und Schichterzeugungseinrichtung zur, insbesondere kontinuierlichen, Zuführung und Aufbringung des Beschichtungs-Ausgangsmaterials auf den Träger und
- einer stromabwärts der Zuführungs- und Schichterzeu gungseinrichtung angeordneten und dem mit dem Be schichtungs-Ausgangsmaterial versehenen Träger zuge wandten, Strahlung mit einem Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot erzeugenden Bestrahlungseinrich tung.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung als eine, insbesondere mit erhöhter Betriebstemperatur betriebene, Halogenlampe ausgebildet ist.

19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch eine Gasstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Schichtauf baus bzw. des Ausgangs-Schichtaufbaus gerichteten, die sen im Einwirkungsbereich der Bestrahlungseinrichtung überstreichenden, insbesondere trockenem und kalten, Gasstromes mit hohem Impuls.

20. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung der Strahlungsleistung, insbeson dere Verstellmittel zur Präzisionsverstellung mindestens einer Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Strahlungs leistung der Bestrahlungseinrichtung.