JP6072692B2 - 有機電子デバイスを製造するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも１つの有機層及び１つの金属層を有する電子デバイスを製造するための方法に関する。
有機層を有する電子デバイスは、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ；organic light emitting diode）又は有機光電池（ＯＰＶＣ；organic photovoltaic cell）から知られている。斯様なデバイスにおいて、金属配線は、典型的には、有機材料を電気的に接触させるために用いられる。金属層の微細構造化によるこれらの金属配線の生成は、近くの有機材料が製造プロセスからの損傷に対して非常に敏感であるので、簡単でない。ＯＬＥＤディスプレイの試験的生産における最外金属層のエッチングが文献（"Patterning Techniques for Polymer Light-Emitting Diodes", Florian Pschenitzka, Ph. D Thesis submitted to Dept. of Elect. Engg., Princeton Univ., USA., June 2002, pages 145-164）において説明されたが、斯様なプロセスは工業生産のために広く用いられなかった。
この背景に基づいて、本発明の目的は、構造化されなければならない材料を有する電子デバイスのための改良された製造手順を提供することにあり、前記手順は、特に、工業用の大量生産におけるアプリケーションに適している。さらに、構造化は、好ましくは広範囲の規模に対して可能であるべきであり、例えば、非常に微細なエリアだけを正確に取り除くことも、大きなエリア除去も可能にする。
この目的は、請求項１の方法により実現される。好ましい実施形態は、従属請求項において開示される。
本発明による方法は、電子デバイスの製造に関し、（少なくとも）以下のステップを有し、これらは、記載された又は任意の他の適切な順序において実行され得る。
ａ）金属層及び有機層を第１及び第２の外層として（スタックの一方の側に）有する層のスタックを生成するステップ。この文書において、"第１の外層"はスタックの最外層であり、"第２の外層"はその下に直接的に配置される。好ましくは、金属層が第１の外層であり、有機層が第２の外層であるが、反対の構成も本発明により含まれるべきである。
ｂ）エッチングにより前述の（第１及び第２の）外層を構造化するステップ。構造化は、特に、エクステンションの平面における層の初期の均一性が、例えば平面における開口部の生成により壊されることを含んでもよい。
ａ）金属層及び有機層を第１及び第２の外層として（スタックの一方の側に）有する層のスタックを生成するステップ。この文書において、"第１の外層"はスタックの最外層であり、"第２の外層"はその下に直接的に配置される。好ましくは、金属層が第１の外層であり、有機層が第２の外層であるが、反対の構成も本発明により含まれるべきである。
ｂ）エッチングにより前述の（第１及び第２の）外層を構造化するステップ。構造化は、特に、エクステンションの平面における層の初期の均一性が、例えば平面における開口部の生成により壊されることを含んでもよい。
電子デバイスの完全な製造は、通常、本発明に無関係であってそれ故にここに記載されていない更なるデバイス特定のステップを暗示することが留意されるべきである。
述べられた方法は、有機材料又はスタック層の金属が堆積されるマスクの適用を必要としないという利点を有し、斯様な構造化されたマスクの操作及び配列は、通常、非常に扱い難い。代わりに、有機材料及び金属層の双方の構造化は、エッチング手順により実現される。エッチングは、（例えばレーザアブレーションが除去のために用いられる場合のように）任意の破片（debris）を生成することなく不所望な位置から金属及び有機材料を取り除くという更なる利点を有する。
最も好ましくは、外層を構造化するために行われるエッチングは、ドライエッチングである。ドライエッチングにおいて、材料は、典型的には、イオン（通常反応性ガスのプラズマ）の衝撃にさらされる。典型的なエッチングガスは、金属エッチングのためのＣｌ２，ＢＣｌ３及び有機コーティングのためのＯ２プラズマである。液体は、適用されない。これは、有機層が通常液体に対して（特に水に対して）非常に敏感であるので、有利である。
エッチングによる外層の構造化を実現するために、前記エッチングは、空間的選択手段において行われなければならない。これを実現する１つの好ましい方法は、エッチングの前の第１の外層上の構造化された保護層の位置決めを有する。それ故、保護層の開口部の下に配置される（第１及び第２の）外層のこれらのエリアだけが、エッチングにより影響を受けるだろう。エッチングが行われた後、保護層は、取り除かれてもよく、又は、適当な位置に残されて、薄膜カプセル化の場合には典型的には後の層の下に埋設されてもよい。
前述の構造化された保護層は、例えば、印刷、プロッティング、マスクを介した蒸発、マスクを介したスパッタリングにより、及び／又は、金属層及び有機層と適合する任意の他の適切なプロセスにより、第１の外層上に堆積されてもよい。金属層が最外層である場合には、これは、構造化された保護層のための適切な堆積手順の選択があまり重要にならないように有機層を保護する。
本発明の特定の実施例では、前述の構造化された保護層は、薄膜カプセル化材料を有してもよい。この種類の典型的な材料は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ、ＡｌＯ、ＳｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及び／又はＺｒＯ２等を有する。電子デバイスの薄膜カプセル化が最終的な製造ステップとして少なくとも意図される場合には、保護層としての薄膜カプセル化材料の使用は特に有利である。
本発明の他の実施形態によれば、構造化された保護層は、典型的にはスタックにおける金属層と同じ金属から成る追加の金属層を有してもよい。この実施形態において、スタックの金属層は、好ましくは、スタックの第１の外層であり、これは、追加の金属層がスタック金属層の上部に直接堆積されることを意味する。そして、エッチングは、デバイスの完全な表面に対して一様に行われ、金属が最も薄い位置、即ち追加の金属層の開口部において有機層に達するまで、おおよそ同じ速度であらゆる所で金属材料を取り除く。ここで、エッチングは自動的に停止し、金属は、追加の金属層が存在したエリアにのみ残るだろう。この実施形態において、スタックの金属層は、主に、構造化された追加の金属層の堆積の間にその下の有機層を保護する機能を有する。
前述の追加の金属層を生成する１つの手段は、マスクを介した金属のスパッタリング及び／又は蒸発によるものある。他の手段は、２つのステップを有する。第一に、構造化された絶縁層は、（典型的にスタックの金属層である）第１の外層上に堆積される。第二に、追加の金属層は、絶縁層を介したガルヴァニック成長により生成される。ガルヴァニック成長の第二ステップにおいて、金属材料は、後に絶縁の開口部においてのみ堆積されるだろう。ガルヴァニック成長の完了の後、絶縁層は、好ましくは、いくつかの適切なエッチング手順により取り除かれる。
上で既に示されたように、電子デバイスは、好ましくは、例えば薄膜カプセル化により、更なる製造ステップの間にカプセル化される。斯様なカプセル化によれば、デバイスにおける敏感な有機材料は、環境的影響から保護され得る。
スタックにおける有機層の有機材料は、有機電子発光材料をオプションとして有してもよい。そして、生成されたデバイスは特にＯＬＥＤであってもよく、提案された製造手順は、デバイスの自由な形状の生成を容易に可能にするので、非常に有利である。
電子デバイスの他の特に適切な実施形態は、太陽電池又は有機メモリを有する。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下で述べられる実施形態から明らかになり、これらの実施形態を参照して説明されるだろう。これらの実施形態は、添付図面の補助によって例証として述べられるだろう。
１００の整数倍数により異なる同様の参照番号は、これらの図面において同一の又は類似の構成要素を参照する。
以下において、本発明は、提案された方法によって製造され得る電子デバイスの例として有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）に関して述べられるだろう。
側方構造化されたＯＬＥＤを製作するために、１つの構造化された有機マスク及び１つの構造化された金属マスクが用いられ、これらを介して、それぞれの材料が下にある担体（基板）に塗布される。しかしながら、これらのマスクの配列は簡単ではなく、構造サイズの最小化は、非常に限定され、非常にコスト集中的である。さらにまた、構造化されたマスクは、しばしば不安定になる。有機層及び／又は金属層の構造化が求められている場合、これは、全体の（構造化されていない）層の堆積の後に代わりに行われてもよい。そして、典型的には、レーザ構造化が有機層及び／又は金属層を除去するために用いられてもよい。しかしながら、このプロセスは、薄膜カプセル化が後にデバイス上に適用されるべきときに困難を与える破片を生成する。
これを考慮すると、本発明は、側方構造化が行われるときであってもマスクが必要とされない、破片が生成されない、及び、プロセスが界面（無機／有機／無機）における自動停止プロセスであるので大きなプロセスウインドウが可能である（即ち、前記プロセスは、基板の機械的変化、温度変化等のような小さいプロセス変化に対して耐性がある）、構造化されたＯＬＥＤを製造するための新規な手順を提案する。提案された製造方法の好ましい実施形態の基本的特徴は、以下の通りである。
１．プラズマエッチングを用いてＯＬＥＤを構造化するステップ
２．エッチング保護層を用いてエッチングされるべきでないエリアを規定するステップ
１．プラズマエッチングを用いてＯＬＥＤを構造化するステップ
２．エッチング保護層を用いてエッチングされるべきでないエリアを規定するステップ
前述のエッチング保護層は、
− 厚く構造化された金属層（図１−６）
− オーバーレイ薄膜カプセル化の構造化された層（図７―９）
− エッチングの間にＯＬＥＤを害することなくこれを保護する任意の構造化されたエッチング保護層
から成り得る。
− 厚く構造化された金属層（図１−６）
− オーバーレイ薄膜カプセル化の構造化された層（図７―９）
− エッチングの間にＯＬＥＤを害することなくこれを保護する任意の構造化されたエッチング保護層
から成り得る。
前述の構造化された金属層は、例えば、以下によって作られ得る。
− 成長した層の構造化のための絶縁体と組み合わせて金属（イオン液体）のガルヴァニック成長を使用する。
− シャドウマスクと組み合わせて熱蒸発／スパッタリングプロセスを用いる。
− 成長した層の構造化のための絶縁体と組み合わせて金属（イオン液体）のガルヴァニック成長を使用する。
− シャドウマスクと組み合わせて熱蒸発／スパッタリングプロセスを用いる。
薄膜カプセル化の一部であり得る前述の構造化されたエッチング保護は、印刷（例えば、インクジェット式印刷、プロッティング、真空プロッティング）、マスクを介した蒸発等により適用され得る。薄膜カプセル化は、例えば、残存水を有さないか又は非常に少ない量の残存水しか有さないアクリル酸塩のようなポリマーを有し得る。さらに、これは、基板上に架橋されるモノマーを同様に有し得る。
以下において、本発明による有機半導体デバイスの第１の製造方法の連続的なステップは、図１−６に関して述べられるだろう。
図１は開始位置を示し、最初に電子発光有機層１２０（"第２の外層"）及びその後に金属層１３０（"第１の外層"）が、層の均一のスタックを生成するために構造化することなく基板１１０上へ蒸着される（前記基板は、典型的には、ここでは詳細に示されない導電層（例えばＩＴＯ層）を上部に有する）。金属層１３０は、通常、最終的なデバイスにおけるカソードとして動作するだろう。
図２は次のステップを示し、構造化された抵抗／絶縁体層１５０は"絶縁層"としてデバイスの金属層１３０上へ印刷される。この絶縁層１５０の開口部は任意に形成され、自由な形状のＯＬＥＤを生成することを可能にする。
図３は、絶縁層１５０によっては覆われないエリアにおいてカソード１３０を厚くするために追加の金属層１４０を塗布するために用いられる、後のガルヴァニックプレーティングステップを示す。この追加の金属層１４０の材料は、典型的には、カソード１３０（例えば、アルミニウム）と同じ金属であるだろう。
図４は次のステップを示し、絶縁体層１５０は、プラズマエッチングにより取り除かれる。
図５において、金属の以下の（完全なエリアの）エッチングが示される。金属（層１３０，１４０）の厚さ変化に起因して、抵抗１５０がプレーティングステップの間に存在したエリア（即ち、追加の金属層１４０の開口部）は、最初に離れてエッチングされる。これらのエリアにおけるエッチングプロセスは、有機層１２０に達したときに停止する。構造化されていない金属層１３０と追加の金属層１４０との間の元の境界は、点線により示される。
図６は、有機層１２０のドライエッチングプロセスである次のステップを示す。エッチングされるべきでないエリアは金属で覆われており、それ故、有機半導体デバイス（ここでは、最終的に生成されたＯＬＥＤ１００）が保護される。
図５及び６の処理ステップにおいて、追加の金属層１４０は、その下の層のエッチングのための構造化された保護層として機能する。述べられたプロセスは、例えば、ＯＬＥＤを互いに分離する、ＯＬＥＤへの穿設ビア等のために用いられ得る。
図７−９は、ＯＬＥＤ２００の代替製造プロセスを示す。前記のように、このプロセスは、基板２１０、電子発光有機層２２０及び金属層（カソード）２３０のスタックから始まる。
図７によれば、有機薄膜カプセル化材料は最外金属層２３０上に堆積され、構造化された保護層２４０を得る。この層の材料は、例えば、バリア層におけるピンホールを覆うために、平坦化のための有機コーティングを有してもよい。
次に、金属層２３０（図８）及び有機層２２０（図９）は、構造化された保護層２４０の開口部を介してドライエッチングされ、所望の側方構造化されたＯＬＥＤデバイス２００を得る。
要約すると、前記の例は、リソグラフィのないドライエッチングステップを用いてＯＬＥＤ又は他の有機半導体デバイスを構造化する可能性を示す。ドライエッチングステップは、破片が生成されないので、レーザアブレーション工程よりも優れている。それ故、デバイスの薄膜カプセル化は、構造化した後に依然として可能である。また、開示された手順は、例えば、太陽電池又は有機メモリの製造に対して適用され得る。
最後に、本出願において、"有する"という用語が他の要素又はステップを除外するものではないこと、単数表記が複数を除外するものではないこと、及び、その単一のプロセッサ又は他のユニットがいくつかの手段の機能を充足してもよいことが指摘される。本発明は、各々及びあらゆる新規な特性及び特性の各々及びあらゆる組合せにある。さらに、請求項中の参照符号は、これらの範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
Claims (7)
- 電子デバイスを製造する方法であって、
金属層及び有機層を第１及び第２の外層として有する層のスタックを生成するステップと、
前記第１の外層上に、薄膜カプセル化材料を有する構造化された保護層を堆積させるステップと、
前記構造化された保護層を堆積させるステップの後に、エッチングにより前記第１及び第２の外層を構造化するステップとを有する、方法。 - 前記エッチングは、ドライエッチングを有する、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の外層は、前記金属層である、請求項１に記載の方法。
- 前記構造化された保護層は、マスクを介したスパッタリング若しくは蒸発、プロッティング及び／又は印刷により堆積される、請求項１に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、薄膜カプセル化においてカプセル化される、請求項１に記載の方法。
- 前記有機層は、有機電子発光材料を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、ＯＬＥＤ、有機太陽電池又は有機メモリである、請求項１に記載の方法。
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