专利名称：改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法
技术领域：
本发明属于发光显示技术，涉及电致发光领域，是一种有机电致发光器件的制作方法。
有机电致发光器件，或称有机发光二极管是一种把电能接转化为光能的器件。有机电致发光器件是近年来发展起来的一种具有极大竞争力的固体化平板显示技术。目前报道的有机发光二极管最大流明效率已达31lm/v，最高的半寿命已超过十万小时。有机电致发光二极管具有主动面发光、材料选择范围宽、颜色丰富、响应快、低功耗、重量轻、高效率和生产成本低等优点。它的一般结构是三明治结构，在一金属阴极和一透明阳极之间夹一层或多层有机薄膜。在电极间施加一定的电压后，有机发光薄膜就会发光。
有机电致发光器件中，有机层是器件的发光部件，决定器件的质量和性能，例如发光颜色、发光效率、发光寿命。这些除了同构成有机层材料有关外，受成膜的工艺条件和成膜方式影响，相同的有机层材料，采取不同的制备条件，器件质量和性能也不会相同。有机层一般是由真空热蒸发镀制的，由于有机材料蒸发温度低，粒子迁移率也低，成膜时存在孔隙。衡量有机层膜中孔隙大小，用聚集密度表示，所谓的聚集密度是固态物质体积占总体的比例。由真空热蒸发镀制的有机发光器件的有机层，聚集密度远小于1。有机层的聚集密度小于1，说明存在孔隙，存在孔隙的有机层，放在空气中，水气和氧气就会进入有机层中。在加电时，进入有机层中的水和氧就会同有机物发生反应，破坏有机层，使寿命降低，另外孔隙也会使有机层电迁移率降低，从而影响发光效率。所以在制备有机发光二极管时，人们想尽办法减少有机层的孔隙，也就是增加有机层的聚集密度。
聚集密度和分子的化学结构有很大关系，一般来说化合价越大，聚集密度越低，如镁的聚集密度比锂低；分子结构复杂的材料如有机材料具有较低的聚集密度。此外，聚集密度和镀制工艺关系很大。
一般来说，对于真空热蒸发镀制有机层，聚集密度随膜厚、基板温度，蒸发速率和真空度的提高而增加，据此，人们设计出改善有机层性能的方法，主要有1)基底加温；2)提高真空度；3)掺杂小分子。
1)在高的基板温度下，吸附在基板的残余气体分子减少从而增加淀积分子的附着力，并且高温会促进物理吸附的淀积分子向化学吸附转化，增加分子之间的相互作用力，使膜层的机械强度提高，但基板温度达到一定程度，反蒸发开始显露，并随温度升高而加大。反蒸发使膜层表面粗糙，甚至发雾，也易造成有机材料分解，或同残余气体发生反应。因此基板加温，改变有机层的聚集密度是有限度的。
2)、提高真空度在层膜制备中的作用有两个方面，一是减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞，二是抑制它们之间的反应。由于有机分子蒸发温度低，分子能量小，分子间空隙较大，即使在10-4Pa的真空度也依然如此。所以，单纯靠改变真空度，还不足以改善有机层的性能。
3)、掺杂小分子可提高膜层结构的致密性，减小结晶化程度，甚至使多晶态向无定形态转化。但这种办法受到掺杂材料的限制。
本发明是在现有的真空热蒸发镀制有机层的方法基础上采取增加有机分子的能量，加大分子的迁移率和抑制、减少或消除有机层柱状结构的形成的辅助措施，目的是提供一种改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法，改善有机层的微结构和成膜性能，提高有机层的聚集密度，进而提高有机发光器件的寿命和效率。
有机发光器件的有机层是用真空热蒸发的方法镀的，这种镀制方法是在蒸发镀膜机上完成的。蒸发镀膜机是一种密闭容器，其内部安装有加热管，用来加热衬底减少基片吸附气体。有机层被蒸镀在一衬底上，衬底被安置在蒸发源和加热管之间。
为了实现本发明的目的，在蒸发镀膜机的密闭容器中，增设一种装置，该装置使蒸发源上被蒸发的有机材料分子能量增加，迁移率升高，同时对蒸镀在衬底上的有机分子结构产生作用。增加有机材料分子能量，使迁移率升高的结果，是减少了在衬底上形成有机分子柱体结构的机会。所述的对有机分子结构产生的作用，是轰击在衬底上形成的有机分子的柱体结构，给分子提供额外的激活能，使其重新形成致密的结构。
增设离子辅助沉积装置，是实现本发明的实施例之一。基于淀积原子或分子在基板表面的有限迁移率形成柱状薄膜结构的认识，如果在淀积过程中对生长的膜层施行离子轰击，提供额外的激活能，则可望聚集密度得到提高。在电子显微镜中观察这种薄膜，得到了轰击薄膜倾向于破坏柱体生长的证据。对离子辅助沉积过程的计算机模拟表明，离子轰击除了增加分子的迁移率外，还存在着“轰平”的机械过程，二种机理的共同作用使膜层聚集密度增加，从而提高薄膜的成膜性能。
离子辅助沉积中，离子能量很大，容易使有机层分解，要严格控制离子能量，离子的能量作用在原子或分子上0.1～10ev为宜。因此，选择低能量、大电流离子源比较好，考夫曼源可以通过调整栅极电压来调整离子能量，可形成单色“光”，且能流密度很大。本实施例用考夫曼源作为离子辅助沉积过程，加速分子或原子的迁移率和离子轰击的一种装置。
在原有的蒸发镀膜机上，增加电场辅助沉积装置，是实现本发明的又一个实施例。在蒸发镀膜机的蒸发源和衬底之间加一横向交流电场。这种电场装置可以是两片相对的金属板，最好是长方形，垂直于衬底。两金属板之间的距离随电压而定。两金属板加高压交流电后和其它装置绝缘。金属板应尽量靠近衬底。交流电压大小由蒸发物质而定，一般在1000伏～3000伏，在交流电的频率较高时，电压可以适当降低，其目的是把能量均匀地加到蒸发物的分子或原子上。本实施例的电源可选霓虹灯电源，并加一调压器用于调节输出电压。
采用电场辅助沉积装置，主要是额外提供给有机层粒子能量，使分子迁移率增加，聚集密度增大，并且能使有机层柱状结构消失，改善膜层结构和化学计量。另外，在真空中电场不放电，只给分子加一电场，利用部分带电分子或极性分子的电偶极来吸收能量，不存在有机层分解问题。
本发明是改善有机蒸发镀膜的辅助方法，可以提高有机层的聚集密度，如可以把有机层喹啉铝的聚集密度由原来的0.9提高到0.97以上，有机层成膜性能得到显著改善，表面粗糙度降低一倍以上，电迁移率可提高20％，有机发光器件寿命提高50％。
权利要求
1.一种改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法，其特征是在有机蒸发镀膜成膜方法上，采用一种辅助沉积方法，所用的方法包括增加蒸发分子的能量，加大分子的迁移率，和轰击有机层膜，抑制、减少和消除有机层柱状结构的形成；所述的方法具体地是在蒸发镀膜的密闭容器内，增设一种装置，该装置使蒸发源上被蒸发的有机分子能量增加，同时轰击有机层，给有机层分子提供额外的激活能。
2.根据权利要求1所述的改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法，其特征是所用的辅助沉积方法是离子辅助沉积，利用离子具有的能量，传递给蒸发分子，使分子迁移率变大，同时轰击有机层，将有机层“轰平”；离子作用在分子上的能量为上0.1ev～10ev。
3.根据权利要求2所述的改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法，其特征是所述的离子辅助沉积方法所使用的装置是考夫曼源。
4.根据权利要求1所述的改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法，其特征是所用的辅助沉积方法是电场辅助沉积，利用辅加电场增加蒸发分子能量，加大分子迁移率，消除有机层柱状结构；电场装置安装在衬底和蒸发源之间，并尽量靠近衬底。
5.根据权利要求4所述的改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法，其特征是安装在衬底和蒸发源的电场装置是两片相对金属板，形状可以是长方形的，外接电源电压为1000伏～3000伏。
6.根据权利要求5所述的改善有机蒸发镀膜成膜性能的方法，其特征是使用霓虹灯电源并加一调压器调节输出电压。
全文摘要
本发明属于电致发光领域,是一种有机电致发光器件的制作方法。本发明是在现有的真空热蒸发镀制有机层的方法中,采取一种辅助方法,用来增加有机分子能量,加大分子迁移率,减少或消除有机层柱状结构的形成。所述的辅助方法,包括离子沉积和电场沉积方法,是在蒸发镀膜机内增度离子原或电场装置。本发明可以增加有机层聚集密度,改善有机层的成膜性能,进而提高发光器件的寿命和质量。
文档编号H01L33/00GK1369921SQ0111141
公开日2002年9月18日 申请日期2001年3月7日 优先权日2001年3月7日
发明者初国强, 刘星元, 刘云, 王立军 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所