專利名稱：用于高密度信息圖象顯示裝置的二維有機發(fā)光二極管陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機發(fā)光二極管(LED)陣列并涉及制造用于高密度信息圖象顯示裝置應用的有機LED陣列的新方法。
用于圖象顯示設備應用的二維有機LED陣列由多個布置成行和列的有機LED(其中的一個或多個形成一個象素)組成。陣列中每一個單獨的有機LED通常這樣構成透光的第一電極、淀積在第一電極上的有機電致發(fā)光介質、以及有機電致發(fā)光介質上面的金屬電極。LEDs的電極連起來以形成一個二維X-Y尋址模式。在實際應用中，X-Y尋址模式通過在X方向內對透光電極進行圖案布線(patterning)并在Y方向內對金屬電極進行圖案布線來實現(xiàn)(如果需要，反之亦然)，其中X和Y方向彼此垂直。通常由遮光板(shadow mask)或者蝕刻技術來實現(xiàn)電極的圖案布線。由于遮光板的技術限制，只有蝕刻工藝可用于高密度信息顯示裝置，這些裝置具有小于0.1mm的象素間距。
根據(jù)蝕刻工藝中使用的介質，蝕刻技術可分為二類濕法和干法。濕法蝕刻在酸性液體介質中進行，而干法蝕刻通常在等離子氣體中實施。
用于有機LEDs中陰極接觸點的金屬電極通常包括一種穩(wěn)定的金屬和一種功函數(shù)小于4eV的高反應性金屬。金屬電極中高反應性金屬的存在使得基于酸的濕法蝕刻不太理想。但是，干法蝕刻工藝也有問題，這是由于該過程所需的高溫(＞200℃)和反應性離子氣體，這可能影響二維有機LED陣列中有機材料與包含反應性金屬的金屬電極之間的結合。
為了克服蝕刻中的這一矛盾，Tang在歐洲專利局于1993年7月7日發(fā)表的專利申請EP 92122113.1中已公開了一種制造二維陣列的遮光層(shadow wall)方法。該遮光層方法包括首先對透明電極進行圖案布線；建造與透明電板正交的介電層，它能夠遮掩附近的象素區(qū)，并具有超過了有機介質厚度的高度；淀積有機電致發(fā)光介質；并且以相對淀積表面15°至45°的角度來淀積陰極金屬。由于介電層高度超過有機介質的厚度，所以形成了隔開的平行金屬帶。這樣，無需金屬蝕刻便得到了X-Y可尋址陣列。雖然這一方法對于金屬圖案布線是可行的，但是它限于一定的間距尺寸，并可能在陣列的象素中產(chǎn)生缺陷。
因此，提供一種克服這些問題的新的LED陣列和其制造方法將是十分有利的。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種制造用于高密度信息顯示裝置應用的二維有機LED陣列的新方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可在其上進行金屬蝕刻的有機LED設備結構。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于高密度信息圖象顯示裝置應用且具有改進可靠性的經(jīng)純化的二維有機LED陣列。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于LED陣列的新的設備結構，它制造起來相對簡單且便宜。
在用于高密度信息圖象顯示設備應用的新穎的二維有機LED陣列中，至少部分地解決了上述和其它問題并實現(xiàn)了上述和其它目的。該LED陣列包括多個平行且分隔開的透光的第一電極、在第一電極上淀積的電致發(fā)光介質、以及在電致發(fā)光介質上面布置成與第一電極正交的多個平行且分隔開的金屬第二電極。電致發(fā)光介質包在由介電質形成的井或溝槽結構中，其中透光的第一電極在井或溝槽的底部而外圍(ambient)穩(wěn)定金屬構成的第二電極在井或溝槽的頂部。
也公開了一種制造用于高密度信息圖象顯示裝置應用的二維有機LED陣列的新方法。


圖1是典型溝槽結構和典型井結構的平面圖，它們畫在了同一基層上以解釋其尺寸差；圖2是根據(jù)本發(fā)明的二維陣列中一個LED的剖視圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有井結構的二維有機LED陣列的平面圖，其中移走了某些部分以便于表達。
因為設備的特征尺寸經(jīng)常在亞微米的范圍內，因此為了便于表達而非為了示出尺寸精度而放大了這些附圖。具體參照圖1，在同一基層上畫出了典型的溝槽11和井12結構的平面圖以解釋其尺寸差。溝槽11和井12一般通過對介電層13進行照相平版法圖案布線來形成，該介電層13已淀積在透光導電帶(未示出)的上面，而該導電帶反過來由一個底部的透明絕緣基層來支持。
溝槽11是一個長、窄、直、深的凹陷，每一凹陷由在介電層13中形成的四個相對陡的側壁來界定。通常，溝槽11具有如圖1所示的長方形平行六面體形狀。而且，一般來說溝槽11在或者垂直或平行于底部透光導電帶的方向內跨基層延伸，并處在底部透光導電帶的上面。多個LEDs或象素可以構造在一個單獨的溝槽11內。
每一個井12定義成一個在介電層13中形成的孔，它具有長方形、正方形或圓形的開口形狀，以及陡峭的側壁。井1 2的特征在于小的特征尺寸和幾乎各向同性(isotropic)的開口形狀。在透光導電帶的上面，多個井12建造在跨基層的一行中。每個井12都在二維陣列中定義了一個LED或一個象素的形狀。在這里統(tǒng)稱作腔的溝槽11或井12可以在信息圖象顯示裝置所用的二維陣列的制造過程中得以利用。
現(xiàn)在具體參照圖2，描述了根據(jù)本發(fā)明的二維LED陣列中的一個單獨LED20的剖面圖。LED20的結構首先是一個透光且最好透明的電絕緣基層21。一般來說，優(yōu)選玻璃和聚合物材料的基層。一層透光的導電材料22淀積在基層21的上表面，這些材料選自多種有機或無機導體，例如導電的聚苯胺(PANI)或銦錫氧化物(ITO)。該層22隨后通過傳統(tǒng)的平版印刷技術進行圖案布線以形成第一平行導電帶23，該導電帶可以通過行的方式尋址并用作最終陣列中的陽電極。
通過熱蒸發(fā)、濺射或等離子體增強化學汽相淀積技術，在已圖案布線的層22上面淀積一層介電質24。層24隨后通過傳統(tǒng)的濕法或干法蝕刻技術進行圖案布線，以形成一個腔(井或溝槽)結構。在腔內，并在層23(陽電極)的上面，淀積一種電致發(fā)光介質25，這種介質通常包括一層空穴輸送材料、一層活性發(fā)射體材料、一層電子輸送材料和一層低功函數(shù)金屬。本技術領域中的熟練人員當然可以理解，在一些應用中可以省去空穴輸送材料層和電子輸送材料層中的一種或全部，在大多數(shù)情況下這將產(chǎn)生有些差的操作。
腔的頂部隨后通過蒸發(fā)形成一層厚的外圍穩(wěn)定金屬27來密封，這些金屬可以是鋁、銀、銅或金，以作為腔的帽子。這些選擇層27，以形成與電致發(fā)光介質25中的低功函數(shù)金屬層之間良好的電接觸，并且與電致發(fā)光介質25中的低功函數(shù)金屬層一起形成LED20的陰電極。隨后對層27進行平版印刷法圖案布線，以形成一個獨立的金屬帶從而實現(xiàn)LED的尋址，如前所述。
建造腔結構中所使用的介電質24是任何一種可容易得到的有機聚合物或無機材料。但是，優(yōu)選使用無機介電材料，如二氧化硅，氮化硅、氧化鋁等，它們比起有機聚合物來說，通常是一種對氧和潮氣的更好阻礙。決定腔結構深度的介電質24的厚度可以從10μm變化到0.1μm，為了簡化處理，優(yōu)選小于1μm的厚度。
用作本發(fā)明二維陣列中電致發(fā)光介質25的材料可以包括先有技術中所公開的有機EL設備材料中的任何一種。如上所述，電致發(fā)光介質25通常包括一層空穴輸送材料、一層活性發(fā)射體材料、一層電子輸送材料和一層低功函數(shù)金屬。聚合物、有機分子和有機金屬配合物可以用作空穴輸送材料、活性發(fā)射體和電子輸送材料。在活性發(fā)射體層中，可以加入用于增加設備效率的熒光摻雜劑。一般來說，具有小于約4.0eV功函數(shù)的任何一種金屬都可用作陰極材料，例如鋰、鎂、銦、鈣等。
可以通過真空蒸發(fā)來淀積有機電致發(fā)光介質。當使用聚合物材料時，也可以通過其它技術來淀積有機熒光介質，例如利用適當溶液進行注入填充、旋轉噴涂、輥涂、浸涂、或刮漿(doctor-blading)。要建造由有機小分子材料和聚合物組成的雜合結構陣列的情況下，可能需要上述技術的混合。
現(xiàn)在參照圖3，示出了具有LED井結構的本發(fā)明二維陣列30的平面圖，其中為了表達方便移走了某些部分。在圖3中從左到右，區(qū)35是陣列30在某一階段時的平面圖，在此階段下形成行(陽極)電極的已經(jīng)圖案布線的透光導電帶37位于透光電絕緣基層38之上。
圖3中的中心區(qū)40示出了這樣一個階段，其中每個LED42由包含有機電致發(fā)光介質和作為n-接觸點(陰極)的低功函數(shù)(小于4.0eV)金屬在內的井來界定。在已圖案布線的帶37和基層38的上面淀積一層介電質45并對介電質45進行照相平板印刷法圖案布線來形成井結構，這樣便在陣列中形成了井結構，如區(qū)40中所示。
區(qū)47是在某一階段時該陣列的平面圖，此時一層外圍穩(wěn)定金屬罩已經(jīng)淀積在了其中(區(qū)40)已形成井結構的介電質45的上面，并且已圖案布線成作為柱電極的金屬帶48。
可以采用與具有井結構的陣列相同的方式來制造具有溝槽結構的陣列，只不過溝槽結構的取向可以或者平行于導電帶37并在它上面，或者垂于導電帶37并橫跨所有這些導電帶。當溝槽結構取向成平行于導電帶37并在它上面時，在金屬帶48圖案布線成與導電帶37正交從而形成X-Y矩陣后，每一象素的兩端便露了出來。但是，陣列30的露出部分可能在金屬罩圖案布線時影響有機電致發(fā)光介質與低功函數(shù)金屬的結合。這樣，最好是溝槽結構的取向垂直并橫跨陣列30中的所有導電帶37。
高密度信息圖象顯示裝置所需的LED的數(shù)目和LED間距，即陣列中井的直徑和溝槽的寬度，有賴于特定應用所要求的圖象顯示裝置的分辨率和尺寸。例如，對于10英寸對角線的單色VGA型圖象顯示裝置來說，需要LED間距約0.3mm的640×480個LED。LED間距僅由版印刷技術的極限所決定，在當前制造技術中約0.5μm。
二維陣列30比起先有技術中所公開的陣列具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。LED42(井結構)或一行LED(溝槽結構)中的包括低功函數(shù)金屬的n-接觸點在內的有機電致發(fā)光介質，由底部的透光導電帶37、側壁上的介電質45和頂部的穩(wěn)定金屬罩(金屬帶48)包圍在腔中。公開的腔結構顯著地減小了環(huán)境(氧和潮氣)條件所引起的陣列的老化。
在操作中，通過熟知方式對陣列30進行適當?shù)膶ぶ泛涂刂?，可以在透明基?8的底表面上看到來自陣列30的發(fā)光模式。編程的電子驅動器(未示出)驅動陣列30發(fā)出光線，該驅動器在某一時刻順序尋址一行象素并以這樣一種速率重復該尋址序列，以使對同一行重復尋址之間的間隔小于人眼的檢出極限，通常小于1/60秒。即使設備在任一時刻只從一行發(fā)光，但是觀看者卻看到了由所有尋址行發(fā)出的光線所形成的圖象。
這樣，便公開了用于高密度信息圖象顯示裝置的二維LED陣列及其制造方法。二維陣列由一種涉及腔的新方法來制造，在該腔中，包括低功函數(shù)金屬在內的有機電致發(fā)光介質得到了保護，從而免受制造過程中使用的蝕刻劑以及制造條件的影響。這樣，公開了有機LED設備的結構，在其上面可以方便地進行金屬蝕刻而無不良效果。另外，該腔結構提供了一種用于高密度信息圖象顯示裝置應用的且具有改善可靠性的經(jīng)鈍化的二維有機LED陣列。而且，由于腔結構保護了包括低功函數(shù)金屬接觸點在內的有機電致發(fā)光介質免受蝕刻劑的損壞，所以LED陣列制造起來相對簡單且便宜。
即使我們已經(jīng)表示并描述了本發(fā)明的具體實施例，但是對于本技術領域的熟練人員來說，可以知道進一步的改進與改善。因此，我們希望這一點被人理解，即本發(fā)明不限于已示出的特定形式，而且我們希望在所附的權利要求書中復蓋那些不偏離本發(fā)明精神與范圍的所有改進。
權利要求
1.一種二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征在于一個電絕緣的支撐基層；多個位于支撐基層表面上且橫向分隔開的導電帶，以此定義多個第一電極；一層位于導電帶上表面之上的介電質，通過該介電質層界定了多個腔，多個腔中的每一個腔與多個第一電極中的相關第一電極處于重疊關系；以及一種電致發(fā)光介質，包括至少一層活性發(fā)射體材料和一層低功函數(shù)金屬，位于在相關第一電極之上的多個腔中的每一個腔里面，以便與相關第一電極一起在多個腔中的每一個腔里面形成發(fā)光二極管；以及一層密封于腔上面的外圍穩(wěn)定金屬，并定義了多個與導電帶正交且橫向隔開的金屬帶，該橫向隔開的金屬帶定義了每一發(fā)光二極管的第二電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征在于電絕緣的支撐基層和多個橫向分開的導電帶是透光的。
3.根據(jù)權利要求1所述的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征還在于支撐基層、導電帶和介電質中的每一個都包括一種有機聚合物或一種無機材料。
4.根據(jù)權利要求3的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征還在于支撐基層由玻璃制成。
5.根據(jù)權利要求3的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征還在于第一電極由銦錫氧化物形成。
6.根據(jù)權利要求3的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征還在于介電質由二氧化硅、氮化硅或氧化鋁形成。
7.根據(jù)權利要求1的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征還在于以10μm至0.1μm范圍內的厚度來形成介電質。
8.根據(jù)權利要求1的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征還在每一腔定義成在介電層中形成的一個井，它具有長方形，正方形或圓形的開口形狀以及基本垂直的側壁。
9.根據(jù)權利要求1所述的二維有機發(fā)光二極管陣列，其特征還在于電致發(fā)光介質包括多種形式的有機、有機金屬、聚合物材料或這些材料的組合，以此作為一層空穴輸送材料、一層活性發(fā)射體材料和一層電子輸送材料。
10.用于高密度信息圖象顯示裝置的二維有機發(fā)光二極管陣列的一種制造方法，其特征在于提供一個具有平表面的電絕緣基層；在該基層的平表面上淀積一層導電材料，對導電材料層進行圖案布線以形成多個定義了第一電極且橫向分開的導電帶；在導電帶表面和基層的平表面上淀積一層介電質；在介電質層上淀積一層光致抗蝕劑；使用定義了腔的遮光板來對光致抗蝕劑進行圖案布線，以露出介電質的某些部分；腐蝕掉介電質的露出部分以形成多個橫向分開的腔，多個腔中的每一個腔位于所定義的第一電極中的一個相關電極之上，并在其中露出相關的第一電極；剝離該光致抗蝕劑；以這樣一種連續(xù)順序，即一層空穴輸送材料、一層活性發(fā)射體、一層電子輸送材料和一層低功函數(shù)金屬，來在每一腔內淀積一種電致發(fā)光介質；在介電質上淀積一層外圍穩(wěn)定金屬，以密封住每一空穴；以及將外圍穩(wěn)定金屬層在與導電帶正交的方向內圖案布線成金屬帶，以便與多個腔中的每一個腔一起定義一個第二電極。
全文摘要
一種二維有機LED陣列，包括位于絕緣基層上且橫向分開的導電帶，在該導電帶上有一層介電材料，并在其中界定了穿過其間的腔以便露出腔中的導電帶區(qū)域。在腔中的導電帶上至少有一層活性發(fā)射體材料和一層低功函數(shù)金屬，以便在每一腔中形成一個LED，其中導電帶形成了每一LED的第一電極。金屬層密封于每一腔上并形成與導電帶正交的金屬帶，以此形成每一個LED的第二電極。
文檔編號H01L27/32GK1138751SQ9610315
公開日1996年12月25日 申請日期1996年3月21日 優(yōu)先權日1995年3月22日
發(fā)明者弗蘭克·蘇, S·Q·施, 托馬斯·B·哈維三世 申請人:摩托羅拉公司