TWI606132B - 有機發光元件之有機層的製作方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於有機元件製作之技術領域，尤指一種有機元件之製作方法。
有機電激發光顯示器(Organic Electro-luminescence Display,Organic EL Display)又稱為有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)是在1987年由柯達(Kodak)公司的C.W.Tang與S.A.VanSlyk等人，率先使用真空蒸鍍方式製成，分別將電洞傳輸材料及電子傳輸材料，鍍覆於透明之氧化銦錫(indium tin oxide，簡稱ITO)玻璃上，其後再蒸鍍一金屬電極形成具有自發光性之有機發光二極體裝置，由於擁有高亮度、螢幕反應速度快、輕薄短小、全彩、無視角差、不需液晶顯示器式背光板以節省燈源及耗電量，因而成為極具潛力的新一代顯示器。
請參閱圖1，係習知之有機發光二極體裝置之剖面圖；如圖1所示，習知之有機發光二極體裝置A的構造由下至上依序包含一基板A1、一陽極A2(Indium Tin Oxide,ITO)、一電洞傳輸層A3(Hole Transporting Layer,HTL)、一有機發光層A4(Organic Emitting Layer,EML)、一電子傳輸層A5(Electron
Transporting Layer,ETL)、一電子注入層A6(Electron Injection Layer,EIL)及一陰極A7。當施以一順向偏壓電壓時，電洞由陽極A2注入，而電子由陰極A7注入，由於外加電場所造成的電位差，使電子及電洞在薄膜中移動，進而在有機發光層A4中產生覆合(recombination)。部分由電子電洞結合所釋放的能量，將有機發光層A4的發光分子激發而成為激發態，當發光分子由激發態衰變至基態時，可將釋放出來的能量以光子的形式放出，此發光過程稱為有機電致發光。
請參閱圖2，係習知之有機發光二極體裝置之蒸鍍示意圖，如圖2所示，習知之有機發光二極體裝置之蒸鍍方式，首先係依據各種材料之蒸鍍比例而分別地將主體材料鋼瓶C、發光材料鋼瓶D以及共體材料鋼瓶E進行加熱，進而使得其鋼瓶內部分別地產生特定壓力；接著，再藉由同時地控制上述鋼瓶之閥門噴嘴(C1、D1、E1)而使得該些鋼瓶內部之主體材料、發光材料以及共體材料以所設定之蒸鍍比例而蒸鍍於一基板B上，並完成有機發光二極體裝置之單層蒸鍍流程。
此外，當上述之蒸鍍流程應用於實際產品量產中時，係藉由持續地加熱鋼瓶，並透過閥門噴嘴之控制而依次地蒸鍍於不同基板上，直至鋼瓶內部之材料用盡為止。然而，於上述方式之中，由於鋼瓶內部之材料係將不斷地流失，因此，當其加熱溫度未隨之進行調整時，其鋼瓶內部之壓力係將無法維持於其特定壓力，如此，將導致閥門噴嘴所噴出之材料蒸鍍比例有所誤差，進而降低有機發光二極體之生產良率。
呈上之敘述，藉由分別地加熱多管鋼瓶之方式更將導致加熱成本的提高，且通常於有機發光二極體製作流程結束之後，其鋼瓶內部仍然會殘留有未完全使用之材料，然而，由於鋼瓶內部之壓縮比已經嚴重地失調的緣故，
是以，於下一次有機發光二極體製作時，係需要將鋼瓶進行撤換之動作並維持特定之材料蒸鍍比例；如此方式，不僅會造成材料資源的浪費，更將大幅地提高有機發光二極體之製作成本。
經由上述，可以得知習用的有機發光二極體裝置之蒸鍍方式仍具有缺點與不足；有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種有機發光元件之有機層的製作方法。
本發明之主要目的，在於提供一種有機發光元件之有機層的製作方法，主要係藉由預混有機材料之方式，而將多種有機材料與有機溶劑進行溶解與混合，並且，在完成真空乾燥程序之後，透過蒸鍍物質容器而一次性地將混合之有機材料蒸鍍於基板之上，並將該蒸鍍物質容器退出，以依序地重複操作上述流程，進而於基板上依序地形成複數個特定之有機層；其中，藉由本發明係可取代傳統之有機發光二極體之有機層的製作方式，並達到避免資源浪費與降低製造成本之效果。
因此，為了達成本發明上述之目的，本案之發明人提出一種有機發光元件之有機層的製作方法，係包括下述步驟：(1)將至少一有機材料分別秤量配置；(2)使用至少一有機溶劑溶解該至少一有機材料，以形成至少一有機材料溶液；(3)依據調配比例，均勻地混合該至少一有機材料溶液，以形成一混合溶液；
(4)將該混合溶液置入一第一蒸鍍物質容器，進行真空乾燥程序並產生一第一固態混合物質；(5)將該第一固態混合物質，藉由氣相沉積程序而製備出一第一特定有機層；以及(6)結束該第一蒸鍍物質容器與該第一固態混合物質之氣相沉積程序。
此外，為了重複地製造出多層之結構，是以，本發明於完成步驟(6)之後更進一步地包括下述步驟：(7)是否需要繼續製作一第二特定有機層，若是，則執行步驟(8)；若否，則步驟結束；(8)將所需之至少一有機材料分別秤量配置；(9)使用至少一有機溶劑溶解該至少一有機材料，形成至少一有機材料溶液；(10)依據調配比例，均勻混合該至少一有機材料溶液，形成一第二混合溶液；(11)將該第二混合溶液置入一第二蒸鍍物質容器，進行真空乾燥程序，產生一第二固態混合物質；(12)將前述之第二固態混合物質，藉由氣相沉積程序製備出一第二特定有機層；(13)結束該第二蒸鍍物質容器與該第二固態混合物質之氣相沉積程序；以及(14)是否需要繼續製作一第N特定有機層，若是，則重複執行步驟(8)~步驟(13)；若否，則步驟結束。
A‧‧‧有機發光二極體裝置
A1‧‧‧基板
A2‧‧‧陽極
A3‧‧‧電洞傳輸層
A4‧‧‧有機發光層
A5‧‧‧電子傳輸層
A6‧‧‧電子注入層
A7‧‧‧陰極
B‧‧‧基板
C‧‧‧鋼瓶
C1‧‧‧閥門噴嘴
D‧‧‧鋼瓶
D1‧‧‧閥門噴嘴
E‧‧‧鋼瓶
E1‧‧‧閥門噴嘴
F‧‧‧蒸鍍機台
F1‧‧‧機台主體
F11‧‧‧蒸鍍空間
F2‧‧‧基板載具
F21‧‧‧基板容置口
F3‧‧‧膜厚感應器
F31‧‧‧支撐柱
F4‧‧‧擋板
F5‧‧‧真空模組
F51‧‧‧機械幫浦
F52‧‧‧擴散幫浦
F6‧‧‧加熱蒸鍍盤
F61‧‧‧間隔板
F62‧‧‧容器固定件
F63‧‧‧第一電極連接件
F64‧‧‧第二電極連接件
Z‧‧‧區域
11、11’‧‧‧有機材料
12、12’‧‧‧有機材料
13、13’‧‧‧有機材料
2‧‧‧電子秤
3‧‧‧有機溶劑
4‧‧‧第一蒸鍍物質容器
4’‧‧‧第二蒸鍍物質容器
5‧‧‧第一特定有機層
6‧‧‧混合溶液
6’‧‧‧第二混合溶液
7‧‧‧第一固態混合物質
7’‧‧‧第二固態混合物質
8‧‧‧第二特定有機層
S01~S14‧‧‧方法步驟
圖1係習知之有機發光二極體裝置之剖面圖；圖2係習知之有機發光二極體裝置之蒸鍍示意圖；圖3係本發明之一種有機元件之製作方法的第一流程圖；圖4a至圖4e係有機元件之製作方法的第一流程示意圖；圖5係有機元件之製作方法的第二流程圖；圖6a至圖6c係有機元件之製作方法的第二流程示意圖；圖7a至圖7b係本發明之蒸鍍機台作動示意圖；以及圖8係圖7b之Z區域放大圖。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種有機發光元件之有機層的製作方法，以下將配合圖式而詳盡地說明本發明之有機元件之製作方法。
請參閱圖3與圖4a至圖4e，係本發明之一種有機發光元件之有機層的製作方法的第一流程圖與第一流程示意圖。如圖所示，本發明之一種有機元件之製作方法主要係包括下述步驟：首先，係執行步驟(S01)以將有機材料(11、12、13)分別地透過電子秤2而進行秤量配置；緊接著係執行步驟(S02)與步驟(S03)，係使用一有機溶劑3而溶解該些有機材料(11、12、13)，並分別地形成有機材料溶液，並且，再依據所需調配之比例而均勻地混合上述有機材料溶液，進而形成一混合溶液6。
完成上述步驟之後，係接著執行步驟(S04)以將該混合溶液6置入一第一蒸鍍物質容器4之中，並進行真空乾燥程序進而產生一第一固態混合物質7；並且，係執行步驟(S05)與步驟(S06)，將該第一固態混合物質7，藉由氣相沉
積程序而於基板B上製備出一第一特定有機層5，且結束該第一蒸鍍物質容器4與該第一固態混合物質7之氣相沉積程序。
必須特別說明的是，於本發明之中，該第一蒸鍍物質容器4與氣相沉積過程係具有一次性之特性，即於單次氣相沉積流程進行結束之後，該第一蒸鍍物質容器4內之第一固態混合物質7亦幾乎用盡，並於完成第一特定有機層5之製作流程後，接著進行如下所述之第二特定有基層之製作流程：請參閱圖5與圖6a至圖6c，係有機元件之製作方法的第二流程圖與第二流程示意圖；如圖所示，於完成步驟步驟(S06)之後，本發明係緊接著執行步驟(S07)以判斷是否需要繼續製作一第二特定有機層8，若是，則執行步驟(S08)；若否，則結束整個製作流程。於步驟(S08)之中，係將所需之複數個有機材料(11’、12’、13’)分別地秤量配置，並執行步驟(S09)與步驟(S10)，使用一有機溶劑溶解於步驟(S08)所述之該些有機材料(11’、12’、13’)，並分別形成有機材料溶液，接著，再依據調配比例，均勻混合步驟(S09)之有機材料溶液，並形成一第二混合溶液6’。
完成上述步驟之後，係接著執行步驟(S11)以將該第二混合溶液6’置入一第二蒸鍍物質容器4’之中，並進行真空乾燥程序進而產生一第二固態混合物質7’；並且，執行步驟(S12)與步驟(S13)，將該第二固態混合物質7’藉由氣相沉積程序而於上述第一特定有基層5上製備出一第二特定有機層8，結束該第二蒸鍍物質容器4’與該第二固態混合物質7’之氣相沉積程序。
於本發明之中，於完成上述步驟(S13)之後係接著執行步驟(S14)以判斷是否需要繼續製作一第N特定有機層，若是，則重複執行步驟(S08)~步驟(S13)；若否，則步驟結束。如此方式，透過本發明之製作流程係可依序地完成有機發光二極體之多層結構，進而完成有機發光二極體之製作。
其中，值得進一步述明的是，於步驟(S05)之中係進行一次性蒸鍍，即第一蒸鍍物質容器內之第一固態混合物質僅進行一次蒸鍍之後即執行步驟(S06)；並且，步驟(S12)之中亦進行一次性蒸鍍，即第二蒸鍍物質容器內之第二固態混合物質僅進行一次蒸鍍之後即執行步驟(S13)；此外，於步驟(S05)與步驟(S12)之中係透過蒸鍍法或真空濺鍍法而完成氣相沉積程序。
除此之外，於本實施例所述之有機溶劑係可以為下列群組之任一者：甲苯(Toluene)溶劑、丙酮(Acetone)溶劑以及四氫呋喃(Tetrahydrofuran,THF)溶劑。而有機材料係可以為一螢光發光材料、一磷光發光材料或是上述兩種發光材料之混合材料；進一步地，有機材料更可以為一主體材料，且該主體材料係選自下列群組之任一者：Alq3材料、DPVBi材料、BANE材料、Rubrene材料、CBP材料以及上述材料之混合材料；此外，有機材料更可以為下列群組之任一者：電子傳輸層材料、電子注入層材料、電洞傳輸層材料、電洞注入層材料、電洞阻擋層材料以及功能性輔助材料。
當中，本發明係主要藉由可控制蒸鍍順序之一蒸鍍機台F以執行所述之步驟(S04)至步驟(S06)以及步驟(S11)至步驟(S13)，其中，該第一蒸鍍物質容器4與該第二蒸鍍物質容器4’係透過該蒸鍍機台F而先後地進行蒸鍍。此外，該基板B係設置於該蒸鍍機台F上，並藉由上述之方式而依序地將複數個特定有機層依序地蒸鍍於該基板B上，並且，該基板係可由硬質材質或可撓性材質所構成。
更詳細地，請參閱圖7a至圖7b，係蒸鍍機台作動示意圖，如圖所示，該蒸鍍機台F主要係包括有：一機台主體F1、一加熱蒸鍍盤F6、一真空模組F5以及一基板載具F2；其中，該機台主體F1係具有一蒸鍍空間F11，且該加熱蒸鍍盤F6，係設置於該蒸鍍空間F11底部並設置有複數個加熱電極，並且，該真空模組F5係連接於該機台主體F1並用以使得該蒸鍍空間F11呈現真空狀態。
此外，該基板載具F2係相對於該加熱蒸鍍盤F6而設置於該蒸鍍空間F11頂部，且該基板B係設置於該基板載具F2上並相對應於其中一加熱電極，其中，於執行上述步驟(S05)時，該第一蒸鍍物質容器4係設置於所述其中一加熱電極，進而透過導通加熱電極的方式，可使得第一蒸鍍物質容器4內之第一固態混合物質熱蒸鍍於基板載具F2的基板B上並形成該第一特定有機層。
承上述，當進行所述蒸鍍過程時，該基板載具F2將同時進行轉動而使得第一固態混合物質均勻地蒸鍍於該基板B上。並且，步驟(S06)之中則是透過關閉該第一蒸鍍物質容器4的加熱電極，進而結束該第一固態混合物質之氣相沉積程序。
另一方面，於執行步驟(S12)時，該第二蒸鍍物質容器4’係設置於另一加熱電極，且藉由透過導通所述加熱電極的方式，可使得第二蒸鍍物質容器4’內之第二固態混合物質熱蒸鍍於基板載具F2的基板B上並同時轉動該基板載具F2而使得第二特定有機層均勻地形成於基板B上。並且，於步驟(S13)之中係透過關閉該第二蒸鍍物質容器4’的加熱電極，進而結束該第二固態混合物質之氣相沉積程序。
如圖7a與圖7b所示，該真空模組F5係由一機械幫浦F51與一擴散幫浦F52所構成，且該基板載具F2係為一轉盤元件並形成有複數個基板容置口F21以容置基板B，並且，每一個基板容置口F21之底部係設置有一阻隔版(未圖示)，且該阻隔版係可阻隔於該基板B與該加熱蒸鍍盤F6之間。其中，藉由該機械幫浦F51與該擴散幫浦F52係可使得該蒸鍍空間F11呈現真空狀態，此外，透過該些基板容置口F21之設置使得基板載具F2得以同時乘載複數個基板B以輪流進行蒸鍍作業，並且，透過阻隔版之設置，使用者可指定任一基板B進行或不進行蒸鍍流程。
另一方面，該蒸鍍機台F更包括有一擋板F4，且該擋板F4係設置於該蒸鍍空間F11內，其中，該擋板F4可阻擋於該加熱蒸鍍盤F6與該基板載具F2之間；並且，該蒸鍍機台F更包括有至少一膜厚感應器F3，且該膜厚感應器F3係設置於該蒸鍍空間F11內並藉由一支撐柱F31而設置於一特定高度。
如此設計，使用者可透過膜厚感應器F3而即時地掌握形成於基板B上的特定有機層厚度，進而藉由擋板F4使其阻擋於加熱蒸鍍盤F6與該基板載具F2之間以控制特定有機層厚度。
請繼續參閱圖7a與圖7b，並請同時參閱圖8，係圖7b之Z區域放大圖，如圖8所示，每一個加熱電極係包括有：一第一電極連接件F63、一第二電極連接件F64以及一容器固定件F62，並且，蒸鍍物質容器係設置於該容器固定件F62上，且該容器固定件F62之兩端係分別連接於該第一電極連接件F63與該第二電極連接件F64；此外，該些加熱電極係環設於該加熱蒸鍍盤F6上，且相鄰加熱電極之間係設置有一擋板F61，其中，透過間隔板板F61之設計係可避免不同承載容器之固態混合物質於高溫蒸鍍過程中互相影響的狀況。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之一種有機元件之製作方法；並且，吾人可以得知本發明係具有下述優點：
1.藉由本發明之方式係可以取代習用之有機發光二極體製作方式，進而避免需要藉由分別加熱多管鋼瓶之方式而同時地將不同材料蒸鍍於同一基板上，以形成有機發光二極體之單層結構所產生之資源浪費等缺點。
2.藉由蒸鍍機台與一次性蒸鍍的特性，使得本發明得以取代習用之技術，進一步地避免由於多次蒸鍍，而使得加熱之鋼瓶內部壓力難以維持於一特定壓力之缺點，進而提高有機發光二極體之生產良率。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
S01~S07‧‧‧方法步驟
Claims (12)
- 一種有機發光元件之有機層的製作方法，係利用一台可控制蒸鍍順序的蒸鍍機台予以完成，且所述蒸鍍機台係包括：一機台主體，係具有一蒸鍍空間；一加熱蒸鍍盤，係設置於該蒸鍍空間的底部，且該加熱蒸鍍盤之上係設置有複數個加熱電極；其中，該加熱電極具有一容器固定件；複數個間隔板，每一個間隔板係設置於兩個相鄰的加熱電極之間；一真空模組，係連接於該機台主體，用以使得該蒸鍍空間呈現真空狀態；一基板載具，係相對於該加熱蒸鍍盤而設置於該蒸鍍空間的頂部，用以乘載至少一基板，並使該基板相對於該加熱電極；一膜厚感應器，係設置於該蒸鍍空間；一擋板，係設置於該蒸鍍空間內；其中，該有機發光元件之有機層的製作方法係至少包括以下步驟：(1)將複數種有機材料分別秤量配置；(2)使用至少一種有機溶劑溶解該複數種有機材料，以形成複數個有機材料溶液；(3)依據調配比例，均勻地混合該複數個有機材料溶液，以獲得一混合溶液；(4)將該混合溶液置入一第一蒸鍍物質容器，進行真空乾燥程序並產生一第一固態混合物質；接著，將該第一蒸鍍物質容器放置於該複數個加熱電極之一第一加熱電極的容器固定件之上；(5)升起該複數個間隔板之一第一間隔板，並啟用該第一加熱電極以加熱所述第一蒸鍍物質容器，進而利用氣相沉積的方式將該第一固態混合物質沉積至該基板之表面，並形成一第一有機層； (6)利用該膜厚感應器監測該第一有機層之膜厚；(7)於該第一有機層之膜厚達到預定的厚度之後，啟用該擋板遮蔽該基板，避免所述第一固態混合物質繼續地沉積至該基板之表面；(8)關閉該第一加熱電極，完成所述有機發光元件之一次性薄膜蒸鍍程序。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，係更包括下述步驟：(9)是否需要繼續製作一第二有機層，若是，則執行步驟(10)；若否，則步驟結束；(10)重複前述步驟(1)至步驟(3)；(11)將該混合溶液置入一第二蒸鍍物質容器，進行真空乾燥程序並產生一第二固態混合物質；接著，將該第二蒸鍍物質容器放置於該複數個加熱電極之一第二加熱電極的容器固定件之上；(12)升起該複數個間隔板之一第二間隔板，並啟用該第二加熱電極以加熱所述第二蒸鍍物質容器，進而利用氣相沉積的方式將該第二固態混合物質沉積至該基板之表面，並於該第一有機層之上形成一第二有機層；(13)利用該膜厚感應器監測該第二有機層之膜厚；(14)於該第二有機層之膜厚達到預定的厚度之後，啟用該擋板遮蔽該基板，避免所述第二固態混合物質繼續地沉積至該基板之表面；(15)關閉該第二加熱電極，完成所述有機發光元件之一次性薄膜蒸鍍程序。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，係更包括下述步驟： (16)判斷是否需要繼續製作一第N有機層，若是，則重複執行該步驟(9)至該步驟(15)；若否，則步驟結束。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該有機溶劑係選自下列群組之任一者：甲苯(Toluene)溶劑、丙酮(Acetone)溶劑以及四氫呋喃(Tetrahydrofuran,THF)溶劑。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該有機材料係為一發光材料，且該發光材料係選自下列群組之任一者：螢光發光材料、磷光發光材料以及包含上述兩材料之混合材料。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該有機材料係為一主體材料，且該主體材料係選自下列群組之任一者：Alq3材料、DPVBi材料、BANE材料、Rubrene材料、CBP材料以及上述材料之混合材料。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該有機材料係選自下列群組之任一者：電子傳輸層材料、電子注入層材料、電洞傳輸層材料、電洞注入層材料、電洞阻擋層材料以及功能性輔助材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該基板為一硬質基板或一可撓性基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，每一個加熱電極係更包括有：一第一電極連接件與一第二電極連接件，且該容器固定件之兩端係分別連接於該第一電極連接件與該第二電極連接件。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該些加熱電極係環設於該加熱蒸鍍盤上。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該真空模組係由一機械幫浦與一擴散幫浦所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機發光元件之有機層的製作方法，其中，該基板載具係為一轉盤元件並形成有至少一基板容置口以容置該基板。
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