DE3884940T2

DE3884940T2 - Herstellung einer elektrolumineszenten dünnschichtvorrichtung.

Info

Publication number: DE3884940T2
Application number: DE88906907T
Authority: DE
Inventors: Takashi Nire; Satoshi Tanda
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2008-08-06
Also published as: EP0331736B1; EP0331736A4; JPS6441194A; DE3884940D1; EP0331736A1; WO1989001730A1; FI96084B; FI891651A0; US5164225A; FI96084C; FI891651A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht EL (Elektrolumineszenz) Vorrichtung und insbesondere auch ein Verfahren zum Bilden von Elektroden einer derartigen Vorrichtung.
Eine hohe Aufmerksamkeit hat sich auf eine eine Dünnschicht-Phosphorlage verwendende Dünnschicht EL-Vorrichtung anstelle einer einen Puder aus einer Zinksulfid (ZnS)-Phosphor-Zusammensetzung verwendenden Dispersions EL-Vorrichtung gerichtet, weil die zuerst genannte Vorrichtung eine hohe Luminanz liefern kann.
Eine Dünnschicht EL-Vorrichtung, bei der eine Leuchtlage zur Minimierung einer durch das Streuen von von außen einfallendem Licht und von dem innerhalb der leuchtenden Schicht emittierten Licht verursachten Lichthofbildung oder Leuchtunschärfe in der Form einer dünnen Schicht gebildet ist, und die dadurch ein hohes Maß an Schärfe und Kontrast bietet, wurde als Vorrichtung zum Anbringen an Fahrzeugen, als Anzeigeeinheit, wie etwa bei einem Computerterminal, oder als Beleuchtungsvorrichtung benutzt.
In dem Fall, in dem eine Dünnschicht EL-Vorrichtung als Anzeige benutzt wird, ist die EL-Vorrichtung, wie in den Fig. 2(a), (b) und (c), bei der lichtdurchlässigen Oberflächen - und Hinterflächenelektroden 101 und 102 die Form von Mustern aus den Intervallen einer festgelegten Entfernung voneinander beabstandeten Streifen annehmen, und sich die Elektroden 101 und 102 unter Bildung von rechten Winkeln schneiden, auf Art einer Punktmatrix aufgebaut- Eine Leuchtlage 103 ist zwischen den Oberflächen- und Hinterflächenelektroden eingefügt und jeder Schnittpunkt zwischen den Oberflächen- und Hinterflächenelektrodenmustern bildet eines der Elemente der Dünnschicht EL-Vorrichtung. Fig. 2(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der EL-Vorrichtung, Fig. 2(b) ist eine Draufsicht darauf und Fig. 2(c) ist eine Schnittansicht davon.
Im einzelnen ist eine erste Isolierlage 104 zwischen der Leuchtlage 103 und den Oberflächenelektroden 101 angeordnet und eine zweite Isolierlage ist zwischen der Leuchtlage 103 und den Hinterflächenelektroden 102 angeordnet. Der Lichtemissionsprozeß dieser Dünnschicht EL-Vorrichtung ist wie folgt. Wenn zunächst als Antwort auf ein Eingabesignal eine Spannung zwischen den Mustern der Oberflächen- und Hinterflächenelektroden 101 und 102 angelegt wird, werden an den Schnittpunken zwischen diesen Mustern elektrische Felder in der Leuchtlage 103 erzeugt, so daß bis dahin in dem Grenzflächenniveau gefangene Elektronen davon gelöst und beschleunigt werden, wodurch die Elektronen genügend Energie erhalten, um mit Orbitalelektronen von Leuchtzentrumsverunreinigungen zusammenzustoßen, wodurch die Orbitalelektronen angeregt werden. Wenn die derartig angeregten Leuchtzentrumselektronen in den Grund- oder Normalzustand zurückkehren, emittieren sie Licht.
Bei einer derartigen Dünnschicht EL-Vorrichtung sind die Elektroden der Elemente der EL-Vorrichtung an einem ihrer Enden mit Anschlüssen 106 versehen, die über zugehörige Leitungsdrähte mit einer externen Steuervorrichtung (nicht gezeigt) zu verbinden sind, und dabei sind die Anschlüsse gewöhnlicherweise aus einer Nickel (Ni)-Schicht gebildet.
Derartige Anschlüsse 106 wurden herkömmlicherweise durch ein Elektronenstrahlaufdampfverfahren gebildet, nach der aufeinanderfolgenden Bildung des Musters von Oberflächenelektroden 101, der ersten Isolierelage 104, der Leuchtlage 103, der zweiten Isolierlage 105 und dann des Musters der Hinterflächenelektroden 102.
Bei dem Musterbildungsverfahren wurde ein Nickel-Dünnschicht-Muster gewöhnlicherweise durch ein selektives Bedampfungsverfahren hergestellt, d.h. durch das Elektronenstrahlbedampfungsverfahren unter Benutzung einer Metallmaske.
Dieses selektive Bedampfungsverfahren hatte jedoch ein dahingehendes Problem, daß der Musterrand nicht exakt der Maske entspricht, d.h., die Form kann nicht scharf bestimmt werden, was eine schlechte Mustergenauigkeit zum Ergbnis hat.
Eine derartige EL-Vorrichtung war auch dahingehend nachteilhaft, daß, weil die Elektroden der Vorrichtung eine hohe Teilung von etwa 0,5 mm aufweisen, es äußerst schwierig ist ein derartig feines Muster mit der Metallmaske auszurichten, und daher wird die Produktionsausbeute aufgrund von Positionsverschiebungen in dem Muster vermindert.
Zur Behebung derartiger Probleme wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Anschlußmusterbildung mit einem Fotolitographieverfahren durchgeführt wird.
Bei diesem Verfahren werden, wie in Fig. 3(a) dargestellt ist, zunächst Elemente gebildet und dann werden Nickeldünnschichten 106' in Form eines Streifens durch das Elektronenstrahlbedampfungsverfahren hergestellt. Nachfolgend wird die Musterbildung durch das Fotolitographieverfahren zur Bildung von Nickelanschlüssen 106 bewirkt, wie in Fig. 3(b) dargestellt ist.
Dieses Verfahren ist dahingehend vorteilhaft, daß die Mustergenauigkeit verbessert wird, aber nachteilhaft, weil Verunreinigungsionen oder Feuchtigkeit häufig eine Beschädigung der Elemente der EL-Vorrichtung bei dem Ätzschritt verursachen und ferner die Anzahl von Schritten bei dem Fotolitographieverfahren groß ist, was zum Ergebnis hat, daß die Kosten der zugehörigen Fotomasken hoch sind, usw.
Es gehört zum allgemeinen Wissen, daß die Elemente einer Dünnschicht EL-Vorrichtung Gegenstand von Beschädigungen durch Feuchtigkeit oder Verunreinigungsionen bei dem Ätzschritt sind. Dieses Phänomen war ein ernsthaftes Problem bei Dünnschicht EL-Vorrichtungen, weil derartige Vorrichtungen insbesondere unter hohen elektrischen Feldern benutzt werden, so daß eine häufige Benutzung einer derartigen Vorrichtung das Zerlegen der auf der Vorrichtung adsorbierten Feuchtigkeit in dem elektrischen Feld und das Eindringen in die Grenzflächen der Schichten verursacht, was eine Schichtlösung verursacht und eine verkürzte Benutzungslebensdauer mit sich bringt.
Die JP-A-59-23492, JP-A-59-27497 und JP-A-61-61398 offenbaren Dünnschicht EL-Vorrichtungen mit matrixartigen Elektrodenmustern.
Die US-A-4 614 668 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht EL-Vorrichtung, bei dem ein leitfähiges Muster aus ersten Elektroden gebildet wird, an Stellen außerhalb dieses Musters gleichzeitig gebildet werden (a) mit den ersten Elektroden in Verbindung stehende und als eine Basis für erste Elektrodenanschlüsse für die ersten Elektroden dienende Flecken und (b) isolierte Flecken, die nicht mit den Elektroden in Verbindung stehen und als Basis für zweite Elektrodenanschlüsse dienen, wobei eine Verbindung zwischen den isolierten Flecken und zweiten Elektroden bei einem Schritt des Bildens des Musters von zweiten Elektroden herbeigeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird geschaffen ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht-EL Vorrichtung auf einem Substrat mit ersten und zweiten Randbereichen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Auf dem Substrat bilden eines leitfähigen Musters, umfassend eine Mehrzahl von ersten Elektroden und ersten Elektrodenanschlußbereichen für die ersten Elektroden über einem ersten Gebiet, eine Mehrzahl von zweiten Elektrodenanschlußbereichen über einem zweiten Gebiet, wobei die ersten Elektrodenanschlußbereiche auf dem ersten Randbereich angeordnet sind und die zweiten Elektrodenanschlußbereiche auf dem zweiten Randbereich angeordnet sind;
Eintauchen der ersten und zweiten Randbereiche, auf denen die ersten und zweiten Elektrodenanschlußbereiche gebildet worden sind, in eine Plattierungslösung, ohne daß die innerhalb der ersten und zweiten Randbereiche liegenden Bereiche des Substrats eingetaucht werden, um durch selektives Plattieren plattierte Schichten auf den ersten und zweiten Anschlußbereichen nur innerhalb der ersten und zweiten Randbereiche zu bilden;
Bilden einer ersten Isolierschicht über den ersten Elektroden;
Bilden einer Lumineszenzschicht auf der ersten Isolierschicht;
Bilden einer zweiten Isolierschicht auf der Lumineszenzschicht; und
Bilden einer Mehrzahl von zweiten Elektroden auf der zweiten Isolierschicht und Randbereichen der plattierten zweiten Elektrodenanschlußbereiche, so daß die zweiten Elektrodenanschlußbereiche jeweils mit einer der zweiten Elektroden verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 (a) bis 1(e) jeweils verschiedene Schritte in einem Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht EL-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 (a) bis 2(c) Diagramme zum Erläutern des Aufbaus einer gewöhnlichen Dünnschicht EL-Vorrichtung; und
Fig. 3 (a) und 3(b) einen Elektrodenanschluß-Bildungsschritt in einem bekannten Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht EL-Vorrichtung.
Zunächst auf Fig. 1(a) Bezug nehmend, wird eine Indium- Zinn-Oxid (ITO)-Lage mit einem Sputterverfahren auf einem Glassubstrat 1 gebildet und dann einer Musterbildung durch ein fotolithographisches Verfahren unterzogen zur Bildung eines lichtdurchlässigen Streifenmusters von Oberflächenelektroden 2, die in Intervallen mit einem festgelegten Abstand angeordnet sind, und eines benachbarten Anschlußbildungsmusters 2U, das an einem Ende des Substrats vorgesehen ist und sich senkrecht zu dem Streifenmuster ausdehnt.
Auf Fig. 1(b) Bezug nehmend wird eine erste, aus Tantalpentaoxid (Ta&sub2;O&sub5;) hergestellte Isolierlage 3 auf dem in dem vorhergehenden Schritt erhaltenen Substrat mit einem Sputterverfahren gebildet, währenddessen eine Metallmaske so benutzt wird, daß sie eines der Enden der Oberflächenelektroden und das gesamte Muster 2U nicht bedeckt, d.h., daß diese freiliegen.
Auf Fig. 1(c) Bezug nehmend, wird das resultierende Substrat als nächstes für insgesamt 4 mal bis zu einer festgelegten Tiefe in eine autokatalytische Nickelplattierungslösung eingetaucht, und zwar aufeinanderfolgend an seinen vier Seiten, so daß die Lösung bei jedem Eintauchen des Substrats die Höhe L erreicht, wodurch nickelplattierte Lagen 7 gebildet werden. Danach werden die nickelplattierten Lagen ferner einer ähnlichen autokatalytischen Goldplattierungsabscheidung darauf unterzogen zur Bildung von goldplattierten Lagen 8. Als Ergebnis werden zweilagige (Nickel und Gold) Anschlußstrukturen gebildet (siehe Fig. 1(d) und 1(e)).
In diesem Zusammenhang kann die Nickelplattierungslösung beispielsweise umfassen 39g/l von NiSO&sub4;.6H&sub2;O, 30g/l von NaH&sub2;PO&sub2;H&sub2;O, 20g/l von NH&sub2;CH&sub2;COOH, 20g/l von Na&sub3;C&sub6;H&sub5;O&sub7;2H&sub2;O, und 2ppm von Pb(NO&sub3;)&sub2;, der PH-Wert der Lösung wird auf 5-6 eingestellt und die Temperatur der Lösung wird auf 80-90ºC eingestellt.
Die Goldplattierungslösung kann beispielsweise umfassen 28g/l Kaliumgoldcyanid, 60g/l Zitronensäure, 45g/l Wolframsäure, 16g/l Natriumhydroxid, 3,75g/l N-N-Diäthylglycinnatrium und 25g/l Caliumphthalat und kann mit einem PH-Wert von 5-6 und einer Temperatur von 85-93ºC eingestellt sein.
Auf die obigen Schriften folgend werden eine aus Terbium (Tb) als Leuchtzentrumsverunreinigung enthaltendem Zinksulfid (ZnS), d.h. aus ZnS:Tb, hergestellte Leuchtlage 4, eine zweite aus Ta&sub2;O&sub5; hergestellte zweite Isolierlage 5 und ein aus Aluminium (Al) hergestelltes streifenförmiges Muster von Hinterflächenelektroden 6 durch ein gewöhnliches Verfahren gebildet zur Vervollständigung einer derartigen Dünnschicht EL- Vorrichtung vom Punktmatrixtyp, wie in Fig. 1 (e) dargestellt ist.
Das Muster der Hinterflächenelektroden ist so angeordnet, daß es sich senkrecht zu dem vorgenannten Oberflächenelektrodenmuster ausdehnt und auch die Anschlüsse der nickel- und goldplattierten Lagen 7 und 8 teilweise überlappt, um den Enden der Anschlüsse zu erlauben, daß sie freiliegen und mit einer externen Vorrichtung elektrisch verbunden werden.
Bei der derartig vervollständigten Dünnschicht EL- Vorrichtung entspricht jeder der sich überlappenden oder schneidenden Teile zwischen dem Muster der Oberflächen- und Hinterflächenelektroden 2 und 6 einem der Bildelemente der Vorrichtung und die Bildinformation entsprechende Leistungslieferung an einen der Anschlüsse erlaubt das Aussenden von Licht von den entsprechenden Bildelementen.
Gemäß der vorgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im wesentlichen ohne Verursachung irgendeiner Beschädigung der Elemente der Vorrichtung ein im hohen Maße genaues Anschlußmuster auf einfache Weise verwirklicht werden.
Demnach wird eine Dünnschicht EL-Vorrichtung geschaffen, die das Beschädigen von Elementen in der Vorrichtung durch Schichtlösen o. dgl. verhindern kann, selbst wenn die Vorrichtung für eine lange Zeitdauer benutzt wird und daher kann die Zuverlässigkeit hoch und die Kosten niedrig gehalten und die Lebensdauer verlängert werden.
Obwohl die Erläuterung in Verbindung mit dem Fall vorgenommen wurde, bei dem die Unterlagen- oder Substratseite bei der vorgenannten Ausführungsform die transparenten Elektroden aufweist, kann ein erfindungsgemäßes Verfahren auch angewandt werden bei einer Dünnschicht EL-Vorrichtung des Typs mit transparenten Elektroden als Oberlagenseite.
Bei dem zuletztgenannten Fall wird es schwierig, das Anschlußmuster mit Nickel zu plattieren, wenn die (Hinterflächen) Elektroden und das unter dem Anschluß liegende Muster aus Aluminium gebildet sind. Das ist so, weil Aluminium eine größere Elektronegativität aufweist als Nickel und sich daher in der Nickellösung löst. Daher sollte das Anschlußmuster aus einem anderen Metall als Aluminium gebildet sein oder ein derartiges Material sollte als Material der (Hinterflächen) Elektroden oder des darunterliegenden Musters benutzt werden, das sich nicht in der zu benutzenden Plattierungslösung löst, oder eine Spezielle Vorbehandlung soll zum Erlauben der Nickelplattierung vorher vorgesehen sein.
Bei der vorgenannten Ausführungsform wurde der Plattierungsschritt nach der Bildung der ersten Isolierlage durchgeführt, aber er kann auch vor der Bildung der ersten Isolierlage bewirkt werden. Ferner müssen die Anschlüsse nicht immer notwendigerweise eine zweilagige Struktur aufweisen und die Anschlüsse können beispielsweise vom Typ einer einzigen Nickellage sein.
Darüber hinaus erfolgte die vorstehende Beschreibung unter Bezugnahme auf eine Dünnschicht EL-Vorrichtung vom Punktmatrixtyp, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Herstellung einer derartigen Vorrichtung beschränkt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht- Elektrolumineszenz-Vorrichtung auf einem Substrat (1) mit ersten und zweiten Randbereichen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Auf dem Substrat bilden eines leitfähigen Musters, umfassend eine Mehrzahl von ersten Elektroden (2) und ersten Elektrodenanschlußbereichen für die ersten Elektroden über einem ersten Gebiet und eine Mehrzahl von zweiten Elektrodenanschlußbereichen (2 U) über einem zweiten Gebiet, wobei die ersten Elektrodenanschlußbereiche auf dem ersten Randbereich angeordnet sind und die zweiten Elektrodenanschlußbereiche auf dem zweiten Randbereich angeordnet sind;

Eintauchen der ersten und zweiten Randbereiche, auf denen die ersten und zweiten Elektrodenanschlußbereiche gebildet worden sind in eine Plattierungslösung, ohne daß die innerhalb der ersten und zweiten Randbereiche liegenden Bereiche des Substrats eingetaucht werden, um durch selektives Plattieren plattierte Schichten auf den ersten und zweiten Anschluß bereichen nur innerhalb der ersten und zweiten Randbereiche zu bilden;

Bilden einer ersten Isolierschicht (3) über den ersten Elektroden;

Bilden einer Lumineszenzschicht (4) auf der ersten Isolierschicht;

Bilden einer zweiten Isolierschicht (5) auf der Lumineszenzschicht; und

Bilden einer Mehrzahl von zweiten Elektroden (6) auf der zweiten Isolierschicht und Randbereichen der plattierten zweiten Elektrodenanschlußbereiche so, daß die zweiten Elektrodenanschlußbereiche jeweils mit einer der zweiten Elektroden verbunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ersten Elektrodenanschlußbereiche des leitfähigen Musters einstückig mit jeweils einer der ersten Elektroden des leitfähigen Musters gebildet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die ersten Elektroden (2) in Form von einer Mehrzahl von ersten Streifen und die zweiten Elektroden (6) in Form von einer Mehrzahl von zweiten Streifen, die im wesentlichen senkrecht zu den ersten Streifen sind, gebildet sind.