DE112013007200T5

DE112013007200T5 - Biegsame elektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112013007200T5
Application number: DE112013007200.9T
Authority: DE
Inventors: Annie Tzuyu Huang; Shihhsing Hung
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2016-03-10
Also published as: CN103384447A; CN103384447B; WO2014205764A1; TWI543682B; TW201501589A; KR101646333B1; US20150003024A1; KR20150001637A; US9338893B2; JP2015012289A; JP5707525B2

Abstract

Biegsame elektronische Vorrichtung, die ein biegsames Substrat, eine elektronische Bauelement-Schicht und eine Schutzschicht aufweist. Das biegsame Substrat ist mit einer Oberseite versehen. Die elektronische Bauelement-Schicht ist auf der Oberseite des biegsamen Substrats angeordnet. Die Schutzschicht ist auf der Oberseite des biegsamen Substrats vorgesehen und überdeckt die elektronische Bauelement-Schicht, wobei die Schutzschicht mindestens eine Seitenwand aufweist, die mit der Oberseite verbunden ist. Die Seitenwand schließt mit der Oberseite einen Winkel ein, der ein spitzer Winkel ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine biegsame bzw. flexible elektronische Vorrichtung, insbesondere eine biegsame elektronische Vorrichtung, die ein spezielles Strukturdesign aufweist, durch die vermieden werden kann, dass sich die in einem Debonding-Schritt entstehende Ablösekraft plötzlich erhöht.
Eine herkömmliche biegsame elektronische Vorrichtung wird hergestellt, indem ein biegsames Substrat mit einem temporären Klebstoff an einer Glasträgerplatte anhaftet. Danach werden für die elektronischen Elemente vorgesehene notwendige Schritte durchgeführt. Schließlich wird ein Debonding-Schritt durchgeführt. Durch Hitze oder UV-Licht wird die Haftkraft des temporären Klebstoffs reduziert, um das biegsame Substrat von der Glasträgerplatte zu entfernen. Jedoch kann die Ablösekraft im Debonding-Schritt aufgrund von Schwankungen der Schichtdicke verändert werden, was von dem Mehrschichtaufbau und mehreren Bauelementen der elektronischen Vorrichtung herrührt. Insbesondere in der Nähe der Schutzschicht kann die Ablösekraft plötzlich in erheblichem Maße ansteigen, was den Debonding-Vorgang erschwert. Im schlimmsten Fall können die elektronischen Bauelemente beschädigt werden, was die Produktausbeute beeinträchtigt kann. Daher ist es eine wichtige Aufgabe auf diesem Gebiet, Schwierigkeiten beim Debonding-Schritt aufgrund eines deutlichen Anstiegs der Ablösekraft zu mindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine biegsame bzw. flexible elektronische Vorrichtung bereitzustellen, die eine speziell ausgebildete Schutzschicht aufweist, um den im Debonding-Schritt verursachten Schaden an der biegsamen elektronischen Vorrichtung zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird eine biegsame elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein biegsames Substrat, eine elektronische Bauelement-Schicht und eine Schutzschicht aufweist. Das biegsame Substrat hat eine Oberseite. Die elektronische Bauelement-Schicht ist auf der Oberseite des biegsamen Substrats angeordnet. Die Schutzschicht ist auf der Oberseite des biegsamen Substrats vorgesehen und überdeckt die elektronische Bauelement-Schicht, wobei die Schutzschicht mindestens eine Seitenwand aufweist, welche die Oberseite schneidet. Die Seitenwand schließt mit der Oberseite einen Winkel ein, der ein spitzer Winkel ist.
Gemäß der Erfindung wird ferner eine biegsame elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein biegsames Substrat, eine elektronische Bauelement-Schicht und eine Schutzschicht aufweist. Das biegsame Substrat ist mit einer Oberseite versehen. Die elektronische Bauelement-Schicht ist auf der Oberseite des biegsamen Substrats angeordnet. Die Schutzschicht ist auf der Oberseite des biegsamen Substrats vorgesehen und überdeckt die elektronische Bauelement-Schicht, wobei die Schutzschicht außenrandseitig eine Schrägstruktur aufweist. Die Höhe der Schrägstruktur nimmt von der Außenseite der Schutzschicht zu der Innenseite der Schutzschicht hin allmählich zu.
Weil die Seitenwand der Schutzschicht und das biegsame Substrat einen spitzen Winkel einschließen und die randseitige Dicke der Schutzschicht von der Außenseite zur Innenseite der Schutzschicht hin allmählich zunimmt, ergibt sich die eine allmählich dicker werdende Struktur bzw. Schrägstruktur. Damit kann vermieden werden, dass sich die im Debonding-Schritt entstehende Ablösekraft plötzlich und deutlich erhöht. Außerdem wird die Produktausbeute verbessert.
Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann beim Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung besser ersichtlich werden, die in den Figuren näher erläutert ist. In den Figuren zeigen:
1 bis 5 ein Verfahren zum Herstellen einer biegsamen elektronischen Vorrichtung nach der Erfindung in Schnittdarstellungen;
6 ein Diagramm des Kraftverlaufs über den Abstand zum biegsamen Substrat bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen biegsamen elektronischen Vorrichtung; und
7 den Zusammenhang zwischen dem Winkel und der maximalen Ablösekraft in einem Diagramm, wobei die durchgezogene Linie den Zusammenhang zwischen dem eingeschlossenen Winkel und der maximalen Ablösekraft darstellt, während die gestrichelte Linie als Trendlinie der maximalen Ablösekraft dient.
Wie aus 1 bis 5 ersichtlich, ist ein Verfahren zum Herstellen einer biegsamen elektronischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

1. Aufbringen bzw. Anhaften eines biegsamen Substrats 14 auf eine Trägerplatte 12 [siehe 1] mittels einer Klebeschicht (beispielsweise eines temporären Klebemittels, das in den Figuren nicht näher dargestellt ist), wobei das Material des biegsamen Substrats 14 beispielsweise aus einer Gruppe ausgewählt sein kann, die Polyethylennaphthalat (PEN), Polyimid (PI), Polyamid (PA), Polyethersulfon (PES) und Polyethylenterephthalat (PET) enthalten kann. Die Dicke D1 des biegsamen Substrats 14 liegt im Bereich von etwa 10 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Dann wird ein Strukturierungsschritt ausgeführt, um eine elektronische Bauelement-Schicht 18 auf der Oberseite 141 des biegsamen Substrats 14 auszubilden. Die biegsame elektronische Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein Touchpanel oder ein Displaypanel mit organischen Leuchtdioden (OLED) sein. Daher kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein berührungsempfindliches Dünnschicht-Ektrodenelement oder ein organisches Elektrolumineszenz- und Schalterelement hergestellt werden. Die elektronische Bauelement-Schicht 18 kann beispielsweise ein organischr Leuchtdiodenarray, ein Dünnschicht-Transistorarray oder ein berührungsempfindlicher Sensorelementarray sein, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die erfindungsgemäße, biegsame elektronische Vorrichtung kann auch für beliebige andere Anwendungen eingesetzt werden. Nach der Herstellung der elektronischen Bauelement-Schicht 18 wird dann ein Verpackungsschritt an der elektronischen Bauelement-Schicht 18 ausgeführt, beispielsweise zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht 16 auf der Oberseite 141 des biegsamen Substrats 14, um die elektronische Bauelement-Schicht 18 zu überdecken und einzukapseln.
2. Bereitstellen einer Schutzschicht 20 [siehe 2], bei der es sich um eine wasserabweisende Oxidschicht, eine explosionssichere Membran, eine Blendschutzschicht, eine polarisierende Platte oder um eine Schicht handelt, die auf der Oberfläche der elektronischen Bauelement-Schicht 18 aufzubringen ist. Bei der Schutzschicht 20 kann es sich auch um eine beliebige geeignete Schicht handeln, die auf der Oberseite der elektronischen Bauelement-Schicht 18 aufzubringen ist. Das Material der Schutzschicht 20 kann beispielsweise einen Kunststoff, ein Metallmaterial und/oder ein Material sein, das zum Schutz der elektronischen Vorrichtung verwendet werden kann. Die Schutzschicht 20 besitzt eine Dicke D2 von etwa 30 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer und weist eine gleichmäßige Dicke auf, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Schutzschicht 20 kann eine einschichtige oder eine mehrschichtige Folie sein.
3. Anschrägen des Rands bzw. der beiden Seiten der Schutzschicht 20, derart, dass jede Seitenwand der Schutzschicht 20 angeschrägt ist, sodass am äußeren Rand eine allmählich stärker werdende Schrägstruktur 201 ausgebildet ist, wobei die Höhe der Schrägstruktur 201 von der Außenseite bzw. vom Rand der Schutzschicht 20 zu der Innenseite der Schutzschicht 20 hin allmählich zunimmt. Die Schutzschicht 20 weist mindestens eine Seitenwand 203 auf, die mit einer Unterseite 204 einen Winkel G einschließt, wobei der eingeschlossene Winkel G ein spitzer Winkel ist, der beispielsweise kleiner oder gleich 60 Grad beträgt und vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis etwa 60 Grad liegt. Das Anschrägen der Schutzschicht 20 erfolgt beispielsweise in der Weise, dass jeder Seitenrand der Schutzschicht 20 ausgehend von der Unterseite der jeweiligen Seite unter einem Winkel von etwa 30 bis etwa 60 Grad gegenüber einer senkrecht verlaufenden Ebene schräg nach innen bis zur Oberseite 205 der Schutzschicht 20 zugeschnitten wird. Bei diesem Verfahrensschritt wird ein nicht zugeschnittener Abschnitt der Schutzschicht 20 als Mittelabschnitt 202 der Schutzschicht 20 ausgebildet, der von der Schrägstruktur 201 umgeben ist. Die Dicke des Mittelabschnitts 202 entspricht der Dicke D2 der Schutzschicht 20 und beträgt etwa 30 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer.
4. Ankleben bzw. Anhaften der Schutzschicht 20 an die Oberseite 141 des biegsamen Substrats 14, derart, dass die elektronische Bauelement-Schicht 18 und die Verkapselungsschicht 16 überdeckt sind [siehe 4]. Da die Fläche der Schutzschicht 20 kleiner ist als die Fläche des biegsamen Substrats 14, ist der seitliche Rand des biegsamen Substrats 14 nicht von der Schutzschicht 20 überdeckt. Mit anderen Worten, die Schutzschicht 20 überdeckt das biegsame Substrat 14 nur teilweise, sodass die Oberseite 141 des biegsamen Substrats 14 teilweise freigelegt ist. Beispielsweise ist der Außenrand des biegsamen Substrats 14 freigelegt. Aus 4 ist ersichtlich, dass der Mittelabschnitt 202 der Schutzschicht 20 die elektronische Bauelement-Schicht 18 vollständig überdeckt.
5. Debonding bzw. Ablösen in Pfeilrichtung [siehe 5], derart, dass sich das biegsame Substrat 14 von der Trägerplatte bzw. von dem Träger 12 ablöst. Dann ist der Herstellungsprozess der erfindungsgemäßen biegsamen elektronischen Vorrichtung 10 abgeschlossen. Anzumerken ist, dass bei der Herstellung der biegsamen elektronischen Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung das biegsame Substrat 14 mit großen Abmessungen zunächst an der Oberfläche der Trägerplatte bzw. des Trägers 12 befestigt werden kann und danach eine Mehrzahl von elektronischen Bauelement-Schichten 18 darauf ausgebildet werden können und dann die elektronischen Bauelement-Schichten 18 verkapselt werden können. Nach dem Aufbringen der Schutzschicht 20 auf die elektronischen Bauelement-Schichten 18 wird das großflächige biegsame Substrat 14 in eine Mehrzahl von kleineren Stücken zugeschnitten, bevor der Debonding- bzw. Ablöseschritt durchgeführt wird, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Nach weiteren Ausführungsbeispielen kann der Schritt des Zertrennens des großflächigen biegsamen Substrats 14 in kleinere Stücke auch vor oder nach den oben erwähnten Schritten durchgeführt werden, beispielsweise vor dem Ankleben bzw. Anhaften der Schutzschicht 20.

Gemäß 4 und 5 weist die erfindungsgemäße biegsame elektronische Vorrichtung 10 ein biegsames Substrat 14, eine elektronische Bauelement-Schicht 18 (Schicht mit elektronischen Bauelementen) und eine Schutzschicht 20 auf. Das biegsame Substrat 14 hat eine Oberseite 141, auf der sich die elektronische Bauelement-Schicht 18 befindet. Die Schutzschicht 20 ist auf die Oberseite 141 des biegsamen Substrats 14 aufgebracht und überdeckt die elektronische Bauelement-Schicht 18. Die Schutzschicht 20 weist mindestens eine Seitenwand 203 auf, die mit der Oberseite 141 des biegsamen Substrats 14 verbunden ist, sodass zwischen der Seitenwand 203 und der Oberseite 141 ein Winkel G eingeschlossen ist. Der eingeschlossene Winkel G ist ein spitzer Winkel und ist vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 60 Grad. Beispielsweise liegt der Winkel G im Bereich von etwa 30 Grad bis etwa 60 Grad, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Am äußeren Rand der Schutzschicht 20 ist eine Schrägstruktur 201 mit allmählich zunehmender Höhe vorgesehen, deren Höhe von der Außenseite der Schutzschicht 20 zu der Innenseite der Schutzschicht 20 hin allmählich zunimmt.
6 zeigt ein Diagramm des Kraftverlaufs der Ablösekraft beim Ablösen nach unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen biegsamen elektronischen Vorrichtung und einer herkömmlichen biegsamen elektronischen Vorrichtung. Der auf der Abszissenachse aufgetragene Abstand [siehe 6] gibt den Abstand zwischen dem äußeren Rand der Schutzschicht und dem seitlichen Rand des biegsamen Substrats 14 an, beispielsweise den Abstand D3, der in der 5 gezeigt ist. Bei diesem beispielhaften Test beträgt der Abstand etwa 5,5 Millimeter (mm). Bei der herkömmlichen biegsamen elektronischen Vorrichtung 10 ist der seitliche Rand der Schutzschicht nicht vorher angeschrägt worden, sodass die Schutzschicht und das biegsame Substrat einen Winkel von 90 Grad einschließen. Weil die Gesamtdicke der herkömmlichen biegsamen elektronischen Vorrichtung 10 wegen der Seitenwand der Schutzschicht auf dem biegsamen Substrat plötzlich in erheblichem Maße zunimmt, steigt die Ablösekraft bei der herkömmlichen biegsamen elektronischen Vorrichtung plötzlich auf etwa 130 gf an [siehe 6], wenn ein seitlicher Rand des biegsamen Substrats vom Träger bzw. der Trägerplatte um einen Abstand von etwa 5,5 mm. Im Vergleich dazu weist die Schutzschicht 20 der erfindungsgemäßen biegsamen elektronischen Vorrichtung 10 an deren äußerem Rand die Schrägstruktur 201 auf, wobei die Seitenwand 203 der Schutzschicht mit der Oberseite des biegsamen Substrats 14 den Winkel G einschließt. Wenn der eingeschlossene Winkel G 60 Grad beträgt, beträgt die maximale Ablösekraft etwa 80 gf. Wenn der eingeschlossene Winkel G 50 Grad beträgt, wird die maximale Ablösekraft ferner beim Ablösevorgang auf etwa 50 gf verringert. Wenn bei der erfindungsgemäßen biegsamen elektronischen Vorrichtung der eingeschlossene Winkel G 60 bzw. 50 Grad beträgt, ist der Kraftverlauf der Ablösekraft im Vergleich zu der herkömmlichen biegsamen elektronischen Vorrichtung, deren Winkel G bei 90 Grad liegt, viel sanfter bzw. weniger steil. Der Grund dafür liegt darin, dass die Dicke Schutzschicht 20 bei der biegsamen elektronischen Vorrichtung 10 aufgrund der erfindungsgemäßen Schrägstruktur 201 der Schutzschicht 20 vom Außenrand der Schutzschicht nicht plötzlich, sondern allmählich zunimmt. Damit werden Probleme beim Ablösen bzw. Debonding aufgrund der plötzlichen Zunahme der Dicke erfolgreich vermieden.
7 zeigt den Zusammenhang zwischen dem eingeschlossenen Winkel G und der maximalen Ablösekraft in einem Diagramm, wobei die durchgezogene Linie den Zusammenhang zwischen dem eingeschlossenen Winkel G und der maximalen Ablösekraft darstellt, während die gestrichelte Linie die Trendlinie der maximalen Ablösekraft anzeigt. Je kleiner der eingeschlossene Winkel G ist, desto weniger steil ist die Schrägstruktur 201 am Rand der Schutzschicht 20 und desto kleiner ist die maximale Ablösekraft beim Ablöse- bzw. Debonding-Schritt. Damit kann das Verhalten beim Ablöse- bzw. Debonding-Schritt wirkungsvoll verbessert werden. Aus der Trendlinie wird deutlich, dass die Ablösekraft sogar kleiner als 20 gf sein kann, wenn der eingeschlossene Winkel zwischen der Seitenwand der Schutzschicht und dem biegsamen Substrat 14 auf 30 Grad reduziert werden kann. Damit wird vermieden, dass der durch die Ablösekraft verursachte Schaden an der biegsamen elektronischen Vorrichtung minimiert werden kann. Soweit der Schritt zum Anschrägen der Seitenwand der Schutzschicht durchgeführt werden kann, ist es umso besser, je flacher die Schrägstruktur 201 der Schutzschicht 20 ist und je kleiner der eingeschlossene Winkel G zwischen der Seitenwand der Schutzschicht 20 und der Oberseite des biegsamen Substrats 14 ist. Damit wird die beim Ablöse- bzw. Debonding-Schritt auftretende, maximale Ablösekraft minimiert, wobei der Ablösekraftverlauf flacher bzw. weniger steil wird.
Zusammengefasst weist die erfindungsgemäße biegsame elektronische Vorrichtung eine Schutzschicht 20 auf, deren Dicke von der Außenseite zur Innenseite hin allmählich zunimmt, wodurch eine Schrägstruktur 201 entsteht, deren Seitenwand 203 mit dem biegsamen Substrat 14 einen Winkel kleiner als 90 Grad einschließt. Damit wird vermieden, dass sich die in einem Ablöse- bzw. Debonding-Schritt auftretende Ablösekraft plötzlich und deutlich erhöht. Erfindungsgemäß kann eine geringere maximale Ablösekraft erzeugt werden. Daher kann der Ablöse- bzw. Debonding-Schritt einfacher und mit weniger Schwierigkeiten durchgeführt werden, wobei vermieden werden kann, dass die elektronischen Vorrichtung beim Ablöse- bzw. Debonding-Schritt beschädigt wird, wie dies nach dem Stand der Technik häufig der Fall ist. Außerdem wird die Produktausbeute verbessert.
Bezugszeichenliste

12: Trägerplatte
14: biegsames bzw. flexibles Substrat
141: Oberseite
16: Verkapselungsschicht
18: elektronische Bauelement-Schicht
20: Schutzschicht
201: Schrägstruktur
202: Mittelabschnitt
203: Seitenwand
204: Unterseite
205: Oberseite
D1, D2: Dicke
D3: Abstand
G: Winkel

Claims

Biegsame elektronische Vorrichtung, aufweisend: ein biegsames Substrat mit einer Oberseite; eine elektronische Bauelement-Schicht, die auf der Oberseite des biegsamen Substrats angeordnet ist; und eine Schutzschicht, die auf der Oberseite des biegsamen Substrats vorgesehen ist und die elektronische Bauelement-Schicht abdeckt, wobei die Schutzschicht mindestens eine Seitenwand aufweist, die mit der Oberseite des flexiblen Substrats verbunden ist, wobei die Seitenwand mit der Oberseite einen Winkel einschließt, der ein spitzer Winkel ist.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der eingeschlossene Winkel kleiner oder gleich etwa 60 Grad ist.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der eingeschlossene Winkel im Bereich von etwa 30 Grad bis etwa 60 Grad liegt.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fläche der Schutzschicht kleiner ist als die Fläche des biegsamen Substrats, und wobei ein seitlicher Rand des biegsamen Substrats nicht von der Schutzschicht überdeckt und somit freigelegt ist.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Schutzschicht um eine wasserabweisende Oxidschicht, eine explosionssichere Barriereschicht, eine Blendschutzschicht oder eine polarisierende Platte bzw. Schicht handelt.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material der Schutzschicht einen Kunststoff oder ein Metallmaterial umfasst.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht einen Aufbau mit einer Schicht oder einen Aufbau mit mehreren Schichten hat.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material des biegsamen Substrats aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyethylennaphthalat (PEN), Polyimid (PI), Polyamid (PA), Polyethersulfon (PES) und Polyethylenterephthalat (PET) umfasst.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke des biegsamen Substrats im Bereich von etwa 10 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer liegt.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronische Bauelement-Schicht mindestens eine organische Leuchtdiode, mindestens einen Dünnschichttransistor oder mindestens ein berührungsempfindliches Bauelement umfasst.
Biegsame elektronische Vorrichtung, aufweisend: ein biegsames Substrat mit einer Oberseite; eine elektronische Bauelement-Schicht, die auf der Oberseite des biegsamen Substrats angeordnet ist; und eine Schutzschicht, die auf der Oberseite des biegsamen Substrats vorgesehen ist und die elektronische Bauelement-Schicht bedeckt, wobei ein äußerer Rand der Schutzschicht eine Schrägstruktur aufweist, wobei die Höhe der Schrägstruktur von der Außenseite der Schutzschicht zu der Innenseite der Schutzschicht hin allmählich zunimmt.
Biegsame elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Schutzschicht weiterhin einen Mittelabschnitt aufweist, der von der Schrägstruktur umgeben ist, wobei der Mittelabschnitt der Schutzschicht die elektronische Bauelement-Schicht vollständig überdeckt und die Dicke des Mittelabschnitts etwa 30 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer beträgt.