DE69735483T3

DE69735483T3 - Organisches lichtemittierendes bauelement und dessen herstellung

Info

Publication number: DE69735483T3
Application number: DE69735483T
Authority: DE
Inventors: Karl Wapingers Falls New York PICHLER
Original assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Current assignee: Cambridge Display Technology Ltd
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2017-05-03
Also published as: EP1672722A3; US20080278071A1; GB9609282D0; EP1672722A2; EP1672721A3; EP1672721A2; US7394093B2; US20050181526A1; WO1997042666A1; EP1684368A2; ATE320663T1; US20030151356A1; EP0958622B1; US6541790B1; EP1684368A3; EP0958622A1; US6881598B2; US7786474B2; EP0958622B2; DE69735483T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf organische, Licht emittierende Bauelemente, im Besonderen auf strukturierte oder gepixelte, organische, Licht emittierende Dioden und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Organische, Licht emittierende Bauelemente (OLEDs), wie zum Beispiel die in EP 0349265 , unserer früheren Anmeldung US-A-5,247,190 oder in Van Slyke et al.'s US-A-4,539,507 beschriebenen, weisen ein großes Potential für die Anwendung als einfarbige und mehrfarbige Displays auf. OLEDs auf der Basis von halbleitenden, konjugierten Polymeren werden in unserer früheren Anmeldung US-A-5,247,190 beschrieben, deren Inhalt hierin hiermit als Referenz einbezogen wird. Vornehmlich besteht ein OLED aus einer Anode, die positive Ladungsträger einspeist, einer Kathode, die negative Ladungsträger einspeist und mindestens einer organischen, elektrolumineszenten Schicht, die sich zwischen diesen zwei Elektroden befindet. Typischerweise ist die Dicke dieser mindestens einen organische Schicht in der Größenordnung von 100 nm und die elektrische Leitfähigkeit des Materials von dieser mindestens einen organischen Schicht ist niedrig genug, um Stromausbreitung in dem Überlappungsbereich zwischen der Kathode und der Anode zu vermeiden. Auf diese Weise tritt die Emission von Licht aus der mindestens einen organische Schicht nur dort auf, wo sich die Kathode und die Anode überlappen und deshalb wird Pixelung und Strukturierung einfach durch Strukturierung der Elektroden erreicht. Eine hohe Auflösung kann leicht erreicht werden und ist vornehmlich nur beschränkt durch den Überlappungsbereich der Kathode und der Anode und auf diese Weise durch die Größe der Kathode und der Anode. Punktmatrixanzeigen werden für gewöhnlich hergestellt durch Anordnen der Kathode und der Anode als senk recht zu einander verlaufende Anordnungen von Reihen und Spalten, wobei die mindestens eine organische Schicht dazwischen angeordnet ist.
US 4,670,355 beschreibt ein anorganisches, Licht emittierendes Bauelement.
Punktmatrixanzeigen mit niedriger Auflösung können zum Beispiel hergestellt werden, in dem mindestens eine organische, elektrolumineszente Schicht auf einen Träger aufgebracht wird, der eine Anordnung von Indiumzinnoxid-Zeilen auf dem Träger aufweist, die als Anode wirken. Eine Kathode, die eine Anordnung an Zeilen umfasst, die zu jenen der Anode senkrecht verlaufen, wird auf der anderen Seite der mindestens einen organischen Schicht zur Verfügung gestellt. Diese Kathodenzeilen können zum Beispiel Zeilen aus Aluminium oder aus einer auf Aluminium basierten Legierung sein, die durch eine physische Lochmaske aufgedampft oder aufgestäubt werden können. Jedoch kann es sein, dass eine Lochmaskierung aus verschiedenen Gründen nicht wünschenswert ist. Im Besonderen gibt es signifikante Einschränkungen für die Verwendung von Lochmasken, wenn Anzeigeeinheiten mit großer Fläche und/oder hoher Auflösung erforderlich sind. Um solche Anordnungen von Elektrodenzeilen und andere Strukturen großer Fläche und/oder hoher Auflösung zu erzeugen, müsste man normalerweise verschiedene Formen der Lithographie verwenden.
Um effiziente und stabile OLEDs mit den gewünschten Eigenschaften bezüglich elektrischem Verhalten und der Lichtausgangsleistung herzustellen, muss normalerweise große Sorgfalt auf den Entwurf und die Erstellung der Schnittstellen zwischen jeglicher organischen Schicht und den Elektroden verwendet werden. Die besondere Wichtigkeit dieser Schnittstellen rührt her von der Tatsache, dass die Ladungsträger durch die Elek troden effizient in die mindestens eine organische Schicht eingebracht werden sollten.
Wenn lithographische Verfahren verwendet werden, um die Elektrodenstrukturen herzustellen, ist, im Besonderen dort, wo sich diese Strukturen oberhalb der mindestens einen organischen Schicht befinden, das Beibehalten der gewünschten Eigenschaften bezüglich elektrischem Verhalten und der Lichtausgangsleistung der Pixel in einer OLED Anzeigeeinheit auf Grund des Risikos, dass die lithographischen Prozesse die Schnittstellen zwischen der organischen Schicht und der Elektrode und deren Umgebung modifizieren und potentiell beschädigen, nicht trivial. Solch eine Beschädigung im Verlauf der Lithographie kann von den Photolacken, den Entwicklern, den Ätzungsprozessen (sowohl trockenen wie auch nassen, negativen und positiven Verfahren und Abhebung durch Ätzen) oder den verwendeten Lösungsmitteln herrühren. Es sollte hier erwähnt werden, dass konjugierte Polymere oft angesetzt sind und löslich sind in organischen oder wässrigen Lösungsmitteln.
Plasmaätzung/Veraschung werden sehr oft bei der Lithographie verwendet, um den Photolack oder den restlichen Photolack zu entfernen, der möglicherweise nicht durch den Entwickler abgewaschen worden ist. Organische elektrolumineszente und Ladung transportierende Materialien würden, wenn sie Plasma direkt ausgesetzt würden, in solchen trockenen Ätzungs-/Veraschungsprozessen normalerweise sehr rasch beschädigt, modifiziert und/oder abgeätzt werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein effizientes organisches elektrolumineszentes Bauelement zur Verfügung zu stellen, das eine Bauform aufweist, die die Verwendung von verschiedenen lithographischen Prozessen ermöglicht, um die Elektrode auf mindestens einer organischer Schicht auszu formen, ohne die gewünschten Eigenschaften bezüglich elektrischem Verhalten und der Lichtausgangsleistung der Anzeigeeinheit signifikant zu verändern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein organisches, Licht emittierendes Bauelement gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
In einer Ausführungsform ist die erste leitfähige Schicht die Anode und die zweite leitfähige Schicht ist die Kathode.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste leitfähige Schicht die Kathode, und die zweite leitfähige Schicht ist die Anode.
Mindestens eine der zwei Elektroden ist mindestens halbtransparent. Vorzugsweise ist die Anode lichtdurchlässig. Noch bevorzugter umfasst die Anode Indiumzinnoxid, Zinnoxid oder Zinkoxid.
Vorzugsweise weist die Anode eine Dicke im Bereich von 50 bis 200 nm auf.
Vorzugsweise umfasst die Kathode Al oder eine Legierung davon.
Vorzugsweise ist die erste leitfähige Schicht strukturiert.
Vorzugsweise ist die mindestens eine organische Schicht strukturiert.
Vorzugsweise ist das organische Material ein konjugiertes Polymer.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der mindestens einen organischen Schicht etwa 100 nm.
Noch bevorzugter weist die Fluoridschicht eine Dicke im Bereich von 2 bis 5 nm auf.
Vorzugsweise beträgt der Flächenwiderstand der Fluoridschicht mindestens 1 MΩ/Flächeneinheit.
Vorzugsweise ist die Fluoridschicht eine durchgehende Schicht.
In einer Ausführungsform ist das Fluorid vorzugsweise ein Fluorid aus Ca oder Mg.
Vorzugsweise umfasst der Träger ein Glas oder ein Kunststoffmaterial.
In einer Ausführungsform wird die zweite leitfähige Schicht durch Kathodenzerstäubung, vorzugsweise durch Kathodenzerstäubung mit einem Gleichstrommagnetron oder HF aufgebracht. In einer weiteren Ausführungsform wird die zweite leitfähige Schicht durch Aufdampfen, vorzugsweise durch thermisches Widerstands- oder Elektronenstrahlaufdampfen aufgebracht.
In einer Ausführungsform umfasst der Arbeitsschritt der Ausformung der zweiten leitfähigen Schicht das Abscheiden durch eine Lochmaske, um eine strukturierte zweite leitfähige Schicht auszuformen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Arbeitsschritt der Ausformung der zweiten leitfähigen Schicht die Schritte: Ausformen einer Schicht eines Photolacks über der Fluoridschicht; die Strukturierung der Schicht des Photolacks, um Bereiche der Fluoridschicht freizulegen, auf denen die zweite leitfähige Schicht ausgeformt werden soll; Aufbringen einer leitfähigen Schicht über der strukturierten Schicht des Photo lacks; und Entfernung der Bereiche der leitfähigen Schicht, die die strukturierte Schicht des Photolacks überlagern.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren vor dem Schritt des Aufbringens der leitfähigen Schicht weiterhin einen Schritt des Reinigens durch Plasma, um jeglichen restlichen Photolack zu entfernen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Arbeitsschritt der Ausformung der zweiten leitfähigen Schicht die Schritte: Ausformen einer Schicht aus leitfähigem Material; Ausformen einer Schicht aus Photolack über der Schicht aus leitfähigem Material; Strukturierung der Schicht aus Photolack, um Bereiche der leitfähigen Schicht freizulegen; Entfernen der ungeschützten Bereiche der leitfähigen Schicht; und Entfernen des Photolacks.
Dort wo die zweite leitfähige Schicht strukturiert wird, sollte die Fluoridschicht ausreichende elektrische Widerstandsfähigkeit aufweisen, um Stromstreuung in das Bauelement, besonders zwischen den Pixeln des Bauelements zu verhindern.
Das zur Verfügung stellen einer durchgehenden Fluoridschicht bildet eine gut definierte Schnittstelle zwischen der oberen Elektrode und der organischen Schicht aus. Die Schnittstelle zwischen der oberen Elektrode und der organischen Schicht kann durch verschiedene Prozesse beeinflusst werden, zum Beispiel durch trockenes oder nasses Reinigen, gegen das die Isolierschicht sehr viel widerstandsfähiger ist als die organische Schicht. Die Fluoridschicht wirkt als eine sehr effiziente Schicht zum Stoppen des Ätzprozesses. Kanteneffekte an den Rändern von Pixeln, die auftreten könnten, wenn eine strukturierte Elektrode sich direkt in Kontakt befindet mit der benachbarten organischen Schicht, werden ebenfalls reduziert, wenn nicht sogar mit der Einführung einer durchgehenden Fluoridschicht ausgeschlossen.
Ein solche Verwendung einer dazwischen liegenden Fluoridschicht in einem Verfahren zur Herstellung organischer, Licht emittierender Bauelemente, stellt Bauelemente mit verbesserter Leistungsfähigkeit und Stabilität zur Verfügung, besonders wenn die über der organischen Schicht aufgebrachte obere Elektrode eine strukturierte Schicht ist. Vorzugsweise wird die organische Schicht auf dem Weg der Verdampfung (widerstandsbehaftet oder über Elektronenstrahl) oder des Kathodenzerstäubens (reaktiv oder nicht-reaktiv) aufgebracht. Das bevorzugte Verfahren, zum Beispiel für den Fall in dem ein anorganisches Metalloxid verwendet wird, ist das Kathodenzerstäuben eines metallischen oder aus einer Legierung zusammengesetzten Target mittels Gleichstrommagnetron in der Gegenwart von Sauerstoff, so dass die Stöchiometrie leicht kontrolliert werden kann und die gewünschten elektrischen Eigenschaften erreicht werden können. HF Kathodenzerstäubung eines dielektrischen Target stellt auch eine Möglichkeit dar.
Durch Bezugnahme wird hierin nachfolgend ein Beispiel für ein organisches, Licht emittierendes Bauelement nur beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren, in denen:
1 den Aufbau eines organischen, Licht emittierenden Bauelements veranschaulicht; und
2 die optischen Absorptionskennlinien von poly(p-Phenylenvinylen) sowohl mit wie auch ohne eine dünne Beschichtungsschicht aus Aluminiumlithiumoxid als Funktion der Ätzzeit in einem Argonsauerstoffplasma veranschaulicht.
Obwohl nicht in Übereinstimmung mit der beanspruchten Erfindung, stellt das folgende Referenzbeispiel eines organischen, Licht emittierenden Bauelements dar, wie die beanspruchte Erfindung in Kraft gesetzt werden kann.
Das organische, Licht emittierende Bauelement umfasst einen Träger 1, eine über dem Träger 1 ausgeformte Anode 3, eine über der Anode 3 ausgeformte Schicht 5 aus einem Licht emittierenden organischen Material, eine über der organischen Schicht 5 ausgeformte Isolierschicht 7, und eine über der Isolierschicht 7 ausgeformte Kathode 9.
Der Träger 1 ist ein Stück Glas, das vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,1 mm aufweist. Die Anode 3 besteht aus einer strukturierten Anordnung von Zeilen, vorzugsweise aus Indiumzinnoxid, die eine Dicke von 50 bis etwa 200 nm aufweisen. Die organische Schicht 5 ist eine Schicht aus poly(p-Phenylenvinylen) (PPV), einem organischen konjugierten Polymer, wie in unserer früheren Patentschrift US-A-5,247,190 beschrieben. Die organische Schicht 5 weist vorzugsweise eine Dicke in der Größenordnung von 100 nm auf. Die Isolierschicht 7 ist eine durchgehende Schicht aus Aluminiumlithiumoxid einer Dicke von etwa 3,5 nm in diesem Referenzbeispiel, besteht jedoch in der beanspruchten Erfindung aus einer Fluoridschicht. Die Kathode 9 ist eine strukturierte Anordnung von Zeilen.
Das organische, Licht emittierende Bauelement wird folgendermaßen hergestellt. Der Träger wird mit einer dünnen Schicht eines leitfähigen Materials, vorzugsweise Indiumzinnoxid von etwa 50 bis etwa 200 nm beschichtet. Das leitfähige Material wird unter Anwendung von herkömmlichem nassen chemischen Ätzen als Anordnung von Zeilen strukturiert. Die geätzte Anordnung wird dann nach dem Reinigen mit einer Schicht aus poly(p-Phenylenvinylen) überzogen, die eine Dicke von etwa 100 nm aufweist. Diese Anordnung wird dann mit einem Gleichstrommagnetron durch Kathodenzerstäubung eines Aluminiumlithiumtarget mit einem Lithiumgehalt von etwa 3 bis etwa 5% im Aluminium mit einer durchgehenden Schicht aus Aluminiumlithiumoxid mit einer Dicke von typischerweise 3,5 nm überzogen. Sauerstoff wird in das Argonzerstäubungsgas in einem Verhältnis von etwa 4 (Argon) zu 1 (Sauerstoff) gemischt, um das Aluminiumlithium zu oxidieren, während es auf den Träger 1 aufgebracht wird. Es wurde herausgefunden, dass die genaue Stöchiometrie des Oxids, obwohl wichtig für die Erzielung effizienter Anordnungen, für den Zweck der vorliegenden Erfindung nicht entscheidend ist, nämlich um die organische Schicht vor anschließenden Verarbeitungsschritten zu schützen und als Stopp für den Ätzprozess zu wirken, solange der Schichtwiderstand der Isolierschicht 7 niedrig genug ist, um nicht tolerierbaren Stromstreuung zwischen benachbarten Zeilen der Kathode 9 zu verhindern. In diesem Zusammenhang bedeutet nicht tolerierbar hier, dass benachbarte Pixel, die sich in ausgeschaltetem Zustand befinden, nicht zufällig aufgrund von Stromstreuung eingeschaltet werden.
Die strukturierte Kathode 9 kann auf der Isolierschicht 7 durch Kathodenzerstäuben ausgeformt werden.
Eine strukturierte Kathode 9 kann durch Kathodenzerstäuben durch eine Lochmaske ausgeformt werden, die aus eng verteilten dünnen Zeilen besteht und die während der Abscheidung in großer Nähe zu Struktur platziert wird.
Die herkömmliche abhebende Photolithographie kann ebenfalls verwendet werden, um eine strukturierte Kathode 9 auszuformen. Hier wird Photolack über die Isolierschicht 7 beschichtet und dann strukturiert/freigelegt und so entwickelt, dass der Photolack weggespült wird, wo die Kathode 9 ausgeformt werden soll. Eine kurze Reinigung mit Argonsauerstoffplasma kann angewendet werden, um restlichen Photolack von der Isolierschicht 7 zu entfernen. Es wurde herausgefunden, dass weder dieser nasse Prozess noch diese Plasmareinigung die dünne Isolierschicht 7 oder die darunter liegende organische Schicht 5 beschädigen. Das Material der Kathode 9 wird dann mittels Kathodenzerstäubung auf dem geätzten Bereich aufgebracht und der Photolack mit dem darüber geschichteten Material wird abgewaschen (abgehoben).
Die den Ätzprozess stoppende Eigenschaft einer dünnen Aluminiumlithiumoxidschicht wird in 2 gezeigt. Die Kurven im obersten Abschnitt der 2 zeigen die optischen Absorptionskennlinien einer unbehandelten Schicht aus poly(p-Phenylenvinylen) auf einem Glasträger vor (t = 0 Sekunden) und nach verschiedenen Perioden der Einwirkung einer trockenen Plasmaätzung unter Argonsauerstoff. Das poly(p-Phenylenvinylen) wird stark abgeätzt, im Besonderen nach fortdauernder Einwirkung des Plasma. Die Kurven im unteren Abschnitt der 2 zeigen eine entsprechende Schicht aus poly(p-Phenylenvinylen) auf einem Glasträger, jedoch mit einer darüber liegenden Schicht aus etwa 3,5 nm starkem Aluminiumlithiumoxid, die auf diesem durch eine reaktive Kathodenzerstäubung mit einem Gleichstrommagnetron von einem Aluminiumlithiumtarget aufgebracht wurde. Die Kurven zeigen sehr eindeutig, dass die dünne Oxidschicht sehr effizient darin ist, die poly(p-Phenylenvinylen) Schicht vor der Plasmaätzung zu schützen, das heißt die Oxidschicht bewirkt einen Stopp des Ätzprozesses.
Zum Dritten kann eine herkömmliche Ätzphotolithographie dazu verwendet werden, eine strukturierte Kathode 9 auszuformen. Dabei wird die Isolierschicht 7 mit einer durchgehenden Schicht des Materials für die Kathode 9 bedeckt. Dann wird ein Photolack darauf verteilt, strukturiert/freigelegt und entwickelt. In den Bereichen, in denen kein Kathodenmaterial sein soll, wird die Schicht abgeätzt (durch trocknes oder nasses chemisches Ätzen) und schließlich, nachdem der Ätzprozess vollständig ist, wird der restliche Photolack entfernt.
In allen diesen Fällen wirkt die durchgehende dünne Isolierschicht, die eine Fluoridschicht entsprechend der Erfindung ist, als eine Schutzschicht und ein Stopp des Ätzprozesses während des Strukturierungsprozesses. Sie wirkt auch als eine Pufferschicht, um mögliche Kanteneffekte an den Rändern der Pixel zu reduzieren oder zu unterbinden, da diese Ränder nicht in direktem Kontakt mit der organischen Schicht stehen. Ohne die Isolierschicht gäbe es ein viel größeres Risiko der Beschädigung der mindestens einen organischen Schicht und der Schnittstelle mit der oberen Elektrode, wobei die obere Elektrode zum Beispiel strukturiert wird, um Punktmatrixanzeigen herzustellen. Weiterhin schützt die dünne Isolierschicht auch, dort wo keine dicke Kathodenschicht vorliegt, die organischen Schichten bis zu einem gewissen Grad gegen das Eindringen von zum Beispiel Sauerstoff und Feuchtigkeit.
Es wird von einer in der Technik ausgebildeten Person verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern innerhalb des in den anhängenden Ansprüchen definierten Schutzumfangs der Erfindung auf viele verschiedene Weisen modifiziert werden kann.

Claims

Organisches, lichtemittierendes Bauelement, umfassend: einen Träger (1); eine erste leitende Schicht (3), die auf dem Träger ausgebildet ist; mindestens eine auf der ersten leitenden Schicht ausgebildete Schicht eines lichtemittierenden organischen Materials (5); und eine zweite leitende Schicht (9), die über der mindestens einen Schicht des lichtemittierenden, organischen Materials ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich eine einzelne dielektrische Fluorid-Schicht (7) gibt, wobei sich diese einzelne dielektrische Fluorid-Schicht zwischen der mindestens einen Schicht eines lichtemittierenden, organischen Materials und der zweiten leitenden Schicht befindet und wobei die Fluorid-Schicht eine Dicke zwischen 1 und 10 nm aufweist.
Organisches, lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Fluorid-Schicht eine Schicht des Ca-Fluorids oder Mg-Fluorids ist.
Organisches, lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flächenwiderstand der Fluorid-Schicht mindestens 1 MΩ/Quadrat beträgt.
Organisches, lichtemittierendes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite leitende Schicht strukturiert ist.
Organisches, lichtemittierendes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht des organischen, lichtemittierenden Materials mindestens eines Schicht eines konjugierten Polymers umfasst.
Organisches, lichtemittierendes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite leitende Schicht die Kathode ist.
Verfahren zur Herstellung eines organischen, lichtemittierenden Bauelements nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren den Schritt des Aufbringens der zweiten leitenden Schicht (9) durch Kathodenzerstäubung umfasst.