用于制造oled发光装置的设备和方法
【专利说明】用于制造OLED发光装置的设备和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2013年I月8日提交的第13/736，870号申请的部分继续申请。
技术领域
[0003]本公开涉及有机发光装置(OLED)领域以及其用于照明的用途，并且具体地涉及用于制备这种装置的设备和方法。更具体地，本公开涉及用于在衬底表面的不同区域沉积多种材料层以制备OLED的可移除掩模和设备，及其使用方法。
【背景技术】
[0004]OLED装置领域近年来已经吸引了广泛关注。这种装置预示着OLED可以用于清晰和生动的显示，例如在电视、智能手机以及其他以显示器为中心的装置中。OLED具有潜力的另一领域是照明设备领域。OLED面板可用于替代大面积照明设备，例如天花板照明设备。这种OLED照明设备的优势在于面板可以相对低的电力需求和较少的作为副产物的发热来产生光，从而减少了用电。这种面板还可具有较长的使用寿命，减少了以固定间隔更换灯具的需要。OLED照明设备还可以制造为可调节的，以使得发光等级可以根据需要改变。
[0005]目前制造高性能OLED的最成功的方法是通过使用真空热蒸发来沉积有机层和阴极。需要至少两个阴影掩模，一个用于一个或多个有机层，一个用于阴极。如果在不同的衬底区域上沉积不同的有机配方，则需要额外的有机层掩模，例如为了制造不同颜色的子像素以制成RGB或RGBW显示器。由于阴极必须在一个或多个有机层之后沉积，但又必须与已经在任何有机OLED层之前沉积在衬底上的轨迹连接，所以需要单独的阴极掩模。因此有机层必须从这些阴极接触区域中排除，而阴极层必须随后沉积在这些连接区域上。使用用于有机层和阴极的至少两个掩模的要求有许多缺点:1)其打断了制造流程。2)需要额外的设备移除一个掩模并替换该掩模。这通常通过将衬底从一个(具有有机层掩模的)掩模框架移动到具有阴极掩模的另一掩模框架上实现。3)需要衬底对新的掩模的二次对准过程，这可能需要昂贵而精密的设备以实现精确对准。4)增加了掩模转移过程中产生颗粒的可能性，并且这种颗粒可导致短路。对于显示装置，例如那些用于计算机的显示装置，制造正确定位的RGB像素的必要性以及其中使用显示器的装置(例如电视、智能手机)的费用会导致复杂而昂贵的制造方法。OLED照明装置必须与完善的和相对便宜的照明解决方案竞争，例如白炽灯和荧光灯。复杂而昂贵的制造方法成为了将OLED用于照明的障碍。
【发明内容】
[0006]本教导提供了用于在衬底上制备有机发光装置的设备和方法，并且具体提供了可用于照明的有机发光装置。这种装置不同于常见的OLED显示器，该装置不需要小型单独像素，该小型单独像素通常为RGB像素的混合并且每个都由单独电路控制。相反，OLED照明装置可具有相对大的面积，可能几平方英寸或者甚至更大，其中整个面积发射相同颜色的光并通过单个电路控制。本发明提供了用于制造这种OLED照明装置的设备和方法，该方法和设备通过阴影掩模和气相沉积设备改善了制造简易性并降低了制造费用。阴影掩模和气相沉积设备的具体特征将变得明显。这种设备允许单个阴影掩模抵靠衬底放置以用于在衬底的第一区域上沉积有机层，并且在不移动掩模的情况下将导电层沉积在衬底的第二区域上，其中，为了照明装置的正常工作，衬底的第一区域和第二区域部分地而不完全地重叠。
[0007]在本文中所用的术语“掩模”和“阴影掩模”指的是最通常包括材料薄片(最常用的为金属)的掩模结构，其中该材料薄片包括具有开放区域和非开放区域的选定图案，其中开放区域和非开放区域允许材料沉积在选定区域中的衬底上。该限定可包括这样的情况，其中两片或更多片这种材料一起用作单个阴影掩模(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质，这些将变得明显。术语“可移除掩模”指的是与衬底分离并且可相对于衬底设置以允许选定区域的涂覆然后当涂覆或沉积操作完成时可容易地移除而不需附加的化学处理或物理处理的掩模。因此，可移除掩模可用于在多个衬底上沉积材料。术语“OLED”和“有机发光装置”以本领域中最熟知的含义使用，即包括阴极，阳极、以及位于阴极和阳极之间的多种中间层的装置，其中中间层包括具有一种或多种有机材料的至少一个发光层。
[0008]Codama在于2000年7月18日公布的第6，091，196号美国专利中教导了一种利用可移除掩模形成有机层和电极层的方法，其中电极层比有机层覆盖更大的区域，并且从而形成电极层与位于有机层区域外的电接触器之间的电连接。’ 196专利教导了利用用于沉积一个或多个有机层的具有差固有侧向散布的第一沉积过程(例如真空蒸发)来实现该方法。然后电极层通过具有更好固有侧向散布的第二过程(例如溅射)沉积。
[0009]’ 196的方法存在几个问题。一个是’ 196教导的作为用于沉积电极层的方法的宽侧向散布过程也是高能量过程，该高能量过程已知通过高能量碰撞或紫外线/X光发射损坏下面的有机层。出于此原因，目前在本领域中非常常见的是通过真空热沉积来沉积电极材料。此外，’196教导的方法至少需要两种不同类型的涂覆设备。在必须涂覆多个有机层和电极材料层以及有限数量的涂覆站可用的情况下，这可能增加费用和复杂性。更期望的过程应是有机层和电极层可使用相同类型的涂覆过程。由于例如溅射的涂覆过程的潜在损坏效果，所以更期望这样的过程为真空热蒸发。然而，这种方法将必然通过具有相同固有侧向散布的过程来沉积有机层和电极层，这将使以’ 196教导的方式将单个阴影掩模用于两个沉积变得不可能。因此’ 196的教导不能应用到利用单个阴影掩模通过相同沉积方法沉积有机层和电极层。因此更期望提供一种允许所有这些条件的设备和方法。
[0010]在各实施方式中，本公开提供了具有允许材料沉积在衬底的选定区域的一个或多个开口的掩模。一个或多个开口在至少一个边缘上具有悬伸特征。出于本公开的各目的，悬伸特征为掩模的位于衬底上的一部分，其中衬底与掩模接触，但是这种悬伸特征本身不直接与衬底接触。如本领域熟知的，掩模在设置在衬底上时提供衬底的掩盖部分和未掩盖部分。本公开的掩模的悬伸特征还提供衬底的部分掩盖部分，该部分掩盖部分可认为是从一些视角被掩盖，但从其他视角未被掩盖，从而允许部分掩盖部分上的选择性材料沉积。这种选择性沉积的效用将在本公开中变得明显。
[0011 ] 在一些实施方式中，悬伸特征通过将两个单独掩模中的开口选为相对彼此部分偏移来提供。因此，上部掩模的一部分将在下部掩模的开口之上，形成从一些视角掩盖衬底而从其他视角不掩盖衬底并且不与衬底接触的悬伸特征。在各其他实施方式中，通过将上部掩模中的开口选择为小于下部掩模的开口来提供悬伸特征。因此，上部掩模的至少一个边缘将在下部掩模的开口之上，从而形成悬伸特征。第一或下部掩模理解为最靠近衬底的掩模。虽然附图示出为在衬底的上表面沉积，但是，附图可旋转以应用到任何衬底定向，例如，从上方或从侧面的材料沉积。
[0012]在各实施方式中，掩模开口的多个其他边缘可选为竖直的。在其他各实施方式中，掩模开口的其他边缘中的一个或多个可偏移以提供缺口边缘，在缺口边缘中掩模的厚度平滑地或以台阶的形式向着在与衬底接触的一侧的掩模中的开口逐渐减小。在各其他实施方式中，掩模开口的其他边缘中的一个或多个可选为包括附加悬伸特征。
[0013]在多种其他实施方式中，本公开的掩模可为单件式掩模，其中每个掩模开口的至少一个边缘具有悬伸特征。悬伸特征由掩模开口的边缘提供，该边缘与衬底表面不正交或不垂直。在一些实施方式中，掩模开口的至少一个边缘是以相对于掩模的顶部和底部呈非90°角倾斜的，以提供悬伸特征。在其他多种实施方式中，每个掩模开口的至少一个边缘可以以弧形的形状形成以提供悬伸特征。在其他各实施方式中，每个掩模开口的至少一个边缘以台阶形式形成以提供悬伸特征。
[0014]在本公开的各实施方式中，本公开提供了在衬底表面上对齐的掩模的任一上述实施方式。多种衬底可被使用，并且可包括预图案化的层，以及具体地包括电连接。这些在有机沉积之前图案化在绝缘衬底上的连接提供了将OLED发光区域连接至外部面板电连接的常用方法，其中，外部面板电连接在发射区域之外并且在通常使用在OLED器件中的封装密封之外。本公开还提供了汽化有机材料源，该汽化有机材料源以受控的指向方式在相对于衬底和掩模的第一定向提供汽化的有机材料。有机材料蒸汽源的定向被选择以使得有机材料沉积在衬底的第一区域上，其中第一区域只包括衬底的部分掩盖部分上的有限沉积。在本公开的各实施方式中，有机材料的沉积可使用多种有机材料重复进行，以在衬底的第一区域产生期望的层结构。每一层可具有不同的期望厚度和厚度范围，其中该厚度和厚度范围为实现一致的期望的光发射特性所需要的。在一些实施方式中，这些层中的一个或多个可在第一定向上由两个或更多有机材料蒸汽源沉积，以使得得到的有机材料层包括两个或更多有机材料以期望比例的混合物。
[0015]在本公开的各实施方式中，本公开还在相对于掩模和衬底的第二定向上提供了汽化导电材料源，其中在衬底上，一个或多个有机层已沉积在第一区域上。该源提供了具有期望的方向性特征并且从源指向衬底和掩模的汽化导电材料羽流。汽化导电材料源可为与用于沉积有机材料(例如真空热蒸发)的源相同类型的源并且具有相同的固有羽流特性。导电材料蒸汽源的定向被选择以使得导电材料沉积在衬底的第二区域上，其中第二区域包括衬底的部分掩盖部分的一些或全部，并且衬底的部分掩盖部分包括用于导电材料的电连接。因此，本公开提供了多种用于利用单个可移除掩模或掩模组件在衬底的第一区域以具有基本一致的成分和厚度的层的形式沉积有机材料以及在衬底的第二区域沉积导电材料的实施方式，其中两个区域部分地但不完全地重叠。这简化了这种OLED的制造，并且减少或消除了许多使用多个掩模的缺点。本公开还提供由本设备制备的示例性装置实施方式。
[0016]在本公开中，沉积在有机层上的导电材料将称为上部电极、顶部电极，或阴极。然而，本领域技术人员应理解，其同样指的是倒置OLED结构的阳极，在该倒置OLED结构中电子从最靠近衬底的电极注入。如本领域所熟知的，通过本公开的设备和方法沉积的导电电极还可为堆叠OLED中的中间电极，其中在堆叠OLED中OLED装置在该导电层的之上和之下形成。在具有多个可独立控制的气相沉积的电极的堆叠OLED的情况下，可与多个掩模开口的不同边缘上的电极存在连接。
[0017]在各实施方式中，本公开提供了用于利用本公开中所描述的设备提供有机发光装置的示例性方法。根据各实施方式，该方法可包括以下步骤:提供衬底，该衬底上图案化有导电区域和绝缘区域；将掩模放置成与衬底接触，其中掩模开口具有构造成具有悬伸特征的至少一个边缘；在真空下将掩模和衬底暴露至一个或多个汽化有机材料源，其中一个或多个汽化有机材料源具有限定的方向性羽流形状并且位于相对于掩模和衬底的第一定向；在不相对于衬底移动掩模的情况下，在真空下将掩模和衬底暴露至一个或多个汽化导电材料源，其中一个或多个汽化导电材料源具有限定的方向性羽流形状并且位于相对于掩模和衬底的第二定向；以及从衬底移除掩模。在各其他实施方式中，一个或多个有机蒸汽源和导电材料蒸汽源具有更宽的羽流形状并且可位于相对于掩模和衬底的类似定向。在这些实施方式中，在蒸汽羽流一侧