专利名称：发光器件及其制造方法和薄膜形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造带有EL(电致发光)元件的显示器件(该器件下文称为发光器件)的薄膜形成装置及使用薄膜形成装置制造发光器件的方法和通过该方法制造的发光器件。
背景技术：
近年来，有关把EL元件作为自发光元件的发光器件的研究蓬勃开展。最吸引人的是使用有机材料作为EL材料的发光器件。该发光器件也称为有机EL显示器(OELD)或者有机发光二极管。
发光器件的特征在于其无视角相关性问题，这是因为与液晶显示器器件不同，发光器件为自发光。这使得发光器件相比于液晶显示器为更适合于户外使用的显示器，并且发光器件的各种应用模式已经提出来了。
EL元件由一对电极和夹在电极之间的EL层组成。EL层通常有一个叠层结构的典型例子由东方人科达公司(Eastman Kodak)的唐(Tang)等人提出，该EL层由空穴转移层、发光层和电子转移层组成。这种结构具有如此高发光效率，以致它几乎能够应用到目前正在发展中的所有发光器件。
当一给定电压通过一对电极施加到上述构造的EL层上时，在发光层的载流子将重新组合而发光。一方面，有一种惰性基质方法(passive matrix method)，该方法是EL层放置在—种条带电极和另—种条带电极之间，这两种条带电极彼此相互正交。另一方面，有一种有效基质方法(active matrix method)，该方法是EL层放置在象素电极之间，象素电极连接到TFTs上并且排列在基质和相反电极中。
整体EL元件形成了，从而当从EL元件那一侧观察时，它向其上形成有TFTs的衬底的那一面发光(这称为向下(底面)发射型)。
在向下发射型中，在衬底上形成的象素电极为阳极，衬底上有TFTs，其形成在石英、玻璃或其它绝缘面上(以下成为TFT衬底)，象素电极由光透射导电膜例如氧化铟和氧化锡的合金膜(合金称为ITO)或者氧化锌膜组成。EL层在象素电极上形成，而在EL层上形成的是作为阴极的相反电极，EL层由小逸出功的金属材料构成。在形成象素电极时，象素电极需要形成图案。在这种情况下，通常使用光刻法布图案。相反电极通过对EL层损伤较小的蒸发而形成。
由于EL元件的结构原因，带有向下发射型EL元件的发光器件受限于孔隙率，向下发射型EL元件即当从EL元件观察时，EL元件向衬底面发光。于是，人们希望通过使用另外一型EL元件增加孔隙率，该型EL元件是指从EL元件观察时，EL元件向衬底的相反面发光(以下称为向上(上面)发射型)。
向上发射型EL元件与向下发射型EL元件结构相反，并且制造也不同于向下发射型。首先，其以形成在TFT衬底上的象素电极作为阴极，且不能通过光刻法布置图案，这不同于象素电极为阳极的情形。光刻法不能使用的原因是因为有小逸出功的阴极导电材料形成了氧化膜，从而成为象素电极的绝缘面。
另一方面，如果象素电极在使用金属掩模并通过蒸发而形成时，具有微小掩蔽图案的金属掩模需要如此精确定位，以致目前还不能完全达到这样的水平。因此，在定位金属掩模并通过蒸发来布置象素电极图案时需要提高精度。
EL层在象素电极上形成。用于形成EL层的EL材料对氧化作用非常脆弱，即使最少量的水分也容易加速氧化而衰变EL材料。因此需要防止EL材料降质的方法。
作为阳极的相反电极形成在EL层上。用于形成阳极的光透射导电薄膜通过溅射获得，而溅射会对EL层造成足够大的损失而导致问题。因此需要既能形成阳极又不对EL造成损伤的方法。
发明目的本发明已经满足了这些需要，因此本发明的目的是提供一种最需要的能形成向上发射型EL元件的薄膜形成装置。本发明的另一个目的是提供—种通过使用薄膜形成装置以制造高度可靠的发光器件的方法。用作其显示单元——通过本发明得到的发光器件的电装置也包括在本发明中。
本发明的主要目的是通过使用多室型(也称为簇工具型)或在线型薄膜形成装置制造发光器件，该薄膜形成装置由用于布置象素电极(阴极)图案的装置、用于形成EL材料薄膜的器件以及用于形成相反电极(阳极)的器件而组装成，该目的在形成向上反射型EL元件时成为需要。
发明方案概述根据本发明，EL元件的象素电极通过蒸发形成，并且使用金属掩模制作成所需图案。当使用具有微小掩蔽图案的金属掩模并进行蒸发时，在考虑TFT衬底的基础上定位金属掩模能够获得较高的准确度。而且，重要的是TFT衬底和金属掩模之间要有较短的距离。
因此本发明在用于形成象素电极的薄膜形成室内放置了已知的用作图象传感器的CCD(电荷耦合器件)。使用CCD时，相对TFT衬底定位的金属掩模具有较高准确度，并且掩模和衬底之间的距离设置为最小值。因而具有微小图案的象素电极能够通过蒸发而形成。
当形成象素电极的金属薄膜的表面被氧化，形成的氧化膜将使得象素电极绝缘。因此，在象素电极形成后，形成EL层时不能把TFT衬底暴露到空气中。EL层在真空中形成，因为形成EL层的EL材料也易被氧气氧化。
形成在EL层上的相反电极由光透射导电膜形成，但是在形成相反层时，EL层可能会受到损伤。本发明通过在EL层上形成作为钝化膜的具有高透射率的金属薄膜解决了此问题。
于是用作阳极的相反电极在覆盖EL层的钝化薄膜上形成了。需要的是，钝化膜和相反电极在不暴露到含有水分和氧气的环境的情况下也能形成。因此，需要形成钝化膜的装置和安装到相同薄膜形成装置上的相反电极。
本发明满足对上述多室型薄膜形成装置的需要，且本发明涉及通过使用薄膜形成装置制造可靠度高的发光器件的技术。
附图简述
图1是根据实施例1的薄膜形成装置结构的示图；图2是根据实施例2的薄膜形成装置结构的示图；图3是根据实施例3的薄膜形成装置结构的示图；图4A和4B是根据实施例4的薄膜形成装置结构的示图；图5A至5F是实施例6的有效基质发光装置的制造工序的示图；图6A至6F是实施例7的有效基质发光装置的制造工序的示图；图7A至7D是实施例1的发光装置中元件结构的示图；图8A至8H是实施例9的电气装置的示例图。
优选实施方案描述实施本发明的方式将通过下面实施例详细描述。
(实施例1)根据本发明的薄膜形成装置将参考图1进行描述。图1所示的是用于制造发光器件的装置，其特征在于EL元件的组成是象素电极(阴极)；一辅助电极；包括发光层的EL层；第一钝化膜；并且一相反电极(阳极)形成在TFT衬底上的；第二钝化膜形成在EL元件上，以及密封结构是完整的。
在图1中，参考数101代表荷载室，其用于收进或发出衬底。荷载室也成为荷载锁定室。内设有衬底的载体102放置在荷载室内。荷载室101可以分成收进衬底的空间和发出衬底的空间。
103代表第一输送室，其包括用于输送衬底104的机构105(以后称作第一输送机构)。用于装卸衬底的机构手是—种第一机构105。参考数106a表示门。
第一输送室103通过门106b至106d连接到多个薄膜形成室(以107至109表示)上，同时第一输送室103通过门106e连接到用于密封工艺的加工室(密封室)110上。第一输送室103通过门106f连接到第二输送室111上，第二输送室111通过门106g与第三输送室112相连。第三输送室112有第二输送机构113。
第三输送室112通过门106h至1061连接到用于形成EL层的多个薄膜形成室115-119上。这些多个薄膜形成室在本说明书中称为EL层形成室114。
在图1的结构中，薄膜形成室、输送室以及加工室通过门106a至1061完全隔离。因此每室都有气密空间。对室的内部进行减压以获得真空。特别是，室内压力减少到1×10-6-1×10-5乇。
通过给薄膜形成室、输送室以及加工室提供真空泵，能够维持真空态。可用的真空泵包括石油旋转泵、机构增压泵、涡轮分子泵和低温抽气泵。在这些泵中，优选为低温抽气泵，因为它能有效去湿。
107表示的室是金属材料蒸汽室，其用于通过蒸发沉淀金属材料。有两种蒸发方式可用一是通过电阻加热(电阻蒸发方式RE方式)，另一种是使用电子束(电子束方式EB方式)。在本实施例中，将解释通过RE方式进行蒸发的例子。因而电连接到衬底上的TFT的象素电极在金属材料蒸汽室107内形成。本实施例中的象素电极为阴极。
这意味着象素电极必须由适合于形成阴极的金属元素组成，即高反射率低薄层电阻的金属。本实施例使用铝，但是其它材料例如铬或氧化锡和氧化铟的合金ITO也可以替代使用。
过渡金属镱(Yb)也是一种适用于的象素电极(阴极)的材料，因为作为象素电极材料优选为小逸出功的材料。象素电极可以通过蒸发或溅射形成。在本实施例中，通过蒸发形成象素电极。当在金属材料蒸发室107内进行蒸发时，需要在室内提供蒸发源(样品蒸发皿)。可以提供多个蒸发源。
因为在本实施例中象素电极用作阴极，因而对每一个由一个构成EL元件的象素，象素电极必须单独形成。然而，由于自身特性，铝或钛很容易形成氧化膜，故通过光刻法设置图案不适用于铝或钛象素电极。于是，本实施例通过在金属材料蒸发室107内使用金属掩模并应用蒸发来形成结构微小的象素电极。
用于形成象素电极的金属材料蒸发室107设置为真空态，特别是设置为1×10-6-1×10-5乇，并且在薄膜形成过程中保持该真空态。在薄膜形成过程中门106b关闭，从而把蒸发室同第一输送室103完全隔开，因此蒸发室中的压力能得到控制。
当象素大小的可选择薄膜通过使用金属掩模形成且金属掩模有约10-100μm的微小结构时，相对于TFT衬底定位掩模需要高精度。
由于上述原因，本发明提供了带有定位准直功能的CCD的金属材料蒸发室107。通过CCD，准直标记分别标在TFT衬底上，事先观察金属掩模，通过在X轴方向、Y轴方向、θ旋转方向移动平台进行定位，直到准直标记相互符合。上述平台在本说明书中称为X-Y-θ平台。
接着辅助电极由金属材料蒸发室107内的象素电极上的金属材料组成。小逸出功的材料通常用作阴极，但本实施例使用大逸出功的材料功例如铝作为阴极材料。为了减少阴极逸出功，辅助电极在象素电极上形成。辅助电极的形成还需要使用CCD进行定位，这与象素电极的形成类似。
适合辅助电极的金属材料为周期表的第1主族元素，例如锂、钠、钾、铯；第2主族元素，例如镁；或者这些元素的氧化物或氟化物。由于绝缘的原因，形成的氧化物或氟化物厚度优选为能够产生隧道电流的厚度，特别是厚度约为0.5-2nm。
有机金属薄膜例如乙酰丙酮化锂(lithium acetylacetonate)(Liacac)也能用作辅助电极材料。薄膜具有导电性，因而，当其形成的厚度约为5nm时，就电阻率而言不会造成问题。
阴极由上述象素电极和辅助电极层叠而成，因而能把阴极的逸出功调整到2.5-4.0。
因此，用于形成象素电极的金属材料的样品蒸发皿和用于形成辅助电极的金属材料的样品蒸发皿需放置在金属材料蒸发室107内。
紧接着，EL层在上述的EL层形成室114内形成。在EL层形成室内也能形成叠层，该叠层包括空穴注入层、空穴转移层、空穴阻挡层、电子转移层、电子注入层和发光层。在本实施例中，用于形成空穴注入层、空穴转移层、空穴阻挡层、电子转移层、电子注入层的有机材料和用于形成发光层的发光材料被称为EL材料。在本文中，EL材料也包括已知的金属络合物，例如三(8-喹啉)铝络合物(以下称为Alq3)、二(苯并喹啉)铍络合物(以下称为BeBq2)和三(2-苯基吡啶)铱络合物(以下称为Ir(ppy)3)。
EL层形成室114的薄膜形成室在其侧面分别有窗口(102a至102e)，用于观察来自装置外的EL材料是怎样进行沉积的。通过窗口能够观察到沉积中期的材料。这将有可能检查薄膜的形成是否正常进行。每一薄膜形成室能够有多个蒸发源，从而在一个薄膜形成室中形成多个层。特别是，优选在每个室内设置1-8个不同的蒸发源。
本实施例给出的描述属于一种情况，其中低分子量的化合物用作发光材料。由低分子量的化合物组成的发光材料优选通过蒸发来沉积。因而在EL层形成室114内设置有蒸发器件。在本实施例中，组成EL层的其它层同发光层一样，也是通过蒸发形成的。
本实施例描述了一种例子，其中发射红光的EL层(红色EL层)，发射绿光的EL层(绿色EL层)，发射蓝光的EL层(蓝色EL层)是在不同的薄膜形成室内通过蒸发而形成的。
第三输送室112通过门106h连接到红色EL层形成室115上，通过门106i连接到绿色EL层形成室116上，通过门106j连接到蓝色EL层形成室117上。为了形成叠层，这些EL层形成室每个都需设置多个用于存储不同EL材料的样品蒸发皿。特别是，优选在每个室内放置1-8个不同的样品蒸发皿。
红色EL层首先在图1的红色EL层形成室115内形成。在本实施例中，电子转移层、发光层和空穴转移层在红色EL层形成室115内形成。
首先，Alq3通过蒸发沉积的厚度达20nm，可作为电子转移层。接着形成发光层。在本实施例中，低分子量的红光发射材料通过使用金属掩模形成薄层。使用的金属掩模能够选择性地在将要形成红色EL层的位置形成红光发射层(用于红色的金属掩模)。用来获得发射红光的红光发射材料为搀杂有DCM-1的Alq3。此处形成的发光层的厚度优选为10-100nm。在本实施例中，形成的发光层的厚度为20nm。如果需要，发光层的厚度可以适当调整。
在红光发射层上，空穴转移层通过蒸发由a-NPD形成。空穴转移层的厚度优选为20-80nm。在本实施例中的空穴转移层厚度为40nm，从而完成EL层的叠层结构。红色EL层按照上述方式形成。
紧接着图1的绿色EL层形成室116内形成绿色EL层。在这里，使用与形成红色EL层的材料类似的材料来形成电子转移层，随后空穴阻挡层由BCP形成。空穴阻挡层的厚度为20nm。
下一步形成绿色发光层。在这里使用的是金属掩模，其能够选择性地在将要形成绿色EL层的位置形成绿光发射层(用于绿色的金属掩模)。用来获得发射绿光的绿光发射材料为CBP和Ir(ppy)3，其通过共蒸发来沉积。这儿形成的发光层的厚度优选为10-100nm。在本实施例中，形成的发光层的厚度为20nm。如果需要，发光层的厚度可以适当调整。
在绿光发射层上，空穴转移层由与形成红色EL层的材料类似的材料组成，从而完成绿色EL层。
接着在图1的蓝色EL层形成室117内形成蓝色EL层。在本实施例中，使用与形成红色EL层的材料类似的材料来形成电子转移层。
紧着形成蓝光发射层。在这里使用的是金属掩模，其能够选择性地在将要形成蓝色EL层的位置形成蓝光发射层(用于蓝色的金属掩模)。用来获得发射蓝光的蓝光发射材料为DPVBi，其为联苯乙烯的衍生物，蓝光发射材料通过蒸发来沉积。这儿形成的发光层的厚度优选为10-100nm。在本实施例中，形成的发光层的厚度为20nm。如果需要，发光层的厚度可以适当调整。
在蓝光发射层上，空穴转移层由与形成红色EL层的材料类似的材料形成，借此完成蓝色EL层。
通过上述步骤，分别获得具有红、绿、蓝EL层的EL元件。图7A至7D所示的是按照本发明实施例形成的EL元件的元件结构。图7A表示基本的元件结构。图7B表示用来形成带有红色EL层的EL元件的特殊材料，图7C表示用来形成带有绿色EL层的EL元件的特殊材料，图7D表示用来形成带有蓝色EL层的EL元件的特殊材料，然而，本发明并不限于这些结构。例如，在图7B的元件中的Alq3+DCM-1层可以由其它材料层所取代，或者完全去掉，从而发光层上包括A1q3单层。
因为发光材料对于水分非常脆弱，因此必须在EL层形成室114内设置压力，从而在EL层形成期间维持真空态。通过门106h至106j完全关闭形成室和公共室112之间的联通来控制形成室内的真空态，而衬底被送入和送出形成室时除外。在EL层形成期间室内压力需设置为1×10-6-1×10-5乇。
能够在本发明中使用的发光材料并不限于上述给出的材料，而是能够单独或组合使用的已知材料。也有可能组合使用通过三联体激发能量发光的有机化合物(本说明书中指三联体化合物)和通常的发光材料。
第三转移室112通过门106k连接到备用室1(118)上，通过门1061连接到备用室2(119)上。备用室可以用作EL层形成室，用于形成除红、绿、蓝之外的其它颜色的EL层，或者作为薄膜形成室，用于以除蒸发之外的其它方式使EL材料形成薄膜。
本实施例所示的EL层有叠层结构，该叠层结构包括空穴转移层、发光层和电子转移层。然而，一个或多个空穴注入层、电子注入层和空穴阻挡层也可以加入到该叠层结构中。可替代的是，EL层可以只由发光层组成。
在每一个EL层形成后，TFT衬底被输送回到金属材料蒸发室107。当阳极在EL层上形成时，为了防止EL层受到损伤，第—钝化膜通过电阻加热蒸发而形成，并且第一钝化膜放在EL层和阳极之间。
本实施例使用的第一钝化膜材料必须为高透射率的金属材料，因为在EL层内产生的光射向第一钝化膜。而且，该材料需要大逸出功，因为当从EL层观察时，本实施例中的第一钝化膜形成在阳极那一侧。
用于形成第一钝化膜的金属材料是特殊的导电膜，其能以70％-100％的透射率传导可见光，逸出功为4.5-5.5。金属膜对可见光来说通常是不透明的，因而薄膜的厚度需设置为0.5-20nm(优选为10-15nm)。在本实施例使用的金属材料优选为金、银或铂。用于形成第—钝化膜的金属材料也可以放入金属材料蒸发室内的样品蒸发皿中。
108表示的室为薄膜形成室，用于通过溅射来形成薄膜，室108被称为溅射室。在本实施例中，用作阳极的相反电极通过溅射形成。通常，蒸发或溅射用来形成相反电极。本实施例选择溅射，因为已用来形成EL层的EL材料有约100℃的耐热性。
在薄膜形成期间，薄膜形成室内部设置为氩气氛，同时加入氧气。这使得控制所形成的薄膜内的氧气浓度成为可能，从而获得了低电阻高透射率的薄膜。室108与第一转移室103通过门106c隔开。
与EL层形成室类似，溅射室108的侧面有一窗口121，通过该窗口能够从装置外观察正在形成的薄膜。通过窗口121能够观察薄膜是怎样形成的。这使得检查薄膜的形成是否在正常进行成为可能。
相反电极(阳极)由光透射导电薄膜形成，该膜电阻低透射率高。低电阻薄膜意指薄层电阻为50Ω/□或更少的薄膜。高透射率的光透射导电薄膜意指透射率为70％或更高的薄膜。特别是使用氧化铟和氧化锡合金，即ITO、氧化铟和氧化锌合金、IDIXO和类似物。
溅射室108可以设置为真空态，和其它薄膜形成室一样，其设置压力为1×10-6-1×10-5乇。然而，薄膜在压力为1×10-3-5×10-2乇下形成。在薄膜形成过程中，室108通过门106c与第一转移室103完全隔离，从而控制室108内的压力。
下一步，第一转移室103通过门106d与薄膜形成室相连，该薄膜形成室用于通过等离子体CVD(化学气相沉淀)来形成薄膜，称为CVD室。在本实施例中，与钻石类似的作为第二钝化层的碳膜(以下成DLC膜)通过CVD形成在EL元件上，该EL元件已经通过相反电极的形成而完成。
为了提高由ITO组成的相反电极和由DLC组成的第二钝化膜之间的附着力，在形成第二钝化膜之前，绝缘层例如二氧化硅膜、氮化硅膜或者硅膜形成在CVD室109内。
在本实施例中，形成的用以覆盖EL元件的DLC膜是一种无定型膜，其中混有钻石键(sp3键)和石墨键(sp2键)。DLC(类似钻石碳)膜表现为拉曼光谱分布，在1550cm-1附近有一不对称峰，而在1300cm-1附近有一肩峰，该膜通过微型硬度测试仪测得的硬度为15-25Gpa。DLC膜的性质类似于钻石膜，例如大硬度、化学惰性、在可见光至红外光范围内对光具有透明性以及高电阻。该名字来源于这种相似性。由于具有上述性质和致密结构，DLC膜并不透过氧气或水分，因而适合于做保护膜。
致密的DLC膜能通过下述方式形成首先对电极施加负自偏压，接着把由负自偏压加速的材料气体沉积到EL元件的阳极上。材料气体可以是烃，例如，饱和烃如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷，不饱和烃如乙烯，或者该气体可以为芳香族化合物如苯和甲苯。使用一个或多个烃分子被卤素元素例如F、Cl和Br取代的卤代烃也是可能的。
密封室110通过门106e连接到第一转移室103上。在密封室110内，执行密封气密空间内的EL元件的最后工序。特别是，对TFT衬底上形成的EL元件采用密封材料(也成为外壳件)进行机构密封，或者使用热固性树脂或光敏树脂进行密封。
玻璃、陶瓷或金属能够用作密封材料。然而，当光射向密封材料时，密封材料必须是光透射性的。密封材料与衬底粘接，在衬底上，上述所有工序已经通过使用热固性树脂或光敏树脂完成，热固性树脂或光敏树脂通过热处理或紫外光照射而固化，从而形成气密空间。在该气密空间可以放入干燥剂例如氧化钡。
可替代的是，热固性树脂或光敏树脂也能单独密封EL元件而不需要使用密封材料。在这种情况下，提供热固性树脂或光敏树脂的目的是为了至少覆盖衬底侧面，在衬底上上述所有工序已经进行，接着，固化热固性树脂或光敏树脂。这能阻止水分从膜界面进入到EL元件内。
上述工序包括抽空、转移、薄膜形成和其它，通过使用触板或程序器，这些工序能够完全由计算机自动控制而进行。
按上述方式构造的薄膜形成装置最大特征在于象素电极能通过蒸发而在TFT衬底上高精度地形成，该高精度归功于使用了CCD的定位功能；第一钝化膜在EL层上形成，当在EL层上使用溅射形成阳极时，第一钝化膜能防止EL层受到损伤。
本发明的特征还在于用于在TFT衬底上形成薄膜的薄膜形成室全部安装到多室型薄膜形成装置上。因此，EL元件甚至一次也不需要暴露到外面空气中就能形成，这是由于通过形成相反电极的步骤而在TFT衬底上形成象素电极的步骤的缘故。
结果，本发明能用简单的方式制造带有EL元件的发光器件，该EL元件从EL层向TFT衬底的反面发射光，即，向上发射型EL元件。
(实施例2)
本实施例表示改变图1所示的薄膜形成装置的一部分的例子。参考图2进行说明。具体的说，该改变包括提供真空抽气加工室201，该室201位于第一转移室103和EL层形成室203之间，从而在常压(大气压力)下且仅在EL层形成室内进行操作。关于其它部分而不是改变部分的说明参见实施例1。尽管这儿所示的装置仅有一个EL层形成室，但是如果需要的话也可以有多个EL层形成室。
实施例1所示的情况是把整个薄膜形成装置的内部设置为真空态，以在真空下形成EL层。然而，如果用高分子量(聚合物)材料来形成EL层，那么该层就在充满惰性气体和处于常压的室内形成，为了把衬底转移进到EL层形成室203内，必须克服EL层形成室和薄膜形成器件的其余部分之间的压力差。
因此，在本实施例中，在真空抽气加工室201内的压力首先减少到和第一转移室103相同的压力水平，并且在这种状态下，打开门106d，把衬底收进来。当关上门106d后，真空抽气加工室201用惰性气体清洗，直到室201内的压力重新回到常压。接着，打开门202，把衬底转移进EL层形成室203内。衬底可以通过放在平台上或这类转移专用器件上而送入到室内。
当EL层形成步骤完成后，打开门202，把衬底转移回到真空抽气加工室201，当门202和门106d关闭时进行真空抽气。当在真空抽气加工室201内的压力通过这种方式减少到和第一转移室103相同的压力水平时，打开门106d，把衬底送回到第一转移室103。
通过上述的结构，能够在真空下除EL层形成室203外的所有室内处理衬底。
(实施例3)本实施例描述把本发明应用到在线型薄膜形成装置的情况。通过参考图3进行说明。基本上，该实施例的装置是通过把图1的多室型薄膜形成装置变化成在线型装置。因此加工室的解释参见实施例1。
在图3中，参考符号301表示用于接收TFT衬底的荷载室。载体302设置在荷载室301内。荷载室301通过门303连接到第一转移室304上。第一转移室304内设置有第一转移机构305。第一转移室304通过门306连接到金属材料蒸发室307上，通过门308连接到EL层形成室309上。
象素电极在金属材料蒸发室307内形成，EL层在EL层形成室309内形成。象素电极和EL层形成在TFT衬底上，把TFT衬底输送到第二转移室311，第二转移室311通过门310连接到室304上。第二转移室311通过门312连接到第三转移室313上。第三转移室313设置有把衬底转出第三转移室313的第二转移机构314。
第三转移室313通过门315连接到溅射室316上，通过门317连接到CVD室318上。在溅射室316内相反电极在衬底上形成。随后，把衬底输送到第四转移室320，该室320通过门319与室313相连。
在CVD室318中，类钻石碳膜(以下成DLC膜)在EL元件上形成，该EL元件已经通过在溅射室316内的相反电极的形成而完成。为了提高相反电极和DLC膜之间的附着力，在DLC膜形成之前，包含硅，例如二氧化硅膜或氮化硅膜的膜在本实施例的相反电极上形成。
第四转移室320通过门321连接到第五转移室322上。第五转移室322设置有第三转移机构323，该机构323把衬底转出第四转移室320。第五转移室322通过门324连接到密封室325上，通过门326连接到卸载室327上。
在本实施例中，TFT衬底通过使用密封装置或类似物密封在密封室325内，作为EL元件保护膜的DLC膜在TFT衬底上形成。
第五转移室322通过门326连接到用于转移出衬底的卸载室327上。载体328设置在卸载室327内。载体328存储TFT衬底，该TFT衬底已经经过了薄膜形成装置实施的所有工序。
如上所述，本实施例所示的薄膜形成装置是在线型装置，在该装置内有多个膜形成室以及密封室相互连接以执行密封EL元件的整个连续的工序。
(实施例4)本实施例表示把本发明应用到在线型薄膜形成装置的另一种情况。本实施例的装置不同于图3所示的装置，在图3所示的装置中，所有的加工室相互串联，并且在相邻的加工室之间没有设置转移室。参考图4A和4B进行说明。基本上，本实施例的装置是通过将图1的多室型薄膜形成装置转变成在线型装置而得来。因此加工室的说明参见实施例1。
在图4A中，参考符号401表示用于接收TFT衬底的荷载室。载体402设置在荷载室401内。荷载室401通过门403连接到金属材料蒸发室1(404)上，通过门405连接到金属材料蒸发室2(406)上。
象素电极在金属材料蒸发室1(404)内形成，辅助电极在金属材料蒸发室2(406)内形成。TFT衬底接着移到EL层形成室内，象素电极和辅助电极在TFT衬底上形成。通过门407与金属材料蒸发室2(406)连接的是绿色EL层形成室408，其通过门409连接到红色EL层形成室410上，红色EL层形成室410通过门411连接到蓝色EL层形成装置412上。绿色EL层形成室408、红色EL层形成室410和蓝色EL层形成室412在本实施例中通常称为EL层形成室。
蓝色EL层形成室412通过门413连接到金属材料蒸发室3(414)上，金属材料蒸发室3(414)通过门415连接到溅射室416上，溅射室416通过门417连接到CVD室418上。在图4A中，由于缺少空间，仅显示了门413与EL层形成室412相连接的一部分，但是门413实际上与金属材料蒸发室3(414)线性串联。
当CVD室418内的工序完成后，衬底在密封室420内加工，密封室420通过门419与室418相连。接着把衬底输送到卸载室422，卸载室通过门421与室420相连，衬底存储在室422内的载体423中。
图4B表示图4A所示装置的截面图。因为在本实施例中的薄膜形成室或者加工室之间既没有设置转移室也没有设置转移机构，所以当TFT衬底设置在平台424上的同时TFT衬底从一个室移到另一个室。图4B中的附图标记与图4A相同，从而它们能够交叉引用。
根据本实施例所示的薄膜形成装置，多个薄膜形成室和密封室相互连接以执行高生产量密封EL元件的整个连续的工序。
(实施例5)在实施例1至4给出的例子中，多个加工室包括金属蒸发室、EL层形成室、溅射室、CVD室和密封室。然而，本发明并不限于这些组合。如果需要，可以设置二个或更多个溅射室和多个其它薄膜形成室。
作为最后的钝化膜的绝缘膜的形成也是有效的，优选的是，绝缘膜包括硅，或者在EL元件密封后，如实施例4所示覆盖EL元件的DLC膜。包括硅的所需的绝缘膜为氮化硅膜或者氧含量少的氮化硅氧化膜。
如上所述，多个加工室的组合并不局限于本发明，以及加工室拥有何种功能可以自行酌处。这些加工室的说明参见实施例1。
(实施例6)本实施例表示应用根据本发明的薄膜形成装置制造有效基质发光器件的情况。参考图5A至5F进行说明。通过把实施例1的装置作为一个例子来本说明实施例。因此，在不同薄膜形成室内的薄膜形成细节参见实施例1的说明。
如图5A所示，TFTs502首先在玻璃基片501上形成。象素503的TFTs502通过已知的TFT制造方式进行制造。当然，TFTs502既可以是顶浇浇口TFTs，也可以是底注式浇口TFTs。
图5A所示的TFT衬底设置在载体102内，载体102放置在图1所示的薄膜形成装置的荷载室101内。
第一转移机构105把TFT衬底转移到金属材料蒸发室107内，象素电极504在金属材料蒸发室107内形成。在本实施例中，通过使用设置在已抽为真空态的薄膜形成室内的CCD，并相对于TFT衬底而定位金属掩模，使用主要包括铝的薄膜来形成象素电极504。象素电极504起反射电极的作用，因为在本实施例中EL元件产生的光射向TFT衬底的相反面(在图5A中朝上)。因此，优选较高反射率的材料作为象素电极。
通过这种方式，在基质内带有TFTs502的象素503和象素电极(阴极)504按照如图5B布置。TFTs502控制流入象素电极504的电流量。
在金属材料蒸发室107，通过使用设置在室内的CCD，并考虑TFT衬底而定位金属掩模，这类似于象素电极504的形成。此后，辅助电极505通过蒸发选择性地在象素电极504上形成。在这里使用的辅助电极材料是乙酰丙酮化锂(Liacac)。
在图5C的状态获得之后，第一转移机构105把TFT衬底转移到第二转移室111。第二转移机构113把TFT衬底送到第三转移室112，接着把TFT衬底送到红色EL层形成室115，在该室115内，通过使用金属掩模，以蒸发的方式形成红光发射层。
下一步，第二转移机构113把TFT衬底转移到绿色EL层形成室116，在该室116内，通过使用金属掩模，以蒸发的方式形成绿光发射层。
第二转移机构113接着把TFT衬底转移到蓝色EL层形成室117，在该室117内，通过使用金属掩模，以蒸发的方式形成蓝光发射层。通过上述步骤形成红、绿、蓝发光层。在本实施例中，每个EL层506包括一个发光单层。
当获得图5D的状态之后，TFT衬底被返送回到金属材料蒸发室117以形成第一钝化膜507，该钝化膜507通过蒸发由具有大逸出功的金属层得来。在本实施例中，形成了厚度为5nm的金(Au)膜(图5E)。
使用第一转移机构105，把其上形成第一钝化膜507的TFT衬底从金属材料蒸发室107转移到溅射室108。在溅射室，相反电极在第一钝化膜507上由光透射导电膜形成，该膜包括氧化铟与氧化锡的组合物(该组合物称为ITO)或者氧化铟与氧化锌的组合物。
在本实施例中的相反电极(阳极)508是由10-15％的氧化锌与氧化铟的组合物形成的。因而获得了图5F的状态。
此后，第一转移机构105把其上形成相反电极508的TFT衬底转出溅射室108并送到CVD室109。如果需要，通过等离子体CVD，第二钝化膜(未示出)可在CVD室形成，第二钝化膜由包括硅，例如氮化硅或二氧化硅的绝缘材料组成。
使用第一转移机构105，把其上形成第二钝化膜507的TFT衬底从CVD室109转移到密封室110。在密封室内，使用密封材料例如玻璃基片和塑料基片进行密封。
本实施例所示的是使用本发明的薄膜形成装置制造有效基质发光器件的情况。然而，本发明的装置也能够用来制造惰性基质发光器件。本实施例的结构也可以通过实施例1至5的任何薄膜成形装置获得。
(实施例7)本实施例表示使用根据本发明的薄膜形成装置制造有效基质的另一情况。参考图6A至6F进行说明。在本实施例中把实施例2解释的装置作为例子进行说明。因此，在各个薄膜形成室实施的薄膜形成的细节参见实施例2的说明。
如图6A所示，TFTs602形成在玻璃基片601上。尽管在本实施例使用的是玻璃基片，但是任何材料也可以用作基片。TFTs602通过已知的制造方式进行制造。当然，TFTs602既可以是顶浇浇口TFTs，也可以是底注式浇口TFTs。
图6A所示的TFT衬底设置在载体102内，载体102放置在图2所示的薄膜形成装置的荷载室101内。
第一转移机构105把TFT衬底转移到的金属材料蒸发室107内，象素电极(阴极)604在该室107内形成。象素电极604由主要包括铝的薄膜形成。象素电极604起反射电极的作用，因为在本实施例中EL元件产生的光射向TFT衬底的相反面(在图6A中朝上)。因此，厚度为60nm的铝(Al)膜用作有高反射率的材料。
通过这种方式，在基质内带有TFTs602的象素603和象素电极(阴极)604按照如图6B所示布置。TFTs602控制流入象素电极604的电流量。
在金属材料蒸发室107内，通过使用设置在室内的CCD，并相对于TFT衬底而定位金属掩模，这类似于象素电极604的形成。此后，辅助电极605通过蒸发选择性地在象素电极604上形成。在本实施例中使用的辅助电极材料是氟化锂(LiF)，其形成的膜厚为0.5nm。
在图6C的状态获得后，把TFT衬底转移到真空抽气加工室201，并接着关闭门106d。在真空抽气加工室201内的压力变为常压(大气压)。接着门202打开，把衬底送到EL层形成室203，在室203内通过旋涂把含有高分子量的EL材料的溶液施加到衬底上。在本实施例中，厚度为30nm的空穴注射层首先由水溶液形成，该水溶液溶解有PEDOT，PEDOT为聚噻吩的衍生物。下一步，用二氯甲烷中溶解有聚亚苯基乙烯(PPV)的溶液来形成厚度为80nm的膜。当然，高分子量EL材料和有机溶剂的其它组合也可以使用(图6D)。
一旦形成了EL层606，把TFT衬底送回真空抽气加工室201。关闭门202，然后真空抽气加工室201设置为真空态。当真空抽气加工室201内的压力达到和第一转移室相同的压力水平时，打开门106d，并且转移机构105把TFT衬底取出去。
当图6D的状态获得后，把TFT衬底送回到金属材料蒸发室107，通过蒸发以形成由小逸出功金属膜组成的第一钝化膜607。在本实施例中，使用金(Au)来形成第—钝化膜(图6E)。
使用第一转移机构105，把其上形成有第一钝化膜607的TFT衬底从金属材料蒸发室107转移到溅射室108。在溅射室108，相反电极608在第一钝化膜607上由光透射导电膜形成，该膜包括氧化铟与氧化锡的组合物(该组合物称为ITO)或者氧化铟与氧化锌的组合物。
在本实施例中的相反电极(阳极)608由10-15％的氧化锌与氧化铟的组合物形成。因而获得了图6F的状态。
此后，第一转移机构105把其上形成有相反电极608的TFT衬底转出溅射室108并送到CVD室109。如果需要，通过等离子体CVD，第二钝化膜(未示出)可形成在CVD室中，第二钝化膜由包括硅，例如氮化硅或二氧化硅的绝缘材料形成。
使用第一转移机构105，把其上形成有第二钝化膜的TFT衬底从CVD室109转移到密封室110。在密封室内，使用密封材料例如玻璃基片和塑料基片进行密封。
本实施例所示的是使用本发明的薄膜形成装置制造有效基质发光器件的情况。然而，本发明的装置也能够用来制造惰性基质发光器件。本实施例的结构也可以通过实施例1至5的任何薄膜成形装置获得。
(实施例8)本实施例描述了形成金属掩模的方法，而金属掩模用来在根据本发明的薄膜形成装置内形成象素电极。
形成金属掩模的其中一个技术是腐蚀法，该方法是把金属板例如不锈钢板上的抗蚀剂按图案设置，腐蚀通过利用合适的蚀刻剂从两面进行。然而，该方法能取得在100μm厚的不锈钢基片上形成100μm间距的最大深度的图案。
因此，在本发明中使用的金属掩模是通过电铸术获得的。更具体的说，抗蚀剂在用作壳体的电镀金属上形成25至50μm的厚度。此后，使用底片图案薄膜把图案烧制到抗蚀剂上。把图案显影，以形成带图案的抗蚀剂。
在带图案的抗蚀剂上，通过无电镀，金属薄膜增厚到约10μm。接着把抗蚀剂移走，把金属薄膜从壳体取出。于是有微小图案的金属掩模就生成了。
当用金属掩模形成薄膜时，必须保持金属掩模和TFT衬底之间的小距离。因此本发明使用了磁铁，其设置在平台内，在平台上放置的是TFT衬底，因此金属掩模与TFT衬底通过磁力紧密接触。这能阻止由于金属掩模弯曲或移动而产生图案缺陷。
由于上述原因，优选使用不锈钢、镍或铬来制作根据本发明的金属掩模。通过使用上述形成的金属掩模，能够在TFT衬底上形成10μm或更小间距的蒸发图案。本实施例的结构可以同实施例1至5的任何结构自由组合。
(实施例9)本发明的发光显示器件属于自发光型，因此，与液晶显示器件相比，其有极好的可视特性，并且具有宽视角。因此，能够把发光显示器件应用到不同电子器件的显示部分。
本发明的其它电子器件有摄像机、数字相机、护目镜型显示器(安装在头部的显示器)、车辆导航系统、声音复制器件(车辆立体声和声音设置等)、笔记本个人电脑、游戏装置、手提信息终端(例如移动计算机，手提电话，手提游戏机或电子簿)、同记录媒介一起安装的图象重放器件(特别是，带有显示部分的器件，其能重放记录媒介例如数字万用唱片播放器(DVD)中的图象和显示图象)。特别是，在手提信息终端的情况下，优选使用带有EL元件的发光器件，因为很可能被从斜向观看的手提信息终端通常需要有宽视角。这些电子器件的特例如图8A-8H所示。
图8A表示包含箱体2001、支持台2002和显示部分2003的显示器件，扬声器部分2004和声音输入终端2005。本发明的发光器件能够用作显示部分2003。象这样带有EL元件的发光器件属于自发光型，因此不需要后照光。因而，显示部分能够制作得比液晶显示器更薄。而且发光器件包括各种信息显示器件，例如用于个人电脑、电视转播和广告。
图8B表示数字无声相机，其包括主体2101，显示部分2102、图象接收部分2103、操作键2104、外联部分2105以及快门2106。本发明的发光器件能够用作显示部分2102。
图8C表示笔记本个人电脑，其包括主体2201，机壳2202、显示部分2203、键盘2204、外联部分2205和触摸鼠标2206。本发明的发光器件能够用作显示部分2203。
图8D表示移动计算机，其包括主体2301、显示部分2302、开关2303、操作键2304和红外端口2305。本发明的发光器件能够用作显示部分2302。
图8E表示装有记录媒介的图象重放器件(特别是，DVD重放器件)，其包括主体2401、机壳2402、显示部分(A)2403、显示部分(B)2404、记录媒介(例如DVD等)读取部分2405、操作键2406、扬声器部分2407。显示部分(A)2403主要用于显示图象信息。显示部分(B)2404主要用于显示特征信息、。本发明的电子器件和驱动方式能够作为显示部分(A)2403和显示部分(B)2404。注意，装有记录媒介的图象重放器件包括例如室内游戏机这样的器件。
图8F表示护目镜型显示器件(安装在头部的显示器件)，其包括主体2501、显示部分2502和臂部2503。本发明的发光器件能够用作显示部分2502。
图8G表示摄像机，其包括主体2601，显示部分2602、机壳2603、外联部分2604、遥控接收部分2605、图象接收部分2606、电池2607、声音输入部分2608、操作键2609和目镜部分2610。本发明的发光器件能够用作显示部分2602。
图8H表示手提电话，其包括主体2701、机壳2702、显示部分2703、声音输入部分2704、声音输出部分2705、操作键2706、外联部分2707以及天线2708。本发明的发光器件能够用作显示部分2703。注意，通过在黑色背景上显示白色特性，显示部分2703能抑制手提电话的耗电量。
注意，如果未来有机材料的亮度增加，那么通过使用透镜或类似物扩展和投射包含有输出图象信息的光，在正面型或反面型放映机内使用本发明的发光器件将成为可能。
而且，上述电子器件经常显示通过电子通讯电路例如因特网和CATV(有线电视)传输的信息，特别是显示运动图象的情形正在增加。有机材料的响应速度是如此之高，以致本发明的发光器件更有利于用于显示运动图象。
另外，因为在发光部分的发光器件消耗电能，因此优选使用发光器件用于信息显示，从而使得发光部分尽可能的少。由此，当在显示部分使用的发光器件主要用于特征信息时，例如在手提信息终端内，特别是手机或者声音复制系统，优选的是驱动，从而通过发光部分形成特征信息，而非发光部分设置为背景。
如上所述，本发明的应用范围非常广，并且它能够在各个领域用作电子器件。而且，通过实现本发明，本实施例的电子器件能够作为制造的发光器件用到显示部分。
由于在形成EL元件的象素电极时赋予薄膜形成室定位功能，从而在使用金属掩体并通过蒸发的情况下，形成微小图案的薄膜成为可能。在EL层形成后，为防止EL层受到形成相反电极时的溅射损伤，形成了有高反射率的第—钝化膜。因而伴随着带有向上发射型元件的发光器件的制造而出现的问题能够得到解决。通过多室型或在线型集成器件实施工艺过程，由此，EL元件由EL材料形成而不需要暴露到空气中。因此，使用EL材料的发光器件可靠性大大提高。
权利要求
1.一种薄膜形成装置，其包括第一薄膜形成室，其用于通过使用第一掩模得到第一图案并通过真空蒸发以形成第一导电膜；第二薄膜形成室，其用于通过使用第二掩模得到第二图案并通过真空蒸发以形成第二导电膜；第三薄膜形成室，其用于通过使用第三掩模得到第三图案并通过真空蒸发以形成有机膜；第四薄膜形成室，其用于形成光透射导电膜；其中，第一至第四薄膜形成室中的每一个都与转移室相连，其中转移室有用于转移衬底的转移装置。
2.一种薄膜形成装置，其包括第一薄膜形成室，其用于通过使用第一掩模得到第一图案并通过真空蒸发以形成第一导电膜；第二薄膜形成室，其用于通过使用第二掩模得到第二图案并通过真空蒸发以形成第二导电膜；第三薄膜形成室，其用于通过使用第三掩模得到第三图案并通过真空蒸发以形成有机膜；第四薄膜形成室，其用于通过溅射形成光透射导电膜；其中第一至第四薄膜形成室中的每一个都被门隔开，其中第一至第四薄膜形成室串联连接。
3.根据权利要求1的装置，其中设置有多个第三薄膜形成室，从而在多个第三薄膜形成室的每一个中都形成不同的有机薄膜。
4.根据权利要求1的装置，其中通过使用CCD和X-Y-θ平台，第一薄膜形成室和第二薄膜形成室的每一个都有定位功能。
5.根据权利要求1的装置，其中第二导电薄膜包括选自于元素周期表第一主族或第二主族的元素。
6.—种用于制造发光器件的方法，所述方法包括以下步骤通过真空蒸发形成第一导电膜；通过真空蒸发在第一导电膜上形成第二导电膜；通过真空蒸发在第二导电膜上形成有机膜；通过真空蒸发在有机膜上形成钝化膜；通过溅射在钝化膜上形成光透射导电膜；其中通过使用掩模，第一导电膜、第二导电膜和有机膜形成图案。
7.一种用于制造发光器件的方法，所述方法包括以下步骤通过真空蒸发形成第一导电膜；通过真空蒸发在第一导电膜上形成第二导电膜；通过真空蒸发在第二导电膜上形成有机膜；通过真空蒸发在有机膜上形成钝化膜；通过溅射在钝化膜上形成光透射导电膜；其中第一导电膜、第二导电膜、有机膜、钝化膜和光透射导电膜在降压下连续形成。
8.根据权利要求6的方法，其中第二导电膜包括选自于元素周期表第一主族或第二主族的元素。
9.根据权利要求6的方法，其中钝化膜包括具有透射率为70％或更高且逸出功为4.5至5.5的金属元素。
10.根据权利要求6的方法，其中光透射导电膜包括具有薄层电阻为50Ω/□或更小且透射率为70％或更高的金属材料。
11.一种发光器件，其包括在衬底上至少有一个薄膜晶体管；在薄膜晶体管上形成的第一导电膜；与第一导电膜接触的第二导电膜；与第二导电膜接触的有机膜；与有机膜接触的钝化膜；与钝化膜接触的光透射导电膜。
12.根据权利要求11的器件，其中第二导电膜包括选自于元素周期表第一主族或第二主族的元素。
13.根据权利要求11的器件，其中有机膜包括电子转移层、发光层和空穴转移层。
14.根据权利要求13的器件，其中电子转移层包括Alq3，发光层包括Alq3和DCM-1，空穴转移层由α-NPD组成。
15.根据权利要求11的器件，其中钝化膜包括具有透射率为70％或更高且逸出功为4.5至5.5的金属元素。
16.根据权利要求15的器件，其中钝化膜包括至少一种选自由金、银和铂组成的族的元素。
17.根据权利要求11的器件，其中光透射导电膜包括具有薄层电阻为50Ω/□或更小且透射率为70％或更高的金属材料。
18.根据权利要求11的器件，其中发光器件选自显示器件、数字无声相机、笔记本电脑、移动计算机、装有记录媒介的手提图象重放器件、护目镜型显示器、摄像机和手机中的—种器件。
19.根据权利要求1的装置，其中第一、第二和第三掩模都是金属掩模。
20.根据权利要求2的装置，其中设置有多个第三薄膜形成室，从而在多个第三薄膜形成室中的每一个都形成不同的有机膜。
21.根据权利要求2的装置，其中通过使用CCD和X-Y-θ平台，第一薄膜形成室和第二薄膜形成室的每一个都有定位功能。
22.根据权利要求2的装置，其中第二导电膜包括选自于元素周期表第一主族或第二主族的元素。
23.根据权利要求2的装置，其中第一、第二和第三掩模都是金属掩模。
24.根据权利要求6的方法，其中掩模为金属掩模。
25.根据权利要求7的方法，其中钝化膜包括选自于元素周期表第一主族或第二主族的元素。
26.根据权利要求7的方法，其中钝化膜包括具有透射率为70％或更高且逸出功为4.5至5.5的金属元素。
27.根据权利要求7的方法，其中光透射导电膜包括具有薄层电阻为50Ω/□或更小且透射率为70％或更高的金属材料。
全文摘要
本发明公开了一种制造向上发射型发光器件的方法以及一种用于本方法的薄膜形成装置。多个薄膜形成室连接到第一转移室。多个薄膜形成室包括金属材料蒸发室、EL层形成室、溅射室、CVD室以及密封室。通过使用薄膜形成装置,向上发射型EL元件在不把该元件暴露到外界空气的情况下能够制造。结果获得了可靠度高的发光器件。
文档编号H01L51/56GK1343011SQ0113557
公开日2002年4月3日 申请日期2001年9月8日 优先权日2000年9月8日
发明者小沼利光, 山崎宽子 申请人:株式会社半导体能源研究所