专利名称：在oled基底上形成图案化涂层的装置和方法
在OLED基底上形成图案化涂层的装置和方法
背景技术：
在OLED装置中，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，在发射层中结合产生单重态和三重态激子，其能够辐射衰变产生光或非辐射衰变产生热。对于大多数有机分子，来自三重态的光发射是自旋-禁阻过程，其不能与非辐射模式的衰变充分竞争，因此三重态激子不是非常发射性的。过渡金属配合物由于自旋-轨道耦合，能够具有与非辐射方式竞争的有效的辐射性衰变。当这些配合物并入OLED装置时，可能达到接近100%的内部量子效率，因为在装置中产生的单重态和三重态激子都能发射光。
如果在柔性塑料膜上卷对卷(roll to roll, R2R)制作有机发光二极管(OLED)装置，则可总称为OLED层的有机层，例如空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、发射材料层(EML)和电子传输层(ETL)，可以高通过量低成本地通过印刷方法例如狭缝型模头挤压式(slot die)或凹版印刷涂布来连续涂布，和通过溶液辅助擦拭方法(US20050129977A1)连续地图案化。但是无机电子注入层(EIL)和金属阴极(图案化铝)层仅能够采用起停(stop-and-go)间歇过程通过真空荫罩蒸发来放置。间歇荫罩蒸发过程是一种起停过程，其中具有OLED层的基底(0LED基底)首先移至位置，停止移动，并且将平面金属荫罩推至OLED基底表面。随后通过荫罩将EIL材料(例如NaF、KF，等)和金属(例如铝、钙、钡，等)蒸发到基底上。该起停操作造成低通过量过程，其限制了 OLED生产线的速度。发明简述本发明的目的在于，在基于蒸发(vapor)的沉积系统中使用选择性掩蔽,在连续移动的OLED基底上直接产生预先确定的涂层巷道(lane)。在一方面，本发明涉及一种用于在基于卷对卷蒸发的沉积过程中在OLED基底上施加图案化涂层的装置，包括蒸发沉积源，能够在OLED基底上沉积涂层；处理滚筒，能够放置用于通过蒸发沉积源涂布的OLED基底；驱动辊，能够将OLED基底从送料辊传输至卷取辊和控制处理滚筒上OLED基底的张力；和紧密(close)接近处理滚筒的荫罩，其中荫罩的弧度与处理滚筒的弧度匹配。荫罩包括一个或多个与OLED基底移动方向平行的掩蔽线特征和一个或多个与OLED基底移动方向垂直的束特征，其中掩蔽线特征选择性地防止涂层沉积在OLED基底上，以在涂布带之间形成巷道，其中束特征提供线特征的机械支撑。在另一个方面，本发明涉及一种在基于卷对卷蒸发的沉积过程中在OLED基底上施加图案化涂层的方法。该方法包括提供OLED基底，提供驱动辊以允许OLED基底从送料辊连续移动至卷取辊，提供放置在送料辊和卷取辊之间的处理滚筒和荫罩，提供放置在荫罩下方的蒸发沉积源，在送料辊和卷取辊上放置OLED基底，使得OLED基底卷绕在处理滚筒上并紧密接近荫罩，使用驱动辊将OLED基底从送料辊传输至卷取辊，并且由蒸发沉积在OLED基底上沉积涂层。该荫罩紧密接近处理滚筒并且匹配处理滚筒的弧度，并且包括一个或多个与驱动辊移动方向平行的掩蔽线特征，其中掩蔽线特征选择性地防止涂层沉积在OLED基底上，以在涂布带之间形成巷道；和一个或多个与OLED基底移动方向垂直的束特征，其中束特征提供线特征的机械支撑。
附图当参考附图阅读以下详述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在整个附图中相同的符号代表相同的元件。图I是在OLED基底上施加图案化涂层的典型装置。图2是显示线和束特征的典型荫罩。
图3显示了相对处理滚筒放置的荫罩。图4a显示了大面积OLED发光装置，以及阴极涂层带的准直(alignment)。图4b显示了在每层中未涂布区域之间具有偏距的层状OLED结构。图5是具有凹进区域的典型处理滚筒。图6显示了具有单一沉积源的双滚筒系统的多个视图。图7是一种在OLED基底上施加图案化涂层的方法的流程图。发明详述在最简单的情况下，光电子装置包括阳极层和相应的阴极层，以及设置在阳极和阴极之间的电致发光层。当跨电极施加偏压时，电子由阴极注入电致发光层，同时电子由阳极从电致发光层移出(或者“空穴”“注”入)。对于有机发光装置(0LED)，当空穴和电子在电致发光层内结合以形成单重态或三重态激子时产生光发射，当单重态和/或三重态激子通过辐射衰变衰变至它们的基态时产生光发射。对于光伏(PV)装置，光吸收导致电流流动。除阳极、阴极和光发射材料之外，可在光电子装置中存在的其它部件包括空穴注入层、电子注入层和电子传输层。电子传输层不需要与阴极直接接触，并且通常电子传输层也起空穴阻挡层作用，以防止空穴迁移至阴极。可在有机发光装置中存在的附加部件包括空穴传输层、空穴传输发射(发射)层和电子传输发射(发射)层。有机电致发光层，即发射层，是在有机发光装置中的层，当工作时，其包含相当大浓度的电子和空穴二者，并提供激子形成和光发射的位置。空穴注入层是与阳极接触的层，其促进空穴从阳极注入OLED内部层；和电子注入层是与阴极接触的层，其促进电子从阴极注入OLED ;电子传输层是促进电子从阴极和/或电子注入层传导至电荷再结合位置的层。在包含电子传输层的有机发光装置工作过程中，存在于电子传输层中的大多数电荷载体(即空穴和电子)为电子，并且通过存在于发射层中的空穴和电子的再结合能够产生光发射。空穴传输层是当OLED工作时促使空穴从阳极和/或空穴注入层传导至电荷再结合位置的层，并且其不需要与阳极直接接触。空穴传输发射层是当OLED工作时促使空穴传导至电荷再结合位置的层，并且其中大多数电荷载体是空穴，且其中发射不仅通过与剩余电子的再结合产生，还通过来自装置中其他电荷再结合区域的能量转移产生。电子传输发射层是当OLED工作时促使电子传导至电荷再结合位置的层，并且其中大多数电荷载体是电子，且其中发射不仅通过与剩余空穴的再结合产生，还通过来自装置中其他电荷再结合区域的能量转移产生。阴极可包括通常的导电层。通常的导电体包括但不限于金属，其能够将负电荷载体(电子)注入至OLED的内部层。也可以使用金属氧化物例如ΙΤ0。适合用作阴极的金属包括 K、Li、Na、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ag、Au、In、Sn、Zn、Zr、Sc、Y、镧系元素、其合金和其混合物。用作阴极层的合适的合金材料包括Ag-Mg、Al-Li、In-Mg、Al-Ca和Al-Au合金。层状非合金结构也可以用 于阴极中，例如金属(如Ca)或金属氟化物(如LiF)的薄层，其被较厚金属(如Al或银)层覆盖。在某些实施方案中，OLED基底可为连续的聚合物薄片，包括聚(3，4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)、聚(3，4_丙撑二氧噻吩)(PProDOT)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、聚乙烯咔唑(PVK)、其组合等中的至少一种。在一个实施方案中，提供一种用于在基于连续卷对卷蒸发的沉积过程中在OLED基底上施加图案化涂层的装置。该装置大体上在图I中示出，并且包括至少一个驱动辊
(20)，其可用于允许OLED基底(30)从送料辊(40)连续移动至卷取辊(50)。在送料辊和卷取辊之间放置处理滚筒(60)，其中OLED基底与处理滚筒的外围部分相接触。处理滚筒在涂布过程中设定为旋转。驱动辊可用于对移动基底施加定量张力，以使其在工作中与处理滚筒保持均匀接触并防止与荫罩(70)接触。处理滚筒也可以包括温度调节器(未示出)以控制基底的温度。荫罩(70)紧密接近处理滚筒并且匹配处理滚筒的弧度。荫罩包括与OLED基底移动方向平行放置的掩蔽线特征。掩蔽线特征选择性地防止涂层在OLED基底上沉积，以在涂布带之间形成巷道。如图2中所示，掩蔽线特征(80)阻挡沉积介质涂布“线”特征和基底之间的区域，形成非涂布区域，通常称为涂布带之间的“道(street)”。掩蔽线特征的宽度决定了涂布带之间的道宽度。在一个实施方案中，掩蔽线特征可具有横跨基底移动方向调节其位置的能力，这能够提供改变涂布带宽度的灵活性。荫罩还包括一个或多个束特征(90)，其与OLED基底移动方向垂直放置，并且提供线特征的机械支撑和可防止掩蔽线特征由于热或机械压力而变形。束特征也可以包括主动(active)温度调节器。在某些实施方案中，温度调节器可包括在束特征中央的流动冷却剂，其中束特征由中空金属管形成。荫罩紧密接近处理滚筒以产生均一的间隙，在沉积过程中OLED基底穿过该间隙。在沉积过程中荫罩和基底之间的距离应当足够小，以防止阴影效应。阴影效应定义为一种情形，此时沉积介质扩散至掩蔽线特征和基底之间的区域并且涂布不该涂布的“道”区域。类似地，荫罩和基底之间的间隙必须足够大，这样荫罩将不会物理擦划基底。在某些实施方案中，荫罩和处理滚筒之间的间隙宽度从I微米到2000微米，并且优选从I微米到200微米。荫罩可由低热膨胀合金构成,例如INVAR (ArcelorMittal),以防止荫罩在升高的温度下变形。在某些实施方案中，如图3中所示，荫罩也可具有在任一侧或两侧放置的固体金属盘(110)，以提供机械支撑和把它连接到中心处理滚筒轴或沉积腔室。再次参考
图1，蒸发沉积源(100)放置在荫罩下方。沉积源可为蒸发源，例如热蒸发源或电子束蒸发源，离子束辅助蒸发源，等离子体辅助蒸发源，溅射源如DC溅射、DC磁控溅射、AC溅射、脉冲DC溅射和RF溅射。在某些实施方案中，在基底(155)上已经形成的涂布带和特征之间可能需要具有准直。例如，如图4a中所示，在大面积OLED发光装置(150)的情况下，可能期望在邻近的像素之间(在图4a中以路径箭头描绘)形成单片(monolithic)串联连接，其需要在下层事先形成和图案化的有机薄膜(160)和透明导体(170)上将阴极涂层带(180)校直。在透明导体(170)中和阴极涂层(180)中的“道”区域用于隔开相邻的像素。在有机薄膜(160)中的“道”区域用于允许阴极涂层(180)电接触透明导体(170)以形成单片串联连接。发射区域(像素)由阴极涂层(180)与透明导体(170)的重叠区域限定。
如图4b中所示，为了最大化OLED发光装置中的发射区域，可期望最小化“道”宽度，和最小化阴极涂层(180)中、有机薄膜(160)中和透明导体(170)中“道”之间的偏距。减小每层中“道”宽度和偏距将需要精确控制每层中“道”的位置。因此，在阴极沉积期间需要在交叉网移动方向中精确定位基底。在某些实施方案中，可通过使用如图5中所示的包括凹进区域的处理滚筒实现控制基底的交叉网-移动位置。处理滚筒(60)的凹进区域具有与基底(30)宽度相同的宽度
(140)。在一个备选实施方案中，基底的交叉网状位置可通过使用网状操纵单元控制，例如Micro 1000 网状导引控制系统(Micro 1000 web guide control system, accuWeb Inc·)。操纵系统可通过主动监控基底在处理滚筒上的位置并调整其位置来操作。可能期望以不同的沉积速度形成涂层。在某些实施方案中，在OLED基底上金属薄层的初始沉积可使用埃/分量级的低沉积速度，以避免OLED基底的损坏。当连续的薄(约100埃)金属膜形成后，其具有保护有机薄膜的能力，沉积速度可提高至较高的速度(纳米每秒)以提闻生广率。如图6中所示，可使用具有单一沉积源的双滚筒系统以改变涂层沉积速度。由于沉积速度以基底和源之间距离的平方函数减小，第一滚筒(60a)将以相比第二滚筒(60b)较低的沉积速度接受涂层。又一个实施方案中，可在沉积源上增加开闭器装置，以暂时停止基底上的沉积并形成基底移动方向上的涂层中断。在其它实施方案中，如图7中所示，提供一种在基于卷对卷蒸发的沉积过程中在OLED基底上施加图案化涂层的方法。该方法包括步骤提供OLED基底，提供驱动辊以允许OLED基底从送料辊连续移动至卷取辊，提供放置在送料辊和卷取辊之间的处理滚筒和荫罩，其中荫罩紧密接近处理滚筒并且匹配处理滚筒的弧度。荫罩相对处理滚筒的位置使得在荫罩和处理滚筒之间产生均一的间隙，在沉积过程期间OLED基底穿过该间隙。在某些实施方案中，间隙宽度从约I微米到约2000微米，并且优选在I微米到200微米之间。荫罩可由低热膨胀合金例如Invar 构成，并且包括一个或多个与驱动辊移动方向平行的掩蔽线特征。掩蔽线特征选择性地防止涂层沉积在OLED基底上，以在涂布带之间形成巷道；和一个或多个与OLED基底的移动方向垂直的束特征，其中束特征提供对线特征的机械支撑。再次参考图7，该方法进一步包括提供蒸发沉积源，放置蒸发沉积源以通过荫罩在OLED基底上沉积涂层，在送料辊和卷取辊上放置OLED基底，使OLED基底卷绕在处理滚筒上并紧密接近荫罩，使用驱动辊将OLED基底从送料辊传输至卷取辊，并且由蒸发沉积源在OLED基底上沉积涂层。在某些实施方案中，蒸发沉积源可选自热蒸发源、电子束蒸发源、离子束辅助蒸发源、等离子体辅助蒸发源、DC溅射、DC磁控溅射、AC溅射、脉冲DC溅射和RF溅射。在某些实施方案中，该方法也可包括校直(alignment)步骤以在处理滚筒上校直(align) OLED基底，其中在涂布过程期间OLED基底放置在处理滚筒上的凹进区域内。在一个备选实施方案中，校直步骤可包括导引控制装置监控器的使用和调整OLED基底在处理滚筒上的位置。在某些实施方案中，该方法可进一步包括通过提供第二处理滚筒和荫罩在OLED基底上施加第二涂布层，其中所述第二处理滚筒和荫罩放置在与第一处理滚筒和荫罩相比离蒸发沉积源不同的距离处，以便以不同的沉积速度在OLED基底上施加第一和第二涂布层。在另一个实施方案中，通过打开和关闭连接蒸发沉积源的开闭器装置，可在OLED基底上间歇施加涂层。虽然在此仅仅阐述和描述了本发明的某些特征，但是对本领域的普通技术人员来 说将想到许多修改和变化。因此，应理解附加的权利要求旨在覆盖落入本发明真实精神内 的所有这类修改和变化。
权利要求
1.一种用于在基于卷对卷蒸发的沉积过程中在OLED基底上施加图案化涂层的装置，其包括 处理滚筒，能够放置用于通过蒸发沉积源涂布的OLED基底； 驱动辊，能够从送料辊传输OLED基底至卷取辊和控制处理滚筒上OLED基底的张カ；和荫罩，其中荫罩的弧度与处理滚筒的弧度匹配，且其中所述荫罩紧密接近处理滚筒地放置以产生间隙，OLED基底适于穿过其该间隙从送料辊移动至卷取辊而与所述荫罩没有物理接触，并且其中所述荫罩包括； ー个或多个与OLED基底移动方向平行的掩蔽线特征，其中所述掩蔽线特征选择性地防止涂层沉积在OLED基底的ー个或多个区域上；和 ー个或多个与OLED基底移动方向垂直的束特征，其中所述束特征提供线特征的机械支撑。
2.如权利要求I所述的装置，其中蒸发沉积源选自热蒸发源、电子束蒸发源、离子束辅助蒸发源、等离子体辅助蒸发源、DC溅射、DC磁控溅射、AC溅射、脉冲DC溅射和RF溅射。
3.如权利要求I所述的装置，其中荫罩进一歩包括一个或多个支撑结构，以将荫罩连接至处理滚筒的轴。
4.如权利要求I所述的装置，其中掩蔽线特征包括弯曲金属带，其中金属带的弧度与处理滚筒的弧度匹配，并且所述金属带的厚度由OLED基底上将形成未涂布图案区域的宽度确定。
5.如权利要求I所述的装置，其中ー个或多个束特征包括具有冷却通道的中空金属管，以调节荫罩的温度。
6.如权利要求I所述的装置，其进ー步包括校直装置以在处理滚筒上校直OLED基底。
7.如权利要求6所述的装置，其中校直装置包括处理滚筒上的凹进区域，并且其中在涂布过程期间OLED基底放置在所述凹进区域内。
8.如权利要求6所述的装置，其中校直装置包括导引控制系统，其中所述导引控制系统监控和调节处理滚筒上OLED基底的位置。
9.如权利要求I所述的装置，其中处理滚筒和荫罩之间的距离从约I微米到约2000微米。
10.如权利要求I所述的装置，其中荫罩由低热膨胀合金构成。
11.如权利要求10所述的装置，其中低热膨胀合金为INVAR 。
12.如权利要求I所述的装置，其进ー步包括第二处理滚筒，其中第一处理滚筒和所述第二处理滚筒放置在离蒸发沉积源不同的距离处，以允许在OLED基底上施加两个涂布层，所述涂布层将以不同的沉积速度施加。
13.如权利要求I所述的装置，其中蒸发沉积源进ー步包括开闭器装置，以中间阻止涂层沉积在OLED基底上。
14.一种在基于卷对卷蒸发的沉积过程中在OLED基底上施加图案化涂层的方法，其包括 提供OLED基底； 提供驱动辊以允许OLED基底从送料辊连续移动至卷取辊； 提供放置在送料辊和卷取辊之间的处理滚筒和荫罩，其中荫罩紧密接近处理滚筒并且匹配处理滚筒的弧度，并且其中荫罩包括； ー个或多个与OLED基底移动方向平行的掩蔽线特征，其中所述掩蔽线特征选择性地防止涂层沉积在OLED基底的ー个或多个区域上；和 ー个或多个与OLED基底移动方向垂直的束特 征，其中所述束特征提供掩蔽线特征的机械支撑； 在送料辊和卷取辊上放置OLED基底，使得OLED基底卷绕在处理滚筒上并紧密接近荫罩； 使用驱动辊将OLED基底从送料辊传输至卷取辊；和 由蒸发沉积源通过荫罩在OLED基底上沉积涂层。
15.如权利要求14所述的方法，其中蒸发沉积源选自热蒸发源、电子束蒸发源、离子束辅助蒸发源、等离子体辅助蒸发源、DC溅射、DC磁控溅射、AC溅射、脉冲DC溅射和RF溅射。
16.如权利要求14所述的方法，其中处理滚筒和荫罩之间的距离从约I微米到约2000微米。
17.如权利要求14所述的方法，其中荫罩由低热膨胀合金构成。
18.如权利要求17所述的方法，其中低热膨胀合金为INVAR⑧。
19.如权利要求14所述的方法，其进ー步包括校直步骤以在处理滚筒上校直OLED基底，其中在涂布过程期间所述OLED基底放置在处理滚筒上的凹进区域内。
20.如权利要求14所述的方法，其进ー步包括校直步骤以在处理滚筒上校直OLED基底，其中导引控制系统监控和调节处理滚筒上所述OLED基底的位置。
21.如权利要求14所述的方法，其进ー步包括通过提供第二处理滚筒和荫罩在OLED基底上施加第二涂布层，其中所述第二处理滚筒和荫罩放置在与第一处理滚筒和荫罩相比离蒸发沉积源不同的距离处。
22.如权利要求14所述的方法，其中通过打开和关闭连接蒸发沉积源的开闭器装置，在OLED基底上中间地施加涂层。
全文摘要
一种用于在基于连续卷对卷蒸发的沉积过程中在OLED基底上施加图案化涂层的装置，其包括蒸发沉积源、处理滚筒、驱动辊和荫罩，其中荫罩包括掩蔽线特征，掩蔽线特征选择性地防止涂层沉积在基底上。还提出了一种用于施加涂层的方法。
文档编号C23C16/54GK102625860SQ201080040420
公开日2012年8月1日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年9月11日
发明者A·G·埃尔拉特, D·J·史密斯, L·G·特纳, M·颜, W·F·莫纳罕 申请人:通用电气公司