DE102004037524A1 - Display, e.g. liquid crystal display, organic light-emitting display, or plasma display panel, comprises substrate, silane derivative layer, and electrode layer containing conductors - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Display mit mindestens einer Elektrodenschicht aus einer Vielzahl linienförmiger Leiterbahnen (Bus und Adress Elektroden) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für ein Display mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 12 genannten Merkmalen.The The invention relates to a display with at least one electrode layer from a variety of linear Tracks (bus and address electrodes) as well as a method for Production of a substrate for a display with the in the preambles of claims 1 and 12 mentioned features.
Tintenstrahl-gedruckte
Bus und Adress Elektroden werden mit Hilfe von Tinten, die metallische Nanopartikel
beinhalten, gedruckt. So ist zum Beispiel aus
US 20040038616 A1 (Fujitsu) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Flachbildschirms, wobei Rillen in ein Glas gefräst oder geätzt werden und in die Rillen danach mittels Tintenstrahl-Druckens die Adress Elektrode gedruckt wird.US 20040038616 A1 (Fujitsu) describes a method of preparation a flat screen, with grooves milled into a glass or etched and then into the grooves by means of inkjet printing Address electrode is printed.
Eine weitere Möglichkeit, um schmale Metall-Linien auf ein Glas- oder ITO (Indium-Zinn Oxid)-Substrat mittels Tintenstrahltechnik zu Drucken, besteht darin, das Substrat vorher so zu behandeln, dass der Kontaktwinkel zwischen Substrat und der Metall-Tinte im Bereich von 30° bis 60° liegt. Dies verhindert das unkontrollierte Verlaufen der Tinte auf dem Substrat. (US 20030083203 A1, Seiko Epson; M. Furusawa et al, SID 02 Digest, 753 – 755). Dabei kommt eine Oberflächen-Behandlung durch Plasma zum Einsatz. Im Allgemeinen wird durch eine Plasma-Fluorierung mit CF4, C2F6 oder C3F8 ein Kontaktwinkel von 20° bis 60° erzielt. Hieran ist jedoch nachteilig, dass die Adhesion oder Haftfestigkeit der gedruckten und gesinterten Tinte auf dem Substrat nur sehr gering ist.Another way to print narrow metal lines on a glass or ITO (indium-tin oxide) substrate by ink-jet technique is to previously treat the substrate so that the contact angle between the substrate and the metal ink is in the range from 30 ° to 60 °. This prevents the uncontrolled bleeding of the ink on the substrate. (US 20030083203 A1, Seiko Epson, M. Furusawa et al, SID 02 Digest, 753-755). Here, a surface treatment by plasma is used. In general, a contact angle of 20 ° to 60 ° is achieved by plasma fluorination with CF 4 , C 2 F 6 or C 3 F 8 . However, it is disadvantageous that the adhesion of the printed and sintered ink on the substrate is very small.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Display mit einer Elektrodenschicht aus einer Vielzahl linienförmiger Leiterbahnen anzugeben, welches einen Kontaktwinkel zwischen Substrat und der Metall-Tinte im Bereich von 30° bis 60° und gleichzeitig eine verbesserte Haftfestigkeit zwischen elektrisch leitenden Metalllinien (Leiterbahnen) und Glas- oder ITO (Indium-Zinn Oxid)-Substrat aufweist. Hierdurch sollen Ablöseerscheinungen bzw. Beschädigungen der Elektrodenlinien verhindert sowie eine höhere Auflösung von tintenstrahlgedruckten elektrisch leitenden Metall-Linien auf einem Glas- oder ITO (Indium-Zinn Oxid)-Substrat ermöglicht werden. Insbesondere sollen Bus- und Adress-Elektroden für Plasmabildschirme durch Tintenstrahltechnik mit hoher Auflösung bei einer hohen Haftfestigkeit auf das Substrat druckbar sein. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für ein Display angegeben werden, wobei das Substrat eine höhere Haftfestigkeit zwischen elektrisch leitenden Metall-Linien und Glas- oder ITO (Indium-Zinn Oxid)-Substrat aufweist.It is therefore an object of the present invention, a display with a Specify electrode layer of a plurality of linear conductor tracks, which a contact angle between the substrate and the metal ink in the area from 30 ° to 60 ° and at the same time an improved adhesion between electrically conductive metal lines (Interconnects) and glass or ITO (indium-tin oxide) substrate. hereby should be peel-offs or damage prevents the electrode lines and a higher resolution of inkjet printed electrically conductive metal lines on a glass or ITO (indium tin Oxide) substrate allows become. In particular, bus and address electrodes for plasma screens by high resolution ink jet technology with high adhesion be printable on the substrate. In addition to a procedure for producing a substrate for a display, the substrate has a higher adhesive strength between electrically conductive metal lines and glass or ITO (indium tin Oxide) substrate.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 (Vorrichtungsanspruch) und im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 12 (Verfahrensanspruch) im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These Tasks are achieved by the features in the characterizing part of claim 1 (device claim) and in the characterizing part of claim 12 (method claim) in conjunction with the features in the preamble. Advantageous embodiments The invention are contained in the subclaims.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Leiterbahnen, zum Beispiel von Bus- oder Adresselektroden, mit hoher Haftfestigkeit auf ein Substrat, beispielsweise ein Glassubstrat oder ein mit Indium-Zinnoxid beschichtetes Substrat, aufgebracht werden können. Hierdurch kann insbesondere die Auflösung der elektrisch leitenden Metalllinien (z. B. Leiterbahnen der Bus- und Adresselektroden) und somit die Auflösung des Displays erhöht werden. Weiterhin können Ablöseerscheinungen oder eine Beschädigung der Metalllinien (welche einen Defekt zur Folge hätte und damit die Prozeßausbeute minimieren würde) vermieden werden. Dazu ist beim erfindungsgemäßen Display zwischen einem Grundsubstrat und einer Elektrodenschicht, welche eine Vielzahl linienförmiger Leiterbahnen aufweist, eine Schicht eines Silan-Derivats angeordnet. Eine solche Zwischenschicht (Schicht eines Silan-Derivats) kann durch Plasmapolymerisation und/oder Abscheidungsprozesse aus geeigneten Lösungen, die zur Ausbildung einer sehr dünnen Schicht mit den gewünschten Oberflächeneigenschaften führen, gewonnen werden. Die erfindungsgemäße Zwischenschicht muss eine gute Haftung auf dem Grundsubstrat aufweisen. Dies kann durch entspre chende reaktive Gruppen beziehungsweise durch kationische Gruppen in der Struktur der Zwischenschicht erreicht werden. Darüber hinaus muss zwischen der erfindungsgemäßen Zwischenschicht und dem erzeugten Metallfilm (linienförmige Leiterbahnen der Elektrodenschicht) eine gute Haftung gewährleistet sein. Die linienförmigen Leiterbahnen werden vorzugsweise mittels Tintenstrahldrucken einer metallhaltigen Lösung oder einer metallhaltigen Suspension aufgebracht.One particular advantage of the invention is that conductor tracks, for example, bus or address electrodes, with high adhesion on a substrate, for example a glass substrate or with indium-tin oxide coated substrate, can be applied. As a result, in particular the resolution the electrically conductive metal lines (eg conductor tracks of the bus and address electrodes) and thus the resolution of the display can be increased. Farther can separation phenomena or damage the metal lines (which would result in a defect and thus the process yield would minimize) be avoided. This is in the display according to the invention between a Base substrate and an electrode layer, which a variety line-shaped Conductor tracks, a layer of a silane derivative arranged. Such an intermediate layer (layer of a silane derivative) can by Plasma polymerization and / or deposition processes from suitable Solutions, to form a very thin Layer with the desired surface properties to lead, be won. The intermediate layer according to the invention must have a have good adhesion to the base substrate. This can be done by corre sponding reactive groups or by cationic groups in the Structure of the intermediate layer can be achieved. Furthermore must between the intermediate layer according to the invention and the generated metal film (line-shaped tracks of the electrode layer) ensures good adhesion be. The linear Conductor tracks are preferably by means of inkjet printing a metal-containing solution or a metal-containing suspension applied.
Um zwischen den Leiterbahnen und der Zwischenschicht eine gute Haftung zu gewährleisten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Struktur der Zwischenschicht entsprechende chemische Ankergruppen zur Erhöhung der Haftung vorgesehen sind. Im Falle von Silber als abzuscheidendem Metall sind schwefelhaltige Strukturelemente, wie Thiolgruppen, Dialkylsulfidgruppen sowie Disulfidgruppen oder stickstoffhaltige Strukturen wie Amingruppen geeignet. Weiterhin geeignet sind chelatbildende Gruppen wie Ethylendiamin, Diethylentriamin sowie verwandte Carboxilate.In order to ensure a good adhesion between the interconnects and the intermediate layer, it is inventively provided that in the structure of the intermediate layer corresponding chemical anchor groups are provided to increase the adhesion. In the case of silver as the metal to be deposited, sulfur-containing structural elements such as thiol groups, dialkyl sulfide groups and disulfide groups or nitrogen-containing structures such as amine groups are suitable. Also suitable are chelating agents Groups such as ethylenediamine, diethylenetriamine and related carboxylates.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Grundsubstrat ein Glassubstrat oder ein mit einer Schicht aus Indium-Zinnoxid beschichtetes Substrat. Vorzugsweise wird das Silan-Derivat aus Hexamethyldisiloxan oder Hexamethyldisilazan oder einer Mischung aus Dimethyldiethoxysilan, Trimethoxy-propylsilan oder Bis-Tetramethylammoniumsiloxanolat und 3-Mercaptopropyltrimethoxylsilan, Bis(3-Trimethoxysilyl)propyl-ethylendiamin, 3-(Trimethoxysilyl)propyl-diethylentriamin und Salzen von N-Trimethoxysilylpropyl-ethylendiamintetraessigsäure hergestellt.In a preferred embodiment For example, the base substrate is a glass substrate or one with a layer indium tin oxide coated substrate. Preferably, the Silane derivative of hexamethyldisiloxane or hexamethyldisilazane or a mixture of dimethyldiethoxysilane, trimethoxy-propylsilane or bis-tetramethylammonium siloxanolate and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, bis (3-trimethoxysilyl) propylethylenediamine, 3- (trimethoxysilyl) propyl-diethylenetriamine and salts of N-trimethoxysilylpropyl-ethylenediaminetetraacetic acid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist die Mischung Zusätze aus Siliziumdioxidpartikeln, Silikaten und/oder Stellpolymeren auf.In a further preferred embodiment The mixture has additives from silicon dioxide particles, silicates and / or adjusting polymers.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante besteht das Stellpolymer aus Polydimethylsiloxan. Die Zwischenschicht des Silan-Derivats wird vorzugsweise durch Plasmapolymerisation oder Plasmaabscheidung, z. B. durch Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), Aufschleudern, Aufsprühen oder Siebdruck aufgebracht. Die Schichtdicke des Silan-Derivats beträgt im Falle der Plasmapolymerisation, des Aufschleuderns oder des Aufsprühens zwischen 1 nm und 50 nm und im Falle des Siebdrucks zwischen 50 nm und 10 μm.In a preferred embodiment exists the control polymer of polydimethylsiloxane. The intermediate layer of the Silane derivative is preferably by plasma polymerization or Plasma deposition, z. By plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), Spin on, spray on or silk screen applied. The layer thickness of the silane derivative is in the case of plasma polymerization, spin coating or spraying between 1 nm and 50 nm and in the case of screen printing between 50 nm and 10 microns.
Das erfindungsgemäße Display kann ein LC-Display, ein OLED-Display oder ein Plasmadisplay sein. Kennzeichnend ist in jedem Falle, dass zwischen mindestens einer Elektrodenschicht (mit einer Vielzahl von linienförmigen Leiterbahnen) und einem Grundsubstrat eine Schicht eines Silan-Derivats angeordnet ist. Die linienförmigen Leiterbahnen bilden vorzugsweise Adress-Elektroden oder Bus-Elektroden des Displays aus.The inventive display can be an LC display, an OLED display or a plasma display. It is characteristic in every case that between at least one Electrode layer (with a large number of linear printed conductors) and a base substrate, a layer of a silane derivative is. The linear Printed conductors preferably form address electrodes or bus electrodes of the display.
Ein Substrat für ein Display (LC-Display, OLED-Display oder Plasmadisplay) ist erfindungsgemäß durch ein Grundsubstrat und eine auf dem Grundsubstrat angeordnete Elektrodenschicht (mit einer Vielzahl von linienförmigen Leiterbahnen) gekennzeichnet, wobei zwischen der Elektrodenschicht und dem Grundsubstrat eine Schicht eines Silan-Derivats angeordnet ist.One Substrate for a display (LC display, OLED display or plasma display) is inventively by a base substrate and an electrode layer disposed on the base substrate (with a variety of line-shaped Conductor tracks), wherein between the electrode layer and a base layer of a silane derivative is disposed on the base substrate.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Substrats für ein Display mit einer auf einem Grundsubstrat angeordneten Elektrodenschicht mit einer Viel zahl linienförmiger Leiterbahnen ist dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufbringen der linienförmigen Leiterbahnen eine Schicht eines Silan-Derivats auf das Grundsubstrat aufgebracht wird. Nachfolgend werden die linienförmigen Leiterbahnen, welche eine der Elektrodenschichten des später herzustellenden Displays ausbilden, aufgebracht. Vorzugsweise wird das Silan-Derivat aus Hexamethyldisiloxan oder Hexamethyldisilazan hergestellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird das Silan-Derivat aus einer Mischung aus Dimethyldiethoxysilan, Trimethoxy-propylsilan oder Bis-Tetramethylammoniumsiloxanolat und 3-Mercaptopropyltrimethoxylsilan, Bis(3-Trimethoxysilyl)propyl-ethylendiamin, 3-(Trimethoxy silyl)propyl-diethylentriamin und Salzen von N-Trimethoxysilylpropyl-ethylendiamintetraessigsäure hergestellt. Für die Mischung werden vorzugsweise Zusätze aus Siliziumdioxidpartikeln, Silikaten und/oder Stellpolymeren verwendet. Als Stellpolymer wird vorzugsweise Polydimethylsiloxan verwendet. Die Zwischenschicht aus einem Silan-Derivat ist vorzugsweise elektrisch nicht isolierend, jedoch zumindest in Richtung quer zu Längsachse der Leiterbahnen elektrisch isolierend ausgebildet. Dies kann durch eine entsprechend geringe Schichtdicke bis hin zum Monolayer realisiert werden. Erfindungsgemäß weist die Zwischenschicht aus einem Silan-Derivat Si-O und/oder Si-N und/oder Si-P und/oder Si-C und/oder Si-H und/oder Si-Si Bindungen auf.The inventive method for producing a substrate for a display with one on one Base substrate arranged electrode layer with a lot of numbers line-shaped Conductor tracks is characterized in that prior to applying the linear conductor tracks a layer of a silane derivative is applied to the base substrate becomes. Subsequently, the line-shaped conductor tracks, which one of the electrode layers of the later produced display train, applied. Preferably, the silane derivative is made Hexamethyldisiloxane or hexamethyldisilazane produced. In a Another preferred embodiment is the silane derivative from a mixture of dimethyldiethoxysilane, trimethoxy-propylsilane or bis-tetramethylammonium siloxanolate and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, Bis (3-trimethoxysilyl) propyl-ethylenediamine, 3- (trimethoxy silyl) propyl-diethylenetriamine and salts of N-trimethoxysilylpropyl-ethylenediaminetetraacetic acid. For the mix are preferably additives made of silicon dioxide particles, silicates and / or adjusting polymers. As an adjusting polymer, polydimethylsiloxane is preferably used. The intermediate layer of a silane derivative is preferably electrical not insulating, but at least in the direction transverse to the longitudinal axis the conductor tracks formed electrically insulating. This can be done by a correspondingly small layer thickness can be realized up to the monolayer. According to the invention the intermediate layer of a silane derivative Si-O and / or Si-N and / or Si-P and / or Si-C and / or Si-H and / or Si-Si bonds.
Die Elektrode (Elektrodenschicht) wird durch eine Vielzahl von Metalllinien oder metallhaltigen Linien gebildet, welche aus Silber- oder anderen Metallpartikeln bestehen. Diese Linien werden durch Tintenstrahldrucktechniken erzeugt. Dazu wird vorzugesweise eine unter anderem aus Silberpartikeln bestehende Tinte tropfenförmig derart auf das Substrat mit der Silan-Zwischenschicht gedruckt, dass eine Linie entsteht. Um eine geringe Linienbreite zu erzielen, ist der Einsatz von Druckköpfen zur Erzeugung kleiner Tropfenvolumina vorteilhaft. Eine geringe Linienbreite und damit eine hohe Auflösung der Leiterbahnen/Elektrodenschicht wird weiterhin durch die Vorbehandelung des Substrates mit der darauf befindlichen Zwischenschicht aus einem Silan-Derivat erreicht. Dabei wird die Oberflächenenergie beispielsweise mittels eines Plasmaprozesses (wie zum Beispiel PECVD=Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) so eingestellt, dass ein möglichst hoher Kontaktwinkel zur aufgedruckten Tinte erzielt wird. Dadurch wird das unkontrollierte Verlaufen der Tinte verhindert.The Electrode (electrode layer) is made by a variety of metal lines or metal-containing lines formed of silver or other Metal particles exist. These lines are made by inkjet printing techniques generated. For this purpose, preferably one consisting of silver particles, among others Ink drop-shaped printed on the substrate with the silane intermediate layer such that a line arises. To achieve a small line width, is the use of printheads advantageous for generating small drop volumes. A small one Line width and thus a high resolution of the interconnects / electrode layer will continue through the pretreatment of the substrate with the on it reached intermediate layer of a silane derivative. This is the surface energy for example by means of a plasma process (such as PECVD = plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) so that a possible high contact angle to the printed ink is achieved. Thereby the uncontrolled bleeding of the ink is prevented.
Ein mehrfaches Bedrucken der selben Substratbereiche ist ebenfalls möglich. Letzteres führt zu einer Erhöhung der Schichtdicke der einzelnen Metalllinien.One Multiple printing of the same substrate areas is also possible. The latter leads to a increase the layer thickness of the individual metal lines.
Die maximale Leitfähigkeit der Silbertinte wird durch abschließendes thermisches Behandeln erzielt. Die thermische Behandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 100°C und 300°C für die Dauer von 5 Minuten bis 30 Minuten. Dabei erfolgt ein Sintern der Silbernanopartikel. Ein Leitungswiderstand von < 1 Ohm/cm ist auf diese Weise unter Verwendung einer silberhaltigen Tinte realisierbar.The maximum conductivity of the silver ink is achieved by final thermal treatment. The thermal treatment is preferably carried out at a temperature between 100 ° C and 300 ° C for a period of 5 minutes to 30 minutes. In this case, sintering of the silver nanoparticles takes place. A line resistance of <1 ohm / cm is on this Way feasible using a silver-containing ink.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Displays wird das erfindungsgemäße Substrat (Grundsubstrat mit darauf angeordneter Zwischenschicht aus einem Silan-Derivat und darauf angeordneter Elektrodenschicht) dem weiteren Herstellungsprozeß für das Display (nach dem Stand der Technik) übergeben. Beispielsweise wird für ein OLED- Display lichtemittierendes, organisches Material zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnet, wobei das Display mindestens ein erfindungsgemäßes Substrat aufweist, d.h. mindestens eine Elektrodenschicht auf einer Schicht aus einem Silan-Derivat angeordnet ist, wobei diese Schicht (aus einem Silan-Derivat) auf einem Grundsubstrat angeordnet ist.to Production of a display according to the invention the substrate according to the invention (base substrate with thereon arranged intermediate layer of a silane derivative and electrode layer disposed thereon) to the further manufacturing process for the display (according to the prior art) handed over. For example, for an OLED display light-emitting organic material between two electrode layers arranged, wherein the display at least one inventive substrate has, i. at least one electrode layer on a layer is arranged from a silane derivative, this layer (out of a silane derivative) on a base substrate.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines zumindest teilweise in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The Invention is based on an at least partially in the Figure illustrated embodiment be explained in more detail.
Es zeigt:It shows:
Der
Herstellungsprozess von Bus- und Adress-Elektroden für Plasma-Bildschirme
wird auf zwei unterschiedlichen Substraten realisiert, einem Glassubstrat
(Adress-Elektroden) und einem mit ITO-beschichtetem Glassubstrat
(Bus-Elektroden). Im weiteren wird der Herstellungsprozess von Adress-Elektroden
beschrieben (
Dieses
gereinigte Grundsubstrat
Druck 5 × 10–2 mbar,
Leistung
200 W,
RF-Frequency: 13.56 MHz,
Flußrate des HMDSO (monomer):
5.5 sccm und
Behandlungsdauer: 10 s.This purified base substrate
Pressure 5 × 10 -2 mbar,
Power 200 W,
RF frequency: 13.56 MHz,
Flow rate of HMDSO (monomer): 5.5 sccm and
Duration of treatment: 10 s.
Die
Silbertinte besteht aus einer Dispersion von Silber-Nanopartikeln (Partikelgröße ca. 7
nm im Durchmesser) in einem organischen Lösungsmittel. Diese Silbertinte
wird auf das oben beschriebene Substrat
Im
Anschluss daran wird das bedruckte Substrat
Schließlich wird
das so bedruckte Substrat
- 11
- Grundsubstratbase substrate
- 22
- Schicht eines Silan-Derivatslayer a silane derivative
- 33
- Adresselektrodeaddress electrode
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