CN103348502B - 有机发光二极管的混合式封装方法 - Google Patents
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Abstract
提供用于封装有机发光二极管（OLED）结构的方法及装置，所述有机发光二极管结构使用材料混合层布置于基板上。在材料混合层的沉积期间所使用的处理参数允许控制所沉积的混合层的特征。混合层可被沉积为使得在混合层的某些子层中具有无机材料的特征，且在混合层的其他子层中具有有机材料的特征。混合材料的使用允许使用单一硬掩模用于整个封装工艺的OLED封装，该OLED封装成本低，且无呈现于传统过程中的对准问题。
Description
背景
领域
本发明大致关于封装有机发光二极管的方法及装备。
相关技术的描述
有机发光二极管（OLED）显示器，例如与液晶显示器（LCD）作比较，因为有机发光二极管显示器较快速的反应时间、较大的视角、较高的对比度、较轻的重量、低功率及对弹性基板的适宜度，所以最近获得显著地关注。然而，OLED结构可具有受限的生命周期，表征为光电效能的减少及驱动电压的增加。OLED结构的劣化的主要原因在于，归因于湿气或氧气的入侵所造成的不发光暗点的形成。出于该原因，OLED结构一般由夹挤于无机层之间的有机层所封装。有机层用以填充在第一无机层中的任何空隙或缺陷，使得第二无机层具有实质上均匀的表面或沉积。
图1A-C图示用于沉积封装层的传统工艺，该封装层一般包括第一无机层106（图示为106a及106b）、有机层108（图示为108a及108b）及第二无机层116（图示为116a及116b）。如图1A中所图示，工艺开始于将第一掩模109对准于基板100上方，使得OLED结构104通过开口107而暴露，该开口107未受到掩模109保护。第一掩模109界定开口107，该开口107具有从OLED结构104至第一掩模109的边缘的距离110。第一掩模109一般以诸如的金属材料制成。如图1A中所图示，第一掩模109用以将例如氮化硅或氧化铝的第一无机层106（图示为106a、106b）成形（pattern）于OLED结构104上。第一掩模109被放置，使得邻接OLED结构104的接触层102的一部分105由第一掩模109所覆盖，使得无机层106不沉积于该部分105上。如图1B中所图示，第一掩模109被移除且由第二掩模114替代，该第二掩模114具有比第一掩模109的开口107更小的开口111。第二掩模114界定开口111，该开口111具有比由第一掩模109界定的距离110更短的距离112，该距离112为从OLED结构104至第二掩模114的边缘。通过利用第二掩模114，在第一无机层106上沉积有机层108（图示为108a、108b）。因为第二掩模114具有比第一掩模109更小的开口111，所以有机层108不完全覆盖下层无机层106。如图1C中所图示，通过利用第一掩模109，在第一无机层106及有机层108的经暴露部分的上方沉积至少第二无机层116（图示为116a及116b），从而完成OLED结构104的封装。第二无机层116与第一无机层106一起完全地封装有机层108，藉此封装OLED结构104同时留下接触层102的部分105暴露在外。
上述传统的工艺流程具有显著的挑战，这些挑战阻碍该工艺流程在商业上可行地扩大规模用于较大面积的基板（例如具有大于大约1500平方厘米的俯视面积）。例如，为如此大面积的基板执行上述工艺所需要的两个金属掩模109、114是非常昂贵的，且每个金属掩模可超过$40000.00的花费。此外，需要每个金属掩模109、114对OLED结构104有非常紧密的对准容限，通常在100μm之内。因为这种掩模109、114常常超过一米的长度，所以当这种掩模109、114从环境温度加热至大约摄氏80度的处理温度时，掩模109、114遭受显著的热膨胀。这种显著的热膨胀对OLED制造商给出的首要挑战在于如何避免通过掩模109、114及OLED结构104所形成的开口107、111之间的失准。失准可导致OLED结构104的不完整封装，不完整封装继而导致OLED设备104的缩短的生命及减小的效能。
因此，需要用于封装OLED结构的改良的方法及装置。
概要
在本发明的一个实施例中，一种用于在有机发光二极管（OLED）基板上形成封装层的方法，该方法包含以下步骤：在基板的上置有OLED结构的区域上形成第一无机层；在第一无机层上形成混合无机/有机层；及在所述混合无机/有机层上形成第二无机层。
在另一实施例中，一种用于在有机发光二极管（OLED）基板上形成封装层的方法，该方法包含以下步骤：在基板的上置有OLED结构的区域上形成混合层的第一无机子层；在第一无机子层上形成混合层的有机子层；及在所述有机子层上形成第二无机子层。
在又一实施例中，一种在有机发光二极管（OLED）基板上的封装层，该封装层包含：混合层的第一无机子层，该第一无机子层形成于基板的上置有OLED结构的区域上；所述混合层的有机子层，该有机子层形成于所述第一无机子层上；及混合层的第二无机子层，该第二无机子层形成于所述有机子层上。
附图的简要描述
可参考实施方式（其中一些实施方式被图示于附图中）来获得上文简要总结的本公开的更特定描述，从而可详细地理解本发明的上述特征的方式。然而应注意，附图仅图示本公开的典型实施例，且因此不应被考虑为限制本公开的范畴，因为本公开可接纳其他等效实施例。
图1A-1C图示在本领域中已知的传统封装顺序的不同阶段期间，OLED结构的概要剖面视图。
图2是根据本发明的一个实施例的用于封装OLED结构的方法的流程图。
图3A-3C图示在图2的方法的不同阶段期间，OLED结构的概要剖面视图。
图4是根据本发明的另一个实施例的用于封装OLED结构的方法的流程图。
图5A-5C图示在图4的方法的不同阶段期间，OLED结构的概要剖面视图。
为了促进理解，尽可能地使用相同的元件符号，以标明在诸附图中通用的相同的元件。应理解，一个实施例的元件及特征可有利地并入其他实施例而无须进一步载明。
详细描述
本公开提供用于封装OLED结构的方法及装置，该OLED结构使用材料混合层布置于基板上。在沉积材料混合层期间所使用的过程参数允许控制沉积的混合层的特征。混合层可被沉积，使得在混合层的某些子层中具有无机材料的特征，且在混合层的其他子层中具有有机材料的特征。混合材料的使用允许为整个封装工艺使用单一硬掩模的OLED封装，该OLED封装成本低，且无呈现于传统处理中的对准问题。
图2是用于封装布置于基板上的OLED结构的方法200的流程图。图3A-3C图示在图2的不同阶段期间，OLED结构的概要剖面视图。方法200开始于在过程202提供基板100，该基板100具有预成型的OLED结构104布置于该基板100上。类似于上文所讨论的，基板100可具有接触层102布置于该基板100上，而OLED结构104布置于接触层102上，如图3A中所图示。
在过程204处，如图3A中所图示，将掩模309对准于基板100上方，使得OLED结构104通过开口307而暴露，该开口307未受到掩模309保护。放置掩模309，使得邻接OLED结构104的接触层102的一部分305由掩模309覆盖，使得任何后续沉积的材料不沉积于该部分305上。掩模309可以由诸如的金属材料形成。
在过程206处，如图3A中所图示，第一无机层308沉积于基板100上。第一无机层308具有第一部分308a及第二部分308b。第一无机层308的第一部分308a通过开口307沉积于由掩模309所暴露出的基板100的区域上，该区域包括OLED结构104及接触层102的一部分。第一无机层308的第二部分308b沉积于掩模309上，掩模309覆盖基板100的第二区域，该第二区域包括接触层102的部分305。第一无机层308是介电层，例如SiN、SiON、SiO2、Al2O3、AlN或其他适合的介电层。第一无机层308可由适合的沉积技术来沉积，例如CVD、PVD、旋转涂布或其他适合的技术。
在过程208处，如图3B中所图示，在基板100上形成第一无机层308之后，接着在基板100的第一无机层308上形成混合层312。混合层312的第一部分312a可通过掩模309的开口307而沉积于基板100上，在由掩模309所暴露的基板100的区域上，覆盖第一无机层308的第一部分308a。混合层312的第二部分312b沉积于布置于掩模309上的第一无机层308的第二部分308b上，该第二部分308b覆盖接触层102的部分305。
混合层312是通过沉积过程（例如，气体的流量比率）所控制的材料层，该材料层被控制为有机的，且具有有机材料的特性，例如丙烯酸盐、甲基丙烯酸酯、丙烯酸或类似者，或该材料层被控制为无机的，且具有无机材料（例如用于上述的第一无机层308的无机材料）的特性。当混合材料在无机状态时，该混合材料具有无机材料的特性，例如几乎与所列举的无机材料相同的密度及孔隙性。当混合材料在有机状态时，该混合材料可具有包括有机材料特征的有机特性，该有机材料特征包括几乎与所列举的有机材料相同的应力释放性、颗粒正形性、及弹性。在“有机”状态的混合材料比在“无机”状态具有更多的弹性及更少的密度。
在混合层312中所使用的材料的示例是电浆聚合的六甲基二硅氧烷（pp-HMDSO）。pp-HMDSO材料层的沉积藉由流动含氧气体及HMDSO气体而达成。在pp-HMDSO层的沉积期间，含氧气体流对HMDSO气体流的比率被控制，以控制得到的pp-HMDSO层的有机/无机状态及特性。
在一个示例中，含氧气体是氧气（O2）。在过程期间，可维持高的O2/HMDSO流量比率（例如，大于10），以沉积无机pp-HMDSO层，该无机pp-HMDSO层具有与无机薄膜相关联的特征，例如，高密度及低孔隙屏障的特性。在过程期间，可维持低的O2/HMDSO流量比率（例如，小于2），以沉积有机pp-HMDSO层，该有机pp-HMDSO层具有与有机薄膜相关联的特征，例如低应力特性。
若残余硅烷存在于沉积腔室的气体线路或入口，则在pp-HMDSO层的沉积期间所使用的氧气的控制可最小化与残余硅烷反应的可能性。氧气和残余硅烷之间的反应可在pp-HMDSO层中导致非期望的粒子形成，此粒子可能污染最终OLED装置。最小化与硅烷反应的可能性的一种方法是在沉积过程之间进行气体线路清洗。或者，可使用相对于氧气与硅烷较少反应的其他气体，例如氧化亚氮。据发现，使用氧化亚氮气体（N2O）作为含氧气体导致与残余硅烷的最小反应，则藉此减少（若未排除）在腔室中使用硅烷之后彻底地清洗气体线路及腔室的需要。因此，可沉积高品质的pp-HMDSO层而无须在无机层沉积过程206及混合层沉积过程208之间的任何居间清洗过程。
因此，在一个示例中，含氧气体是氧化亚氮气体。在过程期间，可维持高的N2O/HMDSO流量比率（例如，大于10），以沉积相对无机的pp-HMDSO层，该层具有与无机薄膜相关联的特征，例如：高密度及低的孔隙屏障特性。在过程期间，可维持低的N2O/HMDSO流量比率（例如，小于2），以沉积有机的pp-HMDSO层，该层具有与有机薄膜相关联的特征，例如：低应力特性。
已发现，归因于无机pp-HMDSO的高密度及低孔隙性，即使无机pp-HMDSO的水接触角是低的（例如，低于50度，如10度至30度），但无机pp-HMDSO提供出色的湿气屏障。更进一步发现，尽管此有机pp-HMDSO展现如上方所列举的有机材料一般出色的弹性及应力释放特征，因为有机pp-HMDSO的高的水接触角（例如，大于50度，如60度至99度），所以有机pp-HMDSO亦具有良好的抗湿性。在一个示例中，有机pp-HMDSO在二氧化硅网络中具有少于pp-HMDSO的20％的FTIR。
在一示例实施例中，pp-HMDSO层的过程参数可包括介于大约100sccm和大约800sccm之间的HMDSO流量比率、介于大约0.15W/cm2和大约0.75W/cm2之间的功率密度、介于大约500mTorr和大约2000mTorr之间的压力及介于大约500mils至1200mils之间的间距。
在过程210处，在基板100上形成第二无机层314，如图3C所图示，第二无机层314覆盖形成于OLED结构104上的混合层312及第一有机层308。第二无机层314包括沉积于混合层312的第一部分312a上方的第一部分314a，及沉积于混合层312的第二部分312b上方的第二部分314b。
第二无机层314可为类似于第一无机层308的介电层。第二无机层314是诸如SiN、SiON、SiO2的介电层或其他合适介电层。第二无机层314可藉由适合的沉积技术来沉积，例如CVD、PVD、旋转涂布或其他适合的技术。
第二无机层314可使用如沉积第一无机层308及混合层312所利用的相同掩模309，而沉积于基板100上。此举归因于控制混合层312特性（例如控制混合层312的疏水性（hydrophobicity）以具有良好的屏障特性（即，无机状态）及良好的应力释放特性（即，有机状态）两者）的能力而为可能的。同时，在所有区域中的混合层312可维持以具有适当的疏水特性，以确保OLED结构104的良好封装（即，密度/孔隙度或水接触角）。因此，在封装顺序期间，掩模309无须改变或移除。
在一个实施例中，混合层312的沉积经控制，使得邻接第一无机层308的子层及邻接第二无机层314的另一子层的沉积被控制，进而使得在所述各个子层中的混合材料是无机的，此举实现了分别对于第一及第二无机层308、314的良好粘接性。在此实施例中，混合层312经控制，以形成有机的中央子层，以在无机子层之间提供良好的应力释放性。例如，在第一无机层308上沉积的混合层312被控制为无机的，混合层312具有与第一无机层几乎匹配的特性（例如，O2/HMDSO或N2O/HMDSO的流量比率大于10）。向上进行沉积时，沉积被控制以具有逐步的梯度，其中材料愈加为有机的（例如，减少O2/HMDSO或N2O/HMDSO的流量比率至小于2）。继续向上时，沉积被控制以具有逐步的梯度，其中材料愈加为无机的（例如，增加O2/HMDSO或N2O/HMDSO的流量比率），直到材料为无机的，达成具有与第二无机层几乎匹配的特性（例如，O2/HMDSO或N2O/HMDSO的流量比率大于10）。沉积梯度可藉由模拟模式（即，连续调变）、数字模式（即，步阶调变）或交替调变而控制。
图4是用于封装布置于基板上的OLED结构的方法400的流程图。图5A-5C图示使用图4的封装方法400的OLED结构的概要剖面视图。方法400开始于在过程402提供基板100，该基板100具有预成型的OLED结构104布置于该基板100上。类似于以上所讨论，基板100可具有接触层102布置于该基板100上，且OLED结构104布置于接触层102上，如图中所图示。
在过程404处，如图5A中所图示，在基板100上对准掩模509，使得OLED结构104通过开口507而暴露，该开口507未受到掩模509保护。放置掩模509，使得邻接OLED结构104的接触层102的一部分505由掩模509覆盖，使得任何后续沉积的材料不沉积于该部分505上。掩模509可以由诸如的金属材料形成。
在过程406-410处，如图5C中所图示，混合层512沉积于基板100上。混合层512通过开口507沉积于子层512a-c中由掩模509暴露的基板100的区域上，该区域包括OLED结构104及接触层102的一部分。混合层512还沉积于掩模509上，掩模509覆盖基板100的第二区域，该第二区域包括接触层102的部分505。
如先前针对混合层312所述的，混合层512是通过沉积过程（例如气体的流量比率）所控制的材料层，以成为有机的且具有有机材料（诸如丙烯酸盐、甲基丙烯酸酯、丙烯酸或类似者）的的特性，或成为无机的且具有无机材料（诸如用于上述的第一无机层308的无机材料）的特性。在混合层512中所使用的材料的示例是等离子体聚合的六甲基二硅氧烷（pp-HMDSO）。在pp-HMDSO薄膜的沉积期间，含氧气体（例如，O2或N2O）流量对HMDSO流量的比率可被控制，以控制所得到的pp-HMDSO薄膜子层的有机/无机特性。
在过程406中，如图5A中所示地沉积混合层512的第一子层512a。在第一子层512a的沉积期间，过程参数被控制，使得第一子层512a的沉积相对地为无机，第一子层512a具有与上述无机材料匹配的材料特性，以对混合层512提供良好的屏障特性。例如，可以高的O2/HMDSO或N2O/HMDSO流量比率（例如，大于10）来沉积混合层512的第一子层512a，以提供具有良好的屏障特性（例如，高密度、低孔隙性）的pp-HMDSO层。
在过程408中，如图5B中所示地沉积混合层512的第二子层512b。在第二子层512b的沉积期间，控制过程参数，使得第二子层512b的沉积为有机的，第二子层512b具有与上述有机材料的那些特性相匹配的特性，以在子层512a及512c之间提供良好的应力释放性。例如，可以低的O2/HMDSO或N2O/HMDSO流量比率（例如，少于2）来沉积混合层512的第二子层512b，以提供具有有机特性及高的水接触角（例如，大于50度）的有机pp-HMDSO层。
在过程410中，如图5C中所示地沉积混合层512的第三子层512c。在第三子层512c的沉积期间，过程参数经控制，使得第三子层512c的沉积为无机，且具有与上述无机材料那些特性相匹配的特性，以对混合层512提供良好的屏障特性。例如，可以高的O2/HMDSO或N2O/HMDSO流量比率（例如，大于10）来沉积混合层512的第三子层512c，以提供具有良好屏障特性且具有低的接触角（小于50度）的相对无机pp-HMDSO层。
尽管以上由三个不同子层描绘且叙述混合层512的沉积，但混合层的沉积可更平顺地控制，以沉积单一层的混合层512，该单一层具有在第一子层512a处以无机开始的梯度。沉积参数可接着逐渐改变，以提供具有愈渐增加的有机特性（例如，藉由减少O2/HMDSO或N2O/HMDSO流量比率）的平顺（连续或逐步地）梯度的材料，直到子层512b是有机的。接着，沉积参数可逐渐改变，以提供具有愈渐增加的无机特性（例如，藉由增加O2/HMDSO或N2O/HMDSO流量比率）的平顺（连续或逐步地）梯度的材料，直到子层512c是无机的。
在示例实施例中，pp-HMDSO层的处理参数可包括介于大约100sccm和大约800sccm之间的HMDSO流量比率，功率密度可介于0.15W/cm2和大约0.75W/cm2之间，压力可介于大约500mTorr和大约2000mTorr之间，且间距可介于大约500mils至1200mils之间。
因此，提供用于在OLED结构上形成封装层的方法及装置。藉由在封装形成过程期间利用混合层，可使用单一掩模，藉此与传统的两个硬掩模沉积工艺相比较，有益地降低制造成本，同时增加制造产量。应注意的是，尽管此处所述的实施例描绘封装层/子层的单一堆迭，可使用封装层/子层的多个堆迭而不脱离本发明的范畴。
尽管以上针对本公开的实施例，可构思其他及进一步实施例而不悖离本公开的基本范畴，且此范畴由以下的权利要求决定。
Claims (13)
1.一种用于在有机发光二极管(OLED)基板上形成封装层的方法，包括：
在基板上置有OLED结构的区域上形成第一无机层；
形成和所述第一无机层实体接触的混合层，其中整个所述混合层是由包括HMDSO气体的处理气体而形成的，其中所述混合层包含：
第一子层，所述第一子层具有多数无机材料和少数有机材料；
中间子层，所述中间子层具有多数有机材料和少数无机材料；及
第二子层，所述第二子层具有多数无机材料和少数有机材料；以及
形成和所述混合层实体接触的第二无机层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述混合层包括等离子体聚合的六甲基二硅氧烷(pp-HMDSO)。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一子层藉由以10或更大的流量比率提供含氧气体与所述HMDSO气体而形成，其中所述中间子层藉由以小于2的流量比率提供含氧气体与所述HMDSO气体而形成，并且其中所述第二子层藉由提供10或更大的含氧气体与HMDSO气体的流量比率而形成。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述含氧气体从以下群组中选出：氧气和氧化亚氮气体。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述基板上形成所述诸层之前，在所述基板上放置掩模，其中各个层通过所述掩模中的开口而形成。
6.一种用于在有机发光二极管(OLED)基板上形成封装层的方法，包括：
通过以10或更大的流量比率提供含氧气体与HMDSO气体，从而在基板上置有OLED结构的区域上形成混合层的第一子层，所述第一子层具有多数无机材料和少数有机材料；
通过将所述含氧气体与所述HMDSO气体的所述流量比率减少为小于2，从而形成与所述第一子层实体接触的所述混合层的中间子层，所述中间子层具有多数有机材料和少数无机材料；及
通过将所述含氧气体与所述HMDSO气体的所述流量比率增大为10或更大，从而形成与所述中间子层实体接触的所述混合层的第二子层，所述第二子层具有多数无机材料和少数有机材料。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：在所述基板上形成所述诸子层之前，在所述基板上放置掩模，其中各个子层通过所述掩模中的开口而形成。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述混合层包括等离子体聚合的六甲基二硅氧烷(pp-HMDSO)。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述含氧气体从以下群组中选出：氧气和氧化亚氮气体。
10.一种在有机发光二极管(OLED)基板上的封装层，包括：
混合层的第一子层，所述第一子层形成于基板上置有OLED结构的区域上，所述第一子层具有多数无机材料和少数有机材料；
所述混合层的中间子层，所述中间子层形成于所述第一子层上，所述中间子层具有多数有机材料和少数无机材料；及
所述混合层的第二子层，所述第二子层形成于所述中间子层上，所述第二子层具有多数无机材料和少数有机材料。
11.如权利要求10所述的封装层，其中所述中间子层具有大于55度的水接触角。
12.如权利要求10所述的封装层，其中所述第一及第二子层各自具有小于50度的水接触角。
13.如权利要求10所述的封装层，其中所述混合层包括等离子体聚合的六甲基二硅氧烷(pp-HMDSO)。
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