在了解采用光刻来实现OLED像素图形化的技术的过程中,知道了这种被称为“正交光刻”(Orthogonal photolithography)的技术。
今天简单地聊一聊这个技术在OLED中的应用。
1. 正交光刻的概念
先说一下“正交光刻”的概念,这里采用康乃尔大学的Lee等研究人员在2009年发表的一篇文章中的说法:当溶剂不溶解预先沉积的有机材料层或不对其造成损伤时,这个溶剂就是该有机材料层的正交溶剂。
极性材料和非极性溶剂之间,或者非极性材料与极性溶剂之间,就构成了正交性。
然而,这种策略提供的自由度有限,因为目前的光刻工艺中同时需要这两种类型的溶剂。
当存在OLED的有机材料时,这些材料不会同时与OLED的有机材料“正交”。换而言之,光刻工艺所用到的材料中,至少有一种(或一类)会对OLED材料造成破坏,因此无法避免OLED器件失效。
要在OLED器件制造过程中采用光刻技术,就需要在极性材料和非极性材料这两个维度之外,找到第三个维度的材料体系。在这个材料体系中,无论是光刻胶、显影液、剥离液等等,都不会与OLED材料发生作用。
可见,我们大致可以将OLED的“正交光刻”定义为:采用了与OLED材料正交的光刻材料体系的光刻制程。
文章中的图片如下所示,这里引入的第三个维度的材料体系是:氢氟醚(HFE)或超临界二氧化碳(scCO2)。
正交溶剂体系
在文献中可以了解到,这里的HFE和scCO2实际是指溶剂,正交光刻过程中,实际的光刻胶还是含氟聚合物。
2. 正交光刻材料体系
目前了解到的“正交光刻”中,光刻胶采用的是高氟化聚合物,按照工艺中的溶液体系来讲,有两种可查的类型:一种是超临界二氧化碳(scCO2),另外一种是氢氟醚(HFE)。下面简单说明一下这两种材料,更深的内容我也没有去查,感兴趣的可以自行查阅相关文献。
2.1 scCO2材料
scCO2是一种存在于临界温度和压力(Tc=31.1℃和Pc=7.38MPa)以上的二氧化碳超临界流体,超临界流体的概念如下图所示。
超临界流体
这种流体有几个独特的优点:不可燃性、无毒性、低成本、低表面张力和高扩散率。最重要的是,scCO2对氟化材料有很强的溶解能力,但却不与大多数非氟化聚合物相互作用。因此人们选择scCO2作为OLED光刻技术中的正交溶剂。
2.2 氢氟醚(HFE)溶液
一般来讲,高氟化物液体也不与非氟材料发生反应,因此也可以作为OLED光刻技术中的正交溶液。在众多的高氟化物溶液中,氢氟醚吸引了大家特别的关注。如上一篇文章中提到过的Orthgonal Inc,就采用了这种溶剂。根据他们的说法,这种溶剂具有如下的特点:
氟溶剂和含氟聚合物对有机电子材料(包括OLED)无反应且不损伤
氟溶剂不与极性或非极性材料混合
具有低全球变暖潜能值且不消耗臭氧层
3. 正交光刻流程
下面以Orthgonal Inc公司网站上的流程图,简单说一下他们的“正交光刻”技术流程
背板:目前量产中OLED的驱动背板和“正交光刻”技术是兼容的,不需要进行修改。
像素定义层(PDL)图形制作:采用之前的常规材料作为PDL,用于隔离不同的子像素。
牺牲层制作:采用高氟化材料作为牺牲层,牺牲层除了可以起到平坦化的作用外,还可以在剥离过程中起到“干净”剥离的作用。
光刻胶涂布:光刻胶层是正交的氟化光刻胶聚合物,它是一种负胶,在i-Line波长(365nm)下敏感
曝光:使用标准曝光机,先将第一种色彩的像素区曝光
光刻胶显影:使用对OLED无破坏的氟化显影剂,使像素区的光刻胶开孔。
牺牲层显影:采用另外一种单独的氟化显影剂,将向素区的牺牲层开孔,并形成倒角。
OLED叠层沉积:在蒸镀机中蒸镀OLED,这种情况不需要FMM。
剥离:牺牲层溶解在氟化溶剂中,位于其顶部的光刻胶也可以剥离,而不会留下particle
重复前面的步骤,就可以得到其余两种颜色
最后沉积共通层和阴极金属,完成OLED器件的制造,并进行封装
4. 讨论
参考文献:
Orthogonal Processing: A Novel Photolithographic Patterning Method for Organic Electronics
https://orthogonalinc.com/
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