ES2346843B2 - Procedimiento de ablacion por electroerosion del anodo y del catodo de los diodos luminiscentes de compuestos organicos oleds para la fabricacion de pantallas. - Google Patents
Procedimiento de ablacion por electroerosion del anodo y del catodo de los diodos luminiscentes de compuestos organicos oleds para la fabricacion de pantallas. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento de ablación por electroerosión del
ánodo y del cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos OLEDs para la fabricación de pantallas.
Sistema y procedimiento de ablación por
electroerosión del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de
compuestos orgánicos, que comprende las siguientes etapas: diseñar
los patrones a realizar sobre las superficies del ánodo y del
cátodo; configurar los parámetros de grabado; enviar al sistema de
microposicionamiento los diseños gráficos del ánodo y del cátodo;
montar la placa recubierta con el ánodo, que también puede contener
un material orgánico, accionar el sistema de microposicionamiento
que contiene un electrodo terminado en punta, para realizar la
ablación sobre el ánodo aplicando una cantidad de energía
termoeléctrica cuantificada; si no se hubiera depositado previamente
a la primera etapa, depositar un material orgánico sobre el ánodo;
depositar por evaporación sobre el material orgánico una fina capa
conductora que sirve de cátodo; conectar eléctricamente el cátodo a
la masa del sistema de electroerosión; electroerosionar el cátodo
según el patrón diseñado.
Description
Procedimiento de ablación por electroerosión del
ánodo y del cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos OLEDs para la fabricación de pantallas.
La presente invención se encuadra en el sector
técnico de los procesos de fabricación de circuitos electrónicos
semiconductores, concretamente en la fabricación de ánodos y cátodos
para diodos orgánicos electroluminiscentes.
Un display orgánico de mxn píxeles es una
pequeña pantalla compuesta por una matriz pasiva, consistente en una
superposición de materiales orgánicos, obteniéndose una matriz
extremadamente delgada, del orden de 70 nm de espesor y depositada
sobre un sustrato fuerte y transparente que la sostiene. Este
sustrato también es muy delgado, del orden de un milímetro, y puede
ser rígido, cuando se emplea vidrio o flexible si se emplea
metacrilato o un material similar. Entre los elementos conductores
de la matriz, uno actúa como ánodo y otro como cátodo. En el ánodo,
típicamente de ITO (Indium Tin Oxide) óxido de
estaño-indio, depositado sobre el sustrato con un
espesor de 100 nm, se definen las n filas de la matriz usando
técnicas fotolitográficas estándar. A continuación, se depositan los
materiales orgánicos de 70 nm de espesor utilizando técnicas de
depósito por centrifugado también conocidas como spin coating.
Finalmente, se deposita mediante evaporación el cátodo, típicamente
de aluminio y bario con un espesor de 100 nm en ese caso, en él se
definen las m columnas de la matriz.
La fabricación del patrón del cátodo requiere
técnicas que no dañen ni los materiales orgánicos ni el ánodo que
están por debajo.
El proceso más utilizado para definir un patrón
sobre un material concreto es la fotolitografía. Este proceso
incluye dos subprocesos: fotografía y litografía, también llamado
ataque húmedo. La fotografía hace uso de fotorresinas, materiales
que al ser expuestos a la luz ultravioleta modifican sus propiedades
haciéndose solubles en ciertos productos químicos (reveladores). La
litografía consiste en atacar el metal no protegido por la
fotorresina con ácidos. Las etapas de fabricación de patrones por
este procedimiento de fotolitografía son las siguientes:
- (1)
- Se deposita sobre un sustrato transparente robusto ya sea rígido o flexible un fina capa de conductor también transparente a la longitud de onda de la luz del diodo, que actuará como ánodo.
- (2)
- Sobre el ánodo que se quiere realizar un patrón se deposita una capa de fotorresina.
- (3)
- Se superpone una máscara de sombra previamente diseñada sobre la fotorresina. Se le aplica la luz, quedando por tanto modificada su composición.
- (4)
- Se introduce en la muestra en un revelador. Esto hace que la fotorresina que ha sido expuesta a la luz UV se disuelva, mientras que la otra parte permanece intacta. Este proceso puede variar en función de si se utiliza un sistema de negativado o de positivado.
- (5)
- Se introduce la muestra en ácido, como puede ser ácido clorhídrico activado con oxígeno naciente. Este ataca a las zonas no protegidas por la fotorresina dejando intactas las demás.
- (6)
- Se elimina toda la fotorresina con un disolvente quedando el material ya con el diseño deseado.
- (7)
- Posteriormente se deposita el polímero semiconductor sobre toda la superficie del sustrato y por encima del patrón del ánodo.
- (8)
- Encima del polímero se deposita una capa de 100 nm de espesor de otro conductor, que este caso no necesita ser transparente y que convenientemente sea reflectante de la luz que genere el polímero.
- (9)
- Se realiza un nuevo proceso sobre el cátodo, similar al que se hiciera con el ánodo para conseguir el patrón deseado, que por lo general interesará construir una matriz de filas horizontales en el ánodo y columnas verticales en el cátodo o viceversa, en cuya intersección el polímero queda recubierto por un lado del ánodo y por otro del cátodo, formándose así los diodos.
De esta manera, al aplicar una tensión entre una
fila y una columna determinada, en su intersección circulará una
corriente eléctrica por el polímero orgánico semiconductor
produciéndose la iluminación puntual, que servirá de píxel.
Sin embargo, este proceso, que se utiliza
habitualmente para hacer el patrón sobre el ánodo no puede aplicarse
directamente al cátodo, ya que debajo del mismo se situaron las
capas de material orgánico, altamente sensibles a los productos
químicos necesarios para disolver el metal y la fotorresina. De
forma experimental se ha conseguido con éxito fabricar pantallas con
esta técnica utilizando materiales orgánicos muy determinados,
compatibles con los productos químicos empleados en este proceso (D.
G. Lidzey et al, Synth. Met. 82, pp-141). Sin
embargo, al tener que usar materiales orgánicos específicos
resistentes al ataque químico se penaliza la capacidad de
fabricación y la efectividad de los diodos realizados por este
procedimiento.
Otra técnica muy utilizada en las pantallas
orgánicas cuya capa activa se deposita mediante evaporación
(moléculas), consiste en fabricar pilares encargados de separar un
píxel de otro (P. F. et al Appl. Phys Lett. 71 pp 3197).
Esta técnica, sin embargo, no se puede
extrapolar al caso de pantallas basadas en polímeros, ya que éstos
se depositan mediante centrifugado (spin coating) y hacerlo sobre
superficies no planas con pilares altos resulta problemático.
Además, los pilares están hechos de materiales sensibles a los
disolventes utilizados en el sping coating, dificultando aún más
este proceso.
Existen otras dos técnicas utilizadas para
fabricar el patrón del cátodo, una basada en un ataque seco y otra
basada en técnicas de fotorresina transferida que actúa como
separador en el cátodo.
La técnica basada en un ataque seco es similar a
la citada anteriormente de fotolitografía pero con diferencias
sustanciales en el método de eliminación del metal. En este caso, se
deposita primero el cátodo sobre las capas orgánicas y después la
fotorresina. El cátodo se diseña con el patrón correspondiente
haciendo uso de la técnica estándar de ataque húmedo, así, el cátodo
protege a las capas orgánicas que se encuentran debajo.
Posteriormente se ataca el cátodo con un ataque seco, utilizando un
plasma basado en cloro, de manera que no afecte a los componentes
orgánicos. ("Pattering Techniques for Polymers Light Emitting
Devices". PhD F. Pschenitzka, Princenton University, 2002). Esta
técnica requiere por un lado del uso de tecnología muy cara
limitando así la capacidad de escalabilidad de las pantallas y por
otro, con el bombardeo con plasma se corre el riesgo de atravesar el
delicado polímero y perforar la pista de ITO por un exceso de
potencia puntual, que por un defecto de la misma, origine el
cortocircuito de algún píxel.
La técnica basada en fotorresina transferida
parte de la adaptación de la técnica de los separadores a materiales
poliméricos. Consiste en depositar una capa de fotorresina con un
patrón determinado sobre el polímero depositado mediante sping
coating. El diseño de la fotorresina debe ser previo a su depósito
sobre el material orgánico ya que, de otra forma, los disolventes
necesarios para su disolución degradarían las capas orgánicas sobre
las que está dispuesta la fotorresina. Posteriormente, mediante la
técnica denominada transferencia de película de fotorresina
prediseñada, se evapora el material quedando los diodos separados
unos de otros mediante los pilares de fotorresina que se han
transferido. Sin embargo, esta técnica plantea el problema de que la
evaporación deje en cortocircuito unos diodos con otros a través del
metal que actúa como cátodo, ya que éste puede depositarse como una
manta sobre la superficie, dependiendo especialmente de la altura de
los pilares de fotorresina.
La patente WO9903157 presenta otra técnica, la
ablación láser tanto de capas orgánicas como del cátodo. Esta
técnica consiste en eliminar el cátodo, una vez depositado después
de todas las capas orgánicas, aplicando un haz de luz láser de una
determinada potencia se va dibujando el patrón deseado. Pero resulta
que el material del cátodo de los diodos ha de ser un material
conductor, por tanto muy reflectante, como el aluminio, por lo que
la luz láser tiene muy poca capacidad de penetración. La principal
limitación viene de la necesidad de tener que aplicar potencias muy
elevadas para producir su ablación, de forma que esta potencia,
además de atravesar el cátodo, atravesará también al polímero que
está por debajo llegando incluso a alcanzar el propio ánodo, que
puede ser igualmente seccionado. La tasa de fallos de esta técnica
es tan elevada que difícilmente pueden fabricarse pantallas que no
sean experimentales.
Las patentes US5328809, US6498049 muestran otras
técnicas sobre la fabricación de displays orgánicos basados en
polímeros, la impresión por chorro o inkjet printing. El polímero se
deposita mediante inyección con una impresora según un patrón
determinado. Se trata de una técnica sencilla que permite fácilmente
el desarrollo de displays a color, ya que cada color se deposita
según el patrón correspondiente, y es fácilmente escalable a
displays de gran tamaño. Esta técnica, es muy versátil, ya que
mediante la impresora los polímeros sólo se depositan en los lugares
adecuados, pero finalmente, salvo para pequeñas aplicaciones en las
que se pueda utilizar un único cátodo común, es necesario igualmente
realizar la litografía del cátodo y del ánodo por métodos de ataque
húmedo o por cualquiera otros de los expresados anteriormente.
Por último, la solicitud P200703237 presenta una
técnica de fabricación de cátodos de diodos luminiscentes mediante
la erosión mecánica del cátodo no aplicable al ánodo debido a su
extremada dureza. Aún siendo una técnica limpia, de bajo coste y
escalable, solo es aplicable al cátodo, teniéndose que fabricar el
patrón del ánodo en un paso anterior con un ataque químico, lo que
implica una pérdida de precisión al tener que manipular la muestra y
tener que hacer el patrón del ánodo y del cátodo por dos sistemas
diferentes. Este sistema, además, adolece de la necesidad de tener
que repasar algunas zonas para asegurar que la ablación ha sido
realizada correctamente, por lo que, para la fabricación de píxeles
muy pequeños con separación de menos de 100 micras, se corre el
riesgo de que la viruta arrancada del cátodo y no absorbida por
aspiración, vaya a depositarse sobre la matriz pudiendo
cortocircuitar píxeles consecutivos.
Cuando se trata de fabricar diodos luminiscentes
de dimensiones reducidas del orden de 100x100 micras, necesarios
para fabricar pantallas de alta definición 230x230 píxeles por
pulgada, las técnicas de fotolitografía no son eficaces ya que el
ataque químico puede dejar en cortocircuito dos o más diodos en
algunas zonas, o dejar algún diodo inactivo por falta de cátodo o
por falta del polímero que está por debajo. Además como en el caso
anterior, al tener que manipular la muestra en varias fases, resulta
muy complicado hacer coincidir exactamente filas y columnas con la
precisión necesaria para estas dimensiones.
Era por tanto deseable un sistema que
solucionara los problemas existentes en el estado de la técnica.
La presente invención surge de la necesidad de
separar individualmente los diodos electroluminiscentes fabricados a
la vez dentro de una misma superficie, mediante procedimientos
limpios, sin residuos, que no impliquen litografía húmeda, que sean
escalables y que se puedan realizar con bajo coste.
La técnica presentada permite recortar o trocear
tanto los ánodos como los cátodos de los diodos para separarlos
eléctricamente unos de otros y así poder alimentarlos eléctricamente
de forma individualizada dentro de una misma matriz convertida en
pantalla.
La técnica permite separar, en primer lugar, la
superficie conductora del ánodo y a continuación la del cátodo,
mediante un procedimiento combinado electromecánico de
electroerosión y electromigración de iones, dejando los diodos
separados unos de otros y agrupados por filas y columnas. Para ello,
se utiliza un electrodo terminado en punta sujeto por un cabezal
móvil accionado por un posicionador con posibilidad de movimiento en
tres direcciones, ejes XYZ, controlado mediante unos medios de
procesamiento, capaces de situar el electrodo terminado en punta en
un punto concreto con una precisión de una micra. Aplicando una
presión y la cantidad de energía adecuada en términos de una
pluralidad de parámetros, entre ellos, tensión, corriente y
duración, recorta limpiamente el ánodo del diodo por efecto de
electroerosión, sin dañar el resto de los elementos. Esta misma
técnica permite, a continuación reconfigurando una serie de
parámetros, seccionar el cátodo común de los diodos, sin afectar a
los polímeros que están por debajo ni al propio ánodo que ha sido
previamente recortado. Esto se debe a que el sentido de circulación
de la corriente va del electrodo al cátodo no produciendo ningún
efecto térmico ni eléctrico en el ánodo que, además, al ser muy duro
tampoco resulta afectado mecánicamente por el contacto accidental
con el electrodo.
Este procedimiento no hace uso del proceso
fotolitográfico con lo que no es necesario realizar las máscaras
para dicho proceso, ni necesita utilizar costosos equipos de
producción como baños húmedos. Tampoco es necesario elaborar las
máscaras actuales de litografía, ni hacer uso de los productos
químicos o de máquinas de impresión por chorro. Por otra parte, esta
técnica hace que el proceso de fabricación sea también mucho más
rápido sustituyendo las horas que requieren otras técnicas por unos
pocos minutos.
El procedimiento consta de varias fases. En
primer lugar, se diseña el patrón a realizar con ayuda de
aplicaciones gráficas. A continuación, se convierte la información
gráfica al sistema de microposicionamiento que contiene el electrodo
terminado en punta conectado a una tensión pulsada adecuada según se
actúe sobre el ánodo o sobre el cátodo. En el caso del ánodo la
tensión del electrodo será preferentemente de unos 12 voltios y de
unos 3 voltios en el caso del cátodo. Para ello debe tenerse en
cuenta la velocidad del movimiento de la punta, la presión de la
punta sobre el material, la dureza del material, el espesor, etc.
Una vez configurados los parámetros de grabado y enviada la
información al sistema de microposicionamiento, se procedería a la
ablación propiamente dicha, que comprende acciones simultáneas: el
movimiento, la presión de la punta y la aplicación de una tensión
controlada sobre el electrodo produciendo la electroerosión en el
ánodo, sin producción de virutas por lo que no es necesaria la
aspiración.
En el procedimiento interviene un sistema de
microposicionamiento que comprende el posicionador electromecánico,
en el cual se integra el electrodo terminado en punta, el cabezal
que lo sujeta y el separador que aísla el electrodo del resto de
elementos del sistema. El posicionador permite el desplazamiento en
las tres dimensiones (plano horizontal XY y elevación Z) con una
resolución micrométrica. El separador, preferentemente será de
metacrilato y de 7 cm de espesor, para aislar la tensión del
electrodo del resto de elementos del sistema. La punta del
electrodo, que realizará la ablación electromecánica sobre el
conductor que conforma el ánodo, está hecha de un material metálico
duro como puede ser el acero inoxidable, titanio, tungsteno, o
diversas aleaciones, que mejoren sus condiciones mecánicas y
eléctricas para realizar la erosión. La punta del electrodo que
realiza la ablación termina preferentemente con forma de cono, muy
afilada, de 40 micras de diámetro y con un ángulo de hasta 90
grados.
El sistema de microposicionamiento también
dispone de un sistema de amortiguación que permite al movimiento
vertical, ejercer la presión deseada y al mismo tiempo absorber las
irregularidades de la superficie.
El electrodo terminado en punta está conectado a
un generador eléctrico controlado que le provee de la tensión y la
corriente necesaria en cada instante para producir la electroerosión
y electromigración y con ayuda del sistema de amortiguamiento de la
punta se puede regular la presión que hace el electrodo sobre el
conductor a erosionar para realizar los trazos los más finamente
posible.
Una vez trazado el ánodo se deposita el material
orgánico sobre toda la superficie de la placa, dada su baja
conductividad, el polímero que queda entre pistas conductoras
consecutivas no causa excesivo problema. No obstante, el proceso de
realización del patrón del ánodo también se puede realizar con el
polímero previamente depositado, ya que la electroerosión separa el
polímero al mismo tiempo que lo hace con el ánodo, con lo que cuando
el ancho entre pistas es muy pequeño se reducen las pérdidas por
fugas de corriente.
Sobre el material orgánico se deposita por
evaporación una fina capa del orden de 100 nm de una aleación
conductora que servirá de cátodo en los diodos, preferentemente de
aluminio y bario.
A continuación se conecta la masa del sistema de
microposicionamiento con la superficie del depósito de la aleación
metálica del cátodo, sin que contacte con el ánodo y se procede al
tallado de las pistas sobre la superficie conductora depositada,
según el patrón predeterminado, también, mediante el proceso de
electroerosión. En este caso, aunque el electrodo terminado en punta
llegara a tocar el ánodo que está por debajo del material orgánico,
no le afectaría en absoluto, ya que la corriente eléctrica saltaría
únicamente entre el electrodo y el conductor del cátodo que estaría
conectado a la masa del generador eléctrico y la erosión mecánica
que se pueda producir por suave roce no daña el duro ánodo.
El efecto térmico puntual producido al erosionar
el cátodo tampoco afectará al ánodo a pesar de la proximidad entre
ellos, solo hay del orden de 70 nm de separación, ya que el ánodo es
extremadamente duro y necesita una energía mucho mayor para
erosionarse, siendo inerte a los impulsos de energía necesarios para
producir ablación sobre el aluminio y bario.
Además, sin contacto físico o con un suave
contacto que no produce erosión mecánica alguna, el material
orgánico, que es un mal conductor térmico, aislaría la superficie
del ánodo del punto caliente.
Cuando la punta del electrodo toque
accidentalmente el ánodo tampoco se producirá una corriente
eléctrica entre el ánodo y el cátodo, ya que la tensión umbral de
los diodos orgánicos es de 5 voltios y estamos aplicando únicamente
2 voltios para la electroerosión.
Por tanto, el procedimiento de ablación por
electroerosión del ánodo y del cátodo de los diodos luminiscentes de
compuestos orgánicos, comprende las siguientes etapas:
- a)
- diseñar el patrón a realizar sobre la superficie conductora que sirve de ánodo y sobre la superficie conductora que servirá de cátodo;
- b)
- configurar los parámetros de grabado;
- c)
- enviar la información gráfica de diseño a un sistema de microposicionamiento;
- d)
- accionar el sistema de microposicionamiento situando un electrodo terminado en punta en un punto de la superficie conductora elegido para la electroerosión comprendiendo dicho sistema de microposicionamiento un generador eléctrico configurado en función de la separación del electrodo a la superficie conductora para realizar el trazado de brechas de separación dieléctricas;
- e)
- electroerosionar la superficie conductora aplicando energía termoeléctrica;
- f)
- si no se ha depositado previamente a la etapa a), depositar un material orgánico sobre el ánodo;
- g)
- depositar por evaporación sobre el material orgánico una capa conductora que sirve de cátodo;
- h)
- conectar la masa del sistema de microposicionamiento con la superficie de la capa conductora del cátodo;
- i)
- electroerosionar la capa conductora depositada del cátodo según el patrón diseñado.
\vskip1.000000\baselineskip
De forma preferente, la configuración de los
parámetros de grabado comprende la configuración de tensión,
corriente, período de impulso, separación del arco eléctrico,
velocidad y aceleración de avance y presión a realizar sobre la
superficie conductora.
De forma preferente, la electroerosión de la
superficie conductora se realiza aplicando energía termoeléctrica
según los parámetros de grabado configurados.
De forma preferente, el sistema de
microposicionamiento comprenderá:
- \bullet
- el electrodo terminado en punta configurado para realizar la ablación seleccionada entre electroerosión y electromigración, sobre la superficie conductora;
- \bullet
- un cabezal configurado para sujetar al electrodo;
- \bullet
- un separador dieléctrico sujeto a un posicionador que aloja al cabezal que contiene el electrodo configurado para aislar la tensión eléctrica del electrodo terminado en punta del resto de los elementos del sistema;
- \bullet
- un posicionador que sujeta el separador dieléctrico, que comprende tres brazos microposicionadores configurados para realizar movimientos en las tres dimensiones, realimentado en bucle cerrado con precisión micrométrica, dirigiendo y situando la punta del electrodo en cualquier lugar de la muestra a electroerosionar;
- \bullet
- un sistema de amortiguación configurado para permitir al movimiento vertical, ejercer la presión configurada y absorber las irregularidades de la superficie conductora;
- \bullet
- un generador eléctrico configurado para proporcionar impulsos eléctricos al electrodo según los parámetros de tensión, la corriente y período configurados para que pueda electroerosionar o pueda realizar una electromigración de los átomos del cátodo o del ánodo, según el caso, de los diodos.
\vskip1.000000\baselineskip
De forma preferente, el generador eléctrico se
configurará con parámetros de amplitud, período y régimen en función
de la separación del electrodo terminado en punta a la superficie
conductora para realizar el trazado de brechas de separación
dieléctricas.
El conjunto de estos tres factores es la clave
del éxito para que las pistas se realicen sin que se formen
cortocircuitos o queden zonas con insuficiente ablación.
Preferentemente, el posicionador del cabezal
estará controlado por unos medios de procesamiento encargados de
diseñar y enviar los datos del patrón a realizar, interpretar y
procesar las coordenadas de las trayectorias del electrodo terminado
en punta y enviar a los motores de los brazos del posicionador las
señales eléctricas correspondientes a los movimientos de la
trayectoria prefijada.
Estos medios de procesamiento comprenderán:
- \bullet
- un sistema digital microprogramado configurado para interpretar y procesar los datos con las coordenadas de las trayectorias del electrodo terminado en punta, que se le envían desde un ordenador, preferentemente por medio de un enlace por cable USB o por un cable serie RS232;
- \bullet
- una aplicación y una circuitería configuradas para enviar las señales eléctricas precisas a los motores de cada uno de los brazos del posicionador para que ejecuten los movimientos de los brazos;
- \bullet
- una pluralidad de sensores que se alojan a lo largo de los brazos posicionadores para hacer un seguimiento de la trayectoria y así detectar e informar al procesador del controlador de cualquier desviación producida, para que haga la corrección oportuna consiguiendo mayores precisiones. A este último sistema se le denomina sistema de realimentación en bucle cerrado.
\vskip1.000000\baselineskip
Por su parte, el sistema de ablación por
electroerosión del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de
compuestos orgánicos, comprende:
- \bullet
- unos medios de procesamiento configurados para:
- j)
- diseñar el patrón a realizar sobre la superficie conductora que sirve de ánodo y sobre la superficie conductora que servirá de cátodo;
- k)
- configurar los parámetros de grabado;
- l)
- enviar la información gráfica a un sistema de microposicionamiento;
- m)
- accionar el sistema de microposicionamiento situando un electrodo terminado en punta en un punto de la superficie conductora elegido para la electroerosión comprendiendo dicho sistema de microposicionamiento un generador eléctrico configurado en función de la separación del electrodo a la superficie conductora para realizar el trazado de brechas de separación dieléctricas;
- \bullet
- un sistema de microposicionamiento configurado para:
- n)
- electroerosionar la superficie conductora aplicando energía termoeléctrica;
- o)
- electroerosionar la capa conductora depositada según el patrón diseñado;
- \bullet
- un sistema centrifugador configurado para:
- p)
- si no se ha depositado previamente, depositar el material orgánico sobre el ánodo;
- \bullet
- un sistema de evaporación configurado para:
- q)
- depositar sobre el material orgánico y por evaporación una capa conductora que sirve de cátodo.
\newpage
La etapa referente al depósito del material
orgánico sobre el ánodo no habiendo sido previamente depositado, se
hará mediante un sistema centrifugador que deja caer sobre la
superficie del ánodo en rotación a una determinada velocidad, una
disolución con una concentración variable de material orgánico
controlando así el espesor del depósito de dicho material.
Por su parte, la etapa referente al depósito
sobre el material orgánico de la capa conductora que sirve de
cátodo, se hará mediante un sistema de evaporación pasando un sólido
depositado en dicho sistema de evaporación a gas de forma
instantánea. De la cantidad de sólido depositado depende el espesor
de la capa conductora que se depositará como cátodo.
Preferentemente, los medios de procesamiento
comprenderán un controlador configurado para diseñar y enviar los
datos del patrón a realizar, interpretar y procesar las coordenadas
de las trayectorias del electrodo terminado en punta y enviar a los
motores de los brazos del posicionador las señales eléctricas
correspondientes a los movimientos de la trayectoria prefijada.
Cabe mencionar que son conocidas técnicas para
el afilado de puntas de tungsteno, que permiten fabricar puntas con
un diámetro inferior a la micra, no obstante con puntas de 40 micras
o superior es suficiente para realizar cortes de unas pocas micras,
ya que el calor generado por el micro arco eléctrico producido entre
la punta del electrodo y el ánodo y posteriormente entre la punta
del electrodo y el cátodo, alcanza su mayor temperatura y campo
eléctrico en el centro de la punta, que es donde se produce la
ablación.
Otra ventaja destacable de esta técnica consiste
en que todo el proceso de fabricación de la pantalla se puede
realizar in situ, sin mover la muestra de su alojamiento,
prácticamente sin manipulación y en un solo paso, reduciendo
enormemente el tiempo de fabricación y consiguiendo también una
mayor precisión en la sincronización de los patrones realizados en
el ánodo con los realizados en el cátodo.
De esta forma, la presente invención permite
fabricar pantallas de OLED a bajo coste a base de la división de un
gran diodo original en forma de emparedado en filas y columnas de
forma precisa y escalable desde dimensiones de micras hasta metros,
permitiendo conseguir altas resoluciones.
Así, esta técnica completa la solicitud
P200703237 realizada por los solicitantes que consistía en la
fabricación de cátodos de diodos luminiscentes mediante la erosión
mecánica del cátodo, sin aplicación al ánodo debido a su extremada
dureza y al hecho de que el ánodo está directamente depositado y
adherido fuertemente sobre el sustrato de vidrio. Con la combinación
de ambas técnicas es posible la fabricación completa de los diodos,
ánodo y cátodo en un mismo proceso, en poco tiempo y sin que
recurrir a las técnicas de fotolitografía que utilizan ácidos y
disolventes para su elaboración, ya que estos tratamientos afectan
negativamente a las superficies de los conductores y a los polímeros
semiconductores que formarán posteriormente la unión PN del
diodo.
No obstante, la presente técnica permite por sí
sola realizar los dos procesos de ablación, tanto en el cátodo como
en el ánodo, mediante una aplicación cuantificada de energía que
consigue realizar cortes más finos en el material conductor,
rebajando significativamente las 50 micras. Dado que la precisión de
la técnica llega a unas pocas micras, permite fabricar diodos de
gran tamaño y diodos de tamaño muy reducido o
micro-diodos que formarán los píxeles de las
pantallas de un tamaño de 100x100 micras. De esta forma, se podrán
fabricar pantallas con una resolución de 230 puntos por pulgada,
necesarios para pantallas de alta definición.
La presente técnica para la fabricación tanto
del ánodo como del cátodo permite resolver simultáneamente varios
inconvenientes:
- 1.
- Todo el proceso se puede realizar sin ninguna otra manipulación de la muestra, que la de ir depositando materiales y realizar el tallado de las pistas mediante el procedimiento de electroerosión, pudiendo quedar la muestra fijada firmemente a su soporte durante todo el proceso.
- 2.
- Se puede perfilar el ánodo con el polímero ya depositado, ya que la tensión eléctrica permite erosionar igualmente el ánodo, ahorrando así pasos en el procesado de la muestra.
- 3.
- No necesita de grandes y costosos equipos como los necesarios para muchas de las técnicas antes mencionadas, como la de impresión por chorro o inkjet printing. Podría adaptarse un plotter o adaptador gráfico comercial para realizar el proceso de fabricación, sustituyendo las plumillas por electrodos.
- 4.
- Evita el contacto del material orgánico y de los conductores de los diodos con productos químicos que los degraden, como son el revelador de fotorresina, disolventes, el agua y los ácidos, pudiendo realizarse el proceso en atmósfera inerte.
- 5.
- La técnica, una vez puesta a punto, es muy limpia, utilizando el electrodo terminado en punta, se regula la velocidad y la corriente en función de la anchura de corte del ánodo de la muestra, permitiendo así dividir finamente los diodos unos de otros, sin causar ningún perjuicio a la muestra.
El equipo comercial que se utiliza para realizar
el patronado del ánodo y del cátodo funciona como un adaptador
gráfico en los que los punteros en lugar de inyectar tinta imponen
un campo eléctrico en diferentes puntos de la superficie conductora
primero del ánodo y posteriormente en el cátodo. Este adaptador
gráfico se conecta mediante un cable de comunicación de datos USB a
los medios de procesamiento que gobiernan el proceso. El primer paso
consiste en diseñar los patrones de los ánodos y cátodos, que van a
formar los electrodos de la pantalla, en una realización preferente
será un patrón de pistas cruzadas en forma de filas en el ánodo y de
columnas en el cátodo. Una configuración típica es el patronado de
pistas de 1 mm de ancho, separadas por una brecha de ablación con
espesores desde las 40 micras hasta las 250 micras aproximadamente.
La anchura es seleccionable mediante la elección de la punta
adecuada y la modulación del voltaje aplicado y la anchura del pulso
eléctrico. Con esta resolución de fabricación de espesores se pueden
fabricar pantallas de alta definición cuya anchura de píxel es de
400 micras.
En función de la resolución elegida, se
determina la altura del puntero sobre el ánodo y la velocidad de
grabado puede variar desde 0,2 mm/s para el caso de contacto físico
hasta 1 cm/s, si se realiza mediante mayor tensión y una separación
de 100 micras. El modo de contacto es más lento pero mejora la
calidad de fabricación mediante un sistema de control de seguimiento
de ablación de las brechas, ya que un amperímetro conectado en serie
detecta inmediatamente un posible fallo de erosión, procediendo en
ese caso, a repasar nuevamente la zona.
El ánodo de ITO es extremadamente duro a la
ralladura, por lo que no desprende viruta al paso del puntero sonda,
sin embargo, la aplicación de un campo eléctrico a partir de 10,5
voltios en 150 nm, que es la distancia de contacto, transforma la
homogeneidad de superficie cristalina afectada, por acción del
intenso campo eléctrico producido entre la punta y el ánodo, dejando
de ser conductora eléctrica.
A continuación, tras realizar todo el patronado
del ánodo, se deposita el polímero mediante técnicas de
centrifugado, no necesitándose realizar ningún tipo de patronado al
polímero. Posteriormente se deposita el aluminio y bario sobre el
polímetro que hará de cátodo mediante técnicas de depositado por
pulverización catódica (sputtering) o por técnicas de
evaporación.
Este procedimiento sirve para realizar un patrón
sobre el ánodo y el cátodo de un diodo basado en tecnología
orgánica, por tanto, también es aplicable a cualquier material que
se pueda utilizar como ánodo o cátodo y cualquier compuesto orgánico
que se utilice como capa activa.
Una vez descrita de forma clara la invención, se
hace constar que las realizaciones particulares anteriormente
descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que
no alteren el principio fundamental y la esencia de la
invención.
Claims (12)
1. Procedimiento de ablación por electroerosión
del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos, caracterizado porque comprende las siguientes
etapas:
- a)
- diseñar el patrón a realizar sobre la superficie conductora que sirve de ánodo y sobre la superficie conductora que servirá de cátodo;
- b)
- configurar los parámetros de grabado;
- c)
- enviar la información gráfica de diseño a un sistema de microposicionamiento;
- d)
- accionar el sistema de microposicionamiento situando un electrodo terminado en punta en un punto de la superficie conductora elegido para la electroerosión comprendiendo dicho sistema de microposicionamiento un generador eléctrico configurado en función de la separación del electrodo a la superficie conductora para realizar el trazado de brechas de separación dieléctricas;
- e)
- electroerosionar la superficie conductora aplicando energía termoeléctrica;
- f)
- si no se ha depositado previamente a la etapa a), depositar un material orgánico sobre el ánodo;
- g)
- depositar por evaporación sobre el material orgánico una capa conductora que sirve de cátodo;
- h)
- conectar la masa del sistema de electroerosión con la superficie de la capa conductora del cátodo;
- i)
- electroerosionar la capa conductora depositada del cátodo según el patrón diseñado.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento de ablación por electroerosión
del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos, según la reivindicación 1, caracterizado porque la
configuración de los parámetros de grabado comprende la
configuración de tensión, corriente, período de impulso, separación
del arco eléctrico, velocidad y aceleración de avance y presión a
realizar sobre la superficie conductora.
3. Procedimiento de ablación por electroerosión
del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la electroerosión de la superficie
conductora se realiza aplicando energía termoeléctrica según los
parámetros de grabado configurados.
4. Procedimiento de ablación por electroerosión
del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el sistema de microposicionamiento
comprende:
- \bullet
- el electrodo terminado en punta configurado para realizar la ablación seleccionada entre electroerosión y electromigración, sobre la superficie conductora;
- \bullet
- un cabezal configurado para sujetar al electrodo;
- \bullet
- un separador dieléctrico sujeto a un posicionador que aloja al cabezal que contiene el electrodo configurado para aislar la tensión eléctrica del electrodo terminado en punta del resto de los elementos del sistema;
- \bullet
- un posicionador que sujeta el separador dieléctrico, que comprende tres brazos microposicionadores configurados para realizar movimientos en las tres dimensiones, realimentado en bucle cerrado con precisión micrométrica, dirigiendo y situando la punta del electrodo en cualquier lugar de la muestra a electroerosionar;
- \bullet
- un sistema de amortiguación configurado para permitir al movimiento vertical, ejercer la presión configurada y absorber las irregularidades de la superficie conductora;
- \bullet
- un generador eléctrico configurado para proporcionar impulsos eléctricos al electrodo según los parámetros de tensión, la corriente y período configurados.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Procedimiento de ablación por electroerosión
del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos, según las reivindicación 4, caracterizado porque
el generador eléctrico se configura con parámetros de amplitud,
período y régimen en función de la separación del electrodo
terminado en punta a la superficie conductora para realizar el
trazado de brechas de separación dieléctricas.
\newpage
\global\parskip0.950000\baselineskip
6. Procedimiento de ablación por electroerosión
del ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos
orgánicos, según la reivindicación 4, caracterizado porque el
posicionador está controlado por unos medios de procesamiento
encargados de diseñar y enviar los datos del patrón a realizar,
interpretar y procesar las coordenadas de las trayectorias del
electrodo terminado en punta y enviar a los motores de los brazos
del posicionador las señales eléctricas correspondientes a los
movimientos de la trayectoria prefijada.
7. Sistema de ablación por electroerosión del
ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos orgánicos,
caracterizado porque comprende:
- \bullet
- unos medios de procesamiento configurados para:
- j)
- diseñar el patrón a realizar sobre la superficie conductora que sirve de ánodo y sobre la superficie conductora que servirá de cátodo;
- k)
- configurar los parámetros de grabado;
- l)
- enviar la información gráfica a un sistema de microposicionamiento;
- m)
- accionar el sistema de microposicionamiento situando un electrodo terminado en punta en un punto de la superficie conductora elegido para la electroerosión comprendiendo dicho sistema de microposicionamiento un generador eléctrico configurado en función de la separación del electrodo a la superficie conductora para realizar el trazado de brechas de separación dieléctricas;
- \bullet
- un sistema de microposicionamiento configurado para:
- n)
- electroerosionar la superficie conductora aplicando energía termoeléctrica;
- o)
- electroerosionar la capa conductora depositada según el patrón diseñado;
- \bullet
- un sistema centrifugador configurado para:
- p)
- si no se ha depositado previamente, depositar el material orgánico sobre el ánodo;
- \bullet
- un sistema de evaporación configurado para:
- q)
- depositar sobre el material orgánico y por evaporación una capa conductora que sirve de cátodo.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Sistema de ablación por electroerosión del
ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos orgánicos,
según la reivindicación 7, caracterizado porque la
configuración de los parámetros de grabado comprende la
configuración de tensión, corriente, período de impulso, separación
del arco eléctrico, velocidad y aceleración de avance y presión a
realizar sobre la superficie conductora.
9. Sistema de ablación por electroerosión del
ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos orgánicos,
según cualquiera de las reivindicaciones 7-8,
caracterizado porque la electroerosión de la superficie
conductora se realiza aplicando energía termoeléctrica según los
parámetros de grabado configurados.
10. Sistema de ablación por electroerosión del
ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos orgánicos,
según cualquiera de las reivindicaciones 7-9,
caracterizado porque el sistema de microposicionamiento
comprende:
- \bullet
- el electrodo terminado en punta configurado para realizar la ablación electromecánica sobre la superficie conductora;
- \bullet
- un cabezal configurado para sujetar al electrodo;
- \bullet
- un separador dieléctrico sujeto a un posicionador que aloja al cabezal que contiene el electrodo configurado para aislar la tensión eléctrica del electrodo terminado en punta del resto de los elementos del sistema;
- \bullet
- un posicionador que sujeta el separador dieléctrico, que comprende tres brazos microposicionadores configurados para realizar movimientos en las tres dimensiones, realimentado en bucle cerrado con precisión micrométrica, dirigiendo y situando la punta del electrodo en cualquier lugar de la muestra a electroerosionar;
- \bullet
- un sistema de amortiguación configurado para permitir al movimiento vertical, ejercer la presión configurada y absorber las irregularidades de la superficie conductora;
- \bullet
- un generador eléctrico configurado para proporcionar impulsos eléctricos al electrodo según los parámetros de tensión, la corriente y período configurados.
\global\parskip1.000000\baselineskip
11. Sistema de ablación por electroerosión del
ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos orgánicos,
según la reivindicación 10, caracterizado porque el generador
eléctrico se configura con parámetros de amplitud, período y régimen
en función de la separación del electrodo terminado en punta a la
superficie conductora para realizar el trazado de brechas de
separación dieléctricas.
12. Sistema de ablación por electroerosión del
ánodo y cátodo de los diodos luminiscentes de compuestos orgánicos,
según cualquiera de las reivindicaciones 7- 11, caracterizado
porque los medios de procesamiento comprenden un controlador
configurado para diseñar y enviar los datos del patrón a realizar,
interpretar y procesar las coordenadas de las trayectorias del
electrodo terminado en punta y enviar a los motores de los brazos
del posicionador las señales eléctricas correspondientes a los
movimientos de la trayectoria prefijada.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201030276A ES2346843B2 (es) | 2010-02-25 | 2010-02-25 | Procedimiento de ablacion por electroerosion del anodo y del catodo de los diodos luminiscentes de compuestos organicos oleds para la fabricacion de pantallas. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201030276A ES2346843B2 (es) | 2010-02-25 | 2010-02-25 | Procedimiento de ablacion por electroerosion del anodo y del catodo de los diodos luminiscentes de compuestos organicos oleds para la fabricacion de pantallas. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2346843A1 ES2346843A1 (es) | 2010-10-20 |
| ES2346843B2 true ES2346843B2 (es) | 2012-02-23 |
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ID=42829094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201030276A Active ES2346843B2 (es) | 2010-02-25 | 2010-02-25 | Procedimiento de ablacion por electroerosion del anodo y del catodo de los diodos luminiscentes de compuestos organicos oleds para la fabricacion de pantallas. |
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| US5051912A (en) * | 1989-02-07 | 1991-09-24 | Hurco Acquisition Corporation | Vectoring/orbiting control unit for electrical discharge machining |
| DE10236854B4 (de) * | 2002-08-07 | 2004-09-23 | Samsung SDI Co., Ltd., Suwon | Verfahren und Vorrichtung zur Strukturierung von Elektroden von organischen lichtemittierenden Elementen |
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| ES2302477B2 (es) * | 2007-12-05 | 2009-02-16 | Universidad Politecnica De Madrid | Procedimiento de fabricacion de catodos para diodos luminiscentes. |
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2010
- 2010-02-25 ES ES201030276A patent/ES2346843B2/es active Active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NOACH S. et al., 09.12.1996, "{}Microfabrication of an electroluminescent polymer light emitting diode pixel array"{}, APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 69, Nr. 24, Págs. 3650-3652. 09.12.1996. Páginas 3650 y 3651. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| ES2346843A1 (es) | 2010-10-20 |
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