FI84869C - Matrisfilmstruktur i synnerhet foer elektroluminecens displayenhet. - Google Patents

Description

84869

Matriisikalvorakenne erityisesti elektroluminenssinäyttöä varten Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen elektroluminenssimatriisikalvorakenne, joka mahdollistaa alhaisen tehonkulutuksen ja myös sellaisten valosuo-dattimien käytön, jotka eivät kestä näytön valoa lähettävän kaivorakenteen valmistamisen edellyttämiä korkeita lämpötiloja.

10

Valoa lähettäville elektro-optisille rakenteille on ominaista se, että kytkemällä jännite kahden elektrodin yli, synnytetään valoa elektrodien välissä olevassa aineessa. Mikäli valoa katsotaan toisen elektrodin läpi, kuten tehdään elekt-15 roluminenssi- ja LCD-näytöissä, ainakin toisen elektrodin tulee olla läpinäkyvä.

Elektroluminenssinäytöt ovat yleensä matriisinäyttöjä, joissa synnytetään valoa läpinäkyvän sarake-elektrodin ja hyvin 20 johtavan metallisen rivielektrodin leikkauskohdissa, eli pikseleissä. Valoa katsotaan substraattilasin läpi, koska läpinäkyvä elektrodikalvo kasvatetaan ennen valoa lähettävää loisteainekalvoa. Tyypillinen elektroluminenssikalvorakenne on kaavionomaisesti esitetty kuviossa 1. Lasille 1 kas-25 vatetaan läpinäkyvä johdekalvo 2, joka yleensä on indium-tinaoksidia (ITO). Kalvo kuvioidaan sopivan muotoiseksi, esim. rinnakkaisiksi suoriksi elektrodeiksi matriisinäytössä. Tämän jälkeen kasvatetaan eristeohutkalvo-loisteaineohutkal-vo-eristeohutkalvorakenne 3, 4, 5, joka toimii elektrolumi-30 nenssinäytön keskeisenä osana. Lopuksi kasvatetaan metal-liohutkalvo 6, joka kuvioidaan matriisinäytöissä sarake-elektrodeiksi. Yksittäisten ohutkalvojen paksuus on yleensä 200 nm - 700 nm.

35 Kaivorakenne on käytännössä suojattava ulkoiselta kosteudelta. Tämä voidaan tehdä laminoimalla suojalasi epoksin avulla tai käyttämällä esim. silikoniöljyllä tai suojakaasulla täytettyä lasikapselia.

2 84869

Kuviossa 1 esitetty kaivorakenne toimii tällä hetkellä valmistuksessa olevissa elektroluminenssimatriisinäytöissä. Rakenteeseen liittyy kuitenkin ainakin kaksi merkittävää ongelmaa.

5 Läpinäkyvän sarake-elektrodin johtavuuden tulisi olla mahdollisimman alhainen tehonkulutuksen minimoimiseksi. Käytännössä on vaikeaa saavuttaa neliövastusta, joka olisi pienempi kuin 3 ohmia/neliö. Yleensä neliövastus on jopa yli 5 ohmia/neliö. 10 Tästä on seurauksena se, että suurin osa elektroluminenssi- matriisin tehonkulutuksesta on peräisin läpinäkyvissä sarake-elektrodeissa kuluvasta tehonhäviöstä.

Tilannetta voitaisiin periaatteessa parantaa vahvistamalla 15 lasin päälle kasvatettua läpinäkyvää elektrodia kapealla, hyvin johtavalla, metallijuovalla. Tähän ratkaisuun liittyy kuitenkin käytännön ongelmia, koska metallijuovan tulee olla riittävän johtava ilman että se leveytensä takia vaikeuttaa häiritsevästi näkyvyyttä tai paksuutensa vuoksi sen yläpuo-.20 lella olevien kalvojen prosessointia.

Perinteisen elektroluminenssiohutkalvorakenteen toinen heikkous liittyy mahdollisen monivärinäytön toteuttamiseen valo-suodattimien ja valkoista valoa lähettävän elektroluminenssi-25 rakenteen avulla. Parallax-ilmiön välttämiseksi, valosuodat- timien tulisi olla korkeintaan muutaman 10 mikrometrin etäisyydellä valkoista valoa lähettävästä loistekalvosta. Näin ollen valosuodattimien tulisi olla lasisubstraatin ja läpinäkyvän elektrodin välissä. Elektroluminenssiohutkalvorakenteen -30 vaatima korkea prosessointilämpötila sulkee näin ollen orgaanisiin aineisiin perustuvat suodattimet pois.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellämainitut haitat aivan uuden elektroluminenssikalvorakenteen avulla.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että substraatille, jonka ei välttämättä tarvitse olla läpinäkyvä, kasvatetaan ensin elektrodiohutkalvo, joka on ainakin osittain metallia 35 3 84869 tai metallien seosta ja joka kuvioidaan joko sarake- tai rivielektrodeiksi. Loisteaineohutkalvon yläpuolella olevat elektrodit tehdään toisaalta läpinäkyvästä, johtavasta, ohutkalvosta, jonka johtavuutta parannetaan kapeiden metal-5 liliuskojen avulla niin kuin kuviossa 2 on esitetty. Valoa katsotaan näin ollen kalvosubstraatin kalvopuolelta, eikä lasisubstraatin läpi niin kuin toistaiseksi on tehty.

Eräässä erityisen edullisessa keksinnön suoritusmuodossa 10 sarake-elektrodeiksi valitaan substraatin lähin, metallinen elektrodikalvo.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle elektrolumi-nenssikalvorakenteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, 15 mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Sarake-elektrodivastusta voidaan pienentää siinä määrin, että häviöt niissä ovat mitättömiä nykytilanteeseen verrattuna. Tästä ei 20 pelkästään seuraa tehonkulutuksen laskeminen tasolle, joka mahdollistaa elektroluminenssimatriisinäyttöjen käytön kannettavissa tietokoneissa, vaan myöskin mahdollistaa korkeamman kenttätaajuuden käytön kirkkauden lisäämiseksi.

2.5 Samasta syystä sarake-elektrodien johtavuuden huomattava parantaminen mahdollistaa useamman rivin näyttöjen tekemisen. Lisäksi keksintö mahdollistaa sellaisten valosuodattimien käytön, jotka eivät kestä 200 °C korkeampia lämpötiloja. Keksintö mahdollistaa esim. polyimidi värisuodatinkalvojen 20 käytön elektroluminenssinäytöissä.

Hyvin johtavan, läpinäkyvän ohutkalvon kasvattaminen ei enää ole välttämätöntä. Riittää kun kasvattaa läpinäkyvän ohutkalvon, jonka neliövastus voi olla suuruusluokaltaan jopa 35 enemmän kuin l kilo-ohmi.

Seuraavassa tarkastellaan keksintöä lähemmin oheisten kuvioiden sekä näihin liittyvien esimerkkien avulla.

4 84869

Kuvio 1 esittää poikkileikattuna sivukuvantona tunnetun tekniikan mukaista matriisikalvorakennetta elektroluminenssi-näyttöä varten.

5

Kuvio 2 esittää poikkileikattuna sivukuvantona yhtä keksinnön mukaista matriisikalvorakennetta erityisesti elektronilumi-nenssinäyttöä varten.

10 Kuvio 3 esittää yläkuvantona kuvion 2 mukaista matriisikalvorakennetta.

Kuvio 4 esittää poikkileikattuina sivukuvantona toista keksinnön mukaista matriisikalvorakennetta erityisesti elektro-15 luminenssinäyttöä varten.

Kuvio 5 esittää yläkuvantona kuvion 4 mukaista matriisikalvorakennetta .

20 Kuvio 6 esittää poikkileikattuna sivukuvantona kolmatta keksinnön mukaista matriisikalvorakennetta erityisesti elekt-roluminenssinäyttöä varten.

Kuvio 7 esittää yläkuvantona kuvion 6 mukaista matriisikal-25 vorakennetta.

Esimerkki 1

Kuvio 2 esittää läpileikkauksen keksinnön mukaisesta elektro-30 luminenssiohutkalvorakenteesta. Näyttömatriisi on tässä tapauksessa kooltaan 640 * 400 kuva-alkiota. Soodalasisubst-raatille 7 on ensin kasvatettu, jo sinänsä tunnettu, ionidif-fuusionestokalvo 8, esim. Al203, jota ei sinänsä tarvitse välttämättä kasvattaa mikäli käytetään esim. borosilikaatti-35 tai kvartsisubstraattia. Tämän jälkeen sputrataan molyb- deeniohutkalvo 9, jolle on ominaista se, ettei se reagoi missään prosessointivaiheessa naapurikalvojen kanssa. Molyb- deenikalvon 9 paksuus on n. 50 nm - 500 nm, mieluimmin n. 200 li 5 84869 nm ja se kuvioidaan kuvion 3 mukaiseksi näytön sarake-elekt-rodikuvioksi käyttäen hyvin tunnettua litografiaa ja tunnettua kaupallista alumiinietsiä (Merck PES-83.5-5.5-5.5, H3P04-CH3COOH-HNO3).

5

Seuraavaksi kasvatetaan sinänsä tunnettu loisteohutkalvo-kaksoiseristeohutkalvorakenne 10, 11, 12, joka esimerkkitapauksessa sisältää ALE-menetelmällä (US-patentti 4,058,430) n. 500 °C lämpötilassa kasvatetun Al203/Ti02-ohutkalvon 10, 10 joka on paksuudeltaan n. 300 nm, ZnS:Mn-ohutkalvon 11, paksuudeltaan n. 500 nm ja Al203/Ti02-ohutkalvon 12, joka on paksuudeltaan n. 300 nm. Tämän jälkeen kasvatetaan sputraa-malla esim. ITO-ohutkalvo 13, jonka paksuus on n. 10 nm - 300 nm, mieluimmin n. 80 nm. Kalvon 13 paksuuden alarajan määrää 15 käytännössä minimijohtavuusvaatimus. Kalvo kuvioidaan kuvion 3 mukaisiksi rivielektrodeiksi tavallisin litografisin keinoin. Etsaukseen käytetään lämpötilaltaan n. 50 °C:sta, 50%:sta HCl:a. Tämän jälkeen sputrataan n. 10 - 50 nm, mieluimmin n. 20 nm paksu kromikalvo 14', joka kuvioidaan pitkin 20 ITO-elektrodia meneväksi liuskaksi, jonka leveys on n. 5 - 30 %, mieluimmin n. 10 % ITO-elektrodin leveydestä eli n. 20 mikrometriä esimerkkitapauksessa. Litografia tehdään tavanomaisin keinoin ja etsaukseen käytetään ammoniumserium-nitraattiliuosta. Etsausaika on n. 30 sekuntia. Sitten sput-.25 rataan n. 0,5 - 3 mikrometriä, mieluimmin n. 1 mikrometriä paksu kupariohutkalvo 14. Kalvot kuvioidaan kuvion 3 mukaisesti niin, että kromiliuskan 14' päälle jää kuparia korkeintaan kromiliuskan leveydeltä. Litografia tehdään käyttäen tunnettua litografiaa ja 25 %:sta HN03-etsiä.

30

Liuska 14 voidaan myös toteuttaa keksinnön mukaisesti n. 0,5 - 3 mikrometriä paksusta alumiinikerroksesta.

Tämän jälkeen kapseloidaan rakenne käyttämällä läpinäkyvää .35 epoksia 15, esimerkiksi kaupallisesti saatavilla olevaa tuotetta Epotek 301-2 ja taustasuojalasia 16.

Näytön koon kasvaessa tulee molybdeenielektrodin ja kupari- 6 84869 liuskan johtavuuden kasvaa. Tämä toteutetaan käytännössä paksummilla kalvoilla.

Esimerkki 2 5

Esimerkin parametrit perustuvat läpinäkymättömälle alustalle, tässä esimerkkitapauksessa kuuden tuuman piikiekolle tehtyyn näyttöön, jonka resoluutio on 2,5 juovaa/mm. Vaihtoehtoisesti alusta voisi olla esimerkiksi metallilevy, metalloitu tai 10 muulla läpinäkymättömällä aineella päällystetty läpinäkyvä alusta, jolloin johtava aine päällystetään eristeellä ensimmäisen elektrodin oikosulkujen välttämiseksi. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää myös keraamista substraattia.

15 Piikiekolle 17 kasvatetaan ensin 0,1 - 1 mikrometriä, mieluimmin n. 500 nm paksu piidioksidikalvo 1Θ sinänsä tunnetulla termisellä hapettumisella (VLSI Technology, ed. S.M. Sze, siv. 131 - 149). Tämän jälkeen sputrataan titaanivolframi-ohutkalvo 19, jonka paksuus on n. 100 - 1000 nm, mieluimmin 20 n. 300 nm. Kalvo kuvioidaan näytön sarake-elektrodikuvioksi käyttäen sinänsä tunnettua litografiaa (kts. Esimerkki 1). Etsaukseen käytetään 15%:sta H202-seosta, jonka lämpötila on n. 50 °C, jolloin etsausaika on n. 5 min.

25 Seuraavaksi kasvatetaan sinänsä tunnettu loisteohutkalvo-kaksoiseristeohutkalvorakenne 20, 21, 22, joista ensimmäinen kalvo 20 on n. 250 nm paksu SiO„N„, joka tehdään sputraamalla ilman erillistä substraatin lämmitystä. Toinen kalvo 21 on 0,5 mikrometriä paksu ZnS:Mn-kerros, joka höyrystetään sub-30 straattilämpötilan ollessa n. 210 °C. Kolmas kalvo 22 tehdään kuten ensimmäinen kalvo 20, jonka jälkeen rakennetta lämpökä-sitellään 450 °C:ssa noin tunnin. Tämän jälkeen sputrataan sinkkioksidiohutkalvo 23 (ZnO:Al), jonka paksuus on n. 50 nm - 600 nm, mieluimmin n. 200 nm. Sinkkioksidikalvo kuvioidaan 35 näytön rivielektrodeiksi käyttäen hyvin tunnettua litografiaa. Etsaukseen käytetään huoneenlämpötilassa olevaa HC1-seosta. Sitten sputrataan n. 1 - 3 mikrometrin, mieluimmin n. 2 mikrometrin paksuinen alumiiniohutkalvo 24. Kalvo kuvioi- I: 7 84869 daan niin, että se jättää kuvion 4 mukaisen liuskan läpinäkyvän johteen päälle. Liuskan leveys on 5 - 30 %, mieluimmin n. 10 % sinkkioksidielektrodin leveydestä, eli esimerkkitapauksessa 25 mikrometriä. Kuviointi tapahtuu tunnetuin lito-5 grafiakeinoin käyttäen tunnettua alumiinietsiä, HP03-HN03- etikkahapposeosta. Lopuksi kapseloidaan rakenne epoksin 25 ja taustalasin 26 avulla kuten Esimerkki l:ssä esitettiin.

10 Esimerkki 3

Esimerkki käsittelee esimerkin 1 mukaista näyttöä.

Soodalasisubstraatille 27 kasvatetaan ensin ionidiffuusiones-15 tokalvo 28, joka esimerkkitapauksessa on 300 nm paksu alumii-nioksidikalvo 28. Sitten sputrataan volframiohutkalvo 29, joka puolen sivun näytön esimerkkitapauksessa on n. 400 nm -1000 nm, mieluimmin n. 600 nm paksu. Kalvo kuvioidaan kuvion 7 mukaisesti näytön rivielektrodikuvioksi käyttäen tunnettua 20 litografiaa ja H202-etsiä, jonka lämpötila on n. 40 °C, jolloin etsausaika on noin 15 min. Seuraavaksi kasvatetaan edellisissä esimerkeissä mainittu loisteohutkalvo-kak-soiseristeohutkalvorakenne 30, 31, 32 kuten esimerkki l:ssä esitettiin. Tämän jälkeen sputrataan ITO-ohutkalvo 33 (kts. 25 Esimerkki 1), jonka paksuus on n. 20 - 200 nm, mieluimmin n.

50 nm, joka kuvioidaan kuvion 6 mukaiseksi näytön sarake-elektrodikuvioksi käyttäen tunnettua litografiaa ja Esimerkki l:ssä mainittua etsiä. Tämän jälkeen sputrataan ja kuvioidaan n. 200 nm - 800 nm, mieluimmin n. 500 nm paksu alumiiniohut-30 kalvo 33 (kts. Esimerkki 2), jonka leveys on n. 5 - 30 %, sopivimmin n. 10% ITO-rivijohteen leveydestä, eli 25 mikrometriä esimerkkitapauksessa. Lopuksi kapseloidaan rakenne käyttäen lasikapselia 36, joka täytetään jo tunnetulla tavalla silikoniöljyllä 35 sen jälkeen kun rakennetta on paistettu •35 tyhjiössä (vähintään 1 mbar) 120 °C noin tunnin.

Keksinnön mukaisesti ensimmäinen, alaelektrodirakenne 9 voidaan muodostaa sopivan inertistä metallista, kuten esimer- 8 84869 kiksi molybdeenistä (Mo), volframista (W), tantaalista (Ta), nikkelistä (Ni), koboltista (Co) tai vastaavista metalleista tai näiden seoksesta. Vaihtoehtoisesti alaelektrodirakenteen materiaali voi olla hyvin johtavaa metallia tarvittaessa 5 suojattuna toisella metallilla kuten esimerkiksi kromilla tai molybdeenilla. Tällöin alaelektrodi on pääasiassa kultaa (Au), hopeaa (Ag), alumiinia (Ai) tai kuparia (Cu) tai näiden seosta. Oleellista on riittävän stabiilin metallisen elektrodin käyttäminen.

10

Toinen, läpinäkyvä yläelektrodirakenne 13 voidaan valmistaa vaihtoehtoisesti hyvin ohuesta, esimerkiksi alle 50 nanomet-riä paksusta ohutmetallikalvosta, joka on esimerkiksi alumiinia (Ai), hopeaa (Ag), kromia (Cr), nikkeliä (Ni), kultaa 15 (Au) tai vastaavaa.

Vaihtoehtoisesti toinen, läpinäkyvä elektrodirakenne 13 voi olla jotain kemiallista yhdistettä, kuten indiumtinaoksidia (ITO), tinaoksidia (Sn02) tai sinkkioksidia (ZnO) tai vas-20 taavaa yhdistettä tarvittaessa sopivasti seostettuna.

Il

Claims (11)

1. Matriisikalvorakenne erityisesti elektroluminenssinäyttöä varten, joka rakenne käsittää 5 - alustan (7), jonka päälle kaivorakenne on muodostettavissa , - alustan (7) päälle sovitetun ensimmäisen elektro- 10 dirakenteen (9), joka koostuu pitkänomaisista, vierekkäisistä elektrodeista, - ensimmäisen elektrodirakenteen (9) päälle sovitetun loisteaine-kalvorakenteen (10, 11, 12), 15 - loisteaine-kalvorakenteen (10, 11, 12) päälle sovitetun, valoa läpäisevän toisen elektrodirakenteen (13, 14), joka koostuu pitkänomaisista, vierekkäisistä elektrodeista, jotka ovat ainakin 20 oleellisen kohtisuorassa ensimmäisen elektrodira kenteen (9) elektrodeihin nähden, tunnettu siitä, että 25. ensimmäinen elektrodirakenne (9) on ainakin osit tain metallinen tai metallien seos, ja - toisen elektrodirakenteen (13, 14) kukin valoa läpäisevä elektrodi (13) on varustettu kapealla, 30 hyvin sähköä johtavalla liuskalla (14), jonka ei sinänsä tarvitse olla läpinäkyvä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matriisikalvorakenne, tunnettu siitä, että liuska (14) on ainakin osittain 35 muodostettu kuparista (Cu), alumiinista (AI) hopeasta (Ag) tai kullasta (Au).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen matriisikalvorakenne, 10 84 869 tunnettu siitä, että liuska (14) on muodostettu n. 20 nm paksusta kromitartuntakerroksesta ja tämän päälle muodostetusta n. 1 mikrometrin paksuisesta kupari- tai alumiiniker-roksesta. 5

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matriisikalvorakenne, tunnettu siitä, että ensimmäinen elektrodirakenne (9) on muodostettu pääosin inertistä metallista, kuten molybdeenistä (Mo), volframista (W), tantaalista (Ta), nik- 10 kelistä (Ni), titaanista (Ti), koboltista (Co) tai vastaavas ta tai näiden metalliseoksesta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matriisikalvorakenne, tunnettu siitä, että ensimmäinen elektrodirakenne (9) 15 on muodostettu pääosin hyvin johtavasta metallista, kuten kullasta (Au) hopeasta (Ag), alumiinista (AI) tai kuparista (Cu) tai näiden metalliseoksesta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen matriisikalvorakenne, 20 tunnettu siitä, että ensimmäinen elektrodirakenne käsittää passivointi- ja suojakerroksen hyvin johtavan metallin päällä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matriisikalvorakenne, 25 tunnettu siitä, että toinen elektrodirakenne (13) on muodostettu hyvin ohuesta, esimerkiksi alle 50 nanometriä paksusta ohutmetallikalvosta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen matriisikalvorakenne, 30 tunnettu siitä, että toinen elektrodirakenne (13 - 16. on joko alumiinia (AI), kromia (Cr), kultaa (Au) tai nikkeliä (Ni) tai vastaavaa metallia tai näiden seosta.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matriisikalvorakenne, 35 tunnettu siitä, että toinen elektrodirakenne (13) on indiumtinaoksidia (ITO), tinaoksidia (Sn02) tai sinkkioksidia (ZnO). li n 84869

9 84869

10. Jonkin aikaisemman patenttivaatimuksen mukainen mat-riisikalvorakenne, tunnettu siitä, että ainakin yksi kaivorakenne on muodostettu ALE-tekniikalla.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen matriisi- kaivorakenne, tunnettu siitä, että ensimmäinen elekt-rodirakenne (9) on valittu sarake-elektrodirakenteeksi ja Vastaavasti toinen elektrodirakenne (13) rivielektrodiraken-teeksi. 10 12 84869