CN102696125A

CN102696125A - 无掩模制造oled器件的方法

Info

Publication number: CN102696125A
Application number: CN2011800055263A
Authority: CN
Inventors: H.施瓦布
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2011-01-03
Publication date: 2012-09-26
Also published as: WO2011083410A2; EP2522042A2; KR20120125280A; US20120295372A1; WO2011083410A3; JP2013516735A; TW201145565A

Abstract

通过本发明提出了一种制造OLED器件的方法，包括以下步骤：提供载体衬底，在所述载体衬底上沉积第一电极材料层，在所沉积的第一电极材料层内部形成电隔离区域，在所述第一电极材料层上沉积有机光电有源材料层（105），在所述有机光电有源材料层上沉积第二电极材料层。该方法特征在于，沉积有机光电有源材料层和第二电极材料层的步骤中，载体衬底在其整个功能区域上利用所述层来无掩模覆盖，以及至少第二电极材料层在至少所选择区域中被切除或者被使得为非导电的，以在第二电极材料层内部形成非导电区域。

Description

无掩模制造OLED器件的方法

技术领域

本发明涉及制造OLED器件（有机发光二极管）的领域。在一方面，本发明涉及无掩模制造OLED器件的方法，在该方法中，改进了形成OLED器件的结构化工艺。在另一方面，本发明涉及发光器件以及包括根据本发明的方面制造的OLED器件的系统。

背景技术

OLED器件从现有技术中是已知的。通常，OLED器件至少由布置在载体衬底上的第一电极材料、沉积在第一电极材料上的有机光电有源材料、以及至少部分地覆盖有机光电有源材料的第二电极材料构成。电极材料中的一个充当阴极层，而其它的电极材料充当阳极层。作为光电有源材料场致发光材料，可以使用例如发光聚合物（如，聚对苯乙炔（PPV）），或者发光低分子量材料（如，三8－羟基喹啉铝）。

作为载体衬底绝缘材料，可以使用如玻璃或者塑料。作为电极材料复合物，可以使用如透明导电氧化物（TCO）（如氧化铟锡（ITO）、氧化锌（ZnO）），或者金属（如，铜、银、金或者铝）。从现有技术还已知的是，将所谓的空穴传导层放置在电极材料和光电有源材料（如，PEDOT/PSS层（聚（3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐）或者PANI/PSS层（聚苯胺/聚苯乙烯磺酸盐））之间，其降低了空穴的注入势垒。

在操作中，电施加到第一电极材料层和第二电极材料层之间。所施加的电引起光电有源材料的激发状态，通过其对非激发状态的弛豫，光子发射。OLED器件可以用于例如显示或者照明。

从现有技术已知的是：按照以下所描述的工艺制造OLED器件。

在第一步时，在图案化的步骤中制造衬底。在该图案化步骤中，第一电极材料以图案的方式施加在载体衬底上。该图案化步骤的主要功能是创建电隔离区域。该图案化可以借助于由通过阴影掩模等的例如印刷或者喷射的例如沉积功能层而完成。

在随后的步骤中，施加由光电有源材料所形成的OLED功能层。通过在真空中热蒸发来沉积小分子功能层。有机材料的沉积必须以如下方式被限制：至少阴极接触不被涂覆。通常，阳极接触也免受涂覆，以便于以后获得良好的电接触。该结构化的沉积借助于阴影掩模来实现。该掩模对于每个OLED设计是特定的并且在有机层沉积过程中被放置在衬底上。进行掩模可以在衬底和掩模之间以物理接触或者具有小间隙来完成。在沉积工艺过程中，阴影掩模将涂覆有有机材料。

在下一个步骤中，对置电极通过沉积第二电极材料层来形成。这也应用在真空热蒸发工艺中。同样在该步骤中，层必须被结构化，因为否则将发生两个电极材料层（即，阴极和阳极）之间的短路。同样在该步骤中，掩模将被涂覆以材料，其中，阴极材料典型地是金属，例如，铜、银、铝、金、等等。

因为光电有源材料和阴极的涂覆区域不同，所以不同组的掩模必须用在每一个提到的工艺步骤中。

OLED器件的质量取决于所使用的不同掩模的适当对齐以及沉积光电有源材料和阴极层过程中掩模和衬底的热膨胀。例如，在沉积阴极层过程中，对于50℃的典型温升，在根据现有技术的制造工艺中所使用的掩模的热膨胀可能约为0.5mm。因此，制造工艺的精确度被限制于该热膨胀。因此，从现有技术已知的技术具有若干缺点。因为掩模是特定的设计，所以设计改变需要新的一组掩模。这限制了设计改变的产出时间并且增加了成本。在沉积过程中掩模被涂覆。这要求有规律地清洗并且引入了额外的成本。从掩模失去的粒子可能引起短路并且减少产品产量。由于掩模的热膨胀，可以实现的最小特征尺寸是受限的，其随着衬底尺寸和对齐精确度而改变大小。至少，真空中的掩模处理是很昂贵的。

从现有技术已知的掩模方法的另一个缺点是：由于所要求的阴影掩模的限制，在一个涂覆步骤中制造由所涂覆的电极区域围绕的封闭的非电极涂覆区域是不可能的。当使用掩模时，将总存在将封闭的非涂覆区域的内部区域连接至外部涂覆区域的纽带。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造OLED器件的改进方法。

该目的是由制造OLED器件的方法来实现的，包括步骤：

- 提供载体衬底；

- 在所述载体衬底上沉积第一电极材料层；

- 在所沉积的第一电极材料层内部形成电隔离区域；

- 在所述第一电极材料层上沉积有机光电有源材料层；

- 在所述有机光电有源材料层上沉积第二电极材料层，其特征在于，在沉积有机光电有源材料层和第二电极材料层的步骤中，载体衬底在其整个功能区域上利用所述层来无掩模覆盖，以及至少第二电极材料层在至少所选择的区域中被切除（ablate）或者被使得为非导电的以在第二电极材料层内部形成非导电区域。

本发明的意义中的功能区域应当理解为：在其上形成发光结构的载体衬底表面的区域。根据本发明，例如，通过仅仅限制电极材料和光电有源材料向功能区域的沉积或者通过对各自的区域进行掩模，载体衬底表面的其它区域（例如，用于OLED器件的固定的边缘区域）可以未被覆盖。

在本发明的一方面，创新的思想是：将建立OLED器件所需要的不同层最多施加到衬底的全部区域上，以及随后切除和/或在特定区域中导致非导电的特定层。这避免了改进OLED生产的生产率所需要的细微图案对齐。而且，切除方法（如，激光切除等等）更精确，其允许形成更小的图案。该创新方法的益处是：切除步骤不需要在真空腔中执行。这使得整个生产更利于处理并且省略了对大真空生产腔的需求。而且，由于第二电极材料的无掩模沉积，也可以提供封闭的非涂覆/非导电电极区域。

根据本发明的实施例，第二电极材料层和有机光电有源材料层可以被切除，以在所述第一电极材料层的两个电隔离区域上暴露至少两个接触垫，从而形成阳极和阴极接触垫，其中，在切除之后，一个电隔离区域可以基本上没有第二电极材料层和有机光电有源材料层，而其它区域可以仍然基本上覆盖有第二电极材料层和有机光电有源材料层，以及其中，在一个区域上残余的第二电极材料层可以与其它区域的接触垫电连接。该实施例的益处是：在沉积有机光电有源材料层和第二电极材料层的过程中不需要合适以及耗时的掩模对齐来留下未覆盖的接触垫。这在一方面实现了较高的生产率，在另一方面允许较小的图案尺寸，因为不需要考虑掩模的任何热膨胀。例如，当使用典型的工业激光系统来切除层时，激光对齐的值将约低于10μm，并且束宽将约为20μm。这允许OLED器件的精确度，其比使用掩模技术高大约25倍。

根据本发明的实施例，仍然残余在一个区域上的第二电极材料层可以通过应用由银金属膏、导电胶、和电化学沉积的金属所构成的组中的导电材料与另外区域上的接触垫电连接。应当理解，金属的电化学沉积可以通过任何合适的电流或者自身催化的沉积来执行。该实施例的益处是：应用这些导电材料可以在高产量同时具有合适的精确度，如，通过使用喷墨印刷技术等等。当使用电化学沉积的金属时，至少可以部分地施加绝缘材料。这实现了避免由金属的非预期沉积所引起的短路。绝缘材料也可以借助于喷墨印刷技术来施加。可替代的，电连接可以通过连线或者应用合适的导电罩盖来实现。

根据本发明的实施例，将在一个区域上的第二电极材料层与其它区域的接触垫连接的导电材料可以在被施加后进行退火。这种退火可以通过热退火步骤、紫外线（UV）诱导退火或者任何其它合适的退火方法来执行。热退火可以通过局部应用热（例如，借助于激光束、微波束、UV束、IR束等）或者通过将热施加到全部结构上来执行。此处，局部应用热由于以下益处可以是优选的：OLED器件将出现仅仅小的热膨胀，这将使机械应力被保持为低的。为了进一步改进退火工艺步骤，导电材料可以包括吸收被辐照的电磁辐射（即，光、微波、UV、IR）并启动和/或加速退火工艺的复合物（compound ）。这种复合物可以是颜料、自由基启动器（radical starter）、等等。由于加速和改进的退火，这可以进一步地通过时间优势改进整体方法。

根据本发明的实施例，在施加导电材料之前，绝缘材料可以至少部分地被施加。这具有如下优点：可以避免由导电材料的非预期沉积所引起的电短路。

在该方法的变型中，有机光电有源材料可以通过印刷工艺来施加，例如，通过使用能够功能材料的印刷溶液工艺。

根据本发明的实施例，将一个区域上的第二电极材料层与其它区域的接触垫连接的导电材料可以被确定尺寸，以在特定的电压和/或电流密度时熔化。这具有如下益处：一个区域上的第二电极材料层和其它区域的接触垫之间的电连接可以充当电保险丝。这可以避免由过压所引起的有机光电有源材料的分解和燃烧的危险。

根据本发明的方法可应用在不同种类的OLED器件的生产工艺中，如，其中顶电极是阳极的倒置型（inverted）OLED器件，或者其中顶电极和/或底电极透明的顶发射或者透明的OLED器件。对于后者，TCO可以用作电极材料。根据本发明的实施例，OLED器件可以是倒置型OLED器件，其中，第二电极材料层将形成器件的阳极，或者，其可以是顶发射OLED，其中，第二电极材料层可以是透明层，如，TCO。然而，根据本发明的实施例，至少一个电极材料层可以是TCO。

根据本发明的另一个实施例，至少一个电极材料层可以包括光散射元件或者光散射颗粒。这具有如下益处：光的外耦合可以被增加，其将增加OLED器件的效率。

根据本发明的实施例，电隔离区域通过图案化地沉积第一电极材料层来形成。这种图案化沉积可以通过对衬底进行一般已知的掩模来执行。因为第一电极材料层直接沉积在衬底表面，所以对于先前的沉积结构的任何对齐都不是必须的。可替代地，第一电极材料层可以沉积在衬底的广阔的区域上并且图案化是借助于切除方法来执行，例如，激光切除、等离子蚀刻、机械切除、化学切除，等等。这可以进一步地增加制造OLED器件中整个生产工艺的生产率。

根据本发明的实施例，第二电极材料层和/或有机光电有源材料层被切除，和/或借助于激光束和/或等离子蚀刻被致使至少部分地非导电。使用激光束和/或等离子蚀刻具有如下益处：非常精确的切除是可能的，其使得能够形成具有高精确度的非常小的结构。这可以使得能够减少单个OLED器件的尺寸以及提供具有增加的像素密度和/或分辨率的发光系统。

在方法的进一步变型中，切除是从衬底侧开始完成的。

根据本发明的另一个实施例，仅仅待切除的第二电极材料层和/或有机光电有源材料层的区域轮廓是借助于激光束和/或等离子蚀刻来切除的，而待切除的主区域通过机械和/或化学切除装置来切除。这具有如下益处：所引进的热能可以被减少，其可以减少由热膨胀所引起的OLED器件的机械应力。合适的机械切除方法可以使用切除轮廓结构的内部区域的胶带。

在本发明的实施例中，激光系统用于切除以及退火。在这种实施例中，激光系统可以包括不同的激光源和/或具有可调节输出和/或波长的激光源。这具有如下益处：生产工艺可以按照单个的生产系统来执行。

所提出的方法除了节约成本之外的一个优点是：仅仅由于印刷精确度和/或切除精确度限制了OLED器件的最小尺寸和/或间隔，可以创建小的特征尺寸。此外，可以实现OLED阵列的所有布置，而对OLED的形状几乎没有限制。

在另一方面，本发明涉及发光器件，包括：根据该创新方法的以上所公开的实施例中任何一个制造的OLED器件。由于OLED器件的改进的精确度，这种发光器件可以具有增加的像素密度和/或分辨率。

在另外的方面，本发明涉及包括根据该创新方法的以上所公开实施例中任何一个制造的OLED器件和/或如以上所公开的发光器件的系统，该系统用在一个或者多个以下应用中：

- 办公室照明系统

- 家用应用系统

- 商店照明系统，

- 家庭照明系统，

- 重点照明系统，

- 聚光灯系统，

- 剧院照明系统，

- 光纤应用系统，

- 投影系统，

- 自点亮显示系统，

- 像素化显示系统，

- 分段显示系统，

- 警告标志系统，

- 医疗照明应用系统，

- 指示标志系统，以及

- 装饰照明系统

- 便携式系统

- 汽车应用

温室照明系统。

附图说明

在附加的权利要求、图以及各个图和实例的以下描述中公开了本发明目的的附加详细内容、特征、特性和优点，其—以示例性的方式—示出了根据本发明的几个实施例和材料的实例。

在图中：

图1示出了根据现有技术生产OLED的工艺方案；

图2示出了根据本发明一个方面的工艺方案；

图3描绘了根据本发明一个方面的第二电极材料层的接触；

图4示出了根据本发明一个方面的电极材料层表面上图案的形成。

具体实施方式

在图1中，示出了根据现有技术的生产OLED的工艺方案。在步骤1A中，透明的导体层102以限定后来OLED器件结构的特定图案沉积在载体衬底101上。图案化可以通过对不被沉积（如，由通过阴影掩模或者印刷方法的溅射）覆盖的区域进行掩模而完成。透明导体可以是ZnO、ITO和/或PEDOT/PSS-层。在该透明导体层102上沉积可选的金属线113。图案结构在步骤1B中利用光电有源材料105来填充。

小分子光电有源材料一般地通过在真空中热蒸发来沉积。有机材料的沉积必须以如下方式来限制：至少阴极接触115不被涂覆。通常，阳极接触也免于涂覆，以便于以后获得良好的电接触。正如步骤1C中可以看出的，该结构化的沉积是借助于阴影掩模116来实现的。这些掩模6对于每个OLED设计是特定的，并且在有机光电有源材料沉积过程中被放置在衬底顶部上。在步骤1D中，沉积阴极层117。这也发生在真空热蒸发工艺中。层117也必须被结构化，因为否则阴极层117和阳极层102之间的短路将出现。因此，在阴极沉积中，阴影掩模118用来保护器件中的区域免于如步骤1E中描绘的沉积。同样此处，掩模118将涂覆有材料，其中，阴极材料典型地是金属，如，铜、银、铝、金，等等。正如在步骤1F中可以看出的，当单个的OLED分段119的串联需要被实现时，需要非常复杂的一组阴影掩模，因为一个像素的阳极120必须与下一个像素的阴极121连接。

在图2中，示出了根据本发明一个方面的工艺方案。在步骤2A中，在载体衬底101上沉积第一电极材料层102。沉积可以被应用为图案化沉积，例如，通过使用一般地已知的掩模技术。优选的，第一电极材料层102基本上沉积在衬底101的整个功能区域上，且通过切除所沉积的第一电极材料层102的特定区域来应用图案化，例如，借助于激光束113或者等离子刻蚀。然而，隔离的区域103、104通过层102的图案化来形成。在图案化的第一电极材料层102上沉积有机光电有源材料层105和第二电极材料层106，正如步骤C₁中所示出的。有机光电有源材料还可以填充隔离的区域103和104之间的图案区域，正如步骤C₂中所示出的。在步骤D中，例如通过激光束113来切除第二电极材料层106和有机光电有源材料层105，以暴露接触垫108和109。此处，切除是以以下方式来执行：第一电极材料层102的电隔离区域103基本上没有第二电极材料层106和有机光电有源材料层105，而层102的其它电隔离区域104仍然基本上覆盖有第二电极材料和有机光电有源材料的层。应当理解的是，第一和第二电极材料层102和106可以分别充当阴极或者阳极，这取决于图案中的OLED器件的种类。在常规的OLED器件中，第二电极材料层106可以充当阴极且第一电极材料层102可以充当阳极，而在倒置型OLED器件中，电极材料层的功能可以颠倒。

在图3中，描绘了如何将第二电极材料层106与各自的接触垫108电连接。根据本发明的一个方面，第二电极材料层的电连接借助于导电材料112来执行。材料112可以是由银金属膏、导电胶和电化学沉积的金属所构成的组中的材料。在优选的实施例中，材料112借助于喷墨印刷来施加。根据本发明的实施例，在施加后，材料112可以进行退火。退火可以通过例如借助于激光束或者聚焦的微波束的局部热暴露来执行。在将第二电极材料层106与接触垫108连接之下，导电材料112也可以施加到其它接触垫109，以增加该接触垫109的导电性，从而将第一电极材料层102与电路连接。然而，这不得不非常仔细地完成，以避免在第一和第二电极材料层102和106之间形成短路。

图4示出了在第二电极材料层106上所覆盖的闭合非电极材料和/或非导电图案的形成。通过该创新的方法，这种图案可以通过切除特定区域107中所沉积的电极层来形成，而不需要任何纽带。根据本发明的实施例，仅仅图案的轮廓110借助于例如激光束或者等离子刻蚀来切除，而图案的内部区域111由机械装置（例如，胶带）来切除。这具有如下益处：被引进到OLED器件中的热量被进一步减少，并且使热膨胀最小化。

以上详细描述的实施例中的元件和特征的特别结合仅仅是实例性的；这些教导与在本申请和通过引用并入的专利/申请中的其它教导的互换和替换也是明确地预期的。正如本领域技术人员将认识到：此处所描述的内容的改变、修改和其它实现方式对于本领域技术人员可以发生，而不脱离如所要求权利的本发明的精神和范围。因此，前述描述仅仅是通过实例的方式并且不旨在限制。在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或者步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些方法的纯粹事实不指示这些方法的结合不能被使用以受益。本发明的范围限定在以下的权利要求和其等价描述中。而且，在说明书和权利要求中所使用的附图标记不限制如所要求保护的本发明的范围。

Claims

1. 一种制造OLED器件的方法，包括以下步骤：

- 提供载体衬底（101）；

- 在所述载体衬底（101）上沉积第一电极材料层（102）；

- 在所沉积的第一电极材料层（102）内部形成电隔离区域（103,104）；

- 在所述第一电极材料层（102）上沉积有机光电有源材料层（105）；

- 在所述有机光电有源材料层（105）上沉积第二电极材料层（106），其特征在于，在沉积有机光电有源材料层（105）和第二电极材料层（106）的步骤中，载体衬底（101）在其整个功能区域上利用所述层（105,106）来无掩模覆盖，以及至少第二电极材料层（106）在至少所选择的区域中被切除或者被使得为非导电的以在第二电极材料层（106）内部形成非导电区域（107）。

2. 根据权利要求1的方法，其中，第二电极材料层（106）和有机光电有源材料层（105）被切除，以在所述第一电极材料层（102）的两个电隔离区域（103,104）上暴露至少两个接触垫（108,109），从而形成阳极和阴极接触垫，其中，在切除之后，一个电隔离区域（103）基本上没有第二电极材料层（106）和有机光电有源材料层（105），而其它区域（104）仍然至少部分地覆盖有第二电极材料层（106）和有机光电有源材料层（105），以及其中，在一个区域（104）上残余的第二电极材料层（106）与其它区域（103）的接触垫（108）电连接。

3. 根据权利要求2的方法，其中，通过施加由银金属膏、导电胶和电化学沉积的金属所构成的组中的导电材料（112），区域（104）上的第二电极材料层（106）与接触垫（108）电接触。

4. 根据权利要求2和3中任意项的方法，其中，将在一个区域（104）上的第二电极材料层（106）与其它区域（103）的接触垫（108）连接的导电材料（112）在被施加后进行退火。

5. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中，至少一个电极材料（102,106）是透明导电氧化物。

6. 根据权利要求3到5中任意项的方法，其中，在施加导电材料（112）之前，绝缘材料至少部分地被施加。

7. 根据前述权利要求中任意项的方法，其中，电隔离区域（103,104）是通过第一电极材料层（102）的图案化沉积来形成。

8. 根据前述权利要求中任意项的方法，其中，第二电极材料层（106）和/或有机光电有源材料层（105）至少部分地借助于激光束和/或等离子刻蚀被切除和/或被使得为非导电的。

9. 根据权利要求8的方法，其中，仅仅待切除的第二电极材料层（106）和/或有机光电有源材料层（105）的区域轮廓（110）借助于激光束和/或等离子刻蚀来切除，而待切除的主区域（111）由机械和/或化学切除装置来切除。

10. 根据权利要求9的方法，其中，主区域（111）由胶带来切除。

11. 根据前述权利要求中任意项的方法，其中，将一个区域上的第二电极材料层与其它区域的接触垫连接的导电材料（112）被确定尺寸，以在导致OLED器件过电压的所施加的电压和/或电流密度时熔化。

12. 一种发光器件，其包括根据权利要求1到11中任何一个所制造的OLED器件。

13. 一种包括根据权利要求1到11中任何一个所制造的OLED器件和/或根据权利要求12的发光器件的系统，该系统用在一个或者多个以下应用中：