用于制造oled發光裝置的設備和方法
【專利說明】用于制造OLED發光裝置的設備和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請是于2013年I月8日提交的第13/736，870號申請的部分繼續申請。
技術領域
[0003]本公開涉及有機發光裝置(OLED)領域以及其用于照明的用途，并且具體地涉及用于制備這種裝置的設備和方法。更具體地，本公開涉及用于在襯底表面的不同區域沉積多種材料層以制備OLED的可移除掩模和設備，及其使用方法。
【背景技術】
[0004]OLED裝置領域近年來已經吸引了廣泛關注。這種裝置預示著OLED可以用于清晰和生動的顯示，例如在電視、智能手機以及其他以顯示器為中心的裝置中。OLED具有潛力的另一領域是照明設備領域。OLED面板可用于替代大面積照明設備，例如天花板照明設備。這種OLED照明設備的優勢在于面板可以相對低的電力需求和較少的作為副產物的發熱來產生光，從而減少了用電。這種面板還可具有較長的使用壽命，減少了以固定間隔更換燈具的需要。OLED照明設備還可以制造為可調節的，以使得發光等級可以根據需要改變。
[0005]目前制造高性能OLED的最成功的方法是通過使用真空熱蒸發來沉積有機層和陰極。需要至少兩個陰影掩模，一個用于一個或多個有機層，一個用于陰極。如果在不同的襯底區域上沉積不同的有機配方，則需要額外的有機層掩模，例如為了制造不同顏色的子像素以制成RGB或RGBW顯示器。由于陰極必須在一個或多個有機層之后沉積，但又必須與已經在任何有機OLED層之前沉積在襯底上的軌跡連接，所以需要單獨的陰極掩模。因此有機層必須從這些陰極接觸區域中排除，而陰極層必須隨后沉積在這些連接區域上。使用用于有機層和陰極的至少兩個掩模的要求有許多缺點:1)其打斷了制造流程。2)需要額外的設備移除一個掩模并替換該掩模。這通常通過將襯底從一個(具有有機層掩模的)掩模框架移動到具有陰極掩模的另一掩模框架上實現。3)需要襯底對新的掩模的二次對準過程，這可能需要昂貴而精密的設備以實現精確對準。4)增加了掩模轉移過程中產生顆粒的可能性，并且這種顆粒可導致短路。對于顯示裝置，例如那些用于計算機的顯示裝置，制造正確定位的RGB像素的必要性以及其中使用顯示器的裝置(例如電視、智能手機)的費用會導致復雜而昂貴的制造方法。OLED照明裝置必須與完善的和相對便宜的照明解決方案競爭，例如白熾燈和熒光燈。復雜而昂貴的制造方法成為了將OLED用于照明的障礙。
【發明內容】
[0006]本教導提供了用于在襯底上制備有機發光裝置的設備和方法，并且具體提供了可用于照明的有機發光裝置。這種裝置不同于常見的OLED顯示器，該裝置不需要小型單獨像素，該小型單獨像素通常為RGB像素的混合并且每個都由單獨電路控制。相反，OLED照明裝置可具有相對大的面積，可能幾平方英寸或者甚至更大，其中整個面積發射相同顏色的光并通過單個電路控制。本發明提供了用于制造這種OLED照明裝置的設備和方法，該方法和設備通過陰影掩模和氣相沉積設備改善了制造簡易性并降低了制造費用。陰影掩模和氣相沉積設備的具體特征將變得明顯。這種設備允許單個陰影掩模抵靠襯底放置以用于在襯底的第一區域上沉積有機層，并且在不移動掩模的情況下將導電層沉積在襯底的第二區域上，其中，為了照明裝置的正常工作，襯底的第一區域和第二區域部分地而不完全地重疊。
[0007]在本文中所用的術語“掩模”和“陰影掩模”指的是最通常包括材料薄片(最常用的為金屬)的掩模結構，其中該材料薄片包括具有開放區域和非開放區域的選定圖案，其中開放區域和非開放區域允許材料沉積在選定區域中的襯底上。該限定可包括這樣的情況，其中兩片或更多片這種材料一起用作單個陰影掩模(例如第一或下部掩模和第二或上部掩模)以提供某些期望的性質，這些將變得明顯。術語“可移除掩模”指的是與襯底分離并且可相對于襯底設置以允許選定區域的涂覆然后當涂覆或沉積操作完成時可容易地移除而不需附加的化學處理或物理處理的掩模。因此，可移除掩模可用于在多個襯底上沉積材料。術語“OLED”和“有機發光裝置”以本領域中最熟知的含義使用，即包括陰極，陽極、以及位于陰極和陽極之間的多種中間層的裝置，其中中間層包括具有一種或多種有機材料的至少一個發光層。
[0008]Codama在于2000年7月18日公布的第6，091，196號美國專利中教導了一種利用可移除掩模形成有機層和電極層的方法，其中電極層比有機層覆蓋更大的區域，并且從而形成電極層與位于有機層區域外的電接觸器之間的電連接。’ 196專利教導了利用用于沉積一個或多個有機層的具有差固有側向散布的第一沉積過程(例如真空蒸發)來實現該方法。然后電極層通過具有更好固有側向散布的第二過程(例如濺射)沉積。
[0009]’ 196的方法存在幾個問題。一個是’ 196教導的作為用于沉積電極層的方法的寬側向散布過程也是高能量過程，該高能量過程已知通過高能量碰撞或紫外線/X光發射損壞下面的有機層。出于此原因，目前在本領域中非常常見的是通過真空熱沉積來沉積電極材料。此外，’196教導的方法至少需要兩種不同類型的涂覆設備。在必須涂覆多個有機層和電極材料層以及有限數量的涂覆站可用的情況下，這可能增加費用和復雜性。更期望的過程應是有機層和電極層可使用相同類型的涂覆過程。由于例如濺射的涂覆過程的潛在損壞效果，所以更期望這樣的過程為真空熱蒸發。然而，這種方法將必然通過具有相同固有側向散布的過程來沉積有機層和電極層，這將使以’ 196教導的方式將單個陰影掩模用于兩個沉積變得不可能。因此’ 196的教導不能應用到利用單個陰影掩模通過相同沉積方法沉積有機層和電極層。因此更期望提供一種允許所有這些條件的設備和方法。
[0010]在各實施方式中，本公開提供了具有允許材料沉積在襯底的選定區域的一個或多個開口的掩模。一個或多個開口在至少一個邊緣上具有懸伸特征。出于本公開的各目的，懸伸特征為掩模的位于襯底上的一部分，其中襯底與掩模接觸，但是這種懸伸特征本身不直接與襯底接觸。如本領域熟知的，掩模在設置在襯底上時提供襯底的掩蓋部分和未掩蓋部分。本公開的掩模的懸伸特征還提供襯底的部分掩蓋部分，該部分掩蓋部分可認為是從一些視角被掩蓋，但從其他視角未被掩蓋，從而允許部分掩蓋部分上的選擇性材料沉積。這種選擇性沉積的效用將在本公開中變得明顯。
[0011 ] 在一些實施方式中，懸伸特征通過將兩個單獨掩模中的開口選為相對彼此部分偏移來提供。因此，上部掩模的一部分將在下部掩模的開口之上，形成從一些視角掩蓋襯底而從其他視角不掩蓋襯底并且不與襯底接觸的懸伸特征。在各其他實施方式中，通過將上部掩模中的開口選擇為小于下部掩模的開口來提供懸伸特征。因此，上部掩模的至少一個邊緣將在下部掩模的開口之上，從而形成懸伸特征。第一或下部掩模理解為最靠近襯底的掩模。雖然附圖示出為在襯底的上表面沉積，但是，附圖可旋轉以應用到任何襯底定向，例如，從上方或從側面的材料沉積。
[0012]在各實施方式中，掩模開口的多個其他邊緣可選為豎直的。在其他各實施方式中，掩模開口的其他邊緣中的一個或多個可偏移以提供缺口邊緣，在缺口邊緣中掩模的厚度平滑地或以臺階的形式向著在與襯底接觸的一側的掩模中的開口逐漸減小。在各其他實施方式中，掩模開口的其他邊緣中的一個或多個可選為包括附加懸伸特征。
[0013]在多種其他實施方式中，本公開的掩模可為單件式掩模，其中每個掩模開口的至少一個邊緣具有懸伸特征。懸伸特征由掩模開口的邊緣提供，該邊緣與襯底表面不正交或不垂直。在一些實施方式中，掩模開口的至少一個邊緣是以相對于掩模的頂部和底部呈非90°角傾斜的，以提供懸伸特征。在其他多種實施方式中，每個掩模開口的至少一個邊緣可以以弧形的形狀形成以提供懸伸特征。在其他各實施方式中，每個掩模開口的至少一個邊緣以臺階形式形成以提供懸伸特征。
[0014]在本公開的各實施方式中，本公開提供了在襯底表面上對齊的掩模的任一上述實施方式。多種襯底可被使用，并且可包括預圖案化的層，以及具體地包括電連接。這些在有機沉積之前圖案化在絕緣襯底上的連接提供了將OLED發光區域連接至外部面板電連接的常用方法，其中，外部面板電連接在發射區域之外并且在通常使用在OLED器件中的封裝密封之外。本公開還提供了汽化有機材料源，該汽化有機材料源以受控的指向方式在相對于襯底和掩模的第一定向提供汽化的有機材料。有機材料蒸汽源的定向被選擇以使得有機材料沉積在襯底的第一區域上，其中第一區域只包括襯底的部分掩蓋部分上的有限沉積。在本公開的各實施方式中，有機材料的沉積可使用多種有機材料重復進行，以在襯底的第一區域產生期望的層結構。每一層可具有不同的期望厚度和厚度范圍，其中該厚度和厚度范圍為實現一致的期望的光發射特性所需要的。在一些實施方式中，這些層中的一個或多個可在第一定向上由兩個或更多有機材料蒸汽源沉積，以使得得到的有機材料層包括兩個或更多有機材料以期望比例的混合物。
[0015]在本公開的各實施方式中，本公開還在相對于掩模和襯底的第二定向上提供了汽化導電材料源，其中在襯底上，一個或多個有機層已沉積在第一區域上。該源提供了具有期望的方向性特征并且從源指向襯底和掩模的汽化導電材料羽流。汽化導電材料源可為與用于沉積有機材料(例如真空熱蒸發)的源相同類型的源并且具有相同的固有羽流特性。導電材料蒸汽源的定向被選擇以使得導電材料沉積在襯底的第二區域上，其中第二區域包括襯底的部分掩蓋部分的一些或全部，并且襯底的部分掩蓋部分包括用于導電材料的電連接。因此，本公開提供了多種用于利用單個可移除掩模或掩模組件在襯底的第一區域以具有基本一致的成分和厚度的層的形式沉積有機材料以及在襯底的第二區域沉積導電材料的實施方式，其中兩個區域部分地但不完全地重疊。這簡化了這種OLED的制造，并且減少或消除了許多使用多個掩模的缺點。本公開還提供由本設備制備的示例性裝置實施方式。
[0016]在本公開中，沉積在有機層上的導電材料將稱為上部電極、頂部電極，或陰極。然而，本領域技術人員應理解，其同樣指的是倒置OLED結構的陽極，在該倒置OLED結構中電子從最靠近襯底的電極注入。如本領域所熟知的，通過本公開的設備和方法沉積的導電電極還可為堆疊OLED中的中間電極，其中在堆疊OLED中OLED裝置在該導電層的之上和之下形成。在具有多個可獨立控制的氣相沉積的電極的堆疊OLED的情況下，可與多個掩模開口的不同邊緣上的電極存在連接。
[0017]在各實施方式中，本公開提供了用于利用本公開中所描述的設備提供有機發光裝置的示例性方法。根據各實施方式，該方法可包括以下步驟:提供襯底，該襯底上圖案化有導電區域和絕緣區域；將掩模放置成與襯底接觸，其中掩模開口具有構造成具有懸伸特征的至少一個邊緣；在真空下將掩模和襯底暴露至一個或多個汽化有機材料源，其中一個或多個汽化有機材料源具有限定的方向性羽流形狀并且位于相對于掩模和襯底的第一定向；在不相對于襯底移動掩模的情況下，在真空下將掩模和襯底暴露至一個或多個汽化導電材料源，其中一個或多個汽化導電材料源具有限定的方向性羽流形狀并且位于相對于掩模和襯底的第二定向；以及從襯底移除掩模。在各其他實施方式中，一個或多個有機蒸汽源和導電材料蒸汽源具有更寬的羽流形狀并且可位于相對于掩模和襯底的類似定向。在這些實施方式中，在蒸汽羽流一側