FI96084B - Menetelmä ohutkalvoelektroluminenssilaitteen valmistamiseksi - Google Patents

Description

96084

Menetelmä ohutkalvoelektroluminenssilaitteen valmistamiseksi

Tekniikan ala 5 Esillä oleva keksintö liittyy menetelmään ohutkalvo- EL(elektroluminenssi)-laitteen valmistamiseksi ja erityisesti menetelmään tällaisen laitteen elektrodien muodostamiseksi.

Tekninen tausta 10 Näinä vuosina on kiinnitetty paljon huomiota ohut- kalvoelektroluminenssilaitteisiin, jotka käyttävät ohut-kalvofosforikerrosta dispersioelektroluminenssilaitteen sijasta, joka käyttää sinkkisulfidi (ZnS) -yhdistefosfo-rijauhetta, koska edellinen voi aikaansaada voimakkaan 15 luminenssin.

Ohutkalvoelektroluminenssilaite, jossa luminoiva kerros on tehty ohuen kalvon muodossa varjokehien tai luminenssin sameuden minimoimiseksi, jotka johtuvat ulkoapäin osuvan valon ja luminoivan kerroksen sisätilasta emittoidun 20 valon siroutumisesta tarjoten siten korkean terävyyden ja kontrastin, on tullut esiin ajoneuvoihin asennettavaksi soveltuvana laitteena, kuten näyttöyksikkönä tietokonepäätteessä tai valaistuslaitteena.

Tapauksessa, jossa ohutkalvoelektroluminenssilai-25 tetta käytetään näyttönä, elektroluminenssilaite on konstruoitu pistematriisin tyyppisenä, joka on esitetty kuvioissa 2 (a), (b) ja (c) siten, että valoa läpäisevä pinta ja taustaelektrodit 101 ja 102 ovat kukin liuskakuvion muodossa järjestettyinä keskenäisesti ennalta määrätyille 30 etäisyyksille ja sovitettuina keskenään oikeaan kulmaan, luminoivan kerroksen 103 ollessa sijoitettuna pinta- ja taustaelektrodien väliin ja pinta- ja taustaelektrodiku-vioiden välisten leikkauksien muodostaessa yhden ohut-kalvoelektroluminenssilaitteen elementeistä. Kuvio 2(a) 35 on perspektiivikuva osittain aukileikattuna elektrolumi- 2 96084 nenssilaitteesta, kuvio 2(b) on tasokuva siitä ja kuvio 2(c) on sen poikkileikkauskuva.

Yksityiskohtaisemmin ensimmäinen ja toinen eristävä kerros 104 ja 105 on sijoitettu luminoivan kerroksen 103 5 ja vastaavasti pinta- ja taustaelektrodien 101, 102 väliin.

Tämän ohutkalvoelektroluminenssilaitteen valon emit-tointiprosessi on seuraava.

Ensiksi, kun jännite kytketään pinta- ja tausta-elektrodien 101 ja 102 kuvioiden väliin sisääntulosignaa-10 lista riippuvaisesti, sähkökenttiä indusoidaan luminoivaan kerrokseen 103 näiden kuvioiden välisiin leikkauskohtiin siten, että tähän asti liitäntätasolle lukkiutuneet elektronit vapautuvat siitä ja virittyvät, jolloin elektronit saavat riittävästi energiaa pommittaakseen luminoivien 15 keskusten epäpuhtauksien rataelektroneja virittäen siten rataelektronit. Kun näin viritetyt luminoivien keskusten elektronit palaavat perus- tai normaalitilaansa, ne emittoivat valoa.

Tällaisessa ohutkalvoelektroluminenssilaitteessa 20 elektroluminenssilaitteen elementtien elektrodit on varustettu toisista päistään liittimillä 106, jotka on kytkettävä ulkoiseen ohjaimeen (ei esitetty) asianomaisten johtimien kautta ja jotka liittimet on tavanomaisesti valmistettu nikkeli (Ni)-kalvosta.

25 Tällaiset liittimet 106 on tavanomaisesti muodos- • · tettu elektronisuihkuhöyrystysprosessilla pintaelektrodin 101 kuvion, ensimmäisen eristävän kerroksen 104, luminoivan kerroksen 103, toisen eristävän kerroksen 105 ja sitten taustaelektrodin 102 kuvion peräkkäisen muodostuksen jäl-30 keen.

Kuvioidenmuodostusprosessissa nikkeliohutkalvokuvio r 1 on tehty tavanomaisesti selektiivisellä höyrystysproses- silla, toisin sanoen elektronisuihkuhöyrystysprosessilla käyttäen metallimaskia.

35 Tällä selektiivisellä höyrystysprosessilla on kui- il a« i mu 111 «t — 3 96084 tenkin ollut sellainen ongelma, että kuvion reunat eivät vastaa tarkasti maskia, toisin sanoen kuvion muotoa ei voida terävästi määrittää johtaen huonoon kuvion tarkkuuteen.

5 Tällainen elektroluminenssilaite on ollut viallinen myös siinä suhteessa, että koska laitteen elektrodeilla on korkea jako noin 0,5 mm, on erittäin vaikeaa kohdistaa tällaista hienoa kuviota metallimaskilla ja siten sen saanto on vähentynyt johtuen kuvion paikkasiirtymästä.

10 Tällaisten ongelmien eliminoimiseksi on ehdotettu menetelmää, jossa liittimiin kuvioiden muodostaminen on suoritettu valolitografisella prosessilla.

Tässä menetelmässä, kuten on esitetty kuviossa 3(a), elementit on muodostettu ensin ja sitten ohut nikkelikalvo 15 106’ on muodostettu liuskan muodossa elektronisuihkuhöy- rystysprosessilla.

Tämän jälkeen kuvio on muodostettu valolitografisella prosessilla nikkeliliittimen 106 muodostamiseksi, kuten on esitetty kuviossa 3(b).

20 Tämä menetelmä on edullinen siinä suhteessa, että kuvion tarkkuus paranee, mutta epäsuotuisa siinä suhteessa, että epäpuhtausionit tai kosteus usein aiheuttavat elekt-roluminenssilaitteen elementtien vaurioitumisen etsaus-vaiheessa ja edelleen valolitografisen prosessin vaiheiden 25 lukumäärä on suuri johtaen siihen, että asianomaisen valo-maskin kustannukset ovat korkeat ja niin edelleen.

On yleisesti tunnettua, että ohutkalvoelektrolumi-nenssilaitteen elementit ovat alttiina vaurioille kosteuden tai epäpuhtausioneiden johdosta etsausvaiheessa. Tämä ilmiö 30 on ollut vakava ongelma elektroluminenssilaitteessa, koska ‘ laitetta käytetään erityisesti voimakkaan sähkökentän alai sena siten, että laitteen toistuva käyttö aiheuttaa sähkökentässä laitteelle adsorboidun kosteuden murtumisen ja tunkeutumisen kalvojen väleihin siten aiheuttaen kalvon 35 irtautumisen ja johtaen lyhentyneeseen käyttöikään.

4 96084

Yllä mainittujen olosuhteiden valossa esillä olevan keksinnön kohteena on aikaansaada ohutkalvoelektrolumi-nenssilaite, joka on helppo valmistaa ja erittäin luotettava.

5 Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on aikaansaatu menetelmä ohutkalvoelektroluminenssilaitteen valmistamiseksi, joka käsittää vaiheet, joissa peräkkäisesti muodos-tetaaan substraatille ensimmäisten elektrodien ensimmäinen 10 sähköä johtava kerros, ensimmäinen eristävä kerros, lumi-noiva kerros, toinen eristävä kerros ja toisten elektrodien toinen sähköä johtava kerros, jolloin ensimmäinen johtava kerroskuvio on ennalta muodostettu koko ensimmäisen elektrodin muodostusvyöhykkeelle ja elektrodiliittimen muodos-15 tusvyöhykkeelle ja upotettu sitten pinnoitusliitokseen liitinkuvion muodostamiseksi selektiivisesti ainoastaan ensimmäiselle johtavalle kerrokselle. Myöhemmät vaiheet voivat olla tunnettuja vaiheita ja toisten elektrodien päät on muodostettu osittain limittyvinä liitinkuvion kanssa.

20 Yllä mainitun menetelmän mukaisesti kuvioiden koh- distustoiminnan tarve voidaan eliminoida, pelkkä upotus pinnoitusliuokseen mahdollistaa erittäin tarkan liitin-kuvion helpon muodostamisen ja stabiilit ominaisuudet voidaan säilyttää pitkän aikaa laitteen vaurioitumatta.

25 Lyhyt piirustusten kuvaus

Kuviot 1(a) - 1(e) esittävät vastaavia eri vaiheita esillä olevan keksinnön yhden suoritusmuodon mukaisessa ohutkalvoelektroluminenssipaneelin valmistusprosessissa; kuviot 2(a) - 2(c) ovat diagrammeja tavanomaisen 30 ohutkalvoelektroluminenssipaneelin rakenteen selittämistä varten; ja kuviot 3(a) ja 3(b) esittävät elektrodiliittimen muodostusvaiheen tekniikan tason mukaisessa ohutkalvo-elektroluminenssilaitteen valmistusprosessissa.

· m.v etu i 11 se • » 5 96084

Paras tapa keksinnön toteuttamiseksi

Esillä olevan keksinnön suoritusmuoto kuvataan yksityiskohtaisesti viitaten oheisiin piirustuksiin.

Kuviot 1(a) - 1(e) esittävät esillä olevan keksinnön 5 suoritusmuodon mukaisen ohutkalvoelektroluminenssipaneelin valmistusmenetelmän vaiheet.

Viitaten ensin kuvioon 1(a) muodostetaan indiumtina-oksidia (ITO) oleva kerros lasisubstraatille 1 sputte-rointiprosessilla ja sitten se altistetaan kuvionmuodos-10 tukselle valolitografisella prosessilla pintaelektrodien 2 valoa läpäisevän liuskakuvion muodostamiseksi järjestettyinä ennalta määrätyin välein ja alla olevan liitti-menmuodostuskuvion 2U ollessa muodostettuna substraatin toiseen päähän ulottuen kohtisuorasti liuskakuvioon nähden.

15 Sitten, kuten on esitetty kuviossa 1(b) ensimmäinen eristävä kerros 3 valmistettuna tantalumpentoksidista (Ta205) muodostetaan substraatille, joka on saatu edeltävästä vaiheesta, sputterointiprosessilla, jonka aikana käytetään metallimaskia siten, että ei kateta pintaelek-20 trodien toisia päitä ja koko alla olevaa kuviota 2U, toisin sanoen ne paljastetaan.

Kuten on esitetty kuviossa 1(c) tuloksena oleva substraatti upotetaan seuraavaksi kokonaisuudessaan neljä kertaa sähköttömään nikkeligalvanointiliuokseen ennalta 25 määrätylle syvyydelle peräkkäisesti neljältä sivultaan • · siten, että substraatin kunkin sivun upotus aikaansaa liuoksen tason saavuttamaan syvyyden L, jolloin muodostuu nikkelipinnoitekerros 7. Tämän jälkeen nikkelipinnoite-kerros edelleen altistetaan samalla tavoin sähköttömään 30 kultapinnoitukseen kultapinnoitekerroksen 8 muodostamiseksi sille. Tämän tuloksena muodostuvat liittimet, joilla kullakin on kaksikerroksinen (nikkeli- ja kultakerrokset) rakenne (katso kuvio 1(d)).

Tässä yhteydessä nikkelipinnoitekerros voi käsittää 35 esimerkiksi 39g/l NiS04‘6H20:ta, 30g/l NaH2P02H20:ta, 20g/l 6 96084 NH2CH2COOH:ta, 20g/l Na3 C6 H5 07 2H2 O: ta ja 2ppm Pb(N03 )2 :ta seoksena ja liuoksen pH-taso ja lämpötila on vastaavasti aseteltu arvoihin 5-6 ja 80-90°C.

Kultapinnoiteliuos voi käsittää esimerkiksi 28g/l 5 kaliumkultasyanidia, 60g/l sitruunahappoa, 45g/l volframi-happoa, 16g/l natriumhydroksidia, 3,77g/l N-N-dietyyli-lysiininatriumia ja 25g/l kaliumftalaattia yhdisteenä ja saatettuna vastaavasti pH-arvoon 5-6 ja lämpötilaan 85-93° C.

10 Yllä mainittujen vaiheiden jälkeen muodostetaan luminoiva kerros 4 valmistettuna sinkkisulfidistä (ZnS) sisältäen terbiumia (Tb) luminoivien keskusten epäpuhtautena, toisin sanoen ZnS:Tb, toinen eristävä kerros 5 valmistettuna Ta205:sta ja taustaelektrodien 6 liuskamainen 15 kuvio valmistettuna alumiinista (AI) tavanomaisella menetelmällä tällaisen täplämatriisityyppisen ohutkalvoelekt-roluminenssipaneelin saattamiseksi valmiiksi, jollainen on esitetty kuviossa 1(e).

Taustaelektrodien 6 kuvio on järjestetty ulottumaan 20 kohtisuorasti edellä mainittuun pintaelektrodin kuvioon nähden ja myös osittain limittyneenä nikkeli- ja kulta-pinnoitekerroksista 7 ja 8 muodostuvien liittimien kanssa, jotta sallitaan liittimien päiden jääminen paljaaksi ja niiden sähköinen kytkeminen ulkoiseen laitteesen.

25 Tällaisessa ohutkalvoelektroluminenssipaneelissa, joka täten on saatu valmiiksi, kukin limittyvistä tai toisensa leikkaavista osista pinta- ja taustaelektrodien 2 ja 6 kuvioiden välillä vastaa yhtä paneelin kuvaelementtiä ja tehonsyöttö yhdestä liittimestä vastaten kuvainformaa-30 tiota sallii vastaavan kuvaelementin emittoida valoa.

Esillä olevan keksinnön menetelmän yhden suoritusmuodon mukaisesti voidaan toteuttaa erittäin tarkka lii-tinkuvio erittäin helposti aiheuttamatta vaurioita paneelin elementteihin.

35 Tämän mukaisesti on aikaansaatu ohutkalvoelektro- » 7 96084 luminenssipaneeli, joka voi vastustaa elementtien vaurioitumista paneelissa johtuen kalvon irtautumisesta tai vastaavasta myös kun paneelia käytetään pitkiä ajanjaksoja ja tämän johdosta voi säilyttää luotettavuuden ja kustan-5 nukset alhaisina ja voi pidentää käyttöikää.

Vaikka selitys on tehty tapauksen yhteydessä, jossa alla oleva tai substraattisivu vastaa läpinäkyviä elektrodeja edeltävässä suoritusmuodossa, esillä olevan keksinnön menetelmää voidaan soveltaa myös sen tyyppiseen ohutkal-10 voelektroluminenssilaitteeseen, jossa on läpinäkyvät elektrodit pintakerroksena.

Jälkimmäisessä tapauksessa, kun (tausta)elektrodit ja liittimien alla oleva kuvio on valmistettu alumiinista, tulee hankalaksi pinnoittaa liitinkuvio nikkelillä. Tämä 15 johtuu siitä, että alumiini on sähkönegatiivisempi kuin nikkeli ja siten liukenee nikkeliliuokseen. Siten täytyy valita jokin menetelmistä, joissa liitinkuvio valmistetaan muusta metallista kuin alumiinista, valitaan sellaisia materiaaleja, jotka eivät liukene käytettävään pinnoitus-20 liuokseen, kuten (tausta)elektrodien ja alla olevan kuvion materiaalit tai suoritetaan ennalta käsin erityinen esikäsittely, jotta sallitaan nikkelipinnoitus.

Pinnoitusvaihe on suoritettu ensimmäisen eristävän kerroksen muodostamisen jälkeen edeltävässä suoritusmuodos-25 sa, mutta se voidaan toteuttaa myös ennen ensimmäisen eristävän kerroksen muodostamista. Edelleen on tarpeetonta, että liitin aina käsittää kaksikerroksisen rakenteen ja liitin voi olla valmistettu olemaan esimerkiksi yhden nik-kelikerroksen omaavaa tyyppiä.

30 Edelleen edeltävä selitys on tehty koskien piste- matriisityyppistä ohutkalvoelektroluminenssipaneelia, mutta ei kuitenkaan todeta, että esillä oleva keksintö olisi rajoitettu tähän erityiseen suoritusmuotoon.

Kuten yllä on selitetty esillä olevan keksinnön 35 mukaisesti valmistettaessa ohutkalvoelektroluminenssilaite, 96034 8 joka käsittää ensimmäisten elektrodien ensimmäisen sähköä johtavan kerroksen, ensimmäisen eristävän kerroksen, lumi-noivan kerroksen, toisen eristävän kerroksen ja toisten elektrodien toisen sähköä johtavan kerroksen pinottuna 5 peräkkäin substraatille, ensimmäinen sähköä johtava kerros-kuvio on muodostettu ennalta koko ensimmäisen elektrodin muodostusvyöhykkeelle ja elektrodiliittimen muodostusvyö-hykkeelle ja liitinkuvio on muodostettu selektiivisesti ensimmäiselle johtavalle kerroskuviolle. Tämän tuloksena 10 voidaan aikaansaada ohutkalvoelektroluminenssilaite, joka on helppo valmistaa ja on käyttöiältään pitkä.

Teollinen sovellettavuus

Esillä olevan keksinnön menetelmä on tehokas muodostettaessa erityisesti pistematriisityyppistä ohutkalvo-15 elektroluminenssipaneelia.

Tämän menetelmän mukaisesti, myös kun halutaan valmistaa ohutkalvoelektroluminenssipaneeli, jossa on elekt-roluminenssielementit järjestettyinä erittäin tiheästi, voidaan toteuttaa ohutkalvoelektroluminenssipaneeli, joka 20 on helppo valmistaa ja luotettavuudeltaan hyvä.

• · j| ! · · ·· ! Hitti 1.1 Λ m . . 1

Claims (3)

9 96084

1. Menetelmä ohutkalvoelektroluminenssilaitteen valmistamiseksi käsittäen vaiheet 5 ensimmäisten elektrodien ensimmäisen sähköä johtavan kerroksen, ensimmäisen eristävän kerroksen, luminoivan kerroksen, toisen eristävän kerroksen ja toisten elektrodien toisen sähköä johtavan kerroksen peräkkäinen muodostaminen ja pinoaminen substraatille ja 10 ensimmäisten ja toisten elektrodiliittimien yhdis täminen vastaavasti ensimmäisiin ja toisiin elektrodeihin, tunnettu siitä, että ensimmäisen elektrodin muodostusvaihe sisältää ensimmäisen johtavan kerroksen kuvionmuodostusvai-15 heen ensimmäisten elektrodien ja ensimmäisten elektrodiliittimien muodostusvyöhykkeiden päälle ja toisten elektrodiliittimien muodostusvyöhykkeen päälle ja selektiivisen pinnoitusvaiheen pinnoitettujen kerrosten muodostamisen ensimmäisten ja toisten elektrodiliit-20 timien selektiiviseksi muodostamiseksi ensimmäiselle johtavalle kerroskuviolle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä ohutkal-voelektroluminenssilaitteen valmistamiseksi, tunnet-t u siitä, että ensimmäinen johtava kerros on valmistettu 25 indiumtinaoksidista (ITO) ja selektiivinen pinnoitusvaihe on sähkötön nikkelipinnoitusvaihe.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä ohutkal-voelektroluminanssilaitteen valmistamiseksi, tunnet-t u siitä, että ensimmäinen johtava kerros on valmistettu 30 indiumtinaoksidista (ITO) ja selektiivinen pinnoitusvaihe sisältää sähköttömän nikkelipinnoitusvaiheen ja sähköttömän kultapinnoitusvaiheen. 10 96084