DE4310765A1

DE4310765A1 - Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Elektrolumineszenzelements

Info

Publication number: DE4310765A1
Application number: DE4310765A
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Kawashima; Harutaka Taniguchi; Hisato Kato; Kazuyoshi Shibata
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1993-10-21
Also published as: US5403614A; GB9306199D0; JPH05290970A; GB2266621A; GB2266621B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung eines in dünnen Anzeigevorrichtungen verwendeten Dünn schicht-Elektrolumineszenzelements.

Stand der Technik

Ein Dünnschicht-Elektrolumineszenzelement, das als Ergebnis des Anlegens eines elektrischen Feldes eine Elektrolumines zenz liefert (Elektrolumineszenz im folgenden mit EL abge kürzt), ist als Platte für dünne Anzeigevorrichtungen von Interesse, da das Element zur Lumineszenz mit hoher Hellig keit, hoher Auflösung und einer Kapazitätserhöhung fähig ist.

Der Aufbau herkömmlicher Dünnschicht-(EL)-Elemente ist in Fig. 2 in einer Querschnittsansicht und in Fig. 3 in einer Draufsicht gezeigt. Demnach sind transparente, aus einem Indiumzinnoxid (ITO) mit einer Schichtdicke von 2000 Å (200 nm) bestehende Elektroden (2) in parallelen Streifen auf einem Substrat (1) ausgebildet, über welche eine erste Isola tionsschicht (3) aus Si₃N₄ mit einer Schichtdicke von 3000 °A (300 nm), z. B. unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens, und eine Licht emittierende Schicht (4) aus ZnS:Mn mit einer Schichtdicke von 5000 Å (500 nm), z. B. unter Verwendung eines Elektronenstrahlverfahrens, sowie eine weitere, zweite Iso lationsschicht (5) aus Si₃N₄ mit einer Schichtdicke von 3000 Å (300 nm), z. B. unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens laminiert werden. Darüberhinaus wird unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens eine Aluminiumschicht mit einer Schicht dicke von 5000 Å (500 nm) darübergelegt, und dann werden nach der Durchführung der Strukturierung die Rückelektroden (6) in senkrecht zu den transparenten Elektroden (2) verlaufenden Streifen ausgebildet. Wird ein elektrisches Wechselfeld selektiv über die Rückelektroden (6) und die transparenten Elektroden (2) angelegt, dann emittieren die an den Schnitt punkten der beiden Elektroden vorhandenen Bildelemente Licht.

Aufgabe der Erfindung

Zur Verwendung eines oben beschriebenen EL-Elements in der Praxis ist es erforderlich, an den Rändern der transparenten Elektroden (2) und der Rückelektroden (6) zur elektrischen Verbindung mit integrierten Ansteuerschaltungen Elektroden anschlüsse vorzusehen. Insbesondere dürfen die Anschlüsse (21) an den transparenten Elektroden (2) nicht durch die erste Isolationsschicht (3), die Licht emittierende Schicht (4) und die zweite Isolationsschicht (5) überdeckt sein. Da die Licht emittierende Schicht (4) andererseits aus Materi alien hergestellt ist, die ZnS, CdS oder SrS in Kombination mit einem Übergangsmetall wie Mn oder Seltenerdelementen wie Tb, SM, Ce und Eu umfassen, lösen sich die Materialien der Licht emittierenden Schicht leicht in wäßrigen Säure- oder Alkalilösungen. Löst sich die Licht emittierende Schicht (4) als ein Ergebnis des Kontakts mit einer wäßrigen Lösung von Phosphor- und Salpetersäure auf, die eine aluminiumätzende Lösung z. B. zur Verwendung beim Ausbilden von Mustern für die Rückelektroden ist, dann tritt an der zweiten Isolations schicht (5) und den Rückelektroden (6) eine Schichtablösung auf. Folglich nehmen der Produktionsertrag und die Zuverläs sigkeit der EL-Elemente ab. Aus diesem Grund muß die Licht emittierende Schicht (4) wie gezeigt mit der zweiten Iso lationsschicht (5) überdeckt sein.

Um, wie oben beschrieben, die Muster für jede Schicht zu erhalten, werden die auf dem Glassubstrat (1) ausgebildeten ITO-Schichten in Streifen strukturiert, um transparente Elektroden (2) zu bilden, ihre Anschlüsse (21) werden mit Metallmasken überdeckt, um unter Verwendung eines Sputter- Verfahrens die erste Isolationsschicht (3) zu bilden, und dann werden die Metallmasken durch solche ersetzt, deren Größe kleiner als die Öffnungsfläche ist; schließlich folgt die Abscheidung der Licht emittierenden Schicht (4) über Elektronenstrahlabscheidung. Dann werden die Metallmasken wieder durch Masken ersetzt, die so breit sind wie die beim Ausbilden der ersten Isolationsschicht (3) verwendeten Masken, die zweite Isolationsschicht (5) wird unter Verwen dung des Sputter-Verfahrens ausgebildet, und schließlich werden die Metallmasken entfernt. Am Ende wird unter Verwen dung eines Sputter-Verfahrens eine Aluminiumschicht hinzu gefügt und dann durch Ätzen strukturiert, um die Rück elektroden (6) auszubilden.

Bei dem Verfahren zur Herstellung solch herkömmlicher EL- Elemente müssen die Masken mit dem Ausbilden jeder ersten Isolationsschicht (3), Licht emittierenden Schicht (4) und der zweiten Isolationsschicht (5) ersetzt werden. In diesem Fall muß das Substrat nach dem Ausbilden jeder Schicht aus einem in der Sputter- oder Abscheidungsanlage verwendeten Vakuumtank entfernt werden. Aus diesen Gründen gab es bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren Probleme wie eine über mäßig verminderte Produktivität und das häufige Ersetzen der Maske, wodurch die Gefahr der Bildung von Verschmutzungen auf der Substratoberfläche und einer Verringerung in der Ausbeute entstand, was beides zu Kostensteigerungen führte.

Die vorliegende Erfindung soll diese Probleme lösen und ein Herstellungsverfahren mit hoher Produktivität und hoher Ausbeute für ein EL-Element bereitstellen, das freigelegte, transparente Elektroden und eine Licht emittierende Schicht aufweist, die mit einer zweiten Isolationsschicht überdeckt sind.

Erfindungsgemäße Lösung

Um die obengenannten Ziele zu erreichen, liegt die vorlie gende Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Elektrolumineszenzelements, bei welchem wenig stens eine erste Isolationsschicht, eine Licht emittierende Schicht sowie eine zweite Isolationsschicht sequentiell auf einer Isolationsschicht über mehrere transparente Elektroden in parallelen Streifen laminiert werden, worüber mehrere Rückelektroden in senkrecht zu den transparenten Elektroden parallel verlaufenden Streifen angeordnet werden, wobei die Ränder der transparenten Elektroden zum Ausbilden von An schlüssen freigelegt sind. Die vorliegende Erfindung umfaßt auch das Verfahren (einschließlich des Prozesses) zum selek tiven Ausbilden der ersten Isolationsschicht, der Licht emittierenden Schicht oder der zweiten Isolationsschicht unter Verwendung von Masken, um die Anschlüsse der trans parenten Elektroden dicht an der Oberfläche eines Substrats abzuschirmen, das sich in einem Vakuumtank in einer zu den transparenten Elektroden senkrechten Richtung bewegt, sowie einer Quelle mit schichtbildendem Material, die an der von der Maske am weitesten entfernten Seite angeordnet ist. Ebenso ist wirkungsvoll, daß die erste Isolationsschicht, die Licht emittierende Schicht und die zweite Isolationsschicht unter Verwendung einer Maske in der Nähe der Oberfläche des Substrats ausgebildet werden, das sich in dem gleichen Va kuumtank bewegt. Darüberhinaus ist auch wirkungsvoll, daß die erste Isolationsschicht und die Licht emittierende Schicht in einer Fläche gleicher Größe unter Verwendung einer gemein samen Maske ausgebildet werden, die auf der Substratober fläche angeordnet ist, um die Anschlüsse der transparenten Elektroden abzuschirmen. Auch ist es wirkungsvoll, daß eine Leiterschicht für die Rückelektroden dadurch ausgebildet wird, daß das Substrat in dem gleichen Vakuumtank trans portiert wird, nachdem die zweite Isolationsschicht ausge bildet worden ist. Außerdem ist dabei wirkungsvoll, daß die beim Ausbilden der zweiten Isolationsschicht verwendete Maske als Abschirmung wirkt, indem eine größere Fläche als die der bereits ausgebildeten, Licht emittierenden Schicht geöffnet wird.

Es ist möglich, selektiv Schichten auszubilden, wobei die Ränder der transparenten Elektroden an der Oberfläche des Substrats freigelegt sind, während das Substrat in einer zu den transparenten Elektroden senkrechten Richtung in einem Vakuumtank bewegt wird, indem Masken dicht an der Substrat oberfläche zwischen der Substratoberfläche und der Quelle mit schichtbildendem Material angeordnet werden. Die kontinuier liche Ausbildung von Schichten ist demnach in ein und dem selben Vakuumtank möglich. Indem die Fläche der zweiten Isolationsschicht größer als die Fläche der Licht emittie renden Schicht gemacht wird, läßt sich verhindern, daß die Licht emittierende Schicht geätzt wird, wenn die Rückelek troden strukturiert werden. Falls darüberhinaus die Flächen der Licht emittierenden Schicht und der ersten Isolations schicht identisch gemacht werden, dann können die an der Substratfläche angeordneten Masken auch für letzteren Zweck verwendet werden, ohne daß sie ersetzt werden müßten.

Fig. 1 zeigt ein nach der ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung hergestelltes Dünnschicht-EL-Element. Fig. 1 (a) zeigt die Draufsicht, Fig. 1 (b) den Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 (a) und Fig. 1 (c) den Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 1 (a). Die Fig. 2 und 3 gemeinsamen Teile erhielten die gleichen Bezugszahlen. Das Element wurde durch Anwendung der folgenden Prozesse hergestellt.

Zunächst wird nach dem Überdecken des Glassubstrats (1) mit einer ITO-Schicht mit einer Schichtdicke von 2000 Å (200 nm) eine Strukturierung in parallelen Streifen durchgeführt, um die transparenten Elektroden (2) auszubilden. Dann wird eine Metallmaske auf das Substrat gesetzt, um seinen Umfang zu überdecken, die erste Isolationsschicht (3) aus Si₃N₄ mit einer Schichtdicke von 3000 Å (300 nm) wird unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens darübergedeckt, und die Licht emittierende Schicht (4) aus ZnSMn mit einer Schichtdicke von 6000 Å (600 nm) wird in dem gleichen Vakuumtank ausgebildet, während die Metallmaske fixiert bleibt. Dies bedeutet, daß die erste Isolationsschicht (3) und die Licht emittierende Schicht (4) auf einer Fläche mit der gleichen Größe laminiert werden. Das mit den transparenten Elektroden (2) ausgebildete Substrat (1), die erste Isolationsschicht (3) und die Licht emittierende Schicht (4) werden auf die oben beschriebene Weise aus dem Vakuumtank genommen, und die Metallmaske wird entfernt. Dann wird das Substrat (1) wie in Fig. 4 gezeigt in einem anderen Vakuumtank gegen das Si₃N₄-Target (20) gesetzt, wobei dazwischen die Masken (8) angeordnet sind, um die Ränder der transparenten Elektroden (2) abzuschirmen. Fig. 5 ist eine Perspektivansicht dieses Zustands aus der Sicht von der Seite der Maske (8). Dann wird das Substrat (1) in der durch den Pfeil (10) angedeuteten Richtung in dem Vakuumtank transportiert, während das Substrat gesputtert wird, wobei die zweite Isolationsschicht (5) aus Si₃Ni₄ bandförmig mit einer Schichtdicke von 3000 Å (300 nm) ausgebildet wird, und wobei die Elektrodenanschlüsse (21) der transparenten Elek troden wie in Fig. 1 (a) gezeigt freigelegt sind. Obwohl die Maske (8) mit dem Glassubstrat (1) nicht in Kontakt gelangt, ist es wünschenswert, daß die Maske so dicht wie möglich am Substrat angeordnet ist, bevorzugt mit einem Abstand von 0,5 mm bis 3 mm. In diesem Fall wird die Oberfläche der Licht emittierenden Schicht (4) vollständig mit der zweiten Isola tionsschicht überdeckt, indem ein Rand der Maske (8) so plaziert wird, daß sie von dem oberen Teil der Ränder der ersten Isolationsschicht (3) und der Licht emittierenden Schicht (4) nach außen gewandt ist. Daraufhin wird unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens über der gesamten Fläche des Substrats (1), das im Vakuumtank zu einer Stelle trans portiert worden ist, wo keine Maske (8) vorhanden ist, eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 5000 Å (500 nm) ausge bildet und dann unter Verwendung einer wäßrigen Lösung aus Phosphor- und Salpetersäure naßgeätzt, um die Rückelektroden (6) auszubilden.

Bei einem solchen Herstellungsverfahren sind die Oberfläche und die Seiten der Licht emittierenden Schicht (4) mit der zweiten Isolationsschicht (5) überdeckt, wenn die Aluminium schicht zum Ausbilden der Rückelektroden (6) geätzt wird. Darüberhinaus sind diese Abschnitte nicht der Ätzlösung aus gesetzt, was bedeutet, daß die Ausbeute oder die Zuverläs sigkeit nicht durch eine Schichtablösung verringert wird. Da außerdem die Ausbildung der ersten Isolationsschicht (3) und der Licht emittierenden Schicht (4) sowie die Ausbildung der zweiten Isolationsschicht (5) und der Metallage für die Rück elektroden (6) kontinuierlich in dem gleichen Vakuumtank durchgeführt werden, ist die Produktivität erhöht, und Ver schmutzungen während des Prozesses lassen sich vermeiden.

Fig. 6 zeigt ein nach einer zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung hergestelltes Dünnschicht-EL-Element, bei dem die Fig. 1, 2 und 3 gemeinsamen Teile die gleichen Bezugsziffern erhielten. Fig. 6 (a) zeigt die Draufsicht, Fig. 6 (b) und (c) zeigen den Querschnitt längs der Linien C-C und D-D in Fig. (a), ähnlich wie in Fig. 3. Obwohl das Substrat (1) in dem gleichen Vakuumtank in der durch den Pfeil (10) angedeuteten Richtung transportiert wird, werden bei der Herstellung dieses Elements die die Substratränder abschirmenden Masken (81), die 0,5 mm bis 3 mm von der Substratfläche entfernt gehalten werden, zunächst zwischen dem (nicht gezeigten) Si₃N₄-Target und dem Substrat (1) angeordnet, auf dem die transparenten Elektroden (2) schon in Streifen ausgebildet worden sind, während das Substrat zum Ausbilden der ersten Isolationsschicht (3) unter Verwendung des Sputter-Verfahrens transportiert wurde. Als nächstes werden die die gleiche Fläche abschirmenden Masken (82) 0,5 mm bis 3 mm von der Substratfläche zwischen das in Richtung des Pfeils (10) transportierte Substrat und das ZnSMn-Target gesetzt, und die Licht emittierende Schicht (4) wird unter Verwendung des Sputter-Verfahrens ausgebildet. Außerdem werden die um die Abschirmabschnitte reduzierten Masken (8) in ähnlicher Weise angeordnet, und das Sputter-Verfahren wird unter Verwendung des Si₃N₄-Targets durchgeführt. Die zweite Isolationsschicht (5) wird so ausgebildet, daß sie die Oberfläche und die zur Transportrichtung (10) senkrechten Seiten der Licht emittierenden Schicht auf dem im Transport befindlichen Substrat (1) überdeckt, und dann wird das Sputter-Verfahren ohne Verwendung der Masken an der Aluminiumschicht durchgeführt, um über der gesamten Fläche eine Aluminiumschicht auszubilden. Diese Aluminiumschicht wird an den Rückelektroden (6) durch Naßätzen strukturiert, nachdem das Substrat (1) aus dem Vakuumtank genommen ist.

Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die Metallmasken (9) so an dem Substrat (1) befestigt, daß die Anschlüsse (21) an den bereits in Streifen ausgebildeten, transparenten Elek troden (2) überdeckt sind. Dann wird das Substrat (1) in Richtung des Pfeils (10) transportiert, um die Fläche abzu schirmen, die breiter ist als der 0,5 bis 3 mm von der Sub stratfläche entfernte und mit der Metallmaske (9) überdeckte Teil ist. Das Substrat (1) ist über die Masken (81) dem Si₃N₄-Target zugewandt, und die erste Isolationssicht (3) wird auf dem im Transport befindlichen Substrat (1) ausge bildet. Das Substrat (1) ist über die Masken (82), die die gleiche Fläche abschirmen, dem ZnSMn-Target zugewandt, und die Licht emittierende Schicht (4) wird auf dem im Transport befindlichen Substrat (1) ausgebildet. Das Substrat (1) wird dann in dem gleichen Vakuumtank transportiert, so daß es dem Si₃N₄-Target zugewandt ist, um an dem nicht durch die Metall masken (9) überdeckten Teil über ein Sputter-Verfahren die zweite Isolationsschicht (5) auszubilden. Schließlich wird die Aluminiumschicht in dem gleichen Vakuumtank gesputtert und zur Ausbildung der Rückelektroden (6) strukturiert, wobei dieser Vorgang nicht gezeigt ist. Auf diese Weise wird ein Dünnschicht-EL-Element mit dem gleichen Aufbau wie dem in Fig. 6 gezeigten erhalten.

Während bei den oben beschriebenen Ausführungsformen zur Aus bildung der Schichten in jeder Lage ein Sputter-Verfahren verwendet wurde, können die Schichten auf gleiche Weise durch die Verwendung von Masken in ähnlicher Nähe zu der Substrat fläche ausgebildet werden, auch wenn ein Vakuum-Abschei dungsverfahren oder ein MOCVD-Verfahren verwendet wird. Dieses kann bei einem mehrere Farben emittierenden Dünn schicht-EL-Element angewandt werden, wobei verschiedene Licht emittierende Lagen unterschiedliche Farben emittieren und zweidimensional über die Schichtausbildung und die Struk turierung einer Grün emittierenden Lage aus ZnSTb und einer Rot emittierenden Lage aus ZnSSm nach dem Ausbilden und Strukturieren weiterer Lagen angeordnet sind, wobei die Licht emittierende Lage nicht aus einer einzigen Lage besteht, zusätzlich zu der Gelb emittierenden Lage aus ZnSMn.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Schichten so zu bilden, daß die Anschlüsse der auf dem Substrat während dessen Bewegung ausgebildeten, transparenten Elektroden frei gelegt werden, indem die Masken so angeordnet werden, daß sie das Substrat zwischen der Quelle mit schichtbildendem Mate rial und der Substratoberfläche nicht berühren, wenn die erste Isolationsschicht, die Licht emittierende Schicht oder die zweite Isolationsschicht auf dem Isolationssubstrat ausgebildet werden. Dies bedeutet, daß wenigstens zwei Schichten kontinuierlich innerhalb des gleichen Substrats ausgebildet werden können. Dadurch müssen die Masken seltener ersetzt werden, die Gefahr von Verunreinigungen ist verringert, und die Produktivität sowie die Ausbeute sind verbessert, wodurch die Herstellung äußerst zuverlässiger Dünnschicht-EL-Elemente ermöglicht wird.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 Ein nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestelltes Dünnschicht-EL-Element. Fig. 1 (a) zeigt eine Draufsicht, Fig. 1 (b) den Querschnitt längs der Linie A-A von Fig. 1 (a) und Fig. 1 (c) den Querschnitt längs der Linie B-B von Fig. 1 (a).

Fig. 2 Querschnitt eines herkömmlichen Dünnschicht-EL- Elements.

Fig. 3 Draufsicht des EL-Elements in Fig. 2.

Fig. 4 Querschnitt eines EL-Elements nach der ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die zweite Isola tionsschicht aufgesputtert ist.

Fig. 5 Perspektivische Draufsicht des Substrats aus der Sicht von der Maskenseite in dem in Fig. 4 gezeigten Zustand.

Fig. 6 Nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestelltes Dünnschicht-EL-Element, wobei Fig. 6 (a) eine Draufsicht zeigt, Fig. 6 (b) den Querschnitt längs der Linie C-C von Fig. 6 (a) und Fig. 6 (c) den Querschnitt längs der Linie D-D von Fig. 6 (a).

Fig. 7 Draufsicht auf einen Teil des Herstellungsverfahrens für die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 Draufsicht auf einen Teil des Herstellungsverfahrens für die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bezugszeichenliste

1 Glassubstrat
2 Transparente Elektrode
21 Elektrodenanschluß
3 Erste Isolationsschicht
4 Licht emittierende Lage
5 Zweite Isolationsschicht
6 Rückelektrode
8 Maske
81 Maske
82 Maske
9 Metallmaske

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Elektrolumi neszenzelements, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine erste Isolationsschicht (3), eine Licht emittierende Schicht (4) sowie eine zweite Isolationsschicht (5) sequentiell auf einem Isolationssubstrat (1) über mehrere transparente Elek troden (2) in parallelen Streifen laminiert werden, worüber mehrere Rückelektroden (6) in senkrecht zu den transparenten Elektroden parallel verlaufenden Streifen angeordnet werden, wobei die Ränder der Elektroden zum Ausbilden von Anschlüssen (21) freigelegt sind und wobei selektiv die erste Isolations schicht (3), die die Licht emittierende Lage (4) ist, oder die zweite Isolationsschicht (5) durch Verwendung von Masken (8, 9) gebildet werden, wobei Masken verwendet werden, um die Anschlüsse (21) der transparenten Elektroden (2) dicht an der Oberfläche des Substrats (1) abzuschirmen, das sich in einem Vakuumtank in einer zu den transparenten Elektroden senk rechten Richtung bewegt, sowie einer Quelle mit schichtbil dendem Material, die an der von der Maske am weitesten ent fernten Seite angeordnet ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Elektrolumi neszenz-Elements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolationsschicht (3), die Licht emittierende Lage (4) und die zweite Isolationsschicht (5) unter Verwendung einer Maske (8) dicht an der Oberfläche des Substrats (1) ausgebildet werden, das sich in dem gleichen Vakuumtank bewegt, sowie einer an der von der Maske am weitesten entfernten Seite angeordneten Quelle mit schichtbildendem Material.

3. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Elektrolumi neszenz-Elements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolationsschicht (3) und die Licht emittierende Lage (4) innerhalb der gleichen Fläche unter Verwendung einer gemeinsamen Maske (8) ausgebildet werden, die auf der Sub stratoberfläche angeordnet ist, um die Anschlüsse (21) der transparenten Elektroden (2) abzuschirmen.

4. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Elektrolumi neszenz-Elements nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Leiterschicht für die Rückelektroden (6) dadurch ausgebildet wird, daß das Substrat (1) nach der Aus bildung der zweiten Isolationsschicht (5) in dem gleichen Vakuumtank transportiert wird.