KR20230034376A - 광전자 디바이스 및 광전자 디바이스의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전자 디바이스에 관한 것으로, 기판(150), 반사 표면과 주어진 거리에서 서로 마주보고 배치되고 광학 공동을 형성하는 반반사 표면 사이에 배치되는 적어도 하나의 활성 층을 포함하는 유기 층들의 스택(370)을 포함한다. 상기 디바이스는 적어도 3개의 픽셀 그룹들(367a, b, c)을 포함하고, 각 그룹은 상이한 광학 길이의 공동을 특징으로 한다. 상기 공동은 상기 기판과 유기층들의 스택 사이에 배열된 다수의 이중층들을 포함하고, 각각은 이중층은 제 1 투명 전도성 재료의 제 1 투명 전도성 층(156, 3561, 3562) 및 상기 제 1 투명 전도성 층과 직접 접촉하는 제 2 투명 전도성 재료의 제 2 투명 전도성 층(160, 360, 3601, 3602)에 의해 형성된다. 상기 제 1 재료는 제 2 재료와 상이하다. 제 1 픽셀 그룹(367c)에 대하여, 이중층의 수가 0이고, 제 2 픽셀 그룹(367b)에 대하여, 1이고, 제 3 픽셀 그룹(367a)에 대하여, 2 또는 1이며, 만약 존재한다면, 각각의 추가 픽셀 그룹에 대해, 1씩 증가한다. 이중층들 각각에 대해, 상기 제 1 전도성 투명층은, 상기 제 2 전도성 투명층보다 습식 에칭 처리에 대해 더 낮은 저항을 갖는다.
Description
본 발명은 마이크로 전자공학 분야에 관한 것이며, 보다 정확하게는 얇은 층들의 광전자 디바이스들의 분야에 관한 것이다. 보다 정확하게는 화학적 의미에서 유기층들인 활성층들을 갖는 얇은 층들의 매트릭스 광전자 디바이스에 관한 것이다. 이들 광전자 디바이스들은 OLED(유기 발광 디바이스) 유형의 디스플레이 스크린들 또는 활성층들이 유기층들인 광학 센서들일 수 있다. 그들은 서로 다른 컬러의 픽셀들의 각 그룹에 대해 서로 다른 광학 길이의 광학 공동을 가진 새로운 구조를 갖는다.
본 발명은 또한 이들 신규 제품들을 제조하기 위한 신규 방법에 관한 것이다.
대략 20㎛미만, 전형적으로 6㎛ 내지 12㎛의 픽셀 크기를 갖는 OLED 유형의 매트릭스 마이크로디스플레이들이 알려져 있다. 컬러 마이크로디스플레이에서 각 픽셀은 여러 그룹의 픽셀들로 구성되며, 그 크기는 약 10㎛ 미만이며, 현재 일반적으로 약 3㎛ 내지 6㎛이다. 이러한 마이크로디스플레이들에서 적색(약칭 R), 녹색(약칭 G) 및 청색(약칭 B) 픽셀들의 그룹들의 컬러는 전체 매트릭스에 공통적인 백색 방출 OLED 스택에 의해 생성되며, 각 픽셀에는 고유한 컬러 필터가 제공된다. 적색, 녹색 또는 청색 광을 직접 생성하도록 설계된 OLED 스택들은 확실히 알려져 있다. 그러나 몇 가지 이유로 OLED 마이크로디스플레이를 제조하는데 사용될 수 없다.
우선, OLED 마이크로디스플레이들에서, RGB 픽셀들의 크기가 너무 작아서 R, G 및 B 픽셀들에서 OLED 스택들을 구조화하여 원하는 컬러의 광을 직접 방출하는 픽셀들을 얻는 것은 현재 충분한 산업적 신뢰성으로 불가능하다. 실제로, OLED 층들의 증착물의 구조화는 마스크를 통한 진공 증착을 통해 수행될 수 있지만, 약 20㎛보다 큰 크기만을 갖는다.
또한, 전체 매트릭스에 공통적인 OLED 스택을 (즉, 수 밀리미터인 디바이스 크기의 해상도를 가진 수 개의 마이크로디스플레이 디바이스를 포함하는 실리콘 웨이퍼에) 증착하는 것은, 간단하고 좋은 산업 성능으로 제어하기 쉬운 증착 방법을 사용하는 것을 허용한다.
마지막으로, 컬러 필터들을 생성하기 위한 재료들 및 방법들은, 이미 CMOS(상보형 금속 산화물 반도체) 유형의 이미저에 사용되는 한, 이용 가능하고, 잘 알려져 있으며, 산업적으로 시험되었다.
공통 OLED 스택의 사용은, 현재 OLED 마이크로디스플레이들에서 불가피하지만, 낮은 광효율이라는 단점을 갖는다. 실제로 대역폭에서 필터들의 광학 투과는 50%에서 70% 사이에 불과하다. 또한, 백색 이미터의 경우, 별도의 RGB 이미터들에서 발생하는 것과는 달리, 공동 효과에 의해 법선 방향의 이득을 활용할 수 없다. 반대로, 상부 방출 구성, 즉 기판에 반대 방향인 방출을 갖는 구성이 일반적으로 사용된다. 이 경우 OLED 디바이스는 실질적으로 바닥의 반사 전극, 유기층들(OLED)의 스택 및 상부의 반투명 전극으로 구성된다. 이러한 조립체는 불행히도 OLED 스택에 의해 방출되는 백색 스펙트럼의 일부를 흡수하는 광학 공동을 형성한다.
90년대 초부터 알려진 이 문제의 중요성과 어려움을 증언하는 수많은 특허 문서들이 존재한다. 많은 발명자들은, 간섭에 의해 스펙트럼 대역들을 추출하고, 따라서 간섭에 의해 RGB 원색들을 생성하거나, 또는 컬러 필터를 갖는 시스템들의 또는 픽셀 레벨에서 구조화된 RGB OLED들을 갖는 시스템들의 효율성을 개선하기 위해, 광학 공동들을 백색 또는 주어진 컬러의 OLED 구조에 통합하는 원리를 사용했다.
예를 들어, 1993년의 EP 0 616 488 A(Hitachi)는 바닥 방출 구성에 대해, 즉 기판을 통해, 각각의 방출 파장들을 한정하는 적어도 2개의 광학 공동들을 갖는 OLED 디바이스에 대해 기술한다. OLED 이미터는 다양한 광학 공동들을 모두 커버할 수 있을 만큼 충분히 넓은 스펙트럼을 생성하는 단일 스택을 구현하다. 광학 공동은 유전체 다층 시스템에 의해 형성된 반투명 거울과 기판 반대쪽 부분의 반사 전극을 포함하며, 음극은 투명 전도성 산화물(주석으로 도핑된 산화인듐 약칭 TCO, 인듐 주석 산화물 약칭 ITO)로 만들어진다. 공동의 광학적 두께는 투명 양극의 두께 또는 반투명 거울과 음극 사이에 추가된 실리카로 만든 광학 스페이서에 의해 조절된다.
이 선구적인 특허는 몇 가지 개선사항들을 야기하였다. 이와 관련하여, JP 2003 142 277 A(Pioneer)는 구조화된 RGB 이미터를 갖는 유사한 바닥 발광형 디바이스를 기술하며; ITO로 이루어진 양극의 두께는 픽셀들의 그룹의 컬러에 따라 다르며, 간섭은 반사체에 대한 이미터의 위치에 따라 결정된다.
US 6 639 250 B1(Seiko Epson 및 Cambridge Display Technology)은 광학 공동을 형성하기 위해 양면에 유전체 거울들을 사용하는 유사한 접근법을 바닥 발광형 디바이스에 대해 제안한다. RGB 픽셀들의 각 그룹은 반투명 유전체 다층 시스템, 반사 다층 시스템 및 OLED 스택 위에 위치한 조정 가능한 두께(간격 조정 층)를 갖는 유전체 층을 사용하여 자체 마이크로공동을 사용할 수 있다. 이 디바이스는 매우 복잡한 다층 구조를 가지며, 조정 가능한 유전체층과 반사 다층 시스템이 어떻게 구조화(픽셀화)될 수 있는지는 불분명하다.
EP 1 450 419 B1(Kodak)은 광학 공동이 2개의 금속 거울들에 의해 한정되는 구조를 갖는 상부 방출형 및 바닥 방출형 디바이스들을 기술한다. 광역 스펙트럼 광 방출을 갖는 OLED 스택은 관련 광학 공동의 변조를 허용하는 전도성 투명 위상 변조층(TCO, 예를 들어 ITO로 만든 "위상층"으로도 언급됨)을 포함하여 반투명 반사체와 반사 전극 사이에 배치된다. 이 위상 변조층은 증착 또는 음극 스퍼터링에 의해 증착되고, 이후 픽셀들의 한 그룹의 픽셀들에 의도된 컬러를 남기기 위해 종래의 포토리소그래피 수단에 의해 구조화된다. 이후 방법은 다른 의도된 컬러의 픽셀들의 그룹의 픽셀들을 위한 제 2 층에 대해 반복된다. 따라서 포토리소그래피의 두 시퀀스들을 통해, R, G 및 B 픽셀들의 그룹들이 생성될 수 있다: B 픽셀들의 그룹은 위상 변조층을 갖지 않고, G 픽셀들의 그룹은 1개를, R 픽셀들의 그룹은 2개를 갖는다. 바닥 방출형 디바이스의 경우, 기판과 반투명 전극 사이에 흡수 감소층이 추가된다. 이러한 접근법은 TCO의 몇 개의 층들의 에칭을 필요로 하는데, 이는 복잡하다. 또한, 음극 스퍼터링 또는 증착에 의해 증착된 TCO 층들의 두께 균일성의 제어는 광학 공동의 요건들과 호환되는 정밀도로 매우 어려운 것으로 보인다.
EP 1 672 962 B1(Sony)은 이전 문서와 유사한 상부 방출형 디바이스를 설명한다. 하부 전극은 TCO의 3개 층들, 즉 ITO로 이루어진 접촉층, 반사체 역할을 하는 공진층 및 의도된 컬러에 의존하는 다른 층을 포함한다. 이 전극은 마이크로 전자 공학 방법들을 수반하여 구조화(픽셀화)된다. TCO 층들의 두께 제어는 매우 중요하다: 이 층은 음극 스퍼터링(두께 제어가 불충분해 보이는), 또는 매우 정밀한 두께 제어를 허용하지만, 재료들의 제한된 선택(ZnO, AZO(알루미늄이 도핑된 산화아연) 또는 SnO2)만을 제공하는 ALD(원자층 증착)에 의해 증착될 수 있다. 그러나 ALD에 의한 TCO 층의 증착은 이 구조에 특유한 두 가지 단점들을 갖는다: 한 편으로, TCO가 감광성 수지 상에 층착되어야 한다면, ALD에 의한 증착은 완전한 일치성으로 인해, 수지의 수직면들에도 또한 증착되는데, 감광성 수지(일반적으로 "포토레지스트"로 불리는)의 제거에 저항하는 수직 벽을 생성하는 경향을 갖는다. 다른 한편으로, ALD에 의해 증착된 층들의 에칭은 매우 중요한 것으로 판명되었다: ZnO 또는 AZO와 같이 ALD에 의해 증착될 수 있는 특정 유형들의 TCO는 매우 쉽게 에칭되지만, 이러한 층들은 특히 수지의 제거(스트리핑) 도중에 공격을 받고, 따라서 두께의 정확한 제어가 가능하지 않다. 그러나 SnO2와 같은 다른 유형의 TCO는 감광성 수지의 현상액에 의해, 그리고 스트리핑 도중에 공격을 받지 않는 매우 단단한 층들을 형성하고, 이들은 에칭하기가 매우 어렵다.
이 문헌은 TCO의 3개 층들 각각에 대해 3가지 상이한 재료들 및 3가지 상이한 에칭 방법들을 사용함으로써, 감광성 수지 상에 TCO의 증착과 관련된 문제를 회피하는 대안을 설명하며, 이 재료들은 선택적 에칭을 허용하도록 선택된다. 따라서 이 방법은 매우 복잡하고, 재료들의 선택이 매우 제한된다.
US 2009/0283 786(Seiko Epson)은 EP 1 450 419에 기술된 것과 유사한 또 다른 접근법을 기술한다. 디바이스는 픽셀들 R, G, B의 그룹들에 대해 상이한 두께의 광학 공동을 갖는 OLED 디바이스를 기술하고, 공동의 두께는 ITO 층의 두께에 의해 조정되며; 이 ITO 층의 구조화는 설명되지 않는다. 낮은 굴절률을 갖은 층은 컬러의 순도를 향상시키기 위해 상부 전극 위에 증착된다.
US 2012/022 9014(Seiko Epson)는 EP 1 672 962 B1에 설명된 것과 유사한 또 다른 접근법 설명하며, 픽셀들의 그룹의 컬러에 따라 TCO의 1개, 2개 또는 3개의 층들을 갖는다. 너무 큰 높이 차이를 회피하기 위해, 유전체 평활층을 증착하는 것이 제안된다. 이 구조의 문제는 픽셀들의 작은 광학 개구이다. 이러한 층들을 구조화하는 방법은 설명되지 않았다.
다른 접근법이 미국특허출원 US 2006/0138 945(Samsung)에 제안되었다. 광학 공동의 픽셀화된 부분은 상부 전극 위의 OLED 디바이스 외부에 위치한다. 선택된 두께의 투명 스페이서들은 열전사 인쇄 기술에 의해 생성되었다. 이 기술은 수 마이크로미터 크기의 픽셀에 대한 충분한 산업적 신뢰성이 있는 것으로 보이지 않는다; 또한 OLED 스택이 다소 깨지기 쉽기 때문에, 기계적 압력 및/또는 상당한 가열을 수반하는 기술에 의해 OLED 스택 위에 증착물을 만드는 것을 피하는 것이 바람직할 것이다. 이 접근법의 또 다른 단점은 TCO로 만들어진 상부 전극의 광 흡수에 있다.
또 다른 접근법이 US 2012/0241 782 A1(Sony)에 설명되어 있다. 광학 공동의 두께는 OLED 스택의 일부인 정공 수송층의 구조화에 의해 조절된다. 이것은 약 20㎛보다 작은 픽셀들의 크기에 대해 OLED 스택을 형성하는 유기층들의 증착을 픽셀들로 구조화하는 큰 산업적 어려움의 문제를 해결하지 못한다.
US 2016/0211 479(Seiko Epson)는 픽셀화된 유전체 투명층들(SiO2 또는 SiN과 같은)로 광학 공동들의 두께를 조절하는 아이디어를 소개한다. 두께 조절을 위한 여러 실시예들이 설명되어 있다: TCO 층(예를 들어 ITO) 또는 하부 반사체와 ITO로 만들어진 전극 사이에 배치된 유전층(실리카와 같은)을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 이 TCO 층과 이 유전층을 픽셀들의 그룹들로 구조화하는 어떠한 방법도 설명되어 있지 않다. 유전층의 증착은 또한 하부 전극과의 접촉을 위한 구멍들을 만드는 것을 필요로 하며, 이는 그러한 디바이스를 제조하는 방법을 복잡하게 한다.
이 아이디어의 보다 구체적인 실시예는 반사체/스페이서/투명 전극(ITO)/OLED 스택/반투명 전극의 구조에 투명층(SiO2 또는 SiN)을 갖는 구조에 대한 US 2015/006 0811A1(Seiko Epson)에 설명되어 있다. ITO가 무시할 수 없는 광 흡수성을 가짐을 주목된다. US 9 972 804B2(Seiko Epson)는 이 개념의 또 다른 대안을 제공하다.
대안으로서, 앞서 언급한 문서 US 2016/0211 479는 OLED 스택의 정공 주입층의 두께 조절을 제안하고; 이것은 이 층를 약 20㎛보다 작은 크기의 픽셀들로 구조화하는 문제를 다시 한 번 제기한다.
종래 기술이 RGB 픽셀들에 공통인 백색 OLED 스택으로부터의 간섭에 의해 원색 컬러의 RGB를 생성하기 위한 만족스러운 해결책을 제공하지 않는다는 점이 주목된다. 동일한 문제가 OLED 스택인 감광층인 광학 센서와 같은 다른 광전자 디바이스에 대해 발생한다; 그러한 디바이스는 WO 2017/029 223(Technische Universitat Dresden)에 기술되어 있다. EP 3 671 849(Commissariat a l'energie atomique et aux energies alternatives)는 다양한 투명 산화물들로 만들어진 이중층을 사용하여 각 픽셀 컬러에 대해 광학 스페이서가 만들어지는 디바이스를 설명하다. 이 방법은 투명 산화물들의 층들의 선택적인 제거를 목적으로 하는 습식 에칭 단계들의 복잡한 연속을 포함한다.
본 발명의 목적은 광전자 디바이스, 특히 일반적인 백색-방출 OLED 스택, 바람직하게는 상부-방출 구조에 기초한 매우 작은 크기(약 3㎛ 내지 5㎛)의 원색 컬러의 RGB에 대한 픽셀들의 그룹들을 갖는 OLED 마이크로디스플레이를 제안하는 것이다. 이 디바이스는 우수한 광학 효율, 우수한 내구성을 가져야 하며, 우수한 산업적 성능을 갖고, 픽셀들의 우수한 치수 제어, 픽셀을 통한 광학 스페이서들의 우수한 균질성뿐만 아니라 기판을 통한 우수한 균질성을 얻을 수 있게 하는 신뢰할 수 있는 산업적 방법에 의해 제조될 수 있어야 한다.
본 발명에 따르면, 이러한 문제는 픽셀들을 갖는 광전자 디바이스에 의해 해결되며, 여기서 광활성인 층들의 스택은 광학 공동의 2개의 반사체들 사이에 배치되고, 상기 광학 공동의 광학적 두께는 픽셀의 규모에서 조절된다 . 이러한 구조는 광학 공동 내부의 주어진 컬러의 광의 생성(방출 디바이스의 경우) 또는 검출(검출 디바이스의 경우)을 허용하며, 상기 컬러는 스펙트럼 공동의 광학 길이에 의해 결정된다.
따라서 상기 광전자 디바이스는 광학 공동의 광학적 길이가 다른 복수의 픽셀들의 그룹들을 포함한다. 본 발명의 본질적인 특징에 따르면, 광학 공동은 적어도 하나의 픽셀들의 그룹들에 대해, 습식 에칭 처리에 대한 내성이 다른(즉, 액체조에 대한 다른 에칭 속도를 갖는) 2개의 다른 투명 및 전도성 층들에 의해 형성된 이중층을 포함하며; 이것은 디바이스를 제조하는 방법 동안 가장 높은 에칭 속도를 갖는 2개의 층들의 선택적인 습식 에칭을 허용한다.
보다 정확하게, 각각의 상기 이중층들은 제 1 투명 및 전도성 재료의 제 1 투명 및 전도성 층에 의해, 및 상기 제 1 투명 및 전도성 층과 직접 접촉하는 제 2 투명 및 전도성 재료의 제 2 투명 및 전도성 층에 의해 형성되고, 상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료와 상이하다. 이들 이중층들 각각에 대해, 상기 제 1 전도성 및 투명층은, 광전자 디바이스의 기판으로부터 계산될 때, 상기 제 2 전도성 및 투명층보다 습식 에칭 처리에 대해 더 낮은 저항성을 갖는다.
본 발명의 제 1 목적은 기판 및 유기층들의 스택을 포함하는 광전자 디바이스이며, 이러한 유기층들의 스택은 적어도 하나의 활성층을 포함하는데, 활성층은 발광층 또는 포토다이오드일 수 있고, 반사 표면 또는 상기 반사 표면 상에 직접 증착된 투명층의 표면과, 주어진 거리에서 서로 대향 배치되고 주어진 광학 길이 d의 광학 공동을 형성하는 반투명 및 반-반사 표면 사이에 배치되며,
상기 디바이스는, 적어도 3개의 픽셀 그룹들을 포함하는 것을 특징으로 하고, 각 그룹은 상이한 광학 길이의 공동을 특징으로 하고, 상기 공동은 상기 기판과 상기 유기층들의 스택 사이에 배열된 다수의 이중층들을 포함하고, 각각은 이중층은 제 1 투명 및 전도성 재료의 제 1 투명 및 전도성 층 및 상기 제 1 투명 및 전도성 층과 직접 접촉하는 제 2 투명 및 전도성 재료의 제 2 투명 및 전도성 층에 의해 형성되며, 상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료와 상이하고, 상기 디바이스는:
제 1 그룹의 픽셀들의 경우, 이중층의 수는 0이고,
제 2 그룹의 픽셀들의 경우, 이중층의 수는 1이고,
제 3 그룹의 픽셀들의 경우, 이중층의 수는 2 또는 1이지만, 후자의 경우에, 제 3 그룹의 픽셀들과 관련된 이중층의 상기 제 1 층은 제 2 그룹의 픽셀들보다 두껍고,
각각의 추가 그룹의 픽셀들에 대해, 만약 존재한다면, 이중층의 수는 이전 그룹에 대해 1씩 증가하거나 동일하게 유지되지만, 후자의 경우, 추가 그룹의 픽셀과 관련된 이중층의 상기 제 1층은 이전 그룹의 픽셀들보다 두껍고,
필요한 경우 그룹을 제 1, 제 2, 제 3의 그룹으로 산정하는 것은 d 값이 증가하는 순서를 따른다는 것을 인식한다면,
상기 디바이스는, 이들 이중층 각각에 대해, 상기 제 1 전도성 및 투명층은, 상기 기판으로부터 계산될 때, 상기 제 2 전도성 및 투명층보다 습식 에칭 처리에 대해 더 낮은 저항을 갖는다. 제 1 이외의 각 그룹의 픽셀들에 대해, 기판으로부터 가장 먼 이중층의 적어도 상기 제 1 층은 상기 제 2 이중층에 의해 측방향으로 보호되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제 1 층 이외의 각 그룹의 픽셀들에 대해, 기판으로부터 가장 먼 이중층의 상기 제 1 층은 이중층의 상기 제 2 층에 의해 완전히 캡슐화된다.
이전 실시예와 호환 가능한 다른 실시예에서, 제 1 층 이외의 각 그룹의 픽셀들에 대해, 모든 이중층들의 상기 제 1 층은 제 2 투명 전도성 재료의 층에 의해 완전히 캡슐화된다.
상기 반사 표면은 상기 제 2 투명 전도성 재료의 층에 의해 덮일 수 있으며; 따라서 이 층은 이중층을 형성하는 층들을 계산할 때 고려되지 않는다.
상기 습식 에칭 처리는 주위 온도에서 2.38중량%의 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 수용액을 통한 처리이다.
매우 유리한 실시예에서, 각각의 상기 이중층들에서, 상기 제 1 투명 및 전도성 층은 상기 제 2 투명층의 특정 에칭 속도(V2)보다 적어도 10배 더 큰, 바람직하게는 적어도 100배 더 큰, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1000배 더 큰 특정 에칭 속도(V1)를 갖는다.
상기 투명 전도성 재료들은 전형적으로 적어도 하나의 금속 원소의 산화물들(TCO - 투명 전도성 산화물)이다. 상기 제 1 투명 전도성 재료(여기서 "연질 TCO"로 언급됨)는, ZnO를 함유하는 도핑된 산화물로서, 도핑은 바람직하게 갈륨 및/또는 알루미늄 및/또는 붕소 및/또는 베릴륨으로 이루어지는 ZnO; 인듐 산화물을 함유하는 도핑된 산화물로서, 도핑은 바람직하게 주석으로 이루어지는 인듐 산화물에 의해 형성된 그룹에서 선택된다. 상기 제 2 투명 및 전도성 재료(여기서 "경질 TCO"로 언급되는)는, 도핑된 SnO2로서, 도핑은 바람직하게 비소 및/또는 불소 및/또는 질소 및/또는 니오븀 및/또는 인 및/또는 안티몬 및/또는 알루미늄 및/또는 티타늄으로 이루어지는 SnO2에 의해 형성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
유리한 실시예에 따르면, 상기 유기층들의 스택은 한편으로는 상기 반사 표면 또는 상기 반사 표면 상에 증착된 투명층 및/또는 다른 한편으로는 상기 반반사면과 직접 접촉한다.
상기 유기층들의 스택은 모든 픽셀들 위에 연속적인 코팅을 형성한다. 전형적으로, 반투명 전도성 층이 상기 유기층들의 스택 위에 증착되고; 그것은 상부 전극으로 작용한다. 상기 유기층들의 스택, 및 바람직하게는 또한 상기 반투명 및 전도성층은 각각 모든 픽셀들에 위에 연속적인 코팅을 형성한다. 따라서 픽셀들의 개별적인 어드레싱은 픽셀 레벨에서 구조화("픽셀화")된 하부 전극을 통해 수행될 수 있다. 광전자 디바이스의 상기 기판은 유리하게 픽셀들의 개별 어드레싱 또는 판독을 허용하는 회로를 구비한 CMOS 유형의 기판이다.
본 발명에 따른 광전자 디바이스는 일반적으로 OLED 마이크로디스플레이인 방출 디바이스의 형태로 만들어질 수 있으며, 여기서 유기 스택은 전계발광층을 포함하거나, 검출 디바이스의 형태에서는 일반적으로 다중 스펙트럼 광 센서이다. 후자의 경우, 유기 스택은 OPD(유기 광검출기) 유형의 포토다이오드를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 광전자 디바이스의 제조 방법으로서:
먼저, 제 1 투명 전도성 재료의 제 1 투명 전도성 층이 상기 제 1 반사 표면 상에 또는 상기 제 1 반사 표면 상에 증착된 제 2 재료의 투명 전도성 층 상에 증착되고;
제 2 및 제 3 그룹의 픽셀들을 한정하고 그들의 위치를 보호하는 제 1 마스크가 증착되고;
상기 제 1 투명 전도성 층이 상기 제 1 마스크에 의해 보호되지 않는 장소에서 습식 에칭에 의해 제거되고, 이러한 비보호 장소는 픽셀의 제 1 그룹을 위한 위치를 포함하며, 상기 제 1 마스크는 제거되며;
제 2 투명 재료의 제 1 투명 전도성 층이 증착되고;
제 1 투명 전도성 재료의 제 2 투명 전도성 층이 증착되고;
상기 제 3 그룹의 픽셀들을 한정하고 그들의 위치를 보호하는 제 2 마스크가 증착되고;
상기 제 1 투명 전도성 재료의 상기 투명 전도성 층은 상기 제 2 마스크에 의해 보호되지 않는 장소에서 습식 에칭에 의해 제거되고, 이러한 비보호 장소는 상기 제 2 및 상기 제 1 그룹의 그룹들을 위한 위치를 포함하고, 상기 제 2 마스크 제거되고;
제 2 투명 전도성 재료의 제 2 투명 전도성 층이 증착되고;
상기 제 1, 제 2 및 제 3 그룹의 픽셀들을 한정하고 그들의 위치들을 보호하는 제 3 마스크가 증착되고;
제 2 투명 및 전도성 재료의 상기 제 1 및 제 2 층뿐만 아니라 상기 반사층, 상기 반사층이 존재하는 경우 이를 덮는 상기 제 2 투명 및 전도성 재료의 상기 층은 상기 제 3 마스크에 의해 보호되지 않는 장소에서 건식 에칭에 의해 제거된다.
3개 그룹의 픽셀들을 갖는 광전자 디바이스를 위한 이러한 제조 방법에서, 방법은 다음 단계들에 의해 계속될 수 있다:
충진 요소가 2개의 이웃하는 픽셀들 사이의 각 공간에 증착되고;
모든 픽셀에 공통인 유기층의 스택이 증착되고, 모든 픽셀들에 공통인 반반사 전극층이 상기 유기층의 스택 위에 증착된다.
유리하게, 상기 제 2 투명 전도성 재료의 투명 전도성 층들의 증착은 원자층 증착 기술에 의해 수행된다.
마스크들의 증착은 당업자에게 알려진 마이크로리소그래피 기술들에 따라 감광성 수지의 증착에 의해 수행된다.
도 1 내지 도 7은 종래 기술의 일부는 아니지만 언급된 문제를 해결하지 못하는 방법 및 디바이스의 실시예를 비교하기 위해 도시한다. 도 1 내지 도 6은 제조의 다양한 단계들에서 광전자 디바이스를 통한 횡단면을 개략적으로 도시하고; 이 디바이스에는 3개 그룹의 픽셀들을 갖는다.
도 8 내지 도 42는 본 발명에 따른 방법 및 디바이스의 특정 양상들을 도시한다. 이들은 제조의 다양한 단계들에서 본 발명에 따른 광전자 디바이스의 횡단면을 개략적으로 도시한다.
도 1은 3개 그룹의 픽셀들을 갖는 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 방법의 단계들의 제 1 시퀀스를 6개의 에피소드로 도시한 도면.
도 2는 도 1에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 4는 도 3에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 6은 도 5에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 7은, 각 픽셀의 폭이 약 4.5㎛인, 도 4 이후의 단계를 도시하는 디바이스의 주사 전자 현미경 사진.
도 8은 2개 그룹의 픽셀들을 갖는 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 단계들의 제 1 시퀀스를 도시하는 도면.
도 9는 도 8에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 10은 도 9에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 11은 도 10에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 12는 도 11에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 13은 도 12에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 14는 도 13에 이어지는 방법 단계들의 제 7 시퀀스를 도시하는 도면.
도 15는 도 14에 이어지는 방법 단계들의 제 8 시퀀스를 도시하는 도면.
도 16은 도 8 내지 도 15에 제시된 것과 유사한, 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스의 유기층들의 스택의 보다 상세한 도면.
도 17은 도 16에 도시된 디바이스의 대안을 도시하는 도면.
도 18은 도 16에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 19는 도 16에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 20은 3개 그룹의 픽셀들을 갖는 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예의 단계들의 제 1 시퀀스를 도시하는 도면.
도 21은 도 20에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 22는 도 21의 단계에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 23은 도 22에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 24는 도 23에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 25는 도 24에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 26은 도 25에 이어지는 방법 단계들의 제 7 시퀀스를 도시하는 도면.
도 27은 도 26에 이어지는 방법 단계들의 제 8 시퀀스를 도시하는 도면.
도 28은 도 20 내지 도 27에 제시된 것과 유사한, 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스의 유기층들의 스택의 보다 상세한 도면.
도 29는 도 28에 도시된 디바이스의 대안을 도시하는 도면.
도 30은 도 28에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 31은 도 27에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 32는 도 27에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 33은 3개의 그룹의 픽셀들을 갖는 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예의 단계들의 제 1 시퀀스를 도시하는 도면.
도 34는 도 33에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 35는 도 34에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 36은 도 35에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 37은 도 36에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 38은 도 37에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 39는 도 38에 이어지는 방법 단계들의 제 7 시퀀스를 도시하는 도면.
도 40은 제조의 중간 단계에서 본 발명의 실시예에 따른 디바이스를 통한 단면의 주사 전자 현미경 현미경 사진.
도 41은 본 발명에 따른 디바이스의 대안을 도시하는 도면.
도 42는 도 41과 동일한 기능을 수행하지만 다른 구조를 갖는 본 발명에 따른 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 8 내지 도 42는 본 발명에 따른 방법 및 디바이스의 특정 양상들을 도시한다. 이들은 제조의 다양한 단계들에서 본 발명에 따른 광전자 디바이스의 횡단면을 개략적으로 도시한다.
도 1은 3개 그룹의 픽셀들을 갖는 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 방법의 단계들의 제 1 시퀀스를 6개의 에피소드로 도시한 도면.
도 2는 도 1에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 4는 도 3에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 6은 도 5에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 7은, 각 픽셀의 폭이 약 4.5㎛인, 도 4 이후의 단계를 도시하는 디바이스의 주사 전자 현미경 사진.
도 8은 2개 그룹의 픽셀들을 갖는 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 단계들의 제 1 시퀀스를 도시하는 도면.
도 9는 도 8에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 10은 도 9에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 11은 도 10에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 12는 도 11에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 13은 도 12에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 14는 도 13에 이어지는 방법 단계들의 제 7 시퀀스를 도시하는 도면.
도 15는 도 14에 이어지는 방법 단계들의 제 8 시퀀스를 도시하는 도면.
도 16은 도 8 내지 도 15에 제시된 것과 유사한, 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스의 유기층들의 스택의 보다 상세한 도면.
도 17은 도 16에 도시된 디바이스의 대안을 도시하는 도면.
도 18은 도 16에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 19는 도 16에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 20은 3개 그룹의 픽셀들을 갖는 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예의 단계들의 제 1 시퀀스를 도시하는 도면.
도 21은 도 20에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 22는 도 21의 단계에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 23은 도 22에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 24는 도 23에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 25는 도 24에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 26은 도 25에 이어지는 방법 단계들의 제 7 시퀀스를 도시하는 도면.
도 27은 도 26에 이어지는 방법 단계들의 제 8 시퀀스를 도시하는 도면.
도 28은 도 20 내지 도 27에 제시된 것과 유사한, 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스의 유기층들의 스택의 보다 상세한 도면.
도 29는 도 28에 도시된 디바이스의 대안을 도시하는 도면.
도 30은 도 28에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 31은 도 27에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 32는 도 27에 도시된 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
도 33은 3개의 그룹의 픽셀들을 갖는 본 발명에 따른 OLED 마이크로디스플레이 유형의 디바이스를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예의 단계들의 제 1 시퀀스를 도시하는 도면.
도 34는 도 33에 이어지는 방법 단계들의 제 2 시퀀스를 도시하는 도면.
도 35는 도 34에 이어지는 방법 단계들의 제 3 시퀀스를 도시하는 도면.
도 36은 도 35에 이어지는 방법 단계들의 제 4 시퀀스를 도시하는 도면.
도 37은 도 36에 이어지는 방법 단계들의 제 5 시퀀스를 도시하는 도면.
도 38은 도 37에 이어지는 방법 단계들의 제 6 시퀀스를 도시하는 도면.
도 39는 도 38에 이어지는 방법 단계들의 제 7 시퀀스를 도시하는 도면.
도 40은 제조의 중간 단계에서 본 발명의 실시예에 따른 디바이스를 통한 단면의 주사 전자 현미경 현미경 사진.
도 41은 본 발명에 따른 디바이스의 대안을 도시하는 도면.
도 42는 도 41과 동일한 기능을 수행하지만 다른 구조를 갖는 본 발명에 따른 디바이스의 또 다른 대안을 도시하는 도면.
다루어진 문제를 해결하는데 실패한 시도들
본 발명자들은 광학 스페이서들로서 구조화된 유전층들의 사용에 기초한 해결책들이 도전성 비아들(전자공학의 집적 회로에서, 비아는 절연층을 통과하는 금속화된 구멍으로, 두 레벨의 금속 사이에 전기 연결을 설정하도록 허용하는 금속화된 구멍이다)의 생성 또는 열전사 유형의 방법의 사용과 같은 복잡한 방법을 필요로 한다는 것을 깨달았다. 동일한 이유로, 발명자들은 유전 다층 유형의 요소들의 사용을 배제하였다.
본 발명자들은 특히 위에서 인용된 문헌 EP 1 450 419에 설명된 바와 같이 광학 스페이서로서 전도성 투명층들(TCO, 예를 들어 ITO, ZnO, SnO2)의 사용에 기초한 해결책들을 출발점으로 삼으려고 시도하였다. 그러나 이 문서에 설명된 구조의 실제 생성은 다음과 같은 몇 가지 이유들로 인해 매우 어려운 것으로 판명되었다:
첫째, 기판(일반적으로 직경 200mm 또는 300mm의 실리콘 웨이퍼로 픽셀을 처리하도록 구성된 CMOS 기술로 구성된 회로)을 통해 안정적인 원색 컬러를 보장할 수 있도록, 광학 공동들의 두께의 약 98% 내지 99%의 매우 우수한 균일도가 요구되며, 이는 음극 스퍼터링 또는 화학 증기 증착(CVD, 또는 PECVD 즉 플라즈마 강화 화학 증기 증착)과 같은 선행 기술에 설명된 증착 방법들을 통해 달성하기는 어렵다. 그러나 ALD(원자 층 증착) 기술의 사용은 이러한 두께의 균일성을 얻을 수 있도록 한다. 그러나 이는 ZnO, AZO(ZnO의 전도성이 더 높은 대안) 및 SnO2와 같은, 제한된 수의 TCO 재료들에만 적용될 수 있다.
두 번째로, 3개의 상이한 광학적 두께를 갖는 픽셀들의 그룹을 형성하기 위해 TCO의 3개의 구조화된 층의 생성은 다소 어려운 것으로 판명되었다. 위에서 지적된 바와 같이, EP 1 672 962는 수지의 증착 및 포토리소그래피, 수지의 이들 3개 층들의 에칭 및 스트리핑의 3개 단계들에 기초한 방법의 상세한 설명을 포함한다. 몇 가지 추가 및 수정들을 통해, 이것은 이미지들((a) 내지 (f))로 도 1에 도시된 프로세스 흐름도로 변환될 수 있다.
시작점은 CMOS 유형(예: 실리콘 웨이퍼 상의)의 기판이며, 마지막 레벨로 픽셀을 형성하기 위한 금속, 여기서는 산화 방지용으로 미세한 TiN 층으로 코팅된 알루미늄을 갖는다.
도 1에 설명된 제 1 시퀀스의 단계들에서, 시작점(상태 (a))은 Si3N4 또는 SiO2의 층(11)(약 200nm), 및 베이스 반사 전극 층(12)으로 코팅된 CMOS 유형의 기판(10)이었다; 상기 베이스 전극은 TiN의 제 1 하부층(13)(약 50nm)과 TiN의 제 2 상부층(15)(약 7nm) 사이에 개재된 알루미늄의 층(약 200nm)을 포함하였다.
TiN의 제 2 층(15)에서, TCO의 3개 층들(16, 18, 20(AZO 또는 ZnO))이 3개의 그룹의 픽셀들(R, G 및 B)을 생성하기 위해, 감광성 수지(더 일반적으로 "포토레지스트"로 불리는)의 3개 층들(17, 19, 21)의 증착 및 리소그래피(상태 (c), (e))의 대안으로, ALD에 의해 연속적으로 증착되었다(상태 (b), (d), (f)). 도 2는 포토리소그래피의 제 3 단계 이후의 결과를 도시한다.
도 1은 단순화를 위해 각각 다른 그룹에 속하는 2개의 픽셀들만을 도시한 반면, 도 3 내지 도 6은 3개 그룹의 픽셀들을 효과적으로 도시한다.
도 3 및 도 4에 도시된 제 2 시퀀스의 단계들에서, 반사 전극(12)을 포함하는 모든 층들의 건식 에칭은, 픽셀의 특성에 따라 TCO 층들(16, 18, 20)을 에칭하기 위해 그리고 픽셀들을 분리하기 위해 감광성 수지(포토레지스트)의 3개 층들(17, 19, 21)을 마스크로 사용하여 수행되었고; 이는 도 3에 도시되었다. 감광성 수지는 이후 습식 스트리핑이라는 이름으로 알려진 방법에 의해 스트리핑되었다(도 4).
도 5에 도시된 제 3 시퀀스의 단계들에서, 픽셀들 사이의 공간을 채우고 표면을 평탄화하기 위하여, 감광성 수지(22)가 증착되고 리소그래피에 의해 한정되었다.
도 6에 도시된제 4 시퀀스의 단계들에서, 상부에 반투명 공통 전극(24)을 갖는 백색 방출 OLED 스택(23)이 증착되었다. R, G, B 원색들을 최적의 효율로 추출하기 위한 광학 공동을 생성하기 위해 이미터들의 두께와 위치가 최적화되었다. CMOS 기판의 일부인 회로들를 통해 개별적으로 어드레싱될 수 있는 3개 그룹의 픽셀들(25, 26, 27 R, G, B)이 이와 같이 얻어졌고; 이들 회로 및 이들과 픽셀들의 하부 전극(12) 사이의 접촉을 설정하는 방식은 알려져 있고, 본 발명의 일부가 아니며, 본 명세서에서 특정되지 않을 것이다.
이 방법은 세 가지 이유로 산업 생산에 사용할 수 없다는 것이 밝혀졌다.
우선, TCO 층들의 최종 두께 제어가 만족스럽지 않다. ALD에 의한 증착이 1% - 2%의 정밀도로 TCO 층의 두께를 제어할 수 있고, 기판의 표면적에 걸쳐 매우 우수한 균일성을 초래하지만, 이 두께는 구조화 방법 도중에 감소한다. 특히 제어하기 어려운 방식으로 TCO 층을 공격하는 것은 특히 감광성 수지를 스트리핑하는 단계(즉, 도 4에 도시된 구조를 초래하는 단계)이다. 실제로, 건식 에칭 방법(RIE 또는 IBE)은 감광성 수지를 경화시키고, 이는 따라서 수지를 제거할 수 있을 만큼 강력한 습식 스트리핑을 필요로 하고; 이 습식 스트리핑은 또한 TCO를 공격한다.
이후, 픽셀의 가장자리가 열화되는 것이 관찰되었다. 실제로, 도 1의 상태(c)에서 상태(d)를 초래하는 단계 도중에, 그리고 도 1의 상태(e)에서 상태(f)를 초래하는 단계 도중에, TCO의 증착은 감광성 수지(17 및 19)의 스터드들의 수직면에서 부분적으로 발생한다. ALD에 의한 증착이 완벽하게 등각이기 때문에, 감광성 수지의 스트리핑에 부분적으로 저항하는 TCO로 만들어진 수직 벽의 형성을 초래한다. 이것은 주사 전자 현미경 사진을 도시하는 도 7에서 볼 수 있다: TCO의 수직 벽을 갖는 직사각형 상자는 명확하게 보이지만, 상자 내부는 비어 있고; 이들 상자들 각각은 픽셀을 나타낸다. 이러한 수직 벽들을 제거하기 위하여, 추가적인 습식 에칭이 필요하며, 이는 픽셀 가장자리에서 TCO의 균일성을 저하시킨다. 이는 픽셀들의 광학적 특성들에 부정적인 영향을 미치며, 보다 일반적으로는 광전자 디바이스의 신뢰성에 부정적인 영향을 미친다.
그리고 마지막으로 OLED 픽셀의 특성이 저하되는 것이 관찰된다. 원래 픽셀 금속(Al/TiN)을 사용하는 것에 대해, OLED(구조화된 TCO 층들을 갖는 구조 상에 증착된)의 동작 전압이 1V에서 2V로 증가하고, 이는 OLED 내의 TCO 층의 캐리어(정공)의 열악한 주입에 의해 야기되는 것이 밝혀졌다.
두께 제어를 개선하기 위해, 다른 유형의 TCO가 사용되었고, 이 경우 SnO2가 ZnO 또는 AZO 유형의 TCO보다 습식 에칭에 훨씬 더 저항력이 있는 것으로 밝혀졌다. SnO2의 또 다른 장점은, OLED 스택들의 특성을 저하시키지 않는다는 것이다. 그러나, 본 발명자들은 ALD 증착 방법 동안 생성된 수직 벽을 완전히 제거할 수 있는 습식 에칭 방법을 찾지 못하였다. 결과적으로, 이 새로운 접근법은 다루어진 문제를 해결하지 못한다: 문서 EP 1 450 419 및 EP 1 672 962의 교시 조합은 교착 상태를 초래한다.
본 발명의 특정 실시예들에 대한 설명
에지의 열화 없이 픽셀의 최종 두께와 우수한 균질성의 양호한 제어를 허용하는 방법을 개발하기 위하여, 디바이스의 구조가 수정되어야 한다는 것은 위에서 설명한 실험에서 유지된다. 또한 감광성 수지 상의 ALD에 의한 TCO 증착들은, 픽셀 가장자리에 수직 벽들의 형성을 초래하기 때문에, 회피되어야만 하고, 건식 에칭에 의한 감광성 수지의 경화는 스트리핑에 저항성을 초래하므로, 회피되어야만 하는 점이 또한 유지된다.
본 발명의 본질적인 특징에 따르면, 에칭, 특히 습식 에칭에 대한 저항성이 다른 적어도 2개의 상이한 TCO 층들의 스택은 광학 스페이서로서 사용된다: "경질" TCO는 "연질" TCO보다 에칭에 저항성이 더 크다.
특히 ZnO 및 AZO에서 발견되는 연질 TCO들은 예를 들어 O2 플라즈마를 통해 감광성 수지의 건식 스트리핑과 함께 습식 에칭을 통해 매우 잘 에칭되며, 이후 이는 두께에 영향을 미치지 않는다. 그러나 이들은 픽셀을 분리하기 위한 건식 에칭 단계 도중에, 그리고 감광성 수지의 습식 스트리핑 도중에 보호되어야만 한다. OLED의 양극으로 이들의 사용은 동작 전압의 증가를 또한 초래한다.
특히 SnO2에서 발견되는 경질 TCO들은 특히 습식 에칭에 매우 저항성이 있고, 건식 에칭으로만 에칭될 수 있다. 또한, 이들은 Al/TiN으로 만들어진 양극에 비해 동작 전압의 완벽한 보존을 통해 OLED 스택에 대한 양극으로 잘 동작한다.
본 발명의 이러한 본질적인 특징에 따라, 연질 TCO 층은 주로 광학 스페이서로 사용되지만, 이 층은 디바이스(OLED)의 유기층들(OLED 층들 또는 감광성 층들)의 스택을 향한 인터페이스를 또한 제공하는 경질 TCO의 미세한 층에 의해 보호된다.
"연질" 및 "경질" TCO의 개념은 본 명세서에서 마이크로전자공학에서 일반적으로 사용되는 기준 습식 스트리핑 처리(습식 "에칭" 처리로도 언급되는), 즉 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(CAS N°: 75-59-2) 2.38 중량%의 수용액을 통한 스트리핑을 지칭하고; 이러한 제품은 예를 들어 ThermoFischer Scientific™사(전자 등급, 카탈로그 번호 44940)로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 이 습식 에칭은 일반적으로 주변 온도에서 수행된다. "연질" 및 "경질" TCO의 이러한 개념에 따르면, "경질" TCO는 "연질" TCO보다 이러한 습식 에칭 처리에 훨씬 더 잘 견디는 TCO이며, 이 저항은 동일한 조건에서 특정 에칭 속도에 의해 표현될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 이들 TCO 층들의 화학적 특성에 관계없이, 이들은 상기 기준 습식 에칭 처리에 대한 저항의 차이가 존중되는 방식으로 서로에 대해 선택되어야 한다. 현재 문맥에서 "경질" 및 "연질"이라는 용어는 기계적 특성을 지칭하는 것이 아니라 습식 에칭에 대한 저항성만을 지칭한다는 점이 명시되어야 한다.
물론, 본 발명은 상기 언급된 이러한 기준 처리와 관련하여 "경질" 및 "연질"인 TCO로 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 방법에서, 다른 제품들 및 에칭 방법들을 사용할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 기준 처리의 조건에서 서로에 대해 각각 "연질" 및 "경질"인 TCO들이 또한 선택된 에칭 처리의 조건에서 서로에 대해 각각 "연질" 및 "경질"이어야 하는 방식으로, 선택되어야 한다.
본 발명에 따른 동일한 광전자 디바이스에서, 주어진 단계에 의해 사용되는 본 발명에 따른 방법에서 선택된 습식 에칭 조건에서, 문제의 TCO 층들이 경질 TCO 층 및 연질 TCO 층과 같이 거동한다면, "경질" TCO의 모든 층들이 동일한 화학적 조성을 가질 필요는 없으며, "연질" TCO의 모든 층들이 동일한 조성을 가질 필요는 없다.
TCO의 저항은 증착 기술에 의존할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 맥락에서, 유리한 증착 기술은 원자층 증착(ALD) 기술이다.
바람직하게, 본 발명의 맥락에서, 경질 TCO, 연질 TCO 및 에칭 처리는, 경질 TCO의 에칭 속도가 연질 TCO의 에칭 속도의 10분의 1 미만, 더 바람직하게는 100분의 1 미만, 더욱 바람직하게는 1000분의 1 미만이 되도록 선택된다.
연질 TCO의 경우 에칭 속도(일반적으로 nm/min으로 표시)는 사용된 습식 에칭 방법에 맞게 조정되어야 하다. 에칭 속도가 너무 높으면, 에칭 종료와 헹굼 사이의 시간이 제어하기 어려운 과에칭을 유발할 위험이 있다; 에칭 속도는 TCO의 화학적 특성, 증착 방법 및 에칭 처리의 특성(특히 에칭제, 농도 및 온도)에 따라 달라진다.
전형적으로, 본 발명을 수행하는데 사용가능한 "연질" TCO는 ZnO를 함유하는 TCO들이며, 이 ZnO는 예를 들어 갈륨(GZO로 불리는 산화물), 알루미늄(AZO), 붕소 및/또는 베릴륨으로 도핑될 수 있다. 또 다른 전형적인 "연질" TCO 시스템은 특히 주석으로 도핑될 수 있는 인듐 산화물을 포함하는 TCO이다; 약어 ITO(인듐 주석 ㅅ산화물)로 알려진 이러한 산화물은 마이크로전자공학 및 광전자공학에서 널리 사용된다. ITO는 ALD로 증착할 수 없다; 인듐 산화물은 ALD에 의해 증착될 수 있지만 정확한 화학양론을 보장하기 위해 제어하기에는 다소 어려운 방법이다.
전형적으로, 본 발명을 수행하는데 사용가능한 "경질" TCO들은 SnO2를 함유하는 TCO들이며, 이 SnO2는 예를 들어 비소, 불소, 질소, 니오븀, 인, 안티몬으로 도핑될 수 있다.
제 1 실시예는 본 명세서에서 R 및 G로 지정된 상이한 컬러의 픽셀들의 두 그룹으로 여기에서 설명된다.
도 8을 참조하면, 기판(150)이 제공되며, 이 경우 픽셀들을 어드레싱하도록(또는 센서의 경우 픽셀들의 전압 또는 전류를 판독하도록) 구성된 CMOS 기술에 따라 구조화된 회로를 갖는 실리콘 웨이퍼가 제공된다; 이 기술은 그 자체로 알려져 있으며, 본 명세서에서는 설명되지 않는다. 이 기판(150)은 특히 산화물, 질화물 또는 산질화물일 수 있는 절연층(151)을 포함하고; 일반적으로 Si3N4가 사용된다. 픽셀들 사이의 전기 접촉들은 에칭을 통해 이 절연층을 통해 만들어진 수직 채널들을 통해 이루어지고; 이것 또한 알려져 있다.
하부 반사 전극(152)은 이 절연체 층(151) 상에 증착된다. 이 하부 전극(152)은 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어 은, 알루미늄, 구리, 크롬 또는 강한 반사율을 갖는 다른 금속으로 만들 수 있고, 이 경우 단일 층으로 충분할 수 있다. 이것은 또한 위에서 기술되고 도 8에 도시된 여러 층들을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 제 1(하부) 층(155)과 제 2(상부) 층(154) 사이에 삽입된 금속층(153)(일반적으로 알루미늄)을 포함할 수 있다. 이들 제 1 층(155) 및 제 2 층(154)은 전도성이고, 적어도 상기 제 2 층은 금속 재료로 제조되지 않은 경우 또한 투명하다(154); 그들은 일반적으로 하부층(155)에 대해 대략 50nm 및 상부층(154)에 대해 대략 7nm의 두께로 티타늄 질화물로 만들어질 수 있다. 따라서 이것은 하부 전극(152)을 TiN/금속/TiN 구조(예를 들어, TiN/Al/TiN)로 야기한다. 대안적으로, 제 2(상부) 층(154)은 은으로 제조될 수 있고; 이 대안은 은이 매우 우수한 광 반사율을 갖고 후속 단계들의 시퀀스에서 상기 상부층(154) 상에 증착될 TCO와의 계면이 우수한 품질을 갖기 때문에 질화티타늄에 대해 바람직하다. 상기 은층은 또한 질화물로 만들어진 상기 제 2(상부)층(154) 위에 증착될 수 있고; 이는 TikN/금속/TiN/은 구조, 예를 들어 바닥으로부터 상부를 향해 나열할 때 TiN/Al/TiN/Ag 구조를 제공한다.
도 8에 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 방법의 단계들의 제 1 시퀀스에서, TCO의 제 1 층(156)은 이 하부 반사 전극(152) 상에 증착된다. TCO의 이 층은 습식 에칭에 대한 내성을 갖는 TCO 층, 여기에서 "경질" TCO 층이라고 하는 층과 반대로, 습식 에칭에 의해 에칭하기 쉬워야 하며, 따라서 여기에서 "연질" TCO 층으로 불린다. 일반적으로, 본 발명의 맥락에서, 하부 전극(152)을 보호하는 "베이스 경질 TCO 층"으로 불리는 "경질" TCO 층의 미세한 층(도면에 도시되지 않음)은 하부 반사 전극(152)의 상부 표면과 TCO의 상기 제 1 층(156)("연질" TCO로 제조됨) 사이에 삽입될 수 있다. 연질 TCO로서 예를 들어 AZO, ZnO 또는 ITO 층이 사용될 수 있고, "경질" TCO로서 SnO2 층이 사용될 수 있다.
하부 전극(152)을 보호하는 경질 TCO의 상기 미세한 층은 도 31과 도 42 및 도 43에서 볼 수 있으며(참조 번호 680), 이 문맥에서 더 자세히 논의될 것이다. 이 층(680)이 존재하는 경우, 이는 여기서 "이중층"이라고 불리는 것의 일부가 아니라는 점에 유의해야 한다: 본 명세서에서 사용되는 "이중층"은 항상 연질 TCO의 제 1층(기판으로부터), 및 경질 TCO의 제 2 층을 포함한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 단계들의 제 2 시퀀스에서 감광성 수지의 구조화된 증착물(158)이 당업자에게 알려진 포토리소그래피 방법에 의해 연질 TCO의 이러한 층(156) 상에 생성된다. 감광성 수지의 2개의 이웃하는 구역들(158a, 158b) 사이의 간격(d1)은 2개의 이웃하는 픽셀들 사이의 간격에 대응한다. 이러한 도 9에서, 다음 도면들과 마찬가지로 이들 도면들에 과부하가 걸리지 않도록, 하부 전극(152)은 질화물의 제 1(하부)층(155), 금속층(153) 및 질화물의 제 2(상부) 층(154) 층의 3개 층으로 도시되지 않고, 참조 번호 152를 갖는 단일 층으로 도시된다.
단계들의 제 3 시퀀스에서 연질 TCO 층(156)의 습식 에칭이 수행된다. 하부 전극의 상부 표면과 연질 TCO의 제 1 층 사이에 경질 TCO 층이 개재된 상기 언급된 경우에, 이전 층은 상기 습식 에칭 처리에 의해 제거되지 않는다.
그런 다음 감광성 수지(158)는 일반적으로 산소 플라즈마인 건식 방법으로 제거되고; 그 결과 도 10에 개략적으로 표시된 구조를 초래한다.
제 4 단계에서, TCO의 제 2 층(160)이 증착된다. 이 층은 연질 TCO(156)의 층보다 습식 에칭에 훨씬 더 저항성이 있어야 하고; 이러한 이유로 이 층은 "경질" TCO 층으로 불린다. 위에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 SnO2 층이 사용될 수 있다. 결과 구조는 도 11에 개략적으로 도시되어 있다. 이 층은 매우 미세해야 하며, 유리하게는 3nm 내지 12nm의 두께를 갖는다.
단계들의 제 5 시퀀스에서, 감광성 수지의 구조화된 증착물(162)이 TCO의 이 층(160) 상에 생성되는데, 감광성 수지의 2개의 이웃 구역들(162a, 162b) 사이의 간격(d2)이 2개의 이웃 픽셀들(R, G) 사이의 간격에 대응하는 방식으로 생성된다. 이것은 도 12에 개략적으로 도시되어 있다. 감광성 수지의 이러한 구조화된 증착물이 연질 TCO의 구조화된 층(156) 위에 증착된 증착물(162a) 및 연질 TCO의 2개의 이웃 구역들(156a, 156b) 사이에 증착된 또 다른 감광성 증착물(162b)을 포함한다는 것이 주목된다.
단계들의 제 6 시퀀스에서 경질 TCO의 층들(160), 연질 TCO 층(156)의 가능한 잔류물들 및 반사 전극(152)의 건식 에칭은 픽셀들을 분리하기 위해 수행되며, 이어서 감광성 수지(162)의 습식 스트리핑이 뒤따른다. 상기 건식 에칭은 유리하게 RIE(반응성 이온 에칭) 또는 IBE(이온 빔 에칭)에 의해 수행된다. 도 13에 개략적으로 도시된 구조는 이와 같이 획득된다.
단계들의 제 7 시퀀스에서 충진 요소(164)가 예를 들어 포토리소그래피 기술들에 의해 2개의 이웃하는 픽셀들 사이의 공간에 증착된다. 이는 도 14에 개략적으로 도시되어 있다.
단계들의 제 8 시퀀스에서 모든 픽셀들에 공통인 OLED 스택(170), 및 모든 픽셀들에 또한 공통인 반반사 상부 전극(166)(상부 전극이라고도 함)은 이 구조화된 표면 상에 증착된다. 이것은 도 15에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 각각 상이한 컬러의 2가지 유형의 픽셀들(167a, 167b)에 의해 형성되는 2개 그룹의 픽셀들(168a, 168b)을 개략적으로 도시한다. 상기 상부 전극(166)은 반반사성 및 반투명성이어야 하고; 광학 공동의 두 반사체들 중 하나를 형성한다. 상부-방출 OLED 마이크로디스플레이의 경우, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, OLED 스택에 의해 생성된 광은 이를 통해 광전자 디바이스를 떠나고, 본 발명에 따른 광전자 디바이스가 검출기인 경우, OLED 스택 대신에 위치하는 유기 스택에 의해 검출될 광은 이를 통해 디바이스로 들어간다.
따라서 2개 그룹의 픽셀들(167a, 167b)을 갖는 광전자 디바이스가 얻어지며, 각 그룹의 픽셀들은 각각 dR 및 dG로 지정된 상이한 광학 두께의 광학 공동을 갖는다. 광학 공동들은 반사성인 픽셀의 하부 전극(152)과 상부의 반투명성 및 반반사성 전극(166) 사이에 형성된다. 유기 스택은 광전자 디바이스의 목적지에 따라 OLED 유형의 방출 스택 또는 유기 포토다이오드 유형의 스택일 수 있다. 이 경우, 픽셀들(167a) 중 하나는 다른 TCO 재료들(하나(156)는 연질, 다른 하나(160)는 경질)의 두 층들(156, 160)로부터 형성된 TCO 층 상에 형성되는 반면, 픽셀들(167b) 중 다른 하나는 오로지 경질층인 TCO의 단일층(160)으로부터 형성된 TCO 층 상에 형성된다.
TCO 층이 화학적으로 2개의 상이한 층들(156, 160)으로 구성될 수 있더라도, 이 광전자 디바이스에서 단일 광학 스페이서로서 작용하고, 이 기능에서 참조 번호 157(도 16에서 볼 수 있음)로 본 명세서에서 지정된다는 것이 주목되고; 상이한 경도의 2개의 화학적으로 다른 층들(156, 160)으로 구성된다는 사실은, 높은 광학 효율을 갖는 신뢰할 수 있는 광전자 디바이스의 산업적 생산과 관련하여 실제적인 고려 사항에 의해서만 동기가 부여된다. 2개의 TCO 층들(156, 160)의 굴절률은 다중 반사에 의한 광 손실을 제한하도록 근접한 것이 유리하다.
이 디바이스는 적색(R)과 녹색(G)과 같은 2가지 원색 컬러를 갖는 디스플레이 화면을 만드는데 사용될 수 있다. 또한 2개의 다른 스펙트럼 구역들에서 응답하는 광 검출기를 만드는데 사용될 수 있고; 이 경우 모든 광학 경로들은 반전되고 발광 OLED 스택(170)이 층들의 광-검출 스택으로 대체된다.
제 6 단계의 건식 에칭은 2개의 인접한 구역들 사이의 폭(d2)을 갖는 공간에서 경질 TCO(160)를 제거하는 방향성 에칭인 것(도 12에서 도 13으로의 경과를 참조)으로 관찰되지만, 가장 두꺼운 광학 공동(도 15의 두께(dR))을 갖는 그룹의 픽셀들에 대해 도 13에 눈에 보이게 남아 있는, 경질 TCO 층(160)의 수직 벽들(측면)을 제거하지는 않는다. 따라서, 경질 TCO 층(160)의 측면은, 경질 TCO의 상기 층(160)이 증착되는 연질 TCO의 층(156b)의 측면을 건식 에칭(단계들의 제 6 시퀀스, 도 13 참조) 및 충진 요소(164)의 증착(단계들의 제 7 시퀀스, 도 14 참조)의 단계들 동안 보호한다. 따라서, 광학 스페이서의 TCO의 층들(156b, 160)이 깨끗하고 건강한 에지를 갖는 우수한 기하학적 선명도를 갖는, 광학 스페이서가 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진다.
도 16은 2개의 그룹의 픽셀들(167a(R) 및 167b(G))에 대한 OLED 스택(170)의 층들을 보다 정밀하고 확대된 방식으로 도시한다. 이 OLED 스택은 디바이스를 보호하기 위해 제 2 전극(상부 전극)(166) 및 하나 이상의 캡슐화 층(도면에 도시되지 않음)을 포함한다. 상기 상부 전극(166)은, 이것이 광 이미터들인 경우 상기 광전자 디바이스에 의해 방출된 광이 상부 전극을 통해 디바이스를 떠나고, 이것이 광 검출기인 경우 상기 디바이스에 의해 검출되어야 하는 광이 상부 전극을 통해 디바이스로 들어가기 때문에, 반투명해야 한다.
도 16은 또한 층들의 3개의 조립체들과 함께 여기에 도시된 OLED 스택의 보다 미세한 표현을 도시한다: 제 1 조립체(171)는 연속적으로 바닥에서 위로 나열할 때, 정공 주입층(약어 HIL), 정공 수송층(약어: HTL) 및 전자 차단층(약칭 EBL)을 포함한다. 층들의 제 2 조립체(175)는 방출층(들)(약칭 EML)을 포함한다. 층들의 제 3 조립체(179)는 정공 차단층(약칭 HBL), 전자 수송층(약칭 ETL) 및 전자 주입층(약칭 EIL)을 연속적으로 포함한다.
방출층(175)의 최대 강도의 광학적 위치(zy)뿐만 아니라 광학적 두께(dR 및 dG)는 그룹 G(167b)의 픽셀들에 대해 법선의 방향 최대 녹색 광을 추출할 수 있게 하고, 그룹 R(167a)의 픽셀들에 대해 최대 적색광을 추출할 수 있게 하는 공동을 형성하도록 선택된다. 이를 위해 예를 들어 가시 스펙트럼의 황색 구역(여기서는 Y로 약칭함)에서 피크를 갖는 스펙트럼을 방출하는 OLED 스택(170)이 생성될 수 있다.
가시 스펙트럼의 황색 구역에서 방출 피크를 갖는 OLED 스택(170)을 사용하는 대신에, 2개의 상이한 방출층들(1751, 1752)(이 경우 R 및 G)을 갖는 OLED 스택(1700)이 또한 사용될 수 있다; 이러한 디바이스는 도 17에 도시되어 있다. 이 경우, 각각 zR 및 zG로 지정된 발광층들(1751, 1752)의 최대 강도 위치뿐만 아니라 두께(dR 및 dG)는, 2개 그룹의 픽셀들(1670a, 1670b)에 대한 법선에서의 최대 방출을 얻기 위해 최적화되어야 한다.
탠덤 유형의 OLED 스택을 두 개의 Y 셀들(도 18에 개략적으로 도시됨), 또는 R 셀과 G 셀(도 19에 개략적으로 도시됨)과 함께 사용하는 것도 가능하다. 후자의 경우, G 셀과 R 셀의 순서도 뒤바뀔 수 있다(도면에는 미도시). 이 경우, 두께(dR 및 dG)와 발광층들의 최대 강도 위치(zY1 및 zY2 또는 zR 및 zG)는 2개 그룹의 픽셀들의 법선에서 최대 발광을 얻기 위해 최적화되어야 한다.
탠덤 유형의 스택들의 구조는 도 18 및 도 19에 도시되어 있고; 이들 2개의 도면들에서, 도 8 내지 도 17에서와 동일한 것을 지칭하는 참조 번호들는 100이 증가되었다. 탠덤 유형의 OLED 스택(270)은 전하 생성 층(274)(약칭 CGL)에 의해 분리된 스택들의 2개 조립체들(2701, 2702)을 포함한다. 스택들의 이들 2개의 조립체들(2701, 2702) 각각은 도 16과 관련하여 제시된 층들의 3개의 조립체들, 즉 (바닥에서 위로): EBL, HTL 및 HIL 층들의 제 1 조립체(271, 276), EML 발광층을 포함하는 제 2 조립체(272, 278), 및 EIL, HBL, ETL 층들을 포함하는 제 3 조립체(273, 279)를 포함한다.
광학 두께(dI, I = R, G)는 전극(152)의 상부 표면과 전극(166)의 하부 표면 사이에 위치하는 모든 층들의 광학 인덱스(n)를 곱한 두께(e)의 합으로 정의된다. 예를 들어 도 16과 관련하여 다음과 같다:
DR = n156 * e156 + n160 * e160 + n171 * e171 + n175 * e175 + n179 * e179
DG = n160 * e160 + n171 * e171 + n175 * e175 + n179 * e179.
이 수식에서 각 파라미터의 인덱스는 도 16에 사용된 숫자 참조를 나타낸다.
마찬가지로, 방출의 광학적 위치(zJ, J = Y, R, G)는
대응하는 방출층의 최대 방출 강도의 위치와 전극(166)의 하부 표면 사이에 위치한 모든 층들의 광학 인덱스(n)을 곱한 두께(e)의 합으로 정의된다. 예를 들어 도 16과 관련하여 이것은 방출층(175)의 최대 방출 강도가 층의 중간에 위치한다는 가정 하에 다음과 같다:
zY = 0.5 * n175 * e175 + n179 * e179.
이 수식에서 각 파라미터의 인덱스는 도 16에 사용된 숫자 참조를 나타낸다.
예를 들어, 도 16의 기하학적 구조에서, 광학 두께(dG)가 102nm로, dR이 130nm로, 경질 TCO 층(160)의 두께(e160)가 4nm로 설정되면, 연질 TCO 층(156)은 28nm의 광학적 두께를 가져야 하고, 이는, 유기 스택(170) 및 경질 TCO의 층(160)이 모든 픽셀들에 대해 공통적(따라서 픽셀(167a) 및 픽셀(167b)에 대해 동일한 두께를 가짐)이고, 광학 인덱스가 1.8인 경우, 15.5nm의 물리적 두께에 대응한다.
도 20 내지 도 27과 관련하여, 여기에서 R, G 및 B로 지정된 상이한 컬러의 3개 그룹의 픽셀들(367a, 367b, 367c)을 갖는 제 2 실시예가 이제 설명될 것이다. 도 8 내지 도 17과 동일한 것을 지칭하는 참조번호는 200이 증가되었다.
방법의 제 1 부분은 2가지 컬러를 가진 디바이스에 대해 위에서 설명한 것과 유사하며, 단계들의 제 4 시퀀스까지 한 세트의 포토리소그래피 마스크들이 3개의 다른 그룹의 픽셀들을 갖는 기하학적 구조에 적응된다. 단계들의 제 4 시퀀스 후에, 도 20에 개략적으로 도시된 중간 제품이 얻어진다. 픽셀들(R 및 G)의 그룹의 위치들(367a, 367b)에서, 그것은 연질 TCO의 제 1 층(3561) 및 경질 TCO의 제 1 층(3601)을 포함하는 TCO의 구조화된 층을 갖는다. 픽셀(B) 그룹의 위치(367c)에는 연질 TCO 층이 존재하지 않는다.
이후, 연질 TCO의 제 2 층(3562)이 도 21에 도시된 바와 같이 전체 구조 상에 증착된다. 다음 단계에서 픽셀들(R)의 그룹의 위치(367a)에서 감광성 수지의 층(332a)이 알려진 포토리소그래피 기술에 의해 증착된다. 이는 도 22에 도시되어 있다. 그 다음, 습식 에칭이 수행되어 액세스 가능한 위치들, 즉 감광성 수지(332a)에 의해 보호되지 않는 위치들에서 연질 TCO의 상기 제 2 층(3562)을 선택적으로 제거한다. 경질 TCO(3601)의 층은 픽셀들(G)의 그룹의 위치(367b)의 연질 TCO(3561)의 제 1 층을 보호한다. 그런 다음 감광성 수지(332a)는 일반적으로 산소 플라즈마를 사용하는 건식 에칭 방법에 의해 제거된다.
그런 다음 경질 TCO의 제 2 층(3602)이 전체 구조에 증착되어, 도 23에 도시된 구조에 도달하다. 이러한 제 2 층(3602) 위에 알려진 포토리소그래피 기술들을 사용하여 도 24에 표시된 바와 같이 감광성 수지의 구조화된 층(3620)이 증착된다. 감광성 수지의 이러한 층(3620a, 3620b, 3620c)은 픽셀을 분리하기 위한 건식 에칭 동안 각 그룹의 픽셀(367a, 367b, 367c)을 보호한다. 이러한 건식 에칭의 목적은 경질 TCO의 층들(3601 및 3602) 모두, 연질 TCO의 가능한 잔류물들, 및 감광성 수지에 의해 보호되지 않는 장소들에서, 즉 픽셀들 사이의 공간에서 반사 전극(352)의 층(들)을 제거하는 것이다. 상기 건식 에칭은 상술한 바와 같이 이온빔 에칭일 수 있다.
그런 다음 감광성 수지(3620)의 층이 습식 스트리핑 방법에 의해 제거되고, 따라서 도 25에 도시된 구조가 얻어진다. 예를 들어 감광성 수지로 만들어진 충진 요소(364)는 상술한 바와 같이 2개의 이웃하는 픽셀들 사이의 공간에 증착된다; 그 결과가 도 26에 도시되어 있다. 이 구조에서 먼저 OLED 스택(370)이 증착되고, 이어서 반투명이어야 하는 공통 전극(366)이 증착된다. 따라서 3개 그룹의 픽셀들 각각에 대해 상이한 광학적 두께를 갖는 광학 스페이서들을 갖는 3개 그룹의 픽셀들(367a, 367b, 367c)이 얻어진다. 이 디바이스는 도 27에 도시되어 있다.
도 8 내지 도 15와 관련하여 설명된 제 1 실시예에서와 같이, 녹색(367b) 및 적색(367a) 픽셀들의 그룹들의 광학 스페이서들의 TCO 층의 에지들(측면이라고도 함)은 경질 TCO의 층(3602)에 의해 보호된다. 이들 측면은 제조 방법의 세부사항에 따라 수직이거나 기울어질 수 있고; 하나의 예가 도 40에 도시되어 있다.
더욱이, 도 28에서 볼 수 있는 바와 같이, 광학 스페이서가 연질 TCO의 2개 층들(3561, 3562)을 포함하는 적색 픽셀(367a)에 대해, 연질 TCO(3561)의 상부 층이 경질 TCO(3601)의 하부 층, 경질 TCO(3602)의 상부층 및 경질 TCO(3602)의 상기 상부층의 측면에 의해 완전히 캡슐화된다는 것이 주목된다. 따라서 경질 TCO의 일종의 상자가 생성되어 연질 TCO의 내부 층을 보호한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 고품질, 우수한 기하학적 선명도, 큰 균질성 및 시간에 따른 양호한 안정성의 광학 스페이서들을 초래한다. 앞서 언급한 도 40은 녹색 픽셀(제 2 그룹)의 연질 TCO(이 경우 AZO)를 보호하는 경질 TCO(이 경우 SnO2)의 이와 같은 "상자"의 예를 도시한다: AZO 층은 45nm의 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 디바이스는 "풀 컬러"로 알려진 유형의 컬러 스크린을 생성하기 위해 3원색, 예를 들어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 갖는 디스플레이 스크린을 생성하는데 사용될 수 있다. 이를 위해 여러 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 스펙트럼의 청색, 녹색 및 적색 범위에서 3개의 피크를 갖는 백색 스펙트럼을 방출하는 3개의 상이한 방출층(5712, 5710, 5711)의 조립체(575)를 포함하는 OLED 스택(470)이 생성될 수 있고; 이 조립체는 제 2 반투명 전극(상부 전극)(466)에 의해 그리고 하나 이상의 캡슐화 층들(도면에 미도시)에 의해 보호되어, 디바이스를 보호한다. 이러한 디바이스는 도 28에 개략적으로 도시되어 있다. 이 예에서, 유기층들의 조립체(575)를 형성하는 3개의 방출층(5712, 5710, 5711)은 직접 연속하여 존재하며, 제 1 층(5712) 및 제 3 층(5711)(아래로부터)은 도 16과 관련하여 위에서 설명한 조립체들(171 및 179)과 동일한 기능들을 갖는 유기층들의 제 1 조립체(571) 및 제 3 조립체(579)와 각각 접촉한다.
따라서 결과는 3개 그룹의 픽셀들(467a, 467b, 467c)을 갖는 디바이스이며, 각 픽셀 그룹은 각각 dR, dG 및 dB로 지정된 다른 광학 두께를 갖는 광학 공동을 특징으로 하다. 공동들은 반사성인 픽셀의 전극(452)과 상부의 반투명 반반사 전극(466) 사이에 형성된다. 발광층의 두께(dR, dG 및 dB) 뿐만 아니라 최대 강도 위치(zW)는, 픽셀들 B의 그룹(467c)에 대해, 백색광일 수 있는 OLED 스택에 의해 생성된 광으로부터, 법선 방향으로 최대 청색광을 추출하고, 픽셀들 G의 그룹(467b)에 대해 최대 녹색광을 추출하고, 픽셀들 R의 그룹(467a)에 대해 최대 적색광을 추출할 수 있게 하는 공동을 형성하도록 선택된다.
이 도면에서, 파라미터(zW)는 청색(5712), 녹색(5710) 및 적색(5711) 컬러를 갖는 발광층들로부터 발산되는 방출로부터 기인하는 백색 방출을 지칭한다는 점이 주목된다. 이들 3개의 층들 각각에 대해, 발광층의 최대 강도의 위치는 각각 파라미터들(zB, zG 및 zR)로 아래에 지정되어 정의할 수 있고; 이들 파라미터들은 너무 부담을 주지 않도록 도 28에 도시되지 않았다.
청색 이미터와 황색 이미터(도면에 미도시)의 조합으로 백색 방출을 생성하는 것도 가능하다.
청색광(B)을 방출하는 셀과 황색광(Y)를 방출하는 셀을 갖거나, 청색광(B)을 방출하는 셀과 적색광 및 녹색광(RG)을 방출하는 셀을 갖는 텐덤 유형의 OLED 구조를 사용하는 것도 가능하다. 제 1 대안은 도 29에, 제 2 대안은 도 30에 도시되어 있다.
도 29의 탠덤 셀에서, OLED 스택(570)은 전하 생성 층(574)에 의해 분리된 2개의 OLED 스택들(5701, 5702)을 포함한다. 제 1 스택(5701)(기판으로부터)은 상술된 연속된 층들(571)(HIL, HTL 및 EBL), 이후 그 다음에 방출층(572)(이 경우에는 청색 방출 컬러를 가짐), 그 다음에는 이미 상술된 연속적인 층들(573)(EIL, ETL, HBL)을 갖는다.
제 2 스택(5702)은, 연속 층들(576)(HIL, HTL, EBL), 스택(5701)과 다른 방출 컬러(노란색)을 갖는 방출층(578) 및 연속 층들(579)(HIL, ETL, HBL)의 층들을 갖는 동일한 기능적 구조를 갖는다. 모든 픽셀들에 공통인 반반사 및 전도성 층(566)은 광학 공동의 상부 반사체와 디바이스의 공통 상부 전극 모두를 형성한다.
도 30의 탠덤 셀은 제 2 OLED 스택(5702)에서 방출층(578)이 황색 방출 컬러를 특징으로 하지 않고 2개의 방출층들(5781, 5782)의 형태로 만들어진다는 점을 제외하면 유사한 구조를 갖고, 제 1의 방출층은 적색을 방출하고, 제 2의 방출층은 녹색으로 방출한다.
셀들(B 및 Y, 또는 B 및 RG)의 순서는 이들 도면에 도시된 것과 관련하여 반전될 수도 있다. 두께(dR, dG 및 dB)와 발광층들의 최대 강도 위치(zY 및 zB 또는 zRG 및 zB)는 3개 그룹의 픽셀들에 대해 법선에서 최대 방출을 얻기 위해 최적화될 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 광학적 두께(dI, I=R, G, B)는 전극(452/552)의 상부 표면과 전극(466/566)의 하부 표면 사이에 위치한 모든 층들의 광학 인덱스(n)로 곱해진 두께(e)의 합으로 정의된다. 예를 들어 도 30과 관련하여 다음을 제공한다:
DR = n5561 * e5561 + n5601 * e5601 + n5562 * e5562 + n5602 * e5602 + n570 * e570
DG = n5561 * e5561 + n5601 * e5601 + n5602 * e5602 + n570 * e570
DG = n5601 * e5601 + n5602 * e5602 + n570 * e570.
이들 수식에서 각 파라미터의 인덱스는 도 30에 사용된 숫자 참조를 나타낸다.
동일한 방식으로, 방출의 광학 위치(zJ, J = Y, R, G, RG, W)는 대응하는 방출층의 방출의 최대 강도의 위치와 전극(466/566)의 하부 표면 사이에 위치한 모든 층들의 광학 인덱스(n)을 곱한 두께(e)의 합으로 정의된다. 예를 들어, 도 30과 관련하여 이것은 방출층들(572/578)의 최대 방출 세기가 층의 중간에 위치한다는 가설 하에 다음을 제공한다:
ZRG = 0.5 * n578 * e578 + n579 * e579
ZB = 0.5 * n572 * e572 + n573 * e573 + n574 * e574 + n576 * e576 + n578 * e578 + n579 * e579.
이들 수식에서 각 파라미터의 인덱스는 도 30에 사용된 숫자 참조를 나타낸다.
표 1 내지 표 3은 다양한 구성들에 대한 주요 파라미터들의 최적화 결과를 도시한다. 이러한 최적화는, 디바이스의 주요 파라미터들, 즉 방출층들(zW(도 28의 기하학에 대한 백색광), 또는 zB 및 zY(도 29의 기하학에 대해), 또는 zB, zG 및 zR(도 30의 기하학에 대해))의 두께(dR, dG 및 dB)와 최대 강도 위치를 결정하기 위해, 최고의 광전자 성능, 특히 방출, 효율 및 CIE 방출 스펙트럼 간의 절충을 목표로 한다. 이러한 최적화는, 다양한 유기층들의 광학 인덱스가 매우 가깝다는 가정하에, 500nm의 파장에서 1.7981의 유기 스택을 형성하는 층들의 광학 인덱스의 평균값을 기반으로 한다. 또한 500nm에서, 1.92448293의 연질 TCO(이 예에서는 AZO)의 광학 인덱스 및 2.027의 경질 TCO(이 예에서는 SnO2)의 광학 인덱스를 기반으로 한다. 참조(8, 9, 14, 15)는 황색 픽셀(Y)에 대한 1차 방출 및 청색 픽셀(B)에 대한 2차 방출을 나타낸다.
| 참조 | 차 수 |
d[nm] | d[nm] | d[nm] | z[nm] | [nm] | [nm] | [nm] | [nm] | ||||||||
| from | to | from | to | from | to | from | to | from | to | from | to | from | to | from | to | ||
| 1 | 1 | 120 | 156 | 178 | 214 | 197 | 233 | 60 | 114 | 45 | 88 | 64 | 121 | 70 | 132 | ||
| 2 | 120 | 156 | 178 | 215 | 197 | 233 | 56 | 107 | 45 | 88 | 67 | 127 | |||||
| 참조 1 : 3개의 이미터, 즉 R, G, B. 참조 2 : 2개의 이미터, 즉 B, Y. 열 "차수는 광학 방출의 차수를 나타낸다 |
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| 참조 | 차수 | d [nm] | dG [nm] | d[nm] | z[nm] | z[nm] | |||||
| from | to | from | to | from | to | from | to | from | to | ||
| 3 | 1 | 120 | 156 | 178 | 214 | 197 | 233 | 45 | 88 | 67 | 128 |
| 4 | 2 | 336 | 372 | 451 | 487 | 509 | 564 | 260 | 310 | 57 | 124 |
| 5 | 336 | 372 | 451 | 487 | 509 | 564 | 53 | 92 | 133 | 372 | |
| 6 | 1 (B), 2 (Y) | 120 | 156 | 466 | 502 | 524 | 579 | 45 | 88 | 59 | 128 |
| 7 | 1 (Y), 2 (B) | 347 | 383 | 174 | 210 | 193 | 229 | 55 | 95 | 66 | 124 |
| 참조 3, 5, 6 및 7: 바닥 셀 = B, 상부 셀 = Y. 참조 4: 바닥 셀 = Y, 상부 셀 = B. |
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| 참조 | 차수 | d [nm] | d[nm] | d[nm] | z[nm] | zG [nm] | z[nm] | ||||||
| from | to | from | to | from | to | from | to | from | to | from | to | ||
| 8 | 1 | 120 | 156 | 178 | 214 | 179 | 233 | 24 | 109 | 36 | 150 | 39 | 163 |
| 9 | 2 | 336 | 372 | 451 | 487 | 509 | 564 | 235 | 335 | 23 | 146 | 25 | 169 |
| 10 | 336 | 372 | 451 | 487 | 509 | 564 | 34 | 112 | 316 | 439 | 356 | 508 | |
| 11 | 1(B), 2(R, G) | 347 | 393 | 174 | 210 | 193 | 229 | 243 | 345 | 35 | 147 | 39 | 160 |
| 12 | 1(RG), 2(B) | 347 | 383 | 174 | 210 | 193 | 229 | 35 | 115 | 35 | 147 | 39 | 160 |
| 참조 8, 10, 12: 바닥 셀 = B, 상부 셀 = RG 참조 9 및 11: 바닥 셀 = RG, 상부 셀 = B |
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따라서, 특히 마이크로디스플레이에 적합한 제 1 특정 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 광전자 디바이스는 각각 픽셀들(R(적색), G(녹색) 및 B(청색))인 적어도 3개 그룹의 픽셀들 갖고, 각 그룹의 픽셀들은 방출층(또는 상기 디바이스가 광검출기인 경우 감광층)을 갖고, 이 층은 각각 적색, 녹색 또는 청색 스펙트럼을 방출(또는 검출)하고, 대략 110nm 내지 대략 160nm 사이의 광학 두께(dB), 대략 160nm 내지 대략 220nm 사이의 광학 두께(dG), 대략 190nm 내지 대략 240nm의 광학 두께(dR), 대략 50nm 내지 대략 130nm(바람직하게는 대략 60nm 내지 대략 115nm)의 백색광의 최대 세기의 광학적 위치를 지정하는 파라미터(zW), 대략 40nm 내지 대략 100nm(바람직하게는 대략 45nm 내지 대략 90nm)의 청색광의 최대 강도의 광학 위치를 지정하는 파라미터(zB), 대략 60nm 내지 대략 130nm(바람직하게는 대략 65nm 내지 대략 120nm)의 녹색광의 최대 세기의 광학 위치를 지정하는 파라미터(zG), 및 대략 65nm와 대략 140nm(바람직하게는 대략 70nm와 대략 130nm)의 적색광의 최대 강도의 광학 위치를 지정하는 파라미터(zR)를 갖는다.
본 실시예의 유리한 대안에서, 광학 두께(dB)는 대략 120nm 내지 대략 155nm 이고, 광학 두께(dG)는 대략 175nm 내지 대략 215nm이고, 광학 두께(dR)는 대략 195nm 내지 대략 230nm이고, 파라미터(zW)는 대략 60nm 내지 대략 115nm(바람직하게는 대략 75nm 내지 대략 100nm)이고, 파라미터(zB)는 대략 45nm 내지 대략 90nm(바람직하게는 대략 55nm 내지 80nm)이고, 파라미터(zG)는 대략 65nm 내지 대략 120nm (바람직하게는 대략 70nm 내지 대략 110nm)이고, 파라미터(zR)은 대략 70nm 내지 대략 130nm(바람직하게는 대략 80nm 내지 대략 120nm)이다.
특히 마이크로디스플레이에 적합한 제 2 특정 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 광전자 디바이스는 각각 픽셀들(R(적색), G(녹색) 및 B(청색))인 적어도 3개그룹의 픽셀들을 갖고, 각 그룹의 픽셀들은, 바닥 셀이 청색 스펙트럼에서 방출(또는 검출)하는 발광층(또는 감광성층)을 갖고, 상부 셀이 황색 또는 적색 및 녹색 스펙트럼을 방출(또는 검출)하는 방출층(또는 감광성층)을 갖는 덴덤 유형의 구조를 갖고, 대략 110nm 내지 대략 160nm(바람직하게는 대략 120nm 내지 대략 155nm)인 광학 두께(dB), 대략 160nm 내지 대략 220nm(바람직하게는 대략 175nm 내지 대략 215nm)인 광학 두께(dG), 대략 190nm 내지 대략 240nm(바람직하게는 대략 195nm 내지 대략 230nm)인 광학 두께(dR), 대략 40nm 내지 대략 90nm(바람직하게는 대략 45nm 내지 대략 85nm)인 청색광의 최대 강도의 광학적 위치를 지정하는 파라미터(zB), 및 대략 60nm 내지 대략 140nm(바람직하게는 대략 65nm 내지 대략 130nm)인 황색(또는 적색 및 녹색)광의 최대 강도의 광학 위치를 지정하는 파라미터(zY)를 갖는다.
이 실시예의 유리한 대안에서, 광학 두께(dB)는 대략 120nm 내지 대략 155nm이고, 광학 두께(dG)는 대략 175nm 내지 대략 215nm이고, 광학 두께(dR)는 대략 195nm 내지 대략 230nm이고, 파라미터(zB)는 대략 45nm 내지 대략 85nm(바람직하게는 대략 55nm 내지 대략 80nm)이고, 파라미터(zY)는 대략 65nm 내지 대략 130nm(바람직하게는 대략 80nm 내지 대략 115nm)이다.
특히 마이크로디스플레이에 적합한 제 3의 특정 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 광전자 디바이스는 각각 픽셀들(R(적색), G(녹색) 및 B(청색))인 적어도 3개그룹의 픽셀들을 갖고, 각 그룹의 픽셀들은, 바닥 셀이 청색 스펙트럼에서 방출(또는 검출)하는 발광층(또는 감광층)을 갖고, 상부 셀이 황색 또는 적색 및 녹색 스펙트럼을 방출(또는 검출)하는 방출층(또는 감광층)을 갖는 텐덤 유형의 구조를 갖고, 대략 320nm 내지 대략 390nm(바람직하게는 대략 330nm 내지 대략 375nm)인 광학 두께(dB), 대략 425nm 내지 대략 500nm(바람직하게는 대략 450nm 내지 대략 490nm)인 광학 두께(dG), 대략 500nm 내지 대략 575nm(바람직하게는 대략 510nm 내지 대략 565nm)인 광학 두께(dR), 대략 45nm 내지 대략 100nm(바람직하게는 대략 50nm 내지 대략 95nm)인 청색광의 최대 강도의 광학적 위치를 지정하는 파라미터(zB), 및 대략 120nm 내지 대략 390nm(바람직하게는 대략 130nm 내지 대략 375nm)인 황색(또는 적색 및 녹색) 광의 최대 강도의 광학적 위치를 지정하는 파라미터(zY)를 갖는다.
이 실시예의 유리한 대안에서, 광학 두께(dB)는 대략 335nm 내지 대략 375nm이고, 광학 두께(dG)는 대략 450nm 내지 대략 490nm이고, 광학 두께(dR)은 대략 510nm 내지 대략 565nm이고, 파라미터(zB)는 대략 55nm 내지 대략 90nm(바람직하게는 대략 60nm 내지 대략 85nm)이고, 파라미터(zY)는 대략 130nm 내지 대략 375nm(바람직하게는 대략 135nm 내지 대략 370nm)이다.
도 33 내지 도 39와 관련하여, 본 명세서에서 R, G 및 B로 지정된 상이한 컬러의 3개 그룹의 픽셀들(767a, 767b, 767c)을 갖는 다른 실시예가 이제 설명될 것이다. 도 20 내지 도 27과 동일한 것을 지칭하는 참조번호들은 400이 증가되었다.
시작점은 도 33에 개략적으로 도시된 중간 제품이다. 이는 이러한 새로운 실시예에 적합한 한 세트의 포토리소그래피 마스크를 사용함으로써 도 20에 도시된 중간 제품과 관련하여 설명된 방법의 대안에 의해 얻어질 수 있다. 따라서 단계들의 제 4 시퀀스 후에 도 33에 개략적으로 도시된 중간 제품이 얻어진다. 픽셀들(G)의 그룹의 위치(767b)에서, 연질 TCO의 제 1 층(7561) 및 경질 TCO의 제 1 층(7601)을 포함하는 TCO의 구조화된 층을 포함한다. 각각 픽셀들(R 및 B)의 그룹들의 위치(767a 및 767c)에서, 경질 TCO의 상기 제 1 층(7601) 아래에 연질 TCO의 층이 존재하지 않는다.
그런 다음 연질 TCO의 제 2 층(7562)이 도 34에 도시된 바와 같이 전체 구조 상에 증착된다. 다음 단계에서 감광성 수지의 층(762a)이 알려진 포토리소그래피 기술들에 의해 픽셀들(R)의 그룹의 위치(767a)에 증착된다. 이것은 도 35에 도시되어 있다. 그 다음, 습식 에칭이 수행되어 액세스 가능한 장소들, 즉 감광성 수지(762a)에 의해 보호되지 않는 장소들에서 연질 TCO의 상기 제 2 층(7562)을 선택적으로 제거한다. 경질 TCO의 층(7601)은 픽셀들(G)의 그룹의 위치(767b)의 연질 TCO의 제 1 층(7561)을 보호한다. 그런 다음 감광성 수지 층(762a)은 일반적으로 산소 플라즈마를 사용하는 건식 스트리핑 방법에 의해 제거된다.
그런 다음 경질 TCO의 제 2 층(7602)이 전체 구조에 증착되어 도 36에 도시된 구조에 도달한다. 이러한 제 2 층(7602) 위에 알려진 포토리소그래피 기술을 사용하여 도 24에 표시된 대로 감광성 수지의 구조화된 층(7620)이 증착된다. 감광성 수지의 이러한 구조화된 층은 여기에서 3개의 영역들(7620a, 7620b, 7620c)을 포함하고, 따라서 픽셀들을 분리하기 위한 건식 에칭 동안 픽셀들(767a, 767b, 767c)의 각 그룹을 보호한다. 이러한 건식 에칭의 목적은 감광성 수지(7620)에 의해 보호되지 않은 장소들에서 경질 TCO(7601 및 7602)의 모든 층들, 및 감광성 수지에 의해 보호되지 않는 장소들, 즉 픽셀들 사이의 공간에서 연질 TCO의 가능한 잔류물들, 및 반사 전극(752)의 층(들)을 제거하는 것이다. 상기 건식 에칭은 상술한 바와 같이 이온빔 에칭일 수 있다.
이후, 감광성 수지(7620)의 층이 습식 스트리핑 방법에 의해 제거되고, 따라서 도 38에 도시된 구조가 얻어진다. 예를 들어 감광성 수지로 만들어진 충진 요소(764)는 이후 상술한 바와 같이 2개의 이웃하는 픽셀들 사이의 공간에 증착된다; 결과는 도 39에 도시되어 있다. 이 구조에서 OLED 스택이, 이후 반투명해야 하는 공통 전극이 증착된다. 3개 그룹의 픽셀들 각각에 대해 상이한 광학 두께(d)를 갖는 광학 스페이서를 구비한 3개의 그룹의 픽셀들이 이와 같이 얻어진다. 이 디바이스는 도면에 도시되어 있지 않고; 이는 픽셀(367a) 상의 경질 및 연질 TCO 층들의 스택에 관한 것을 제외하고는 도 27의 것과 유사하다.
이 디바이스는 상술한 바와 같이, "풀 컬러"로 알려진 유형의 컬러 스크린을 생성하기 위해 세 가지 원색 컬러들, 예를 들어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 갖는 디스플레이 스크린을 만드는데 사용될 수 있다.
본 발명은 다양한 다른 대안들로 수행될 수 있다.
제 1 대안이 도 31에 도시되어 있다: 경질 TCO(예: SnO2)의 미세 층(680)이 픽셀(552)의 전극(즉, 반사성인 하부 전극)과 연질 TCO(3561)(AZO로 만들어진)의 제 1 층 사이에 개재되었다. 제 1 그룹(367c) 너머의 각 그룹의 픽셀들(367a, 367b)에 대해, 즉 이 경우에 제 2 그룹(367b) 및 제 3 그룹(367a)에 대해, 모든 이중층들의 제 1 층(3561, 3562)은 제 2 투명 전도성 재료의 층(3601 3602, 680)에 의해 완전히 캡슐화되고: 경질 TCO가 연질 TCO를 보호한다.
도 41은 이 대안의 원리를 개략적으로 도시한다: 제 3 그룹의 픽셀(367a)은 제 2 그룹의 픽셀들(367b)의 광학 스페이서의 높이(h2)보다 큰 높이(h3)를 갖는 광학 스페이서를 갖는다는 것이 주목된다. 제 3 그룹의 픽셀들(367a)의 광학 스페이서는 2개의 이중층들에 의해 형성되고, 제 2 그룹의 픽셀(367b)의 광학 스페이서는 단일 이중층에 의해 형성된다. 더욱이, 이들 2개 그룹 각각에 대해, 연질 TCO(3561, 3562)의 층들은 경질 TCO(3601)의 층에 의해 캡슐화된다. 위에서 설명한 방법의 대안(이 대안은 여기서 더 자세히 설명되지 않음)에 따르면, 동일한 기능을 수행하는 다른 구조를 갖는 제품을 얻을 수 있고; 이 구조는 도 42에 도시되어 있다: 이 대안에서, 제 3 그룹의 픽셀들(367a)의 광학 스페이서는 도 41의 것과 동일한 높이(h2)를 갖지만, 이 제 3 그룹의 픽셀들(367a)에 대해 단일 이중층만이 존재하고; 제 3 그룹의 픽셀들(367a)은 제 2 그룹의 픽셀들(367b)에 대해 더 큰 연질 TCO(7562) 층의 두께를 갖는다(h3 > h2의 관계가 여전히 적용됨). 도 40은 도 42에 따른 구조의 추출을 도시한다: AZO 층(도면에서 볼 수 있는)의 두께는 녹색 픽셀의 경우 45nm, 적색 픽셀(도 40에서는 보이지 않음)의 경우 95nm이다.
다른 모든 대안들 및 여기에서 설명된 모든 실시예들과 호환되는 제 2 대안에서, 적절한 컬러 필터들(695a, 695b, 695c)이 추가된다. 이것은 도 32에 개략적으로 도시되어 있다. 각 픽셀에 의해 방출되는 광이 흰색이 아니라 컬러를 갖기(이는 상이한 광학 길이의 광학 공동들의 기술적 효과로 인해 초래됨) 때문에, 컬러 필터들의 존재는 광 강도의 상당한 손실을 초래하지 않는다. 이러한 이점은 각 그룹의 픽셀들에 의해 생성된 컬러들에 대한 더 양호한 선명도 및 더 양호한 제어이다. 이와 관련하여, 픽셀들에 의해 방출된 광은 2차(또는 심지어 3차)의 약한 성분을 포함할 수 있다는 점에 주목해야 한다; 특히, 청색광은 항상 적색광 성분을 포함하며, 이는 2차 피크에 대응하고; 더 큰 차수의 이러한 성분은 오로지 1차 광을 통과시키는 필터에 의해 유리하게 흡수된다.
도 32의 예에서, 컬러 필터들(695a, 695b, 695c)은 옵션인 투명 평탄화 층(690) 상에 배치되고; 그것은 폴리머 재료로 만들 수 있다.
상부 전극(166, 266, 366, 466) 상에 캡슐화 시스템(도면에 미도시)을 제공하는 것이 매우 유리하다. 이는 적어도 하나의 층, 바람직하게는 수개의 층들을 포함한다. 그것은 바람직하게는 원자층 증착(ALD)이라 불리는 기술인 컨포멀 증착 기술에 의해 증착된 알루미나의 제 1 층을 포함한다. 그것은 중합체의 제 2 층을 포함할 수 있다. 그것은 또한 ALD에 의해 알루미나의 제 3 층을 포함할 수 있다. 이러한 알루미나 층과 중합체 층을 교대시키는 시퀀스는 1회 이상 반복될 수 있으며, 마지막 층은 바람직하게는 알루미나 또는 산화티타늄 층이다. 이러한 캡슐화 시스템은 층들의 일부, 특히 유기 스택의 일부인 층들을 열화시킬 위험이 있는 습기 및 산소로부터 디바이스를 보호한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광전자 디바이스는 OLED 유형의 발광 디바이스의 형태로 제조될 수 있으며; 이것은 마이크로디스플레이일 수 있다. 본 발명에 따라 얻어진 더 나은 광도는 감소된 전기 소비 및 더 긴 서비스 수명을 가져온다. 이러한 고휘도 마이크로디스플레이는 예를 들어 증강 현실 유형의 안경 또는 HUD(Head-Up Display) 유형의 디바이스들에 사용될 수 있다. 적어도 3개 그룹의 상이한 컬러의 픽셀들로 만들어지는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 광전자 디바이스는 또한 유기 포토다이오드들을 함유하는 다중 스펙트럼 광 센서로서 제조될 수 있다. 그러한 센서는 입사광을 바람직하게는 유기층들인 층들의 광활성 스택에 의해 생성되는 전기 신호로 변환한다. 일 실시예(도면에 미도시)에서, 이러한 광활성 층 스택은 적어도 전자 도너인 제 1 재료 및 전자 수용체인 제 2 재료를 포함한다. 재료의 선택과 공동들의 광학적 길이에 따라 이러한 센서는 다양한 광 스펙트럼 범위, 예를 들어 가시 범위 및/또는 근적외선 범위에서 응답하도록 제조될 수 있다.
이러한 센서는 일반적으로 대략 780nm와 대략 10㎛ 사이에서 확장되는 근적외선의 스펙트럼 범위에서 특히 유용하다. 이러한 센서를 생성하기 위해, 상기 재료는 상기 제 1 재료의 최고 점유 준위(HOMO - 최고 점유 분자 궤도)의 에너지와 상기 제 2 재료의 최저 비점유 준위(LUMO - 최저 비점유 분자 궤도)의 에너지 사이의 차이는 대략 1.6eV 미만인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 재료는 예를 들어 프탈로시아닌(예: 아연 또는 철의 프탈로시아닌) 또는 방향족 아민(예: N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)벤지딘, 약칭 MeO-TPD, CAS n°122738-21-0) 또는 폴리티오펜(예: 폴리[2,5-비스(3-테트라데실티오펜-2-일)티에노[3,2-b]티오펜], 약칭 PBTTT, CAS n°888491-19-8)일 수 있다. 이들 재료는 진공 하에서 증착될 수 있다. 상기 제 2 재료는 C60과 같은 풀러렌일 수 있고; 이들 재료는 진공 하에서 증착될 수도 있다.
그러한 광전자 디바이스는, 상이한 길이의 광학 공동을 갖는 복수 그룹의 픽셀들로 각각 구성된 복수의 픽셀들을 제공함으로써, 분광계의 형태(각각의 그룹이 상이한 길이의 광학 공동을 갖는 복수 그룹의 픽셀들을 제공함으로써) 및/또는 공간 및 스펙트럼 해상도의 형태로 제조될 수 있다.
다음의 참조부호들이 도면과 상세한 설명에서 사용되었다:
10 기판(전형적으로 CMOS 유형의)
11 절연체(실리콘 질화물 및/또는 산화물)
12 하부 전극
13 질화 티탄(TiN)의 제 1 (하부)층
14 알루미늄 층
15 질화 티탄(TiN)의 제 2 (상부)층
16, 18, 20 TCO의 제 1, 제 2, 제 3 층
17, 19, 21 감광성 수지의 제 1, 제 2, 제 3 층
22 충진 감광성 수지(갭 충진)
23 OLED 스택
24 반투명 공통 전극
25, 26, 27 픽셀
150, 350, 450, 550, 750 기판(전형적으로 CMOS 유형의 기판, OLED 디바이스의 경우에 픽셀의 제어를 위한, 또는 센서 디바이스의 경우에 판독을 위한 회로를 포함하는)
151, 351, 451, 551, 751 절연체(전형적으로 실리콘 질화물 및/또는 산화물)
152, 352, 452, 552, 752 하부 전극
153 152의 금속층
154 152의 제 2(상부) 질화 티탄층
155 152의 제 1(하부) 질화 티탄층
156, 456 TCO의 제 1 층 ("연질" TCO)
157, 257 광학 스페이서를 형성하는 156, 160의 TCO 층
158 감광성 수지(포토레지스트)
160, 360, 460, 560 TCO의 제 2 층 ("경질" TCO)
162, 362, 3620, 762, 7620 감광성 수지(포토레지스트)
164, 364, 764 픽셀들 사이에 충진되는 요소(갭-충진)
166, 266, 366, 466 상부 전극
167, 367, 467, 567, 767 픽셀
168, 1680 픽셀 그룹
170, 1700, 270, 370, 470 OLED 스택
171, 175, 179 170의 제 1, 제 2, 제 3 조립체
1751, 1752, 572 OLED 스택의 발광층
2701, 2702 탠덤 OLED 스택의 제 1 및 제 2 조립체
271, 276; 571 270 및 570의 층들의 제 1 조립체
272, 278; 575 270 및 570의 층들의 제 2 조립체
273, 279; 579 270 및 570의 층들의 제 3 조립체
27, 574 전하 생성 층
3561, 3562; 4561, 4562; 5561, 5562; 7561, 7562 TCO의 제 1 층(연질)
3601, 3602; 4601, 4602; 5601, 5602; 7601, 7602 TCO의 제 1 층(경질)
570 탠덤 OLED 스택
5701, 5702 탠덤 OLED 스택(570)의 층들의 제 1 및 제 2 스택
5710, 5711, 5712 OLED 스택의 발광층
5781, 5782 OLED 스택의 제 1 및 제 2 방출층
680 TCO의 "베이스" 층(경질)
690 평탄화 층
695 컬러 필터
10 기판(전형적으로 CMOS 유형의)
11 절연체(실리콘 질화물 및/또는 산화물)
12 하부 전극
13 질화 티탄(TiN)의 제 1 (하부)층
14 알루미늄 층
15 질화 티탄(TiN)의 제 2 (상부)층
16, 18, 20 TCO의 제 1, 제 2, 제 3 층
17, 19, 21 감광성 수지의 제 1, 제 2, 제 3 층
22 충진 감광성 수지(갭 충진)
23 OLED 스택
24 반투명 공통 전극
25, 26, 27 픽셀
150, 350, 450, 550, 750 기판(전형적으로 CMOS 유형의 기판, OLED 디바이스의 경우에 픽셀의 제어를 위한, 또는 센서 디바이스의 경우에 판독을 위한 회로를 포함하는)
151, 351, 451, 551, 751 절연체(전형적으로 실리콘 질화물 및/또는 산화물)
152, 352, 452, 552, 752 하부 전극
153 152의 금속층
154 152의 제 2(상부) 질화 티탄층
155 152의 제 1(하부) 질화 티탄층
156, 456 TCO의 제 1 층 ("연질" TCO)
157, 257 광학 스페이서를 형성하는 156, 160의 TCO 층
158 감광성 수지(포토레지스트)
160, 360, 460, 560 TCO의 제 2 층 ("경질" TCO)
162, 362, 3620, 762, 7620 감광성 수지(포토레지스트)
164, 364, 764 픽셀들 사이에 충진되는 요소(갭-충진)
166, 266, 366, 466 상부 전극
167, 367, 467, 567, 767 픽셀
168, 1680 픽셀 그룹
170, 1700, 270, 370, 470 OLED 스택
171, 175, 179 170의 제 1, 제 2, 제 3 조립체
1751, 1752, 572 OLED 스택의 발광층
2701, 2702 탠덤 OLED 스택의 제 1 및 제 2 조립체
271, 276; 571 270 및 570의 층들의 제 1 조립체
272, 278; 575 270 및 570의 층들의 제 2 조립체
273, 279; 579 270 및 570의 층들의 제 3 조립체
27, 574 전하 생성 층
3561, 3562; 4561, 4562; 5561, 5562; 7561, 7562 TCO의 제 1 층(연질)
3601, 3602; 4601, 4602; 5601, 5602; 7601, 7602 TCO의 제 1 층(경질)
570 탠덤 OLED 스택
5701, 5702 탠덤 OLED 스택(570)의 층들의 제 1 및 제 2 스택
5710, 5711, 5712 OLED 스택의 발광층
5781, 5782 OLED 스택의 제 1 및 제 2 방출층
680 TCO의 "베이스" 층(경질)
690 평탄화 층
695 컬러 필터
Claims (14)
- 광전자 디바이스로서, 기판(150), 반사 표면 또는 상기 반사 표면 상에 직접 증착된 투명층(680)의 표면과 주어진 거리에서 서로 마주보고 배치되고 주어진 광 길이(d)의 광학 공동을 형성하는 반반사 표면 사이에 배치되는 유기 층들의 스택(370)을 포함하는, 광전자 디바이스에 있어서,
상기 디바이스는 적어도 3개의 픽셀 그룹들(367a, b, c)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 각 그룹은 상이한 광학 길이(d)의 공동을 특징으로 하며, 상기 공동은 상기 기판과 유기층들의 스택 사이에 배열된 다수의 이중층들을 포함하고, 각각은 이중층은 제 1 투명 전도성 재료의 제 1 투명 전도성 층(156, 3561, 3562, 7561, 7562) 및 상기 제 1 투명 전도성 층과 직접 접촉하는 제 2 투명 전도성 재료의 제 2 투명 전도성 층(160, 360, 3601, 3602, 7601, 7602)에 의해 형성되며, 상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료와 상이하며, 상기 디바이스는:
- 제 1 픽셀 그룹(367c)에 대하여, 이중층의 수가 0이고,
- 제 2 픽셀 그룹(367b)에 대하여, 이중층의 수가 1이고,
- 제 3 픽셀 그룹(367a)에 대하여, 이중층의 수가 2 또는 1이지만, 후자의 경우, 제 3 픽셀 그룹과 관련된 이중층의 상기 제 1 층은 제 2 픽셀 그룹보다 두껍고,
- 만약 존재한다면, 각각의 추가 픽셀 그룹에 대해, 이중층의 수는 이전 그룹에 대해 1씩 증가하거나 동일하게 유지되지만, 후자의 경우, 추가 픽셀 그룹과 관련된 이중층의 상기 제 1 층은 이전 픽셀 그룹보다 두껍고,
- 필요한 경우 그룹들을 제 1, 제 2, 제 3 그룹으로 산정하는 것은 d 값이 증가하는 순서를 따른다는 것을 인식한다면,
상기 디바이스는, 이중층들 각각에 대해, 상기 제 1 전도성 투명층은, 상기 기판으로부터 계산될 때, 상기 제 2 전도성 투명층보다 습식 에칭 처리에 대해 더 낮은 저항을 갖고, 제 1 층 이외의 각 픽셀 그룹의 픽셀에 대해, 기판으로부터 가장 먼 이중층의 적어도 제 1 층은 이중층의 제 2 층에 의해 측방향으로 보호되는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
제 1 층 이외의 각 픽셀 그룹에 대해, 기판으로부터 가장 먼 이중층의 제 1 층은 이중층의 제 2 층에 의해 완전히 캡슐화되는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
제 1 층 이외의 각 픽셀 그룹에 대해, 모든 이중층의 제 1 층은 제 2 투명 전도성 재료의 층에 의해 완전히 캡슐화되는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사 표면은 상기 제 2 투명 전도성 재료의 층에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 습식 에칭 처리는 주위 온도에서 2.38 중량%의 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(tetramethylammonium hydroxide) 수용액을 통한 처리인 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 이중층들에서, 상기 제 1 투명 전도성 층은, 상기 제 2 투명층의 특정 에칭 속도(V2)보다 적어도 10배 더 큰, 바람직하게는 적어도 100배 더 큰, 더 바람직하게는 적어도 1000배 더 큰 특정 에칭 속도(V1)를 갖는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 투명 전도성 재료는, ZnO; ZnO를 함유하는 도핑된 산화물로서, 도핑은 바람직하게는 갈륨 및/또는 알루미늄 및/또는 붕소 및/또는 베릴륨을 가지는 산화물; 인듐 산화물을 함유하는 도핑된 산화물로서, 도핑은 바람직하게는 주석을 가지는 산화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 및/또는
상기 제 2 투명 전도성 재료는, SnO2; 도핑된 SnO2로서, 도핑은 바람직하게는 비소 및/또는 불소 및/또는 질소 및/또는 니오븀 및/또는 인 및/또는 안티몬 및/또는 알루미늄 및/또는 티타늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기층들의 스택(370)은, 한편으로 상기 반사 표면 또는 상기 반사 표면 상에 증착된 투명층(680), 및/또는 다른 한편으로 상기 반반사면(166, 266, 366, 466)과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기층들의 스택은 모든 픽셀들 위에 연속적인 코팅을 형성하고, 바람직하게는 모든 픽셀들에 위에 연속적인 코팅을 형성하는 상기 유기층들의 스택(370) 위에 증착된 반투명 전도성 층(166, 266, 366)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(150)은 픽셀들의 개별 어드레싱 또는 개별 판독을 허용하는 회로를 제공된 CMOS 유형의 기판인 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
OLED 마이크로디스플레이 또는 다중 스펙트럼 광 센서인 것을 특징으로 하는, 광전자 디바이스. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광전자 디바이스의 제조 방법으로서:
- 제 1 투명 전도성 재료의 제 1 투명 전도성 층(156, 3561)이, 상기 제 1 반사 표면, 또는 상기 제 1 반사 표면 상에 증착된 제 2 재료의 투명 전도성 층 상에 증착되고;
- 제 2 및 제 3 픽셀 그룹(367b, 367a)을 한정하고 그들의 위치를 보호하는 제 1 마스크가 증착되고;
- 상기 제 1 투명 전도성 층(156, 3561)이 상기 제 1 마스크에 의해 보호되지 않는 장소들에서 습식 에칭에 의해 제거되고, 이러한 비보호 장소들은 제 1 픽셀 그룹(376c)을 위한 위치를 포함하고, 상기 제 1 마스크는 제거되며;
- 제 2 투명 재료의 제 1 투명 전도성 층(3601)이 증착되고;
- 제 1 투명 전도성 재료의 투명 전도성 층(3562)이 증착되고;
- 상기 제 3 픽셀 그룹(367a)을 한정하고 그들의 위치를 보호하는 제 2 마스크(332a)가 증착되고;
- 상기 제 1 투명 전도성 재료의 상기 투명 전도성 층(3562)은 상기 제 2 마스크에 의해 보호되지 않는 장소들에서 습식 에칭에 의해 제거되고, 이러한 비보호 장소들은 제 2 픽셀 그룹(367b) 및 제 1 픽셀 그룹(367c)을 위한 위치를 포함하고, 상기 제 2 마스크는 제거되며;
- 제 2 투명 전도성 재료의 제 2 투명 전도성 층(3602)이 증착되고;
- 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 픽셀 그룹들을 한정하고 그들의 위치들을 보호하는 제 3 마스크(3620a, 3620b, 3620c)가 증착되고;
- 제 2 투명 전도성 재료의 상기 제 1 층(3601)과 제 2 층(3602), 및 상기 반사층(152), 및 존재한다면 이를 덮는 상기 제 2 투명 전도성 재료의 상기 층(680)은 상기 제 3 마스크에 의해 보호되지 않는 장소들에서 건식 에칭에 의해 제거되는, 광전자 디바이스의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
다음의 단계들:
- 충진 요소(364)가 2개의 이웃하는 픽셀들 사이의 각 공간에 증착되는 단계;
- 모든 픽셀에 공통인 유기층의 스택(370)이 증착되고, 모든 픽셀들에 공통인 반반사 전극층이 상기 유기층의 스택 위에 증착되는 단계;가 이어지는, 광전자 디바이스의 제조 방법. - 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 투명 전도성 재료의 투명 전도성 층들의 증착은 원자층 증착 기술에 의해 수행되는, 광전자 디바이스의 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |