TW201145565A - Method of maskless manufacturing of OLED devices - Google Patents

Description

201145565 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製造OLED(有機發光二極體）裝置之領 域。在一態樣中’本發明係關於一種無遮罩製造〇LED裝 置之方法，在該方法中改良形成〇LED裝置之結構化製 程。在另一態樣中，本發明係關於一種發光裝置以及一種 包括根據本發明之一態樣而製造之一 〇LED裝置的系統。 【先前技術】 自最新技術已知OLED裝置。一般而言，一 〇LED裝置至 少由配置在一載體基板上之一第一電極材料、沈積在該第 一電極材料上之一有機光電子活性材料及覆蓋至少部分該 有機光電子活性材料之一第二電極材料組成。該等電極材 料之一者充當陰極層’而另一電極材料充當陽極層。電致 發光材料（諸如發光聚合物，如（例如）聚（對伸苯基伸乙烯 基）(PPV))或發光低分子量材料（如（例如）三（8羥基喹啉） 銘）可用作為光電子活性材料。 絕緣材料（如（例如）玻璃或塑膠）可用作為載體基板。化 合物（如（例如）透明導電氧化物（TC0)，如氧化銦錫（IT〇)、 氧化鋅（ΖηΟ))或金屬（如（例如）銅、銀、金或紹）可用作為 電極材料。自最新技術亦已知將一所謂電洞傳輸層放置於 電極材料與光電子活性材料之間，如（例如）一 pED〇T/pss 層（聚3,4-伸乙基二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽）或一 pANI/pss 層（聚苯胺/聚苯乙稀項酸鹽），此降低電洞之注入阻障。 在操作中，將電施加於第一電極材料層與第二電極材料 152315.doc •4- 201145565 層之間。所施加之電造成光電子活性材料之一激發態，藉 由該激發態鬆弛至非激發態而發射一光子。〇led裝置可 (例如）用於顯示器或照明。 自最新技術已知藉由如下所述之一製程而製造〇led裝 置。 作為一第一㈣，在一圖案化步驟中製造一基板。在此 圖案化步驟中，以圖案形式將一第一電極材料施加在一載 體基板上。此圖案化步驟之主要功能為產生電性分離區。 可藉由（例如）沈積一功能層（藉由印刷或通過一蔭遮罩之濺 链等等）而進行此圖案化。 在一後續步驟中，施加由一光電子活性材料形成之一 〇LED功能層。藉由在真空中熱蒸鑛而沈積小分子功能 必Θ以使彳于JL 4陰極接點不被塗覆之—方式限制有機 材料之沈積。通常，亦保護陽極接點免受塗覆以實現後來 良好的電接觸。憑藉—陰遮罩而實現此經結構化沈積。此 遮罩係料詩各〇LED設計且在有機層沈積期間被放置 在基板頂上。遮罩可以實體接觸實現或用基板與遮罩之間 之一小間隙實現。在沈積製程期間，將用有機材料塗覆該 蔭遮罩。 在下-步驟中，藉由沈積—第二電極材料層而形成―反 電極。此亦在一真空熱蒸鍍製程中被施加。在此步驟中， 亦必須將該層結構化，否則兩層電極材料層(即：陰極與 陽極)之間將發生短路。在此步驟中，亦將用材料塗覆遮 罩，其中陰極材料通常為一金屬，如銅、銀、紹、金等 152315.doc 201145565 等》 因為用於光電子活性材料及陰極之經塗覆區為不同，所 以必須在所提及製程步驟之每—者中使用-組不同遮罩。 OLED裝置之品質取決於所使用的不同遮罩之適當對準 以及在光電子活性材料及陰極層之沈積期間遮罩及基板之 熱膨脹。例如，在一陰極層之沈積期間，當一典型溫度上 升50C時’用在根據最新技術之—製程中之—遮罩之熱膨 脹可約為0.5毫米。因& ’該製程之精度係受限於此熱膨 脹：因此’自最新技術已知之技術具有若干缺點。因為遮 罩係特定設計，所以—設計改變需要—組新遮罩。此限制 5又什改變之產銷時間並增加成本。在沈積期間塗覆遮 罩。此需要定期清洗並誘發額外成本。自遮罩損失之顆粒 可導致短路並降低產品之良率。可實現之最小特徵尺寸係 又限於遮罩之熱膨脹（其與基板尺寸成比例）及對準精度。 至少在真空中之遮罩處置非常昂貴。 自最新技術已知之遮罩方法之另一缺點在於：由於受限 於所需陰遮罩’所以在一塗覆步驟中無法製造由經塗覆電 極區包圍之封閉式非電極經塗覆區。當使用一遮罩時，將 總是存在將一封閉式非經塗覆區連接至外部經塗覆區之一 繫帶》 【發明内容】 本發明之一目的為提供用於製造〇LED裝置之一經改良 方法。 藉由一種製造OLED裝置之方法而實現此目的’該方法 I523I5.doc * 6 - 201145565 包括以下步驟： -提供一載體基板； -在該載體基板上沈積一第一電極材料層； . •在該經沈積之[電極材料層内形成若干電性分離區； * _在該第一電極材料層上沈積-層有機光電子活性材料； 在該有機光電子活性材料層上沈積一第二電極材料層， 該方法之特徵在於：在沈積該有機光電子活性材料層及該第 二電極材料層之步驟中’該載體基板在整個功能區上方係由 該等層無遮罩地覆蓋；及在至少經選擇區中，燒蝕至少該第 ，二電極材料層或使其呈現非導電性以在該第二電極材料層内 形成非導電區。 應瞭解’本發明之功能區意指其上形成有發光結構之載 體基板表面之區域。根據本發明，可（例如）藉由將電極材 料及光電子活性材料之沈積僅限於功能區或藉由遮罩各自 區而使載體基板表面之其他區（例如用於固定〇Led裝置之 凸緣區）免受覆蓋。 在本發明之一態樣中，發明思想為施加所需不同層以至 • 多在基板之整個區域上方建立一 OLED裝置及隨後燒蝕及/

' 《呈現特定區中之非導電特定層。此避免需要改良0LED 產品之生產率之精細圖案對準。此外，燒蝕法（如（例如）雷 射燒蝕或類似方法）係更精確，其允許形成更小圖案❶發 明方法之一益處為無需在一真空腔室中執行燒蝕步驟。此 152315.doc 201145565 使總產量更易於處置且無需大真-空生產腔室。此外，由於 無遮罩沈積第二電極材料，所以亦可提供封閉式非經塗覆/ 非導電電極區。 根據本發明之-實施例，第二電極材料層及有機光電子 活性材料層可經燒钱以暴露該第一電極材料層之兩個電性 分離區上之至少兩個接觸墊以形成一陽極及一陰極接觸 塾，其中在燒钮之後-電性分離區可大致不含有第 材料層及有機光電子活性材料層，而另一區域仍可大致覆 蓋有第二電極材料層及有機光電子活性材料層，且其中保 留在一區域上之第二電極材料層可電連接至另一區域之接 觸塾。此實施例之-益處為：在有機光電子活性材料層及 第二電極材料層之沈積期間’無需遮罩之_適當及耗時對 準以使接觸墊區免受覆蓋。此一方面實現一更高生產率， 另一方面允許更小圖案尺寸，這是因為無需考量一遮罩之 任何熱膨脹。例如，當使用一典型工業雷射系統來燒蝕層 時，雷射之對準值將約為10微米級以下，且光束寬度將約 為20微米級。此允許〇LED裝置之一精度，其比使用遮罩 技術高約二十五倍。 根據本發明之一實施例，可藉由施加由—銀金屬膏、導 電膝點劑及一經電化學沈積之金屬組成之群之一導電材料 而將仍保留在一區域上之第二電極材料層電連接至另一區 域上之接觸墊。應瞭解，可藉由任何適當電流或自催化沈 積而執行一金屬之電化學沈積。此實施例之一益處為：可 (例如）藉由使用喷墨印刷技術或類似技術而以一適當精度 152315.doc 201145565 及一高產銷量施加此等導電材料。當使用一經電化學沈積 之金屬時，可至少部分施加一絕緣材料。此能夠避免由金 屬之非所欲沈積引起之短路。亦可憑藉喷墨印刷技術而施 加該絕緣材料。替代地’可藉由佈線或施加一適當導電遮 蓋而實現電連接。 根據本發明之一實施例，可在被施加之後使將一區域上 之第一電極材料層連接至另一區域之接觸墊的導電材料退 、"T藉由熱退火步驟、經UV誘發之退火或任何其他 適當退火方法而執行此退火。可藉由局部施加熱（例如憑 藉一雷射束、微波光束、UV光束、爪光束或類似光束）或 藉由將.、、、施加至整個結構而執行熱退火。此處，局部施加 熱可為較佳，其益處為將僅發生0LED裝置之小熱膨脹， 匕將使機械應力保持為低。為進一步改良退火製程步驟， 導電材料可包括吸收經照射之電磁輻射（即：光、微波、 UV、IR)並啟動及/或加速退火製程之化合物。此化合物可 為顏料、一自由團起始劑或類似物。由於一經加速及經 改良退火’此可通過一時間效益而進一步改良總方法。 根據本發明之一實施例，在施加導電材料之前，可至少 刀施加一絕緣材料。此具有益處為可避免由導電材料之 非所欲沈積引起之電短路。 在该方法之一變種中’可藉由一印刷製程（例如藉由使 用印刷解決方案製程來實現功能材料）而施加有機光電子 活性材料。 根據本發明之一實施例，將一區域上之第二電極材料層 152315.doc -9- 201145565 連接至另一區域之接觸墊的導電材料可經定尺寸以在一特 定電壓及/或電流密度下熔融。此具有益處為：一區域上 之第二電極材料層與另一區域之接觸墊之間之電連接可充 當一可炼保險絲。此可避免由過電壓引起之有機光電子活 性材料之分解及燃燒之風險。 根據本發明之方法係適用於不同種〇LEd裝置之生產製 程’如（例如）倒置式OLED裝置（其中頂部電極係陽極）或頂 部發射或透明OLED裝置（其中頂部電極及/或底部電極為透 明）。對於後者，一 TCO可用作為電極材料。根據本發明 之一貫施例，OLED裝置可為一倒置式〇LED，其中第二電 極材料層將形成裝置之陽極，或其可為一頂部發射 OLED，其中第二電極材料層可為一透明層，如（例如）一 TCO。然而，根據本發明之一實施例，電極材料層之至少 一者可為一 TCO » 根據本發明之另一實施例，電極材料層之至少一者可包 括一光散射組件或光散射顆粒。此具有益處為可增加光外 部耦合，此將增加OLED裝置之效率。 根據本發明之一實施例，可藉由圖案化沈積第一電極材 料層而形成電性分離區。可藉由通常已知之遮罩基板而執 行此圓案化沈積。SI為第-電極材料層係直接沈積在基板 表面上，所以結構在沈積前不必對準。替代地，第一電極 材料層可沈積在基板之寬區域上方，且可憑藉燒钮法（例 如雷射燒钱、電漿㈣、機械燒钮、化學燒钮等等）而執 行圖案化。此可在製造0LED裝置時進一步增加總生產製 I523l5.doc •10· 201145565 程之生產率。 根據本發明之—實施例’憑藉—雷射束及/或電浆姓刻 而至少=卩刀燒蝕第二電極材料層及/或有機光電子活性材 ;斗層及/或使其等呈現非導電性。使用一雷射束及/或電浆 姓刻具有益處為可使燒#非常精確，此能夠形成具有高精 度之非承小結構。此可實現減小一單一 〇led裝置之尺寸 並提供具有—增加像素及/或解析度之發光系統。 在該方法之另一變種中，自基板側進行燒钮。 根據本發明之另一實施例，憑藉一雷射束及/或電漿蝕 刻而僅燒蝕待燒蝕之第二電極材料層及/或有機光電子活 性材料層之一區域之輪廓，同時藉由一機械及/或化學燒 蝕構件而燒蝕待燒蝕之主區域。此具有益處為可減少所引 入之熱能，此可減小由熱膨脹引起之0LED裝置之機械應 力。一適當機械燒蝕法可為使用一黏性膠帶來燒蝕輪廓化 結構之内部區。 在本發明之一實施例中，一雷射系統係用於燒蝕以及退 火在此一實施例中，該雷射系統可包括不同雷射源及/ 或具有一可調整輸出及/或波長之一雷射源。此具有益處 為可對一單一生產系統執行生產製程。 除節約成本外’所提出方法之一優點為可產生小特徵尺 寸’因為印刷精度及/或燒兹精度僅限制OLed裝置之最小 尺寸及/或間隔。另外，可實現OLED陣列之所有配置且幾 乎不限制OLED之形狀。 在另一態樣1f7，本發明係關於發光裝置，其包括根據發 152315.doc -11 · 201145565 明方法之以上所揭示實施例之任一者而製造之一 〇LED裝 置°由於該OLED裝置之經改良精度，所以此一發光裝置 可具有一增加像素密度及/或解析度。 在另一態樣中，本發明係關於包括根據發明方法之以上 所揭示實施例之任一者而製造之一 OLED裝置及/或如上所 述之一發光裝置的一系統，該系統係用在以下應用之一或 多者中： •辦公室照明系統； _家庭應用系統； -商店照明系統； -家庭照明系統； -重點照明系統； -聚光照明系統； -劇場照明系統； -光纖應用系統； •投影系統； -自發光顯示系統； _像素化顯示系統； -分段顯示系統； -警告標誌系統； •醫療照明應用系統； -指示器標誌系統；及 -裝飾照明系統； _可攜式系統； 152315.doc •12- 201145565 -汽車應用； -溫室照明系統。 【實施方式】 • 在子吻求項、圖式及各自圖式及實例之以下描述中揭示 纟發明之目的之另外細節、特徵、特性及優點，其等以一 例示方式顯示根據本發明之材料之若干實施例及實例。 圖1中顯示用於生產根據最新技術之0LED的一製程之一 流程圖。在步驟1At，以界定後來〇LED裝置結構之特定 圖案將一透明導體層102沈積在一載體基板1〇1上。可藉由 遮罩未被沈積物覆蓋之區域（如（例如）藉由通過一蔭遮罩之 濺鍍或印刷法）而進行圖案化。該透明導體可為Zn〇、一 ITO及/或一 PEDOT/PSS層。可選金屬線113係沈積在此透 明導體層102上。在步驟1B中，用一光電子活性材料丨〇5填 充圖案結構。 通常’藉由真空中熱蒸鍵而沈積小分子光電子活性材 料。必須以使得至少陰極接點丨丨5不被塗覆之一方式限制 有機材料之沈積。通常’亦保護陽極接點免受塗覆以實現 後來良好電接觸。如步驟1C中可見，憑藉蔭遮罩116而實 現此經結構化沈積。此等遮罩116係特定用於各〇led設計 且在有機光電子活性材料沈積期間被放置在基板頂上。在 步驟1D中’沈積一陰極層117。此亦發生在一真空熱蒸錢 製程中。亦必須將該層117結構化，否則該陰極層117與該 陽極詹102之間將發生一短路。因此，在陰極沈積中，— 给遮罩118係用以保護裝置中之區域免受沈積，如步驟a 152315.doc •13- 201145565 中所描繪。亦在此處，將用材料塗覆該遮罩丨i 8，其中陰 極材料通常為一金屬，如銅、銀、紹、金等等。如步驟⑶ 中可見’當需要實現個別OLED分段119之一系列連接時， 需要一組非常複雜之蔭遮罩’因為一像素之陽極12〇需要 與下一像素之陰極121連接。 圖2中顯示根據本本發明之一態樣之一製程流程圖。在 步驟2A中，一第一電極材料層102係沈積在一載體基板1〇1 上。可（例如）藉由使用通常已知之遮罩技術而將沈積施加 為圖案化沈積。較佳地，該第一電極材料層j 〇2實質上係 沈積在該基板101之整個功能區上方，且藉由燒蝕經沈積 之第一電極材料層102之特定區域（例如憑藉一雷射束U3 或電漿蝕刻）而施加圖案化。然而，藉由將該層1〇2圖案化 而形成分離區103、104。一有機光電子活性材料層1〇5及 一第二電極材料層106係沈積在經圖案化之第一電極材料 層102上，如步驟^中所示。該有機光電子活性材料亦可 填充該等分離區103與104之間之圓案區，如步驟C2中所 不。在步驟D中，（例如）藉由一雷射束113而燒蝕該第二電 極材料層106及該有機光電子活性材料層1〇5以暴露接觸墊 108及109»此處，以該第一電極材料層1〇2之電性分離區 103大致不含有該第二電極材料層1〇6及該有機光電子活性 材料層105，而層1〇2之另一電性分離區1〇4仍大致覆蓋有 該第二電極材料及該有機光電子活性材料之層的方式執行 燒蝕。應瞭解該第一電極材料層102及該第二電極材料層 106可根據呈圖案形式之0LED裝置之種類而分別充當陰極 152315.doc -14- 201145565 或陽極。在一規則0LED裝置中，該第二電極材料層ι〇6可 充當陰極，且該第一電極材料層102可充當陽極，而在一 倒置式OLED裝置中，可颠倒該等電極材料層之功能性。 圖3中描繪如何將第二電極材料層1〇6電連接至一各自接 觸墊108。根據本發明之一態樣，憑藉一導電材料ιΐ2而執 打第二電極材料層之電連接。該材料112可為由一銀金屬 膏、導電膠粘劑及一經電化學沈積之金屬組成之群之一材 料。在一較佳實施例令，憑藉喷墨印刷而施加該材料 112。在施加之後，可根據本發明之一實施例而使該材料 112退火。可藉由局部熱暴露（例如憑藉一雷射束或聚焦微 波光束）而執行退火。由於將第二電極材料層1〇6連接至接 觸墊108，所以亦可將該導電材料112施加至另一接觸墊 109以增加用於將第一電極材料層1〇2電連接至一電路之此 接觸墊109之導電性。然而，此必須非常小心地進行以避 免第一電極材料層102與第二電極材料層1〇6之間形成短 路。 圖4顯不在第二電極材料層1〇6上之所覆蓋之封閉式非電 極材料及/或非導電圖案之形成。通過發明方法，可藉由 燒蝕特定區1〇7中之經沈積電極層而形成此圖案且無需任 何繫帶。根據本發明之一實施例，憑藉（例如）一雷射束或 電桌蝕刻而僅燒蝕一圖案之輪廓110，同時藉由機械構件 (例如一黏性膠帶）而燒蝕該圖案之内部區111。此具有益處 為進一步減少引入至〇LED裝置中之熱量且使熱膨脹最小 化。 152315.doc -15- 201145565 抽實施射，元件料徵之特定組合僅為例示 士亦可清楚預期以引时式併人之此及該等 案：之其他教示與此等教示之互換及替代。如熟習技術者 忍識到般技術者可在不㈣本發明之 :況下對本文中所述内容作出變動、修改及其他丄 ”。因此，先前描述僅為例示而非意指限制。在 :圍：，單詞「包括」不排除其他元件或步驟，且不定冠 3 ―」不排除複數個。在互不相同之附屬請求項令列舉 某些措施之純粹事實並非指示不能有利使用此等措施之一 組合。本發明之_被界定細下中請專 物中。此外，描述及巾請專利範圍中所使用之4符^ 限制本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 圖1(包含圖1Α至圖曜示用於生產根據最新技術之 OLED的一製程流程圖； 圖2(包含圖2Α至圖2D)顯示根據本發明之—態樣之一製 程流程圖； ^ 圖3描繪根據本發明之一態樣之第二電極材料層之接 觸； 圖4顯示根據本發明之一態樣之一電極材料層表面上之 圖案之形成。 【主要元件符號說明】 ιοί 載體基板 102 第一電極材料層 152315.doc •16- 201145565 103 分離區 104 分離區 105 有機光電子活性材料層 106 第二電極材料層 107 特定區 108 接觸墊 109 接觸墊 110 輪廓 111 内部區 112 導電材料 113 金屬線/雷射束 115 陰極接點 116 遮罩 117 陰極層 118 遮罩 119 有機發光二極體（OLED)分段 120 陽極 121 陰極 152315.doc -17-

Claims (1)

1. 201145565 七、申請專利範圍： 1- 一種製造0LED裝置之方法’其包括步驟： 提供一載體基板（101); 在該載體基板（101)上沈積一第一電極材料層（1〇2); 在該經沈積之第一電極材料層（102)内形成若干電性分 離區（103、104); 在該第一電極材料層（102)上沈積一層有機光電子活性 材料（105); 在該有機光電子活性材料層（1〇5)上沈積一第二電極材 料層（106) ’該方法之特徵在於：在沈積該有機光電子活 性材料層（105)及該第二電極材料層（1〇6)之步驟中該 載體基板（ιοί)在整個功能區上方係由該等層（1〇5、1〇6) 無遮罩地覆蓋；及在至少經選擇區中燒蝕至少該第二電 極材料層（106)或使其呈現非導電性以在該第二電極材料 層（106)内形成非導電區（1〇7)。 2.如請求項1之方法，其令該第二電極材料層〇〇6)及該有 機光電子活性材料層（1〇5)係經燒蝕以暴露該第一電極材 料層（102)之該兩個電性分離區（1〇3、1〇4)上之至少兩個 接觸墊（108、109)以形成一陽極及一陰極接觸墊，其中 在該燒蝕之後，一電性分離區（1〇3)大致不含有該第二電 極材料層（106)及該有機光電子活性材料層（1〇5)，而另 一區域（104)仍至少部分覆蓋有該第二電極材料層（1〇6) 及該有機光電子活性材料層（105)，且其中保留在一區域 (104)上之該第二電極材料層（1〇6)係電連接至另一區域 152315.doc 201145565 (103)之該接觸墊（ι〇8)。 3·如請求項2之方法，其中藉由施加由一銀金屬膏、一導 電膠粘劑及一經電化學沈積之金屬組成之群之一導電材 料（112)而將該區域（104)上之該第二電極材料層（1〇6)電 連接至該接觸墊（108)。 4. 如凊求項2及3中任一項之方法，其中在被施加之後使將 區域（104)上之該第二電極材料層（1〇6)連接至另一區 域（103)之該接觸墊（1〇8)的該導電材料（112)退火。 5. 如凊求項1、2或3之方法，其中至少一電極材料（1〇2、 106)係一透明導電氧化物。 士凊求項3之方法，其中在施加該導電材料（112)之前至 少部分施加一絕緣材料。 7_如明求項丨、2或3之方法，其中藉由圖案化沈積該第一 電極材料層（102)而形成該等電性分離區（103、104)。 如明求項1、2或3之方法，其中憑藉一雷射束及/或電漿 蝕刻而至少部分燒蝕該第二電極材料層（106)及/或該有 機光電子活性材料層（105)及/或使其等呈現非導電性。 9.如明求項8之方法，其中憑藉一雷射朿及/或電漿蝕刻而 僅燒蝕待燒蝕之該第二電極材料層（1〇6)及/或該有機光 電子活性材料層（105)之一區域之輪廓（11〇)，同時藉由一 機械及/或化學燒蝕構件而燒蝕待燒蝕之主區域（111)。 10·如凊求項9之方法，其中藉由一黏性膠帶而燒蝕該主區 域（111) 〇 11.如π求項丨、2或3之方法，其中將一區域上之該第二電 152315.doc 201145565 極材料層連接至另一區域之該接觸墊的該導電材料（112) 係經定尺寸以在一所施加電壓及/或電流密度下溶融，從 而造成該OLED裝置之一過電壓。 . 12· 一種發光裝置，其包括根據請求項1至11中任一項製造 之一 OLED裝置。 13. —種包括根據請求項1至11中任—項製造之一 〇led裝置 的系統，該系統係用在以下應用之—或多者中： 辦公室照明系統； 家庭應用系統； 商店照明系統； 家庭照明系統； 重點照明系統； 聚光照明系統； 劇場照明系統； 光纖應用系統； 投影系統； 自發光顯不系統； 像素化顯示系統； • 分段顯示系統； 4 警告標諸系統； 醫療照明應用系統； 指示器標誌系統；及 裝飾照明系統； 可攜式系統； 152315.doc 201145565 汽車應用； 溫室照明系統。 該系統係用 14. 一種包括如請求項12之一發光裝置的系統 在以下應用之一或多者中： 辦公室照明系統； 家庭應用系統； 商店照明系統； 家庭照明系統； 重點照明系統； 聚光照明系統； 劇場照明系統； 光纖應用系統； 投影系統； 自發光顯示系統； 像素化顯示系統； 分段顯示系統； 警告標詰、系統； 醫療照明應用系統； 指示器標誌系統；及 裝飾照明系統； 可攜式系統； 汽車應用； 溫室照明系統。 152315.doc