KR20210035097A - 광전자 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전자 디바이스에 관한 것이며, 상기 광전자 디바이스는 기판, 기판을 덮는 광전자 컴포넌트의 어레이, 광전자 컴포넌트에 결합된 제 1 전도성 트랙, 어레이의 일부를 덮는 접착제 층, 및 접착제 층과 접촉하는 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 주변부를 포함하고, 상기 디바이스는 335 nm 내지 10.6 μm 범위의 파장의 방사선을 반사하는 제 2 트랙을 더 포함하고, 제 2 트랙은 제 1 전도성 트랙과 코팅 사이에서 주어진 방향을 따라 주변부와 정렬되어 연장되어 있다.
Description
본 특허 출원은 본 발명에 참조로 포함된 프랑스 특허 출원 FR18/00561의 우선권을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 광전자 디바이스 및 그 제조 방법, 보다 구체적으로는 디스플레이 스크린 및/또는 이미지 센서를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
많은 컴퓨터, 터치 패드, 휴대폰, 스마트 워치에는 이미지 센서가 구비되어 있다.
도 1은 이미지 센서(10)의 개략 부분도이다. 이미지 센서(10)는 이후 광학 어레이로 지칭되는 검출 요소(12)의 어레이(11)를 포함한다. 검출 요소(12)는 행 및 열로 배치될 수 있다. 각각의 검출 요소(12)는 광검출기(14)(예를 들면, 포토다이오드), 및 선택 요소(16)(예를 들면, 포토다이오드(14)의 제 1 전극, 예를 들면, 캐소드에 결합된 소스 또는 드레인을 갖는 트랜지스터)를 포함한다. 이미지 센서(10)는, 각 행(row)에 대해, 선택 트랜지스터(16)의 게이트에 결합된 전도성 트랙(20)을 포함하는 선택 회로(18)를 포함한다. 이미지 센서(10)는, 예를 들면, 각각의 열(column)에 대해, 소스에 결합되거나 열 선택 트랜지스터(16)의 드레인에 결합된 전도성 트랙(24)을 포함하는 판독 회로(22)를 더 포함한다. 또한, 포토다이오드(14)의 제 2 전극, 예를 들면, 애노드는 전도성 트랙에 의해 기준 전위의 소스(28)에 결합될 수 있다.
적어도 부분적으로 유기 재료로 만들어진 검출 요소(12)를 형성하는 것이 알려져 있다. 광학 어레이(11)는 기판 및 선택 회로(18), 판독 회로(22) 상에 개별적으로 형성될 수 있고, 전위의 소스(28)는 광학 어레이(11)에 접속된 외부 회로에 대응할 수 있다. 광학 어레이(11)는 일반적으로 특히 유기 포토다이오드(14)를 공기 중에 함유된 물 및 산소로부터 보호하는 코팅으로 피복된 층의 스택을 포함한다. 코팅은 접착제 층을 통해 광학 어레이에 부착되는 필름에 해당할 수 있다. 다음에 필름을 광학 어레이에 부착한 후에, 특히 선택 회로(18), 판독 회로(22) 및 전위 소스(28)에 접속되도록 의도된 광학 어레이(11)의 접촉 패드를 노출시키기 위해, 필름 절단 단계가 제공된다. 이 절단 단계는 레이저에 의해 수행될 수 있다.
이러한 제조 방법의 단점은 레이저의 설정이 어렵고, 이로 인해 레이저 절단 단계는 레이저 빔의 경로 상에 배치된 전도성 트랙(22, 24, 26)의 원치 않는 열화를 일으킬 수 있다. 또한, 기판이 플라스틱으로 제조되는 경우, 이것은 레이저의 파장에 대해 흡수성일 수 있으므로 레이저 절단 단계는 레이저 빔의 경로 상의 기판의 원치 않는 열화를 일으킬 수 있다.
일 실시형태의 목적은 전술한 광전자 디바이스 및 그 제조 방법의 단점의 전부 또는 일부를 극복하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 광전자 디바이스 제조 방법이 절단 단계, 특히 레이저 절단 단계를 포함하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 광전자 디바이스가 열화되지 않은 전도성 트랙을 포함하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 광전자 디바이스가 열화되지 않은 기판을 포함하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 디스플레이 스크린 및/또는 이미지 센서를 포함하는 광전자 디바이스를 제공하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 이미지 센서가 적어도 부분적으로 유기 반도체 재료로 제조되는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 광전자 디바이스의 전부 또는 일부가 인쇄 기술, 예를 들면, 잉크젯, 헬리오그래피, 실크 스크리닝, 플렉소그래피, 또는 코팅에 의한 층들의 연속 퇴적에 의해 형성되는 것이다.
따라서, 일 실시형태는 기판, 기판을 덮는 광전자 컴포넌트의 어레이, 전자 컴포넌트에 결합된 제 1 전도성 트랙, 어레이의 일부를 덮는 접착제 층, 및 접착제 층과 접촉하는 코팅을 포함하는 광전자 디바이스를 제공하며, 이 코팅은 주변부를 포함하고, 상기 디바이스는 335 nm 내지 10.6 μm 범위의 파장의 방사선을 반사 및/또는 흡수하는 제 2 트랙을 더 포함하고, 제 2 트랙은 제 1 전도성 트랙과 코팅 사이에서 주어진 방향을 따라 주변부와 정렬되어 연장되어 있다.
일 실시형태에 따르면, 제 2 트랙은 다음의 그룹으로부터 선택된다:
금속 또는 금속 합금, 예를 들면, 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 또는 크로뮴(Cr), 또는 마그네슘과 은의 합금(MgAg);
탄소, 은, 및 구리 나노와이어;
그래핀;
유색 또는 흑색 수지, 예를 들면, 유색 또는 흑색 SU-8 수지; 및
이들 재료 중 적어도 2 개의 혼합물.
일 실시형태에 따르면, 광전자 디바이스는 제 1 전기 절연층 및, 각각의 광전자 컴포넌트에 대하여, 광전자 컴포넌트와 접촉하는 전극을 포함하고, 전극은 제 1 절연층 상에 놓여 있고 제 1 절연층과 접촉하고, 제 2 트랙은 제 1 절연층 상에 놓여 있고 제 1 절연층과 접촉한다.
일 실시형태에 따르면, 제 2 트랙은 전극과 동일한 재료로 제조된다.
일 실시형태에 따르면, 광전자 디바이스는 제 2 전기 절연층 및, 각각의 광전자 컴포넌트에 대하여, 전계 효과 트랜지스터 및 제 3 전도성 트랙을 포함하며, 제 3 전도성 트랙은 트랜지스터를 광전자 컴포넌트에 결합하고 제 2 절연층 상에 놓여 있고 제 2 절연층과 접촉하고, 제 2 트랙은 제 3 트랙과 동일한 재료로 제조되고 제 2 절연층 상에 놓여 있고 제 2 절연층과 접촉한다.
일 실시형태에 따르면, 제 2 트랙은 접착제 층과 코팅 사이에 개재되어 있다.
일 실시형태에 따르면, 광전자 컴포넌트는 유기 광검출기를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 광전자 컴포넌트는 유기 발광 컴포넌트를 포함한다.
실시형태는 위에서 정의한 광전자 디바이스를 제조하는 방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은:
기판을 덮는 광전자 컴포넌트의 어레이 및 광전자 컴포넌트에 결합된 제 1 전도성 트랙을 형성하는 단계;
어레이의 일부를 접착제 층으로 덮는 단계;
필름을 접착제 층과 접촉하여 도포하는 단계; 및
주어진 방향을 따라 연장하는 레이저를 사용하여 필름을 절단하여 코팅을 얻는 단계를 포함하고,
이 방법은 레이저 빔을 반사 및/또는 흡수하는 제 2 트랙을 형성하는 단계를 더 포함하고, 제 2 트랙은 제 1 전도성 트랙과 코팅 사이에서 주어진 방향을 따라 코팅의 주변부와 정렬되어 연장된다.
전술한 특징 및 이점뿐만 아니라 기타의 것은 첨부한 도면을 참조하여 예시로서 주어진 비제한적인 특정 실시형태의 이하의 설명에서 상세히 설명된다.
도 1은 위에서 설명한 이미지 센서의 일례의 전기 회로도를 도시하고;
도 2 및 도 3은 각각 이미지 센서의 광학 어레이의 일례의 단순화된 부분 단면도 및 평면도이고;
도 4a 내지 도 4c는 도 2 및 도 3에 도시된 광학 어레이의 제조 방법의 일 실시형태의 연속 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분 단면도이고;
도 5 및 도 6은 각각 광학 어레이의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도 및 평면도이고;
도 7 내지 도 9는 광학 어레이의 실시형태들의 단순화된 부분 단면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 이미지 센서의 광학 어레이의 일례의 단순화된 부분 단면도 및 평면도이고;
도 4a 내지 도 4c는 도 2 및 도 3에 도시된 광학 어레이의 제조 방법의 일 실시형태의 연속 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분 단면도이고;
도 5 및 도 6은 각각 광학 어레이의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도 및 평면도이고;
도 7 내지 도 9는 광학 어레이의 실시형태들의 단순화된 부분 단면도이다.
동일한 요소는 상이한 도면에서 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 특히, 디스플레이 스크린 및 이미지 센서의 동작은 상세히 설명되지 않았으며, 설명된 실시형태는 통상의 디스플레이 스크린 및 이미지 센서와 호환될 수 있다. 또한, 디스플레이 스크린 및/또는 이미지 센서를 통합하는 광전자 디바이스의 기타 컴포넌트도 상세히 설명되지 않았으며, 설명된 실시형태는 디스플레이 스크린 및/또는 이미지 센서 광전자 디바이스의 기타 통상의 컴포넌트와 호환될 수 있다.
특별한 지시가 없는 한, 서로 연결된 2 개의 요소가 참조되는 경우, 이는 전도체 이외의 중간 요소를 사용하지 않는 직접 연결을 의미하며, 서로 결합된 2 개의 요소가 참조되는 경우, 이는 이들 2 개의 요소가 하나 이상의 다른 요소를 개재하여 연결될 수 있거나 결합될 수 있음을 의미한다.
이하의 설명에서, "약" 및 "실질적으로"라는 용어가 언급된 경우, 이것은 10% 이내, 바람직하게는 5% 이내를 의미한다. 또한, "상단부", "하단부" 등과 같이 절대적인 위치나 "위", "아래", "상부", "하부" 등과 같이 상대적인 위치를 한정하는 용어가 언급된 경우, 달리 명시되지 않는 한, 도면의 배향이 기준이 된다.
광전자 컴포넌트, 특히 발광 컴포넌트 또는 광검출기의 표현 활성 영역은 광전자 컴포넌트에 의해 공급되는 대부분의 전자기 방사선이 발출되거나 광전자 컴포넌트에 의해 수광된 대부분의 전자기 방사선이 캡처되는 영역을 나타낸다. 이하의 설명에서, 광전자 컴포넌트의 활성 영역이 주로, 바람직하게는 전체적으로 적어도 하나의 유기 재료 또는 유기 재료들의 혼합물로 되어 있는 경우에 광전자 컴포넌트를 유기(organic)라고 부른다. 또한, 방사선에 대하여 반사성이라고 언급되는 요소는 방사선에 대한 그 반사율이 80%를 초과하는, 바람직하게는 90%를 초과하는, 더 바람직하게는 95%를 초과하는 요소이며, 반사율은 입사 방사선의 흐름에 대한 반사된 방사선의 흐름의 비율로 정의된다.
다음에 광학 어레이의 광전자 컴포넌트가 유기 포토다이오드인 경우에 광학 어레이에 대한 실시형태를 설명한다. 그러나, 전자 컴포넌트가 발광 컴포넌트에 대응할 수 있다는 것은 명확하다.
도 2는 도 1에 도시된 광학 어레이(11)에 대응할 수 있는 전기 다이어그램을 가진 광학 어레이(30)의 일례의 단순화된 부분횡단면도이다.
도 2에서 광학 어레이(30)는 저단부로부터 상단부까지 다음을 포함한다:
기판(32);
내부에 형성된 박막 트랜지스터를 갖는 스택(34) - 도 2에는 단일 트랜지스터(T)가 도시되어 있음 -;
전극(36) - 각각의 전극(36)은 트랜지스터(T) 중 하나에 결합되어 있고, 도 2에는 단일 전극(36)이 도시되어 있음 -;
광검출기(38), 예를 들면, 유기 포토다이오드(OPD라고도 함) - 도 2에는 단일의 포토다이오드(38)가 도시되어 있고, 각각의 포토다이오드(38)는 전극(36)들 중 하나와 접촉함 -;
모든 유기 포토다이오드(38)와 접촉하는 전극(40);
접착제 재료(42)의 층; 및
코팅(44).
일 실시형태에 따르면, 각각의 포토다이오드(38)는 활성 영역(46) 및 이 활성 영역(46)과 접촉하는 전극(36, 40)을 포함한다. 변형례로서, 각각의 유기 포토다이오드(38)는 전극(36)들 중 하나와 접촉하는 제 1 계면층, 제 1 계면층과 접촉하는 활성 영역(46), 및 활성 영역(46)과 접촉하는 제 2 계면층을 포함할 수 있고, 전극(40)은 제 2 계면층과 접촉한다.
본 실시형태에 따르면, 스택(34) 은 다음을 포함한다:
기판(32) 상에 놓인 도전성 트랙(50, 51) - 트랙(50)은 트랜지스터(T)의 게이트 전도체를 형성하고, 트랙(51)은 트랜지스터(T)의 드레인 또는 소스와 결합됨 -;
트랙(50, 51) 및 이 트랙(50, 51) 사이의 기판(32)을 덮고 트랜지스터(T)의 게이트 절연체를 형성하는 유전체 재료의 층(52);
게이트 전도체(50)의 반대측의 유전체 층(52) 상에 놓인 활성 영역(54);
유전체 층(52) 상에서 연장되는 도전성 트랙(56) - 이들 트랙들 중 일부는 활성 영역(54)과 접촉하고, 트랜지스터(T)의 드레인 및 소스 접점을 형성하고, 트랙(56)의 일부는 층(52)을 통해 연장하는 도전성 비아(57)를 통해 트랙(51)에 전기적으로 결합됨 -; 및
활성 영역(54) 및 도전성 트랙(56)을 덮는 유전체 재료의 층(58), 층(58) 상에 놓이고, 절연층(58)을 횡단하는 전도성 비아(60)에 의해 전도성 트랙(56)의 일부에 연결되는 전극(36), 및 절연층(58, 52)을 횡단하는 전도성 비아(도 2에 도시되지 않음)에 의해 전도성 트랙(51)의 일부에 연결된 전극(40).
변형례로서, 트랜지스터(T)는 하이 게이트 유형일 수 있다.
적어도 하나의 계면층이 활성 영역(46)과 접촉하여 존재할 때, 이 계면층은 전자 주입층 또는 정공 주입층에 해당할 수 있다. 각각의 계면층의 일 함수는 계면층이 캐소드의 역할을 하는지 또는 애노드의 역할을 하는지 여부에 따라 정공 및/또는 전자를 차단, 수집 또는 주입할 수 있다. 보다 구체적으로는, 계면층이 애노드의 역할을 하는 경우, 이것은 정공 주입 및 전자 차단층에 해당한다. 그러면 계면층의 일 함수는 4.5 eV 이상, 바람직하게는 5 eV 이상이다. 계면층이 캐소드의 역할을 하는 경우, 이것은 전자 주입 및 정공 차단층에 해당한다. 그러면 계면층의 일 함수는 4.5 eV 이하, 바람직하게는 4.2 eV 이하이다.
본 실시형태에서, 전극(36 또는 40)이 포토다이오드(38)의 전자 주입층 또는 정공 주입층의 역할을 직접하는 것이 유리하고, 포토다이오드(38)에 대해 활성 영역(46)과 접촉하여 전자 주입층 또는 정공 주입층의 역할을 하는 계면층을 제공할 필요가 없다.
기판(32)은 강성 기판 또는 가요성 기판일 수 있다. 기판(32)은 단층 구조를 가지거나 적어도 2 개의 층의 스택에 대응할 수 있다. 강성 기판의 예에는 실리콘, 게르마늄, 또는 유리 기판이 포함된다. 바람직하게는, 기판(32)은 가요성 필름이다. 가요성 기판의 예에는 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PI(폴리이미드), TAC(셀룰로오스 트리아세테이트), COP(시클로올레핀 코폴리머), 또는 PEEK(폴리에테르에테르켑톤)의 필름이 포함된다. 기판(32)의 두께는 5 μm 내지 1,000 μm 범위일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 기판(32)은 10 μm 내지 300 μm, 바람직하게는 75 μm 내지 250 μm, 특히 약 125 μm의 두께를 가질 수 있으며, 가요성 거동을 가질 수 있다. 즉, 기판(32)은 외력의 작용 하에서 파괴되거나 인열되지 않고 변형, 특히 구부러질 수 있다. 기판(32)은 광학 어레이(30)의 유기층을 보호하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 산소 및 습기를 통과시키지 않는 층을 포함할 수 있다. 이것은 원자층 퇴적(ALD) 방법에 의해 퇴적된 하나의 층 또는 복수의 층, 예를 들면, Al2O3 층일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 전극(36, 40)을 형성하는 재료는 다음의 그룹으로부터 선택된다:
투명 전도성 산화물(TCO), 특히 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 갈륨 아연 산화물(GZO), ITO/Ag/ITO 합금, ITO/Mo/ITO 합금, AZO/Ag/AZO 합금, 또는 ZnO/Ag/ZnO 합금;
금속 또는 금속 합금, 예를 들면, 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 또는 크로뮴(Cr), 또는 마그네슘과 은의 합금(MgAg);
탄소, 은, 및/또는 구리 나노와이어;
그래핀; 및
이들 재료 중 적어도 2 개의 혼합물.
전극(40)을 형성하는 재료는 또한 폴리(3,4)-에틸렌디옥시티오펜과 소듐 폴리스티렌 설포네이트의 혼합물인 PEDOT:PSS 폴리머, 또는 폴리아닐린, 텅스텐 산화물(WO3), 니켈 산화물(NiO), 바나듐 산화물(V2O5), 또는 몰리브데넘 산화물(MoO3)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
광학 어레이(30)가 광 방사선에 노광되는 경우, 광 방사선은 코팅(44) 및 전극(40)을 통해 포토다이오드(38)에 도달하고, 코팅(44)은 포토다이오드(38)에 의해 캡처되는 전자기 방사선에 대해 적어도 부분적으로 투명하다. 전극(40)은, 예를 들면, TCO로 제조된다. 그러면 전극(36) 및 기판(32)은 포토다이오드(38)에 의해 캡처되는 전자기 방사선에 대해 불투명할 수 있다. 방사선이 기판(32)을 통해 포토다이오드(38)에 도달하는 경우, 전극(36) 및 기판(32)은 포토다이오드(38)에 의해 캡처되는 전자기 방사선에 대해 적어도 부분적으로 투명한 재료로 제조된다. 전극(36)은, 예를 들면, TCO로 제조된다. 그러면 전극(40)은 포토다이오드(38)에 이해 캡처되는 전자기 방사선에 대해 불투명할 수 있다.
각각의 절연층(52, 58)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있고, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산화물(SiO2), 또는 폴리머, 특히, 수지로 제조된 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
접착제 재료의 층(42)은 가시광에 대해 투명하거나 부분적으로 투명하다. 접착제 재료의 층(42)은 바람직하게는 실질적으로 기밀 및 수밀(water-tight)이다. 접착제 재료의 층(42)을 형성하는 재료는 폴리에폭사이드 또는 폴리아크릴레이트를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 폴리에폭시드 중에서, 접착제 재료의 층(42)을 형성하는 재료는 비스페놀 A 에폭시 수지, 특히 비스페놀 A(DGEBA)의 디글리시딜에테르 및 비스페놀 A 및 테트라브로모비스페놀 A의 디글리시딜에테르, 비스페놀 F 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지, 특히 에폭시-페놀-노볼락(EPN) 및 에폭시-크레졸-노볼락(ECN), 지방족 에폭시 수지, 특히 글리시딜기 및 지환족 에폭시드를 포함하는 에폭시 수지, 글리시딜 아민 에폭시 수지, 특히 메틸렌 디아닐린(TGMDA)의 글리시딜 에테르, 및 이들 화합물 중 적어도 2 개의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 폴리아크릴레이트 중에서, 접착제 재료의 층(42)을 형성하는 재료는 아크릴산, 메틸메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 2-클로로에틸 비닐 에테르, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 또는 이들 생성물의 유도체를 포함하는 모노머로 제조될 수 있다.
접착제 재료의 층(42)이적어도 하나의 폴리에폭사이드 또는 폴리아크릴레이트를 포함하는 경우, 접착제 재료의 층(42)의 두께는 1 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 5 μm 내지 40 μm, 특히 약 15 μm이다.
코팅(44)은 가요성 필름이다. 가요성 필름의 예에는 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PI(폴리이미드), TAC(셀룰로오스 트리아세테이트), COP(시클로올레핀 코폴리머), 또는 PEEK(폴리에테르에테르켑톤)의 필름이 포함된다. 코팅(44)의 두께는 5 μm 내지 1,000 μm 범위일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 기판(32)은 10 μm 내지 300 μm, 바람직하게는 25 μm 내지 100 μm, 특히 약 50 μm의 두께를 가질 수 있으며, 가요성 거동을 가질 수 있다. 즉, 코팅은 외력의 작용 하에서 파괴되거나 인열되지 않고 변형, 특히 구부러질 수 있다. 코팅(44)은 광학 어레이(30)의 유기층을 보호하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 산소 및 습기를 통과시키지 않는 층을 포함할 수 있다. 코팅(44)은, 예를 들면, 플라즈마 강화식 화학 증착(PECVD)에 의해 퇴적되는 적어도 하나의 SiN 층 및/또는, 예를 들면, ALD에 의해 퇴적되는 알루미늄 산화물 층(Al2O3)을 포함할 수 있다.
활성 영역(46)은 적어도 하나의 유기 재료를 포함하며, 복수의 유기 재료의 스택 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 활성 영역(46)은 전자 공여체 폴리머 및 전자 수용체 분자의 혼합물을 포함할 수 있다. 활성 영역(46)의 기능 영역은 하부 전극(36)과 상부 전극(40)의 중첩에 의해 정해진다. 활성 영역(46)의 기능 영역을 횡단하는 전류는 수 펨토암페어 내지 수 마이크로암페어까지 변화될 수 있다. 하부 전극(36)을 덮는 활성 영역(46)의 두께는 50 nm 내지 5 μm, 바람직하게는 300 nm 내지 2 μm, 예를 들면, 약 500 nm일 수 있다.
활성 영역(46)은 작은 분자, 올리고머, 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 이들은 유기 재료 또는 무기 재료일 수 있다. 활성층(46)은, 예를 들면, 적층된 층의 형태나 또는 벌크 헤테로접합(bulk heterojunction)을 형성하기 위해 나노미터 규모의 밀접한 혼합물 형태의 이극성 반도체 재료, 또는 N 형 반도체 재료와 P 형 반도체 재료의 혼합물을 포함할 수 있다.
활성 영역(42)를 형성할 수 있는 P 형 반도체 폴리머의 예는 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 폴리[N-9'-헵타데카닐-2,7-카바졸-알트-5,5-(4,7-디-2-티에닐-2',1',3'-벤조티아디아졸](PCDTBT), 폴리[(4,8-비스-(2-에틸헥실옥시)-벤조[1,2-b;4,5-b']디티오펜)-2,6-디일-알트-(4-(2-에틸헥사노일)-티에-노[3,4-b]티오펜))-2,6-디일];4,5-b']디티-오펜)-2,6-디일-알트-(5,5'-비스(2-티에닐)-4,4,-디노닐-2,2'-비티아졸)-5',5''-디일](PBDTTT-C), 르폴리[2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌-비닐렌](MEH-PPV) 또는 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타 [2,1-b;3,4-b′]디티오펜)-알트-4,7(2,1,3-벤조티아디아졸)](PCPDTBT)이다.
활성 영역(42)를 형성할 수 있는 N 형 반도체 재료의 예는 플러렌, 특히 C60, [6,6]-페닐-C61-메틸 부타노에이트([60]PCBM), [6,6]-페닐-C71-메틸 부타노에이트([70]PCBM), 페릴렌 디이미드, 아연 산화물(ZnO), 또는 양자점을 형성할 수 있는 나노결정이다.
계면층이 존재하고 이 계면층이 전자 주입층의 역할을 하는 경우, 계면층을 형성하는 재료는 다음의 그룹으로부터 선택된다:
금속 산화물, 특히 타이타늄 산화물 또는 아연 산화물;
분자 호스트/도펀트 시스템, 특히 Novaled에 의해 상표면 NET-5/NDN-1 또는 NET-8/MDN-26으로 상품화된 제품;
전도성 또는 도핑된 반도체 폴리머, 예를 들면, 폴리(3,4)-에틸렌디옥시티오펜과 토실레이트의 혼합물인 PEDOT:토실레이트 폴리머;
카보네이트, 예를 들면, CsCO3;
고분자전해질, 예를 들면, 폴리[9,9-비스(3'-(N,N-디메틸아미노)프로필)-2,7-플루오렌-알트-2,7-(9,9-디옥티플루오렌)](PFN), 폴리[3-(6-트리메틸암모늄헥실] 티오펜(P3TMAHT) 또는 폴리[9,9-비스(2-에틸헥실)플루오렌]-b-폴리[3-(6- 트리메틸암모늄헥실] 티오펜(PF2/6-b-P3TMAHT);
폴리에틸렌이민(PEI) 폴리머 또는 폴리에틸렌이민 에톡실화(PEIE), 프로폭실화, 및/또는 부톡실화 폴리머;
MgAg;
트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq3);
2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(Bu-PBD); 및
이들 재료 중 2 개 이상의 혼합물.
계면층이 존재하고 이 계면층이 정공 주입층의 역할을 하는 경우, 계면층을 형성하는 재료는 다음의 그룹으로부터 선택될 수 있다:
전도성 또는 도핑된 반도체 폴리머, 특히 상표명 Plexcore OC RG-1100, Plexcore OC RG-1200(Sigma-Aldrich), PEDOT:PSS으로 상품화된 재료;
분자 호스트/도펀트 시스템, 특히 Novaled에 의해 상표명 NHT-5/NDP-2 또는 NHT-18/NDP-9으로 상품화된 제품;
고분자전해질, 예를 들면, Nafion;
금속 산화물, 예를 들면, 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, ITO, 또는 니켈 산화물;
비스[(1-나프틸)-N-페닐]벤지딘(NPB);
트리아릴아민(TPD); 및
이들 재료 중 2 개 이상의 혼합물.
바람직하게는, 계면층이 정공 주입층의 역할을 하는 경우, 계면층을 형성하는 재료는 전도성 또는 도핑된 반도체 폴리머이다.
광학 어레이가 발광 컴포넌트, 특히 유기 발광 다이오드를 포함하는 경우, 발광 다이오드의 활성 영역은, 예를 들면, 발광 재료로 제조된다. 발광 재료는, 예를 들면, M.T. Bernius, M. Inbasekaran, J. O'Brien 및 W. Wu의 "Progress with Light-Emitting Polymers"라는 명칭의 출판물(Advanced Materials, 2000, Volume 12, Issue 23, pages 1737-1750)에 기재된 폴리머 발광 재료 또는 특허 US 5 294 869에 기재된 알루미늄 트리스퀴놀린과 같은 저분자량의 발광 재료일 수 있다. 발광 재료는 발광 재료의 혼합물 또는 형광 염료의 혼합물을 포함할 수 있고, 또는 발광 재료 및 형광 염료의 층상 구조를 포함할 수 있다. 발광 폴리머는 폴리플루오렌, 폴리벤조탈라졸, 폴리트리아릴아민, 폴리(페닐렌비닐렌), 및 폴리티오펜을 포함한다. 바람직한 발광 폴리머는 호모폴리머 및 9,9-디-n-옥틸플루오렌(F8), N, N-비스(페닐)-4-sec-부틸페닐아민(TFB), 벤조티아디아졸(BT), 및 이리듐 트리스(2-페닐피리딘)(Ir(ppy)3)로 도핑된 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐(CBP)의 코폴리머를 포함한다. 활성 영역(46)의 두께는 1 nm 내지 100 nm의 범위이다.
전도성 트랙(50, 51, 56)은 전극(36 또는 40)과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 전도성 트랙(50, 51)의 두께는 50 μm 미만일 수 있다.
활성 영역(54)은 폴리실리콘, 특히 저온 다결정질 실리콘(LTPS), 비정질 실리콘(aSi), 아연-갈륨-인듐(IGZO), 폴리머로 제조될 수 있고, 또는 유기 박막 트랜지스터(OTFT)의 성형에 기지의 방법으로 사용되는 작은 분자를 포함할 수 있다.
각각의 절연층(52, 58)은 SiN, of SiO2, 또는 유기 폴리머로 제조될 수 있다. 절연층(52)은 10 nm 내지 4 μm 범위의 두께를 가질 수 있고, 절연층(58)은 10 nm 내지 4 μm 범위의 두께를 가질 수 있다.
광학 어레이(30)는, 예를 들면, 코팅(44) 상에 배치되는 편광 필터를 더 포함할 수 있다. 광학 어레이(30)는 광검출기(38)에 도달하는 방사선의 파장 선택을 얻기 위해 광검출기(38)의 반대측에 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 광학 어레이(30)의 단순화된 부분 평면도이다. 도 3은 포토다이오드(38)가 형성된 영역을 점선(60)으로 보여주고, 전도성 트랙(50, 51)이 형성된 영역을 실선 및 점선(62)으로 보여준다. 코팅(44)의 주변부(64)도 실선으로 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실선으로 도시된 영역(62)의 일부는, 도 3에 도시되지 않은 선택 회로(18), 판독 회로(22) 및 전위 소스(28)의 전도성 트랙(50, 51)에 대한 연결을 허용하도록 코팅(44)으로 덮이지 않는다.
도 4a 내지 도 4c는 광학 어레이(30)를 제조하는 방법의 다른 실시형태의 연속 단계에서 얻어지는 구조의 단순화된 부분 단면도이다.
도 4a는 트랜지스터(T), 전극(36), 광검출기(38), 전극(40), 및 접착제 재료의 층(42)를 포함하는 층들의 스택을 형성한 후에 얻어지는 구조를 보여준다.
고려되는 재료에 따르면, 광학 어레이의 층들을 형성하는 방법은 특히 졸겔 형태로 원하는 위치에 유기층을 형성하는 재료의 직접 인쇄, 예를 들면, 잉크젯 인쇄, 포토그라비어, 실크스크리닝, 플렉소그래피, 스프레이 코팅, 또는 드롭 캐스팅에 의한 소위 애디티브 프로세스(additive process)에 대응할 수 있다. 고려되는 재료에 따르면, 광학 어레이의 층들을 형성하는 방법은 소위 서브트랙티브 방법(subtractive method)에 대응하며, 여기서는 유기층을 형성하는 재료가 구조 전체에 퇴적되고, 다음에 사용되지 않는 부분은, 예를 들면, 포토리소그래피 또는 레이저 삭마(laser ablation)에 의해 제거된다. 고려되는 재료에 따르면, 전체 구조에 대한 퇴적은, 예를 들면, 액체 퇴적, 캐소드 스퍼터링, 또는 증착에 의해 수행될 수 있다. 특히, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 헬리오그래피, 슬롯다이 코팅, 블레이드 코팅, 플렉소그래피, 또는 실크스크리닝과 같은 방법을 사용할 수 있다. 층들이 금속인 경우, 이 금속은, 예를 들면, 전체 지지체에 걸쳐 증착이나 캐소드 스퍼터링에 의해 퇴적되고, 금속층들은 에칭에 의해 경계가 정해진다.
유리하게는, 광학 어레이의 층들의 적어도 일부는 인쇄 방법에 의해 형성될 수 있다. 전술한 층들의 재료는, 예를 들면, 잉크젯 프린터에 의해 전도성 잉크, 반도체 잉크 또는 절연성 잉크의 형태로 액체 형태로 퇴적될 수 있다. 여기서 "액체 형태의 재료"는 인쇄 기술에 의해 퇴적될 수 있는 겔 재료를 지시한다. 상이한 층들의 퇴적 사이에는 어닐링 단계가 제공될 수 있고, 어닐링 온도는 150℃를 초과하지 않는 것이 가능하며, 퇴적 및 가능한 어닐링은 대기압에서 수행될 수 있다.
도 4b는 원하는 코팅(44)과 동일한 재료로 제조된 필름(68)의 퇴적 후에 얻어진 구조를 보여준다. 이것은 경우에 따라 가압 및 가열 하에서 필름(68)을 접착제 층(42)에 덧대는 라미네이션 단계에 의해 수행될 수 있다.
도 4c는 필름(68)의 코팅(44)을 형성하기 위한 코팅 단계 후에 얻어진 구조를 보여준다. 절단 단계는 레이저 절단 단계일 수 있다. 일 실시례로서, 레이저는 9.4 μm 내지 10.6 μm 범위의 파장을 가진 CO2 형 연속 레이저이다. 일 실시례로서, 레이저의 파워는 1 W 내지 100 W이고, 변위 속도는 1 cm/s 내지 10 m/s 범위이다. 대안례는 337.1-nm 파장의 연속 질소 레이저 또는 1,050 nm 내지 1,070 nmn, 1,550 nm, 또는 2,100 nm 파장의 펄스형 Yag 레이저를 사용하는 것이다. 절단은 바람직하게는 CO2 레이저를 사용하여 수행된다. 레이저 빔이 따르는 경로는 도 4c에서 화살표 64로 개략적으로 표시되어 있다.
본 발명자들은 레이저 절단 단계가 레이저 빔에 의한 전도성 트랙(50, 51)의 열화, 특히 레이저 경로 상의 전도성 트랙(50, 51)의 국부적인 중단을 일으킬 수 있다는 것을 보여주었다. 또한, 기판(32)이 플라스틱 재료로 제조된 경우, 기판(32)이 레이저 빔을 흡수할 수 있고, 이로 인해 레이저 경로 상의 기판의 국부적인 열화를 초래할 수 있다.
본 발명자들은 레이저 방사선을 반사하는 재료 및/또는 절단 단계 중에 레이저 경로 상에서 레이저 방사선을 흡수하는 재료의 트랙을 제공함으로써 레이저 절단 단계에 기인된 열화를 피할 수 있다는 것을 보여 주었다. 이 트랙은, 한편으로는, 레이저 빔과 전도성 트랙(50, 51) 사이에, 다른 한편으로는 레이저 빔과 기판(32) 사이에 개재된다. 바람직하게는, 이 트랙의 폭은 500 μm를 초과하고, 바람직하게는 1 mm를 초과한다.
도 5 및 도 6은 각각 절단 단계의 보호를 포함하는 광학 어레이(70)의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도 및 부분 평면도이다. 광학 어레이(70)는 도 2에 도시된 광학 어레이(30)의 모든 요소를 포함하고, 필름(68)의 절단 경로 상의 절연층(58) 상에 놓인 적어도 하나의 반사 트랙(72)을 더 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 반사 트랙(72)은 전극(36)과 동시에 형성되는 도전성 트랙이며, 전극(36)이 반사성 재료로 제조된 경우에 전극(36)과 동일한 재료로 제조된다.
도 7은 절단 단계에 대한 보호를 포함하는 광학 어레이(75)의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다. 광학 어레이(75)는 도 2에 도시된 광학 어레이(30)의 모든 요소를 포함하고, 필름(68)의 절단 경로 상의 절연층(52) 상에 놓인 반사 트랙(76)을 더 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 반사 트랙(76)은 트랙(56)과 동시에 형성되는 도전성 트랙이며, 트랙(56)과 동일한 재료로 제조된다.
일 실시형태에 따르면, 트랙(72, 76)을 형성하는 재료는 다음의 그룹으로부터 선택된다:
금속 또는 금속 합금, 예를 들면, 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 또는 크로뮴(Cr), 또는 마그네슘과 은의 합금(MgAg);
ITO/Mo/ITO 스택;
탄소, 은, 및/또는 구리 나노와이어;
그래핀; 및
이들 재료 중 적어도 2 개의 혼합물.
트랙(72 또는 76)의 두께는 10 nm 내지 10 μm 범위일 수 있다.
트랙(72, 76)이 도전성인 경우, 이것은, 광학 어레이의 동작 중에, 낮은 기준 전위, 예를 들면, 접지, 전위의 소스(28), 또는 트랜지스터(T)의 온을 제어하는 전위의 소스에 결합될 수 있다.
도 8은 절단 단계에 대한 보호를 포함하는 광학 어레이(80)의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다. 광학 어레이(80)는 도 2에 도시된 광학 어레이(30)의 모든 요소를 포함하고, 레이저의 방사선을 흡수하는 재료로 된 그리고 필름(68)의 절단 경로 상의 절연층(58) 상에 놓이는 트랙(82)을 더 포함한다. 트랙(82)은 유색 수지, 예를 들면, 유색 또는 흑색 SU-8 수지로 제조될 수 있다. 본 실시형태에서, 트랙(82)은, 예를 들면, 전술한 애디티브 기술이나 서브트랙티브 기술 중 하나에 따라 접착제 층(42)의 퇴적 전에 절연층(58) 상에 형성된다. 트랙(82)의 두께는 100 nm 내지 50 μm 범위일 수 있다.
도 9은 절단 단계에 대한 보호를 포함하는 광학 어레이(85)의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다. 광학 어레이(85)는 도 2에 도시된 광학 어레이(30)의 모든 요소를 포함하고, 레이저의 방사선을 흡수하는 재료로 그리고 코팅(44)의 절단 경로 상의 접착제 층(42) 상에 놓이는 트랙(86)을 더 포함한다. 트랙은 트랙(82)와 동일한 재료로 제조될 수 있다. 본 실시형태에서, 트랙(86)은, 예를 들면, 전술한 애디티브 기술이나 서브트랙티브 기술 중 하나에 따라 코팅(44)을 형성하는 필름을 적용하기 전에 접착제 층(42) 상에 형성된다.
위에서 상이한 변형례를 가진 다양한 실시형태가 설명되었으며, 다양한 변형례 및 수정례가 당업자에게 상도할 것이다. 당업자가 어떤 진보성도 보이지 않으면서도 이들 다양한 실시형태 및 변형례를 조합할 수 있음에 주목해야 한다. 특히, 광학 어레이는 광검출기와 발광 컴포넌트의 둘 모두를 포함할 수 있다.
Claims (10)
- 광전자 디바이스로서,
기판(32), 상기 기판을 덮는 광전자 컴포넌트(38)의 어레이(70; 75; 80; 85), 상기 광전자 컴포넌트에 결합된 제 1 전도성 트랙(50, 51), 상기 어레이의 일부를 덮는 접착제 층(42), 및 상기 접착제 층(42)과 접촉하는 코팅(44)을 포함하고, 상기 코팅은 주변부(64)를 포함하고,
상기 디바이스는,
335 nm 내지 10.6 μm 범위의 파장의 방사선을 반사하고, 상기 제 1 전도성 트랙과 상기 코팅 사이에서 주어진 방향을 따라 상기 주변부와 정렬되어 연장되는제 2 트랙(72; 76; 82; 86)
을 더 포함하는 광전자 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 트랙(72; 76; 82; 86)은,
금속 또는 금속 합금, 예를 들면, 은(Ag), 금(Au), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 또는 크로뮴(Cr), 또는 마그네슘과 은의 합금(MgAg);
탄소, 은, 및/또는 구리 나노와이어;
그래핀;
유색 또는 흑색 수지, 예를 들면, 유색 또는 흑색 SU-8 수지; 및
이들 재료 중 적어도 2 개의 혼합물
을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 광전자 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광전자 디바이스는 제 1 전기 절연층(58) 및, 각각의 광전자 컴포넌트에 대하여, 상기 광전자 컴포넌트(38)와 접촉하고 상기 제 1 절연층 상에 놓여 있고 상기 제 1 절연층과 접촉하는 전극(36)을 포함하고, 상기 제 2 트랙(72; 82)은 상기 제 1 절연층 상에 놓여 있고 상기 제 1 절연층과 접촉하는, 광전자 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 트랙(72)은 상기 전극(36)과 동일한 재료로 제조된, 광전자 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광전자 디바이스는 제 2 전기 절연층(52) 및, 각각의 광전자 컴포넌트(38)에 대하여, 전계 효과 트랜지스터(T) 및 제 3 전도성 트랙(56)을 포함하며, 상기 제 3 전도성 트랙(56)은 상기 트랜지스터를 상기 광전자 컴포넌트에 결합하고 상기 제 2 절연층 상에 놓여 있고 상기 제 2 절연층과 접촉하고, 상기 제 2 트랙(76)은 상기 제 3 트랙과 동일한 재료로 제조되고 상기 제 2 절연층 상에 놓여 있고 상기 제 2 절연층과 접촉하는, 광전자 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 트랙(86)은 상기 접착제 층(42)과 상기 코팅(44) 사이에 개재되어 있는, 광전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전자 컴포넌트(38)는 유기 광검출기를 포함하는, 광전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전자 컴포넌트(38)는 유기 발광 다이오드를 포함하는, 광전자 디바이스. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 광전자 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 기판(32)을 덮는 광전자 컴포넌트(38)의 어레이(70; 75; 80; 85) 및 상기 광전자 컴포넌트에 결합된 제 1 전도성 트랙(50, 51)을 형성하는 단계;
상기 어레이의 일부를 접착제 층(42)으로 덮는 단계;
필름을 상기 접착제 층(42)과 접촉하여 도포하는 단계; 및
상기 주어진 방향을 따라 연장하는 레이저를 사용하여 상기 필름을 절단하여 상기 코팅(44)을 얻는 단계를 포함하고,
상기 방법은, 상기 레이저 빔을 반사하고, 상기 제 1 전도성 트랙과 상기 코팅 사이에서 상기 주어진 방향을 따라 상기 코팅(44)의 주변부와 정렬되어 연장되는 제 2 트랙(72; 76; 82; 86)을 형성하는 단계를 더 포함하는 광전자 디바이스의 제조 방법.
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