TW201403912A - 有機電子裝置之製造技術 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種製造一有機電子裝置之方法，該方法包括：提供一中間階段基板，該基板承載該有機電子裝置之複數個材料層，該等層包含與該有機電子裝置之至少一有機層熱接觸之至少一導電層；藉由感應加熱該導電材料以加熱該至少一有機層來處理該中間階段基板以產生一經處理之基板；及使用該經處理之基板以提供該有機電子裝置。

Description

有機電子裝置之製造技術
本發明係關於用於製造有機電子裝置(尤其係OLED(有機發光二極體)，尤其係聚合物OLED)之經改良技術，且係關於藉由此等技術製造之裝置。
有機電子裝置提供包含便宜、低溫、在包含玻璃及塑膠之各種基板上大規模製造之許多潛在優勢。相較於其他顯示技術，有機發光二極體顯示器提供額外優勢-特定言之，其等明亮、多色、快速切換且提供一廣視角。取決於使用的材料，可使用在一色彩範圍中及在多色顯示器中之聚合物或小分子製造OLED裝置(在本文中包含有機金屬裝置及包含一或多個磷光體之裝置)。對於一般背景資訊，可參考例如WO90/13148、WO95/06400、WO99/48160及US4,539,570以及ISBN 10：1-57444-574X，CRC Press(2007)，由Zhigang Li及Hong Meng編輯之「Organic Light Emitting Materials and Devices」，其描述若干材料及裝置(其等皆係小分子及聚合物)。
US2007/0122936描述一種用於退火一平面顯示面板之一半導體底板之一技術但未考慮有機電子裝置之製造。可期望經改良製造技術以實現有機電子裝置之一些製造優勢。
根據本發明之一第一態樣，因此提供一種製造一有機電子裝置之方法，該方法包括：提供一中間階段基板，該基板承載該有機電子裝置之複數個材料層，該等層包含與該有機電子裝置之至少一有機層熱接觸之至少一導電層；藉由感應加熱該導電材料以加熱該至少一有機層而處理該中間階段基板以產生一經處理之基板；及使用該經處理之基板來提供該有機電子裝置。
在實施例中，採用經由一鄰近(在實施例中相鄰)導電材料層感應加熱有機層提供包含尤其加熱定位之若干優勢。此繼而提供製造程序之更精確控制，降低加熱裝置之部分(較佳不加熱該等部分)之風險且亦可降低製造程序之電力消耗。因此，例如，對於塑膠基板(此等基板之一般加熱係非所要的)而言，程序之實施例特別有用。該方法之實施例之一進一步實質益處在於其等可潛在地實現一聚合物交聯或退火程序之速度之一數量級或更大增加。
因此，在一些較佳實施例中，應用藉由感應加熱之處理以退火有機層及/或交聯一聚合物層。
該方法之實施例可非常快速地加熱有機層，且此開啟將有機層加熱至高於通常將損壞該層但在高溫僅持續短時間之情況下可接受之一溫度的可能性。舉例而言，在180℃僅可持續存活(諸如)一小時之一時段之一有機材料僅可耐受近似300℃之一溫度達數秒且保持實質上未損壞。該方法之實施例將相對少量之能量精確地傳遞至需要加熱之處，且因此促進此快速加熱及冷卻。在該方法之實施例中，此藉由導電材料層及/或僅具有一非常小厚度(例如厚度小於1000nm、500nm、200nm或100nm)之有機材料層得以進一步促進。因此，舉例而言，可在小於60秒內將有機層加熱至大於100℃或150℃之一溫度，且亦可在一類似時段內將有機層冷卻至小於100℃或小於50℃。
藉由使用恰在基板上方(例如在基板上方小於5mm處)相對於基板 移動或掃描之一RF(射頻)發射頭(線圈)來促進此一目標加熱。在實施例中，使用一高RF頻率(例如大於1GHz)係較佳的。
其中引發用於感應加熱之渦電流的導電層可係一金屬層、一透明導電氧化物層或一有機(半)導體層。雖然將該技術之實施例應用至包括一ITO電極層上方之一電洞注入層之一OLED結構，但該技術亦適合其中(有機)電洞注入層代替ITO電極之一無ITO結構。在此一情況中，在視需要採用一PEDOT電洞注入層之情況下，可在無PSS下使用無ITO之結構以增加導電性。
亦可採用該方法之實施例以依對應於導電層之圖案之一圖案來圖案化有機層：圖案化導電層且接著選擇性地交聯一上覆聚合物，使無交聯之聚合物能夠在退火之後藉由溶劑來洗除。此技術最適合於相對大面積之下伏電極，但可用於(例如)界定一裝置/基板之一周邊周圍不存在電極而可藉由沖洗來移除隨後沈積之一區域。此藉由在該周邊周圍提供一「乾淨」區域以將一氣密/水密蓋附接至一裝置或基板而促進該基板之囊封。
如先前提及，基板可為一塑膠或其他可撓性基板。此外，該技術之實施例適用於一捲軸類型之製造程序。在此一配置中，一個或複數個RF頭可跨越捲軸式腹板之一寬度或可跨腹板往返掃描一單一頭。
在該方法之實施例中，若導電層與待加熱之有機層之間存在熱接觸，則不要求經加熱之有機層與導電層相鄰。在諸如OLED之一有機電子裝置(其中個別層之各者可僅為幾十奈米厚，使得透過一或多個中介層之一厚度可容易地加熱一層)之製造中，尤為如此。因此，該方法之實施例可額外包含：將一第二有機層沈積於基板上(視需要藉由一或多個中間層分離)；及處理此第二有機層，尤其係在導電材料之感應加熱之一第二階段中，退火/交聯一第二聚合物層。
在一些較佳實施例中，有機電子裝置係使用聚合物或小分子電致發光層之一OLED裝置。在本文中，小分子意謂諸如Alq3、TPO或NBP之非聚合材料-舉例而言，如在Li及Meng(如上)之第3章中描述。在此一裝置之製造中，較佳藉由交聯該裝置之一電洞注入層上方之聚合物有機材料之一中間層及使用該電洞注入層及/或一下伏ITO電極層進行感應加熱而採用該技術。視需要，隨後可在製造程序之一第二階段採用感應加熱以交聯該裝置之一更多發光層。此在OLED結構包含多個發光層之情況下尤其有用，因為在此情況中可期望在沈積一後續發光層之前交聯一首先沈積之發光層，使得該後續層不溶解或浸蝕下伏發光層。因此，該方法之實施例進一步包括在一第一LEP層上方沈積一第二LEP層之前交聯該第一LEP層；及視需要在沈積一第三LEP層之前交聯該第二LEP層。
熟習者將瞭解，吾人描述之技術不限於OLED裝置且亦可在(例如)一有機光伏打(OPV)裝置及/或一有機薄膜電晶體(一頂部閘裝置或一底部閘裝置)之製造中加以採用。
在一相關態樣中，本發明提供一種處理一OLED工件以製造一OLED之方法，該OLED工件包括承載一電極層及該電極層上方之至少一有機材料層之一基板，該方法包括藉由將一交流電感耦合至該電極層中而加熱該電極層。
如先前所述，該方法之一些較佳實施例在OLED工件之一表面上方(在該表面上之一小距離)掃描一RF發射頭以交聯一聚合物有機材料層。
10‧‧‧有機發光二極體(OLED)裝置
12‧‧‧基板
14‧‧‧透明導電氧化物層/銦錫氧化物(ITO)電極層
16‧‧‧電洞注入層
18‧‧‧間層
20‧‧‧發光聚合物(LEP)層/發光聚合物(LEP)堆疊
20a‧‧‧綠色發光聚合物(LEP)層
20b‧‧‧紅色發光聚合物(LEP)層
20c‧‧‧藍色發光聚合物(LEP)層
22‧‧‧陰極
200‧‧‧基板
210‧‧‧射頻(RF)發射器頭/射頻(RF)頭
220‧‧‧射頻(RF)電源/RF源
500‧‧‧設備
510‧‧‧腹板
520‧‧‧滾筒
530‧‧‧射頻(RF)頭
540‧‧‧射頻(RF)電源
現將參考附圖僅藉由實例進一步描述本發明之此等及其他態樣，其中：圖1展示通過一OLED結構之一橫截面之一第一實例； 圖2示意性地展示根據本發明之一實施例之一例示性RF感應加熱及掃描設備及程序；圖3展示用於執行根據本發明之一實施例之一方法之設備之一RF頭之一照片；圖4展示通過一OLED結構之一第二實例橫截面；及圖5示意性低展示根據本發明之一捲軸式製造方法之一實施例。
圖1展示通過一典型OLED裝置10之一橫截面。OLED裝置10包括承載一透明導電氧化物層14(通常為ITO(銦錫氧化物))之一基板12。在透明導電氧化物層14上方沈積通常包括諸如PSS：PEDOT(經聚苯乙烯-磺酸鹽摻雜之聚乙烯二氧噻吩)之一導電聚合物之一進一步電洞注入層16；此幫助匹配ITO陽極與發光聚合物之電洞能量位準。在此實例中，該電洞注入層後接一中間聚合物層(間層18)。在此間層18上方沈積一或多個發光聚合物(LEP)層20以形成一LEP堆疊，發光聚合物之一典型實例為PPV(聚(對-伸苯基伸乙烯基))。一陰極22沈積於該LEP堆疊上方，該陰極22(例如)包括後接一鋁層之氟化鈉(NaF)層。視需要，一額外電子輸送層可沈積於LEP堆疊20與陰極22之間。
在圖1中繪示之裝置係一底部發射裝置，即在LEP堆疊中產生之光係經由透明ITO陽極層透過基板而自裝置耦出。亦可使用一薄陰極層(例如厚度小於約100nm)來製造頂部發射裝置。雖然圖1之結構展示一LEP堆疊，但是亦可針對小分子(及樹枝狀分子)裝置採用相同基礎結構。
廣泛而言，吾人將描述用於退火(且更特定而言，用於交聯)諸如上述OLED之一裝置結構之有機層的技術。在此等技術中，透過將電力感應耦合至結構中之一或多個導電層以傳送能量來產生局部加熱。在諸如上文展示之一結構中，ITO層係用作導電層以收集電能。 此外，廣泛而言，僅交聯在ITO上方之區域，且因此亦可採用該技術之實施例以圖案化相關有機層-(例如在圖1之結構中)間層18。除此之外，程序可與捲軸式處理及可撓性基板相容。更特定而言，交聯(例如)圖1之結構的間層18習知可能需要該結構在一烤箱中烘烤達大約1小時之一時間段，然而吾等描述之該技術的多種實施例可在僅數秒內達成交聯。此透過尤其一更短之TAC時間來提供成本之一實質降低。
現在參考圖2，此示意地繪示根據本發明之一實施例之用於製造一有機電子裝置之設備及程序。因此，一基板200安裝於一非導電支撐件上(圖2中未展示)，且一支架(亦未展示)以此一方式安裝一RF發射器頭210，使得可在基板200之一表面上方X及Y方向上掃描該頭。該頭維持與基板相距小於5mm(例如大約1mm)之一距離(因此該技術之實施例可將RF頭之近場電場耦合至導電層)。RF頭210係連接至驅動該頭之一RF電源220。在一實施例中，RF源220能夠提供具有近似20MHz之一頻展在近似2.1GHz下高達100瓦特之一RF電力。在實施例中，設施類似於用於快速電燒結(RES)之設施；可自(例如)芬蘭埃斯波之芬蘭VTT技術研究中心獲得合適設施。在操作中，該支架可經組態以依1mm/s與25mm/s之間之一速度在基板200上方掃掠該頭。
圖3展示在圖2中示意地繪示之設備及方法在操作中之一照片。
最初，為了調查該技術，使用旋塗將間層旋塗至玻璃基板上，且採用電退火程序以交聯間層。在一間層之交聯之一些例示性測試中，針對100瓦特之一電力，當掃掠速度大於5mm/s時未獲得交聯但當以1mm/s掃描時在40nm厚之一層中達成成功交聯。以2mm/s之一速度在具有20nm及100nm之厚度之層中達成退火；以此速度，樣本在頭下方之總體時間小於30秒。相比之下，在一烤盤上在200℃下需要60分鐘。可視需要藉由增大RF電力進一步增大處理速度。
熟習者將瞭解，鑑於OLED結構、RF電力及頭掃描速度/距離， 判定最佳條件係取決於例行實驗之問題。
亦證實僅在ITO上方之選擇性交聯。在頭之一例示性實施例中，經由頭耦合電極(可製造在一印刷電路板上)以達成RF至ITO之感應耦合。運用此一配置，可藉由使用小燒結頭耦合電極及(視情況)一經減小之工作距離達成潛在高解析度交聯圖案化。
如上文提及，該技術之潛在實施例促進局部加熱區域之溫度之非常快速的上升及下降，且因此與通常將預期者相比，藉由超越對該材料而言一損壞臨限值是實質上連續施加之高溫的情況，而可能更快地執行退火。
接著參考圖4，此展示可應用該方法之實施例之一OLED結構之一進一步實例。圖4之結構係針對一白色OLED且包括綠色發光聚合物層20a、紅色發光聚合物層20b及藍色發光聚合物層20c(紅色層亦用作三重擴散防止層)。一變體白色OLED結構僅具有兩個發光層且包含一或多個磷光體。在任一情況中，可期望在旋塗下一發光層之前交聯一下發光層(例如綠色層20a)使得此後續層不溶解前置層。
在製造圖4中繪示之類型之一白色OLED裝置之一例示性方法中，最初，提供承載通常為大約40nm厚之(視情況經圖案化)ITO電極層14之一基板12。在此ITO電極層14上方沈積PEDOT之一電洞注入層16(例如厚度為大約30nm，但是潛在高達大約150nm)。接著，乾燥此層。PEDOT具有阻礙一能量障壁之形成至電洞之注入且亦可幫助平坦化ITO(其係結晶且可係粗糙)之一功函數。在一有機光伏打裝置中通常存在一類似層以促進電洞之提取。商業電洞注入材料尤其可自Plextronics公司購得。
接著，在電洞注入層上方沈積通常具有在20nm至60nm範圍內之一厚度之一間層18且藉由如上所述之一程序快速交聯該間層18。一例示性材料(可由該材料製造該間層)係聚茀-三芳基胺(或類似者)之一 共聚物。較佳間層包括例如作為隨機共聚物或作為AB共聚物與一或多個胺重複單元組合之一或多個茀重複單元。其中茀單元：胺單元為30%至60%：70%至40%(例如30%至60%二辛基茀及70%至40%胺)之共聚物係較佳的。一般而言，共聚物亦具有其他重複單元，尤其係交聯單元。胺重複單元之實例包含TFB及PFB；一交聯單元之一實例係苯並環丁烯(BCB)(但是熟習者將瞭解亦可採用許多其他類型之交聯單元)。因此，間層之實施例包括F8聚茀(即9,9二辛基茀重複單元)及TFB或PFB之隨機或AB共聚物，例如如下(其分別展示F8、PFB及TFB)：
因此，舉例而言，間層可包括(而不限於)聚(9,9-二辛基茀-共-N-(4-丁基苯基)二苯胺)及/或聚(9,9'-二辛基茀-共-雙-N,N'-(4，丁基苯基)-雙-N,N'-苯基-1,4-苯二胺)。此等及其他合適材料之進一步實例由Bradley等人在Adv.Mater.，第11卷，第241-246頁(1999)中及在Li及Meng(如上)之第2章中加以描述。
在此步驟之後，沈積發光聚合物之一第一層20a且在諸如圖4之實例之其中存在多個LEP層之一實例中，再次藉由前述程序交聯此初始層。若存在待沈積於頂部上之一額外LEP層，則亦交聯各個連續LEP層20b、20c。在製造所要數目個LEP層之後，沈積陰極層22，在實施例中，該陰極層22包括後接一後續鋁層之氟化鈉之一第一層。雖然在圖4中未展示，但該結構視情況在陰極層沈積之前亦可包括一電子傳送層。
熟習者將瞭解，存在一有機電子裝置製造程序之許多變體，在該等變體之背景內容中可採用吾人已描述之技術。舉例而言，可省略ITO層且代替性地將電洞注入層16用作為陽極層。此在諸如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)或聚碳酸之可撓性基板上係潛在有利的；在此情況中，採用包含諸如二甲基亞碸或乙二醇(具有或不具有PSS)之一導電性增強劑之PEDOT可係有益的，合適材料可自德國Heraeus GmbH在CleviosTM名下購得。此外或替代地，電洞注入層16之導電性可由一下伏金屬柵格(藉由使用精細柵格線及/或薄金屬，其視情況可為透明)支撐。可(例如)在邊緣上具有一大涵蓋區域及連接件之一OLED照明塊(lighting tile)中採用此一途徑。
接著參考圖5，此展示使用一捲軸式程序製造一有機電子裝置之一例示性方法及設備500。在此實例中，藉由滾筒520在跨網之一寬度延伸之一RF頭530下方輸送一可撓性基板或(例如)PET膜之腹板510。如先前般藉由一RF電源540驅動該RF頭。除多種金屬氧化物及/或PEDOT外，一導電層(如在先前實例中)亦可由諸如金、銀、銅之一貴金屬之一薄層製造。可使用包括(但不限於)旋塗、噴墨印刷、絲網印刷、狹縫式塗佈、凹版印刷及柔版印刷之一系列技術沈積有機層或若干有機層。頭530可包括一單一大型頭或多個較小頭或跨腹板往返掃描之一或多個頭。可藉由例行實驗取決於製造條件、頭與腹板之距離、導電層之導電性、交聯溫度及類似物調整RF電力。
圖5之捲軸式程序之若干優勢之一者係此一技術可達成之相對較大區域、高生產速度且因此技術之實施例潛在尤其有益於此一程序。
吾人已描述之技術具有許多優勢，包括(但不限於)：低成本(高產量、低資本成本及低能量使用)；與捲軸式程序之相容性；圖案化有機層之能力(在實施例中，如僅退火在導電層上方之區域)；及與具有較低處理溫度之塑膠基板之相容性(因為僅局部供應熱)。
熟習者將瞭解，上述技術之許多變動係可能的。舉例而言，可採用RF(射頻)頭之一較低頻率及/或不同組態，例如以在小於200MHz或小於20MHZ之一頻率下操作。同樣地，雖然吾人已描述退火間層及LEP層，但應瞭解，可採用一類似程序以退火(例如)在一OLED或任何其他塑膠電子裝置中之電洞注入層或其他有機層：熟習者將認知，可在併入至少一導電層之實際上任何類型之有機電子裝置之製造中採用吾人描述之技術。
如先前所述，亦可採用技術之實施例以藉由使用一或多個導電層圖案化一或多個有機層以選擇性地加熱及交聯有機層。
熟習者無疑將想到許多其他有效替代物。應瞭解，本發明不限於經描述之實施例且涵蓋熟習此項技術者顯而易見之在隨附申請專利範圍之精神及範疇內之修改。
200‧‧‧基板
210‧‧‧射頻(RF)發射器頭
220‧‧‧射頻(RF)電源

Claims (20)

  1. 一種製造一有機電子裝置之方法，該方法包括：提供一中間階段基板，該基板承載該有機電子裝置之複數個材料層，該等層包含與該有機電子裝置之至少一有機層熱接觸之至少一導電層；藉由感應加熱該導電材料以加熱該至少一有機層來處理該中間階段基板以產生一經處理之基板；及使用該經處理之基板以提供該有機電子裝置。
  2. 如請求項1之方法，其中該處理包括退火該有機層。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該有機層包括一聚合物層，且其中該處理包括交聯該聚合物層。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該有機層之該感應加熱包括加熱至高於在持續施加之情況下將損壞該有機層之溫度之一溫度，該方法進一步包括控制該有機層之一加熱/冷卻足夠快速以使該有機層實質上未損壞。
  5. 如請求項1或2之方法，其包括在小於60秒內感應加熱該有機層之一區域至大於100℃之一溫度，且接著容許該有機層之該區域冷卻至小於50℃。
  6. 如請求項1或2之方法，其中該感應加熱包括用一RF頭加熱，及相對於該基板及該RF頭之一者移動或掃描另一者。
  7. 如請求項6之方法，其包括以大於1GHz之一頻率來操作該RF頭。
  8. 如請求項1之方法，其中該導電層包括一透明導電氧化物層。
  9. 如請求項1或2之方法，其中該導電層由一有機半導體層組成。
  10. 如請求項1或2之方法，進一步包括圖案化該導電層，且其中該 處理包括藉由該感應加熱來對應地圖案化該有機層。
  11. 如請求項1或2之方法，其中該基板係一塑膠基板。
  12. 如請求項11之方法，其中該製造方法包括處理該中間階段基板之一捲軸式方法。
  13. 如請求項1或2之方法，進一步包括在該至少一有機層之該感應加熱之後將一第二該有機層沈積於該基板上，及在該導電材料之感應加熱之一第二階段中處理該第二有機層。
  14. 如請求項1或2之方法，其中該有機電子裝置係一OLED。
  15. 如請求項14之方法，其中該中間階段基板之該提供包含於該基板上方沈積一電洞注入層，及於該電洞注入層上方沈積聚合物有機材料之一中間層，且其中使用該感應加熱以交聯聚合物有機材料之該中間層。
  16. 如請求項15之方法，進一步包括：於該經處理之基板上方沈積一第一發光聚合物LED層；感應加熱該導電材料以交聯該第一LEP層；於該經交聯之第一LEP層上方沈積至少一進一步LEP層，及於該至少一進一步LEP層上方沈積一進一步導電層。
  17. 如請求項1或2之方法，其中該有機電子裝置係一有機光伏打裝置。
  18. 如請求項1或2之方法，其中該有機電子裝置係一有機薄膜電晶體。
  19. 一種處理一OLED工件以製造一OLED之方法，該OLED工件包括承載一電極層及該電極層上方之至少一有機材料層之一基板，該方法包括藉由將一交流感應耦合至該電極層中來加熱該電極層。
  20. 如請求項19之方法，其中該有機材料層包括一聚合物有機材料 層，該方法進一步包括在該OLED工件之一表面上方掃描一RF發射頭以交聯該聚合物有機材料層。
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