DE102008026216B4

DE102008026216B4 - Elektronische Schaltung

Info

Publication number: DE102008026216B4
Application number: DE102008026216A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Knobloch; Walter Dr. Fix
Original assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2028-05-31
Also published as: KR20110022628A; EP2294618A1; DE102008026216A1; US8350259B2; WO2009146850A1; US20110115101A1; KR101590509B1

Abstract

Elektronische Schaltung (1, 10, 100, 101, 102), umfassend mindestens zwei, mittels Leiterbahnen miteinander verschaltete organische Bauelemente (I, II, III, IV, V) mit einem gemeinsamen Trägersubstrat (2),
wobei vorgesehen ist,
dass die Bauelemente (I, II, III, IV, V) und die Leiterbahnen aus Schichtlagen (3a, 3b, 3c, 3d) gebildet sind, dass eine dem Trägersubstrat (2) abgewandte oberste Schichtlage (3d') der elektronischen Schaltung (1, 10, 100, 101, 102) musterförmig und aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist,
dass die musterförmige oberste Schichtlage (3d') auf ihrer dem Trägersubstrat (2) abgewandten Seite mit mindestens einer deckungsgleich zur obersten Schichtlage (3d') angeordneten Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) versehen ist,
dass die mindestens zwei organischen Bauelemente (I, II, III, IV, V) mindestens ein erstes Bauelement (I, II) eines ersten Bauelementtyps und mindestens ein zweites Bauelement (III, IV, V) eines dazu unterschiedlichen zweiten Bauelementtyps umfassen, wobei der erste Bauelementtyp ein Feldeffekttransistor ist und der...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, umfassend mindestens zwei, mittels Leiterbahnen miteinander verschaltete organische Bauelemente mit einem gemeinsamen Trägersubstrat.
Derartige elektronische Schaltungen sind aus DE 101 51 440 C1 bekannt. Hier werden verschiedene elektronische Bauelemente zu einem Elektronikbauteil bzw. einer Schaltung verbunden, wobei gleichartige Bauelemente auf einem Substrat bzw. in einer Verkapselung zu einer Gruppierung gebündelt werden, welche dann untereinander elektronisch verbunden werden. Um die Bauelemente vor Umwelteinflüssen zu schützen, werden diese zwischen einer Substratfolie und einer Verkapselungsfolie geschützt angeordnet.
Eine derartige Verkapselung ist insbesondere für organische Bauelemente erforderlich, da diese besonders anfällig im Hinblick auf Verunreinigungen, Lichteinstrahlung oder mechanische Belastung sind.
Aus DE 10 2004 010 094 B3 ist es bekannt, Halbleiter-Bauelemente enthaltend eine organische Halbleiterschicht mit einer Schutzschicht zu versehen, welche als Schutz vor Umwelteinflüssen vorgesehen ist.
Aus WO 2007/041 116 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer OLED-Anzeigevorrichtung (OLED = organic light emitting diode) bekannt. Die OLED-Anzeigevorrichtung umfasst eine Vielzahl von OLED-Bauteilen, welche eine gemeinsame lichtdurchlässige Elektrode teilen. Um Lichtschächte ausgerichtet mit den ausstrahlenden Bereichen der ein oder mehreren OLED-Bauteilen zu definieren, wird bei dem Verfahren eine gemusterte leitende Schichtstruktur über der gemeinsamen lichtdurchlässigen Elektrode ausgeformt. Ferner wird optisches Material in den ein oder mehreren Lichtschächten bereitgestellt.
Aus EP 1 717 862 A2 ist ein nichtflüchtiges Speichergerät bekannt. Das nichtflüchtige Speichergerät ermöglicht Schreiben und Löschen von Daten zu Zeiten außer während der Herstellung. Ferner ist ein Halbleiterbauteil bekannt, dass das nichtflüchtige Speichergerät aufweist. Das nichtflüchtige Speichergerät und das Halbleiterbauteil sind kompakt dimensioniert. Das nichtflüchtige Speichergerät weist ein Paar leitfähiger Schichten und einen organischen Verbundstoff auf. Der organischen Verbundstoff hat Flüssigkristall Eigenschaften. Der organische Verbundstoff ist zwischen dem Paar leitfähiger Schichten angeordnet. Daten werden in dem nichtflüchtigen Speichergerät aufgezeichnet, indem eine erste Spannung an dem Paar leitfähiger Schichten angelegt wird und der organische Verbundstoff erhitzt wird, sodass ein Phasenübergang des organischen Verbundstoffs von einer ersten Phase zu einer zweiten Phase erfolgt.
Aus US 2008/0 023 705 A1 ist ein Dünnfilmtransistorsubstrat bekannt. Das Dünnfilmtransistorsubstrat umfasst eine Gate-Elektrode, eine Gate-Isolationsstruktur, eine Kanalstruktur, eine erste organische Isolationsstruktur, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode. Die Gate-Elektrode ist auf einem Basissubstrat ausgeformt. Die Gate-Isolationsstruktur ist auf der Gate-Elektrode ausgeformt und ist kleiner als die Gate-Elektrode. Die Kanalstruktur ist auf der Gate-Isolationsstruktur ausgeformt und ist kleiner als die Gate-Isolationsstruktur. Die erste organische Isolationsstruktur ist auf dem Basissubstrat ausgeformt, um die Kanalstruktur, die Gate-Isolationsstruktur und die Gate-Elektrode zu überdecken.
Aus WO 03/085 448 A1 ist eine Gate-Ader bekannt, welche Gate-Leitungen, Gate-Elektroden und Gate-Pads umfasst. Die Gate-Ader ist in einer sich schräg-erstreckenden Richtung auf einem Substrat ausgeformt. Danach ist eine Gate-Isolationsschicht ausgeformt und darauf sind eine Halbleiterschicht und eine ohmsche Kontaktschicht sequentiell ausgeformt. Um eine Daten-Ader auszuformen wird ein leitfähiges Material aufgebracht und strukturiert. Die Daten-Ader umfasst Datenleitungen überschneidend die Gate-Leitungen, Source-Elektroden, Drain-Elektroden und Daten-Pads. Eine Schutzschicht aus Silizium-Nitrid ist auf dem Substrat aufgebracht. Eine organische Isolationsschicht, die aus einem lichtempfindlichen organischen isolierenden Material hergestellt ist, überzieht die Schutzschicht. Die Oberfläche der organischen Isolationsschicht ist als unebene Struktur ausgeformt. Erste Kontaktlöcher legen die Schutzschicht gegenüber den Drain-Elektroden frei. Sodann wird die Oberfläche der organischen Schutzschicht mit einem inaktiven Gas wie Ar behandelt. Dann wird die Schutzschicht zusammen mit der Gate-Isolationsschicht mittels Photoätzens strukturiert. Bei dem Photoätzen wird eine Photolackstruktur zur Freilegung der entsprechenden Kontaktlöcher, der Gate-Pads und der Daten-Pads verwendet. Als nächstes wird Indium-Zinn-Oxid oder Indium-Zink-Oxid zur Ausformung transparenter Elektroden, subsidiärer Gate-Pads und subsidiärer Daten-Pads entsprechend verbunden mit den Drain-Elektroden, den Gate-Pads und den Daten-Pads aufgebracht und strukturiert. Abschließend wird ein reflektierendes leitendes Material zur Ausformung reflektierender Filme aufgetragen und strukturiert. Die reflektierenden Filme haben Öffnungen in dem Pixelbereich auf den transparenten Elektroden.
Aus US 7 309 955 B2 ist ein eletroluminezentes Anzeigegerät bekannt, welches erste und zweite sich gegenüberliegende Substrate mit einem Anzeigegebiet und einem das Anzeigegebiet umgebenden Nicht-Anzeigegebiet aufweist. Ein Feldelement ist auf dem ersten Substrat ausgebildet. Eine elektrolumineszente Diode ist auf dem zweiten Substrat ausgebildet. Das elektrolumineszente Anzeigegerät weist weiter Gate- und Daten-Padelektroden in dem Nicht-Anzeigegebiet auf. Die freiliegenden Teile der Gate- und Daten-Padelektroden werden aus einem leitenden Material, welches eine Korrosionstoleranz aufweist, ausgeformt.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine weitere elektronische Schaltung der eingangs genannten Art bereitzustellen, deren empfindliche organische Bauelemente ausreichend vor Umwelteinflüssen geschützt sind.
Die Aufgabe wird durch die elektronische Schaltung nach Anspruch 1 gelöst.
Unter einer „deckungsgleichen” Anordnung der mindestens einen Schutzschicht zur musterförmigen obersten Schichtlage wird hierbei verstanden, dass die mindestens eine Schutzschicht in ihrer Flächenausdehnung genauso so groß ist wie die musterförmige oberste Schichtlage und die gleiche Form besitzt. Somit weisen senkrecht zur Ebene des Trägersubstrats gesehen die musterförmige Schichtlage und die mindestens eine Schutzschicht die gleiche Form und Lage auf, wobei die Umrisse von oberster Schichtlage und Schutzschicht in dieser Ansicht übereinstimmen bzw. exakt übereinander liegen.
Eine derartige Schaltung ermöglicht eine besonders kostengünstige und rationelle Herstellung. Die mindestens eine Schutzschicht bedeckt die musterförmige oberste Schichtlage der elektrischen Schaltung und schützt zuverlässig darunter liegende Bauelemente sowie die Verbindungen zwischen einzelnen Bauelementen in Form von Leiterbahnen. Nachdem die elektrisch leitende oberste Schichtlage üblicherweise eine große Anzahl an Elektrodenflächen ausbildet, z. B. Top-Gate-Elektroden von OFETs, befinden sich die sensiblen Bereiche der Bauelemente üblicherweise unmittelbar darunter. Dabei wird insbesondere ein mechanischer Schutz, vor allem vor Druckkräften, Scherkräften oder Abrieb, bereitgestellt, jedoch ist je nach Zusammensetzung und/oder Aufbau der mindestens einen Schutzschicht auch alternativ oder in Kombination zu dem mechanischen Schutz ein Schutz im Hinblick auf chemische Belastungen, insbesondere durch Wasserdampf, Sauerstoff, Verunreinigungen usw., und/oder optische Belastungen, insbesondere durch sichtbare Strahlung, UV-Strahlung usw., und/oder thermische Belastung, insbesondere durch IR-Strahlung usw., möglich.
Auch eine Stabilisierung des Schichtpakets der Schaltung und eine Reduzierung von unerwünschten Ablösungen oder Abhebungen zwischen einzelnen Schichtlagen des Schichtpakets, die aufgrund mangelnder oder schlechter Zwischenschichthaftung auftreten können, ist durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schutzschicht möglich.
Unter einem organischen Bauelement wird hierbei ein elektrisches Bauelement verstanden, das überwiegend aus organischem Material besteht, insbesondere zu mindestens 90 Gew.-% aus organischem Material besteht. Ein einzelnes organisches Bauelement setzt sich dabei aus unterschiedlichen Schichtlagen mit elektrischer Funktion, insbesondere in Form von nicht selbsttragenden, dünnen Schichten, und weiterhin mindestens aus den, den Schichtlagen zuordenbaren Bereichen eines Trägersubstrats zusammen, auf welchem sich die Schichtlagen befinden. Die einzelnen Schichtlagen können dabei aus organischem oder anorganischem Material gebildet sein, wobei nur organische, nur anorganische, oder organische und anorganische Schichtlagen in Kombination zur Bildung eines organischen Bauelements eingesetzt werden können. So wird ein elektrisches Bauelement umfassend ein organisches Trägersubstrat und ausschließlich anorganische Schichtlagen mit elektrischer Funktion aufgrund der üblicherweise großen Masse des Trägersubstrats im Vergleich zur Masse der Funktionsschichten insgesamt als organisches Bauelement angesehen.
Als organisches Bauelement wird hier auch insbesondere ein solches bezeichnet, das mindestens eine Schichtlage aus einem organischen, metallorganischen und/oder organisch-anorganischen Material aufweist. Darunter fallen organische, metallorganische und/oder organisch-anorganische Polymere oder Kunststoffe (Hybride), insbesondere solche, die im Englischen z. B. mit „plastics” bezeichnet werden. Es handelt sich hierbei somit um alle Arten von Stoffen mit Ausnahme der Halbleiter, die die klassischen Dioden bilden (Germanium, Silizium) und der typisch metallischen Leiter. Eine Beschränkung im dogmatischen Sinne auf organisches Material als Kohlenstoff enthaltendes Material ist demnach nicht vorgesehen, vielmehr ist auch an den breiten Einsatz von z. B. Silikonen gedacht. Weiterhin soll der Begriff organisch bzw. organisches Material keinerlei Beschränkung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf polymere und/oder oligomere Materialien, unterliegen, sondern es ist durchaus auch der Einsatz von „small molecules” möglich. Der Begriff „Polymer” enthält insofern keine Aussage über das tatsächliche Vorliegen einer polymeren Verbindung.
Generell erfolgt die Bildung von Schichtlagen bevorzugt durch Drucken, Aufdampfen, Sputtern, Sprühen, Spritzen, Gießen, Aufrakeln, und dergleichen weitere Beschichtungsverfahren. Die Schichtlagen mit elektrischer Funktion werden bevorzugt aus einer Lösung aufgebracht, aufgedampft, aufgesputtert, auflaminiert oder mittels einer Transferfolie auf das Trägersubstrat geprägt. Aus einer Lösung aufgebrachte Schichtlagen mit elektrischer Funktion werden beispielsweise durch Drucken, Gießen, Sprühen oder Aufrakeln auf das Trägersubstrat aufgebracht.
Bei einer Schichtlage eines Bauelements kann es sich um eine elektrisch leitende Schichtlage, eine halbleitende Schichtlage oder eine elektrisch isolierende Schichtlage handeln.
Es hat sich bewährt, wenn die mindestens zwei organischen Bauelemente der elektronischen Schaltung jeweils mindestens eine mittels eines der oben genannten Beschichtungsverfahren gebildete, insbesondere gedruckte, Schichtlage umfassen.
Zur Bildung organischer Schichtlagen, welche durch ein organisches Material, das insbesondere in einem Lösemittel gelöst ist, gebildet werden, eignen sich insbesondere Druckverfahren wie beispielsweise Tiefdruck, Siebdruck, Offsetdruck, Thermotransferdruck oder Flexodruck.
Eine Schichtlage kann dabei musterförmig oder vollflächig auf das Trägersubstrat oder bereits mit Schichtlagen versehene Trägersubstrat aufgebracht werden. Vollflächig aufgebrachte Schichtlagen können in Folge bereichsweise wieder entfernt werden, beispielsweise durch Ätzen, Laserbehandlung, Abwaschen mit Wasser, Auslösen in Lösungsmittel, usw., um eine musterförmige Gestalt auszubilden. Dabei werden Schichtlagen aus einem organischen Halbleitermaterial vorzugsweise vollflächig vorgesehen. Schichtlagen aus elektrisch leitenden Materialien werden meist musterförmig ausgebildet, um Elektrodenflächen und/oder Leiterbahnen auszubilden. Schichtlagen aus elektrisch isolierendem Material werden je nach Bedarf musterförmig oder vollflächig ausgebildet.
Die einzelnen Schichtlagen eines Bauelement auf dem Trägersubstrat weisen üblicherweise eine Gesamtschichtdicke im Bereich von 500 nm bis zu 2000 nm auf. Generell sind alle Schichtlagen bevorzugt dünne Schichten mit einer Schichtdicke von kleiner als 10 μm.
Dabei weist eine elektrisch leitende Schichtlage vorzugsweise eine Schichtdicke im Bereich von 5 nm bis etwa 100 nm auf, eine Schichtlage aus einem halbleitenden Material vorzugsweise eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 300 nm auf und eine elektrisch isolierende Schichtlage vorzugsweise eine Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 2000 nm auf. Ein Bauelement kann weiterhin noch Schutz- und/oder Hilfsschichten aufweisen. Deren Schichtdicke beträgt vorzugsweise 100 nm bis mehrere μm.
Dabei hat es sich zudem bewährt, wenn die mindestens zwei organischen Bauelemente mindestens zwei Bauelemente vom gleichen Bauelementtyp umfassen.
Die elektronische Schaltung weist eine erste Teilmenge an organischen Bauelementen eines ersten Bauelementtyps, beispielsweise OFETs, und mindestens eine weitere Teilmenge an organischen Bauelementen eines zum ersten Bauelementtyp unterschiedlichen weiteren Bauelementtyps, beispielsweise organische Dioden, auf.
Ein organisches Bauelement ist insbesondere eines vom folgenden Bauelementtyp:
Feldeffekttransistor (OFET), organische Diode, Kondensator, Widerstand, IC-Chip, vertikale elektrisch leitende Verbindung (Via), usw., sowie zusätzlich horizontale elektrisch leitende Verbindungen.
Die elektronische Schaltung kann nicht nur die mindestens zwei organischen Bauelemente umfassen, sondern weiterhin anorganische Bauelemente aufweisen, die keine organische Schichtlage aufweisen. Als anorganische Bauelemente kommen beispielsweise Feldeffekttransistoren, Dioden, Kondensatoren, Widerstände, IC-Chips, horizontale elektrisch leitende Verbindungen, vertikale elektrisch leitende Verbindungen (Vias), usw. in Frage.
Die mindestens eine Schutzschicht weist im Bereich der elektronischen Schaltung überall eine gleiche Zusammensetzung und/oder einen gleichen Aufbau auf. Eine derartige Ausgestaltung ist rationell und kostengünstig herstellbar.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die mindestens eine Schutzschicht in unterschiedlichen Bereichen der elektronischen Schaltung eine unterschiedliche Zusammensetzung und/oder einen unterschiedlichen Aufbau aufweist. Dadurch lässt sich die Schutzschicht in ihrer Wirkung genau auf das zu schützende Bauelement und dessen Anforderungen abstimmen und gleichzeitig eine rationelle Ausbildung von möglichst vielen gleichen Schutzschichtbereichen erreichen.
Bauelemente vom gleichen Bauelementtyp sind jeweils durch eine Schutzschicht gleicher Zusammensetzung und/oder gleichen Aufbaus geschützt.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn Bauelemente von unterschiedlichem Bauelementtyp jeweils durch mindestens eine Schutzschicht geschützt sind, deren Zusammensetzung und/oder Aufbau sich unterscheidet.
So können Bauelemente von unterschiedlichem Bauelementtyp, wie beispielsweise OFETs und organische Dioden, ganz unterschiedliche Anforderungen an die benötigte Schutzschicht stellen. So ist vorteilhafter Weise ein gezieltes Aufbringen einer ersten Schutzschicht auf lediglich Bauelemente eines ersten Bauelementtyps und einer zweiten, dazu unterschiedlichen Schutzschicht auf lediglich Bauelemente eines zweiten Bauelementtyps möglich, usw.
Dabei kann die mindestens eine Schutzschicht zumindest bereichsweise einen Aufbau aus mindestens zwei Einzelschichten aufweisen, die übereinander gestapelt angeordnet sind. So lassen sich die Schutzwirkungen verschiedener Schutzschichten kombinieren.
Es ist vorteilhafter Weise auch ohne weiteres möglich, dass unterschiedliche Schutzschichten, d. h. mit unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder unterschiedlichem Aufbau, zum Schutz unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines einzelnen Bauelements eingesetzt werden.
Als Materialien zur Bildung einer Schutzschicht eignen sich dabei generell insbesondere leitfähige oder nicht-leitfähige Polymere, „small molecules”, eine Mischung aus Molekülen und Polymeren, konjugierte Polymere, fotosensitive Lacke, Wachse, Harze, Polymergemische, usw. Den organischen Materialien sind dabei insbesondere Zusatzstoffe beigefügt, wie Weichmacher, welche für eine ausreichend hohe Flexibilität der Schutzschicht sorgen, oder chemisch aktive Redox-Systeme, oder Partikel als Strahlungs-Absorber, wie beispielsweise ZnO- oder TiO₂-Nanopartikel als UV-Absorber, oder Farbmittel, oder leitfähige Partikel wie Graphit oder Ruß, oder nicht-leitfähige Partikel, die beispielsweise als Reflektoren wirken, usw.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Schutzschicht eine gedruckte Schutzschicht ist. Dafür eignet sich insbesondere eine Schutzschicht aus einem organischen Material, insbesondere einem vernetzten organischen Material. Vorzugsweise wird mindestens eine Lackschicht zur Bildung der mindestens einen Schutzschicht eingesetzt.
Zur Bildung mindestens einer gedruckten Schutzschicht wird das Schutzschichtmaterial vorzugsweise musterförmig im Tiefdruck, Siebdruck, Offsetdruck, Thermotransferdruck oder Flexodruck aufgebracht.
Alternativ dazu kann die mindestens eine Schutzschicht erst großflächig aufgebracht und anschließend selektiv wieder entfernt werden.
Eine Schichtdicke der mindestens einen Schutzschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 50 nm bis 10 μm, insbesondere im Bereich 100 nm bis 2 μm. Ist eine Schutzschicht aus mehreren Einzelschichten aufgebaut, handelt es sich hierbei um die Gesamtschichtdicke, d. h. die Summe der Schichtdicken aller Einzelschichten.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die mindestens eine Schutzschicht gleichzeitig mit der unmittelbar daran angrenzenden obersten Schichtlage, die insbesondere in Form einer Elektrodenebene ausgeformt ist, musterförmig strukturiert wird. Dadurch sind meist automatisch die kritischen aktiven bzw. sensiblen Bereiche der verschiedenen Bauelemente geschützt, wie z. B. der Stromkanal-Bereich in einem OFET mit Top-Gate-Aufbau, da hier die Strukturierung der elektrisch leitenden obersten Schichtlage zur Bildung der Gate-Elektrode gleichzeitig mit der Strukturierung der Schutzschicht erfolgen kann. Auch der vertikale Stromkanal einer Diode wird so optimal geschützt, da hier die Strukturierung der elektrisch leitenden obersten Schichtlage zur Bildung der Anode oder Kathode der Diode gleichzeitig mit der Strukturierung der Schutzschicht erfolgen kann.
Generell kann der Umriss bzw. die Form der oberste Schichtlage senkrecht zur Trägersubstratebene gesehen, sofern die oberste Schichtlage Elektrodenflächen und/oder Leiterbahnen ausbildet, weitgehend unabhängig von einer weiter unten, d. h. in Richtung des Trägersubstrats, im Schichtstapel angeordneten elektrisch leitenden Schichtlage ausgebildet sein, die Gegenelektroden zu den Elektroden der obersten Schichtlage und/oder weitere Leiterbahnen ausbildet. So können auf unterschiedlichen Ebenen im Bauelement vorliegende Elektroden und Gegenelektroden sowohl deckungsgleich übereinander oder lediglich in Teilbereichen überlappend zueinander angeordnet sein.
Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Schutzschicht für sichtbare Strahlung und/oder für ultraviolette Strahlung und/oder für IR-Strahlung undurchlässig oder zumindest weitgehend undurchlässig ausgebildet ist. Unter weitgehend undurchlässig wird eine Schutzschicht bezeichnet, die für mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 90%, der einfallenden Strahlung, insbesondere der das Bauelement schädigenden Strahlung oder Strahlungsanteile, undurchlässig ist, da diese von der Schutzschicht reflektiert und/oder absorbiert werden. Dadurch ist das jeweils damit geschützte Bauelement vor optischer und/oder thermischer Belastung optimal geschützt. Insbesondere ist ein Schutzschichtmaterial enthaltend UV-Absorber und/oder opake Farbmittel bevorzugt.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Schutzschicht einen E-Modul im Bereich von 0,5 bis 5000 N/mm² aufweist und somit eine ausreichend hohe Flexibilität bzw. Biegsamkeit zum Schutz der damit bedeckten Bauelemente oder Bauelementbereiche aufweist.
Es ist von Vorteil, wenn die mindestens eine Schutzschicht gegenüber mindestens einem organischen Lösemittel beständig ist. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Schutzschicht in Wasser unlöslich ist.
Besonders bevorzugt ist mindestens eine Schutzschicht, die für Wasserdampf und/oder Sauerstoff undurchlässig ist oder zumindest als Diffusionsbarriere wirkt, die den Zutritt von Wasserdampf und/oder Sauerstoff in Richtung der Schichtlagen des Bauelements mit elektrischer Funktion deutlich herabsetzt. Damit lässt sich eine chemische Beeinflussung von organischen Schichtlagen wirkungsvoll verhindern.
Es hat sich bewährt, wenn das Trägersubstrat durch eine flexible Folie gebildet ist. Insbesondere ist die Folie durch mindestens eine Folienlage aus Kunststoff, Glas, Papier, Metall oder ein Laminat aus mindestens zwei unterschiedlichen Folienlagen aus derartigem Material gebildet. Aber auch starre Trägersubstrate, aus beispielsweise Keramik, Glas, usw., sind verwendbar.
Das Trägersubstrat weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 12 μm bis 1 mm auf.
Bandförmige flexible Trägersubstrate werden hierbei bevorzugt in einem kostengünstigen kontinuierlichen Verfahren von Rolle zu Rolle verarbeitet.
Die 1a bis 5 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigen
1a bis 1d die Herstellung einer ersten elektronischen Schaltung im Querschnitt;
2 eine zweite elektronische Schaltung im Querschnitt;
3 eine dritte elektronische Schaltung im Querschnitt;
4 eine vierte elektronische Schaltung im Querschnitt;
5 eine fünfte elektronische Schaltung im Querschnitt;
Für gleiche Schichtlagen oder Bauelemente werden nachfolgend durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet. Die erfindungsgemäßen Schaltungen und vorhandenen Bauelemente werden lediglich im Querschnitt dargestellt, so dass eine vorhandene Verschaltung der Bauelemente mittels Leiterbahnen zu der elektronischen Schaltung nicht im Detail gezeigt ist.
1a bis 1d zeigen die Herstellung einer elektronischen Schaltung 1 im Querschnitt. Auf einem Trägersubstrat 2 aus Polyesterfolie mit einer Dicke von 36 μm oder alternativ von 50 μm werden zwei miteinander verschaltete organische Bauelemente I, II (siehe 1d) gebildet, wobei das Bauelement I ein erster OFET und das Bauelement II ein identischer zweiter OFET ist.
Dazu wird gemäß 1a auf dem Trägersubstrat 2 musterförmig eine elektrisch leitende erste Schichtlage 3a ausgebildet, welche aus einem elektrisch leitfähigen Polymer oder aus Metall gebildet wird. Die erste Schichtlage 3a weist eine Schichtdicke im Bereich von 20 nm bis 50 nm auf und ist hier insbesondere aus Polyanilin, PEDOT/PSS, Gold, Aluminium, Kupfer oder Silber gebildet. Die erste Schichtlage 3a bildet die Source- und Drain-Elektroden der beiden Bauelemente I, II bzw. der OFETs aus.
Auf die musterförmige erste Schichtlage 3a wird anschließend vollflächig eine zweite Schichtlage 3b aus einem organischen Halbleitermaterial, hier aus Zinkoxid oder Polyalkylthiophen, in einer Schichtdicke im Bereich von 20 nm bis 80 nm aufgebracht.
Gemäß 1b wird auf die zweite Schichtlage 3b eine dritte Schichtlage 3c aus einem elektrisch isolierenden Material, hier aus Polymethylmethacrylat, PHS oder Polyhydroxystyrol, in einer Schichtdicke im Bereich von 400 nm bis 600 nm vollflächig aufgebracht.
Gemäß 1c wird nun auf der dritten Schichtlage 3c eine vierte Schichtlage 3d, welche hier in Folge eine oberste Schichtlage 3d' (siehe 1d) der elektrischen Schaltung 1 bildet, aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem elektrisch leitfähigen Polymer oder aus Metall, vollflächig ausgebildet. Die vierte Schichtlage 3d weist eine Schichtdicke von 50 nm oder alternativ 100 nm auf und ist hier insbesondere aus Polyanilin, PEDOT/PSS, Gold, Aluminium, Kupfer, Silber oder Titan gebildet.
Nun wird auf die vierte Schichtlage 3d eine Schutzschicht 4a musterförmig aufgebracht. Die Schutzschicht 4a wird hier mittels eines Lacks gebildet, welcher mindestens einen der folgenden Bestandteile in einem organischen Lösungsmittel, insbesondere einem Alkohol, gelöst aufweist:

a) Ruß/Graphit-gefüllte Polymerlösung(en) der Fa. Acheson oder
b) Drucklack enthaltend Ruß und/oder Graphit auf Basis von Polyvinylbutyral und Nitrocellulose

Die nach einem Aushärten des Lacks vorliegende Schutzschicht 4a ist derart ausgebildet, dass diese gegen ein Löse- oder Ätzmittel, mit welchen sich die vierte Schichtlage 3d entfernen lässt, resistent ist.
Nun werden die nicht von der Schutzschicht 4a bedeckten Bereiche der vierten Schichtlage 3d entfernt. Die Schutzschicht 4a ist nun deckungsgleich zu einer musterförmig aus der vierten Schichtlage 3d gebildeten obersten Schichtlage 3d' ausgebildet. Die oberste Schichtlage 3d' bildet die Top-Gate-Elektrode der OFETS und nicht im Detail dargestellt Leiterbahnen zu deren Verschaltung. Die sensiblen Bereiche der beiden Bauelemente I, II bzw. der beiden OFETs sowie die von der obersten Schichtlage 3d' gebildeten Leiterbahnen der elektronischen Schaltung 1 sind durch die Schutzschicht 4a gegen schädliche Umwelteinflüsse, insbesondere gegen mechanische Beschädigung, optimal geschützt.
2 zeigt im Querschnitt eine zweite elektronische Schaltung 10, bei welcher ebenfalls zwei miteinander verschaltete Bauelemente I, II, in Form von OFETs vorhanden sind. Im Unterschied zu der elektronischen Schaltung 1 gemäß 1d sind hier die zweite Schichtlage 3b und die dritte Schichtlage 3c musterförmig ausgebildet.
3 zeigt im Querschnitt eine dritte elektronische Schaltung 100, bei welcher zwei unterschiedliche Bauelemente I, III vorhanden sind. Das Bauelement I, ein OFET, ist gemäß 1d mit der Schutzschicht 4a geschützt. Das Bauelement III ist ein Kondensator, der mit einer weiteren Schutzschicht 4b geschützt ist. Im Bereich des Bauelements III ist auf dem Trägersubstrat 2 in dieser Reihenfolge eine erste Kondensatorplatte, gebildet durch die Schichtlage 3a, eine organische Halbleiterschicht gebildet aus der zweiten Schichtlage 3b, eine elektrisch isolierende Schicht gebildet durch die dritte Schichtlage 3c, eine zweite Kondensatorplatte gebildet aus der obersten Schichtlage 3d' sowie die weitere Schutzschicht 4b vorhanden.
Dabei sind die Schutzschichten 4a, 4b in ihrer Zusammensetzung unterschiedlich und unmittelbar an das zu schützende Bauelement angepasst ausgebildet. Die Schutzschicht 4a ist, wie oben zu 1c beschrieben, aus einer mit Ruß pigmentierten Lackschicht gebildet. Die weitere Schutzschicht 4b ist durch einen Thermotransferlack auf Wachsbasis gebildet.
4 zeigt im Querschnitt eine vierte elektronische Schaltung 101, bei welcher auf einem gemeinsamen Trägersubstrat 2 die Bauelemente I, II, in Form von OFETs gemäß 1d, ein Bauelement III' in Form eines Kondensators ähnlich 3, ein Bauelement IV in Form einer organischen Diode und ein Bauelement V in Form einer vertikalen elektrisch leitenden Verbindung bzw. einer Durchkontaktierung durch die zweite und dritte Schichtlage 3b, 3c, ein so genanntes „Via”, angeordnet sind.
Im Bereich des Bauelements IV sind auf dem Trägersubstrat 2 eine erste Elektrode der organischen Diode aus der ersten Schichtlage 3a, eine organische Halbleiterschicht aus der zweiten Schichtlage 3b, eine zweite Elektrode der organischen Diode aus der obersten Schichtlage 3d' sowie die Schutzschicht 4a angeordnet.
Im Bereich V befindet sich auf dem Trägersubstrat 2 eine Leiterbahn aus der ersten Schichtlage 3a, welche über eine Öffnung in der zweiten und der dritten Schichtlage 3b, 3c mit der musterförmigen obersten Schichtlage 3d' elektrisch leitend verbunden ist. Die Anordnung der elektrisch leitenden Schichtenlagen 3a, 3b bildet das Via, welches ebenfalls durch die Schutzschicht 4a bedeckt ist.
Im Bereich des Bauelements V wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der ersten Schichtlage 3a und der musterförmigen obersten Schichtlage 3d' ausgebildet, wobei Leiterbahnen zur elektrischen Verschaltung zumindest eines Teils der Bauelemente I, II, III, IV, V bereitgestellt werden.
So befindet sich auf den Bauelementen I bis V, die in Form von zwei OFETs, einem Kondensator, einer organischen Diode und einem Via vorliegen, sowie den Leiterbahnen zu deren elektrischer Verschaltung, die durch die oberste Schichtlage 3d' gebildet sind, eine Schutzschicht 4a, welche die oberste Schichtlage 3d genau bedeckt und die Bauelemente I bis V vor Umwelteinflüssen schützt.
5 zeigt eine fünfte elektronische Schaltung 102 gemäß der Erfindung im Querschnitt. Auf dem gemeinsamen Trägersubstrat 2 befinden sich hierbei im Wesentlichen die gleichen Bauelemente wie in 4 gezeigt.
Im Unterschied zu 4 sind hierbei jedoch nur die Bauelemente I und II bzw. die OFETs mit einer ersten Schutzschicht 4a gemäß 1d bedeckt. Das Bauelement III in Form des Kondensators ist mit einer zweiten Schutzschicht 4b gemäß 3 bedeckt. Das Bauteil IV in Form der organischen Diode ist mit einer dritten Schutzschicht bedeckt, die aus zwei Einzelschutzschichten 4c und 4a (gemäß 1d) zusammengesetzt ist. Das Bauteil V in Form des Via ist mit einer vierten Schutzschicht 4d versehen. Dabei unterscheiden sich die Schutzschichten 4a; 4b; 4c, 4a; 4d in Zusammensetzung und Aufbau.
Die Bildung einer Vielzahl weiterer elektronischer Schaltungen mit organischen Bauelementen, ggf. weiterhin mit anorganischen Bauelementen, ist für den Fachmann in einfacher Weise möglich.

Claims

Elektronische Schaltung (1, 10, 100, 101, 102), umfassend mindestens zwei, mittels Leiterbahnen miteinander verschaltete organische Bauelemente (I, II, III, IV, V) mit einem gemeinsamen Trägersubstrat (2), wobei vorgesehen ist, dass die Bauelemente (I, II, III, IV, V) und die Leiterbahnen aus Schichtlagen (3a, 3b, 3c, 3d) gebildet sind, dass eine dem Trägersubstrat (2) abgewandte oberste Schichtlage (3d') der elektronischen Schaltung (1, 10, 100, 101, 102) musterförmig und aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist, dass die musterförmige oberste Schichtlage (3d') auf ihrer dem Trägersubstrat (2) abgewandten Seite mit mindestens einer deckungsgleich zur obersten Schichtlage (3d') angeordneten Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) versehen ist, dass die mindestens zwei organischen Bauelemente (I, II, III, IV, V) mindestens ein erstes Bauelement (I, II) eines ersten Bauelementtyps und mindestens ein zweites Bauelement (III, IV, V) eines dazu unterschiedlichen zweiten Bauelementtyps umfassen, wobei der erste Bauelementtyp ein Feldeffekttransistor ist und der zweite Bauelementtyp ein Bauelementtyp ausgewählt aus der Gruppe Diode, Kondensator, Widerstand und Vias ist, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a) im Bereich der elektronischen Schaltung (101) überall eine gleiche Zusammensetzung aufweist, dass Bauelemente (I, II) vom gleichen Bauelementtyp jeweils durch eine Schutzschicht (4a) gleicher Zusammensetzung geschützt sind, und dass mindestens eine vollflächige Abdeckschicht und/oder mindestens eine Folie auf der dem Trägersubstrat abgewandten Seite der Schaltung als Verkapselung aufgebracht ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei organischen Bauelemente (I, II, III, IV, V) jeweils mindestens eine gedruckte Schichtlage (3a, 3b, 3c, 3d) umfassen.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei organischen Bauelemente (I, II, III, IV, V) mindestens zwei Bauelemente (I, II) vom gleichen Bauelementtyp umfassen.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) im Bereich der elektronischen Schaltung (102) eine unterschiedliche Zusammensetzung und/oder einen unterschiedlichen Aufbau aufweist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bauelemente (I, II; III; IV; V) von unterschiedlichem Bauelementtyp jeweils durch mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) geschützt sind, deren Zusammensetzung und/oder Aufbau sich unterscheidet.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht zumindest bereichsweise einen Aufbau aus mindestens zwei Einzelschutzschichten (4a, 4c) aufweist, die übereinander gestapelt angeordnet sind.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) eine gedruckte Schicht ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) aus einem organischen Material gebildet ist, insbesondere durch mindestens eine Lackschicht gebildet ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) aus einem vernetzten organischen Material gebildet ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) für sichtbare Strahlung und/oder für ultraviolette Strahlung undurchlässig ausgebildet ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) einen E-Modul im Bereich von 0,5 bis 5000 N/mm² aufweist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) gegenüber mindestens einem organischen Lösemittel beständig ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) in Wasser unlöslich ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schutzschicht (4a, 4b, 4c, 4d) für Wasserdampf und/oder Sauerstoff undurchlässig ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (2) durch eine flexible Folie gebildet ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mindestens eine Folienlage aus Kunststoff, Glas, Papier, Metall oder ein Laminat aus mindestens zwei unterschiedlichen Folienlagen dieser Materialien umfasst.