專利名稱：高分辨率構(gòu)圖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過沉積混合物在表面形成圖形的方法以及用于表面構(gòu)圖的組合物，該混合物包括應(yīng)用材料和相變轉(zhuǎn)換材料。本發(fā)明還涉及制造有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的方法，具體地說，涉及用于RGB顯示器的高分辨率構(gòu)圖。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光器件(OLED)通常被制造為在彼此的頂部上依次沉積的各層，例如在支持襯底上的第一電極、多層有機(jī)和無機(jī)層以及第二電極。迄今為止，由于小分子的原因，OLED技術(shù)缺乏用于RGB顯示器的高分辨率構(gòu)圖方法。為小分子而發(fā)展的沉積技術(shù)至今在用于大尺寸顯示器的批量生產(chǎn)方面顯示出局限性。
通常，在形成有機(jī)層過程中，采用真空蒸發(fā)作為物理氣相沉積方法。構(gòu)圖有機(jī)層，例如在全色顯示器中用于紅、綠和藍(lán)發(fā)光子像素的常用方法是陰影掩模技術(shù)。然而，這種技術(shù)在尺寸、面板的分辨率和像素的各自占空因數(shù)方面受到限制。例如，尤其對于小特征尺寸，陰影掩膜技術(shù)變得極其復(fù)雜。在工藝期間材料沉積要求經(jīng)常進(jìn)行掩模清洗步驟，這將延遲制造。在沉積期間，掩模的熱膨脹限制了精度和孔徑比。此外，反復(fù)必要的掩模對準(zhǔn)很費(fèi)時(shí)，從而降低生產(chǎn)率。
如美國專利6,087,196所述，用于構(gòu)圖聚合物發(fā)光器件的一種方法是溶解聚合物的噴墨印刷。這種分散液體溶液的方法不適于基于小分子的多層OLED，因?yàn)橄惹俺练e的層被再次溶解，并且通過從不同溶液順序沉積多層被混雜。
從上面可以看出，對于利用有機(jī)和/或無機(jī)有源或生物層的半導(dǎo)體器件、傳感器、生物芯片以及顯示器的制造而言，本領(lǐng)域仍需要改善結(jié)構(gòu)的構(gòu)圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明允許利用有機(jī)和/或無機(jī)有源或生物層制造半導(dǎo)體器件、電路、傳感器、生物圖形、生物芯片以及顯示器。該方法包括通過相變印刷技術(shù)向轉(zhuǎn)換材料添加的分子、低聚物或納米顆粒的沉積，以及有機(jī)發(fā)光器件、彩色顯示器及其它半導(dǎo)體器件的制造。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種通過沉積混合物在表面上形成圖形的方法，所述混合物包括應(yīng)用材料和相變轉(zhuǎn)換材料。所述方法包括以下步驟加熱所述混合物形成熔化物；利用相變印刷技術(shù)在所述表面上沉積所述熔化的混合物，從而當(dāng)?shù)竭_(dá)所述表面時(shí)，所述熔化的混合物瞬時(shí)固化；以及去除所述轉(zhuǎn)換材料。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的方法。所述方法包括以下步驟加熱一組合物形成熔化物，所述組合物包括有機(jī)材料和相變轉(zhuǎn)換材料；通過相變印刷技術(shù)在表面上沉積所述熔化的組合物，從而當(dāng)?shù)竭_(dá)所述表面時(shí)，所述熔化的組合物瞬時(shí)固化；以及去除所述轉(zhuǎn)換材料，從而在所述表面上保留所述有機(jī)材料。
本發(fā)明一般涉及通過相變印刷技術(shù)，也稱作石蠟印刷技術(shù)，例如具有有機(jī)分子的層的高分辨率構(gòu)圖的方法，用于半導(dǎo)體器件、傳感器或彩色顯示器。向其常態(tài)為“石蠟”的轉(zhuǎn)換材料中添加有機(jī)分子、低聚物或納米顆粒中的一種或多種物質(zhì)或混合物，每種也稱作應(yīng)用材料。轉(zhuǎn)換材料優(yōu)選在約0℃和環(huán)境溫度下為固態(tài)，在低于200℃的環(huán)境壓力下熔化。轉(zhuǎn)換材料在低于200℃的溫度下，優(yōu)選在降低的壓力下，從固態(tài)升華為氣態(tài)。轉(zhuǎn)換材料的一個(gè)實(shí)例可以是環(huán)十二烷及其衍生物。轉(zhuǎn)換材料環(huán)十二烷是這樣一種轉(zhuǎn)換材料，在室溫下為固態(tài)，在約60℃熔化，在真空條件下不進(jìn)入液相而消失。另外，該材料憎水，從而是與OLED材料混合的理想材料。該材料可用作石蠟，其中可摻雜有機(jī)宿主(host)和賓主系統(tǒng)。
在沉積之前，轉(zhuǎn)換材料的混合物，即石蠟，以及應(yīng)用材料或其部分被加熱至轉(zhuǎn)換材料的熔化溫度，并沉積到襯底或表面，例如用于全色顯示器的薄膜晶體管陣列上?？赏ㄟ^熱相變印刷技術(shù)進(jìn)行對熔化的混合物的沉積。當(dāng)?shù)竭_(dá)襯底時(shí)，“石蠟”和應(yīng)用材料的混合物立即固化?？赏ㄟ^升華去除轉(zhuǎn)換材料，即相變材料，在襯底上保留有源材料的構(gòu)圖層。如果襯底被加熱和/或抽真空，可促進(jìn)升華?？芍貜?fù)沉積，以在彼此的頂部上形成多層。低壓和低溫的結(jié)合似乎最有效。有利的是，轉(zhuǎn)換材料從固態(tài)升華至氣態(tài)，而不形成液體，因?yàn)槿缓笸耆凑障ＭＡ舫练e結(jié)構(gòu)，圖形不模糊。
可重復(fù)本方法和工藝的步驟，以沉積多層，也就是說，可容易地形成多于三層。此外，有利的是，首先沉積所有或一些希望的應(yīng)用材料層，然后第二步同時(shí)去除多層的各自的轉(zhuǎn)換材料。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種構(gòu)圖表面的組合物。所述組合物，也稱作混合物或相變墨，包括用于形成圖形的應(yīng)用材料，以及在構(gòu)圖后通過作用升華的相變轉(zhuǎn)換材料。所述作用可以是加熱、低壓的施加及其結(jié)合。包括物理效應(yīng)的所述作用也可包括具有限定波長的光的施加，以去除所述轉(zhuǎn)換材料。這有助于簡化所述轉(zhuǎn)換材料的所述去除工藝。
與常規(guī)的將石蠟用作轉(zhuǎn)換和粘附到表面的材料的相變或石蠟印刷機(jī)相比，轉(zhuǎn)換材料，即石蠟，在此用作轉(zhuǎn)換媒介，在其中包括例如具有有機(jī)分子的應(yīng)用材料。
該組合物可以是混合的粉末。這具有以下優(yōu)點(diǎn)其可以容易地與其它成分混合，或者可調(diào)整或改變應(yīng)用材料與轉(zhuǎn)換材料之間的濃度。在優(yōu)選實(shí)例中，應(yīng)用材料與轉(zhuǎn)換材料之間的濃度是1∶100。在其它實(shí)例中，該比率可以是1∶1，或者甚至1∶10,000或更大。這取決于應(yīng)用和應(yīng)用領(lǐng)域，例如，采用生物材料需要與采用納米顆粒不同的比率。
可通過應(yīng)用材料與轉(zhuǎn)換材料之間的比率確定由相變印刷產(chǎn)生的各層的厚度。
可通過混合粉末進(jìn)行將應(yīng)用材料與轉(zhuǎn)換材料混合成混合物或組合物。在又一個(gè)實(shí)施例中，加熱轉(zhuǎn)換材料至其熔點(diǎn)，然后加入應(yīng)用材料。如果應(yīng)用材料和轉(zhuǎn)換材料沒有混合在一起，直至將混合物沉積到表面，也是有利的。也就是說，剛好在混合物的沉積發(fā)生之前，混合和加熱材料以用于應(yīng)用。通過這樣做，可利用和分別填充兩個(gè)或多個(gè)分立的容器。
轉(zhuǎn)換材料可包括一種或多種促進(jìn)轉(zhuǎn)換工藝的組合物。例如，石蠟形成材料可與其中分子具有優(yōu)良溶解性的材料結(jié)合。
所述應(yīng)用材料可包括有機(jī)材料、OLED材料、生物分子、納米顆?；蚱浣M合中的一種。
可通過包括以下步驟的工藝制作場效應(yīng)晶體管，也稱作薄膜場效應(yīng)晶體管在襯底上形成源和漏接觸；加熱一組合物形成熔化物，所述組合物包括有機(jī)材料和相變轉(zhuǎn)換材料；通過相變印刷技術(shù)，在具有所述源和漏接觸的所述襯底上沉積所述熔化的組合物，從而當(dāng)?shù)竭_(dá)所述襯底時(shí)，所述熔化的組合物瞬間固化；去除所述轉(zhuǎn)換材料，從而在所述表面上保留所述有機(jī)材料，作為有機(jī)半導(dǎo)體層；在所述有機(jī)半導(dǎo)體層上形成絕緣層；以及在所述絕緣層上形成柵接觸。
也可能通過所述相變印刷技術(shù)形成源、漏和柵接觸以及所述絕緣層。這具有優(yōu)點(diǎn)，即整個(gè)器件可通過公開的相變印刷技術(shù)制造。


下面僅通過實(shí)例，參考以下示意圖具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1a-e示出了通過沉積混合物在表面形成圖形的步驟，該混合物包括應(yīng)用材料和相變轉(zhuǎn)換材料；圖2a和2b示出了有機(jī)發(fā)光器件的形成的示意圖；圖2c示出了RGB顯示器的形成的示意圖；圖3示出了場效應(yīng)晶體管的形成的示意圖；圖4示出了相變印刷的原理。
提供附圖僅僅為了說明的目的，沒有必要按比例表示本發(fā)明的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
雖然適用于廣泛的多種應(yīng)用，本發(fā)明將重點(diǎn)放在應(yīng)用于有機(jī)電致發(fā)光器件，即有機(jī)發(fā)光器件(OLED)和場效應(yīng)晶體管上進(jìn)行描述，但首先說明常規(guī)工藝。相同的參考標(biāo)號(hào)用于表示相同的部件等。
圖1a-e示出了通過沉積混合物20在表面10上形成圖形的步驟，該混合物20包括應(yīng)用材料22和相變轉(zhuǎn)換材料24。為了簡化，將本圖簡化為液滴。預(yù)期其中的兩滴或多滴形成圖形，成倍增加為一層。圖1a示出了將應(yīng)用材料22與轉(zhuǎn)換材料24混合為混合物20。如圖1b所示，將混合物20加熱形成熔化物21。然后，如圖1c所示，通過相變印刷，在表面10上沉積熔化的混合物21。從而當(dāng)?shù)竭_(dá)表面10時(shí)，熔化的混合物21瞬間固化?；旌衔?0或相變墨通過加熱元件熔化，并通過例如壓力元件(未示出)沉積。最后，如圖1d所示，向固化或沉積的混合物20施加低壓，從而通過升華去除轉(zhuǎn)換材料24。如圖1e所示，在表面10上保留應(yīng)用材料22。為了沉積多層或不同層應(yīng)用材料，重復(fù)工藝步驟。應(yīng)用材料22和轉(zhuǎn)換材料24可以在將要在表面上沉積混合物時(shí)混合在一起。也就是說，剛好在混合物的沉積發(fā)生之前，這些材料被混合并加熱，以用于應(yīng)用。這允許采用兩個(gè)或多個(gè)分立的容器，可單獨(dú)地使用、改變和填充該分立的容器。在圖1a-e中，符號(hào)“x”表示應(yīng)用材料22的成分，符號(hào)“o”表示固態(tài)的轉(zhuǎn)換材料24的成分，而符號(hào)“-”表示熔化態(tài)的轉(zhuǎn)換材料24的成分。
圖2a至2c示出了有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的形成的示意圖。在至少一些例子中，該OLED包括夾在陰極和陽極之間的合適的有機(jī)材料薄層或多層。在圖2a中示出了OLED的一個(gè)合適的實(shí)例。在襯底100的合適表面上，通過常規(guī)方法，例如PVD、CVD、旋涂或?yàn)R射，或者通過相變印刷技術(shù)，提供第一電極(陽極)102(金屬、ITO、導(dǎo)電聚合物)。襯底100可用玻璃、硅、聚合物，或其組合制成，或者甚至是預(yù)構(gòu)圖的薄膜晶體管陣列。該OLED還包括空穴輸運(yùn)層106和電子輸運(yùn)/發(fā)射層110’，以及第二電極(陰極)112(金屬)。如圖2b所示，其它OLED多層器件可包括其它層。除了空穴輸運(yùn)層106，可包括空穴注入層104。結(jié)合的電子輸運(yùn)/復(fù)合層可分離為電子輸運(yùn)層110和發(fā)射層108。所有這些層可以是幾種材料的混合物，具體地說，發(fā)射層可以是一種或多種宿主和染料材料的混合物。因此，利用參考圖1a-e和圖4說明的相變印刷方法，通過各層的連續(xù)形成，在合適的表面上可形成這樣的多層OLED。
如圖2c所示，可形成顯示器。通過相變印刷，在受體襯底300上可印刷紅色302、綠色304和藍(lán)色306OLED像素?？蛇x地，可在彼此的頂部印刷紅色、綠色和藍(lán)色OLED，以產(chǎn)生多色疊加OLED器件。
在圖3中示出了場效應(yīng)晶體管的形成的一個(gè)實(shí)例。在絕緣襯底400表面上形成兩個(gè)稱作源和漏402的電學(xué)接觸，該絕緣襯底400可包括玻璃、硅、聚合物，或其組合?？赏ㄟ^常規(guī)技術(shù)，例如PVD、CVD、濺射等形成源和漏402，但源和漏402也可通過相變印刷形成。對于后者，例如，金納米顆粒非常適合用作應(yīng)用材料，以與相變轉(zhuǎn)換材料混合至混合物，該混合物被施加到絕緣襯底400的表面。并且，通過在源和漏接觸之間的相變印刷并覆蓋這些接觸402，施加有機(jī)半導(dǎo)體層404。在此可采用并五苯或α-六噻吩作為用于應(yīng)用材料的有機(jī)分子。然后在半導(dǎo)體層404上形成絕緣層406，從而絕緣層406可包括SiO2或Al2O3，作為用于形成混合物或組合物的應(yīng)用材料中的納米顆粒。最后，在絕緣層406頂部形成第三電極408，即柵電極。第三電極408可如同源和漏402一樣形成，并且也可包括金納米顆粒。可向場效應(yīng)晶體管的所有或多個(gè)層施加相變印刷。
實(shí)際上，如同上述OLED或薄膜晶體管一樣，可采用具有不同容器的一個(gè)印刷器，各容器填充有各自的應(yīng)用材料和轉(zhuǎn)換材料，以生產(chǎn)完整的器件。
圖4示出了具有其單元的相變印刷原理。將材料加載器40，其可以是容器或儲(chǔ)存器，設(shè)置為靠近印刷頭44。也可能直接連接，例如，施加毛細(xì)作用。材料加載器40包括加熱元件41，并且包括混合物或組合物20。可使印刷頭44靠近器件或襯底11的表面10。并且，印刷頭44包括材料噴口46，例如，其與壓力元件(未示出)一起作用，以噴射熔化的材料21。為了向表面施加應(yīng)用材料20，印刷頭44移至襯底10之上，或者印刷頭44固定，具有表面10的襯底11以相應(yīng)地構(gòu)圖表面10的方式移動(dòng)。在操作中，在材料加載器40的一端，加熱元件41熔化混合物20。熔化的混合物21排到或滴到印刷頭44，該印刷頭44優(yōu)選地也被加熱。通過材料噴口46，將熔化的材料21帶到表面10，熔化的混合物21在該表面立即固化。在另一個(gè)實(shí)施例中，材料加載器40和印刷頭44一起也可形成同一單元。在又一實(shí)施例中，可將多個(gè)材料加載器40用于支持印刷頭44，每個(gè)材料加載器40填充有包括不同應(yīng)用材料22的混合物或組合物。
任何公開的實(shí)施例都可與一個(gè)或多個(gè)示出和/或說明的其它實(shí)施例結(jié)合。這也可以用于實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征。
權(quán)利要求
1.一種通過沉積混合物(20)在表面(10)上形成圖形的方法，所述混合物(20)包括應(yīng)用材料(22)和相變轉(zhuǎn)換材料(24)，所述方法包括以下步驟b)加熱所述混合物(20)形成熔化物；c)利用相變印刷技術(shù)在所述表面(10)上沉積所述熔化的混合物(21)，從而當(dāng)?shù)竭_(dá)所述表面(10)時(shí)，所述熔化的混合物(21)瞬時(shí)固化；以及d)去除所述轉(zhuǎn)換材料(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟a)將所述應(yīng)用材料(22)與所述轉(zhuǎn)換材料(24)混合形成混合物(20)。
3.根據(jù)上面權(quán)利要求中的一項(xiàng)的方法，其中所述去除所述轉(zhuǎn)換材料(24)的步驟包括通過升華去除所述轉(zhuǎn)換材料(24)。
4.根據(jù)上面權(quán)利要求中的一項(xiàng)的方法，其中所述通過升華去除所述轉(zhuǎn)換材料(24)的步驟包括對所述沉積的混合物(20)施加低壓和/或加熱所述沉積的混合物(20)。
5.根據(jù)上面權(quán)利要求中的一項(xiàng)的方法，包括重復(fù)所述步驟b)至d)，以沉積多層。
6.一種制造有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的方法，包括以下步驟加熱一組合物(20)形成熔化物(21)，所述組合物(20)包括有機(jī)材料(22)和相變轉(zhuǎn)換材料(24)；通過相變印刷技術(shù)在一表面(10)上沉積所述熔化的組合物(21)，從而當(dāng)?shù)竭_(dá)所述表面(10)時(shí)，所述熔化的組合物(21)瞬時(shí)固化；以及去除所述轉(zhuǎn)換材料(24)，從而在所述表面(10)上保留所述有機(jī)材料(22)。
7.一種用于構(gòu)圖表面(10)的組合物(20)，包括應(yīng)用材料(22)，用于形成圖形，以及相變轉(zhuǎn)換材料(24)，在構(gòu)圖后通過作用升華。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物，是混合粉末。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中的一項(xiàng)的組合物，其中所述應(yīng)用材料(22)包括下面材料中的一種有機(jī)材料、OLED材料、生物分子、納米顆粒及其組合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的一項(xiàng)的組合物，其中所述轉(zhuǎn)換材料(24)在約0℃下為固體，并在低于200℃的環(huán)境壓力下熔化。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的一項(xiàng)的組合物，其中所述轉(zhuǎn)換材料(24)包括環(huán)十二烷或其衍生物。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中的一項(xiàng)的組合物，其中所述轉(zhuǎn)換材料(24)包括一種或多種成分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至5的方法，用于制造有機(jī)電子器件、單色和/或彩色顯示器、生物圖形、生物芯片、傳感器、半導(dǎo)體器件以及電路中的一種。
14.一種制造場效應(yīng)晶體管的方法，包括以下步驟在襯底(400)上形成源和漏接觸(402)；加熱一組合物(20)形成熔化物(21)，所述組合物(20)包括有機(jī)材料(22)和相變轉(zhuǎn)換材料(24)；通過相變印刷技術(shù)，在具有所述源和漏接觸(402)的所述襯底(400)上沉積所述熔化的組合物(21)，從而當(dāng)?shù)竭_(dá)所述襯底(400)時(shí)，所述熔化的組合物(21)瞬間固化；去除所述轉(zhuǎn)換材料(24)，從而在所述表面(10)上保留所述有機(jī)材料(22)，作為有機(jī)半導(dǎo)體層(404)；在所述有機(jī)半導(dǎo)體層(404)上形成絕緣層(406)；以及在所述絕緣層(406)上形成柵接觸(408)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述源/漏接觸(402)、所述絕緣層(406)以及所述柵接觸(408)中的至少一個(gè)是通過所述相變印刷技術(shù)根據(jù)權(quán)利要求1至5的方法形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過印刷技術(shù)構(gòu)圖有機(jī)和/或無機(jī)或生物分子的方法，用于利用這些層的半導(dǎo)體器件、電路、傳感器、生物圖形、生物芯片，以及顯示器。向相變轉(zhuǎn)換材料(24)添加有機(jī)分子、低聚物或納米顆粒中的一種或多種物質(zhì)或混合物(22)。得到的混合物(20)或其部分被加熱(21)至所述相變材料的熔化溫度，并沉積到襯底，例如用于全色顯示器的薄膜晶體管上。當(dāng)?shù)竭_(dá)所述襯底時(shí)，所述加熱的混合物(21)瞬時(shí)固化。然后通過升華去除所述相變材料，在所述襯底上保留有機(jī)和/或無機(jī)或生物分子的構(gòu)圖層?？芍貜?fù)所述沉積，以在彼此的頂部上形成多層。
文檔編號(hào)H01L51/00GK1771614SQ200480009516
公開日2006年5月10日 申請日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月3日
發(fā)明者H·E·里埃爾, W·里斯, S·F·卡格 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司