CN108241252A - 发光元件 - Google Patents

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CN108241252A CN201711260632.1A CN201711260632A CN108241252A CN 108241252 A CN108241252 A CN 108241252A CN 201711260632 A CN201711260632 A CN 201711260632A CN 108241252 A CN108241252 A CN 108241252A
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Abstract

本公开涉及一种掩模。该掩模经设计用于图案化一表面上的有机发光材料。该掩模包含一基板，该基板具有一第一表面与一第二表面，该第一表面与该第二表面相对。该掩模另包含多个孔洞延伸穿过该基板，具有不大于150um的一间隔，并且每一孔洞于该第一表面具有一第一出口以及于该第二表面具有一第二出口。其中该多个孔洞至少其中之一具有一最小尺寸，该最小尺寸不大于约15um。

Description

发光元件
技术领域
本公开涉及一种发光元件，具体涉及一种有机发光元件及其制造方法。
背景技术
近年来，平板显示器越来越受欢迎，并且从口袋尺寸电子装置(例如行动电话)至壁挂式大萤屏电视皆广泛采用平板显示器。如同集成电路(Integrated Circuit，IC)对于晶体管密度需求增加，显示器的分辨率需求也已经提高。显示器的分辨率高度取决于位于显示器中的发光单元的密度，这已经缩小了制造商的工艺窗口(process window)。再者，近来趋势转移至可挠式显示器，也造成越来越多制造商对于发光单元选择由固态发光单元转变为有机型式发光材料。鉴于上述情况，显示器制造商不但正在面临更多的障碍，同时努力赶上市场的变化。
发明内容
本公开的一些实施例提供一种掩模，该掩模经设计用于图案化一表面上的有机发光材料。该掩模包含一基板，该基板具有一第一表面与一第二表面，该第一表面与该第二表面相对。该掩模另包含多个孔洞延伸穿过该基板，具有不大于150um的一间隔，并且每一孔洞于该第一表面具有一第一出口以及于该第二表面具有一第二出口。其中该多个孔洞至少其中之一具有一最小尺寸，该最小尺寸不大于约15um。
在一些实施例中，该基板至少包含Ni或Fe，以及在一些实施例中，该基板是一堆叠结构，具有至少一聚合物层与至少一金属层位于其上。
在一些实施例中，该堆叠结构是一三明治结构，并且该聚合物层位于该金属层与另一金属层之间。在一些实施例中，第一出口的尺寸大于该第二出口的尺寸。在一些实施例中，该第一出口的该尺寸比该第二出口的该尺寸大约1.5至2倍。在一些实施例中，该基板内的该间隔的一偏差不大于10％。在一些实施例中，该基板的一Ni浓度为约5％与约50％之间。
本公开的一些实施例提供一种用于图案化有机发光材料的掩模，该掩模包含一基板以及位于该可延伸基质上的一堆叠结构，该基板具有一可延伸基质。该掩模具有多个孔洞延伸穿过该可延伸基质，其中该多个孔洞的一部分的一间隔不大于约150um。
在一些实施例中，该堆叠结构配置为一网格图案。在一些实施例中，该网格图案具有多个网格，并且每一单元网格环绕至少两个贯穿孔洞。在一些实施例中，该堆叠结构具有一热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，CTE)不大于该基质的CTE。在一些实施例中，该堆叠结构具有一Ni-Fe合金。在一些实施例中，该Ni-Fe合金的一Ni浓度是自约5％至约50％。
本公开的一些实施例提供一种掩模的形成方法，包含提供一聚合物基板，以及配置一金属层于该聚合物基板上以形成一复合结构。该方法另包含在该复合结构中形成一阵列的贯穿孔洞，其中该阵列的贯穿孔洞具有一间隔，该间隔不大于约150um。
在一些实施例中，该形成方法包含处理该聚合物基质的一表面，其中该表面经配置以接收该金属层。在一些实施例中，通过一激光源，进行在该复合结构中形成一阵列的贯穿孔洞。在一些实施例中，该金属层配置为一网格。在一些实施例中，该形成方法包含在形成该阵列的贯穿孔洞之前，扩张该聚合物基板。在一些实施例中，该形成方法包含形成一光致抗蚀剂于该聚合物基板上方。
附图说明
图1A与图1B例示本公开实施例的发光元件。
图2A至2C例示本公开实施例的发光元件的制造。
图3A至3I说明制造装置(apparatus)的方法。
图4为金属层的结晶结构的SEM照片。
图5A至5C例示本公开实施例的装置。
图6说明制造装置的方法。
图7A至7B例示本公开实施例的装置。
图8至图10说明制造装置的方法。
图11例示本公开实施例的装置。
图12至13例示本公开实施例的装置。
图14例示本公开实施例的装置的贯穿孔(through hole)。
图15说明激光光束来源。
图16例示本公开实施例的发光元件的制造。
附图标记说明：
13：第一基板
14：发光层
14a：发光组件
14b：发光组件
15：第二基板
55：掩模
100：基板
102：表面
105：孔洞
105a：孔洞
105b：孔洞
105e：出口
105f：出口
120：层
120a：部分
125：光致抗蚀剂层
126：开口
135：材料
135a：柱状物/台面(mesa)
140：有机发光材料
220：光束
300：光源
302：透镜
305：光发射器
306：分光器
400：基板
400a：第一表面
400b：第二表面
405：台面
701：层
702：层
703：层
704：层
d：距离
D1：宽度
D2：宽度
h：高度
k：宽度
P：间隔
P’：间隔
S：尺寸
t：间隔
W：宽度
w：最小尺寸
w1：第一尺寸
w2：第二尺寸
具体实施方式
本公开提供一种高密度(high density，HD)发光显示器的制造方法。在本公开中，“高密度”一词定义为发光像素密度为至少等于或大于800ppi。然而，该方法也可应用于具有像素密度低于800ppi的发光显示器。
本公开也提供用以制造高密度发光显示器的装置。在一些实施例中，该装置为用于图案化操作的掩模。再者，本公开也提供该装置的制造方法。
一种发光显示器可包含至少一发光面板，其夹置于阳极与阴极之间。在一些实施例中，当形成发光面板时，图1A与1B说明制造发光元件的一些例示性操作步骤。
在图1A中，提供一第一基板13，并且一发光层14位于该基板13上。在一些实施例中，第一基板13可为堆叠结构，并且包含一些不同材料。在一些实施例中，第一基板13包含氧化物层。在一些实施例中，第一基板13包含氮化物层。在一些实施例中，第一基板13包含电极结构，该电极结构经配置以提供电流至发光层14。在一些实施例中，第一基板l3包含与发光层14相邻的一电子运输层(electron transportation layer，ETL)。在一些实施例中，第一基板13包含与发光层14相邻的一空穴运输层(hole transportation layer，HTL)。
发光层14可包含有机发光材料。发光层14可包含多个发光组件(light emittingelement)，所述多个发光组件彼此相邻且位于基板13上。在一些实施例中，可使用填充材料填充相邻发光组件之间的间隙。
在图1B中，第二基板15位于发光层14与基板13上方。在一些实施例中，第二基板15可为堆叠结构并且包含一些不同材料。在一些实施例中，第二基板15包含氧化物层。在一些实施例中，第二基板15包含氮化物层。在一些实施例中，第二基板15包含电极结构，经配置以提供电流至发光层14。在一些实施例中，第二基板15包含电子运输层(ETL)与发光层14相邻。在一些实施例中，第二基板15包含空穴运输层(HTL)与发光层14相邻。
掩模55位于第一基板13上方。第一基板13的顶表面与掩模55之间可有间隙。有一些孔洞15延伸穿过掩模55的基板。掩模55的基板可包含一些不同层，所述多个不同层经由接合、粘着或任何合适的工艺所层积的。
在图2B中，有机发光材料140穿过掩模55中的孔洞105。在一些实施例中，发光元件所需要的发光材料可有不只一种型式或一种颜色。可重复图2B所示的次步骤(sub-step)。另一掩模具有与掩模55不同的图案可用于不型式的发光材料。
图案化有机发光层可以阵列形式配置，如图2C所示，其中一些发光组件位于基板13上。相邻的发光组件，例如14a与14b，可经配置以发出不同波长的光。在一些实施例中，14a可为发绿光凸块(bump)，以及14b可为发红光组件。相邻发光组件之间间隔的尺寸S可为约5um与约25um之间。
发光组件的宽度k可为约5um与约10um之间，发光组件的高度h可为约1um与约3um之间。
图3A至图3I例示本公开实施例制造如图2A与2B所示的掩模的方法。掩模用以形成具有高发光像素密度的发光层。在一些实施例中，掩模可形成密度至少800dpi的发光面板。
提供基板100，如图3A所示。在一些实施例中，基板100包含可延伸基质，也即基板100可在外力下有一定程度的变形。在一些实施例中，基板100的基质实质由聚合材料形成。
接着，处理基板100的表面102，如图3B所示。处理表面102的目的之一是活化表面102。在一些实施例中，表面102为经设计用于异质接合(heterogeneous bonding)的基板100的表面。
在一些实施例中，基板100选自于聚酰亚胺。可选择包含金属或陶瓷的材料层配置于其上。为了增进表面102与待配置的材料之间的附着，处理聚酰亚胺表面102以促进附着。该处理包含使用包含化学湿式工艺、光接枝(photografting)、离子束、等离子体与溅镀工艺中的任一者。在处理之后，可增加表面102的条件，例如粗糙度、悬挂键的密度(densityof dangling bond)。
图3C说明采用湿式工艺的一些例示处理操作。左侧为基板的例示化学式。初始以碱处理基板100的表面102，以提供对应的聚酰胺钾(potassium polyamide)。用以处理基板100的表面102的碱包含KOH、NaOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2、及其组合，但不以此为限。在一实施例中，该碱优选为KOH。以水冲洗移除多余的碱。在一些例子中，另以酸处理基板100的表面102。用以处理基板100的表面102的酸可包含HCl、HNO3、H2SO4、HClO4、HBr、HI、及其组合，但不以此为限。在一实施例中，酸为HCl。在碱或酸处理之后，基板100的表面102可进一步于真空下干燥。基板100的修饰的表面102为聚酰胺酸(polyamic acid)。
在处理基板100的表面102之后，层120配置于基板100经处理的表面102上，如图3D所示。在一些实施例中，层120为金属膜(metallic film)。在一些实施例中，层120为Pt(铂)。用以产生金属基层的材料可包含钯、铑、铂、铱、锇、金、镍、铁、及其组合，但不以此为限。
在一些实施例中，层120的厚度为约10nm与约200nm之间。在一些实施例中，层120的厚度约为基板100的厚度的15％(或更低)。
可经由各种方法，包含化学浸泡(chemical immersion)、电子束(E-beam)、气相沉积、原子层沉积(atom layer deposition，ALD)等，配置层120于经处理的表面102上。形成铂金属基层的一范例是使用化学浸泡。将处理的表面102泡在铂溶液中。在基板100的修饰表面102上形成铂金属基层102之后，将此基板100自铂溶液移开。
图3D说明位于基板100上的成品层(finished layer)120。层120可作为籽晶层。在形成层120之后，将层120图案化。
在图案化操作之后，光致抗蚀剂层125位于层120上方，如图3E所示。由剖面方向视之，光致抗蚀剂层125图案化如图3F所示，以形成一些光致抗蚀剂(photoresist，PR)凸块于层120上方。一些PR凸块的宽度W为约5um与50um之间。相邻的PR凸块之间存在开口126，以经由开口126局部暴露层120。开口126的尺寸S为约5um与100um之间。尺寸S是自PR凸块的侧壁测量至与其相邻的另一PR凸块的对面侧壁(facing surface)。在一些实施例中，PR凸块的侧壁并非直的垂直表面，并且可具有正或负斜率以及该侧壁与该对面侧壁之间的最短距离。在一些实施例中，尺寸S是以显微镜由俯视方向测量。再者，相邻PR凸块之间的最短距离仍用以定义尺寸S。
在图3G中，以材料135填充图3F中的开口126。在一些实施例中，材料135以电镀(electroplating，EP)填充于开口中。材料135具有热膨胀系数(CTE)，在本公开中定义为CTE135。
其中，基板的CTEsubstrate与材料135的CTE135的比率为α。
α＝CTE135/CTEsubstrate
在一些实施例中，α为约0.05与1之间。在一些实施例中，α为约0.01与0.05之间。在一些实施例中，α为约0.05与0.08之间。在一些实施例中，α为约0.01与0.05之间。在一些实施例中，α为约0.05与0.1之间。在一些实施例中，α为约0.1与0.3之间。在一些实施例中，α为约0.3与0.5之间。在一些实施例中，α为约0.5与0.7之间。在一些实施例中，α为约0.7与1.0之间。
材料135具有弹性系数Y135。基板120的弹性系数Ysub与材料135的弹性系数Y135之间的比率为β。
β＝Y135/Ysubstrate
在一些实施例中，β大于1。在一些实施例中，β为约1.05与约1.5之间。在一些实施例中，β为约1.5与约1.75之间。在一些实施例中，β为约1.75与约2.0之间。在一些实施例中，β为约2.0与约2.25之间。在一些实施例中，β为约2.25与约5.0之间。在一些实施例中，β为约5.0与约10.0之间。在一些实施例中，β为约10.0与约20.0之间。在一些实施例中，β为约20.0与约25.0之间。
材料135可包含金属元素，例如Ni、Fe等。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约5％与约50％之间。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约5％与约10％之间。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约10％与约15％之间。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约15％与约25％之间。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约25％与约35％之间。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约35％与约37％之间。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约37％与约45％之间。在一些实施例中，Ni的重量百分比为约45％与约50％之间。
在一实施例中，材料135可为Ni-Fe合金，具有如图4所示的结晶结构。Ni-Fe合金为柱状结构，包含正方形、圆形、星形、椭圆形等的颗粒，但不以此为限。Ni-Fe合金的颗粒尺寸为约1um与20um之间。
以材料135(局部或完全)填充开口之后，移除光致抗蚀剂125并且留下一些柱状物/台面(mesa)135a于层120与基板100上方，如图3H所示。图3H中的柱状物/台面135a可具有间隔P，该间隔P为约10um与约20um之间。在一些实施例中，间隔P为约20um与约30um之间。在一些实施例中，间隔P为约30um与约40um之间。在一些实施例中，间隔P为约40um与约50um之间。在一些实施例中，间隔P为约50um与约150um之间。间隔P是自柱状物/台面135a的中心线测量至另一相邻柱状物/台面135a的中心线。
在一些实施例中，在基板100内，间隔P的偏差(σ)不大于约5％。在一些实施例中，间隔P的偏差不大于约3％。在一些实施例中，间隔P的偏差不大于约2％。在一些实施例中，间隔P的偏差不大于约1％。
在一些其他的实施例中，也局部移除层120，如图3I所示。保留一部分的层120(标示为120a)，其位于柱状物/台面135a下方。在一些情况下，可通过SEM(二次电子显微镜(Secondary Electronic Microscope))辨识部分120a的厚度与轮廓，并且可经由分析(例如X射线绕射)检测部分120a的组成。剩余的部分120a可至少包含Pt(铂)、Au、Ag、Cu、或其他合适的材料。
图5A至5C为图3C的一些实施例的示意图。在图5A中，堆叠的柱状物/台面与部分层135a/120a为以阵列形式配置于基板100上的独立凸块。在图5B中，堆叠的柱状物/台面与部分层135a/120a经图案化成为基板100上的一些分隔条状物。在图5C中，堆叠的柱状物/台面与部分层135a/120a经图案化成为基板100上的网格边界。
在一些实施例中，可施力(两侧的箭号)于基板100上，以增加间隔P的尺寸。如图6所示，基板100在拉伸应力之下扩张(expanded)元件间隔由P增加为P’。图5A或图5B中的间隔比图3H或图3I的间隔P大10％或更多。在一些实施例中，图5A或图5B中的间隔比间隔P大15％或更多。在一些实施例中，图5A或图5B中的间隔比间隔P大20％或更多。在一些实施例中，图5A或图5B中的间隔比间隔P大25％或更多。当间隔P’达到预定值时，可在基板100周围配置钳具(clamp)，以保持基板100的变形并且将P’维持为预定值。
由于堆叠的柱状物/台面与部分层135a/120a的弹性系数大于基板100的弹性系数，因而堆叠的柱状物/台面与部分层135a/120a防止基板100沿着非图6所示施力方向的方向变形。堆叠的柱状物/台面与部分层135a/120a也有助于如同框架般支持基板100，以便于后续操作。
在一些实施例中，可由一基板制备掩模55，如图7A所示。在图7A中，基板包含至少两个不同的层(701或702，以及703)堆叠在一起。在一些实施例中，层701与702皆由金属制成。在一些实施例中，层701与702分别包含镍。在一些实施例中，层703为聚合层，例如聚酰亚胺。在一些实施例中，层703的CTE约比层701或层702的CTE大1.2倍至约7倍。
在一些实施例中，可由基板制备掩模55，如图7B所示。在图7B中，基板为单层704。在一些实施例中，层704由金属制成。在一些实施例中，层704包含镍。
图8说明经设计以于基板100中钻贯穿孔洞的操作。在本实施例中，每一单元网格具有一贯穿孔洞105。光源300用以发出多重激光光束220，其具有不大于500nm的波长，用以钻孔洞105。在一实施例中，KrF激光作为光束220以形成贯穿孔洞104。光源300可包含单一光束或是多重光束，图8所示。多重光束钻孔可一次照射在数个单元网格中形成每一个单元网格有一孔洞，如图8所示。光源300也可移动至不同的列或行，如图9所示。多重光束钻孔可有助于改良生产量。
光源300也可偏移一距离d，如图10所示，以于第二次照射期间在相同单元网格中钻另一孔洞。在一些实施例中，单元网格可包含超过一个贯穿孔洞。
图11是一照片，由俯视方向显示掩模55的一部分。有一些孔洞105配置为一阵列。层701为金属膜，以下为聚合物层，两者结合为一复合结构。第一尺寸(first dimension)w1为13.7um。第二尺寸(second dimension)w2为12.1um。此二尺寸皆是以显微镜测量。在此情况下，孔洞105的最小尺寸定义为12.1um。若孔洞105为圆形，则最小尺寸为由俯视方向测量的孔洞的直径。对于一些其他形状，最小尺寸可为由俯视方向测量的最小对角线。
将图10所示的基板钻孔形成掩模的剖面图如图12所示。由剖面观之，相邻堆叠135a/120a分隔且具有间隔P’。有两个贯穿孔洞105a与105b位于两个堆叠135a/120a(其也为单元网格)之间。间隔t定义为自孔洞105a的中心线测量至孔洞105b的中心线的距离，间隔t小于P’。在一些实施例中，间隔t也实质等于图10中的距离d。在一些实施例中，间隔t为约7um与约15um之间。
由剖面观之，贯穿孔洞105具有最小尺寸w。如图13所示，最小尺寸w为自孔洞105的一内部侧壁测量至对面的内部侧壁。
在一些实施例中，贯穿孔洞105可具有不大于约20um的最小尺寸。在一些实施例中，贯穿孔洞的最小尺寸不大于15um。
除了最小尺寸之外，也可控制孔洞的最大尺寸。关于如图11的情况，第二尺寸w2可定义为最大尺寸。对于圆形，直径也为最大尺寸。在一些实施例中，孔洞105的最大尺寸不大于20um。
在一些实施例中，贯穿孔洞两端的尺寸可不相同。如图14所示，孔洞105贯穿基板400。基板400具有第一表面400a与第二表面400b，第二表面400b与第一表面400a相对。孔洞105具有两个出口105e与105f。出口105e具有宽度D10，其大于出口105f的宽度D2。在一些实施例中，D1约为D2的1.5至2倍。在一些实施例中，出口105e经配置而比出口105f更远离图2B所示的基板13，同时配置有机发光材料于基板13上。在一些实施例中，贯穿孔洞105的至少一出口具有圆角。如前述实施例，基板400可具有多层。
多重光束光源300的一范例如图15所示。如图15所示，光源300可包含光发射器305以发出单光束。单光束的波长可小于约300nm。在一些实施例中，该波长为约150nm与约400nm之间。
该单光束经分光器(splitter)306转移(diverted)成为数个光束(以三个光束为例)。自分光器306发出的光束方向可依照分光器306的设计而变化。在图15中，来自光发射器305的光束进入分光器306。分光器306产生三个不同光束，包含依循进入光束的原方向的一光束以及垂直于该进入光束的其他两光束。
光学组件(例如透镜302)位于自分光镜306发射的一些光束的移动路径上并且用以改变自分光镜306发射的光束的方向。最后，可形成一些平行光束220，以于掩模上钻孔洞。
在一些实施例中，图16的掩模位于基板400上方。基板400的另一侧上的发光材料可穿过孔洞105a与105b，而后到达基板的顶表面并且形成台面(mesa)405。为了依循掩模的孔洞图案，可形成数个台面405的阵列或是任何期望的图案。
在一些实施例中，台面(mesa)405可发光。在一些实施例中，台面405包含有机发光材料。在一些实施例中，相邻台面405的间隔不大于约6um。
前述内容概述一些实施方式的特征，因而本领域普通技术人员可更加理解本公开的各方面。本领域普通技术人员应理解可轻易使用本公开作为基础，用于设计或修饰其他工艺与结构而实现与本申请案所述的实施例具有相同目的与/或达到相同优点。本领域普通技术人员也应理解此均等架构并不脱离本公开内容的构思与范围，并且本领域普通技术人员可进行各种变化、取代与替换，而不脱离本公开的构思与范围。

Claims (20)

1.一种用于图案化有机发光材料的掩模，包括：
一基板，具有一第一表面与一第二表面，该第一表面与该第二表面相对；以及
多个孔洞，延伸穿过该基板，具有不大于150um的一间隔，以及每一个孔洞于该第一表面具有一第一出口以及于该第二表面具有一第二出口，其中该多个孔洞至少其中之一具有不大于约15um的一最小尺寸。
2.如权利要求1所述的掩模，其中该基板至少包含Ni或Fe。
3.如权利要求1所述的掩模，其中该基板是一堆叠结构，具有至少一聚合物层与至少一金属层位于其上。
4.如权利要求3所述的掩模，其中该堆叠结构是一三明治结构，并且该聚合物层位于该金属层与另一金属层之间。
5.如权利要求1所述的掩模，其中该第一出口的尺寸大于该第二出口的尺寸。
6.如权利要求5所述的掩模，其中该第一出口的该尺寸比该第二出口的该尺寸大约1.5至2倍。
7.如权利要求1所述的掩模，其中该基板内的该间隔的一偏差不大于10％。
8.如权利要求1所述的掩模，其中该基板的一Ni浓度为约5％与约50％之间。
9.一种用于图案化有机发光材料的掩模，包括：
一基板，包含一可延伸基质以及位于该可延伸基质上的一堆叠结构；以及
多个孔洞，延伸穿过该可延伸基质，
其中该多个孔洞的一部分的一间隔不大于约150um。
10.如权利要求9所述的掩模，其中该堆叠结构配置为一网格图案。
11.如权利要求10所述的掩模，其中该网格图案具有多个单元网格，并且每一单元网格环绕至少两个贯穿孔洞。
12.如权利要求9所述的掩模，其中该堆叠结构具有一热膨胀系数，其不大于该基质的热膨胀系数。
13.如权利要求9所述的掩模，其中该堆叠结构具有一Ni-Fe合金。
14.如权利要求13所述的掩模，其中该Ni-Fe合金的一Ni浓度自约5％至约50％。
15.一种掩模的形成方法，包括：
提供一聚合物基板；
配置一金属层于该聚合物基板上，以形成一复合结构；以及
在该复合结构中形成一阵列的贯穿孔洞，其中该阵列的贯穿孔洞具有不大于约150um的一间隔。
16.如权利要求15所述的形成方法，还包括处理该聚合物基板的一表面，其中该表面经配置以接收该金属层。
17.如权利要求15所述的形成方法，其中通过一激光源，进行在该复合结构中形成该阵列的贯穿孔洞。
18.如权利要求15所述的形成方法，其中该金属层经配置为一网格。
19.如权利要求15所述的形成方法，还包括在形成该阵列的贯穿孔洞之前，扩张该聚合物基板。
20.如权利要求15所述的形成方法，还包括形成一光致抗蚀剂于该聚合物基板上方。
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