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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturen
mit negativen Flanken nach dem Oberbegriff der Ansprüche
1 oder 5, insbesondere bei der Herstellung von OLED-Displays zum Aufbringen
von strukturierten Funktionsschichten.
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Zur
Strukturierung von teil- oder ganzflächig auf eine Unterlage
(Substrat) aufgebrachten Funktionsschichten eignen sich Strukturen
mit negativer Flanke, die auch als Separatoren bezeichnet. Derartige
Strukturen sind z. B. bekannt aus der Herstellung von OLED-Displays.
Dort wird flächig eine elektrisch leitende Schicht (i.
a. Kathode) auf ein OLED-Substrat mit Separatoren aufgedampft, so
dass diese Schicht durch die Separatoren in mehrere elektrisch isolierte
Bereiche getrennt wird. Ein Beispiel für mit einer Funktionsschicht überzogene
Separatoren zeigt 1.
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Die
Herstellung solcher Separatoren erfolgt nach dem Stand der Technik
mittels Fotolithographie auf einer speziellen, i. a. ganzflächig
auf das Substrat aufgebrachten Lackschicht, die auch als Fotoresist bezeichnet
wird. Im Stand der Technik wird zur Strukturierung häufig
eine Schutzmaske auf das angreifbare Material aufgebracht, um das
Lösen des angreifbaren Materials mit dem Lösungsmittel
zu unterbinden. Dies ist jedoch sehr aufwendig und erfordert ein
vielschrittiges Lithografieverfahren.
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Aus
der
US 2007/0172969
A1 ist ein derartiges digitales Lithografieverfahren bekannt,
bei dem eine erste Maskenstruktur auf ein Substrat aufgebracht wird.
In die Zwischenräume der ersten Maskenstruktur wird eine
zweite Maskenstruktur als Black Matrix eingebracht, die anschließend
bspw. thermisch vernetzt oder fotovernetzt wird. Nach dem Vernetzten
der Black Matrix wird die erste Maskenstruktur bspw. mittels Lösungsmitteln
von dem Substrat gelöst. Hierdurch verbleiben auf dem Substrat Elemente
der zweiten Maskenstruktur mit negativer Flanke. Dieses Verfahren
ist jedoch recht aufwendig, da nacheinander verschiedene Maskenstrukturen
mit einer definierten Struktur aufgebracht werden müssen.
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Die
US 7,498,119 B2 beschreibt
ein ähnliches digitales Lithografieverfahren, bei dem auf
ein Substrat eine fotoresistive Schicht aufgebracht und gehärtet
wird. Auf diese gehärtete Schicht wird eine strukturierte
Maske aufgebracht, bspw. aufgedruckt. Anschließend wird
in einem Entwicklungsvorgang ein Teil der fotoresistiven Schicht
derart entfernt, dass auch eine bestimmte Menge des fotoresistiven
Materials von unterhalb der Maske mit entfernt wird, wobei die Maske
das fotoresistive Material davor schützt, unter der Maske
vollständig abgetragen zu werden. Auf dem Substrat verbleibt
also eine stufenartige Erhöhung der Maske mit einer negativen
Flanke am Rand bestehen. Auf diese Struktur wird anschließend eine
Funktionsschicht, bspw. eine metallische Schicht, aufgebracht, die
gleichmäßig über das Substrat verteilt
ist, jedoch im Bereich der negativen Flanke des Materials ausläuft.
Die Funktionsschicht auf dem Substrat und die Funktionsschicht auf
der Maske stehen dabei nicht in Verbindung. Auch dieses Verfahren
ist jedoch aufwendig, da zu Erzeugung der Strukturen mit negativen
Flanken ein aufwendiges Lithografieverfahren eingesetzt werden muss,
bei dem eine fotoresisitve Schicht großflächig
gelöst werden muss.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten
Art vorzuschlagen, bei dem Strukturen mit negativen Flanken (Separatoren)
einfacher hergestellt werden können.
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Mit
den im Folgenden allgemein beschriebenen, erfindungsgemäßen
Verfahren entsprechend den Merkmalen 1 und 5 können die
Separatoren ohne aufwändige Fotolithographie hergestellt
werden.
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Bei
dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen,
dass das angreifbare Material strukturiert auf das Substrat aufgebracht
und dessen oberer Oberflächenbereich bzw. oberer Strukturteil
durch gerichtete Bestrahlung mit Ausnahme oder zumindest weitgehender
Ausnahme der seitlichen Kanten für das Prozessmaterial
unangreifbar gemacht wird, so dass nach dem Angriff des Prozessmaterials
unter dem unangreifbaren, d. h. unangreifbar gemachten Oberflächenbereich
ein in seiner Breite schmalerer Steg des angreifbaren Materials übrig
bleibt. Durch das strukturierte Aufbringen und gezielte Unangreifbarmachen
des an sich angreifbaren Materials in dessen oberen Oberflächenbereich kann
somit auf den aufwendigen Einsatz einer zusätzlichen Maske
verzichtet werden.
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Nach
der Behandlung kann der Steg aus dem angreifbaren Material durch
Behandlung unangreifbar gemacht, insbesondere thermisch gehärtet oder
strahlungsgehärtet, werden. Hierfür kommen also
eine Bestrahlung oder Tempern, z. B. UV-Vernetzung oder thermische
Vernetzung, in Frage.
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Erfindungsgemäß kann
das angreifbare Material im Druckverfahren aufgebracht werden. Dies ermöglicht
eine sehr genaue Strukturierung in einem technisch einfach handhabbaren
Verfahren.
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Die
Bildung der Separatoren, d. h. der insbesondere stufenförmigen
Strukturen mit den negativen Flanken, kann erfindungsgemäß weiter
begünstigt werden, indem das Substrat im Bereich des Stegs der
Strukturen benetzend und der angerenzende Bereich des Substrats
nicht-benetzend vorbehandelt wird. Dadurch wird das später
aufgebrachte, angreifbare Material auf den benetzend vorbehandelten
Bereich des Substrats konzentriert. Dies begünstigt die Bildung
der negativen Flanken. Sofern das Substrat im nicht vorbehandelten
Zustand bereits benetzend oder nicht-benetzend ist, ist es erfindungsgemäß für die
Realisierung der Erfindung natürlich ausreichend, nur den
jeweils anderen Bereich nicht-benetzend oder benetzend vorzubehandeln.
Dies gilt auch für die nachfolgend beschriebene Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die sich die benetzenden und die nicht-benetzenden
Eigenschaften der Substratoberfläche zu Nutze macht.
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Bei
diesem Verfahren zur Herstellung von insbesondere stufenförmigen
Strukturen mit negativer Flanke auf einem Substrat wird ein Material
lokal, d. h. strukturiert, auf das Substrat aufgebracht, wobei das
Material wie bei der ersten Ausführungsform über
einen Steg unter Bildung der negativen Flanke mit dem Substrat verbunden
wird. Erfindungsgemäß wird das Substrat, insbesondere
die zu beschichtende Substratoberfläche, im Bereich des
Steges der Strukturen zuvor benetzend (soweit das Substrat nicht
auch unbehandelt bereits wie gewünscht benetzend ist) und
der Bereich neben den benetzenden Bereichen nicht-benetzend (soweit
das Substrat nicht auch unbehandelt bereits wie gewünscht nicht-benetzend
ist) gemacht. Anschließend wird die Menge des aufzubringenden
Materials derart gewählt, dass nach vollständiger
Härtung des aufgebrachten Materials die Strukturen mit
negativen Flanken entstehen. Auch bei dieser Verfahrensvariante wird
daher das Material strukturiert aufgebracht. Die negativen Flanken
bilden sich auch hier ohne Anwendung zusätzlicher Masken,
so dass der Herstellungsprozess erheblich vereinfacht ist.
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Zur
Ausbildung der benetzenden und der nicht-benetzenden Bereiche kann
das von Hause aus insbesondere nicht-benetzende Substrat erfindungsgemäß strukturiert
mit einer benetzenden Beschichtung versehen werden.
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Es
ist auch möglich, eine Oberfläche oder eine Oberflächenbeschichtung,
insbesondere aus einem Fotoresist-Material, des Substrats durch
eine Ionen-, UV, Plasma- oder Laserstrahlbehandlung lokal vorzubehandeln,
um die benetzenden und die nicht-benetzenden Bereiche zu erzeugen.
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Aufgrund
der auf der Substratoberfläche ausgebildeten benetzenden
und nicht-benetzende Bereiche kann das die Separatoren bildende
Material einfacher als eine lokale Beschichtung mit dem Material
durch Sprüh- oder Tauchverfahren erfolgen.
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Die
mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugten Strukturen
mit negativen Flanken auf dem Substrat können insbesondere
zur Trennung einer elektrisch leitenden Schicht in voneinander isolierte
Bereiche verwendet werden.
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Der
Vorteil der vorgeschlagenen Verfahren gegenüber der konventionellen
Herstellungsmethode mittels aufwendiger Fotolithographie liegt insbesondere
darin, dass keine Fotomaske nötig ist, eine vollflächige
Belackung mit einer später weitestgehend wieder entfernten
Lackschicht entfällt (damit Materialersparnis), eine hohe
Flexibilität bei Layout und kleinen Stückzahlen
bzw. Mustern erreicht werden kann und der Herstellungsprozess mittels
Drucktechniken (z. B. Ink-Jet) besonders schnell ist. Die Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens führt also
zu einer Kostenersparnis.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination
den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig
von ihrer Rückbeziehung in den Ansprüchen oder
deren Rückbezügen.
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Es
zeigen:
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1 eine
stufenförmige Struktur mit negativen Flanken, die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,
mit einer aufgedampften Funktionsschicht;
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2a–c schematisch die Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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3 eine
optionale Vorbehandlung des Substrats bei der Anwendung des Verfahrens
gemäß der ersten Ausführungsform und
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4 schematisch
die Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In 1 ist
ein bspw. OLED-Substrat 1 bekannt, das ein stufenförmige
Struktur 7 (Separatoren) aufweist, von denen in 1 nur
ein Separator 7 neben zwei unmittelbar auf dem Substrat
angeordneten Funktionsbereichen vorgesehen ist. Die Funktionsbereiche
sind durch Bedampfen in Richtung der parallelen Pfeile aufgebrachtes
Kathodenmaterial 8 erzeugt. Durch die Ausbildung der Separatoren 7 mit ihren
negativen Flanken 13 auf dem Substrat 1 sind die
verschiedenen Bereiche des Kathodenmaterials 8 voneinander
getrennt, so dass diese zur getrennten Ansteuerung der verschiedenen
Pixel verwendet werden können.
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In
einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung von Strukturen mit negativen Flanken
ist nur das strukturierte Aufbringen einer Schicht 11 eines
Materials 3 erforderlich, wie die 2a bis 2c zeigen.
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Bevor
die Figuren im Einzelnen beschrieben werden, wird das Verfahren
zusammenfassend kurz erläutert. Die z. B. gedruckte Schicht 11 besteht
aus einem angreifbaren Material 3, welches durch gerichtete
Einwirkung von Energie (z. B. UV-Licht oder Ionenbeschuß)
im Wesentlichen auf der Oberfläche und weit weniger auf
den seitlichen Kanten gehärtet werden kann. Durch Einwirken
eines flüssigen oder gasförmigen Mediums kann
dann eine seitliche Unterätzung erfolgen.
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2a stellt dar, dass auf das (gereinigte) Substrat 1 mit
optionaler Oberflächenbeschichtung 2 (z. B. transparent
leitende oder isolierende Schicht oder Schicht geeigneter Benetzung
für das aufzubringende angreifbare Material 3,
einzeln oder als Multilager-Schicht) das Separatormaterial 3 strukturiert
aufgebracht wird, z. B. im Druck- oder Sprühverfahren.
Das Material 3, z. B. negativ arbeitender Fotoresist, hat
die Eigenschaft, dass es von der Oberfäche in die Tiefe
gehend durch Einwirkung von Energie (z. B. UV-Licht oder Ionenbeschuss)
gehärtet, z. B. vernetzt, werden kann. Bei geeignetem Profil
einer mit dem Material 3 erzeugten Struktur und bei gerichtetem
Energieeintrag, wie er in 2b durch
die gestrichelten Pfeile dargestellt ist, kann eine solche Struktur
im Wesentlichen oben und weit weniger auf den seitlichen Flanken
gehärtet werden, wobei die Härtung z. B. bis zu
einer Tiefe von etwa 30% bis 60% der Strukturhöhe gehen
kann. Die gehärteten Bereiche sind in den 2b und 2c schwarz dargestellt. Durch anschließendes
Einwirken eines flüssigen oder gasförmigen Prozessmaterials 12 (Mediums),
wie in 2c gezeigt, erfolgt dann eine
seitliche Unterätzung derart, dass die Struktur 7 mit
negativer Flanke 13 entsteht. Danach kann optional eine Schlusshärtung
z. B. durch optische oder thermische Bestrahlung erfolgen.
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Die
oben genannte, optionale Oberflächenbeschichtung 2,
z. B. aus Photoresist-Material bestehend, kann insbesondere zur
Einstellung der Benetzungsfähigkeit des Substrats 1 verwendet
werden. Dies ist in 3 skizziert. Die optionale Oberflächenbeschichtung 2 kann
in einer besonderen Ausführung z. B. mit Ionen- oder UV-
oder Laserstrahlbehandlung oder Plasmabehandlung lokal so vorbehandelt
werden, dass die Fläche für den Sockelbereich
der Struktur 7 mit negativen Flanken 13 für
das gedruckte Material 3 benetzend und der angrenzende
Flächenbereich nicht benetzend wird. Der benetzende Bereich
unter dem Material 3 ist durchgestrichen fett, der nicht-benetzende
Bereich ist punktiert dargestellt.
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Eine
weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung
von Strukturen 7 mit negativer Flanke 13 (4)
besteht darin, dass die zu beschichtende Substratoberfläche
strukturiert mit einer benetzenden Beschichtung 5, bspw.
durch Aufdrucken, versehen wird. Alternativ und frei austauschbar kann
das Erzeugen benetzender und nicht-benetzender Bereiche auf dem
Substrat 1 auch wie vorbeschrieben durch lokale Vorbehandlung
z. B. mit Ionen- oder Laserstrahlen so erfolgen, dass die Fläche für
den Sockelbereich der Struktur 7 mit negativen Flanken 13 benetzend
(z. B. hydrophil) für das gedruckte Material und der angrenzende
Flächenbereich nicht benetzend (z. B. hydrophob) für
das gedruckte Material gemacht wird.
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Das
in geeigneter Menge aufgebrachte Material 4 nimmt bei geeignet
gewählter Oberflächenspannung eine im Querschnitt
tropfenartige Struktur an, die anschließend gehärtet
werden kann. Dabei werden der benetzende Bereich der Beschichtung 5 und
die Flüssigkeitsmenge des Separatormaterials 4 so
aufeinander abgestimmt, dass nach vollständiger thermischer
Härtung oder Strahlungshärtung des Materials 4 eine
Struktur 7 mit negativen Flanken 13 entsteht.
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Mit
einer bereichsweise benetzenden und einer bereichsweise nicht benetzenden
Vorbehandlung der Oberfläche des Substrats 1 kann
z. B. auf einen Druckprozess für das strukturierte Auftragen
de Materials 3 oder 4 verzichtet werden, indem
man das Substrat 1 mit dem Material 3 oder 4 z.
B. besprüht oder in einer Wanne mit dem Material 3 oder 4 im Tauchverfahren
beschichtet und anschließend abtropfen lässt,
so dass nur das Material 3 oder 4 an den benetzend
vorbehandelten Stellen des Substrats 1 übrig bleibt.
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Als
Druckprozesse kommen z. B. Ink-Jet-, Flexo-, Sieb- oder Gravurdruck
in Frage.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0172969
A1 [0004]
- - US 7498119 B2 [0005]