用于敏感元件的封裝的多層部件的制作方法
【專利摘要】用于封裝對(duì)空氣和/或濕氣敏感的一個(gè)元件(12)的多層部件(11)包括一個(gè)有機(jī)聚合物層(1)和至少一個(gè)阻障堆疊(2)。該阻障堆疊(2)包括至少一系列的層，這些層由夾在兩個(gè)高活化能層(21，23)之間的一個(gè)保留層(22)組成，其中：對(duì)于這兩個(gè)高活化能層(21，23)中的每一個(gè)，在一方面用該高活化能層涂覆的一個(gè)參考襯底與在另一方面當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同的參考襯底之間的水蒸汽滲透的活化能的差異是大于或等于20kJ/mol；并且一個(gè)參考襯底上的該保留層(22)中的有效水蒸汽擴(kuò)散率與當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同參考襯底中的水蒸汽擴(kuò)散率的比率是嚴(yán)格小于0.1。
【專利說明】用于敏感元件的封裝的多層部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于封裝對(duì)空氣和/或濕氣敏感的元件(如有機(jī)發(fā)光二極管或光伏電池)的多層部件。本發(fā)明還涉及一種包括這樣的多層部件的器件、尤其是一種多層電子器件，并且涉及一種用于制作這樣的多層部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一個(gè)多層電子器件包括一個(gè)功能元件，該功能元件由一個(gè)工作部分和在這個(gè)工作部分的任一側(cè)上的兩個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)組成，這些觸點(diǎn)也稱為電極。多層電子器件的實(shí)例特別包括:有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)器件，其中該功能元件是一個(gè)0LED，它的工作部分被設(shè)計(jì)成將電能轉(zhuǎn)換為輻射；光伏器件，其中該功能元件是一個(gè)光伏電池，它的工作部分被設(shè)計(jì)成將能量從輻射轉(zhuǎn)換為電能；電致變色器件，其中該功能元件是一個(gè)電致變色系統(tǒng)，它的工作部分被設(shè)計(jì)成在一個(gè)第一狀態(tài)與一個(gè)第二狀態(tài)之間可逆地切換，該第二狀態(tài)具有與該第一狀態(tài)的那些不同的光傳輸特性和/或能量傳輸特性；以及電子顯示器件，其中該功能元件是一個(gè)電子墨水系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括能夠根據(jù)施加在電極之間的電壓而移動(dòng)的多種帶電的顏料。
[0003]如已知的，不管所采用的技術(shù)，由于環(huán)境條件的影響、尤其是由于暴露于空氣或濕氣的影響，多層電子器件的功能元件易于降級(jí)。例如，在OLED或有機(jī)光伏電池的情況下，有機(jī)材料對(duì)環(huán)境條件特別敏感。在包括一個(gè)無(wú)機(jī)吸收劑層的電致變色系統(tǒng)、電子墨水系統(tǒng)、或薄膜光伏電池的情況下，基于TCO(透明導(dǎo)電氧化物)層或基于透明金屬層的透明電極由于環(huán)境條件的影響也易于降級(jí)。
[0004]為了保護(hù)多層電子器件的功能元件免于由于暴露于空氣或濕氣而降級(jí)，已知的是將該器件制作成具有層狀結(jié)構(gòu)，其中用一個(gè)前保護(hù)襯底并可能用一個(gè)背保護(hù)襯底對(duì)功能元件進(jìn)行封裝。
[0005]取決于器件的應(yīng)用，該前襯底和背襯底可以由玻璃或一種有機(jī)聚合物材料制成。用柔性聚合物襯底而不是玻璃襯底封裝的OLED或光伏電池具有易彎、超薄以及輕量的優(yōu)點(diǎn)。此外，在電致變色系統(tǒng)或光伏電池的情況下，該電致變色系統(tǒng)或光伏電池包括基于一種黃銅礦化合物的一個(gè)吸收劑層，尤其是含有銅、銦以及硒、被稱為CIS吸收劑層一個(gè)吸收劑層，可以任選地向該吸收劑層添加鎵(CIGS吸收劑層)、鋁或硫，該器件使用由一種有機(jī)聚合物材料制成的一個(gè)夾層通過層壓常規(guī)地進(jìn)行組裝。然后，定位在功能元件的一個(gè)電極與對(duì)應(yīng)的保護(hù)襯底之間的層壓夾層使得有可能保證該器件的適當(dāng)?shù)膬?nèi)聚性。
[0006]然而，已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)多層電子器件包括被定位成緊靠著對(duì)空氣和/或濕氣敏感的一個(gè)功能元件的一個(gè)有機(jī)聚合物層壓夾層或一個(gè)有機(jī)聚合物襯底時(shí)，該器件具有較高的降級(jí)率。這是因?yàn)閮A向于儲(chǔ)存濕氣的有機(jī)聚合物層壓夾層的存在或具有高滲透性的有機(jī)聚合物襯底的存在促進(jìn)污染種類如水蒸汽或氧遷移到敏感功能元件中，并且因此損害這個(gè)功能元件的特性。
[0007]發(fā)明概述
[0008]更具體地說，本發(fā)明旨在通過提供一種多層部件來(lái)糾正這些缺點(diǎn)，當(dāng)被集成到一個(gè)多層電子器件中時(shí)，該多層部件給予這個(gè)器件改進(jìn)的抵抗力、尤其是對(duì)濕氣的改進(jìn)的抵抗力，從而在一段非常長(zhǎng)的時(shí)期上確保對(duì)該器件的功能元件的保護(hù)，該器件的至少一些功能元件對(duì)空氣和/或濕氣敏感。
[0009]出于這個(gè)目的，本發(fā)明的一個(gè)主題是一種用于封裝對(duì)空氣和/或濕氣敏感的一個(gè)元件(如一個(gè)有機(jī)發(fā)光二極管或一個(gè)光伏電池)的多層部件。該多層部件可以包括一個(gè)有機(jī)聚合物層和至少一個(gè)阻障堆疊。每個(gè)阻障堆疊可以包括至少一系列的層，這些層由夾在兩個(gè)高活化能層之間的一個(gè)保留層組成，其中:
[0010]-對(duì)于這兩個(gè)高活化能層中的每一個(gè)，在一方面用該高活化能層涂覆的一個(gè)參考襯底與在另一方面當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同的參考襯底之間的水蒸汽滲透的活化能的差異大于或等于20kJ / mo I ;并且
[0011]-一個(gè)參考襯底上的該保留層中的有效水蒸汽擴(kuò)散率與當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同參考襯底中的水蒸汽擴(kuò)散率的比率是嚴(yán)格小于0.1。
[0012]舉一個(gè)非限制性實(shí)例，用于比較活化能和/或擴(kuò)散率的該參考襯底是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜，該膜具有0.125mm的幾何厚度。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)主題是一種器件，該器件包括對(duì)空氣和/或濕氣敏感的一個(gè)元件和如上所述作為用于該敏感元件的前和/或背封裝材料的一個(gè)多層部件。
[0014]舉非限制性實(shí)例，該敏感元件是一個(gè)光伏電池的、一個(gè)有機(jī)發(fā)光二極管的、一個(gè)電致變色系統(tǒng)的、一個(gè)電子墨水顯示系統(tǒng)的、或一個(gè)無(wú)機(jī)發(fā)光系統(tǒng)的全部或部分。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)另外的主題是一種用于制作如上所述的多層部件的方法，其中通過濺射、尤其是磁控濺射或通過化學(xué)氣相沉積、尤其是等離子體加強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積，或通過原子層沉積，或通過這些技術(shù)的組合來(lái)沉積該阻障堆疊或每個(gè)阻障堆疊的多個(gè)層中的至少一些。
[0016]附圖簡(jiǎn)要說明
[0017]本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下根據(jù)本發(fā)明的一種多層部件的數(shù)個(gè)實(shí)施例的說明中變得顯而易見，此說明僅通過舉例并參考附圖給出，在附圖中:
[0018]-圖1是穿過一個(gè)OLED器件的示意性截面圖，該器件包括根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的一個(gè)多層部件；
[0019]-圖2是與圖1類似的針對(duì)一個(gè)光伏太陽(yáng)能模塊的截面圖，該模塊包括圖1的多層部件；
[0020]-圖3是圖1和圖2的多層部件的更大比例的視圖；
[0021]-圖4是與圖3類似的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個(gè)多層部件的視圖；
[0022]-圖5是與圖3類似的根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的一個(gè)多層部件的視圖；
[0023]-圖6是與圖1類似的針對(duì)一個(gè)光伏太陽(yáng)能模塊的截面圖，該模塊包括根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的一個(gè)多層部件；
[0024]-圖7是與圖6類似的針對(duì)一個(gè)光致變色器件的視圖，該器件包括圖6的多層部件;
[0025]-圖8是圖1、圖2、圖6以及圖7的器件的阻障堆疊的針對(duì)該阻障堆疊的一個(gè)第一結(jié)構(gòu)變化形式的更大比例的視圖；
[0026]-圖9是與圖8類似的針對(duì)阻障堆疊的一個(gè)第二結(jié)構(gòu)變化形式的視圖；并且[0027]-圖10是與圖8類似的針對(duì)阻障堆疊的一個(gè)第三結(jié)構(gòu)變化形式的視圖。一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明
[0028]提供了與這些圖示組合的以下說明來(lái)幫助理解在此披露的傳授內(nèi)容。以下討論將集中在這些傳授內(nèi)容的具體實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施例上。提供這種集中來(lái)幫助描述這些傳授內(nèi)容，并且不應(yīng)被解釋為對(duì)這些傳授內(nèi)容的范圍或可應(yīng)用性的一種限制。
[0029]如在此所用的，術(shù)語(yǔ)“包括(comprises) ”、“包括(comprising) ”、“包括(includes) ”、“包括(including) ”、“具有(has) ”、“具有(having) ”或其任何其他變型是旨在涵蓋非排他性的包括。例如，包括一系列特點(diǎn)的一種方法、物品或裝置并非必須僅限于那些特點(diǎn)，而是可以包括對(duì)于這個(gè)方法、物品或裝置未明確列出或固有的其他特點(diǎn)。另外，除非相反地明確陳述，“或者”指一種包含性的或者而不是一種排他性的或者。例如，條件A或條件B符合以下任何一項(xiàng):A是真(或存在)并且B是假(或不存在)，A是假(或不存在)并且B是真(或存在)，以及A與B兩者都是真(或存在)。
[0030]同樣，采用了“一個(gè)(種)(a)”或“一個(gè)(種)(an)”的使用來(lái)描述在此描述的多個(gè)元件和多個(gè)部件。這樣做僅僅是為了方便并且給出本發(fā)明范圍的一個(gè)概括性意義。除非明確其意指其他情況，否則本說明書應(yīng)該被解讀為包括一個(gè)或至少一個(gè)，并且單數(shù)也包括復(fù)數(shù)，或反之亦然。例如，當(dāng)一個(gè)單個(gè)物件在此被描述時(shí)，可以用多于一個(gè)的物件代替一個(gè)單個(gè)物件。類似地，當(dāng)多于一個(gè)的物件在此被描述時(shí)，可以用一個(gè)單個(gè)物件取代多于一個(gè)的物件。
[0031]除非另外定義，否則在此使用的所有的技術(shù)性和科學(xué)性術(shù)語(yǔ)具有如在本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。這些材料、方法以及實(shí)例僅是說明性的并且不旨在是限制性的。在在此未經(jīng)說明的程度上，關(guān)于具體材料和加工行為的許多細(xì)節(jié)是常規(guī)的并且可以在教科書以及屋面產(chǎn)品技術(shù)和對(duì)應(yīng)的制作技術(shù)之內(nèi)的其他來(lái)源中找到。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)多層部件將對(duì)空氣和/或濕氣敏感的一個(gè)元件(如一個(gè)有機(jī)發(fā)光二極管或一個(gè)光伏電池)進(jìn)行封裝。該多層部件可以包括一個(gè)有機(jī)聚合物層和至少一個(gè)阻障堆疊。每個(gè)阻障堆疊可以包括至少一系列的層，這些層由夾在兩個(gè)高活化能層之間的一個(gè)保留層組成，其中:
[0032]-對(duì)于這兩個(gè)高活化能層中的每一個(gè)，在一方面用該高活化能層涂覆的一個(gè)參考襯底與在另一方面當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同的參考襯底之間的水蒸汽滲透的活化能的差異大于或等于20kJ / mo I ;并且
[0033]-一個(gè)參考襯底上的該保留層中的有效水蒸汽擴(kuò)散率與當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同參考襯底中的水蒸汽擴(kuò)散率的比率是小于0.1。
[0034]根據(jù)以單獨(dú)或組合的方式進(jìn)行的本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例:
[0035]-對(duì)于這兩個(gè)高活化能層中的每一個(gè)，用該高活化能層涂覆的參考襯底與當(dāng)未涂覆時(shí)這個(gè)相同的參考襯底之間的活化能的差異等于或大于20kJ / mol，如等于或大于25kJ / mol、等于或大于30kJ / mol、或等于或大于40kJ / mol ;并且
[0036]-一個(gè)參考襯底上的該保留層中的有效水蒸汽擴(kuò)散率與當(dāng)未涂覆時(shí)這個(gè)相同參考襯底中的水蒸汽擴(kuò)散率的比率是小于0.08，如小于0.06、小于0.04、小于0.02、或小于0.01。
[0037]在本發(fā)明的上下文中，表達(dá)“敏感元件的封裝”應(yīng)理解為意指該敏感元件的至少一部分是以這樣的一種方式進(jìn)行保護(hù):該方式使得該敏感元件不暴露于環(huán)境條件。具體地說，該多層部件可覆蓋該敏感元件，或者該敏感元件可以沉積在該多層部件上。在對(duì)一個(gè)薄膜功能元件(例如一個(gè)OLED)的多個(gè)敏感層進(jìn)行保護(hù)的情況下，該阻障堆疊可以包括在該功能元件中，例如包括在構(gòu)成該OLED的電極的堆疊中。應(yīng)注意，在本發(fā)明的上下文中，一個(gè)多層部件是具有相對(duì)于彼此放置的多個(gè)層的一個(gè)組件，而不管元件的組成層沉積在彼此之上順序如何。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)，至少一個(gè)阻障堆疊的存在使得有可能限制和阻礙水蒸汽從聚合物層遷移到敏感元件中，該阻障堆疊包括一種夾心結(jié)構(gòu)，其中水蒸汽保留層被插在兩個(gè)高活化能層之間以用于水蒸汽滲透。首先，水蒸汽難以滲透到這些高活化能層中。其次，該保留層儲(chǔ)存水蒸汽。該阻障堆疊的特定的夾心安排極大地促進(jìn)了水蒸汽截留在該保留層中。這是因?yàn)槌晒Υ┻^該阻障堆疊的一個(gè)第一高活化能層的水蒸汽穿到該保留層中，并且，該阻障堆疊的第二高活化能層同樣極大地限制水蒸汽離開該保留層的可能性，水蒸汽從而在很大程度上截留在該保留層中。水蒸汽到敏感元件中的滲透因此被極大地減小并阻礙。
[0039]氣體滲透穿過一種固體介質(zhì)是一種熱活化過程，該過程可通過阿倫尼烏斯定律(Arrhenius law)來(lái)描述:
【權(quán)利要求】
1.一種多層部件(11 ;111 ;211 ;311)，用于封裝對(duì)空氣和/或濕氣敏感的一個(gè)元件(12 ；13 ；313 ;314)，該元件如一個(gè)有機(jī)發(fā)光二極管或一個(gè)光伏電池，該多層部件包括一個(gè)有機(jī)聚合物層(I ；101 ；201 ；304)和至少一個(gè)阻障堆疊(2 ；102 ;202，202’ ；302 ；402 ；502 ；602，602’)，其中該阻障堆疊包括至少一系列的層，這些層由夾在兩個(gè)高活化能層之間的一個(gè)保留層組成，其中: -對(duì)于該兩個(gè)高活化能層中的每一個(gè)，在一方面用該高活化能層涂覆的一個(gè)參考襯底與在另一方面當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同的參考襯底之間的水蒸汽滲透的活化能的差異大于或等于20kJ / mo I ;并且 -一個(gè)參考襯底上的該保留層中的有效水蒸汽擴(kuò)散率與當(dāng)裸露時(shí)這個(gè)相同參考襯底中的水蒸汽擴(kuò)散率的比率是嚴(yán)格小于0.1。
2.如權(quán)利要求1所述的多層部件，其中對(duì)于該兩個(gè)高活化能層中的每一個(gè)，一個(gè)參考襯底上的該保留層中的有效水蒸汽擴(kuò)散率與這個(gè)相同參考襯底上的該高活化能層中的有效水蒸汽擴(kuò)散率的比率是嚴(yán)格小于I。
3.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中對(duì)于該兩個(gè)高活化能層中的每一個(gè)，用該高活化能層涂覆的該參考襯底的水蒸汽滲透活化能大于用該保留層涂覆的該參考襯底的活化能。
4.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該保留層的幾何厚度大于或等于該兩個(gè)高活化能層的每一個(gè)的幾何厚度。
5.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該阻障堆疊的每個(gè)層都具有在5nm與200nm之間、優(yōu)選在5nm與IOOnm之間的一個(gè)幾何厚度。
6.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該阻障堆疊的每個(gè)層是一種金屬層、氧化物層、氮化物層或氮氧化物層。
7.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，該多層部件包括定位在該聚合物層與該阻障堆疊之間的一個(gè)有機(jī)或混合有機(jī)-無(wú)機(jī)界面層。
8.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該阻障堆疊的多個(gè)組成層具有交替更低和更高的折射率。
9.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該聚合物層以及該阻障堆疊或每一個(gè)阻障堆疊是透明的。
10.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該阻障堆疊包括至少一個(gè)第一系列層(421至423)和至少一個(gè)第二系列層(423至425)，每個(gè)系列層均由夾在兩個(gè)高活化能層(421，423 ;423，425)之間的一個(gè)保留層(422 ；424)組成，這些高活化能層中的一個(gè)(423)屬于該第一系列層與該第二系列層兩者。
11.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，該多層部件包括從該聚合物層開始:由一個(gè)有機(jī)或混合有機(jī)-無(wú)機(jī)中間層(603)分開的至少兩個(gè)阻障堆疊(602，602’)。
12.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，該多層部件包括與該聚合物層的旨在被引導(dǎo)朝向該敏感元件的那一面(ΙΑ ;201A ;304A)并排的至少一個(gè)阻障堆疊，和/或與該聚合物層的旨在被引導(dǎo)遠(yuǎn)離該敏感元件的那一面(101B;201B)并排的至少一個(gè)阻障堆疊。
13.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該聚合物層(I；101 ；201)是一種襯底聚合物。
14.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的多層部件，其中該聚合物層(304)是一種聚合物層壓夾層。
15.一種包括對(duì)空氣和/或濕氣敏感的元件的器件，該器件包括如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多層部件作為用于該敏感元件的前和/或后封裝材料。
16.如權(quán)利要求15所述的器件,其中該敏感兀件是一個(gè)有機(jī)發(fā)光二極管(12)的、一個(gè)光伏電池(13 ；313)的、一個(gè)電致變色系統(tǒng)(314)的、一個(gè)電子墨水顯示系統(tǒng)的、或一個(gè)無(wú)機(jī)發(fā)光系統(tǒng)的全部或部分。
17.一種用于制作如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的多層部件的方法，其中通過濺射、尤其是磁控濺射或通過化學(xué)氣相沉積、尤其是等離子體加強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積，或通過原子層沉積，或通過這些技術(shù)的組合 來(lái)沉積阻障堆疊的多個(gè)層中的至少一些。
【文檔編號(hào)】H05B33/04GK103460434SQ201280016548
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月8日
【發(fā)明者】C·萊德爾, C·圖姆瑪澤特, M·派索恩 申請(qǐng)人:美國(guó)圣戈班性能塑料公司