TWI651427B

TWI651427B - 應用於有機發光二極體的透明導電氧化薄膜製程方法及裝置

Info

Publication number: TWI651427B
Application number: TW106135487A
Authority: TW
Inventors: 蔡篤承; 薛富盛
Original assignee: 國立中興大學
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-02-21
Also published as: TW201917228A

Abstract

本發明係提供一種應用於有機發光二極體之透明導電氧化薄膜的濺鍍方法及濺鍍裝置，主要是在濺鍍裝置內的濺鍍源與基板之間設有一金屬濾網，且金屬濾網與基板之間係具有一間隔距離。如此一來，透過在濺鍍裝置中裝設金屬濾網之方式，便能夠在無須另外購機或大幅改動機體設備，亦在不犧牲OLED發光效率的情況下，在濺鍍透明導電氧化薄膜時，減少下方有機發光材料所受到之電漿傷害。

Description

應用於有機發光二極體的透明導電氧化薄膜製程方法及裝置

本發明係屬於濺鍍透明導電氧化薄膜的領域，特別是關於一種應用於有機發光二極體，且能在不犧牲發光效率之情況下，於濺鍍時降低對有機發光二極體之電漿傷害的透明導電氧化薄膜的濺鍍方法及裝置。

按，隨著光電產品的飛躍發展，透明導電氧化物(TCO)薄膜越來越受到人們的重視與關注，在許多領域具有廣闊的應用前景，如平面顯示器、太陽能電池、光電晶體、接觸感應面板、發光元件、氣體感測器、建築物上的熱絕緣層及熱反射鏡等。現有ITO製備技術包括熱蒸發、電子束蒸發、真空濺鍍、化學氣相沉積、噴塗等方法，其中電子束蒸鍍備的透明導電膜具有最好的光電性質，然而其設備較為昂貴而且有大面積不均勻的問題存在，而濺鍍法是目前最為廣泛製備大面積TCO的技術。

然而，若要應用在有機發光二極體(OLED)卻有限制存在，其主要原因有二：(1)若想要獲得低電阻率之TCO必須對基板加熱，如ITO(In₂O₃+10wt.%SnO₂)需要加熱基板溫度至200℃以上，AZO(ZnO+2wt.%Al₂O₃)則需要加熱基板溫度至400℃以上，這種較高的基板溫度會使OLED之有機層因受熱而受損或產生化學變化。(2)利用濺鍍方式沉積透明陰極時會對在陰極下方有機發光材料造成電漿傷害，如此會造成OLED壽命降低、黑點增加以及漏電流上升等問題。

前者目前可採用新材料ITZO(In₂O₃+SnO₂+ZnO)來解決基板溫度過高的問題。後者之解決方法有二，一是降低濺鍍TCO陰極時的功率，這樣雖然能減少濺鍍過程中所產生的電漿傷害，但是TCO的光電性質卻會因此惡化。另一方法是在TCO陰極與發光層中間先行蒸鍍一層薄金屬緩衝層來保護有機層免於直接受到濺鍍過程中所產生的電漿傷害，不過由於薄金屬極容易與外在環境中的水氧起反應，特別是在濺鍍過程中所產生的氧離子，因此造成元件的不穩定，另外因為多了一層緩衝層，這樣勢必增加元件的整體膜厚，亦會對發光效率產生負面的影響，額外的鍍層工序也需要添購設備或機台改機，進而增加額外之成本。

有鑑於此，本發明人感其未臻完善而竭其心智苦心研究，並憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而提供一種應用於有機發光二極體的透明導電氧化薄膜製程方法及裝置，以期可以改善上述習知技術之缺失。

於是，本發明之一目的，旨在提供一種應用於有機發光二極體的透明導電氧化薄膜製程方法及裝置，以在不需支付額外購機成本及不犧牲OLED發光效率的情況下，減少濺鍍TCO過程中對下方有機發光材料所產生的電漿傷害。

為達上述目的，本發明所提供之應用於有機發光二極體之透明導電氧化薄膜的濺鍍方法，其步驟包括：將一基板放入一濺鍍裝置中，其中，該濺鍍裝置內具有一濺鍍源，且該濺鍍源和該基板之間係通有一工作氣體；架設一金屬濾網於該濺鍍裝置內，其中，該金屬濾網係位於該基板及該濺鍍源之間；於該濺鍍裝置中抽取真空並施以一工作壓力；及在該基板上濺鍍一透明導電氧化薄膜，以透過該金屬濾網減少濺鍍過程中的電漿傷害。

此外，本發明還另提供一種用於濺鍍有機發光二極體之透明導電氧化薄膜的濺鍍裝置，該濺鍍裝置內設有一基板放置部和一濺鍍源，而該濺鍍源與該基板放置部之間係具有一電漿流通區域，其特徵在於：該基板放置部與該電漿流通區域之間係設有一金屬濾網，且該金屬濾網與該基板放置部之間係具有一間隔距離，以於濺鍍時降低對有機發光二極體之電漿傷害。

基於上述之方法及裝置中，該金屬濾網之表面係覆蓋有一磁性金屬層，而該金屬濾網及該磁性金屬層之材質並不相同，以進一步加強該金屬濾網之減少電漿傷害的效果。

較佳者，該磁性金屬層之材質係為鐵、鈷、鎳或其合金，以使該金屬濾網帶有弱磁性。

較佳者，該磁性金屬層之厚度係為100nm至200nm之間，以避免超出範圍之厚度會影響濺鍍後有機發光二極體之效率。

較佳者，該金屬濾網在一平方英吋中具有之網孔數為144個至324個之間，以有效控制濺鍍出來之透明導電氧化薄膜的電阻率。

較佳者，該金屬濾網與該基板間之距離係為5至8公分，以使在基板上濺鍍出之薄膜具有較好的品質。

如此一來，透過在濺鍍裝置中裝設金屬濾網之方式，便能夠在無須另外購機或大幅改動機體設備，亦在不犧牲OLED發光效率的情況下，在濺鍍透明導電氧化薄膜時，減少下方有機發光材料所受到之電漿傷害。

1‧‧‧濺鍍裝置

11‧‧‧基板放置部

12‧‧‧濺鍍源

13‧‧‧電漿流通區域

14‧‧‧金屬濾網

141‧‧‧磁性金屬層

2‧‧‧基板

d‧‧‧間隔距離

t‧‧‧厚度

S01~S04‧‧‧步驟

第1圖，為本發明較佳實施例之步驟圖。

第2圖，為本發明較佳實施例之濺鍍裝置示意圖。

為使貴審查委員能清楚了解本發明之內容，謹以下列說明搭配圖式，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖和第2圖，其係為本發明較佳實施例的步驟圖和濺鍍裝置示意圖。如第1圖所示，本發明所提供之應用於有機發光二極體之透明導電氧化薄膜的濺鍍方法，其步驟包括：將一基板2放入一濺鍍裝置1中，其中，該濺鍍裝置1內具有一濺鍍源12，且該濺鍍源12和該基板2之間係通有一工作氣體；架設一金屬濾網14於該濺鍍裝置1內，其中，該金屬濾網14係位於該基板2及該濺鍍源12之間；於該濺鍍裝置1中抽取真空並施以一工作壓力；及在該基板2上濺鍍一透明導電氧化薄膜。於第2圖中則可見該濺鍍裝置1之內部構造，該濺鍍裝置1內設有一基板放置部11和一濺鍍源12，而該濺鍍源12與該基板放置部11之間係具有一電漿流通區域13，而該基板放置部11與該電漿流通區域13之間係設有一金屬濾網14，且該金屬濾網14與該基板放置部11之間係具有一間隔距離d。

以下係提供較佳實施例與實驗數據，以為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂。

實施例1(驗證鍍鎳金屬濾網對濺鍍TCO膜的光電性質影響)

在本實施例中，以In₂O₃+10wt.% SnO₂+20wt.% ZnO(ITZO)作為該濺鍍源12之靶材，配合基礎真空5.0×10^-6Torr、工作壓力2.5×10^-3Torr，使用之工作氣體係為氬氣(Ar)，該濺鍍源12與該基板2距離約為15cm，並欲在該基板2上濺鍍沉積約150nm厚度之透明導電氧化薄膜，其中在該電漿流通區域13與該基板2之間置入該金屬濾網，該間隔距離d為5至8公分，而在此處係設定為5公分，其中該金屬濾網14材質為不銹鋼，其規格可參閱表1。在該金屬濾網14上有濺鍍上一磁性金屬層141，該磁性金屬層141之材質可為鐵、鈷、鎳或其合金，而在本實施例中係使用鎳，鍍膜參數與ITZO濺鍍源相同，其厚度值t可參閱表1。對於如此形成之ITZO薄膜，進行了以四點探針測定薄膜的電阻率(劃分九宮格量測9次取平均值與標準差)和以光譜儀測定了薄膜的可見光穿透率，其實驗結果表示在表1中。

如表1所示，隨著該磁性金屬層141之厚度t增加，薄膜可見光平均穿透率下降而電阻率卻上升，可知該磁性金屬層141之厚度t越厚確實能夠影響電漿離子轟擊薄膜程度，而若是厚度t超出200nm則會導致薄膜結構較為鬆散，光電性質因而下降，但在該磁性金屬層141之厚度t為100nm時，其光電性質下降程度較小，但若是厚度t低於100nm，則無法有效屏蔽或減少電漿離子轟擊下方有機發光材料的程度，而造成OLED運作效率明顯下降，因此本發明係將該磁性金屬層141之厚度t設定在100nm至200nm之間，並且由於厚度t在100nm時效率較好，因此當該磁性金屬層141之厚度t為100nm時為較佳實施例。此外，本發明係將該金屬濾網14每平方英吋之網孔數設定在144個至324個，從表1中可知隨著該金屬濾網14每平方英吋之網孔數增加，可觀察薄膜電性均勻性逐漸增加，而在每平方英吋之網孔數為256個時，可得較低的電阻率，可知改變每平方英吋之網孔數能有效改善薄膜均勻性以及電阻率，故可設定當該金屬濾網14每平方英吋之網孔數為256個時為較佳實施例。由以上可知，直接使用鍍鎳之該金屬濾網14雖會降低TCO光電性質和均勻性，然而我們可根據調整該磁性金屬層141之厚度以及該金屬濾網14之規格來最小化此影響或甚至不造成影響。

實施例2(驗證鍍鎳金屬濾網能減少電漿會傷害底下有機層的問題)

在本實施例中進行OLED元件的製作，本發明使用的OLED元件結構依序為玻璃、陽極層、空穴注入層、空穴傳輸層、有機發光層、電子傳輸層、電子注入層和TCO陰極層；其中TCO陽極層為ITZO，空穴注入層為CuPc，空穴傳輸層為芳香胺類的NPB，有機發光層與電子傳輸層為Alq₃，電子注入層為LiF，陰極層為ITZO，形成glass/ITZO/CuPc/NPB/Alq₃/LiF/ITZO結構。

其中在濺鍍ITZO陰極層時，製程參數同實施例1一樣，在濺鍍ITZO陰極層期間會在該電漿流通區域13與該基板2之間置入該金屬濾網14，該間隔距離d為5cm，其中該金屬濾網14材質為不銹鋼，在金屬濾網14上有濺鍍上該磁性金屬層141，該磁性金屬層141之材質係為鎳，該金屬濾網14每平方英吋之網孔數為256個，該磁性金屬層141之厚度t為100nm。

如表2所示，未裝設鍍鎳之該金屬濾網14時，表面粗糙度較高，這表示在沒有該金屬濾網14時，濺鍍ITZO陰極層會導致有機層受損，因而導致OLED元件電流密度降低，而若裝設有鍍鎳之該金屬濾網14時，表面粗糙度有顯著降低，因此明顯表示對有機層的傷害有大幅減緩，進而降低對OLED元件電流的影響。

綜上所述，本發明所提供之濺鍍方法及濺鍍裝置係能夠使使用者在濺鍍透明導電氧化薄膜時，能大幅減少對有機層之電漿傷害，並且還不會犧牲有機發光二極體之光電性質，亦無需額外購機或改機，以減少成本之花費，相較於其他習知的改善方法，具有簡單、成本低且省時等優點，相合適合有機發光二極體之商業應用。

惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍，故該所屬技術領域中具有通常知識者，或是熟悉此技術所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

Claims

一種應用於有機發光二極體的透明導電氧化薄膜製程方法，以在不犧牲發光效率之情況下，於濺鍍時降低對有機發光二極體之電漿傷害，其步驟包括：將一基板放入一濺鍍裝置中，其中，該濺鍍裝置內具有一濺鍍源，該濺鍍源之靶材係為ITZO，且該濺鍍源和該基板之間係通有一工作氣體；架設一金屬濾網於該濺鍍裝置內，其中，該金屬濾網係位於該基板及該濺鍍源之間，且該金屬濾網之表面係覆蓋有一磁性金屬層，而該金屬濾網及該磁性金屬層之材質並不相同；於該濺鍍裝置中抽取真空並施以一工作壓力；及在該基板上濺鍍一透明導電氧化薄膜。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該磁性金屬層之材質係為鐵、鈷、鎳或其合金。
如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該磁性金屬層之厚度係為100nm至200nm之間。
如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，該金屬濾網在一平方英吋中具有之網孔數為144個至324個之間。
如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該金屬濾網與該基板間之距離係為5至8公分。
一種用於濺鍍有機發光二極體之透明導電氧化薄膜的濺鍍裝置，該濺鍍裝置內設有一基板放置部和一濺鍍源，而該濺鍍源與該基板放置部之間係具有一電漿流通區域，其特徵在於：該基板放置部與該電漿流通區域之間係設有一金屬濾網，且該金屬濾網與該基板放置部之間係具有一間隔距離，以於濺鍍時降低對有機發光二極體之電漿傷害，而該金屬濾網之表面係覆蓋有一磁性金屬層，且該磁性金屬層之材質係為鐵、鈷或鎳，該金屬濾網及該磁性金屬層之材質並不相同。
如申請專利範圍第6項所述之濺鍍裝置，其中，該磁性金屬層之厚度係為100nm至200nm之間。
如申請專利範圍第7項所述之濺鍍裝置，其中，該金屬濾網在一平方英吋中具有之網孔數為144個至324個之間。