DE112012001276B4 - Gekapselte Arrays von elektronischen Schalteinrichtungen und zugehöriges Verfahren - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung, die aufweist:
ein elektronisches Schalteinrichtungs-Array, das in einer Kapselungsstruktur gekapselt ist; wobei das Array einer oder mehreren Gastaschen (14) zwischen dem Array und der Kapselungsstruktur ausgesetzt ist;
wobei das Array der einen oder den mehreren Gastaschen (14) über ein Substrat (2) ausgesetzt ist, das das Array trägt;
wobei die Kapselungsstruktur eine Trägerstruktur (8) und eine Dichtung (10) enthält, die zwischen einer unteren Fläche von zumindest einem peripheren Abschnitt des Substrats (2) und zumindest einem peripheren Abschnitt einer oberen Oberfläche der Trägerstruktur (8) eingebettet ist, und wobei die eine oder mehreren Gastaschen (14) durch die Dichtung (10), einen zentralen Abschnitt des Substrats (2) und einen zentralen Abschnitt der Trägerstruktur (8) bestimmt sind, und
wobei die Trägerstruktur (8) und die Dichtung (10) oder mehrere davon einen oder mehrere Einlässe zu der einen oder den mehreren Gastaschen (14) bestimmen, wobei der eine oder die mehreren Einlässe eine höhere Durchlässigkeit für Sauerstoffgas als für Feuchtigkeit aufweisen.

Description

  • Viele elektronische Einrichtungen weisen ein Array von elektronischen Schalteinrichtungen auf.
  • Beispiele von derartigen elektronischen Einrichtungen enthalten mit Pixeln aufgebaute Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen und mit Pixeln aufgebaute bzw. pixellierte elektrophoretische Anzeigeeinrichtungen. Solche Anordnungen bzw. Arrays von elektronischen Schalteinrichtungen sind üblicherweise gekapselt gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit, welche schädigend sein kann. Es ist beobachtet worden, dass einige Anordnungen bzw. Arrays von elektronischen Schalteinrichtungen selbst dann empfindlich gegenüber einem Qualitätsverlust sind, wenn eine wirksame Kapselung des Arrays dem Eindringen von Feuchtigkeit entgegenwirkt. Ein solcher Qualitätsverlust ist in Form einer verringerten Funktionalität der Einrichtung beobachtet worden, wie etwa einer negativen Spannungsschwellenwertverschiebung und einer Einschaltstromunterdrückung.
  • Die US 2010/0052520 A1 offenbart eine organische Leuchtdioden-(OLED)-Anzeige, ein erstes Substrat (z.B. ein Anzeigesubstrat) und ein zweites Substrat (z.B. ein Einkapselungssubstrat), wobei eine Luftschicht oder ein Spalt, der Luft oder ein anderes geeignetes gasförmiges Material enthält, in einem Raum zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat gebildet ist. Das zweite Substrat besteht aus einem Material mit einem Brechungsindex, der größer als ein Brechungsindex der Luftschicht ist.
  • Ferner offenbart die US 2008/0136319 A1 eine Licht emittierende Vorrichtung mit einem Substrat, das einen Nichtemissionsbereich und einen Emissionsbereich umfasst, einer Emissionseinheit, die sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode befindet und eine Emissionsschicht, eine Abschirmkappe, die an dem Substrat haftet, um die Emissionseinheit einzukapseln, und einer inerten Flüssigkeit oder einem inerten Gas in einem Raum zwischen dem Substrat und der Abschirmkappe.
  • Schließlich offenbart die US 2003/0020401 A1 eine organische Elektrolumineszenz-(EL)-Anzeigevorrichtung mit einem organischen EL-Element, das auf einem Substrat gebildet ist. Das organische EL-Element umfasst eine untere Elektrode, eine organische EL-Schicht und eine obere Elektrode, die nacheinander auf dem Substrat gestapelt sind. An dem Substrat ist ein Flachbildschirm angebracht, um das organische EL-Element einzukapseln. Mindestens ein Durchgangsloch ist in der organischen EL-Anzeigevorrichtung ausgebildet, um zu ermöglichen, dass Gas innerhalb der organischen EL-Anzeigevorrichtung während eines Einkapselungsprozesses ausströmt. Eine Kappe ist vorgesehen, um das eine oder die mehreren Durchgangslöcher zu verschließen.
  • Es ist die Herausforderung erkannt worden, eine gekapselte Array von elektronischen Schalteinrichtungen zur Verfügung zu stellen, die weniger anfällig gegenüber den oben erwähnten Qualitätsverlusten ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einer derartigen Herausforderung zu begegnen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 11.
  • Um das Verständnis für die Erfindung zu unterstützen, wird nun eine spezifische Ausführungsform davon nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden Darstellungen beschrieben, in welchen:
    • 1 ein Beispiel einer Top-Gate-Architektur eines TFT-Arrays zeigt.
    • 2 ein Beispiel einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 3 die Form einer Dichtung darstellt, die in der Einrichtung nach 2 verwendet wird.
    • 4 ein Beispiel einer Einrichtung darstellt, die gemäß einer andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • 1 stellt ein Beispiel einer grundlegenden Architektur für das Beispiel eines zweidimensionalen Arrays von Top-Gate-Dünnschichttransistoren (TFT) dar. Eine gemusterte leitende Schicht 3 auf einer Oberfläche eines Kunststoffsubstrates 2 definiert Paare von Source-Drain-Elektroden (nur ein Paar wird in 1 gezeigt) und Zwischenverbindungsleitungen (nicht in 1 gezeigt), um die Source-Elektroden zu adressieren. Eine mit oder ohne Muster versehene Schicht aus Halbleiterkanalmaterial 4 definierte einen Halbleiterkanal (nur einer ist in 1 gezeigt) zwischen jedem Paar von Source- und Drain-Elektroden 3. Eine oder mehrere Schichten eines isolierenden Materials 5 definieren dielektrische Gate-Bereiche über den Halbleiterkanälen. Eine obere gemusterte leitende Schicht 6 definiert ein Array von Gate-Leitungen, die jeweils als Gate-Elektroden (nur eine wird in 1 gezeigt) für eine jeweilige Zeile von Transistoren in dem Array funktionieren. Eine oder mehrere Schichten 7 von isolierendem Material isolieren die Gate-Leitungen von einer darüber liegenden Anordnung von Pixelelektroden (d.h. Bildelementelektroden) (nicht gezeigt), welche Pixelelektroden jeweils an eine jeweilige Drain-Elektrode über einen leitenden Zwischenschichtanschluss (nicht gezeigt) angeschlossen sind.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann ein derartiges TFT-Array verwendet werden, um eine aktive Matrix-Rückwandplatine 12 zur Verfügung zu stellen, um ein Vorderwandplatinen-Anzeigemedium 13, wie etwa eine LCD (oder ein elektrophoretisches Anzeigemedium) zu steuern, das über der Anordnung von Pixelelektroden montiert ist. Eine aktive Matrix-Rückwandplatine 12 der oben beschriebenen Art wird auf eine Schicht einer Blechfolie oder eine dünne Kunststoffplatte laminiert, oder irgendein anderes Material, das im Wesentlichen für Feuchtigkeit (unten als einem Mittelrahmen 8 Bezug genommen) undurchdringlich ist, über eine Dichtung 10 auflaminiert bzw. aufgeklebt. Der Mittelrahmen 8 ist starr bzw. steif genug, um sich nicht dem topographischen Profil anzupassen, das durch die Dichtung 10 bestimmt wird, und bestimmt dadurch einen Spalt, zwischen dem Mittelrahmen 8 und der Rückwandplatine 12. Die Dichtung 10 weist eine dünne Kernschicht aus einem Material auf, das im Wesentlichen undurchlässig für Feuchtigkeit ist, wie etwa einem einkomponentigen Film eines Polyethylenterephthalats (PET), oder einem mehrkomponentigen Film, wie etwa einem Keramik/PET-Film. Die Dichtung 10 wird auf die Rückseitenplatine 12 und den Mittelrahmen 8 durch jeweilige Schichten eines druckempfindlichen Klebers auflaminiert.
  • Die Dichtung 10 hat, wie in 3 gezeigt, eine Bildrahmenform, die ein zentrales bzw. mitti- ges Fenster 16 definiert, das X-Y-Abmessungen hat, die im Wesentlichen der Grundfläche des TFT-Arrays entsprechen, das auf der Rückwandplatine 12 ausgebildet ist. Der Körper 17 der Dichtung 10 ist zwischen einem peripheren Abschnitt des Mittelrahmens 8 und einem peripheren Abschnitt der Rückwandplatine 12 zwischengesetzt, d.h., dem Abschnitt der Grundfläche der Rückwandplatine 12, der nicht mit der Grundfläche des TFT-Arrays überlappt. Die Laminierung des Mittelrahmens 8 der Rückwandplatine 12 über die Dichtung 10 wird bei normalem Luftdruck ausgeführt, wodurch der Spalt, der durch die Rückwandplatine 12, die Dichtung 10 und dem Rahmen 8 festgelegt wird, somit eine Tasche bzw. einen Hohlraum von Luft zwischen dem TFT-Array und der gekapselten Struktur zur Verfügung stellt
  • Die Dichtung 10 und der Mittelrahmen 8 stellen zusammen eine adäquate Feuchtigkeitsdichtung zum Schutz der aktiven Rückwandplatinenmatrix 12 vor feuchten äußeren Umgebungen zur Verfügung.
  • Das oben beschriebene Design ermöglicht es gasförmigen oder flüchtigen Spezies innerhalb des TFT-Arrays (z.B. Spezies, die in dem TFT-Array als Ergebnis des Verfahrens, das für die Herstellung des Arrays verwendet worden ist, oder Spezies, die in das TFT-Array von darüber liegenden Schichten hinunter migriert sein könnten, oder Spezies, die in das TFT-Array von der äußeren Umgebung eingedrungen sein konnten), sich frei hinter der Rückwandplatine zu bewegen.
  • Unter Bezugnahme auf 4 ist es ein alternativer Weg, die gleiche Art von Wirkung zu erzielen, ein Muster bzw. eine Struktur von Ausnehmungen 20 bis zu einer Tiefe von z.B. 400 µm in der oberen Oberfläche des Mittelrahmens zu definieren, und dann die Rückwandplatine 12 auf den Mittelrahmen B mittels eines druckempfindlichen Klebemittels (von der Art, die bei der Ausführungsform nach 2 verwendet wird, um die Dichtung an den Mittelrahmen und die Rückwandplatine 12 zu laminieren) an dem Umfang des Mittelrahmens 8 zu laminieren.
  • Das Muster von Ausnehmungen könnte z.B. ein Array von einzelnen mit flachem Boden versehenen Ausnehmungen aufweisen, die jeweils in der Ebene kreisförmig sind, mit einer jeweiligen Ausnehmung für jedes Bildelement der Rückwandplatine 12. Alternativ könnte das Muster von Ausnehmungen ein Array von sich überschneidenden orthogonalen Vertiefungen bzw. Rillen aufweisen, mit einer jeweiligen Überschneidung für jedes Pixel der Rückwandplatine 12. Das Muster von Ausnehmungen kann durch mechanisches Schleifen oder durch chemisches Ätzen definiert werden. Die Erfordernisse des Mittelrahmens 8 sind die gleichen wie für die Ausführungsform nach der 2; er muss eine niedrige Wasserdampfdurchlassrate (WVTR: water vapour transmission rate) haben. Ein Beispiel eines zweckmäßigen Materials ist Aluminium. Der Mittelrahmen 8 ist ausreichend steif, um ein Verbiegen zu verhindern, was Brüche der adhäsiven Dichtung 18 an dem Umfang des Mittelrahmens verursachen könnte.
  • Es ist ermittelt worden, dass die Verringerung in der Degradation von der TFT-Anordnung ansteigt, wenn das jeweilige Volumen an Luft, das jedes Pixel der Rückwandplatine unterlegt, ansteigt, d.h., wenn das jeweilige Volumen an Luft, das für jedes Pixel zugreifbar ist, ansteigt. Gemäß einem Beispiel stellt der Spalt zwischen dem Mittelrahmen 8 und der Rückwandplatine 12 und/oder den Ausnehmungen, die in der oberen Oberfläche des Mittelrahmens 8 bestimmt sind, unter jedem Pixel der Rückwandplatine 12 ein jeweiliges Luftvolumen von ungefähr 1,4 Milliliter (1,4 × 10-6 m3) oder mehr zur Verfügung.
  • Von der beobachteten Verringerung der Degradation von dem TFT-Array mit dieser Art von Konstruktion wird angenommen, dass sie durch die Lufttasche 14 auftritt, die einen Vorrat oder ein Gehäuse für potentiell schädigende Spezies zur Verfügung stellt, die es derartigen potentiell schädigenden Spezies ermöglicht, dem Stapel von Schichten zu entkommen, die das TFT-Array definiert, wobei folglich der schädigende Einfluss von derartigen Spezies auf das TFT-Array und auf die Funktion der Einrichtung reduziert wird.
  • Die adhäsiven Zwischenschichten 9,11 zwischen der Dichtung und der Rückwandplatine 12 und dem Mittelrahmen 8 (oder zwischen dem Mittelrahmen 8 und der Rückwandplatine der Ausführungsform nach 4) sind für einige Luftspezies, die nicht Feuchtigkeit sind, durchlässig, jedoch ist das selektive Einlassen (d.h., nicht von Feuchtigkeit begleitet) von derartigen Luftspezies 19 in die Lufttasche 14 wird als vorteilhaft von dem Sichtwinkel angesehen, wonach zumindest teilweise die degradierenden Wirkungen der potentiell schädigenden Spezies 18 neutralisiert werden.
  • Der oben beschriebene Aufbau ermöglicht es wohlwollenden Luftspezies 19, die andere als Feuchtigkeit sind, von der äußeren Umgebung in den Stapel von Schichten zu migrieren, die das TFT-Array definieren, ohne den Schutz des TFT-Arrays gegenüber Feuchtigkeit anzutasten. Zum Beispiel ist ein gasförmiger Sauerstoff eine Luftspezies, von der angenommen wird, dass sie einen neutralisierenden Einfluss auf einige potentiell schädigende Spezies hat.
  • Ein Beispiel von Einrichtungen, bei denen die oben beschriebene Technologie von einem besonderen Nutzen ist, ist in Einrichtungen, die ein TFT- -Array enthalten, das durch einen Stapel von Schichten bestimmt wird, die eine oder mehrere organische Polymerschichten enthalten, die chemisch besonders empfindlich sein können. Während der Herstellung von organischen Polymereinrichtungen können Verschmutzungen oder Unreinheiten, die potentiell schädigend für organische Polymere sind, in unvermeidlicher Weise innerhalb des TFT-Arrays als Ergebnis von verschiedenen Prozessschritten verbleiben. Zum Beispiel kann der Prozess Kontaminationen/Verunreinigungen zurücklassen, die Trägerfallen bzw. Fangstellen für Ladungsträger innerhalb einer organischen Halbleiterschicht erzeugen. Ladungsträgerfangstellen sind Örtlichkeiten, an welchen ein Elektron oder ein Loch eingefangen und gehalten werden, bis ein Elektronen/Loch-Paar vervollständigt ist. Eine Ladungsträgerfalle kann zu einem unerwünschten Anstieg des Kontaktwiderstandes führen, was wiederum zu dem Ergebnis eines unerwünschten Anstieges bei der Schwierigkeit des Injizierens von Ladung in die Halbleiter/Dielektrik-Schittstelle bzw. -Grenzschicht führen kann. Dies kann den negativen Effekt der Beschränkung des Einschaltstromes einer Transistoreinrichtung haben. Dies beeinträchtigt in Folge die Fähigkeit, einen Pixel-Kondensator, der mit dem Transistor in einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist, adäquat zu laden, was ferner eine negative Wirkung auf die Funktion des Transistors hat, das jeweilige Pixel des gepixelten Anzeigemediums anzusteuern.
  • Es gibt viele verschiedene Wege, auf welche Spezies, die potentiell schädigend für organische Polymerschichten sind, in dem TFT-Array enden können.
  • Ein Beispiel für einen Herstellungsprozess, der den unvermeidlichen Seiteneffekt hat, Restspezies zu hinterlassen, die organische Polymerschichten der Einrichtung schädigen können, ist eine Lösungs-Prozesstechnik, bei welcher Lösungsmittel verwendet werden, um eine oder mehrere Schichten des Stapels abzuscheiden, die das TFT-Array definieren. Lösungsmittel, die bei dem Herstellungsprozess verwendet werden, können innerhalb des Stapels verbleiben, z.B. wo die Schichten nicht ausreichend getrocknet oder ausgehärtet bzw. abgebunden sind. Nachfolgende Herstellungsschritte der darüber liegenden Schichten der Einrichtung resultieren in den Lösungsmittelresten, die wirksam innerhalb der Schichten eingeschlossen sind. Beispiele von Lösungsmitteln, die gegenüber organischen Polymerschichten aggressiv sind, enthalten MEK (Methylethylketon) und NMP (N-Methylpyrrolidon). Auch Wasser, das bei Spülschritten verwendet wird, kann ebenfalls innerhalb der Schichten der Einrichtung eingefangen werden, und ist eine andere potentielle Quelle der Degradation von organischen Polymerschichten.
  • Selbst wenn schädigende Spezies in einer oder mehreren Schichten, die über den empfindlichen organischen Polymerschichten liegen, erzeugt werden, können sich die schädigenden Spezies durch den mehrlagigen Stapel verlieren bzw. auflösen. Die Einbeziehung von chemisch empfindlichen Schichten, wie etwa bestimmten organischen Polymerschichten, in andere Schichten eines mehrschichtigen Stapels, der flüchtige oder reaktive Spezies enthält, kann deshalb zu einem Risiko der Degradation für die chemisch empfindlichen Schichten des mehrschichtigen Stapels führen, weil sich die reaktiven oder flüchtigen Spezies zwischen den Schichten des mehrschichtigen Stapels bewegen. Die schädigenden Spezies können z.B. ionische Spezies sein. Beispiele für solche potentiell schädigende ionische Spezies enthalten CI- und H+-Ionen.
  • Verfahrenstemperaturen können das Risiko erhöhen, dass Kontaminationen durch den Stapel von Schichten migrieren, der das TFT-Array definiert. Falls die Kontaminationen aus polaren Molekülen bestehen, gibt es dann das Risiko, dass sie mit gegensätzlich geladenen Plätzen auf der Halbleiter-/Dielektrik-Grenzfläche binden bzw. absättigen, und folglich den Kontaktwiderstand erhöhen.
  • Eine andere Quelle von Spezies bzw. Bestandteilen, die potentiell schädigend für empfindliche organische Polymerschichten auf einem organischen TFT-Array sind, können mobile Spezies sein, die ihren Ursprung innerhalb der Vorderwandplatine 13, die über dem TFT-Array ausgebildet ist, ihren Ursprung finden, und in das TFT-Array migrieren.
  • Im Hinblick auf die voranstehende Beschreibung wird es einem Fachmann im Stand der Technik deutlich, dass verschiedene Abwandlungen im Rahmen der Erfindung durchgeführt werden können.

Claims (11)

  1. Vorrichtung, die aufweist: ein elektronisches Schalteinrichtungs-Array, das in einer Kapselungsstruktur gekapselt ist; wobei das Array einer oder mehreren Gastaschen (14) zwischen dem Array und der Kapselungsstruktur ausgesetzt ist; wobei das Array der einen oder den mehreren Gastaschen (14) über ein Substrat (2) ausgesetzt ist, das das Array trägt; wobei die Kapselungsstruktur eine Trägerstruktur (8) und eine Dichtung (10) enthält, die zwischen einer unteren Fläche von zumindest einem peripheren Abschnitt des Substrats (2) und zumindest einem peripheren Abschnitt einer oberen Oberfläche der Trägerstruktur (8) eingebettet ist, und wobei die eine oder mehreren Gastaschen (14) durch die Dichtung (10), einen zentralen Abschnitt des Substrats (2) und einen zentralen Abschnitt der Trägerstruktur (8) bestimmt sind, und wobei die Trägerstruktur (8) und die Dichtung (10) oder mehrere davon einen oder mehrere Einlässe zu der einen oder den mehreren Gastaschen (14) bestimmen, wobei der eine oder die mehreren Einlässe eine höhere Durchlässigkeit für Sauerstoffgas als für Feuchtigkeit aufweisen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der einen oder mehreren Einlässe an zumindest einer oder mehreren Grenzschichten zwischen der Dichtung (10) und der Trägerstruktur (8) und/oder zwischen der Dichtung (8) und dem Substrat (2) definiert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dichtung (10) einen Abstandshalter und Schichten eines Klebemittels (18) aufweist, um den Abstandshalter auf eine Oberfläche des Substrats (2) und eine Oberfläche der Trägerstruktur (8) zu kleben.
  4. Vorrichtung nach irgendeinem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Trägerstruktur (8) eine Metalltragstruktur aufweist.
  5. Vorrichtung nach irgendeinem der voranstehenden Ansprüche, die aufweist: ein Anzeigemodul (13), das auf dem Array aufgebaut ist und über das Array betreibbar ist, welches Anzeigemodul (13) schädigende Spezies (18) enthält, die dazu in der Lage sind, in das Array zu diffundieren.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die schädigenden Spezies (18) flüchtige organische Spezies aufweisen.
  7. Vorrichtung nach irgendeinem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Array eine aktive Matrix (12) zum unabhängigen Steuern des elektrischen Potentials an jeder Pixelelektrode eines Arrays von Pixelelektroden definiert.
  8. Vorrichtung nach irgendeinem der voranstehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehreren Gastaschen (14) eine oder mehrere Lufttaschen sind.
  9. Vorrichtung nach irgendeinem der voranstehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehreren Gastaschen (14) auf das Array eine Fläche projizieren, die im Wesentlichen nicht geringer als die Grundfläche des Arrays ist.
  10. Vorrichtung nach irgendeinem der voranstehenden Ansprüche, wobei jede elektronische Schalteinrichtung des Arrays mit einem jeweiligen Pixel einer Anzeigeeinrichtung (13) verbunden ist; und wobei die eine oder mehreren Gastaschen (14) ein jeweiliges Volumen an Luft für jedes Pixel von zumindest 1,4 Millilitern definieren.
  11. Verfahren, das aufweist: Kapseln eines elektronischen Schalteinrichtungs-Arrays in einer Kapselungsstruktur, während das Array einer oder mehrerer Gastaschen (14) zwischen dem Array und der Kapselungsstruktur bewusst über ein Substrat (2) ausgesetzt wird, das das Array trägt; wobei die Kapselungsstruktur eine Trägerstruktur (8) und eine Dichtung (10) enthält, die zwischen einer unteren Fläche von zumindest einem peripheren Abschnitt des Substrats (2) und zumindest einem peripheren Abschnitt einer oberen Oberfläche der Trägerstruktur (8) eingebettet ist, und wobei die eine oder mehreren Gastaschen (14) durch die Dichtung (10), einen zentralen Abschnitt des Substrats (2) und einen zentralen Abschnitt der Trägerstruktur (8) bestimmt sind; und wobei die Trägerstruktur (8) und die Dichtung (10) oder mehrere davon einen oder mehrere Einlässe zu der einen oder den mehreren Gastaschen (14) bestimmen, wobei die Einlässe eine höhere Durchlässigkeit für Sauerstoffgas als für Feuchtigkeit aufweisen.
DE112012001276.3T 2011-03-17 2012-03-16 Gekapselte Arrays von elektronischen Schalteinrichtungen und zugehöriges Verfahren Active DE112012001276B4 (de)

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GB1104466.6 2011-03-17
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