CN101632010A - 带有集成气体渗透传感器的封装器件 - Google Patents

带有集成气体渗透传感器的封装器件 Download PDF

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A·P·伯登
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Abstract

本发明提供了一种包括集成气体渗透传感器的封装器件，包括：底基板，其上布置有电子元件，电子元件装于用于保护电子元件免受湿气和/或氧气侵蚀的封装内；至少一个传感器，其布置于封装内以测量气体进入封装的渗透；每个传感器包括导电感测元件，所述导电感测元件包括湿气和/或氧气敏感材料，其中所述敏感材料与湿气和/或氧气的反应导致传感器的电阻/电导率发生变化。

Description

带有集成气体渗透传感器的封装器件
技术领域
本发明一般涉及封装器件领域，并具体地涉及带有集成传感器的封装器件。
背景技术
诸如有机发光器件(OLED)、电荷耦合器件(CCD)以及薄膜晶体管(TFT)、有机薄膜晶体管(TFT)、太阳能电池的许多电子器件包括反应性元件，这些反应性元件当暴露于湿气、氧气及大气中的其它气体中时容易恶化。为了确保这些器件具有较长的寿命，通常使用一些形式的气密包装以保护这些器件不暴露于使其恶化的物质中。
由于气密性对于所述器件的工作很重要，故密封测试已成为这些器件的制造的重要部分。例如，在半导体工业中，标准可靠性合格试验包括一个以上湿度评估，其中将抽样数量的器件置于潮湿环境以及升高温度、偏压和/或压强的其它状况中。
多种气密性测试已被开发用于评估封装包装的气密性。例如，为检测集成电路(IC)封装中的轻微泄漏，将氦气与干燥氮气的混合物密封于封装中，并使用质谱仪检测从封装泄漏出的氦气。
尽管氦气泄漏测试方法被用于许多类型的半导体封装，然而其存在一些问题。首先，氦气泄漏测试通常仅适用于测试具有空腔的封装，而不适用于诸如光电子器件、MEMS或任何其它薄膜微电子器件等不包括空腔的器件。其次，由于原子重量的不同，氦气趋于从器件中存在的环境氮气中分离，从而移动到封装空腔的顶部，影响器件中的元件的导热率以及封装的折射率，从而导致不准确的结果。
当前采用的评估封装内部的电子元件的状况的另一方法是直接观察电子元件的光学属性。例如在OLED中，可以在显微镜下对恶化图案进行观察以评估OLED的老化。然而，目视检查方法自然地过于简单化且仅能提供关于封装器件的定性信息，但是对精确的定量研究而言用处有限。在对大量新制造的OLED进行测试的生产线中，目视检查也很费时间。而且一旦OLED集成于显示板中，目视检查就不再可行。
过去，有人已经尝试将气体渗透传感器集成于封装包装中。美国专利3,943,557号描述了半导体封装中集成有气密性检测器的半导体封装。气密性检测器包括由一层氧化钴彼此隔开的一套相互交叉的电极。当没有湿气时，相互交叉的电极之间没有电流通过。然而，当存在湿气时，氧化钴的电阻率明显下降，从而使相互交叉的电极短路以触发警告，从而指示湿气的进入。
德国专利申请公报DE 102 08 767号中描述了用于确定用于形成封装的材料的渗透性的测量器件。该测量器件包括存在于封装中用于电阻测量的一层腐蚀敏感材料。随着腐蚀敏感金属因进入封装的氧气/湿气而恶化时，其电阻增加。通过监测腐蚀敏感元件中电阻的变化来检测封装内的湿气。
尽管有这些进展，然而封装包装中的集成传感器仍然存在着局限性。具体地说，传感器的灵敏度不足以检测气体以10-4g/m2/天或更好的低水平渗透，这样的问题仍然存在。因此需要继续努力以提高其可靠性与准确性。
因此，本发明的目的是提供一种封装器件，其在封装内包括用于测量气体渗透进入封装的至少一个气体渗透传感器。
发明内容
在第一方面中，本发明旨在提供一种封装器件，其包括：底基板；电子元件，其布置于底基板上并装在保护电子元件免受湿气和/或氧气侵蚀的封装内部；以及至少一个气体渗透传感器，其布置于底基板上并封装于所述封装内以测量气体进入该封装的渗透。所述至少一个气体渗透传感器包括导电感测元件以及能够将该感测元件连接于信号评估单元的电气连接器。感测元件包括湿气和/或氧气敏感材料，其中所述敏感材料与湿气和/或氧气的反应导致感测元件的电导率/电阻发生变化。
在第二方面中，本发明旨在提供一种根据本发明的第一方面的封装器件的制造方法。该方法包括：提供底基板以用于在所述底基板上形成电子元件，在底基板上形成电子元件，在真空下在底基板上形成用于监测气体的渗透的至少一个气体渗透传感器，以及在电子元件与传感器上方形成封装。
在第三方面中，本发明旨在提供一种用于制造封装器件的系统。该系统包括：真空室，其中设有布置于该真空室内用于接纳样品的固持夹具；与真空室连接的加载互锁室(loadlock)，该加载互锁室能够将样品转移到固持夹具上；等离子体源，其能够发出等离子体以清洗样品；至少第一材料源以及第二材料源，第一材料源适合在样品上形成气体渗透传感器，第二材料源适合在样品上方形成封装；线性运动驱动器，其能够将法向力施加到固持夹具上的样品上；耦接于固持夹具的加热器，其用于加热样品；以及UV源，其用于对UV可固化聚合物进行固化。
在第四方面中，本发明旨在提供一种用于确定布置于根据第一方面的封装器件中的电子元件的状况的方法。该方法包括：测量封装中所包括的传感器的电导率，从传感器的电导率中确定已渗入封装的湿气和/或氧气的量，以及将已渗入封装中的湿气和/或氧气的量与电子元件的状况相互关联。
本发明还旨在提供一种用于确定封装器件中的电子元件的状况的系统，所述系统用于确定传感器的电导率/电阻。
本发明人已经成功地将包括可与湿气和/或氧气起反应的感测元件的简单而精确的气体渗透传感器集成到任何封装中。随着环境气体渗入封装，感测元件与周围的湿气和/或氧气发生接触，且其电导率/电阻逐渐变化。通过测量该感测元件的电导率/电阻的变化，可以确定渗入封装中的水和/或氧气的量。因此，本发明便于对渗透进入封装器件中的湿气和/或氧气的定性与定量评估。由于传感器的设计简单，本发明适用于任何已有的封装的或包装的物体。
将传感器集成于诸如OLED、半导体以及太阳能电池的封装器件中，在制造层面以及在最终用户的层面上可以提供实际的好处。例如，本发明使用户能够估计器件剩余的使用寿命。在生产线上，本发明能够进行快速检查以确定制造的器件的封装是否完整无损。本发明还便于研究任何封装器件的恶化模型的研究，以便提高封装制造技术。
根据本发明的第一方面，封装中封装有至少一个气体渗透传感器，以测量气体进入封装的渗透。该传感器包括导电感测元件，该导电感测元件包括与湿气和/或氧气起反应的材料，该材料的电导率或电阻随着反应的结果而发生变化。在某种意义上，感测元件起着可变电阻器的作用，其电阻通过与湿气和/或氧气的化学反应而发生变化。通过测量传感器的特性的变化，可以从中推断出封装的气密性以及电气元件的工作状况。例如，传感器中的钙感测元件与水汽之间的化学反应导致一些导电的钙金属转换为不导电的氢氧化钙，从而减少了电流流经感测元件所通过的横截面积。这导致传感器中的电导率/电阻增加，且该变化容易通过测量传感器两端的电势降或通过直接测量电阻而检测到。例如，WO2005/095924中描述了以该方式工作的气体渗透传感器的例子。
感测元件包括可与湿气和/或氧气起反应的材料，从而该材料与湿气和/或氧气进行反应并部分地转换为不导电的材料，且从而改变了其电气属性。优选地，该材料一旦与湿气和/或氧气起反应，其电导率/电阻就表现出可测量的变化。在一些实施例中，感测元件包括水和/或氧气敏感材料，例如包括导电的有机聚合物、金属、金属合金、金属氧化物及它们的组合。示例性材料包括诸如Ca与Mg的第II族的金属，以及诸如Fe的过渡金属。也可以使用导电的有机聚合物，包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯撑、聚乙烯吡啶、噻吩-联吡啶共聚物、聚吡啶、聚联吡啶、聚亚苯基有机金属化合物。也可以使用诸如VO2、CrO2、MoO2、LiMn2O4、Cd2SnO4、CdIn2O4、Zn2SnO4和ZnSnO3、以及Zn2In2O5的导电的金属氧化物。
感测元件的材料也可基于所需的测量的灵敏度进行选择。例如，如果需要获得对渗透进入封装的湿气的灵敏测量，则可以选择对湿气反应性高的材料。另一方面，用于进行长时间测量的传感器可包括具有较低但可测量的反应性的材料。
在一个实施例中，传感器设计为电子元件的类似物，由此使封装内的电子元件恶化的速率与传感器中的感测元件恶化的速率相匹配。至少一个传感器的感测元件可具有至少基本上类似于电子元件的至少一个物理或物理化学性质。例如，感测元件的表面积与体积的比或对湿气和/或氧气的反应性可以基本上类似于电子元件的，或传感器的可以触及的表面的大小与电子元件的类似。实施该实施例的另一可能选择是在气体渗透传感器以及电子元件周围设置类似的封装结构，从而传感器与电子元件各自暴露于相同渗透速率的湿气和/或氧气中。
封装的气密性可在制造过程期间或在使用包含封装器件的最终产品期间进行测试。例如，为了在制造过程期间进行个体封装电子元件的失效检测，布置于电子元件附近的单个气体渗透传感器可能足以确定封装结构是否是气密的。对于包括许多电子元件的大型OLED显示单元，感兴趣的是评估整个显示单元的封装的气密性，因此器件中可能集成有几十或几百个气体渗透传感器，以确定封装中的缺陷的准确位置。在消费电子产品中，对于最终用户来说，感兴趣的是利用多个传感器评估电子元件的状况，从而可以做出关于电子元件的剩余使用寿命的预测。
可以预见到的是，封装内的传感器可以存在多种排列。原则上，每个气体渗透传感器可放置于封装内的任何可利用的空间中。例如，传感器可放置于封装的边缘附近，以避免不得不改变电子元件的现有架构。或者，传感器可位于靠近电子器件处，以更精确地评估电子器件附近的渗透状况。在包括有多个传感器的实施例中，每个传感器可布置于电子元件周围，或为了失效检测，传感器可布置于封装中的怀疑密封不牢靠的位置。气体渗透传感器也可以按规则的网格排列布置，散布于整个封装中。
在将传感器集成到小型电子器件中的应用中，多个传感器可设计为足够小，并布置为占据封装内的任何便利的位置而不扰乱电子元件的架构。在将传感器集成于OLED中的实施例中，传感器的感测元件的与湿气/氧气接触而暴露的表面面积可少于0.5cm2，或少于0.1cm2，感测元件的宽度是其长度的两倍。传感器尺寸也可设计为相当于OLED像素的尺寸。基板上的传感器以及电子元件之间的距离可以在大约1μm到100μm之间。如果通过诸如光刻的精确制造技术进行制造，则传感器与电子元件之间的距离可以在1μm到10μm之间。另一方面，当使用遮光掩模制造传感器与器件时，可使用更大的100μm的间隙。邻近的传感器可彼此隔开任何适当的距离，例如至少大约1cm。
为了避免由于传感器邻近于电子元件而使传感器的电路导线与电子元件的电路导线之间出现任何短路，例如可以在感测元件以及电子元件之间夹有电绝缘材料。在一个实施例中，电绝缘材料选自于聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚苯乙烯以及聚氯乙烯。
可在传感器中包括补充材料以改善其性能。例如，包括可充分透过气体的聚合物的衬垫层可涂敷到感测元件的一个或两个表面上，以实现感测元件的均匀恶化。所述聚合物可以是选自于丙烯酸聚合物以及聚对二甲苯类型的聚合物的有机聚合物，或者是包括硅橡胶聚合物的无机聚合物。在另一例子中，也可以引入覆盖至少一部分感测元件的保护层以保护感测元件在制造期间免于物理损坏。保护层可包括诸如金属、金属合金、金属氧化物、有机聚合物及它们的组合的材料。
用于保护电子元件免于湿气和/或氧气侵蚀的封装可采取现有技术中已知的任何适当的配置或布置，例如WO 03/047317所述的阻障叠层结构，或如US 6,81118,479所述的边缘密封结构，或如US 6,866,901所述的其中阻障膜布置于电子元件上方从而面对基板夹着电子元件的多层薄膜配置，或这些封装配置的任何适当的组合。
无论使用什么类型的封装，与传感器的感测元件连接的电气连接器穿过封装延伸，从而暴露以便与驱动器电路或信号评估单元或任何其它外部电路接触。电气连接器可包括至少两个电极。电极的形式可以是穿过封装延伸以便为了接触而暴露的金属接触线或导电膜。
对于一些需要严格的阻障属性与柔性封装结合的应用场合，可以使用多层薄膜封装。多层薄膜通常包括具有低的湿气和/或氧气渗透性的一个以上阻障材料层。所述材料可以选自于金属氧化物、陶瓷氧化物、无机聚合物、有机聚合物及它们的混合物和组合。有机聚合物阻障例如包括环氧聚合物、聚硫化物、硅橡胶以及聚氨酯。有机阻障层包括没有任何纳米粒子的聚对二甲苯、聚酰亚胺或丙烯酸基聚合物硬涂层。也可使用诸如BaO、SrO、CaO以及MgO材料的无机材料。此外，阻障层材料可以选自于诸如Ti、Mg、Ba以及Ca的各种金属元素。阻障层可以通过物理或化学气相沉积方法沉积。阻障层的厚度可通常处于从10nm到200nm的范围。
本发明人发现，通过实施包括其中分布有反应性纳米粒子的至少一个层的多层薄膜，所述反应性纳米粒子能够与湿气和/或氧气相互作用以延缓湿气和/或氧气进入封装的渗透，将气体渗透传感器集成到封装器件中，可以实现对封装的气密性的最小损害。在此所用的术语“相互作用”指湿气和/或氧气与纳米粒子之间的任何物理或化学相互作用，从而从渗入封装的气体中将湿气和氧气除去，并从而避免湿气和氧气到达电子元件。该定义包括诸如对水和/或氧气分子的化学反应以及物理吸附的相互作用。例如，纳米粒子可包括能够吸附水和/或氧气的材料，该材料例如是沸石或碳纳米管等材料。纳米粒子也可包括能够与水和/或氧气反应的材料。所述材料的例子包括诸如Ti、Mg、Ba、Ca、Al2O3、TiO2、ZnO、SrO、CaO、MgO与BaO的金属与金属氧化物。在多层膜中也可包括惰性纳米粒子，即不与湿气和/或氧气起反应的粒子，以便延缓湿气和/或氧气进入封装的渗透。可以用于形成惰性纳米粒子的材料的例子包括金、铜、银、铂、硅石、硅灰石、多铝红柱石、蒙脱石、硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃、氟硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硅酸钙玻璃、硅酸铝钙玻璃、氟硅酸铝钙玻璃、碳化钛、碳化锆、氮化锆、碳化硅或氮化硅、金属硫化物及它们的混合物或组合。纳米粒子可分布于聚合物或用于固持纳米粒子的任何其它适当的粘合剂中。
在一个示例性实施例中，多层膜中包括具有低的湿气和/或氧气渗透性的至少一个阻障层，以及包括能够与湿气和/或氧气相互作用的纳米粒子的至少一个密封层，以提高封装的气体阻障属性。通常知道金属氧化物阻障层的气体阻障属性强。然而，通常会在所述金属氧化物层中发现针孔缺陷，这限制了其气体阻障特性。本发明人发现通过将金属氧化物阻障层与纳米粒子层结合使用，由于将纳米粒子用于密封金属氧化物阻障层中的缺陷，从而可以充分地提高多层膜的气体阻障特性。例如在一些优选实施例中，阻障层可包括诸如Al2O3、HfO2、TiO2或铟锡氧化物(ITO)的金属氧化物。
密封层中纳米粒子的浓度可以根据要求的封装的阻障特性的严格程度变化。理论上，优选地采用高浓度的纳米粒子以便增加封装对水和/或氧气的清除能力。然而，在诸如OLED应用的看重光学质量的显示器件中，可能对于包括于多层膜中的纳米粒子的量与尺寸有要求。例如，为了避免光经过多层膜散射，纳米粒子的尺寸优选地小于OLED的特征波长。特征波长定义为OLED光谱出现峰值强度时的波长。当封装层设计为用于TOLED或透视显示器时，吸气剂(getter)粒子的尺寸可能通常少于特征波长的1/2并优选地少于1/5。通常，所述比值对应的粒子尺寸少于200nm并优选地少于100nm。在一些封装设计中，例如需要使发出的光散射时，可能需要更大的粒子。
在一个实施例中，纳米粒子为杆状，直径为30nm到50nm且长度在100nm到400nm之间。优选地使用不同形状和尺寸的纳米粒子，以便订制多层膜中纳米粒子的随机堆积密度，从而实现电子元件的有效密封。
当电子元件包括OLED或任何其它发光元件时，在多层膜中可包括本领域公知的任何光学膜以提高其光学性能。可设有诸如扩散膜的光学膜以实现最佳透光水平，同时使光有效地扩散。光学膜可设置为光提取层(在顶出射型OLED的情况下)。传统光扩散膜可包括具有丙烯酸或固定剂表面涂层的PET基材料。光学膜也可包括无机透明氧化物膜。光学膜可以通过诸如物理气相沉积(溅射、热蒸发或电子束蒸发)、等离子体聚合、CVD、印刷、旋涂或包括尖端或浸涂处理的任何传统涂敷处理的任何适当的制造方法沉积。
为了进一步减少湿气和/或氧气通过封装的渗透并对所封装的电子器件与集成传感器提供额外的机械保护，可在多层膜上方放置另外的封装结构。例如，可在多层膜上布置盖基板，以将盖基板粘到多层膜上的粘合层为界。在边缘密封封装结构的情况下，还可包括没有多层膜的盖基板，从而被惰性气体填充的空间限定于封装内。盖基板也可选自于硬性或柔性但优选地是可以承受冲击力并从而减少对多层膜和/或电子元件的物理损坏的耐划伤的材料。可以使用的材料的例子包括聚乙烯(PET)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯、玻璃、铟锡氧化物以及透明塑料。
支撑电子元件和气体渗透传感器的底基板可包括具有气体阻障特性的任何耐用材料。支撑电子元件和传感器的基板可包括聚合材料，包括诸如聚碳酸酯、聚乙烯、聚醚砜(polythersulfone)、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、聚氨酯以及聚丙烯酸酯的有机聚合物。也可包括无机聚合物，诸如硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、双环戊二烯合铁、聚二氯膦腈及其衍生物。
底基板有选择地涂敷有阻障膜，该阻障膜包括作为阻障层的单个或多个透明金属氧化物层。金属氧化物阻障膜(也称为阻障叠层)通常包括多个交替的有机和无机阻障膜层。诸如丙烯酸的有机涂层通常用作两个连续阻障氧化物膜之间的夹层。阻障叠层基板可以透明或不透明，并可以切割成优选的尺寸。在有机发光显示器(OLED)应用中，典型的阻障膜优选为充分透明。
将气体渗透传感器集成到封装中的一个重要考虑因素是将传感器驱动电路集成到电子元件的架构中的问题。在本发明的示例性实施例中，通过为封装器件内的传感器设置单独的电路导线(独立于电子元件的电路导线)，从而气体渗透传感器可以与外部电路连接并独立于电子元件工作，实现气体渗透传感器的集成。而且众所周知，无源与有源矩阵OLED包括可用于驱动通过传感器的电流的列和行电极，通过所述传感器可以进行气体渗透测量。
传统OLED驱动器的部分驱动器以及公共驱动器，诸如由SolomonSystech Ltd.提供的所述驱动器，可通过合并电路进行修改，以操作气体渗透传感器。这样，电子元件与气体渗透传感器可以耦接于公共驱动电路。然而，电子元件与气体渗透传感器还可以与单独的驱动电路连接，即气体渗透传感器与第一驱动电路连接，而电子元件与第二驱动电路连接。例如，用于气体渗透传感器的驱动电路可包括用于确定根据如下所述的本发明的另一方面的封装器件中的电子元件的状况的系统。当气体渗透传感器使用单独的驱动电路时，不需更改电子元件的现有驱动电路。
在一个实施例中，气体渗透传感器的电气连接器可耦接于信号评估单元，以测量与传感器的电阻相关联的特性。信号评估单元的例子包括电流表、电压表、欧姆表、万用表、功率表、电位计以及电源电表等。信号评估单元中可包括能够显示与通过底基板渗透的湿气和/或氧气的量相关联的定量值的显示单元，例如LCD显示器。气体渗透传感器可布置于底基板的面向放置有待保护的物体的封装的一侧，而显示单元布置于底基板的外侧以便容易读取气密性测量结果。
用于调制供给电子元件的功率的反馈控制器可耦接于与气体渗透传感器或测量传感器中的变化的信号评估单元连接的驱动电路，以便接收对封装内的湿气和/或氧气恶化的程度的反馈。供给电子元件的功率可以根据传感器提供的反馈而变化。例如，由于反应性发光材料的恶化，诸如OLED的发光器件随着时间变暗。为了补偿亮度的损失，可对OLED供给更多电能。可使用任何适当的反馈控制算法，其中反馈控制器例如随着进入封装的气体渗透的程度增加而增大提供给电子元件的电能。可以将反馈控制模块合并到气体渗透传感器的驱动电路中，以便提供反馈以调制通过列/行电极供给OLED的电流。或者，更简单的方法可以包括单独的驱动电路以避免不得不改变现有的集成驱动器。
本发明适合用于封装任何可因暴露于湿气和/或氧气而损坏的物品的刚性的和柔性的封装结构。尽管可能参照了OLED的封装，然而需要明白，本发明适用于包括电子元件、食品和药品的任何封装的物体或器件。电子元件的一些例子包括太阳能电池、无源的和有源的有机发光器件(OLED)、电荷耦合器件(CCD)、微机电传感器(MEMS)以及薄膜晶体管(TFT)。
包括封装电子器件在内，本发明还可应用于任何气密包装，包括其上需要集成气体渗透传感器的传统包装叠层，诸如用于食品的Tetra-Pak包装材料或用于药品的起泡(blister)包装与容器。气体渗透传感器可以容易地集成于任何现有的包装材料中以提供包装中的封装的气密性读数。因此，本发明旨在提供用于保护氧气和/或湿气敏感物体的封装。封装包括具有低的氧气和/或湿气渗透性的底基板，以及布置于底基板上的能够测量气体通过底基板的渗透的至少一个气体渗透传感器。每个气体渗透传感器包括包含湿气和/或氧气敏感材料的导电感测元件，其中所述材料与湿气和/或氧气的反应导致感测元件的电阻/电导率的变化。还设有能够将感测元件与信号评估单元连接的电气连接器。
可以预想的是，该封装可用于包装需要保护免受湿气和/或氧气侵蚀的任何物体，包括电子元件、药品、食品及化学品。因此，在此使用的术语“封装”可指代任何包装叠层，该包装叠层被排列/对折以形成其中布置有需保护的氧气和/或湿气敏感物体的包装。术语“封装”也可指代窄条包装(strip package)、起泡包装(blister pack)、可预填充注射器、药剂管、注射药物的小瓶、安瓿、可预填充吸入器、静脉注射容器、瓶子、封闭盖/喷口盖或投药容器。封装也可指用于存储例如放射性物质、有毒化学药品等危险物质的容器。该文本中的“底基板”指封装的壁的任何部分。
根据在此作为本发明的第二方面描述的方法，将传感器集成到封装器件中。该方法包括在给定的底基板上形成电子元件，并随后在真空条件下在底基板上形成气体渗透传感器。随后在存在惰性气体或在真空条件下，在电子元件与传感器上方形成封装。“真空条件”在此指代其中的大气压显著降低的环境。所述条件可以处于传统中度真空到超高真空之间的范围。在一些实施例中，在传感器和/或封装的形成期间，使用大约10-3到大约10-9mbar、或大约10-6到大约10-7mbar之间的真空条件。
在使用基板之前，可以通过例如湿式化学清洗和/或干燥氧气或氩气等离子体处理对底基板的表面进行清洗。在一个实施例中，在基板上形成电子元件和传感器之前进行清洗基板的表面的步骤。已发现，去除基板表面上的表面污染物会显著改善基板与封装之间的接触，导致阻障特性有所改善。基板的表面可以通过湿式化学清洗、或更优选地经由干燥氩气或氧气等离子体处理清洗。
形成根据本发明的封装器件的顺序可以根据封装设计、OLED架构、基板还有批量或卷对卷(roll to roll)工艺以多种方式进行。
由于形成封装器件的每个元件的要求不同，故制造可以分几个阶段进行。例如，诸如OLED的电子元件的制造可以在蒸发室中进行。由于清洗可以在等离子体腔室中进行，故已清洗的基板可以在真空下转移到蒸发室。在基板上形成电子元件之后，可以在手套箱中进行传感器的制造。为了保持无污染的环境，也可以在惰性气氛或真空下进行转移。
用于监测电子元件的状况的传感器可以通过在基板上沉积两个单独的电极，并在两个电极之间沉积感测元件而形成。在传感器以及电子元件形成之后，可以在电子元件与传感器上方形成包括用于提供针对湿气和氧气的保护的多层膜的主要封装。多层膜可以通过任何化学或物理沉积方法形成。还可以在封装器件上方附着盖子。可以在传感器以及电子元件上方涂敷紫外光可固化粘合剂，以使盖子附着于封装器件上。该过程可以包括涂敷UV可固化粘合剂，以及随后使粘合剂对紫外光曝光，从而固化粘合剂。
根据本发明的集成传感器允许实时监测氧气和湿气进入封装器件的渗透，由此可以直接确定封装内的电子元件的状况。换言之，集成传感器便于实现确定封装器件中的电子元件的状况的方法。该方法例如用于对非正常工作的电子元件进行故障分析，以便确定破损的封装是否是电子元件的故障的原因。当多个传感器布置于封装的不同部分中时，可以容易地检测封装中的导致故障的缺陷的位置。这有助于更迅速地将故障的起因隔离到制造过程中的某些步骤中，使得用于故障分析的周转时间更短。
该方法包括测量封装于封装中的传感器的电导率，从传感器的电导率确定渗入封装的湿气和/或氧气的量，并将渗入封装的湿气和/或氧气的水平与电子元件的状况相关联。在此术语“状况”指电子元件的工作状况，例如表明故障的电子元件中的特定状况。通过将传感器放置于包含电子元件的封装内，可以间接确定电子元件的状况。由于传感器与电子器件以相同的水平暴露于湿气和/或氧气，故传感器的恶化(通过与封装内的湿气和/或氧气反应)可以与电子元件的状况联系起来，从而可以确定电子元件的状况。例如，如果知道电子元件在暴露于[y]克水汽之后到达临界故障条件，且可以测定传感器在暴露于同样[y]克水汽之后显示出电阻有[z]Ohm的变化，则通过测量传感器的电阻可以容易地测定电气元件的临界故障水平。
在一个实施例中，包括传感器对电子元件的状况的测定在内，还对封装器件进行电气和/或物理评估，以确定封闭于封装中的电子元件是否起作用。特别是在其中传感器间接确定电子元件的状况的实施例中，由于提供间接测量时没有对电子元件的功能状况的真实指示，用于估计封装器件的额外步骤可能有用。因此，通过测量电子元件的诸如其电阻或电导率的实际特性，可提供关于电气元件的实际状况的有用信息。也可以由受过培训的技术人员例如通过观察封装中是否存在明显的导致器件失效的物理缺陷进行物理评估。
集成传感器可以用于进行多种测量，诸如确定电子元件的剩余寿命。此外，由传感器提供的测量为估计封装的完整性提供数据。这很有用，例如，在制造处理的后端阶段中，作为测试系统的一部分用于检查制造封装器件的批次，以确定封装器件是否起作用。在消费电子中的显示应用的场合中，传感器可耦接于具有可编程逻辑的集成电路，以便当渗入封装的湿气和/或氧气的水平超过阈值水平时，在封装器件或以封装器件作为其一部分的系统上显示警告信号。随后可认为封装器件恶化到例如不能可靠地提供正常持续工作的程度。
根据本发明的另一方面，提供了用于制造带有根据本发明的第一实施例的集成气体渗透传感器的封装器件的系统。该系统包括真空室，以及布置于真空室内的固持夹具。使用真空环境进行气体渗透传感器的制造。第一材料源可设于真空环境中以在样品底基板上形成气体渗透传感器，且第二材料源可类似地设于真空环境中以在传感器以及电子元件上方形成封装。或者，可以在真空室外在单独的阶段中进行电子元件的制造或封装处理。
在一个实施例中，真空室包括用于进行在线的制造处理的多个串联的子腔室。由于由进行制造处理的每个阶段所需的不同设备所施加的空间限制，可以设有单独的子腔室。例如，第一材料源与第二材料源可以各与单独的子腔室连接。
为便于底基板在真空下或惰性气氛中从一个腔室到另一个腔室转移，可以使用加载互锁系统。可在附于主真空室的闸门阀上安装传统的加载互锁室。随后，基板可容易地通过大的入口门移动到加载互锁室中的传输台上的位置。在加载互锁室被抽空到需要的真空水平并打开闸门阀之后，将基板通过沿加载互锁室的主轴的磁体承载器转移到处理室中。这样可以重复进行基板的加载和卸载而不破坏主腔室中的真空。如果真空室包括多个串联的子腔室，则加载互锁室可包括可以穿过每个单个子腔室的可活动的可延长轴。
真空室可以连接于高真空泵装备，包括机械增压泵、旋转泵、涡轮泵、低温泵站，所述高真空泵装备可以产生用于真空密封应用的超高真空。此外，可包括压力计、输气管道、压强变换器与隔离阀以监测真空室中的真空。
还设有用于容纳其上形成有封装器件的基板固持台的固持夹具。基板固持台(平台)可以附着于固持夹具，并可优选地包括用以提供高达100℃以上的温度的加热单元以及用于保持所要求的温度的温度控制器。加热步骤可用于在真空粘合盖基板与器件时熔化粘合剂。
线性运动驱动器用于将法向力施加到固持夹具上的样品上，并可用于将盖基板压制到粘合剂上。线性运动驱动器可由气动致动器或轴向载荷大约为5lb到100lb或以上的外部马达操作以便为封装提供40到80psi的压强范围。
在一个实施例中，系统还包括用于使线性运动驱动器相对于固持夹具的运动对准的轨道。线性运动驱动器与固持夹具的对准可以沿支架与线性滚珠导槽进行。支撑夹具设计为使得粘合剂可以通过真空室的加载互锁室加载到夹具上。类似地，器件或基板可以通过加载互锁室转移到基板固持架上以用于次级密封处理。
可设有任何传统RF等离子体清洗源以用于进行表面预处理。例如来自XEI Scientific，Inc.的Evactron
Figure G2006800569266D00141
等离子体源，其使用空气作为氧气源以产生氧自由基。在所述系统的上下文中，等离子体源可适合于从外部安装于真空室上。
可并入系统的其它特征包括具有用于使固持台定位的具有x、y和z轴控制器的基板固持台，以及用于控制等离子体源的RF功率的射频功率控制器。在系统中可包括UV源，以固化封装中使用的任何UV可固化粘合剂。强度分别为85mW/cm2与22mW/cm2且波长为365nm与300nm的UV可用于固化粘合剂。
根据本发明的另一方面，提供了用于确定封装器件中的电子元件的状况的测量或评估系统。所述系统包括适合耦接于根据本发明的第一方面的封装器件的传感器的信号评估单元。信号评估单元能够测量与传感器的电导率/电阻的变化相关联的特性。信号评估单元的例子包括电流表、电压表、欧姆表、万用表、功率表以及电位计。可有选择地设置显示单元以显示与气体进入封装器件的封装的渗透相关联的量值。
为使整个测量处理自动化，测量系统可包括用于操作传感器以从传感器那里获得读数的驱动电路，以及用于操作封装器件中的电子元件的驱动电路。例如，可能一开始运行电子元件以检查其是否仍然起作用；如果电子元件不起作用，则可使用气体渗透传感器进行进一步的测试以检查封装是否损坏。另一方面，如果电子元件仍然起作用，则可推断出封装完整无缺。系统的信号评估单元可包括于操作电子元件的驱动电路中，或可以是仅仅附着于传感器的独立的器件。
参照以下描述、附图以及非限制性例子将更充分地理解本发明的上述方面。
附图说明
下面参照附图，仅通过非限制性例子描述说明性实施例，其中：
图1表示包括集成传感器的封装器件的简图。
图2和3表示根据本发明的封装器件的示例性实施例，其中封装包括具有用于去除湿气和/或氧气的纳米粒子层的多层膜。
图4表示集成于具有四个OLED的封装器件内部的多个传感器。
图5A表示用于制造具有传感器的封装器件的包括多个串联的子腔室的在线制造系统。图5B表示其中的封装已经完成的子腔室的细节。
图6表示针对带有基于PPV聚合物的封装OLED，基于以5到15小时的间隔获得的亮度读数的亮度vs.时间曲线图。
图7表示传感器中的感测元件在不同时间间隔时的显微镜照片。
图8表示在超过300小时的延长时间段所获得的OLED与传感器各自的亮度vs.时间以及电导率vs.时间图。
图9是集成有多个气体渗透传感器的无源矩阵OLED的图示。
具体实施方式
图1表示根据本发明的一个实施例的封装器件10的简化示意图。该器件包括支撑OLED器件14与用于确定OLED器件14的状态的传感器16的底基板12。传感器16沿OLED器件14的边布置且二者封装于封装18的内部。OLED器件14和传感器16由位于底基板上的具有电路的电子驱动器供电。盖子21贴在封装18上方。
图2表示根据本发明的示例性实施例的封装器件100。OLED104以及包括导电轨道1061和感测元件1063的传感器106布置于底基板102上，OLED104以及传感器106各自在其表面上方形成有包括多层膜1191、1192的封装。封装还包括其中嵌有传感器106与OLED104的阻障粘合剂垫112，从而盖基板114可以附于其上，从而使OLED104与传感器106夹于底基板102与盖基板114之间。多层膜1191、1192包括最里面的纳米粒子层121，纳米粒子层121包括用于与湿气和氧气相互作用的纳米粒子。纳米粒子层121上方的两个层是用于提高光通过封装的扩散的光学层123、125。
在图1所示的实施例中，覆盖OLED104的多层膜1191中层的排列与覆盖传感器106的多层膜1192相同。然而，如果需要，层的排列可以不同。如图3表示的另一示例性实施例中所示，覆盖OLED104的多层膜1291包括作为最里层的第一光学层123，接下来是纳米粒子层121，且然后是第二光学层125。
图4表示包括集成于包括多个OLED的OLED架构中的多个传感器的封装器件400。封装器件400包括位于阳极线411与阴极线412的交点处的四个OLED401、402、403、404。阳极线411与阴极线412共同构成器件的电极线。气体渗透传感器420布置于电极线之间。在该实施例中，总共九个传感器形成围绕四个OLED的网格。与单个传感器相比，传感器网格可以用于精确地检测湿气/氧气在器件的何处进入封装。
例子1：具有集成传感器的OLED的制造
1.基板的表面预处理
将涂敷二氧化硅的碱石灰玻璃基板(显示质量玻璃)切割成50mm×50mm的片，也可以切割成任何所需的尺寸以用作OLED的底或盖。可以使用气动操作空心冲模切割设备或任何传统的纵切机，以将样品切片成指定的或所需的尺寸。
现有的封装包装中的水汽可能主要通过粘合剂与基板的界面渗透以及通过粘合密封剂扩散。诸如等离子体处理的适当的表面预处理处理可以消除这种粘合剂问题。因此，对表面以异丙醇(IPA)冲洗并以氮气吹干。所述处理有助于除去表面上的大尺寸吸附粒子。不推荐丙酮与甲醇清洗或冲洗。在氮气吹干之后，将基板放置于压强为10-1mbar的真空炉中，以对吸收的湿气或氧气进行去气处理。真空炉配备有前级管道阱(fore linetrap)，以避免烃油从真空泵向后移动到真空炉。去气处理之后，立即将阻障叠层转移到等离子体处理室(例如ULVAC SOLCIET组合设备工具)中。RF氩气等离子体被用于以低能量离子轰击阻障膜的表面，以便除去表面污染物。等离子体处理室中的基本压强固持在4×10-6mbar以下。氩气流量为70sccm。RF功率设于200W，且根据表面条件通常使用5到8分钟的最佳处理时间。
2.OLED的制造
本例子中采用了如WO 03/047317 A1中描述的OLED架构。表面电阻为20Ω/平方的涂敷ITO的玻璃被用作制造OLED器件的基板。以丙酮与甲醇进行湿式化学清洗，并随后进行干燥氧气等离子体处理。聚(苯乙烯磺酸酯)掺杂的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)被用作空穴传输层(HTL)。使用了市售的苯基替代的聚对苯撑乙烯(PPV)黄光发光聚合物。覆盖有200nm厚的银阴极的20nm厚的钙膜在ULVAC集束系统(cluster system)中在2.0×10-6托(Torr)基本压强下通过热蒸发来沉积。银膜用于保护下方的钙。以丙酮与甲醇进行湿式化学清洗，并随后进行干燥氧气等离子体处理。在2×10-5Pa的高真空中并在270℃下沉积75nmNPB。采用基于小分子的OLED结构，其中在2×10-5帕斯卡(Pascal)的高真空中在270℃下沉积65nm厚的电致发光层三(8-羟基喹啉)铝(AlQ3)。在650℃下沉积
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厚的LiF作为EL与阴极之间的中间层。使用热蒸发技术使阴极铝沉积到200nm的厚度。
3.钙传感器的制造
在表面等离子体处理之后，基板在真空下被转移到蒸发室中，在该蒸发室中钙传感器层与银电极被沉积。两个银电极的尺寸为2cm×2cm。感测元件制造于两个电极之间并设计为1cm长、2cm宽和150nm厚。测得的传感器元件的电阻率为0.37Ω-cm。在沉积处理之后，使用加载互锁(load lock)系统将样品在大气压和干燥氮气下转移到手套箱中。
将UV(紫外线)可固化环氧树脂涂敷于OLED玻璃基板的边缘上，随后以35mm×35mm的载玻片密封。使用400W金属卤化物UV光源2000-EC系列UV光源(DYMAX Corporation)来固化UV环氧树脂。强度分别为85mW/cm2与22mW/cm2的波长为365nm与300nm的UV被用于固化环氧树脂。固化时间大约为2分钟。测试样品及其伴随的传感器放置于湿度室(WK1 Model，Weiss，德国)中，湿度室的湿度与温度可以设置为任何想要的值。传感器的电极与恒电流源计(Keithley)连接，且测量电流被设置为恒定的1mA，以避免在触点处发生任何电化学感应反应。需要时，以Labview软件记录数据。
在等离子体处理过程之后，在真空下将阻障叠层转移到真空蒸发室(热蒸发)，其中将150nm钙通过适当的掩模沉积到厚度在120nm到500nm之间的两个透明导电的氧化物条之间的空间中。在钙沉积之后，沉积100nm透明或不透明的绝缘膜以保护钙传感器。绝缘膜可以是通过PVD或CVD处理沉积的任何类型的有机或无机膜。然而，优选地以透明氟化锂(LiF)或氟化镁(MgF)作为实施方式之一。封装测试单元随后转移到湿度室(WK1 Model，Weiss，德国)中，并监测钙电阻随着时间的变化的速率。测量可以全部在大气压条件下的不同温度和相对湿度下进行。温度处于从室温至95℃的范围内。根据湿度室的规格，相对湿度可以高达100％。钙测试单元的导电轨端子与恒电流源(Keithley电源计)连接，恒电流源与计算机有接口。由计算机使用lab view软件每秒钟监测钙传感器/银轨的电阻并自动绘图。带有FFT分析的动态信号分析器被建议用于以一秒的周期间隔自动进行噪声频谱测量。
4.多层膜邻近封装
纳米粒子层可以由含有纳米粒子的分散系的可聚合丙烯酸的混合物得到，且该混合物可以固化以在固化之后形成纳米结构表面。旋涂、丝网印刷或物理气相沉积或化学气相沉积方法，可以用于将混合物沉积到OLED和传感器上。也可通过包括溅射、热蒸发或电子束蒸发、等离子体聚合、CVD、印刷、旋涂的PVD方法或包括尖端或浸涂在内的任何传统涂敷处理沉积HfO2 UV过滤层与光学层。
5.制造设备
上述的制造处理可以在在线系统中或卷对卷系统中进行。图5A中图示了在线制造系统570。该系统包括串联的子腔室，这些子腔室用于进行清洗底基板、形成电子元件、形成气体渗透传感器以及随后进行器件的封装的多个步骤，每个步骤在单独的子腔室内进行。例如，在OLED的情况下，OLED阳极、有机EL层与阴极的形成可以分别在子腔室571、572和573中进行，且气体渗透传感器的形成在子腔室574中进行。等离子体清洗与封装可以在子腔室575中进行。承载传感器与电子元件的底基板可最终由加载互锁室578转移到例如可以为手套箱的子腔室575中。
在一个示例性实施例中，子腔室575可以是如图5B所示的用于进行气体渗透传感器批量制造与封装的实验室级手套箱500。在该例子中，尺寸为400mm×500mm×650mm的真空室502与高真空泵站504(优选地是机械增压泵与旋转真空泵的组合)连接并保持10-4mbar的基本压强。高真空皮拉尼真空计(Pirani gauge)506用于监测真空压强。隔离阀508用于将真空泵站504与真空室502隔离。线性运动驱动器510用于在真空下将粘合剂垫512密封到OLED器件514上。线性运动驱动器510通过KF25法兰连接器516安装到真空室，并被气动操作以驱动线性运动系统。
气动线性运动馈入装置(feedthrough)通过施加压强在40到80psi的范围内的适当的压缩空气以提供线性运动的功能。压缩空气通过气动致动器的入口518与出口520引入。线性行程可以通过转动位于气动致动器522的顶端的调整旋钮缩短或加长。一旦调节好，防松螺母524将调整旋钮526锁定于恰当位置。可以进行线性行程调整，一直到达到要求的行程距离。适当的粘合剂固持夹具528与线性运动驱动器510连接，以用于固持用于密封器件的粘合剂垫512。线性驱动的轴向载荷通常为20lb。固持夹具528还用于在进行粘合剂密封处理的同时施加压强。通常施加的压强处于40到80psi的范围内，且要求的压强根据使用的基板/器件的类型定制。压强可以施加于基板的边缘上或整个表面上。可以根据包装的要求使用不同类型的固持夹具。固持夹具由高度真空兼容材料构成。焊接不锈钢波纹管与线性轴承的轴支撑的使用保证了可靠性以及顺利运行。气动馈入装置可以选自于工业标准元件，诸如扁平的兼容Del-Seal CF金属密封法兰或ISO KF Kwik-Flange弹性密封口安装。
线性运动驱动器的顺利运行、固持夹具运动以及与基板的对准由支架530与线性滚珠导槽532小心地控制。固持夹具设计为使得粘合剂可以通过真空室的加载互锁室534加载到夹具上。类似地，器件或基板可以通过加载互锁室转移到基板固持架以进行次级密封处理。
真空室502还配备有用于在粘合剂粘合处理之前进行表面预处理或清洗的等离子体源536。RF功率控制器538用于控制等离子体源的RF功率。表面预处理包括对所接收的样品或器件进行清洗或表面改性，以便获得需要的且可重现的属性。在聚合物基板的情况下，在阻障膜表面上存在许多用于表面污染物的通道，且聚合物底基板也由于储存时间长并因处理和暴露于周围的环境而趋于吸收水汽。任何表面污染物肯定会影响粘合剂垫的粘合。RF氩气等离子体用于以低能量离子轰击基板或主要密封器件的表面，以便除去表面污染物。腔中的基本压强固持于4×10-6mbar以下，并由压强监测器550监测。氩气流量为70sccm。RF功率设置为200W，且最佳处理时间根据表面条件通常为5到8分钟。氩气气体管道551与真空室连接以引入用于等离子体处理的氩气。氮气管道552与真空室连接以用于在等离子体处理过程之后为真空室排气。
基板加热台540可加热到100℃，且温度控制器用于固持所需的温度。加热处理用于在真空粘合器件期间熔化粘合剂。在真空密封处理之后，可以通过使粘合剂在UV光中暴露30秒而使其固化。使用400W金卤灯UV源542(型号2000-EC)来固化粘合剂。强度分别为85mW/cm2与22mW/cm2且波长为365nm与300nm的UV可以用于固化粘合剂。
因此，制造的顺序可以根据封装设计、OLED架构、基板灵活地选择，且可以不仅用于在此所示的批量和在线制造系统，也同样可以适用于卷对卷工艺。
例子2：封装器件的特性
接下来的结果表明，可以从基于玻璃的封装OLED结构中的集成传感器，获得水汽传输率及扩散系数。
钙测试结构集成有使用标准工艺制造到玻璃基板上并以盖玻片通过边缘密封技术封装的基于小分子(Alq3)和PPV聚合物的OLED器件结构。该测试的目的是测量该封装结构的WVTR特性，并将OLED与PLED的寿命相对于封装结构的结果进行关联。器件固持于60℃的恒定温度与90％的相对湿度中。然而，不对器件施加恒定电流或电压，但是每当以恒定间隔测量亮度时要施加0.5mA的电流，且结果如图6所示。这保证了仅对器件施加高温度和湿度而不通电。以带CCD相机的显微镜按一定间隔对钙传感器进行光学分析。
从图7可以看出，侵蚀面积的大幅增加对应于OLED器件的亮度的大幅下降。然而，二极管在钙传感器充分氧化之前就已损坏。于是可以得出，该测量方法有利于理解器件寿命与恶化现象，并还有助于估计给定OLED封装、粘合剂及聚合物基板的水汽传输属性。
图8表示在150小时时，器件的亮度突然从110cd/m2降到50cd/m2。既然器件不受电的作用，器件的恶化主要源于通过粘合密封剂的水汽渗透。插图表明通过2mm2粘合密封材料进入封装的水汽渗透速率很大，且计算为4.4×10-5g/天。从所述结果可以得出，该测量方法与系统有利于理解器件寿命与恶化，并还有助于估计给定的OLED封装、粘合剂与聚合物基板的水汽传输特性。然而，该真空密封器件的寿命时间表现为长于250小时，且钙测试通过光学方法表明，在60℃与90％相对湿度时，直到540小时之前没有恶化。
水汽通过溶解扩散机制渗透穿过封装，且逐渐渗透进入封装与OLED产生接触。在感测元件包括一片钙金属的地方，从粘合密封剂解吸收的水汽与金属钙起反应，并生成氢氧化钙[Ca(OH)2]或氧化钙[CaO]。此外，感测元件起着电阻器的作用，其光学与电气特性在测试期间随着与水汽逐渐起反应而发生变化。
水汽渗透进入封装的速率直接通过测量感测元件的电阻/电导率而确定。电导率对时间的曲线图如图8所示。水汽穿越阻障需要有限的时间，因此，解吸附通量在钙传感器侧接近于零(直到400小时)。测试在40℃温度与90％相对湿度的湿度腔中进行。在达到稳定状态之后，吸附的速率、穿越阻障的扩散速率及解吸附速率固持恒定，因此钙的电导率vs.时间的斜率固持恒定。
例子3：将传感器集成到无源矩阵OLED中
在该例子中，演示了将多个传感器集成到无源OLED(PMOLED)中。
图9表示包括4个像素组901、902、903、904的小型PMOLED显示器的图示。有机EL层910布置于列电极912(阳极)与行电极914(阴极)之间。阳极布置为垂直于阴极，且阴极与阳极的每个交点构成每个像素。在本图中，每个像素组中包括以a到i表示的9个像素。气体渗透传感器920沿PMOLED显示器的边缘布置于每个像素组附近及之间，在图中以暗灰方块表示。
驱动电路可用于为选定的阳极与阴极条带提供电能，从而控制哪个像素接通以及哪个像素固持关闭。也可将气体渗透传感器耦接于驱动电路以进行气体渗透测量。从该图中可以看到，气体渗透传感器的集成不需要OLED的架构有实质的设计变化。一些情况下，沿覆盖OLED的封装的边缘布置气体渗透传感器，可能足以进行气密性测量。
PMOLED对于文本和图标而言最高效，并最适用于诸如在蜂窝电话、PDA与MP3播放器中所用的小屏幕(对角线2到3英寸)。即使带有外部电路，PMOLED仍比当前用于所述器件的LCD消耗的电池功率更少。另一方面，为了更多高要求的显示应用，可使用有源矩阵OLED(AMOLED)。AMOLED具有全层的阴极、有机分子与阳极，但阳极层覆盖在形成矩阵的薄膜晶体管(TFT)阵列的上方。TFT阵列本身是确定哪个像素接通以形成图像的电路。通常，因为TFT阵列比外部电路需要更少的功率，AMOLED消耗的功率比PMOLED更少，因此AMOLED对于大显示器而言更高效。对于视频，AMOLED还具有更快的刷新率。AMOLED的最佳应用是计算机监视器、大屏幕TV以及电子标志(sign)或广告牌。气体渗透传感器可以以与上述的PMOLED类似的方式集成到AMOLED的架构中。
依据说明性实施例描述了本发明，且需要明白，在不脱离由所附权利要求所设定的本发明的精神与范围的情况下，可以做出变化与更改。

Claims (88)

1.一种封装器件，其包括：
底基板，
电子元件，其布置于所述底基板上并装在保护该电子元件免受湿气和/或氧气侵蚀的封装内部，以及
至少一个气体渗透传感器，其布置于所述底基板上并装在所述封装中，所述气体渗透传感器能够测量气体进入所述封装的渗透，其中，所述至少一个气体渗透传感器的每一个包括：
导电感测元件，其包括湿气和/或氧气敏感材料，其中，所述敏感材料与湿气和/或氧气的反应导致所述感测元件的电阻/电导率的变化，以及
电气连接器，其能够将所述感测元件连接到信号评估单元。
2.如权利要求1所述的器件，其中，所述封装内布置有多个所述气体渗透传感器。
3.如权利要求2所述的器件，其中，所述多个气体渗透传感器以规则的网格布置在所述电子元件周围。
4.如权利要求2或3所述的器件，其中，所述多个气体渗透传感器布置于所述封装的边缘附近。
5.如权利要求4到6的任一项所述的器件，其中，每个所述气体渗透传感器与邻近的传感器隔开至少大约1cm的距离。
6.如权利要求1到5的任一项所述的器件，其中，所述至少一个气体渗透传感器的每一个与所述电子元件隔开大约1μm与大约100μm之间的距离。
7.如权利要求1到6的任一项所述的器件，其中，所述气体渗透传感器布置于所述封装内的未被所述电子元件占据的位置。
8.如权利要求1到7的任一项所述的器件，其中，在所述至少一个气体渗透传感器与所述电子元件之间夹有电绝缘材料。
9.如权利要求8所述的器件，其中，所述电绝缘材料选自于聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及聚氯乙烯。
10.如权利要求1到9的任一项所述的器件，其中，所述至少一个气体渗透传感器具有与所述电子元件至少基本上相同的至少一个物理或物理化学性质。
11.如权利要求10所述的器件，其中，所述至少一个物理或物理化学性质选自于下列的一组，该组包括所述至少一个传感器的可以触及的表面的大小、表面积对体积的比以及与湿气和/或氧气的反应性。
12.如权利要求1到11的任一项所述的器件，其中，所述感测元件包括水和/或氧气敏感材料，该材料选自于导电有机聚合物、金属、金属合金、金属氧化物以及它们的混合物和组合。
13.如权利要求12所述的器件，其中，所述感测元件包括选自钙、铁、镁及它们的组合的金属。
14.如权利要求12所述的器件，其中，所述导电的有机聚合物选自于聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯撑、聚乙烯吡啶、噻吩-联吡啶共聚物、聚吡啶、聚联吡啶、聚亚苯基有机金属化合物及它们的组合。
15.如权利要求12所述的器件，其中，所述金属氧化物选自于In2O3、SnO2、VO2、CrO2、MoO2、LiMn2O4、Cd2SnO4、CdIn2O4、Zn2SnO4与ZnSnO3、Zn2In2O5以及它们的组合。
16.如权利要求1到15的任一项所述的器件，还包括覆盖所述传感器的所述感测元件的至少一部分的保护层。
17.如权利要求16所述的器件，其中，所述保护层包括选自于金属、金属合金、金属氧化物、金属氧化混合物、金属氮化物、有机聚合物及其组合。
18.如权利要求1到17的任一项所述的器件，还包括涂敷于所述感测元件的至少一个表面的衬垫层。
19.如权利要求18所述的器件，其中，所述衬垫层夹在所述感测元件与所述底基板之间。
20.如权利要求18或19所述的器件，其中，所述衬垫层包括可被气体充分渗透的有机聚合物。
21.如权利要求20所述的器件，其中，所述有机聚合物选自于丙烯酸聚合物、聚对二甲苯类聚合物(对二甲苯基)及其衍生物。
22.如权利要求18或19所述的器件，其中，所述衬垫层包括无机聚合物。
23.如权利要求22所述的器件，其中，所述无机聚合物包括硅橡胶聚合物。
24.如权利要求1到23的任一项所述的器件，其中，所述电气连接器包括至少两个电极，所述电极延伸穿过所述封装，从而提供用于与所述信号评估单元接触的暴露部。
25.如权利要求1到24的任一项所述的器件，其中，所述封装包括多层膜。
26.如权利要求25所述的器件，其中，所述多层膜包括具有低的湿气和/或氧气渗透性的至少一个阻障层。
27.如权利要求26所述的器件，其中，所述至少一个阻障层包括选自于金属、金属氧化物、陶瓷氧化物、无机聚合物、有机聚合物以及它们的混合物与组合的材料。
28.如权利要求27所述的器件，其中，所述有机聚合物选自于环氧聚合物、聚硫化物、硅橡胶以及聚氨酯。
29.如权利要求25到28的任一项所述的器件，其中，所述多层膜包括其中分布有反应性纳米粒子的至少一个层，所述反应性纳米粒子能够与湿气和/或氧气相互作用以延缓所述湿气和/或氧气渗透进入所述封装。
30.如权利要求29所述的器件，其中，所述反应性纳米粒子通过化学反应与湿气和/或氧气相互作用。
31.如权利要求30所述的器件，其中，所述纳米粒子包括选自于金属、金属氧化物及其组合的材料。
32.如权利要求31所述的器件，其中，所述纳米粒子包括选自于Al、Ti、Mg、Ba以及Ca的金属。
33.如权利要求31所述的器件，其中，所述纳米粒子包括选自于TiO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、BaO、SrO、CaO、MgO、VO2、CrO2、MoO2以及LiMn2O4的金属氧化物。
34.如权利要求31所述的器件，其中，所述纳米粒子包括选自于锡酸镉(Cd2SnO4)、铟酸镉(CdIn2O4)、锡酸锌(Zn2SnO4与ZnSnO3)以及锌铟氧化物(Zn2In2O5)的透明导电氧化物。
35.如权利要求29所述的器件，其中，所述反应性纳米粒子通过吸附与湿气和/或氧气相互作用。
36.如权利要求35所述的器件，其中，所述纳米粒子包括碳纳米管。
37.如权利要求29到36的任一项所述的器件，其中，所述多层膜还包括能够阻碍所述湿气和/或氧气渗透进入所述封装的惰性纳米粒子。
38.如权利要求37所述的器件，其中，所述惰性纳米粒子选自于下列材料，这些材料包括金、铜、银、铂、硅石、硅灰石、多铝红柱石、蒙脱石、硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃、氟硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硅酸钙玻璃、钙铝硅酸盐玻璃、钙铝氟硅酸盐玻璃、碳化钛、碳化锆、氮化锆、碳化硅、氮化硅、金属硫化物及它们的组合。
39.如权利要求1到38的任一项所述的器件，其中，所述底基板包括聚合材料。
40.如权利要求39所述的器件，其中，所述聚合材料包括选自于聚碳酸酯、聚乙烯、聚醚砜、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、聚氨酯以及聚丙烯酸酯的有机聚合物。
41.如权利要求39所述的器件，其中，所述聚合材料包括选自于硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、双环戊二烯合铁、聚二氯膦腈及其衍生物的无机聚合物。
42.如权利要求1到41的任一项所述的器件，其中，所述封装包括布置于围绕所述传感器的粘合层上的盖基板。
43.如权利要求42所述的器件，其中，所述封装内限定有中空的空间。
44.如权利要求43所述的器件，其中，所述中空的空间内填充有惰性气体。
45.如权利要求42到44的任一项所述的器件，其中，所述盖基板和/或所述底基板包括选自于玻璃、铟锡氧化物以及透明塑料的材料。
46.如权利要求1到45的任一项所述的器件，其中，所述电子元件耦接于第一驱动电路，且所述气体渗透传感器耦接于第二驱动电路。
47.如权利要求1到45的任一项所述的器件，其中，所述电子元件与气体渗透传感器耦接于公共驱动电路。
48.如权利要求1到47的任一项所述的器件，还包括信号评估单元，所述信号评估单元耦接于所述传感器以测量与所述传感器的电阻相关联的属性。
49.如权利要求48所述的器件，还包括能够显示与已渗入所述封装中的湿气和/或氧气的量相关联的定量值的显示单元。
50.如权利要求48或49的任一项所述的器件，还包括反馈控制器，其中，所述反馈控制器耦接于所述信号评估单元，以从所述信号评估单元接收反馈以控制供给所述电子元件的电能。
51.如权利要求50所述的器件，其中，所述反馈控制器随着气体渗透进入所述封装的程度的增加而增加供给所述电子元件的电能。
52.如权利要求1到51的任一项所述的器件，其中，所述电子元件选自于有机发光器件(OLED)、电荷耦合器件(CCD)、微机电传感器(MEMS)、有机薄膜晶体管(TFT)以及太阳能电池。
53.一种如权利要求1到52的任何一项所述的封装器件的制造方法，该方法包括：
提供底基板以用于在所述底基板上面形成电子元件，
在所述底基板上形成电子元件，
在真空下在所述底基板上形成至少一个气体渗透传感器，所述气体渗透传感器能够测量气体进入封装的渗透，以及
在所述电子元件与所述传感器上方形成封装。
54.如权利要求53所述的方法，其中，所述在真空下在底基板上形成至少一个气体渗透传感器的步骤在大约10-6到大约10-7mbar之间的低压下进行。
55.如权利要求53或54所述的方法，还包括以氧气等离子体来清洗所述基板的表面。
56.如权利要求53到55的任一项所述的方法，其中，所述电子元件在真空下形成于所述底基板上。
57.如权利要求53到56的任一项所述的方法，其中，所述电子元件通过喷墨印刷形成。
58.如权利要求53到57的任一项所述的方法，其中，所述电子元件选自于有机发光器件(OLED)、电荷耦合器件(CCD)、微机电传感器(MEMS)、有机薄膜晶体管(TFT)以及太阳能电池。
59.如权利要求53到58的任一项所述的方法，其中，在所述电子元件形成于所述底基板上之后，所述底基板在形成所述传感器之前在惰性气氛下被转移到装配区。
60.如权利要求53到59的任一项所述的方法，其中，形成所述封装包括：
在所述电子元件与所述气体渗透传感器上方形成其中分布有反应性纳米粒子的至少一个层，所述反应性纳米粒子包括能够与湿气和/或氧气相互作用以延缓所述湿气和/或氧气渗透进入所述封装的材料。
61.如权利要求60所述的方法，还包括：
在所述反应性纳米粒子的层上方涂敷紫外光可固化粘合剂，
将盖基板附着到所述粘合剂上，以及
使所述粘合剂暴露于紫外光，从而使所述粘合剂固化。
62.如权利要求53到61的任一项所述的方法，其中，在真空下进行形成所述电子元件、形成所述气体渗透传感器以及形成所述封装的步骤。
63.一种用于制造如权利要求1到52的任一项所限定的封装器件的系统，该系统包括其中布置有下述部件的真空室：
固持夹具，其布置于所述真空室内以用于接纳样品，
与所述真空室连接的加载互锁室，所述加载互锁室适用于将所述样品转移到所述固持夹具上，
等离子体源，其能够发出用于清洗所述样品的等离子体，
至少第一材料源以及第二材料源，所述第一材料源适用于在所述样品上形成气体渗透传感器，所述第二材料源适用于在所述样品上方形成封装，
线性运动驱动器，其能够将法向力施加到所述固持夹具上的所述样品上，
加热器，其耦接于所述固持夹具以用于加热所述样品，以及
UV源，其用于使UV可固化聚合物固化。
64.如权利要求63所述的系统，其中，所述真空室包括多个串联的子腔室。
65.如权利要求64所述的系统，其中，所述第一材料源与所述第二材料源各自与单独的所述子腔室连接。
66.如权利要求63到65的任一项所述的系统，其中，所述加载互锁室包括可以在所述多个串联的子腔室中活动的可延长臂。
67.如权利要求63到66的任一项所述的系统，其中，所述线性运动驱动器能够将大约40psi到大约80psi之间的压强施加到存在于所述固持夹具上的所述样品上。
68.如权利要求63到67的任一项所述的系统，还包括相对于所述固持夹具固定地布置的轨道，该轨道用于引导所述线性运动驱动器朝着所述固持夹具运动。
69.一种用于确定布置于如权利要求1到52的任何一项所限定的封装器件内部的电子元件的状况的方法，所述方法包括：
测量布置于所述封装内的所述气体渗透传感器的电导率/电阻，
从所述传感器的电导率/电阻确定已渗入所述封装器件的封装中的所述湿气和/或氧气的量，以及
将已渗入所述封装器件的封装中的所述湿气和/或氧气的量与所述电子元件的状况相关联。
70.如权利要求69所述的方法，还包括估计所述封装器件中的所述电子元件的电气和/或物理属性以确定所述电子元件是否起作用的步骤。
71.如权利要求69或70所述的方法，其中，将已渗入所述封装器件的封装中的所述湿气和/或氧气的量与所述电子元件的状况相关联包括：
确定所述电子元件可被暴露的所述湿气和/或氧气的阈值量，
比较已渗入所述封装中的所述湿气和/或氧气的量与所述阈值量，以及
确定所述电子元件的剩余使用寿命。
72.如权利要求69到71的任一项所述的方法，还包括将所述传感器耦接到信号评估单元。
73.如权利要求72所述的方法，其中，对所述封装器件执行所述方法以评估所述封装的完整性。
74.如权利要求72所述的方法，其中，当已渗入所述封装中的所述湿气和/或氧气的量超过所述阈值量时，认为所述封装器件已恶化到不能可靠地正常持续工作的程度。
75.如权利要求74所述的方法，其中，对不起作用的电子元件上执行所述方法，以确定破损的封装是否为引起所述电子元件的故障的原因。
76.一种用于确定封装器件中的电子元件的状况的系统，所述系统包括：
信号评估单元，其适合耦接于如权利要求1到52的任何一项所限定的封装器件的所述传感器，所述信号评估单元能够测量与所述传感器的电导率/电阻相关联的属性。
77.如权利要求76所述的系统，还包括计算机，该计算机将与所述传感器的电导率/电阻关联的所述属性以及与气体进入所述封装器件的所述封装的渗透相关联的定量值相关联。
78.如权利要求76或77所述的系统，还包括用于显示与气体进入所述封装器件的封装的渗透关联的所述定量值的显示单元。
79.如权利要求76到78的任一项所述的系统，还包括耦接于所述封装器件中的所述电子元件的驱动电路。
80.如权利要求79所述的系统，其中，所述信号评估单元包括于所述驱动电路中。
81.一种能够保护氧气和/或湿气敏感物体的包装，所述包装包括：
具有低的氧气和/或湿气渗透性的底基板，以及
布置于所述底基板上的至少一个气体渗透传感器，所述气体渗透传感器能够测量气体通过所述底基板的渗透，其中，所述至少一个气体渗透传感器的每一个包括：
导电感测元件，该导电感测元件包括湿气和/或氧气敏感材料，其中所述敏感材料与湿气和/或氧气的反应导致所述感测元件的电阻/电导率的变化，以及
电气连接器，其能够将所述感测元件连接到信号评估单元。
82.如权利要求81所述的包装，其中，所述底基板适用于形成其中布置有要保护的所述氧气和/或湿气敏感物体的封装的至少一部分。
83.如权利要求82所述的包装，其中，所述气体渗透传感器布置于所述底基板的面向所述封装的一侧。
84.如权利要求81到84的任一项所述的包装，其中，所述底基板包括于窄条包装、起泡包装、可预填充注射器、药剂管、注射药物的小瓶、安瓿、可预填充吸入器、静脉注射容器、瓶子、封闭盖/喷口盖或投药容器中。
85.如权利要求81到84的任一项所述的包装，其中，所述气体渗透传感器耦接于信号评估单元。
86.如权利要求85所述的包装，所述信号评估单元包括能够显示与已通过所述底基板渗透的所述湿气和/或氧气的量关联的定量值的显示单元。
87.如权利要求86所述的包装，要保护的物体选自于电子元件、药品、食品以及诊断化学品。
88.一种能够适用于形成封装以保护氧气和/或湿气敏感物体的包装叠层，所述包装叠层包括：
具有低的氧气和/或湿气渗透性的底基板，以及
布置于所述底基板上的至少一个气体渗透传感器，所述气体渗透传感器能够测量气体通过所述底基板的渗透，其中，所述至少一个气体渗透传感器的每一个包括：
导电感测元件，该导电感测元件包括湿气和/或氧气敏感材料，其中，所述敏感材料与湿气和/或氧气的反应导致所述感测元件的电阻/电导率的变化，以及
电气连接器，其能够将所述感测元件连接到信号评估单元。
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