Способ изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора

Способ изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора

Реферат

 

Изобретение относится к области технологии электролюминесцентных индикаторов. Сущность изобретения: способ изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора путем выполнения углублений, в прозрачной диэлектрической подложке методом фотолитографии по конфигурации нижних электродов, затем наносят систему слоев и фоторезиста и проводят операцию "взрывной фотолитографии". 5 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при производстве устройств отображения информации.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении технологического процесса изготовления, повышении надежности индикатора.

Известен способ сглаживания поверхности электродов при изготовлении тонкопленочной электролюминесцентной индикаторной панели (Пат. 4986876 США, кл. В 44 С 1/22), состоящий из нескольких стадий: формирование однородной диэлектрической пленки по всей поверхности подложки, несущей прозрачные электроды; нанесение однородного слоя термопластичного фоторезиста; нагрев подложки до температуры размягчения фоторезиста; стравливание слоев для вскрытия прозрачных электродов. Отсутствие острых кромок у электродной структуры приводит к уменьшению вероятности возникновения дефектов при формировании следующих слоев, а также снижению напряженности электрического поля вблизи краев электродов, что позволяет повысить эффективность производства и надежность тонкопленочных электролюминесцентных дисплеев.

К недостаткам данного способа-аналога можно отнести усложнение технологического процесса, связанное с нанесением дополнительного диэлектрического слоя, необходимого для сглаживания поверхности электродов, и необходимостью дополнительной операции очистки подложки после проведения выравнивания рельефа перед нанесением тонкопленочных слоев электролюминесцентной структуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ изготовления электролюминесцентных индикаторов, при котором одним из методов (напылением через теневую маску, "взрывной" литографией, сухим или жидкостным травлением через фоторезист или металлическую маску) изготавливают рисунок люминофорных областей, а диэлектрические слои выполняют сплошными (Мануэль Т. Ожидаемый выпуск полноцветного электролюминесцентного индикатора. Электроника, N 11, 1987. с. 30-32).

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: способы предназначены для изготовления тонкопленочных индикаторов на основе электролюминесцентного конденсатора со структурой прозрачный электрод-диэлектрик-люминофор-диэлектрик-металл, использованы сходные технологические процессы при нанесении тонкопленочных слоев.

Недостатками процесса являются снижение надежности индикатора и сложность технологического процесса изготовления.

Недостатком метода нанесения люминофорных областей через маску можно считать его невысокую разрешающую способность по сравнению с литографическими методами. В свою очередь использование литографических методов для получения люминофорных методов для получения люминофорных областей требует обработки нанесенного слоя люминофора химическим или иным способом, что повышает дефектность этого слоя, снижает надежность всего устройства.

Существенными недостатками данного способа-прототипа можно считать разрыв технологического процесса последовательного нанесения диэлектрических и люминесцентных слоев для создания люминофорных областей, что приводит к увеличению вероятности загрязнения слоев и снижению надежности индикатора и необходимости точного совмещения люминофорных областей и электродов, что вызывает усложнение технологического процесса изготовления индикатора.

Кроме того, данным способом-прототипом не предусматривается выравнивание поверхности электродов и получаемые таким образом излучатели имеют ступенчатую структуру, в то время как наличие резких ступенек на краях прозрачных электродов в значительной мере обуславливает недостаточную эффективность производства и надежность тонкопленочных электролюминесцентных индикаторов (Пат. США 4986876, кл. В 44 С 1\22).

Цель изобретения упрощение технологического процесса изготовления, повышение надежности тонкопленочного электролюминесцентного индикатора за счет использования более простой технологической оснастки, улучшения качества тонкопленочной структуры.

Для достижения поставленной цели в соответствии с заявляемым способом изготовления электролюминесцентного индикатора в диэлектрической прозрачной подложке методом фотолитографии выполняют углубления на глубину равную суммарной толщине нижнего электрода, прозрачного первого диэлектрического, электролюминесцентного, прозрачного второго диэлектрического слоев. Конфигурация этих углублений соответствует конфигурации нижних электродов. После выполнения углублений на всю поверхность подложки наносят первый проводящий слой. Участки первого проводящего слоя, осадившиеся в углублениях прозрачной диэлектрической подложки, являются нижними электродами. Затем на рабочее поле индикатора через рамку последовательно наносят прозрачный первый диэлектрический, электролюминесцентный, прозрачный второй диэлектрические слои. При этом на закрытые рамкой участки нижних электродов, находящихся вне рабочего поля индикатора, осаждение диэлектрических и люминесцентного слоев не производится. После нанесения второго прозрачного диэлектрического слоя производят удаление слоя фоторезиста, остающегося после выполнения углублений в прозрачной диэлектрической подложке. Вместе со слоем фоторезиста удаляются и все осажденные на него слои. Таким образом, нанесенная структура на рабочем поле индикатора остается в углублениях прозрачной диэлектрической подложки заподлицо с ней, а на периферии подложки в углублениях расположены полученные после удаления фоторезиста открытые участки первого проводящего слоя, используемые для контактирования к нижним электродам. После такой "взрывной" фотолитографии наносят второй проводящий слой, из которого формируют верхние электроды и контактные площадки. Затем осуществляют герметизацию индикатора с помощью прозрачного защитного диэлектрического слоя.

Для осуществления работоспособности индикатора по крайней мере один из электродов, например, нижний, выполняют прозрачным.

Предлагаемый способ позволит существенно упростить технологический процесс изготовления, повысить надежность тонкопленочного электролюминесцентного индикатора.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: в процессе изготовления индикатора в прозрачной диэлектрической подложке выполняют углубления на глубину равную суммарной толщине нижних электродов, прозрачного первого диэлектрического, электролюминесцентного, прозрачного второго диэлектрического слоев; слой фоторезиста, используемый для выполнения углублений в прозрачной диэлектрической подложке, удаляют после нанесения прозрачного второго диэлектрического слоя вместе с осажденными на фоторезист слоями. При этом улучшается качество электролюминесцентной структуры, используется более простая технологическая оснастка.

В прототипе прозрачные электроды расположены не в углублениях прозрачной диэлектрической подложки, а на ее поверхности, рисунок люминофорных областей изготавливают одним из методов, диэлектрические слои выполняют сплошными.

Кроме того, в предлагаемом изобретении не требуется специальной оснастки для точного совмещения люминофорных областей и электродов, так как слои просто наносят через рамку.

Отличительные признаки связаны с целью изобретения.

Использование более простой технологической оснастки приводит к упрощению технологического процесса изготовления индикатора. Улучшение качества электролюминесцентной структуры повышает надежность индикатора.

Для выполнения углублений в прозрачной диэлектрической подложке, например, стеклянной, используют травители на основе плавиковой кислоты или фтористого аммония. Требуемое время для вытравливания углублений определяется отношением требуемой глубины углублений к скорости травления стекла травителем. Глубина углублений равна суммарной толщине нижнего электрода, прозрачность первого диэлектрического, электролюминесцентного, прозрачного второго диэлектрического слоев. Данное условие приводит к тому, что нанесенная структура после удаления слоя фоторезиста будет расположена в углублениях подложки заподлицо с ней. Это позволяет получить верхние электроды ровными, следовательно, менее дефектными и более надежными.

Для осуществления операции взрывной фотолитографии необходимо чтобы слой фоторезиста в 2-3 раза превышал суммарную толщину нижнего электрода, прозрачного первого диэлектрического, электролюминесцентного, прозрачного второго диэлектрического слоев. Данное соотношение является необходимым условием метода "взрывной" фотолитографии (Пресс Ф.П. Фотолитографические методы в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схемах. М. Сов. радио, 1978. 96 с.).

Если проводить "взрывную" фотолитографию по слоям, нанесенным на ровную поверхность подложки, то при удалении фоторезиста нанесенные слои, включая электролюминесцентный, подвергаются химическому воздействию раствора, применяемого для снятия фоторезиста, что снижает качество электролюминесцентного слоя и всей структуры в целом.

В нашем случае электролюминесцентный слой, находящийся в углублениях защищен от химического воздействия прозрачным вторым диэлектрическим слоем и самой подложкой, что делает электролюминесцентный слой более качественным, а всю структуру в целом более надежной.

В известных авторам источниках данный способ изготовления электролюминесцентного индикатора не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом, поскольку из него не выявляется вышеуказанное влияние на технический результат повышение надежности, упрощение технологического процесса изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована при производстве устройств отображения информации, с получением технических результатов, заключающихся в улучшении качества тонкопленочной электролюминесцентной структуры, использовании более простой технологической оснастки, обуславливающих упрощение технологического процесса изготовления, повышению надежности индикатора, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 и 2 показаны сечения тонкопленочного электролюминесцентного индикатора вдоль верхних и нижних электродов, соответственно; на фиг.3-5 - различные элементы индикатора на различных этапах его изготовления. Слой фоторезиста 1 и первый проводящий слой 2 показаны на фиг.3 и 4, второй проводящий слой 3 показан на фиг.5.

Заявляемый способ изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора может быть реализован на примере изготовления шкального индикатора.

Тонкопленочный электролюминесцентный шкальный индикатор содержит прозрачную диэлектрическую подложку 4, прозрачный первый диэлектрический слой 5, электролюминесцентный слой 6, прозрачный второй диэлектрический слой 7, нижние электроды 8, верхние электроды 9, защитный диэлектрический слой 10. По крайней мере одни из электродов, например, нижние, выполнены прозрачными.

Способ изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора осуществляют следующим образом.

На прозрачную диэлектрическую подложку 4, например, стеклянную, наносят слой фоторезиста 1, например, фоторезист ФП-051Ш и методом фотолитографии в прозрачной диэлектрической подложке 4 выполняют углубления, конфигурация которых соответствует конфигурации нижних электродов 8. Глубина углублений равна суммарной толщине нижних электродов 8, прозрачного первого диэлектрического слоя 5, электролюминесцентного слоя 6, прозрачного второго диэлектрического слоя 7. Толщина слоя фоторезиста 1 в 2-3 раза превышает эту суммарную толщину. После выполнения углублений в прозрачной диэлектрической подложке 4 слой фоторезиста 1 не удаляют (фиг.3). Затем осаждают первый проводящий слой 2, выполненный, например, прозрачным из окиси индия или олова. Первый проводящий слой 2 осаждается частично на слой фоторезиста 1 и частично в углубления прозрачной диэлектрической подложки 4, причем участки первого проводящего слоя 2, осадившиеся в углублениях прозрачной диэлектрической подложки 4, являются нижними электродами 8 электролюминесцентного индикатора. Затем через рамку на рабочее поле индикатора последовательно наносят прозрачный первый диэлектрический слой 5, выполненный, например, из твердого раствора оксидов циркония и иттрия, электролюминесцентный слой 6, выполненный, например, из сульфида цинка, активированного марганцем, прозрачный второй диэлектрический слой 7, выполненный, например, также из твердого раствора оксидов циркония и иттрия (фиг.4). При этом на закрытые рамкой участки нижних электродов 8, находящиеся вне рабочего поля, осаждение слоев 5, 6, 7 не производится.

После этого производят удаление слоя фоторезиста 1 вместе с нанесенными на него участками тонких слоев 2, 5, 6 и 7.

Таким образом, на рабочем поле индикатора в углублениях прозрачной диэлектрической подложки 4 расположены нижние электроды 8, прозрачный первый диэлектрический слой 5, электролюминесцентный слой 6, прозрачный второй диэлектрический слой 7, а на периферии индикатора в углублениях находятся только участки нижних электродов 8, используемые для контактирования к ним.

После этого наносят напылением второй проводящий слой 3, выполненный, например, из алюминия и из него методом фотолитографии выполняют верхние электроды 9. Затем наносят, например, напылением или заливкой в форме защитный прозрачный диэлектрический слой 10, выполненный, например, из оптического компаунд ОП-3 или из акрила.

Общий вид полученного электролюминесцентного индикатора в разрезе показан на фиг.1 и 2.

Упрощение технологического процесса изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора достигается использованием более простой технологической оснастки. В предлагаемом способе не требуется специальной оснастки для точного совмещения люминофорных областей и электродов, так как слои просто наносят через рамку.

Увеличение надежности индикатора достигается за счет улучшения качества электролюминесцентной структуры. Повышение качества обусловлено тем, что нижние электроды 8, прозрачный первый диэлектрический слой 5, электролюминесцентный слой 6, прозрачный второй диэлектрический слой 7 расположены в углублениях прозрачной диэлектрической подложки 4 и в местах пересечения нижних электродов 8 и верхних электродов 9 электролюминесцентный слой не подвергается воздействию раствора, используемого для удаления фоторезиста 1. Полученная тонкопленочная структура не имеет резких ступенек, связанных с неровностью рельефа, что также повышает надежность индикатора. Кроме того, не происходит разрыва технологического процесса последовательного нанесения слоев 5, 6, 7, что приводит к снижению вероятности загрязнения слоев и повышает надежность индикатора.

Конструкторско-технологические проработки показывают, что заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: улучшается качество тонких пленок, так как не происходит разрыва технологического процесса последовательного нанесения прозрачных диэлектрических и люминесцентного слоев; полученная структура не имеет резких ступенек, связанных с неровностью рельефа; в местах пересечения верхних и нижних электродов электролюминесцентный слой не подвергается воздействию раствора, используемого для удаления фоторезиста; не требуется точного совмещения и использования сложной технологической оснастки при формировании рисунка люминофорных областей.

Заявляемое решение представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит обеспечить внедрение новой более простой технологии и изготавливать более надежные электролюминесцентные индикаторы.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду.

Формула изобретения

Способ изготовления тонкопленочного электролюминесцентного индикатора, заключающийся в том, что в прозрачной диэлектрической подложке методом фотолитографии выполняют углубления, конфигурация которых соответствует конфигурации нижних электродов, на всю поверхность подложки наносят первый проводящий слой, затем через рамку на рабочее поле индикатора осаждают прозрачный первый диэлектрический, электролюминесцентный, прозрачный второй диэлектрический слои, причем на закрытые рамкой участки нижних электродов, находящихся вне рабочего поля индикатора и используемых в дальнейшем для контактирования, осаждение трех данных слоев не происходит, после отжига наносят второй проводящий слой, из которого методом фотолитографии выполняют требуемую конфигурацию верхних электродов, и наносят защитный прозрачный диэлектрический слой, причем по крайней мере одни из электродов, например нижние, выполняют прозрачными, отличающийся тем, что углубление в прозрачной подложке выполняют на глубину, равную суммарной толщине нижних электродов, прозрачного первого диэлектрического, электролюминесцентного, прозрачного второго диэлектрических слоев, фоторезист выполняют толщиной в 2 3 раза больше суммарной толщины нижнего электрода, прозрачного первого диэлектрического, электролюминесцентного, прозрачного второго диэлектрических слоев, а его участки, остающиеся на прозрачной диэлектрической подложке, после выполнения в них углублений используют для "взрывной" фотолитографии и удаляют после нанесения на них прозрачного второго диэлектрического слоя вместе с нанесенными на них слоями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5