Mit organischen Transistoren zu günstigeren flexiblen Displays Fertigung bei unter hundert Grad

Industrielles Niedertemperatur-Verfahren für organische Transistoren

FlexEnable hat eine vollständige Palette an Prozessen zur Herstellung flexibler TFT-Arrays für Displays und Sensoren industrialisiert. Realisiert wird der Prozess durch die Verwendung organischer Halbleiter und dielektrischer Polymerlösungen sowie durch die Kombination standardmäßiger Druck-, Beschichtungs- und Strukturierungsmethoden aus der „Flat Panel Display“- (FPD) Technik. Von FlexEnable hergestellte Transistor-Arrays und Displays nutzen eine PET-basierte Folie direkt als Substratmaterial. Möglich ist dies nur, weil der komplette Herstellungsprozess für die organischen Transistoren bei niedrigen Temperaturen erfolgt. Verschiedene Werkstoffe für die frontseitigen Ebenen kommen hinzu. Kunststoffsubstrate und Drucktechniken sind die beiden Eckpfeiler eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens, mit dem sich die Kosteneffizienz weiter steigern lassen wird. Wahrscheinlich werden in den nächsten Jahren Rolle-zu-Rolle-Prozesse für organische Transistoren und Applikationen kommen, doch momentan erfolgt die Verarbeitung noch nach dem Platte-zu-Platte-Verfahren mit standardmäßigem FPD-Equipment und den entsprechenden Handhabungsverfahren.

Besonders kritisch ist die Substratbehandlung, da sie entscheidende Auswirkungen auf die Fertigungsausbeute hat. Für die Platte-zu-Platte-Verarbeitung flexibler Backplanes hängen alle Methoden zur Handhabung des Kunststoffsubstrats davon ab, die Kunststoffschicht irgendwie auf einem Stück Basisglas für das Display zu befestigen, das eben, inert und für die Verarbeitung mit herkömmlichem FPD-Equipment geeignet sein muss. Am Ende des Fertigungsverfahrens muss der Kunststoff wieder von diesem Glas abgelöst werden. Je nach der Prozesstemperatur gibt es hierfür grundlegend verschiedene Verfahren.

Deutliche Vereinfachung beim ­finalen Fertigungsschritt

Ein Verfahren zur Handhabung der Kunststoffsubstrate trägt beispielsweise die Bezeichnung EPLaR (Electronics on Plastic by Laser Release) [5]. Bei diesem Verfahren (auch Bond/Debond genannt) wird ein Glasträger mit einer Polyimidlösung beschichtet, die bei sehr hoher Temperatur (400 bis 450 °C) ausgehärtet werden muss. Daran schließt sich eine Variante des TFT-Prozesses an (LTPS, Oxid oder a-Si).

Das fertig verarbeitete Kunststoffsubstrat wird am Ende des Prozesses mit Lasertechnik vom Basisglas gelöst. Mit dieser Methode ist es möglich, die für anorganische TFTs erforderlichen Prozesse mit ihren höheren Temperaturen auch für Kunststoffsubstrate anzuwenden. Das Verfahren selbst ist allerdings kompliziert, erfordert komplexe Anlagen und Prozesse und ist außerdem nur für teurere Kunststoffe geeignet, die sehr hohe Temperaturen verkraften. Der (komplexe und nicht ganz verlustfreie) Laser-Ablöseprozess erfolgt zudem am Ende des Verfahrens, sodass er enorme Auswirkungen auf die Materialkosten hat.

Bei der Herstellung von OTFT-Arrays auf Kunststoff kommt dagegen ein einfacher Befestigungs- und Ablöseprozess zum Einsatz, bei dem das Kunststoffsubstrat (meist handelt es sich um PET oder eine andere flache, inerte und isolierende Folie) mithilfe einer dünnen Klebeschicht auf das Basisglas laminiert wird. Der Lagenaufbau durchläuft anschließend den Array-Prozess, bevor nach der Fertigstellung das Kunststoffsubstrat mit einem thermischen Ablöseprozess entfernt wird (Bild 3). Dieser Ablöseprozess ist einfach und kommt, wie bereits nachgewiesen wurde, in der Fabrik auf eine Ausbeute von nahezu 100 %. Das Basisglas kann übrigens mehrere Male wiederverwendet werden. Der verhältnismäßig einfache Befestigungs- und Ablöseprozess ist ein Beispiel dafür, wie sich der OTFT-Verfahrensablauf dank des Wegfalls hoher Temperaturen vereinfacht.