用于封装有机发光二极管的方法和设备与流程

本申请要求于2016年11月6日提交的美国临时申请号62/418175的优先权权益，其公开内容通过引用整体结合到本文中。

背景技术：

1.技术领域

本申请的实施例涉及一种用于封装有机发光二极管的方法和设备。本申请的实施例还涉及一种用于制造OLED显示器和触摸屏的方法和设备。

2.相关技术的描述

有机发光显示器(OLED)由于与传统液晶显示器(LCD)相比其较低的功耗、较轻的重量、宽色域、较大的视角、较快的响应时间、较高的对比度以及变化的程度实现灵活性而正获得关注。然而，OLED结构易受湿气和氧气吸收的影响，这将显著降低显示器的性能。为了保护OLED结构，必须提供封装，包括交替的无机和有机薄膜层。

技术实现要素：

包括本发明的以下概述以提供对本发明的一些方面和特征的基本理解。该概述不是本发明的广泛概述，因此它不旨在特别标识本发明的关键或重要元素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本发明的一些概念，作为以下呈现的更详细描述的序言。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于封装有机发光二极管的方法，包括在同一处理室中形成无机层(SiNx，SiOx，SiON，Al2O3等)、缓冲层(具有可调谐的无机/有机特性)和无机层。

在本发明的另一实施例中，提供了一种用于封装有机发光二极管的方法，包括在不同的处理室中形成无机层、主有机层和无机层。

在另一实施例中，可调谐缓冲层可以通过PECVD由蒸发的有机硅化合物(例如六甲基二硅氧烷(HMDSO)或四甲基二硅氧烷(TMDSO)或类似的有机硅类似物(优选TMDSO))和调节量的惰性气体(例如氦、氩等)和氧化气体(例如氧、一氧化二氮等)的混合物来制造。

在另一实施例中，在封装之前的掩模对准在处理室外部但在真空中进行。

在另一实施例中，该设备可具有一掩模室，用以存储掩模。

附图说明

附图被并入本说明书并构成本说明书的一部分，其例示了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释和说明本发明的原理。附图旨在以图解方式说明示范性实施例的主要特征。附图不是要描述实际实施例的每个特征，也不是要描述所描述的元件的相对尺寸，并且不是按比例绘制的。

在附图中以示例而非限制的方式示出了本发明的一个或多个实施例，其中相同的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1是根据本发明的实施例的用于封装的方法的流程图。

图2A-2D示出了根据本发明的实施例形成的封装层的横截面图，其利用了三个不同的掩模。

图3示出了根据各种实施例的可以用于缓冲层的pp-HMDSO的化学结构。

图4示出了根据各种实施例的可以用于缓冲层的pp-TMDSO的化学结构。

图5示出了根据本发明实施例的结构。

图6是用于封装的可扩展的、可配置的系统结构的框图，其由可以用于执行封装操作的一个或多个处理室、掩模对准室、掩模存储室以及输入和输出装载锁组成。

图7示出了另一种用于封装的可扩展的、可配置的系统结构，其由可以用于执行封装操作的一个或多个处理室、掩模对准室、掩模存储室以及输入和输出装载锁组成。

图8示出了用于封装的可扩展的、可配置的系统结构，其由可以用于执行封装操作一个处理室、掩模对准室、掩模存储室以及输入和输出装载锁组成。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的封装系统和方法的实施例。不同的实施例或它们的组合可以用于不同的应用或实现不同的益处。根据寻求实现的结果，可以部分地或完全地单独或与其它特征组合地利用本文公开的不同特征，从而平衡优点与要求和约束。因此，将参考不同的实施例突出某些益处，但并不限于所公开的实施例。也就是说，本文所公开的特征不限于描述它们的实施例，而是可以与其它特征"混合和匹配"并且结合在其它实施例中。

本发明提供了一种用于使用一个室或多室处理对设置在基材上的OLED结构进行薄膜封装的方法和系统，其中掩模对准在处理室外部进行。将基材和掩模一起运送到处理室中以接收沉积。在这种布置中可以实现具有良好的颗粒性能的精确对准。

图1是用于一个实施例的单室处理的封装方法的流程图。单室处理开始于步骤100，为系统提供具有已经形成在其上的OLED结构的基材。该基材还具有接触层，以能够为OLED结构提供能量。在步骤105处，将掩模定位在基材上并对准，使得在OLED结构被暴露时，接触层的一部分被掩蔽。在对准之后，掩模和基材一起被转移至处理室中以接收所需的沉积。在步骤110处，在OLED结构和掩模上沉积第一无机层，其可以是氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝等。在步骤115处，制造可调谐缓冲层，其中氧化剂和有机硅类似物的流量比变化，如将在下面更详细地解释的。低比例将提供本质上主要为有机的缓冲层，而较高比例将产生本质上主要为无机的层。本发明的目的是提供缓冲层，该缓冲层与其上方和下方的层之间的界面在性质上主要是无机的，而缓冲层的主体在性质上保持有机。这些层的无机性质提供对湿气和氧气的良好阻隔。该层的有机性质提供应力隔离和颗粒覆盖。步骤120提供无机层以完成封装。可能需要重复整个处理顺序以满足更严格的封装要求。

因此，根据该方面，提供了一种用于封装LED器件的方法，包括：掩蔽LED结构，从而部分地覆盖接触部分并暴露LED结构；通过掩模形成无机层；在无机层上形成具有可变有机和无机成分的可调谐缓冲层；以及在可调谐缓冲层上形成无机盖层。

图2A-2D示出了根据本发明的实施例形成的封装层的横截面图，其利用了三个不同的掩模。在图2A中，基材200具有接触层205和OLED结构210。注意，图2A-2D仅示出了基材和掩模的一小部分，以便突出该实施例的特征。具体而言，掩模215具有开口，使得当掩模在基材200上适当地对准时，该开口完全暴露OLED结构210，并且仅覆盖接触层205的边缘。然后，利用在适当位置的掩模形成无机层220。在该处理结束时，如图2B所示，去除掩模，并且在基材上对准具有比第一掩模215小的开口的第二掩模217，以便覆盖无机层220的边缘和接触层205的边缘。然后通过掩模217中的开口在无机层220上形成可调谐缓冲层225。由于掩模217具有比第一掩模215小的开口，可调谐缓冲层225没有覆盖整个无机层220，即，缓冲层225没有到达由第二掩模217覆盖的无机层220的边缘。在该处理结束时，如图2C所示，第三掩模219在基材上对准。掩模219具有比第一掩模更大的开口，使得其暴露接触层的未涂覆边缘、无机层220的暴露边缘和整个可调谐缓冲层225。利用在适当位置的第三掩模形成顶部无机层230。由于第三掩模219具有比第一掩模更大的开口，其也比第二掩模的开口更大，因此顶部无机层230完全封装可调谐缓冲层，如标号235所示。然后去除掩模，最终的结构示于图2D。

根据另一实施例，除了在第三阶段再次使用第一掩模而不是使用第三掩模219之外，遵循关于图2A-2D概述的处理。这也提供了可调谐缓冲层的完全封装。此外，在这种情况下，缓冲层的可调谐无机特性可能是不需要的，因为有机层被随后的覆盖无机层完全封装。因此，虽然在本文提供的描述中描述了特定的可调谐无机层，但是通过使用具有两个或三个掩模的图2A-2D的实施例，可以使用任何标准缓冲层。例如，缓冲层可以是等离子体聚合的六甲基二硅氧烷(PP-HMDSO)。

因此，根据另一方面，提供了一种用于封装LED的方法，该方法包括形成无机层，其中该无机层在LED的整个结构上延伸，但部分地暴露LED的接触层；在无机层上形成有机缓冲层，其中有机层在无机层上延伸，但部分地暴露无机层的外围边缘；形成盖帽无机层，其中盖帽无机层在整个有机缓冲层和无机层的暴露的外围边缘上延伸。有机缓冲层可以包括与无机层接触的第一界面层、与盖帽无机层接触的第二界面层、以及夹在第一界面层和第二界面层之间的有机层。

图3说明了可以用于标准缓冲层的pp-HMDSO的化学结构。根据一个实施例，如图4所示，通过用H键代替两个CH3键，由等离子体聚合的四甲基二硅氧烷(pp-TMDSO)形成可调谐缓冲层。这种制剂在此被称为pp-TMDSO。通过在层形成期间控制TMDSO和O2气体的流量，并适当地调节施加到等离子体的RF功率，来进行调谐。具体地，根据一个实施例，将O2与TMDSO的流量比保持为等于或高于8，从而形成无机层，即SiO2；同时该比例保持在2或更低以形成软硫化有机硅层，例如室温硫化有机硅(RTV)。

因此，根据一个实施例，在形成第一无机层之后，例如在图1的步骤110或图2A的步骤之后，形成缓冲层的步骤被分成三个子步骤：首先，调整O2与TMDSO的比例为8或以上，以形成薄SiOx界面层，然后，将该比例改变为2或以下，以形成软缓冲层，然后，在缓冲层形成处理的最后，将该比例返回到8或以上，以形成薄SiOx界面层。此后，处理如本文所述进行。注意，在制造缓冲层期间，可以逐渐改变比率，使得界面层过渡到软缓冲层中。所得到的结构在图5中示出，其中缓冲层225由硬界面层221、软缓冲层222和硬界面层223组成。

如上所述，在本发明的各种实施例中，可调谐缓冲层可以是等离子体聚合的六甲基二硅氧烷HMDSO(pp-HMDSO)或等离子体聚合的四甲基二硅氧烷(pp-TMDSO)，优选pp-TMDSO。pp-TMDSO提供了更高的沉积速率和更好的颗粒性能。无论使用什么组分，可以采用控制O2与HMDSO或O2与TMDSO的比例的方法，以形成硬界面层和软主体缓冲层，如图5所示。

图6示出了根据一个实施例的用于在OLED上形成保护层的设备的框图。基材在输入装载锁室600进入系统。一旦在装载锁600中达到适当的真空度，基材就被移动到掩模1对准室605中。然后，来自掩模存储室615的掩模被转移至掩模对准室605，并被放置和对准在基材上。然后将基材与掩模一起转移至无机层形成室610。室610可以是例如等离子体沉积室。一旦形成第一无机层，就将基材返回到掩模对准室605，并移除第一掩模。从掩模存储室615取出第二掩模，并放置在掩模2对准室620中的基材上，并对准。然后，具有掩模的基材进入缓冲层形成室625，其也可以是等离子体沉积和聚合室。然后，移除基材，并从基材移除掩模2，且将掩模1(或掩模3)放置在掩模1对准室630中的基材上并与基材对准。然后，具有掩模的基材进入无机层形成室635，其也可以是等离子体沉积室。然后，基材返回到掩模对准室630，从而去除掩模并返回到掩模存储室615，然后，基材使用输出装载锁室640离开系统。

根据本发明的一个特征，在每个层形成处理之后，具有掩模的基材离开腔室，然后掩模返回到没有基材的腔室，并且等离子体在腔室内被再次点燃。相反地，根据另一实施例，在处理室内部做出规定以从基材提升掩模，使得在处理结束时仅从室移除基材，而掩模保持在腔室内部用于等离子体清洁循环。等离子体清洁循环可使用包括氯或氟或两者的气体(例如，NF3气体)来执行。这有助于同时清洁腔室内部和掩模。这可以在腔室610、625和/或635中的任何一个中的每个层形成处理之后完成。

另一特征是在对准室中执行掩模的对准，其中基材和掩模在处理室外部但在真空中对准。在对准之后，基材和掩模一起移动到处理室中以接收沉积。这提供了产生更少颗粒的简单且可靠的系统。而且，由于掩模保持在真空中，所以它可以返回到腔室中以用于原位等离子体清洁，或者当移除基材时简单地保持在腔室中。

图7示出了用于在OLED上形成CVD薄层(例如保护层)的系统的另一实施例。图7的系统是通过真空转移主干来连接处理室的模块化系统。该系统可根据处理要求在一个到“N”个处理室之间配置。该系统可利用磁耦合的线性转移系统在处理室之间传输基材和掩模。如图6的系统中，掩模和基材对准在处理室外部但在真空中完成。在此特定实施例中，存在专用于每一处理室的一个掩模。当然，如果要沉积均厚层，则不需要掩模。

在图7所示的实施例中，x和Y轴上的传输由独立的单一轴托架分开进行。装载托架755和卸载托架757专门在X轴方向上传输基材和/或掩模，而装载机760专门在Y轴上传输基材和/或掩模。Z提升器765用于在Z方向上升高基材和/或掩模，即抬升。这种在三个轴上的运动的分离与本领域的一般方法有些矛盾，因为许多商业化的群集机械臂是可用的，其可以以相对低的成本和标准的实施方式提供在所有三个轴上的传输。例如，当单一履带式机器人可以执行相同的功能时，包括在X轴上的运动，图7的三腔室实施例需要四个单独的Y轴装载器760。然而，这种独特的分离布置使得能够更快地传输基材，并因此增加处理室的利用率。

具体地，将基材转移至输入装载锁700中，然后在装载锁700内部抽真空。另外，掩模被存储在掩模存储室703中。掩模可以如下方式转移到掩模存储室703中。例如，清洁的掩模可以装载到输入装载锁700中。一旦在装载锁700中抽真空，装载托架755从装载锁700中移走掩模并将其转移至Z提升器765a。然后，Y轴装载器760a将其从Z提升器765a上移除，并将其传输至掩模存储室703。以这种方式，几个掩模可以被装载到掩模存储室703中。为了从系统中移除掩模以进行清洁或更换，可以执行相反的处理。

当掩模需要例如在腔室710中处理时，Y轴装载器760a从掩模存储器703中移除掩模，并将其转移至Z提升器765a。然后，装载托架755将掩模转移至Z提升器765b。Y轴装载器760b从Z提升器765b移除掩模，并将其转移至掩模对准室705中。同时，装载托架755从装载锁700移除基材，并将其转移至Z提升器765b。Y轴装载器760b从Z提升器765b移除基材，并将其转移至掩模对准室705中。然后将掩模与基材对准。当完成对准时，Y轴装载器760b将掩模和基材一起从掩模对准室705中移除，并将它们转移至处理室710中。对于其它腔室中的每一个可以执行类似的处理。

当处理完成时，Y轴装载器760b可以从处理室710中移除掩模和基材。然而，在一个实施例中，遵循不同的工艺流程。具体地，当处理完成时，Y轴装载器760b仅从处理室710移除基材，并将其转移至Z提升器765b。同时，清洁等离子体在处理室710中被点燃以一起清洁腔室和掩模。卸载托架757从Z提升器765b中取出基材，并将其转移至输出装载锁740(如果完成了对基材的处理)或转移至下一个Z提升器(如果在下一个处理室中继续处理)。同时，装载托架755从装载锁700装载新的基材，并将其转移至Z提升器765b。然后Y轴装载器760b将基材转移至掩模对准室705中。因此，当在处理室710中完成清洁时，新的基材已经存在于掩模对准室705中。因此，Y轴装载器760b从处理室710移除掩模，并将其转移以与掩模对准室705内的基材对准。然后，Y轴装载器760b将该对掩模和基材装载到处理室710中。

根据另一实施例，每个掩模对准室具有两个掩模。当在处理室710内处理掩模基材对时，将干净的掩模存储在掩模对准室705中。当处理完成时，Y轴装载器760b仅从处理室移除基材，并且清洁等离子体被点燃以一起清洁处理室和掩模。当处理过的基材移动至下一掩模对准室或输出装载锁时，新的基材被传输至掩模对准室705中，并与已经在其内部的掩模对准。因此，当完成清洁时，可以将清洁的掩模移至对准室705，并且可以将已经对准的基材和掩模插入到室中。在一个实施例中，Y轴装载器760b是“双层”装载器，其具有一个在另一个之上的两个装载臂，使得可以同时执行卸载清洁的掩模和装载具有对准的掩模的新的基材。

在处理结束时，大气装载器750可以将处理过的基材从输出装载锁740转移至盒子。

从图7的实施例可以看出，提供了一种用于在基材上形成OLED结构的封装的系统。该系统包括：装载锁室；掩模存储室；至少一个沉积室；线性传输室，其具有在线性传输室的长度上仅在单一方向上移动的托架；掩模对准室，其定位在线性传输室和沉积室之间；装载器，其仅在与线性传输室、掩模对准室和沉积室对准的单一线性方向上移动。该系统可进一步包括Z提升器，其使得能够在托架和装载器之间交换基材。该掩模对准室可包含三个致动器，每个致动器被配置成在该掩模的一角推动该掩模。掩模对准室还可以包括被配置为确认掩模与基材的对准的摄像头。

如上所述，为了改善有机LED器件的封装，使顶部无机层延伸超过第一无机层和缓冲层的边缘是有利的，使得顶部无机层完全封装第一无机层和缓冲层。另一方面，缓冲层没有到达第一无机层的外围。在具有多个处理室的实施例中，例如图7，这通过具有不同尺寸的开口的掩模来实现。然而，在图8所示的实施例中，仅使用单一处理室。然而，如果使用不同的掩模，则对于每层，基材将必须被移除并在腔室闲置时与下一个掩模重新对准。为了避免使腔室闲置，在一个实施例中，实施以下工艺流程。

具体地，在图8的实施例中，处理室810包括掩模提升器812。新的基材被装载到输入装载锁室800中。如前所述，装载托架855从装载锁800装载新的基材，Y轴装载器860b将基材转移至掩模对准室805。在掩模对准室805中，三个对准致动器802、804和806用于平移和/或旋转掩模以将其对准到基材。掩模具有开口，其尺寸对应于形成缓冲层所需的掩模开口，即最小的开口尺寸。摄像头808可以用于验证对准，这可以通过在基材上绘制目标标记来辅助。

一旦对准，基材-掩模对就被传输至处理室中。在形成第一无机层之前，致动掩模提升器812以将掩模升至第一处理高度，从而在掩模和基材之间引入第一间隙。由于该间隙，沉积层在掩模下延伸一点，使得沉积层具有延伸超过掩模开口的外围。这由图8中的标注示出，其中可以看到沉积样本流入掩模和基材之间的间隙中。

一旦完成无机层的沉积，就致动掩模提升器812以将掩模降低到基材上。进行缓冲层的沉积。由于掩模现在位于基材的顶部，缓冲层的沉积限于掩模中的开口。因此，缓冲层没有到达第一无机层的外围。当缓冲层的沉积完成时，致动掩模提升器812以将掩模升至第二处理高度，该第二处理高度高于第一处理高度，从而形成大于第一间隙的第二间隙。然后开始第二无机层的沉积。由于第二间隙大于第一间隙，沉积样本将到达掩模的开口下方更深处，从而完全地封装第一无机层。

如可以看到的，通过图8的实施例，提供了一种用于沉积一系列薄层的方法，该方法包括以下步骤：将掩模与基材对准，并将掩模放置在基材的顶部；将掩模和基材插入沉积室中；进行第一沉积步骤；在腔室内从基材提升掩模，从而在掩模和基材之间产生间隙；以及进行第二沉积步骤。

上述公开还提供了一种用于在基材上形成封装层的方法，其中在完成沉积处理之后，该方法包括以下步骤：从室中移除基材，同时将掩模留在沉积室内部；使氟气流入沉积室；以及在沉积室内点燃等离子体，从而同时清洁室和掩模。该方法可进一步包括在清洁该腔室的同时，将新的基材传输至掩模对准室中并将第二掩模对准到新的基材上的步骤。

根据进一步的实施例，所公开的系统可以用于沉积无机层，而有机层可以通过其他工具沉积，例如喷墨方法。然后将基材返回到所公开的系统中以得到最终的无机层。

上面描述了各种实施例，其中每个实施例是关于某些特征和元件来描述的。然而，应当理解，来自一个实施例的特征和元件可以结合其他实施例的其他特征和元件来使用，并且该描述旨在覆盖这些可能性，尽管并非所有的置换都被明确地描述以避免混乱。

应当理解，本文描述的处理和技术不是固有地与任何特定设备相关，并且可以由组件的任何适当组合来实现。此外，根据本文所述的教导，可以使用各种类型的通用设备。已经结合特定的实施例描述了本发明，这些实施例在所有方面都是说明性的而不是限制性的。本领域技术人员将理解，许多不同的组合将适于实施本发明。

此外，通过考虑在此公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。所描述的实施例的各个方面和/或部件可以单独使用或以任何组合使用。旨在仅仅把说明书和实施例看成为示例性的，同时本发明的真实范围和精神由以下权利要求表明。