TWI548132B - 製造有機電子裝置之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於製造包含至少一個有機層及一個金屬層之電子裝置的方法。
舉例而言，自有機發光二極體(OLED)或有機光伏電池(OPVC)而知曉包含有機層之電子裝置。在此等裝置中，金屬線通常用以電接觸有機材料。藉由金屬層之微結構化來產生此等金屬線並不容易，此係因為附近的有機材料對來自製造程序的損傷極敏感。在OLED顯示器的試製中蝕刻最外金屬層已描述於文獻(Florian Pschenitzka，2002年6月提交給美國普林斯頓大學(Princeton Univ.)電子工程系(Dept.of Elect.Engg.)之博士論文第145至164頁「Patterning Techniques for Polymer Light-Emitting Diodes」)中，但此一製程尚未廣泛用於工業製造。
基於此背景，本發明之目標係提供一種用於包含必須結構化之材料之電子裝置的改良之製造程序，其中該等程序應尤其適用於工業大規模製造。另外，該結構化應較佳地可用於大範圍的規模，例如既允許精確地移除僅極精細區域亦允許移除大區域。
由根據技術方案1之方法來達成此目標。在附屬技術方案中揭示較佳實施例。
根據本發明之方法係關於製造電子裝置且包含可按照所
列出之次序或以任何其他恰當次序執行之(至少)以下步驟：
a)製造一層堆疊，該層堆疊包含(在該堆疊之一側上)一金屬層及一有機層來作為第一外層及第二外層。在此上下文中，「第一外層」應為該堆疊之最外層，且「第二外層」應緊位於該最外層下方。較佳地，該金屬層為第一外層且該有機層為第二外層，但是，相反配置亦應涵蓋於本發明內。
b)藉由蝕刻來結構化前述(第一及第二)外層。該結構化可尤其包含在該等層之延伸平面中的該等層之初始均一性被破壞(例如藉由在該平面中產生開口)。
應注意，該電子裝置之完整製造常暗示其他裝置特定步驟，該等步驟與本發明無關且因此未列於此處。
所描述之方法之優勢在於：其不要求塗覆藉以沈積該等堆疊層之有機材料或金屬之遮罩，其中此等結構化之遮罩之處置及對準常極繁瑣。實情為，藉由蝕刻程序來達成該有機層及該金屬層兩者之結構化。該蝕刻之另外優勢在於：該蝕刻自非所要之位置移除金屬及有機材料而不產生任何碎片(若將(例如)雷射切割用於該移除則會產生碎片)。
最佳地，為結構化該等外層而進行之蝕刻為乾式蝕刻。在乾式蝕刻中，通常將材料曝露於離子的轟擊(常為反應性氣體之電漿)。典型蝕刻氣體為用於金屬蝕刻之Cl2、BCl3及用於有機塗層之O2電漿。未塗覆液體，此舉具有優
勢，此係因為有機層常對液體極敏感(尤其對水)。
為藉由蝕刻來達成該等外層之結構化，必須以一空間選擇性方式來進行該蝕刻。用以達成此舉之一種較佳方法包含在該蝕刻之前在第一外層上定位一結構化之保護層。因而僅位於該保護層之開口下方之該等(第一及第二)外層的彼等區域將受該蝕刻影響。在已進行蝕刻之後，可移除該保護層，或可將其留於原位且通常在薄膜密封(encapsulation)之狀況下內埋於後續層下方。
可藉由印刷、繪製、經由遮罩進行蒸鍍、經由遮罩進行濺鍍及/或藉由與該金屬層及該有機層相容之任何其他適合製程來(例如)在該第一外層上沈積前述結構化之保護層。若該金屬層為最外層，則其保護該有機層以使得針對該結構化之保護層之恰當沈積程序的選擇較不關鍵。
在本發明之一特定實施例中，前述結構化之保護層可包含一薄膜密封材料。此種類之典型材料包含氮化矽(SiN)、SiON、AlO、SiCN、Al2O3、SiO2、TiO2及/或ZrO2等。若不論如何仍意欲將該電子裝置之薄膜密封作為最終製造步驟，則使用薄膜密封材料作為保護層尤其具有優勢。
根據本發明之另一實施例，該結構化之保護層可包含一額外金屬層，該額外金屬層通常由與該堆疊中之金屬層相同之金屬組成。在此實施例中，該堆疊之金屬層較佳為該堆疊之第一外層，此情形暗示該額外金屬層直接沈積於該堆疊之金屬層之頂部上。可接著對該裝置之整個表面均一
地進行蝕刻，從而以大致相同之速率移除各處金屬材料直至在該金屬最薄之位置處(亦即，在該額外金屬層之開口中)到達該有機層為止。此時，蝕刻自動地停止，且金屬將僅保留在存在該額外金屬層之區域中。在此實施例中，該堆疊之金屬層主要具有在該結構化之額外金屬層之沈積期間保護該金屬層下方之有機層的功能。
一種用以產生前述額外金屬層之方式係經由遮罩進行蒸鍍及/或濺鍍。另一方式包含兩個步驟：第一，在第一外層(其通常為該堆疊之金屬層)上沈積一結構化之隔離層。第二，藉由經由該隔離層進行嘉凡尼生長(galvanic growth)來產生該額外金屬層。在嘉凡尼生長之第二步驟中，僅在該隔離層之開口中沈積金屬材料。在完成該嘉凡尼生長之後，較佳藉由某恰當蝕刻程序來移除該隔離層。
如上文已指明，較佳在一其他製造步驟期間(例如)藉由薄膜密封來密封該電子裝置。藉由此一密封，可保護該裝置中之敏感有機材料免受環境影響。
該堆疊中之有機層之有機材料可視情況包含一有機電致發光材料。接著，所製造之裝置可特定為OLED，因此，所提議之製造程序極具優勢，此係因為該製造程序允許產生該裝置之自由形狀。
該電子裝置之其他尤其適合之實施例包含太陽能電池或有機記憶體。
本發明之此等及其他態樣將自下文描述之一個(多個)實
施例顯而易見，且將參看該(該等)實施例予以闡明。此等實施例將藉助於隨附圖式以實例的方式描述。
相差100之整數倍之類似參考數字在諸圖中指代相同或相似組件。
下文中將關於作為可藉由所提議之方法製造之電子裝置的實例之有機發光二極體(OLED)來描述本發明。
為製造橫向結構化之OLED，可使用一個結構化之有機遮罩及一個結構化之金屬遮罩，經由該結構化之有機遮罩及該結構化之金屬遮罩，各別材料塗覆至下方之載體(基板)。然而，此等遮罩之對準並非毫無價值，結構大小的最小化極有限且極耗成本。另外，結構化之遮罩常變得不穩定。若想要結構化有機層及/或金屬層，可代替地在沈積全部(未結構化)層之後進行。通常可接著使用雷射結構化來移除金屬層及/或有機層。然而，此製程產生碎片，在此後對該裝置應用薄膜密封時，該碎片造成困難。
有鑒於此，本發明提議一種用於製造結構化之OLED的新程序，在該新程序中，即使在進行橫向結構化時亦不需要遮罩，不產生碎片，且由於該等製程在界面(無機/有機/無機)處為自停止製程，所以大的製程窗係可能的(亦即，製程耐受小的製程變化，例如，溫度變化、基板之機械變化等)。所提議之製造方法之較佳實施例之基本特徵為：
1.使用電漿蝕刻來結構化一OLED。
2.使用一蝕刻保護層來界定不應蝕刻之區域。
前述蝕刻保護層可由以下各者組成：
-厚的結構化之金屬層(圖1至圖6)；-上覆薄膜密封之結構化之層(圖7至圖9)；-在蝕刻期間不傷害該OLED且保護該OLED之任何結構化之蝕刻保護層。
舉例而言，可藉由以下步驟來製造前述結構化之金屬層：
-結合用於已生長層之結構化的絕緣體使用金屬(離子液體)之嘉凡尼生長。
-結合蔭蔽遮罩使用熱蒸鍍/濺鍍製程。
可藉由印刷(例如，噴墨印刷、繪製、真空繪製)、經由遮罩進行蒸鍍或其類似者來應用上文提及之結構化之蝕刻保護，該結構化之蝕刻保護可為薄膜密封之部分。舉例而言，該薄膜密封可包含不具有殘餘水或具有極低量的殘餘水之聚合物，例如丙烯酸酯。另外，該薄膜密封亦可包含單體，該等單體接著在該基板上交聯。
在下文中將關於圖1至圖6來描述根據本發明之有機半導體裝置的第一製造方法之連續步驟。
圖1說明起點，其中將電致發光有機層120(「第二外層」)及接著金屬層130(「第一外層」)蒸鍍至未結構化之基板110上以產生一均勻層堆疊(其中該基板通常包含在頂部上之導電層(例如，ITO層)，該導電層未在此處詳細展示)。在最終裝置中，金屬層130常作為陰極來操作。
圖2展示下一步驟，其中將一結構化之抗蝕劑/絕緣體層150作為「隔離層」印刷至該裝置之金屬層130上。可將此
隔離層150之開口任意地塑形，從而允許產生自由形狀之OLED。
圖3展示後續之嘉凡尼電鍍(galvanic plating)步驟，其用以塗覆一額外金屬層140以將未被隔離層150覆蓋之區域中之陰極130加厚。此額外金屬層140之材料通常為與陰極130之材料相同之金屬，例如，鋁。
圖4展示下一步驟，其中藉由電漿蝕刻來移除絕緣體層150。
在圖5中，展示該金屬之後續(全區域)蝕刻。歸因於該金屬(層130、層140)之厚度變化，首先蝕刻掉在電鍍步驟期間存在抗蝕劑150之區域(亦即，額外金屬層140之開口)。當到達有機層120時，此等區域中之蝕刻製程停止。以虛線指示在未結構化之金屬層130與額外金屬層140之間的原始邊界。
圖6展示下一步驟，其為有機層120之乾式蝕刻製程。不應蝕刻之區域覆蓋以金屬，因此該有機半導體裝置(此處為最終產生之OLED 100)得到保護。
在圖5及圖6之處理步驟中，額外金屬層140充當用於蝕刻其下方之層的結構化之保護層。所描述之製程可(例如)用於在OLED中鑽出通孔、將OLED彼此分離或其類似者。
圖7至圖9說明OLED 200的替代製造程序。如上文所述，此製程自基板210、電致發光有機層220及金屬層(陰極)230之堆疊開始。
根據圖7，接著在最外金屬層230上沈積有機薄膜密封材
料，從而產生結構化之保護層240。此層之材料可(例如)包含有機塗層以用於平坦化以覆蓋障壁層中之針孔。
接著，經由結構化之保護層240之開口來乾式蝕刻金屬層230(圖8)及有機層220(圖9)，從而產生所要之橫向結構化之OLED裝置200。
總體而言，上述實例表明藉由使用無微影乾式蝕刻步驟來結構化OLED或其他有機半導體裝置之可能性。該乾式蝕刻步驟比雷射切割步驟優越，此係因為不產生碎片。因此，在結構化之後，該裝置之薄膜密封仍係可能的。亦可(例如)應用所揭示之程序來製造太陽能電池或有機記憶體。
最終，應指出在本申請案中，術語「包含」並不排除其他元件或步驟，「一」並不排除複數個，且單一處理器或其他單元可實現若干構件之功能。本發明在於每一新穎特性特徵及特性特徵之每一組合。另外，申請專利範圍中之參考符號不應理解為限制本發明之範疇。
100‧‧‧電子裝置/OLED
110‧‧‧基板
120‧‧‧電致發光有機層/外層
130‧‧‧金屬層/第一外層/陰極
140‧‧‧額外金屬層/結構化之保護層
150‧‧‧結構化之隔離層/結構化之抗蝕劑/絕緣體層
200‧‧‧電子裝置/OLED
210‧‧‧基板
220‧‧‧電致發光有機層/外層
230‧‧‧最外金屬層/陰極/第一外層
240‧‧‧結構化之保護層
圖1至圖6說明根據本發明之第一實施例的連續製造步驟，其中該等圖式之左部展示示意性區段，且右部展示各別中間工件之對應俯視圖；圖7至圖9以示意性側視圖說明根據本發明之第二方法的連續製造步驟。
110‧‧‧基板
120‧‧‧電致發光有機層/外層
130‧‧‧金屬層/第一外層/陰極
140‧‧‧額外金屬層/結構化之保護層
150‧‧‧結構化之隔離層/結構化之抗蝕劑/絕緣體層
Claims (10)
- 一種用於製造一電子裝置(100、200)之方法，該方法包含以下步驟：產生一層堆疊，該層堆疊包含一金屬層(130、230)及一有機層(120、220)來作為第一外層及第二外層；在該第一外層(130、230)上沈積一結構化之保護層(140、240)，該結構化之保護層包含一額外金屬層(140)；及在沈積該結構化之保護層之後，藉由蝕刻來結構化該等外層(120、130、220、230)。
- 如請求項1之方法，其中該蝕刻包含一乾式蝕刻。
- 如請求項1之方法，其中該第一外層為該金屬層(130、230)。
- 如請求項1之方法，其中藉由印刷、繪製及/或經由一遮罩進行蒸鍍或濺鍍來沈積該結構化之保護層(140、240)。
- 如請求項1之方法，其中該結構化之保護層(240)包含一薄膜密封(encapsulation)材料。
- 如請求項1之方法，其中藉由經由一遮罩進行蒸鍍及/或濺鍍來產生該額外金屬層(140)。
- 如請求項1之方法， 其中在該第一外層(130)上沈積一結構化之隔離層(150)，且經由該隔離層進行嘉凡尼生長(galvanic growth)以產生該額外金屬層(140)。
- 如請求項1之方法，其中該電子裝置(100、200)係經密封。
- 如請求項1之方法，其中該有機層(120、220)包含一有機電致發光材料。
- 如請求項1之方法，其中該電子裝置為一OLED(100、200)、一有機太陽能電池或一有機記憶體。
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