TWI505526B - 分子電子裝置製造方法及結構 - Google Patents

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Description

分子電子裝置製造方法及結構
本發明一般關於一種藉由例如噴墨列印之液滴沉積技術製造分子電子裝置之改良方法，特別係例如有機發光二極體(OLED)之有機電子裝置。本發明亦有關以此方法製造及/或使用的分子裝置基板。
有機發光二極體(OLED)是電光顯示的一特別有利形式。其係明亮、多彩、快速切換，可提供廣視角，且容易並成本低廉在多種基板上製造。有機(其在此包括有機金屬)LED可使用在各種色彩(或在多彩顯示器)中的聚合物或小分子製造，此係取決於所使用的材料。一典型OLED裝置包含兩有機材料層，其一係發光材料層，例如一發光聚合物(LEP)、低聚物或一發光低分子量材料；另一係電洞注入材料層，例如一吩衍生衍生物或一聚苯胺衍生物。
有機LED可沉積在像素矩陣的一基板上形成單一或多色像素化顯示器。一多色顯示器可使用紅、藍、綠色發射像素群組構成。所謂主動矩陣顯示器具有一記憶體元件，典型係一儲存電容器與一電晶體，且與每一像素有關，而被動矩陣顯示器沒有此記憶體裝置，且相反會重複掃瞄提供一穩定影像感覺。
圖1藉由一OLED裝置100之範例顯示一垂直斷面。在一主動矩陣顯示器中，像素區域之部分係由相關的驅動電路(未在圖1顯示)所占用。為了說明目的，略微簡化裝置結構。
OLED 100包含一基板102，其典型係0.7 mm或1.1 mm玻璃，但可選擇性為透明塑膠，於該基板上沉積一陽極層106。陽極層典型包含大約150 nm厚之ITO(氧化銦錫)，其上提供一典型大約500 nm之鋁金屬接觸層(有時稱為陽極層)。塗布有ITO與接觸金屬的玻璃基板可從美國Corning公司購買。接觸金屬(與選擇性ITO)可依需要圖案化，所以藉由微影蝕刻及其後的蝕刻的傳統程序，其不會使顯示模糊。
一實質透明電洞注入層108a係在陽極金屬上提供，然後係冷光層108b。觸排112係在基板上形成，例如從正或負光阻材料，將井114界定成此些主動有機層可例如藉由一液滴沉積或噴墨列印技術而選擇性沉積。如此，井係界定顯示的發光區域或像素。
一陰極層110藉由物理汽相沉積應用。一陰極層典型包含：一低功函數金屬，例如使用一厚鋁覆蓋層覆蓋之鈣或鋇；及選擇性包括一額外層，其緊鄰冷光層，例如一氟化鋰層，作為改善電子能階匹配。彼此電絕緣之陰極線可藉由陰極分離器(圖3b的元件302)的使用達成。典型上，許多顯示器係在單一基板上及在基板劃線的製程結束時製造，且在囊封罐附著至每一者以禁止氧化與濕氣進入之前顯示器會分離。
此一般類型的有機LED可使用包括聚合物、樹枝狀聚合物、與所謂小分子的廣泛材料製造，以在改變驅動電壓與效率在各種波長上發射。以聚合物為主的OLED材料之範例係在WO 90/13148、WO 95/06400與WO 99/48160描述；以樹枝狀聚合物為主的材料之範例係在WO 99/21935與WO 02/067343描述；及小分子OLED材料的範例係在US4,539,507描述。前述聚合物、樹枝狀聚合物、與小分子可藉由單譜激子(螢光)的放射性衰變而發光。然而，多達75%的激子是三重態激子，其正常下經歷非放射性衰變。受到三重態激子(磷光)的放射性衰變的冷光係在例如"Very high－efficiency green organic light－emitting devices based on electrophosphorescence" M.A.Baldo,S.Lamansky,P.E.Burrows,M.E.Thompson,and S.R.Forrest Applied Physics Letters,Vol.75(1)pp.4－6,July 5,1999中揭露。一以聚合物為主的OLED層108之情形下典型包含一電洞注入層108a與一發光聚合物(LEP)冷光層108b。一另一電洞傳輸層(未在圖顯示)可在電洞注入層108a與冷光層108b之間提供。冷光層可包含例如大約70 nm(乾式)厚之PPV(聚(聚對苯乙炔))，且有助於匹配陽極層的電洞能階與冷光層的電洞能階之電洞注入層可包含例如大約50－200 nm，較佳地大約150 nm(乾式)厚之PEDOT：PSS(聚磺苯乙烯摻雜的聚乙烯二氧噻吩)。
採用自WO 2005/076386(在此是以引用方式併入本文供參考)的圖2顯示從該等主動色彩層之一沉積後的一部分三色主動矩陣像素化OLED顯示器200上面(即是，未透過基板)的圖。該圖顯示界定顯示器像素的觸排112與井114的陣列。井係如同在一連續層或板中的孔徑形成。
圖3a顯示從用於噴墨列印一被動矩陣OLED顯示器的一基板300上面的圖。圖3b顯示透過沿著線條Y-Y'的圖3a的基板一斷面。
參考圖3a與3b，基板具有複數個陰極下切分離器302，以分離相鄰陰極線(其係沉積區域304)。複數個井308係藉由在每一井308之周長的周圍所構成的觸排310加以界定，並讓一陽極層306曝露在井的底部。觸排的邊緣或面係如圖所示朝基板的表面漸縮，迄今在10與40度間的角度。觸排呈現一疏水性表面，以便使其不會被沉積的有機材料溶液變濕，如此有助於在一井中含有沉積材料。此可藉由一觸排材料處理達成，例如具有如在EP 0989778所揭露O2 /CF4 電漿的聚醯亞胺。或者，電漿處理步驟可藉由使用例如在WO 03/083960所揭露氟化聚醯亞胺的一氟化材料而避免。
如前述，觸排與分離器結構可由阻劑材料形成，例如使用用於觸排的一正(或負)阻劑，及用於分離器的一負(或正)阻劑；這兩阻劑可基於聚醯亞胺及旋塗塗布在基板，或可使用一氟化或氟化狀光阻。在範例中，顯示陰極分離器之高度係大約5μm與大約20μm寬。觸排之寬度通常係在20μm與100μm之間，且在範例中，顯示每一邊緣上具有一4μm錐形物(所以觸排之高度係大約1μm)。圖3a的像素係大約300μm平方，但是如稍後描述，一像素的大小可大幅變化，使係取決於所期望的應用。
使用噴墨列印技術的有機發光二極體(OLED)材料沉積技術係在許多文獻中描述，包括例如Y.Yang,"Review of Recent Progress on Polymer Electroluminescent Devices",SPIE Photonics West：Optoelectronics '98,Conf.3279,San Jose,Jan.,1998；EP O 880 303；與"Ink－Jet Printing of Poly mer Light－Emitting Devices",Paul C.Duineveld,Margreet M.de Kok,Michael Buechel,Aad H.Sempel,Kees A.H.Mutsaers,Peter van de Weijer,Ivo G.J.Camps,Ton J.M.van den Biggelaar,Jan－Eric J.M.Rubingh與Eliav I.Haskal,Organic Light－Emitting Materials與Devices V,Zakya H.Kafafi,Editor,Proceedings of SPIE Vol.4464(2002)。噴墨技術可用來沉積用於小分子與聚合物LED的材料。
一揮發性溶劑通常用來沉積一具有0.5%至4%溶解溶劑材料之分子電子材料(典型係一有機半導體材料)。此可採用在數秒與數分鐘之間的任何時間乾燥，且相較於最初的"墨水"量，可產生相當薄的薄膜。時常係沉積多液滴，較佳地在乾燥開始之前，以提供乾式材料的充分厚度。可使用的溶劑包括苯基環己烷與烷基苯，特別係甲苯或二甲苯；其他係在WO 00/59267、WO 01/16251與WO 02/18513中描述；包含此些混合物的一溶劑可使用。例如來自美國加州Litrex Cambridge公司機器的精確噴墨印表機可使用；適用的列印頭可從英國Cambridge的Xaar與美國NH的Spectra,Inc.公司獲得。
噴墨列印具有沉積分子電子裝置材料的許多優點，但是亦有與技術有關的一些缺點。如前述，完整界定的光阻觸排現會漸縮而與基板形成一淺角度，典型係大約15°。然而，頃發現沉積在具有淺邊緣之井的溶解分子電子材料會乾燥以形成相當薄邊緣的一薄膜。圖4a與4b係描述此程序。
圖4a顯示透過使用溶解的材料402(墨水)填滿的井308之一簡化斷面400；及圖4b顯示在材料乾燥以形成一固體薄膜404後的相同井。在此範例中，觸排角度係大約15°，且觸排高度係大約1.5 μm。溶液402具有與典型在30°與40°(例如大約35°)之間的電漿處理觸排材料之一接觸角θc ；此係溶解材料402的表面與其接觸(觸排)的材料所形成的角度，例如在圖4a的角度402a。當溶劑蒸發時，溶液會變濃，且溶液表面會在朝向基板的一觸排向下移動一觸排之漸縮面；乾燥邊緣的貼壁會在最初肩濕邊緣與基板上觸排(井的底部)足部之間的一點上發生("貼壁"係在蒸發期間的點，其中溶液402的直徑d本質保持不變，即使溶液量V減少，換言之，△d/△V＝0，或當相較於液滴直徑時，非常小量)。在圖4b中所顯示之結果係乾式材料404的薄膜在一區域404a中可非常薄，例如10 nm或更小等級，在該區域上接觸觸排面。實際上，乾燥會受到例如內薄外厚現象效應的其他影響而複雜。隨著此影響，因為溶液的厚度在液滴邊緣係小於中心，所以當邊緣乾燥時，溶解材料的濃度會增加。因為邊緣傾向貼壁，溶液然後從液滴的中心朝向邊緣流動以減少濃度梯度。此影響會造成溶解材料傾向沉積在一環，而非均勻地沉積。具表面的乾燥溶液之物理互作用係非常複雜，且完整理論仍待發展。
當相較於噴墨液滴大小的填充井較大時，噴墨沉積的問題會發生。圍繞此問題的一方法係要充分過度填充井，使得溶解的材料會推入井角。此可藉由使用大量稀釋液滴與在井周圍的一高阻障達成。用於沉積大量液體的技術係在WO 03/065474中描述，其描述使用非常高的阻障(例如在第8頁第8至20行)，允許井保持大量液體而不致液體溢流到相鄰井。然而，此結構無法輕易藉由微影蝕刻形成，相反地，一塑膠基板可隆起或注射成型。
US 2005/133802揭示一藉由圖案化光敏材料層所形成的一觸排結構，其中該觸排具有一選擇的結構，如此可處理不正確噴墨液滴沉積的問題。觸排結構設計成包含在井之間(而非於井中)沉積的噴墨液滴；上述問題未處理。
我們先前已描述填充井問題(WO 05/076386，特定參考第6與7頁；與在2006年3月15日所申請的英國專利案號0605128.8，其在此是以引用方式併入本文供參考)之某些解決方案。我們現將描述處理此及相關問題的某些其他有利技術。
根據本發明的一第一觀點，因此提供一光學或光電裝置，其包含一基板與置放在該基板上的複數個離散觸排結構，其中：每一觸排結構界定至少一井的周長；一或多個電荷運輸、電荷注入、濾光與發光材料係置放在井中；及至少一觸排結構界定至少一井的周長，且不延伸至任何相鄰井的周長。
較佳地，在井中置放的材料係如同一發光材料層提供。在此情況中，至少一電荷傳輸及/或注入層亦置放在井中，在從包含發光材料的層分開的一層。
在一些較佳具體實施例中，複數個離散觸排結構之每一者界定單一井的周長。在具體實施例中，無周長部分界定超過一井的觸排。
如此，根據本發明的一相關觀點，提供一分子電子裝置結構，該結構具有用於分子電子材料之以液滴為主沉積的複數個井，該結構包含：一基板；一基底層，其藉由該基板支撐，並界定該等井的基底；一觸排，其係在該基底層，該觸排界定一井的周長，而且其中無周長部分界定超過一井的觸排。
在一些較佳具體實施例中，分子電子材料包含發光材料或半導體材料。觸排結構的具體實施例可同樣滿意用於具有主動與被動矩陣驅動方案的顯示器。在其他具體實施例中，分子電子材料包含濾光材料，因此觸排結構可例如當作圖案化濾色器的架構使用。
在具體實施例中，每一井具有觸排材料的自身周長，因此不同"禁止間隔"存在於屬於相鄰井之"環"觸排間。依此方式，遵循液滴沉積，溶液可建立，接觸其自身不同環觸排的一增加表面區域，而不會侵犯一相鄰井的環觸排。
有關本發明環觸排配置的另一優點包括減少裝置的綁紮接合，因為墨水貼壁行為在沉積墨水的乾燥邊緣係更一致。此外，實驗顯示，當相較於單一與連續觸排結構沉積界定複數個個別井的一標準觸排置放時，一環觸排可適應在井中的一第三更多墨水量。此外，在一環背置放的井中形成的薄膜典型擁有比使用一標準觸排置放所形成的薄膜更厚的邊緣。此可減少或免除從陰極與陽極之間接觸所引起的短路及/或從井周圍的薄膜邊緣所出現的電洞注入層。此外，一環觸排置放可減少基板所需的觸排材料量。
當總液滴量增加時沿著觸排的溶液通路取決於許多因素。特別係，其取決於所使用的材料與溶劑及沉積與乾燥條件，並可藉由例行實驗決定。此外，要考慮的另一重要參數是墨水列印的接觸角與墨水乾燥率(黏度變化與蒸發率平衡)；其他參數包括列印溫度、乾燥溫度、乾燥真空率等、與"內薄外厚現象"的程度。
然而，對於在頂部係平坦的傳統(例如1.5微米觸排)而言，觸排結構的斜率必須大約匹配墨水的接觸角，藉由使用環觸排組態所提供的優點之一係觸排結構的各種斜率與形狀是可應用。事實上，觸排結構係界定一井的周長僅意謂它必須具有未與其他井共用的其本身"向下邊緣斜率"，其在溢入"禁止間隙"之前將始終會有較高的墨水量限制。高墨水量的可能性可提供較厚的層(即是，用於電荷注入、傳送或阻斷的發光層與額外選擇層)、良好噴嘴量平均，及在交叉像素列印法中減少綁紮效應。
在本發明觀點的較佳具體實施例中，當接近井的基底時，觸排具有朝向基板漸縮的垂直厚度。在此置放中，觸排典型會與從15°至75°的基底層所界定的平面形成一角度，較佳地從25°至60°，且更佳仍然係從35°至50°。
環觸排結構可用來沉積一墨水量，以使得墨水(即配方包含一溶劑及活性材料)充滿該環觸排結構之內部邊緣並藉由該環觸排結構之外部邊緣保持。在環觸排井中沉積的溶劑量係大於一傳統井的溶劑量，其中此充滿係不可能發生。只要溶劑已蒸發，較高的量會接著導致一較厚的乾燥層。
本發明已確認觸排半徑可選擇使沉積在井的墨水量會最大，特別使墨水可充滿該環觸排結構的內部邊緣，並藉由該環觸排結構外部邊緣保持。傳統先前技術觸排結構典型擁有大約5微米之半徑。在一較佳具體實施例中，根據本發明的環觸排較佳地具有<0.5 μm半徑，較佳地<0.25 μm。在此使用的"半徑"係意謂具有接觸(但非交叉)側壁表面與觸排上表面二者之周長的一圓形半徑。此係在圖12中說明，其中一環觸排122係在一基板121上提供。一具有半徑r的圓形125係描述，使得其周長係與觸排122的上表面123與側壁表面124二者接觸。
<0.5 μm的半徑可藉由蝕刻一蝕刻材料層、或光圖案化一光阻層達成。
根據進一步較佳具體實施例，當接近井的基底時，觸排具有遠離基板漸縮的一垂直厚度。根據此較佳具體實施例，觸排典型係與從100°至175°的基底層所界定的平面形成一角度，較佳地從120°至160°，且更佳地仍然係從135°至150°。
觸排可不需要漸縮；例如，觸排可具有一均勻垂直厚度，在此情況，與基底層所界定的平面形成的觸排角度實質上90°。
一井可提供給一顯示器的每一像素(或彩色子像素)或在一些顯示器組態中，例如紅、藍與綠的每一色彩子像素可藉由在沿著顯示器的一列或行的通道中的電極所界定。在此後者組態中，一井可包含此(長、薄)通道，且因此可界定一彩色顯示器的複數個彩色子像素。
在對於被動矩陣顯示器製造係特別有利的其他一些具體實施例中，一觸排支撐結構係在觸排下提供，包括井的孔徑，以提供一電絕緣層，其中觸排材料不存在。可瞭解，這係很有用，其中界定環觸排而非僅在本身提供絕緣的連續材料板中的孔徑。雖然一般上一觸排係在此觸排支撐結構的邊緣形成，使得一觸排邊緣係整個界定一井的邊緣，支撐結構可或可不界定部分井周長，此係取決於與絕緣支撐結構有關的觸排定位，原則上，一觸排可向內移到基礎支撐結構的邊緣，所以一井的邊緣可部分藉由此支撐結構的邊緣界定。作為在井下的一支撐結構的替代物而言，電絕緣亦可藉由在一基板上形成環觸排加以提供，然後將一絕緣材料沉積在環觸排之間的空間。絕緣材料可例如藉由噴墨列印而選擇性沉積在環觸排之間的空間。適合的絕緣材料包括例如聚苯乙烯的溶解聚合物。
根據本發明的另一觀點，因此可提供一分子電子裝置結構，該結構具有用於分子電子材料之以液滴為主沉積的複數個井，其中在兩相鄰該井之間的一阻障具有一垂直斷面，該垂直斷面具有：兩外部邊緣，每一外部邊緣界定在該兩相鄰井的個別一者周圍的一個別觸排的至少一部分內部邊緣；及兩內部邊緣，每一內部邊緣界定在該兩相鄰井的個別一者周圍的一個別該觸排的至少一部分外部邊緣。
在一些較佳具體實施例中，阻障的垂直斷面包括在井基底平面上提高的斷面內部邊緣之間的一部分。
較佳地，根據本發明任何觀點的觸排是從光阻形成，並可使用負及/或正光阻二者。光阻可藉由任何傳統微影程序而圖案化，例如使用一光罩或直接寫入技術。光阻可具有多達大約2 μm厚度，較佳地多達大約1 μm。
在一另一相關觀點中，本發明提供一分子電子裝置結構，其中該觸排具有一斷面，且該斷面具有一第一內部邊緣與一第二外部邊緣，而且其中該外部邊緣係組態成在該液滴沉積期間包含該分子電子材料。
在另一相關的觀點中，本發明提供一分子電子裝置結構，其包括該分子電子材料的一液滴，而且其中該液滴係充滿該內部邊緣，直至或到該完整界定觸排的該外部邊緣。
在另一相關觀點中，本發明提供用於一分子電子裝置的一基板，該基板具有複數個環觸排，其界定用於沉積分子電子材料的井，其中每一不同環觸排無部分界定超過一井的周長，而且其中該觸排係由光阻微影蝕刻地形成。
在另一觀點中，本發明提供用以在一基板上製造一分子電子裝置之方法，該方法包含將分子電子材料沉積在至少一井，其周長係藉由一環觸排所界定。較佳地，分子電子材料係以足夠充滿該環觸排結構內部邊緣的量沉積。
在一又另一觀點中，本發明提供用於製造至少一分子電子裝置之方法，該裝置包括一基板，其具有界定一井的至少一環觸排結構，該方法包含將在一溶劑中溶解的分子電子材料沉積在該井，使得在該井的該溶劑量會充滿該環觸排結構的內部邊緣，並由該環觸排結構的外部邊緣所保持。
在一些較佳具體實施例中，環觸排結構的一內部邊緣係下切(具有一"負"角度)；在其他具體實施例中，觸排具有一正輪廓或角度，其係在接近井的基底時會朝向一基板漸縮。在另一具體實施例中，例如形成阻劑的一基礎觸排支撐結構或例如氧化物或氮化物的一些其他材料可用來在具有一可重入結構(其係在其垂直斷面具有一凹入區域的一結構)的井之間構成一阻障，例如在其兩平行側之一者中具一凹入區域的梯形。較佳地，此可重入結構係下切。該方法的具體實施例可包括製造如上面界定的一觸排結構，視需要在製造一觸排支撐結構後，該結構上形成一觸排。
較佳地，分子電子裝置包含一有機發光二極體顯示裝置。然後上述方法的溶劑包含一有機或無極溶劑，例如以苯為主的溶劑，及根據本發明的一具體實施例，觸排可具有一基板的一疏水性表面，例如氟化表面。
請即參考圖5，此描述由觸排所界定的一井，其任一側已使用總墨水量V1 填滿直到其充滿井的頂部(可藉由顯微鏡測量)。在圖中具有大約1.5 μm高度的觸排在頂部係平坦，且通常係相鄰井，且距離xb2 分離在相鄰井的兩相鄰墨水量。溶液具有與觸排材料大約35°的接觸角；此係溶解材料的表面及與觸排材料接觸所形成的角度。觸排的漸縮邊緣會與基板平面形成大約40°的類似觸排角度。圖中的虛線代表在相鄰井的溶液輪廓；可看出溶液量需要小心控制，以避免減少與相鄰溶液接合點的距離xb2 。
圖6描述只要發生溶劑蒸發，圖5的量V1 會變化。溶液會變得更濃，且溶液的表面會朝向基板向下移動該觸排之漸縮面。利用於該觸排之漸縮邊緣上乾燥之部分材料產生乾式材料之薄膜。
圖7描述在一固體700與一液滴702之間作用於介面邊緣的一些力。液滴的邊緣係與固體表面形成角度θ，且此角度與液體表面張力σst 及與固體(蒸氣)表面能量(每單位面積能量)σs 與固體－液體表面能量σs1 有關，此可藉由以下等式表示：σst cos θ＋σs1 ＝σs 方程式1
可瞭解若改變溶劑(例如分子量或表面張力)與一固體表面處理之一或多者，θ會改變。例如，一觸排可具有一疏水性表面，如此不會變濕(雖然極性或非極性溶劑可使用，一般使用的溶劑具有一些極性)或一親水性表面以便濕式處理。一疏水性表面可藉由例如具有O2 /CF4 電漿(如在EP 0989778揭露)的聚醯亞胺的一觸排材料處理達成，或可使用例如在WO 03/083960揭露的一氟化聚醯亞胺的氟化材料。與電漿處理觸排材料的對比角度典型是30°至40°，例如大約35°。
圖8a描述根據本發明的一具體實施例透過一基板之井800的一簡化垂直斷面。基板包括一環觸排802的斷面圖，該環觸排具有環觸排的向下外部邊緣802a斜率所保持的溶液804量V2 。在描述的特定具體實施例中，觸排具有一對稱的斷面，而且其中當接近井的基底時，垂直厚度會朝向基板漸縮。由於在溢入相鄰環觸排之間的間隙之前，向下邊緣斜率的呈現允許有較高墨水量限制，所以量V2 係顯示大於圖5的V1 ，因為存在環觸排。具觸排上表面的溶液接觸角是大約35°，且觸排角度是大約40°。虛線代表在相鄰環觸排上的溶液輪廓，且注意xb3 係小於圖5的xb2 。圖8b描述根據本發明的進一步具體實施例透過一基板之一井810的一另一簡化垂直斷面。再者，基板係支撐環觸排812，此次具有一均勻垂直斷面及具有實質90°的觸排角度。可看出量V3 會充滿直到完整界定觸排的外部邊緣。觸排上溶液的接觸角係實質大約35°，且觸排角度係實質大約90°。量V3 表示大於圖8a的量V2 。此外，距離xb4 表示小於xb3 。
環觸排結構具有位在觸排上的一貼壁。即是，當溶劑蒸發，且溶液量收縮時，溶液量的直徑應該本質會在到達井基底前停止向內移。這會造成圖9a描述的薄膜，例如，其中溶液804的圖8a的量V2 會經歷蒸發，留下在觸排斜率保留小沉積的實質厚度乾式薄膜806。如上述及圖8a與8b的圖式，不同於一標準的觸排結構，墨水會充滿環觸排的內部邊緣，結果具有此內部邊緣向外定位的一貼壁，例如在圖8b所述環觸排的外部邊緣。
為了簡化，上圖說明單一材料沉積在井；然而，可瞭解多層可藉由相應墨水的連續沉積與乾燥處理而沉積於一單層中。例如，在攜載一陽極的基板上形成的一環觸排結構的情況中，除了一發光材料層之外，一或多個的電洞注入層(例如PEDOT摻雜一適當多元酸，例如PSS或Nafion)、一電洞傳輸層、一電子阻斷層、一電洞阻斷層與一電子傳輸層可沉積。在一較佳具體實施例中，一電洞注入層、一電洞傳輸層與一發射層係藉由將對應墨水曬印到環觸排結構形成。熟諳此技術者知道無需基礎層溶解的多層形成方法，例如交聯；及使用可溶解列印材料但不能溶解基礎層材料的溶劑。
圖9b描述根據本發明之許多觸排組態，其範圍係從垂直側壁到一下切情況(包括一下切架選項，其可藉由一濕或乾式各向同性蝕刻程序形成)至一具有一大約橢圓或半圓斷面之觸排結構。全部可包含在液滴沉積期間的分子電子材料。
為製造一下切觸排，可使用各種技術。較佳地，例如聚醯亞胺或一壓克力光阻的一光可確定聚合物或光阻係使用一遮罩或光罩微影蝕刻地圖案化，然後顯影產生一所需的觸排面角。一正或一負光阻可使用(例如，有影像倒轉法，其可用來在一正阻劑將一影像倒轉)。為獲得一下切光阻，光阻可為不足(或過度)曝光與過度顯影；可視需要，一下切輪廓可在顯影前浸泡在溶劑而獲協助。熟諳此技術者將注意存在於微影蝕刻中所使用的基本自旋、曝光、烘烤、顯影、及清洗程序的許多變化(參考例如，A.Reiser,Photoreactive Polymers,Wiley,New York,1089，第39頁，其在此是以引用方式併入本文供參考)。一些特別適合阻劑材料可從日本Zeon Corporation公司獲得，其可供應可調適用於製造有機冷光顯示器的材料(在ELX系列的負阻劑材料、與在WIX系列的正阻劑材料)。
圖10a描述在彩色OLED顯示器1000之一部分的許多像素上的一掃略頭1002通路。該圖顯示該些像素的沉積液滴及存在環觸排802、812。在圖中，紅(R)、綠(G)與藍(B)子像素各具有一分離井及在基底的陽極金屬106。僅經由範例，在一小平坦面板顯示器中一像素可具有50μm之寬度與具有150μm之長度，譬如10μm或20μm寬之觸排；在更適合例如彩色電視應用的較大顯示器中，一像素寬度可為大約200μm。在本發明的具體實施例中，沉積的墨水量可實質上增加，而不會明顯改變像素間距(觸排尺寸)。
圖10b描述一置放，其中環觸排802、812界定縱向通道，每一縱向通道保持用於複數個彩色子像素之材料，子 像素本身係藉由陽極金屬106界定。在具體實施例中，陽極島係藉由例如氧化矽或氮化物或SOG(旋塗玻璃)的一基礎鈍化層分離。再者，一像素無環觸排部分係與另一像素共用。
圖11a顯示透過例如一被動矩陣OLED顯示器的顯示器1100之一部分的斷面，其中一絕緣材料層1102係在陽極金屬部分提供，以便將此從稍後沉積的陰極材料隔離。在圖11b可清楚看出，其可看出不存在絕緣體1102，當陰極金屬沉積在結構(在與陽極金屬電極成直角上提供電極)時，陰極與陽極金屬會短路。絕緣體可包含一傳統絕緣材料，例如氧化物、氮化物或SOG；或者，其可包含一阻劑材料。絕緣體1102較佳地包含一阻劑材料，絕緣體係正或負阻劑之一，例如正阻劑與觸排材料係在例如負阻劑的其他類型阻劑形成。在絕緣體1102包含阻劑材料的情況，此較佳地無氟化處理(所以觸排阻劑黏著固定在基礎阻劑)。適當的阻劑材料包含來自日本Zeon Corporation公司的前述ELX與WIX系列阻劑。
圖11c至11f顯示可與基礎觸排支撐或絕緣材料結合使用之一對環觸排(斷面)之某些替代性組態。
廣泛可列印材料對熟諳此技術者係已知。例如，電洞注入層可為PEDOT、聚苯胺或聚(不飽和聚酯樹脂)與其衍生物、與電荷傳輸、電荷阻斷與發射層可從多種已知可列印的小分子、高分子與樹枝狀聚合物材料形成。例如包含芴重複單元的單聚合物與共聚物之聚合材料係特別最佳用於 發射層。
在上面範例中所述的層列印之後，有機發光二極體的製造可藉由沉積一陰極完成。陰極可為透明或不透明，其是熟諳此技術者已知的廣泛適當材料與沉積技術。對於經由陽極側的發光而言，陰極可為不透明。然而，在特別係主動矩陣裝置的情況中，較佳地係來自裝置的光可透過一透明陰極發射。在此情況中，陽極較佳地係由一反射材料形成；或係一透明材料，例如具有反射材料基礎層的ITO。
有機發光二極體較佳地囊封以避免將水分與氧注入裝置所引起的衰減。適當的密封劑包括玻璃或金屬罐；或一阻障堆疊，其包含聚合物與介電材料的交互層。
熟諳此技術者可明白上述技術並未侷限使用在有機發光二極體(小分子或聚合物)的製造，而是可使用在任何類型分子電子裝置的製造，其中材料可在溶劑中溶解，並可藉由一液滴沉積技術沉積。毫無疑問，許多有效的替代性方案將可由熟諳此技術者發生，並瞭解到本發明並未侷限於描述的具體實施例，修改對於熟諳此技術者是顯然的，而且是在文後申請專利範圍的範疇內。
100．．．OLED裝置
102．．．基板
106．．．陽極
108、108a．．．電洞注入層
108b．．．冷光層
110．．．陰極層
112．．．觸排
114．．．井
121．．．基板
122．．．觸排
123．．．上表面
124．．．側壁表面
125．．．圓形
200．．．OLED顯示器
300．．．基板
302．．．分離器(元件)
304．．．沉積區域
306．．．陽極層
308．．．井
310．．．觸排
400．．．簡化斷面
402、402a．．．溶解的材料
404、404a．．．固體薄膜(區域)
700．．．固體
702．．．液滴
800．．．基板井
802、802a．．．環觸排
804．．．溶液
806．．．乾薄膜
810．．．基板井
812．．．環觸排
1000．．．彩色OLED顯示器
1002．．．掃略頭
1100．．．顯示器
1102．．．絕緣體
本發明的此些及其他觀點現將經由範例連同附圖進一步描述，其中：圖1顯示透過一OLED裝置之範例的垂直斷面；圖2顯示三色像素化OLED顯示器之一部分上方之圖式；圖3a與3b係分別顯示一被動矩陣OLED顯示器的上方與一斷面圖式；圖4a與4b顯示分別使用溶解材料與乾式材料填滿的一OLED顯示基板井的一簡化斷面圖；圖5描述透過使用分子電子材料溶液填滿的井的一簡化垂直斷面；圖6描述在發生溶劑蒸發後的圖5之井；圖7描述在一固體表面上的一液滴表面張力；圖8a與8b係顯示分別透過根據本發明的一環觸排結構的第一與第二具體實施例之垂直斷面；圖9a顯示溶劑蒸發後的圖8a的井，且圖9b描述範例性替代觸排之斷面；圖10與10b顯示一用於彩色OLED顯示器的環觸排結構的第一與第二範例，與將溶解分子電子材料以液滴為主沉積在結構所形成的井；及圖11a至11f分別以垂直斷面與3D效果顯示一被動矩陣OLED顯示器的一井、及圖11a井的垂直斷面結構的替代範例。
圖12係一噴墨式觸排結構及其半徑的示意圖。
802、802a．．．環觸排

Claims (52)

  1. 一種光學或光電(optoelectronic)裝置，其包含一基板與置放於該基板上之複數個離散觸排結構(discrete bank structures)，其中：每一觸排結構界定至少一井(well)的周長(perimeter)；一或多個電荷運輸(transporting)、電荷注入、濾光與發光材料係置放在該井；及至少一觸排結構界定至少一井的周長，且未延伸至任何相鄰井的周長，其中該觸排結構具有<0.25μm之一半徑，該半徑係指具有接觸、但非交叉(crossing)於該觸排結構之一側壁表面與一上表面二者之周長的一圓形之半徑，俾使墨水能夠充滿(brim over)該觸排結構的一內部邊緣，並由該觸排結構的一外部邊緣所保持(held)。
  2. 如請求項1之光學或光電裝置，其中該複數個離散觸排結構之每一者具有一斷面，該斷面具有一內部邊緣與一外部邊緣。
  3. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其中該複數個離散觸排結構之每一者界定一單一井的周長。
  4. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其中該觸排在接近該井的基底時具有朝向該基板漸縮之一垂直厚度。
  5. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其中該觸排在接近該井的基底時，具有遠離該基板漸縮的一垂直厚度。
  6. 如請求項4之光學或光電裝置，其中該觸排是下切而在 基板界定一架，該架界定接納在井中所置放材料的一凹處。
  7. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其中該觸排具有一對稱斷面。
  8. 如請求項4之光學或光電裝置，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從15至75度之夾角。
  9. 如請求項8之光學或光電裝置，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從25至60度之夾角。
  10. 如請求項8之光學或光電裝置，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從35至50度之夾角。
  11. 如請求項5之光學或光電裝置，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從100至175度之夾角。
  12. 如請求項11之光學或光電裝置，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從120至160度之夾角。
  13. 如請求項11之光學或光電裝置，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從135至150度之夾角。
  14. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其中該觸排具有一均勻垂直厚度。
  15. 如請求項14之光學或光電裝置，其中該觸排係與基板所界定的平面形成實質90度之夾角。
  16. 如請求項4之光學或光電裝置，其中該觸排包含正光阻。
  17. 如請求項4之光學或光電裝置，其中該觸排包含負光阻。
  18. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其中該井包括一或多個內部隔間。
  19. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其包含一顯示器，而且其中該井界定該顯示器的一單一像素或色彩子像素。
  20. 如請求項1或2之光學或光電裝置，其包含一彩色顯示器，而且其中該井界定在該顯示器中同色的一列子像素。
  21. 一種分子(molecular)電子裝置結構，該結構具有用於分子電子材料之以液滴為主沉積(droplet-based deposition)之複數個井，該結構包含：一基板；以及一觸排，其在該基板上包含具有一內部邊緣與一外部邊緣之一剖面(cross-section)；及其中該觸排界定一井的周長，而且其中該周長僅界定該井，其中該觸排具有<0.25μm之一半徑，該半徑係指具有接觸、但非交叉於該觸排之一側壁表面與一上表面二者之周長的一圓形之半徑，俾使墨水能夠充滿該觸排結構的一內部邊緣，並由該觸排結構的一外部邊緣所保持。
  22. 如請求項21之分子電子裝置結構，其中該分子電子材料包含發光材料或半導電材料。
  23. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其中該分子電子材料包含濾光材料。
  24. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其中該觸排在接 近該井的基底時具有朝向該基板漸縮之一垂直厚度。
  25. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其中該觸排在接近該井的基底時，具有遠離該基板漸縮的一垂直厚度。
  26. 如請求項24之分子電子裝置結構，其中該觸排是下切而在基板界定一架，該架界定接納在井中所置放材料的一凹處。
  27. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其中該觸排具有一對稱斷面。
  28. 如請求項24之分子電子裝置結構，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從15至75度之夾角。
  29. 如請求項28之分子電子裝置結構，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從25至60度之夾角。
  30. 如請求項28之分子電子裝置結構，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從35至50度之夾角。
  31. 如請求項25之分子電子裝置結構，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從100至175度之夾角。
  32. 如請求項31之分子電子裝置結構，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從120至160度之夾角。
  33. 如請求項31之分子電子裝置結構，其中該觸排係與基板所界定的平面形成從135至150度之夾角。
  34. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其中該觸排具有一均勻垂直厚度。
  35. 如請求項34之分子電子裝置結構，其中該觸排係與基板所界定的平面形成實質90度之夾角。
  36. 如請求項24之分子電子裝置結構，其中該觸排包含正光阻。
  37. 如請求項24之分子電子裝置結構，其中該觸排包含負光阻。
  38. 如請求項21之分子電子裝置結構，其中該觸排具有一斷面，該斷面具有一內部邊緣與一外部邊緣，而且其中該外部邊緣係組態成容納在該液滴沉積期間的該分子電子材料。
  39. 如請求項24之分子電子裝置結構，其包括井材料的一液滴，而且其中該液滴充滿該內部邊緣，直至或至該觸排的該外部邊緣。
  40. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其進一步包含在一對該等觸排下及藉由該基板所支撐的一觸排支撐結構，而且其中該觸排支撐結構界定兩相鄰該等井的至少一部分周長。
  41. 如請求項40之分子電子裝置結構，其進一步包含在該等觸排下及藉由該基板所支撐的一實質電絕緣材料層，其中該等井係藉由在該電絕緣材料層中的孔徑予以界定；而且其中該等觸排係至少部份在該電絕緣材料層上形成。
  42. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其中該井包括一或多個內部隔間。
  43. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其包含一顯示器，而且其中該井界定該顯示器的一單一像素或色彩子 像素。
  44. 如請求項21或22之分子電子裝置結構，其包含一彩色顯示器，而且其中該井界定在該顯示器中同色的一列子像素。
  45. 一種OLED顯示裝置，其包含任何請求項1至20中任一項之光學或光電裝置，其中一發光材料及至少一電荷傳輸及/或注入層置放在一井中。
  46. 一種OLED顯示裝置，其包含任何請求項21至44中任一項之分子電子裝置結構，其中在該井中具有一發光材料及至少一電荷傳輸及/或注入層。
  47. 一種用於在一基板上製造如請求項21至44中任一項所界定之一分子電子裝置結構之方法，該方法包含將分子電子材料沉積在至少一井，其周長係藉由觸排所界定。
  48. 一種用於製造一分子電子裝置之方法，該裝置包括一基板，該基板具有界定一井的至少一環觸排(ring-bank)結構，該方法包含將在溶劑中溶解的分子電子材料沉積在該井，使得在該井中的該溶劑量(volumn)可充滿該環觸排結構的內部邊緣，並由該環觸排結構的外部邊緣所保持，其中該環觸排結構具有<0.25μm之一半徑，該半徑係指具有接觸、但非交叉於該環觸排結構之一側壁表面與一上表面二者之周長的一圓形之半徑。
  49. 如請求項48之方法，其中該環觸排結構的該內部邊緣係下切。
  50. 如請求項48之方法，其中該環觸排結構的該內部邊緣具有一垂直厚度，其可當接近該井基底時，朝向該基板漸縮。
  51. 如請求項48之方法，其中一電絕緣層係在兩相鄰該等環觸排結構之間提供，部份係在該等環觸排結構下。
  52. 如請求項48至51中任一項之方法，其中該分子電子裝置係一OLED顯示裝置。
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