WO2003007378A2 - Organisches, elektrolumineszierendes display und dessen herstellung - Google Patents

Organisches, elektrolumineszierendes display und dessen herstellung Download PDF

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WO2003007378A2
WO2003007378A2 PCT/DE2002/002429 DE0202429W WO03007378A2 WO 2003007378 A2 WO2003007378 A2 WO 2003007378A2 DE 0202429 W DE0202429 W DE 0202429W WO 03007378 A2 WO03007378 A2 WO 03007378A2
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electrode
insulating layer
windows
layer
structured
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Jan Birnstock
Jörg BLÄSSING
Karsten Heuser
Matthias STÖSSEL
Georg Wittmann
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/17—Passive-matrix OLED displays
    • H10K59/173—Passive-matrix OLED displays comprising banks or shadow masks
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/17—Passive-matrix OLED displays

Definitions

  • the invention relates to a display based on electroluminescent polymers with a structured matrix of pixels and a structured second electrode, and to the production thereof.
  • LC displays liquid crystal displays
  • the technology of the LCDs also has serious disadvantages.
  • LC displays are not self-emitting and can therefore only be read or recognized easily in particularly favorable ambient lighting conditions. In most cases, this requires backlighting, which in turn multiplies the thickness of the flat screen.
  • the majority of the electrical power consumption is then used for the lighting, and a higher voltage is required for the operation of the lamps or fluorescent tubes. This is usually generated with the aid of "voltage-up converters" from the batteries or accumulators.
  • Another disadvantage is the greatly restricted viewing angle of simple LCDs and the long switching times of individual pixels, which are typically a few milliseconds and are also strongly temperature-dependent Delayed image build-up, for example, is extremely disruptive when used in transportation or video applications.
  • OLEDs organic light emitting diodes
  • the switching times are in the range of one microsecond and are only slightly temperature-dependent, which enables them to be used for video applications.
  • the reading angle is almost 180 °.
  • Polarization foils, as are required in LC displays, are usually not required, so that a greater brightness of the display elements can be achieved.
  • Another advantage is the use of flexible and non-planar substrates, as well as the simple and inexpensive production.
  • OLEDs have two technologies that differ in the type and processing of organic materials.
  • low molecular weight organic materials such as hydroxyquinoline aluminum III salt (Alq 3 ) can be used, which are mostly applied to the corresponding substrate by thermal evaporation.
  • Displays based on this technology are already commercially available and z. Zt. mainly used in automotive electronics. Since the manufacture of these components involves numerous process steps under high vacuum, this technology has disadvantages due to the high investment and maintenance costs, as well as the relatively low throughput.
  • Typical polymers are polyaniline, PEDOT (Bayer), poly (p- phenylene-vinylene), poly (2-methoxy-5- (2'-ethyl) -hexyloxy-p-phenylene-vinylene) or polyalkylfluorenes, and numerous derivatives thereof.
  • the layer structure of organic light-emitting diodes is typically carried out as follows:
  • a transparent substrate for example glass
  • a transparent electrode for example indium tin oxide, ITO
  • the transparent electrode is then structured using a photolithographic process, which later defines the shape of the luminous pixel.
  • One or more organic layers consisting of electroluminescent polymers, oligomers, low molecular weight compounds (see above) or mixtures thereof are then applied to the substrate with the structured electrode.
  • Polymeric substances are mostly applied from the liquid phase by knife coating or spin coating, and more recently also by various printing techniques.
  • Low molecular weight and oligomeric substances are mostly deposited from the gas phase by vapor deposition or "physical vapor deposition" (PVD).
  • the total layer thickness can be between 10 nm and 10 ⁇ m and is typically between 50 and 200 nm.
  • a counter electrode is then placed on these organic layers.
  • the cathode is applied, which usually consists of a metal, a metal alloy or a thin insulator layer and a thick metal layer.
  • the vapor phase deposition by thermal evaporation, electron beam evaporation or sputtering is usually used to produce the cathode layers.
  • the challenge in the production of structured displays is, in particular, to structure the layer structure described above in such a way that a matrix of individually controllable, differently colored pixels is created.
  • the structuring of the ITO anode a lithographic phic technology. ITO is extremely insensitive to typical photoresists and developer liquids and can be easily etched using acids such as HBr. Structures with a resolution of a few micrometers can be easily created.
  • the individual functional layers can be structured onto the substrate by means of a shadow mask, so that red, green and blue pixel regions are created.
  • a shadow mask For the stripe-shaped structuring of the metal cathode (perpendicular to the ITO stripes underneath), evaporation by means of a shadow mask technique also lends itself.
  • this due to the low resolution and the critical adjustment of the masks above the substrate, this has considerable disadvantages in practice.
  • European patent 0 892 028 A2 describes a method in which a layer of an insulating material is first applied to the ITO substrate, in which windows are let in at the locations where the pixels are later to be located.
  • This insulating material can be photoresist, for example, which is modified so that it is not wetted by the polymer solutions.
  • the individual drops of the solutions red, green, blue
  • Patent specification EP 0 732 868 A2 describes a method in which a lithographic treatment of the functional layers is avoided and at the same time a structured cathode can be deposited.
  • the separators for the cathode separation are first created and then the functional layers in a vacuum by a shadow vapor-deposited mask.
  • the serious disadvantage of this method is that the shadow mask does not lie directly on the substrate or the electrode located thereon, but is placed on the separating webs. This significantly exacerbates the problem of low resolution in shadow mask technology mentioned above, by back-steaming the mask.
  • the problem can be described with two points.
  • the structured application of the polymer solutions must prevent the different colors from running together.
  • it must also be possible to structure the second electrode at the same time in passive matrix-operated screens.
  • the object of the present invention is to provide a passive matrix-driven display based on electroluminescent polymers which avoids the disadvantages mentioned above. This object is achieved with a display according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of the display and its manufacture are the subject of the subclaims.
  • a novel, pre-structured substrate is used which permits the problem-free structuring of the image points with the aid of a window layer and the simultaneous structuring of the second electrode by means of separating webs, without having to carry out aggressive lithography steps on the functional polymers.
  • a display according to the invention has the following features:
  • First electrode strips running parallel to one another are located on a substrate
  • a first insulating layer is located on a substrate above the first electrode strip, in which windows are arranged above the first electrode strip and delimit the functional layers located therein, at least one further insulating strip-shaped layer, which is located between the windows of the first insulating layer, is arranged as webs transversely to the first electrode strips,
  • a second electrode which contacts the functional layers, is structured by the webs and runs transversely to the first electrode strips.
  • the invention describes a passive matrix-driven display in which, in comparison to the prior art, an insulating window layer to delimit the pixels and separating webs, consisting of at least one insulating layer, is used to structure the second electrode (cathode).
  • an insulating window layer to delimit the pixels and separating webs, consisting of at least one insulating layer, is used to structure the second electrode (cathode).
  • the advantage is that the layer structure for the windows and webs is produced on the substrate before the polymer solutions and the cathode are applied. In this way, neither the sensitive polymer layers nor the cathode metals are exposed to aggressive chemicals or UV light, which would be necessary for subsequent structuring.
  • the polymer solutions which usually consist of a polar transport polymer and non-polar emitter polymers, are both mechanical (due to the correspondingly high layer thickness of the window layer) and "chemical" (through passivation through, for example, fluorination or other chemical treatment of the surfaces that cause wetting this surface with functional polymers prevented) limited in the individual pixels.
  • An obtuse angle between the edges of the windows in the window layer ensures that the individual pixels are securely metallized without the risk of the metal film tearing off.
  • a reliable electrical structuring of the metal cathode is ensured by high dividers with a sharp tear-off edge.
  • a surface treatment of the separators by fluorination prevents an underwashing with polymers, which would make it difficult to reliably tear off the metal films at the separators.
  • a display according to the invention advantageously has the following features:
  • Electrode connecting pieces for the second electrode which run transversely to and laterally to the first electrode strips, are arranged on the substrate,
  • the windows are arranged in the first insulating layer above the electrode connecting pieces or the first insulating layer is structured such that regions of this layer are arranged between the electrode connecting pieces,
  • the second electrode contacts the electrode connectors
  • An encapsulation is attached, which covers at least the area of the second electrode and the insulating layer and leaves one end of each electrode connector free.
  • the additionally structured electrode connecting pieces like the first electrode strips, preferably consist of the air and moisture-stable ITO. Because these cathode connecting pieces are led out under the encapsulation, the cathode material itself, which usually consists of sensitive metals, is not exposed to the air, which considerably increases the service life of a display.
  • the window layer according to the invention is guided over the ITO connectors and additional windows in the window layer or recesses in the window layer for the cathode connectors are provided over the connectors, so that the separators are not a step overcome at the end of the window layer, but are always built on a base of the window layer.
  • both versions of the window layer still allow the cathode connectors to be contacted by the cathode.
  • a three-layer structure is provided on the substrate,
  • a second and third insulating layer can be arranged as strip-shaped webs across the first insulating layer, transversely to the first electrode strips,
  • first and third insulating layers can consist of the same material, preferably a positive photoresist,
  • the second insulating layer can consist of polyimide.
  • the three-layer structure has dividers with two layers. Due to the two-layer structure, these dividers can form extremely sharp tear-off edges, which later ensure particularly reliable tearing off and isolation of the cathode strips from one another when the metal films are applied.
  • An embodiment in which both the window layer and the cap of the insulating separating webs, which is realized by the third insulating layer, consist of the same photo-structurable material, has additional advantages. In production, only two instead of three insulating materials have to be processed, which leads to cost savings for the materials, the developers and the solvents.
  • the windows and the caps of the separators are chemically identical, which means that they are stable to the same solvent and cleaning procedures. This is a great advantage in terms of process technology. Windows and caps of the dividers can be passivated by wetting in the same step. For example, by plasma treatment.
  • the windows arranged in the first insulating layer are rectangular, or
  • the windows of the first insulating layer are rectangular with rounded corners, or
  • the windows are hexagonal, and the first electrode strips follow the outline of the windows in the area of the windows and the webs are angled around the hexagons.
  • hexagons have the advantage over round pixels that they allow a higher proportion of the active area in the total area of the display.
  • the focal points of the red, green and blue pixels that belong together are closer together than in the case of round pixels, which improves the color impression when viewing the display.
  • the separators are also angled around the pixels
  • the method for producing the display according to the invention is essentially based on first structuring the window layer for delimiting the pixels and then the webs for separating the cathode strips on the substrate, and only then the functional layers in the windows are applied so that no lithographic processes have to be carried out on the sensitive polymer layers.
  • the third insulating layer is first structured using a shadow mask and a photolithographic process. This layer then serves as a mask for structuring the second layer, which represents the feet for the dividers.
  • FIG. 1 shows the 3-layer structure according to the invention on a substrate with a window layer, feet of the dividers and caps of the dividers.
  • Figure 2 shows openings in the window layer over the first electrode strip and the electrode connectors.
  • FIG. 3 shows extensions of the first insulating layer which are arranged between the electrode connecting pieces.
  • Figure 4 shows the complete structure of a display according to the invention with the applied cathodes and the encapsulation.
  • FIG. 5 shows various design options for the windows in the first insulating layer above the first electrode strip.
  • FIG. 6 shows the design of the first electrode strips in the case of hexagonal pixels.
  • Figure 7 shows the cross section through a structure of the display according to the invention.
  • Figure 8 shows the arrangement of the pixels and the separators in the case of hexagonal pixels.
  • Figures 9A to G each show in cross section through the structure of a substrate different stages in the manufacture of the display according to the invention.
  • FIG. 1 shows a top view of the structure of a display according to the invention, the pixels of different colors R, G and B being located in the windows 10 of the window layer 5 above the electrode strips 1 in the case of a color display.
  • the separators for the cathode separation run between the pixels. In the case of a two-layer structure, they consist of the feet 15 and the caps 20. Alternatively, single-layer arrangements or arrangements comprising more than two layers are also possible for the separating webs, which preferably have overhanging edges at which the metal for the second electrode can tear off ,
  • the dashed lines exemplify the course of one of the electrode strips 1 below the window layer 5.
  • FIG. 2 shows round pixels 10 in the window layer 5 over the first electrode strip.
  • further windows 40 are present in the window layer above the electrode connectors 2a.
  • FIG. 3 shows extensions 55 in the window layer 5, which are arranged between the electrode connection pieces 2a and allow the separating webs to be continued between the electrode connection pieces.
  • FIG. 4 shows the complete structure of a display according to the invention on a substrate 1 with applied second electrodes 2 and an encapsulation 30, each of which has an end of leaves each first electrode strip and one end of each electrode connection piece 2a free for the cathode 2.
  • FIG. 5 shows various design options for the windows 10 in the first insulating layer 5. For the sake of simplicity, the different windows are shown side by side in only one display. You can see hexagonal pixels, round pixels, rectangular pixels and rectangular pixels with rounded corners.
  • FIG. 6 shows the configuration of the first electrode strips in the case of hexagonal pixels. It can be seen that the first electrode strips in the area of the pixels which are arranged above follow their outline.
  • Figure 7 shows a cross section through the arrangement of a display according to the invention.
  • a three-layer design option can be seen, in which the feet 15 and the caps 20 of the separating webs are structured on the insulating window layer 5.
  • the pixels that contact the first electrode 1 and the second electrode 2 are located in the windows of the window layer.
  • the pixels generally consist of a hole transport polymer 12 and an emitter polymer 14.
  • FIG. 8 shows the arrangement of the pixels and the separators in the case of hexagonal pixels. It can be seen that the different subpixels in the case of a color display R, G and B can be arranged much more closely, so that a higher fill factor for the display is possible.
  • the dividers (in the case of a two-layer structure 15 and 20) are angled around the pixels.
  • FIG. 9A shows the photolithographic structuring of the first insulating layer, which in this case consists of photoresist, with the aid of a shadow mask 90, so that the window layer 5 is formed.
  • the caps 20 of the separating webs are defined by exposure using a shadow mask 100 and are formed by development.
  • the non-photostructurable layer 15A for example polyimide
  • the third insulating layer 20A for example a photoresist
  • FIG. 9C shows the structuring of the feet of the separating webs by means of a solvent which acts selectively on the layer 15A.
  • the caps 20 already formed serve as a mask for structuring the feet.
  • FIG. 9E shows the large-area vapor deposition of the second electrode, which is structured by tearing off the metal film at the edges of the separating webs.
  • FIG. 9F shows the structure of a display according to the invention after the second electrode 2 has been applied.
  • An exemplary image point can be seen in a window of the window layer 5, which consists of the functional polymers 12 and 14, which is on one side of the first electrode and on the be contacted on the other side by the second electrode.
  • Non-functional metal strips 2b are located on the caps 20 of the separating webs and are formed by tearing off the metal film of the second electrode at the edges of the separating webs.
  • FIG. 9G shows the encapsulation 30 over the entire structure.
  • the invention permits the simultaneous definition of the pixels by structuring the window layer 5 and the structuring of a second electrode by means of the separating webs, which in the two-layer version consist of feet 15 and caps 20 which are arranged on the window layer.
  • a glass substrate 3 coated over a large area with ITO is structured by a lithographic process corresponding to the prior art in combination with an etching process with 30 percent HBr solution in such a way that the electrode strips 1 are formed.
  • a positive photoresist is spun onto the substrate and preheated on a hot plate.
  • the spin parameters are chosen so that a layer with a thickness of approximately 6 ⁇ m is produced.
  • window structures 10 are produced in layer 5 (see FIG. 9A).
  • the windows for the pixels are structured so that the insulating layer has no sharp edges with an acute angle ( ⁇ 90 °). This is necessary because the metal layer applied later must not tear off at the edges of these windows, which would prevent contacting the individual OLED pixels.
  • a positive photoresist is therefore preferably used as the material for the window layer 5.
  • the substrates pretreated in this way are subjected to a heating step in a vacuum oven, which makes the photoresist resistant to the subsequent lithography steps.
  • a layer of a second insulating material preferably a polyimide, is spun onto the substrate over a large area, followed by a brief heating, for example on a hotplate.
  • the cap of the separating webs thus produced now itself serves as a mask for the underlying polyimide layer, which cannot be lithographically structured.
  • a solvent which only acts on the polyimide layer, this is also finally structured in strips, at the feet 15 of the dividers, so that dividers with the cross section shown in FIG. 7 are formed (see also FIGS. 9C and 9D).
  • the substrates pre-structured in this way are subjected to several cleaning steps by treatment with solvents and / or exposure to plasma (for example by CF 4 plasma).
  • a microdosing system for example an inkjet printer
  • a certain amount of the hole transport polymer solution is then initially added to each window.
  • the solutions of the emitter polymers are then each applied to the window between the webs and dried using the same system (see FIG. 9D).
  • the deep windows in combination with the separators, as well as the surface treatment and fluorination through various plasmas offer both a good mechanical and a "chemical" (by preventing wetting) barrier, through which the solutions are enclosed in the windows. In this way, short circuits between the metal cathode via the transport polymer to the ITO can be prevented, as well as short circuits between adjacent cathode tracks, which would result from washing the separating webs with polymer solution.
  • the component is provided, for example, with a metal or glass cap 30 and, for example, encapsulated with a UV-curing epoxy adhesive (see FIG. 9G).
  • a glass substrate 3 coated with ITO over a large area is structured by means of a prior art lithographic process in combination with an etching process with a 30 percent HBr solution such that the first Electrode strips 1 and the electrode connecting pieces 2a are formed (see FIGS. 2, 3 or 4).
  • a positive photoresist is spun onto the substrate and preheated on a hot plate.
  • the spin parameters are chosen so that a layer with a thickness of approximately 6 ⁇ m is produced.
  • window structures 10 are produced over the first electrode strip and the photoresist in the area of the electrode connection pieces is structured in such a way that either the extensions 55 between the connections or the windows 40 are formed over the connections.
  • Example 3 Further steps take place as in Example 1, but the encapsulation 30 only covers one end of the electrode connections (see FIG. 4).
  • a positive photoresist is spun onto the substrate and preheated on a hot plate.
  • the spin parameters are chosen so that a layer with a thickness of approximately 6 ⁇ m is produced.
  • window structures with a corresponding outline according to FIG. 5 (except hexagons) are produced. For example,
  • a large area coated with ITO glass substrate 3 is structured by a prior art lithographic process in combination with an etching process with 30 percent HBr solution so that the first electrode strips 1 are formed and these in the area of the later pixels 10 the outline follow these hexagonal pixels (see Figure 6).
  • a positive photoresist is spun onto the substrate and preheated on a hot plate.
  • the spin parameters are selected analogously to step 2 in example 1.
  • the window structures 10 are produced over the first electrode strip by exposure through a suitable hexagonal mask.
  • Example 3 Further steps are carried out as in Example 1, using a modified lithography mask, so that the separating webs are angled around the hexagonal pixels (see FIG. 8).

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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein passivmatrixgetriebenes Display mit strukturierten Bildpunkten und strukturierter zweiter Elektrode auf der Basis elektrolumineszierender Polymere mit folgenden Merkmalen: funktionelle Polymerschichten (12 und 14), die eine erste Elektrode (1) kontaktieren, werden von den Fenstern einer isolierenden Fensterschicht (5) eingegrenzt, mindestens eine weitere isolierende streifenförmige Schicht (15 und 20 im Falle von zwei Schichten), die sich zwischen den Fenstern der ersten isolierenden Schicht (5) befindet, ist als Stege quer zu den ersten Elektrodenstreifen angeordnet, eine zweite Elektrode (2), die die funktionellen Schichten kontaktiert, ist durch die Stege strukturiert und verläuft quer zu den ersten Elektrodenstreifen zwischen den Stegen.

Description

Beschreibung
Organisches, elektrolumineszierendes Display' und dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Display auf der Grundlage elektro- lumineszierender Polymere mit einer strukturierten Matrix aus Bildpunkten und einer strukturierten zweiten Elektrode, sowie dessen Herstellung.
Die graphische Darstellung von Informationen gewinnt in unserem Alltag stetig an Bedeutung. Zunehmend mehr Gegenstände des täglichen Gebrauchs werden mit Anzeigeelementen ausgestattet, die ein sofortiges Abrufen der vor Ort benötigten Informationen ermöglichen. Neben der herkömmlichen Kathodenstrahlröhre („Cathode Ray Tube, CRT") , welche zwar hohe Bildauflösung liefert, jedoch mit dem Nachteil eines hohen Gewichts und einer hohen Leistungsaufnahme verbunden ist, wurden insbesondere für den Einsatz in mobilen elektronischen Geräten die Technik der Flachbildschirme („Fiat Panel Displays, FPDs") entwickelt.
Die Mobilität der Geräte stellt hohe Anforderungen an das Display, welches zum Einsatz kommen soll. Zunächst ist hier das geringe Gewicht zu erwähnen, welches die herkömmlichen CRTs von Anfang an aus dem Rennen wirft. Geringe Bautiefe ist ein weiteres essentielles Kriterium. In vielen Geräten ist sogar eine Bautiefe der Anzeige von weniger als einem Millimeter erforderlich.
Durch die beschränkte Kapazität der Batterien oder Akkus in den mobilen Geräten ist zudem eine nur geringe Leistungsaufnahme der Displays gefordert. Ein weiteres Kriterium ist eine gute Ablesbarkeit, auch unter großem Winkel zwischen Displayoberfläche und Betrachter, sowie Ablesbarkeit bei verschiedenen UmgebungslichtVerhältnissen. Die Fähigkeit, auch mehrfarbige oder vollfarbige Informationen darstellen zu kön- nen, gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Und last but not least ist natürlich die Lebensdauer der Bauelemente eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz in den verschiedenen Geräten. Die Bedeutung der einzelnen Anforderungskriterien an die Displays ist entsprechend den Einsatzgebieten jeweils unterschiedlich gewichtet.
Auf dem Markt der Flachbildschirme haben sich bereits seit längerem mehrere Technologien etabliert, die hier nicht alle einzeln diskutiert werden sollen. Weitgehend dominant sind heute sog. Flüssigkristall-Anzeigen (LC-Displays) . Neben der kostengünstigen Herstellbarkeit, geringer elektrischer Lei-- stungsaufnähme, kleinem Gewicht und geringem Platzbedarf weist die Technik der LCDs jedoch auch gravierende Nachteile auf. LC-Anzeigen sind nicht selbst-emittierend und daher nur bei besonders günstigen Umgebungslichtverhältnissen leicht abzulesen oder zu erkennen. Dies macht in den meisten Fällen eine Hinterleuchtung erforderlich, welche jedoch wiederum die Dicke des Flachbildschirms vervielfacht. Außerdem wird dann der überwiegende Anteil der elektrischen Leistungsaufnahme für die Beleuchtung verwendet, und es wird eine höhere Spannung für den Betrieb der Lampen oder Leuchtstoffröhren benötigt. Diese wird meist mit Hilfe von „Voltage-Up-Konvertern" aus den Batterien oder Akkumulatoren erzeugt . Ein weiterer Nachteil ist der stark eingeschränkte Betrachtungswinkel einfacher LCDs und die langen Schaltzeiten einzelner Pixel, welche bei typischerweise einigen Millisekunden liegen und zudem stark temperaturabhängig sind. Der verzögerte Bildaufbau macht sich beispielsweise beim Einsatz in Verkehrsmitteln oder bei Videoapplikationen äußerst störend bemerkbar.
Neben den LCDs existieren noch weitere Flachbildschirmtechnologien, z.B. Vakuum-Fluoreszenzanzeigen oder anorganische Dünnfilm-Elektrolumineszenzanzeigen. Diese haben jedoch entweder noch nicht den erforderlichen technischen Reifegrad erreicht oder sind aufgrund hoher Betriebsspannungen oder Her- Stellungskosten nur bedingt für den Einsatz in tragbaren elektronischen Geräten geeignet .
Seit 1987 haben sich Anzeigen auf der Basis organischer Leuchtdioden (organic light emitting diodes, OLEDs) einen Namen gemacht. Diese weisen die obengenannten Nachteile nicht auf. Aufgrund der Selbstemissivität entfällt die Notwendigkeit einer Hinterleuchtung, was den Platzbedarf und die elektrische Leistungsaufnahme erheblich reduziert. Die Schaltzeiten liegen im Bereich einer Mikrosekunde und sind nur gering temperaturabhängig, was den Einatz für Videoapplikationen ermöglicht. Der Ablesewinkel beträgt nahezu 180°. Polarisationsfolien, wie sie bei LC-Displays erforderlich sind, entfallen zumeist, so daß eine größere Helligkeit der Anzeigeelemente erzielbar ist. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendbarkeit flexibler und nicht-planarer Substrate, sowie die einfache und kostengünstige Herstellung.
Bei den OLEDs existieren zwei Technologien, die sich in der Art und in der Verarbeitung der organischen Materialien unterscheiden. Zum einen lassen sich niedermolekulare organische Materialien wie z.B. Hydroxichinolin-Aluminium-III-Salz (Alq3) verwenden, die zumeist durch thermisches Verdampfen auf das entsprechende Substrat aufgebracht werden. Displays auf der Basis dieser Technologie sind bereits kommerziell erhältlich und werden z . Zt . überwiegend in der Automobilelektronik eingesetzt. Da die Herstellung dieser Bauelemente mit zahlreichen Prozeßschritten unter Hochvakuum verbunden ist, birgt diese Technologie jedoch Nachteile durch hohen Invsti- tions- und Wartungsaufwand, sowie relativ geringen Durchsatz.
Seit 1990 wurde daher eine OLED-Technologie entwickelt, die als organische Materialien Polymere verwendet, welche naßchemisch aus einer Lösung auf das Substrat aufgebracht werden können. Die zur Erzeugung der organischen Schichten erforderlichen Vakuumschritte entfallen bei dieser Technik. Typische Polymere sind Polyanilin, PEDOT (Fa. Bayer), Poly(p- phenylen-vinylen) , Poly (2-methoxy-5- (2' -ethyl) -hexyloxy-p- phenylen-vinylen) oder Polyalkylfluorene, sowie zahlreiche Derivate davon.
Der Schichtaufbau organischer Leuchtdioden erfolgt typischerweise folgendermaßen:
Ein transparentes Substrat (beispielsweise Glas) wird großflächig mit einer transparenten Elektrode (beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, ITO) beschichtet. Je nach Anwendung wird dann mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses die transparente Elektrode strukturiert, was später die Form des leuchtenden Bildpunktes definiert.
Auf das Substrat mit der strukturierten Elektrode werden dann eine oder mehrere organische Schichten, bestehend aus elek- trolumineszierenden Polymeren, Oligomeren, niedermolekularen Verbindungen (s.o.) oder Mischungen hiervon, aufgebracht. Das Aufbringen polymerer Substanzen erfolgt meist aus der flüssigen Phase durch Rakeln oder Spin-Coating, sowie neuerdings auch durch verschiedene Drucktechniken. Niedermolekulare und oligomere Substanzen werden meist aus der Gasphase durch Aufdampfen oder „physical vapor deposition" (PVD) abgeschieden. Die Gesamtschichtdicke kann zwischen 10 nm und 10 μm betragen und liegt typischerweise zwischen 50 und 200 nm. Auf diese organischen Schichten wird dann eine Gegenelektrode, die Kathode, aufgebracht, welche üblicherweise aus einem Metall, einer Metall -Legierung oder einer dünnen Isolatorschicht und einer dicken Metallschicht besteht. Zur Herstellung der Kathodenschichten wird meist wiederum die Gasphasen- abscheidung durch thermisches Verdampfen, Elektronenstrahl - verdampfen oder Sputtern eingesetzt.
Bei der Herstellung strukturierter Displays besteht die Herausforderung insbesondere darin, den oben beschriebenen Schichtaufbau so zu strukturieren, daß eine Matrix einzeln ansteuerbarer, verschiedenfarbiger Bildpunkte entsteht. Beim ersten oben beschriebenen Schritt der OLED-Herstellung, der Strukturierung der ITO-Anode, bietet sich eine lithogra- phische Technik an. ITO ist äußerst unempfindlich gegenüber den typischen Photolacken und Entwicklerflüssigkeiten und läßt sich durch Säuren, wie z.B. HBr, leicht ätzen. So lassen sich problemlos Strukturen mit einer Auflösung von wenigen Mikrometern erzeugen.
Wesentlich schwieriger ist die Strukturierung der organischen Schichten und der Metallelektrode. Grund ist die Empfindlichkeit der organischen Materialien, welche durch die nachträgliche Anwendung aggressiver Entwicklerflüssigkeiten oder Lösungsmittel massiv geschädigt würden.
Bei OLEDs auf der Basis verdampfbarer niedermolekularer Schichten lassen sich die einzelnen funktioneilen Schichten strukturiert durch eine Schattenmaske auf das Substrat aufdampfen, so daß rote, grüne und blaue Pixelbereiche entstehen. Für die streifenförmige Strukturierung der Metallkathode (senkrecht zu den darunterliegenden ITO-Streifen) bietet sich ebenfalls eine Verdampfung durch eine Schattenmaskentechnik an. Diese ist jedoch aufgrund der geringen Auflösung und der kritischen Justage der Masken über dem Substrat in der Praxis mit erheblichen Nachteilen behaftet.
Daher wurde hierfür die Methode der isolierenden Trennstege entwickelt . Direkt nach der Strukturierung der ITO-Anode wird dabei durch eine lithographische Technik eine Reihe isolierender Stege mit scharfer Abrißkante senkrecht zu den ITO- Streifen auf die Substrate aufgebracht. Nach Deposition der organischen Schichten wird die Metallkathode großflächig
(d.h. ohne Verwendung einer Schattenmaske) aufgedampft, wobei der Metallfilm jeweils an den scharfen Kanten der Trennstege abreißt. So bilden sich voneinander isolierte Metallstreifen
(Zeilen) , senkrecht zu den darunterliegenden ITO-Anode (Spalten) . Wird eine Spannung an eine bestimmte ITO-Anodenspalte und eine Metallkathodenzeile angelegt, so leuchtet die organische Emitterschicht am Kreuzungspunkt zwischen Zeile und Spalte. Diese Trennstege können verschiedene Querschnitte aufweisen.
Bei OLEDs auf der Basis konjugierter Polymere, welche aus der flüssigen Phase aufgebracht werden, ist die Strukturierung der einzelnen Bildpunkte erheblich schwieriger. Herkömmliche Techniken, wie z.B. Aufschleudern oder Rakeln, verteilen die Polymerlösung gleichmäßig über das gesamte Substrat . Eine Unterteilung in rote, grüne und blaue Bereiche mit kleiner Strukturbreite im Falle eines Farbdisplays ist somit nur schwer möglich, außer durch nachträgliche Strukturierung mit Hilfe aggressiver lithographischer Methoden, welche die Polymere erheblich schädigen.
Aus diesem Grund wurden bereits in der Vergangenheit mehrere Drucktechniken erfolgreich für das strukturierte Aufbringen von Polymeren eingesetzt. Eine Technik, welche sich hier besonders bewährt hat, ist der Tintenstrahldruck, sowie mehrere Varianten davon.
Auch bei diesen Drucktechniken besteht jedoch eine große Schwierigkeit darin, ein Ineinanderlaufen der einzelnen, eng benachbarten Farbbereiche zu verhindern. Diese Problematik wurde in der Vergangenheit durch mehrere Lösungsansätze umgangen. In der europäischen Patentschrift 0 892 028 A2 wird ein Verfahren beschrieben, in welchem auf das ITO-Substrat zunächst eine Schicht eines isolierenden Materials aufgebracht wird, in welches an den Stellen, an denen sich später die Pixel befinden sollen, Fenster eingelassen sind. Bei diesem isolierenden Material kann es sich z.B. um Photolack handeln, welcher so modifiziert ist, daß er von den Polymerlösungen nicht benetzt wird. Die einzelnen Tropfen der Lösungen (rot, grün, blau) sind also an den entsprechenden Stellen eingeschlossen ohne ineinanderzulaufen und können somit dort getrennt voneinander trockenen und die Polymerschicht erzeugen. Dieses Verfahren löst jedoch nicht die Problematik der Strukturierung der Kathodenstreifen, welche bei passiv-Matrixgetriebenen Displays als letzte funktioneile Schicht auf das Polymer aufgebracht werden müssen. Für die Strukturierung der Kathoden von passiv-Matrix-Displays wurden daher in der Vergangenheit verschiedene Technologien entwickelt . Für monochrome Displays wurden nach einem besonderen Verfahren Trennstege entwickelt, welche zunächst auf das strukturierte ITO- Substrat aufgebracht werden. Auf diese Substrate werden dann die Polymerlösungen (i.d.R. ein Transportpolymer in einer polaren Lösung, gefolgt von einem Emitterpolymer in einer unpolaren Lösung) nacheinander aufgeschleudert. Als letzte Schicht wird dann die Kathode großflächig aufgedampft, welche an den scharfen Abrißkanten der Trennstege abreißt und somit voneinander isolierte Kathodenstreifen bildet. Dieses Verfahren ist jedoch zunächst nur für ein großflächiges Aufbringen der Polymerlösungen geeignet und somit nicht für Vollfarbdisplays .
Als Weiterentwicklung der Methode der Trennstege für vollfarbige Displays, hergestellt mit einem Tintenstrahldruckverfah- ren, läßt sich daher zusätzlich eine Schicht eines isolierenden Materials mit „Fenstern" (s.o.) aufbringen. Bei dem in der europäischen Patentschrift 0 951 073 A2 beschriebenen Verfahren werden die isolierenden Fenster und Trennstege nach dem Aufbringen einzelner Polymerschichten auf das Substrat aufgebracht. Dies ist wiederum mit den bereits oben beschriebenen Nachteilen einer Behandlung der empfindlichen konjugierten Polymere mit aggressiven Entwicklermaterialien, Lösemitteln und UV-Licht verbunden.
In der Patentschrift EP 0 732 868 A2 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine lithographische Behandlung der funktioneilen Schichten vermieden wird und gleichzeitig eine strukturierte Kathode abgeschieden werden kann. Dazu werden zuerst die Trennstege für die Kathodenseparation erzeugt und dann die funktioneilen Schichten im Vakkuum durch eine Schat- tenmaske aufgedampft. Der schwerwiegende Nachteil dieser Meh- tode besteht darin, daß die Schattenmaske nicht direkt auf dem Substrat bzw. der darauf befindlichen Elektrode aufliegt, sondern auf den Trennstegen abgelegt wird. Damit verschärft sich das bereits oben genannte Problem der geringen Auflösung bei der Schattenmaskentechnik durch eine Hinterdampfung der Maske erheblich.
Zusammenfassend gesagt läßt sich das Problem mit zwei Punkten beschreiben. Einerseits muß beim strukturierten Aufbringen der Polymerlösungen ein Ineinanderlaufen der verschiedenen Farben verhindert werden. Andererseits muß bei Passivmatrix- betriebenen Bildschirmen auch gleichzeitig eine Strukturierung der zweiten Elektrode durchführbar sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein passivma- trixgetriebenes Display auf der Basis elektrolumineszierender Polymere anzugeben, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet. Diese Aufgabe wird mit einem Display nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Displays, sowie dessen Herstellung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der Erfindung wird ein neuartig vorstrukturiertes Substrat eingesetzt, das die problemlose Strukturierung der Bildpunkte mit Hilfe einer Fensterschicht und die gleichzeitige Strukturierung der zweiten Elektrode mittels Trennstegen erlaubt, ohne aggressive Lithographieschritte auf den funktioneilen Polymeren durchführen zu müssen.
Ein erfindungsmäßiges Display weist folgende Merkmale auf:
- Parallel zueinander verlaufende erste Elektrodenstreifen befinden sich auf einem Substrat,
- auf einem Substrat befindet sich über den ersten Elektrodenstreifen eine erste isolierende Schicht, in der über den ersten Elektrodenstreifen Fenster angeordnet sind, die darin befindliche funktionelle Schichten umgrenzen, - mindestens eine weitere isolierende streifenförmige Schicht, die sich zwischen den Fenstern der ersten isolierenden Schicht befindet, ist als Stege quer zu den ersten Elektrodenstreifen angeordnet,
- eine zweite Elektrode, die die funktioneilen Schichten kontaktiert, ist durch die Stege strukturiert und verläuft quer zu den ersten Elektrodenstreifen.
Die Erfindung beschreibt ein passivmatrixgetriebenes Display, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik gleichzeitig eine isolierende Fensterschicht zur Abgrenzung der Bildpunkte und Trennstege, bestehend aus mindestens einer isolierenden Schicht, zur Strukturierung der zweiten Elektrode (Kathode) eingesetzt werden. Der Vorteil besteht darin, daß die Schichtstruktur für die Fenster und Stege auf dem Substrat vor dem Aufbringen der Polymerlösungen und der Kathode erzeugt wird. Auf diese Weise werden weder die empfindlichen Polymerschichten noch die Kathodenmetalle aggressiven Chemikalien oder UV-Licht ausgesetzt, was bei einer nachträglichen Strukturierung erforderlich wäre. Die Polymerlösungen, die in der Regel aus einem polaren Transportpolymer und unpolaren Emitterpolymeren bestehen, werden sowohl mechanisch (durch die entsprechend hohe Schichtdicke der Fensterschicht) als auch "chemisch" (durch Passivierung durch zum Beispiel Fluorierung oder andere chemische Behandlung der Oberflächen, die eine Benetzung dieser Oberflächen mit funktionellen Polymeren verhindert) in den einzelnen Bildpunkten eingegrenzt. Ein stumpfer Winkel der Kanten der Fenster in der Fensterschicht gewährleistet eine sichere Metallisierung der einzelnen Bildpunkte ohne Gefahr des Abreißens des Metallfilms. Eine zuverlässige elektrische Strukturierung der Metallkatode wird durch hohe Trennstege mit scharfer Abrißkante gewährleistet . Eine Oberflächenbehandlung der Trennstege durch Fluorierung (zum Beispiel durch ein CF4-Plasma) verhindert eine Unterspülung mit Polymeren, welche ein zuverlässiges Abreißen der Metallfilme an den Trennstegen erschweren würde. Ein erfindungsmäßiges Display weist vorteilhaft die weiteren folgenden Merkmale auf :
- Elektrodenanschlußstücke für die zweite Elektrode, die quer zu den ersten Elektrodenstreifen und seitlich zu ihnen verlaufen, sind auf dem Substrat angeordnet,
- in der ersten isolierenden Schicht sind über den Elektrodenanschlußstücken Fenster angeordnet oder die erste isolierende Schicht ist so strukturiert, daß Bereiche dieser Schicht zwischen den Elektrodenanschlußstücken angeordnet sind,
- die zweite Elektrode kontaktiert die Elektrodenanschlußstücke,
- eine Verkapselung ist angebracht, die zumindest den Bereich der zweiten Elektrode und die isolierende Schicht bedeckt und jeweils ein Ende jedes Elektrodenanschlußstückes frei läßt.
Die zusätzlich strukturierten Elektrodenanschlußstücke bestehen wie auch die ersten Elektrodenstreifen vorzugsweise aus dem luft- und feuchtigkeitsstabilen ITO. Dadurch, daß diese Kathodenanschlußstücke unter der Verkapselung herausgeführt werden, wird das Kathodenmaterial selbst, das üblicherweise aus empfindlichen Metallen besteht, nicht der Luft ausgesetzt, was die Lebensdauer eines Displays erheblich erhöht. Um einen Überlapp zwischen der Metallkatode und den ITO- Elektrodenanschlußstücken zu gewährleisten, wird die Fensterschicht erfindungsgemäß über die ITO-Anschlußstücke geführt und über den Anschlußstücken werden zusätzlich Fenster in der Fensterschicht oder Aussparungen in der Fensterschicht für die Katodenanschlußstücke vorgesehen, so daß die Trennstege keine Stufe am Ende der Fensterschicht überwinden, sondern stets auf einem Sockel der Fensterschicht aufgebaut sind. Beide Ausführungen der Fensterschicht erlauben aber weiterhin eine Kontaktierung der Katodenanschlußstücke durch die Katode. In einer weiteren Ausgestaltung des Displays ist eine Dreischichtstruktur auf dem Substrat vorgesehen,
- bei der über der ersten isolierenden Schicht eine zweite und dritte isolierende Schicht als streifenförmige Stege quer zu den ersten Elektrodenstreifen angeordnet sein können,
- bei der die erste und dritte isolierende Schicht aus dem gleichen Material, vorzugsweise einem positiven Fotolack bestehen kann,
- bei der die zweite isolierende Schicht aus Polyimid bestehen kann.
Der Dreischichtaufbau weist abgesehen von einer Fensterschicht zur Strukturierung der Bildpunkte Trennstege mit zwei Schichten auf . Durch die zweilagige Struktur können diese Trennstege äußerst scharfe Abrißkanten ausbilden, welche später beim Aufbringen der Metallfilme ein besonders zuverlässiges Abreißen und eine Isolierung der Kathodenstreifen voneinander gewährleisten. Eine Ausführung, bei der sowohl die Fensterschicht als auch die Kappe der isolierenden Trennstege, die durch die dritte isolierende Schicht realisiert wird, aus demselben fotostrukturierbaren Material bestehen, birgt zusätzliche Vorteile. In der Produktion müssen nur zwei anstelle von drei isolierenden Materialien verarbeitet werden, was zu Kosteneinsparungen bei den Materialien, den Entwicklern und den Lösemitteln führt . Die Fenster und die Kappen der Trennstege verhalten sich chemisch identisch, das heißt sie sind stabil gegenüber demselben Lösemittel und Reinigungsprozeduren. Dies ist prozeßtechnisch ein großer Vorteil. Fenster und Kappen der Trennstege lassen sich durch denselben Schritt gegenüber Benetzung passivieren. Zum Beispiel durch Plasmabehandlung .
Alternative Ausführungen der Fenster für die Bildpunkte sind Gegenstände weiterer Ansprüche: - Die in der ersten isolierenden Schicht angeordneten Fenster sind rechteckig ausgebildet, oder
- die Fenster der ersten isolierenden Schicht sind rechteckig mit abgerundeten Ecken ausgebildet, oder
- die Fenster sind sechseckig ausgebildet, und die ersten Elektrodenstreifen folgen im Bereich der Fenster dem Umriß der Fenster und die Stege sind gewinkelt um die Sechsecke angeordnet .
Die Vorteile der verschiedenen Fensterformen sollen im folgenden kurz erläutert werden. Bei rechteckigen Pixeln ist ein höherer Anteil der aktiven Fläche an der Gesamtfläche des Pixels möglich als bei runden Pixeln. Durch Abrundung der Ecken bei den rechteckigen Pixeln ist eine bessere Benetzung der ITO-Oberflache innerhalb der Pixel mit Polymerlösung möglich. Sechseckige Pixel sind mit Hilfe eines Mikrodosierverfahrens
(das heißt Befüllung mit in der Regel runden Tropfen) einfacher zu befüllen als Rechtecke. Andererseits haben Sechsecke gegenüber runden Pixeln den Vorteil, daß sie einen höheren Anteil der aktiven Fläche an der Gesamtfläche des Displays erlauben. Im Falle von Farbdisplays sind in dieser Anordnung zudem (siehe Figur 8) die Schwerpunkte der jeweils zusammengehörigen roten, grünen und blauen Pixel enger beieinander als im Fall runder Pixel, was den Farbeindruck beim Betrachten des Displays verbessert. Im Falle sechseckiger Pixel werden zudem die Trennstege gewinkelt um die Pixel herumgeführt
(siehe Figur 8) .
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsmäßigen Displays (siehe Figuren 9A bis 9G) beruht im wesentlichen darauf, daß zuerst die Fensterschicht zur Eingrenzung der Bildpunkte und dann die Stege zur Separation der Kathodenstreifen auf dem Substrat strukturiert werden, und dann erst die funktionellen Schichten in den Fenstern aufgetragen werden, so daß keine lithographischen Verfahren auf den empfindlichen Polymerschichten durchgeführt werden müssen. Im Falle eines Dreischichtaufbaus werden nach Strukturierung der ersten iso- lierenden Fensterschicht die zweite und dritte isolierende Schicht aufgetragen. Anschließend wird zuerst die dritte isolierende Schicht mit Hilfe einer Schattenmaske und eines photolithographischen Prozesses strukturiert. Diese Schicht dient dann als Maske für die Strukturierung der zweiten Schicht, die die Füße für die Trennstege darstellen.
Die Erfindung wird nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen noch näher erläutert . Die Figuren dienen nur zum besseren Verständnis der Erfindung und sind daher schematisch vereinfacht und nicht maßstabsgetreu.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt den erfindungsmäßigen 3 -Schicht-Aufbau auf einem Substrat mit Fensterschicht, Füßen der Trennstege und Kappen der Trennstege .
Figur 2 zeigt Öffnungen in der Fensterschicht über den ersten Elektrodenstreifen und den Elektrodenanschlußstücken.
Figur 3 zeigt Erweiterungen der ersten isolierenden Schicht, die zwischen den Elektrodenanschlußstücken angeordnet sind.
Figur 4 zeigt den kompletten Aufbau eines erfindungsmäßigen Displays mit den aufgebrachten Kathoden und der Verkapselung.
Figur 5 zeigt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Fenster in der ersten isolierenden Schicht über den ersten Elektrodenstreifen .
Figur 6 zeigt die Ausführung der ersten Elektrodenstreifen im Falle sechseckiger Bildpunkte.
Figur 7 zeigt den Querschnitt durch einen Aufbau des erfindungsmäßigen Displays. Figur 8 zeigt die Anordnung der Bildpunkte und der Trennstege im Falle sechseckiger Bildpunkte.
Figuren 9A bis G zeigen jeweils im Querschnitt durch den Aufbau eines Substrates verschiedene Stadien bei der Herstellung des erfindungsmäßigen Displays.
Detaillierte Beschreibung der Figuren:
Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf den Aufbau eines erfindungsmäßigen Displays, wobei sich in den Fenstern 10 der Fensterschicht 5 über den Elektrodenstreifen 1 im Falle eines Farbdisplays die Bildpunkte verschiedener Farben R, G und B befinden. Die Trennstege für die Katodenseparation verlaufen zwischen den Bildpunkten. Im Falle eines zweischichtigen Auf- baus bestehen sie aus den Füßen 15 und den Kappen 20. Alternativ sind auch einschichtige oder mehr als zwei Schichten umfassende Anordnungen für die Trennstege möglich, die vorzugsweise überhängende Kanten aufweisen, an denen das Metall für die zweite Elektrode abreißen kann. Die gestrichelten Linien kennzeichnen exemplarisch den Verlauf eines der Elektrodenstreifen 1 unterhalb der Fensterschicht 5.
Figur 2 zeigt runde Bildpunkte 10 in der Fensterschicht 5 über den ersten Elektrodenstreifen. Zusätzlich sind weitere Fenster 40 über den Elektrodenanschlußstücken 2a in der Fensterschicht vorhanden.
Figur 3 zeigt alternativ zu Figur 2, Erweiterungen 55 in der Fensterschicht 5, die zwischen den Elektrodenanschlußstücken 2a angeordnet sind und ein Weiterführen der Trennstege zwischen die Elektrodenanschlußstücke erlauben.
Figur 4 zeigt den kompletten Aufbau eines erfindungsmäßigen Displays auf einem Substrat 1 mit aufgebrachten zweiten Elektroden 2 und einer Verkapselung 30, die jeweils ein Ende von jedem ersten Elektrodenstreifen und ein Ende von jedem Elek- trodenanschlußstück 2a für die Katode 2 frei läßt .
Figur 5 zeigt verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten der Fenster 10 in der ersten isolierenden Schicht 5. Der Einfachheit halber sind die unterschiedlichen Fenster in nur einem Display nebeneinander dargestellt. Zu sehen sind sechseckige Bildpunkte, runde Bildpunkte, rechteckige Bildpunkte und rechteckige Bildpunkte mit abgerundeten Ecken.
Figur 6 zeigt die Ausgestaltung der ersten Elektrodenstreifen im Falle sechseckiger Bildpunkte. Zu sehen ist, daß die ersten Elektrodenstreifen im Bereich der Bildpunkte, die darüber angeordnet sind, deren Umriß folgen.
Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung eines erfindungsgemäßen Displays. Zu sehen ist eine dreischichtige Ausführungsmδglichkeit , bei der auf der isolierenden Fensterschicht 5 die Füße 15 und die Kappen 20 der Trennstege strukturiert sind. In den Fenstern der Fensterschicht befinden sich die Bildpunkte, die jeweils die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 kontaktieren. Die Pixel bestehen in der Regel aus einem Lochtransportpolymer 12 und einem Emitterpolymer 14. Auf den Kappen der Trennstege befindet sich eine Metallschicht 2b, die beim Auftragen des Elektrodenmaterials für die zweite Elektrode durch Abreißen an den Kanten der Trennstege gebildet wird, und nicht die funktionellen Schichten kontaktiert.
Figur 8 zeigt die Anordnung der Bildpunkte und der Trennstege im Falle sechseckiger Pixel. Zu sehen ist, daß die verschiedenen Subpixel im Falle eines Farbdisplays R, G und B viel enger angeordnet werden können, so daß ein höherer Füllfaktor für das Display möglich wird. Die Trennstege (im Falle eines Zweischichtaufbaues 15 und 20) werden gewinkelt um die Bildpunkte herumgeführt. Figur 9A stellt die photolithographische Strukturierung der in diesem Fall aus Photolack bestehenden ersten isolierenden Schicht mit Hilfe einer Schattenmaske 90 dar, so daß die Fensterschicht 5 gebildet wird.
In Figur 9B werden nach Auftrag der nicht photostrukturierba- ren Schicht 15A (zum Beispiel Polyimid) und der dritten isolierenden Schicht 20A (zum Beispiel ein Fotolack) durch eine Belichtung mit Hilfe einer Schattenmaske 100 die Kappen 20 der Trennstege definiert und durch Entwicklung ausgebildet.
Figur 9C zeigt die Strukturierung der Füße der Trennstege durch ein selektiv auf die Schicht 15A einwirkendes Lösungsmittel. Dabei dienen die bereits gebildeten Kappen 20 als Maske für die Strukturierung der Füße.
In Figur 9D werden nach der erfolgten Strukturierung des Dreischichtaufbaus 5, 15, 20 die funktionellen Polymere in die Fenster eingebracht .
Figur 9E zeigt das großflächige Aufdampfen der zweiten Elektrode, wobei diese durch Abreißen des Metallfilms an den Kanten der Trennstege strukturiert wird.
Figur 9F zeigt den Aufbau eines erfindungsmäßigen Displays nach dem Aufbringen der zweiten Elektrode 2. Zu sehen ist ein beispielhafter Bildpunkt in einem Fenster der Fensterschicht 5, der aus den funktionellen Polymeren 12 und 14 besteht, die auf einer Seite von der ersten Elektrode und auf der anderen Seite von der zweiten Elektrode kontaktiert werden. Auf den Kappen 20 der Trennstege befinden sich nicht funktioneile Metallstreifen 2b, die durch ein Abreißen des Metallfilms der zweiten Elektrode an den Kanten der Trennstege gebildet werden.
Figur 9G zeigt die Verkapselung 30 über dem gesamten Aufbau. Die Erfindung erlaubt die gleichzeitige Definition der Bildpunkte durch Strukturierung der Fensterschicht 5 und die Strukturierung einer zweiten Elektrode durch die Trennstege, die in der zweischichtigen Ausführung aus Füßen 15 und Kappen 20 bestehen, die auf der Fensterschicht angeordnet sind.
Beispiel 1
Die Herstellung eines passivmatrixgetriebenen Displays mit einem zweischichtigen Trennsteg verläuft nach folgenden Schritten:
1. Ein großflächig mit ITO beschichtetes Glassubstrat 3 wird durch einem, den Stand der Technik entsprechenden lithographischen Prozeß in Kombination mit einem Ätzverfahren mit 30 prozentiger HBr-Lösung so strukturiert, daß die Elektrodenstreifen 1 entstehen.
2. Anschließend wird ein positiver Fotolack auf das Substrat aufgeschleudert und auf einer Heizplatte vorgeheizt. Die Schleuderparameter werden dabei so gewählt, daß eine Schicht einer Dicke von zirka 6 μm entsteht. Durch Belichten durch eine geeignete Maske und Entwickeln (zum Beispiel im Entwickler AZ 726 MIF, Firma Clariant) werden Fensterstrukturen 10 in der Schicht 5 erzeugt (siehe Figur 9A) . Die Fenster für die Bildpunkte werden dabei so strukturiert, daß die isolierende Schicht keine scharfen Kanten mit spitzem Winkel (< 90°) aufweist. Dies ist erforderlich, da die später aufgebrachte Metallschicht an den Kanten dieser Fenster nicht abreißen darf, was eine Kontak- tierung der einzelnen OLED-Bildpunkte verhindern würde. Vorzugsweise wird daher als Material für die Fensterschicht 5 ein positiver Fotolack verwendet. 3. Die so vorbehandelten Substrate werden in einem Vakuumofen einem Aufheizschritt unterzogen, der den Fotolack resi- stent gegen die nachfolgenden Lithographieschritte macht .
4. Als nächstes wird großflächig eine Schicht eines zweiten isolierenden Materials, vorzugsweise ein Polyimid auf das Substrat aufgeschleudert , gefolgt von einem kurzen Aufheizen zum Beispiel auf einer Heizplatte.
5. Auf dieses Polyimid wird dann wiederum großflächig eine weitere Schicht des ersten oder eines davon verschiedenen Fotolacks aufgeschleudert und kurz auf der Heizplatte aufgeheizt. Durch Belichten durch eine geeignete Maske 100 und nachfolgendes Entwickeln mit der gleichen Entwicklerflüssigkeit wie oben beschrieben, wird dieser Lack schließlich zu einer streifenförmigen Struktur, den Kappen der Trennstege 20, geformt (siehe Figur 9B) . Ein nachfolgender Heizschritt erhöht die Stabilität dieser Streifen.
6. Die so erzeugte Kappe der Trennstege dient nun selbst als Maske für die darunterliegende, lithographisch nicht strukturierbare Polyimidschicht . Durch Einwirken eines Lösungsmittels, welches nur auf die Polyimidschicht wirkt, wird schließlich auch dieses streifenförmig, zu den Füßen 15 der Trennstege, strukturiert, so daß sich Trennstege mit den in Figur 7 dargestellten Querschnitt bilden (siehe auch Figur 9C und 9D) . Die Verwendung des gleichen Fotolacks für die Fensterschicht 5 und die Kappen der Trennstege 20 vereinfacht die Produktion, da nur zwei anstelle von drei verschiedenen Materialien für die Fensterschicht und die Stege eingesetzt werden müssen.
7. Die so vorstrukturierten Substrate werden mehreren Reinigungsschritten durch Behandlung mit Lösungsmitteln und/oder Plasmaeinwirkung (zum Beispiel durch CF4-Plasma) unterzogen. 8. Mit Hilfe eines Mikrodosiersystems (zum Beispiel einem Tintenstrahldrucker) wird dann zunächst in jedes Fenster eine gewisse Menge der Lochtransportpolymerlösung gegeben. Nach geeigneter Trocknung werden dann mit demselben System die Lösungen der Emitterpolymere jeweils in die Fenster zwischen die Stege aufgebracht und getrocknet (siehe Figur 9D) . Die tiefen Fenster in Kombination mit den Trennstegen, sowie die Oberflächenbehandlung und Fluorierung durch verschiedene Plasmen, bieten sowohl eine gute mechanische als auch eine "chemische" (durch Verhinderung einer Benetzung) Barriere, durch welche die Lösungen in den Fenstern eingeschlossen werden. Auf diese Weise lassen sich sowohl Kurzschlüsse zwischen Metallkathode über das Transportpolymer zum ITO verhindern, als auch Kurzschlüsse zwischen benachbarten Katodenbahnen, welche durch Unterspülung der Trennstege mit Polymerlösung entstehen würden.
9. Danach wird eine Schicht eines unedlen Metalls, zum Beispiel Kalzium, gefolgt von einer Schicht eines stabilen oder edlen Metalls, zum Beispiel Aluminium oder Silber, aufgedampft, so daß die zweite Elektrode durch Abreißen des Metallfilms an den Kanten der Trennstege gebildet wird
(siehe Figur 9E und 9F) .
10. Abschließend wird das Bauelement zum Beispiel mit einer Metall oder Glaskappe 30 versehen und beispielsweise mit einem UV-härtenden Epoxidkleber verkapselt (siehe Figur 9G) .
Beispiel 2
Herstellung eines Displays mit Elektrodenanschlußstücken
1. Ein großflächig mit ITO beschichtetes Glassubstrat 3 wird durch einen dem Stand der Technik entsprechenden lithographischen Prozeß in Kombination mit einem Ätzverfahren mit 30 prozentiger HBr-Lösung so strukturiert, daß die ersten Elektrodenstreifen 1 und die Elektrodenanschlußstücke 2a gebildet werden (siehe Figuren 2, 3 oder 4) .
2. Anschließend wird ein positiver Fotolack auf das Substrat aufgeschleudert und auf einer Heizplatte vorgeheizt. Die Schleuderparameter werden dabei so gewählt, daß eine Schicht einer Dicke von zirka 6 μm entsteht. Durch Belichten durch eine geeignete Maske und Entwickeln zum Beispiel in Entwickler AZ 726 MIF, Firma Clariant, werden Fensterstrukturen 10 über den ersten Elektrodenstreifen erzeugt und zusätzlich der Fotolack im Bereich der Elektrodenanschlußstücke so strukturiert, daß entweder die Ausläufer 55 zwischen den Anschlüssen oder die Fenster 40 über den Anschlüssen gebildet werden.
3. Weitere Schritte erfolgen wie in Beispiel 1, wobei die Verkapselung 30 allerdings nur jeweils ein Ende der Elektrodenanschlüsse bedeckt (siehe Figur 4) .
Beispiel 3
Herstellung eines Displays mit Pixeln unterschiedlicher Umrisse
1. Analog zu Schritt 1 von Beispiel 1
2. Anschließend wird ein positiver Fotolack auf das Substrat aufgeschleudert und auf einer Heizplatte vorgeheizt. Die Schleuderparameter werden dabei so gewählt, daß eine Schicht einer Dicke von zirka 6 μm entsteht. Durch Belichten durch geeignete Masken und Entwickeln (zum Beispiel in Entwickler AZ 726 MIF, Firma Clariant) werden Fensterstrukturen mit einem entsprechenden Umriß gemäß Figur 5 (außer Sechsecke) erzeugt. Es lassen sich beispielsweise
Bildpunkte mit rechteckigen Umrissen mit rechteckigen Umrissen mit abgerundeten Ecken und runde Bildpunkte realisieren. 3. Nachfolgende Schritte werden wie in Beispiel 1 durchgeführt .
Beispiel 4
Herstellung eines Displays mit sechseckigen Bildpunkten
1. Ein großflächig mit ITO beschichtetes Glassubstrat 3 wird durch einen dem Stand der Technik entsprechenden lithographischen Prozeß in Kombination mit einem Ätzverfahren mit 30 prozentiger HBr-Lösung so strukturiert, daß die ersten Elektrodenstreifen 1 gebildet werden und diese im Bereich der späteren Bildpunkte 10 dem Umriß dieser sechseckigen Bildpunkte folgen (siehe Figur 6) .
2. Anschließend wird ein positiver Fotolack auf das Substrat aufgeschleudert und auf einer Heizplatte vorgeheizt. Die Schleuderparameter werden dabei analog zu Schritt 2 in Beispiel 1 gewählt. Durch Belichten durch eine geeignete sechseckige Maske werden die Fensterstrukturen 10 über den ersten Elektrodenstreifen erzeugt.
3. Weitere Schritte erfolgen wie in Beispiel 1, wobei eine modifizierte Lithographiemaske verwendet wird, so daß die Trennstege gewinkelt um die sechseckigen Bildpunkte herumgeführt werden (siehe Figur 8) .

Claims

Patentansprüche
1. Organisches, elektrolumineszierendes Display mit den Merkmalen, daß parallel zueinander verlaufende erste Elektrodenstreifen (1) auf einem Substrat (3) angeordnet sind, daß auf dem Substrat über den ersten Elektrodenstreifen eine erste isolierende Schicht (5) aufgebracht ist, in der über den ersten Elektrodenstreifen (1) mehrere Fenster (10) vorgesehen sind, die darin befindliche funktioneile Schichten umgrenzen, daß mindestens eine weitere isolierende, zu streifenför- migen Stegen strukturierte Schicht zwischen den Fenstern (10) der ersten isolierenden Schicht quer zu den ersten Elektrodenstreifen (1) auf der ersten isolierenden Schicht angeordnet ist, daß eine zweite Elektrode (2) , die die funktionellen Schichten kontaktiert, durch die Stege streifenförmig strukturiert ist und quer zu den ersten Elektrodenstreifen (1) verläuft.
2. Display nach Anspruch 1 mit den Merkmalen, daß Elektrodenanschlußstücke (2a) , die quer zu den ersten Elektrodenstreifen (1) und seitlich zu ihnen verlaufen, auf dem Substrat (3) angeordnet sind, daß in der ersten isolierenden Schicht (5) über den Elektrodenanschlußstücken (2a) Fenster (40) angeordnet sind, oder daß die erste isolierende Schicht so strukturiert ist, daß Bereiche (55) dieser Schicht zwischen den Elektrodenanschlußstücken (2a) angeordnet sind, daß die zweite Elektrode (2) die Elektrodenanschlußstücke (2a) kontaktiert , daß eine Verkapselung (30) angebracht ist, die zumindest den Bereich der isolierenden Schichten bedeckt und jeweils ein Ende jedes Elektrodenanschlußstückes freiläßt.
3. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem über der ersten isolierenden Schicht eine zweite (15) und dritte (20) isolierende Schicht als streifenför- mige Stege quer zu den ersten Elektrodenstreifen angeordnet sind,
4. Display nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die erste (5) und dritte (20) isolierende Schicht aus dem gleichen Material bestehen.
5. Display nach Anspruch 3 und/oder 4 mit dem Merkmal, daß die erste (5) und dritte (20) isolierende Schicht aus einem positiven Photolack bestehen.
6. Display nach den Ansprüchen 3 bis 5 mit dem Merkmal, daß die zweite isolierende Schicht (15) aus Polyimid besteht .
7. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Merkmal , daß die in der ersten isolierenden Schicht (5) angeordneten Fenster (10) rechteckig ausgebildet sind.
8. Display nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit dem Merkmal, daß die Fenster der ersten isolierenden Schicht (5) rechteckig mit abgerundeten Ecken ausgebildet sind.
9. Display nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit den Merkmalen, daß die Fenster (10) der ersten isolierenden Schicht (5) sechseckig ausgebildet sind, daß die ersten Elektrodenstreifen (1) im Bereich der Fenster (10) dem Umriß der Fenster folgen, daß die Stege gewinkelt um die Sechsecke angeordnet sind.
10. Display nach den vorhergehenden Ansprüchen mit dem Merkmal, daß die isolierenden Schichten durch eine Plasmabehandlung passiviert sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines organischen, elektrolu- mineszierenden Displays, bei dem zuerst parallel zueinander verlaufende erste Elektrodenstreifen (1) auf einem Substrat (3) durch Strukturierung erzeugt werden, bei dem danach eine erste isolierende Schicht (5) aufgetragen wird, in der über den ersten Elektrodenstreifen (1) durch Strukturierung Fenster (10) erzeugt werden, bei dem eine zweite (15) und dritte (20) isolierende Schicht erzeugt werden, wobei zuerst die dritte Schicht und anschließend die zweite Schicht jeweils quer zu den ersten Elektrodenstreifen (1) zu einem streifenförmigen Steg strukturiert werden, der zwischen den Fenstern (10) der ersten isolierenden Schicht verläuft, bei dem anschließend in den Fenstern der ersten isolierenden Schicht (5) auf die ersten Elektrodenstreifen funktio- nelle Schichten aufgetragen werden, bei dem danach eine zweite Elektrode (2) , die die funktionellen Polymere kontaktiert, so aufgetragen wird, daß sie durch die Stege streifenförmig strukturiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zusammen mit und quer zu den ersten Elektrodenstreifen (1) Elektrodenanschlußstücke (2a) durch Strukturierung erzeugt werden, bei dem in der ersten isolierenden Schicht (5) über den Elektrodenanschlußstücken (2a) Fenster erzeugt werden oder die erste isolierende Schicht (5) so strukturiert wird, daß Bereiche (55) dieser Schicht zwischen den Elektrodenanschlußstücken (2a) angeordnet werden, - bei dem die zweite Elektrode (2) so aufgetragen wird, daß sie die funktionellen Schichten und die Elektrodenanschlußstücke (2a) kontaktiert, bei dem eine Verkapselung (30) über den isolierenden Schichten und der zweiten Elektrode angebracht wird, die die isolierenden Schichten bedeckt und jeweils ein Ende jedes Elektrodenanschlußstückes (2a) freiläßt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei dem die isolierenden Schichten nach ihrer Strukturierung passiviert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Passivierung mit Hilfe einer Plasmabehandlung durchgeführt wird.
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