Brevet FR3091035A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE FABRICATION D'UN PIXEL D'UN MICRO-ECRAN A OLEDs Domaine technique [0001] L'invention se rapporte au domaine technique des micro-écrans à diodes électrolumi- nescentes organiques (OLEDs). [0002] L'invention trouve notamment son application dans la fabrication de lunettes et casques à réalité virtuelle ou augmentée, de viseurs d'appareil photo, d'afficheurs tête haute, de pico-projecteurs etc. Etat de l'art [0003] Un pixel d'un micro-écran à diodes électroluminescentes organiques à émission vers le haut connu de l'état de la technique, notamment du document EP 1 672 962 Al, comporte successivement : - un substrat ; - une première électrode, réfléchissante dans le domaine visible, et formée sur le substrat ; - une couche d'espacement, formée sur la première électrode ; - un empilement de couches électroluminescentes organiques, configuré pour émettre une lumière blanche, et formé sur la couche d'espacement, - une seconde électrode, semi-transparente dans le domaine visible, et formée sur l'empilement ; les première et seconde électrodes formant un résonateur optique. [0004] La couche d'espacement possède des première, deuxième, et troisième portions présentant des épaisseurs adaptées de sorte que le résonateur optique autorise respectivement la transmission de lumières rouge, verte et bleue issues de la lumière blanche émise par l'empilement, de manière à définir respectivement des sous-pixels rouge, vert et bleu. 100051 Un tel pixel de l'état de la technique permet d'envisager de s'affranchir de filtres colorés grâce au résonateur optique de type Fabry-Pérot formant un filtre interférentiel. La gamme de longueurs d'onde filtrées est déterminée par les épaisseurs des première, deuxième et troisième portions de la couche d'espacement permettant d'ajuster l'épaisseur de la cavité optique (délimitée par les première et seconde électrodes) de sorte que le résonateur optique autorise respectivement la transmission de lumières rouge, verte et bleue issue de la lumière blanche émise par l'empilement de couches électroluminescentes organiques. 100061 Ce type de filtrage peut être obtenu de manière analogue pour un micro-écran à émission vers le bas. Pour simplifier la terminologie, on continuera de parler de ré- 2 sonateur, même si les effets d'interférences sont bien moindres en cas d'émission vers le bas. [0007] Toutefois, un tel pixel de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où les première, deuxième et troisième portions de la couche d'espacement sont formées sur la première électrode par des dépôts successifs, cc qui peut occasionner un problème de précision dans le contrôle de leurs épaisseurs. [0008] Par ailleurs, il est connu du document US 2005/0142976 Al d'utiliser : - une couche d'ITO polycristallin pour la troisième portion de la couche d'espacement (sous-pixel bleu), - un empilement de deux couches d'ITO polycristallin pour la deuxième portion de la couche d'espacement (sous-pixel vert), - un empilement de trois couches d'ITO polycristallin pour la première portion de la couche d'espacement (sous-pixel rouge). [0009] Lors du procédé de fabrication, une première couche d'ITO polycristallin est formée sur la première électrode puis une première couche d'ITO amorphe est déposée (dépôt de type pleine plaque) sur la première couche d'ITO polycristallin. La première couche d'ITO amorphe est ensuite gravée sélectivement -avec un agent de gravure adapté-pour une zone destinée à accueillir un sous-pixel bleu, la première couche d'ITO polycristallin formant une couche d'arrêt. Puis un recuit thermique est appliqué à la première couche d'ITO amorphe afin de former une deuxième couche d'ITO polycristallin. [0010] De façon analogue, une deuxième couche d'ITO amorphe est de nouveau déposée (dépôt de type pleine plaque) puis gravée sélectivement : - pour la zone destinée à accueillir le sous-pixel bleu, la première couche d'ITO polycristallin formant une couche d'arrêt, et - pour une zone destinée à accueillir un sous-pixel vert, la deuxième couche d'ITO polycristallin formant une couche d'arrêt. [0011] Enfin, un recuit thermique est appliqué à la deuxième couche d'ITO amorphe afin de former une troisième couche d'ITO polycristallin. [0012] Un tel procédé de la technique permet de bien contrôler l'épaisseur de la couche d'espacement pour les sous-pixels rouge, vert et bleu. Toutefois, un tel procédé de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisant en termes de temps d'opération et de facilité de mise en oeuvre. En effet, les phases de dépôt et de gravure ne peuvent pas être enchaînées rapidement en raison des recuits thermiques qui doivent être appliqués à l'ITO amorphe. Exposé de l'invention [0013] L'invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, 3 l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un pixel d'un micro-écran à diodes électroluminescentes organiques, comportant les étapes successives : a) prévoir un substrat comportant une première électrode structurée ; h) former successivement des premier et deuxième empilements bicouches sur la première électrode structurée, chaque empilement hicouche comprenant successivement des première et seconde couches réalisées respectivement dans des premier et second matériaux qui sont des oxydes transparents conducteurs pouvant être gravés de manière sélective ; c) graver le deuxième empilement hicouche pour une zone destinée à accueillir un sous-pixel bleu et pour une zone destinée à accueillir un sous-pixel vert, le deuxième empilement hicouche étant laissé intact sous une zone destinée à accueillir un sous-pixel rouge ; d) graver le premier empilement hicouche pour la zone destinée à accueillir le sous-pixel bleu, le premier empilement hicouche étant laissé intact sous la zone destinée à accueillir le sous-pixel vert ; e) former un empilement de couches électroluminescentes organiques, configuré pour émettre une lumière blanche, et s'étendant dans les zones destinées à accueillir les sous-pixels rouge, vert et bleu ; f) former une seconde électrode sur l'empilement de couches électroluminescentes organiques de manière à obtenir un résonateur optique avec la première électrode ; l'étape b) étant exécutée de sorte que : - le premier empilement bicouche présente une épaisseur adaptée pour que le résonateur optique autorise la transmission d'une lumière verte, - les premier et deuxième empilements bicouches présentent une épaisseur totale adaptée pour que le résonateur optique autorise la transmission d'une lumière rouge. [0014] Ainsi, un tel procédé selon l'invention permet de contrôler les épaisseurs des em- pilements bicouches de manière satisfaisante grâce à l'étape b) autorisant des dépôts de type pleine plaque et grâce aux étapes c) et d) de gravure. En outre, un tel procédé selon l'invention permet d'enchaîner une phase de dépôts -étape b)- et une phase de gravures -étapes c) et d) -des empilements bicouches, sans nécessiter d'interruptions liées à un recuit thermique comme dans l'état de la technique, ce qui laisse une latitude supplémentaire sur le contrôle des épaisseurs. Un tel procédé selon l'invention permet donc un gain en termes de temps d'opération et de facilité de mise en oeuvre. [0015] Définitions [0016] - Par «micro-écran», on entend un écran dont chaque pixel présente une surface in- férieure ou égale à 30 pm par 30 pm. [0017] - Par « substrat », on entend un support physique autoporté, réalisé dans un matériau de base permettant de préférence l'intégration d'un dispositif électronique ou d'un composant électronique. Par exemple, un substrat est classiquement une tranche (« wafer » en langue anglaise) découpée dans un lingot monocristall in de matériau semiconducteur. [0018] - Par « empilement bicouche », on entend soit une unique structure bicouche comportant successivement les première et seconde couches, soit un ensemhle de structures bicouches empilées (e.g. de 2 à 4) comportant chacune successivement les première et seconde couches. [0019] - Par « électrode structurée », on entend une électrode présentant une surface dis- continue délimitant un ensemhle de motifs. [0020] - Par « oxyde transparent conducteur », on entend un oxyde possédant : un coefficient de transmission en intensité supérieur ou égal à 70%, de préférence supérieur ou égal à 80%, plus préférentiellement supérieur ou égal à 85%, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 90%, moyenne sur le domaine visible, une conductivité électrique à 300 K supérieure ou égale à 102 S/cm. [0021] - Par « domaine visible », on entend un spectre électromagnétique compris entre 380 nm et 780 nm. [0022] - Par « gravés de manière sélective », on entend que le second matériau peut être gravé sans attaquer le premier matériau, et réciproquement. En pratique, l'agent de gravure est choisi de sorte que la vitesse de gravure du second matériau (respectivement du premier matériau) est au moins dix fois supérieure à celle du premier matériau (respectivement du second matériau). [0023] - Par « épaisseur », on entend la dimension suivant la normale à la surface du pixel ou du sous-pixel. [0024] Le procédé selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. [0025] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) comporte une étape consistant à revêtir la première électrode structurée d'une couche intercalaire réalisée dans le second matériau, la couche intercalaire présentant une épaisseur adaptée pour que le résonateur optique autorise la transmission d'une lumière bleue ; l'étape b) étant exécutée de sorte que : - le premier empilement bicouche et la couche intercalaire présentent une épaisseur totale adaptée pour que le résonateur optique autorise la transmission d'une lumière verte, - les premier et deuxième empilements bicouches et la couche intercalaire présentent une épaisseur totale adaptée pour que le résonateur optique autorise la transmission d'une lumière rouge. [0026] Ainsi, un avantage procuré par une telle couche intercalaire est de pouvoir protéger la première électrode structurée avant l'étape b), avec un rôle d'encapsulation. A cet effet, on choisira préférentiellement un second matériau permettant de protéger la première électrode structurée de l'air et de l'humidité. [0027] Selon une caractéristique de l'invention, le premier matériau est un oxyde de zinc ZnO, de préférence dopé à l'aluminium, et le second matériau est l'oxyde d'étain SnO2 [0028] Ainsi, de tels premier et second matériaux peuvent être gravés sélectivement en choisissant un agent de gravure adapté, par exemple de l'acide fluorhydrique à 0,1% qui permet de graver sélectivement le ZnO par rapport à Sn02. En outre, de tels premier et second matériaux possèdent des indices de réfraction très proches, ce qui permet d'éviter des réflexions à l'interface entre les première et seconde couches des empilements hicouches. [0029] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape c) comporte les étapes successives : cl) graver l'oxyde d'étain SnO2 du deuxième empilement hicouche par une gravure sèche nu humide, c2) graver l'oxyde de zinc ZnO du deuxième empilement hicouche par une gravure humide. [0030] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape d) comporte les étapes successives : dl) graver l'oxyde d'étain SnO2 du premier empilement bicouche par une gravure sèche nu humide, dn) graver l'oxyde de zinc ZnO du premier empilement hicouche par une gravure humide. [0031] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape c) comporte une étape c0) consistant à masquer la zone destinée à accueillir le sous-pixel rouge par une résille photosensible. [0032] Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir laisser intact le deuxième empilement bicouche sous la zone destinée à accueillir le sous-pixel rouge. [0033] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape d) comporte une étape do) consistant à masquer la zone destinée à accueillir le sous-pixel vert par une résine photosensible. [0034] Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir laisser intact le premier empilement bicouche sous la zone destinée à accueillir le sous-pixel vert. [0035] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape e) est précédée d'une étape e0) consistant à graver les premier et deuxième empilements bicouches pour des zones destinées à s'étendre entre les sous-pixels rouge, vert et bleu. [0036] Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir isoler électriquement les sous-pixels rouge, vert et bleu entre eux. [0037] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape b) est exécutée de sorte que : - la première couche de chaque empilement bicouche présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 100 nm, 6 - la seconde couche de chaque empilement bicouche présente une épaisseur inférieure ou égale à 10 nm. [0038] Selon une caractéristique de l'invention, les première et seconde électrodes sont réalisées dans un matériau métallique, de préférence sélectionné parmi Al, Ag, Pt, Cr, Ni, W, et/ou réalisées dans un oxyde transparent conducteur. [0039] De tels matériaux métalliques possèdent à la fois un coefficient de réflexion en intensité élevée dans le domaine visible, et une conductivité électrique élevée. On privilégiera un oxyde, électriquement conducteur et transparent dans le domaine visible, lorsque l'électrode doit être transparente ou serra-transparente. [0040] Selon une caractéristique de l'invention, le substrat prévu lors de l'étape a) est transparent dans le domaine visible, la première électrode structurée prévue lors de l'étape a) est semi-transparente dans le domaine visible, la seconde électrode formée lors de l'étape f) est réfléchissante dans le domaine visible. [0041] Par « transparent », on entend que le substrat possède un coefficient de transmission en intensité supérieur ou égal à 70%, de préférence supérieur ou égal à 80%, plus préférentiellement supérieur ou égal à 85%, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 90%, moyenné sur le domaine visible. [0042] Par « semi-transparente », on entend que la première électrode structurée possède un coefficient de transmission en intensité compris entre 30% et 70% moyenne' sur le domaine visible. [0043] Par « réfléchissante », on entend que la seconde électrode possède un coefficient de réflexion en intensité supérieur ou égal à 70%, de préférence supérieur ou égal à 80%, plus préférentiellement supérieur ou égal à 85%, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 90%, moyenné sur le domaine visible. [0044] Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir une structure dite à émission vers le bas, c'est-à-dire à travers le substrat. [0045] Selon une caractéristique de l'invention, le substrat prévu lors de l'étape a) est réalisé dans un matériau semi-conducteur, de préférence le silicium, ou réalisé en verre, la première électrode structurée prévue lors de l'étape a) est réfléchissante dans le domaine visible, la seconde électrode formée lors de l'étape f) est semi-transparente dans le domaine visible. [0046] Par « semi-conducteur », on entend que le matériau présente une conductivité électrique à 300 K comprise entre 105 S.cm ' et 102 S.cm1. [0047] Par « réfléchissante », on entend que la première électrode structurée possède un co- efficient de réflexion en intensité supérieur ou égal à 70%, de préférence supérieur ou égal à 80%, plus préférentiellement supérieur ou égal à 85%, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 90%, moyenné sur le domaine visible. [0048] Par « serai-transparente », on entend que la seconde électrode possède un coefficient 7 de transmission en intensité compris entre 30% et 70% moyenné sur le domaine visible. [0049] Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir une structure dite à émission vers le haut, c'est-à-dire à travers la seconde électrode. Le substrat peut alors comporter un circuit de commande des sous-pixels rouges, verts, et bleus sans nuire à l'efficacité lumineuse du micro-écran. On choisira un circuit de type TFT (Transistors en couches minces « Thin Film Transistors » en langue anglaise) lorsque le substrat est réalisé en verre, et un circuit de type CMOS (« Contpletnetztary Metal Oxide Setniconductor » en langue anglaise) lorsque le substrat est réalisé dans un matériau semi-conducteur, en particulier Si. Brève description des dessins [0050] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l'exposé détaillé de différents modes de réalisation de l'invention, l'exposé étant assorti d'exemples et de références aux dessins joints. [0051] Figures 1 à 15 sont des vues schématiques en coupe selon la normale au substrat, illustrant des étapes d'un procédé selon F invention. [0052] [fig.1] Figure 1 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0053] [fig.2] Figure 2 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0054] [fig.3] Figure 3 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0055] [fig.4] Figure 4 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0056] [fig.5] Figure 5 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0057] [fig.6] Figure 6 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0058] [fig.7] Figure 7 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. 8 100591 Ifig.81 Figure 8 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0060] [fig.9] Figure 9 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0061] [fig.10] Figure 10 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0062] [fig.11] Figure 11 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0063] [fig.12] Figure 12 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0064] [fig.13] Figure 13 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0065] [fig.14] Figure 14 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0066] [fig.15] Figure 15 est vue schématique en coupe selon la normale au substrat, illustrant une étape d'un procédé selon l'invention. [0067] 11 est à noter que les dessins décrits ci-avant sont schématiques et ne sont pas à l'échelle par souci de lisibilité et pour simplifier leur compréhension. Exposé détaillé des modes de réalisation [0068] Les éléments identiques ou assurant la même fonction poileront les mêmes ré- férences pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification. [0069] Comme illustré aux figures 1 à 15, un objet de l'invention est un procédé de fa- brication d'un pixel d'un micro-écran à diodes électroluminescentes organiques, comportant les étapes successives : a) prévoir un substrat 1 comportant une première électrode El structurée ; b) former successivement des premier et deuxième empilements bicouches 2, 3 sur la première électrode structurée, chaque empilement bicouche 2, 3 comprenant successivement des première et seconde couches 20, 21 ; 30, 31 réalisées respectivement dans des premier et second matériaux qui sont des oxydes transparents conducteurs pouvant être gravés de manière sélective ; 9 c) graver le deuxième empilement hicouche 3 pour une zone destinée à accueillir un sous-pixel bleu PB et pour une zone destinée à accueillir un sous-pixel vert PV, le deuxième empilement hicouche 3 étant laissé intact sous une zone destinée à accueillir un sous-pixel rouge PR ; d) graver le premier empilement hicouche 2 pour la zone destinée à accueillir le sous-pixel bleu PB, le premier empilement hicouche 2 étant laissé intact sous la zone destinée à accueillir le sous-pixel vert PV ; e) former un empilement 5 de couches électroluminescentes organiques, configure pour émettre une lumière blanche, et s'étendant dans les zones destinées à accueillir les sous-pixels rouge, vert et bleu PR, PV, PB ; f) former une seconde électrode E2 sur l'empilement 5 de couches électroluminescentes organiques de manière à obtenir un résonateur optique avec la première électrode El ; l'étape h) étant exécutée de sorte que : - le premier empilement hicouche 2 présente une épaisseur adaptée pour que le résonateur optique autorise la transmission d'une lumière verte, - les premier et deuxième empilements hicouches 2, 3 présentent une épaisseur totale adaptée pour que le résonateur optique autorise la transmission d'une lumière rouge. [0070] L'étape a) est illustrée à la figure 1. L'étape h) est illustrée à la figure 3. L'étape c) est illustrée aux figures 4 à 6. L'étape d) est illustrée aux figures 7 à 9. L'étape c) est illustrée à la figure 14. L'étape f) est illustrée à la figure 15. [0071] Substrat et types d'architectures [0072] Selon une première architecture dite à émission vers le bas : - le substrat 1 prévu lors de l'étape a) est transparent dans le domaine visible, et peut être réalisé en verre, - la première électrode El structurée prévue lors de l'étape a) est serai-transparente dans le domaine visible, et peut être réalisée par exemple dans un oxyde transparent conducteur, - la seconde électrode E2 formée lors de l'étape t) est réfléchissante dans le domaine visible, et peut être réalisée par exemple dans un matériau métallique. [0073] Selon une seconde architecture dite à émission vers le haut : - le substrat 1 prévu lors de l'étape a) est réalisé dans un matériau semi-conducteur, de préférence le silicium, ou réalisé en verre, - la première électrode El structurée prévue lors de l'étape a) est réfléchissante dans le domaine visible, et peut être par exemple réalisée dans un matériau métallique, - la seconde électrode E2 formée lors de l'étape t) est serai-transparente dans le domaine visible, et peut être par exemple réalisée dans un oxyde transparent conducteur. [0074] Première électrode structurée [0075] La première électrode El structurée est avantageusement réalisée dans un matériau métallique, de préférence sélectionné parmi AI, Ag, Pt, Cr, Ni, W, ou réalisée dans un oxyde transparent conducteur. [0076] La première électrode El structurée est préférentiellement une anode. Toutefois, la première électrode El peut être une cathode si la structure de l'empilement 5 de couches électroluminescentes organiques est inversée. [0077] L'étape a) peut comporter les étapes : al) prévoir le substrat 1 ; af,) déposer la première électrode El sur le substrat 1 par un dépôt de type pleine plaque, selon une technique de dépôt connue de l'homme du métier ; a3) structurer la première électrode El par unc lithogravure. [0078] Les motifs de la première électrode El structurée sont préférentiellement séparés d'une largeur comprise entre 0,6 pm et 1 pm. Cette largeur permet d'obtenir un pas d'une matrice de sous-pixels d'un micro-écran préférentiellement compris entre 4 pm et 5 pm. [0079] Lorsque l'architecture est à émission vers le bas, la première électrode El structurée présente unc épaisseur adaptée pour être semi-transparente dans le domaine visible. La première électrode El peut alors être réalisée par exemple dans un oxyde transparent conducteur (c.g. TTO). Lorsque l'architecture est à émission vers le haut, la première électrode El structurée présente une épaisseur adaptée pour être réfléchissante dans le domaine visible. La première électrode El peut alors être par exemple réalisée dans un matériau métallique. [0080] Formation des empilements bicouches [0081] Le premier matériau est avantageusement un oxyde de zinc ZnO, de préférence dopé à l'aluminium. Le second matériau est avantageusement l'oxyde d'étain Sn02. On choisira avantageusement des premier et second matériaux possédant des indices de réfraction suffisamment proches afin d'éviter des réflexions à l'interface entre les première et seconde couches 20, 21 ; 30, 31 des empilements bicouches 2, 3. A titre d'exemple, les premier et second matériaux possèdent avantageusement des indices de réfraction avec un écart inférieur ou égal à 25%, de préférence inférieur ou égal à 20%. [0082] L'étape b) est exécutée par des techniques de dépôt connues de l'homme du métier, par exemple par ALD (« Atornic Layer Deposition » en langue anglaise »). [0083] L'étape b) est avantageusement exécutée de sorte que : - la première couche 20, 30 de chaque empilement bicouche 2, 3 présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 100 nm, - la seconde couche 21, 31 de chaque empilement bicouche 2, 3 présente une épaisseur inférieure ou égale à 10 nm. 11 [0084] Gravure des empilements bicouchcs [0085] L'étape e) comporte avantageusement les étapes successives : cl) graver l'oxyde d'étain SnO2 du deuxième empilement hicouche 3 par une gravure sèche ou humide, c2) graver l'oxyde de zinc ZnO du deuxième empilement hicouche 3 par une gravure humide. [0086] L'étape cl) est illustrée à la figure 5. L'étape c2) est illustrée à la figure 6. [0087] L'étape e) comporte avantageusement une étape co) consistant à masquer la zone destinée à accueillir le sous-pixel rouge PR par une résine 6 photosensible. L'étape co) est illustrée à la figure 4. Comme illustré à la figure 10, la résine 6 photosensible est supprimée avant l'étape c) par une technique de retrait (