EP1407638A1 - Organisches, farbiges, elektrolumineszierendes display und dessen herstellung - Google Patents

Organisches, farbiges, elektrolumineszierendes display und dessen herstellung

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Publication number
EP1407638A1
EP1407638A1 EP02754348A EP02754348A EP1407638A1 EP 1407638 A1 EP1407638 A1 EP 1407638A1 EP 02754348 A EP02754348 A EP 02754348A EP 02754348 A EP02754348 A EP 02754348A EP 1407638 A1 EP1407638 A1 EP 1407638A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
insulating layer
layer
strips
strip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02754348A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Birnstock
Jörg BLÄSSING
Karsten Heuser
Matthias STÖSSEL
Georg Wittmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP1407638A1 publication Critical patent/EP1407638A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/35—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels
    • H—ELECTRICITY
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K59/17—Passive-matrix OLED displays
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    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/87—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H10K59/871—Self-supporting sealing arrangements

Definitions

  • the invention relates to a colored display based on electroluminescent polymers with a structured matrix of pixels and a structured second electrode, and the production thereof.
  • LC displays liquid crystal displays
  • LC displays are not self-emitting and can therefore only be read or recognized easily in particularly favorable ambient lighting conditions. In most cases, this requires backlighting, which in turn multiplies the thickness of the flat screen.
  • the majority of the electrical power consumption is then used for the lighting, and a higher voltage is required for the operation of the lamps or fluorescent tubes. This is usually generated with the aid of "voltage up converters" from the batteries or accumulators.
  • Another disadvantage is the greatly restricted viewing angle of simple LCDs and the long switching times of individual pixels, which are typically found in some
  • the need for backlighting which significantly reduces the space requirement and the electrical power consumption.
  • the switching times are in the range of one microsecond and are only slightly temperature-dependent, which enables them to be used for video applications.
  • the reading angle is almost 180 °.
  • Polarization foils as are required in LC displays, are usually not required, so that a greater brightness of the display elements can be achieved.
  • Another advantage is the use of flexible and non-planar substrates, as well as the simple and inexpensive production.
  • OLEDs have two technologies that differ in the type and processing of organic materials.
  • low molecular weight organic materials such as, for example, hydroxyquinoline aluminum III salt (Alq 3 ) can be used, which are usually applied to the corresponding substrate by thermal evaporation.
  • Displays based on this technology are already commercially available and z. Zt. mainly used in automotive electronics. Because the making of this
  • Typical polymers are polyaniline, PEDOT (Bayer), poly (p-phenylene-vinylene), poly (2-methoxy-5- (2'-ethyl) - hexyloxy-p-phenylene-vinylene) or polyalkylfluorenes, and numerous derivatives thereof.
  • the layer structure of organic light-emitting diodes is typically carried out as follows:
  • a transparent substrate for example glass
  • a transparent electrode for example indium tin oxide, ITO
  • the transparent electrode is then structured using a photolithographic process, which later defines the shape of the luminous pixel.
  • One or more organic layers consisting of electroluminescent polymers, oligomers, low molecular weight compounds (see above) or mixtures thereof are then applied to the substrate with the structured electrode.
  • Polymeric substances are mostly applied from the liquid phase by knife coating or spin coating, and more recently also by various printing techniques.
  • Low molecular weight and oligomeric substances are mostly deposited from the gas phase by vapor deposition or "physical vapor deposition" (PVD).
  • the total layer thickness can be between 10 nm and 10 ⁇ m and is typically between 50 and 200 nm.
  • a counter electrode is then placed on these organic layers.
  • the cathode is applied, which usually consists of a metal, a metal alloy or a thin insulator layer and a thick metal layer. In most cases, the vapor deposition by thermal evaporation, electron beam evaporation or sputtering is again used to produce the cathode layers.
  • the challenge in the production of structured displays is, in particular, to structure the layer structure described above in such a way that a matrix of individually controllable, differently colored pixels is created.
  • the structuring of the ITO anode a lithographic technique lends itself. ITO is extremely insensitive to typical photoresists and developer liquids and can be easily etched using acids such as HBr. Structures with a resolution of a few micrometers can be easily created.
  • European patent 0 892 028 A2 describes a method in which a layer of an insulating material is first applied to the ITO substrate, in which windows are embedded at the locations where the pixels are later to be located.
  • This insulating material can e.g. are photoresist which is modified so that it differs from the
  • Polymer solutions are not wetted.
  • the individual drops of the solutions (red, green, blue) are therefore enclosed at the corresponding points without running into one another and can therefore dry separately from one another and produce the polymer layer.
  • Patent specification EP 0 732 868 A2 describes a method in which a lithographic treatment of the functional layers is avoided and at the same time a structured cathode can be deposited.
  • the dividers for the cathode separation are first created and then the functional layers are vacuum-deposited through a shadow mask.
  • the serious disadvantage of this The method consists in that the shadow mask does not lie directly on the substrate or the electrode thereon, but is placed on the separating webs. This significantly exacerbates the problem of low resolution in shadow mask technology mentioned above, by back-steaming the mask.
  • Inkjet or microdosing technology in the appropriate window that can spray or crawl into neighboring pixels.
  • This problem is exacerbated by the fact that with drops of a few 10 micrometers in diameter and drop speeds of a few meters per second, such as are used in ink jet techniques, the kinetic energy of the drops when they strike the substrate is of the same order of magnitude as the surface energy. A division of the drop into many small individual drops is therefore energetically possible.
  • This problem is particularly pronounced when using three-dimensional substrates, since the polymer solutions are drawn by capillary forces under the tear-off edges of the separating webs, where they can creep along the separating webs over a range of up to a few millimeters.
  • the direction of expansion of an overall pixel is very long and narrow.
  • the fill factor determines the Brightness of the overall impression of a display.
  • the distances between the (sub) pixels, s v and s h must be reduced as much as possible.
  • the shape of the pixels can vary. The individual subpixels for red, green and blue do not have to have the same size or shape.
  • the electrode applied vertically on the substrate is normally switched as the anode, which drives the columns of the matrix display, while the horizontally extending cathode, which is vapor-deposited after the functional polymer layers have been produced, defines the rows of the display matrix.
  • the separators are only used to separate the cathodes, with pixels of different colors being arranged along each individual separator (see FIG. 2).
  • the lines represent the cathodes of the display, the columns the anodes.
  • the pixel information for every single line is written as data into the drivers of the anode columns and only the driver of the respective cathode line is activated, after a short time the next line is switched and the image information for this line is written into the respective drivers etc.
  • Each line is therefore only 1 / n the time is switched on, where n represents the so-called multiplexing rate (which in the simplest case corresponds to the number of lines) Repetition frequency must be so high that the human eye perceives a still image.
  • the object of the invention is to provide a multicolored, passive matrix-driven display based on electroluminescent polymers which avoids the disadvantages mentioned above. This object is achieved with a display according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of the display and its manufacture are the subject of the subclaims.
  • a new type of pre-structured substrate is used, which permits the problem-free structuring of the pixels and the second electrode without having to carry out aggressive lithography steps on the functional polymers.
  • a new arrangement of the separating webs for the second electrode prevents individual pixels from being mixed when the pixels are printed.
  • a display according to the invention has the following features:
  • a first, electrically insulating layer is located on mutually parallel first electrode strips, in which windows are arranged above the electrode strips, which delimit the functional layers therein for colored pixels.
  • At least one further insulating layer is structured into strip-shaped webs transverse to the first electrode, so that the overall cross section of the arrangement has an overhanging edge shape.
  • the webs of the further insulating layer delimit pixels of the same color from pixels of a different color, with between adjacent webs are each pixels of the same color.
  • transverse to the first electrode strips are further electrode strips which contact the functional layers of the pixels and are delimited on both sides by a web.
  • the invention describes a multicolored display in which the anodes and cathodes are interchanged in comparison to the prior art and at the same time an insulating window layer 5 for delimiting the pixels and separating webs, consisting of at least one insulating layer, is used for structuring the cathode.
  • the cathodes are now vertical and the anodes are horizontal.
  • the separators for the separation of the cathodes now run between pixels of different colors.
  • pixels of different colors are not only through the first insulating window layer 5, but also through the
  • the thickness of the window layer which previously only had the task of limiting the polymer drops, no longer matters.
  • the window layer can thus be made as thin as desired and only serves to cover the ITO edges.
  • the production of the window layer is thus greatly simplified, which is advantageous for mass production.
  • the thinner window layer also has the advantage that the
  • a display according to the invention has the following features: transverse to the first electrode strips, electrode connecting pieces are arranged on the substrate, - windows are arranged above the electrode connecting pieces in the first insulating layer, or the first insulating layer is structured such that regions of this layer between the Electrode connectors are arranged, - an encapsulation is present, which covers the insulating layers and only one end of each electrode connector.
  • the additionally structured electrode connecting pieces like the first electrode strips, preferably consist of the air and moisture-stable ITO. Because these cathode connecting pieces are led out under the encapsulation, the cathode material, which usually consists of sensitive metals, is not exposed to the air, which considerably increases the service life of a display. To ensure an overlap between the metal cathode and the ITO connectors, the connectors must be inserted between the separators for the cathode. There they must not be covered by insulating material from the window layer. The dividers must therefore protrude beyond the edge of the window layer. As a result, the separators on the edge of the window layer have to overcome a step, which can lead to instabilities in the separator structure.
  • the window layer is guided over the ITO connectors and additional windows are provided in the window layer above the connectors or recesses are provided in the window layer for the cathode connectors, the separating webs no longer have to overcome a step at the end of the window layer, but are always on built up a base of the window layer. Both versions of the Window layer still allow contacting of the cathode connectors through the cathode.
  • an auxiliary metallization can be provided, which is applied to the ITO anode strip, in which mechanically and electrically connected metal strips are applied to each first electrode strip, in which the first insulating layer is structured such that the metal strips are completely separated from the insulating one
  • Encapsulation is attached to the insulating
  • the rows in the invention are controlled via the ITO anode strips, while the columns are controlled via the cathode.
  • the ITO anode therefore has a higher current density than the conventional one
  • ITO has only a limited conductivity, which is lower than that of other electrode metals. This leads to a high serial resistance in front of the diodes, which the
  • auxiliary metallization for example made of aluminum or chrome, greatly avoids or lowers the series resistance.
  • Strip-shaped windows are produced in the first insulating layer transverse to the first electrode strips.
  • Pixels can also be structured a large, elongated window per cathode column. This will make the Edge effects (layer inhomogeneities, overlap of the cathode with exposed hole transport layer, etc.) normally occurring at the transition from polymer layer to window layer are reduced, the homogeneity and reproducibility of the displays is increased.
  • the method according to the invention for producing the display according to the invention is essentially based on the fact that first the window layer for delimiting the pixels and the webs for separating the cathode strips are structured on the substrate, and only then the functional layers in the Windows are applied so that no lithographic processes have to be carried out on the sensitive polymer layers.
  • a dispenser method with a continuous jet can also be implemented due to the novel arrangement of the separating webs.
  • Figure 1 shows a plan view of an inventive
  • Figure 2 shows the structure of a prior art display with the problem of mixing individual color pixels.
  • FIG 3 shows like Figure 1, the structure of the invention
  • Figure 4 shows the cross section through the inventive arrangement of the display.
  • FIG. 5 shows the arrangement of the additional
  • FIG. 6 shows exemplary design options for the window layer.
  • FIGS. 7A to F each represent a cross section through the construction of a substrate at various stages in the manufacture of the display according to the invention.
  • FIG. 1 shows a top view of the structure of a display according to the invention, the pixels of different colors R, G and B being located in the windows 10 of the window layer 5 above the electrode strips 1. They are delimited by pixels of a different color by means of the separating webs for the cathode separation, which in the case of a two-layer structure consist of the feet 15 and the caps 20.
  • single-layer arrangements or arrangements comprising more than two layers are also possible for the separating webs, but preferably have overhanging edges on which the metal for the second electrode 2 can tear off.
  • the dashed lines exemplify the course of one of the electrode strips below the window layer.
  • Figure 2 shows the structure of a display according to the prior art.
  • the cathodes run horizontally and the anodes run vertically, the separating webs 110 not separating pixels of different colors.
  • the arrows exemplarily mark the areas in which the different colored pixels can merge during printing.
  • FIG. 3 shows the top view of a display according to the invention with additional electrode connecting pieces 2a, which contact the structured second electrode 2.
  • An encapsulation 30 is applied over the arrangement, which leaves parts of both the electrode connecting pieces 2a and the first electrode strips 1 free.
  • Figure 4 shows a cross section through the arrangement of a display according to the invention.
  • a three-layer design option can be seen, in which the feet 15 and the caps 20 of the separating webs are structured on the insulating window layer 5.
  • the pixels that contact the first electrode 1 and the second electrode 2 are located in the windows of the window layer.
  • the pixels generally consist of a hole transport polymer 12 and an emitter polymer 14, each with one of the different colors R, G and B.
  • the caps of the dividers are located
  • Strips of a non-functional metal layer 2b which is formed when the electrode material for the second electrode is applied by tearing off at the edges of the separating webs, and does not make electrical contact with the functional layers.
  • FIG. 5 shows the arrangement of the auxiliary metal strips 35 for the first electrode strips, the auxiliary metal strips being completely covered by the encapsulation 30. The course of the first electrode strips and the
  • FIG. 6 shows, for the sake of simplicity, several alternative designs of the insulating window layer 5. Extensions 55 of the window layer 5 extend between the electrode connection pieces 2a or there are windows 40 in the window layer 5 above the electrode connection pieces. Instead of windows 10 over the first electrode strip, strip-shaped windows 45 are also possible, as shown.
  • FIG. 7A shows the photolithographic structuring of the first insulating layer, for example a photoresist layer, with the aid of a mask 90, from which the window layer 5 is formed after development.
  • the non-photostructurable layer 15A for example polyimide
  • the third insulating layer 20A for example a photoresist
  • FIG. 7C shows the structuring of the feet of the dividers by means of a solvent which acts selectively on the layer 15A.
  • the already existing caps 20 serve as a mask, and by varying the duration of action of the solvent, the separating webs may also be undercut, so that the feet of the separating webs have a smaller width than the caps.
  • FIG. 7E shows the large-area vapor deposition of the second electrode, which is structured by tearing off the metal film at the edges of the separating webs.
  • Figure 7F shows the structure of an inventive
  • the invention allows the simultaneous definition of
  • Pixels by structuring the window layer 5 and structuring a second electrode through the separating webs which in the two-layer design each consist of a base 15 and a cap 20, which are arranged on the window layer.
  • the separators are arranged in such a way that they separate rows of pixels of uniform color from rows of different colors, which is achieved by interchanging the anodes and cathodes. Since the separators support the window layer in structuring the pixels, very small structures can be realized for the window layer and the separators, so that displays according to the invention have a high fill factor. example 1
  • a glass substrate 3 coated with ITO over a large area is structured by a prior art lithographic process in combination with an etching process with 30% HBr solution in such a way that the electrode strips 1 are formed.
  • a positive photoresist is spun onto the substrate and preheated on a hot plate.
  • the spin parameters are chosen so that a layer with a thickness of approx. 6 ⁇ m is created.
  • window structures 10 are produced in layer 5 (see FIG. 7A).
  • any insulating, layer-forming material can be used for the window layer (eg Si0 2 ).
  • the substrates pretreated in this way are subjected to a heating step in a vacuum oven, which makes the photoresist resistant to the subsequent lithography steps.
  • a layer of a second insulating material preferably a polyimide, is spun onto the substrate over a large area, followed by a brief baking e.g. on a hot plate.
  • the substrates pre-structured in this way are subjected to several cleaning steps by treatment with solvents and / or plasma exposure.
  • microdosing system e.g. a microdosing system
  • Inkjet printer is then first placed in each window a certain amount of the hole transport polymer solution. After suitable drying, the solutions of the emitter polymers, separated by red, green and blue pixels, are each applied between the webs and dried using the same system (see FIG. 7D).
  • a layer of base metal e.g. Calcium followed by a layer of a stable, noble metal, e.g. Aluminum or silver, evaporated so that the second electrode is formed by tearing off the metal film on the edges of the separating webs (see FIGS. 7E and 7F).
  • base metal e.g. Calcium
  • noble metal e.g. Aluminum or silver
  • the component is provided, for example, with a metal or glass cap 30 and, for example, encapsulated with a UV-curing epoxy adhesive.
  • Example 2
  • a glass substrate coated with ITO over a large area is structured by means of a prior art lithographic process in combination with an etching process with 30% HBr solution to form the first electrode strips.
  • a thin, strip-shaped metallization 35 is applied, consisting of a suitable metal that adheres to ITO (e.g. aluminum or chrome).
  • the positive photoresist is then applied to the substrate and structured to form the insulating layer 5 such that it covers the metallic auxiliary tracks 35 so that the metal does not come into direct contact with the electroluminescent polymers (see FIG. 5).
  • a positive photoresist is spun onto the substrate and preheated on a hot plate.
  • the spin parameters are chosen so that a layer with a thickness of approx. 6 ⁇ m is created.
  • Strip-shaped window structures are formed by exposure through a suitable mask and development (for example in developer AZ 726 MIF, Clariant) 45 generated according to FIG. 6.
  • any insulating, layer-forming material can be used for the window layer (eg Si0 2 ).
  • a glass substrate 3 coated with ITO over a large area is structured by a prior art lithographic process in combination with an etching process with 30% HBr solution in such a way that the first electrode strips 1 and the electrode connecting pieces 2a are formed (see FIG. 6).
  • a positive photoresist is spun onto the substrate and preheated on a hot plate.
  • the spin parameters are chosen so that a layer with a thickness of approx. 6 ⁇ m is created.
  • window structures 10 are produced over the first electrode strip and the photoresist in the area of the electrode connecting pieces is structured in such a way that either the extensions 55 between the
  • Ports or windows 40 are formed over the ports.
  • any insulating, layer-forming material can be used for the window layer (eg Si0 2 ). 3. Further steps are carried out as in Example 1, but the encapsulation 30 only covers one end of the electrode connections (see FIG. 3).

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein organisches, farbiges, elektrolumineszierendes Display mit folgenden Merkmalen: zwischen zwei quer zueinander laufenden streifenförmig strukturierten Elektroden befindet sich eine funktionelle Schicht elektrolumineszierender Polymere, die durch die Fenster (10) einer isolierenden Schicht (5) eingegrenzt werden; die funktionellen Polymere definieren Bildpunkte unterschiedlicher Farbe R, G und B für eine Matrix; streifenförmige Stege mindestens einer weiteren isolierenden Schicht (15 und 20 im Falle von zwei Schichten), die eine der Elektroden strukturieren, grenzen Bildpunkte gleicher Farbe von Bildpunkten unterschiedlicher Farbe ab, wobei sich zwischen zwei benachbarten Stegen jeweils Bildpunkte gleicher Farbe befinden.

Description

Beschreibung
Organisches, farbiges, elektrolumineszierendes Display und dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein farbiges Display auf der Grundlage elektrolumineszierender Polymere mit einer strukturierten Matrix aus Bildpunkten und einer strukturierten zweiten Elektrode, sowie dessen Herstellung.
Die graphische Darstellung von Informationen gewinnt in unserem Alltag stetig an Bedeutung. Zunehmend mehr Gegenstände des täglichen Gebrauchs werden mit Anzeigeelementen ausgestattet, die ein sofortiges Abrufen der vor Ort benötigten Informationen ermöglichen. Neben der herkömmlichen Kathodenstrahlröhre („Cathode Ray Tube, CRT") , welche zwar hohe Bildauflösung liefert, jedoch mit dem Nachteil eines hohen Gewichts und einer hohen Leistungsaufnahme verbunden ist, wurden insbesondere für den Einsatz in mobilen elektronischen Geräten die Technik der Flachbildschirme („Fiat Panel Displays, FPDs") entwickelt. Die Mobilität der Geräte stellt hohe Anforderungen an das Display, welches zum Einsatz kommen soll. Zunächst ist hier das geringe Gewicht zu erwähnen, welches die herkömmlichen CRTs von Anfang an aus dem Rennen wirft. Geringe Bautiefe ist ein weiteres essentielles Kriterium. In vielen Geräten ist sogar eine Bautiefe der Anzeige von weniger als einem Millimeter erforderlich. Durch die beschränkte Kapazität der Batterien oder Akkus in den mobilen Geräten ist zudem eine nur geringe Leistungsaufnahme der Displays gefordert. Ein weiteres Kriterium ist eine gute Ablesbarkeit , auch unter großem Winkel zwischen Displayoberfläche und Betrachter, sowie Ablesbarkeit bei verschiedenen Umgebungslicht- verhältnissen. Die Fähigkeit, auch mehrfarbige oder vollfarbige Informationen darstellen zu können, gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Und last but not least ist natürlich die Lebensdauer der Bauelemente eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz in den verschiedenen Geräten. Die Bedeutung der einzelnen Anforderungskriterien an die Displays ist entsprechend den Einsatzgebieten jeweils unterschiedlich gewichtet .
Auf dem Markt der Flachbildschirme haben sich bereits seit längerem mehrere Technologien etabliert, die hier nicht alle einzeln diskutiert werden sollen. Weitgehend dominant sind heute sog. Flüssigkristall -Anzeigen (LC-Displays) . Neben der kostengünstigen Herstellbarkeit, geringer elektrischer
Leistungsaufnahme, kleinem Gewicht und geringem Platzbedarf weist die Technik der LCDs jedoch auch gravierende Nachteile auf. LC-Anzeigen sind nicht selbst-emittierend und daher nur bei besonders günstigen Umgebungslichtverhältnissen leicht abzulesen oder zu erkennen. Dies macht in den meisten Fällen eine Hinterleuchtung erforderlich, welche jedoch wiederum die Dicke des Flachbildschirms vervielfacht. Außerdem wird dann der überwiegende Anteil der elektrischen Leistungsaufnahme für die Beleuchtung verwendet, und es wird eine höhere Spannung für den Betrieb der Lampen oder Leuchtstoffröhren benötigt. Diese wird meist mit Hilfe von „Voltage-Up- Konvertern" aus den Batterien oder Akkumulatoren erzeugt. Ein weiterer Nachteil ist der stark eingeschränkte Betrachtungswinkel einfacher LCDs und die langen Schaltzeiten einzelner Pixel, welche bei typischerweise einigen
Millisekunden liegen und zudem stark temperaturabhängig sind. Der verzögerte Bildaufbau macht sich beispielsweise beim Einsatz in Verkehrsmitteln oder bei Videoapplikationen äußerst störend bemerkbar.
Neben den LCDs existieren noch weitere Flachbildschirmtechnologien, z.B. Vakuum-Fluoreszenzanzeigen oder anorganische Dünnfilm-Elektrolumineszenzanzeigen. Diese haben jedoch entweder noch nicht den erforderlichen technischen Reifegrad erreicht oder sind aufgrund hoher
Betriebsspannungen oder Herstellungskosten nur bedingt für den Einsatz in tragbaren elektronischen Geräten geeignet. Seit 1987 haben sich Anzeigen auf der Basis organischer Leuchtdioden (organic light emitting diodes, OLEDs) einen Namen gemacht. Diese weisen die obengenannten Nachteile nicht auf. Aufgrund der Selbstemissivität entfällt die
Notwendigkeit einer Hinterleuchtung, was den Platzbedarf und die elektrische Leistungsaufnahme erheblich reduziert. Die Schaltzeiten liegen im Bereich einer Mikrosekunde und sind nur gering temperaturabhängig, was den Einatz für Videoapplikationen ermöglicht. Der Ablesewinkel beträgt nahezu 180°. Polarisationsfolien, wie sie bei LC-Displays erforderlich sind, entfallen zumeist, so daß eine größere Helligkeit der Anzeigeelemente erzielbar ist. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendbarkeit flexibler und nicht-planarer Substrate, sowie die einfache und kostengünstige Herstellung.
Bei den OLEDs existieren zwei Technologien, die sich in der Art und in der Verarbeitung der organischen Materialien unterscheiden. Zum einen lassen sich niedermolekulare organische Materialien wie z.B. Hydroxichinolin-Aluminium- III -Salz (Alq3) verwenden, die zumeist durch thermisches Verdampfen auf das entsprechende Substrat aufgebracht werden. Displays auf der Basis dieser Technologie sind bereits kommerziell erhältlich und werden z . Zt . überwiegend in der Automobilelektronik eingesetzt. Da die Herstellung dieser
Bauelemente mit zahlreichen Prozeßschritten unter Hochvakuum verbunden ist, birgt diese Technologie jedoch Nachteile durch hohen Invstitions- und Wartungsaufwand, sowie relativ geringen Durchsatz.
Seit 1990 wurde daher eine OLED-Technologie entwickelt, die als organische Materialien Polymere verwendet, welche naßchemisch aus einer Lösung auf das Substrat aufgebracht werden können. Die zur Erzeugung der organischen Schichten erforderlichen Vakuumschritte entfallen bei dieser Technik. Typische Polymere sind Polyanilin, PEDOT (Fa. Bayer) , Poly (p-phenylen-vinylen) , Poly (2-methoxy-5- (2'-ethyl) - hexyloxy-p-phenylen-vinylen) oder Polyalkylfluorene, sowie zahlreiche Derivate davon.
Der Schichtaufbau organischer Leuchtdioden erfolgt typischerweise folgendermaßen:
Ein transparentes Substrat (beispielsweise Glas) wird großflächig mit einer transparenten Elektrode (beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, ITO) beschichtet. Je nach Anwendung wird dann mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses die transparente Elektrode strukturiert, was später die Form des leuchtenden Bildpunktes definiert.
Auf das Substrat mit der strukturierten Elektrode werden dann eine oder mehrere organische Schichten, bestehend aus elektrolumineszierenden Polymeren, Oligomeren, niedermolekularen Verbindungen (s.o.) oder Mischungen hiervon, aufgebracht. Das Aufbringen polymerer Substanzen erfolgt meist aus der flüssigen Phase durch Rakeln oder Spin- Coating, sowie neuerdings auch durch verschiedene Drucktechniken. Niedermolekulare und oligomere Substanzen werden meist aus der Gasphase durch Aufdampfen oder „physical vapor deposition" (PVD) abgeschieden. Die Gesamtschichtdicke kann zwischen 10 nm und 10 μm betragen und liegt typischerweise zwischen 50 und 200 nm. Auf diese organischen Schichten wird dann eine Gegenelektrode, die Kathode, aufgebracht, welche üblicherweise aus einem Metall, einer Metall-Legierung oder einer dünnen Isolatorschicht und einer dicken Metallschicht besteht. Zur Herstellung der Kathodenschichten wird meist wiederum die Gasphasenabscheidung durch thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen oder Sputtern eingesetzt .
Bei der Herstellung strukturierter Displays besteht die Herausforderung insbesondere darin, den oben beschriebenen Schichtaufbau so zu strukturieren, daß eine Matrix einzeln ansteuerbarer, verschiedenfarbiger Bildpunkte entsteht. Beim ersten oben beschriebenen Schritt der OLED-Herstellung, der Strukturierung der ITO-Anode, bietet sich eine lithographische Technik an. ITO ist äußerst unempfindlich gegenüber den typischen Photolacken und Entwickler- flüssigkeiten und läßt sich durch Säuren, wie z.B. HBr, leicht ätzen. So lassen sich problemlos Strukturen mit einer Auflösung von wenigen Mikrometern erzeugen.
Wesentlich schwieriger ist die Strukturierung der organischen Schichten und der Metallelektrode. Grund ist die
Empfindlichkeit der organischen Materialien, welche durch die nachträgliche Anwendung aggressiver Entwicklerflüssigkeiten oder Lösungsmittel massiv geschädigt würden. Bei OLEDs auf der Basis verdampfbarer niedermolekularer Schichten lassen sich die einzelnen funktioneilen Schichten strukturiert durch eine Schattenmaske auf das Substrat aufdampfen, so daß rote, grüne und blaue Pixelbereiche entstehen. Für die streifenförmige Strukturierung der Metallkathode (senkrecht zu den darunterliegenden ITO-Streifen) bietet sich ebenfalls eine Verdampfung durch eine Schattenmaskentechnik an. Diese ist jedoch aufgrund der geringen Auflösung und der kritischen Justage der Masken über dem Substrat in der Praxis mit erheblichen Nachteilen behaftet.
Daher wurde hierfür die Methode der isolierenden Trennstege entwickelt. Direkt nach der Strukturierung der ITO-Anode wird dabei durch eine lithographische Technik eine Reihe isolierender Stege mit scharfer Abrißkante senkrecht zu den ITO-Streifen auf die Substrate auf ebracht. Nach Deposition der organischen Schichten wird die Metallkathode großflächig (d.h. ohne Verwendung einer Schattenmaske) aufgedampft, wobei der Metallfilm jeweils an den scharfen Kanten der Trennstege abreißt. So bilden sich voneinander isolierte Metallstreifen (Zeilen) , senkrecht zu den darunterliegenden ITO-Anode (Spalten) . Wird eine Spannung an eine bestimmte ITO-
Anodenspalte und eine Metallkathodenzeile angelegt, so leuchtet die organische Emitterschicht am Kreuzungspunkt zwischen Zeile und Spalte. Diese Trennstege können verschiedene Querschnitte aufweisen.
Bei OLEDs auf der Basis konjugierter Polymere, welche aus der flüssigen Phase aufgebracht werden, ist die Strukturierung der einzelnen Bildpunkte erheblich schwieriger. Herkömmliche Techniken, wie z.B. Aufschleudern oder Rakeln, verteilen die Polymerlösung gleichmäßig über das gesamte Substrat. Eine Unterteilung in rote, grüne und blaue Bereiche mit kleiner Strukturbreite ist somit nur schwer möglich, außer durch nachträgliche Strukturierung mit Hilfe aggressiver lithographischer Methoden, welche die Polymere erheblich schädigen. Aus diesem Grund wurden bereits in der Vergangenheit mehrere Drucktechniken erfolgreich für das strukturierte Aufbringen von Polymeren eingesetzt. Eine Technik, welche sich hier besonders bewährt hat, ist der Tintenstrahldruck, sowie mehrere Varianten davon. Auch bei diesen Drucktechniken besteht jedoch eine große Schwierigkeit darin, ein Ineinanderlaufen der einzelnen, eng benachbarten Farbbereiche zu verhindern. Diese Problematik wurde in der Vergangenheit durch mehrere Lösungsansätze umgangen .
In der europäischen Patentschrift 0 892 028 A2 wird ein Verfahren beschrieben, in welchem auf das ITO-Substrat zunächst eine Schicht eines isolierenden Materials aufgebracht wird, in welches an den Stellen, an denen sich später die Pixel befinden sollen, Fenster eingelassen sind. Bei diesem isolierenden Material kann es sich z.B. um Photolack handeln, welcher so modifiziert ist, daß er von den
Polymerlösungen nicht benetzt wird. Die einzelnen Tropfen der Lösungen (rot, grün, blau) sind also an den entsprechenden Stellen eingeschlossen ohne ineinanderzulaufen und können somit dort getrennt voneinander trocknen und die Polymerschicht erzeugen.
Dieses Verfahren löst jedoch nicht die Problematik der Strukturierung der Kathodenstreifen, welche bei passiv- Matrix-getriebenen Displays als letzte funktionelle Schicht auf das Polymer aufgebracht werden müssen. Für die Strukturierung der Kathoden von passiv-Matrix-Displays wurden daher in der Vergangenheit verschiedene Technologien entwickelt. Für monochrome Displays wurden nach einem besonderen Verfahren Trennstege entwickelt, welche zunächst auf das strukturierte ITO-Substrat aufgebracht werden. Auf diese Substrate werden dann die Polymerlösungen (i.d.R. ein Transportpolymer in einer polaren Lösung, gefolgt von einem Emitterpolymer in einer unpolaren Lösung) nacheinander aufgeschleudert . Als letzte Schicht wird dann die Kathode großflächig aufgedampft, welche an den scharfen Abrißkanten der Trennstege abreißt und somit voneinander isolierte Kathodenstreifen bildet. Dieses Verfahren ist jedoch zunächst nur für ein großflächiges Aufbringen der Polymerlösungen geeignet und somit nicht für Vollfarbdisplays.
Als Weiterentwicklung der Methode der Trennstege für vollfarbige Displays, hergestellt mit einem Tintenstrahldruckverfahren, läßt sich daher zusätzlich eine Schicht eines isolierenden Materials mit „Fenstern" (s.o.) aufbringen. Bei dem in der europäischen Patentschrift 0 951 073 A2 beschriebenen Verfahren werden die isolierenden Fenster und Trennstege nach dem Aufbringen einzelner Polymerschichten auf das Substrat aufgebracht. Dies ist wiederum mit den bereits oben beschriebenen Nachteilen einer Behandlung der empfindlichen konjugierten Polymere mit aggressiven Entwicklermaterialien, Lösemitteln und UV-Licht verbunden .
In der Patentschrift EP 0 732 868 A2 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine lithographische Behandlung der funktioneilen Schichten vermieden wird und gleichzeitig eine strukturierte Kathode abgeschieden werden kann. Dazu werden zuerst die Trennstege für die Kathodenseparation erzeugt und dann die funktionellen Schichten im Vakuum durch eine Schattenmaske aufgedampft. Der schwerwiegende Nachteil dieser Methode besteht darin, daß die Schattenmaske nicht direkt auf dem Substrat bzw. der darauf befindlichen Elektrode aufliegt, sondern auf den Trennstegen abgelegt wird. Damit verschärft sich das bereits oben genannte Problem der geringen Auflösung bei der Schattenmaskentechnik durch eine Hinterdampfung der Maske erheblich.
Ein wesentlicher Nachteil der Fensterschicht zur Strukturierung der Bildpunkte besteht aber darin, daß beim Aufbringen der verschiedenfarbigen Lösungen durch eine
Tintenstrahl- oder Mikrodosiertechnik in die entsprechenden Fenster die Lösungen in benachbarte Pixel spritzen oder kriechen können. Diese Problematik wird dadurch verschärft, daß bei Tropfen von einigen 10 Mikrometern Durchmesser und Tropfengeschwindigkeiten von wenigen Metern pro Sekunde, wie sie bei Tintenstrahltechniken verwendet werden, die kinetische Energie der Tropfen beim Auftreffen auf das Substrat in der gleichen Größenordnung liegt wie die Oberflächenenergie. Eine Zerteilung des Tropfens in viele kleine Einzeltropfen ist also energetisch möglich. Besonders ausgeprägt ist diese Problematik bei der Verwendung dreidimensionaler Substrate, da hierbei die Polymerlösungen durch Kapillarkräfte unter die Abrißkanten der Trennstege gezogen werden, wo sie entlang der Trennstege über einen Bereich von bis zu einigen Millimetern kriechen können.
Besondere Schärfe erlangt die Problematik dadurch, daß in den meisten vollfarbigen passiv-Matrix-Displays Pixel mit gleicher Ausdehnung in beide Raumrichtungen (pv) und(ph) verwendet werden, die aus den roten, grünen und blauen Subpixeln zusammengesetzt sind. Da sich die Subpixel normalerweise über die gesamte Länge einer
Ausdehnungsrichtung eines Gesamtpixels erstrecken werden sie sehr lang und schmal. Gleichzeitig muß das Display jedoch einen hohen Füllfaktor F= (pv-3xsv) x (ph-3xsh) / (pv> h) , der das Verhältnis der funktioneilen Fläche zur Gesamtfläche des Pixels angibt, aufweisen. Der Füllfaktor bestimmt die Helligkeit des Gesamteindrucks eines Displays. Aus diesem Grund müssen die Abstände zwischen den (Sub- ) Pixeln, sv und sh, so weit wie möglich reduziert werden. Typische Abstände zwischen benachbarten Subpixeln liegen bei sv = Sh = 20-30μm, typische Pixelgrößen bei pv = Ph = 200-300μm. Dies erhöht natürlich wiederum die Gefahr, daß beim Drucken die Polymerlösungen in benachbarte Subpixel verlaufen, erheblich. Die Gestalt der Pixel kann variieren. Auch müssen die einzelnen Subpixel für rot, grün und blau nicht die gleiche Größe oder Form aufweisen.
Nach dem Stand der Technik wird normalerweise die auf dem Substrat vertikal aufgebrachte Elektrode als Anode geschaltet, die die Spalten des Matrixdisplays ansteuert, während die nach Erzeugung der funktioneilen Polymerschichten aufgedampfte horizontal verlaufende Kathode die Zeilen der Displaymatrix definiert. Die Trennstege dienen in diesem Fall nur zur Separation der Kathoden, wobei entlang eines jeden einzelnen Trennstegs Bildpunkte unterschiedlicher Farbe angeordnet sind (siehe Fig. 2) . Dies hat zur Folge, daß beim
Drucken der verschiedenfarbigen Bildpunkte die Polymere an den Trennstegen entlangkriechen und in andere Pixel gelangen können.
Für herkömmliche passiv-Matrix-Displays wird in der Regel ein Betrieb verwendet, welcher als „Multiplexing" bezeichnet wird. Bei diesem Betrieb stellen die Zeilen die Kathoden des Displays dar, die Spalten die Anoden. Nacheinander wird nun für eine kurze Zeit die BildpunktInformation für jede einzelne Zeile als Datenwert in die Treiber der Anodenspalten eingeschrieben und nur der Treiber der jeweiligen Kathodenzeile freigeschaltet. Nach kurzer Zeit wird dann die nächste Zeile geschaltet und die Bildinformation für diese Zeile in die jeweiligen Treiber eingeschrieben usw. Jede Zeile ist also nur 1/n der Zeit eingeschaltet, wobei n die sogenannte Multiplexing-Rate (welche im einfachsten Fall mit der Anzahl der Zeilen übereinstimmt) darstellt. Die Wiederholfrequenz muß dabei so hoch sein, daß das menschliche Auge ein stehendes Bild wahrnimmt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein mehrfarbiges, Passiv- Matrix-getriebenes Display auf der Basis elektrolumineszierender Polymere anzugeben, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet .Diese Aufgabe wird mit einem Display nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Displays, sowie dessen Herstellung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der Erfindung wird ein neuartig vorstrukturiertes Substrat eingesetzt, das die problemlose Strukturierung der Bildpunkte und der zweiten Elektrode erlaubt, ohne agressive Lithographieschritte auf den funktioneilen Polymeren durchführen zu müssen. Gleichzeitig wird durch eine neuartige Anordnung der Trennstege für die zweite Elektrode ein Vermischen einzelner Bildpunkte beim Drucken der Pixel verhindert .
Vorteilhafte Ausgestaltungen, sowie die Herstellung des Displays sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsmäßiges Display weist folgende Merkmale auf:
- eine erste, elektrisch isolierende Schicht befindet sich auf parallel zueinander verlaufenden ersten Elektrodenstreifen, in der über den Elektrodenstreifen Fenster angeordnet sind, die die darin befindlichen funktioneilen Schichten für farbige Bildpunkte eingrenzen. - mindestens eine weitere isolierende Schicht ist zu streifenförmigen Stegen quer zur ersten Elektrode strukturiert, so daß der Gesamtquerschnitt der Anordnung eine überhängende Kantenform aufweist . die Stege der weiteren isolierenden Schicht grenzen Bildpunkte gleicher Farbe von Bildpunkten davon unterschiedlicher Farbe ab, wobei sich zwischen benachbarten Stegen jeweils Bildpunkte gleicher Farbe befinden. quer zu den ersten Elektrodenstreifen verlaufen weitere Elektrodenstreifen, die die funktionellen Schichten der Bildpunkte kontaktieren und beidseitig von je einem Steg begrenzt werden.
Die Erfindung beschreibt ein mehrfarbiges Display, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik die Anoden und Kathoden vertauscht sind und gleichzeitig eine isolierende Fensterschicht 5 zur Abgrenzung der Bildpunkte und Trennstege, bestehend aus mindestens einer isolierenden Schicht, zur Strukturierung der Kathode eingesetzt werden. Die Kathoden verlaufen nun vertikal und die Anoden horizontal. Bei Beibehaltung der herkömmlichen Anordnung der farbigen Bildpunkte auf dem Display (siehe Fig. 2) verlaufen die Trennstege für die Separation der Kathoden jetzt zwischen Bildpunkten unterschiedlicher Farbe. Somit werden Bildpunkte unterschiedlicher Farbe nicht nur durch die erste isolierende Fensterschicht 5, sondern zusätzlich noch durch die
Kathodentrennstege abgetrennt . Auch wenn Polymerlösung an den Trennstegen entlangkriecht und in benachbarte Pixel gelangt, findet keine Farbmischung statt, da dieses Pixel mit der gleichen Farbe gefüllt ist. Dies hat zur Folge, daß der Abstand der auf dem Substrat befindlichen Elektrodenstreifen (horizontale Anoden) nun beliebig verringert werden kann. In der Praxis ist er nur noch durch die Auflösung der lithographischen Strukturierung begrenzt. Da auch die Trennstege für die zweite Elektrode, die Kathode, im Vergleich zur Pixeldimension sehr schmal hergestellt werden können (ca. 20μm) , läßt sich durch die Erfindung der Füllfaktor der Displays stark erhöhen. Einzelne Bildpunkte müssen daher bei gleicher Gesamthelligkeit des Displays mit wesentlich geringerer Leuchtdichte betrieben werden. Da die Leuchtdichte sich direkt auch auf die Lebensdauer auswirkt, weist ein Display mit den erfindungsmäßigen Merkmalen eine erhöhte Lebensdauer auf und erlaubt gleichzeitig eine wesentlich feinere Strukturierung der Bildpunkte, als sie bisher möglich war.
Da die Gefahr des Überlaufens einzelner Pixel in andere Bildpunkte unterschiedlicher Farbe nicht mehr gegeben ist, erhöht sich zudem die Ausbeute bei der Produktion erheblich. Der Druckvorgang für die funktioneilen Polymere selbst vereinfacht sich durch diese Technik ebenfalls erheblich. Bei der Positionierung des Druckkopfes ist nur noch die horizontale Position kritisch. Vertikal kann auf eine exakte Positionierung einzelner Tropfen verzichtet werden, sogar der Druck von Linien zwischen zwei benachbarten Kathodentrennstegen ist jetzt möglich. Da der Druck von Linien im Gegensatz zum Druck einzelner Punkte oder Rechtecke erheblich geringere Anforderungen an die Positioniereinheit stellt und ein Standardprozeß des Tintenstrahldruckens darstellt, läßt sich die Geschwindigkeit des Herstellungsprozesses also stark erhöhen. Anstelle eines diskreten Tropfenprozesses (wie beim Ink Jet Printing) läßt sich auch ein kontinuierlicher Dispensprozeß verwenden, bei dem ein kontinuierlicher Strahl der Polymerlδsung in die Displayspalten dosiert wird.
Die Dicke der Fensterschicht, welche zuvor allein die Aufgabe hatte, die Polymertropfen einzugrenzen, spielt nun keine Rolle mehr. Die Fensterschicht kann somit beliebig dünn gestaltet werden und dient nur noch zur Abdeckung der ITO- Kanten. Die Herstellung der Fensterschicht vereinfacht sich somit stark, was für eine Massenproduktion von Vorteil ist. Die dünnere Fensterschicht bietet zudem den Vorteil, daß die
Kathodenstreifen beim Metallisieren keine hohen Stufen von einigen Mikrometern Höhe mehr überwinden müssen. Die Gefahr eines Abreißens des Metallfilms an den Rändern der Fenster sinkt also, was die Ausbeute und Prozeßstabilität erheblich erhöht. Ein erfindungsmäßiges Display weist in weiterer Ausgestaltung folgende Merkmale auf : quer zu den ersten Elektrodenstreifen sind Elektrodenanschlußstücke auf dem Substrat angeordnet, - in der ersten isolierenden Schicht sind Fenster über den Elektrodenanschlußstücken angeordnet oder die erste isolierende Schicht ist so strukturiert, daß Bereiche dieser Schicht zwischen den Elektrodenanschlußstücken angeordnet sind, - eine Verkapselung ist vorhanden, die die isolierenden Schichten und jeweils nur ein Ende jedes Elektrodenanschlußstückes bedeckt .
Die zusätzlich strukturierten Elektrodenanschlußstücke bestehen wie auch die ersten Elektrodenstreifen vorzugsweise aus dem luft- und feuchtigkeitsstabilen ITO. Dadurch, daß diese Kathodenanschlußstücke unter der Verkapselung herausgeführt werden, wird das Kathodenmaterial, das üblicherweise aus empfindlichen Metallen besteht, nicht der Luft ausgesetzt, was die Lebensdauer eines Displays erheblich erhöht. Um einen Überlapp zwischen der Metallkathode und den ITO-Anschlußstücken zu gewährleisten, müssen die Anschlußstücke zwischen die Trennstege für die Kathode hineingeführt werden. Dort dürfen sie nicht durch isolierendes Material der Fensterschicht bedeckt werden. Die Trennstege müssen also über die Kante der Fensterschicht hinausragen. Dies führt dazu, daß die Trennstege an der Kante der Fensterschicht eine Stufe überwinden müssen, was zu Instabilitäten der Trennstegstruktur führen kann. Dadurch, daß die Fensterschicht über die ITO-Anschlußstücke geführt wird und über den Anschlußstücken zusätzliche Fenster in der Fensterschicht vorgesehen sind oder Ausparungen in der Fensterschicht für die Kathodenanschlußstücke vorgesehen werden, müssen die Trennstege keine Stufe am Ende der Fensterschicht mehr überwinden, sondern sind stets auf einem Sockel der Fensterschicht aufgebaut . Beide Ausführungen der Fensterschicht erlauben aber weiterhin eine Kontaktierung der Kathodenanschlußstücke durch die Kathode .
Im weiteren kann eine Hilfsmetallisierung vorgesehen werden, die auf den ITO-Anodenstreifen angebracht wird bei der auf jedem ersten Elektrodenstreifen mit diesen mechanisch und elektrisch verbundene Metallstreifen aufgebracht sind, bei der die erste isolierende Schicht so strukturiert ist, daß die Metallstreifen vollständig von der isolierenden
Schicht bedeckt werden, bei der ganzflächig über den isolierenden Schichten eine
Verkapselung angebracht ist, die die isolierenden
Schichten und die Metallstreifen bedeckt.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Ansteuerung von Passiv-Matrix Bildschirmen (s.o.) erfolgt bei der Erfindung die Ansteuerung der Zeilen über die ITO-Anodenstreifen, während die Spalten über die Kathode angesteuert werden. Die ITO-Anode weist deshalb eine höhere Stromdichte auf als bei der herkömmlichen
Ansteuerung, weil der gesamte Strom aller Spalten von einer gerade angesteuerten Zeile geliefert werden muß. ITO hat aber nur eine begrenzte Leitfähigkeit, die geringer ist, als die anderer Elektrodenmetalle. Dies führt zu einem hohen seriellen Widerstand vor den Dioden, der die
Leistungsaufnahme des Displays stark erhöht. Die Hilfsmetallisierung, beispielsweise aus Aluminium oder Chrom vermeidet bzw. senkt den Serienwiderstand stark. Eine alternative Ausführung der Fenster für die Bildpunkte ist Gegenstand weiterer Ansprüche:
in der ersten isolierenden Schicht quer zu den ersten Elektrodenstreifen werden streifenförmige Fenster erzeugt.
Anstelle von diskreten Öffnungen (Fenstern) für jeden
Bildpunkt läßt sich auch ein großes, langgestrecktes Fenster pro Kathodenspalte strukturieren. Dadurch werden die normalerweise am Übergang Polymerschicht-Fensterschicht auftretenden Randeffekte (Schichtinhomogenitäten, Überlapp der Kathode mit freiliegender Lochtransportschicht etc.) reduziert, die Homogenität und Reproduzierbarkeit der Displays wird gesteigert .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsmäßigen Displays (siehe Figuren 7 A bis F) beruht im wesentlichen darauf, daß zuerst die Fensterschicht zur Eingrenzung der Bildpunkte und die Stege zur Separation der Kathodenstreifen auf dem Substrat strukturiert werden, und dann erst die funktionellen Schichten in den Fenstern aufgetragen werden, so daß keine lithographischen Verfahren auf den empfindlichen Polymerschichten durchgeführt werden müssen. Beim Drucken der Polymere läßt sich aufgrund der neuartigen Anordnung der Trennstege auch ein Dispenserverfahren mit kontinuierlichem Strahl realisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen noch näher erläutert . Die Figuren dienen nur zum besseren Verständnis der Erfindung und sind daher schematisch vereinfacht und nicht maßstabsgetreu.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsmäßigen
Aufbau eines Displays.
Figur 2 zeigt den Aufbau eines Displays nach dem Stand der Technik mit dem Problem des Vermischens einzelner Farbpixel.
Figur 3 zeigt wie Figur 1 den Aufbau des erfindungsmäßigen
Displays, aber zusätzlich mit der zweiten Elektrode und der
Verkapselung .
Figur 4 zeigt den Querschnitt durch die erfindungsmäßige Anordnung des Displays.
Figur 5 zeigt die Anordnung der zusätzlichen
Hilfsmetallstreifen für die ersten Elektrodenstreifen. Figur 6 zeigt beispielhafte Ausführungsmöglichkeiten für die Fensterschicht .
Figuren 7 A bis F stellen jeweils einen Querschnitt dar, durch den Aufbau eines Substrates zu verschiedenen Stadien der Herstellung des erfindungsmäßigen Displays.
Detaillierte Beschreibung der Figuren:
Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf den Aufbau eines erfindungsgemäßen Displays, wobei sich in den Fenstern 10 der Fensterschicht 5 über den Elektrodenstreifen 1 die Bildpunkte verschiedener Farben R,G und B befinden. Sie werden durch die Trennstege für die Kathodenseparation, die im Falle eines zweischichtigen Aufbaus aus den Füßen 15 und den Kappen 20 bestehen, von Bildpunkten anderer Farbe abgegrenzt.
Alternativ sind auch einschichtige oder mehr als zwei Schichten umfassende Anordnungen für die Trennstege möglich, die aber vorzugsweise überhängende Kanten aufweisen, an denen das Metall für die zweite Elektrode 2 abreißen kann. Die gestrichelten Linien kennzeichnen exemplarisch den Verlauf eines der Elektrodenstreifen unterhalb der Fensterschicht.
Figur 2 zeigt den Aufbau eines Displays nach dem Stand der Technik. Die Kathoden verlaufen horizontal und die Anoden vertikal, wobei die Trennstege 110 nicht verschiedenfarbige Bildpunkte abtrennen. Die Pfeile markieren exemplarisch die Bereiche, in denen ein Ineinanderlaufen der verschiedenfarbigen Pixel beim Drucken möglich ist.
Figur 3 zeigt die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Display mit zusätzlichen Elektrodenanschlußstücken 2a, die die strukturierte zweite Elektrode 2 kontaktieren. Über die Anordnung ist eine Verkapselung 30 aufgebracht, die Teile sowohl der Elektrodenanschlußstücke 2a als auch der ersten Elektrodenstreifen 1 freiläßt. Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung eines erfindungsgemäßen Displays. Zu sehen ist eine dreischichtige Ausführungsmöglichkeit, bei der auf der isolierenden Fensterschicht 5 die Füße 15 und die Kappen 20 der Trennstege strukturiert sind. In den Fenstern der Fensterschicht befinden sich die Bildpunkte, die jeweils die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 kontaktieren. Die Pixel bestehen in der Regel aus einem Lochtransportpolymer 12 und einem Emitterpolymer 14 mit jeweils einer der verschiedenen Farben R, G und B. Auf den Kappen der Trennstege befinden sich
Streifen einer nicht funktioneilen Metallschicht 2b, die beim Auftragen des Elektrodenmaterials für die zweite Elektrode durch Abreißen an den Kanten der Trennstege auf diesen gebildet wird, und die funktionellen Schichten elektrisch nicht kontaktiert.
Figur 5 zeigt die Anordnung der Hilfmetallstreifen 35 für die ersten Elektrodenstreifen, wobei die Hilfsmetallstreifen vollständig von der Verkapselung 30 bedeckt werden. Der Verlauf der ersten Elektrodenstreifen und der
Hilfmetallstreifen unterhalb der Fensterschicht ist durch gestrichelte Linien angedeutet .
Figur 6 zeigt der Einfachheit halber mehrere alternative Ausführungen der isolierenden Fensterschicht 5. Zwischen den Elektrodenanschlußstücken 2a erstrecken sich Erweiterungen 55 der Fensterschicht 5 oder es befinden sich Fenster 40 in der Fensterschicht 5 über den Elektrodenanschlußstücken. Anstelle von Fenstern 10 über den ersten Elektrodenstreifen sind auch, wie dargestellt, streifenförmige Fenster 45 möglich.
Figur 7A stellt die photolithographische Strukturierung der ersten isolierenden Schicht z.B. einer Photoresistschicht mit Hilfe einer Maske 90 dar, aus der dabei nach Entwicklung die Fensterschicht 5 gebildet wird. In Figur 7B werden nach Auftrag der nicht photo- strukturierbaren Schicht 15A (z. B. Polyimid) und der dritten isolierenden Schicht 20A (z. B. ein Photolack) durch eine Belichtung mit Hilfe einer Maske 100 und Entwicklung die Kappen 20 der Trennstege erzeugt.
Figur 7C zeigt die Strukturierung der Füße der Trennstege durch ein selektiv auf die Schicht 15A einwirkendes Lösungsmittel . Bei diesem Prozeß dienen die bereits vorhandenen Kappen 20 als Maske, wobei es durch Variation der Einwirkungsdauer des Lösungsmittels auch zu einer Unterätzung der Trennstege kommen kann, so daß die Füße der Trennstege eine geringere Breite aufweisen als die Kappen.
In Figur 7D werden nach der erfolgten Strukturierung des
Dreischichtaufbaus (5, 15, 20) die funktionellen Polymere in die Fenster eingebracht. Figur 7E zeigt das großflächige Aufdampfen der zweiten Elektrode, wobei diese durch Abreißen des Metallfilms an den Kanten der Trennstege strukturiert wird. Figur 7F zeigt den Aufbau eines erfindungsmäßigen
Displays im Querschnitt nach Aufbringen der zweiten Elektrode. Abschließend wird eine Verkapselung 30, wie in Figur 7G gezeigt, aufgebracht, die das Bauteil abdeckt.
Die Erfindung erlaubt die gleichzeitige Definition der
Bildpunkte durch Strukturierung der Fensterschicht 5 und die Strukturierung einer zweiten Elektrode durch die Trennstege, die in der zweischichtigen Ausführung jeweils aus Fuß 15 und Kappe 20 bestehen, die auf der Fensterschicht angeordnet sind. Die Trennstege sind dabei so angeordnet, daß sie Reihen von Bildpunkten einheitlicher Farbe von Reihen mit davon unterschiedlicher Farbe abtrennen, was durch eine Vertauschung der Anoden und Kathoden realisiert wird. Da die Trennstege die Fensterschicht bei der Strukturierung der Bildpunkte unterstützen, lassen sich sehr kleine Strukturen für die Fensterschicht und die Trennstege realisieren, so daß erfindungsmäßige Displays einen hohen Füllfaktor aufweisen. Beispiel 1
Die Herstellung des farbigen Displays mit einem zweischichtigen Trennsteg verläuft nach folgenden Schritten:
l.Ein großflächig mit ITO beschichtetes Glassubstrat 3 wird durch einen dem Stand der Technik entsprechenden lithographischen Prozeß in Kombination mit einem Ätzverfahren mit 30%-iger HBr-Lösung so strukturiert, daß die Elektrodenstreifen 1 entstehen.
2.Anschließend wird ein positiver Photolack auf das Substrat aufgeschleudert und auf einer Heizplatte vorgeheizt. Die Schleuderparameter werden dabei so gewählt, daß eine Schicht einer Dicke von ca. 6μm entsteht. Durch Belichten durch eine geeignete Maske und Entwickeln (z.B. in Entwickler AZ 726 MIF, Fa. Clariant) werden Fensterstrukturen 10 in der Schicht 5 erzeugt (siehe Fig. 7A) . Alternativ zu einem Photolack kann für die Fensterschicht als Material jedes beliebige isolierende, schichtbildende Material verwendet werden (z.B. Si02) .
3. Die so vorbehandelten Substrate werden in einem Vakuumofen einem Ausheizschritt unterzogen, der den Photolack resistent gegen die nachfolgenden Lithographieschritte macht.
4. Als nächstes wird großflächig eine Schicht eines zweiten isolierenden Materials, vorzugsweise ein Polyimid, auf das Substrat aufgeschleudert , gefolgt von einem kurzen Ausheizen z.B. auf einer Heizplatte.
5. Auf dieses Polyimid wird dann wiederum großflächig eine weitere Schicht des ersten oder eines davon verschiedenen Photolacks aufgeschleudert und kurz auf der Heizplatte ausgeheizt. Durch Belichtung durch eine geeignete Maske 100 und nachfolgendes Entwickeln mit der gleichen Entwicklerflüssigkeit wie oben beschrieben wird dieser Lack schließlich zu einer streifenförmigen Struktur, den Kappen der Trennstege 20, geformt (siehe Fig. 7B) . Ein nachfolgender Heizschritt erhöht die Stabilität dieser Streifen.
6. Durch Einwirkung eines Lösungsmittels, welches nur auf die Polyimidschicht wirkt, wird schließlich auch diese streifenförmig, zu den Füßen 15 der Trennstege, strukturiert, so daß sich Trennstege mit dem in Fig. 4 dargestellten Querschnitt bilden (siehe auch Fig. 7C) . Die Verwendung des gleichen Photolacks für die Fensterschicht 5 und die Kappen der Trennstege 20 vereinfacht die Produktion, da nur zwei anstelle von drei verschiedenen Materialien für die Fensterschicht und die Stege eingesetzt werden müssen.
7. Die so vorstrukturierten Substrate werden mehreren Reinigungsschritten durch Behandlung mit Lösungsmitteln und/oder Plasma-Einwirkung unterzogen.
8. Mit Hilfe eines Mikrodosiersystems (z.B. einem
Tintenstrahldrucker) wird dann zunächst in jedes Fenster eine gewisse Menge der Lochtransportpolymerlösung gegeben. Nach geeigneter Trocknung werden dann mit demselben System die Lösungen der Emitterpolymere, getrennt nach roten, grünen und blauen Bildpunkten, jeweils zwischen die Stege aufgebracht und getrocknet (siehe Fig. 7D) .
9. Danach wird eine Schicht eines unedlen Metalls, z.B. Kalzium, gefolgt von einer Schicht eines stabilen, edlen Metalls, z.B. Aluminium oder Silber, aufgedampft, so daß die zweite Elektrode durch Abreißen des Metallfilms an den Kanten der Trennstege gebildet wird (siehe Fig. 7E und 7F) .
10. Abschließend wird das Bauelement z.B. mit einer Metall - oder Glaskappe 30 versehen und beispielsweise mit einem UV- härtenden Epoxidkleber verkapselt . Beispiel 2
Herstellung eines Farbdisplays mit Hilfsmetallisierung für die ersten Elektrodenstreifen:
1. Ein großflächig mit ITO beschichtetes Glassubstrat wird durch einen dem Stand der Technik entsprechenden lithographischen Prozeß in Kombination mit einem Ätzverfahren mit 30%-iger HBr-Lösung zu den ersten Elektrodenstreifen strukturiert.
2. Anschließend wird zur Unterstützung der Stromtragfähigkeit der ITO-Bahnen eine dünne, streifenförmige Metallisierung 35 aufgebracht, bestehend aus einem geeigneten, auf ITO haftenden Metall (z.B. Aluminium oder Chrom) .
3. Anschließend wird der positive Photolack auf das Substrat aufgebracht und so zu der isolierenden Schicht 5 strukturiert, daß er dabei die metallischen Hilfsbahnen 35 überdeckt, so daß das Metall in keinem direkten Kontakt mit den elektrolumineszierenden Polymeren kommt (siehe Fig. 5) .
4. Die weiteren Prozeßschritte können identisch erfolgen wie unter Beispiel 1.
Beispiel 3
Herstellung eines Farbdisplays mit streifenförmigen Pixeln
1. analog zu Schritt 1 von Beispiel 1
2.Anschließend wird ein positiver Photolack auf das Substrat aufgeschleudert und auf einer Heizplatte vorgeheizt. Die Schleuderparameter werden dabei so gewählt, daß eine Schicht einer Dicke von ca. 6μm entsteht. Durch Belichten durch eine geeignete Maske und Entwickeln (z.B. in Entwickler AZ 726 MIF, Fa. Clariant) werden streifenförmige Fensterstrukturen 45 entsprechend Fig. 6 erzeugt. Alternativ zu einem Photolack kann für die Fensterschicht als Material jedes beliebige isolierende, schichtbildende Material verwendet werden (z.B. Si02) .
3. Nachfolgende Schritte werden wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei beim Drucken der Polymere farbige Linien auf die ersten Elektrodenstreifen in den streifenförmigen Fenstern aufgebracht werden.
Beispiel 4
Herstellung eines Farbdisplays mit Elektrodenanschlußstücken
1. Ein großflächig mit ITO beschichtetes Glassubstrat 3 wird durch einen dem Stand der Technik entsprechenden lithographischen Prozeß in Kombination mit einem Ätzverfahren mit 30%-iger HBr-Lösung so strukturiert, daß die ersten Elektrodenstreifen 1 und die Elektrodenanschlußstücke 2a gebildet werden (siehe Fig. 6) .
2. Anschließend wird ein positiver Photolack auf das Substrat aufgeschleudert und auf einer Heizplatte vorgeheizt. Die Schleuderparameter werden dabei so gewählt, daß eine Schicht einer Dicke von ca. 6μm entsteht. Durch Belichten durch eine geeignete Maske und Entwickeln (z.B. in Entwickler AZ 726 MIF, Fa. Clariant) werden Fensterstrukturen 10 über den ersten Elektrodenstreifen erzeugt und zusätzlich der Photolack im Bereich der Elektrodenanschlußstücke so strukturiert, daß entweder die Ausläufer 55 zwischen den
Anschlüssen oder die Fenster 40 über den Anschlüssen gebildet werden. Alternativ zu einem Photolack kann für die Fensterschicht als Material jedes beliebige isolierende, schichtbildende Material verwendet werden (z.B. Si02) . 3. Weitere Schritte erfolgen wie in Beispiel 1, wobei die Verkapselung 30 allerdings nur jeweils ein Ende der Elektrodenanschlüsse bedeckt (siehe Fig. 3) .
Die Erfindung ist nicht auf die konkret beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung liegen selbstverständlich auch weitere Variationen insbesondere bzgl. der verwendeten Materialien, der Geometrie des Displays und der genauen Verfahrensschritte zur Herstellung.

Claims

Patentansprüche
1. Organisches, farbiges, elektrolumineszierendes Display mit den Merkmalen,
daß auf parallel zueinander verlaufenden ersten Elektrodenstreifen (1) , die sich auf einem Substrat (3) befinden, eine erste isolierende Schicht (5) aufgebracht ist, in der über den Elektrodenstreifen Fenster (10) angeordnet sind, die darin angeordnete funktioneile Schichten für farbige Bildpunkte eingrenzen, daß mindestens eine weitere isolierende Schicht zu einem streifenförmigen Steg quer zu den Elektrodenstreifen (1) strukturiert ist, wobei der Gesamtquerschnitt der Anordnung eine oben überhängende Kantenform aufweist, daß der streifenförmige Steg der weiteren isolierenden Schicht Bildpunkte einer Farbe von Bildpunkten davon unterschiedlicher Farbe abgrenzt, wobei sich zwischen zwei benachbarten Stegen jeweils Bildpunkte gleicher Farbe befinden, daß quer zu den ersten Elektrodenstreifen verlaufende zweite Elektrodenstreifen (2) die in den Fenstern (10) befindliche funktioneile Schicht kontaktieren und beidseitig von je einem Steg begrenzt werden.
2. Display nach Anspruch 1 mit den Merkmalen,
daß quer zu den ersten Elektrodenstreifen neben einem äußeren der ersten Elektrodenstreifen, Elektrodenanschlußstücke (2a) auf dem Substrat (3) angeordnet sind, daß in der ersten isolierenden Schicht (5) Fenster (40) über den Elektrodenanschlußstücken angeordnet sind, oder daß die erste isolierende Schicht so strukturiert ist, daß Bereiche (55) dieser Schicht zwischen den
Elektrodenanschlußstücken angeordnet sind, daß eine Verkapselung (30) vorhanden ist, die die isolierende Schicht, die Stege und jeweils ein Ende jedes Elektrodenanschlußstückes (2a) bedeckt.
3. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Merkmalen, daß jeder erste Elektrodenstreifen mechanisch und elektrisch mit einem parallel dazu angeordneten Metallstreifen (35) verbunden ist, - daß die erste isolierende Schicht (5) so strukturiert ist, daß die Metallstreifen (35) vollständig von der isolierenden Schicht bedeckt werden, daß ganzflächig über den isolierenden Schichten eine Verkapselung (30) vorgesehen ist, die die isolierenden Schichten und die Metallstreifen (35) bedeckt.
4. Display nach den Ansprüchen 1 oder 2 mit dem Merkmal, daß die Fenster (45) in der ersten isolierenden Schicht (5) quer zu den ersten Elektrodenstreifen (1) streifenförmig ausgebildet sind.
5. Verfahren zur Herstellung von Displays,
- bei dem zuerst über auf einem Substrat (3) befindlichen ersten Elektrodenstreifen (1) eine isolierende Schicht (5) aufgetragen wird, in der durch Strukturierung Fenster (10) vorgesehen werden, bei dem anschließend eine zweite (15) und dritte (20) isolierende Schicht aufgetragen werden, wobei zuerst die dritte Schicht und dann die zweite Schicht quer zu den oben genannten Elektrodenstreifen (1) zu Stegen strukturiert werden, die zwischen den Fenstern (10) der ersten Schicht (5) verlaufen.
- bei dem anschließend mittels eines Tropfenprozesses oder eines kontinuierlichen Dispenserprozesses, parallel zu den durch die zweite und dritte Schicht aufgebauten Stegen funktionelle Schichten in die Fenster der ersten Schicht aufgetragen werden, bei dem danach eine zweite Elektrode (2) , die die funktionellen Polymere kontaktiert, so aufgetragen wird, daß sie durch die Stege streifenförmig strukturiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem jeder erste Elektrodenstreifen mechanisch und elektrisch mit Metallstreifen .(35) verbunden wird, bei dem die erste isolierende Schicht (5) so strukturiert wird, daß die Metallstreifen (35) vollständig von der isolierenden Schicht bedeckt werden,
- bei dem ganzflächig über den isolierenden Schichten eine Verkapselung (30) angebracht wird, die die isolierenden
Schichten und die Metallstreifen (35) bedeckt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 ,
- bei dem jeder erste Elektrodenstreifen mechanisch und elektrisch mit Metallstreifen (35) verbunden wird,
- bei dem die erste isolierende Schicht (5) so strukturiert wird, daß die Metallstreifen (35) vollständig von der isolierenden Schicht bedeckt werden, bei dem eine Verkapselung (30) angebracht wird, die ein Ende der Metallstreifen (35) freiläßt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 oder 7,
- bei dem Metallstreifen (35) aus Aluminium oder Chrom angebracht werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
- bei dem zusammen mit den ersten Elektrodenstreifen und quer zu ihnen auf dem Substrat (3) seitlich zu den ersten Elektrodenstreifen Elektrodenanschlußstücke (2a) durch Strukturierung erzeugt werden und in die erste isolierende Schicht (5) Fenster (40) über den Elektrodenanschlußstücken angeordnet werden, oder die erste isolierende Schicht so strukturiert wird, daß Bereiche (55) dieser Schicht zwischen den Elektrodenanschlußstücken angeordnet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem in der ersten isolierenden Schicht (5) quer zu den ersten Elektrodenstreifen (1) streifenförmige Fenster (45) erzeugt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem für die erste isolierende Schicht ein positiver Photolack verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, - bei dem für die die erste und dritte isolierende Schicht jeweils der gleiche positive Photolack verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem für die zweite isolierende Schicht ein Polyimid verwendet wird.
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