貼層狀材料並且採用掩模以預定圖案在基片上形成層的方法
2023-06-07 04:41:21
專利名稱：貼層狀材料並且採用掩模以預定圖案在基片上形成層的方法
技術領域：
本發明的背景技術本發明涉及一種採用了電致發光(下面稱為「EL」)元件作為發光元件的彩色顯示設備，以及一種製造這種彩色顯示設備的方法。
人們一直在研製包含有作為用於驅動EL元件的開關元件的薄膜電晶體的有效矩陣EL顯示設備(下面稱為「TFT」)。
圖1顯示出彩色有機EL顯示設備中的相應顏色的顯示像素1R、1G和1B的布置。
如在圖中所示，有效矩陣有機EL顯示設備包括分別用於紅色(R)、綠色(G)和蘭色(B)的顯示像素1R、1G和1B，它們形成在由門信號線51、漏極信號線52和電源線53圍繞的基片10上的區域中。在該實施例中，用於相應顏色的顯示像素1R、1G和1B沿著形成在行方向中的R、G和B的序列的列方向被布置成條紋。從而共同構成矩陣。
相應顏色的顯示像素1R、1G和1B都設有用於發光相應顏色光即R、G或B的EL元件。
形成用於每個相應顏色顯示像素1R、1G和1B的EL元件包括以島圖案形成的陽極、包括有機化合物的發光元件層和陰極。發光元件層至少包括有發光層，並且是通過將有機材料蒸發到陽極上來形成的。在該層的頂部上形成有陰極。EL元件的陽極與單獨地驅動每個EL元件的TFT相連。因此通過控制TFT並且在陽極和陰極之間提供電流，從而使包含在發光元件層中的發光材料能夠發出相應顏色的光。
圖2為顯示出根據現有技術金屬掩模是怎樣被安裝用來將每種顏色的有機材料蒸發到玻璃基片(陽極)上的橫斷面視圖。在該階段，在玻璃基片10上預成型TFT、有機EL元件60的陽極61R、61G和61B以及覆蓋圍繞著陽極的區域的絕緣薄膜68。雖然陽極61R、61G和61B中的每一個都與用於驅動有機EL元件的TFT相連，但是為了便於說明沒有顯示出該TFT。該圖顯示出一個實施例，其中用於發出紅光的有機材料被蒸發到陽極61R上以形成紅色的發光元件層。
如在圖2中所示，根據現有技術，供有機材料的蒸發所用的金屬掩模95是一種與大尺寸的玻璃基片10對應的單個大掩模。
由金屬例如鎳(Ni)形成的金屬掩模95固定安裝進在其圓周中包括掩模固定部分的蒸發掩模夾持件125中，並且在對應於陽極61R的位置處具有開口110R。金屬掩模95安放在具有相當於TFTs的部件的玻璃基片10以及形成在其上且其部件支撐側朝下的有機EL元件的陽極61R、61G和61B和下面進一步提供的蒸發源200之間，如在圖2中所示。因為金屬掩模95非常薄厚度大約為50μm，所以當該金屬掩模95的圓周部分安裝在設在其圓周中的掩模固定部分中形成的凹槽中從而通過設在掩模上的固定件126固定住該金屬掩模95時，該金屬掩模95在沿著掩模夾持件125的方向施加的張力的作用下被固定和夾持以防止這種薄掩模偏轉。另外，在與設置金屬掩模95的側面相反的玻璃基片10的側面上設有磁鐵120，從而吸引金屬掩模95並防止其翹曲。
在這樣設置掩模95和基片10之後，在該實施例中從蒸發源200中將用於發出紅光的有機材料130蒸發到在玻璃基片10上包括陽極61R在內的區域上，從而將紅色發光元件層沉積。
在蒸發用於紅色發光元件層的有機材料之後，同樣蒸發出用於綠色和蘭色發光元件層的有機材料，從而在相應的陽極61R、61G和61B上形成R、G和B的發光元件層。
在現有技術中所採用的金屬掩模95為在尺寸上類似於大尺寸玻璃基片10的單塊掩模，例如400mm×400mm，並且採用單個點狀蒸發源作為蒸發源200。
當採用單個大尺寸金屬掩模時，隨著掩模尺寸的增加將非常難以形成高精度的掩模，並且遮蔽即阻止被蒸發的材料通過開口中的掩模的邊緣從蒸發源中發散出，這也在基片10的周邊區域中變得更顯著。
為了克服這些問題，金屬掩模的厚度必須降低以減少遮蔽並且必須與玻璃基片接觸。
但是，當掩模與基片接觸時，陽極和其它形成在玻璃基片上的部件會被掩模損壞。
根據一個方面，本發明提供一種在基片的多個區域中單獨形成圖案的層的形成方法，包括以下步驟，即在所述基片和層材料源之間設置掩模，其中所述掩模包括對應於形成所述層的多個區域中的一個或多個區域的開口，以及在所述掩模和所述層材料源以及所述基片之間做出相對運動，並且使從所述層材料源中散發出材料通過所述開口附著到所述基片上，從而形成所述單獨形成圖案的層。
根據另一個方面，本發明提供一種在基片的多個區域中單獨形成圖案的層的形成方法，包括以下步驟在所述基片和層材料源之間設置掩模，其中該掩模面積小於基片，並且包括對應於形成所述層的多個區域中的一個或多個區域的開口；以及在所述掩模和所述層材料源以及所述基片之間做相對運動，並且使從所述層材料源中散發出材料通過所述開口附著到所述基片上，從而形成所述單獨形成圖案的層。
根據另一個方面，本發明提供一種彩色發光設備的製造方法，該設備在基片上包括自發光元件，該元件具有第一電極、用於每種顏色的發光材料層以及用於多個像素中的每個像素的第二電極。該製造方法包括以下步驟在所述基片和發光材料源之間設置掩模，其中該掩模在對應於所述基片的所述多個像素中的一個或多個像素的發光材料層的形成區域的位置處具有開口；以及使所述掩模和所述發光材料源以及所述基片之間的相對位置滑動對應於所述基片的像素尺寸的預定間距，並且使發光材料通過所述掩模附著到所述基片的預定區域上，從而形成發光材料層。
根據另一個方面，本發明提供一種彩色發光設備的製造方法，該設備在基片上包括具有第一電極的自發光元件、用於每種顏色的發光材料層以及用於多個像素中的每個像素的第二電極。該製造方法包括以下步驟在所述基片和發光材料源之間設置掩模，其中該掩模在對應於所述基片的所述多個像素中的一個或多個像素的發光材料層的形成區域的位置處具有開口，其面積小於所述基片以覆蓋所述基片上的所述多個像素中的一個或多個像素；以及使所述掩模和所述發光材料源以及所述基片之間之間相對位置滑動對應於所述基片的像素尺寸的預定間距，並且使發光材料通過所述掩模附著到所述基片的預定區域上，從而形成發光材料層。
根據本發明的再一個方面，上述發光設備的所述基片以與用於同一顏色的所述像素的布局相對應的間距、在所述基片的彼此垂直的兩個方向上滑動，或在所述基片的一個方向上滑動。
根據本發明的再一個方面，所述層材料源或所述發光材料源是一種線性延伸源，它延伸的方向垂直於所述掩模和所述層材料源或所述發光材料源以及所述基片之間的相對移動方向。
根據本發明的再一個方面，所述線性延伸源是通過多個層材料源彼此相鄰設置而形成的。
通過如此使得材料源中的材料蒸發，同時在材料源和掩模以及基片之間進行相對位置移動，就可以以高度的位置和形成圖案的精確度，通過在掩模中形成的開口而在基片上形成材料層。因為如上所述採用其面積小於基片的掩模，因此該掩模可以具有高強度和高精度形成的開口，並能夠降低材料源和掩模的各個位置之間的距離變化，使得它可以在基片的多個位置以高精確度和平衡的特徵而形成材料層。
根據本發明的再一個方面，所述層是在第一和第二電極之間形成的電致發光層，所述層材料是電致發光材料。
根據本發明的再一個方面，所述電致發光材料是從所述層材料源因蒸發而散布出來並附著在所述基片上的有機材料，由此形成所述電致發光層。
根據本發明的再一個方面，所述自發光元件是電致發光元件。
根據本發明的再一個方面，所述發光設備是用於顯示具有多個像素的影像的顯示設備。
如上所述，根據本發明的方法，可以在基片的預定位置處如所希望的以高精度形成該單獨形成圖案的層。然後例如用於各顏色的發光材料層可以高精度低形成，從而可以製造呈現鮮豔和均勻色彩的彩色發光設備和顯示設備。
根據本發明的再一個方面，所述掩模採用了半導體材料。
將半導體材料用作掩模，可以以高精度利用光刻法來形成開口，並保持足夠的強度，由此有助於提高要形成的材料層形成圖案的精度，並易於掩膜的操作，以例如提高掩模的壽命，從而利用這種掩模製造設備的成本可以降低。
根據本發明的再一個方面，本發明提供一種顯示設備的製造方法，該顯示設備在基片上包括自發光元件，該元件具有第一電極、用於每種顏色的發光材料層，以及用於多個像素中的每個像素的第二電極。該製造方法包括以下步驟在所述基片和發光材料源之間設置掩模，其中該掩模包括與形成發光材料層的區域相對應的各像素的單獨的開口，所述發光材料層為多個像素中的每一個而單獨形成圖案；以及使所述發光材料源以及所述基片之間的相對位置滑動對應於所述基片的像素尺寸的預定間距，並且使發光材料通過所述掩模附著到所述基片的預定區域上，從而形成發光材料層。
根據本發明的再一個方面，在上述顯示設備的製造方法中，所述發光材料源是沿著一個方向延伸的線性延伸源。
因此當發光材料層對各像素區形成為單獨的圖案時，在掩模中形成對應於該單獨圖案的開口，並且該材料附著在基片上，同時發光材料源和基片相對移動。因此發光材料源位於對各區域基本相等(相等的距離)的位置處，以在基片上形成發光材料，由此防止在每一個這種區域中形成的發光材料層的厚度變化，以及由於遮蔽而導致的圖案中的缺陷造成的形狀的變化。
簡要的
圖1為顯示出在EL顯示設備中的用於相應顏色的顯示像素的布置；圖2為顯示出根據現有技術的蒸發方法的剖視圖；圖3為顯示出根據本發明的第一實施方案的蒸發方法的平面圖；圖4為顯示出根據本發明的實施方案的蒸發方法的剖視圖；圖5為顯示出圍繞EL顯示設備的顯示像素的區域的平面圖；圖6A和6B為分別沿著圖5中的直線B-B和C-C剖開的剖視圖；圖7為用於說明用來將發光材料蒸發到EL顯示設備的相應顯示像素上的過程；圖8A為顯示出採用掩模的蒸發方法的透視圖；圖8B為顯示出沿著圖8A中的直線D-D剖開的剖面結構的視圖；圖9A、9B和9C為用於說明根據本發明的第二實施方案的蒸發方法的視圖；圖10A、10B和10C顯示出根據本發明的線性延伸源的特定結構的實施例。
圖3顯示出用來說明用於移動絕緣基片的方法的平面結構，根據生產彩色顯示設備的本發明方法有機材料被蒸發到其上，並且圖4顯示出沿著圖3中的直線A-A剖開的橫斷面結構。應該指出的是，圖4顯示出在通過蒸發方法將每種顏色的有機發光材料蒸發到絕緣基片例如玻璃基片10上的步驟時的剖面，該基片具有相當於TFT的部件、有機EL元件的陽極和用於覆蓋圍繞著陽極的區域的絕緣薄膜68，並且在該特定實施例中紅色的發光元件層通過蒸發被沉積到陽極61R上。
蒸發掩模100設在玻璃基片10和含有用於所要蒸發的特定顏色的有機材料的蒸發源200之間。與現有技術相比，蒸發掩模100的面積比玻璃基片10更小，並且局部地覆蓋著基片10。在沒有被蒸發掩模100覆蓋著的玻璃基片10的區域中，具有掩模支撐部件210。蒸發掩模100通過由金屬形成的掩模支撐部件210被支撐在端部處。雖然開口211設在掩模支撐部件210的位置處，在那裡設有蒸發掩模110以使得被蒸發的有機材料能夠通過蒸發掩模100到達玻璃基片10，在剩餘區域中該玻璃基片10被保護不受蒸發源200影響。
如在該圖中所示，蒸發源201設在緊接著掩模100下面，從而該材料可以有效地且選擇地蒸發到有限的區域上，即在該實施例中形成在蒸發掩模100中的開口的區域。
還有，在該實施例中，玻璃基片10被分成如在圖3中所示的四個用於將有機材料蒸發到玻璃基片上的蒸發區域「a」、「b」、「c」和「d」。
更具體地說，在紅色有機發光材料首先被蒸發到蒸發區域「a」(由實線限定的區域)之後，玻璃基片10沿著X方向滑動，並且該紅色有機發光材料被蒸發到蒸發區域「b」(由一點點劃線所限定)。然後使玻璃基片10沿著Y方向滑動，並且將紅色有機發光材料蒸發到蒸發區域「c」上(由虛線所限定)。最後，玻璃基片10沿著X方向滑動，並且紅色有機蒸發材料蒸發到蒸發區域「d」(由雙點點劃線所限定)。通過這樣將基片分成多個用於蒸發的區域，採用面積小於基片的蒸發掩模100將該有機發光材料可以被蒸發到對應於單片玻璃基片10上的紅色發光像素的陽極61R上。
綠色和蘭色的有機發光材料都採用專用於每種顏色且面積小於基片10的掩模在每種顏色專用的反應室中進行蒸發，如圖4所示，即用於綠色的蒸發掩模和用於蘭色的蒸發掩模。對於這些蒸發來說，與紅色蒸發類似，玻璃基片10沿著X和Y方向滑動以將每種顏色蒸發到相應的區域「a」、「b」、「c」和「d」。因此，用於相應顏色的有機發光材料可以被蒸發到對應於相應顏色的陽極61R、61G和61B上。
圖5為顯示出包圍著有機EL顯示設備的顯示像素的區域的平面圖，並且圖6A和6B為分別沿著圖5中的直線B-B和C-C剖開的剖視圖。
如圖5所示，包圍著形成每個顯示像素的區域的是門極線51和漏極線52。用作開關元件的第一TFT30設在這些信號線交會處附近。TFT30的源極11s同時用作電容器電極55，從而它和下述的存儲電容器電極線54一起形成電容。源極11s與第二TFT40的門極43相連以便驅動該EL元件。第二TFT的源極41s與有機EL元件60的陽極61相連。漏極41d與給有機EL元件60提供電流的電源線53相連。
在該TFT附近，存儲電容器電極線54與門極線51平行地設置。存儲電容器電極線54由例如鉻材料製成。該存儲電容器電極線54面對著與其中設有門極絕緣薄膜12的TFT的源極11s相連的電容電極55，並且一起存儲電荷，從而形成存儲電容。該存儲電容設置用來保持被施加到第二TFT40的門電極43上的電壓。
如在圖6A和6B所示，有機EL顯示設備通過順序地將TFTs和有機EL元件層壓在由例如玻璃或合成樹脂材料製成的基片10或一種導電或半導體基片上來形成的。應該指出的是，在相同步驟下形成的層等在圖6A和6B中標有相同的標號。
接下來，將參照圖6A對第一TFT30或開關TFT進行說明。
在由石英玻璃、無鹼玻璃或類似材料製成的絕緣基片10上，採用CVD或其它方法形成有非晶矽薄膜。用激發物雷射束照射Si薄膜以進行多晶體化，從而形成多晶體矽薄膜(p-Si薄膜)11，該薄膜用作TFT30的活性層。門極絕緣薄膜12形成在p-Si薄膜11上面。另外在頂部設有由高熔點金屬例如鉻(Cr)或鉬(Mo)製成的門極信號線51，並且該信號線還用作門電極13。
然後將絕緣薄膜的層間絕緣薄膜14例如SiO2薄膜設在門極絕緣薄膜12、門電極13、驅動電源線53和存儲電容電極線54的整個表面上面。將金屬例如鋁(Al)填充在對應於漏極11d的接觸孔中以形成漏極信號線52，該信號線還用作漏極電極15。另外，由光敏有機樹脂或類似材料製成的平面化絕緣薄膜16被形成為覆蓋著用於平面化的整個表面。還有在頂部上，在整個表面上設有空穴傳送層63、電子傳送層65和有機EL元件60的陰極67。
下面將參照圖6B對第二TFT40或用於驅動有機EL元件的TFT進行說明。
如在圖6B中所示，順序形成在由例如石英玻璃或無鹼玻璃材料製成的絕緣基片10上的有與第一TFT30的活性層同時鋪設的p-Si薄膜組成的活性層41、門極絕緣薄膜12和由高熔點金屬例如Cr或Mo製成的門電極43。該活性層41包括通道41c以及在通道41c上相應側面上的源極41s和漏極41d。上述由以這種順序堆疊的SiO2薄膜、SiN薄膜和SiO2薄膜組成的層間絕緣薄膜14設在活性層41和門極絕緣薄膜12上面的整個表面上。在對應於漏極41d的位置中形成穿過門極絕緣薄膜12和層間絕緣薄膜14的接觸孔填充有金屬例如Al，它與與電源相連的電源線53成一整體。另外，由有機樹脂或類似材料製成的平面化絕緣薄膜16形成在用於平面化的整個表面上面。然後在對應於源極41s的位置中形成穿過平面化絕緣薄膜16、層間絕緣薄膜14和門極絕緣薄膜12的接觸孔。通過該接觸孔接觸源極41s的由ITO(氧化錫銦)製成的透明電極，即有機EL元件的陽極61，形成在平面化絕緣薄膜16上。
有機EL元件60包括由用FFO製成的透明電極構成的陽極61、由多層有機層組成的發光元件層66和由鎂銦合金組成的陰極67以這種順序堆疊構成的。該發光元件層66包括例如由MTDATA(4，4，4-三(3-甲基苯基苯胺)三苯胺)組成的第一空穴傳送層63，由例如TPD(N，N′-二苯基-N，N′-二(3-甲基苯基)-1，1′-聯苯基4，4′-二元胺)材料組成的第二空穴傳送層63，由例如包括喹吖二酮衍生物在內的Bebq2二(10-hydroxybenzo[h]喹啉)鈹組成的發光層64，以及由Bebq2或類似材料組成的電子傳送層65。發光元件層66的所有上述層以所述的順序被層壓在陽極上。在用於相鄰像素的並且覆蓋著陽極61的邊緣69的有機EL元件60之間設有感光有機樹脂，從而防止在陽極61的邊緣69和陰極67之間出現短路。上述結構的有機EL元件60在每個顯示像素中構成發光區域(顯示區域)。
在有機EL元件中，從陽極發光的空穴和從陰極發光處的電子在發光層中重新合併。因此，包含在發光層中的有機分子被激發，產生出激發性電子-空穴對。通過其中這些激發性電子-空穴對承受輻射直到鈍化的過程，從發光層64中發光出光。該光藉助於透明的絕緣基片10通過透明陽極61向外發光。
如在圖6B所示，根據本發明，只有相應的有機EL元件60的發光層64根據所發光的光的顏色由不同的有機材料製成，並且以與陽極61類似的圖案例如島形圖案形成。另一方面，空穴傳送層62和6以及電子傳送層65對於所有不同顏色R、G和B的EL元件60來說是由相同的有機材料製成的，並且分享所有像素。在用於顯示單色圖象的顯示設備中，發光層64形成在與空穴傳送層62和63以及電子傳送層65類似的整體表面上面，因為該層可以由與所有有機EL元件60相同的材料形成。空穴傳送層62和63以及電子傳送層65還可以形成為和發光層一樣的單獨的圖案，例如當對於用於顯示單色圖象或以R、G和B的多色圖象的顯示設備中相應的像素而言，這些層是由不同的材料形成的時候。
圖7詳細地顯示出在通過蒸發將發光層64形成為用於相應有機EL元件60的單獨圖案時蒸發掩模100和基片10之間的位置關係，並且該圖對應於圖4的部分放大剖視圖。
參照圖7，在玻璃基片10形成有第一和第二TFTs和與第二TFT相連的陽極61R、61G和61B。另外，絕緣薄膜68形成為覆蓋陽極61R、61G和61B的周邊區域，並且形成有空穴傳送層62和63。
這種玻璃基片10被裝入真空蒸發腔室中，並且其陽極承載側面向下。在該特定的實施例中，具有用於形成紅色的發光層區域的開口110R的蒸發掩模100這樣布置開口110R與紅色顯示像素的陽極61R對準。用於發出紅光的有機發光材料從設置在圖中的元件下方的未示出的蒸發源中蒸發出來，從而將發光層蒸發到對應於蒸發掩模100的開口110R的陽極61上(更精確地說，在圖7中的空穴電子層62和63上)。
下面將對在本實施方案中所使用的蒸發掩模進行詳細說明。如上所述，在本實施方案中所採用的蒸發掩模的尺寸比基片小，逼供年且基片上沒有被蒸發掩模覆蓋的區域通過支承部件210與蒸發源201隔開，如在圖4中所示。根據本實施方案，小於其上形成有元件的基片的掩模被用作蒸發掩模100。換句話說，即使如在上述說明中一樣採用鎳(Ni)等金屬掩模的情況中也可以採用可以以足夠高的精確度形成的小尺寸掩模，本實施方案使得該掩模的厚度能夠具有足夠的強度並且降低了遮蔽。當在本實施方案中採用金屬掩模作為蒸發掩模的時候，則在圖4中所示的支承部件210的掩模支承部分優選具有用於固定金屬掩模同時如圖2所示沿著其周邊方向在其上施加張力的固定機構。
接下來將參照圖8A和8B對另一個示例性的蒸發掩模進行說明。圖8A為顯示出玻璃基片10與蒸發掩模100接觸的透視圖，其中與圖7中的結構類似，玻璃基片10包括預成型的部件，即第一和第二TFTs，有機EL元件60的陽極61和絕緣層68，以及由所有像素共享的空穴傳送層(未示出)。圖8B大致地顯示出沿著圖8A中的直線D-D剖開的玻璃基片10、掩模100和掩模支承部件210的剖面結構。
在圖8A和8B中所示的蒸發掩模100由厚度為例如0.5mm的單晶體矽(Si)基片形成，並且在其周邊區域中具有厚度為10μm至50μm的更厚部分140。雖然更厚部分140未必是必要的，但是在掩模100的周邊區域中的厚度更厚有利於增加蒸發掩模100的強度。這樣的蒸發掩模100被設置成與蒸發物體例如具有相當於上述的那些的預定層的玻璃基片的下表面接觸或鄰近。有機材料從設置在該圖的下面部分處的未示出蒸發源中蒸發出來，從而將有機材料蒸發到由蒸發掩模100的開口110所暴露的基片10的部分上。在圖8A和8B的實施例中的蒸發掩模100是用於紅色的掩模，當用於R、G、B的像素沿著如圖1所示的行方向以這種順序布置的時候，該蒸發掩模100具有沿著列方向設置的並且對應於每三列形成用於紅色的有機EL元件的區域的開口110R。
當如在本實施方案中一樣蒸發掩模100由矽基片形成的時候，用於選擇性掩模的開口可以通過採用在半導體領域中所廣泛採用的光刻技術蝕刻該矽基片來形成，從而使得能夠容易高精度地形成該開口。另外，可以容易除去通過採用矽基片的蒸發掩模100進行多次材料蒸發而附著在矽基片的表面上的有機材料，從而允許反覆地使用該蒸發掩模100。因為該矽基片對於用來將附著在表面上的有機材料蝕刻掉的蝕刻劑具有相當的抗力，所以該掩模可以反覆使用更多次，從而有利於降低製造成本。
如上所述，與其中對尺寸較大的玻璃基片的整個表面採用單個大掩模的現有技術相反，採用尺寸比玻璃基片10或蒸發物體小的掩模，從而就總是能夠將蒸發源設置在緊挨著蒸發掩模下面，也就是說，相對地說緊挨著蒸發區域下方。因此，所蒸發的材料或有機材料可以總是從垂直方向蒸發到相應的像素區域(發光區域)上。這就能防止由材料四處濺射並沉積在相鄰陽極上以及蒸發位置偏離所引起的不理想的蒸發，並且避免了由蒸發掩模的開口的厚度所引起的以及由蒸發源沒有位於緊挨著開口的下方所引起的遮蔽。
下面將參照圖9A-9C對本發明的第二實施方案進行說明。圖9A為用於說明該蒸發過程的透視圖，圖9B大致地顯示出沿著圖9A中的直線E-E剖開的剖視圖，圖9C顯示出從右側開始的圖9A的蒸發過程。與第一實施方案類似，具有預成型在其上的部件即第一和第二TFTs、有機EL元件的陽極、覆蓋著陽極的邊緣的絕緣層以及空穴傳送層(當它形成在整個表面上面的時候)的基片10被設置成其元件承載側面向下。該蒸發掩模100設置在基片10的該元件承載側上。
對於蒸發掩模100來說，採用與圖8A和8B中所示的掩模類似(雖然可以採用金屬掩模)的由矽基片形成的矽掩模。在該實施例中的蒸發掩模100包括與單列像素對應的開口110，用於在玻璃基片10上沿著列方向布置的用於相同顏色的像素區域。緊挨著蒸發掩模100的這些開口110下方，設有多個蒸發源200。在該特定實施例中，如圖9C中所示，沿著其中設置蒸發掩模100的開口110的方向設置有多個蒸發源200，從而共同形成沿著列方向布置在直線中的線性延伸源201。
如在上述圖中所示，將對應於有限組的顯示像素的蒸發掩模100用來進行蒸發，而不是和在現有技術中一樣採用單個金屬掩模將材料蒸發到大玻璃基片的整個表面上。因此，蒸發源可以設置在緊挨著這種蒸發掩模的下面，從而使有機材料沿著垂直方向從蒸發源200中散射出來以附著到玻璃基片。因此，就能夠防止有機材料不理想地附著在相鄰陽極上以及形成發光層的位置的偏離。
為了從蒸發源中將蒸發材料蒸發到玻璃基片10，在該實施例中玻璃基片10在該圖中從右邊向左邊滑動預定的間距，即在沿著基片10的一對側邊的行方向中，或沿著垂直於設置蒸發掩模100的開口110和線性延伸的源201的方向的方向。或者，該蒸發掩模100和蒸發源200可以相對於基片10移動，而不是移動基片10，同時保持蒸發掩模100的開口和相應的蒸發源200之間的位置關係。在任一方法中，蒸發掩模100的開口110和蒸發源200沿著垂直於基片10與蒸發掩模100和蒸發源200之間的相對運動方向設置。
下面將對使玻璃基片10滑動的方法。首先使蒸發掩模100的開口110與在給定列中的紅色顯示像素1R對準，並且從蒸發源200中蒸發出紅色的有機材料。然後使玻璃基片10滑動預定的間距(例如在將R、G、B的像素以這種順序設置為條帶的時候每第三列)，從而蒸發掩模100在下一紅色列中與紅色顯示像素1R對準，並且蒸發出紅色有機材料。通過反覆地進行這種蒸發和基片滑動步驟，從而能夠將紅色有機材料蒸發到形成在玻璃基片10上的用於紅色顯示像素的每個陽極上。一旦使蒸發掩模100定位，當能夠保持蒸發掩模100和基片10上的陽極精確對準的時候，該掩模100必須只為第一次蒸發與其對準，並且在每次基片10滑動時不必使這些元件對準。這種方法是優選的，因為它有利於提高該工藝的生產率。
可以以與紅色的蒸發類似的方式進行如圖1所示沿著列方向分別設置在紅色顯示像素1R附近的綠色和蘭色顯示像素1G和1B的蒸發。更具體地說，使玻璃基片10滑動，從基片10的一側上的陽極到其另一側上上的陽極順序地進行蒸發。因此，相應顏色的有機材料就可以被設置在對應於相應的顯示像素1R、1G和1B的陽極61R、61G和61B上。
如在圖9B中所示，蒸發掩模100固定在具有如圖4中所示一樣用於設置蒸發掩模的區域中的開口的支承部件210，並且被蒸發掩模100覆蓋著的基片10的區域通過支承部件210與蒸發源200隔離。
該蒸發掩模100可以具有一列以上的開口(只用於相同顏色的像素)，而不是如在圖9A中所示的單列開口。當開口110設置在更多的列中的時候，但是對於形成在遠離沿著列方向延伸的線性延伸源201的位置處的開口110，所蒸發的材料傾斜地濺射。因此，優選考慮蒸發源200和玻璃基片的距離以及所蒸發的材料的濺射方向來確定在單個蒸發掩模100中的開口110的列數。
另外，與上述列的數量類似，在蒸發掩模100中設置的開口110的數量可以不與在如圖9A所示布置在玻璃基片10上的多個像素的陽極之中的一列中的陽極總數相同，並且可以比這個數目小。當設有這樣較小數量的開口時，採用沿著行和列兩個方向的尺寸小於大尺寸例如400mm×400mm的基片的蒸發掩模100。蒸發掩模100和基片10首先這樣設置沿著列方向的像素的一些陽極覆蓋著掩模100的開口上面。然後基片10沿著列方向順序地滑動到端部，同時通過蒸發形成有機層。接著，沿著列方向將基片10和掩模100之間的相對位置改變對應於設在掩模100中的開口110的數量的距離，並且使基片10再沿著列方向滑動，同時進行蒸發過程。反覆地進行這種程序直到有機層被蒸發到基片上的所有必要的像素區域上。
蒸發掩模100的開口110的列數和在列中的開口數優選最大化，同時抑制由來自蒸發源200的被蒸發的材料沿著傾斜方向濺射所引起的被蒸發掩模100遮蔽以及不理想地蒸發到其它像素上。這是因為開口110的數量越多導致由單次蒸發所蒸發的面積越寬，從而導致該蒸發工藝的生產率越高。
當沿著列方向設有多個蒸發源200以形成如在圖9A中所示的線性延伸源201並且蒸發掩模100的尺寸是一樣的時候，與通過用單個(點狀)蒸發源蒸發到用於多個像素的陽極上形成有機層的情況相比較，可以顯著地降低遮蔽或不理想地蒸發到其它像素上。這是因為，當通過採用如圖9C中所示的線性延伸源201沿著列方向設置蒸發源的時候，蒸發材料會更垂直地濺射，從而使得從蒸發掩模100到相應開口110得濺射得蒸發材料的方向一致。
應該注意的是，在不同的腔室(設有不同的蒸發源的腔室)中採用不同的掩模將具有例如發光功能和用於相應顏色的有機EL元件的有機材料蒸發到相應顏色的像素區域上。
接著，下面將對在基片10滑動時上述基片的運動間距進行說明。
當如上所述沿著垂直於基片10的滑動方向的方向布置蒸發掩模100的開口並且如圖1所示將顯示像素1R、1G和1B設置成條帶的時候，使蒸發掩模100的開口110移動到對應於例如反覆設置的顯示像素1R的每第三列上，從而跳過了顯示像素1G和1B。因此，當採用如圖1所示的布置時滑動的間距對應於3列。更精確地說，可以通過對應於反覆設置的紅色顯示像素1R使基片10滑動或改變基片10和蒸發掩模100之間的相對位置來幾逆行能夠該過程。
如上所述，根據本發明的第二實施方案，採用尺寸小於基片10的蒸發掩模來多次將相同顏色的有機材料蒸發到基片10上。另外，採用其中設有蒸發掩模100的方向沿著的線性延伸源210。因此，減少了相應開口110的蒸發條件的變化，從而防止了蒸發層的厚度變化。結果，就可以避免產生問題例如玻璃基片10的中央部分和周圍部分之間的相同顏色的色調方面的差異，並且防止要被蒸發到給定陽極上的有機材料到達和附著到不同顏色像素區域的相鄰陽極上，從而防止由顏色混合物引起的模糊。
另外，因為掩模的具有足夠的強度，所以根據第二實施方案的蒸發掩模100的撓曲非常小。該特徵還確保防止出現這些問題，例如開口110和金屬掩模100從中央部分朝向掩模100的圓周部分變得不對準。這種不對準改變了發光材料實際從陽極61蒸發到有機材料必須蒸發的位置，從而在該EL顯示設備中就不能發出給定的顏色。因此，可以消除顏色模糊並且實現所要求顏色的逼真的顯示。
雖然在上述第一和第二實施方案中為了清楚地說明只顯示出蒸發掩模的幾個開口，但是實際上形成有更多的開口。例如當在相同的基片10上同時形成多個顯示設備區域時，要形成數量對應於(即總數或約數)具有例如852(行)×222(列)的像素的顯示設備區域的開口。
另外，雖然在上述第一實施方案中單個大基片10如圖3中所示被分成四個蒸發區域，但是實際上基片所分成的數量並不限於在本發明中的四個。但是，因為絕緣基片沿著圖3的垂直和水平方向(分別為X和Y方向)滑動，所以考慮到蒸發過程的效率該數目優選為偶數。
雖然相應顏色的顯示像素在上述實施方案中被描述為被設置為條帶，但是也可以有其它布置，並且本發明也可以應用在具有以所謂的三角形布置或以各種其它布置的顯示像素的顯示設備。在這樣的情況中，可以通過採用具有對應於相應顏色顯示設備的布置的開口的蒸發掩模來很容易地實施本發明。
另外，如第二實施方案所述，設置在蒸發掩模下面的蒸發源的數量可以被設定成使濺射到玻璃基片上的有機材料與基片所成的方向儘可能地接近直角。更具體地說，可以根據玻璃基片和蒸發源之間的距離以及形成在陽極上的有機材料層的預定厚度來確定該數量。但是，應該注意的是，在設有多個分開的蒸發源的時候，通過為每個開口提供一個蒸發源或者如果一對一的布置是不可能的話則提供儘可能多的蒸發源，從而就能夠有效地且均勻地將有機材料蒸發到相應的開口上。
接著將參照圖10A-10C對在上述第二實施方案中所採用的線性延伸源的差異和特定實施例進行說明。圖10A顯示出在圖9A中所示的線性延伸源201的更具體的結構。參照圖10A，每個蒸發源200由裝有蒸發材料(例如發光材料)130的容器202形成，並且這些源線性地布置以構成線性延伸的源201。應該注意的是，每個蒸發源200可以通過未示出的單獨加熱器來加熱蒸發材料130。在圖10B中所示的線性延伸的源201包括形成在單個容器203中的多個材料單元，每個單元都裝有蒸發材料130。一個或更多的未示出加熱器在每個材料單元中加熱該蒸發材料130以引起蒸發。如上所述，每個材料單元可以對應於掩模100中的開口110的位置或對應於多個開口設置。在圖10C中所示的線性延伸的源201由沿著一個方向延伸的並裝有蒸發材料130的單個容器204形成。多個加熱器205設置用來加熱並使蒸發材料130蒸發。
在圖10A中的結構的優點在於，可以單獨地控制獨立地設置的蒸發源200，並且可以單獨地替換掉出故障的蒸發源200。因為對於在圖10B中所示的線性延伸源201採用單個容器203，所以可以很容易移動或加熱該源，從而有利於控制。另外，容器203可以設計成材料單元儘可能地對應於掩模100的每個開口110安放，從而減少了從蒸發源濺射到設有開口的區域的材料量，並且與在圖10A中的線性延伸源201類似在材料的使用上實現高效率。因為採用單個容器204所以在例如運動的情況下能夠很容易地控制在圖10C中所示的線性延伸源201。通過採用多個如在圖10C中所示的加熱器205，從而就能夠通過單獨地控制相應的加熱器205來實現最優的加熱環境，並且當一些加熱器205壞了時，剩下的加熱器205可以加熱蒸發材料130，從而補償壞了的加熱器。
如上所述，以線性方式延伸的不同構成的源201具有不同的特性。通過選擇用於特定用途的正確構成的源201，從而可以平穩地進行該蒸發過程，並且可以實現成本降低並提高精確度。
在上述說明書中採用了面積小於基片10的掩模100。當採用如在圖10A-10C中所示的線性延伸源201並且它相對於基片移動時，即使通過採用例如尺寸類似於基片10並且具有多個對應於在基片10上的多個像素的蒸發曾的單獨圖案的開口的掩模也能夠在每個區域中形成均勻的蒸發層。當在對應於相應像素的的掩模中以單獨的圖案形成開口110時，如果蒸發源和基片之間的相對位置保持不便的話，則在遠離蒸發源的開口110中觀察到遮蔽等的更大效果。但是，通過採用以如圖10A-10C中所示的線性方式延伸的相對較大的源201，而且使源201或基片10移動並且掩模100固定地與基片10對準，從而該源可以同樣被定位最接近在基片10上用於形成蒸發層的相應區域，並且尤其是該源總是緊挨著每個區域下面通過。結果，對於基片上的每個像素可以均勻地形成單獨形成圖案的蒸發層。當蒸發過程的生產率足夠高的時候，可以採用點狀蒸發源200並使之相對於基片10移動而不是採用較大的線性延伸源201。採用任一上述源，只要可以避免由於翹曲等緣故而導致的開口110的不精確定位，也可以採用較大尺寸的掩模100。
雖然該顯示設備被已經被描述成是一種包括作為開關元件的用於每個像素的TFT的有效矩陣顯示設備，但是開關元件並不限於TFT，並且可以是二極體等。另外，顯示設備不限於有效矩陣彩色顯示設備，本發明可以應用於在對於每個像素沒有形成開關元件的簡單矩陣顯示設備中為具有較大面積的基片的每個像素、行或列形成單獨的蒸發層。換句話說，通過採用小於大尺寸的基片的蒸發掩模並且在蒸發掩模和蒸發源以及基片之間引起相對運動，從而可以在基片的任意位置中精確地形成均勻的蒸發層。
另外，雖然在上述實施方案中說明了有機EL顯示設備，但是本發明並不限於此，而且本發明還可以應用於包括自發光元件的普遍使用的真空螢光顯示器(VFD)。在VFD中，在陽極上設置的陽極、細絲以及螢光材料層分別對應於有機EL元件的陽極、陰極和發光元件層。當本發明應用於VFD時，採用在對應於預定顏色的螢光材料層的位置處具有開口的掩模來使材料附著。對於這種附著，使其上附著由螢光材料的玻璃基片滑動對應於顯示像素的預定數量的間距。
權利要求
1.一種在基片的多個區域中形成單獨成圖案的層的方法，包括以下步驟在所述基片和層材料源之間設置掩模，該掩模包括對應於形成所述層的多個區域中的一個或多個的開口；並且在所述掩模和所述層材料源以及所述基片之間作出相對運動，並且使得材料從所述層材料源中發散出以通過所述開口附著到所述基片上，從而形成所述單獨成圖案的層。
2.一種在基片的多個區域中形成單獨成圖案的層的方法，包括以下步驟在所述基片和層材料源之間設置掩模，該掩模的面積小於所述基片並且包括對應於形成所述層的多個區域中的一個或多個的開口；在所述掩模和所述層材料源以及所述基片之間作出相對運動，並且使得材料從所述層材料源中發散出以通過所述開口附著到所述基片上，從而形成所述單獨成圖案的層。
3.一種如權利要求1或2所述的方法，其中所述材料源是一種沿著垂直於在所述掩模和所述層材料源以及所述基片之間的相對運動的方向的方向延伸的線性延伸源。
4.一種如權利要求3所述的方法，其中所述線性延伸源是通過彼此相鄰設置的多個層材料源來形成的。
5.一種如權利要求1-4任一所述的方法，其中所述層是一種形成在第一和第二電極之間的電致發光層；並且所述層材料是一種電致發光材料。
6.一種如權利要求5所述的方法，其中所述電致發光材料是一種通過蒸發作用從所述層材料源中散發出來並附著到所述基片上的有機材料，從而形成所述電致發光層。
7.一種彩色發光設備的製造方法，所述設備在基片上包括一種用於多個像素中的每一個的自發光元件，該元件具有第一電極、用於每種顏色的發光材料層以及第二電極，所述方法包括以下步驟在所述基片和發光材料源之間設置掩模，該掩模在與用於形成所述基片的所述多個像素中的一個或多個發光材料層的區域對應的位置處包含有開口；使在所述掩模和所述發光材料源以及基片之間的相對位置滑動與所述基片的像素尺寸對應的預定間距，並且使得發光材料通過所述掩模附著到所述基片的預定區域上，從而形成發光材料層。
8.一種彩色發光設備的製造方法，所述設備在基片上包括一種用於多個像素中的每一個的自發光元件，該元件具有第一電極、用於每種顏色的發光材料層以及第二電極，所述方法包括以下步驟在所述基片和發光材料源之間設置掩模，該掩模在與用於形成所述基片的所述多個像素中的一個或多個發光材料層的區域對應的位置處包含有開口，並且該開口其面積比所述基片小以覆蓋在所述基片上的所述多個像素中的一個或多個；使在所述掩模和所述發光材料源以及基片之間的相對位置滑動與所述基片的像素尺寸對應的預定間距，並且使得發光材料通過所述掩模附著到所述基片的預定區域上，從而形成發光材料層。
9.一種如權利要求7或8所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述基片沿著垂直於彼此的所述基片的兩個方向滑動與用於相同顏色的所述像素的布置對應的間距。
10.一種如權利要求7或8所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述基片沿著所述基片的一個方向滑動與用於相同顏色的所述像素的布置對應的間距。
11.一種如權利要求7-10任一所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述發光材料源是一種沿著垂直於在所述掩模和所述層材料源以及所述基片之間的相對運動的方向的方向延伸的線性延伸源。
12.一種如權利要求11所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述線性延伸源是通過彼此相鄰設置的多個發光材料源來形成的。
13.一種如權利要求7-12任一所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述自發光元件是一種電致發光元件。
14.一種如權利要求7-13任一所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述發光設備是一種用於用多個像素顯示圖象的顯示設備。
15.一種如權利要求1-13任一所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述掩模採用了一種半導體材料。
16.一種彩色發光設備的製造方法，所述設備在基片上包括一種用於多個像素中的每一個的自發光元件，該元件具有第一電極、用於每種顏色的發光材料層以及第二電極，所述方法包括以下步驟在所述基片和發光材料源之間設置掩模，該掩模包含有用於與用於為所述多個像素中的每一個形成單獨成圖案的發光材料層的區域對應的每個像素的單獨開口；使在所述掩模和所述發光材料源以及基片之間的相對位置滑動與所述基片的像素尺寸對應的預定間距，並且使得發光材料通過所述掩模的開口附著到所述基片的預定區域上，從而形成發光材料層。
17.一種如權利要求16所述的彩色發光設備的製造方法，其中所述發光材料源是一種沿著一個方向延伸的線性延伸源。
全文摘要
在通過將發光材料附著到基片(10)上來形成一層例如有機EL元件的發光層的情況中,在基片(10)和材料源(200)之間設有蒸發掩模(100),它包含有與形成具有多個單獨圖案的層對應的開口(110)並且其面積小於基片。使掩模(100)和材料源(200)以及基片(10)之間的相對位置滑動與基片(10)的像素尺寸對應的預定間距,從而在基片的預定區域中形成材料層(例如發光層64)。因此,可以通過例如蒸發作用在基片上高精度地形成材料層。
文檔編號H01L51/50GK1358055SQ0114368
公開日2002年7月10日 申請日期2001年9月28日 優先權日2000年9月28日
發明者山田努, 米田清 申請人:三洋電機株式會社