JP3785217B2 - 高密度情報画像表示装置用の二次元有機発光ダイオード・アレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有機発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、高密度情報画像表示装置用途用の有機ＬＥＤアレイの新規な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置用途用の二次元有機ＬＥＤアレイは、行(row) および列(column)に配列された複数の有機ＬＥＤ（そのうち１つまたはそれ以上がピクセルを形成する）によって構成される。アレイ内の各個別の有機ＬＥＤは、光透過第１電極と、この第１電極上に被着された有機エレクトロルミネセンス媒体と、この有機エレクトロルミネセンス媒体の上の金属電極とで一般に構成される。ＬＥＤの電極は接続され、二次元Ｘ−Ｙアドレス指定パターンを形成する。実際には、Ｘ−Ｙアドレス指定パターンは、Ｘ方向とＹ方向とを互いに直交させて、光透過電極をＸ方向にパターニングし、金属電極をＹ方向に（あるいは望ましければその逆に）パターニングすることによって達成される。電極のパターニングは、シャドー・マスクまたはエッチング方法のいずれかによって一般に行われる。シャドー・マスクの技術的な制限のため、０．１ｍｍ以下のピクセル・ピッチを有する高密度情報ディスプレイではエッチング・プロセスのみが採用される。
【０００３】
エッチング・プロセスで用いられる媒体に応じて、エッチング方法は二種類、すなわち湿式と乾式とに分類される。湿式エッチングは酸性液体媒体で施されるが、乾式エッチングは一般にプラズマ雰囲気で行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＬＥＤにおいてカソード・コンタクト用に用いられる金属電極は、安定金属と、４ｅＶ以下の仕事関数を有する高反応性金属とを一般に含む。金属電極における高反応性金属の存在により、酸ベースの湿式エッチングは望ましくない。しかし、乾式エッチング・プロセスも、このプロセスで必要とされる高温（＞２００゜）および反応性イオン雰囲気（これらは二次元有機ＬＥＤアレイにおける有機材料や、活性金属含有金属電極の健全性に影響を与えることがある）のため問題がある。
【０００５】
エッチング問題を克服するため、欧州特許庁により１９９３年７月７に公告された、Tangによる特許出願第ＥＰ９２ １２２１１３．１号によって二次元アレイを製造するシャドー・ウォール(shadow wall) 方法が開示された。シャドー・ウォール方法は、透過電極を最初にパターニングし、透過電極に直交し、隣接ピクセル領域を影にでき、有機媒体の厚さを越える高さを有する誘電壁を形成し、有機エレクトロルミネセンス媒体を被着し、被着表面に対して１５゜〜４５゜の角度でカソード金属を被着することを含む。誘電壁の高さは有機媒体の厚さを越えるので、分離された平行金属ストリップが形成される。よって、金属エッチングの必要なしに、Ｘ−Ｙアドレス指定可能なアレイが達成される。この方法は金属パターニングに適すると思われるが、特定のピッチ寸法に制限され、アレイのピクセルに欠陥を発生する可能性がある。
【０００６】
よって、これらの問題を克服する新規なＬＥＤアレイおよびその製造方法を提供することは極めて有利である。
【０００７】
本発明の目的は、高密度情報画像表示装置用途用の二次元有機ＬＥＤアレイを製造する新規な方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、金属エッチングを施すことができる有機ＬＥＤデバイス構造を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、改善された信頼性を有する、高密度情報画像表示装置用途用の不活性化二次元有機ＬＥＤアレイを提供することである。
【００１０】
さらに本発明の目的は、製造が比較的簡単かつ安価な、ＬＥＤアレイで用いるための新規なデバイス構造を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の問題等は、高密度情報画像表示装置用途用の新規な二次元有機ＬＥＤアレイにおいて少なくとも部分的に解決され、上記の目的等は実現される。このＬＥＤアレイは、多数の平行に離間された光透過第１電極と、第１電極上に被着されたエレクトロルミネセンス媒体と、エレクトロルミネセンス媒体上で、第１電極に直交に配列された多数の平行に離間された金属第２電極とを含む。エレクトロルミネセンス媒体は、誘電媒体からなるウェルまたはトレンチ構造内に封入され、光透過第１電極はこのウェルまたはトレンチ底部にあり、雰囲気安定金属(ambient stable metal)の第２電極はウェルまたはトレンチの上部にある。
【００１２】
また、高密度情報画像表示装置用途用の二次元有機ＬＥＤアレイの新規な製造方法が開示される。
【００１３】
【実施例】
デバイスの形状寸法はサブミクロン範囲である場合が多いので、図面は寸法的な正確さではなく、見やすいように縮尺されている。図１を参照して、一般的なトレンチ１１およびウェル１２の構造の平面図を同一基板上に示し、それらの寸法差を図示する。トレンチ１１およびウェル１２はともに、光透過導電ストリップ（図示せず）の上に被着された誘電層１３をフォトリソグラフィでパターニングすることによって一般に形成され、光透過導電ストリップは下の透過絶縁基板によって支持される。
【００１４】
トレンチ１１は、長く、狭い直線的な深い凹部であり、それぞれは誘電層１３に形成された４つの比較的急峻な側面によって定められる。一般に、トレンチ１１は、図１に示すように、長方形平行パイプの形状である。また、トレンチは、下の光透過導電ストリップに対して直交するか、あるいは下の光透過導電ストリップに平行かつそのうえにある方向で、基板に延在する。多数のＬＥＤまたはピクセルを単一トレンチ１１に形成できる。
【００１５】
ウェル１２は、それぞれ誘電層１３に形成された穴によって定められ、長方形，正方形または円形の開口部と、急峻な側壁を有する。ウェル１２は、小さい寸法と、開口部のほぼ等方形によって特徴づけられる。光透過導電ストリップ上の基板に、多数のウェル１２は行単位で形成される。各ウェル１２は、二次元アレイにおけるＬＥＤまたはピクセルの形状を定める。以下では概してキャビティ(cavity)というトレンチ１１またはウェル１２は、情報画像表示装置用の二次元アレイの製造で利用できる。
【００１６】
ここで図２を参照して、本発明による二次元ＬＥＤアレイから見た単一ＬＥＤ２０の断面図を示す。ＬＥＤ２０の構造は、光を透過し、好ましくは透明で、絶縁性の基板２１から開始する。ガラスおよびポリマ材料からなる基板が一般に好ましい。基板２１の上面には、光透過導電材料の層２２が被着され、この光透過導電材料は、導電ポリアニリン（ＰＡＮＩ）または酸化インジウム錫（ＩＴＯ）など、さまざまな有機または非有機導体から選択される。次に、層２２は従来のリソグラフィ方法でパターニングされ、行単位にアドレス指定可能で、最終的なアレイにおいてアノード電極として機能する第１平行導電ストリップ２３を形成する。
【００１７】
パターニングされた層２２の上には、熱蒸着，スパッタリングまたはプラズマ・エンハンスト化学蒸着方法によって誘電媒体の層２４が被着される。次に、層２４は従来の湿式または乾式エッチング法によってパターニングされ、キャビティ（ウェルまたはトレンチ）構造を形成する。キャビティ内および層２３（アノード電極）の上面には、エレクトロルミネセンス媒体２５が被着され、これは一般に正孔移動材料の層，活性エミッタ材料の層，電子移動材料の層および低仕事関数金属の層からなる。もちろん、ある用途では、正孔移動材料の層および電子移動材料の層のいずれかあるいは両方を省略できるが、それによりほとんどの場合、若干性能が低下することが当業者に理解される。
【００１８】
次に、キャビティの上部は、キャビティ・キャップとしてアルミニウム，銀，銅または金などの安定金属の厚い層２７を蒸着することによって密封される。層２７は、エレクトロルミネセンス媒体２１４における低仕事関数材料の層との良好な電気接触を形成するように選択され、エレクトロルミネセンス媒体２５の低仕事関数金属の層と相俟って、ＬＥＤ２０のカソード電極を形成する。次に、層２７は、リソグラフィでパターニングされ、前述のようにＬＥＤアドレス指定を行う分離された金属ストリップを形成する。
【００１９】
キャビティ構造の形成において利用される誘電材料２４は、任意の便宜的な有機ポリマまたは非有機材料である。ただし、有機ポリマ材料に比べて一般によく酸素および水分を遮断する二酸化シリコン，窒化シリコン，アルミナなど非有機誘電材料を利用することが好ましい。キャビティ構造の深さを決定する誘電媒体２４の厚さは、１０μｍから０．１μｍの範囲で、処理しやすいように、１μｍ以下の厚さが好ましい。
【００２０】
本発明の二次元アレイにおいてエレクトロルミネセンス媒体２５として用いられる材料は、従来技術において開示される有機ＬＥＬデバイスの任意の材料を含むことができる。上述のように、エレクトロルミネセンス媒体２５は、一般に正孔移動材料の層，活性エミッタ材料の層，電子移動材料の層および低仕事関数金属の層からなる。ポリマ，有機分子および有機金属錯体は、正孔移動材料，活性エミッタおよび電子移動材料として利用できる。活性エミッタ層では、デバイス効率の向上のため利用される蛍光ドーパントも取り入れることができる。一般に、例えば、リチウム，マグネシウム，インジウム，カルシウムなど、約４．０ｅＶ以下の仕事関数を有する任意の金属はカソード材料として利用できる。
【００２１】
有機エレクトロルミネセンス媒体は、真空蒸着によって被着できる。
【００２２】
ここで図３を参照して、本発明を具現するＬＥＤウェル構造の二次元アレイ３０の平面図を示し、見やすいようにその一部を切り欠いている。図３において、左から右に、領域３５は、行（アノード）電極を形成するパターニングされた透過導電ストリップ３７が光透過絶縁基板３８上に配置された段階におけるアレイ３０の平面図である。
【００２３】
図３における中央領域４０は、ｎコンタクト（カソード）として有機エレクトロルミネセンス媒体および低（４．０ｅＶ以下）仕事関数金属を含むウェルによって個別のＬＥＤ４２が定められる段階を示す。誘電媒体４５の層をパターニングされたストリップ３７および基板３８上に被着し、誘電媒体４５をフォトリソグラフィでパターニングした後に、ウェルはアレイに形成され、領域４０に示すようなウェル構造を形成する。
【００２４】
領域４７は、雰囲気安定金属キャップの層を誘電媒体４５上に被着し、ウェル構造をそこ（領域４０）に形成し、金属ストリップ４８に列電極としてパターニングした後のアレイの平面図である。
【００２５】
トレンチ構造を有するアレイは、ウェル構造を有するアレイと同じように製造できるが、トレンチ構造の方向は導電ストリップ３７に平行かつその上にあるか、あるいは導電ストリップ３７のすべてに対して直交かつ横断できる点を除く。トレンチ構造が導電ストリップ３７に平行かつその上に配置される場合、各ピクセルの２つの側は、金属ストリップ４８を導電ストリップ３７に対して直交にパターニングして、Ｘ−Ｙ行列を形成した後に露出される。しかし、アレイ３０の露出部分は、キャップ金属パターニング中に、有機エレクトロルミネセンス媒体および低仕事関数金属の健全性に悪影響を与える。従って、トレンチ構造は、アレイ３０におけるすべての導電ストリップ３７に対して直交かつ横断して配置することが好ましい。
【００２６】
高密度情報画像表示装置に必要なＬＥＤの数およびＬＥＤピッチ、すなわちアレイにおけるウェルの寸法またはトレンチの幅は、特定の用途に必要な画像表示装置の解像度および寸法に依存する。例えば、対角サイズが１０インチのモノクロＶＧＡタイプの画像表示装置では、ＬＥＤピッチが約０．３ｍｍで６４０ｘ４８０のＬＥＤが必要とされる。ＬＥＤピッチは、リソグラフィ技術の制限によってのみ制限され、これは現在の製造技術では約０．５μｍである。
【００２７】
二次元アレイ３０は、従来技術で開示されるアレイに比べて優れた安定性を有する。ＬＥＤ４２（ウェル構造）またはＬＥＤの行（トレンチ構造）において、低仕事関数金属のｎコンタクトを含む有機エレクトロルミネセンス媒体は、底部の光透過導電ストリップ３７と、側面の誘電媒体４５と、上部の安定金属キャップ（金属ストリップ４８）とによってキャビティ内に封入される。封入されたキャビティ構造は、環境（酸素および水分）条件によるアレイの劣化を大幅に低減する。
【００２８】
動作中、アレイ３０からの発光のパターンは、周知の方法で、アレイ３０の適切なアドレス指定および制御により、透過基板３８の底面にて見ることができる。アレイ３０は、プログラムされた電子ドライバ（図示せず）によって発光するように駆動され、このプログラムされた電子ドライバは一度にピクセルの一つの行を順次アドレス指定し、同一行の反復アドレス指定の間の間隔が、一般に６０分の１秒以下である人間の目の検出制限以下となるようなレートでアドレス指定シーケンスを反復する。見る者は、すべてのアドレス指定された行からの発光によって形成される画像を見るが、装置は任意の瞬間において１つの行からのみ発光する。
【００２９】
以上、高密度情報画像表示装置用のＬＥＤの二次元アレイおよびその製造法法が開示された。この二次元アレイは、キャビティを伴う新規な方法によって製造され、低仕事関数金属のｎコンタクトを含む有機エレクトロルミネセンス媒体は、製造プロセス中に利用されるエッチング剤から保護され、また製造後の環境条件から保護される。従って、有害な結果を生じずに金属エッチングを施すことができる有機ＬＥＤデバイス構造が開示される。また、キャビティ構造は、改善された信頼性を有する高密度情報画像表示装置用の不活性化二次元有機ＬＥＤ構造を提供する。さらに、キャビティ構造は、低仕事関数金属のｎコンタクトを含む有機エレクトロルミネセンス媒体をエッチング剤による破損から保護するので、ＬＥＤアレイは製造するのが比較的簡単で安価である。
【００３０】
本発明の特定の実施例について図説してきたが、更なる修正や改善は当業者に想起される。従って、本発明は図示の特定の形式に限定されず、特許請求の範囲は本発明の精神および範囲から逸脱しない一切の修正を網羅するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】寸法差を示すため同一基板上に図示された一般的なトレンチ構造と一般的なウェル構造の平面図である。
【図２】本発明による２次元アレイにおけるＬＥＤの断面図である。
【図３】本発明によるウェル構造を有する二次元有機ＬＥＤアレイの平面図であり、見やすいようにその一部を切り欠いた平面図である。
【符号の説明】
１１ トレンチ
１２ ウェル
１３ 誘電層
２０ ＬＥＤ
２１ 基板
２２ 光透過導電層
２３ 第２平行導電ストリップ
２４ 誘電媒体の層
２５ エレクトロルミネセンス媒体
２７ 金属層
３０ 二次アレイ
３５ 領域
３７ 透過導電ストリップ
３８ 光透過絶縁基板
４０ 中央領域
４２ ＬＥＤ
４５ 誘電媒体
４７ 領域
４８ 金属ストリップ

Claims (4)

1. 二次元有機発光ダイオード・アレイであって：
   絶縁支持基板（２１，３８）；
   複数の第１電極を定めるように、前記支持基板（２１，３８）の表面上に配置された複数の横方向に離間された導電ストリップ（２２，３７）であって、前記絶縁支持基板および導電ストリップは光透過性である、導電ストリップ（２２，３７）；
   前記導電ストリップ（２２，３７）および前記支持基板（２１，３８）の上面に配置され、かつ誘電媒体の層（２４，４５）を介して複数のキャビティ（１１，１２）を定める誘電媒体の層（２４，４５）であって、各複数のキャビティ（１１，１２）が前記複数の第１電極のうち関連する第１電極（２２，３７）に対して上になる関係で配置される、誘電媒体の層（２４，４５）；
   少なくとも活性エミッタ材料の層と、低仕事関数金属の層とを含むエレクトロルミネセンス媒体（２５）であって、前記関連する第１電極（２２，３７）と相俟って各前記複数のキャビティ（１１，１２）に発光ダイオード（２０，４２）を形成するように、前記関連する第１電極（２２，３７）上の各前記複数のキャビティ（１１，１２）に配置されるエレクトロルミネセンス媒体（２５）；および
   前記キャビティ（１１，１２）上に密封配置され、かつ前記導電ストリップ（３７）に直交な複数の横方向に離間された金属ストリップ（４８）を定める、キャップ金属の層（２７，４８）であって、該キャップ金属の層（２７，４８）は、前記エレクトロルミネセンス媒体（２５）が前記キャビティ（１１，１２）内に封入されかつ前記導電ストリップ（２２，３７）と前記誘電媒体の層（２４，４５）と前記キャップ金属の層（２７，４８）とによって囲まれるように前記キャビティ（１１，１２）上に密封配置され、前記横方向に離間された金属ストリップ（４８）は、各発光ダイオード（４２）の第２電極を定める、キャップ金属の層（２７，４８）；
   を具備することを特徴とする二次元有機発光ダイオード・アレイ。
2. 二次元有機発光ダイオード・アレイであって：
   光透過絶縁支持基板；
   複数の第１電極を定めるように、前記光透過絶縁支持基板の上面上で行単位に配列された複数の横方向に離間され平行な光透過導電ストリップ；
   前記導電ストリップおよび前記光透過絶縁基板上に被着され、かつ前記複数の導電ストリップに直交な列単位に配置された複数のキャビティ（１１，１２）を画定する誘電媒体の層（２４，４５）であって、前記各キャビティは前記定められた複数の第１電極の各々において関連する導電ストリップの上面を露出するもの；
   各前記キャビティ内において前記関連する導電ストリップの前記露出された上面上に、かつ関連する前記第１電極と共に前記複数のキャビティの各々において発光ダイオード（２０，４２）を形成するように関連する第１電極の上に被着された、正孔移動材料の層，活性エミッタ材料の層，電子移動材料の層および低仕事関数金属の層を含むエレクトロルミネセンス媒体（２５）；および
   各前記キャビティ上に密封配置され、かつ前記低仕事関数金属と電気接続するキャップ金属の層（２７，４８）であって、該キャップ金属の層（２７，４８）は、前記エレクトロルミネセンス媒体（２５）が前記キャビティ（１１，１２）内に封入されかつ前記導電ストリップ（２２，３７）と前記誘電媒体の層（２４，４５）と前記キャップ金属の層（２７，４８）とによって囲まれるように前記キャビティ（１１，１２）上に密封配置され、前記導電ストリップに直交な列単位に配列された複数の横方向に離間された平行な金属ストリップを形成するように接続されるキャップ金属の層；
   を具備することを特徴とする二次元有機発光ダイオード・アレイ。
3. 高密度情報画像表示装置用途用の二次元有機発光ダイオード・アレイを製造する方法であって：
   平坦な表面を有する絶縁基板（２１，３８）を設ける段階；
   前記基板（２１，３８）の前記平坦な表面上に導電材料の層を被着させる段階；
   前記導電材料の層をパターニングして、第１電極を定める複数の横方向に離間された導電ストリップ（２２，３７）を形成する段階であって、前記絶縁基板および前記導電ストリップは光透過性である、段階；
   前記導電ストリップ（２２，３７）の表面と、前記基板（２１，３８）の前記平坦な表面とに誘電媒体の層（２４，４５）を被着させる段階；
   前記誘電媒体の層にフォトレジストの層を被着させる段階；
   キャビティ画定マスクを利用して前記フォトレジストをパターニングして、前記誘電媒体（２４，４５）の部分を露出する段階；
   前記誘電媒体（２４，４５）の前記露出部分をエッチング除去して、複数の横方向に離間されたキャビティ（１１，１２）を形成する段階であって、各前記複数のキャビティ（１１，１２）が前記画定された第１電極（２２，３７）の関連する一つの上に配置され、かつ前記関連する第１電極（２２，３７）を露出する、段階；
   前記フォトレジストを除去する段階；
   正孔移動材料の層，活性エミッタ材料の層，電子移動材料の層およびカソード金属の層の順番に、各前記キャビティ（１１，１２）にエレクトロルミネセンス媒体（２５）を真空蒸着によって被着させる段階；
   各前記キャビティ（１１，１２）を密封被覆するように、キャップ金属の層を前記誘電媒体（２５）上に被着することによって、前記エレクトロルミネセンス媒体（２５）が前記キャビティ（１１，１２）内に封入されかつ前記導電ストリップ（２２，３７）と前記誘電媒体の層（２４，４５）と前記キャップ金属の層（２７，４８）とによって囲まれるようにする段階；および
   各前記複数のキャビティ（１１，１２）と協調して第２電極を定めるように、前記導電ストリップ（３７）に直交な方向で前記キャップ金属の層を金属ストリップ（２７，４８）にパターニングする段階；
   を具備することを特徴とする方法。
4. 高密度情報画像表示装置用途用の二次元有機発光ダイオード・アレイを製造する方法であって：
   平坦な表面を有する光透過絶縁基板を設ける段階；
   前記基板の前記平坦な表面上に光透過導電材料の層を被着させる段階；
   前記導電材料の層をパターニングして、第１電極を定める複数の横方向に離間された平行な導電ストリップを形成する段階；
   前記導電ストリップの上面と、前記基板の前記平坦な表面とに誘電媒体の層を被着させる段階；
   前記誘電媒体の層にフォトレジストの層をスピン・コーティングする段階；
   キャビティ画定マスクを利用して前記フォトレジストをパターニングして、前記誘電媒体の層の部分を露出する段階；
   前記誘電媒体の層の前記露出部分をエッチング除去して、複数の横方向に離間されたキャビティを形成する段階であって、前記複数のキャビティのそれぞれ１つは前記第１電極の関連する電極の上に配置され、かつ前記関連する電極の表面を露出する、段階；
   前記フォトレジストを除去する段階；
   正孔移動材料の層，活性エミッタ材料の層，電子移動材料の層および低仕事関数金属の層の順番に、前記複数のキャビティの各々内にエレクトロルミネセンス媒体を真空蒸着によって被着させる段階；
   前記キャビティを密封被覆するように、前記誘電媒体上にキャップ金属の層を被着させることによって、前記エレクトロルミネセンス媒体（２５）が前記キャビティ（１１，１２）内に封入されかつ前記導電ストリップ（２２，３７）と前記誘電媒体の層（２４，４５）と前記キャップ金属の層（２７，４８）とによって囲まれるようにする段階；および
   前記導電ストリップに直交な方向に延在し、かつ前記複数のキャビティに密封接続され、かつ前記キャビティ内の前記低仕事関数金属と電気接続する金属ストリップへと、前記キャップ金属の層をパターニングする段階；
   を具備することを特徴とする方法。

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