CN104812932B - 用于将靶材料沉积在有机电功能材料上的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将靶材料沉积在有机电功能材料上的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有有机电功能材料如电致发光发射层的衬底；通过脉冲激光沉积产生靶材料的蒸气羽流；将第一层靶材料沉积在有机电功能材料上，同时保持沉积微粒的最大微粒速率低于预设值；和将第二层靶材料沉积在第一层靶材料上，同时沉积微粒的最大微粒速率高于预设值。本发明还涉及中间产品和涉及有机发光二极管。

Description

用于将靶材料沉积在有机电功能材料上的方法
本发明涉及用于将靶材料沉积在有机电功能材料上的方法。
沉积方法，尤其是物理气相沉积方法，使用具有微粒的蒸气羽流，所述微粒冲击在衬底材料上。该蒸气羽流通过例如使用离子或光子激发靶材料而产生，从而从靶材料释放微粒。由于激发，微粒获得使所述微粒运动至衬底的动能，且该能量用于使微粒粘附至衬底或者甚至渗入衬底材料。取决于衬底材料和所获得的动能，微粒将会由于冲击而渗入衬底材料一定深度和/或破坏所述材料。
在有机发光二极管(OLED)领域，尝试提供透明的OLED。OLED典型地具有玻璃或透明塑料层、第一导电层、电致发光发射层和第二导电层的分层结构。通过为第一和第二导电层提供电压而驱动所述电致发光发射层，从而所述电致发光发射层会发光。
透明电致发光发射层是已知的，透明导电层也是如此。典型地，将铟锡氧化物层用于透明导电层，所述导电层采用物理气相沉积方法布置在衬底上。然而，如果将已知的物理气相沉积方法用于将铟锡氧化物或类似的透明导电氧化物沉积至透明电致发光发射层，则微粒的冲击损害电致发光发射层至这样的程度，即由于漏电流或短路而使其在被驱动时不再发光或者使其效率强烈降低。
用于产生OLED的普通物理气相沉积方法是溅射沉积。溅射沉积使用通过用离子或电子冲击而激发靶材料的原理。如果这些微粒的能量足够高，则所述能量会将微粒从靶材料释放至等离子体中。该等离子体典型地包含紫外光、反应性离子和臭氧。所述离子和臭氧会与电致发光发射层反应，引起对所述电致发光发射层的损害。紫外光会在电致发光发射层上产生负反应，损害功能键。
因为只有当用足够高的能量激发时才从靶材料释放微粒，所以所释放的微粒会至少具有最低能量。微粒的该最低能量已经对电致发光层(尤其是采用普通靶材料如铟锡氧化物(ITO))造成损害。
此外，通过溅射沉积产生的等离子体的密度低，这是由于溅射沉积的工作原理。因此，微粒可能具有作为不同的反应性离子到达电致发光发射层而不接触其它微粒的倾向并且扩散穿过平行于电致发光发射层的表面的相对较大的距离，当到达电致发光发射层的表面时仍然具有较大的动能。除了微粒的反应性以外，该高能量会对电致发光发射层造成损害。
Kowalsky W.等人，“See-through OLED displays”,Proc.SPIE6486,Light-Emitting Diodes:Research,Manufacturing,and Applications XI,64860F(February13,2007)；doi:10.1117/12.696402描述了采用普通的溅射技术和脉冲激光沉积法不可能制造有效的OLED。该出版物描述了必须在电致发光发射层与透明导电上电极之间使用阻隔层。这样的阻隔层是不期望的，因为它降低了OLED的透明度。因此，采用普通的物理气相沉积方法如溅射沉积和脉冲激光沉积不可能制造有效的OLED。
还已知使用在电致发光发射层上的银沉积。银的优点在于它可以在这样的条件下沉积，即它不会损害电致发光发射层。然而，银层的透明度也受到限制。典型地，具有作为导电层之一的银层的OLED可以具有至多40％的透明度。
已知方法尤其是激光沉积法的另一缺点在于它们使用紫外光。紫外光损害典型地用于OLED生产的材料。紫外光与微粒的冲击组合典型地对用于OLED生产的有机材料造成损害。
一种可能是布置阻断紫外线的另外材料的保护层。然而，这样的层经常不是透明的，并且在布置导电层的情况下，保护层会使导电层与电致发光发射层绝缘。
因此，本发明的目的在于提供一种方法，其中降低或甚至防止上述缺点。
该目的采用根据前序的方法得以实现，所述方法包括以下步骤：
-提供具有有机电功能材料如电致发光发射层的衬底；
-通过脉冲激光沉积产生靶材料的蒸气羽流；
-将第一层靶材料沉积在有机电功能材料上，同时保持沉积微粒的最大微粒速率低于预设值；和
-将第二层靶材料沉积在第一层靶材料上，同时沉积微粒的最大微粒速率高于预设值。
有机电功能材料理解为在被驱动时提供一些功能的有机材料，如当被驱动时会发光的有机电致发光发射层。这样的有机电功能材料典型地被已知的物理气相沉积方法损害至这样的程度，即材料的功能性丧失或明显降低。对于有机电致发光发射，这导致在被驱动时产生的光的量减少或者甚至完全不发光。
采用根据本发明的方法，将第一层靶材料布置在有机电功能材料上而不损害所述材料。这通过保证最大微粒速率保持在低于预设值而得以实现。当微粒的微粒速率和由此的动能低于预设值时，所述微粒将会粘附至有机电功能材料，但是不会渗入和/或损害所述有机材料而负面地影响所述有机材料。
通过使用脉冲激光沉积，克服了现有技术的缺点。为了激发靶材料，脉冲激光沉积使用光子而不是离子。因此可以以较低的能量从靶材料释放微粒，从而使得微粒会具有与如溅射沉积的方法相比更低的动能。
此外，在脉冲激光沉积中，所产生的等离子体羽流过饱和，即微粒彼此紧密地聚集。在靶上产生的任意离子将很可能在过饱和的等离子体中彼此接触并反应成危害较小的微粒。这降低了损害有机电功能材料的概率。
当将脉冲激光沉积用于沉积靶材料时，与其它物理气相沉积方法相比，更容易控制最大微粒速率，同时仍然保持可接受的沉积速率。
最佳工艺参数的测定是本领域技术人员已知的方法，但是需要理解的是，每种物理气相沉积方法都可能具有其自身的最佳参数和限制。例如，当使用溅射沉积时，通常将不可能提供具有动能的微粒的等离子体，而这不对有机电功能材料造成损害。
在将UV激光用于产生蒸气羽流的情况下，第一层也可以提供对有机电功能材料的UV保护，使得在沉积第二层期间可以使用更高的UV强度。在本发明的实施方案中，靶材料与衬底之间的距离在沉积第一层期间增加和所述距离在沉积第二层期间减少。这导致在沉积第一层时微粒冲击在衬底上时较低的最大微粒速率和衬底上较低的UV强度。
然后将第二层沉积在第一层上。已经沉积的层提供了有机电功能材料的保护层，使得用于第二层的靶材料微粒在沉积期间可以具有比用于第一层的靶材料微粒更高的速率。
采用根据本发明的方法，因为第一层，因此可能将靶材料以常规的方式沉积在有机电功能材料上，否则这会损害有机材料。
预设值将必须通过实验测定，因为预设值将至少取决于靶材料的材料、物理气相沉积方法、所选择的沉积参数和有机电功能材料。这在本领域技术人员的一般实践之内。
在根据本发明的方法的优选实施方案中，在使用第一压力方案时沉积第一层，在使用第二压力方案时沉积第二层，且所述第二压力低于所述第一压力。
采用物理沉积方法，产生接近真空的环境，在其中进行沉积。通过控制该环境中的真空或压力，可以控制微粒的冲击速率。当使用较高的压力方案时，蒸气羽流中靶材料的微粒减慢得更多，使得衬底上的冲击更不剧烈并且不再影响敏感材料。采用较高的压力方案，则微粒“软着陆”在有机电功能材料上。
一旦采用靶材料沉积第一层，就可以降低压力方案，使得微粒可以保持它们的速度并以全部能量冲击在第一层上，而不损害下层的有机电功能材料。
尽管最常见的是采用相同材料沉积第一和第二层，但是同样可能在沉积第二层之前改变靶材料。通过使用两种不同的靶材料，对于沉积在有机电功能材料上的层可以实现特定的性质。
在根据本发明的另一优选实施方案中，使蒸气羽流在有机电功能 材料表面的上方移动并控制所述蒸气羽流，使得羽流芯部中的微粒的最大速率高于预设值并使芯部周围的微粒的最大速率低于预设值。
当通过采用例如激光束激发靶材料产生蒸气羽流时，所述蒸气羽流将具有芯部，所述芯部具有高浓度的具有高速率的微粒。该芯部被具有较低浓度的微粒的外壳包围。外壳中的微粒将具有较低的速率。
通过使蒸气羽流在有机电功能材料表面的上方移动，具有较低浓度的微粒的外壳将会首先沉积在有机电功能材料上。这为有机电功能材料提供了沿着羽流路径的第一层靶材料。当羽流进一步移动时，芯部会经过通过羽流外壳已经沉积的材料。然后，在羽流芯部中的微粒将会沉积第二层靶材料。
优选地，在有机电功能材料表面的外部开始移动蒸气羽流。这保证了第一层和第二层靶材料都延伸至有机电功能材料的整个表面。
当使蒸气羽流在有机电功能材料表面的上方移动时，必要的是使羽流芯部中的微粒的最大速率高于预设值并且使围绕芯部的微粒的最大速率低于预设值。由于产生蒸气羽流的路径，芯部中的微粒和包围芯部的微粒的微粒速率已经存在区别。选择合适的压力方案将保证外壳中的微粒的最大微粒速率低于预设值，而芯部中的最大速率较高。
在根据本发明的方法的另一实施方案中，合并的第一和第二层是透明导电氧化物，尤其是铟锡氧化物。
透明导电氧化物是典型的材料，不采用根据本发明的方法，则不可以将其布置在有机电功能材料如电致发光发射层上。
本发明还涉及采用根据本发明的方法制造的中间产品，其中所述产品包括：
-具有有机电功能材料如电致发光发射层的衬底；
-沉积在所述有机电功能材料上的第一层靶材料，其中沉积微粒在边缘渗入和/或损害所述有机电功能材料。
对于本发明的中间产品，将第一层靶材料布置在具有有机电功能材料的衬底上。沉积微粒在边缘渗入有机材料，从而不影响所述有机电功能材料。将微粒布置在所述有机电功能材料上，和不会或仅轻微地渗入所述有机电功能材料。
本发明还涉及有机发光二极管，包括：
-衬底层；
-布置在所述衬底层上的第一导电层；
-布置在所述第一导电层上的电致发光发射层；和
-布置在所述电致发光发射层上的第二导电层；
其中使用根据本发明的方法布置所述第二导电层。
本发明的这些以及其它特征将结合附图来阐明。
图1A和1B给出了根据本发明的第一实施方案的两个步骤。
图2给出了根据本发明的方法的第二实施方案。
图3给出了根据本发明的有机发光二极管的实施方案的横截面图。
图1A给出了根据本发明的方法的第一实施方案的第一步骤。为衬底1提供有机电功能材料2的层。采用脉冲激光沉积方法产生具有靶材料的微粒的蒸气羽流3。该蒸气羽流3具有芯部4和外壳5。
通过控制压力方案(其中产生蒸气羽流3)，可以控制羽流3的到达和羽流3中微粒的冲击。在图1A中所述的步骤中，压力相对高，从而羽流3中微粒的动能降低，并且所述微粒“软着陆”在有机电功能材料的表面上并形成第一层靶材料6。
在图1B中所示的步骤中，压力降低，从而使得羽流3中的微粒保持它们的动能并且以常规的方式沉积在第一层靶材料6的顶部上，以形成第二层靶材料。因为已经将第一层6布置在有机电功能材料2的顶部上，因此保护该层2并能够常规沉积第二层。
图2给出了根据本发明的方法的第二实施方案。为衬底10提供有机电功能材料11的层。此外，产生蒸气羽流12。该蒸气羽流12具有有相对高速率的微粒的芯部13，和围绕芯部13的具有相对低速率的微粒的外壳14。
使羽流12在有机电功能材料11表面的上方移动。外壳14首先沉积有机材料11的第一层靶材料15。然后，曳尾的芯部13在已经沉积 的第一层15上沉积第二层16。因为所述第一层15和第二层16采用相同的靶材料微粒沉积，所以在有机材料11的顶部上产生了靶材料的几乎均匀的层。
图3给出了有机发光二极管(OLED)的实施方案20。该OLED 20具有衬底层21，如玻璃层。将第一导电层22采用常规的物理气相沉积方法沉积在该衬底层21上。然后，在导电层22的顶部上提供电致发光发射层23。
采用根据本发明的方法，将第二导电层24、25布置在敏感的电致发光发射层23的顶部上。首先沉积第一层透明导电材料24，这之后沉积第二层透明导电材料25。因为随后沉积层24、25二者，所以在电致发光发射层23上提供了均匀的层。
当将电压施加至两种导电层22和24、25时，电致发光发射层23将会发光。由于可以使用例如铟锡氧化物将导电层二者都制成透明，所以获得了完全透明的OLED。

Claims (11)

1.用于将靶材料沉积在有机电功能材料上的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供具有有机电功能材料的衬底；
-通过脉冲激光沉积产生靶材料的蒸气羽流；
-将第一层靶材料沉积在所述有机电功能材料上，同时保持沉积微粒的最大微粒速率低于预设值；和
-将第二层靶材料沉积在第一层靶材料上，同时沉积微粒的最大微粒速率高于预设值；
其中所述预设值的选择要在沉积期间防止微粒渗入和/或损害所述有机电功能材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在使用第一压力方案时沉积第一层，在使用第二压力方案时沉积第二层，且其中所述第二压力低于所述第一压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中使蒸气羽流在有机电功能材料表面的上方移动，并且控制所述蒸气羽流，使得羽流芯部中的微粒的最大速率高于预设值并且使围绕芯部的微粒的最大速率低于预设值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在有机电功能材料表面的外部开始移动蒸气羽流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述靶材料与所述衬底之间的距离在沉积所述第一层期间增加和所述距离在沉积所述第二层期间减少。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机电功能材料是电致发光发射层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中合并的第一和第二层是透明导电氧化物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述透明导电氧化物是铟锡氧化物。
9.采用根据前述权利要求中任一项所述的方法制造的中间产品，其中所述产品包括：
-具有有机电功能材料的衬底；
-沉积在所述有机电功能材料上的第一层靶材料，其中沉积微粒在边缘渗入所述有机电功能材料。
10.根据权利要求9所述的中间产品，其中所述有机电功能材料是电致发光发射层。
11.有机发光二极管，包括：
-衬底；
-布置在所述衬底上的第一导电层；
-布置在所述第一导电层上的电致发光发射层；和
-布置在所述电致发光发射层上的第二导电层；
其特征在于，使用根据权利要求1－8中任一项所述的方法布置所述第二导电层。
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