TW201427137A - 形成具經控制蒸氣流之光電裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種包含藉由遠離基板表面延伸之蒸氣流障壁而分離之複數個OED單元之有機光電裝置(OED)。該蒸氣流障壁部分地界定OED單元區域且幫助防止在沈積期間遠離該基板表面偏離之雜散有機材料沈積在該單元區域外部。可使用有機蒸氣噴射(OVJ)印刷頭來沿著該蒸氣流障壁沈積有機材料，且該印刷頭可包含經配置以捕獲該雜散有機材料中之某些材料之一或多個形體。一種包含使用蒸氣流障壁及/或捕獲雜散有機材料之方法可促進具有清晰界定之邊緣且毗鄰單元當中無交叉污染之諸如OLED等OED單元之高密度印刷。
Description
本申請案主張2012年11月20日提出申請之第61/728,358號美國臨時申請案之權益，該申請案之全部內容據此以引用方式併入本文中。
本發明係關於光電裝置，且特定而言係關於使用蒸氣印刷構造之光電裝置。
已研發出在用於構造有機光電裝置(諸如有機發光二極體(OLED)、有機光電晶體、有機光伏打(PV)電池或有機光偵測器)之基板上沈積及/或圖案化有機材料之各種技術。此等技術包含真空熱蒸發、溶液處理及有機汽相沈積，以及印刷技術，諸如噴墨印刷、噴嘴印刷、熱蒸氣噴射印刷及有機蒸氣噴射印刷(OVJP)。在某些應用中，可期望沈積一種以上有機材料類型或組合物，以使得所沈積材料之毗鄰部分具有不同組合物。
根據一項實施例，一種有機光電裝置(OED)包含具有OED單元支撐表面之基板及沿著該支撐表面位於OED單元區域處之OED單元。該OED單元包含配置於第一電極與第二電極之間的小分子有機材料層。該OED亦包含與該OED單元並排遠離該支撐表面延伸之蒸氣流障壁。該障壁經配置以在該OED單元區域內含有小分子有機材料。
根據另一實施例，一種製作有機OED之方法包含以下步驟：(a)提供具有支撐表面及遠離該支撐表面延伸之蒸氣流障壁之基板；及(b)沿著該蒸氣流障壁之一側朝向該支撐表面引導汽化有機電致發光材料，以使得防止該汽化材料中之至少某些材料流動至該蒸氣流障壁之相對側。
根據另一實施例，一種製作有機OED之方法包含以下步驟：朝向基板之OED單元支撐表面之預界定單元區域引導汽化有機電致發光材料，以使得該有機材料中之至少某些材料遠離該表面偏離；及(b)捕獲該經偏離有機材料中之至少某些材料以使得其不在該預界定單元區域外部沈積在該基板上。
10‧‧‧有機光電裝置/裝置/成品裝置
12‧‧‧基板/現有基板
14‧‧‧有機光電裝置支撐表面/支撐表面/基板支撐表面/基板表面/表面
16‧‧‧有機光電裝置單元/單元/有機發光二極體/個別單元
18‧‧‧有機材料層/有機層
20‧‧‧第一電極/底部電極/底部電極層
22‧‧‧單個像素/額外像素
24‧‧‧蒸氣流障壁/障壁/給定障壁
24'‧‧‧蒸氣流障壁
24"‧‧‧蒸氣流障壁/障壁
26‧‧‧單元區域/有機光電裝置單元區域/預界定區域
30‧‧‧底切形體
100‧‧‧有機蒸氣噴射印刷頭/印刷頭
102‧‧‧射流/氣體射流
104‧‧‧面部
106‧‧‧噴嘴/單個噴嘴
108‧‧‧喉部
200‧‧‧線/無蒸氣流障壁之沈積曲線
210‧‧‧線/具有蒸氣流障壁之沈積曲線
220‧‧‧線/具有蒸氣流障壁及凹部形體之沈積曲線
D‧‧‧距離
h‧‧‧高度
w‧‧‧寬度
d‧‧‧距離/間隔距離
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
z‧‧‧方向
下文中將連同附圖一起闡述較佳例示性實施例，其中相似名稱表示相似元件，且其中：圖1係具有配置於毗鄰OED單元之間的蒸氣流障壁之光電裝置(OED)之實施例之透視圖；圖2係蒸氣印刷程序之剖面圖，其展示具有朝向具有蒸氣流障壁之基板引導有機含蒸氣氣體之噴嘴之OVJ印刷頭之部分；圖3係具有矩形輪廓之蒸氣流障壁之剖面圖；圖4係具有彎曲輪廓之蒸氣流障壁之剖面圖；圖5係包含底切部之蒸氣流障壁之剖視圖；且圖6係具有及不具有蒸氣流障壁以及印刷頭凹部形體之OVJ沈積膜之模擬厚度輪廓之曲線圖。
可藉由以相對高區域密度蒸氣印刷毗鄰OED單元之有機層來構造有機光電裝置(OED)。藉由在含有機蒸氣氣體衝擊將在其上方沈積有機材料之基板之表面後控制其流動來使得能夠進行高密度印刷。此流
動控制可藉由沿著基板表面提供蒸氣流障壁以至少部分地界定每一個別單元之區域及/或藉由捕獲遠離基板表面偏離之雜散有機材料之至少部分來達成。由此可產生亦具有清晰界定之邊緣之緊密包裝之OED單元。儘管下文在於諸如高清晰度平板顯示器等OLED裝置中具有潛在商業適用性之OLED陣列情況中呈現，但下文闡述之方法及結構適用於任何蒸氣印刷程序，尤其係在期望毗鄰OED單元具有組合物彼此不同之光電層之情況下。
參考圖1，展示根據一項實施例之有機光電裝置10。該裝置包含具有OED支撐表面14之基板12及沿著支撐表面14配置之複數個OED單元16。在此特定實例中，每一OED單元16係有機發光二極體，該有機發光二極體包含夾於且位於第一或底部電極20與第二或頂部電極(圖1中省略)之間的有機材料層18。每一OLED之有機層18係由可選自已知電致發光有機材料之材料形成，該等電致發光有機材料在經由電極橫跨該層之厚度施加電壓時發光。每一單元16之電極或電極層中之至少一者可係透明的以允許光自有機層18透射。在所圖解說明之實例中，毗鄰OLED 16具有組合物彼此不同之有機層18。舉例而言，圖1中標識為B之OLED之有機層具有不同於標識為R或G之毗鄰OLED之有機層之組合物。圖1中所展示之RGB符號慣例與三色平板顯示器(紅-綠-藍)相關聯。每組三個連續RGB單元16可表示裝置10之單個像素22，且每一個別單元16表示子像素。裝置10可包含沿著x方向及/或y方向配置之額外像素22，且每一像素可包含任何數目個子像素。在一項實例中，取決於顯示器之總體大小及解析度，OLED顯示裝置之個別子像素之大小可介於自30μm至100μm之範圍內。
裝置10亦包含一或多個蒸氣流障壁24。蒸氣流障壁24中之每一者沿圖1中之z方向遠離支撐表面14延伸。每一障壁24亦在毗鄰單元16之間延伸以使每一單元之各別有機層18彼此分離。除使成品裝置10中
之毗鄰單元16之有機層18分離以外，障壁24亦可在沈積期間幫助防止個別層之不同有機材料彼此混合或交叉污染。蒸氣流障壁24可使用習用圖案化技術(諸如光微影)由惰性材料(諸如聚合物或基於Si之材料，如SiO2)來形成於基板支撐表面14上方。障壁24可在現有基板12上方形成或與該基板一起作為整體式結構形成，且其可如所展示在基板表面14之頂部上直接形成，或在底部電極層20之頂部上方形成，對於所展示毗鄰像素22，該電極層可係沿x方向之連續層。
對於每一單元16，每一障壁24沿著基板支撐表面14部分地界定單元區域26，且經配置以含有用於在OED單元區域內形成有機層18之有機材料。因此，給定障壁24可用於在沈積期間及在沈積後分離不同有機材料，及/或即使在障壁之相對側上不存在另一OED單元時亦為特定OED單元提供明晰邊緣或邊界。在蒸氣印刷情況下，蒸氣流障壁24可由此分離毗鄰印刷區域或分離印刷區域與未印刷區域。裝置10亦可包含垂直於所圖解說明之彼等障壁(例如，沿x方向縱向)配置之額外障壁以進一步界定每一單元區域26。每一蒸氣流障壁24具有特徵性高度h、寬度w及毗鄰障壁或單元16之間的距離d。此等特徵性尺寸中之每一者可在裝置之所有障壁24當中係均勻的，但此並非在所有情形中係必需的。每一障壁24之高度h可為自0.5μm至4.0μm範圍中之任一值，且較佳地在自1.0μm至3.0μm之範圍內。在一項實施例中，每一障壁24之高度在自1.5μm至2.5μm之範圍內，或裝置之障壁具有約2.0μm之平均高度。高度h可取決於特定應用且可考量其他因素，諸如OED單元之層之厚度、在材料沈積期間沈積裝置距基板表面之距離、處理條件(諸如蒸氣速度及壓力)、對用於形成障壁之圖案化技術之限制等。高度h可係足夠大以減少或防止雜散有機材料沈積在非計劃單元區域上方。一般而言，可期望使寬度w及間隔距離d最小化。較小寬度允許毗鄰單元16更靠近在一起定位，且較小距離d或子像素
之間的距離允許構造總體較高解析度裝置。此等尺寸之最小值可受用於形成障壁之方法之限制。在當前高清晰度顯示應用中，距離d之典型值係約50μm，且如下文藉由實例之方式隨後闡述，約10μm之寬度w係適合的。但此等值係非限制性的。
圖2圖解說明用於在基板表面上方沈積光活性有機材料(諸如電致發光有機材料)之蒸氣印刷程序。蒸氣印刷技術通常藉助於經加熱及惰性載體氣體將所期望有機材料以蒸氣形式遞送至基板。有機材料在典型室溫及OLED操作溫度下係固體且將其加熱至蒸氣狀態且允許或致使其與載體氣體一起流動以在基板處經引導。亦可將摻雜劑添加至有機含蒸氣氣體混合物。汽化有機材料在與較涼基板接觸後固化且因此沈積在基板上或基板上方。因此，蒸氣印刷通常與在諸如噴墨印刷等液體印刷方法中可能更常用之聚合或其他高分子量有機物不相容。此等材料通常在低於其汽化溫度之溫度下開始降解。可將用於蒸氣印刷技術中之有機材料稱作小分子有機物，其通常具有小於約1000g/莫耳之分子量。
在所圖解說明之程序中，剖面中展示有機蒸氣噴射印刷頭100，其朝向基板12之部分(諸如圖1中之部分)引導含有機蒸氣氣體之射流102，以在該部分上沈積有機材料。印刷頭100具有與基板表面14相對且間隔開距離D之面部104且包含射流102通過其並自其射出之噴嘴106。所圖解說明之噴嘴106係在印刷頭100之面部104處具有喉部108之會聚噴嘴。其他實施例可包含具有發散部分之噴嘴，以使得噴嘴之喉部距基板表面14之位置遠於面部104(即，至噴嘴之喉部之距離大於D)。儘管圖2僅展示朝向基板12引導氣體之射流102之單個噴嘴106，但印刷頭100可包含並列配置及/或配置為噴嘴陣列之複數個噴嘴，且每一個別噴嘴可朝向基板引導與其他噴嘴中之任一者相同或不同之含有機蒸氣氣體。舉例而言，為生產圖1中之裝置10，印刷頭100
可包含並列配置之3個或6個噴嘴，其中每組三個連續噴嘴經組態以朝向毗鄰且連續之OLED或OED單元區域引導三種不同之含有機蒸氣氣體組合物(對應於紅色、綠色及藍色電致發光有機材料)。
如表示印刷頭100中以及印刷頭與基板之間的氣流之箭頭所示意性地展示，在氣體射流102衝擊基板12之支撐表面14時，該射流被迫改變方向。因此，表面14處或其附近之氣流具有沿x方向及y方向(在圖2中僅展示x方向)之分量。蒸氣流障壁24在OED單元區域26之邊緣或邊界處中斷氣流場之水平分量，從而使氣體重定向以使得其具有垂直分量。該氣體可含有未充分冷卻以供在基板上之預界定區域26中沈積之有機材料，且蒸氣流障壁24藉由阻擋或防止含蒸氣氣體在毗鄰單元區域上方行進而有助於將有機材料大體保持在單元區域26上方。蒸氣流障壁24由此提供可有利地更改及/或控制來自印刷頭100之含蒸氣氣體之流動之一種方式。
所圖解說明之OVJ印刷頭100亦包含經組態以捕獲未沈積或雜散有機材料中之至少某些材料之形體110。在此實例中，形體110係與噴嘴106並排在印刷頭100之面部104中形成之凹部或凹槽。在此特定實例中，噴嘴106之成角度內表面與凹部110之表面平行。此等形體110可提供額外表面區域，雜散有機材料可沿著該額外表面區域沈積以使得其不沈積於不想要之單元區域上方。替代地或另外，形體110可包含通氣孔或呈通氣孔之形式，該等通氣孔用作未沈積有機材料及載體氣體可流動穿過之流體流動通道。舉例而言，印刷頭100或其他OVJ印刷機組件可經配備以經由真空或其他手段自印刷頭之面部104與基板12之間的間隙主動抽出任何雜散有機物。此等印刷頭形體110由此提供可有利地更改及/或控制來自印刷頭100之含蒸氣氣體之流動之另一方式。
所圖解說明之蒸氣流障壁24具有略呈錐形之剖面，其中每一障
壁之基底或基底端具有寬度w(參見圖1)且對應尖端或遠端具有小於w之寬度。然而，可採用其他蒸氣流障壁輪廓。舉例而言，蒸氣流障壁24可具有矩形剖面，如圖3中所展示。矩形剖面可最易於製造，且其簡單性可係有利的。在另一實例中，蒸氣流障壁24'可具有彎曲輪廓，其一項實例展示於圖4中。用於蒸氣流障壁之彎曲輪廓可提供雜散有機材料朝向印刷頭之捕獲或收集器形體(諸如圖2中之形體110)之充足偏離，同時提供較平滑流體流動且可能使渦流及其他高度紊亂流體區域最小化。圖5圖解說明包含具有底切形體30之輪廓之蒸氣流障壁24"之再一實例。當障壁24"之某一部分具有大於該障壁之更靠近於基板表面之另一部分之寬度時，或當障壁包含表面法線(其中分量沿垂直方向朝向基板表面)時，存在底切形體30。底切形體30可在基板表面上面提供可幫助隔絕雜散有機材料之停滯氣流區域。可藉由已知技術來製造此等及其他障壁輪廓形狀中之任一者。
因此，製作有機OED之方法之一項實施例包括朝向OED單元支撐表面引導兩個不同氣體射流，其中沿著蒸氣流障壁之一側引導一個氣體射流，且沿著蒸氣流障壁之相對側引導另一氣體射流。兩個不同氣體射流中之每一者包含在呈固體形式時係光電的(例如，電致發光的)之汽化有機材料，且兩個不同氣體射流中每一者之有機材料之組合物不同。蒸氣障壁分離兩種不同有機材料，其中一種組合物之有機材料在障壁之一側上，且另一組合物之有機材料在障壁之相對側上。可同時或依序沿著障壁向基板引導兩個氣體射流。舉例而言，OVJ印刷頭可包含能夠在障壁之相對側上同時沈積不同有機材料之並列噴嘴。印刷頭亦可包含多個噴嘴陣列，其中每一陣列經組態以沿著基板沈積不同有機材料，及/或其中每一陣列沿著印刷頭交錯，以使得在沈積一種組合物後沈積另一不同組合物。
該方法可進一步包含經由在印刷頭中形成之形體(諸如凹部、通
氣孔、流體流動通道、收集器塗層或其他形體)捕獲雜散有機材料。在舉例而言於OVJ印刷頭中提供複數個噴嘴之情況下，此等捕獲形體可位於毗鄰噴嘴之間。該方法可包含使用上文所闡述之蒸氣流障壁或捕獲形體中之一者或兩者。此等結構中之每一者用於有利地中斷、控制或以其他方式更改OVJ印刷頭與基板之間的氣流場，以減小、最小化或消除毗鄰OED單元(諸如OLED)之有機材料之交叉污染之可能性。
圖6展示以數學方式預測之三種情形之沈積曲線。線200表示無蒸氣流障壁之沈積曲線，線210表示具有蒸氣流障壁之沈積曲線，且線220表示具有蒸氣流障壁及凹部形體(諸如圖2中展示之彼等形體)之沈積曲線。在採用障壁之情況下，障壁之間的空間係40μm，且每一障壁高2μm且寬10μm。該圖表沿著y軸標繪正規化沈積膜厚度，且在x軸上標繪距噴嘴中心之距離。在印刷頭之面部處，模擬噴嘴寬度係20μm，且印刷頭之面部與基板表面之間的距離係10μm。圖6中之矩形方塊表示障壁沿著x方向之位置。
出於此比較之目的，障壁位置之間的曲線並不顯著，其中比較在障壁位置外部沈積之材料量(且假定在毗鄰像素位置上方可能具有不同有機材料組合物)。在檢查線210後應注意到，障壁投射超出其遠端10μm之陰影，在該陰影內實際上未沈積材料。經蝕刻至噴嘴膜(即，印刷頭面部)中之明顯溝槽(諸如圖2中之形體110)為藉由障壁偏離但未吸附至障壁之有機材料提供逃逸路徑。此消除了幾乎所有超出障壁之沈積，如線220所展示。
應理解，以上說明係為本發明之一或多個實施例。本發明並不限於本文中所揭示之特定實施例，而是僅由下文申請專利範圍來界定。此外，前述說明中所含之陳述係關於所揭示實施例，且不應視為限制本發明之範圍或申請專利範圍中所使用之術語定義，除非上文明
確定義術語或片語。熟習此項技術者將明瞭各種其他實施例及對所揭示實施例之各種改變及修改。
如本說明書及申請專利範圍中所使用之術語「例如(e.g.)」、「舉例而言(for example)」、「例如(for instance)」、「諸如(such as)」及「如(like)」以及動詞「包括」、「具有」、「包含」及該等動詞之其他動詞形式在連同一或多個組件或其他物項之列表一起使用時應各自視為開放性的，此意指不應認為該列表不包含其他額外組件或物項。其他術語應視為使用其最廣泛之合理含義，除非其用於需要不同解釋之上下文中。
10‧‧‧有機光電裝置/裝置/成品裝置
12‧‧‧基板/現有基板
14‧‧‧有機光電裝置支撐表面/支撐表面/基板支撐表面/基板表面/表面
16‧‧‧有機光電裝置單元/單元/有機發光二極體/個別單元
18‧‧‧有機材料層/有機層
20‧‧‧第一電極/底部電極/底部電極層
22‧‧‧單個像素/額外像素
24‧‧‧蒸氣流障壁/障壁/給定障壁
26‧‧‧單元區域/有機光電裝置單元區域/預界定區域
h‧‧‧高度
w‧‧‧寬度
d‧‧‧距離/間隔距離
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
z‧‧‧方向
Claims (20)
- 一種有機光電裝置(OED)，其包括：基板，其具有OED單元支撐表面；OED單元，其沿著該支撐表面位於OED單元區域處，該OED單元包含配置於第一電極與第二電極之間的小分子有機材料層；及蒸氣流障壁，其與該OED單元並排遠離該支撐表面延伸且經配置以在該OED單元區域內含有該小分子有機材料。
- 如請求項1之有機OED，其進一步包括：沿著該支撐表面配置之複數個OED單元，每一單元包含位於第一電極與第二電極之間的小分子有機層，其中該等單元中之至少一者之該有機層具有不同於毗鄰單元之該有機層之組合物；其中該蒸氣流障壁在具有包含不同組合物之有機層之該等毗鄰單元之間延伸。
- 如請求項2之有機OED，其中每一OED單元係有機發光二極體(OLED)，且在照射該等OLED時該等不同組合物對應於不同色彩。
- 如請求項3之有機OED，其進一步包括：複數個像素，每一像素包括兩個或兩個以上不同色彩OLED作為子像素，其中蒸氣流障壁位於毗鄰子像素之間及毗鄰像素之間。
- 如請求項1之有機OED，其中該蒸氣流障壁具有彎曲剖面。
- 如請求項1之有機OED，其中該蒸氣流障壁包含底切部。
- 一種製作有機光電裝置(OED)之方法，其包括以下步驟： (a)提供具有支撐表面及遠離該支撐表面延伸之蒸氣流障壁之基板；及(b)沿著該蒸氣流障壁之一側朝向該支撐表面引導汽化有機電致發光材料，以使得防止該汽化材料中之至少某些材料流動至該蒸氣流障壁之相對側。
- 如請求項7之方法，其進一步包括以下步驟：沿著該蒸氣流障壁之該相對側朝向該支撐表面引導不同汽化有機電致發光材料，其中該蒸氣流障壁實質上分離藉此沈積於該支撐表面上方之該等不同材料。
- 如請求項7之方法，其中自有機蒸氣噴射(OVJ)印刷頭之噴嘴朝向該支撐表面引導該汽化材料。
- 如請求項7之方法，其進一步包括以下步驟：經由在該OVJ印刷頭中形成之形體捕獲雜散有機材料。
- 如請求項10之方法，其中該形體包含毗鄰該噴嘴在該OVJ印刷頭中形成之凹部。
- 如請求項10之方法，其中該形體包含毗鄰該噴嘴在該OVJ印刷頭中形成之通氣孔。
- 如請求項10之方法，其中該噴嘴包括具有位於該印刷頭之面部處之喉部之會聚部分。
- 如請求項10之方法，其中該噴嘴包括發散部分及位於遠離該印刷頭之面部處之喉部。
- 一種製作有機光電裝置(OED)之方法，其包括以下步驟：(a)朝向基板之OED單元支撐表面之預界定單元區域引導汽化有機電致發光材料，以使得該有機材料中之至少某些材料遠離該表面偏離；及(b)捕獲該經偏離有機材料中之至少某些材料以使得其不在 該預界定單元區域外部沈積在該基板上。
- 如請求項15之方法，其中使用有機蒸氣噴射印刷頭來執行步驟(a)。
- 如請求項16之方法，其中藉由遠離該支撐表面並朝向該印刷頭延伸之蒸氣流障壁使該有機材料中之至少某些材料朝向該印刷頭偏離。
- 如請求項17之方法，其中該蒸氣流障壁之一側部分地界定該預界定單元區域，且該蒸氣流障壁之相對側部分地界定另一毗鄰單元區域。
- 如請求項18之方法，其進一步包括以下步驟：朝向該毗鄰單元區域引導不同汽化有機電致發光材料。
- 如請求項19之方法，其中該等不同有機材料在作為有機發光二極體之發射層被照射時為不同色彩。
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