专利名称：一种有机电致发光器件的新型掩膜体系及制作方法
技术领域：
本发明涉及电子元器件中有机电致发光技术领域，具体涉及一种有机电致发光器件的新 型掩膜体系及制作方法。
技术背景第三次工业革命的来临带动了信息技术的空前发展，作为其中重要一环的信息显示技术， 更是在人类的科研和日常生活中扮演着重要角色。随着人类社会的信息化程度的不断提高， 人们对人机界面的载体-信息显示器件的性能要求也越来越高，显示器的大屏幕、高清晰度、 价格低廉、轻便小巧及平板化已成为人们追求的新目标，作为电子工业继微电子和计算机之 后的又一发展热点，显示技术孕育着巨大的市场潜力，它的不断进步和新技术的不断涌现带 动了显示工业的跨越式发展。在经历了一系列的技术革新之后，世界显示产业的规模越来越 大，显示产品的应用领域也越来越广。OLED属于一种崭新的显示器件，是利用一种施加电压就能够进行自行发光的技术，是 近年来在光电化学及材料科学领域内一个热门的研究课题，亦是当前国际显示技术上的一个 研究热点，它将会成为LCD不可低估的强劲竞争对手，也是显示业界公认最有可能替代LCD 的新一代显示技术。OLED器件所用材料可以是有机小分子或聚合物高分子，因而选择范围 宽，通过对有机分子结构的设计、组装和剪裁，能够满足多方面不同的需要，可实现从红光 到蓝光的任何颜色的显示，并易于实现大面积显示。有机发光显示还具有高亮度、高效率、 宽视角、驱动电压低、低耗电、响应速度快、不出现残像，生产成本低、制备工艺简单、分 辨率佳及可制成柔性器件等优点，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术，因此目前全 球有多家厂商投入研发，被誉为"未来显示之星"。有机电致发光研究开始于20世纪50年代。A. Bernanose等人开始了用有机材料制作电 致发光器件的探索，这是有机EL的最早报道。当时曾经激发人们从分子晶体制备发光器件 的愿望。但起初由于制备高质量的有机物单晶较为困难，且有机物单晶层不容易做得很薄(当 时厚度大于lpm)，再加上注入电极不佳，因此早期的有机EL器件驱动电压很高Ol00V)。 所以，有机EL的研究进展还是十分缓慢。后经改进制成薄膜(lpm以下)，驱动电压降为30 V以内，但最大效率只有0.05%左右。直到1987年，美国柯达公司的邓青云博士在总结前人的基础上发明了三明治结构的器 件以联苯二胺为空穴转移层，喹啉铝为电子转移层，制作出的器件在5 V电压驱动下，亮 度超过100cd/m2，寿命大于100小时，驱动电压和亮度达到了商用要求，这一突破性进展重 新激发了人们对于有机EL的热情，使人们看到了有机电致发光器件作为新一代平板显示器 件的希望。从此，有机电致发光走上了迅速发展的道路，数百家机构投入巨资开始研究。1990 年英国Cambridge大学Cavendish实验室的J.H.Burroughe等人首次在《Nature》杂志上用共 轭高分子聚苯乙烯(PPV)为发光材料实现聚合物电致发光(PLED)的报道，引起科技界和 业界极大的兴趣，拉开了聚合物半导体薄膜电致发光研究的序幕；1997年，F6rrest等发现磷 光电致发光现象，突破了有机电致发光材料量子效率低于25%的限制，使有机平板显示器件 的研究进入一个新时期。目前，国际上与OLED有关的专利已经超过1400份，其中最基本的专利有三项。小分 子OLED的基本专利由美国Kodak公司拥有。目前，有机EL器件研究工作主要集中在以下 三个方面开发研究新型发光材料和载流子运输材料；探索新的器件制备工艺和器件结构； 研究有关发光机理。围绕这三个基本方面，包括以下诸多技术专题高效小分子和高分子 OLED材料、磷光OLED、透明OLED和柔性OLED核心技术，Black Layer(TM)技术，有机 TFT、高温OLED材料，OLED器件的密封技术，柔性微孔塑料箔膜技术，树状聚合物OLED 技术、增加器件的寿命和稳定性等。业界普遍认为，在今后的几年是OLED技术走向成熟和 市场需求高速增长的阶段。国际上权威的平板显示器市场分析公司Stanford resource认为，随 着在材料研究、生产工艺、成本控制、市场应用等方面的进展，到2008年，OLED产品的市 场规模可达23亿美元。器件的制备工艺和良好的器件结构是关系到发光亮度和效率、寿命和稳定性的最关键因 素。在器件制备流程中，为实现不同的器件结构需要蒸镀不同图形的薄膜，这使得掩膜板的 使用变得非常必要。传统的掩膜板一般为可活动的整块挡板，在制备薄膜时常常根据需要进 行频繁的导入或导出操作，不仅需要花费时间，而且降低了不同功能层蒸镀图案的对称性和 对准精度，也给整个器件制备带来不便。因此，需要探索一种新型的有机电致发光器件掩膜 设计方法，以克服上述器件制备过程中的问题。 发明内容本发明所要解决的技术问题是如何提供一种有机电致发光器件的新型掩膜体系及制作 方法，该方法克服了现有技术中所存在的缺陷，简化了有机电致发光器件的制备工艺，解决 了多次导换掩膜板所引起的薄膜蒸镀区域对位和对准性问题，在一定程度上提高器件良品率， 完全满足实际应用的要求。本发明所提出的技术问题是这样解决的构造一种有机电致发光器件的掩膜体系，其特 征在于，包括活动部分和固定部分，所述固定部分为单片小掩膜板，固定设置在基片托架上 方和器件衬底下方，它与器件衬底在有机工作层的制备过程中始终固定在基片托架上，掩膜 图案与金属电极的待蒸镀区域图形一致；所述活动部分为在蒸镀有机薄膜的过程中导入的大 掩膜板，所述大掩膜板与所述小掩膜板的公共暴露部分对应于有机层的蒸镀区域。基于上述掩膜体系的有机电致发光器件的制作方法，所述有机电致发光器件包括衬底、 有机工作层和金属电极，其中有机工作层包括阳极层、空穴传输层、发光层和电子传输层， 发光层在外加电场的驱动下发光，其特征在于，包括以下步骤① 、先进行衬底的清洗，清洗后干燥处理；② 、将衬底传送至真空蒸发室中进行电极的制备或其它前期处理，所述电极包括阳极层 或者阴极层；◎、将制备好电极的衬底移入真空室，进行相关的预处理； 、取出基片托架，将单片小掩膜板固定在基片托架上衬底的下方，其掩膜图案与金属 电极的待蒸镀区域图形一致；⑤、将基片送入高真空度的蒸镀室中，将活动的大掩膜板通过机械手导入到基片托架正 下方，然后蒸镀有机功能层； 、有机层蒸镀结束后在高真空度的另一蒸发室中进行金属阴极的制备，该过程无需再 导入大掩膜板，用单片小掩膜板即可实现电极蒸镀的掩膜方案；⑦ 、将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为惰性气体氛围；⑧ 、测试器件的光电特性。按照本发明所提供的基于上述掩膜体系的有机电致发光器件的制作方法，其特征在于， 所述有机电致发光器件中还包括空穴或电子传输层、载流子注入层和缓冲层。按照本发明所提供的基于上述掩膜体系的有机电致发光器件的制作方法，其特征在于， 所述衬底可以是玻璃或柔性基片或金属薄片等；所述阳极层可以是金属氧化物薄膜或金属薄膜，也可以是PEDOT:PSS或PANI类有机导电聚合物；所述注入层和可以是无机小分子化合 物或者具有低的最高被占据分子轨道的有机化合物；所述阴极层包括缓冲层和金属层，所述缓冲层是无机小分子化合物或者具有高的最低未被占据分子轨道的有机化合物，所述金属层 材料是金属薄膜或合金薄膜。按照本发明所提供的有机电致发光器件的新型掩膜及制作方法，其特征在于，所述发光 层可以是有机小分子发光材料，也可以是有机聚合物发光材料，或者是两者共存的掺杂体系； 发光颜色可以是红光，蓝光，绿光，黄光和白光。本发明所提供的有机电致发光器件的新型掩膜体系及器件制作方法，结构简单，操作简 便，在制备电极的过程中无需进行大掩膜板的导入和导出操作，简化了器件制备流程，降低 了成本，所述大掩膜板与小掩膜板的公共暴露部分正好对应于有机层的蒸镀区域，实现有机 层发光区域和电极区的精确对位和对准。薄膜制备过程中使用了固定的和活动的两种大小不 同的掩膜板，通过不同的优化组合可实现不同的掩膜功能。由于在薄膜制备过程中避免了频 繁的掩膜导换操作，有效地提高了不同功能层薄膜蒸镀图案的对位性和对准性，在一定程度 上提高了器件的良品率。该设计系统和方法制备的器件可以应用于显示技术中照明，数字显 示和背景光源以及加彩膜的显示等领域。
图1是本发明的新型掩膜体系的单个单元的剖面示意图； 图2是整个掩膜体系的俯视图。其中，1、衬底，2、基片托架，3、小掩膜板，4、大掩膜板，5、有机工作层。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明作进一步的说明。本发明所提供的有机电致发光器件的新型掩膜及制作方法，器件结构包括透明衬底1和 有机电致发光工作层5，其中有机电致发光工作层5包括阳极层、空穴传输层、发光层、电 子传输层和金属电极，发光层在外加电场的驱动下发光。所述掩膜系统由固定的单片小掩膜 板3和活动的大掩膜板4组成，在基片托架2上方衬底1的下方设置有单片小掩膜板3，它 与衬底1在发光工作层薄膜5的制备过程中始终固定在基片托架2上，只需在蒸镀有机薄膜 的过程中导入活动的大掩膜板4，并保证大掩膜板4与单片小掩膜板3的公共暴露部分正好 对应于有机层的蒸镀区域；在金属电极制备过程中无需导入和导出大掩膜板4。其中衬底1为电极和有机薄膜层的依托，它在可见光区域有着良好的透光性能，有一定的防水汽和氧气 渗透的能力，有较好的表面平整性，它可以是玻璃或柔性基片或金属薄片等，有机发光工作 层5为各种主体发光材料，可以是有机小分子发光材料，也可以是有机聚合物发光材料，或 者是两者共存的掺杂体系；发光颜色可以是红光，蓝光，绿光，黄光和白光。其中，掩膜体 系可根据器件结构的需要由固定的小掩膜与不同图案、尺寸的活动的大掩膜组成，实现不同 的掩膜功能。 实施方式1-5如图1所示有机电致发光器件(OLED)的新型掩膜体系，基本结构从上到下依次为 衬底、有机发光工作层、基片托架、小掩膜板和大掩膜板。整个器件结构描述为玻璃衬底 /ITO/PS:TPD(X:Y)(X:Y-l:9， 3:7, 1:1, 7:3, 9:1)/Alq3(500A) /LiF(10 A)/A1(1000 A)。器件的制备方法如下① 依次利用洗涤剂、乙醇溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为 10隱15Q/口，膜厚为1500 A;② 将处理后的透明衬底置于甩胶机上进行掺杂薄膜(空穴传输层)PS:TPD的旋涂，通 过控制不同的溶液浓度比例、甩胶机转速和时间来粗略控制旋涂膜的厚度。(D将旋涂基片移入高真空室，在气压为20 Pa的氧气环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为 20W; 将单片小掩膜板固定于ITO基片下方，再将基片转移至有机真空蒸发室，导入预先放好的大掩膜板，待室内气压为3xl04Pa，开始进行有机薄膜的蒸镀。按照如上所述器件结构蒸镀发光兼电子传输层Alq3(500A)。蒸镀速率lA/s，蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控； ◎在有机层蒸镀结束后将基片传送至金属真空蒸发室中进行金属电极的制备。其气压为3xlO—3Pa，蒸镀速率为 3A/s， Al膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控；⑥ 将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为99.9%氮气氛围。⑦ 测试器件的光电特性参数。
具体实施方式
6-12如图1所示有机电致发光器件(OLED)的新型掩膜体系，基本结构从上到下依次为 衬底、有机发光工作层、基片托架、单片小掩膜板和大掩膜板。整个器件结构描述为玻璃A)。制备方法如下① 依次利用洗漆剂、乙醇溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗 后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为 10-15朗，膜厚为1500 A。② 将干燥后的基片移入预处理室，在气压为20 Pa的氧气和氩气环境下对ITO玻璃进行 低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为 20W。③ 将单片小掩膜板固定于处理后的基片的下方，再转移至有机真空蒸发室，导入预先放 好的大掩膜板，待室内气压为3xlOiPa，开始进行有机薄膜的蒸镀。按照如上所述器件结构 依次蒸镀的空穴注入层CuPc为200 A，传输层a-NPD为600 A，发光层Alq3(400 A): C545T(2%)，电子传输层Alq3(200A)，各有机层的蒸镀速率1 A/s，蒸镀速率及厚度由安装 在基片附近的膜厚仪监控。制备各不同功能层时所需要的蒸镀图案通过导换不同的大掩膜板 来完成。④ 在有机层蒸镀结束后将基片传送至金属真空蒸发室中进行金属电极的制备。其气压为 3xlO—3Pa,蒸镀速率为3A/s， AL膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的 膜厚仪监控。⑤ 将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为99.9%惰性气体氛围。⑥ 测试器件的光电特性参数。
具体实施方式
13-20:如图1所示有机电致发光器件(OLED)的新型掩膜体系，基本结构从上到下依次为 衬底、有机发光工作层、基片托架、单片小掩膜板和大掩膜板。器件基板采用柔性基板(如 PET等)，整个器件结构描述为玻璃衬底/ITO/CuPc(200 A)/a-NPD(600 A)/Alq3(400 A): C545T(2%)/Alq3(200 A)/LiF(10 A)/A1(1000 A)。器件的制备流程与实施方式6-12相似。
具体实施方式
21-25如图1所示有机电致发光器件(OLED)的新型掩膜体系，基本结构从上到下依次为 衬底、有机发光工作层、基片托架、单片小掩膜板和大掩膜板。整个器件结构描述为玻璃 衬底/ITO/PMMA:CuPc(100腦)/ruberene (50 nm)/PBD (15 nm)/ Mg:Ag(100腦) 器件的制备流程与实施方式1-7相似。
权利要求
1、一种有机电致发光器件的掩膜体系，其特征在于，包括活动部分和固定部分，所述固定部分为单片小掩膜板，固定设置在基片托架上方和器件衬底下方，它与器件衬底在有机工作层的制备过程中始终固定在基片托架上，掩膜图案与金属电极的待蒸镀区域图形一致；所述活动部分为在蒸镀有机薄膜的过程中导入的大掩膜板，所述大掩膜板与所述小掩膜板的公共暴露部分对应于有机层的蒸镀区域。
2、 基于权利要求所述掩膜体系的有机电致发光器件的制作方法，所述有机电致发光器件 包括衬底、有机工作层和金属电极，其中有机工作层包括阳极层、空穴传输层、发光层和电 子传输层，发光层在外加电场的驱动下发光，其特征在于，包括以下步骤① 、先进行衬底的清洗，清洗后干燥处理；② 、将衬底传送至真空蒸发室中进行电极的制备或前期处理，所述电极包括阳极层或者 阴极层；(D、将制备好电极的衬底移入真空室，进行预处理； 、取出基片托架，将单片小掩膜板固定在基片托架上衬底的下方，其掩膜图案与金属 电极的待蒸镀区域图形一致； 、将基片送入高真空度的蒸镀室中，将活动的大掩膜板通过机械手导入到基片托架正 下方，然后蒸镀有机功能层；⑥ 、有机层蒸镀结束后在高真空度的另一蒸发室中进行金属阴极的制备，该过程无需再 导入大掩膜板，用单片小掩膜板即可实现电极蒸镀的掩膜方案；⑦ 、将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为惰性气体氛围；⑧ 、测试器件的光电特性。
3、 根据权利要求2所述的基于权利要求1所述的掩膜体系的有机电致发光器件的制作方 法，其特征在于，所述有机电致发光器件中还包括空穴或电子传输层、载流子注入层和缓冲 层。
4、 根据权利要求2所述的基于权利要求1所述掩膜体系的有机电致发光器件的制作方法， 其特征在于，所述衬底是玻璃或柔性基片或金属薄片；所述阳极层是金属氧化物薄膜或金属 薄膜，或PEDOT:PSS或PANI类有机导电聚合物；所述注入层是无机小分子化合物或者具有低的最高被占据分子轨道的有机化合物；所述阴极层包括缓冲层和金属层，所述缓冲层是无 机小分子化合物或者具有高的最低未被占据分子轨道的有机化合物，所述金属层材料是金属 薄膜或合金薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种有机电致发光器件的掩膜体系，其特征在于，包括活动部分和固定部分，所述固定部分为单片小掩膜板，固定设置在基片托架上方和器件衬底下方，它与器件衬底在有机工作层的制备过程中始终固定在基片托架上，掩膜图案与金属电极的待蒸镀区域图形一致；所述活动部分为在蒸镀有机薄膜的过程中导入的大掩膜板，所述大掩膜板与所述小掩膜板的公共暴露部分对应于有机层的蒸镀区域。该体系简化了有机电致发光器件的制备工艺，通过尽量少的不同的掩膜组合实现器件制备图案的多样性，解决了多次掩膜板切换所引起的有机层发光区域和电极区的对位和对准性问题，降低了器件制作的成本，提高了器件良品率和生产效率。
文档编号C23C14/04GK101220452SQ20081004523
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者于军胜, 力 孙, 磊 张, 王玉林, 泉 蒋, 蒋亚东, 建 钟 申请人:电子科技大学;京东方科技集团股份有限公司