DE19937724C1

DE19937724C1 - Lichtemittierende Matrixanzeige sowie Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Matrixanzeige

Info

Publication number: DE19937724C1
Application number: DE19937724A
Authority: DE
Inventors: Brigitte Grothe; Wolfgang Grothe; Andrea Mayer; Matthias Beckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2019-08-11

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Matrixanzeige vorgeschlagen, das die folgenden Prozessschritte umfasst: DOLLAR A a) Ausbilden einer ersten Elektrode auf einem Substrat, DOLLAR A b) Aufbringen von einer oder mehreren organischen Schichten, wobei wenigstens eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material besteht, DOLLAR A c) Ausbilden von zweiten Elektrodenelementen, DOLLAR A wobei die ersten und zweiten Elektrodenelemente die Bildpunkte der Matrixanzeige definieren, und wobei zur Ausbildung der zweiten Elektrodenelemente Wandabschnitte als Abschattungsmittel erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird eine erste Schicht aus organischem Material in einem Beschichtungsprozess, der keinen Vakuumschritt beinhaltet, vor der Erzeugung der Wandabschnitte aufgebracht. Eine lichtemittierende Matrixanzeige umfasst erste Elektrodenelemente, eine auf den Elektrodenelementen angeordnete Schicht aus organischem Material, darauf angeordnete, streifenförmige Wandabschnitte, eine weitere organische Schicht, die von einer elektrolumineszierenden organischen Schicht überdeckt wird, und die ersten Elektrodenelemente kreuzende zweite Elektrodenelemente.

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Matrixanzeige nach Anspruch 7 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Matrixanzeige nach dem Obergriff des Anspruchs 1, wie aus der Druckschrift EP 553 496 A2 bekannt.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 553 496 A2 ist eine organische elektrolumineszierende Bildanzeigevorrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt geworden. Beim Herstellungsverfahren werden zunächst aus einem Träger erste Elektrodenelemente bereitgestellt, die streifenförmig und im Abstand zueinander angeordnet sind. Auf den Elektrodenelementen wird eine Reihe von Wänden in einer Höhe aufgebaut, welche die spätere Dicke eines darauf abgeschiedenen organischen elektrolumineszierenden Mediums übersteigt. Die Wände dienen bei der Ausbildung von zweiten Elektrodenelementen als Abschattungsmittel. Auf die Wände werden jedoch zunächst eine oder mehrere Schichten eines organischen elektrolumineszierenden Mediums aufgedampft. Die Erzeugung der zweiten Elektrodenelemente erfolgt ebenfalls durch einen Aufdampfschritt, bei welchem allerdings das Substrat zur Verdampfungsquelle derart ausgerichtet ist, dass durch die Wandabschnitte Bereiche auf dem Substrat abgeschattet werden und daher eine Beschichtung in diesen Bereichen mit Elektrodenmaterial nicht erfolgt. D. h. durch diese Vorgehensweise können die zweiten Elektrodenelemente bereits strukturiert auf das übrige Schichtsystem aufgebracht werden. Bei dem in der EP 553 496 A2 beschriebenen Erfindungsgegenstand sind die ersten und zweiten Elektrodenelemente streifenförmig und orthogonal zueinander ausgerichtet.

Durch das selektive Aufdampfen wird ein nachfolgender Strukturierungsprozess der zweiten Elektrodenelemente vermieden, der gegebenenfalls zu einer Degradation des darunter liegenden organischen Schichtsystems bzw. der darunter liegenden organischen Schicht führen kann.

Der in der EP 553 496 A2 beschriebene Herstellungsprozess für eine elektrolumineszierende Bildanzeigevorrichtung ist allerdings auf organische elektrolumineszierende Schichten beschränkt, die aufgedampft werden können. Damit scheiden eine Vielzahl von elektrolumineszierenden organischen Materialien von vorne herein aus.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Matrixanzeige sowie eine Matrixanzeige bereitzustellen, bei welcher die Aufbringung einer organischen elektrolumineszierenden Schichtanordnung in vielfältiger Weise möglich ist und darüber hinaus keine untolerierbare Degradation der organischen Schicht bzw. Schichten durch nachfolgende Prozessschritte auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 10 gelöst.

In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung geht zunächst von einem Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Matrixanzeige aus, das die folgenden Prozessschritte umfasst:

a) Ausbilden erster Elektrodenelemente auf einem Substrat,
b) Aufbringen von einer oder mehreren organischen Schichten, wobei wenigstens eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material besteht,
c) Ausbildung von zweiten Elektrodenelementen, wobei die ersten und zweiten Elektrodenelemente die Bildpunkte der Matrixanzeige definieren, und wobei zur Ausbildung der zweiten Elektrodenelemente Wandabschnitte als Abschattungsmittel erzeugt werden und die Beschichtung der zweiten Elektrodenelemente in einem Vakuumschritt durch eine Quelle erfolgt, deren Mediumstrahl derart zur Substratoberfläche ausgerichtet ist, dass die Wandabschnitte bereichsweise eine Beschichtung der Substratoberfläche verhindern. Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt nun darin, dass die wenigstens eine erste Schicht aus organischem Material mit z. B. löcherinjizierenden Eigenschaften in einem Beschichtungsprozess, der keinen Vakuumschritt beinhaltet, vorzugsweise durch Aufschleudern oder Gießen, vor der Erzeugung der Wandabschnitte aufgebracht wird. Bei dieser Schicht handelt es sich sozusagen um eine Startschicht, auf welche in vorteilhafter Weise zur Ausbildung einer elektrolumineszierenden Schichtanordnung weitere organische Schichten aufgebracht werden. Diese Startschicht legt den Grundstein dafür, dass eine Vielzahl von organischen Materialien verarbeitbar sind, insbesondere auch solche, die bei einem sonst zur Anwendung kommenden Vakuumbeschichtungsprozess die Tendenz haben, sich zu zersetzen. Die Erfindung setzt dabei auf der Erkenntnis auf, daß eine elektrolumineszierende Schichtanordnung aus mehreren organischen Schichten bestehen kann, und hiervon bestimmte Schichten, insbesondere die oben erwähnte erste Schicht, von einem nachfolgenden fotolithographischen Entwicklungsprozess für die Strukturierung einer fotoempfindlichen Schicht zur Erzeugung von Wandabschnitten nur unwesentlich beeinträchtigt wird. D. h. es ist demgemäß möglich, zunächst eine oder mehrere organische Schichten z. B. aufzuschleudern und darauf Wandabschnitte aus z. B. Fotolack für die selektive Beschichtung der zweiten Elektrodenelemente aufzubauen, ohne dass in einem nicht erwünschten Ausmaß eine Degradation der einen oder mehreren organischen Schichten zu befürchten wäre.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Wandabschnitte nach dem Aufbringen der ersten Schicht erzeugt und vor dem Deponieren der elektrolumineszierenden organischen Schicht wenigstens eine weitere organische Schicht, z. B. Lochleiterschicht gemäß der ersten Schicht aufgebracht. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der weiteren organischen Schicht vor der Beschichtung ein Benetzer beigegeben wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass trotz der unterschiedlich hydrophoben Oberflächen der Wandabschnitte und der ersten organischen Schicht die weitere organische Schicht in einer gleichmäßigen Schichtdicke aufbringbar ist.

Vor Ausbildung der zweiten Elektrodenelemente ist es jedoch auch vorteilhaft, wenn mindestens eine elektrolumineszierende organische Schicht, z. B. eine Lochleiterschicht in einem Vakuumbeschichtungsprozess deponiert wird. Für organisches Material, das sich problemlos aufdampfen lässt, kann durch diese Maßnahme eine Schicht mit hoher Reinheit erzielt werden.

Vor dem Aufbringen der zweiten Elektrodenelemente ist es überdies von Vorteil, wenn die elektrolumineszierende Schicht, z. B. Alq₃ in einem Vakuumbeschichtungsprozess deponiert, z. B. aufgedampft wird. Hierdurch lässt sich die Leistungsfähigkeit des elektrolumineszierenden Displays erhöhen.

Eine erfindungsgemäße lichtemittierende Matrixanzeige umfasst ein Substrat, das folgenden Schichtaufbau trägt:

a) Erste Elektrodenelemente,
b) wenigstens eine auf den Elektrodenelementen angeordnete Schicht aus organischem Material,
c) darauf angeordnete Wandabschnitte, vorzugsweise aus fotosensitivem Material, die die organische Schicht in Streifen überdeckt,
d) eine oder mehrere weitere organische Schichten, wobei wenigstens eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material besteht,
e) die Wandabschnitte und die Bereiche zwischen den Wandabschnitten teilweise überdeckende, voneinander elektrisch getrennt geführte zweite Elektrodenelemente.

Bei diesem Schichtaufbau wurde, wie bereits oben erwähnt, die Erkenntnis ausgenutzt, dass auf der wenigstens einen organischen elektrolumineszierenden Schicht ein fotolithographischer Strukturierungsprozess durchgeführt werden kann, ohne dass die organische Schicht in beachtenswerter Weise degradiert wird.

Zur Bereitstellung einer Matrixanzeige mit einfachem Aufbau ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die ersten und zweiten Elektrodenelemente streifenförmig und orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Auf diese Weise kann durch die Schnittfläche von zwei Streifen ein Bildpunkt definiert werden.

Zeichnungen

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Schichtaufbau einer lichtemittierenden Matrixanzeige mit einer organischen elektrolumineszierenden Schicht im Querschnitt,

Fig. 2a einen Ausschnitt einer lichtemittierenden Matrixanzeige mit einem Schichtaufbau gemäß Fig. 1 vor der Aufbringung der Kathode durch Schrägaufdampfung mit einem teilweise dargestellten organischen Schichtsystem in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2b einen Querschnitt durch eine lichtemittierende Matrixanzeige gemäß Fig. 2a) nach dem Aufdampfen der Kathoden,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Substrat mit strukturierten Anoden nach Aufbringung der Wandabschnitte und

Fig. 4 die Anordnung eines Substrats in Bezug auf die Verdampfungsquelle bei einem Vakuumbeschichtungsprozess in schematischer Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die lichtemittierende Matrixanzeige gemäß Fig. 1 umfasst ein Substrat 1 (z. B. Glassubstrat), auf das erste Elektrodenelemente 2 (Anode), z. B. in Form einer Beschichtung aus Indiumzinnoxid (ITO), aufgebracht sind. Darauf folgt eine löcherinjizierende organische Schicht 3, über welcher eine ebenfalls organische Lochleiterschicht 4 angeordnet ist. Auf diesen Schichtaufbau folgt eine lichtemittierende Elektronenleiterschicht und darauf zweite Elektrodenelemente 6 (Kathode), z. B. aus MgAg, um an die Schichtanordnung 3, 4, 5 eine elektrische Spannung anlegen zu können.

In Fig. 1 sind die Wandabschnitte zur Erzeugung der Kathode 6 nicht dargestellt. Die Wandabschnitte werden vorzugsweise durch einen Fotolackprozess erzeugt.

a) Der Fotolackprozess kann sich wie folgt gestalten:
Das Substrat wird zunächst gründlich gereinigt und mit Fotolack (SC 100 negativ resist oder SC 180 negativ resist der Firma Olin) belackt. (Bedingungen: Auftrag des Lackes durch ein 0,45 µm Filter; Schleuderdaten: 2 sec bei 500 U/min. 15 bis 17 sec bei 3000 U/min). Das belackte Substrat wird anschließend fünf Minuten bei 110°C unter Spülung mit trockenem Stickstoff aufgeheizt. Daraus resultieren mit dem Lack SC 100 z. B. 2,9 µm und mit dem Lack SC 180 z. B. 3,1 µm Dicke der Lackschicht. Der Fotolack wird dann durch eine Maske mit 7,5 Milliwatt pro cm² 12 Sekunden lang belichtet. Die Entwicklung des Fotolacks findet in einem entsprechenden Entwicklerbad der Firma Olin statt. Das Substrat wird im Anschluss daran mit n-Butylacetat behandelt. Nach dem Trockenschleudern erfolgt eine Temperaturbehandlung über fünf Minuten bei 130°C.
b) Die Ausbildung einer Anode aus z. B. Indiumzinnoxid (ITO) kann nach dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen.
c) Die löcherinjizierende Schicht besteht z. B. aus PEDT/PSS der Firma Bayer (Polyethylendioxathiophenpolystyrolsulfonat), hierzu wird eine wässrige Suspension aus PEDT/PSS, beispielsweise eine Stunde bei einer Drehzahl von 24.000 U/min in Eiswasser gerührt. Dann wird die Suspension gefiltert und je nach Verfahren ein Benetzer zugegeben. Die Suspension wird anschließend bei z. B. 800 U/min auf die Substrate aufgeschleudert. Anschließend erfolgt ein Trocknungsschritt 20 bis 30 min bei z. B. 130°C.
d) Der Lochleiter kann z. B. aus der Lösung deponiert werden oder auch aufgedampft werden. Bei der Deposition aus der Lösung wird beispielsweise das Matrixpolymer PVK und der Lochleiter in Toluol: THF zu gleichen Volumenanteilen und Rütteln gelöst und anschließend gefiltert. Diese Lösung wird auf das Substrat aufgeschleudert. Anschließend werden beispielsweise bei 110°C die Substrate 30 min. lang getrocknet, um Lösungsmittelreste aus der Schicht zu treiben.
e) Bei der Deposition des Lochleiters durch Aufdampf en werden ohne Matrixpolymer zur Erzeugung einer Schichtdicke von 70 nm ca. 21 mg in einen Quarztiegel gefüllt und im Vakuum aufgedampft.
f) Der Elektronenleiter, z. B. Alq₃, wird vorzugsweise aufgedampft. Hierzu werden ca. 19 mg zur Erzeugung einer Schichtdecke von 70 nm abgewogen und im Vakuum aufgedampft.
g) Als Kathodenmaterial wird beispielsweise Aluminium verwendet. Für den selektiven Aufdampfschritt wird die Aluminiumquelle (beispielsweise ein offenes Wolframschiffchen) in einem Winkel von etwa 60° gegen die Flächennormale des Substrats angeordnet (vergleiche hierzu Fig. 3). Die Aufdampfrate sollte dabei in einem Bereich gehalten werden, die eine sichere Trennung der Kathodenstreifen gewährleistet.

Die Ausbildung der Kathoden soll nochmal im Detail an den Fig. 2a) und b) verdeutlicht werden. In Fig. 2a) wurde auf das Glassubstrat 1 eine Schicht aus ITO aufgebracht und zu ersten streifenförmigen Elektrodenelementen 2 strukturiert (Anoden). Auf die Anoden wurden aus Fotolack Wandabschnitte 7, die senkrecht dazu verlaufen, aufgebracht. Im Anschluss daran wurde ein organisches Schichtsystem 3, 4, 5 deponiert. Das Schichtsystem 3, 4, 5 ist in Fig. 2a) nur teilweise zwischen dem Wandabschnitt 7 dargestellt. Auf diesen Schichtaufbau werden die zweiten Elektrodenelemente 6 durch Schrägaufdampfen, z. B. unter 60°, selektiv aufgedampft. Die Dampfrichtung soll durch die Pfeile in Fig. 2a) verdeutlicht werden. Im Ergebnis erhält man einen Schichtaufbau gemäß Fig. 2b). An diesem Schichtaufbau ist ersichtlich, dass durch das Schrägaufdampfen rechts an die Wandabschnitte 6 angrenzende Bereiche abgeschattet wurden, wodurch sich eine streifenförmige elektrisch voneinander isolierte Struktur der Kathoden 6 ergibt.

Fig. 3 zeigt beispielhaft ein Substrat 10 mit schematisch dargestellten ersten Elektrodenelementen 11 und orthogonal dazu angeordneten Wandabschnitten 12 aus Fotolack. Ein solches Substrat 10 kann für den Aufdampfschritt gemäß Fig. 4 in Bezug auf eine Verdampfungsquelle 13 an einem Blechhalter 14 angeordnet werden. Der Blechhalter 14 mit Substrat 10 ist z. B. am Deckel 15 eines Rezipienten mittels einer Sicherungsschraube 16 montiert.

Beispiele Beispiel 1 Aufbringen der Wandabschnitte nach Aufschleudern einer PEDT/PSS-Schicht und nachfolgend aufgeschleudertem Lochleiter

Bei dieser Variante werden zwei der drei organischen Schichten aus Lösung deponiert, wobei eine davon vor der Erzeugung der Wandabschnitte und die andere danach aufgeschleudert wird. Bei diesem System wird nach dem Aufschleudern der PEDT/PSS-Schicht ein Fotolack zur Ausbildung der Wandabschnitte aufgeschleudert, getrocknet, belichtet, entwickelt und erneut getrocknet. Der Lochleiter wird mit dem Matrixpolymer PVK im Gewichtsverhältnis 2 : 1 in Toluol : Tetrahydrofuran im Volumenverhältnis 1 : 1 gelöst. Der Gesamtfeststoffanteil beträgt 1,7%. Um eine gleichmäßige Schichtdicke des Lochleiters trotz der unterschiedlich hydrophoben Oberflächen der Lackstrukturen und der PEDT/PSS- Schicht zu erreichen wird zu diesem Ansatz ein Benetzer (1-O- Octyl-β-D-gluco-pyranosid, Fa. Aldrich Chem. Co.) in der Größenordnung von etwa 10 ppm zugegeben. Anschließend wird das Alq₃ und das Kathodenmaterial (Aluminium) aufgedampft.

Beispiel 2 Aufbringen der Wandabschnitte aus Fotolack nach Aufschleudern der PEDT/PSS-Schicht und nachfolgend aufgedampftem Lochleiter

Hier wird die organische Schicht PEDT/PSS aus Lösung vor der Ausbildung der Wandabschnitte deponiert (aufgeschleudert). Die Wandabschnitte werden somit ebenfalls nach der Erzeugung der PEDT/PSS-Schicht aufgebracht. Nach einer Trocknung der Lackbahnen wird der Lochleiter und das "Alq₃" aufgedampft. Danach erfolgt die Deposition des Kathodenmaterials (Aluminium) ebenfalls durch Aufdampfen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Matrixanzeige, das die folgenden Prozessschritte umfasst:

a) Ausbilden erster Elektrodenelemente auf einem Substrat,
b) Aufbringen von einer oder mehreren organischen Schichten, wobei wenigstens eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material besteht,
c) Ausbildung von zweiten Elektrodenelementen, wobei die ersten und zweiten Elektrodenelemente die Bildpunkte der Matrixanzeige definieren, und wobei zur Ausbildung der zweiten Elektrodenelemente Wandabschnitte als Abschattungsmittel erzeugt werden und die Beschichtung der zweiten Elektrodenelemente in einem Vakuumschritt durch eine Quelle erfolgt, deren Mediumstrahl derart zur Substratoberfläche ausgerichtet ist, dass die Wandabschnitte bereichsweise eine Beschichtung der Substratoberfläche verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine erste Schicht (3) aus organischem Material in einem Beschichtungsprozess, der keinen Vakuumschritt beinhaltet, vorzugsweise durch Aufschleudern oder Gießen, vor der Erzeugung der Wandabschnitte (7) aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wandabschnitte nach dem Aufbringen der ersten Schicht erzeugt werden und vor dem Deponieren der elektrolumineszierenden organischen Schicht wenigstens eine weitere organische Schicht (4) gemäß der ersten organischen Schicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weiteren organischen Schicht vor der Beschichtung ein Benetzer beigegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandabschnitte nach dem Aufbringen der ersten Schicht erzeugt werden und vor dem Deponieren der elektrolumineszierenden organischen Schicht wenigstens eine weitere organische Schicht in einem Vakuumbeschichtungsprozess aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausbildung der zweiten Elektrodenelemente (6) mindestens eine elektrolumineszierende organische Schicht (5) in einem Vakuumbeschichtungsprozess deponiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der zweiten Elektrodenelemente (6) die elektrolumineszierende Schicht, z. B. Alq₃, vorzugsweise in einem Vakuumbeschichtungsprozess deponiert, z. B. aufgedampft wird.

7. Lichtemittierende Matrixanzeige, die ein Substrat (1) umfasst, das folgenden Schichtaufbau trägt:

a) Erste Elektrodenelemente (2),
b) wenigstens eine auf den Elektrodenelementen angeordnete Schicht aus organischem Material,
c) darauf angeordnete Wandabschnitte, vorzugsweise aus fotosensitivem Material, die die organische Schicht in Streifen überdecken,
d) eine oder mehrere organische Schichten, wobei wenigstens eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material besteht,
e) die Wandabschnitte und die Bereiche zwischen den Wandabschnitten teilweise überdeckende, voneinander elektrisch getrennt geführte zweite Elektrodenelemente (6).