DE102009009442A1

DE102009009442A1 - Organische Elektronikschaltung

Info

Publication number: DE102009009442A1
Application number: DE102009009442A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Ullmann; Alexander Dr. Knobloch; Jürgen Krumm
Original assignee: PolylC GmbH and Co KG
Current assignee: PolylC GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-09-09
Also published as: US8450731B2; WO2010094451A2; US20120112353A1; WO2010094451A3; CN102318068A; KR20110113748A; EP2399292A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine organische Elektronikschaltung (1) in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen. Der mehrschichtige Folienkörper weist eine Substratschicht (2), eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht (3), eine elektrisch halbleitende Funktionsschicht (4), eine Isolationsschicht (5) und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) auf. Die organische Elektronikschaltung (1) weist zwei oder mehrere Abschntte (20, 21) auf. Mindestens ein erster Abschnitt (20) der zwei oder mehr Abschnitte (20, 21) auf. Mindestens ein erster Abschnitt (20) der zwei oder mehr Abschnitte (20, 21) ist als eine Verschaltungsbaugruppe (80) ausgebildet. In diesem mindestens einen ersten Abschnitt (20) ist eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholenden Strukturen (3a) vorgesehen, die jeweils in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) ausgeformt sind, die jeweils in einer zentralen ersten Zone (30) von der Isolationsschicht (5) bedeckt sind und die jeweils in beiderseits der zentralen ersten Zone (30) angeordneten zweiten Zonen (31, 32) nicht von der Isolationsschicht (5) bedeckt sind, ausgeformt. Mindestens ein zweiter Abschnitt (21) der zwei oder mehr Abschnitte (20, 21) ist als eine Elektronikbauguppe (81) ausgebildet. In diesem mindestens einen zweiten Abschnitt (21) ist weiter eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen (3b) in der ersten elektrisch leitenden ...

Description

Die Erfindung betrifft eine organische Elektronikschaltung in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers, der eine Substratschicht, eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht, eine elektrisch halbleitende Funktionsschicht, eine Isolationsschicht und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der organischen Elektronikschaltung.
Organische Elektronikschaltungen sind beispielsweise aus der WO 2004/047144 A2 bekannt. Die WO 2004/047144 A2 beschreibt einen Feldeffekttransistor mit dem oben genannten Aufbau. Auf einem Substrat sind ineinander greifende Source- und Drain-Elektrodenschichten aufgebracht, welche in dieser Reihenfolge mit einer strukturierten Halbleiterschicht und einer vollflächigen Isolatorschicht bedeckt sind. Auf der Isolatorschicht befindet sich eine strukturierte Gate-Elektrodenschicht. Zwischen der Source-Elektrodenschicht und der Drain-Elektrodenschicht befindet sich der sogenannte Kanal, über welchem die Gate-Elektrodenschicht, hier als Top-Gate-Elektrode, angeordnet ist.
Damit organische Elektronikschaltungen eine höhere Schaltungsfunktionalität aufweisen können, es also auch möglich wird komplexere Elektronikschaltungen bereitzustellen, ist es zunächst notwendig die Integrationsdichte elektronischer Bauelemente, d. h. die Anzahl der Bauelemente pro Flächeeinheit, zu erhöhen. Bei gedruckten organischen Elektronischenschaltung in Massenproduktion kann sich dies jedoch als besonders schwierig gestallten, wenn die zu druckenden elektrisch leitenden und elektrisch halbleitenden Materialen zur Ausbildung der Funktionsschichten nur langsam trocknen oder aushärten, d. h. es ist schwierig hochauflösende elektronische Funktionsschichten mit hoher Qualität zu drucken. Weiter ist eine genaue Platzierung, d. h. Registrierung, der Funktionsschichten übereinander für eine hohe Integrationsdichte und Qualität der Bauteile von Bedeutung.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde eine verbesserte organische Elektronikschaltung bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine organische Elektronikschaltung in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers, der eine Substratschicht, eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht, eine elektrisch halbleitende Funktionsschicht, eine Isolationsschicht und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht aufweist, wobei die organische Elektronikschaltung zwei oder mehrere Abschnitte aufweist, wobei mindestens ein erster Abschnitt der zwei oder mehreren Abschnitte als eine Verschaltungsbaugruppe ausgebildet ist und in diesem mindestens einen ersten Abschnitt eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt sind, die jeweils in einer zentralen ersten Zone von der Isolationsschicht bedeckt sind und die jeweils in beiderseits der zentralen ersten Zone angeordneten zweiten Zonen nicht von der Isolationsschicht bedeckt sind, wobei mindestens ein zweiter Abschnitt der zwei oder mehreren Abschnitte als eine Elektronikbaugruppe ausgebildete ist und in diesem mindestens einen zweiten Abschnitt weiter eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt sind, die jeweils in einer zentralen ersten Zone von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht und/oder der Isolationsschicht bedeckt sind und die in mindestens einer benachbarten zu einem benachbarten ersten Abschnitt angeordneten zweiten Zone nicht von der Isolationsschicht bedeckt sind, wobei die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht mindestens einen ersten Bereich aufweist, indem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, Strukturen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einen als Verschaltungsbaugruppe ausgebildeten Abschnitt und mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, Strukturen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einen als Elektronikbaugruppe ausgebildeten Abschnitt unter Ausbildung einer oder mehreren elektrisch leitenden Verbindungen teilweise überdeckt und die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht mindestens einen zweiten Bereich aufweist, in dem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht unter Ausbildung eines elektrischen Bauteils, insbesondere einer organischen Diode oder eines organischen Feldeffekttransistor den mindestens einen zweiten als eine Elektronikbaugruppe ausgebildeten Abschnitt teilweise überdeckt. Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer organischen Elektronikschaltung in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers, wobei ein Zwischenprodukt der organischen Elektronikschaltung hergestellt wird, derart, dass auf eine Substratschicht eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht ausgebildet wird und auf der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht weiter mindestens eine elektrisch halbleitende Funktionsschicht und mindestens eine Isolationsschicht ausgebildet werden, dass mindestens ein erster Abschnitt als ein Verschaltungsabschnitt ausgebildet wird und in diesem mindestens einen ersten Abschnitt eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt werden, die jeweils in einer zentralen ersten Zone von der Isolationsschicht bedeckt werden und die jeweils in beiderseits der zentralen ersten Zone angeordneten zweiten Zonen nicht von der Isolationsschicht bedeckt werden, dass mindestens ein zweiter Abschnitt als ein Elektronikbaugruppen-Abschnitt ausgebildet wird und in diesem mindestens einen zweiten Abschnitt eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholenden Strukturen in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt werden, die jeweils in einer zentralen ersten Zone von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht und/oder der Isolationsschicht bedeckt werden und in mindestens einer benachbarten zu einem benachbarten ersten Abschnitt angeordneten zweiten Zone nicht von der Isolationsschicht bedeckt werden; und wobei die mindestens eine organische Elektronikschaltung durch Ausformen der zweiten elektrisch leitende Funktionsschicht auf dem Zwischenprodukt der organischen Elektronikschaltung individualisiert wird, derart, dass die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht mindestens einen ersten Bereich aufweist, in dem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, Strukturen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einen als Verschaltungsbaugruppe ausgebildeten Abschnitt und mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, Strukturen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einen als Elektronikbaugruppe ausgebildeten Abschnitt unter Ausbildung einer oder mehreren elektrisch leitenden Verbindungen teilweise überdeckt und die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht mindestens einen zweiten Bereich aufweist, in dem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht unter Ausbildung eines elektrischen Bauteils, insbesondere einer organischen Diode oder eines organischen Feldeffekttransistor, den mindestens einen zweiten als eine Elektronikbaugruppe ausgebildeten Abschnitt teilweise überdeckt.
Durch die Erfindung wird es möglich, komplexe organische Elektronikschaltungen kostengünstig in hoher Qualität in Massenproduktion zu fertigen. Eine effektive Massenproduktion von organisch elektronischen Schaltungen wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau der organischen Elektronikschaltung möglich. Die erfindungsgemäße organische Elektronikschaltung ermöglicht es ein Herstellungsverfahren einzusetzen, welches keine Registrierung benötigt. Dies wird unter anderem durch die spezielle Ausgestaltung der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht erzielt. Weiter ist es aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus ausreichend nur an den Herstellungsprozess der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht, die vorzugsweise mit hochauflösender Strukturierungsmethode ausgeformt wird, relativ hohe Qualitätsanforderung zu stellen. Für die Herstellungsprozesse aller weiteren Funktionsschichten können „relativ grobe” Verfahren, insbesondere Druckverfahren, verwendet werden. Des Weiteren ist der Fertigungsprozess aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus in gewissem Umfang fehlertolerant gegenüber einer Schräg- oder Querverzerrung zur ersten und/oder zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht. Das Zwischenprodukt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich in Form eines langen Streifens, beispielsweise in Form einer Folienbahn, hergestellt und weist dabei bevorzugt periodisch wiederkehrende Strukturen in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht, der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht und der Isolationsschicht auf. Ein derartiges Zwischenprodukt kann nicht nur effektiv und kostengünstig hergestellt werden, sonder ist universell für verschiedene organische Elektronikschaltungen mit unterschiedlicher Funktionalität verwendbar, denn erst durch Ausbilden, d. h. Individualisieren, der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht als letztaufgebrachte Funktionsschicht werden die elektronischen Bauteile der Schaltung und deren Verschaltung miteinander festgelegt. Auch hierdurch werden weitere Kostenvorteile erzielt. Ferner ist es möglich die zweite elektrisch leitenden Funktionsschicht mittels eines digitalen Strukturierungsverfahrens, beispielsweise mittels digitalen Drucks, zu fertigen und so die Produktionszeit zu verkürzen und auch kleine Volumen kostengünstig zu fertigen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Bei einer organischen Elektronikschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholenden Strukturen als eine Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt sind. Im folgenden kann der Begriff „Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen” ohne Einschränkung durch „die sich in eine Vorzugsrichtung wiederholenden Strukturen” ersetzt verstanden werden.
Die organische Elektronikschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführung weist eine Verschaltungsbaugruppe und eine Elektronikbaugruppe auf, die sich in den verwendeten Materialien und Herstellungsprozessen grundlegend von einem üblicherweise für integrierte Schaltungen verwendetem Silizium-Chip unterscheidet. Die elektrisch leitenden, halbleitenden und/oder isolierenden Funktionsschichten dieser Verschaltungsbaugruppe bzw. Elektronikbaugruppe werden von Schichten eines mehrschichtigen Folienkörpers gebildet, welche durch Drucken, Rakeln, Aufdampfen oder Aufsputtern aufgebracht sind. Die organische Elektronikschaltung kann insbesondere zwei oder mehrere, vorzugsweise elektrisch isolierende, Isolationsschichten, elektrisch halbleitende Funktionsschichten und/oder zweite elektrisch leitende Funktionsschichten aufweisen. Hierbei kann die Reihenfolge der Ausformung der zwei oder mehreren der, vorzugsweise elektrisch isolierenden, Isolationsschichten, der elektrisch halbleitenden Funktionsschichten und/oder der zweiten elektrisch leitende Funktionsschichten beliebig zwischen der ersten elektrischen leitenden Funktionsschicht und der ersten der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht erfolgen. Die erste elektrisch leitende Funktionsschicht, die elektrisch halbleitende Funktionsschicht, die Isolationsschicht und/oder die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht der Verschaltungsbaugruppe bzw. der Elektronikbaugruppe werden im Gegensatz zu einem Silizium-Chip auf einem flexiblen Trägersubstrat bestehend aus einer Kunststofffolie, vorzugsweise einer Dicke von 10 μm bis 100 μm, aufgebaut. Diese Folie bildet das Substrat, d. h. das Trägersubstrat, der integrierten elektronischen Schaltung, d. h. der organischen Elektronikschaltung, anstelle eines Siliziumdioxidplättchens bei einer, von einem Silizium-Chip gebildeten integrierten elektronischen Schaltung. Elektrisch halbleitende Funktionsschichten dieser Schaltung werden vorzugsweise in einer Lösung aufgebracht und somit beispielsweise durch Drucken, Sprühen, Rakeln oder Gießen aufgebracht. Als Materialen der elektrisch halbleitenden Funktionsschichten kommen hierbei vorzugsweise halbleitende Funktionspolymere wie Polythiophen, Polyterthiophen, Polyfluoren, Pentaceen, Tetraceen, Oligothiophen, in angoranischem Silizium eingebettet in einer Polymermatrix, Nano-Silizium oder Polyarylamin in Frage. Es ist jedoch auch möglich anorganische Materialien, welche in Lösung oder durch Sputtern oder Aufdampfen aufbringbar sind, beispielsweise ZnO, a-Si, für die Ausformung der elektrisch halbleitenden Funktionsschichten zu verwenden.
Insbesondere wird hier unter einem organisch elektrischen Bauteil ein elektrisches Bauteil verstanden, das überwiegend aus organischem Material besteht, insbesondere zu mindestens 90 Gew.-% aus organischem Material besteht. Ein einzelnes organisches elektrisches Bauteil setzt sich hierbei aus unterschiedlichen Schichtlagen mit elektrischer Funktion, insbesondere in Form von nicht selbsttragenden, dünnen Schichten, und weiterhin mindestens aus den, den Schichtlagen zuordenbaren Abschnitten eines Substrats 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 elektrischen Bauteils eingesetzt werden können. So wird ein elektrisches Bauteil umfassend ein organisches Substrat und ausschließlich anorganische Schichtlagen mit elektrischer Funktion aufgrund der üblicherweise großen Masse des Substrats, d. h. des Trägersubstrats, im Vergleich zur Masse der Funktionsschichten insgesamt als organisches elektrisches Bauteil oder als organische Elektronikschaltung angesehen.
Bei einer organischen Elektronikschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die elektrisch halbleitende Funktionsschicht und/oder die Isolationsschicht zwischen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht und der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht angeordnet sind. Bei einer derart bevorzugten Ausführung kann eine Individualisierung der organischen Elektronikschaltung vollständig in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in dem mindestens einen zweiten Abschnitt die Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen, welche in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgeformt sind und welche jeweils in einer zentralen ersten Zone von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht und/oder der Isolationsschicht bedeckt sind, in der mindestens einen benachbarten zu einem benachbarten ersten Abschnitt angeordneten zweiten Zone weder von der Isolationsschicht noch von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht bedeckt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Substratschicht streifenförmig ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die Substratschicht flexibel ausgebildet ist. Bei der Substratschicht handelt es sich beispielsweise um eine Kunststofffolie einer Dicke zwischen 12 μm und 200 μm, vorzugsweise 20 μm bis 50 μm. Die Substratschicht kann aus einer PP-Folie (PP = Polypropylen) und/oder einer PET-Folie (PET = Polyethylenterephthalat) ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Substratschicht, d. h. der Träger, aus einem beliebigen Trägermaterial besteht. Es ist möglich, dass das Trägermaterial aus Papier, Stahlfolie, und/oder Glass besteht. Es ist auch möglich, dass das Material des Trägers aus einem Verbundwerkstoff besteht. Der Träger weist bevorzugt eine Dicke von 10 μm bis 500 μm auf. Ferner kann ein bevorzugter Träger einen Biegeradius von nicht mehr als 10 cm aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die zwei oder mehreren Abschnitte der organischen Elektronikschaltung in einer Reihe nebeneinander längs einer Erstreckungsrichtung, angeordnet. Wird als Trägerschicht eine Folienbahn verwendet, so ist die Erstreckungsrichtung vorzugsweise quer zur Längsrichtung der Folienbahn orientiert. Die Abschnitte sind vorzugsweise streifenförmig oder rechteckförmig ausgeformt. Vorzugsweise erstrecken sich die Abschnitte jeweils über die gesamte Länge der Folienbahn.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bilden drei oder mehrere Abschnitte der zwei oder mehreren Abschnitte eine Abfolge, indem zwischen zwei zweiten Abschnitten, die als Elektronikbaugruppe ausgebildet sind, ein erster als Verschaltungsbaugruppe ausgebildeter Abschnitt angeordnet ist. Die derart ausgebildete Abfolge von drei oder mehreren Abschnitten ermöglicht einen besonders flexiblen Schaltungsentwurf, wodurch die Packungsdichte erhöht werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bilden zwei oder mehrere Abschnitte der zwei oder mehreren Abschnitte eine Abfolge, indem der erste und der letzte Abschnitt der Abfolge als ein erster als Verschaltungsbaugruppe ausgebildeter Abschnitt ausgebildet sind. Es wird ermöglicht, dass die organische Elektronikschaltung an ihren End-Abschnitten auf einfach Weise mit weiteren Elektronikbaugruppen verschaltet werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bilden zwei oder mehrere Abschnitte der zwei oder mehreren Abschnitte eine Abfolge, indem zwei aufeinanderfolgende Abschnitte der Abfolge als ein zweiter als Elektronikbaugruppe ausgebildeter Abschnitt ausgebildet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Vielzahl von zueinander parallel angeordneten, in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgebildeter Leiterbahnen zweier benachbarter Abschnitte weder kammförmig verzahnt zueinander noch galvanisch leitend miteinander verbunden ausgebildet. Die erste elektrisch leitende Funktionsschicht kann ein Gebiet frei von leitfähigem Material zwischen den zwei benachbarten Abschnitten aufweisen. Bei einer derartigen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung wird eine galvanische Trennung der beiden benachbarten Abschnitte auf Ebene der ersten elektrisch leitfähigen Funktionsschicht sichergestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist jeder der Abschnitte der zwei oder mehreren Abschnitte ein oder zwei streifenförmige zweite Zonen auf. Die ein oder zwei streifenförmigen zweiten Zonen sind quer, vorzugsweise senkrecht, zur Erstreckungsrichtung ausgebildet. Eine randseitig angeordnete zweite Zone eignet sich besonders gut zur Ausbildung von leitenden Verbindungen zwischen benachbarten Abschnitten in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind eine oder zwei, vorzugsweise beide, der eine oder zwei streifenförmigen zweiten Zonen randseitig in dem jeweiligen Abschnitt ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung verbinden die mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht mindestens eine zweite Zone eines Abschnitts mit den mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei, Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht einer zweiten Zone eines benachbarten Abschnitts über eine Leiterbahn ausgeformt in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einem als Verschaltungsbaugruppe ausgebildeten Abschnitt mindestens eine leitende Verbindung als Verschaltungsverbindung ausgeformt. Die Verschaltungsverbindung in der zentralen ersten Zone überkreuzt mindestens zwei Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht und ist durch die Isolationsschicht gegenüber der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht isoliert. Die Verschaltungsverbindung überdeckt und kontaktiert in einem oder in beiden der zweiten Zonen mindestens zwei Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht. Hierdurch wird die Flexibilität des Schaltungsentwurfs weiter erhöht und die Packungsdichte gesteigert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einen als Verschaltungsbaugruppe ausgebildeten Abschnitt mindestens zwei der oben beschriebenen Verschaltungsverbindungen ausgebildet, welche unterschiedliche Leiterbahnen der ersten leitfähigen Schicht überdecken und kontaktieren. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform überkreuzt hierbei zumindest eine der zwei oder mehr Verschaltungsverbindungen im zentralen ersten Bereich eine Leiterbahn der ersten leitfähigen Schicht, die von einer der anderen Verschaltungsverbindungen kontaktiert ist.
Eine derartige bevorzugte Ausführung der Erfindung ermöglicht es auf einfache Weise komplexe Verschaltungen von Bauelementen lediglich durch Strukturierung der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht zu erzielen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht die erste elektrisch leitende Funktionsschicht aus einer metallischen Schicht. Die metallische Schicht besteht vorzugsweise aus einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe Gold, Kupfer, Aluminium, Silber.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind zwei benachbarte Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen in einem, insbesondere jedem, Abschnitt der organischen Elektronikschaltung mit einem Abstand von 1 μm bis 20 μm beabstandet. Ein derart geringer Abstand zwischen zwei zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen ermöglicht es ein Herstellungsverfahren für die weiteren Funktionsschichten, d. h. die elektrisch halbleitende Funktionsschicht, die Isolationsschicht und die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht einzusetzen, dass eine erhöhte Fehlertoleranz aufweisen darf.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die erste elektrisch leitende Funktionsschicht in jedem Abschnitt der zwei oder mehreren Abschnitte eine Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erstrecken sich eine oder mehrere Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen in einem Abschnitt der organischen Elektronikschaltung in Längsrichtung der Erstreckungsrichtung.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einem zweiten Abschnitt zumindest abschnittsweise ineinander kammförmig verzahnt angeordnet oder mäanderförmig ausgebildet. Gebiete mit kammförmig verzahnt angeordneten Leiterbahnen werden zur Ausbildung von organischen Dioden oder Feldeffekttransistoren verwendet. Mäanderförmig oder kammförmig verzahnt ausgebildete Leiterbahnen ermöglichen die Ausbildung von Widerständen innerhalb der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind eine oder mehrere Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einem zweiten Abschnitt durch eine Verbindung, die sich quer zur Erstreckungsrichtung der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen erstreckt, elektrisch verbunden. Eine derartige Ausbildung hat sich insbesondere bei Ausbildung von Source- oder Drain-Elektroden eines Feldeffekttransistors bewährt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht aus einem leitfähigen, mittels eines Druckverfahrens aufbringbaren Stoff. Sie enthält so beispielsweise ein oder mehrere organische Materialien ausgewählt aus der Gruppe PEDOT (PEDOT = Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) oder PANI (PANI = Polyanilin). Diese Materialien eignen sich insbesondere für Druckverfahren zur Ausbildung der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die elektrisch halbleitende Funktionsschicht und die Isolationsschicht aus organischem Material gebildet sind. Hierdurch wird die Ausbildung der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht und der Isolationsschicht mittels eines Druckverfahrens ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Zwischenprodukt mittels eines Rolle-zu-Rolle Verfahrens hergestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden bei der Individualisierung des zuvor hergestellten Zwischenprodukts durch Ausformen der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht eine Vielzahl von vorzugsweise unterschiedlichen organischen Elektronikschaltungen ausgebildet und anschließend vereinzelt.
Die Vereinzelung erfolgt durch zerschneiden der individualisierten Folienbahn. Vorzugsweise werden die ein oder mehrere Funktionsschichten der organischen Elektronikschaltung mittels eines Druckverfahrens, insbesondere eines Tiefendruckverfahrens ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Elektronikbaugruppe zwei oder mehrere Bauteile ausgewählt aus der Gruppe organische Diode, organischen Feldeffekttransistor, Widerstand und Kondensator auf. Die zwei oder mehreren Bauteile sind mittels der zweiten elektrisch leitendenden Funktionsschicht ausgebildet und miteinander verschaltet.
Insbesondere ist es möglich, die organische Elektronikschaltung als Bauteil eines organischen RFID-Transponders (RFID = Radio Frequency Identification) vorzusehen. Hierbei ist es möglich, dass ein Antennenschwingkreis, der insbesondere eine Antennenspule und eine Kondensatorplatte eines Kondensators umfasst, auf einer weiteren Substratschicht angeordnet ist, welche unter Ausbildung des organischen RFID-Transponders auf die organische Elektronikschaltung laminiert ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die elektrisch halbleitende Funktionsschicht vollflächig ausgebildet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen organischen Elektronikschaltung.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausschnitts der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen organischen Elektronikschaltung.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausschnitts der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen organischen Elektronikschaltung mit einer alternativen Anordnung eines ersten elektrisch halbleitenden Gebiets.
3a zeigt eine erste alternative Ausgestaltung einer Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht der in 3 gezeigten schematische Ansicht.
3b zeigt eine zweite alternative Ausgestaltung einer Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht der in 3 gezeigten schematische Ansicht.
3c zeigt eine dritte alternative Ausgestaltung einer Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht der in 3 gezeigten schematische Ansicht.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen organischen Elektronikschaltung 1. Die in 1 gezeigte organische Elektronikschaltung 1 in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers weist eine Substratschicht 2, eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht 3, eine elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4, eine Isolationsschicht 5 und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht 6 auf.
Die Substratschicht 2 besteht aus einem streifenförmigen und flexiblen Kunststoff. Die Substratschicht 2 besteht beispielsweise aus einer PP-Folie, insbesondere einer BOPP-Folie (BOPP – biaxially oriented polypropylene), oder aus einer PET-Folie mit einer Schichtdicke von 12 μm bis 50 μm. Die Substratschicht 2 bildet einen Träger der organischen Elektronikschaltung 1.
Auf der Substratschicht 2 ist eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht 3 ausgebildet. Die erste Funktionsschicht 3 ist eine metallische Schicht mit einer Schichtdicke von 10 nm bis 1 μm. Die erste elektrisch leitende Funktionsschicht 3 besteht vorzugsweise aus Aluminium, Kupfer, Gold oder Silber.
Die elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4 ist musterförmig über der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 ausgebildet und weist eine Schichtdicke von 10 nm bis 500 nm auf. Die elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4 besteht hierbei vorzugsweise aus PHT (PHT = Polyhexylthiophen) oder ZnO. Weiter wird über der elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4 eine Isolationsschicht 5 angeordnet. Die Isolationsschicht 5 besteht bevorzugt aus einem musterförmig aufgedruckten elektrisch nichtleitenden Polymer. Die Isolationsschicht 5 kann auch von einer PET-Folie gebildet werden, die auflaminiert wird.
Über der Isolationsschicht 5 weist der mehrschichtige Folienkörper eine zweite elektrische leitende Funktionsschicht 6 mit einer Schichtdicke von 10 nm bis 1 μm auf. Die zweiten elektrisch leitende Funktionsschicht 6 besteht bevorzugt aus einem verdruckbaren elektrisch leitfähige Material, insbesondere einer organisch Verbindung, beispielsweise PEDOT oder PANI, oder einer leitfähigen Partikel aufweisenden Drucktinte. Insbesondere können die elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4 und die zweiten elektrisch leitende Funktionsschicht 6 mittels Tiefdrucks im Rolle-zu-Rolle Verfahren ausgebildet werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausschnitts der in 1 gezeigten organischen Elektronikschaltung 1 in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers. Die organische Elektronikschaltung 1 kann zwei oder mehrere Abschnitte aufweisen, es sind jedoch exemplarisch nur zwei Abschnitte 20, 21 in 2 gezeigt. Einer der beiden Abschnitte 20, 21 ist als ein erster Abschnitt 20 ausgebildet, der als Verschaltungsbaugruppe 80 ausgebildet ist. Der andere Abschnitt 21, d. h. der zweite Abschnitt 21, ist als Elektronikbaugruppe 81 ausgebildet. Durch die Ausformung der Funktionsschichten, d. h. der elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4, der Isolationsschicht 5 und der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 der organischen Elektronikschaltung 1, beispielsweise mittels eines Tiefdruck-Verfahrens, sind die zwei oder mehreren Abschnitte 20, 21 entlang der Druckrichtung und entlang der Erstreckungsrichtung längs der streifeinförmigen Substratschicht 2 angeordnet. In den Funktionsschichten sind mittels deren Ausformung die Verschaltungsbaugruppe 80 und die Elektronikbaugruppe 81 ausgebildet. Die erste elektrisch leitende Funktionsschicht 3, die elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4, die Isolationsschicht 5 und die zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 werden in 2 nicht gezeigt, um die schematische Ansicht möglichst übersichtlich zu gestallten. 2 verdeutlicht exemplarisch anhand zweier Abschnitte 20, 21 die Erfindung beispielhaft.
In der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 ist eine Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen 3a in dem ersten Abschnitt 20 ausgebildet. Ferner ist in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 auch eine Vielzahl von Leiterbahnen 3b in dem zweiten Abschnitt 21 ausgebildet. Es kann bei einer nicht gezeigten Ausführung vorgesehen sein, dass die Vielzahl von Leiterbahnen 3b in dem zweiten Abschnitt 21 geradlinig ausgeformt sind, d. h. keinen abschnittsweise abgewinkelten Verlauf aufweisen. Die halbleitende Funktionsschicht 4 weist in dem zweiten Abschnitt 21 ein erstes elektrisch halbleitendes Gebiet 4a und ein zweites elektrisch halbleitendes Gebiet 4b auf. Außerhalb des ersten und des zweiten elektrisch halbleitenden Gebiets 4a und 4b weist die elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4 kein halbleitendes Material auf. Die Isolationsschicht 5 weist in dem ersten Abschnitt 20 ein erstes isolierendes Gebiet 5a und in dem zweiten Abschnitt 21 ein zweites isolierendes Gebiet 5b auf. Außerhalb des ersten und des zweiten isolierenden Gebiets 5a und 5b weist die Isolationsschicht 5 kein elektrisch isolierendes Material auf. In der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 sind sieben elektrisch leitende Verbindungen 61, 62, 63, 64, 65, 66 und 67 ausgebildet. Außerhalb der sieben elektrisch leitenden Verbindungen 61, 62, 63, 64, 65, 66 und 67 weist die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht 6 in diesem Gebiet kein elektrisch leitfähiges Material auf.
Zwei benachbarte Leiterbahnen 3a und 3b der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 sind zueinander mit einem Abstand von einigen μm beabstandet. Diese relative feine Strukturierung der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 kann beispielsweise mit der bereits erwähnten hochauflösenden Strukturierungsmethode auf der Substratschicht 2 ausgebildet werden. In den Abschnitten 20 und 21 erstrecken sich die Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3a, 3b in Erstreckungsrichtung längs der Erstreckungsrichtung der streifenförmigen Substratschicht 2. Insbesondere ist das Gebiet zwischen dem ersten Abschnitt 20 und dem zweiten Abschnitt 21 in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 frei von elektrisch leitfähigem Material. Es besteht keine leitende, insbesondere galvanische, Verbindung zwischen der Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3a und der Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3b in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3.
In dem ersten Abschnitt 20 ist die Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3a in einer zentralen ersten Zone 30 in dem ersten isolierenden Gebiet 5a von der Isolationsschicht 5 bedeckt. In beiderseits der zentralen ersten Zone 30 angeordneten zweiten Zonen 31, 32 ist die Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3a nicht von der Isolationsschicht 5 bedeckt.
In dem zweiten Abschnitt 21 ist die Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3b in einer zentralen ersten Zone 40 in dem ersten elektrisch halbleitenden Gebiet 4a und in dem zweiten elektrisch halbleitendem Gebiet 4b von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht 4 bedeckt. Ferner ist die Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3b in einer zentralen ersten Zone 40 in dem zweiten isolierenden Gebiet 5b von der Isolationsschicht 5 bedeckt. In beiderseits der zentralen ersten Zone 40 angeordneten zweiten Zonen 41, 42 sind die Leiterbahnen 3b weder von der Isolationsschicht 5 noch von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht 4 bedeckt.
Die zweiten Zonen 31, 32, 41, 42 sind streifenförmig ausgebildet und quer zur Erstreckungsrichtung der streifenförmigen Substratschicht 2 angeordnet. Die zweiten Zonen 31 und 32 des ersten Abschnitts 20, sowie die zweiten Zonen 41 und 42 des zweiten Abschnitts 21 sind jeweils in dem jeweiligen Abschnitt 20 bzw. 21 randseitig ausgebildet. Die zweiten Zonen 31, 32, 41, 42 können zur Kontaktierung und Verschaltung verwendet werden.
Die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht 6 weist einen ersten Bereich 50 auf, indem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht 6 drei mal zwei Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 in dem als Verschaltungsbaugruppe 80 ausgebildeten Abschnitt 20 kontaktiert. In dem als Elektronikbaugruppe 81 ausgebildeten Abschnitt 21 sind zwei mal zwei und neun Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 unter Ausbildung dreier elektrisch leitenden Verbindungen 64, 65, 66 teilweise überdeckt.
Die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht 6 weist einen zweiten Bereich 51 unter Ausbildung zweier elektrischer Bauteile auf.
Es wird ein Feldeffekttransistor mit einer großflächigen Gate-Elektrode 67 in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht, einer elektrischen Isolierung im zweiten elektrisch isolierenden Gebiet 5b, einer Halbleiterschicht in dem ersten elektrisch halbleitende Gebiet 4b, einer Drain-Elektrode 74 in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 und einer Source-Elektrode in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 ausgebildet. Die Source-Elektrode ist mittels der leitenden Verbindung 65 in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht mit der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 verbunden. Die Gate-Elektrode 67 überdeckt teilweise den zweiten als eine Elektronikbaugruppe 81 ausgebildeten Abschnitt 21.
Ferner wird auch ein Widerstand in diesem zweiten Bereich 51 ausgebildet. Der Widerstand weist einen Eingang 73, der im ersten Abschnitt 20 in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 ausgebildet ist und mit dem zweiten Abschnitt 21 mittels der leitenden Verbindung 64 in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 verbunden ist, auf. Hierbei ist im ersten Bereich 50 mittels der leitenden Verbindung 62 der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 der Eingang des Widerstands 73 mit der leitenden Verbindung 64 verbunden. Der Widerstand umfasst das elektrisch halbleitende Material des zweite elektrisch halbleitenden Gebiets 4b. Der Widerstand weist ferner einen Ausgang 75 auf, der in der ersten leitenden Funktionsschicht 3b ausgebildet ist. Auf die speziell ausgestaltete leitende Verbindung 62 wird in einem folgenden Absatz näher eingegangen. Diesen beiden Bauteilen, Transistor und Widerstand, ist gemeinsam, dass beide Bauteile in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 kammförmig zueinander verzahnte Leiterbahnen 3b aufweisen und dass diese Leiterbahnen 3b gebietsweise von dem elektrisch halbleitenden Material des ersten bzw. des zweiten elektrisch halbleitenden Gebiets 4a bzw. 4b überdeckt werden. Das elektrisch halbleitende Material es ersten bzw. des zweiten elektrisch halbleitenden Gebiets 4a bzw. 4b ist auch zwischen den entsprechenden überdeckten Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 angeordnet.
Ferner ist es möglich, eine Diode anstelle des Widerstands in diesem zweiten Bereich 51 auszubilden. Die Diode wäre ähnlich zu einer Schottky-Diode aufgebaut. Damit eine Diode ausgebildet werden kann, würde man, gegenüber wie zuvor beschrieben, zusätzlich keine isolierende Schicht 5b vorsehen und die leidende Verbindung 64 mit dem Ausgang 75 überlappend anordnen.
Es kann vorgesehen sein, dass bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die Elektronikbaugruppe 81 zwei oder mehrere Bauteile ausgewählt aus der Gruppe organische Diode, organischen Feldeffekttransistor, Widerstandes, Kondensators aufweist. Die zwei oder mehreren Bauteile sind mittels der zweiten elektrisch leitendenden Funktionsschicht 6 ausgebildet und miteinander verschaltet.
In 2 ist gezeigt wie eine leitende Verbindung zwischen der Verschaltungsbaugruppe 80 und der Elektronikbaugruppe 81 ausgebildet ist. Es verbinden die acht Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 der zweite Zone 32 des ersten Abschnitts 20 mit den dreizehn Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 der zweiten Zone 41 des benachbarten Abschnitts 21 die drei Leiterbahnen 64, 64, 66 ausgebildet in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 elektrisch leitend.
2 zeigt weiter wie eine Verschaltung innerhalb der Verschaltungsbaugruppe 80 erfolgt. In der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 in dem als Verschaltungsbaugruppe 80 ausgebildeten Abschnitt 20 sind drei leitende Verbindung 61, 62, 63 als Verschaltungsverbindung ausgebildet. Die drei leitenden Verbindungen 61, 62, 63 überkreuzen in der zentralen ersten Zone 30 insgesamt neun Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3, nämliche die leitende Verbindung 61 überkreuzt zwei, die leitende Verbindung 62 überkreuzt drei und die leitende Verbindung 63 überkreuzt vier der Leiterbahnen der Verzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3a der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3. Damit eine Überkreuzung der Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3a der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 mit Leiterbahnen ausgebildet in der zweiten elektrischen Funktionsschicht 6 ohne eine leitende Verbindung zur ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 in der zentralen ersten Zone 30 ermöglicht wird, ist in der zentralen ersten Zone 30 in der Isolationsschicht 5 zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 bzw. 6 das elektrisch isolierende Material in dem erste elektrisch isolierenden Gebiet 5a angeordnet. Die drei leitenden Verbindungen 61, 62, 63 kontaktieren verschiedene Leiterbahnen und überdecken jeweils zwei Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 in beide zweite Zonen 31, 32 der Verschaltungsbaugruppe 80. Durch dieses Überkreuzen der Leiterbahnen wird auch eine Überkreuzen von Signalen, welche in ein oder mehreren der Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3a geleitet werden, bereitgestellt.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel können daher die Leiterbahnen 3a der Verschaltungsbaugruppe 80 bezeichnet als 71, 72 und 73 als Kontakte für ein Source-Signal des Feldeffekttransistors, für ein Gate-Signal des Feldeffekttransistors bzw. für ein Eingangsignal dienen. Die Leiterbahnen 3b der Elektronikbaugruppe 81 bezeichnet mit den Bezugszeichen als 74 und 75 dienen als Kontakte für ein Drain-Signal des Feldeffekttransistors bzw. für ein Ausgangssignal.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausschnitts der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen organischen Elektronikschaltung mit einer alternativen Anordnung eines ersten elektrisch halbleitenden Gebiets 4a der ersten zentralen Zone 40 der Elektronikbaugruppe 81. Das halbleitende Material der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht 4 ist symmetrisch zu den kammförmigen verzahnten Leiterbahnen 3b der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 angeordnet. Ferner ist das halbleitende Material der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht 4 ist symmetrisch zu dem zweiten Gebiet 5b der Isolationsschicht 5 angeordnet.
In 3, sowie den folgenden 3a, 3b und 3c ist zur besseren Übersicht die Gate-Elektrode 67 nicht eingezeichnet. Die Gate-Elektrode 67 ist entsprechend zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgeformt.
3a zeigt eine erste alternative Ausgestaltung der Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen 3b, d. h. der Vielzahl von zueinander ausgeformten Leiterbahnen 3b der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 der in 3 gezeigten schematische Ansicht. Diese Leiterbahnen 3b sind im Gegensatz zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel – gezeigt in 3 – mit einer größeren Breite und nicht zueinander kammförmig verzahnt ausgeformt. Diese Leiterbahnen 3b sind zueinander parallel und bis auf einen Spalt stirnseitig aufeinanderstoßend ausgeformt.
3b zeigt eine zweite alternative Ausgestaltung der Vielzahl von zueinander ausgeformten Leiterbahnen 3b der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 der in 3 gezeigten schematische Ansicht. Diese Leiterbahnen 3b sind im Gegensatz zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel – gezeigt in 3 – zueinander kammförmig quer zur Erstreckungsrichtung verzahnt ausgeformt. Diese Leiterbahnen 3b sind beidseitig mit kammförmigen Strukturen ausgeformt, die wiederum zueinander versetzt ausgeformt sind.
3c zeigt eine dritte alternative Ausgestaltung der Vielzahl von zueinander ausgeformten Leiterbahnen 3b der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 der in 3 gezeigten schematische Ansicht. Diese Leiterbahnen 3b sind im Gegensatz zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel – gezeigt in 3 – zueinander gabelförmig ausgeformt. Diese Leiterbahnen 3b weisen eine gabelförmige Struktur mit zwei Gabelzinken auf. Die gabelförmigen Strukturen können auch drei oder mehr Gabelzinken aufweisen.
In einer nicht gezeigten bevorzugten Ausführung ist es möglich, dass in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 in dem mindestens einem als Verschaltungsbaugruppe 80 ausgebildeten Abschnitt mindestens eine weitere leitende Verbindung als Verschaltungsverbindung ausgebildet. Die mindestens eine leitende Verbindung ausgeformt als Verschaltungsverbindung und die mindestens eine weitere leitende Verbindung kontaktieren verschieden Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3. In der zentralen ersten Zone 30 überkreuzt die mindestens eine weitere leitende Verbindung ausgebildet als Verschaltungsverbindung mindestens zwei oder mehreren Leiterbahnen, insbesondere jede Leiterbahn, der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3. Die mindestens eine weitere leitende Verbindung ist durch das erste elektrisch isolierende Gebiet 5a der Isolationsschicht 5 gegenüber der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 isoliert. Die mindestens zwei oder mehreren Leiterbahnen, insbesondere jede Leiterbahn, sind mit der mindestens einen leitenden Verbindung ausgebildet als Verschaltungsverbindung kontaktiert. Die mindestens zwei oder mehreren Leiterbahnen sind jedoch nicht mit der mindestens einen weiteren leitenden Verbindung ausgeformt als Verschaltungsverbindung kontaktiert. Durch derartiges ausbilden von Verschaltungsverbindungen, welche nur in der letzen, d. h. zweiten, elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgebildet sind, ist es möglich eine beliebige Signalführung, insbesondere ein Überkreuzen oder einen Parallelversatz, eines oder mehrerer Signale bereitzustellen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der organischen Elektronikschaltung erlaubt eine platzsparende Ausbildung derselben.
Zur Ausbildung eines Widerstands und/oder einer Spule in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3, kann vorgesehen sein, dass bei einer bevorzugten nichtgezeigten Ausführung der Erfindung eine oder mehrere Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel ausgebildeten Leiterbahnen 3b der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 in dem mindestens einem zweiten Abschnitt 21 zumindest teilweise als, vorzugsweise ineinander, mäanderförmig und/oder schneckenförmig ausgebildet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer organischen Elektronikschaltung 1 in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers wird zunächst die organische Elektronikschaltung 1 in zwei oder mehrere Abschnitte 20, 21 unterteilt. Es wird ein Zwischenprodukt der organischen Elektronikschaltung 1 hergestellt, indem auf der Substratschicht 2 die erste elektrisch leitende Funktionsschicht 3 ausgeformt wird und auf der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht 3 weiter die elektrisch halbleitende Funktionsschicht 4 und die Isolationsschicht 5 ausgeformt werden. Die organische Elektronikschaltung 1 wird individualisiert durch Ausformen einer zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht 6 auf dem Zwischenprodukt der organischen Elektronikschaltung 1. Somit ist möglich das Zwischenprodukt für verschieden organische Elektronikschaltungen zu verwenden. Das erfindungsgemäße Zwischenprodukt erlaubt ein günstige und insbesondere schnelle Massenfertigung von, insbesondere individualisierten, organischen Elektronikschaltungen 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2004/047144 A2 [0002, 0002]

Claims

Organische Elektronikschaltung (1) in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers, der eine Substratschicht (2), eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht (3), eine elektrisch halbleitende Funktionsschicht (4), eine Isolationsschicht (5) und eine zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) aufweist, wobei die organische Elektronikschaltung (1) zwei oder mehrere Abschnitte (20, 21) aufweist, wobei mindestens ein erster Abschnitt (20) der zwei oder mehreren Abschnitte (20, 21) als eine Verschaltungsbaugruppe (80) ausgebildet ist und in diesem mindestens einen ersten Abschnitt (20) eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen (3a) in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) ausgeformt sind, die jeweils in einer zentralen ersten Zone (30) von der Isolationsschicht (5) bedeckt sind und die jeweils in beiderseits der zentralen ersten Zone (30) angeordneten zweiten Zonen (31, 32) nicht von der Isolationsschicht (5) bedeckt sind, wobei mindestens ein zweiter Abschnitt (21) der zwei oder mehreren Abschnitte (20, 21) als eine Elektronikbaugruppe (81) ausgebildete ist und in diesem mindestens einen zweiten Abschnitt (21) eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen (3b) in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) ausgeformt sind, die jeweils in einer zentralen ersten Zone (40) von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht (4) und/oder der Isolationsschicht (5) bedeckt sind und die in mindestens einer benachbart zu einem benachbarten ersten Abschnitt angeordneten zweiten Zone (41, 42) nicht von der Isolationsschicht (5) bedeckt sind, wobei die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) mindestens einen ersten Bereich (50) aufweist, indem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) mindestens eine Struktur (3a) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) in dem mindestens einen als Verschaltungsbaugruppe (80) ausgebildeten Abschnitt (20) und mindestens eine Struktur (3a) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) in dem mindestens einen als Elektronikbaugruppe (81) ausgebildeten Abschnitt (21) unter Ausbildung einer oder mehreren elektrisch leitenden Verbindungen (64, 65, 66) teilweise überdeckt und die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) mindestens einen zweiten Bereich (51) aufweist, in dem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) unter Ausbildung eines elektrischen Bauteils, insbesondere einer organischen Diode oder eines organischen Feldeffekttransistor den mindestens einen zweiten als eine Elektronikbaugruppe (81) ausgebildeten Abschnitt (21) teilweise überdeckt.
Organische Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 1, wobei die elektrisch halbleitende Funktionsschicht (4) und/oder die Isolationsschicht (5) zwischen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) und der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (6) angeordnet sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholenden Strukturen als eine Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen (3a, 3b) in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) ausgeformt sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zwei oder mehreren Abschnitte (20, 21) der organischen Elektronikschaltung (1) in einer Reihe nebeneinander längs einer Erstreckungsrichtung angeordnet sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 4, wobei jeder der Abschnitte (20, 21) der zwei oder mehreren Abschnitte (20, 21) der organischen Elektronikschaltung (1) ein oder zwei streifenförmige zweite Zonen (31, 32, 41, 42) aufweist, deren Längsrichtung quer, vorzugsweise senkrecht, zur Erstreckungsrichtung orientiert ist.
Organische Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 5, wobei die ein oder zwei streifenförmigen zweiten Zonen (31, 32, 41, 42) randseitig und benachbart zum jeweils benachbarten Abschnitt in dem jeweiligen Abschnitt (20, 21) angeordnet sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Substratschicht (2) streifenförmig ausgebildet ist.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei drei oder mehrere Abschnitte der zwei oder mehreren Abschnitte (20, 21) eine Abfolge bilden, bei der zwischen zwei zweiten Abschnitten (21), die als Elektronikbaugruppe (81) ausgebildet sind, ein erster als Verschaltungsbaugruppe (80) ausgebildeter Abschnitt (20) angeordnet ist.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehrere Abschnitte der zwei oder mehreren Abschnitte (20, 21) eine Abfolge bilden, bei der der erste und der letzte Abschnitt der Abfolge als ein erster als Verschaltungsbaugruppe (80) ausgebildeter Abschnitt (20) ausgebildet sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehrere Abschnitte der zwei oder mehreren Abschnitte (20, 21) eine Abfolge bilden, bei der zwei aufeinanderfolgende Abschnitte der Abfolge als ein zweiter als Elektronikbaugruppe (81) ausgebildeter Abschnitt (21) ausgebildet sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 10, wobei die Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen (3a, 3b) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3b) so ausgeformt sind, dass die Leiterbahnen zweier benachbarter Abschnitte (20, 21) weder kammförmig verzahnt zueinander noch galvanisch leitend miteinander verbunden ausgebildet sind und/oder das elektrisch leitfähige Material der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) in einem Gebiet zwischen den zwei benachbarten Abschnitten (20, 21) nicht vorgesehen ist.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 11, wobei die in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (6) ausgebildeten elektrisch leitenden Verbindungen in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht ausgebildeten Leiterbahnen in jeweils einer zweiten Zone benachbarter Abschnitte überdecken und kontaktieren.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 12, wobei in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (6) in dem mindestens einem als Verschaltungsbaugruppe (80) ausgebildeten Abschnitt (20) mindestens eine leitende Verbindung (61, 62, 63) als Verschaltungsverbindung ausgeformt ist, welche in der zentralen ersten Zone (30) mindestens zwei Leiterbahnen (71, 72, 73) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) und durch die Isolationsschicht (5) gegenüber der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) isoliert überkreuzt und in einem oder in beiden der zweiten Zonen (31, 32) mindestens zwei Leiterbahnen (71, 72, 73) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) überdeckt und kontaktiert.
Organische Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 13, wobei in der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (6) in dem mindestens einen als Verschaltungsbaugruppe (80) ausgebildeten Abschnitt (20) zwei oder mehr leitende Verbindungen als Verschaltungsverbindungen (62) ausgeformt sind, welche unterschiedliche Leiterbahnen der ersten leitfähigen Schicht überdecken und kontaktieren.
Organische Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 14, wobei zumindest eine der zwei oder mehr Verschaltungsverbindungen im zentralen ersten Bereich eine Leiterbahn der ersten leitfähigen Schicht überkreuzt, die von einer der anderen Verschaltungsverbindungen in einer der zweiten Zonen kontaktiert ist.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektronikbaugruppe (81) zwei oder mehrere Bauteile ausgewählt aus der Gruppe organische Diode, organischen Feldeffekttransistor, Widerstandes, Kondensators aufweist, wobei die zwei oder mehreren Bauteile durch die Ausformung der zweiten elektrisch leitendenden Funktionsschicht (6) ausgebildet und miteinander verschaltet sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Substratschicht (2) eine Kunststofffolie umfasst und die Substratschicht eine Dicke von 10 μm bis 250 μm aufweist.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste elektrisch leitende Funktionsschicht (3) eine metallische Schicht ist, die ein oder mehrere Metalle, vorzugsweise unterschiedliche Metalle, ausgewählt aus der Gruppe Gold, Kupfer, Aluminium, Silber aufweist.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 18, wobei die Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen (3a, 3b) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in einem, insbesondere jedem, Abschnitt (20, 21) der organischen Elektronikschaltung (1) mit einem Abstand von 0.1 μm bis 50 μm voneinander beabstandet sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 19, wobei sich die Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen (3a, 3b) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht in dem mindestens einen ersten und/oder zweiten Abschnitt (20, 21) der organischen Elektronikschaltung (1) in Längsrichtung der Erstreckungsrichtung erstrecken.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 20, wobei Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) in dem mindestens einem zweiten Abschnitt (21) zumindest abschnittsweise ineinander kammförmig verzahnt angeordnet sind oder mäanderförmig ausgeformt sind.
Organische Elektronikschaltung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 21, wobei Leiterbahnen der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen (3b) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) in dem mindestens einem zweiten Abschnitt (21) durch eine Verbindung, die sich quer zur Erstreckungsrichtung der Vielzahl von zueinander parallel angeordneten Leiterbahnen (3b) erstreckt, elektrisch verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung mindestens einer organischen Elektronikschaltung (1) in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers, vorzugsweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: herstellen eines Zwischenprodukts, indem auf eine Substratschicht (2) eine erste elektrisch leitende Funktionsschicht (3) ausgebildet wird und auf der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) weiter mindestens eine elektrisch halbleitende Funktionsschicht (4) und mindestens eine Isolationsschicht (5) ausgebildet werden, derart, dass in mindestens einem ersten Abschnitt (20) ein Verschaltungsabschnitt (80) ausgebildet wird und in diesem mindestens einen ersten Abschnitt (20) eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen (3a) in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) ausgeformt werden, die jeweils in einer zentralen ersten Zone (30) von der Isolationsschicht (5) bedeckt werden und die jeweils in beiderseits der zentralen ersten Zone (30) angeordneten zweiten Zonen (31, 32) nicht von der Isolationsschicht (5) bedeckt werden, dass in mindestens einem zweiten Abschnitt (21) einen Elektronikbaugruppen-Abschnitt (81) ausgebildet wird und in diesem mindestens einen zweiten Abschnitt (21) eine Vielzahl von sich in eine Vorzugsrichtung wiederholende Strukturen (3b) in der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) ausgeformt werden, die jeweils in einer zentralen ersten Zone (40) von der elektrisch halbleitenden Funktionsschicht (4) und/oder der Isolationsschicht (5) bedeckt werden und die in mindestens einer benachbarten zu einem benachbarten ersten Abschnitt angeordneten zweiten Zone (41, 42) nicht von der Isolationsschicht (5) bedeckt werden; und individualisieren der mindestens einen organischen Elektronikschaltung (1) durch Ausbilden einer zweiten elektrisch leitende Funktionsschicht (6) auf dem Zwischenprodukt, derart, dass die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) mindestens einen ersten Bereich (50) aufweist, indem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) mindestens eine Struktur (3a) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) in dem mindestens einen ersten Abschnitt (20) und mindestens eine Struktur (3b) der ersten elektrisch leitenden Funktionsschicht (3) in dem mindestens einen zweiten Abschnitt (21) unter Ausbildung einer oder mehreren elektrisch leitenden Verbindungen (64, 65, 66) teilweise überdeckt und die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) mindestens einen zweiten Bereich (51) aufweist, in dem die zweite elektrisch leitende Funktionsschicht (6) unter Ausbildung eines elektrischen Bauteils, insbesondere einer organischen Diode oder eines organischen Feldeffekttransistor den mindestens einen zweiten Abschnitt (21) teilweise überdeckt.
Verfahren zur Herstellung mindestens einer organischen Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 23, wobei die erste elektrisch leitende Funktionsschicht (3) mittels eines Druckverfahrens oder einer hochauflösenden Strukturierungsmethode strukturiert ausgeformt wird.
Verfahren zur Herstellung einer organischen Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 23 oder 24, wobei die elektrisch halbleitende Funktionsschicht und die Isolationsschicht mittels eines Druckverfahrens ausgebildet werden.
Verfahren zur Herstellung einer organischen Elektronikschaltung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei als Trägerschicht eine Folienbahn verwendet wird und die ein oder mehreren ersten und zweiten Abschnitte in einer Erstreckungsrichtung aufeinanderfolgend ausgebildet werden, die quer zur Längsrichtung der Folienbahn orientiert ist.
Verfahren zur Herstellung einer organischen Elektronikschaltung (1) nach Anspruch 26, wobei sich die ein oder mehreren ersten und/oder zweiten Abschnitte über die gesamte Länge der Folienbahn erstrecken.
Verfahren zur Herstellung mindestens einer organischen Elektronikschaltung (1) nach einem der Ansprüche 23 oder 27, wobei das Zwischenprodukt in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung mindestens einer organischen Elektronikschaltung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei das Zwischenprodukt zur Ausbildung einer Vielzahl, insbesondere verschiedenen, organischen Elektronikschaltungen (1) durch Ausbilden der zweiten elektrisch leitenden Funktionsschicht (6) individualisiert wird und die Elektronikschaltungen anschließend vereinzelt werden.
Verfahren zur Herstellung mindestens einer organischen Elektronikschaltung (1) in Form eines mehrschichtigen Folienkörpers nach einem der Anspruch 23 bis 29, wobei die zweite elektrisch leitende Schicht mittels eines digitalen Strukturierungsverfahrens, insbesondere mittels Digitaldruckes strukturiert wird.