專利名稱:在襯底上形成功能材料的圖案的方法
發(fā)明背景本發(fā)明涉及在襯底上形成功能材料的圖案的方法。本發(fā)明具體應(yīng)用于諸如聚合物發(fā)光二極管(PLED)器件之類的電子器件。然而，本發(fā)明也適用于其它電子器件和生物化學(xué)傳感器。
PLED器件已經(jīng)已知了近15年。在這類器件中，一層或多層有機(jī)材料夾在陽極和陰極兩個電極之間。將電場施加到該器件上，使電子從陰極注入到器件，而通常稱為空穴的正電荷從陽極接點(diǎn)注入到器件。正和負(fù)電荷在電致發(fā)光有機(jī)層中重新結(jié)合并產(chǎn)生可見或近紅外光的光子。生成的光子的能量取決于其中生成了光子的電致發(fā)光有機(jī)層的化學(xué)結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。
因此，可通過仔細(xì)地選擇有機(jī)電致發(fā)光材料來控制從PLED發(fā)出的光的顏色。此外，變色材料可用于改變從PLED的電致發(fā)光層發(fā)出的光的顏色，或者在器件上增加濾色器來限制從器件發(fā)出的光的顏色。
預(yù)計(jì)PLED顯示器將會在諸如尋呼機(jī)、移動電話或頭戴式顯示器等小型、便攜式電子裝置中起重要作用，但它們也被看作例如膝上型計(jì)算機(jī)或電視屏幕等較大的顯示器的可行的替代物。PLED能在各種環(huán)境光條件下(從幾乎沒有或沒有環(huán)境光到明亮的環(huán)境光)生成用于顯示器的足夠的光。PLED可相對便宜地制造。PLED具有與標(biāo)準(zhǔn)CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)(3.5V)兼容的很低的激活電壓、在發(fā)射層很薄(約100nm)的情況下快速的響應(yīng)時(shí)間及很高的亮度。PLED的亮度一開始與通過器件的電流成正比。此外，PLED具有附加的優(yōu)點(diǎn)，即其發(fā)射近似朗伯(Lambertian)，這導(dǎo)致很寬的視角。
PLED可被設(shè)計(jì)成從“頂部”(即光通過離襯底最遠(yuǎn)的接點(diǎn)發(fā)出)觀看，稱為“頂發(fā)射”，或從“底部”觀看(即通過透明襯底)，稱為“底發(fā)射”。觀眾和有機(jī)發(fā)光材料之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)透明到足以允許發(fā)射的光通過。在很多應(yīng)用中，構(gòu)建“頂發(fā)射”PLED是有利的，例如，當(dāng)襯底材料不透明時(shí)和/或當(dāng)顯示器直接構(gòu)建在用于有源矩陣尋址的不透明硅驅(qū)動芯片上時(shí)。
基于有機(jī)電致發(fā)光材料的顯示器通常由二維像素矩陣組成，其每一個都包括一個PLED。這種顯示器一般包括尋址電路以控制像素矩陣。在有源矩陣PLED中，行和列結(jié)構(gòu)利用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)來構(gòu)造到襯底中。在這種情況下，襯底具有分立電極陣列，其每一個都對應(yīng)于矩陣中的一個點(diǎn)。
相反，在無源矩陣尋址PLED顯示器中，多個PLED形成于單個襯底上，并排列成組從而形成規(guī)則柵格圖案。形成一列柵格的幾個PLED組可共用一根公共的陽極或陰極線。如果同時(shí)激活給定組中的各個PLED的陽極線和陰極線，則這些PLED發(fā)光。
基于有機(jī)電致發(fā)光材料的顯示器可以是單色的，即每一個像素發(fā)射相同顏色的光。這種單色顯示器中的有機(jī)電致發(fā)光薄膜通常通過旋涂工藝來形成的，以獲得厚度可控的均勻的聚合物膜。
或者，基于有機(jī)電致發(fā)光材料的顯示器的各像素可發(fā)射各種不同顏色的光。全色顯示器由包括至少一個紅、一個綠和一個藍(lán)子像素的像素的陣列形成。任一特定像素中的子像素可用各種組合激活以生成完整的色譜。
雖然在全色PLED顯示器開發(fā)方面已取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，但還存在另外的挑戰(zhàn)。生成全色PLED顯示器的一種方法是提供具有發(fā)射紅、綠和藍(lán)光的鄰近的PLED子像素的自發(fā)射像素化(pixelated)顯示器。原則上，該方法可給出最有效的顯示結(jié)構(gòu)，因?yàn)闆]有光通過濾色器或變色材料的吸收而損失。然而，這里要克服的主要障礙中的一個是用于紅、綠和藍(lán)聚合物的溶劑的相容性。用于顯示器應(yīng)用的當(dāng)前使用的發(fā)光聚合物通常可在芳香族非極性溶劑的相同的有限范圍內(nèi)溶解，該溶劑包括但不限于甲苯、二甲苯、氯仿和四氫呋喃。結(jié)果，在由溶劑沉積第一層所述有機(jī)材料并利用以下描述的各種工藝形成圖案之后，由共用溶劑形成的任何后續(xù)的第二聚合物層的沉積將導(dǎo)致先前沉積的聚合物膜的完全去除或兩種聚合物的混合。兩種情況都是不合需要的，因?yàn)樗鼈儗?dǎo)致器件完全失效或色彩混雜和色彩坐標(biāo)的不良控制。甚至在不使用兩種聚合物的共用溶劑的情況下，也可能發(fā)生聚合物的混合。因此，應(yīng)避免在沉積過程和/或圖案化過程期間發(fā)光聚合物之間的直接接觸。
關(guān)于有機(jī)發(fā)光材料的另一問題是它們很精細(xì)且在一般不遭受嚴(yán)重?fù)p傷的情況下不能直接曝露于諸如等離子體蝕刻或UV輻射等任何處理步驟。處理引起的損傷減少器件的壽命、減小器件的光致發(fā)光效率和量子效率、并導(dǎo)致一般不可接受的器件性能。
為克服上述問題，已開發(fā)各種技術(shù)和工藝。在以下部分中，詳細(xì)討論了各種技術(shù)和工藝，并且突出了其關(guān)于實(shí)現(xiàn)高分辨率、效率和可靠的具有小特征尺寸有機(jī)發(fā)光顯示器方面的限制。
噴墨印刷是浮現(xiàn)的一種技術(shù)，它克服了溶劑相容性問題并防止紅、綠和藍(lán)聚合物在沉積過程中混合。在噴墨印刷中，給定聚合物溶液的微滴分散到其上已存在預(yù)圖案化像素的結(jié)構(gòu)的襯底上。十分精確地控制各聚合物溶液的量以精確地填充每一個像素且該過程期間沒有發(fā)生聚合物的溢出或混合。已發(fā)現(xiàn)噴墨技術(shù)在PLED顯示器的生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用，并且認(rèn)為噴墨技術(shù)是全色PLED顯示器的有效的制造途經(jīng)。然而，目前噴墨技術(shù)只適用于具有大于30微米的像素尺寸的顯示器。可由噴墨印刷技術(shù)獲得的最小像素尺寸與可再生地分散的最小微滴尺寸精確成正比?？稍趯懭霑r(shí)分散的最小微滴尺寸是約25-30微米。因此，生產(chǎn)具有10微米的間距的顯示器是不可能的，因?yàn)橐粋€微滴可自動覆蓋三個像素。與這種小尺寸噴墨印刷有關(guān)的其它問題是微滴量的控制、聚合物微滴的放置精度和噴墨印刷噴嘴的定位精度。
制造全色PLED顯示器的另一種方法是利用發(fā)白光的聚合物結(jié)合在每一個PLED子像素上精確地對齊的濾色器。濾色器傳送某一特定的離散波長，從而為特定的子像素生成紅、綠和藍(lán)光。該方法的缺點(diǎn)在于濾色器吸收最初發(fā)射的光的相當(dāng)大的部分，因此效率很低。
一種更有效的技術(shù)是利用單色PLED陣列結(jié)合與各個子像素精確對齊的顏色轉(zhuǎn)換材料。顏色轉(zhuǎn)換材料的工作原理是它們吸收高能光子(低波長光)并通過熒光或磷光發(fā)射低能光子(較高的波長)(參見US-A-5,294,870)。該方法具有藍(lán)光向紅色像素洇色的潛在缺點(diǎn)，因?yàn)榧t色染料可能沒有有效地吸收藍(lán)光。關(guān)于該方法的另一個問題是據(jù)人們所知，可被圖案化為4-5微米尺寸的有效的顏色轉(zhuǎn)換材料不易得到。
基于平板印刷工藝的用于聚合物發(fā)光材料的圖案化工藝無疑是獲得全色聚合物顯示器的一種方法。在文獻(xiàn)中，D.G.Lidzey等人的出版物Synthetic Metals 82(1996)中描述了利用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝的聚合物發(fā)光二極管的圖案化工藝，它包括以下步驟在襯底上旋涂聚合物薄膜，然后在聚合物層上旋涂一層光刻膠。然后將光刻膠通過陰罩曝光、顯影，然后洗去已曝光的光刻膠。然后蒸鍍陰極金屬，從而在已洗去已曝光的光刻膠之處形成與發(fā)光聚合物的接觸。然后在丙酮中溶解剩余的光刻膠。
由Lidzey等人描述的工藝描述了利用光刻工藝圖案化陰極金屬。該工藝可用于限定單色顯示器的像素，但不適于全色顯示器應(yīng)用，因?yàn)樗鼪]有描述用于在處理期間避免發(fā)光聚合物的污染的方法并且它沒有避免聚合物混合。
圖案化金屬陰極的一種不同方法由Kim等人提出(Science，第288卷，2000年5月)。該工藝描述了利用冷焊工藝的有機(jī)發(fā)光二極管的陰極的圖案化。在該工藝中，將由諸如Si之類的剛性材料構(gòu)成的金屬涂層的壓模壓向涂有與用于涂壓模的接觸層相同的接觸層的有機(jī)器件層。當(dāng)施加足夠大的壓力時(shí)，在壓模上的金屬層和膜之間形成緊密的金屬接合，導(dǎo)致冷焊粘接。當(dāng)分離壓模和膜時(shí)，金屬陰極急劇斷裂，形成明確限定的圖案化電極。
該工藝適用于生產(chǎn)單色顯示器，但不適于全色RGB顯示器的生產(chǎn)，因?yàn)樗荒軋D案化陰極而不能圖案化發(fā)光材料。該工藝的另一個缺點(diǎn)是它對于需要透明、高反應(yīng)性、低功函數(shù)的由類似于鈣、鎂等材料形成的薄膜陰極的頂發(fā)射有源矩陣顯示器不能很好地起作用。這些材料不適于冷焊工藝，因?yàn)樗鼈兎磻?yīng)十分活潑，并在界面處形成阻止有效冷焊處理的氧化物或氮化物。
在近幾年中已經(jīng)開發(fā)了利用激光燒蝕圖案化材料的不同方法。該技術(shù)使用波長范圍從192nm到332nm的準(zhǔn)分子激光輻射以選擇性地?zé)g襯底的材料。已有關(guān)于該技術(shù)可能應(yīng)用的各種出版物，且這里將詳細(xì)討論與本發(fā)明最相關(guān)的內(nèi)容。
Noach等人(Appl.Phys.Lett.69(24)，1996)報(bào)導(dǎo)了由發(fā)光共軛聚合物形成的發(fā)光二極管的微加工。該工藝基于用準(zhǔn)分子激光器的193nm發(fā)射的直接光燒蝕。該論文中描述的工藝包括以下步驟1)利用準(zhǔn)分子激光圖案化覆蓋氧化銦錫(ITO)的玻璃襯底，2)在圖案化的襯底上旋涂發(fā)光聚合物，3)陰極接觸件(鋁)的蒸鍍，4)通過穿過相對于原始ITO線的方向垂直放置的棒式柵格的準(zhǔn)分子激光燒蝕鋁和部分聚合物層。該工藝還允許單色顯示器的制造，但它不允許全色顯示器的生產(chǎn)，因?yàn)橥ㄟ^旋涂沉積第二聚合物會溶解或損壞已圖案化的像素。
在WO99/03157中描述了通過準(zhǔn)分子激光圖案化獲得全色顯示器的另一種工藝。該工藝基本包括以下步驟I.在以較佳的透明空穴輸運(yùn)層覆蓋的襯底上沉積第一有機(jī)發(fā)光材料。
II.在所述第一有機(jī)層上沉積電子注入材料(MgAg)。
III.從襯底的不需要的區(qū)域選擇性地激光燒蝕電子注入材料和第一有機(jī)發(fā)光材料以獲得發(fā)射第一種顏色的光的像素。
IV.在所述襯底上沉積第二發(fā)光材料。
V.在所述第二有機(jī)層上沉積電子注入材料。
VI.從襯底的不需要的區(qū)域選擇性地激光燒蝕電子注入材料和第一有機(jī)發(fā)光材料以保留發(fā)射第一種顏色的光的像素并形成發(fā)射第二種顏色的光的像素。
VII.重復(fù)與上述相同的步驟以獲得發(fā)出第三種顏色的光。
如果有機(jī)材料以固態(tài)蒸發(fā)或沉積，則以上工藝的確是可行的。然而，對于諸如大多數(shù)共軛聚合物，例如聚亞苯基亞乙烯基(PPV)、聚芴等溶液處理的有機(jī)發(fā)光材料，該工藝不起作用。當(dāng)前有機(jī)發(fā)光顯示器領(lǐng)域中使用的大多數(shù)共軛聚合物可溶于非極性芳香族溶劑中。這意味著以上工藝中的處理步驟IV將洗掉或污染已沉積的第一有機(jī)層。這將導(dǎo)致限定不明確的器件特性且很可能導(dǎo)致完全的器件失效。
在EP-A2-0480703中描述了利用準(zhǔn)分子輻射圖案化材料的另一種應(yīng)用。在該文獻(xiàn)中，描述了在襯底上形成金屬圖案的工藝。為此，將一層或多層金屬膜沉積到同一襯底上，其中至少一層是高UV吸收的。用具有足夠能量的UV激光掃描所得結(jié)構(gòu)以將襯底的第一和第二層(如果適用)燒蝕成由激光束的掃描圖案確定的圖案。據(jù)報(bào)導(dǎo)，如果襯底是聚合物，則襯底中燒蝕金屬的部分十分粗糙。
這種損傷對于有機(jī)發(fā)光二級管和聚合物電子領(lǐng)域中使用的任何電光活性材料都是不可接受的。任何損傷將以限定不良的方式改變有機(jī)材料的性質(zhì)，并將在壽命和性能兩個方面有不合期望的結(jié)果。WO98/53510中也報(bào)道了類似的問題。在該文獻(xiàn)中，利用激光燒蝕預(yù)先圖案化陰極，但是然后需要對于下面的有機(jī)層比激光燒蝕破壞性小的第二種方法來完成圖案化。
在US-A-5505320中描述了將圖案轉(zhuǎn)移到襯底的一種非常普通的方法。在襯底上沉積第一種材料的第一層，然后是第二層材料，其中第二層是不同于第一層的材料。然后將一層干法成像聚合合成物沉積在第二層的頂部，然后用準(zhǔn)分子激光來限定干法成像聚合合成物的圖案。然后以第一層作為蝕刻停止層來蝕刻第二層的曝露部分。將剩余的干法成像聚合合成物從限定區(qū)域燒蝕以露出第二層材料。此后，蝕刻第一層的剩余的曝露區(qū)域以露出襯底。
上述文獻(xiàn)描述了怎樣將特定圖案轉(zhuǎn)移到沉積在襯底上的金屬層以獲得電子電路之間的互連。然而，該工藝不能用于類似于發(fā)光二級管的有機(jī)電光活性材料的圖案化工藝。該文獻(xiàn)中沒有提到怎樣克服用于紅、綠和藍(lán)發(fā)光材料的溶劑的相容性問題，或者換言之如果第二聚合物以溶液沉積怎樣確保先前沉積的發(fā)光聚合物不被洗掉 該文獻(xiàn)中也沒有明確沉積有機(jī)發(fā)光聚合物后怎樣去除材料一和材料二。
在US-A-5196376中描述了與以上概述的工藝十分類似的工藝。在該專利中，一聚合物薄層通過在真空中蒸發(fā)相應(yīng)的單體并允許其基本作為聚合物沉積到一層金屬上來沉積到金屬層上。然后用激光通過去除所述聚合物來圖案化所述聚合物層以曝露其下的金屬層的所選區(qū)域，根據(jù)由該聚合物薄層限定的圖案選擇性地蝕刻金屬的曝露區(qū)域以圖案化金屬層。該工藝也不適用于圖案化有機(jī)發(fā)光聚合物，因?yàn)樗鼪]有給出怎樣克服溶解發(fā)光聚合物的溶劑的相容性問題的線索。在該專利中也沒有明確怎樣去除用于限定圖案的聚合物層和金屬層而不損傷發(fā)光聚合物。所建議的等離子體蝕刻工藝將導(dǎo)致發(fā)光聚合物的不可恢復(fù)的損傷。
以上的討論強(qiáng)調(diào)了全色顯示器生產(chǎn)中存在的問題?？赏ㄟ^旋涂以溶液對發(fā)光聚合物進(jìn)行均勻的單一涂層并利用各種技術(shù)形成圖案以獲得高分辨率單色器件，然后通過濾色器或變色材料轉(zhuǎn)換光，但具有光損耗的結(jié)果；或者通過例如噴墨印刷等選擇性地沉積各個聚合物顏色元件，但對于不適于低于30μm的像素尺寸批量生產(chǎn)是較昂貴且不易升級的工藝。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求
1的在襯底上形成功能材料圖案的方法，根據(jù)權(quán)利要求
23的器件以及根據(jù)權(quán)利要求
24-27的光電器件。本發(fā)明的較佳或可任選的特征在從屬權(quán)利要求
中定義。
本發(fā)明提供了一種用于有機(jī)發(fā)光聚合物的通用圖案化工藝。本發(fā)明利用了能保護(hù)功能材料層的至少一個犧牲(較佳的是有機(jī))層。形成所述犧牲和保護(hù)層的材料首先必需可溶于不會導(dǎo)致對例如有機(jī)電致發(fā)光材料等功能材料的任何不可恢復(fù)的損傷的溶劑體系中。它還必須保護(hù)下面的功能材料免受任何潛在的破壞性溶劑或處理步驟。
本發(fā)明的一個具體類型提供了一種圖案化和制造彩色PLED顯示器的方法。較佳的是，本發(fā)明涉及用于制造具有可按任一組合激活以產(chǎn)生可見或近紅外光譜中的任一顏色的紅、綠和藍(lán)子像素的全色PLED顯示器的方法。該工藝可用于生產(chǎn)帶有發(fā)射紅、綠和藍(lán)光的鄰近子像素的自發(fā)射像素化顯示器。每一種不同的發(fā)光材料的圖案化發(fā)生在此處詳述的過程中。將第一層有機(jī)電致發(fā)光材料沉積到襯底上。然后將第二層材料(較佳的是諸如聚乙烯醇(PVA)之類的水溶有機(jī)材料)沉積到第一層有機(jī)電致發(fā)光材料上。第二層材料應(yīng)可溶于與有機(jī)電致發(fā)光材料的溶劑體系不相容的溶劑體系，并且它應(yīng)當(dāng)不會導(dǎo)致對電致發(fā)光材料的功能的任何顯著損傷。所述第二有機(jī)層的厚度應(yīng)小于1μm。
例如，已經(jīng)成功地示出諸如PVA之類的水基聚合物可沉積到有機(jī)電致發(fā)光材料上并稍后從有機(jī)電致發(fā)光材料去除而不引起有機(jī)電致發(fā)光材料的光致發(fā)光光譜的任何顯著改變。當(dāng)注意利用例如熱處理從功能聚合物膜去除任何吸附的水時(shí)，由在陰極沉積之前曝露于水中的聚合物膜制造的電致發(fā)光器件的性能與標(biāo)準(zhǔn)器件的性能也是可比的。
在該較佳方法的下一步中，燒蝕第一層電致發(fā)光材料和第二層有機(jī)材料(PVA)的明確限定的區(qū)域以曝露襯底的某些明確限定的區(qū)域。所述層的燒蝕可通過將所述層曝露于波長較佳為322nm(但不限于此)的至少一次/回準(zhǔn)分子激光輻射來進(jìn)行。需要注意避免在燒蝕處理期間損傷下面的襯底的功能。在某些情況下有益的是不從明確限定的區(qū)域完全去除整層電致發(fā)光材料，但在所述明確限定的區(qū)域中將很薄的一層電致發(fā)光材料留在襯底上。
下一步是例如通過旋涂工藝將第二層電致發(fā)光有機(jī)材料沉積到襯底上。這留下覆蓋襯底的已曝露、明確限定的區(qū)域的有機(jī)電致發(fā)光材料以及第二有機(jī)層(PVA)的上表面的共形膜?？商畛涞淖钚∠袼爻叽缛Q于像素的縱橫比，但給定最合適的參數(shù)，該工藝將允許填充小至1μm的開口。對于可利用該工藝填充的像素尺寸沒有上限。
隨后將第四層材料(較佳的是諸如PVA之類的水溶有機(jī)材料)通過例如旋涂工藝沉積到襯底上。該層以保護(hù)下面的電致發(fā)光材料免受潛在的破壞性環(huán)境并使有機(jī)電致發(fā)光材料對隨后的激光輻射的曝露最小化的方式覆蓋第二電致發(fā)光有機(jī)材料。功能材料的激光燒蝕處理期間潛在的損傷可通過像素區(qū)內(nèi)電致發(fā)光聚合物膜的光致氧化或光致漂白發(fā)生。第二PVA的另一個優(yōu)點(diǎn)是它保護(hù)下面的有機(jī)電致發(fā)光材料免受后續(xù)處理步驟期間可能產(chǎn)生的任意碎片。
該工藝中的最后一步是從襯底去除犧牲有機(jī)層(PVA)。這可利用通過溶解第一PVA層的剝離工藝和隨后剝離襯底的所有后續(xù)層，僅在襯底上留下第一和第二電致發(fā)光材料來進(jìn)行。然而，有機(jī)電致發(fā)光材料往往形成覆蓋其上包括任何層的襯底的整個區(qū)域的共形薄膜。由于第二PLED膜的一致性和像素的側(cè)壁同樣被所述第二PLED膜所覆蓋的事實(shí)，沒有任何可溶解第一層保護(hù)材料(PVA)的溶劑能滲入第一層PVA。為使剝離工藝起作用，第二電致發(fā)光材料的共形膜必須被穿孔或從襯底的明確限定的區(qū)域中去除以使用于第二保護(hù)有機(jī)材料(PVA)的溶劑滲入該層以將其溶解。該去除工藝可通過燒蝕和去除第二電致發(fā)光材料的明確限定的區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。在所述燒蝕處理之后，將襯底曝露于能溶解第二層有機(jī)材料(PVA)的溶劑中，導(dǎo)致所有的后續(xù)層的剝離。這在襯底上留下第一和第二電致發(fā)光材料的區(qū)域。
重復(fù)上述處理步驟并改變所使用的有機(jī)電致發(fā)光材料的發(fā)射性質(zhì)，可生產(chǎn)具有很小的像素尺寸的很高分辨率的全色顯示器。原則上，該同一工藝可應(yīng)用于在各種襯底上生產(chǎn)各種像素尺寸的顯示器。
本發(fā)明的方法簡單經(jīng)濟(jì)。此外，該方法可用于利用各種各樣的標(biāo)準(zhǔn)材料和標(biāo)準(zhǔn)加工設(shè)備來制造彩色PLED顯示器。
在一個具體實(shí)施例中，本發(fā)明可用于制造具有包括紅、綠和藍(lán)子像素的像素的高分辨率的全色PLED顯示器。更佳的是，該器件具有很小的像素尺寸和高亮度，且可以是“頂”發(fā)射和“底”發(fā)射顯示器。
本發(fā)明的方法允許電致發(fā)光有機(jī)材料的圖案化以制造由自發(fā)射像素組成的全色顯示器。每一個像素包含多個子像素，且每一個鄰近的子像素發(fā)射不同顏色的光，例如用于全色顯示器的紅、綠和藍(lán)光。
在一個具體實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種在襯底上形成有機(jī)電致發(fā)光像素的圖案的方法。該襯底以使像素區(qū)凹進(jìn)的方式構(gòu)成。該襯底預(yù)先涂上一層有機(jī)層，該有機(jī)層首先便于電荷自下電極注入到器件，其次在很大程度上不溶于用于溶解電致發(fā)光有機(jī)材料和犧牲有機(jī)材料的溶劑。較佳地包括聚亞乙基二氧噻吩(polyethylenedioxythiophene，Pedot)和可能包括諸如環(huán)氧硅烷之類的一種或多種另外的物質(zhì)的有機(jī)層通過180℃、15分鐘的熱處理變得在很大程度上不溶。用于限定像素的方法包括1)在襯底上沉積第一層電致發(fā)光材料。
2)在所述第一有機(jī)電致發(fā)光層上沉積第二犧牲有機(jī)層，且該犧牲有機(jī)材料必須至少滿足以下要求首先在很大程度上不溶于用于溶解有機(jī)電致發(fā)光材料的溶劑。其次，用于溶解所述犧牲有機(jī)材料的溶劑不應(yīng)損傷或溶解存在于襯底上的有機(jī)電致發(fā)光材料或電荷注入層。
3)燒蝕襯底上明確限定的區(qū)域(像素區(qū))中的犧牲有機(jī)層和第一層有機(jī)電致發(fā)光材料以在襯底上限定應(yīng)設(shè)置/圖案化第二層有機(jī)電致發(fā)光材料的區(qū)域。
4)在襯底上沉積第二層有機(jī)電致發(fā)光材料以使所述第二電致發(fā)光材料在所述明確限定的區(qū)域中與襯底直接接觸。
5)在襯底上沉積第二犧牲有機(jī)層，且該第二犧牲有機(jī)材料必須至少滿足以下要求用于溶解犧牲有機(jī)材料的溶劑不損傷或溶解襯底上的有機(jī)電致發(fā)光材料或電荷注入層中的任一個。
6)用例如準(zhǔn)分子激光燒蝕第二電致發(fā)光材料和第二犧牲有機(jī)層的明確限定的區(qū)域以使能溶解第一犧牲有機(jī)層的適當(dāng)?shù)娜軇┻M(jìn)入第一犧牲有機(jī)層。
7)在不損傷襯底上的電致發(fā)光材料或注入層的溶劑中溶解第一犧牲有機(jī)層，從而在襯底上留下第一和第二有機(jī)電致發(fā)光材料的薄膜的明確限定的區(qū)域。
在該實(shí)施例的較佳形式中，該方法還包括以下步驟8)在襯底上沉積犧牲有機(jī)層，且該犧牲有機(jī)材料必須至少滿足以下要求首先，犧牲有機(jī)材料很大程度上不溶于用于溶解有機(jī)電致發(fā)光材料的溶劑；其次，用于溶解犧牲有機(jī)材料的溶劑不損傷或溶解有機(jī)電致發(fā)光材料。
9)燒蝕襯底的明確限定的區(qū)域中的犧牲有機(jī)層和第一層有機(jī)電致發(fā)光材料以限定襯底上設(shè)置/圖案化第三有機(jī)電致發(fā)光材料的區(qū)域。
10)在襯底上沉積第三有機(jī)電致發(fā)光材料，以使所述第三有機(jī)電致發(fā)光材料在所述明確限定的區(qū)域中與襯底直接接觸。
11)在襯底上沉積第二犧牲有機(jī)層，且該第二犧牲有機(jī)層材料須至少滿足以下要求用于溶解犧牲有機(jī)材料的溶劑不損傷或溶解襯底上的有機(jī)電致發(fā)光材料或電荷注入層中的任一個。
12)用例如準(zhǔn)分子激光燒蝕第三電致發(fā)光材料的明確限定的區(qū)域，以使溶劑可進(jìn)入第一犧牲有機(jī)層。
13)在不損傷襯底上的電致發(fā)光材料或注入層中的任一個的溶劑中溶解第一犧牲有機(jī)層，從而在襯底上留下第一、第二和第三層有機(jī)電致發(fā)光材料的薄膜的明確限定的區(qū)域。
顯然，為限定電致發(fā)光材料的第三像素而進(jìn)行的步驟(8)到(13)是用于圖案化第二電致發(fā)光材料的步驟(2)到(7)的重復(fù)。該方法還可包括在襯底上的所述第一、第二和第三層有機(jī)電致發(fā)光材料上沉積上電極和/或主封裝層的步驟。
此外，顯然對于某些應(yīng)用，上述的過程可應(yīng)用于需要在一個襯底上形成圖案的任意數(shù)量的功能材料。
附圖簡述現(xiàn)在將參考附圖，僅作為例子來詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖中圖1到7是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的光電器件的制造中的順序步驟的示意截面圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1示出一個器件，它包括結(jié)構(gòu)襯底200(可以是透明或不透明的)、圖案化下電極210(可以是陰極或陽極)以及第一有機(jī)層220。所述層220便于電荷從下電極210注入到器件，且它必須在很大程度上不溶于用于溶解以下描述的電致發(fā)光有機(jī)材料和犧牲有機(jī)材料的溶劑體系。
層220是電荷注入層，即，如果下電極210是陽極，則為空穴輸運(yùn)層，例如，Pedot-PSS(聚亞乙基二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸鹽)；如果下電極是陰極，則為電子輸運(yùn)層。第二有機(jī)層225包括功能材料，例如，有機(jī)電致發(fā)光材料。用于溶解功能材料225的溶劑必須不損傷層220的功能。隨后沉積例如聚乙烯醇等不溶于用于溶解任何功能材料(即，電致發(fā)光材料)的溶劑體系的第三有機(jī)層230。所述犧牲有機(jī)層230的沉積不應(yīng)導(dǎo)致對功能材料225或220的任何不可逆的損傷。
下電極的每一個元件表示矩陣中的一個子像素。電極210可通過本領(lǐng)域中已知的任何方法來圖案化，這些方法包括但不限于平板印刷(尤其是光刻技術(shù))、激光燒蝕和沉積期間的掩模。子像素間隔物245在襯底上子像素電極之間存在，這有助于避免涂敷處理期間有機(jī)發(fā)光材料的混合。
如圖2所述，犧牲有機(jī)層230和功能材料層225的明確限定的區(qū)域通過激光燒蝕工藝去除以限定用于第二功能材料的子像素247的空間。在下一步中，將例如用于提供發(fā)射第二原色光的子像素的第二功能材料沉積到襯底上，從而填充子像素247并形成如圖2所示的遍及整個結(jié)構(gòu)的共形薄膜250。
為了在后續(xù)處理步驟中保護(hù)第二功能材料，可用第二犧牲有機(jī)層255涂敷襯底，犧牲有機(jī)層255較佳地與用于層230的材料相同。在下一步中，在設(shè)置像素間離物的位置上燒蝕至少犧牲有機(jī)層255和共形膜250的明確限定的區(qū)域。理想地，犧牲有機(jī)層230也應(yīng)在該處理期間燒蝕。這在圖3中示出。
如圖4所示，該工藝的下一步是在適當(dāng)?shù)娜軇┲腥芙鉅奚鼘?30和255。這導(dǎo)致去除(剝離)存在于犧牲層230和255之間的功能材料的共形層250，并在襯底上留下功能材料225和247的子像素。
在襯底上形成第三子像素的圖案的處理步驟是圖1到4中所示的處理步驟的重復(fù)。再次以犧牲有機(jī)層230涂敷襯底，且犧牲有機(jī)層230和一層功能材料225的明確限定的區(qū)域通過激光燒蝕工藝去除以限定用于第三功能材料的子像素249的空間。然后將第三功能材料249沉積到襯底并沉積另一犧牲有機(jī)層260以在后續(xù)處理步驟中保護(hù)第三功能材料249。犧牲有機(jī)層260可以是但不限于與用于層230和255的材料相同的材料。所描述的處理步驟在圖5中示出。
在下一步中，在子像素間隔物的位置上燒蝕共形膜249和犧牲層260的明確限定的區(qū)域。理想地，犧牲有機(jī)層230也應(yīng)在該處理期間燒蝕。這些步驟在圖6中示出。
在最后一步中，將犧牲層230和260在適當(dāng)?shù)娜軇┲腥芙?，這導(dǎo)致剝離了夾在犧牲層230和260之間的功能材料249的共形膜。襯底上留下了三種不同的電致發(fā)光材料225、247和249，它們呈現(xiàn)為三種子像素的陣列，如圖7所示。
PLED可通過本領(lǐng)域中已知的任何方法來制造。有機(jī)材料層可通過蒸鍍、旋轉(zhuǎn)鑄造、自組裝或任何其它適當(dāng)?shù)哪ば纬杉夹g(shù)來形成。有機(jī)層的厚度可在幾個單分子層到約500nm之間變化。在一個較佳實(shí)施例中，有機(jī)層通過旋轉(zhuǎn)鑄造工藝來形成。
圖8所示的PLED作為例子，且可采用任何類型。例如，PLED可包括鄰近陽極的空穴注入層和鄰近空穴注入層的至少一個第二空穴輸運(yùn)層?？蓡为?dú)沉積空穴注入層和空穴輸運(yùn)層。
PLED可包括電子注入層和至少一個電子輸運(yùn)層，或者PLED還可包括鄰近上電極的另一層。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，其它PLED結(jié)構(gòu)是顯而易見的。
襯底可由本領(lǐng)域中已知的任何材料形成，包括玻璃、硅、塑料、石英和藍(lán)寶石。如果PLED顯示器形成于硅芯片上，則該芯片較佳地包括驅(qū)動電子和子像素電極中的一個，子像素電極通過在它們之間具有稱為子像素間隔物的絕緣壁結(jié)構(gòu)來隔離。子像素間隔物也用于引導(dǎo)從激活的子像素發(fā)出的光垂直向上而不是平行于顯示器襯底。
上電極可為所有的子像素所共用。
陽極可具有包括具有高功函數(shù)的金屬、金屬氧化物及其混合物的一層。較佳的是，陽極包括選自諸如金、鉑、鎳、鉻等高功函數(shù)金屬的組或者選自諸如氧化銦鋅錫、氧化銦鋅、二氧化釕、氧化鉬、氧化鎳或氧化銦錫等導(dǎo)電或半導(dǎo)金屬氧化物或混合金屬氧化物的組的材料。在一個實(shí)施例中，陽極還包括陽極和第一空穴注入/空穴輸運(yùn)層之間的一薄層介電材料(0.1到2nm)。
這種介電材料的例子包括但不限于氟化鋰、氟化銫、氧化硅和二氧化硅。在另一個實(shí)施例中，陽極包括鄰近空穴注入/空穴輸運(yùn)層的一薄層有機(jī)導(dǎo)電材料。這種有機(jī)導(dǎo)電材料包括但不限于聚苯胺、Pedot-PSS及其導(dǎo)電或半導(dǎo)鹽。
諸如圖8中使用的半透明陰極300包括其至少一種具有低功函數(shù)的一種或多種金屬或金屬氧化物的單層。這種金屬包括但不限于鋰、鋁、鎂、鈣、衫、銫及其混合物。此外可在器件制造中使用另一封裝層310和320。層310可包括很薄、理想的是無針孔的氧化硅或氮化硅膜。層320可包括一薄層玻璃。在一個實(shí)施例中，陰極還包括鄰近電子注入/電子輸運(yùn)層的一層介電材料，該介電材料包括但不限于氟化鋰、氟化銫、氯化鋰和氯化銫。
盡管上述本發(fā)明的具體實(shí)施例是制造光電顯示器的方法，但本發(fā)明應(yīng)用于諸如其它電子應(yīng)用之類的多種不同領(lǐng)域中以及制造生物醫(yī)學(xué)器件，其中將在襯底上形成諸如蛋白質(zhì)之類的多種不同的生物化學(xué)試劑的圖案。
本說明書中使用的動詞“包括”的所有形式具有“由...組成或包含”的意思。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上形成功能材料的圖案的方法，包括以下步驟(a)向所述襯底的至少一個主表面涂一層功能材料；(b)在所述功能材料層上涂一層保護(hù)材料，所述保護(hù)材料可溶于所述功能材料不可溶于其中的溶劑中；(c)去除所述襯底上明確限定的區(qū)域中的所述保護(hù)和功能材料層的區(qū)域；以及(d)通過在所述溶劑中溶解來從襯底上去除剩余的曝露的保護(hù)材料。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述功能材料層和所述保護(hù)材料層通過激光燒蝕從所述明確限定的區(qū)域去除。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(c)之后，在所述明確限定的區(qū)域中將第二功能材料至少沉積在所述襯底上；將可溶于所述第二功能材料不可溶于其中的溶劑中的另一層保護(hù)材料涂到所述第二功能材料上；去除所述材料中覆蓋所述明確限定的區(qū)域的邊緣的區(qū)域，并且在步驟(d)之后，去除所述保護(hù)材料層的剩余部分和除所述明確限定的區(qū)域之外的任何第二功能材料。
4.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述材料中覆蓋所述明確限定的區(qū)域的邊緣的所述區(qū)域通過激光燒蝕來去除。
5.如權(quán)利要求
3或4所述的方法，其特征在于，在步驟(d)之后，所述保護(hù)材料層的剩余部分和除所述明確限定的區(qū)域之外的任何第二功能材料利用剝離工藝來去除。
6.如權(quán)利要求
3、4或5所述的方法，其特征在于，還包括在襯底上形成另一種功能材料的圖案的另一個步驟，所述另一個步驟包括重復(fù)用于所述另一種功能材料的權(quán)利要求
3的步驟。
7.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述功能材料層未從所述襯底上明確限定的區(qū)域完全去除。
8.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底包括玻璃。
9.如權(quán)利要求
1到8中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底包括硅。
10.如權(quán)利要求
1到9中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底包括塑料材料。
11.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底包括電荷注入層。
12.如權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于，所述電荷注入層被圖案化。
13.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底的至少一個主表面被構(gòu)造。
14.如權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，所述襯底的至少一個主表面包括凸起的壁結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可以是無機(jī)、有機(jī)或金屬材料。
15.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料包括有機(jī)材料。
16.如權(quán)利要求
15所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料包括水溶聚合物。
17.如權(quán)利要求
16所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料選自聚乙烯醇、聚甲醚、聚甲基丙烯酰胺、摻雜的聚噻吩、聚乙二醇和摻雜的聚苯胺。
18.如權(quán)利要求
15所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料包括醇溶性聚合物。
19.如權(quán)利要求
15所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料包括可溶于諸如或類似于二甲基甲酰胺或乙腈之類的極性溶劑中的聚合物。
20.如權(quán)利要求
19所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料選自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚環(huán)氧乙烷。
21.如權(quán)利要求
1到14中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料包括無機(jī)材料。
22.如權(quán)利要求
19所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料選自硅、氮化硅和氧化硅。
23.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述功能材料通過選自旋涂、蒸鍍、濺射和印刷的方法來沉積。
24.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料通過選自旋涂、噴涂、蒸鍍、印刷和濺射的方法來沉積。
25.如前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述功能材料包括有機(jī)電光活性材料。
26.如權(quán)利要求
1到22中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述功能材料包括生物化學(xué)或生物學(xué)試劑。
27.一種通過前述權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的方法制成的光電器件。
專利摘要
一種在襯底(200)上形成功能材料的圖案方法，該方法包括以下步驟(a)向所述襯底的至少一個主表面涂一層功能材料(225)；(b)在所述一層功能材料上涂一層保護(hù)材料(230)，它可溶于功能材料(225)不可溶于其中的溶劑中；(c)去除襯底上明確限定的區(qū)域中的所述保護(hù)層(230)和功能材料層(225)的區(qū)域；以及(d)通過在所述溶劑中溶解從襯底(200)去除剩余的曝露的保護(hù)材料(230)。
文檔編號H01L51/40GK1998098SQ20058001648
公開日2007年7月11日 申請日期2005年4月14日
發(fā)明者A·R·巴克利, C·吉比勒, M·沃伊特, D·G·利德澤, K·L·伯倫, J·菲爾特 申請人:埃克西泰克有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan