DE2263645C2

DE2263645C2 - Elektrolumineszente Wiedergabevorrichtung sowie Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE2263645C2
Application number: DE2263645A
Authority: DE
Inventors: Bertrand Harold Murray Hill N.J. Johnson
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1972-12-27
Publication date: 1982-05-27
Also published as: FR2212737A1; AU5039572A; IT976173B; HK45377A; AU467387B2; NL177957C; GB1411600A; CA970066A; JPS5741827B2; NL177957B; CH582397A5; NL7217733A; DE2263645A1; BE793561A; KR780000567B1; AT323250B; PH11256A; FR2212737B1; SE397147B; JPS4879995A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrolumineszente Wiedergabevorrichtung der im Oberbegriff des r> Anspruches 1 angegebenen Art, sowie auf ein Herstellungsverfahren hierfür.

Aus der DE-OS 21 04 761 ist eine elektrolumineszente Wiedergabevorrichtung mit monolithisch integrierten lichtemittierenden Bauelementen bekannt. Die jn einzelnen Bauelemente befinden sich in matrixförmiger Anordnung und sind dabei durch in das Halbleitersubstrat in Gitterform eingearbeitete Nuten voneinander getrennt. Die Nuten sind mit einem für die ausgesandte Strahlung undurchlässigen organischem Material, ζ. Β. !> einem Epoxyharz, gefüllt, um eine seitliche Abstrahlung der Bauelemente zu verhindern. Bei der bekannten elektrolumineszenten Wiedergabevorrichtung ist das derartigen Vorrichtungen eigene Problem, daß die Erkennbarkeit der dargestellten Zeichen bei hoher Umgebungslichtstärke stark beeinträchtigt wird, nicht angesprochen.

Die Erkennbarkeit ist eine direkte Funktion des Kontrastverhältnisses, welcher aus der Leuchtdichte der elektrolumineszenten Bauelemente und der Leuchtdich- ί> te der Umgebung dieser Elemente infolge Reflexion des Umgebungslichtes gebildet ist.

Das Hintergrundreflektionsvermögen in der Umgebung der Wiedergabeelemente der Vorrichtung muß also möglichst klein gemacht werden.

Darüber hinaus sollte die Umgebung von möglichst gleicher Beschaffenheit wie die lichtemittierenden Bereiche sein, damit diese Bereiche weitgehend unsichtbar bleiben, solange sie abgeschaltet sind.

Zur Verbesserung der Erkennbarkeit sind verschiede- si ne Methoden verwendet worden. Eine übliche Methode ist die, ein optisches Filter vorzusehen, daß so ausgewählt ist, daß es nur Licht der Emissionswellenlänge des Wiedergabeelements durchläßt. Die angestrebte Kontrastverbesserung stellt an die Qualität des Filters jedoch hohe Ansprüche.

Ein anderer Weg ist der, eine geschwärzte Keramik als Substrat zu verwenden. Diese Methode reduziert zwar das Reflektionsvermögen des Substrates, beläßt aber die Reflektion an der später aufgebrachten Metallisierung. Hinzu kommt, daß die Schwärzung die Oberfläche des Substrates rauh und damit als Unterlage für Dünnschicht-Bauelemente unbrauchbar macht.

Es ist also die Aufgabe zu lösen, wie der Wiedergabe Kontrast und damit die Erkennbarkeit der Zeichen einer elektrolumineszenten Wiedergabevorrichtung auf einfachste Weise wirksam verbessert werden können, ohne dabei mit vorgeschalteten Farbfiltern oder aufrauhender Schwärzung der Substratoberfläche arbeiten zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst

Hiernach wird eine durch Wärmebehandlung dunkel gebrannte Fotolackschicht als kontrastverstärkendes Umfeld für das lichtemittierende Bauelement benutzt

Da ein Fotolack als Ausgangspunkt für die Herstellung der kontrasterhöhenden Abdeckschicht benutzt wird, kann auf eine bestehende, ausgereifte Technologie zurückgegriffen werden; die kontrasterhöhenden Abdeckschichten lassen sich deshalb in außerordentlich gleichförmiger Qualität herstellen.

Bei einem bevorzugten Herstellungsverfahren der elektrolumineszenten Wiedergabevorrichtung erfolgt erfindungsgemäß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mehr als 200⁰C.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

F i g. 1 eine Schrägansicht eines metallisierten Keramik-Substrates vor dem Befestigen von Licht emittierenden Bauelementen und zu ihrer Ansteuerung dienenden integrierten Schaltungselementen, und

F i g. 2A bis 2F Schnittansichten zur Darstellung der verschiedenen Bearbeitungsstufen des Keramik-Substrates.

Das Keramiksubstrat 10 ist mit einer Metallisierung 11 selektiv beschichtet. Die mit 11a bezeichneten Bereiche sind die sieben Streifen, an denen die Licht emittierenden Bauelemente (LED) befestigt werden; auf dem Bereich 11 rf wird ein integriertes Schaltungsplättchen befestigt, das zur Ansteuerung der LEDs dient. Die verbindenden Leitbahnen sind mit 11b und die Befestigungsstellen für äußere Anschlußverbindungen mit lic bezeichnet. Die Metallisierung ist typischerweise Gold.

Der übliche Verfahrensablauf zur Herstellung des metallisierten Substrates, wie dieses in F i g. 1 dargestellt ist, ist in Fig. 2A bis 2C schematisch wiedergegeben. F i g. 2C ist dabei eine Schnittansicht von F i g. 1 längs der Linien 2C-2C. Dabei wird aas Keramik-Substrat 10 zunächst mit einer gleichförmigen Metallschicht 11 beschichtet (F i g. 2A). Sodann wird die Metallschicht mit einer üblichen Fotolackmaske 12 (Fig.2B) beschichtet und geätzt, um das in Fig.2C und Fig. 1 dargestellte gedruckte Schaltungsmuster auf dem Keramik-Substrat zu erzeugen.

Als nächstes wird die Licht absorbierende Abdeckschicht z. B. mit folgenden Verfahrensschritten aufgebracht:

1. 5 Minuten langes Eintauchen des Substrates in kochendes Trichloräthylen.

2. Eine Minute langes Abspülen des Substrates in deionisiertem Wasser mit Ultraschallrührung.

3. 5 Minuten langes Eintauchen des noch vom Spülvorgang nassen Substrates in eine Passivierungslösung aus einem Teil Ammoniumpersulfat auf zehn Teile deionisiertes Wasser bei 23° C.

4. 3 Minuten langes Spülen in deionisiertem Wasser (drei vollständige Spülvorgänge) mit Ultraschallrührung

5. 30 Minuten langes Erhitzen auf 120°C in Stickstoffgas.

6. Abblasen mit gefiltertem Stickstoff gas und gegebenenfalls Aufbewahren des Substrates in einer Trocknungskammer, da die Haftung der Fotolackschicht schlechter wird, wenn das Substrat beim Auftragen feucht ist

7. Aufbringen der Fotolackschicht.

Der bei einem ersten Ausführungsbeispiel benutzte Fotolack war eine Lösung in organischem Lösungsmittel aus Kresol-Formaldehyd-Harzen mit photolytisch zersetzbaren Napthochinondiaziden. Das Kresol-Formaldehyd-Harz, 77 Gewichtsprozent, war

Das verwendete Naphthochinondiazid, 23 Gewichtsprozent, war

Das Lösungsmittel war 81% Äthylglycolacetat, 10% Xylol und 9% n-Butylacetat. Es handelte sich dabei um einen Positiv-Fotolack, der in wäßrigen alkalischen Entwicklern nach Belichtung mit UV-Licht löslich wird. Die Änderung in der Löslichkeit ist das Ergebnis einer fotochemischen Zersetzung des Diazides, gefolgt von einer Umordnung und Hydrolyse:

N₂ j +

C==O

Der Fotolack wurde vor Gebrauch mit einem 0,8 Mikrometer Membranfilter gefiltert und dann auf das auf einem Drehtisch befestigte Substrat aufgebracht. Sodann wird das Substrat 30 Sekunden lang mit a; Umdrehungen pro Minute unter einer abgeschlossenen Vakuumhaube geschleudert.

8. Das Substrat mit seiner gleichförmigen, etwa 8 Mikrometer dicken Fotolackschicht wird dann 20 Minuten lang unter Stickstoff bei 70°C erhitzt. Das Substrat hat dann das in Fig. 2D dargestellte Stadium erreicht. In F i g. 2D ist die Fotolackschicht mit 13 bezeichnet.

9. Nach visueller Prüfung auf Risse und schlechte Haftung wird die Fotolackschicht 4 Minuten lang mit UV-Licht durch eine Maske hindurch im gewünschten Muster belichtet. Die Maske ist so gewählt, daß diejenigen Gebiete belichtet werden, wo der Fotolack entfernt werden soll, d. h. auf den Befestigungsgebieten lla, llcund Hu. ω

10. Die belichtete Fotolackschicht wird durch einen alkalischen Entwickler in wäßriger (deionisiertes Wasser) Lösung (1:1) durch Besprühen und 2 Minuten langes Einweichen entfernt.

11. Das Substrat wird dann in 6O⁰C warmem b5 deionisiertem Wasser gespült.

12. Das Substrat wird in Stickstoffgas getrocknet und auf richtige Schichtbeseitigung geprüft.

13. Das Substrat wird dann einem Warmbehandlungszyklus auf 350°C in Luftumgebung unterzogen, und zwar beginnend bei 150°C mit einem Temperaturanstieg von 50°C pro 5 Minuten während des gesamten Warmbehandlungszyklus.

Das resultierende Substrat ist in Fig. 2E dargestellt.

Als Ergebnis der Warmbehandlung, nimmt die Fotolackschicht eine tiefbraune Farbe an, sie gibt daher einen hohen Kontrast für die fertige Wiedergabevorrichtung.

Schließlich werden die LEDs und die integrierte Schaltung an den Anschlußstellen befestigt, die vom dunkel gebrannten Fotolack nicht bedeckt worden sind. Die fertige Wiedergabevorrichtung ist in Fig. 2F dargestellt, in der die LEDs mit 14 bezeichnet sind. Die LEDs können aus GaP oder GaAsP aufgebaut sein.

Es wurde gefunden, daß das Dunkelwerden des Fotolackes bei Temperaturen oberhalb 200° C auftritt. Es sind dieses inbesondere auch die Temperaturen, bei denen die anderen Bauteile am Substrat befestigt werden. Alternativ kann daher beides auch gleichzeitig erfolgen. Die zur Anwendung gelangenden Temperaturer, liegen deutlich oberhalb jener Temperaturen, welche für die übliche Wärme-Nachbehandlung von Fotolackschichten empfohlen sind, wenn diese ihrem eigentlichen Verwendungszweck entsprechend benutzt

werden sollen. Die ausgezeichnete Haftung des Fotolackes, die mit der Farbänderung einhergeht, ist ein beachtlicher Vorteil für den hier vorgesehenen Zweck. Die dunkel gebrannte Beschichtung hat noch den Vorteil weitgehend Kratzbeständig zu sein und bietet deshalb der Wiedergabevorrichtung während ihrer weiteren Verarbeitung einen gewissen Schutz.

Die Dicke der Fotolackschicht ist nicht kritisch. Die Schichtdicken liegen üblicherweise zwischen 0,1 bis 10 Mikrometer. Die Schichten werden /.. B. im Schleuder-, Sprüh-, Tauch- oder Warmaufwalzverfahren aufgebracht.

Es wurden auch Beschichtungen anderer Fotolackmaterialien auf Keramik-Substrate aufgebracht, um das gleichförmige Verhalten der Fotolackmaterialien für den vorliegenden Zweck zu demonstrieren. Alternativ zu dem unter Schritt 7. genannten Fotolack kann auch eine Xylol-Lösung von zyklischem Polyisopren

CH,-

CH₃

eines durchschnittlichen Molekulargewichtes von 65.000 verwandt werden. Die lichtempfindliche Komponente war 2,6-Bis(p-azidobenzal)-4-methylcyclohexanon

CH₃

Die Photolyse dieses Azides führt zur Entwicklung von Stickstof! und zur Bildung einer aktiven Nitren-Zwischenstefe:

Dieses Nitren vermag sich mit dem benachbarten Polyisopren entweder durch Wasserstoffentzug mit Additionsreaktion zu verbinden oder durch eine Substitutiorisreaktion in gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. Das Resultat ist ein vernetztes Polymer verringerter Löslichkeit. Der Fotolack ist also ein Negativ-Photolack. Dieser Fotolack ist gegenüber Wellenlängen von 350 bis 450 nm fotoempfindlich und kann mit einer üblichen Quecksilberbogenlampe belichtet werden. Ein geeigneter Entwickler ist eine niedrig siedende Petroleumfraktion, und der Spülvorgang kann in Methanol erfolgen. Der Dunkelbrennvorgang war derselbe wie zuvor. Der resultierende dunkel gebrannte Film war qualitativ dem vorher erhaltenen äquivalent.

Als weitere Alternative wurde eine Xylol-Lösung von Polyisobutylen, gemischt mit bitfunktionellen aromatischen Säureverbindungen, die eine Azidobenzol-Gruppe wie

50 -CH = CH-C

enthalten, verwendet. Diese brtfunktionelle Verbindung vernetzt zwei der Polyisobutylen-Moleküle mit Hilfe von Kopplungsreaktionen.

Dieser Fotolack kann ebenfalls mit einer Quecksilberbogenlampe belichtet und mit einer niedrig siedenden Petroleumfraktion entwickelt werden. Eine Warmbehandlung bei einer Temperatur oberhalb 200⁰C führt zu einem Dunkelwerden des Films und erhöht die Filmhaftung in praktisch gleicher Weise, wie dieses oben beschrieben worden ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolumineszente Wiedergabevorrichtung mit einem Substrat, auf dem wenigstens ein Licht emittierendes Bauelement nebst einer seiner Kontaktierung dienenden Metallisierung und eine Abdeckschicht aus einem Licht absorbierenden organischen Material aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Fotolack ist, der durch eine Wärmebehandlung dunkel gebrannt ist, so daß er auffallendes Umgebungslicht stark absorbiert

2. Elektrolumineszente Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Dicke zwischen 0,1 und 10 μίτι aufweist

3. Verfahren zum Herstellen der elektrolumineszenten Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mehr als 200⁰C erfolgt.