УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ МАСКИРОВАНИЕ ДЛЯ РИСУНКОВ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ
IMPROVED MASKING FOR PATTERNS ON LIGHT-EMITTING DEVICES

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к устройству органического светоизлучающего диода (ОСИД) и способу изготовления такого устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
ОСИД представляют собой эффективные светоизлучающие диоды, изготовленные из полупроводниковых органических материалов. Они в настоящее время еще находятся в стадии разработки и находят возможное применение во множестве областей. Первые сверхтонкие и низковольтные ОСИД были описаны в работе C.W. Tang и S.A. VanSlyke, «Органические электролюминесцентные диоды» («Organic electroluminescent diodes», Appl. Phys. Lett., Vol. 51, pp.913-915 (1987)). Начиная с этого, было сделано много разработок для усовершенствования этих устройств для применения в дисплеях с плоским экраном, а также в твердотельном освещении.
Типичный ОСИД состоит из слоя органических материалов, расположенных между двумя электродами - анодом и катодом, оба из которых осаждены на подложке. В ходе эксплуатации напряжение прикладывают к ОСИД таким образом, чтобы анод был положительным по отношению к катоду. Поток электронов течет через устройство от катода к аноду, поскольку электроны вводят в LUMO органического слоя на катоде и выводят из HOMO на аноде. Этот последний процесс также может быть описан как ввод электронных дырок в HOMO. Электростатические силы притягивают электроны и дырки друг к другу, и они рекомбинируют с образованием экситона - связанного состояния электрона и дырки. Это происходит ближе к испускающему слою, поскольку в органических полупроводниках дырки могут быть более мобильными, чем электроны. Распад этого возбужденного состояния приводит к релаксации уровней энергии электрона, сопровождающейся испусканием излучения, частота которого находится в видимой области.
Исследования, связанные с тем, как повысить эффективность испускания устройства, продолжаются с особым вниманием. Как правило, повышенная эффективность может быть достигнута за счет использования высокоэффективных люминесцентных материалов и проектирования новых структур устройства. Более высокая эффективность тока может быть достигнута при использовании многофотонных устройств, содержащих пакетированные блоки ОСИД. Эффективность тока может быть усилена благодаря рециркуляции электронов и дырок.
Если изготавливаются ОСИД со специально предназначенными областями, это делается с использованием технологии, в которой органический материал ОСИД и катодный материал каждого сегмента осаждают с отдельными масками таким образом, чтобы этими материалами покрывались только те области, которые предназначены для испускания света. Это приводит к ситуации, когда маски, предназначенные для нанесения на область второго слоя излучения, перекрывают или касаются области с уже осажденными слоями. Это может привести к микроповреждениям этих слоев и, таким образом, к видимым повреждениям или к коротким замыканиям. Эта проблема не ограничена ОСИД-устройствами и может также возникнуть в других светоизлучающих устройствах с нанесенным рисунком, имеющих слоистые структуры.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является обеспечение светоизлучающего устройства и способа изготовления светоизлучающего устройства, посредством которого можно достигнуть улучшенных рабочих характеристик устройства.
Эта задача достигается посредством светоизлучающего устройства по п. 1 формулы изобретения и посредством способа изготовления по п. 8 формулы изобретения.
Следовательно, никакой слой маски не касается осажденных слоев (помимо слоя анода и необязательных изоляционных слоев). Более того, в дополнение к усовершенствованному изготовлению, повышается выход по однородности излучения света. В отличие от случая, когда проводящим катодным слоем покрыта только светоизлучающая область, катодным слоем может быть покрыта значительно большая область, что приводит к понижению поверхностного сопротивления слоя и, следовательно, к лучшему распределение тока.
Согласно первой особенности могут быть обеспечены по меньшей мере две активные области с нанесенным рисунком, причем слой первого электрода простирается до края подложки с обеспечением первого контактного участка светоизлучающего устройства, причем слой второго электрода исключает по меньшей мере часть первого контактного участка и простирается до края светоизлучающего устройства с обеспечением второго контактного участка, и при этом первая и вторая активные области могут иметь индивидуальный доступ через первый и второй контактные участки. Таким образом, пакетированные активные области могут иметь электрический индивидуальный доступ через их соответствующие контактные участки электродных слоев.
Согласно второй особенности слои первого и второго электродов представляют собой катодные слои. Таким образом, световое излучение первой и второй активной областей можно регулировать индивидуально через первый и второй катодные слои. Способ пакетирования с протяженными катодными слоями обеспечивает структуру ОСИД с нанесенным рисунком, со сниженными видимыми повреждениями и/или короткими замыканиями.
Согласно третьей особенности, которая может сочетаться с первой особенностью, светоизлучающее устройство может представлять собой устройство ОСИД, в котором первый и второй активные слои представляют собой органические слои.
Согласно четвертой особенности, которая может сочетаться с любой из особенностей, первой или второй, область, покрытая вторым катодным слоем, является (значительно) большей, чем вторая активная область. Следовательно, поверхностное сопротивление слоя может быть снижено, а распределение тока может быть повышено.
Согласно пятой особенности, которая может сочетаться с любой из особенностей, с первой по третью, процесс маскирования может содержать теневое маскирование. Следовательно, может быть достигнуто нанесение рисунка с высокой эксплуатационной гибкостью, особенно для органических материалов.
Согласно шестой особенности, которая может сочетаться с любой из особенностей, с первой по пятую, слой первого электрода может быть адаптирован для формирования прозрачного промежуточного электрода. В этом случае подложка может содержать первый анод и второй анод, разделенные изоляционной областью, причем первая активная область покрывает первый анод и простирается до изоляционной области, и при этом вторая активная область покрывает промежуточный электрод выше первого анода и простирается через второй анод. Следовательно, может быть обеспечен структурированный анод, что позволяет селективно активировать две активные области, причем в перекрытой области (областях) испускается смесь излучаемых длин волн.
Согласно седьмой особенности, которая может сочетаться с шестой особенностью, промежуточный электрод может содержать вывод для подачи электроэнергии для изменения его свойств пропускания света. Таким образом, смешение цветов можно регулировать через напряжение, подаваемое к промежуточному электроду.
Согласно восьмой особенности, которая может сочетаться с шестой или седьмой особенностью, промежуточный электрод может быть адаптирован для обеспечения характеристик цветного фильтра. Таким образом, на выходной цвет может влиять цвет, характерный для цветового фильтра.
Дополнительные предпочтительные варианты воплощения заданы ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие особенности изобретения станут ясными и будут освещены со ссылкой на варианты воплощения, описанные ниже.
НА ЧЕРТЕЖАХ:
Фиг. 1 показывает схематический вид сверху первой органической области, нанесенной на подложку согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения;
Фиг. 2 показывает схематический вид сверху протяженного первого катодного слоя, нанесенного на подложку и первую органическую область, согласно первому варианту воплощения;
Фиг. 3 показывает схематический вид сверху второй органической области, нанесенной на подложку поверх первого пакета слоев ОСИД, согласно первому варианту воплощения;
Фиг. 4 показывает схематический вид сверху протяженного второго катодного слоя второго пакета ОСИД, нанесенного на подложку поверх первого пакета ОСИД, согласно первому варианту воплощения;
Фиг. 5 показывает схематический вид сверху светового излучения первой органической области и второй органической области согласно первому варианту воплощения;
Фиг. 6 показывает схематический вид сверху первой органической области, нанесенной на подложку, согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения;
Фиг. 7 показывает схематический вид сверху прозрачного промежуточного электрода, осажденного на подложку и первую органическую область, согласно второму варианту воплощения;
Фиг. 8 показывает схематический вид сверху второй органической области, нанесенной на подложку поверх первого пакета слоев ОСИД, согласно второму варианту воплощения;
Фиг. 9 показывает схематический вид сверху катодного слоя второго пакета ОСИД, нанесенного на подложку поверх первого пакета ОСИД, согласно второму варианту воплощения;
Фиг. 10 показывает схематический вид сверху светового излучения первой органической области и второй органической области согласно второму варианту воплощения и
Фиг. 11 показывает схематический вид сверху структурированного анода, который может быть использован во втором варианте воплощения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
Различные варианты воплощения далее будут описаны исходя из устройства пакетированных ОСИД по меньшей мере с двумя излучающими областями и протяженным электродным слоем (слоями). Однако следует отметить, что настоящее изобретение может быть применено для любого типа светоизлучающего устройства со структурой пакетированных слоев с нанесенными рисунками и с двумя или более активными областями. Износ или повреждения маски предотвращаются за счет осаждения структурированного верхнего слоя поверх структурированного нижнего слоя, причем верхний слой является большим, чем нижний слой, и, таким образом, верхний слой покрывает нижний слой.
Устройство ОСИД содержит материал подложки, который может быть сформирован в виде стеклянной панели или панели, изготовленной из органического материала или металла. Таким образом, материал подложки образует базовую структуру, на которую наложены различные слои. Эти слои представляют собой по меньшей мере анодный слой, который может быть выполнен в виде слоя оксида индия и олова (Indium-Tin-Oxide, ITO-слоя) и на который нанесено множество различных функциональных органических слоев, образующих активную область, вследствие чего функциональные органические слои могут выглядеть лишь в виде одиночного органического или люминесцентного слоя для упрощения сущности. Эти функциональные органические слои могут содержать по меньшей мере слой для дырочной инжекции, слой для переноса дырок, излучающие слои (флуоресцентный и/или фосфоресцирующий эмиттер), в которых реализовано излучение света, и по меньшей мере один слой для блокирования дырок, слой для переноса электронов и по меньшей мере один слой для инжекции электронов, при том, что различные слои обычно бывают очень тонкими, ограниченными толщиной, например, приблизительно 10 нм каждый. Верхний слой представляет собой катодный слой, который расположен между различными функциональными слоями между анодными слоями. Источник электропитания подключен между анодным слоем и катодным слоем.
В дальнейшем усовершенствованная технология изготовления для многослойной структуры ОСИД с двумя активными областями (т.е. светоизлучающими органическими областями) согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на Фиг. 1-5. Следовательно, для устройств ОСИД, состоящих из двух или более активных областей, может быть реализован более надежный способ изготовления. Устройство ОСИД согласно первому варианту воплощения содержит по меньшей мере две излучающие области с отдельным доступом с протяженными катодными слоями, обеспечивающими электрические контактные участки на ободе или на краю устройства ОСИД, таким образом, чтобы два завершенных ОСИД были уложены поверх друг друга. Для предотвращения каких-либо коротких замыканий между анодными и катодными слоями анодный слой может представлять собой структурированный анодный слой, с которым имеется контакт с его обратной стороны или через проводящую дорожку, покрытую слоем изоляции на тех областях, на которых нет никаких функциональных органических слоев или областей. В качестве другой возможности анодный слой может представлять собой неструктурированный анодный слой, который покрыт слоем изоляции на тех областях, которые не покрыты функциональным органическим слоем или областью. С неструктурированным анодным слоем может иметься контакт с его обратной стороны или на краевом участке устройства ОСИД, где нет никакого слоя изоляции и где анодный слой не может входить в контакт с каким-либо верхним катодным слоем.
Фиг. 1 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения первого этапа, когда первую органическую область 10 наносят через теневую маску на подложку 12 таким образом, чтобы она частично покрывала структурированный или неструктурированный анодный слой (не показан) подложки 12. Таким образом, на первом этапе первую органическую область 10 активного устройства ОСИД с нанесенным рисунком осаждают через теневую маску на подложку 12. Это может быть достигнуто путем мелкомасштабной технологии, называемой испарением из-под теневой маски, где осаждают светоизлучающие органические молекулы, которые образуют пиксели. Альтернативная технология осаждения может представлять собой струйную печать или другие технологии, в которых могут сочетаться признаки печати через теневую маску и струйной печати, с достижением высококачественных пикселей ОСИД, расположенных на большой области. Кроме того, для обеспечения изоляции между последовательно осажденными катодным слоем 20 и анодным слоем подложки 12 осаждают электроизолирующую область 99. Без изолирующей области 99 можно обойтись, если первая органическая область 10 где-либо доходит до края устройства ОСИД, вследствие чего можно избежать прямого контакта между анодным слоем и катодным слоем 20.
Фиг. 2 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения второго этапа, когда первый катодный слой 20, который простирается до контактного участка или до выступа на ободе устройства ОСИД, наносят или осаждают через теневую маску на подложке 12 таким образом, что он покрывает первую органическую область 10 и изолирующую область 99. Таким образом, после прохождения этого этапа катодный слой 20 покрывает первую органическую область 10 и простирается до точек контакта на ободе устройства ОСИД, вследствие чего образуется первая активная область с индивидуальным доступом. Катодный слой должен быть несколько меньше, чем изолирующая область 99, для снижения риска каких-либо коротких замыканий с анодным слоем.
Фиг. 3 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения третьего этапа, когда вторую органическую область 30 наносят через теневую маску на подложку 12 поверх первой нанесенной структуры первой активной области. Вторую органическую область 30 осаждают и маску изготавливают таким образом, чтобы первый пакет ОСИД первой активной области был покрыт органическим материалом второй органической области 30 структуры ОСИД.
Фиг. 4 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения четвертого этапа, когда второй катодный слой 40 второго пакета ОСИД второй активной области наносят через первый пакет ОСИД. Второй катодный слой 40 второго диода наносят или осаждают через теневую маску таким образом, чтобы он покрывал всю вторую органическую область 30, за исключением только тех частей катода, которые контактируют с выступом или участком первого пакета ОСИД первой активной области. Более того, второй контактный слой 40 расширяют до такой степени, чтобы он достигал обода, если необходимо, чтобы структура ОСИД могла иметь электрический контакт с этим слоем за счет соответствующего контактного участка на ободе структуры ОСИД или устройства.
Фиг. 5 показывает вид сверху светового излучения, достигаемого структурой ОСИД с верхним излучением, изготавливаемой согласно вышеописанным четырем этапам. Первая органическая (ОСИД) область 10 может излучать, например, зеленый свет, а окружающая вторая органическая (ОСИД) область 30 может излучать синий свет. Контактный слой 20 первого катода первой активной области не испускает света и, таким образом, показан черным цветом. Две органические области 10, 30 могут теперь иметь отдельный электрический доступ для регулирования излучения из соответствующих активных областей.
Таким образом, по меньшей мере в некоторых областях два пакета или структур ОСИД могут быть осаждены один поверх другого. В области, где световое излучение верхней активной области не может выходить, верхний органический слой или область служит для изоляции друг от друга двух контактных слоев катода таким образом, чтобы размер верхнего катода можно было бы повысить для обеспечения повышенной проводимости.
Далее, усовершенствованная технология изготовления для многослойной структуры ОСИД с двумя активными областями (т.е. со светоизлучающими органическими областями) согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения будет описана со ссылкой на Фиг. 6-11. Следовательно, для устройств ОСИД, состоящих из двух активных областей, может быть реализован более надежный способ изготовления. Устройство ОСИД согласно второму варианту воплощения содержит две отдельные излучающие области с промежуточным электродом и одним верхним катодным слоем.
Фиг. 6 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения первого этапа, когда первый органический слой или область 10 наносят или осаждают через теневую маску на подложку 12 аналогично первому варианту воплощения. Это также может быть достигнуто путем мелкомасштабной технологии, называемой испарением из-под теневой маски, или путем альтернативной технологии осаждения, такой как струйная печать, или с использованием других технологий, которые могут сочетать в себе признаки печати через теневую маску и струйной печати с достижением высококачественных пикселей ОСИД, нанесенных на большой области. Первая органическая область 10 является пригодной для испускания света определенного цвета, например синего, если катод будет присутствовать, а напряжение будет приложено между анодом и катодом.
Фиг. 7 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения второго этапа, когда прозрачный промежуточный электрод 50 осаждают или наносят через теневую маску поверх первой органической области 10. Таким образом, после прохождения этого этапа промежуточный электрод 50 покрывает первую органическую область 10.
Фиг. 8 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения третьего этапа, когда второй органический слой или область 60 наносят через теневую маску на подложку 12 поверх промежуточного электрода 50. Вторую органическую область 50 осаждают, а маску изготавливают таким образом, чтобы первый пакет ОСИД первой активной области 10 был покрыт органическим материалом второй органической области 60 структуры ОСИД. Вторая органическая область 60, нанесенная таким образом на промежуточный электрод 50 и по меньшей мере частично - поверх или на анодный слой (не показан на Фиг. 3) подложки 12, является пригодной для испускания света определенного цвета, например желтого. Поэтому вторая органическая область 60 простирается поверх первой органической области 10.
Фиг. 9 показывает вид сверху структуры ОСИД после прохождения четвертого этапа, когда катодный слой 70 второго пакета ОСИД второй активной области наносят на первый пакет ОСИД. Катодный слой 70 второго диода наносят или осаждают через теневую маску таким образом, чтобы он простирался поверх органических областей 10 и 60.
Фиг. 10 показывает вид сверху для светового излучения, достигаемого с использованием структуры ОСИД с верхним излучением, изготовленной посредством вышеописанных четырех этапов. Если напряжение приложено между анодом и анодным слоем (не показан) подложки 12 и катодного слоя 70, ток вытягивается через органический материал. Первый органический пакет будет испускать свет определенной длины волны (например, синий), а второй органический материал будет испускать свет другой длины волны (например, желтый). На области, где оба слоя перекрывают друг друга, испускается смесь длин волн от двух отдельных органических областей 10, 60 (например, синий + желтый = белый).
Во втором варианте воплощения, в отличие от первого варианта воплощения, требуется структурированный анод, поскольку катодный слой используется, как для излучающих областей, так и для батарей различной толщины, управляемых различными напряжениями.
Фиг. 11 показывает схематический вид сверху структурированного анода, который может быть использован во втором варианте воплощения. Первая и вторая анодные секции, или аноды A1, A2, обеспечены в или на подложке и изолированы изолирующей областью I таким образом, чтобы первая органическая область 10 была расположена выше первого анода A1 и простиралась до изоляционной области I между первым анодом A1 и вторым анодом A2. Первый и второй аноды Al и A2 могут быть приведены в контакт за счет контактирования через обратные стороны или посредством контактных полос, покрытых структурированным слоем изоляции. Прозрачный промежуточный электрод (слой) 50, который покрывает первую органическую область 10, также простирается до изоляционной области I. Вторая органическая область 60 покрывает промежуточный электрод 50 выше первого анода A1 и простирается по второму аноду A2. Следовательно, первый анод A1 контролирует нижний пакет ОСИД с помощью первой органической области 10, а второй анод A2 контролирует верхний пакет ОСИД с помощью второй органической области 60.
Подытоживая, было описано светоизлучающее устройство с двумя активными областями и более надежный способ изготовления такого устройства, в котором слой первого электрода осаждают через маску, покрывающую активный материал. Второй активный материал осаждают через другую маску таким образом, чтобы область, которая покрывает и простирается за пределы слоя первого электрода, была нанесена поверх органического материала. Затем, слой второго электрода наносят через маску таким образом, чтобы он покрывал весь второй активный материал.
Тогда как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративное или примерное, а не ограничивающее. Изобретение не ограничено раскрытым вариантом воплощения и может быть использовано для различных типов структур пакетированных светоизлучающих устройств с тремя или даже большим количеством пакетированных органических слоев с промежуточными катодными слоями и полученными в результате «покрытыми пикселями». Эта концепция может быть, таким образом, обобщена до трех или более активных областей. Размер активных областей может быть адаптирован для эффективного использования активных материалов (например, органических или других светоизлучающих материалов) и предполагаемого применения (белый свет, цветной свет, создание дисплея). Вместо катодных слоев можно использовать другие типы электродных слоев (например, анодные слои), например местоположения анодов и катодов можно заменить, например, на обратную последовательность осажденных слоев. Более того, промежуточный электрод можно сделать прозрачным и регулируемым. Кроме того, другие видоизменения раскрытого варианта воплощения могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при реализации заявленного изобретения исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает наличие других элементов или этапов и единственное число не исключает множественности. Сам факт, что определенные меры перечислены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетания этих мер не могут быть успешно использованы. Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие его объем.