DE69010744T2

DE69010744T2 - Verfahren zur Herstellung einer Gruppe von elektrolumineszenten Randstrahlenvorrichtungen.

Info

Publication number: DE69010744T2
Application number: DE69010744T
Authority: DE
Inventors: Koichiro Sakamoto
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2010-04-18
Also published as: EP0393979A2; US5328808A; DE69010744D1; JPH0825305B2; EP0393979B1; EP0393979A3; JPH02274573A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Anordnungen von Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ, die nebeneinander auf einem Substrat unter Verwendung der Dünnschicht-Technologie angeordnet sind (siehe beispielsweise US-A-4734617 und US-A-4 535 341).
In den letzten Jahren sind Verbesserungen bei elektrophotographischen Druckern parallel mit der Entwicklung von verschiedenen lichtaussendenden Einrichtungen verlaufen. Eine solche Einrichtungen ist die Elektrolumineszenz-Einrichtung, die trotz ihrer verschiedenen Vorzüge dafür bekannt geworden ist, daß sie häufig unzureichende Pegel an Helligkeitsintensität hat. Der Nachteil ist nun durch die Entwicklung einer sogenannten Elektrolumineszenz-Einrichtung vom Randemissions-Typ überwunden, die sich als 100-mal so intensiv bei der Emission wie herkömmliche Elektrolumineszenz-Einrichtungen herausgestellt hat. Die Elektrolumineszenz-Einrichtung vom Randemissions-Typ hat einen optischen Wellenleiter, der gebildet wird, indem eine aktive Schicht als Dünnschicht mit dielektrischen Schichten eingepackt wird. Ein flachpolarisierter Lichtstrahl wird von einem Rand der aktiven Schicht ausgesendet. Die Helligkeit der Einrichtung ist hoch genug, zunehmende Erwartungen an ihre mögliche Verwendung bei verschiedenen Anwendungen, einschließlich einem Druckkopf, zu rechtfertigen.
Eine Anordnung von Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ, deren Konstruktion oben angegeben worden ist, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben. Die Konstruktion einer Elektrolumineszenz-Einrichtung 2 vom Randemissions-Typ nach dem Stand der Technik wird als erste unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben. Die Elektroluminszenz-Einrichtung 2 hat eine aktive Schicht 3 als Dünnschicht, die Zinksulfid und einige aktive Elemente enthält, die sandwichartig zwischen eine dielektrische Schicht 4 bzw. 5 von oben und unten eingefügt ist. Die Schichten 4 und 5 sind wiederum oben und von unten mit einer flachen Elektrode 6 bzw. 7 überdeckt.
Die Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 1 vom Randemissions-Typ wird herkömmlicherweise hergestellt, wie folgt. Eine untere Elektrodenschicht, die nicht gezeigt ist und durch Dünnschichttechnologie oder andere geeignete Techniken abgesetzt wird, wird durch Trockenätzen oder ähnliche Verfahren mit einem Muster ausgebildet. Das Mustern erzeugt eine untere Elektrode 9, die als eine gemeinsame Elektrode wirkt, die zu einer Mehrzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungen 2 vom Randemissions-Typ leitend ist. Oben auf der unteren Elektrode 9 werden die Schichten 3 bis 5 und eine obere Elektrodenschicht durch Trockenätzen gemustert und dann getrennt. Dies bildet eine Mehrzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungen 2 vom Randemissions-Typ. Die untere Elektrode 9 und die obere Elektrodenschicht 10 werden mit einem Matrixmuster zu einer Mehrzahl von Elektroden verdrahtet, nicht gezeigt, um die Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 1 vom Randemissions-Typ zu bilden.
Die Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 1, die in der vorbeschriebenen Weise konstruiert ist, wird bei verschiedenen Andwendungen einschließlich eines Zeilenkopfes für einen Zeilendrucker verwendet, der nach dem elektrophotographischen Prinzip arbeitet. In einem solchen Drucker ist die untere Elektrode 9 und eine obere Elektrodenschicht 10 der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 1 in Form eines Matrixmusters mit einer Ansteuerschaltung verbunden, die nicht gezeigt ist. Diese Anordnung soll bewirken, daß die Elektrolumineszenz-Einrichtungen 2 vom Randemissions-Typ veranlaßt werden, selektiv Licht auszusenden, um erwünschte Bilder zu drucken.
Die Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 1 vom Randemissions-Typ, wie oben angewendet, wird von Hochspannungen angesteuert. Dies bedeutet, daß die Anordnung gegenüber einer durch Feuchtigkeit hervorgerufenen Verschlechterung empfindlich ist. Eine Anzahl von Lösungen für dieses Problem ist vorgeschlagen worden. Eine solche Lösung enthält, die Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung mit einer Schutzschicht, die nicht gezeigt ist, gegen Feuchtigkeit zu versehen, nachdem die Matrixverdrahtung abgeschlossen worden ist. Jedoch tritt weiterhin eine Berührung zwischen der Atmosphäre und der geschnittenen Oberfläche jeder Elektrolumineszenz-Einrichtung 2 vom Randemissions-Typ bei solchen Herstellungsphasen auf, wenn die untere Elektrode 9 und die obere Elektrodenschicht 10 mit Anschlüssen in einem Matrixmuster verdrahtet werden. Bei solchen Gelegenheiten ruft der Wasserdampf und/oder das Reinigungswasser, die in der Atmosphäre enthalten sind, wahrscheinlich das Eindringen von Feuchtigkeit zwischen den Schichten der Elektrolumineszenz- Einrichtungen 2 oder unter ihrer Schutzschicht hervor. Als ein Ergebnis ist die Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 1 vom Randemissions-Typ wegen ihrer unstabilen Arbeitsweise und relativ geringen Zuverlässigkeit bekannt geworden.

ZIELSETZUNG UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, das ein Feuchtigkeitseindringen zwischen Schichten der Elektrolumineszenz-Einrichtung vom Randemissions-Typ oder deren Schutzschicht während der Herstellung der Elektrolumineszenz-Einrichtung verhindert.
Es ist eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, das die Zeitdauer minimiert, während der die geschnittene Oberfläche jeder Elektrolumineszenz-Einrichtung vom Randemissions-Typ der Atmosphäre während der Herstellung der Elektrolumineszenz- Einrichtung ausgesetzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zuerst eine leitende Schicht auf einem Substrat gebildet. Die leitende Schicht wird geätzt, um Blockelektroden zu bilden, die zu einer vorbestimmten Anzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ leitend sind. Auf den Blockelektroden werden in abgesetzter Form eine Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht und eine obere Elektrodenschicht gebildet. Die Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht und die obere Elektrodenschicht werden mit einem Muster versehen und in eine Mehrzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ unterteilt. Das gesamte Substrat einschließlich der Elektrolumineszenz-Einrichtungen darauf wird dann mit einer transparenten Schutzschicht überdeckt. Die Schicht wird geätzt, um zwei Dinge auszuführen: um Anschlüsse durch Freilegen von Blockelektrodenrändern zu bilden und um Kontaktlöcher zu bilden, die die obere Elektrodenschicht der Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ erreichen. Eine leitende Schicht wird vorgesehen, um die Kontaktlöcher einzuhüllen, wobei die Schicht geätzt wird, um gemeinsame Elektroden zu bilden, von denen jede zu vorbestimmten Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions- Typ von jedem Block leitend ist.
Während des oben beschriebenen Verfahrens werden die Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ mit der Schutzschicht, nach deren Unterteilung von der Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht und der oberen Elektrodenschicht überdeckt. Dieses Herstellungsverfahren minimiert die Zeitdauer, während der die geschnittene Oberfläche jeder Elektrolumineszenz-Einrichtung vom Randemissions-Typ mit der Atmosphäre in Berührung kommt. Somit gibt es eine wesentlich verringerte Möglichkeit des Feuchtigkeitseindringens zwischen Schichten der Elektrolumineszenz-Einrichtungen oder unter deren Schutzschicht während der Herstellung der Elektrolumineszenz-Einrichtungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) bis 1(j) u. 2(a) bis 2(j) sind Ansichten einer Elektrolumineszenz- Einrichtungsanordnung vom Randemissions- Typ, die unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die darstellt, wie eine Ionenfräsmaschine in Verbindung mit der Ausführungsform arbeitet.
Fig. 4(a) u. 4(b) sind Querschnitte der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung vom Randemissions-Typ, die unter Verwendung der Ausführungsform hergestellt worden ist;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung vom Randemissions- Typ, die unter Verwendung der Ausführungsform hergestellt worden ist;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung vom Randemissions- Typ, die unter Verwendung der Ausführungsform hergestellt worden ist;
Fig. 7 ist eine Ansicht der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung vom Randemissions-Typ, die bei einer Anwendung verwendet wird;
Fig. 8 ist ein Schaltdiagramm der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung vom Randemissions-Typ;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung vom Randemissions- Typ nach dem Stand der Technik; und
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrolumineszenz-Einrichtung vom Randemissions-Typ nach dem Stand der Technik.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN IM EINZELNEN

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 beschrieben.
Fig. 1(a) bis (j) und Fig. 2(a) bis (j) stellen dar, wie eine Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 14 vom Randemissions-Typ durch das die vorliegende Erfindung verkörpernde Verfahren hergestellt wird. Wie es in den Fig. 1(a) und 2(a) gezeigt ist, wird auf einem glatten, vorher gewaschenen Glassubstrat 15 eine erste, untere Elektrodenschicht 16 und eine zweite, untere Elektrodenschicht 17' aufgeschichtet, wobei die Schicht 16 aus Cr hergestellt und 50 nm (500 Å) dick ist und die Schicht 17' von Ti gebildet und 500 nm (5000 Å) dick ist.
Wie es in den Fig. 1(b) und 2(b) dargestellt ist, wird nur die zweite, untere Elektrodenschicht 17' zu einer gemeinsamen Elektrodenanordnung fotogeätzt, die in Richtung der Einrichtungsanordnung lang ist, wobei die Anordnung zu einer Mehrzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ leitend gemacht wird. Als ein Ergebnis davon werden Blockelektroden 17 erzeugt. An dieser Stelle wird das selektive Fotoätzen leicht durchgeführt, weil die erste, untere Elektrodenschicht 16 in bezug auf die Materialeigenschaft von der zweiten, unteren Elektrodenschicht 17' unterschiedlich ist.
Wie es in den Fig. 1(c) und 2(c) dargestellt ist, werden eine dielektrische Schicht 18, eine aktive Schicht 19 und eine weitere dielektrische Schicht 20 in dieser Reihenfolge abgesetzt, um eine Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht 21 zu bilden, die auf der ersten, unteren Elektrodenschicht 16 und den Blockelektroden 17 unter Verwendung einer Elektronenstrahlaufdampfung oder ähnlicher Techniken abgesetzt ist. Die dielektrische Schicht 18 ist 300 nm (3000 Å) dick und aus Y&sub2;O&sub3; hergestellt; die aktive Schicht 19 ist 1um (10000 Å) dick, mit Mn dotiert und besteht aus ZnS; und die dielektrische Schicht 20 ist 300 nm (3000 Å) dick und enthält Y&sub2;O&sub3;. Nachdem eine 100 nm (1000 Å) dicke Cr Schicht durch Aufstäuben auf der Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht 21 vorgesehen wurde, werden diejenigen Bereiche der Schicht, die den Blockelektroden 17 entsprechen, durch Fotoätzen entfernt, um eine obere Elektrodenschicht 22 zu bilden.
Dann wird eine Ionenfräsmaschine 23 verwendet, wie es in den Fig. 1(d) und 2(d) gezeigt ist, um aufeinanderfolgend die Schichten 18 bis 22 und die erste, untere Elektrodenschicht 16 zu ätzen, um eine Mehrzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungen 24 vom Randemissions-Typ zu erzeugen. In diesem Fall führt die Ionenfräsmaschine 23 das Ätzen physikalisch unter Verwendung von Argonionen durch. Unterschiedlich zum Trockenätzen oder ähnlichen Techniken, die auf der Reaktion von Gasen basieren, ätzt der Ätzvorgang dieser Maschine alle abgesetzten Schichten unterschiedlicher Eigenschaften aufeinanderfolgend. Die Ionenfräsmaschine 23 ist eine Maschine, die eine Kathode 26 verwendet, um ein Argongas, das nicht gezeigt ist und in eine Vakuumkammer 25 eingeführt wird, zu ionisieren, und lenkt Argonionen auf ein Zielmaterial zum Ätzen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Das Zielmaterial wird unter einem Winkel zu der Einfallsrichtung der Argonionen angeordnet, so daß der Ätzoberflächenwinkel eingestellt werden kann.
Wenn einige Elektrolumineszenz-Einrichtungen 24 vom Randemissions-Typ versuchsweise mit einem auf 30º eingestellten Einfallswinkel θ der Argonionen hergestellt worden sind, stellte sich heraus, daß die Form eines lichtaussendenden Randes 27 jeder Elektrolumineszenz-Einrichtung unannehmbar in bezug auf die Lichtaussendungsrichtung der Einrichtung geneigt war. Es wurde deshalb entschieden, den Argonionen- Einfallswinkel θ für die obere Elektrodenschicht 22 bis zu der aktiven Schicht 19 auf 5º, für die untere, dielektrische Schicht 18 auf 10º und für die erste, untere Elektrode 16 und das Glassubstrat 15 auf 15º in Vorbereitung zum Ätzen einzustellen. Das Ergebnis war eine glatte, lichtaussendende Oberfläche 27, die im wesentlichen senkrecht zu der Lichtaussendungsrichtung war, wie es in Fig. 4(b) dargestellt ist. In diesem Fall benötigte es mehr Zeit, die zweite, untere Elektrodenschicht 17' zu ätzen, die 500 mn (5000 A) dick und aus Ti hergestellt war, als die anderen Schichten. Somit bestand keine Möglichkeit, die erste und die zweite Elektrodenschicht 17 und 17' zu teilen, wie die Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht 21; die Blockelektroden 17 wurden leicht und zuverlässig hergestellt.
Der obere Teil der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 14 vom Randemissions-Typ, die wie oben beschrieben hergestellt worden ist, ist unter Verwendung des chemischen Plasma-Aufdampfungsverfahren mit einer transparenten Schutzschicht 28 vollständig überdeckt, die 500 nm (5000 Å) dick ist und aus Siliziumnitrid (SiNx) hergestellt ist, wie es in den Fig. 1(e) und 2(e) dargestellt ist. Da die Schutzschicht 28 durch das chemische Aufdampfverfahren gebildet wird, das der Aufstäubungs- oder Aufdampftechnik beim Herstellen dreidimensionaler Schichten überlegen ist, wird der Überzugsschritt bei der Herstellung der Einrichtungsanordnung aufgrund dieses Verfahrens und dessen Produktivität hoch.
Die gesamte Schutzschicht 28 wird dann durch einen Walzenbeschichter oder ähnliches mit fotoempfindlichem Polyimidkunstharz überdeckt, wie es in den Fig. 1(f) und 2(f) gezeigt ist. Die lichtaussendenden Ränder 27 werden belichtet und Vorlöcher 29 werden durch Fotolithographie hergestellt, worauf ein Wärmeaushärtungsverfahren folgt, das eine Polyimid-Kunstharzschicht 30 bildet. Das Verfahren zum Herstellen der Polyimid-Kunstharzschicht 30 ist nicht unabdingbar bei der Herstellung der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 14 vom Randemissions-Typ. Aber das Bilden der Polyimid- Kunstharzschicht 30 flacht die Lücken zwischen den Elektrolumineszenz-Einrichtungen 24 vom Randemissions-Typ ab, was es einfacher macht, um gemeinsame Elektroden zu bilden, was später beschrieben wird, und um die Isolierung zwischen den Elektroden 31 und der oberen Elektrodenschicht 22 zu verstärken. Diese Vorteile verbessern die Produktivität des Herstellungsverfahrens und erhöhen die Eigenschaften der dabei herauskommenden Produkte.
Wie es in den Fig. 1(g) und 2(g) gezeigt ist, wird die Schutzschicht 28 durch CF&sub4; Gas trockengeätzt. Dies legt die Ränder der Blockelektroden 17 frei, um Anschlüsse 32 zu bilden, und erzeugt Kontaktlöcher 33 durch die Vorlöcher 29 hindurch.
Eine 1 um dicke dielektrische Schicht auf Aluminiumbasis, die durch Aufstäuben hergestellt wird, um die Kontaktlöcher 33 zu überdecken, wird durch Fotoätzen zu vier gemeinsamen Elektroden 31 als Muster ausgebildet, wie es in den Fig. 1(h) und 2(h) dargestellt ist. An dieser Stelle leiten die gemeinsamen Elektroden 31 zu den Elektrolumineszenz-Einrichtungen 24 vom Randemissions-Typ über die Kontaktlöcher 33. Die gemeinsamen Elektroden 31 und die Blockelektroden 17 bilden zusammen ein Matrixverdrahtungsmuster der Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 14 vom Randemissions-Typ.
Ein Epoxydkunstharz oder ähnliches wird dann über die gesamte Oberfläche mit Ausnahme der Anschlüsse 32 und der lichtaussendenden Ränder 27 siebgedruckt, um eine Beschichtungsschicht 34 zu bilden, wie es in den Fig. 1(i) und 2(i) gezeigt ist. Diese Schicht dient dazu, die Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit des Erzeugnisses zu verbessern. Nun hat das Substrat 15 eine Mehrzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnungen 14 vom Randemissions-Typ, die auf ihm aneinandergrenzend angeordnet sind.
Wenn das derart gebildete Substrat 15 geteilt wird, werden gleichzeitig zahlreiche Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnungen 14 vom Randemissions-Typ erhalten, wie es in den Fig. 1(j) und 2(j) gezeigt ist.
Die Elektrolumineszenz-Einrichtungsanordnung 14 vom Randemissions-Typ, die in der oben beschriebenen Weise hergestellt worden ist, kann bei verschiedenen Anwendungen verwendet werden, wie einem kleinen Zeilenkopf hoher Leistung, der nicht gezeigt ist. Bei dem Beispiel der Fig. 7 ist die Einrichtungsanordnung 14 mit einer Ansteuerschaltung 36 eines Zeilenkopfes über eine anisotrope, leitende Schicht 35 verbunden.

Claims

1. Ein Verfahren zum Herstellen von Elektrolumineszenz- Einrichtungsanordnungen vom Randemissions-Typ, wobei das genannte Verfahren die Schritte umfaßt:

Bilden einer leitenden Schicht (17') auf einem Substrat (15);

Ätzen der genannten leitenden Schicht (17'), um eine Mehrzahl von Blockelektroden (17) zu erzeugen, von denen jede zu einer vorbestimmten Anzahl von Elektrolumineszenz-Einrichtungen (24) vom Randemissions-Typ leitend ist;

Absetzen einer Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht (21) und einer oberen Elektrodenschicht (22) auf den genannten Blockelektroden (17);

Versehen der genannten Elektrolumineszenz-Einrichtungsschicht (21) und der oberen Elektrodenschicht (22) mit einem Muster zu einer Mehrzahl von einzeln unterteilten Elektrolumineszenz-Einrichtungen (24) vom Randemissions-Typ;

Bereitstellen einer transparenten Schutzschicht (28) über der gesamten Oberfläche des gesamten Substrates (15) und den genannten Elektrolumineszenz-Einrichtungen (24) vom Randemissions-Typ;

Ätzen der genannten Schutzschicht (28), um durch Freilegen der Ränder der genannten Blockelektroden (17) Anschlüsse (32) zu bilden und um Kontaktlöcher (33) zu machen, die die genannte obere Elektrodenschicht (22) der genannten Elektrolumineszenz-Einrichtungen (24) vom Randemissions-Typ erreichen;

Bilden einer leitenden Schicht, die die genannten Kontaktlöcher (33) überdeckt; und

Ätzen der genannten leitenden Schicht, um eine Mehrzahl von gemeinsamen Elektroden (31) zu bilden, die zu vorbestimmten Elektrolumineszenz-Einrichtungen (24) vom Randemissions-Typ EL von jedem Block leitend sind.

2. Ein Verfahren zum Herstellen von Elektrolumineszenz- Einrichtungsanordnungen vom Randemissions-Typ gemäß Anspruch 1, wobei das genannte Verfahren ferner die Schritte umfaßt:

Bereitstellen einer fotoempfindlichen Polyimid-Kunstharzschicht (30) auf der gesamten Oberfläche der genannten transparenten Schutzschicht (28);

Ätzen der genannten Polyimid-Kunstharzschicht (30), um lichtaussendende Ränder der genannten Elektrolumineszenz-Einrichtungen vom Randemissions-Typ freizulegen und um Kontaktlöcher (33) herzustellen, die die genannten Blockelektroden (17) erreichen; und

Wärmeaushärten der genannten Polyimid-Kunstharzschicht (30), um eine Isolierschicht zu erzeugen.