CN102270742B

CN102270742B - 一种有机光电器件封装器及器件封装方法

Info

Publication number: CN102270742B
Application number: CN 201110250210
Authority: CN
Inventors: 于军胜; 钟建; 高娟; 蒋亚东
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: CN102270742A

Abstract

本发明公开了一种有机光电器件封装器及封装方法，本发明属于有机电子元器件中光电器件领域，解决有机光电器件封装问题。该有机光电器件封装器包括密封腔(12)、按钮(1)、定位底座(2)、可旋转垫片(3)以及气体填充导管(4)；阻止基板移动的定位底座(2)、可旋转垫片(3)设置在密封腔(12)内；可旋转垫片通过置于密封腔外面的旋钮来控制；高纯惰性气体量由通过置于密封腔外的气体填充阀门(5)来控制。该光电器件封装器与传统封装设备相比，不需经过手套箱就能直接向密封密封腔充入高纯惰性气体，提高了光电器件的基板与盖板间的惰性气体纯度，加强了盖板和基片的紧密贴合程度，并且保证了封装精度，从而使有机光电器件的寿命得到提高。

Description

一种有机光电器件封装器及器件封装方法

技术领域

本发明属于有机电子元器件中光电器件领域，确切地说涉及一种有机光电器件的封装器及其封装方法。

背景技术

早在1987年，C. W. Tang发现在氩气氛围、恒定电流（5 mA/m²）、初始亮度为（50 cd/m²）的工作条件下，器件亮度在最初较短的工作时间以较快的速率衰减，器件连续工作100 h后，亮度降至初始亮度的一半；同时，器件的驱动电压从6 V逐渐增加到14 V，发光区伴随着形成非发光的黑斑。当时把这个现象归结为电极接触的失效。继C. W. Tang之后，L. M. Do等人采用多种原位、实时的分析手段，对有机电致发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）失效的过程进行了全面、细致的观察和研究。发现器件工作时产生的热引起气体膨胀，使有机层形成裂缝并氧化Al电极；证实了黑斑是气体膨胀鼓起Al电极而形成的半球形气泡；还观察到TPD无定形薄膜在室温空气中存放会导致薄膜结晶的现象。

目前通过对有机电致发光二极管OLED失效的全过程显微动态观察，发现器件工作时，最明显的失效现象就是发光区出现黑斑和辐射环以及在阴极表面出现气泡现象。黑斑在器件工作时不断扩大并相互连成一片，最终布满整个发光区域。气泡由小变大，由少变多，逐渐使阴极剥离，最终导致整个器件完全失效。

有机太阳能电池（Organic Photovoltaic Cell，OPVC）是新一代能源。相对于无机太阳能电池具有许多优点：设备成本低、原材料用量少、电性能可调等，但有机太阳能电池有不可忽视的缺点：有机材料易受潮而失效，且不易封装严密，封装破损会使得器件失效。同理而言，有机激光器、有机薄膜晶体管及其有机结合的一体化器件同样也存在易受潮而使器件失效的缺点。

因此，寻找适合有机光电器件的封装系统及封装方法，决定着有机光电器件的寿命和生产成本，是当前有机光电子领域的紧迫课题。

常规有机光电器件的封装方法是将制备好有机光电器件的基板由与手套箱连接处的阀门传递至充满了惰性气体的手套箱中，封装盖板及封装胶由真空室送入手套箱，封装胶预先按要求调好黏度及胶宽等参数。先按照器件的尺寸将封装胶均匀地涂覆在盖板四周；之后将涂有封装胶的盖板均匀地盖在制备有光电器件的基板上；然后放置在手套箱内静置24小时自然固化，或者采用紫外曝光使封装胶固化。常规封装方法在手套箱完成，手套箱中的水氧氛围不易控制，这种封装工艺存在不能够保证光电器件和盖板之间的紧密结合、不能有效的降低盖板及基板间的水汽渗透率、封装胶中的气泡也不能完全避免，器件易受氧气、水分和温度的影响，导致器件使用寿命不尽人意。因此，改善OLED等器件的封装工艺，对器件稳定性及寿命的提高具有重要的指导作用。

发明内容

为克服现有有机光电器件封装方法封装紧密度差、不能降低水汽渗透率、封装效果差和使用寿命低等缺点，本发明的目的在于提供一种有机光电器件封装器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种有机光电器件封装器，包括旋钮、密封腔、气体填充导管、气体填充阀门，其特征是：密封腔内设置有阻止基板移动的定位底座、阻碍盖板与基板结合的可旋转垫片，可旋转垫片通过置于密封腔外的旋钮控制，可旋转垫片安装在阻止基板移动的定位底座上方。

所述定位底座的大小尺寸与所述基片和盖板大小一致。

所述定位底座用于放置基板，可旋转垫片用于阻碍盖板与基板结合。

所述气体填充导管与密封腔连通，高纯惰性气体通过气体填充导管能进入到密封腔内。

所述基板和盖板是透明玻璃、有机材料板、薄膜和金属板中的一种或者它们的复合板。

所述高纯惰性气体是氮气、氩气中的一种或它们的混合气体。

所述高纯惰性气体填充导管通过气体填充阀门控制通入高纯惰性气体量。

所述有机光电器件包括有机电致发光器件、有机光伏器件、有机激光器、有机薄膜晶体管及它们有机结合的一体化器件。

所述有机光电器件封装器与手套箱相连。

本发明的又一目的在于提供基于所述有机光电器件封装器封装器件的方法。所述方法的步骤如下：

①先使用“吹气法”降低手套箱内水汽和氧气的含量低于3 PPM （即对手套箱抽真空的同时充入惰性气体），并使手套箱保持此气氛；

②将特制的盖板经过等离子处理后，由装载室传送至充满惰性气体的手套箱中，贴好固体干燥剂片并按照设计好的程序在盖板上涂好环氧树脂紫外曝光胶；

③将定位底座推入密封腔内，将设置有制备好的有机光电器件的基板经由装载室传送至手套箱内，再将其放入密封腔中的定位底座内，设置了有机光电器件的那一面朝上；

④通过置于密封腔外的旋钮打开可旋转垫片，使垫片头部位于定位底座上方5 mm处；

⑤将盖板凹槽那面向下放入真空定位底座内基片的上方，由于垫片的作用，盖板和基片之间并没有合上；

⑥关闭密封腔，并对密封腔抽真空，使得密闭腔处于真空状态，关上垫片，使得盖板和基板完全重合在一起；

⑦通过高纯惰性气体导管向密封腔内通入高纯惰性气体，由于环氧树脂紫外光固化胶封闭区内外压强差，使得盖板和基板紧密、均匀且完全的结合在一起；

⑧反复对密封腔抽真空和充入惰性气体2～3 次，充分排净密封腔内及环氧树脂紫外光固化胶本身的水汽和氧气，使得盖板和基板之间结合更紧密、均匀；

⑨从手套箱和密封腔之间的阀门处将结合在一起的盖板和基板从密封腔中取出，送入放置在手套箱内的紫外曝光机内，用铝箔将有机光电器件部分挡住以避免紫外光对器件的影响，然后进行曝光使环氧树脂固化；

⑩从手套箱中取出步骤⑨中的器件，并测试器件的光电特性参数。

有益效果：

①本发明改进了传统封装设备，不需要经过手套箱就能直接向密封腔充入高纯惰性气体，提高了进入密封腔、光电器件的基板与盖板间的惰性气体纯度；反复的对真空密封腔抽真空和充入惰性气体、外部提供多次压强差，加强了盖板和基片的紧密贴合程度；

②采用独特的盖板和性能优良的干燥片，有效降低器件的水、氧渗透率，从而使有机光电器件的寿命大大提高。该光电器件封装器与传统封装设备相比，不需经过手套箱就能直接向密封密封腔充入高纯惰性气体，加强了盖板和基片的紧密贴合程度，并且保证了封装精度，从而使有机光电器件的寿命得到提高。

附图说明

图1是本发明有机光电器件封装器的剖视图；

图2是本发明有机光电器件封装器的侧视图；

图3是本发明有机光电器件封装器的俯视图；

图4是有机光电器件封装工艺示意图；

其中1是旋钮，2是定位底座，3是可旋转垫片，4是高纯惰性气体填充导管，5是气体填充阀门，6是基板，7是有机光电器件，8是环氧树脂胶，9是干燥剂片，10是盖板，11是真空压力。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明所提供的一种有机光电器件封装器包括旋钮1、定位底座2、可旋转垫片3、高纯惰性气体填充导管4、气体填充阀门5。如图4所示，有机光电器件7设置在基板上，盖板10上设置了环氧树脂胶8、干燥剂片9，将设置了有机光电器件7的基板6放置在定位底座2中，再将定位底座2放进密封腔12内，通过旋钮1打开可旋转垫片3，再将设置了环氧树脂胶8、干燥剂片9的盖板放置在可旋转垫片3上，关闭密封腔，对密封腔抽真空，通过旋钮1移开可旋转垫片3，使盖板10在真空压力11的作用下，与基板6无错位紧密结合；打开气体填充阀门5，通过高纯惰性气体填充导管4向密封腔充入高纯惰性气体，打开系统与手套箱之间的阀门，将封装好的器件放进紫外曝光机内进行曝光之后，完成封装。

基板和盖板的制备方法一：

①依次用洗涤剂、丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水对透明导电基板ITO玻璃和透明盖板玻璃进行超声清洗，清洗之后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO薄膜作为器件的阳极层，ITO薄膜的方块电阻为10～15 Ω/sq，膜厚为1500 ?；

②将干燥后的基板和盖板移入高真空室，在气压为20 Pa的氧气和氩气环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子轰击预处理10 min，溅射功率为～20 W；

③将处理后的基板转移至有机真空蒸发腔，待腔内气压低于4×10^-4 Pa，开始进行有机薄膜的蒸镀。按照器件结构依次蒸镀的空穴注入层：CuPc为200 ?，空穴传输层：α-NPD为600 ?，发光层：Alq₃ (400 ?):C545T (x %)，电子传输层：Alq₃ (200 ?)，各有机层的蒸镀速率1 ? /s，蒸镀速率及厚度由安装在基板附近的膜厚仪监控；

④在有机层蒸镀结束后将基板传送至金属真空蒸发室中进行金属电极的制备。其气压应低于3×10^-3 Pa，蒸镀速率为~3 ? /s，Al膜层厚度为100 nm。蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

基板和盖板的制备方法二如下：

ⅰ依次用洗涤剂、丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水对透明导电基板ITO玻璃和透明盖板玻璃进行超声清洗，清洗之后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO薄膜作为器件的阳极层，ITO薄膜的方块电阻为10～15 Ω/sq，膜厚为1500 ?；

ⅱ将处理后的透明衬底置于甩胶机上进行空穴注入层PEDOT:PSS的旋涂，通过甩胶机的转速和时间来控制旋涂膜的厚度；

ⅲ将基板转移入高真空室，在气压为20 Pa的氧气和氩气环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子轰击预处理10 min，溅射功率为～20 W；

ⅳ将处理后的基板转移至有机真空蒸发腔，待腔内气压低于4×10^-4 Pa，开始进行有机薄膜的蒸镀。按照器件结构依次蒸镀的空穴注入层：空穴传输层：NPB为600 ?，发光层：AND (400 ?):DPAVBi (x %)，电子传输层：Alq₃ (200 ?)，各有机层的蒸镀速率1 ?/s，蒸镀速率及厚度由安装在基板附近的膜厚仪监控；

ⅴ在有机层蒸镀结束后将基板传送至金属真空蒸发室中进行金属电极的制备。其气压应低于3×10^-3 Pa，蒸镀速率为~3 ?/s，Al膜层厚度为150 nm。蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

有机光电器件封装方法如下：

⑥关闭密封腔，并对密封腔抽真空，关上垫片，使得盖板和基板完全重合在一起；

⑧反复对密封腔抽真空和充入惰性气体2～3次，充分排净密封腔内及环氧树脂紫外光固化胶本身的水汽和氧气，使得盖板和基板之间结合更紧密、均匀；

实例一

有机电致发光二极管OLED的封装系统基本结构中，器件基板采用200 mm′200 mm的玻璃基板，封装盖板采用钠钙玻璃刻蚀，密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。整个器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/CuPc (200 ?)/α-NPD (600 ?)/Alq₃ (400 ?):C545T (x %，x=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)/Alq₃ (200 ?)/LiF (10 ?)/Al (1000 ?)。所述器件的基板与盖板的制备与基板和盖板的制备方法一相似，封装方法采用上述有机光电器件封装方法。

实施例二

有机光电器件的封装系统的基本结构中，器件基板采用370 mm′470 mm的玻璃基板，封装盖板采用柔性盖板（如聚对苯二甲酸乙二酯—PET等），密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。整个器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/PEDOT:PSS (200 ?)/NPB (300 ?)/AND (400 ?):DPAVBi(x %, x=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)/Alq₃ (200 ?)/LiF (10 ?)/Al (1500 ?)。所述基板与盖板的制备与基板和盖板的制备方法二相似，封装方法采用上述有机光电器件封装方。

实施例三

有机电致发光二极管OLED的封装系统的基本结构中，器件基板采用柔性基板（如PET等），封装盖板采用柔性基板（如PET等），密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。整个器件结构描述为：柔性衬底/ITO/CuPc (200 ?)/NPB (600 ?)/Alq₃ (400 ?):DCJTB (x %，x=1, 2, 3, 4,5 ,6, 7, 8)/Alq₃ (200 ?)/LiF (10 ?)/Al (1000 ?)。所述基板与盖板的制备与基板和盖板的制备方法一相似，封装方法采用上述有机光电器件封装方。

实施四

有机太阳能电池OPVC的封装系统的基本结构中，器件基板采用玻璃基板，封装盖板采用钠钙玻璃刻蚀，密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。整个器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/CuPc (150 ?)/C60 (400 ?)/Al (1000 ?)。封装方法采用上述有机光电器件封装方。

实施例五

有机太阳能电池OPVC的封装系统的基本结构中，器件基板采用金属基板，封装盖板采用钠钙玻璃刻蚀，密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。整个器件结构描述为：金属衬底/ITO/PEDOT:PSS (200 ?)/MEH-PPV:C60 (800 ?)/LiF (10 ?)/Al (1000 ?)。所述器件的基板与盖板的制备与基板和盖板的制备方法二相似，封装方法采用上述有机光电器件封装方法。

实施例六

有机激光器的封装系统的基本结构中，器件基板采用玻璃基板，封装盖板采用钠钙玻璃刻蚀，密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。整个器件结构描述为：玻璃衬底/底部反射镜(BM)/IVO (71 nm)/MoO₃ (1 nm)/2T-NATA (20 NM)/NPB (66 nm)/Alq₃:DCJTI (40 nm)/TAZ (15 nm)/Alq₃ (35 nm)/LiF (1 nm)/Al (10 nm)/顶部反射镜(TM)。所述器件的基板与盖板的制备与基板和盖板的制备方法一相似，封装方法采用上述有机光电器件封装方法。

实施例七

有机薄膜晶体管OTFT的封装系统的基本结构中，器件基板采用玻璃基板，封装盖板采用钠钙玻璃刻蚀，密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。整个器件结构描述为：玻璃衬底/Ta/Ta₂O₅ (200 ?)/CuPc (800 ?)/ Au(10 ?)。所述器件的基板与盖板的制备与基板和盖板的制备方法一相似，封装方法采用上述有机光电器件封装方法。

实施例八

有机电致发光二极管OLED与有机太阳能电池OPVC一体化器件的封装系统的基本结构中，器件基板采用玻璃基板，封装盖板采用钠钙玻璃刻蚀，密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。OLED器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/CuPc (200 ?)/NPB (600 ?)/Alq₃ (400 ?, x %, x=2, 4, 6, 8, 10):DCM2/Alq₃ (200 ?)/LiF(10 ?)/Al(1000 ?)；OPVC器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/PEDOT:PSS (200 ?)/MEH-PPV:C60 (800 ?)/LiF (10 ?)/Al (1000 ?)。封装方法采用上述有机光电器件封装方。

实施例九

有机电致发光二极管OLED与有机薄膜晶体管OTFT一体化器件的封装系统的基本结构中，器件基板采用玻璃基板，封装盖板采用钠钙玻璃刻蚀，密封胶采用环氧树脂紫外光固化胶。OLED器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/CuPc (200 ?)/NPB (600 ?)/Alq₃ (400 ?, x %, x=2, 4, 6, 8):DCJTB/Alq₃ (200 ?)/LiF (10 ?)/Al (1000 ?)；OTFT器件结构描述为：玻璃衬底/Ta/Ta₂O₅ (200 ?)/CuPc (800 ?)/Au (10 ?)。封装方法采用上述有机光电器件封装方。

以上通过实施例的形式对本发明内容作出的进一步地详细说明，但不应将此理解为本发明的主题范围仅局限于以上所述的实施例。凡基于本明内容所实现的技术均属于本明的范围。

Claims

1.一种有机光电器件封装器，包括旋钮、密封腔、气体填充导管、气体填充阀门，气体填充导管与密封腔连通，高纯惰性气体通过气体填充导管能进入到密封腔内，其特征是：密封腔内设置有阻止基板移动的定位底座(2)、阻碍盖板与基板结合的可旋转垫片(3)，定位底座的大小尺寸与基片和盖板大小一致，基板和盖板是透明玻璃、有机材料板、薄膜和金属板中的一种或者它们的复合板；所述可旋转垫片（3）通过置于密封腔(12)外的旋钮(1)控制，可旋转垫片（3）安装在定位底座(2)上方。

2.根据权利要求1所述的有机光电器件封装器，其特征是，高纯惰性气体是氮气、氩气中的一种或它们的混合气体。

3.根据权利要求1所述的有机光电器件封装器，其特征是，所述有机光电器件封装器与手套箱相连。

4.一种如权利要求1所述的有机光电器件封装器的封装方法，其特征是：所述封装方法的步骤如下：

①先使用“吹气法”降低手套箱内水汽和氧气的含量低于3 PPM 即对手套箱抽真空的同时充入惰性气体，并使手套箱保持此气氛；