JP5443361B2 - 上面発光型ｏｌｅｄデバイスの製造 - Google Patents
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Description
本発明は、上面発光型有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイスに関し、より詳細には、透光性上部電極におけるパワー分布を向上させた上面発光型ＯＬＥＤデバイスの製造方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスは、エレクトロルミネセント（ＥＬ）デバイスとも称され、現在市場にある他のフラットパネルディスプレイ装置より有利な周知の点がいくつもある。これらの利点としては、発光が明るいこと、比較的視野角が広いこと、そして、たとえば、背面照明を用いた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比べ、電力消費量が少ないこと、が挙げられる。このようなデバイスは、有機材料又は無機材料、たとえば、量子ドットを含む発光層を用いて製造されうる。
ＬＥＤデバイスの応用としては、アクティブマトリックス式画像表示装置、パッシブマトリックス式画像表示装置、及び、たとえば、選択式デスクトップ型照明のような面照明装置が挙げられる。これらの広範な応用分野に合わせた特定のＬＥＤデバイス構成とは無関係に、すべてのＬＥＤは同一の一般原理で機能する。エレクトロルミネセント（ＥＬ）媒体構造物は２つの電極間に形成される。これらの電極のうち少なくとも一方は透光性である。これらの電極は、従来型ダイオードの電極と同様にアノード及びカソードと通称されている。これらの電極間に、アノードを電源の正側端子に接続し、かつ、カソードを負側端子に接続するように電位を印加したときに、ＬＥＤは順方向バイアスされたと言われる。アノードから正電荷キャリヤ（正孔）がＥＬ媒体構造物に注入され、かつ、カソードから負電荷キャリヤ（電子）が注入される。このような電荷キャリヤ注入により、電極からＥＬ媒体構造物を通る電流が発生する。ＥＬ媒体構造物の帯域内で正孔と電子が再結合する結果、該帯域、すなわち発光帯域又は界面と呼ばれる帯域から光が放出される。放出された光は、透光性電極を通して、観察者の方へ、又は照明対象の物体の方へ向けられる。透光性電極をＬＥＤデバイスの基板と発光要素の間に配置した場合、当該デバイスは底面発光型ＬＥＤデバイスと称される。反対に、透光性電極を基板と発光要素の間に配置しない場合、当該デバイスは上面発光型ＬＥＤデバイスと称される。
ＥＬ媒体構造物は、低分子層やポリマー層を含むことができる有機材料を含む複数の副次層を積重ねたものから形成することができる。このような有機層及び副次層については、ＯＬＥＤ技術分野の当業者は熟知し理解しており、たとえば、米国特許第４，７６９，２９２号明細書（Tangら、１９８８年９月６日発行）、米国特許第５，０６１，５６９号明細書（VanSlykeら、１９９１年１０月２９日発行）に教示されている。又は、無機材料を用いてＥＬ媒体構造物を形成することができ、たとえば、そのようなＥＬ媒体構造物としては、Kahenの係属中の米国特許出願第１１／６８３，４７９号明細書に教示されるとおり、多結晶半導体マトリックス中に形成されたコア／シェル量子ドットを含む。
光は電極を通して放出されるので、放出光が通る電極は、放出光が吸収されないように十分な光透過性を有することが重要である。このような電極に典型的に用いられる従来型材料として、インジウム錫酸化物及び極薄金属層がある。しかしながら、これらの材料から形成される電極の電流輸送容量には限界があるので、放出させることができる光量には制約がある。
従来型の集積回路の場合、集積回路の回路に電力を供給するために基板上にバス接続が配設される。これらのバスは、基板上に直接配設されるか、又は基板上に付着された層の上、たとえば、平坦化層の上に配設される。複合回路の場合、多重レベルのバスラインが基板上に配設され、絶縁材料層で分離される。たとえば、イーストマンコダック社が販売しているＯＬＥＤディスプレイの場合、基板上及び各種平坦化層の上に配設された多重バスラインを利用している。しかしながら、これらのバスは、ＯＬＥＤデバイスの透光性上部電極にパワーを供給する目的には有用ではない。というのは、従来型のフォトリソグラフィ法では、上面発光型ＯＬＥＤデバイスに用いられる典型的に薄い上部電極及び有機層が破壊されてしまうからである。
米国特許出願公開第２００２／００１１７８３号明細書に、上記問題を、上部又はトップ電極に接触させた補助電極を形成することによって解決することが提案されている。補助電極は、上部電極の上側又は下側のいずれにあってもよい。補助電極は、より厚く導電率が高いので、上部電極の電流輸送容量を増大させる。しかしながら、この手法には、ＯＬＥＤデバイスの発光面積を小さくし、また、製造が困難であるという問題点がある。特に、有機要素の付着前に補助電極を形成する場合、その補助電極の上に有機材料が付着することになるため、上部電極と補助電極の間に良好な電気接触を形成することが困難である。その上、補助電極の角部において望ましくない水分が材料に浸透する可能性があり、追加の上部電極保護及び封入層をコンフォーマルに付着させることにも問題がある。補助電極を上部電極の上側に付着させる場合には、パターン化付着法が比較的困難であり、上部電極とその下方の有機層との双方を破壊するおそれがある。
上記問題を解決するための第２の従来技法は、米国特許出願公開第２００１／００４３０４６号明細書（Fukunagaら、発明の名称「Luminescent Apparatus and Method of Manufacturing the Same」）に提案されているように、補助電極を使用することである。しかしながら、この手法は、複雑な多段階処理法を必要とし、上述の困難に苦しむ。
米国特許出願公開第２００２／０１５８８３５号明細書（Kobayashiら、発明の名称「Display Device and Method of Manufacturing the Same」）に、アクティブマトリックス式平面表示装置の透光性第２電極又は上部電極に電気接続された補助配線要素を使用することが開示されている。補助配線要素は、第１電極又は下部電極と同一層内又は同一面上に形成され、また補助配線要素は該第１電極から電気的に絶縁されている。しかしながら、Kobayashiらは、当該デバイスの製造方法に用いられる処理ステップを説明する図面を一切提供していない。その上、Kobayashiらが開示している電気接続は隔壁間に形成されている。適切な隔壁を構築すると、プロセスが複雑化し、歩留りが低下し、コストが増加し、そして内部接続の解像度が制限される。
集積回路においてパターンを形成するためにレーザーその他の技法を使用することが知られている。たとえば、米国特許第６，４６８，８１９号明細書（発明の名称「Method for Patterning Organic Thin Film Devices Using a Die」）に、パターンを形成するためのダイを使用することが記載され、またパターンの形成にレーザーアブレーションを使用することにも触れられている。同様に、米国特許第６，４４４，４００号明細書（発明の名称「Method of Making an Electroconductive Pattern on a Support」）に、赤外レーザーの使用を含むアブレーションが記載されている。他の特許明細書、たとえば、米国特許第６，４３３，３５５号明細書（２００２年８月１３日発行、発明の名称「Non-Degenerate Wide Bandgap Semiconductors as Injection Layers and/or Contact Electrodes for Organic Electroluminescent Devices」）にも、パターン形成のためにレーザーアブレーションを使用することが記載されている。しかしながら、これらの方法の中に、上面発光型ＬＥＤデバイスのパワー分布にまつわる問題に取り組んでいるものはない。
米国特許第６，９９５，０３５号明細書（Cok及びVanSlyke, 発明の名称「Method of making a top-emitting OLED device having improved power distribution」）には、基板上に、側方に間隔を置いて並べられた不透光性下部電極と、この下部電極から電気的に絶縁されている上部電極バスとを配設し、；これらの下部電極及び上部電極バスの上に有機ＥＬ媒体構造物を付着させ、；上部電極バスの少なくとも一部の上にある有機ＥＬ媒体構造物を、上部電極バスの少なくとも上面を露出させるように選択的に除去し、そして、有機ＥＬ媒体構造物の上に透光性上部電極を、このような上部電極が上部電極バスの少なくとも上面と電気接触するように付着させることを含む、上面発光型ＯＬＥＤデバイスの製造方法を記載している。しかしながら、このような方法は、有機ＥＬ媒体構造物を選択的に除去する際に、粒子状汚染物を形成する傾向がある。粒子状汚染物はＥＬ媒体構造物上に落ち、そして透光性上部電極の続く付着の後にＥＬ媒体構造物を流れる電流を抑制する可能性がある。
それゆえ、上部発光型ＬＥＤデバイスの透明電極への改良されたパワー分布を提供するための改良された方法及び構造物が必要とされている。
ａ）基板上に、側方に間隔を置いて並べられた不透光性下部電極と、該下部電極から電気的に絶縁されている上部電極バスとを配設し、
ｂ）前記下部電極及び前記上部電極バスの上にＥＬ媒体構造物を形成する材料を付着させ、
ｃ）前記ＥＬ媒体構造物を粒状汚染物から保護する第一の透光性上部電極を、前記ＥＬ媒体構造物の上に付着させ、そして
ｄ）前記上部電極バスの選択部分の上にある前記ＥＬ媒体構造物のほとんどを選択的に除去することを含む、上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法。
ｂ）前記下部電極及び前記上部電極バスの上にＥＬ媒体構造物を形成する材料を付着させ、
ｃ）前記ＥＬ媒体構造物を粒状汚染物から保護する第一の透光性上部電極を、前記ＥＬ媒体構造物の上に付着させ、そして
ｄ）前記上部電極バスの選択部分の上にある前記ＥＬ媒体構造物のほとんどを選択的に除去することを含む、上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法。
それゆえ、本発明の目的は、パワー分布が改良された上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、パワー分布が改良された様々な種類の上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法を提供することである。
層厚寸法はマイクロメートル未満の範囲にある場合が多い一方、デバイスの側方寸法は１０〜数百マイクロメートルの範囲にあることもある。このため、図面の拡大割合は、寸法的な正確さよりも、むしろ見やすさを優先してなされていることに留意されたい。
本発明は上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法に関する。上面発光型ＬＥＤデバイスにおいて、光は十分に透光性を有しなければならない上部電極又はトップ電極をとおして放出されるが、下部電極又はボトム電極は不透光性であってよい比較的に厚くかつ導電性である金属組成物から形成されていてよい。
本明細書中に使用される際に、用語「透光性」は、上面発光型ＬＥＤデバイスの上部電極又はトップ電極を参照する際には、このような電極の表面に垂直の方向の光透過率が５０％以上であることを意味する。用語「不透光性」は、下部電極又はボトム電極、上部電極バス、バスコネクター及びバスコネクターパッドを指し、このような導電性要素の表面に垂直な方向の光透過率が５０％未満であることを意味する。
用語「画素」及び「副画素」は、一般に、ディスプレイのアドレス指定可能な最小要素を示すために用いられる。モノクロＯＬＥＤディスプレイの場合、画素と副画素の間に区別はない。マルチカラーディスプレイの場合又はフルカラーディスプレイの場合には、副画素は、画素の一部であって特定の色の光を放出させるために独立してアドレス指定することができる部分を示す。
図１及び２を参照すると、上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法は、操作１００：基板１０上に、側方に間隔を置いて並べられた不透光性下部電極１２と、該下部電極１２から電気的に絶縁されている上部電極バス３０とを配設すること、操作１０５：下部電極１２及び上部電極バス３０の上にＥＬ媒体構造物１４を形成する材料を付着させること、操作１１０：ＥＬ媒体構造物１４を粒状汚染物から保護する第一の透光性上部電極１６を、ＥＬ媒体構造物の上に付着させること、及び、操作１１５：上部電極バス３０の選択部分の上にあるＥＬ媒体構造物１４のほとんどを選択的に除去することを含む。本発明の様々な実施形態において、複数の第一の透光性上部電極１６及び複数の上部電極バス３０を配設してもよい。さらなる実施形態において、本発明の方法は、操作１２０：第二の透光性上部電極１７（図５に示している）を、この第二の透光性上部電極１７が上部電極バス３０の少なくとも上面と電気接触するように、第一の透光性上部電極１６の上にかつ上部電極１６と直接電気接触するようにして付着させることを含む。本発明の１つの例示の実施形態において、第二の透光性上部電極１７は第一の透光性上部電極１６よりも厚い。
図２〜５を参照すると、上面発光型ＬＥＤデバイスの例示の製造方法が示されている。図２を参照して、基板１０が提供され、基板１０上に下部電極１２が形成される。上部電極バス３０も形成される。好ましくは、下部電極１２は上部電極バス３０と共通で同時の製造工程で形成される。ＥＬ媒体構造物１４、たとえば、有機材料又は量子ドットなどの無機材料などを含む発光層は、下部電極１２及び上部電極バス３０の上に形成される。他の層、たとえば、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層及び電荷ブロッキング層も層１４中に形成されてよい。このような層は当該技術分野において知られている蒸発及び溶液被覆法によって形成されうる。その後、第一の透光性上部電極１６はＥＬ媒体構造物１４上に形成される。透光性上部電極１６は、たとえば、スパッタリング技術によって付着されたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含むことができる。透光性層１６は比較的に薄く、たとえば、１ｎｍ厚であり、１００ｎｍ厚未満である。
最初に、図３を参照する。初期の上面発光型ＬＥＤ構造物を形成すると、上部電極バス３０上のＥＬ媒体構造物１４の一部をレーザー４０を用いて、たとえばレーザーアブレーションによって選択的に除去し、ビア６０を形成する（図４に示す）。レーザーアブレーション法は従来技術で既知である。図４を参照すると、レーザービーム４２を放出するレーザー４０はＥＬ媒体構造物１４を局所的に加熱しそして蒸発させ、蒸発し又はアブレートした粒子１５を形成する。蒸発した粒子１５Ａの一部はＬＥＤデバイス上に再付着する。上記で参照しそして参照により全体を本明細書中に取り込んだCok及びVanSlykeの米国特許第６，９９５，０３５号明細書（発明の名称「Method of making a top-emitting OLED device having improved power distribution」）に記載された従来技術の方法において、蒸発した粒子１５Ａは透光性上部電極１６の不在下にＥＬ媒体構造物１４上に再付着することができる。このような再付着はＥＬ媒体構造物（特に、もし有機ＥＬ材料を用いる場合に）を損傷させることがあり、所望のとおりにＥＬ媒体構造物をとおして電流が流れるのを阻害し、結果として暗点（すなわち、ＬＥＤデバイス中の発光が低下し又は発光がない領域）を生じさせることもある。従来技術で教示しているとおり、粒状汚染物除去装置５０を用いて粒状汚染物の量を低減することができるが、このような汚染を完全に防ぐことはできない。そのため、本発明によると、透光性上部電極１６はＥＬ媒体構造物１４上に粒子１５Ａが再付着するのを防止することでＥＬ媒体構造物の保護を行う。さらに、透光性上部電極１６はアブレーションプロセスの間に下層に対するある程度の環境保護を与えることができる。さらに、透光性上部電極１６上で再付着する粒子１５ＡはＥＬ媒体構造物１４を通る電流の流れを阻害しないであろう。というのは、電流は透光性上部電極１６をとおして垂直方向に伝達だけでなく、透光性上部電極１６の面に沿って伝達できるからである。
透光性上部電極１６は、粒状汚染物１５Ａに対するＥＬ媒体構造物への十分な保護を与えながらも、上部電極バス３０の部分の上でＥＬ媒体構造物を選択的に除去することができるように比較的に薄い。しかしながら、このように薄い電極はディスプレイなどのすべてのＬＥＤデバイスに十分な電流を与えるために十分に導電性ではないことがある。そのため、本発明のさらなる実施形態において、ＥＬ媒体構造物１４を選択的に除去する操作は上部電極バス３０の少なくとも一部の上の第一の透光性上部電極１６をも選択的に除去し、上部電極バス３０の少なくとも上面を露出させる（図１を参照されたい）。続いて、操作１２０（これも図１に示している）は、ＥＬ媒体構造物１４が選択的に除去されない部分において、第二の透光性上部電極１７（図５）を第一の透光性上部電極１６の上に付着させ、このような第二の上部電極１７が上部電極バス３０の少なくとも上面で電気接触し、そしてＬＥＤデバイスの上部電極１８に追加の電流輸送能力を与える。
図５に示す本発明の１つの例示の実施形態において、第二の上部電極１７は第一の上部電極１６よりも厚い。より薄い第一の上部電極１６は、ＥＬ媒体構造物１４に対する化学的損傷又は電気的損傷のいずれか又は双方を引き起こしうる粒状汚染物からのＥＬ媒体構造物１４の十分な保護を与える。同時に、より薄い第一の上部電極１６は、ＥＬ媒体構造物１４の選択された部分及び／又は第一の上部電極１６の選択された部分の選択的アブレーションを可能にするのに十分に薄い。より厚い第二の上部電極１７は、追加の電流輸送能力を与える（明確に示されない）より薄い上部電極１６は、たとえば、１０ｎｍ厚で、より厚い上部電極１７は、たとえば、１００ｎｍ厚であることができる。
透光性上部電極１６及び１７は、透明導電性酸化物、たとえば、ＩＴＯ又はアルミニウム亜鉛酸化物から形成でき、当該技術分野で教示しているとおりスパッタリング又は化学蒸着法もしくは原子層堆積法によって付着されうる。
代替実施形態において、操作１１５は上部電極バス３０の少なくとも一部の上のＥＬ媒体構造物１４を選択的に除去し、第一の透光性上部電極１６を上部電極バス３０の少なくとも上面と電気接触させる。ＥＬ媒体構造物１４は非常に薄く（たとえば、１００ｎｍ厚未満）かつ層が形成される面積は比較的に広い（たとえば、１００ミクロン）ので、第一の透光性上部電極１６のわずかな量の可撓性であっても、第一の透光性上部電極１６を上部電極バス３０の少なくとも上面と電気接触させることになる。この実施形態において（図６を参照して）、ＬＥＤデバイス構造は、基板１０、基板１０上に形成された上部電極バス３０、及び、上部電極バス３０上に形成されたＥＬ媒体構造物１４を含む。第一の透光性上部電極１６はＥＬ媒体構造物１４上に形成される（よりわかりやすくするために、下部電極は図６、７及び８に示していない）。
図７を参照すると、レーザー４０はＥＬ媒体構造物１４を加熱し、それを流動させるためにレーザービーム４２を用いている。流動とは、この場合には、ＥＬ媒体構造物１４中の材料が蒸発した気体粒子を形成せずに、材料を上部電極バス３０の表面上で移動させる表面エネルギー効果を受けることを意味し、たとえば、材料がビア６０の中心に開口空間を形成し、より多量の材料がビア６０の周縁部に存在するコーヒーリング効果を形成する。出願人は：i) 局所加熱及び選択された領域から外に有機材料を流動させる表面エネルギー効果を使用すること、及びii)適切なビアを形成すること、を示している。この例示の実施形態において、ＥＬ媒体構造物１４が選択的に除去されるときに、ＥＬ媒体構造物１４は第一の透光性上部電極１６と上部電極バス３０との間に閉じ込められる。より低い温度を用いて材料を表面（たとえば、上部電極バス３０）上を流動させることができ、一方、より高い温度では材料を蒸発させることになりうる（図４に示すとおり）。
図８を参照すると、場合により、第二の透光性上部電極１７が第一の透光性上部電極１６の上に形成されてよい。しかしながら、この代替実施形態において、第一の透光性上部電極１６をずっと厚くてもよく（たとえば、１００ｎｍ厚）、そして第二の透光性上部電極１７は必ずしも必要なわけではない。
図９を参照すると、本発明のさらに別の代替実施形態において、ＥＬ媒体構造物１４が選択的に除去される領域において、ＥＬ媒体構造物１４の上又は下に熱吸収性要素３２を形成することができる。このような熱吸収性要素３２は上部電極バス３０の上に形成することができ、また、導電性又はブラックであることができる。出願人は、たとえば、クロムなどの金属又は金属酸化物を用いることによるこのような熱吸収性要素３２の形成及び使用を示した。
図１０を参照すると、本発明の方法の別の実施形態において、電気絶縁材料３４は各々の上部電極バス３０と隣接する下部電極１２との間に配設されている。さらに、図１２において上面図で示しているように、全ての上部電極バス３０の間に共通の電気接続３１が提供されてよく、それにより、電源への単一の電気接続を用いることができる。さらに、共通の電気接続が全ての下部電極の間に提供されてよく、それにより、同様に、電源への単一の電気接続を用いることができる（図示していない）。
図１１を参照すると、本発明の方法の別の代替実施形態において、ＥＬ媒体構造物の除去は加熱工程（操作２００）、反応性ガスへの暴露（操作２０５）、反応性化学物質への暴露（操作２１０）及び反応性粒子への暴露（操作２１５）の１つ以上の工程を含むことができる。材料をエッチングし又は材料除去を行うこのような方法は当該技術分野において既知である。真空を用いる粒子除去装置などの機械的手段を用いて粒状汚染物を低減することができる。
本発明の様々な実施形態によると、その方法は上面発光型パッシブマトリックス式もしくはアクティブマトリックス式ＬＥＤデバイス、又は、有機もしくは無機ＬＥＤデバイスを製造する工程をさらに含む。
有用な電気絶縁性基板１０としてはガラス基板、石英基板、プラスチック基板、セラミック基板、及び、導電性基板本体上に電気絶縁性表面層を設けた基板が挙げられる。
下部電極１２及び上部電極バス３０は金属、金属合金、又は、多層金属サンドイッチ体で形成されてよく、また、十分に高い導電性、長期の物理的及び化学的安定性ならびに基板１０表面への密着性を付与するように選択された厚さ（図面中に示していない）で形成される。さらに、金属の選択は、正電荷キャリア（正孔）をＥＬ媒体構造物１４中に注入する性質という観点から検討しなければならない。金属の仕事関数が４．０ｅＶ以上であると、許容できる正孔注入特性を有するものと考えられる。正孔注入特性は、下部電極１２（下部電極１２がアノードである構成で）の上に正孔注入層（図示なし）を配設することによって高めることができる。正孔注入層を形成するのに特に有用な材料として、導電性金属酸化物、たとえば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、フタロシアニン化合物、たとえば、銅フタロシアニン、及び、プラズマ蒸着フルオロカーボン材料（ＣＦｘ）が挙げられる。
上記検討事項の観点から特に有用な金属として、銀、金、白金、イリジウム、タンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル及びアルミニウム、又は、このような金属の特定の合金もしくはサンドイッチ構造体が挙げられる。
下部電極１２、上部電極バス３０、バスコネクター及びバスコネクターパッド（図示していない）のパターンを提供するために各種の既知の方法を選ぶことができる。このような既知の方法として、プリンティング、パターンマスクによる蒸着法、いわゆる「リフト・オフ」プロセスにおいてフォトレジストパターンによって画定されるパターンの蒸着法、及び、フォトレジストエッチングマスクによる選択エッチングにより均一付着層をパターン化する方法、が挙げられる。
パターン化された金属構造体の厚さによって、それが不透光性となる。上面を光反射性にすることができ、反射率のレベルは金属（一種又は複数種）の選択により、そして、当該上面の微細幾何学的形態により決定される。
図１０に示すように、下部電極１２と上部電極バス３０との間に、バスの上面（特定していない）が露出するように電気絶縁体３４が形成される。電気絶縁体はフォトリソグラフィ法によってパターン化された有機フォトレジスト材料であってよい。
ＥＬ媒体構造物は、順に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を含む多層構造物であることができる。このような多層構造物は、有機ＬＥＤデバイス及び無機ＬＥＤデバイスの設計及び製造の技術分野でよく知られている。ＥＬ媒体構造物は、低分子層及びポリマー層を含むことができ、また、たとえば、多結晶半導体マトリックスなどの一般的な層の中に形成された量子ドットを含むことができる。
上面発光型ＬＥＤデバイスがモノクロ発光デバイスである場合には、すべての下部電極１２、電気絶縁体３４及び上部電極バス３０ならびにあらゆる熱吸収性層３２の上に１つの同一の有機ＥＬ媒体構造物を形成する。
上面発光型ＬＥＤデバイスがマルカラーデバイス又はフルカラーデバイスである場合には、ＥＬ媒体構造物の発光層を、選ばれた下部電極１２の上に選択的に付着させる。たとえば、赤色発光層を、幾つかの下部電極１２の上に形成させそして隣接する電気絶縁体３４を越えて側方に延在させることができる。緑色及び青色発光層も同様に形成することができる。これらの発光層は、絶縁体３４の上で、又は上部電極バス３０の上で、重なり合うか又は隣接することができる。多層有機ＥＬ媒体構造物の他のすべての層は、すべての下部電極、上部電極バス及び電気絶縁体の上に共通に付着される。
ＥＬ媒体構造物１４を除去すべき帯域又は領域に選択的に向けられたレーザービーム４２によって該構造物を選択的にアブレートすることにより、ＥＬ媒体構造物１４を選択的に除去することができる。このアブレーション処理は、減圧に維持されたチャンバ（図示なし）の中で行うことが好ましい。アブレーション処理には、当初昇華過程で付着された材料（特に有機材料）の再昇華が含まれることが理解されるであろう。ＥＬ媒体構造物１４の一部を選択的にアブレーションすることは、レーザービーム４２（たとえば、ソリッドステートレーザーダイオードの線形アレイ）を上部電極バス３０に向けて、そしてレーザー光ビーム４２と基板１０及び上部電極バス３０とに相対運動を行うことで達成することができる。図１３を参照すると、ＥＬ媒体構造物１４の選択的部分はＥＬ媒体構造物１４に向けられた均一な輻射線４３の源を提供し、そしてその線源とＥＬ媒体構造物１４との間に、上部電極バス３０に対して配向されたマスク開口部３７を有するマスク３６を配置することによってアブレーションすることもできる。この場合、マスク開口部３７は上部電極バス３０の位置に対応している。このため、均一な輻射線４３は、マスク３６の開口部３７によって画定される。又は、ＥＬ媒体構造物１４の選択的アブレーション部分は、上部電極バス３０に対して位置合わせをして該構造物１４に１以上のレーザー光ビーム４２を向けることによって行うことができる。
集積回路におけるパターン形成のレーザービーム４２及び他の技法の使用は周知である。たとえば、米国特許第６，４６８，８１９号明細書には、パターン形成のためにダイを使用することや、パターン形成のためにレーザーアブレーションを使用することが記載されている。米国特許第６，４４４，４００号明細書には、赤外レーザーの使用を含むアブレーションが記載されている。米国特許第６，４３３，３５５号明細書には、ＯＬＥＤデバイスの半導体注入層及び／又は接触電極をパターン化するためのレーザーアブレーションが記載されている。しかしながら、これらの刊行物は、ＬＥＤデバイスの加工時に、透明電極１６を不透明バスライン３０に接続するためのビア(via)６０を形成するために、ＥＬ媒体構造物１４を選択的に除去することを開示又は示唆するものではない。
透光性上部電極１８は、金属薄膜で、又は、比較的に透明でかつ導電性の金属酸化物の層で、あるいは、これらの材料を組み合わせて形成することができる。電子注入性界面層、たとえば、フッ化リチウム（LiF）界面層を、ＥＬ媒体構造物１４の最上層として形成させ、次いでアルミニウム（Al）の層を形成させることができる。組合せにおいて、たとえば、米国特許第５，６７７，５７２号明細書に記載されているように、これらの材料の層は透光性上部電極１８を含む。他の有用な上部電極材料セットとして、米国特許第５，０５９，８６１号及び同第５，０５９，８６２号明細書に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。本明細書中に使用される際に、用語「透明」には、ＬＥＤデバイスが上面発光体として有効に動作できるように十分な光を透過させる材料が包含される。たとえば、本発明に有用な代替の透明電極材料薄膜として、電子注入層を組み合わせたインジウム錫酸化物（ITO）又は低仕事関数材料と他の金属もしくは合金との合金、たとえば、Li／Ag、LiF／Al／Ag、及び、マグネシウムと他の金属との合金（たとえば、MgAg、MgAl、MgSn、MgIn又はMgZnであって、Ag又は他の高導電性金属又は合金の追加層を含むか含まないもの）が挙げられる。
光学的に透明な電極については、米国特許第４，８８５，２１１号、米国特許第５，２４７，１９０号、ＪＰ３，２３４，９６３号、米国特許第５，７０３，４３６号、米国特許第５，６０８，２８７号、米国特許第５，８３７，３９１号、米国特許第５，６７７，５７２号、米国特許第５，７７６，６２２号、米国特許第５，７７６，６２３号、米国特許第５，７１４，８３８号、米国特許第５，９６９，４７４号、米国特許第５，７３９，５４５号、米国特許第５，９８１，３０６号、米国特許第６，１３７，２２３号、米国特許第６，１４０，７６３号、米国特許第６，１７２，４５９号、ＥＰ１ ０７６ ３６８号、米国特許第６，２７８，２３６号及び米国特許第６，２８４，３９３号明細書に詳しく記載されている。透明電極は、典型的には、蒸発法、スパッタ法又は化学蒸着法によって付着される。必要な場合には、限定するわけではないが、スルーマスク付着法、一体式シャドーマスク法（たとえば、米国特許第５，２７６，３８０号、米国特許第６，２２１，５６３号及びＥＰ０ ７３２ ８６８号明細書に記載されている）、レーザーアブレーション法及び選択的化学蒸着法を含む多くの周知の方法によってパターン化を行うことができる。
透光性上部電極１６、１７と個々の金属製上部電極バス３０との間の電気接触により上部電極１６、１７の内部のパワー分布を向上させ、よって上部電極１８の形成に際して実質的に透光性の材料を使用することができるようになる。言い換えると、透光性上部電極１６、１７に沿った又はこれを横断する望ましくない電圧降下を、このような電極と金属製導電性上部電極バス３０との間に多重電気接続を設けることにより、実質的に抑制し又は防止することができる。
上部電極バス３０は、ＬＥＤデバイス全体に沿って又は横断して側方に延在していることができ、かつ、側方へ間隔を置いて並べられた下部電極１２の間のスペースに配設されることができる。上部電極バス３０の各々が共通透光性上部電極１６、１７と電気接触しており、それにより、この共通上部電極における電流分布又はパワー分布の均一性が改良される。
上述の記載において、下部電極１２及び上部電極バス３０を形成し、部分的デバイスの全ての構成の上に有機ＥＬ媒体構造物１４を付着させ、そのＥＬ媒体構造物１４を上部電極バス３０から選択的に除去し、そしてバスと電気接触状態で共通透光性上部電極１８を形成するという工程手順によって、パワー分布が改良された様々な種類の上面発光型ＬＥＤデバイスの単純な製造方法が提供される。
ＥＬ媒体構造物の選択的除去
上述したように、選択的除去を、たとえば、レーザーアブレーション法で行うことができる。集積回路内に配置された１つ以上のレーザー線形アレイをＬＥＤデバイスの表面上で移動させることができ、その際、該線形アレイを上部電極バス３０に対して位置合わせし、そこからＥＬ媒体構造物１４を除去する。又は、静止したレーザー４０の線形アレイに対してＬＥＤデバイスを移動させてもよい。
上述したように、選択的除去を、たとえば、レーザーアブレーション法で行うことができる。集積回路内に配置された１つ以上のレーザー線形アレイをＬＥＤデバイスの表面上で移動させることができ、その際、該線形アレイを上部電極バス３０に対して位置合わせし、そこからＥＬ媒体構造物１４を除去する。又は、静止したレーザー４０の線形アレイに対してＬＥＤデバイスを移動させてもよい。
ＥＬ材料を選択的に除去する別の方法として、上部電極バスに対して位置合わせされた開口部３７を有する光学マスク３６を使用し、レーザー光４２又は別光源からの光のフラッド照射をその開口部を通してデバイス表面上に向けることで、すべての上部電極バス３０から同時にＥＬ材料をアブレートする方法が挙げられる。
ＥＬ材料を選択的に除去するさらなる方法として、上部電極バスと、ＬＥＤデバイスの発光領域の周辺部の他の領域とから、ＥＬ材料を独立にアブレートするように構成された１つ以上のレーザーを使用する方法が挙げられる。
ＥＬ媒体構造物１４は比較的薄く（たとえば、１００ｎｍ未満）、また選択的に除去され易い。この構造物は比較的透明ではあるが、選ばれた波長の光又はエネルギーを吸収する。上部電極バス３０は、典型的には、金属もしくは合金で、又は金属のサンドイッチ構造体でできているため、それ自体があるレベルの光反射性を示す。この反射性により、アブレーションプロセスが上部電極バス３０において停止するので、ＥＬ媒体構造物１４の除去を超えるアブレーションは防止される。
本発明の方法は、ポリマーＯＬＥＤデバイス（アクティブマトリックス又はパッシブマトリックス）、上面発光型パッシブマトリックス式ＯＬＥＤデバイス及び上面発光型アクティブマトリックス式ＯＬＥＤデバイスなどの様々な種類のＯＬＥＤデバイスに応用できることが理解されるであろう。
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ ＥＬ媒体構造物
１５，１５Ａ 蒸発した粒子
１６ 第一の透光性上部電極
１７ 第二の透光性上部電極
３０ 上部電極バス
３１ 共通電気接続
３２ 熱吸収性層
３４ 電気絶縁層
３６ マスク
３７ マスク開口部
４０ レーザー
４２ レーザービーム
４３ 均一な輻射線
５０ 粒子除去装置
６０ ビア
１００ 基板提供操作
１０５ ＥＬ付着操作
１１０ 第一の上部電極付着操作
１１５ 選択除去操作
１２０ 第二の上部電極付着操作
２００ レーザーアブレーション操作
２０５ 反応性ガスエッチング操作
２１０ 反応性ケミカルエッチング操作
２１５ 反応性粒子エッチング操作
１２ 下部電極
１４ ＥＬ媒体構造物
１５，１５Ａ 蒸発した粒子
１６ 第一の透光性上部電極
１７ 第二の透光性上部電極
３０ 上部電極バス
３１ 共通電気接続
３２ 熱吸収性層
３４ 電気絶縁層
３６ マスク
３７ マスク開口部
４０ レーザー
４２ レーザービーム
４３ 均一な輻射線
５０ 粒子除去装置
６０ ビア
１００ 基板提供操作
１０５ ＥＬ付着操作
１１０ 第一の上部電極付着操作
１１５ 選択除去操作
１２０ 第二の上部電極付着操作
２００ レーザーアブレーション操作
２０５ 反応性ガスエッチング操作
２１０ 反応性ケミカルエッチング操作
２１５ 反応性粒子エッチング操作
Claims (16)
- ａ）基板上に、側方に間隔を置いて並べられた不透光性下部電極と、該下部電極から電気的に絶縁されている上部電極バスとを配設し、
ｂ）前記下部電極及び前記上部電極バスの上にＥＬ媒体構造物を形成する材料を付着させ、
ｃ）前記ＥＬ媒体構造物を粒状汚染物から保護する第一の透光性上部電極を、前記ＥＬ媒体構造物の上に付着させ、そして
ｄ）前記上部電極バスの選択部分の上にある前記ＥＬ媒体構造物のほとんどを選択的に除去することを含む、上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法において、前記ＥＬ媒体構造物を選択的に除去する工程は、前記上部電極バスの部分から前記第一の透光性上部電極をも選択的に除去し、かつ、第二の透光性上部電極が前記上部電極バスの少なくとも上面と電気接触するようにして、前記第一の透光性上部電極の上にありかつ前記第一の透光性上部電極と直接電気接触している第二の透光性上部電極を付着させる工程をさらに含む、上面発光型ＬＥＤデバイスの製造方法。 - 前記第二の透光性上部電極は前記第一の透光性上部電極よりも厚い、請求項１記載の方法。
- 前記上部電極バスの選択部分の上で前記ＥＬ媒体構造物を選択的に除去する工程は、前記第一の上部電極を前記上記電極バスの少なくとも上面と電気接触させることになる、請求項１記載の方法。
- 前記ＥＬ媒体構造物を選択的に除去する工程は、ＥＬ媒体構造物の材料をアブレーションすることを含む、請求項１記載の方法。
- 前記ＥＬ媒体構造物の材料を加熱して、該材料をアブレーションする、請求項４記載の方法。
- 加熱の工程はレーザービームに局所暴露することにより行われる、請求項５記載の方法。
- 前記ＥＬ媒体構造物の材料は、前記ＥＬ媒体構造物が選択的に除去されるときに、前記第一の透光性上部電極と前記上部電極バスとの間に閉じ込められる、請求項１記載の方法。
- 前記ＥＬ媒体構造物が選択的に除去される領域において、前記ＥＬ媒体構造物の上又は下に熱吸収性要素を形成する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
- 前記熱吸収性要素は前記上部電極バスの上に形成される、請求項８記載の方法。
- 前記熱吸収性要素は導電性であるか又は黒色である、請求項８記載の方法。
- 前記ＥＬ媒体構造物を選択的に除去する工程は加熱、反応性ガスへの暴露、反応性化学物質への暴露、機械的除去性粒子への暴露及び反応性粒子への暴露の１つ以上の工程を含む、請求項１記載の方法。
- 前記下部電極及び前記上部電極バスは同時に形成される、請求項１記載の方法。
- 前記上部電極バスと下部電極との間に電気絶縁性材料を提供する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
- 前記上部電極又は下部電極に共通電気接続を提供する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
- i)前記上部電極バスに向けられたレーザー光ビームを提供し、そして
ii)前記基板上で付着した前記上部電極バスとレーザー光ビームとの間に相対移動を行う工程をさらに含む、請求項１記載の方法。 - i)前記ＥＬ媒体構造物に向けられた均一な輻射線の源を提供し、そして
ii)前記源と前記ＥＬ媒体構造物との間にあるマスクであって、前記上部電極バスの位置に対応するマスク開口部を有するマスクを提供する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
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