(57)【要約】エレクトロルミネセンス装置を作成する方法において、複数の有機エレクトロルミネセンス・ピクセル（１０）が透明基板（７）上に作成され、能動電子回路（１４）が第２の別個の基板（５）上に作成され、そして、この２つの基板は、能動電子回路と有機発光ダイオード・ピクセル（１０）の間に個別電気接続（１７）を形成するようにして、能動電子回路（１４）が透明基板（７）と向かい合う状態で一緒に組み立てられる。次いで、絶縁マトリックス材料（１８）を使用して、基板（７、１５）間の空間を埋めることができる。
2004521466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネセンス装置を作成する方法であって、
複数の有機エレクトロルミネセンス・ピクセルを透明基板上に作成する段階と、
能動電子回路を第２の別個の基板上に作成する段階と、
能動電子回路と有機エレクトロルミネセンス・ピクセルの間に個別の電気接続を形成するように、能動電子回路が透明基板と向かい合う状態で、２つの基板を一緒に組み立てる段階とを備える方法。
【請求項２】
前記第２の基板が、結晶シリコン、アモルファス・シリコン、ポリシリコン、シリコン・オン・インシュレータ、または導電性有機材料から選ばれた材料を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記透明基板が、導電性透明材料で覆われている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記透明導電性材料が、インジウム錫酸化物を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ピクセル間に電気絶縁障壁を形成する絶縁材料の領域を作成することを含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記絶縁材料が、光を吸収するか、光を反射する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記有機エレクトロルミネセンス・ピクセルに使用される放射材料が、重合体、オリゴマー、小分子、または希土キレート材料から選ばれる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
各ピクセルの第２の電極が、反応性金属または金属化合物の比較的薄い層を備え、この比較的薄い層が、ピクセルのエレクトロルミネセンス材料と、反応性金属または化合物よりも反応性でない金属材料のより厚い層との間に配列されている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項９】
前記基板間の電気接続が、導電性接着剤、金属および異方性導電材料から選ばれた接続材料を含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記電気接続材料が、スクリーン印刷、ステンシル印刷およびインクジェット印刷から選ばれた方法で、一方または両方の基板のコンタクト・パッド上に堆積される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板の少なくとも１つの複数の接続が、それぞれの基板上の複数の位置に接続材料を同時に堆積することで形成される、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板が、超音波ボンディングによって互いに接続される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
流動性絶縁材料が、２つの基板の間の電気接続間に入れられて、その間の隙間を満たし、次いで、固体マトリックスに変換される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記マトリックスが、装置の異なる材料間の熱膨張特性を改良する材料を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記マトリックスが、さらに、乾燥剤またはゲッタを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板の一方または両方がプラスチック材料である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記基板の一方または両方が可撓性である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記基板の一方または両方が平面でない、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記能動電子回路が複数の能動回路チップ上に作成され、この能動回路チップが第２の別個の基板と結合される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
異なる色の発光のような異なる特性を有する複数の透明基板が、単一の第２の別個の基板と組み合わされる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記請求項のいずれか一項に記載の方法で作成されたエレクトロルミネセンス装置。
【請求項２２】
適切な透明基板上の複数の有機エレクトロルミネセンス・ピクセルと、第２の別個の基板上の能動電子回路とを備えるエレクトロルミネセンス装置であって、透明基板および能動基板が、能動電子回路と有機発光ダイオード・ピクセルの間の個別電気接続によって接続され、硬化された流動性でない非導電性マトリックス材料が前記透明基板と能動基板の間に配置されているエレクトロルミネセンス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレクトロルミネセンス装置の製法およびこの方法を使用して作成された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる起源および基板の光電子部品および電子部品を集積化することによって、光通信（フォトニクス）の様々な用途で、多くの高度なシステムが可能になる。このために、ハイブリッド集積化の様々な方法および技術が開発されている。
【０００３】
異種集積化の例は、フリップチップ・ボンディング、エピタキシャル・リフトオフ、基板除去およびアップリケ・ボンディング、および微小ロボット・ピック・アンド・プレースである。
【０００４】
異種集積化によって、異なる特性（光学的に、機械的に、電気的に、または熱的に）を有する構成部品を組み合わせて、これらの特性のある組合せを有する製品を実現する装置を製造することができるようになる。また、異種集積化は、互いに専用の製造を必要とする異質の構成部品を組み合わせる方法として使用することができる。この方法の他の利点は、最終製品において１つの構成部品の性能に有害な影響を及ぼす製造段階にその部品がさらされることを除くことによって、その最終製品の製造を簡略化し、または性能を向上させることである。
【０００５】
この方法は、プリント回路基板にシリコン・チップを集積化するために使用されてきた。例えば、１９６０年代初めに、ＩＢＭ社は半田バンプ・フリップ・チップ・プロセスを導入した。この技術では、チップおよび基板上の濡れ性のよい端子に堆積された半田バンプが使用される。半田バンプ付きチップを裏返し、次いで基板に位置合せし、半田のリフローで電気接続する。同様なフリップ・チップ技術は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）光検出器素子をシリコン・マイクロチップに集積化するために使用されている。
【０００６】
能動マトリックス・アドレス方式を取り入れた有機エレクトロルミネセンス装置が以前に製造された。ポリシリコンＴＦＴ（薄膜トランジスタ）および能動アドレス材料としてＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）結晶シリコンを使用して、そのような装置が実施された。これでは、全ての場合に、能動マトリックス回路を収納する基板に直接製造されたエレクトロルミネセンス・ピクセル構造が必要になる。これでは、ピクセル・アレイを作成するのに必要な処理工程に能動マトリックス回路材料がさらされ、不利となることがある。
【０００７】
例えば、この分野の従来技術に述べられている方法を使用すると、ＣＭＯＳ能動マトリックス・アドレス方式の装置の製造にはいくつかの妥協処理工程が含まれる。能動マトリックス駆動回路を収納する壊れやすく敏感なＣＭＯＳ基板が、ダイオード構造を製造するのに必要な、有害な可能性のある環境にさらされる。ＣＭＯＳは（小分子発光材料または重合体発光材料のどちらが使用されるかに依存して）、ある範囲の溶剤、真空乾燥、および真空金属化プロセスにさらされる可能性があるが、これらは全てＣＭＯＳを損傷することがある。
【０００８】
逆に言えば、ＣＭＯＳの上にエレクトロルミセンス・アレイを作成することで、装置の封止が犠牲にされる。これは、発光材料の上に透明電極構造を加工しなければならないからである。これは、ある特定の金属の非常に薄い層（ほぼ１０ｎｍ）の堆積に続いて、一般にはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）である透明導電性材料のより厚い層を堆積することで、慣例的に行われている。ＩＴＯの堆積で、下にある層が、酸素が多くその上に高温である環境にさらされるが、この酸素と高温は共に、装置の寿命を短縮することがある。この構造は酸素の多い化合物（ＩＴＯ）を載せているので、酸素は、この化合物から酸素敏感金属または有機材料のいずれかの直ぐそばに移動することができる。装置は、さらに、ガラスのような不浸透性障壁を使用する封止を必要とする。
【０００９】
有機発光材料は、水、酸素、ある特定の有機溶剤、および１００℃より遥かに高い温度に対して敏感である。これらのどれかにさらすと、放射特性が劣化するか、または装置の破局的な故障が起きることがある。効率のよいダイオード構造を作成するために、カルシウム、マグネシウム、または容易に酸化する他の金属の薄い層のような他の反応性材料を電極構造に使用することも必要である。これらの敏感材料を保護するために、理想的には水や酸素に対して不浸透性である障壁層で装置を封止することが必要である。
【００１０】
エレクトロルミネセンス・ピクセルを形成しなければならない能動回路チップが非平面表面形状であることで、封止が困難になる。この非平面表面形状によって、ピクセルにわたって装置性能のばらつきが生じることもあり、また、場合によっては、上部電極と下部電極の間の短絡のような破局的な効果が起こることもある。
【００１１】
能動回路が光用途で使用される場合、通常、製造プロセスの一部として光遮断層を含むことが必要になる。これは、電荷の漏れを引き起こして電子回路に影響を及ぼす光を避けるためである。図１は、従来装置を模式的な断面で示し、この装置では、上部電極間の光遮断層３だけでなく上部電極２にも光線１が入射する。下にある誘電体４が、能動回路基板６に配列された能動回路５を覆っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
能動マトリックス・ディスプレイを製造する新規な方法を発明した。この方法は、２つの部品の異種集積化を必要とし、この部品の一方はピクセル・アレイを含み、他方は能動マトリックス駆動回路を含む。ピクセルを回路で電気的にアドレスすることができるように、この２つの部品は、一方から他方への導電経路を実現するように互いに結合されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このように、本発明は、エレクトロルミネセンス装置を作成する方法を提供し、この方法は、複数の有機エレクトロルミネセンス・ピクセルを透明基板上に作成する工程と、能動電子回路を第２の別個の基板上に作成する段階と、能動電子回路と有機エレクトロルミネセンス・ピクセルの間に個別の電気接続を形成するように、能動電子回路が透明基板と向かい合う状態で、２つの基板を一緒に組み立てる段階とを備える。
【００１４】
この方法によって、別個の部品ごとに製造プロセスを最適化することが可能になる。この方法は、現在の単一製造プロセスで製造することができるものに優る最終製品の性能のいくつかの改良をもたらす。また、異種集積化方法は、より効率の良い、経済的な製造サイクルをもたらす。
【００１５】
本異種集積化方法では、上で言及した害を及ぼす可能性のあるプロセス段階のどれにもＣＭＯＳがさらされることはなく、また、エレクトロルミネセンス装置の上面に直接ＩＴＯ（または、他の透明な導電性材料）を堆積する必要をなくすことで封止が強化される。これは、製造プロセスを別個の２つに分けることで、ＩＴＯまたは他の透明導電性材料が予め塗布されたガラスのような透明な気密封止材料を、有機材料を堆積する基板として使用することができるからである。また、ピクセル間の電気的分離障壁として作用することができる絶縁材料の領域を作成することもできる。この材料は、好ましくは、光を吸収するか光を反射するので、その結果、以下で考察する第２の電極とともに光を遮断し、別個の光遮断層は必要でなくなる。
【００１６】
各ピクセルは１つまたは複数のエレクトロルミネセンス層を含み、この各層が重合体、オリゴマー、小分子または希土キレート材料を備えることができる。これらの層および、随意に、注入向上のための導電性重合体の層のような性能を向上させる他の層が、当分野に精通した人は理解するスピンコーティング、ディップコーティング、スプレイ、ドクター・ナイフまたは真空堆積法で堆積される。次いで、第２の電極が、シャドウ・マスクを介して有機層の上に真空堆積されるのが好ましい。一般に、この第２の電極は、反応性の仕事関数の小さい（＜４ｅＶ）金属またはフッ化リチウムのような金属化合物から成る。好ましいその後の段階で、基板を組み立てる前に、前記のパッドよりも反応性が低い金属材料を使用して封止することで、第２の電極は完成する。特に、アルミニウムのような反応性のより低い金属のより厚い層をシャドウ・マスクを介して堆積して、この薄い電気コンタクト・パッド層を覆うことができる。その結果、反応性金属層は完全に封じ込められる。複数の放射ピクセルが形成され、各ピクセルが独立にアドレス可能な第２の金属電極コンタクトを有する。
【００１７】
異種集積化法の好ましい実施例では、最初に、能動マトリックス基板およびエレクトロルミネセンス・ピクセル基板上の位置合せ構造を使用して、能動マトリックスとピクセル・アレイを互いに位置合せする。ピクセル基板は透明なので、これはフリップ・チップ方法ではなく、それで機器コストは低減される。次いで、２つの部品間の機械的強度および能動マトリックス回路と各放射ピクセルの間の導電経路を実現するように、能動マトリックス基板をピクセル・アレイに結合する。その結果、各ピクセルは独立にアドレスできるようになる。
【００１８】
この結合は２段階プロセスを含むこともでき、それによって、最初に、２つの部品間に複数の電気的な結合を形成する。これによって、小さなギャップ間隔を生じさせることができ、この間隔を、硬く非流動性で非導電性のマトリックス材料に変換することができるエポキシ樹脂または他の高分子材料のような流動性で非導電性の材料を使用して埋めることができる。この材料は、装置の全体的な性能をさらに改良するように選ぶことができる。例えば、凝固したときの非導電性材料で、機械的強度、熱膨張不整合、熱管理、電気的分離／インピーダンス、またはこれらのある組合せを改良して、装置の信頼性および寿命を向上することができる。マトリックス材料は、さらに、乾燥剤またはゲッタとして作用して、有機エレクトロルミネセンス・ピクセル・アレイの封止を高めることができる。
【００１９】
基板間の電気接続は、いくつかの異なる方法で形成することができる。接続材料は、半田または金属の代替として導電性接着剤を含むことができる。低温硬化導電性接着剤は、接続材料を塗布する好ましい方法に特に適切である。すなわち、スクリーン、ステンシル、またはインクジェット印刷でパターン形成して、２つの基板上の金属電極間に電気的／機械的接続を形成する。これによって、有機材料を高温および「ウェット」・プロセスにさらすことが少なくなり、さらに製造中に、一度に複数の接続を基板の一方に作成することができるようになる。
【００２０】
他の適切な結合方法には、超音波ボンディングを使用して、２つの基板上の金属電極間に個別の電気的機械的接続を形成することがある。
【００２１】
他の結合方法には、導電性が異方性である材料を使用して、２つの基板上の金属電極間に電気的接続だけを形成することがある。この材料は、２つの部品間に連続した膜として付けられるかもしれないが、２つの基板の対応する金属電極間で導電性であるだけである。
【００２２】
この異種集積化方法は、いくつかの異なる基板で使用し、完成エレクトロルミネセンス装置の性能の向上を実現することができる。好ましくは、第２の基板は、結晶シリコン、アモルファス・シリコン、ポリシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、または導電性有機材料から選ばれた材料を含む。
【００２３】
発明技術は装置の光学部分と電気部分を効果的に分離し、それで悪影響を起こすことがない。有機エレクトロルミネセンス・ピクセルは、光学領域と能動電子回路の間の境界面として作用する。
【００２４】
ポリシリコンまたはアモルファス・シリコンの能動マトリック回路装置とともにこの方法を使用することで、ピクセル充填率が向上する。これは、一般に、当分野で知られている方法を使用すると、装置の各ピクセルでポリシリコン回路は目に見えるからである。本発明による装置では、全ての回路はピクセルの後ろに個別に配置することができ、それによって、ピクセルの能動領域が増す。他の利点は、比較的大きな物理的サイズを必要とするポリシリコン回路を設計し応用することができることであるが、これは、ピクセルおよび装置の光出力と感知性能に影響するピクセル充填率に影響を及ぼさないからである。多くの場合、物理的回路寸法の粗いほど、製造サイクルのコストをより経済的に低減して製造することができる。装置から放出される、または装置に当たる特定の波長の有害な光にさらされないように能動回路を遮蔽するのが好ましく、この状況ではポリシリコンが特に適切である。
【００２５】
プラスチックのような様々な基板材料を使用して、湾曲した、平らでない形に成型された、または可撓性の装置を作成することができる。
【００２６】
このことは、能動電子回路を複数の能動回路チップに作成し、これらのチップを第２の別個の基板と結合する場合に特に有用である。最近、ＣＭＯＳチップをプラスチック基板に埋め込むことができる方法が実証された。これは、プラスチック基板の予め定められた凹部に成形ＣＭＯＳシリコン・チップ装置を流体自己組付けすることと、それに続くメタライゼーション相互接続プロセスで行われた。
【００２７】
この方法を我々の異種集積化方法と合体させることで、大面積可撓性エレクトロルミネセンス装置に埋め込まれた能動回路を、ピクセル構造の後ろの隠されている回路が目に見えるので、複雑化することができる。
【００２８】
この方法は、有利なことに、異なる色の発光のような異なる特性を有する複数の透明な基板を、単一の第２の別個の基板と組み合わせることを含む。
【００２９】
また、本発明は、上で定義した方法で作成されるエレクトロルミネセンス装置を提供する。最後に、本発明は、適切な透明基板上の複数の有機エレクトロルミネセンス・ピクセルと、第２の別個の基板の能動電子回路とを備え、前記の透明基板および能動基板が能動電子回路と有機発光ダイオード・ピクセルの間の個別電気接続によって接続され、硬化された流動性でない非導電性マトリックス材料が透明基板と能動基板の間に配置されているエレクトロルミネセンス装置を提供する。
【００３０】
ただ例として添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図２および３は、ガラスのような優れた気密封止特性を有する材料の透明基板７を示す。以下で説明する能動回路チップの製造プロセスと別個の製造プロセスで、最初に、好ましくはＩＴＯを含む透明または半透明電極８を透明基板７に塗布する。
【００３２】
ピクセルを電気的光学的に分離するように、光吸収電気絶縁性材料の壁９を透明電極８上に構成する。この壁はスペース（空間）アレイを画定し、この各スペースで、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレイ、ドクター・ナイフ、または当分野で知られている真空堆積法によって、エレクトロルミネセンス・ピクセル１０を電極８上に製造する。ピクセル１０は、１つまたは複数の有機エレクトロルミネセンス層を含み、各層は重合体、オリゴマー、小分子、または希土キレート材料を含む。さらに、ピクセル１０は、１つまたは複数の無機エレクトロルミネセンス層、導電層および／または当技術分野で知られているような障壁層を含むことができる。
【００３３】
次いで、シャドウ・マスクを介して各有機ピクセル１０上に第２の電極１１を真空堆積する。この第２の電極は、反応性で仕事関数の小さな（＜４ｅＶ）金属、またはフッ化リチウムのような金属化合物の薄い層１２から成る。アルミニウムのような比較的反応性の低い金属のより厚い層１３をシャドウ・マスクを介して堆積して、この層１２に覆いを被せる。その結果、反応性金属層１２は完全に封じ込められる。複数の放射ピクセル１０が形成され、各々が独立にアドレス可能な第２の金属電極コンタクト１１を有する。
【００３４】
能動マトリックス・アドレス方式回路１４は、ＣＭＯＳ技術のような当分野の当業者に知られている方法で、適切な基板１５に別個に製造する。能動マトリックス・ピクセル回路は、金属電極コンタクト・パッド１６を含む。電極パッドは、絶縁層で保護されていない、回路の唯一の導電性部分であるかもしれない。
【００３５】
一方で第２の電極１１の電気的バンプ１１ａと他方でコンタクト・パッド１６のいずれかまたはその両方に、これらの部品が接触するときに２つの基板７、１５のそれぞれのコンタクト間に１つの個別電気接続１７だけが作成されるように、低温硬化導電性接着剤のような導電性材料を付ける。ある特定の導電性材料を使用して電気接続を形成するとき、電気コンタクトの両方の組に導電性材料を付けるのが有利であるかもしれない。
【００３６】
電気コンタクトが熱力学的に安定でかつ機械的に強くなるようにしたので、それで、エポキシ樹脂のような初めに流動性で電気絶縁性の材料１８を個別電気コンタクト点間の空間に充填することができる。このことは、個々のコンタクト点をさらに電気的に分離する効果を有する。この絶縁マトリックス材料１８の適切慎重な選択によって、コンプライアンス、熱膨張整合、機械的強度、耐久性の改良、または信頼性、歩留りおよび寿命の向上に望ましい他の特性のような、さらに他の望ましい特性を能動マトリックス有機エレクトロルミネセンス装置に与えることもできる。例えば、ガラスおよびシリコンは異なった熱膨張係数を有し、マトリックス材料１８は、従順層として作用して基板７、１５の等しくない膨張の問題を改善することができる。また、組立装置の熱サイクル中に、マトリックス材料１８は、有機エレクトロルミネセンス・ピクセル１０と能動回路１４の間の電気接続１７の機械的応力を吸収するのを補助することができる。さらに、バリウム、ゼオライト、ジルコニウム、および／またはシリカのようなゲッタリング材料および乾燥剤材料をマトリックス材料１８中に含めて、環境ガスおよび液体のピクセル領域への漏れを減少させ、それによって、装置寿命を改良することができる。
【００３７】
この明細書における「備える」という動詞の形は全て、「から成る、または含む」を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】前述した光遮断層を備えた、既知の装置の模式的な垂直断面図である。
【図２】本発明の特定の実施形態による装置の模式的な垂直断面図である。
【図３】図２に示す装置の単一ピクセルのより詳細な垂直断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004521466.tif 000017
2004521466.tif 000018
【国際調査報告】
2004521466.tif 000019
2004521466.tif 000020
2004521466.tif 000021