DE60317600T2

DE60317600T2 - Therophysikalisches dampfablagerungsgerät mit entfernbarer/entfernbaren dampfquelle(n)

Info

Publication number: DE60317600T2
Application number: DE60317600T
Authority: DE
Inventors: Steven A. Van Slyke
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Global OLED Technology LLC
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2023-04-15
Also published as: EP1357200A1; DE60317600D1; US6749906B2; US20030203638A1; EP1357200B1; JP4444579B2; JP2003317957A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Dampfablagerung einer organischen Schicht auf einer Struktur als Teil einer organischen lichtemittierenden Diode (organic light-emitting device = OLED). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät mit einem lang gestreckten Dampfverteiler, der in einer unter reduziertem Druck stehenden Kammer im Abstand von einer Struktur angeordnet ist, einer oder mehreren entfernbaren, organisches Material enthaltenden Dampfquellen, die außerhalb der Kammer angeordnet sind, und einer Dampftransportvorrichtung, die die einzelnen Dampfquellen jeweils mit dem Dampfverteiler verbindet.
Organische lichtemittierende Geräte, die auch als organische Elektrolumineszenz-Geräte bezeichnet werden, können so aufgebaut sein, dass zwischen ersten und zweiten Elektroden eine oder mehrere organische Schichten eingebettet werden.
Bei einer Passivmatrix-OLED herkömmlicher Bauart werden eine Vielzahl seitlich beabstandeter lichtdurchlässiger Anoden, etwa Indium/Zinnoxid-Dioden (ITO), als erste Elektroden auf einem lichtdurchlässigen Substrat, etwa einem Glassubstrat, ausgebildet. Anschließend werden in einer unter reduziertem Druck von im typischen Fall unter 10^–3 Torr (1,33 × 10^–1 Pascal) stehenden Kammer nacheinander zwei oder mehr organische Schichten durch Dampfablagerung entsprechender organischer Materialien aus entsprechenden Quellen aufgebracht. Als zweite Elektroden werden eine Vielzahl seitlich beabstandeter Kathoden auf eine oberste der organischen Schichten aufgebracht. Die Kathoden sind in einem Winkel, im typischen Fall in einem rechten Winkel zu den Anoden, ausgerichtet.
Durch Anlegen eines elektrischen Potentials (auch als Treiberspannung bezeichnet) werden diese herkömmlichen Passivmatrix-OLEDs zwischen entsprechenden Spalten (Anoden) und den einzelnen Reihen (Kathode) nacheinander aktiviert. Ist eine Kathode bezüglich einer Anode negativ vorgespannt, gibt ein durch einen Überlappungsbereich der Kathode und der Anode definiertes Pixel Licht ab, wobei das emittierte Licht den Beobachter durch die Anode und das Substrat hindurch erreicht.
Bei einer Passivmatrix-OLED ist eine Anordnung von Anoden als erste Elektroden in Form von mit jeweils einem lichtdurchlässigen Abschnitt verbundenen Dünnfilm-Transistoren (TFTs) vorgesehen. Dann werden zwei oder mehr organische Schichten durch Dampfablagerung in einer im Wesentlichen dem Aufbau der vorstehend genannten Passivmatrix-OLED entsprechender Weise aufgebracht. Über einer obersten Schicht der organischen Schichten wird eine gemeinsame Kathode als zweite Elektrode aufgebracht. Aufbau und Funktion einer Aktivmatrix-OLED sind in US-A-5 550 066 beschrieben, die durch Verweis als Bestandteil hierin aufgenommen wird.
Bezüglich der für den Aufbau von OLEDs geeigneten organischen Materialien, der Dicken von dampfabgelagerten Schichten und der Schichtausbildungen wird zum Beispiel auf US-A-4 356 429 , US-A-4 539 507 , US-A-4 720 432 und US-A-4 769 292 verwiesen, die durch Verweis hierin aufgenommen werden.
Bisher und derzeit wird zur Ausbildung dampfabgelagerter organischer Schichten auf einem OLED-Substrat oder einer OLED-Struktur eine Dampfablagerungsquelle in einer Kammer angeordnet, in der durch Evakuieren ein reduzierter Druck von bis zu 10^–6 Torr (1,33 × 10^–4 Pascal) hergestellt wird. Das OLED-Substrat oder die OLED-Struktur wird ebenfalls in der Kammer, jedoch in einem Abstand von der Dampfablagerungsquelle, angeordnet. Vor dem Herstellen des reduzierten Drucks in der Kammer wurde ein verdampfbares festes organisches Material in die Quelle eingebracht. Im aktivierten Zustand der Quelle wird ein Teil des festen organischen Materials verdampft, normalerweise durch Sublimation, und der Dampf des organischen Materials kondensiert auf dem OLED-Substrat oder der OLED-Struktur und bildet eine organische Schicht aus.
Durch den Einsatz einer in einer Unterdruckkammer angeordneten Dampfablagerungsquelle ergibt sich ein besonderes Problem: Wenn das feste organische Material in der Quelle nach dem Beschichten mehrerer Substrate oder Strukturen mit einer organischen Schicht erschöpft oder verbraucht ist, muss die Kammer wieder auf atmosphärischen Druck gebracht werden, damit sie geöffnet und die verbrauchte Dampfquelle entnommen und/oder ersetzt werden kann oder die Quelle erneut mit einem festen organischen Material beschickt werden kann. Dieser Vorgang des Belüftens und anschließenden Evakuierens der Kammer kann zeitaufwändig sein, da durch das Öffnen der Kammer gegenüber der Umgebungsluft unter Umständen Feuchtigkeit in die Kammer und ihre inneren Komponenten angesaugt wird. Auf dem Gebiet der Vakuumsysteme ist bekannt, dass solche aufgenommene Feuchtigkeit ganz wesentlich die Zeit verlängern kann, die erforderlich ist, um eine Kammer zu evakuieren und den Unterdruck in der Kammer wieder herzustellen, der vor dem Belüften und Öffnen der Kammer gegenüber den Umgebungsbedingungen geherrscht hatte.
Erschwert werden kann dieses Problem noch bei Mehrkammergeräten, bei denen der gewünschte Unterdruck in den einzelnen Kammern des Geräts durch Evakuieren mittels einer gemeinsamen Pumpe erzeugt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die mit der Benutzung einer mit einem festen organischen OLED-Material beschickten Dampfablagerungsquelle in einer Kammer beireduziertem Druck verbundenen Probleme zu überwinden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Herstellung von OLED-Geräten eine oder mehrere entfernbare, organisches Material enthaltende Dampfquellen zu verwenden.
Diese Aufgabe wird erfüllt durch ein thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät zum Verdampfen fester organischer Materialien und Aufbringen verdampfter organischer Materialien als organische Schicht auf eine Struktur in einer Kammer mit reduziertem Druck zum Ausbilden eines Teils einer organischen lichtemittierenden Diode (OLED) mit:

a) einem lang gestreckten Dampfverteiler, der in der Kammer angeordnet und von der Struktur beabstandet ist und der einen lang gestreckten Hohlraum mit einer Vielzahl von Dampfauslassöffnungen bildet, die in einer Längsrichtung des Verteilers ausgebildet sind, um verdampfte organische Materialien in den Raum zwischen dem Verteiler und der Struktur einzuführen und eine organische Schicht auf die Struktur aufzubringen;
b) einer oder mehreren entfernbaren, organisches Material enthaltenden Dampfquellen, die außerhalb der Kammer befestigbar angeordnet sind und in ihrem wirksamen Zustand verdampfte organische Materialien in den Hohlraum des Dampfverteilers fördern; und
c) einer Dampftransportvorrichtung, die jeder der einen oder mehreren, organisches Material enthaltenden Dampfquelle(n) zugeordnet ist, sich abdichtend in den Hohlraum erstreckt und Mittel umfasst zum Entfernen oder dichten Anbringen einer organisches Material enthaltenden Dampfquelle.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind eine oder mehrere organisches Material enthaltende Dampfquellen außerhalb einer auf einem reduzierten Druck gehaltenen Kammer angeordnet und können unter Aufrechterhaltung des reduzierten Drucks in der Kammer von einer Dampftransportvorrichtung getrennt werden, die sich in einen in der Kammer angeordneten Dampfverteiler hinein erstreckt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung können eine Vielzahl entfernbarer, organisches Material enthaltender Dampfquellen, die außerhalb einer auf reduziertem Druck gehaltenen Kammer angeordnet sind, mit festen organischen Materialien beschickt werden, welche entsprechend ausgewählt sind, um einem in der Kammer angeordneten Dampfverteiler über eine entsprechende Vielzahl von Dampftransportvorrichtungen Dämpfe so zuzuführen, dass eine organische OLED-Schicht mit ausgewählten Merkmalen auf einer Struktur ausgebildet werden kann.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine organische OLED-Schicht mit verbesserter Gleichmäßigkeit dadurch auf einer Struktur ausgebildet werden, dass die Struktur während der Dampfablagerung der Schicht bezüglich eines Dampfverteilers bewegt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer organischen Passivmatrix-Leuchtdiode, wobei die verschiedenen Schichten durch Zurücknehmen einzelner Elemente sichtbar gemacht wurden;
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer für die Herstellung einer relativ großen Zahl von OLEDs geeigneten OLED-Vorrichtung mit einer Vielzahl von Stationen, die von Knotenpunkten ausgehen;
3 eine geschnittene schematische Darstellung eines Trägers, der eine relativ große Zahl von Substraten oder Strukturen enthält und, wie durch die Schnittlinien 3-3 in 2 angedeutet, in einer Ladestation der Vorrichtung gemäß 2 angeordnet ist;
4 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts, bei dem eine Vielzahl entfernbarer, organisches Material enthaltender Dampfquellen außerhalb einer Kammer angeordnet sind und über entsprechende Dampftransportvorrichtungen mit einem lang gestreckten Dampfverteiler in Verbindung stehen, der in einer auf reduziertem Druck gehaltenen Kammer angeordnet ist, wobei die Dampftransportvorrichtungen ein Ventil aufweisen, das beim Entfernen einer oder mehrerer der Dampfquellen den reduzierten Druck in der Kammer aufrechterhält;
5 eine schematische Ansicht eines thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts gemäß einem Aspekt der Erfindung mit einer Heizspule zum Aufheizen einer Dampftransportvorrichtung;
6 eine schematische Ansicht eines thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts gemäß der Erfindung mit einer Ausführungsform eines planaren Heizelements für das Verdampfen der Quelle, Heizlampen zum Aufheizen einer Dampftransportvorrichtung und einer Heizlampe zum Aufheizen eines lang gestreckten Dampfverteilers;
7 eine Schnittdarstellung der in 6 dargestellten Dampfquelle, in der Dichtungen und Dichtringe zu erkennen sind, die eine Öffnung in dem Planaren Verdampfungs-Heizelement ausbilden;
8 eine schematische Draufsicht der Dampfquelle entlang der Linien 8-8 in 7, in der von einem Flansch ausgehende Flanscharme zu erkennen sind, die Quellenhalter-Spannfedern zwischen den Armen und einen Quellenhalter verbinden;
9 eine Schnittansicht einer modifizierten Dampfquelle gemäß einem Aspekt der Erfindung, bei der organisches Material in einem wärmeleitfähigen Behälter mittels einer Verdampfungs-Heizspule verdampft werden kann;
10 eine Schnittdarstellung einer modifizierten Dampfquelle gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, bei der organisches Material in einem elektrisch leitfähigen Behälter durch eine Induktions-Heizspule verdampft wird, wobei ein Leitelement zu erkennen ist;
11A, 11B und 11C eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer entfernbaren Dampfquelle gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung mit Druckfedern zum dichten Anbringen einer Dampfquelle an einer Dampftransportvorrichtung und zum Entfernen der Quelle von der Vorrichtung, wobei
11A die Dampfquelle in dem Zustand zeigt, in dem sie mittels gespannter Druckfedern abdichtend an einer Dampftransportvorrichtung angebracht ist;
11B die Dampfquelle in dem von der Dampftransportvorrichtung entfernten oder abgenommenen Zustand und die Druckfedern in entspanntem oder nicht gespanntem Zustand zeigt und
11C die abgenommene Dampfquelle und das Planare Verdampfungs-Heizelement zeigt;
12A, 12B und 12C eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer entfernbaren Dampfquelle gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung mit einem Verdampfungs-Tauchheizelement, einem Behälter mit einem Flansch und einer Metalldichtung für die dichte Verbindung zwischen dem Behälter und einem Quellendeckel, wobei
12A die Dampfquelle und die zugehörige Dampftransportvorrichtung in einem beheizbaren Gehäuse zeigt;
12B die Anordnung des Quellendeckels und des Verdampfungs-Tauchheizelements in dem Gehäuse darstellt; und
12C den entfernten Behälter auf einer Arbeitsunterlage in Vorbereitung für das Auffüllen mit einem verdampfungsfähigen organischen Material zeigt;
13 eine schematische Schnittansicht einer speziellen Dampfablagerungsstation zur Ausbildung dampfabgelagerter organischer Löchertransportschichten (hole-tranporting layers = HTL) auf Strukturen in der OLED-Vorrichtung gemäß 2 entlang der Schnittlinien 12-12 in 2, wobei eine Struktur mittels einer Spindel bezüglich eines stationär angeordneten Dampfverteilers bewegt wird, um gemäß einem Aspekt der Erfindung in dem thermophysikalischen Dampfablagerungsgerät eine gleichmäßig dampfabgelagerte organische Löchertransportschicht auf die Struktur aufzubringen; und
14 eine schematische Draufsicht eines Bereichs der HTL-Dampfablagerungsstation gemäß 2, in der ein Kristall-Massensensor zu erkennen ist, der nahe einem Endbereich einer Vielzahl von im lang gestreckten Dampfverteiler ausgebildeten Dampfaustrittsöffnungen angeordnet ist.
Die Zeichnungen sind zwangsläufig nur schematischer Art, da die Abmessungen der Schichtdicken von OLEDs häufig im Submikrometer-Bereich liegen, während die Merkmale, die die seitlichen Drähteabmessungen betreffen, in der Größenordnung von 50–500 mm liegen können. Außerdem ist die Vielzahl der im Dampfverteiler ausgebildeten Dampfaustrittsöffnungen relativ klein im Vergleich zu der Länge, über die sich die Öffnungen längs entlang des Dampfverteilers erstrecken. Daher wurden die Größenverhältnisse eher im Sinne einer besseren Sichtbarkeit als im Sinne der Genauigkeit gewählt.
Unter "Substrat" ist ein lichtdurchlässiger Träger mit einer Vielzahl darauf vorgeformter, seitlich beabstandeter erster Elektroden (Anoden) zu verstehen, wobei dieses Substrat einen Vorläufer einer Passivmatrix-OLED darstellt. Der Begriff "Struktur" beschreibt das Substrat, nachdem ein Teil einer dampfabgelagerten organischen Schicht aufgebracht wurde, sowie eine Aktivmatrix-Anordnung im Gegensatz zu einem Passivmatrix-Vorläufer.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Passivmatrix-OLED 10, wobei zur besseren Sichtbarkeit verschiedener Schichten einzelne Elemente teilweise zurückgenommen wurden.
Auf einem lichtdurchlässigen Substrat 11 sind eine Vielzahl seitlich beabstandeter erster Elektroden 12 (auch als Anoden bezeichnet) ausgebildet. Durch physikalische Dampfablagerung werden nacheinander eine organische Löchertransportschicht (HTL) 13, eine organische Leuchtschicht (LEL) 14 und eine organische Elektronentransportschicht (ETL) 15 aufgebracht, wie dies im Folgenden noch im einzelnen erläutert wird. Auf die organische Elektronentransportschicht 15 wird eine Vielzahl seitlich beabstandeter zweiter Elektroden 16 (auch Kathoden genannt) im Wesentlichen rechtwinklig zu den ersten Elektroden 12 aufgebracht. Zur Vervollständigung der OLED 10 dichtet eine Vergusskapselung oder Abdeckung 18 empfindliche Teile der Struktur gegenüber den Umgebungsbedingungen ab.
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer OLED-Vorrichtung 100 zur Herstellung einer relativ großen Zahl von OLEDs mittels automatisierter oder Roboter-Verfahren (nicht dargestellt) für den Transport oder die Überführung von Substraten oder Strukturen zwischen einer Vielzahl von um einen Puffer-Knotenpunkt 102 und einen Transfer-Knotenpunkt 104 herum angeordneten Stationen. Eine Unterdruckpumpe 106 sorgt über einen Pumpenanschluss 107 für einen reduzierten Druck in den Knotenpunkten 102, 104 und in jeder der von diesen Knotenpunkten ausgehenden Stationen. Mittels eines Manometers 108 wird der im System 100 herrschende reduzierte Druck angezeigt. Normalerweise liegt der Druck unter 10^–3 Torr (1,33 × 10^–1 Pascal) und kann sogar bis zu 10^–6 Torr (1,33 × 10^–4 Pascal) betragen.
Die Stationen umfassen eine Beschickungsstation 110 zum Bereitstellen einer Ladung von Substraten oder Strukturen, eine Dampfablagerungsstation 130 für die Herstellung organischer HTL-Schichten und gegebenenfalls auch organischer löcherinjizierender Zwischenschichten, eine Dampfablagerungsstation 140 für die Ausbildung organischer Leuchtschichten (LELs), eine Dampfablagerungsstation 150 für die Ausbildung organischer Elektronentransportschichten (ETLs), eine Dampfablagerungsstation 160 für die Ausbildung der Vielzahl zweiter Elektroden (Kathoden), eine Entladestation 103 für die Überführung von Strukturen vom Speicher-Knotenpunkt 102 zum Transfer-Knotenpunkt 104, der seinerseits eine Speicherstation 170 und eine Vergusskapselungsstation 180 aufweist, die mit dem Knotenpunkt 104 über einen Verbindungskanal 105 verbunden ist. Diese Stationen weisen jeweils einen in die Knotenpunkte 102 bzw. 104 führenden offenen Kanal und jeweils eine (nicht dargestellte) unterdruckgesicherte Zugangsöffnung auf, durch die die jeweilige Station zum Reinigen und für das Auswechseln oder die Instandsetzung von Teilen zugänglich ist. Ferner sind die Stationen jeweils mit einem Gehäuse ausgestattet, das eine Kammer ausbildet.
In der detaillierten Beschreibung wird das organische Löchertransportmaterial beispielhaft für ein organisches Material zur Ausbildung einer organischen Löchertransportschicht 13 (s. 1) in der Station 130 (HTL) der 2 beschrieben. Es ist ersichtlich, dass gemäß bestimmten Aspekten der Erfindung ein thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät effektiv für die Ausbildung einer organischen Leuchtschicht 14 (1) in der Station 140 (LEL) der 2 oder für die Ausbildung einer organischen Elektronentransportschicht 15 (s. 1) in der Station 150 (ETL) der 2 eingesetzt werden kann.
3 zeigt einen schematischen Schnitt der Beschickungsstation 110 entlang der Schnittlinien 3-3 in 2. Die Beschickungsstation 110 besitzt ein Gehäuse 110H, das eine Kammer 110C ausbildet. In der Kammer befindet sich ein zur Aufnahme einer Vielzahl von Substraten 11 mit vorgeformten ersten Elektroden 12 (s. 1) bestimmter Träger 111. Ein alternativer Träger 111 kann für die Aufnahme einer Vielzahl von Aktivmatrix-Strukturen vorgesehen sein. Ferner können Träger 111 in der Entladestation 103 und in der Speicherstation 170 vorgesehen sein.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts 500 mit bestimmten Aspekten der Erfindung.
Ein Gehäuse H begrenzt eine Kammer C, die auf einem reduzierten Druck P_c von typischerweise unter 10^–3 Torr (1,33 × 10^–1 Pascal), vorzugsweise unter 10^–5 Torr (1,33 × 10^–3 Pascal), gehalten wird. In der Kammer C befinden sich ein Substrat oder eine Struktur 11, auf die eine organische Schicht mittels Dampfablagerung aufgebracht werden soll, sowie in einem Abstand D vom Substrat oder der Struktur 11 ein lang gestreckter Dampfverteiler 500VD.
Außerhalb der Kammer C ist eine Vielzahl entfernbarer Dampfquellen 500VS1–500VS4 angeordnet, wobei die Dampfquellen 500VS1–500VS3 in montierter Position und die Dampfquelle 500VS4 in abgenommener Position dargestellt sind. Die Dampfquellen enthalten verdampfungsfähiges organisches Material und geben bei Aktivierung durch entsprechende Quellen-Stromversorgungen 630, 650, 670 und 690 verdampftes organisches Material ab.
Die montierten Dampfquellen sind jeweils in dichter Weise mit einer speziellen Dampftransportvorrichtung 500VT verbunden, die ein Ventil 522 aufweist. Ein horizontaler Pfeil deutet die geschlossene Stellung des Ventils 522 an, ein vertikaler Pfeil die offene Stellung. Die Dampftransportvorrichtungen 500VT erstrecken sich jeweils in abgedichteter Weise in einen Hohlraum 504 des lang gestreckten Dampfverteilers 500VD.
Die dargestellten Dampfquellen 500VS2 und 500VS3 geben im aktivierten Zustand verdampftes organisches Material ab, das durch entsprechende Dampftransportvorrichtungen 500VT mit entsprechenden Ventilen in offener Stellung in den Hohlraum 504 des Dampfverteilers 500VD geleitet wird. Die von der Dampfquelle 500VS2 über die Dampftransportvorrichtung abgegebenen Dampfe des organischen Materials sind innerhalb des Hohlraums gestrichelt angedeutet, die von der Dampfquelle 500VS3 abgegebenen Dämpfe des organischen Materials sind punktiert dargestellt.
In der Rohrwandung 501 des Dampfverteilers 500VD sind eine Vielzahl von Dampfaustrittsöffnungen 505 entlang einer Linie ausgebildet, die sich in Längsrichtung des Verteilers zum Substrat oder zur Struktur 11 hin erstreckt. Größe und gegenseitiger Abstand der Dampfsaustrittsöffnungen 505 sind so gewählt (s. 6), dass der Dampfdruck P_V der Dampfe des organischen Materials im Hohlraum 504 zur Ausbildung einer im ganzen Hohlraum des lang gestreckten Dampfverteilers gleichmäßig verteilten Dampfwolke VC führt. Die in 4 im aktivierten Zustand dargestellten Dampfquellen 500VS2 und 500VS3 werden durch die entsprechenden Stromversorgungen 650, 670 der Dampfquelle veranlasst, festes organisches Material mit einer Rate zu verdampfen, durch die der Dampfdruck P_v im Hohlraum 504 erzeugt wird, wobei P_v größer ist als der reduzierte Druck P_c in der Kammer C.
Ein Teil der die Wolke VC ausbildenden Dampfe tritt über die Dampfaustrittsöffnungen 505 aus dem Hohlraum 504 in den Raum zwischen dem Verteiler 500VD und der Struktur 11 in Form von Dampfströmen v,23 aus (Dampfströme aus von der Dampfquelle 500VS2 und von der Dampfquelle 500VS3 abgegebenen Dampfen), die eine Ablagerungszone definieren. Diese Dampfströme v,23 sind durch gestrichelte und punktierte Linien angedeutet und zum Substrat oder zur Struktur 11 hin gerichtet, wo sie als auszubildende Schicht f,23 – in fetten gestrichelten Linien angedeutet – kondensieren. Ein Teil der Dampfströme v,23 gelangt in einen Kristall-Massensensor 301, der über eine Sensor-Signalleitung 401 ein massenproportionales Signal an einen Ablagerungsraten-Monitor 420 übermittelt.
Der Hohlraum 504 im auch als Rohr-Dampfverteiler bezeichneten lang gestreckten Dampfverteiler 500VD wird durch die rohrförmige Wandung 501 und Endkappen 502, 503, die mit der rohrförmigen Wand dichtend in Eingriff stehen (nicht dargestellt) begrenzt. Der Dampfverteiler 500VD wird durch eine Verteiler-Heizlampe 506, die im Hohlraum 504 bezüglich einer Mittellinie CL des Verteilers ausgerichtet ist, so beheizt, dass eine Verteilertemperatur aufrechterhalten wird, die eine wesentliche Kondensation von Dampfen im Hohlraum 504 oder in den Dampfsaustrittsöffnungen 505 ausschließt.
Die Dampftransportvorrichtungen 500VT weisen einen oberen Abschnitt 521b einer Dampftransportleitung auf, die sich in abgedichteter Weise in den Hohlraum 504 des Dampfverteilers 500VD erstreckt und mit einem oberen Anschluss des Ventils 522 verbunden ist. Das Ventil 522 weist eine Ventilstange 522a und eine an der Ventilstange befestigte Ventil-Handhabe 522b zum Überführen des Ventils in eine geöffnete Stellung oder eine geschlossene Stellung auf. Es können aber auch andere Arten von Ventilen mit Erfolg eingesetzt werden, wie dies auf dem Gebiet der Konstruktion und Technologie von Unterdrucksystemen bekannt ist. Ein unterer Abschnitt 521a einer Dampftransportleitung ist mit dem unteren Anschluss des Ventils 522 verbunden.
Das/die Ventil(e) 522 können/kann eine für den Betrieb in drei Stellungen geeignete Konstruktion aufweisen. Zum Beispiel kann das Ventil in einer ersten Stellung geöffnet sein und den Dampfverteiler 500VD über die Dampftransportvorrichtung 500VT mit einer angebrachten Dampfquelle 500VS verbinden. In einer zweiten Stellung ist das Ventil 522 dann geschlossen. In einer dritten Stellung bleibt das Ventil 522 geschlossen, weist jedoch eine (nicht dargestellte) "Anzapf"-Öffnung auf, durch die Luft oder ein inertes Gas in den unteren Abschnitt 521a der Dampftransportleitung und in die Dampfquelle eingebracht werden kann, um die Dampfquelle vor ihrem Entfernen auf atmosphärischen Druck zu bringen. Alternativ kann, wenn ein Betrieb der Ventile 522 nur in zwei Stellungen vorgesehen ist, d. h. entweder in einer offenen Stellung oder in einer geschlossenen Stellung, an einer "Anzapf"-Öffnung im unteren Abschnitt 521a der Dampftransportleitung oder in der Dampfquellen-Abdeckung 526 ein (nicht dargestelltes) besonderes Ventil vorgesehen sein, durch das Luft oder ein inertes Gas bei geschlossenem Ventil 522 eingeleitet werden kann.
Am unteren Bereich 521a der Dampftransportleitung ist ein Quellen-Halteflansch 523 angebracht. Der Quellen-Halteflansch 523 weist Quellenhalter-Flanscharme 523a, 523b (siehe 8 und 12) auf, an denen Quellenhalter-Spannfedern 524a, 524b (siehe 12) mit ihrem einen Ende befestigt werden können. In der Zeichnung der 4 sind nur der Quellen-Halteflansch 523 und die Quellenhalter-Spannfeder 524 dargestellt. Das andere Ende der Quellenhalter-Spannfeder 524 (oder der Spannfedern 524a, 524b) ist an einem Quellenhalter 525 angebracht, der sich jeweils über einen unteren Bereich der Außenoberfläche der angebrachten Dampfquellen 500VS1–500VS3 erstreckt. Durch die Spannung der Spannfeder(n) werden die angebrachten Dampfquellen aufwärts gedrückt, so dass eine dichtende Anlage zwischen einer oberen Fläche der jeweiligen Dampfquelle und einer Quellen-Abdeckung 526 entsteht, welche ihrerseits dichtend am unteren Bereich 521a der sich durch die Quellen-Abdeckung hindurch in die angebrachte(n) Dampfquelle(n) hinein erstreckenden Dampftransportleitung befestigt ist (siehe 6, 7 und 9–11).
Nach Beendigung des Verdampfens von in der Dampfquelle vorhandenem organischen Material und nach Umstellen des Ventils 522 in die geschlossene Stellung wird die angebrachte Dampfquelle in der Weise entfernt, dass man den Quellenhalter 525 von der unteren Außenfläche der zu entfernenden Dampfquelle herunter schiebt. Die Quellenhalter-Spannfeder(n) zieht/ziehen sich dann in einen entspannten oder im Wesentlichen nicht gespannten Zustand zurück, wobei sie jedoch den Quellenhalter 525 weiter halten, wie dies für die entfernte Dampfquelle 500VS4 dargestellt ist.
Eine Quellen-Stromversorgung 630 mit einem Regler 631 ist über eine Leitung 632, einen Strommesser 633 und eine Leitung 634 mit einem Verdampfungs-Heizelement (siehe 6–8) verbunden, das zum thermischen Verdampfen von in der Dampfquelle 501 aufgenommenem festem organischem Material bestimmt ist. Durch Einstellen des Reglers lässt sich ein durch das Verdampfungs-Heizelement fließender Heizstrom einstellen, durch den ein in der Quelle vorhandenes verdampfungsfähiges organisches Material auf eine Temperatur aufgeheizt wird, bei der ein Teil des organischen Materials – üblicherweise durch Sublimation – mit einer gewünschten Verdampfungsrate verdampft. Da sich das Ventil 522 der der Dampfquelle 500VS1 zugeordneten Dampftransportvorrichtung in der Darstellung in der geschlossenen Stellung befindet, ist der Regler 631 so eingestellt, dass im Wesentlichen kein Heizstrom durch das Verdampfungs-Heizelement fließt, wie dies auch durch den Strommesser 633 angedeutet wird.
In gleicher Weise ist eine Quellen-Stromversorgung 650 mit einem Regler 651 über eine Leitung 652, einen Strommesser 653 und eine Leitung 654 mit einem der Dampfquelle 500VS2 zugeordneten Verdampfungs-Heizelement verbunden. Der Regler 651 ist so eingestellt, dass ein Heizstrom derart durch das Verdampfungs-Heizelement fließt, dass in der Quelle 500VS2 aufgenommenes verdampfungsfähiges organisches Material mit einer gewünschten Verdampfungsrate verdampft. Der Heizstrom wird vom Strommesser angezeigt und ist schematisch durch den Pfeil in den Leitungen 652 und 654 angedeutet.
Auch die Dampfquelle 500VS3 ist aktiv; dies wird durch den Pfeil in den Leitungen 672 und 674 und durch den Strommesser 673 angedeutet, der einen Heizstrom anzeigt, der durch ein dieser Dampfquelle zugeordnetes Verdampfungs-Heizelement fließt, wobei der Heizstrom von einer Quellen-Stromversorgung 670 über einen Regler 671 zugeführt wird.
Einem der entfernten Dampfquelle 500VS4 zugeordneten Verdampfungs-Heizelement ist eine Quellen-Stromversorgung 690 zugeordnet. Dabei entsprechen ein Regler 691, Leitungen 692, 694 und ein Strommesser 693 den entsprechenden, weiter oben beschriebenen Elementen.
Die Verteiler-Heizlampe 506 wird (im aktiven Zustand) von einer Verteilerlampen-Stromversorgung 510 versorgt, die über entsprechende Leitungen 507 und 509 mit den Anschlüssen der Lampe 506 verbunden ist. Dabei ist ein Regler 511 derart eingestellt, dass eine gewünschte Temperatur des lang gestreckten Dampfverteilers 500VD erzeugt wird, die zum Beispiel durch eine (nicht dargestellte) dem Dampfverteiler zugeordnete Temperaturmesseinrichtung gemessen wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung der 4 ist ersichtlich, dass jeweils eine oder alle angebrachten Dampfquellen unter Aufrechterhaltung des reduzierten Drucks P_c in der Kammer C von ihren entsprechenden Dampftransportvorrichtungen 500VT getrennt werden können bzw. dass abgenommene Dampfquellen an ihren entsprechenden Dampftransportvorrichtungen angebracht werden können.
In 4 sind vier abzunehmende oder anzubringende Dampfquellen beispielhaft dargestellt. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts 500 kann eine erste Dampfquelle mit einem ersten verdampfungsfähigen festen organischen Ausgangsmaterial beschickt werden. Eine zweite Dampfquelle kann ein zweites verdampfungsfähiges festes organisches Ausgangsmaterial aufnehmen. Eine dritte Dampfquelle kann ein erstes verdampfungsfähiges festes organisches Dotiermaterial enthalten, und eine vierte Dampfquelle kann ein zweites verdampfungsfähiges festes organisches Dotiermaterial aufnehmen.
Nachdem die Dampfablagerungsvorrichtung 500 gemäß 4 in der Station 130 (HTL) der 2 installiert ist, kann die erste Dampfquelle mit einem ersten organischen Löchertransport-Ausgangsmaterial und die zweite Dampfquelle mit einem zweiten organischen Löchertransport-Ausgangsmaterial beschickt werden. Die dritte Dampfquelle kann ein erstes farbneutrales organisches Dotiermaterial, die vierte Dampfquelle ein zweites farbneutrales organisches Dotiermaterial aufnehmen. Nachdem diese vier Dampfquellen angeschlossen und aktiv sind, kann in dem Hohlraum 504 des lang gestreckten Dampfverteilers 500VD eine molekulare Mischung oder Dispersion der vier organischen Materialdämpfe hergestellt werden, wobei die Dampfströme 13v, 1234 aus den Dampfaustrittsöffnungen 505 austreten und auf das Substrat oder die Struktur 11 gerichtet werden, um dort eine zusammengesetzte, dotierte organische Löchertransportschicht 13, 1234 auf der Struktur auszubilden.
Alternativ ist es auch möglich, eine oder zwei der Dampfquellen mit verdampfungsfähigen festen organischen, löcherinjizierenden Materialien zu beschicken, und eine dritte Dampfquelle kann zum Beispiel eine Mischung aus zwei organischen Löchertransport-Ausgangsmaterialien aufnehmen. Eine vierte Dampfquelle kann mit einem farbneutralen organischen Dotiermaterial oder mit einer Mischung aus farbneutralen organischen Dotiermaterialien beschickt werden. Bei dieser Ausführungsform wird als erste Schicht eine organische löcherinjizierende Schicht auf dem Substrat oder der Struktur 11 ausgebildet, indem nur die eine oder die zwei mit löcherinjizierenden Materialien beschickten Dampfquellen aktiviert werden. Nach Ausbildung der löcherinjizierenden Schicht wird die Verdampfung der löcherinjizierenden Materialien abgeschaltet und die Verdampfung der in der dritten und der vierten Dampfquelle enthaltenen organischen Materialien eingeleitet, um auf der löcherinjizierenden Schicht eine dotierte (oder nicht dotierte) organische Löchertransportschicht 13 auszubilden.
Bei Installation des thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts 500 gemäß 4 in der Station 140 (LEL) der 2 kann eine Dampfquelle mit einem organischen lichtemittierenden Ausgangsmaterial beschickt werden, und eine zweite Dampfquelle kann zum Beispiel ein farbneutrales organisches Dotiermaterial aufnehmen. Eine dritte und eine vierte Dampfquelle können jeweils ein erstes bzw. ein zweites farbmodifizierendes organisches Dotiermaterial enthalten, das entsprechend ausgewählt wurde, um die Farbe oder den Farbton der Lichtemission in der fertigen und aktiven OLED gegenüber dem von dem organischen lichtemittierenden Ausgangsmaterial erzeugten Farbton zu modifizieren.
Wird das Dampfablagerungsgerät 500 gemäß 4 in der Station 150 (ETL) der 2 installiert, kann eine Dampfquelle mit einem ersten organischen Elektronentransport-Ausgangsmaterial beschickt werden, und eine zweite Dampfquelle kann ein zweites organisches Elektronentransport-Ausgangsmaterial aufnehmen. Eine dritte und eine vierte Dampfquelle können jeweils ein erstes und ein zweites farbneutrales organisches Dotiermaterial enthalten.
Die Verwendung von Dotiermaterialien zur Herstellung einer dotierten Schicht auf einer Struktur wurde zum Beispiel in der weiter oben bereits genannten Veröffentlichung US-A-4 769 292 beschrieben, bei der ein oder mehrere Dotiermittel in eine organische lichtemittierende Schicht eingebracht werden, um eine Farb- oder Farbtonveränderung des emittierten Lichts zu erzielen. Eine solche wählbare Veränderung oder Verschiebung der Farbe ist besonders bei der Herstellung einer mehrfarbigen oder vollfarbigen LED wünschenswert.
So genannte farbneutrale Dotiermittel können wirkungsvoll in Verbindung mit einer organischen Löchertransportschicht, in Verbindung mit einer organischen Elektronentransportschicht oder in Verbindung mit beiden genannten Schichten eingesetzt werden, um eine organische LED mit verbesserter Funktionsstabilität oder längerer Lebensdauer oder auch mit verbesserter Elektrolumineszenz zu erzeugen.
Die in den entfernbaren (und anbringbaren) Dampfquellen aufgenommenen festen organischen Materialien können in Form von Pulvern, Flocken oder als Partikel oder in Form von Pellets vorliegen.
5 zeigt eine schematische Ansicht des thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts, bei dem die Dampftransportvorrichtung 500VT mittels einer Heizspule 720 auf eine ausreichende Temperatur aufgeheizt werden kann, um eine Kondensation der von der Dampfquelle 500VS1 kommenden organischen Dampfe an den Oberflächen der Dampftransportvorrichtung zu verhindern. Die Heizspule 720 ist von einem Wärmeschild 710 mit Wärme reflektierenden Innenflächen 712 umgeben. Die Heizspule 720 wird durch den von einer Stromversorgung 700 des Heizelements der Dampftransportvorrichtung kommenden Stromfluss aufgeheizt, wobei die Stromversorgung einen Regler 701 aufweist. Die Stromversorgung 700 ist über eine Leitung 702 und einen Strommesser 703 am Anschluss 707 mit einem Ende der Heizspule 720 verbunden, während die Stromversorgung 700 mit dem anderen Ende der Heizspule 720 über die Leitung 704 an einem Anschluss 705 verbunden ist. Die entfernbare Dampfquelle 500VS1 mit der Quellenhalter-Spannfeder 524 und dem Quellenhalter 525, die Elemente der Dampftransportvorrichtung 500VT und der Dampfverteiler 500VD entsprechen jeweils den unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Elementen.
6 zeigt eine Schnittansicht von Teilen des thermophysikalischen Dampfablagerungsgeräts, bei dem ein planares Verdampfungs-Heizelement 550 zwischen der Dampfquelle 500VS2 gemäß 4 und einem Quellendeckel 526 angeordnet ist. Außerdem sind Heizlampen 810 und 820 und entsprechende Wärmereflektoren 812 und 822 als Alternativen für das Aufheizen der Dampftransportvorrichtung 500VT dargestellt.
In der Kammer C, die – wie unter Bezugnahme auf 4 bereits beschrieben wurde – auf einem reduzierten Druck gehalten wird, befindet sich ein lang gestreckter Dampfverteiler 500VD. Die Dampfaustrittsöffnungen 505 weisen einen Durchmesser d, der im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegen kann, und einen Abstand 1 auf, der im Bereich von 2–20 mm liegen kann. Innerhalb dieser Bereiche sind ein bestimmter Durchmesser d und ein bestimmter Abstand 1 so ausgewählt, dass die Dampfwolke VC der von der Dampfquelle 500VS2 kommenden organischen Dämpfe (durch eine gestrichelte Linie dargestellt) sich gleichmäßig im gesamten Hohlraum 504 (in 6 nicht bezeichnet) des Verteilers 500D verteilt. Die Dampfströme V,2 treten in der beschriebenen Weise aus den Öffnungen 505 aus.
Der obere Bereich 521b der Dampftransportleitung, der sich in den Hohlraum des Dampfverteilers erstreckt, ist gegenüber der rohrförmigen Wandung 501 durch Dampfverteilerdichtungen 521c abgedichtet, bei denen es sich um temperaturfeste Dichtungen aus einem Epoxidmaterial oder aus anderen bekannten, in der Technologie der Vakuumsysteme verwendeten Dichtmaterialien handeln kann. Der obere Bereich 521b erstreckt sich durch eine thermisch isolierende Platte 530, deren Oberfläche (nicht bezeichnet) gegenüber dem oberen Bereich abgedichtet ist. Eine untere Fläche (nicht bezeichnet) der Platte 530 ist mittels eines Dichtrings 532 gegenüber einer oberen Fläche (nicht bezeichnet) einer thermisch isolierenden Buchse 534 abgedichtet, die sich in das Gehäuse H hinein und durch dieses hindurch erstreckt. Eine untere Fläche (nicht bezeichnet) der Buchse ist mittels einer Buchsendichtung 536 gegenüber einer oberen Fläche (nicht bezeichnet) des Gehäuses H abgedichtet, das heißt gegenüber der zur Kammer C weisenden Oberfläche des Gehäuses H. Das Ventil 522 ist mittels Ventildichtungen 522c (in der Zeichnung ist nur eine Ventildichtung bezeichnet) sowohl gegenüber dem oberen Bereich 521b als auch gegenüber dem unteren Bereich 521a (siehe 4 und 7) der Dampftransportleitung abgedichtet.
In der Zeichnung der 6 bestehen schraffierte geschnittene Teile vorzugsweise aus thermisch isolierenden Materialien, etwa Quarz oder einem Keramikmaterial. Die oberen und unteren Bereiche der Dampftransportleitung können aus einem Metall oder aus einem thermisch isolierenden Material, etwa Quarz, einem Keramikmaterial oder einem Bornitridmaterial bestehen. Bei dem Körper des Ventils 522 kann es sich um einen Metallkörper oder einen Keramikkörper handeln. Die rohrförmige Wandung 501 des Dampfverteilers 500VD kann aus einem Metall, einem Keramikmaterial oder aus Bornitrid bestehen. Die Endkappen 502, 503 (siehe 4) des Dampfverteilers bestehen vorzugsweise aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material, etwa Quarz oder einem Keramikmaterial.
Der Quellenhalterflansch 523, der vorzugsweise ebenfalls aus einem thermisch isolierenden Material besteht, ist am unteren Bereich 521a der Dampftransportleitung über eine oder mehrere Dichtungen 523c befestigt (siehe 7). Der unterer Bereich 521a erstreckt sich durch den thermisch und elektrisch isolierenden Quellendeckel 526, der mittels einer Quellendeckeldichtung 526c (siehe 7) gegenüber der Leitung abgedichtet ist. Der Quellendeckel 526 weist einen temperaturbeständigen Quellendeckel-Dichtring 528 auf (siehe 7), der abdichtend an einer oberen Fläche (nicht bezeichnet) des Planaren Verdampfungs-Heizelements 550 anliegt.
Das Planare Verdampfungs-Heizelement besteht vorzugsweise aus Tantal-Blech in einer Form, die dichtend in dem Quellendeckel-Dichtring 528 aufgenommen oder zwischen diesem und einem temperaturbeständigen Behälterdichtring 542 abgeordnet sein kann (siehe 7), welcher an oder in der Nähe der gemeinsamen Oberfläche des Behälters 540 vorgesehen ist. Der Behälter 540 besteht vorzugsweise aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material, etwa Quarz oder einem Keramikmaterial. Das Planare Verdampfungs-Heizelement 550 weist eine Öffnung 552 auf (siehe 7), durch die verdampftes organisches Material aus dem Behälter in die Dampftransportvorrichtung 500VT und von dort in den Dampfverteiler 500VD eintreten kann.
Das Verdampfungs-Heizelement weist ferner elektrische Verbindungsflanschen 556 und 558 (siehe 8) für den Anschluss der Quellen-Stromversorgung 650 über ihre Leitungen 652 und 654 mittels entsprechender Anschlussklemmen 666 und 668 auf.
Der Behälter 540 weist mindestens eine Wärme reflektierende Beschichtung 560 auf, die sich über eine untere Fläche entlang der seitlichen Wandungsflächen des Behälters erstreckt. Die Wärme reflektierende Beschichtung 564 ist in der Darstellung auf den Außenflächen des Behälters angebracht. Sie kann aber anstatt auf den Außenflächen oder zusätzlich dazu auch auf den Innenflächen aufgebracht sein. Die Wärme reflektierende Beschichtung bzw. reflektierenden Beschichtungen können als mehrschichtiger dielektrischer Stapel ausgebildet sein, der die Wärmestrahlung in den Behälter zurück reflektiert. Alternativ kann die Wärme reflektierende Beschichtung aus einem oder mehreren Metallen mit spiegelartigen Reflexionseigenschaften bestehen.
Der Behälter 540 kann eine polygonale oder zylindrische Gestalt aufweisen. Im Behälter ist ein festes organisches Löchertransportmaterial 13a (oder ein organisches lichtemittierendes Material 14a oder ein organisches Elektronentransportmaterial 15a) in Form eines Pulvers, von Flocken oder Partikeln bis zu einem Füllstand 13b aufgenommen. Diese festen organischen Materialien wurden bereits in der abgenommenen Position der Dampfquelle 500VS2 in den Behälter eingegeben.
Eine Stromversorgung 800 der Heizlampe der Dampftransportvorrichtung weist einen Regler 801 zum Regeln eines durch die Heizlampen 810, 820 fließenden elektrischen Stroms auf, wobei die Lampen in der Zeichnung durch eine als Wellenlinie dargestellte Lampenverbin dungsleitung 800a in Reihe geschaltet sind. Eine Lampenleitung 802 verbindet die Stromversorgung 800 der Lampe über einen Strommesser 803 mit einem Heizlampenanschluss der Heizlampe 810, während eine Lampenleitung 804 die Stromversorgung der Lampe mit einem Heizlampenanschluss der Heizlampe 820 verbindet. Der Wärmereflektor 812 ist in der Zeichnung über eine Reflektor-Befestigungsplatte 814 mit dem Gehäuse H verbunden, der Wärmereflektor 822 ist über eine Reflektor-Befestigungsplatte 824 mit dem Gehäuse H verbunden. Die Heizlampen 810, 820 werden in den entsprechenden Wärmereflektoren 812, 822 mittels Heizlampen-Halterungen (nicht dargestellt) in ihrer jeweiligen Position gehalten.
In der Schnittdarstellung der Dampfquelle 500VS2 gemäß 7 ist der Behälter 540 mit einem festen Pellet 13p aus einem organischen Löchertransport-Ausgangsmaterial (oder mit einem Pellet 14p bzw. einem Pellet 15p eines organischen lichtemittierenden Ausgangsmaterials bzw. eines organischen Elektronentransport-Ausgangsmaterials) beschickt.
Zu erkennen sind eine Halteflanschdichtung 523c und eine Quellendeckeldichtung 526c. Außerdem sind der Quellendeckel-Dichtring 528 und der Behälter-Dichtring 542 dargestellt. Diese temperaturbeständigen Dichtringe bestehen aus einem temperaturbeständigen Material, zum Beispiel einem Material auf Siliconbasis. Die Öffnung des Verdampfungs-Heizelements ist mit 552 bezeichnet.
8 zeigt eine schematische Draufsicht der Dampfquelle 500VS2 entlang der Linie 8-8 in 7. ausgehend von dem Quellenhalterflansch 523, der mittels der Halteflansch-Dichtung 523c am unteren Bereich der Dampftransportleitung 521a befestigt ist, erstrecken sich Quellenhalter-Flanscharme 523a und 523b. An dem Flanscharm 523a und an einem Ende des Quellenhalters 525 ist eine Quellenhalter-Spannfeder 524a angebracht. Eine weitere Quellenhalter-Spannfeder 524b ist am Flanscharm 523b und am anderen Ende des Quellenhalters 525 angebracht. Die elektrischen Anschlussflanschen des Planaren Verdampfungs-Heizelements 550 sind mit 556 und 558 bezeichnet (siehe 6, 7).
In 9 ist in einer Schnittdarstellung einer modifizierten Dampfquelle 500VS2A eine die äußeren Seitenwandungsflächen (nicht bezeichnet) eines Behälters 540A umgebende Verdampfungs-Heizspule 570 dargestellt. Ein Wärmeschild 572 mit einer Wärmereflexionsober fläche 574 ist in einem Abstand zur Spule 570 angeordnet. Die Quellen-Stromversorgung 650A mit einem Regler 651A erzeugt einen durch die Spule 570, die Leitung 652, den Strommesser 653A und die Leitung 654 fließenden elektrischen Strom.
Bei dem Behälter 540A handelt es sich vorzugsweise um einen elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Behälter, so dass die Wärme durch Wärmeleitung durch die Behälterwandung transportiert wird, um Teile des/der festen organischen Materials/Materialien 13a (bzw. 14a oder 15a) im Behälter zu verdampfen. Ein für die Herstellung eines solchen Behälters geeignetes Material ist Bornitrid, welches eine mäßige thermische Leitfähigkeit und einen relativ hohen spezifischen thermischen Widerstand aufweist.
Der Quellendeckel 526A unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Quellendeckel 526 dadurch, dass hier kein Quellendeckel-Dichtungsring 528 (siehe 7) erforderlich ist. Bei an der Dampftransportvorrichtung angebrachter Dampfquelle wird eine obere Fläche des Behälters 542A mittels eines Behälter-Dichtrings 542A gegenüber einer unteren Fläche des Quellendeckels 526A abgedichtet.
10 zeigt eine Schnittansicht einer modifizierten Dampfquelle 500VS2B, bei der ein organisches Löchertransportmaterial 13a (bzw. ein organisches lichtemittierendes Material 14a bzw. ein organisches Elektronentransportmaterial 15a) in einem elektrisch leitfähigen Behälter 540B aufgenommen ist, der mittels eines Behälter-Dichtrings 542B gegenüber einem elektrisch leitfähigen Deckel 526B abgedichtet ist. Das feste organische Material bzw. zumindest ein Teil desselben wird durch eine den Behälter in einem Abstand umgebende Verdampfungs-Induktionsheizspule 580 verdampft. Die Induktionsheizspule wird durch eine Stromversorgung 650B des Induktionsheizelements aktiviert, wobei die Stromversorgung mittels eines Reglers 651B so geregelt werden kann, dass ein Strom durch die Induktionsheizspule fließt, wie dies durch den Strommesser 653B angedeutet ist. Die Stromversorgung 650B kann ein elektrisches Potential sowie einen Treiberstrom mit einer für die optimale induktive Beheizung des Behälters 540B und des Deckels 526B geeigneten Frequenz liefern.
An einer Unterseite des Deckels 526B ist in der Zeichnung ein Leitelement 584 mittels Leitelementhalterungen 586 befestigt. Das Leitelement 584 kann in Verbindung mit jeder der vorstehend beschriebenen Dampfquellen eingesetzt werden, um Partikel wirksam zu blockieren, d. h. zu verhindern, dass Partikel des organischen Materials in den unteren Bereich 521a der Dampftransportleitung gelangen, jedoch zuzulassen, dass Dämpfe des organischen Materials aus dem Behälter um das Leitelement herum in die Dampftransportleitung geleitet werden.
In 11A–11C ist eine andere Ausführungsform einer entfernbaren Dampfquelle schematisch dargestellt. Die Dampfquelle 500VS2, das Planare Verdampfungs-Heizelement 550 und die Heizlampen 810, 820 sowie die Wärmereflektoren 812, 822 für das Aufheizen der Dampftransportvorrichtung 500VT sind beispielhaft dargestellt. Das Ventil 522 befindet sich, wie durch den horizontalen Pfeil angedeutet, in einer geschlossenen Stellung.
In 11A ist die Dampfquelle 500VS2 über einer thermisch isolierenden Auflageplatte 590 dargestellt, die durch Quellenhalter-Druckfedern 592 und 594 bezüglich einer Arbeitsfläche aufwärts gedrückt wird. Im zusammengedrückten Zustand sorgen die Druckfedern für eine Abdichtung zwischen der Dampfquelle 500VS2 und dem Planaren Verdampfungs-Heizelement 550 und zwischen dem Heizelement und dem Quellendeckel 526 über entsprechende Dichtringe 542 bzw. 528. Dargestellt ist nur der Umriss der Wärme reflektierenden Beschichtung 560.
In 11B wurde die Dampfquelle vom Quellendeckel 526 abgenommen, und die Druckfedern 592, 594 befinden sich im entspannten oder nicht gespannten Zustand.
In 11C steht die abgenommene Dampfquelle 500VS2 auf der Arbeitsfläche, um gereinigt und/oder erneut mit organischem Material 13a (bzw. 14a oder 15a) beschickt zu werden. Das Planare Verdampfungs-Heizelement 550 mit seinen Anschlussklemmen 666, 668 ist an einem oberen Rand der Dampfquelle lehnend dargestellt.
In 12A–12C ist eine andere Ausführungsform einer entfernbaren Dampfquelle schematisch dargestellt. Die modifizierte Dampfquelle 500VS(m) weist einen Metallbehälter 540C und einen modifizierten Metall-Quellendeckel 526(m) auf, der über im Deckel fest vorgesehene Durchführungen 553, 554 ein Verdampfungs-Tauchheizelement 550i trägt. Das Ver dampfungs-Tauchheizelement 550i kann aufgeheizt werden, um die Verdampfung eines Teils des verdampfbaren festen organischen Materials 13a bzw. 14a oder 15a im Behälter zu bewirken. Dieses Aufheizen erfolgt mittels eines durch das Heizelement fließenden elektrischen Stromes, der von einer Quellen-Stromversorgung 620 über einen Regler 621, einen Strommesser 623 und Leitungen 622, 624 geliefert wird.
Der Metallbehälter 540C und der Quellendeckel 526(m) bestehen vorzugsweise aus Edelstahl, so dass während des Zusammendrückens einer zwischen dem Deckel 526(m) und einem Behälterflansch 541 angeordneten Metalldichtrings 542C eine strukturelle Einheitlichkeit gegeben ist. Die Dichtung 542C besteht vorzugsweise aus einem komprimierbaren Material, etwa Kupfer, Messing oder Aluminium. Die dichtende Anlage zwischen dem Behälterflansch 541 und dem Quellendeckel 526(m) entsteht durch im Behälterflansch 541 ausgebildete Kompressionsrippen 543 und im Deckel 526(m) ausgebildete Kompressionsrippen 544 und ausreichendes Anziehen einer Vielzahl von Bolzen 546, die sich durch den Deckel 526(m) hindurch in oder durch den Flansch 541 erstrecken. In 12A sind Mutter 548 zu erkennen, die im Zusammenwirken mit den Bolzen 546 für die Kompression des Metalldichtrings 542C sorgen. Alternativ können eine Vielzahl von mit den Bolzen 546 zusammenwirkenden Gewindebohrungen (nicht dargestellt) im Behälterflansch 541 oder im Deckel 526(m) ausgebildet sein.
Das (in geschlossener Stellung dargestellte) Ventil 522, die unteren und oberen Bereiche der Dampftransportleitungen 521a bzw. 521b und der Dampfverteiler 500VD entsprechen den weiter oben beschriebenen vergleichbaren Elementen.
Um die Kondensation der Dämpfe des verdampften organischen Materials auf relativ kühlen Oberflächen des Behälters 540C zu vermeiden, sind der Deckel 526(m) und die Elemente 621a, 522 und 521b der Dampftransportvorrichtung 500VT, die Dampfquelle 500VS(m) und die Dampftransportvorrichtung in einem beheizbaren, auf einem Gehäuseträger 920 angeordneten Gehäuse 900 vorgesehen. Das Gehäuse 900 kann zum Beispiel aus einem herkömmlichen Trockenschrank bestehen, der Heizelemente 910 aufweist, die in dem Gehäuse eine Temperatur T_e erzeugen können, die zum Verdampfen des im Behälter 540C aufgenommenen organischen Materials nicht ausreicht, jedoch hoch genug ist, um eine Kondensation ver dampften organischen Materials an Oberflächen der Dampfquelle und der Dampftransportvorrichtung zu verhindern.
Ein derartiges beheizbares Gehäuse 900 kann mit Vorteil anstelle oder zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Mitteln zum Verhindern der Kondensation organischer Materialdämpfe an inneren Oberflächen der Dampfquellen und Dampftransportvorrichtungen eingesetzt werden.
In 12B wurde der Behälter 540C durch eine (nicht dargestellte) Zugangstür aus dem beheizbaren Gehäuse 900 entnommen. Die Kompressionsrippen 544 im Quellendeckel 526(m) sind jetzt deutlicher zu sehen, und durch den Deckel erstrecken sich drei Bolzen 546.
In 12C steht der Behälter 540C auf einer Arbeitsplatte, um gereinigt oder erneut mit verdampfungsfähigem organischem Material beschickt zu werden. Dargestellt ist auch eine im Behälterflansch 541 ausgebildete Kompressionsrippe 543, und der Metalldichtring 542C ist auf den Flansch 541 aufgesetzt. Normalerweise wird vor dem dichten Verbinden des Behälters 540C mit dem Quellendeckel 526(m) jeweils ein neuer, noch nicht zusammengedrückter Dichtring 542C bereitgestellt.
13 zeigt eine durch die Schnittlinien 13-13 in 2 angedeutete schematische Schnittansicht der Dampfablagerungsstation 130 der OLED-Vorrichtung gemäß 2. Die unter Bezugnahme auf die HTL-Station 130 beschriebenen Elemente und Funktionen sind, wie in 13 durch die Bezugsziffern (140; 150), (140H; 150H) und (140C; 150C) angedeutet, im Wesentlichen mit denen der Stationen 140 (LEL) und 150 (ETL) gemäß 2 identisch.
Die Station 130 weist ein eine Kammer 130C definierendes Gehäuse 130H auf. Die Kammer wird auf reduziertem Druck gehalten, im typischen Fall auf einem Druck unter 10^–3 Torr (1,33 × 10^–1 Pascal), vorzugsweise auf einem Druck unter 10^–5 Torr (1,33 × 10^–3 Pascal).
Der Dampfverteiler 500VD ist hier mit einem Wärmeschild 514 dargestellt, der die rohrförmige Wandung 501 umgibt und so endet, dass Dampfströme 13v, 123 unbehindert durch den Wärmeschild 514 aus dem Hohlraum 504 (siehe 4) durch die Dampfaustrittsöffnungen 505 austreten können.
Die Dampfströme 13v, 123 bestehen aus mehreren Dampfströmen aus verdampften Materialien, die in der in 13 dargestellte Dampfquelle 500VS1 (in welligen Umrisslinien dargestellt) und in den Dampfquellen 500VS2 (in gestrichelten Umrisslinien dargestellt) und 500VS3 (in gepunkteten Linien dargestellt) erzeugt wurden. Diese drei Dampfquellen (siehe 4) führen über entsprechende Dampftransportvorrichtungen 500VT dem Dampfverteiler 500VD einen molekular fein verteilten oder zusammengesetzten Dampf zu, der ein verdampftes erstes organisches Löchertransport-Ausgangsmaterial, ein verdampftes zweites organisches Löchertransport-Ausgangsmaterial und ein verdampftes organisches farbneutrales Dotiermaterial enthalten kann.
Die Dampfquelle 500VS1 ist mittels der sich zwischen der Quellenhalterung 525 und entsprechenden Quellenhalter-Flanscharmen 523a und 523b erstreckenden Spannfedern 524a, 524b angebracht. Die Dampfquelle wird, wie vorstehend bereits beschrieben, durch eine Quellen-Stromversorgung 630 aktiviert, und die Dampftransportvorrichtung 500VT wird mittels Heizlampen über die weiter oben bereits beschriebene Lampen-Stromversorgung 800 der Dampftransportvorrichtung beheizt.
Auf dem Substrat oder der Struktur 11 wird eine dotierte (oder undotierte) organische Löchertransportschicht 13 mit verbesserter Gleichförmigkeit ausgebildet, indem man die Struktur bezüglich des Dampfverteilers 500VD zunächst in einer Vorwärtsbewegung "F" von einer Ausgangsposition "I" aus durch eine Dampfablagerungs-Zwischenposition "II" in eine Endposition "III" bewegt oder verschiebt, wobei letztere gleichzeitig die Startposition für eine umgekehrte Bewegung "R" über die Position "II" zur Startposition "I" darstellt.
In der Dampfablagerungs-Zwischenposition "II" sind das Substrat bzw. die Struktur 11, die Halterung und/oder der Maskenrahmen 289, ein Gleitschuh 288 und eine Spindel-Leitbacke 287 in einer Schnittdarstellung in ausgezogenen Linien dargestellt. Ferner sind diese Elemente in gestrichelten und punktierten Linien in einer Startposition "I" der Halterung 289 und in einer Endposition "III" einer Vorwärtsbewegung "F" der Halterung dargestellt, die auch die Startposition einer Rückwärtsbewegung "R" (oder Umkehrbewegung "R") der Halterung 289 (und des in der Halterung gehaltenen Substrats oder der Struktur 11) ist.
Die Vorwärtsbewegung "F" und die Umkehr- oder Rückwärtsbewegung "R" werden durch eine Leitspindel 282 bewirkt, die in die Spindel-Leitbacke 287 eingreift. Die Leitbacke 287 ist an dem Gleitschuh 288 befestigt, der seinerseits die Halterung und/oder den Maskenrahmen 289 trägt. Der Gleitschuh 288 gleitet entlang einer Leitschiene 285 und ist in einer in der Gleitschiene 285 ausgebildeten Gleitschienennut 286 geführt. Die Gleitschiene 285 ist an Gleitschienen-Konsolen 284 gelagert, die am Gehäuse 130H befestigt sein können – siehe 13.
Die Leitspindel 282 ist an ihrem einen Ende in einer Wellenendkonsole 283 gelagert, und eine Leitspindelwelle 281 ist in einer Wellendichtung 281a im Gehäuse 130H gelagert. Die Leitspindelwelle 281 erstreckt sich durch das Gehäuse 130H hindurch zu einem Motor 280.
Der Motor 280 bewirkt über einen Schalter 290, der dem Motor ein von einem Eingabeterminal 292 kommendes Steuersignal zuführt, eine Vorwärtsbewegung "F" oder eine Rückwärtsbewegung "R". Der Schalter kann eine Zwischenposition oder eine (nicht dargestellte) "neutrale" Position aufweisen, in der die Halterung 289 entweder in der Endposition "III" der Vorwärtsbewegung oder in der Startposition "I" bleiben kann, in der ein Substrat oder eine Struktur 11 mit einer fertigen organischen Schicht aus der Halterung und/oder dem Maskenrahmen 289 entnommen und ein neues Substrat oder eine neue Struktur in die Halterung eingelegt wird.
Nahe eines Endbereichs innerhalb der Ablagerungszone der Dämpfe 13v, 123, jedoch außerhalb der durch das Substrat oder die Struktur 11 definierten Abmessungen befindet sich gemäß 14 ein Kristall-Massensensor 301. Der Kristall-Massensensor 301 fängt einen kleinen Teil des Dampfs des organischen Materials ab, der in Endbereichen der Vielzahl von Öffnungen aus den Dampfaustrittsöffnungen 505 austritt. Durch Kondensation des Dampfs auf dem Sensor bildet sich eine Schicht aus, so dass in derselben Weise, in der durch Kondensation des Dampfs auf dem Substrat oder der Struktur 11 eine Schicht auf dem Substrat ausgebildet wird, Masse auf dem Sensor abgelagert wird.
Der Sensor 301 ist über eine Sensor-Signalleitung 401 und eine Sensor-Signaldurchführung 410 mit dem Ablagerungsraten-Monitor 420 verbunden.
Wie in 13 durch fette ausgezogene Linien dargestellt ist, wird während der Vorwärtsbewegung "F" der Struktur von der Startposition "I" über die Dampfablagerungs-Zwischenposition "II" in Richtung der Endposition "III" der Vorwärtsbewegung eine organische Löchertransportschicht 13f, 123 auf dem Substrat oder der Struktur 11 ausgebildet. Während eines zweiten Durchgangs des Substrats oder der Struktur durch die durch die Dämpfe 13v, 123 definierte Ablagerungszone bei der Rückwärtsbewegung "R" von der Endposition "III" über die Dampfablagerungs-Zwischenposition "II" zum Abschluss in der Startposition "I" wird eine fertige organische Löchertransportschicht 13 (siehe 1) ausgebildet.
Nach Abschluss des Durchgangs an der Position "I" wird die fertige Struktur mittels einer im Puffer-Knotenpunkt 102 (siehe 2) angeordneten Robotereinrichtung (nicht dargestellt) aus der Kammer 130C entnommen, wonach die Struktur einer weiteren Station zugeführt wird, zum Beispiel der Station 140 der OLED-Vorrichtung 100 gemäß 2. Dann wird ein neues Substrat oder eine neue Struktur zur Dampfablagerung einer organischen Löchertransportschicht 13 in der vorstehend beschriebenen Weise in die Halterung und/oder den Maskenrahmen 289 eingeführt.
14 zeigt eine schematische Draufsicht eines Teils der HTL-Dampfablagerungsstation 130 gemäß 2, in der die Anordnung des Kristall-Massensensors 301 an dem oder nahe dem Endbereich der Vielzahl von Dampfaustrittsöffnungen 505 und außerhalb eines durch das Substrat oder die Struktur 11 begrenzten Bereichs deutlicher zu erkennen ist. Ebenfalls zu erkennen sind der Wärmeschild 514, die Endkappen 502, 503 des lang gestreckten Dampfverteilers 500VD, die Reihe der Dampfaustrittsöffnungen 505, die Verteiler-Heizlampe 506 und die mit den jeweiligen Durchführungen 507a und 509a verbundenen Leitungen 507 und 509, wobei die Durchführungen ihrerseits die elektrischen Anschlüsse außerhalb der Kammer an die Stromversorgung der Verteilerlampe 510 herstellen (siehe 4).
Im Sinne der klareren Darstellung der Zeichnungen in 4, 13 und 14 zeigen diese nur den einen Kristall-Massensensor 301. In der Praxis können für die Zwecke der Erfindung jedoch auch andere Sensor-Ausbildungen und Verfahren zum Erfassen und Steuern der Dampfablagerung organischer Schichten auf einer OLED wirksam eingesetzt werden. Auch wiederverwendbare optische Erfassungsmittel sind in der Praxis der erfindungsgemäßen Herstellung einer OLED wirkungsvoll einsetzbar. Zur Steuerung der Dicke einer organischen Schicht bei der Herstellung einer OLED wurden bereits bisher unterschiedliche optische Messtechniken angewandt.

Claims

Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät zum Verdampfen fester organischer Materialien und Aufbringen verdampfter organischer Materialien als organische Schicht auf eine Struktur in einer Kammer mit reduziertem Druck zum Ausbilden eines Teils einer organischen Leuchtdiode OLED (= organic light-emitting diode), mit: a) einem lang gestreckten Dampfverteiler, der in der Kammer angeordnet und von der Struktur beabstandet ist und der einen lang gestreckten Hohlraum mit einer Vielzahl von Dampfauslassöffnungen bildet, die in einer Längsrichtung des Verteilers ausgebildet sind, um verdampfte organische Materialien in den Raum zwischen dem Verteiler und der Struktur einzuführen und eine organische Schicht auf die Struktur aufzubringen; b) einer oder mehreren entfernbaren, organisches Material enthaltenden Dampfquellen, die außerhalb der Kammer befestigbar angeordnet sind und in ihrem wirksamen Zustand verdampfte organische Materialien in den Hohlraum des Dampfverteilers fördern; und c) einer Dampftransportvorrichtung, die jeder der einen oder mehreren, organisches Material enthaltenden Dampfquelle(n) zugeordnet ist, sich abdichtend in den Hohlraum erstreckt und Mittel umfasst zum Entfernen oder abdichtend Anbringen einer organisches Material enthaltenden Dampfquelle.
Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät nach Anspruch 2, mit einem Ventil, das in der Dampftransportvorrichtung angeordnet und in einer geschlossenen Stellung vor dem Entfernen einer Dampfquelle wirksam ist, und das in einer offenen Stellung beim Anbringen der Dampfquelle wirksam ist, sodass der reduzierte Druck in der Kammer aufrechterhalten bleibt, sobald eine oder mehrere, organisches Material enthaltende Dampfquelle(n) von der Dampftransportvorrichtung entfernt oder daran angebracht werden.
Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät nach Anspruch 1, worin die Mittel zum Entfernen oder abdichtend Anbringen einer organisches Material enthaltenden Dampfquelle von der bzw. an die Dampftransportvorrichtung folgendes umfassen: i) einen Rückhalteflansch für die Quelle, der auf der Dampftransportvorrichtung angeordnet ist und Flanscharme aufweist, die sich nach außen erstrecken; ii) einen Quellenhalter, der über einer äußeren Grundfläche der Dampfquelle angeordnet ist; und iii) Spannfedern des Quellenhalters, welche die Flanscharme mit dem Quellenhalter verbinden.
Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät nach Anspruch 1, worin die Mittel zum Entfernen oder abdichtend Anbringen einer organisches Material enthaltenden Dampfquelle von der bzw. an die Dampftransportvorrichtung folgendes umfassen: i) eine Quellenträgerplatte, die über einer äußeren Grundfläche der Dampfquelle angeordnet ist; und ii) mindestens eine Druckfeder für den Quellenhalter, die zwischen der Trägerplatte und einer ortsfesten Lagerfläche angeordnet ist.
Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät nach Anspruch 1, mit: i) Mitteln zum Aufheizen jeder der einen oder mehreren, organisches Material enthaltenden Dampfquelle(n) auf eine Verdampfungstemperatur, die bewirkt, dass mindestens ein Teil des in der Dampfquelle bzw. den Dampfquellen enthaltenen organischen Festmaterials verdampft; ii) Mitteln zum Aufheizen einer jeden Dampftransportvorrichtung auf eine Temperatur, die ausreicht, um den Dampf von einer entsprechenden Dampfquelle zum Hohlraum des lang gestreckten Dampfverteilers zu transportieren; und iii) Mitteln zum Aufheizen des Hohlraums des Dampfverteilers auf eine Temperatur, die ausreicht, um verdampftes organisches Material vom Hohlraum durch die Vielzahl von Dampfauslassöffnungen in den Raum zwischen dem Verteiler und der Struktur zu transportieren.
Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät nach Anspruch 5, worin jede der einen oder mehreren, organisches Material enthaltenden Dampfquelle(n) einen Behälter zum Aufnehmen eines verdampfbaren organischen Feststoffmaterials umfasst, wobei die Dampftransportvorrichtung einen Deckel aufweist, der mit ihr abdichtend verbunden ist und in Eingriff mit einer oberen Fläche des Behälters steht, wenn der Behälter an der Dampftransportvorrichtung angebracht ist.
Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät nach Anspruch 6, worin die Mittel zum Aufheizen einer jeden der einen oder mehreren, organisches Material enthaltenden Dampfquelle(n) ein im Wesentlichen planares Heizelement aufweisen, das abdichtend zwischen der oberen Fläche des Behälters und dem Deckel angeordnet ist, wobei der Behälter eine wärmereflektierende Schicht aufweist, die über mindestens einem Abschnitt der Behälterflächen ausgebildet ist.
Thermophysikalisches Dampfablagerungsgerät nach Anspruch 6, worin die Mittel zum Aufheizen einer jeden der einen oder mehreren, organisches Material enthaltenden Dampfquelle(n) eine Heizspule aufweisen, die entlang äußeren Seitenwandungsflächen des Behälters angeordnet ist, oder eine Induktionsheizspule, die in der Nähe der äußeren Seitenwandungsflächen eines elektrisch leitfähigen Behälters angeordnet ist, um diesen induktiv aufzuheizen.