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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeige, insbesondere eine organische
elektrolumineszente (EL) Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen
derselben.
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Erörterung
der relevanten Technik
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Organische
EL-Vorrichtungen, auch organische lichtemittierende Dioden (LEDs)
genannt, werden wegen ihrer möglichen
Anwendungen bei Flachbildschirmen (flat panel displays – FPDs)
zunehmend beliebt. Sie sind extrem dünn, matrix-addressierbar und
können
bei einer vergleichsweise niedrigen Spannung betrieben werden, üblicherweise
weniger als 15 V. Ferner weisen sie zusätzliche Kennzeichen auf, die
für FPDs
der nächsten
Generation geeignet sind, wie etwa unter anderem eine geringe Abhängigkeit
vom Betrachtungswinkel und eine gute Formbarkeit der Vorrichtung
auf flexiblen Substraten. Organische LEDs unterscheiden sich grundsätzlich von
herkömmlichen
nicht-organischen
LEDs. Während
der Ladungsübergang
in nicht-organischen
von bandförmiger
Natur ist und die Elektron-Loch-Rekombination zu
einer Zwischenbandemission von Licht führt, sind organische Schichten
allgemein durch von niedriger Mobilität aktivierten Sprungtransport
gekennzeichnet und die Emission ist exzitonisch. Organische EL-Vorrichtungen
unterscheiden sich auch wesentlich von herkömmlichen anorganischen EL-Vorrichtunge,
insbesondere darin, dass organische EL-Vorrichtungen bei niedrigen
Gleichspannungen betrieben werden können.
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Ein
wesentliches Maß an
Forschung ist auf die Verbesserung der Effizienz und die Farbsteuerung
organischer LEDs gerichtet worden. Man hat nun gezeigt, dass die
Effizienz einiger organischer Els nahe ihrer theoretischen Grenzen
liegt und gewiß für viele
kommerzielle Anwendungen angemessen ist. Ferner ist die Farbsteuerung
wahrscheinlich für viele
mögliche
Anwendungen nicht einschränkend.
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Angesichts
dessen glauben wir, dass die Aussichten für kommerzielle Anwendungen
organischer EL-Vorrichtungen hervorragend sind. Ihre Funktionstüchtigkeit
ist für
viele Anwendungen durchaus befriedigend. Es ist hilfreich, an spezielle Produkte
und Herstellungsverfahren zur Kommerzialisierung organischer EL-Vorrichtungen
zu denken. Der Gedanke an spezielle Anwendungen lässt uns glauben,
dass mehr Arbeit hinsichtlich der Herstellbarkeit, Einheitlichkeit,
Verlässlichkeit
und Systemgesichtspunkten erforderlich ist, um organische EL-Vorrichtungen
zu kommerzialisieren.
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Pixeleinteilung
oder Musterung, insbesondere elektrolumineszenter und zweiter Elektrodenmaterialien,
ist eine der Schlüsselfragen,
die gelöst
werden müssen,
bevor organische EL-Vorrichtungen kommerzialisiert werden. Der Gebrauch
vieler herkömmlicher
Pixeleinteilungstechniken verbietet sich aufgrund der Natur organischer
Materialien, die unter dem Angriff der meisten Lösungsmittel extrem verletzlich
sind. Man hat verschiedene Bemühungen
unternommen, Schattenwirkungen für
die Schichtmusterung zu verwenden. Ein Ansatz wurde von C. Tang et
al im US-Patent Nr. 5,294,870 eingeführt, wonach Trennwände als
Mittel verwendet wurden, um eine Schattenwirkung zu erzielen. Jeder
Streifen der zweiten Elektrode soll darin durch Ablagerung des Materials
der zweiten Elektrode auf der durchsichtigen Stütze mit vergleichsweise hohen
Trennwänden
unter einem stumpfen Winkel mit dem Oberflächennormal getrennt werden.
Die Idee mag vorstellbar sein, aber sie ist überhaupt nicht für eine Massenproduktion
geeignet. Erstens ist es unmöglich,
eine Dampfquelle zu haben, die die Richtung sich ausbreitenden metallischen
Dampfes unter einem konstanten Winkel mit dem Oberflächennormal über die
gesamte Tafeloberfläche
einstellt. Ob man nun eine Punktquelle oder eine großflächige Quelle
hat, der Winkel würde mit
der Position des Pixels auf der durchsichtigen Stütze aufgrund
der divergierenden Natur von Dampf variieren. Man mag in der Lage
sein, einen gewissen Grad an Trennung mit komplizierten Anordnungen von
Quelle und Stütze
zu erhalten, aber lediglich unter Aufopferung von Produktionsergebnissen.
Praktischere Verfahren wurden von K. Nagayama et al im US-Patent
Nr. 5,701,055 vorgeschlagen, wonach elektrisch isolierende Wälle wie
ein Bündel
kleiner Schirme als ein Mittel zum Abschatten des einlaufenden Dampfes
dienen. Ein Vorteil vom US-Patent Nr. 5,701,055 gegenüber dem
US-Patent Nr. 5,294,870 besteht darin, dass Ablagerungen nicht unter
einem stumpfen Winkel vorgenommen werden müssen, was das Verfahrensfenster
deutlich erweitert.
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1a–1d stellen übliche Verfahrensschritte,
die um US-Patent
Nr. 5,701,055 vorgeschlagen werden, dar. In 1a ist ein Raster von Anodenstreifen 2 üblicherweise
aus Indiumzinnoxid auf einem durchsichtigen Substrat 1 gebildet,
und isolierende Muster 3 sind darauf gebildet.
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Wie
in 1b als nächstes gezeigt
ist, ist jeder Wall 4 so gebildet, dass er in den schmalen
Spalt zwischen einem Paar der isolierenden Muster 3 paßt. Der
Wall 4 mit einem Paar Überhänge 8 erfüllt eine wichtige
Rolle zum Abschirmen gegenüber
dem einlaufenden Dampf. Wenn organische Materialien und ein zweites
Elektrodenmaterial Dampf abgelagert werden, werden die Schichten
sowohl oben auf den Wällen
als auch auf der Oberfläche
zwischen den Wällen
gebildet, wie in 1c gezeigt
ist. Der wichtige Punkt ist, dass die Schichten aufgrund. einer Schattenwirkung
nicht auf den Seitenoberflächen
der Wälle
gebildet werden, was die elektrische Isolation zwischen jeweils
zwei benachbarten Pixeln gewährleistet.
Nach der aufeinanderfolgender Bildung einer elektrolumineszenten
Mehrschicht 5 und einer zweiten Elektrode 6 auf
der ersten Elektrode 2 wird eine Einschlussschicht 7 gebildet,
wie in 1d. Zusammenfassend
gesagt, scheint die gattungsgemäße Technik
des US-Patents Nr. 5,701,055 ein wirksamer Weg zu sein, um eine
organische elektrolumineszente Anzeigetafel im Pixel zu teilen.
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Die
EL-Vorrichtung der gattungsgemäßen Technik
weist jedoch einige Nachteile wie folgt auf:
- 1.
Während
eine Reihe von Wällen
mit verschiedener Form im US-Patent Nr. 5,701,055 gezeigt ist, sieht
der Üblichste
so aus, wie in 1b gezeigt
ist. Weil dieser Typ von Wall 4 leicht Kurzschlüsse zwischen
der ersten und der zweiten Elektrode an den Rändern des zweiten Elektrodenstreifens
verursacht, ist es oft erforderlich, zusätzliche isolierende Muster 3 zu
bilden. Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht erforderlich,
sie herzustellen.
- 2. Wälle
sind oft aus Fotolack gebildet, und die wichtigsten Teile derselben
sind die Überhänge 8, die
eigentlich gegenüber
dem einlaufenden Dampf abschirmen. Der Prozess zum Herstellen von
Wällen
mit guten Überhängen ist
durchaus heikel. Die vorliegende Erfindung schafft Wälle oder
Trennwände,
deren Herstellung stark vereinfacht werden kann.
- 3. Wälle
bleiben auf der Tafeloberfläche
selbst nach Abschluß der
Herstellung der Vorrichtung stehen. Ein Teil des Walls selbst oder
von Schichten auf demselben kann während der nachfolgenden Herstellungsprozesse
herunterfallen, um die Vorrichtung lokal zu beschädigen. Um
diese Art potentieller Probleme zu vermeiden, empfiehlt es sich,
eine stabile Struktur zu haben: Die Gestalt eines Trapezes in der
vorliegenden Erfindung ist im Vergleich mit der umgekehrten Trapezform
der gattungsgemäßen Technik
stabiler.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Dementsprechend
ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer
organischen elektrolumineszenten Vorrichtung gerichtet, die eines
oder mehrere der Probleme, die sich aus den Begrenzungen und Nachteilen
der gattungsgemäßen Technik
ergeben, anspricht.
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Es
wäre wünschenswert,
ein Verfahren zum Herstellen einer organischen elektrolumineszenten Vorrichtung
zu schaffen, in dem angemessene Pixeleinteilung unter Verwendung
einfacher und stabiler Trennwände
erreicht werden kann.
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Es
wäre auch
wünschenswert,
wenn das stabile und solide Merkmal der verwendeten Trennwände einen
Beitrag in Richtung auf die verbesserte Langzeitstabilität der dadurch
hergestellten elektrolumineszenten Vorrichtung leisten könnte.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden
Beschreibung vorgebracht und werden teilweise anhand der Beschreibung
deutlich werden oder können
durch praktische Umsetzung der Erfindung erfahren werden. Die Ziele und
sonstige Vorteile der Erfindung werden realisiert und erreicht durch
die Struktur, die insbesondere in der schriftlichen Beschreibung
und den Ansprüchen sowie
in den anliegenden Zeichnungen aufgezeigt sind.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrolumineszenten
Vorrichtung, wie sie in Anspruch 1 dargelegt ist.
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Bei
einer Ausführungsform
wird eine elektrolumineszente Vorrichtung bereitgestellt, die mehrere Pixel
beinhaltet, die jedes eine erste Elektrode, eine organische Lumineszenzmehrschicht,
eine zweite Elektrode und nacheinander bereitete Schutzschichten
aufweisen. Zum Zwecke der Pixeleinteilung weist die Vorrichtung
ferner ein Raster von Trennwänden mit
einer trapezoidförmigen
Struktur auf, die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt
sind. Um die elektrische Isolierung zwischen zwei benachbarten Pixeln
zu erreichen, wird die Tafeloberfläche mit einer Mehrschichtstruktur
einem Trockenätzablauf
unterworfen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrolumineszenten Vorrichtung
bereitgestellt, das die Schritt beinhaltet: 1) Bilden mehrerer erster
Elektrodenstreifen an festen Intervallen auf einem durchsichtigen
Substrat, 2) Bilden eines Rasters von Trennwänden mit einer trapezoidförmigen Struktur,
die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sind,
3) Laminieren einer organischen elektrolumineszenten Mehrschicht und
einer zweiten Elektrodenschicht aufeinanderfolgend auf die gesamte
Oberfläche
einschließlich
einer Oberseite der Trennwände,
und 4) Unterwerfen der Tafeloberfläche einem Trockenätzprozess,
um einen Teil der Schichten zu entfernen, insbesondere die zweite
Elektrodenschicht, die auf der Oberseite der Trennwände gebildet
ist, wodurch zwei benachbarte Pixel elektrisch isoliert werden.
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Zu
den Zeichnungen:
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1a–1d stellen
die Herstellungsschritte einer organischen Elektrolumineszenzvorrichtung gemäß einer üblichen
Ausführungsform
der herkömmlichen
Technik dar; und
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2a–2e stellen
die Herstellungsschritte einer organischen elektrolumineszenten
Vorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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Eingehende
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Nun
wird eingehend auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, von denen ein Beispiel in den anliegenden
Zeichnungen dargestellt ist. 2a–2e stellen die Herstellungsschritte
einer organischen elektrolumineszenten Vorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, die im wesentlichen eine einfache
XY-Matrixstruktur aufweist, mit mehreren ersten und zweiten Elektrodenstreifen,
die einander im Winkel von 90° schneiden.
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Wie
in 2a gezeigt ist, beginnt
der Herstellungsablauf mit der Bildung mehrerer der ersten Elektrodenstreifen 12 auf
einem durchsichtigen Substrat 11. Trennwände 13 können aus
entweder organischen oder nicht organischen Materialien hergestellt
sein, solange sie elektrisch isolierend sind; beispielsweise unter
anderem aus Fotolack, Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumkarbid.
Nachdem eine Schicht für
die Trennwände 13 auf
die ersten Elektrodenelemente 12 aufgebracht ist, werden
Fotolithografie und Ätzabläufe angewendet,
um sie wie in 2b gezeigt,
mit einem Muster zu versehen. Jede Trennwand 13 ist vorzugsweise
so gebildet, dass sie eine trapezoidförmige Struktur mit einem Winkel θ aufweist,
der geringer als 90° ist,
der im Vergleich mit der herkömmlichen
Technik stabiler und einfacher herzustellen ist. Eine Trennwand 13 kann
500 nm bis 10.000 nm hoch sein und ist vorzugsweise 2.000 nm hoch.
Sie kann eine Breite von 100 nm bis 50.000 nm aufweisen, obwohl
die Breite mehr oder weniger von der Auflösung der Anzeige abhängt, d.
h. dem Abstand zwischen Pixeln. Als nächstes kann die Tafel einem
Vakuumausglüh-
und UV-Härteprozess
unterworfen werden, insbesondere falls die Trennwände 13 aus
organischen Materialien wie etwa Fotolack hergestellt sind, wobei
die Trennwände
gehärtet
und Lösungsmittelrückstände so vollständig wie
möglich entfernt
werden. Jeder Wall der herkömmlichen Technik
weist üblicherweise
ein Paar von Überhängen auf,
die häufiger
zerbrechlich und hitzeanfällig sind,
als andere Teile. Aber die Trennwände der vorliegenden Erfindung
sind strukturell stabiler und weniger anfällig gegen Wärmebehandlungen,
was gewiß das
Prozessfenster erweitert. Auf die durchsichtige Stütze mit
den Trennwänden 13 werden
als nächstens
eine organische elektrolumineszente Mehrschicht 14, die
zweite Elektrodenschicht 15 und die erste Schutzschicht 16 aufeinanderfolgend
gebildet, wie in 2c gezeigt
ist. Die EL-Mehrschicht 14 für grüne Emissionen besteht üblicherweise
aus 1) einer Pufferschicht aus Kupferphthalocyanin (CuPc) mit einer üblichen
Dicke von 10 nm bis 20 nm, 2) einer Lochtransportschicht von N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin (TPD) mit einer Dicke von 30
nm bis 50 nm, und 3) einer emittierenden Schicht aus Tris(8-hydroxy-Chinolat)aluminium
(Alq3), das gemeinsam mit einer Dotierung
aus Cumarin 6 abgelagert wird. Die Dicke der Alq3-Schicht liegt im Bereich von 40 nm bis 60
nm und die Dotierungskonzentration beträgt ungefähr 1,0 Gew.-%. Die zweite Elektrode 15 ist
oftmals aus Aluminium, Al:Li oder Mg:Ag hergestellt. Die erste Schutzschicht 16 erfüllt eine
Rolle zum Schutze der EL-Elemente vor Feuchtigkeit und Sauerstoff,
und sie kann aus Metall, Legierungen und/oder organischen Materialien
hergestellt sein. Es ist auch erforderlich, dass die äußere Oberfläche der Schicht 16 in
vernünftigem
Maß eingeebnet
ist, wie man in 2c sehen
kann. Die Einebnung der ersten Schutzschicht 16 trägt später dazu
bei, die nicht geätzte
EL-Mehrschicht und die zweite Elektrode in dem emittierenden Bereich
zwischen einem Paar von Trennwänden
zu erhalten, während
jene auf der Oberseite der Trennwände weggeätzt werden. Um sowohl feuchtigkeitsbeständig als
auch eingeebnet zu sein, kann die Schutzschicht 16 aus
einer Mehrschicht mit einer feuchtigkeitsabsorbierenden Schicht,
einer feuchtigkeitsabweisenden Schicht und einer einebnenden Schicht
bestehen, wobei die Letztere vorzugsweise durch Drehbeschichten
oder Abstreifverfahren gebildet ist. 2d zeigt
den Schritt des Wegätzens
des oberen Teils von Schichten, wobei eindeutig die zweite Elektrode
auf der Oberseite der Trennwände
beinhaltet ist, um die elektrische Isolierung zwischen zwei benachbarten
Pixeln zu gewährleisten.
Der Ätzablauf
wird vorzugsweise unter Verwendung eines Trockenätzverfahrens wie etwa Reaktionsionenätzen ausgeführt und
die Auswahl der Ätzgase
und Ätzparameter
wie etwa Arbeitsdruck und Plasmaleistung sollten zum balancierten
Entfernen der betroffenen Materialien vorsichtig vorgenommen werden.
Schließlich
wird, wie man in 2e sehen
kann, die zweite Schutzschicht 17 auf die Oberseite der
geätzten
Oberfläche
laminiert, um den Herstellungsablauf der vorliegenden Erfindung
abzuschließen.
Die zweite Schutzschicht unterscheidet sich von der ersten Schutzschicht
darin, dass die erstere nicht zwingend eine Einebnungsfunktion erfordert.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung und die organischen elektrolumineszenten
Vorrichtungen, die unter Verwendung des Verfahrens hergestellt sind,
weisen die folgenden Vorteile auf.
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Die
Verwendung einer stabilen und einfachen Struktur für Trennwände anstelle
derjenigen mit Überhängen, die
bei der herkömmlichen
Technik verwendet werden, ermöglicht eine
einfache Herstellung und dadurch deutliche Verbesserungen der Herstellungserträge.
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Zusätzlich dürfte das
stabile und solide Merkmal der Trennwände einen Beitrag in Richtung
auf eine verbesserte Langzeitstabilität der so hergestellten Vorrichtung
leisten.