制造薄膜电子器件以及电路的设备和方法

日期:2019-06-30 23:01:21

专利名称:制造薄膜电子器件以及电路的设备和方法
技术领域
本发明与电子器件和/或电路的形成有关。更具体地讲,本发明与 通过通过孔眼掩模沉积材料进行电子器件的制造有关。
背景技术
可通过从沉积源朝基底喷射材料在基底上形成材料图案。通过使 掩模位于沉积源和基底之间,从而使材料以特定的图案在基底上沉积。 掩模包括限定图案的孔眼,并且只有通过孔眼的沉积材料到达基底, 从而使材料沉积为图案。
可使电子器件在基底上形成为层状结构。可通过多个沉积步骤使 材料图案成层沉积,以形成层状电子器件。可通过导电轨迹的沉积使 器件连接成电路。
材料通过掩模沉积在基底材料巻筒上的常规的图案化沉积方法通 过分步重复方式完成。基底向前移动预定的量并停止,从而掩模相对 于基底处于固定且已知的位置。接着,沉积源通过掩模喷射材料以形 成图案。接着,基底再次移动预定的量并停止,并且沉积再次进行。 重复该步骤以在基底材料巻筒上形成多种实例的给定的材料图案。可 使基底上的材料的每一种图案暴露于另一个下游掩模和沉积源,以形 成图案化材料的附加层。
这种分步重复步骤虽然在精确地制备具有相对细小特征尺寸的图 案的多个实例时有效,但其具有相对低效的缺点。移动基底以及使掩 模和基底精确地对准所花费的时间并未用于沉积材料,所述时间相对 于沉积层所用的总时间而言是相当长的时间。因此,这种分步重复步骤可能无法实现理想的生产率。

发明内容
本发明的一个实施例涉及在柔性、伸长的基底上形成具有多个重 叠层的一个或多个电子器件的方法。该方法包括移动柔性基底使其通 过一个或多个沉积工位。在每一个沉积工位处,使伸长的孔眼掩模相 对于旋转筒移动,该孔眼掩模具有以图案形式布置的孔眼。在旋转筒 的圆周的一部分上使孔眼掩模和基底对准并且接近。通过孔眼掩模的 孔眼沉积层状电子器件的层。保持层状电子器件中的至少两层之间的 对准。层状电子器件中至少一层包含电子或光学活性材料。
本发明的另一个实施例涉及用于在柔性、伸长的基底上形成具有 多个重叠层的一个或多个电子器件的设备。该设备包括一个或多个沉 积工位。每一个沉积工位包括伸长的孔眼掩模,该孔眼掩模具有以 图案形式布置的孔眼;旋转筒;以及相对于旋转筒布置的沉积源。沉
积源被构造用于通过孔眼掩模的孔眼朝基底喷射材料,以形成层状电 子器件的层。传送系统被构造用于移动基底使其通过一个或多个沉积 工位。在每一个沉积工位处,在筒的圆周的一部分上使基底接近该沉 积工位的孔眼掩模。对准系统被构造用于保持层状电子器件中至少两 层之间的对准。层状电子器件中至少一层包含电子或光学活性材料。
本发明的以上发明内容并非意图描述本发明的每一个实施例或本 发明的每种实施方式。通过参照结合附图的以下具体实施方式
和权利 要求书,本发明的优点和成效与对本发明的更完整的理解一起将变得 显而易见并得到理解。


图1为示出了根据本发明的实施例的制造层状电子器件的方法的
示意图2示出了可用于实施根据本发明的实施例的制造方法的、具有多个沉积工位1至N的沉积系统;
图3A — 3D为可根据本发明的实施例制造的薄膜晶体管(TFT)的剖
视图4示出了可根据本发明的实施例制造的光电池的剖视图5示出了可根据本发明的实施例制造的肖特基二极管;
图6A — 6D示出了可使用根据本发明的实施例的制造方法形成的、
整合有机活性层的LED器件(OLED)的多种构造;
图6E示出了可使用根据本发明的实施例的制造方法形成的、共用
基底上的像素TFT和有机发光二极管(OLED)的构造;
图7示出了提供沉积方法第一阶段的设备的实施例,该阶段采用
了内部筒沉积方式,未采用预先图案化的基准元件,并且采用了滚筒
式掩模;
图8示出了提供沉积方法第一阶段的设备的实施例,该阶段采用 了内部筒沉积方式,未采用预先图案化的基准元件,并且采用了连续 环式掩模;
图9示出了提供沉积方法第一阶段的设备的实施例,该阶段采用 了外部筒沉积方式,未采用预先图案化的基准元件,并且采用了滚筒 式掩模;
图IO示出了提供沉积方法第一阶段的设备的实施例,该阶段采用 了内部筒沉积方式,采用了预先图案化的基准元件,并且采用了滚筒 式掩模;
图11示出了提供沉积方法第一阶段的设备的实施例,该阶段采用 了外部筒沉积方式,未采用预先图案化的基准元件,而是在外部筒沉 积之前进行基准图案化,并且采用了滚筒式掩模;
图12示出了提供沉积方法第二阶段的设备的实施例,该阶段采用 了内部沉积方式,并且采用了滚筒式掩模;
图13示出了用于控制各种实施例纵向幅材位置的示例性回转电机 和速度/位置控制系统的示意图。
图14示出了用于控制各种实施例侧向幅材位置的示例性导向电机 控制系统的示意图;图15示出了用于保持各种实施例的两个幅材正确对准的幅材基准 对准控制系统的示意图16示出了提供沉积方法第二阶段的设备的实施例的基准对准传 感器的示例性控制系统接口;
图17示出了图16的示例性控制系统接口所采用的控制回路;
图18示出了掩模和/或基底上所采用的基准元件的示例性图案, 该基准元件用于感测每个幅材的相对侧向和纵向位置;
图19A示出了用于感测侧向和纵向幅材位置的示例性感测系统的 视图;以及
图19B-19D示出了根据本发明的实施例的各种类型传感器的图像 视图内的准标的例子。
虽然本发明可具有多种修改形式和替代形式,其具体特点已在图 中以实例的方式示出,并将详尽描述。然而,应当理解,其目的不在 于将本发明局限于所述具体实施例。相反,其目的在于涵盖由所附权 利要求书限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施例方式
在以下示例性实施例的描述中,参考了组成本文一部分的附图, 其中以举例说明的方式示出可用来实施本发明的各种实施例。应当理
解,在不脱离本发明范围的前提下,可以利用这些实施例,并可以对 其进行结构上的修改。
本发明的实施例涉及在柔性基底上制造层状电子器件的方法和系 统。柔性基底上薄层的使用允许对层状电子器件进行滚筒式制造。本 文所述的实施例有利地提供了高速制造小特征的层状电子器件的方 法,所述层状电子器件包括薄膜晶体管、二极管、发光二极管、和/或 其它电子器件。所述沉积技术可用于在柔性幅材基底上形成层状电子 器件,其中可实现的特征尺寸可为大约若干微米,最低为约2微米。
层状电子器件中至少两层以正确对准的方式保持在最小特征维度的1/2的公差内。例如,特征尺寸可为小于约100微米,并且对准公差可为 小于约50微米。
图1为示出了根据本发明的实施例的制造层状电子器件的方法的 示意图。该制造方法涉及移动柔性基底使其通过一个或多个沉积工位, 以形成具有多个重叠层的一个或多个电子器件(IIO)。电子器件层中的 至少一层为电子或光学活性材料。在一个或多个沉积工位中的每一个
沉积工位处,使具有孔眼的孔眼掩模在旋转筒上移动(120)。在旋转筒 的圆周的一部分上使柔性基底和孔眼掩模接近(130)。材料从沉积源朝 基底喷射,并且通过孔眼掩模的孔眼沉积,以形成电子器件的层(140)。 沉积期间,保持电子器件的至少两层之间的对准(150)。
采用该方法形成的一个或多个层状电子器件包含电子或光学活性 材料,例如可在一个或多个沉积工位处沉积的有机或无机半导体。在 其它沉积工位处,可以沉积向电子或光学活性材料提供电接触的材料。 在另外的沉积工位处,可沉积形成附加电子器件层的材料,例如电介 质材料、空穴或电子传递材料、掺杂质的缓冲材料、或器件之间的连 接。
电子器件在层与此前沉积的层充分对准时对准,从而获得功能正 常的电子器件。不同的层可以容许不同的未对准程度。 一般来讲,对 准精度越高,可以制成的特征尺寸就越小。采用本发明方法和系统可 实现的特征尺寸可为大约若干微米。电子器件层之间的对准(公差) 可保持为最小特征尺寸的1/2。
本发明的方法可通过具有一个或多个沉积工位的沉积系统来实 施。例如,在一种构造中,沉积系统(例如图2所示的沉积系统)可 沉积多个器件层,保持这些层中的至少两层之间的对准。在另一种构 造中,沉积系统可仅包括沉积单个电子器件层的一个沉积工位,并且 保持该单个层与一个或多个此前沉积的层之间的对准。例如,电子器件中的一个或多个第一层可为在此前通过另一种方法(例如光刻法或 喷墨印刷法)形成或沉积的层。具有一个用于实施根据本发明的方法 的沉积工位的沉积系统可以沉积后续的层,保持该后续的层与此前沉 积的层中至少 一 层之间的对准。
图2示出了具有可用于实施本文所述制造方法的多个沉积工位1
至N的沉积系统200。如前所述,在其它实施例中仅采用了一个沉积 工位。图2的沉积系统包括传送系统,该传送系统被构造用于移动基 底201,使其通过多个沉积工位1至N,并且用于在每一个工位1至N 处相对于旋转筒211、 221、 231移动孔眼掩模212、 222、 232。该传送 系统可被构造用于保持孔眼掩模212、 222、 232或基底201的预定伸 长。
在一个实施例中,柔性基底201通过退绕轮205递送。传送基底 201通过多个沉积工位1至N,从而在基底201通过沉积工位1至N时 获得连续的电子器件层。每一个沉积工位包括至少一个旋转筒211、 221、 231;至少一个孔眼掩模212、 222、 232;以及至少一个沉积源 213、 223、 233。 一些沉积工位(例如工位2)可包括用于通过孔眼掩 模222同时或顺序地沉积单独的器件层的多个沉积源223、 224。
在每一个沉积工位210、 220、 230处,在筒211、 221、 231的表 面圆周上使柔性基底201和孔眼掩模212、 222、 232接近。在使其接 近时,柔性基底201和孔眼掩模212、 222、 232可以接触或可以不接 触。
沉积材料从沉积源213、 223、 224、 233朝基底201喷射,并且通 过孔眼掩模212、 222、 232的孔眼沉积以形成连续的电子器件层。
在一些具体实施中,可将孔眼掩模212、 222、 232中的孔眼图案 形成为使得在本文所述的制造过程中,图案补偿掩模上设置的张力。可以调节未拉紧的孔眼掩模图案以补偿掩模图案在工作张力下的收縮 和/或变形,以便在系统工作期间获得所需的掩模图案。例如,在一些
构造中,掩模212、 222、 232保持在纵向拉紧,并且在侧向未拉紧或 未拉紧至相同的程度。在这些构造中,柔性掩模212、 222、 232在纵 向拉伸,导致掩模212、 222、 232中初始形成的孔眼发生变形。例如, 当在纵向拉紧掩模212、 222、 232时,圆形的孔眼可变形成为长轴在 其纵向的椭圆形。为补偿因拉紧掩模212、 222、 232而产生的这种变 形,可通过首先将孔眼形成为在侧向具有主维度的椭圆形而使孔眼"预 先变形"。后续在纵向对掩模212、 222、 232施加的张力会形成圆形 的孔眼。
对准系统被构造用于使一个或多个孔眼掩模212、 222、 232与基 底201对准并保持层状电子器件的各层之间的对准。例如,对准系统 可使用孔眼掩模212、 222、 232和/或基底201上的准标来确定孔眼掩 模或基底的位置。也可以使用其它类型的对准技术,例如通过使用基 底和/或孔眼掩模传送系统的旋转编码器和幅材拉紧机构,来确定基底 和/或孔眼掩模的速度和/或位置。在退出最后一个沉积工位后,可将其 上沉积有层状电子器件的柔性基底201巻绕在巻绕轮295上。
包括薄膜晶体管(TFT)、光电(PV)器件、肖特基二极管、和有机发 光二极管(OLED)在内的各种类型的层状的电子和/或光电器件以及子 系统均可使用本文所述的方法和系统来制造。也可以形成层叠的层状 的器件,如在TFT上层叠的OLED。在下文更详细描述的实例中,层 叠的OLED和TFT形成可使用本文所述的技术制造的显示器背板。
根据本文所述的多种实施例形成的层状电子器件包含活性层,例 如电子或光学活性半导体层。活性层通常通过沉积系统沉积,但这并 不是必需的。可通过沉积直接或间接接触活性层材料的导电材料,形 成与活性层的电阻或整流接触。 一般来讲,可由包括例如银、金、铝、 铜、氧化铟锡的材料、和/或其它材料的金属或导电金属氧化物材料制成与活性层的接触。导电材料可包括有机导体,例如聚(3,4-乙烯二氧
噻吩)(PEDOT)。可以使用多种其它适合的导电材料。在形成层状电子 器件之前、之中或之后,可沉积导电材料的图案以制作形成在基底上 的两个或更多个电子器件之间的电路连接。
活性层可包含一种或多种掺杂质的或无掺杂的半导体材料。无机 半导体(例如非晶态或晶体无机半导体)可用于形成电子器件的活性 层。例如,可使用的非限制性示例性材料包括非晶硅、氧化锌、和其 它II-VI化合物及其合金和混合物、InZnO和InGaZnO。多种在本领域 中已知的其它适合的电子或光学活性无机半导体可用于形成根据本发 明的实施例的层状电子器件。
有机半导体可用于形成电子器件的活性层。例如,可使用的多种
有机半导体材料包括如以小分子为例的稠合芳族环化合物,例如含并 五苯化合物、含并四苯化合物、含蒽化合物、双(乙酰基)乙炔化合物、 以及并苯-噻吩化合物。数种聚合物材料也已被考虑在内,例如以聚(3-烷基噻吩)为例的结构规整的聚噻吩以及具有稠合噻吩单元或双噻吩 单元的聚合物。
共聚材料可用于形成活性层。更具体地讲,连接有甲硅烷基乙炔 基基团的并苯-噻吩共聚物可用于电子器件(例如有机薄膜晶体管、发 光二极管、以及光电池)中的一个或多个层。
肖特基二极管的形成涉及对材料进行选择,以在整流和电阻触点 与半导体活性层之间实现适当的能带关系。 一种尤其可用作肖特基二 极管活性层的有机化合物为并五苯(一种^共轭分子)。最近已有描 述采用掺杂质缓冲层(例如,电阻触点和活性层之间的缓冲层)的肖 特基二极管。在一个具体实施中,如果有机半导体层为p型材料,则 4,4",4"-三(3-甲基苯基苯基氨基)三苯胺(MTDATA)可用于制备缓冲层。 MTDATA是一种用作有机发光二极管空穴传送材料的稳定非晶态玻璃。在MTDATA的层中掺入杂质以极大地提高其传导性。可通过使 MTDATA与氟化形式的四氰二甲基苯醌(F4-TCNQ)受体分子共升华来 在MTDATA中掺入杂质。F4-TCNQ在MTDATA中的3-20%掺杂浓度 为有效,F4-TCNQ在MTDATA中具有约5%至约10%掺杂浓度提供最
佳的效果。
器件可包括空穴或电子传送层。空穴传送层有利于将空穴射入器 件并且有利于空穴朝重组区迁移,和/或可充当电子通道的屏蔽。在一 些实例中,并苯-噻吩共聚物可用于空穴传送层。在其它实例中,空穴 传送层可包括(例如)二胺衍生物,例如N,N"-双(3-甲基苯基)-N,N"-双(苯基)联苯胺(TPD)、 N,N"-双(2-萘基)-N,N"-双(苯基)联苯胺(P -NPB)、禾卩N,N"-双(l-萘基)-N,N"-双(苯基)联苯胺(NPB);或三芳 香基胺类衍生物,例如4,4",4"-三(!^^-二苯胺)三苯胺0^^了八)、4,4",4"-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(MTDATA)、 4,4",4"-三(N-吩 嗪基)三苯胺(TPOTA)、禾B 1,3,5-三(4-二苯氨基苯基)苯(TDAPB)。
电子传送层有利于将电子射入器件并且有利于电子朝器件的重组 区迁移,和/或可进一步充当空穴通道的屏蔽。在一些实例中,可使用 有机金属化合物来形成电子传送层40,这些有机化合物可为(例如) 三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)和联苯二 (8-羟基喹啉)铝(BAlq)。可用于 电子传送层260的其它电子传送材料的例子包括1,3-二[5- (4- (l,l-二 甲基乙基)苯基)—1,3,4-氧二氮茂-2-yl]苯;2-(联苯勿l) -5- (4- (1,1-二甲基乙基)苯基)-1,3,4-氧二氮茂;9,10-二 (2-萘基)蒽(ADN); 2-(4-联苯)-5- (4-叔丁苯基)-1,3,4-氧二氮茂;或3- (4-联苯)-4-苯基 -5- (4-叔丁苯基)-1,2,4-三唑(TAZ)。
可用于形成TFT、 PV器件、和OLED的材料和结构在共同拥有的 提交于2006年4月21日的美国专利申请No. 11/379,642以及提交于 2006年4月21日的美国专利申请No. 11/379,662中还有描述,这些专 利以引用的方式并入本文。可用于形成肖特基二极管的材料和结构在共同拥有的美国专利公布20050212072中有所描述,该专利以引用的 方式并入本文。
图3 — 6所示器件提供了可使用本文所述制造方法形成的器件的实 例。这些实例并非是对可使用这些方法形成的电子器件的详尽列举。 通过使用这些实例描述的方法和系统到其它类型的电子器件的外推法 对于本领域内的技术人员而言将是显而易见的。
采用本文所述方法和系统制造的电子器件具有多个重叠的层,并 且电子器件层中的至少一个为电子或光学活性层。电子器件的其它层 可包括(例如)导电层、电阻层、介质层、粘合促进层、防扩散层、 空穴传送层、电子传送层、和/或本领域中已知的、用于制造层状电子 器件的其它类型的层。可在沉积阶段之间应用多种表面处理技术,例 如等离子或电晕处理。
在电子器件的制造期间,保持电子器件层中至少两层之间的对准。 器件的一些层之间的对准可以不是必需的。例如,电子器件的一些层 可为无需对准的非图案化层。
并非电子器件的所有的层都需要使用本文所述的方法来沉积。例 如,电子器件的一些层可通过其它方法形成在基底上。在一个实例中, 通过另一种方法(例如光刻法或喷墨印刷法)沉积第一层。在形成第 一层后,可将基底传送至根据本发明的实施例构造的沉积系统。在该 沉积系统处,按照本文所述的方法沉积电子器件的一个或多个附加层, 其中沉积系统保持此前沉积的第一层与一个或多个附加层之间的对 准。
形成电子器件的方法可为基本上连续的或可为不连续的。例如, 在一种场景中,电子器件以基本上连续的方式形成在基底上,开始时 输入基底巻筒,该巻筒前进通过一系列沉积工位,结束时获得包括其上沉积有层状电子器件的基底的输出巻筒。
沉积一个或多个层之后,可将基底巻筒从沉积系统中移除。基底 巻筒可包括能够用于附加处理的子组件巻筒物件。该附加处理可包括 根据本发明的方法或通过其它类型的沉积系统沉积的附加的器件或电 路层。
可采用以本发明的实施例为例的加工方法制造的电子器件包括多 种类型的晶体管、二极管、光电器件、发光器件、电容器、层叠的电 子器件、和/或其它器件。可在基底上沉积的两个或多个电子器件之间 进行连接以形成电路。
图3A—3D为可使用图2的沉积系统制造的薄膜晶体管(TFT)的剖 视图。本文所述的TFT示出晶体管实施例,其中层中的一个或多个使 用采用孔眼掩模的制造方法进行沉积。通常,TFT基于诸如非晶硅或 硒化镉之类的无机半导体。近来,有机半导体材料已用于形成TFT。 本文所述的制造方法尤其有利于形成通常不宜使用蚀刻法或光刻法的 整合有机材料的电子器件和电路。
图3A示出了底部栅极、底部触点TFT的剖视图。形成栅极触点 311的导电材料的图案在第一沉积工位处沉积在基底310上。在一个实 施例中,栅极材料为金,其厚度为约60nm。可通过真空蒸镀、溅射、 或其它方法来沉积金属层。
电介质材料312在第二沉积工位处的栅极金属311上图案化。在 一个具体实施中,电介质材料312包含氧化铝并以150nm的厚度沉积。 在其它实施例中,电介质可包含二氧化硅、硅和铝的氧化物与氮化物 的混合物、类金刚石玻璃、和/或其它氧化物或电介质。可采用真空蒸 镀法、溅射法、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或采用其它方法 来沉积介质层。在第三沉积工位处,导电材料(例如金)的图案沉积在介质层312
上,从而形成源极和漏极触点313、 314。半导体材料315在第四沉积 工位处沉积在源极和漏极触点313、 314上。该半导体可包含(例如) 通过蒸镀在真空中沉积的氧化锌或并五苯层。可任选地,在第五沉积 工位处,将密封剂316沉积在TFT的半导体层315上。
图3B示出了可采用根据本发明的实施例步骤的方法制造的顶部 栅极、顶部触点TFT的剖视图。半导体材料321在第一沉积工位处的 基底320上图案化。漏极和源极触点322、 323由在第二沉积工位处沉 积在半导体层321上方的导电材料的图案形成。在第三沉积工位处, 电介质材料324沉积在源极和漏极触点322、 323上。栅极触点325由 在第四沉积工位处沉积的导电材料的图案形成。可任选地,在第五沉 积工位处,将密封剂326沉积在TFT的栅极触点325上。
图3C提供了可根据本发明的实施例制造的底部栅极、顶部触点 TFT的剖视图。在第一沉积工位处沉积的导电材料的图案形成基底330 上的栅极触点331。电介质材料332在第二沉积工位处的栅极触点331 上图案化。在第三沉积工位处,半导体材料333的图案在电介质332 上图案化。在第四沉积工位处,导电材料的图案沉积在半导体层333 上,从而形成源极和漏极触点334、 335。可任选地,在第五沉积工位 处,将密封剂336沉积在TFT的源极和漏极触点334、 335上。
图3D示出了可采用本文所述方法制造的顶部栅极、底部触点TFT 的剖视图。在基底340上形成漏极和源极触点341、 342的导电材料的 图案在第一沉积工位处沉积。半导体材料343在第二沉积工位处的源 极和漏极触点341、 342上图案化。在第三沉积工位处,电介质材料344 的图案沉积在半导体层343上。在第四沉积工位处以某种图案沉积的 导电材料形成了栅极触点345。可任选地,在第五沉积工位处,将密封 剂层346沉积在TFT的栅极345上。在一些实施例中,本文所述的制造方法可用于制备发光二极管
(LED)或光电(PV)电池。在多个具体实施中,LED或PV电池的活性材 料可为有机或无机半导体。PV电池和LED具有通用元件,例如阳极、 阴极、以及布置在阳极和阴极之间的活性有机或无机材料。在PV电池 中,使活性层暴露于光将引起电流在阳极和阴极电极之间流动。通过 光学活性材料中的电子和空穴的重组,电流在LED电极之间流动产生 光。
图4示出了可采用本文所述沉积方法制造的PV电池的剖视图。 阳极触点411在第一沉积工位处的基底410上图案化。活性层412 (如 有机或无机半导体层)在第二沉积工位处沉积在阳极触点411上。在 第三沉积工位处,添加阴极触点413。可任选地,在第四沉积工位处将 密封剂层414沉积在阴极413上。对于本领域内的技术人员将显而易 见的是,可以颠倒阳极和阴极层的沉积顺序,以使得阴极在第一沉积 工位处沉积而阳极在第三沉积工位处沉积。
可根据本文所述的方法来制造肖特基二极管。肖特基二极管由整 流金属-半导体结形成。通常,肖特基二极管包括置于两种金属之间的 半导体。 一种金属形成与半导体的整流触点,而另一种金属形成与半 导体的电阻触点。在某些应用中,可以采用有机半导体。在有机半导 体和电阻触点之间的掺杂质的缓冲层有利地提高了器件击穿电压的量 级。
图5示出了可通过根据本发明的实施例的方法制造的肖特基二极 管。电阻触点511在第一沉积工位处的基底510上图案化。在第二沉 积工位处,掺杂质的缓冲层512沉积在电阻触点材料511上。有机或 无机半导体513在第三沉积工位处沉积在掺杂质的缓冲层512上。在 第四沉积工位处,添加整流触点514。可任选地,可在第五沉积工位处 将密封剂层(未示出)沉积在整流触点514上。图6A—6D示出了可使用本文所述的制造方法形成的、整合有机 活性层的LED器件(OLED)的多种构造。用于形成OLED的光学活性光 发射器材料可包括(例如)包含小分子或聚合物材料的有机材料。
图6A示出了可采用本文所述沉积方法制造的OLED的剖视图。 阳极触点611在第一沉积工位处的基底610上图案化。活性层612 (如 有机光发射器)在第二沉积工位处沉积在阳极触点611上。在第三沉 积工位处,添加阴极触点613。可任选地,在第四沉积工位处将密封剂 层614沉积在阴极613上。对于本领域内的技术人员将显而易见的是, 可以颠倒阳极和阴极层的沉积顺序,以使得阴极在第一沉积工位处沉 积而阳极在第三沉积工位处沉积。
除光发射器材料之外,OLED可以采用空穴和/或电子传送层。空 穴传送层有利于将空穴从阳极射入器件并且有利于空穴朝光发射器内 的重组区迁移。电子传送层有利于将电子从阴极射入器件并且有利于 电子朝重组区迁移。
图6B示出了可根据本文所述方法制造的OLED。图6B的OLED 包括电子传送层。阳极触点621在第一沉积工位处的基底620上图案 化。活性光发射器材料622在第二沉积工位处沉积在阳极触点621上。 在第三沉积工位处,电子传送材料623沉积在光发射器622上。在第 四沉积工位处,添加阴极触点624。可任选地,在第五沉积工位处将密 封剂层625沉积在阴极623上。
在图6C的剖视图中示出了整合空穴传送层的OLED。 OLED的制 造涉及在第一沉积工位处将阳极触点631沉积在基底630上。在第二 沉积工位处,空穴传送材料632沉积在阳极631上。活性光发射器材 料633在第三沉积工位处沉积在空穴传送材料632上。在第四沉积工 位处,添加阴极触点634。可任选地,在第五沉积工位处将密封剂层635沉积在阴极634上。
图6D示出了可通过本文所述方法制造的、采用空穴和电子传送层 的OLED。可用于形成空穴和电子传送层的材料在上文已有所描述。阳 极触点641在第一沉积工位处的基底640上图案化。在第二沉积工位 处,空穴传送材料642沉积在阳极641上。活性光发射器材料643在 第三沉积工位处沉积在空穴传送材料642上。在第四沉积工位处,电 子传送材料644沉积在光发射器643上。在第五沉积工位处,添加阴 极触点645。可任选地,在第六沉积工位处将密封剂层646沉积在阴极 645上。
层状电子器件的制造可涉及层叠的电子器件的形成。例如,可将 诸如OLED之类的发光器件层叠在TFT上,或反之亦然。在一种构造 中,用于OLED沉积的输入幅材包含基底,该基底具有此前沉积的薄 膜晶体管和基准。
层叠电子器件尤其可用的一个实例为在显示器背板的制造中。图 6E的实例示出了共用基底662上像素TFT和OLED的沉积。在该实例 中,OLED为顶部发光型(即远离而不是通过基底发光)。诸如钛和金 之类的材料构成的栅极664在基底662上直接图案化,然后诸如Si02 或A1203之类的栅极电介质666在栅极664上图案化,以使栅极664与 半导体通道668完全隔离。半导体通道668为在栅极电介质666上图 案化的ZnO层。
诸如铝之类的材料构成的漏极652在通道668的一侧图案化,同 时可以由与漏极652相同的材料构成的单独的源极650在通道668的 另一侧图案化。源极650延伸到基底662上,并且被布置在基底662 和OLED层叠件656之间。诸如感光环氧树脂或其它材料(例如Si02) 之类的材料构成的密封剂层654在包括源/漏极650、 652和通道668的 TFT的层上图案化,同时在图案化OLED层叠件656的源极650区域的上方留下空隙。应该指出的是,术语"源极"和"漏极"的使用在
一定程度上是随意的,因为应当理解,接触OLED层叠件656的电极 可为源极,也可为漏极,这取决于所选择的电路设计。
OLED层叠件656由有机材料的层叠件构成。例如,OLED层叠 件可包括掺有3。/o氟化四氰二甲基苯醌(TCNQ)的4,4",4"-三(N- (3-甲 基苯基)-N-苯基氨基)三苯胺(MTDATA)层、然后是N,N"-双(萘-l-yl) -N,N"-双(苯基)联苯胺(NPB)层、掺有10- (2-苯并噻唑基)-1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四羟基-1H,5H,11H苯并吡喃并(6,7,8-ij)喹嗪-11-酮 (0545丁)的三-(8-羟基喹啉)铝(Alq3)层、Alq3层、氟化锂层、铝层、 以及最后的银层。
为完整地形成用于使电流流过OLED层叠件656的通道,将顶部 电极655在OLED层叠件656顶部上图案化。该顶部电极655由诸如 氧化铟锡(ITO)或薄金属层之类的透明材料构成,以使得光可以射穿电 极655。
在开始沉积电子器件的层之前,可将准标的图案在基底上沉积。 然后基准可用于后续阶段,使基底与后续阶段的掩模正确对准,从而 实现接近于微米的对准公差。使其上形成了电子器件的至少一层的基 底与用于沉积后续层的沉积工位的孔眼掩模对准是必要的,以在电子 器件的层与层之间形成充分的对准。
在一些实施例中,可以通过使用如图7所示的孔眼掩模和旋转筒 的方法,在第一沉积工位处将基准在基底上沉积。图7示出了根据一 个实施例的沉积工位设备的一个示例性实施例。在该沉积工位处,通 过包含为基准提供图案的孔眼的掩模701沉积材料,以此来涂布基准。 除基准以外,也可以沉积一个或多个电子器件的第一层,其中该第一 层的材料与沉积基准所用材料相同。基底700的加工从基底退绕巻轴702的巻筒上开始,该基底退绕 巻轴起到将基底700传送至此第一沉积阶段设备的其余部分的递送辊 的作用。基底700被精密驱动辊708在张力测力传感器706上方从巻 轴702拉动通过浮动辊704。基底700被拉动通过旋转筒724圆周的一 部分,并且到达基底700的另一个接收辊710上。基底700退出接收 辊710,并且被拉入后续的沉积工位或重新巻绕在基底重巻巻轴上。
浮动辊704和张力测力传感器706用于在给定基底700速度的情 况下,在朝筒724递送的方向上实现基底700预定且受控的伸长或拉 伸。基底700的速度由精密驱动辊708的速度决定,该精密驱动辊与 自身具有精密驱动机构的筒724的速度紧密同步。选择何种速度是设 计中的考虑事项,取决于是否能达到预定的伸长和正确的沉积厚度。
如本领域中已知的那样,当通过浮动辊704的致动器对基底700 施加张力时,浮动辊704利用可提供反馈的旋转传感器来控制退绕巻 轴702的速度。张力测力传感器706提供力的读数,该读数可用于修 正由浮动辊704的致动器施加的力。控制系统根据张力测力传感器706 的读数和筒724的速度来执行逻辑操作,从而根据需要对驱动辊708 的速度进行轻微的改变,以控制基底700的伸长。
掩模701的操作在掩模退绕巻轴712的巻筒上开始,该掩模退绕 巻轴起到将掩模701传送至此第一沉积阶段设备的其余部分的递送辊 的作用。掩模701被精密驱动辊718在张力测力传感器716上方从巻 轴712拉动通过浮动辊714。掩模701在旋转筒724圆周的一部分上被 拉紧,基底也被拉到此处,从而使掩模701非常接近或接触基底700, 并且掩模被进一步拉动到掩模701的接收辊720。掩模701退出接收辊 720并且重新巻绕在掩模重巻巻轴722上。
与基底700 —样,浮动辊714和张力测力传感器716用于在给定 掩模701速度的情况下,在朝筒724递送的方向上实现掩模701预定且受控的伸长或拉伸。掩模701的速度进一步由精密驱动辊718的速 度决定,而且该精密驱动辊与筒724的速度紧密同步。如上文相对于 基底700的描述,选择何种速度是设计中的考虑事项,取决于是否能 达到预定的伸长和正确的沉积厚度。
与浮动辊704 —样,当通过浮动辊714的致动器对掩模701施加 张力时,浮动辊714利用旋转传感器为掩模退绕巻轴712提供反馈。 张力测力传感器716提供力的读数,该读数可用于修正由浮动辊714 的致动器施加的力。控制系统根据张力测力传感器716的读数和筒724 的速度来执行逻辑操作,从而根据需要对驱动辊718的速度进行轻微 的改变,以控制掩模701的伸长。
该具体实施例包括位于筒724内部的沉积源726。因此,必须使掩 模701直接接触筒724,同时使基底700非常接近或直接接触掩模701, 并且掩模701使基底与筒724分开。筒724具有较大的孔眼730,该孔 眼730设计在巻筒内以适于材料朝掩模流动而基本不受限制,并且围 绕筒的圆周间隔排列,以允许从沉积源726喷射出的沉积材料728通 过筒724到达掩模701。接着,掩模中的孔眼允许沉积材料728到达基 底700,从而在基底700上形成图案。
沉积源726可为多种类型中的一种,取决于所需的沉积类型和沉 积材料类型。例如,沉积源726可为溅射阴极或磁控管溅射阴极,用 于沉积此前描述的金属或导电金属氧化物材料、电介质材料、有机或 无机半导体材料、空穴或电子传送材料和/或掺杂质的缓冲层材料。又 如,沉积源726可为蒸镀源,用于沉积上述列出的材料或其它材料。
筒724、沉积源726、掩模701、以及基底700的构造可使得掩模 701和基底700传送到筒的底部,同时沉积源726向下喷射沉积材料。 然而,应当理解,作为另外一种选择,掩模701和基底700可被布置 为通过筒724的顶部,同时沉积源726向上喷射沉积材料。这种替代形式尤其适合于使用蒸镀源的情况。
基底700和掩模701也可以为多种材料类型中的一种。实例包括
聚合材料,例如聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二 醇酯(PEN))、聚酰亚胺、聚碳酸酯、或聚苯乙烯、金属箔材料(例如 不锈钢或其它钢)、铝、铜、或纸张或机织物或非织造织物材料,上 述所有材料具有或不具有带涂层的表面。然而,使用具有高弹性的材 料(例如聚合物材料)用于基底和掩模涉及本文所述的精确的伸长控 制和精确对准,从而可以使特征尺寸非常小。聚合物型掩模中的孔眼 的最小维度可为大约若干微米。例如,孔眼的最小维度可为小于约100 微米或小至约2微米。在基底上沉积的对应部件也可以具有大约若干 微米的最小维度,如小于约100微米或小至约2微米,特征尺寸的对 准公差为特征尺寸的1/2,如小于约50微米或小至约1微米。因此,可 以达到非常高的电子器件密度或其它电路的密度,以获得高分辨率、 小占有面积的层状的器件部件,同时器件的层之间保持精确对准。应 当理解,如果电子器件或电路部件的纵横比较大,则可能必须通过使 幅材通过两个或更多个连续的沉积工位,利用平版印刷阴影掩模进行 两次或更多次的连续沉积来沉积轨迹,因为在影响聚合物型掩模中的 孔眼的尺寸稳定性之前,掩模孔眼的纵横比受限于开口的长度。与本 实施例有关的制造聚合物型孔眼掩模的其它细节在美国专利No. 6,897,164 (Baude等人)中有进一步的描述,该专利以引用的方式并入 本文。
图8示出了类似于图7的实施例,不同的是掩模不是滚筒式构造, 而是连续环式构造。在这里,基底800从巻轴802退绕,通过浮动辊 804,经过测力传感器806上方,并且由驱动辊808拉动。基底800通 过筒824圆周的一部分,并且被拉动经过接收辊810,然后进入下一沉 积阶段或重新巻绕在重巻巻轴上。从而,基底800的伸长和速度如图7 中那样受控。另外,沉积源826喷射材料828,材料828通过筒824的 孔眼840到达掩模801,然后通过掩模801中的孔眼到达基底800,如图7中所发生的那样。
然而,掩模801为从张力测力传感器834通过的连续环,该张力 测力传感器为幅材导向装置832的辊,并且当掩模经过传感器838时, 会被驱动辊818拉动。掩模801通过筒824圆周的一部分,并且在接 收辊820上方被拉出。然后掩模801到达另一个接收辊822,该接收辊 822为张紧轮823的辊,其将掩模801传送至后续的接收辊830,然后 接收辊830将掩模801传送回幅材导向装置832的辊836。在这种构造 中,通过基于张力测力传感器834的读数调整由张紧轮823的致动器 施加的力,以及驱动辊818的速度,使得掩模801的伸长和速度持续 受控,并且掩模801的侧向对准也由幅材导向装置832控制,其中这 类幅材导向装置在下文中将结合图IO进行更为详细的描述。然而,为 了重复使用,掩模801持续成环。最终,由于掩模上积聚了沉积材料 828,因此必须对掩模801进行更换或清洁。
虽然除持续成环的掩模801以外,图8示出的构造类似于图7,但 应当理解,如图8所示的持续成环的掩模801同样适用于下述图9一12 中的其它构造。
图9示出了类似于图7的实施例,不同的是沉积源926位于筒924 之外。在这里,基底900从巻轴902退绕,通过浮动辊904并且通过 测力传感器卯6,然后由驱动辊卯8拉动。基底900通过筒924圆周的 一部分,并且被进一步导向至接收辊910上,然后进入下一沉积阶段 或重新巻绕在重巻巻轴上。因此,基底900的伸长和速度如图7中那 样受控。另外,如图7中所发生的那样,掩模901从巻轴912退绕, 通过浮动辊914并且通过测力传感器916,然后由驱动辊918拉动。掩 模901通过筒924圆周的一部分,并且被进一步导向至接收辊920上, 然后重新巻绕在重巻巻轴922上。因此,掩模901的伸长和速度也如 图7中那样受控。然而,沉积源926位于筒924的外部,使得沉积材料928无需在 到达掩模901和基底900之前通过筒924。因此,筒924无需包括孔眼。 此外,基底卯0直接接触筒924,而掩模901非常接近或直接接触基底 900,同时基底卯0被布置在掩模901和筒924之间。
虽然除位于筒924外部的沉积源926以外,图9示出的构造类似 于图7,但应当理解,如图9所示的将沉积源926定位在外部的方式同 样适用于其它构造,包括图8和图10—12中的那些构造。
图IO示出了类似于图7的实施例,不同的是基底1000上已经沉 积了或以其它方式形成了电子器件的至少一层。可以使用任何方法来 制备这种此前形成的层。由于至少一层已经形成,因此必须保持此前 形成的层和所沉积层之间的对准。如将在下文更详细描述的那样,随 后形成的层的沉积期间,对准孔眼掩模1001与基底1000,以实现层与 层之间的对准。
在图IO的实施例中,基底1000从巻轴1002退绕,通过浮动辊1004 并且通过测力传感器1006,然后由驱动辊1008拉动。基底1000通过 筒1024圆周的一部分,并且被进一步导向至接收辊1010,然后进入下 一沉积阶段或重新巻绕在重巻巻轴上。因此,基底1000的伸长和速度 如图7中那样受控。另外,如图7中所发生的那样,掩模1001从巻轴 1012退绕,通过浮动辊1014并且通过测力传感器1016,然后由驱动 辊1018拉动。掩模1001通过筒1024圆周的一部分,并且被进一步导 向至接收辊1020上,然后重新巻绕在重巻巻轴1022上。因此,掩模 401的伸长和速度也如图7中那样受控。
然而,对伸长和速度还有附加控制,该附加控制基于对基底1000 和掩模1001的基准进行的感测,以使基底1000和掩模1001在朝筒1024 递送的方向上保持正确的对准。传感器1038感测基底1000上的基准, 而传感器1048感测掩模1001上的基准。可以分别通过驱动辊1008和1018来调整基底1000和掩模1001之间的相对速度,以对领先或落后 于掩模1001的基底1000进行补偿。
此外,在用于基底1000的测力传感器1006和驱动辊1008之间, 精确幅材导向装置1030基于传感器1038控制基底的横向(侧向)位 置接收基底1000,该传感器1038感测基准以确定横向位置。移动的幅 材具有在辊上横向移动的趋势,但是在大多数情况下,筒1024处的横 向位置必须至少保持在最小特征维度的1/2的精确公差内,因此幅材导 向装置1030会调整基底1000的横向位置。幅材导向装置1030包括第 一辊1032、框架1034、以及第二辊1036。如图所示,框架1034可绕 第一辊1032边缘处的枢转点枢转进入和离开纸面,以对基底1000进 行导向并且改变其在驱动辊1008上的横向位置,并由此改变其在筒 1024上的横向位置。有关适用于此目的的精确幅材导向装置的更多细 节可见于美国专利申请公开No. 2005/0109811 (Swanson等人),该专 利以引用的方式并入本文。
同样,对于掩模1001而言,在测力传感器1016和驱动辊1018之 间,精确幅材导向装置1040接收掩模1001并且基于传感器1048控制 掩模1001的横向位置,该传感器1048通过感测基准来确定横向位置。 筒1024处掩模1001的横向位置也必须在精确公差内,因此幅材导向 装置1040会调整掩模1001的横向位置。幅材导向装置1040包括第一 辊1042、框架1044、以及第二辊1046。如图所示,框架1044可绕第 一辊1042边缘处的枢转点枢转进入和离开纸面,以对掩模1001进行 导向并且改变其在驱动辊1018上的横向位置,并由此改变其在筒1024 上的横向位置。
横向位置控制系统可以与伸长控制系统结合使用或可以独立于伸 长控制系统使用。同样,伸长控制系统可以与横向位置控制系统结合 使用或可以独立于横向位置控制系统使用。与图7中所示一样,筒1024内的沉积源1026喷射沉积材料1028, 沉积材料1028通过筒1024的孔眼1050到达位于筒1024圆周的一部 分上方的掩模1001和基底1000。虽然图10以这种被用作初始沉积阶 段的构造与图7相关,但应当理解,图10的构造在以下情况中也可以 被用作后续阶段基底1000不是直接从之前的沉积阶段进入,而是已 在之前的阶段被重新巻绕,然后从退绕巻轴1002引入该后续阶段。
图11示出了类似于图9的实施例,不同的是基底1100设有使用 基准沉积步骤1140的基准。基准沉积步骤1140在基底1100开始与筒 1124的周边接触、但掩模1101尚未到达筒位置处时的某一点将基准涂 覆到基底1100上。由于基准在筒1124处早已就位,因此可以保持基 底1100和掩模1101之间的精确对准,并且可在此阶段期间沉积电子 器件层,而无需同步沉积相同材料的基准。
在一些构造中,从巻轴1102递送的基底1100可具有沉积在其上 的至少一层此前形成的电子器件层。由步骤1140沉积的基准可用于使 孔眼掩模1101和基底1100对准,以实现至少一层此前形成的电子器 件层与通过图11的沉积工位所沉积的电子器件层之间的对准。
基准沉积步骤1140中,基准如何在基底上形成的实例包括溅射法、 气相沉积法、激光烧蚀或激光打标法、化学铣切法、化学蚀刻法、模 压法、刮擦法、以及打印法。
在图11的实施例中,基底IIOO从巻轴1102退绕,通过浮动辊1104 并且通过测力传感器1106,然后由驱动辊1108拉动。基底1100通过 包括基准步骤1140目标部分的筒1124圆周的一部分,被进一步导向 至接收辊1110上,然后进入下一沉积阶段或重新巻绕在重巻巻轴上。 因此,基底1100的伸长和速度如图9中那样受控。另外,如图9中所 发生的那样,掩模1101从巻轴1112退绕,通过浮动辊1114并且通过 测力传感器1116,然后由驱动辊1118拉动。掩模1101通过筒1124圆周的一部分,并且被进一步导向至接收辊1120上,然后重新巻绕在重
巻巻轴1122上。因此,掩模1101的伸长和速度也如图9中那样受控。
然而,对伸长和速度还有附加控制,该附加控制基于使用传感器
1138对掩模1101的基准进行的感测,基准图案化步骤1140中,使掩 模1101在朝筒1124递送的方向上保持正确对准。可以通过驱动辊1118 来调整掩模1101的相对速度,以对领先或落后于基准图案化步骤1140 的掩模1101进行补偿。
此外,在测力传感器1116和驱动辊1118之间,精确幅材导向装 置1130基于传感器1138将掩模1101的横向位置控制在精确的公差内, 该传感器1138通过感测掩模1101上的基准来确定横向位置。幅材导 向装置1130包括第一辊1132、框架1134、以及第二辊1136。如图所 示,框架1134可绕第一辊1132边缘处的枢转点枢转进入和离开纸面, 以对掩模1101进行导向并且改变其在驱动辊1118上的横向位置,并 由此改变其在筒1124上的横向位置。
与图9中所示一样,位于筒1124外部的沉积源1126喷射沉积材 料1128,以到达位于筒1124圆周的一部分上方的掩模1101和基底 1100。
图12示出了类似于图10的实施例,不同的是基底1200直接从之 前的沉积工位递送,而不是从退绕巻轴递送。与图10中所示一样,由 于基准已经就位,因此可以保持基底1200和掩模1201之间的对准, 从而电子器件层以与至少一层此前沉积的电子器件层对准的方式进行 沉积。
在图12的实施例中,在张力测力传感器1202处直接从前一个阶 段接收基底1200,并且由驱动辊1208拉动基底。基底1200通过筒1224 圆周的一部分,并且被进一步导向至接收辊1210上,然后进入下一沉积阶段或重新巻绕在重巻巻轴上。该阶段的基底1200不经过浮动辊,
因此控制基底1200的伸长和速度的方法是在测力传感器1202处对 基底1200的张力进行感测,和对驱动辊1208和筒1224的速度进行微 小改变。可通过调整驱动辊1208和筒1224之间的相对速度来对基底 1200的伸长进行进一步的微调。另外,如图10中所发生的那样,掩模 1201从巻轴1212退绕,通过浮动辊1214并且通过测力传感器1216, 然后由驱动辊1218拉动。掩模1201通过筒1224圆周的一部分,并且 被进一步导向至接收辊1220,然后重新巻绕在重巻巻轴1222上。因此, 掩模1201的伸长和速度也如图10中那样受控。
对伸长和速度还有附加控制,该附加控制基于对基底1200和掩模 1201的基准进行的检测,使基底1200和掩模1201在朝筒1224递送的 方向上保持正确的对准。传感器1238感测基底1200上的基准,而传 感器1248感测掩模1201上的基准。可以分别通过驱动辊1208和1218 来调整基底1200和掩模1201之间的相对速度,以对领先或落后于掩 模1201的基底1200进行补偿。
此外,对于基底1200,在测力传感器1202和驱动辊1208之间, 精确幅材导向装置1230接收基底1200并根据传感器1238来控制基底 的横向位置,该传感器感测基准以确定横向位置。幅材导向装置1230 包括第一辊1232、框架1234和第二辊1236。框架1234可以如图所示 在第一辊1232边缘的枢转点处枢转进入和离开纸面,以导向基底1200 并改变其在驱动辊1208上的横向位置,以及由此改变其在筒1224上 的横向位置。
相似地,对于掩模1201,在测力传感器1216和驱动辊1218之间, 精确幅材导向装置1240接收掩模1201并根据传感器1248来控制掩模 1201的横向位置,该传感器感测基准以确定横向位置。幅材导向装置 1240包括第一辊1242、框架1244和第二辊1246。框架1244可以如图 所示在第一辊1242边缘的枢转点处枢转进入和离开纸面,以导向掩模1201并改变其在驱动辊1218上的横向位置,以及由此改变其在筒1224
上的横向位置。
如图IO所示,筒1224内的沉积源1226喷出沉积材料1228,沉积 材料通过筒1224的孔眼1250以到达筒1224圆周的一部分上的掩模 1201和基底1200。
图13示出一种示例性的旋转电机位置和速度控制系统1300,其中 系统1300中的一个可以用于控制向每一个驱动辊和筒施加的位置、速 度和扭矩。控制系统1300接收位置命令1301作为输入,并且该命令 源自轨迹发生器,这对于运动控制领域的技术人员来说可以理解。该 命令被提供给位置前馈操作1302,该位置前馈操作随后将位置前馈信 号输出到前馈增益控制操作1312。
位置命令1301还与另一个信号叠加,该信号基于提供给低通滤波 器操作1304的负载位置反馈信号1303。负载位置反馈信号1303以直 接安装在驱动辊或筒上的高精度旋转传感器为基础进行接收。低通滤 波器操作1304向观测器1306提供输出,该观测器使用其它内部信号 来生成施加到反馈滤波操作1308的输出,从而得到与位置命令1301 负叠加的信号。该信号随后馈送到位置控制器1310,该位置控制器输 出与另外两个信号叠加的信号。
前馈增益控制操作1312的前馈增益信号输出与位置控制器1310 的输出信号以及电机位置前馈反馈信号进行叠加,该反馈信号由位置 前馈衍生操作1314输出并且通过低通滤波器1315,并且该反馈信号基 于接收的电机位置反馈信号1305。该信号1305从安装在驱动驱动辊或 筒的电机电枢上的高精度旋转传感器接收。随后将叠加的输出提供给 低通滤波器1320,该低通滤波器的输出随后被提供给速度控制器1322。
随后,前馈增益操作1312的前馈增益信号输出被提供给速度前馈操作1316,该速度前馈操作将其输出提供给前馈增益操作1318以生成 第二前馈增益信号。第二前馈增益信号被提供给电流前馈操作1324, 该电流前馈操作向前馈增益操作1326提供输出。另外,第二前馈增益 信号与速度控制器1322的输出叠加,并形成源于轨迹发生器的幅材命 令的速度前馈信号1307。轨迹发生器生成每一个辊的控制系统的位置 参考,包括以正确单位计量的位置和速度。速度前馈信号1307与速度 控制器1322的输出叠加的结果通过陷波滤波器和其它滤波器1328,并 与作为前馈增益操作1326输出的前馈增益信号和实际的电机电流测量 结果1309进行叠加,以向电流控制器1330提供输入。然后,电流控 制器1330向驱动驱动辊或筒的电机输出电流。
图14示出了示例性的导向电机位置和速度控制系统1400,其中系 统1400中的一个可以用于控制基底的侧向位置,而系统1400中的另 一个可以用于控制掩模的侧向位置。控制系统1400接收位置命令1401 作为输入,并且该命令源自检测表征幅材侧向位置的基准的感测系统。 该命令被提供给位置前馈操作1402,该位置前馈操作随后将位置前馈 信号输出到前馈增益控制操作1410。
位置命令1401也与另一个信号叠加,该信号基于提供给低通滤波 器操作1404的负载位置反馈信号1403。负载位置反馈信号1403以i 接安装在幅材导向框架上的高精度线性传感器为基础进行接收。前馈 操作1404向观测器1406提供输出,该观测器使用其它内部信号生成 施加到反馈滤波操作1408的输出,从而提供与位置命令1401负叠加 的信号。该信号随后被馈送到位置控制器1412,该位置控制器输出与 下述另外两个信号叠加的信号。
前馈增益控制操作1410的前馈增益信号输出与位置控制器输出信 号1412以及电机位置前馈反馈信号进行叠加,该反馈信号由位置前馈 衍生操作1409输出并且通过低通滤波器1411,并且该反馈信号基于接 收的电机位置反馈信号1405。该信号1405以直接安装在移动幅材导向框架的电机电枢上的高精度旋转传感器为基础进行接收。然后将叠加 的输出提供给低通滤波器1418,该低通滤波器的输出随后被提供给速
度控制器1420。
前馈增益控制操作1410的前馈增益信号输出随后被提供给速度前 馈操作1414,该速度前馈操作向前馈增益操作1416提供输出,以生成 第二前馈增益信号。第二前馈增益信号被提供给为前馈增益操作1424 提供输出的电流前馈操作1422。另外,第二前馈增益信号与速度控制 器1420的输出进行叠加。结果通过陷波滤波器和其它滤波器1426,并 与前馈增益操作1424的输出和实际电机电流测量结果1407叠加,以 向电流控制器1428提供输入。电流控制器1428随后向移动幅材导向 框架的电机输出电流。
图15示出了示例性的幅材基准对准控制系统1500,该系统在沉积 过程的各阶段保持掩模的基准和基底的基准之间正确的对准,其中两 个幅材上早已存在光标,例如图12所示。控制系统1500接收幅材位 置命令1501作为输入,并且该命令源于轨迹发生器。该命令被提供给 位置前馈操作1502,该位置前馈操作随后将位置前馈信号输出给前馈 增益控制操作1508。
位置命令1501也与基于幅材位置反馈信号1503的另一个信号叠 加。幅材位置反馈信号1503基于纵向幅材位置进行接收。该信号可以 表示基底或掩模位置、或它们之间的差值。幅材位置反馈信号1503被 提供给观测器1504,该观测器增强由传感器生成的位置信号,并且其 输出被施加到反馈滤波操作1505,以提供与位置命令1501叠加的信号。 来自该叠加的信号随后被馈送到位置控制器1510,该位置控制器输出 与以下段落将描述的另外两个信号叠加的信号。
前馈增益控制操作1508的前馈增益信号输出与位置控制器1510 的信号输出以及来自轨迹发生器的幅材前馈开放回路位置补偿信号1512进行叠加。叠加的输出为随后提供给图13所示幅材位置控制器的
导向位置命令。电机位置和速度可得自电机1516,并且对应的反馈信 号1518被提供给电机位置和速度控制器1514。电机位置和速度控制器 1514包括具有线速度控制的传感器位置偏移补偿。
图16示出了示例性实施例的一部分,其中在掩模和基底之间保持 基准对准,以获得所需的若干微米的特征尺寸以及Y2特征尺寸的对准公 差。基底1600经过传送辊1602,然后通过具有安装到框架1644的辊 1642和1646的幅材导向装置1640。然后,基底经过检测纵向和/或侧 向幅材位置的传感器1648。驱动辊1618在基底1600行进到筒1624圆 周的一部分上时对该基底的伸长和速度进行最终校正,然后出口辊 1620将基底1600导向到下一个目的地上。
掩模1601进入具有安装到框架1634的辊1632和1636的幅材导 向装置1630。掩模1601通过检测纵向和/或侧向幅材位置的传感器 1638,并且驱动辊1608在掩模1601行进到筒1624圆周的一部分上时 对该掩模的伸长和速度进行最终校正,同时出口辊1610将掩模1601 从筒1624导出。
在操作期间,基底传感器1648和掩模传感器1638将幅材位置反 馈信号输出到应变控制器1652。应变控制器随后向虚拟张力观测器 1654生成输出信号。虚拟张力观测器是一种控制系统技术,其中基于 其它变量的已知值估算一个变量的值。观测器通过减少变量的测量滞 后、提高其准确度、或提供难以或不可能直接测量的变量的值来提高 控制系统性能。虚拟张力观测器1654随后根据提供给应变控制器1652 的位置反馈以及基底和掩模的材料参数计算幅材的张力,并且对上游 控制器生成正确的张力设定值,以及生成可以添加到任一驱动辊的附 加校正位置命令偏移。虚拟张力观测器能够实时估算变化的参数。本 实施例的虚拟张力观测器的其它详细信息可见于共同拥有的美国专利 申请公开2005/0137738 Al,该专利申请以引用的方式并入本文。虚拟张力观测器1654随后向驱动辊1608的电机提供驱动信号。
图17示出了应变控制器1652结合虚拟张力观测器1654所用的控 制回路。从位置操作1702处的传感器输出读取基底的位置,同时从位 置操作1712处的传感器输出读取掩模的位置。在计算操作1704中计 算针对基底的未应变长度,同时在计算操作1714中计算针对掩模的未 应变长度。在计算操作1706中计算针对基底的时间,同时在计算操作 1716中计算针对掩模的时间。根据针对的时间,在计算操作1708中计 算新的e J直,其中该值表示幅材的理想应变。根据新的e p在计算操 作1710中计算所需的Tsp,其中该值表示达到应变程度所需的张力。
图18示出可以位于基底和掩模上的基准标记的实例,基准用于控 制侧向和纵向位置并在两个幅材之间保持正确的对准。如上所述,这 些基准标记可以预先图案化或可以在沉积过程阶段添加到幅材。
如该实例所示,侧向或横维基准可以与拟布置在幅材1800上的沉 积图案具有固定距离的线1806。幅材1800的边缘1801可以不按照与 横维基准线1806或在幅材1800上沉积或形成的任何部件具有精确关 系的方式进行布置。通过在侧向感测行1806的位置,可以确定幅材1800 是否位于正确的位置或是否有必要调整幅材导向装置,以在侧向重新 对准幅材。
同样如该实例所示,纵向准标包括一个或多个连续准标,例如图 18所示的正弦标记1804和余弦标记1805。基本上连续的周期性准标 (例如图18所示的正弦或余弦标记1804、 1805)包含可以用于确定幅 材的大体和精确位置的信息。可以通过周期性准标的周期性重现特征 确定大体位置。就正弦或余弦准标1804、 1805而言,用于确定幅材大 体纵向位置的周期性重现特征可以包括(例如)峰或零点交叉。
在一个实施例中,对每一个周期中正弦或余弦标记1804、 1805的零点交叉进行计数以确定大体位置。例如,通过计算对应正弦和余弦
标记1804、 1805的传感器信号的arctan2函数,可以确定每一个周期 的精确位置。计算arctan2函数可得到直接与幅材1800在周期内的精 确位置相关的角度和象限信息。
图19A为根据本发明的实施例的幅材位置检测器的框图,该幅材 位置检测器被构造用于确定幅材的纵向和侧向位置。在该实施例中, 单一传感器1912用于同时感测纵向和侧向准标1904-1906。在其它配 置中,第一传感器可以用于感测侧向基准,第二传感器用于感测纵向 准标。
如图19A所示,幅材1902包括具有正弦和余弦标记1904、 1905 的纵向准标。准标不需要为正弦曲线标记,并且可以是提供实现电子 装置层之间所需对准的足够信息的任何基本上连续或分段连续的标 记。
幅材1902还包括具有水平标记1906的侧向准标。幅材1902通过 辊1908、 1910之间时,传感器1912同时感测纵向准标1904、 1905和 侧向准标1906。传感器1912可以为摄像头或其它类型的光传感器、电 磁传感器、密度传感器、接触传感器或任何能够感测准标的其它类型 的传感器。在图19A所示的实施例中,传感器具有电荷耦合器件(CCD) 摄像头。
摄像头1912的输出被导向至图像数据采集电路1914,该图像数据 采集电路采集和数字化来自摄像头1912的准标1904-1906的图像。来 自图像数据采集电路1914的准标的数字图像被导向至数字图像处理系 统1916。数字图像处理系统1916分析图像以生成与所感测准标对应的 信号。数字图形处理系统1916生成的信号可以输出到纵向位置检测器 1918并且可选地输出到侧向位置检测器1920。来自侧向幅材位置检测 器1920的信息可由纵向幅材位置检测器1918用于提高纵向幅材位置的内推。由纵向幅材位置检测器1918和侧向幅材位置检测器1920确 定的纵向和侧向位置,可以分别输出到被构造用于控制幅材的纵向和 侧向位置的移动控制系统。
图19B-19D示出了多种类型传感器的像域的实例。图19B示出了 区域传感器的像域1970内的准标1904、 1905、 1906。区域传感器输出 值的XnXY。数组,这些值表示每一个像素位置的光强。区域传感器提 供大量的数据用于信号处理。大数据集允许比较当前视图和上一视图, 提供更完善的数据滤波,从而在(例如)位置准确度方面带来潜在优 点。与一些其它类型的传感器相比,区域传感器提供的位置更新速率 较慢,因为其处理相对较大的数据集需要更多时间。
图19C示出了行扫描传感器的像域1980内的准标1904、 1905、 1906。行扫描传感器输出像素强度的lXYn矢量。与区域传感器相比, 行扫描传感器可快速提供位置更新,但需要位置历史所需的数据存储 器。
在图19D中,渐进式扫描传感器的像域1990内示出准标1904、 1905、 l卯6。 一般来讲,区域扫描传感器允许用户选择要扫描的行数, 如X。 = 4或其它数值。渐进式扫描传感器采集比行扫描更多的数据用 于信号处理,但提供的位置更新较慢。
可以通过对正弦和余弦标记1904、 1905进行縮放来实现最大的分 辨率。例如,可以采用尽可能大的标记振幅,以在传感器的像域1970、 1980、 1990内使标记1904、 1905最大化,同时保留一定的边界以应对 侧向位置错误。可以根据期望的操作速度选择纵向标度。使正弦和余 弦标记1904、 1905具有较高(较高的频率和较小的峰间距离)的节距, 可以提供较陡的斜率和较高的纵向分辨率。过高的节距可降低信噪比 并加大所需的采样率。最小采样率需要样品之间具有不超过K周期的间 隔。然而,当所使用的采样率为使用的最低采样率的至少3至4倍时,操作增强。可达到的采样率随所用的传感器类型而异,但摄像头传感
器的采样率可超过lkHz。
可以通过多种信号处理技术补偿准标的缺陷。例如,可以对所生 成的响应标记的传感器信号进行平移、滤波和/或角度调整,以提高信 噪比。在一些实施例中,可以通过线性或非线性滤波改善传感器信号。 例如,如果已知或已估算出当前的幅材速度,可以设定下一次估算的 位置更新的界定。可以将这些界定以外的任何值假定为噪声。具体地 讲,使用递归滤波,例如通过使用卡尔曼滤波器,可以改进估算的幅 材位置。卡尔曼滤波器使用两个或更多个信息源,并将其组合以根据 信号统计数据的知识形成最佳的估算值。统计数据可以实时生成,或 用于静止过程,可以离线生成以降低计算负荷。使用幅材上纵向设置 的基本上连续的准标确定纵向幅材位置的方法和系统,在与本专利申 请同时提交的共同拥有的美国专利申请(代理人档案号
No.62616US002)中有更详细的详述,该专利申请以引用的方式并入本 文。
在另一方面,提供了一种使用上述装置沉积形成分层电子器件的 材料的方法。该方法涉及从基底传送辊传送基底,同时在第一基底接 收辊上接收基底,其中基底在基底传送辊和第一基底接收辊之间时在 第-一筒的圆周的一部分的附近通过。该方法还涉及在传送和接收基底 时,将第一掩模从第一掩模传送辊传送,同时在第一掩模接收辊上接 收第一掩模,其中第一掩模在第一掩模传送辊和第一掩模接收辊之间 时在第一筒的圆周的一部分的附近通过,并且其中第一掩模有形成第 一图案的多个孔眼,并且这些孔眼中至少一部分的最小维度为约2微 米。另外,该方法涉及在传送和接收基底和第一掩模时,将第一沉积 材料从第一沉积源导向到与第一筒的圆周的一部分邻近的第一掩模的 一部分,使得一个或多个电子器件的层在基底上沉积。
该方法还可涉及从第一基底接收辊传送基底,同时在第二基底接收辊上接收基底,其中基底在第一基底接收辊和第二基底接收辊之间 时在第二筒的圆周的一部分的附近通过。该方法还涉及从第二掩模传 送辊传送第二掩模,同时在第二掩模接收辊接收第二掩模,其中第二 掩模在第二掩模传送辊和第二掩模接收辊之间时在第二筒的圆周的一 部分的附近通过,并且其中第二掩模具有形成第二图案的多个孔眼。 另外,该方法涉及在传送和接收基底和第二掩模时,将沉积材料从第 二沉积源导向到与第二筒的圆周的一部分邻近的第二掩模的一部分, 使得一个或多个电子器件的第二层以与第一层对准的方式沉积,对准 公差为约l微米。
给出本发明不同实施例的上述具体实施方式
是出于举例说明和描 述目的。并非意图详尽列举本发明或将本发明局限于所公开的精确形 式。可以按照上述教导内容进行多个修改和变型。所预期的是,本发 明的范围不受该具体实施方式
的限定,相反,其受所附权利要求书的限定。
权利要求
1.一种在柔性、伸长的基底上形成具有多个重叠层的一个或多个电子器件的方法,包括移动所述柔性基底通过一个或多个沉积工位,在每一个沉积工位处相对于旋转筒移动伸长的孔眼掩模,所述孔眼掩模具有以图案形式布置的孔眼;对准所述孔眼掩模和所述基底;在所述旋转筒的圆周的一部分上使所述孔眼掩模和所述基底接近;通过所述孔眼掩模的所述孔眼沉积层状电子器件的层;以及保持所述层状电子器件中的至少两层之间的对准,所述层状电子器件的至少一层包含电子或光学活性材料。
2. 根据权利要求l所述的方法,其中所述电子或光学活性材料包 括光电材料、发光材料、无机半导体材料或有机半导体材料。
3. 根据权利要求l所述的方法,其中所述层状电子器件中的至少 一层包括为电子或光学活性材料层提供电触点的导电材料。
4. 根据权利要求l所述的方法,其中所述层状电子器件中的至少 一层包括电子传送材料或空穴传送材料。
5. 根据权利要求l所述的方法,其中对准所述孔眼掩模和所述基 底包括对准所述筒上的所述孔眼掩模的纵向位置和横向位置中的一者 或两者;以及对准至少一个沉积工位的所述筒上的所述基底的纵向位置和横 向位置中的一者或两者。
6. 根据权利要求1所述的方法,还包括保持所述孔眼掩模的预定 伸长和所述基底的预定伸长中的一者或两者。
7. 根据权利要求l所述的方法,其中对准所述孔眼掩模和所述基底包括感测至少一个沉积工位的所述孔眼掩模上的基准和在所述至少 一个沉积工位处的所述基底上的基准中的一者或两者;以及 根据所述基准对准所述孔眼掩模和所述基底。
8. 根据权利要求l所述的方法,其中对准所述孔眼掩模和所述基 底包括感测设置在所述孔眼掩模和所述基底中的一者或两者上的一个 或多个基本上连续的基准;以及根据所述基本上连续的基准确定所述孔眼掩模和所述基底中的 一者或两者的纵向位置。
9. 一种在柔性、伸长的基底上形成具有多个重叠层的一个或多个 电子器件的装置,包括一个或多个沉积工位,每一个沉积工位包括伸长的孔眼掩模,所述伸长的孔眼掩模具有以图案形式布置的孔眼;旋转筒;以及沉积源,所述沉积源被构造用于通过所述孔眼掩模的所述孔眼向所述基底喷射材料,以形成层状电子器件的层;传送系统,所述传送系统被构造用于移动所述基底通过所述一个 或多个沉积工位,在每一个沉积工位处,所述基底接近所述筒的圆周 的一部分上的所述沉积工位的所述孔眼掩模;以及对准系统,所述对准系统被构造用于保持所述层状电子器件中的 至少两层之间的对准,所述层状电子器件中的至少一层包含电子或光学活性材料。
10. 根据权利要求9所述的装置,其中所述层状电子器件包括光 电器件、发光器件、二极管和晶体管中的一个或多个。
11. 根据权利要求9所述的装置,其中所述孔眼掩模中的孔眼的图案在所述装置的操作期间补偿所述孔眼掩模的畸变。
12. 根据权利要求9所述的装置,其中所述一个或多个沉积工位 中的至少一个沉积工位被构造用于沉积包含所述电子或光学活性材料 的所述层。
13. 根据权利要求9所述的装置,其中所述活性材料包括光电材 料、发光材料、有机半导体材料或无机半导体材料。
14. 根据权利要求9所述的装置,其中至少一个孔眼掩模为聚合 物型孔眼掩模。
15. 根据权利要求9所述的装置,其中所述基底为聚合物基底。
16. 根据权利要求9所述的装置,其中至少一个孔眼掩模包括小 于约100微米的孔眼。
17. 根据权利要求9所述的装置,其中在所述电子器件的所述至 少两层之间保持小于约50微米的对准。
18. 根据权利要求9所述的装置,其中所述对准系统被构造用于 感测纵向布置在所述孔眼掩模和所述基底中的至少一者上的基本上连 续的准标,并进一被构造用于使用所述准标在所述层状电子器件的所 述至少两层之间保持对准。
19. 根据权利要求18所述的装置,其中所述准标包括正弦曲线准标。
20. 根据权利要求9所述的装置,其中所述传送系统被构造用于 保持所述沉积工位的所述孔眼掩模的预定伸长并保持所述基底的预定 伸长。
全文摘要
本文描述了在柔性、伸长的基底上形成层状电子器件的方法和系统。所述层状电子器件包括至少一个电子或光学活性层。在移动所述柔性基底通过一个或多个沉积工位的过程中沉积所述电子器件的一个或多个层。在每一个沉积工位处,使所述基底和孔眼掩模对准,所述孔眼掩模具有以图案形式布置的孔眼。在旋转筒的圆周的一部分上使所述孔眼掩模和所述基底接近。通过使材料通过所述孔眼掩模的所述孔眼进行沉积,形成所述层状电子器件的层。在每一个沉积工位处,保持所述层状电子器件的至少两层之间的对准。
文档编号H01L51/00GK101578718SQ200880002062
公开日2009年11月11日 申请日期2008年1月3日 优先权日2007年1月11日
发明者丹尼尔·H·卡尔森, 唐纳德·J·穆克卢尔, 杰弗里·H·托其, 约翰·T·斯特兰德, 罗纳德·P·斯万松, 詹姆斯·N·多布斯 申请人:3M创新有限公司


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