CN102445438A - 封装材料的水汽透过率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种封装材料的水汽透过率测试方法，根据由封装材料封闭形成的空腔内的有机电致发光材料与水汽发生化学反应前后光致发光光谱随时间的变化，将光致发光光谱的积分强度随时间的变化换算成封装材料的水汽透过率。可以有效测量OLED的器件的水汽透过率，能实现对传统的OLED和柔性OLED的封装特性进行测量，测量精度可下探到1×10^-6g/m²/day以下，可以更灵敏、精确、快速检测和判断封装材料层的水汽透过率，本方法操作便捷，测量成本低，易于实现自动化在线检测，实用性强。

Description

封装材料的水汽透过率测试方法

技术领域

本发明涉及一种水汽透过率测试方法，特别是一种封装材料的水汽透过率测试方法，属于材料透湿性测量技术领域。

背景技术

有机电致发光器件（Organic Light Emitting Device, OLED）由于具有超轻薄、高亮度、响应快、低功耗、效率高及制作简单等特征，广泛应用于平板显示器，背光模组和照明等领域，其发光原理为在两个电极之间沉积非常薄的有机材料，对该有机发光材料通以直流电使其发光。研究表明，空气中的水汽对OLED的寿命影响很大，其原因主要从以下方面进行考虑:

1. 有机电致发光器件工作时要从阴极注入电子，这就要求阴极功函数越低越好，但做阴极的这些金属如铝、镁、钙等，一般比较活波，易与渗透进来的水汽发生反应。

2. 另外，水汽还会与空穴传输层以及电子传输层(ETL)发生化学反应， 这些反应都会引起器件失效。

因此对OLED进行有效封装，有效阻隔大气中的水汽与器件的各功能层接触，就可以大大延长器件寿命。传统的OLED器件是在刚性基板上制作电极和各有机功能层，对这类器件进行的封装一般是给器件加一个盖板，并将基板和盖板用环氧树脂粘接。这样就在基板和盖板之间形成了一个罩子，把器件和空气隔开，空气中的水分子只能通过基板和盖板之间的环氧树脂向器件内部进行渗透，因此，比较有效地防止了OLED各功能层以及阴极与空气中的水汽发生反应。对OLED进行的封装所用的盖板，通常用玻璃和金属两种材料，整个封装过程在手套箱内完成，手套箱内水汽含量应小于1 ppm。金属盖板既可以阻挡水汽对器件封装的渗透，又可以使器件坚固，但是其不透光性限制了这种封装方法在有机电致发光器件上的应用。另外，用金属盖板进行封装时要特别注意金属盖板不能接触到器件的电极，以免引起短路。盖板封装时需要密封胶，由于密封胶的多孔性，容易使空气中的水分渗透进入器件内部，因此在这种封装方式中，一般在器件内部加入氧化钙或氧化钡作为干燥剂来吸收在涂环氧树脂时和封装时残留的水分。

有机电致发光显示与其他形式的显示相比，有一个重要的优势就是可以实现柔性显示。1992年Gustafsson等人发明了基于PET(ploy ethylene terephthalate)基板上的柔性高分子材料的OLED；1997年Forrest等人发明了柔性小分子材料的OLED。这类显示器件柔软可以变形且不易损坏，可以安装在弯曲的表面，甚至可以穿戴，因而日益成为国际显示行业的研究热点。对于柔性OLED来说，传统的封装方法因为盖板是不可卷曲的，因而是无效的。用薄膜直接封装与传统的玻璃盖封装比起来，器件更薄，而且不必担心在柔性显示时聚合物盖子的磨损，为柔性OLED的发展打下基础。目前，封装层通常采用SiNx、SiOx或者Al2O3等无机材料或者有机材料，也有的封装层采取有机无机材料混合制作成单层或多层结构。要使OLED的寿命超过10000h，达到实际的应用要求，那么，这个器件的封装在39℃，相对湿度为95％的条件下水汽渗透率（WVTR）要小于1×10^-6g/m²/day。如此小的数值的测量对目前较流行的测量手段来说，是一个很大的挑战。

随着OLED等电子器件及产品朝向更人性化更多元化发展的同时，组件结构愈精密，相对的，对于水气的阻抗需求也随之提升。一般用来判定水气阻隔层能力或封装材料少的水气穿透率的指标为水汽透过率(Water Vapor Transmission Rate, WVTR (g/m²/day))。目前普遍使用的水汽透过率测试方法是采用美国MOCON公司的MOCON AQUATRAN透湿仪进行测量。其原理是由待测薄膜将腔室隔为两部分：干燥室和已知特定温湿度的潮湿室，待测薄膜两侧因水气含量不同，形成湿度梯度，水气由潮湿室经扩散作用进入干燥室，并与干燥室原有的干燥气体混合，一起被带到红外线感应器(infrared sensor)探测端，此感应器测量被水气吸收的红外线能量，并将其转换成电信号，电信号强度与水气浓度成正比，再与已知水汽透过率的标准片其电信号强度比较，计算求出待测薄膜的水汽透过率。MOCON AQUATRAN透湿仪的测量极限WVTR只能下探至5×10^-4g/m²/day，而由于水汽透过率对于OLED的器件寿命的非常重要，它的值一般要求达到1×10^-6g/m²/day以下，所以通过MOCON AQUATRAN透湿仪测量不能达到对OLED的水气阻隔层的水汽透过率测试进行精确测量的要求，需要更灵敏的、精确的水汽透过率测试方法来快速检测和判断水气阻隔层是否能达应用规格需求。

发明内容

本发明的目的在于解决已有技术存在的问题，提供一种高精度并可以有效测量OLED的器件的水汽透过率的方法，通过定量分析有机电致发光材料光致发光光谱在整个光谱范围内的积分强度随时间的变化从而计算出用于阻止有机电致发光材料与水汽发生反应的阻水封装层的水汽透过率，能实现对传统的OLED和柔性OLED的封装特性进行测量，可以为OLED的器件寿命提供重要的技术保障。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种封装材料的水汽透过率测试方法，根据由封装材料封闭形成的空腔内的有机电致发光材料与水汽发生化学反应前后光致发光光谱随时间的变化，将光致发光光谱的积分强度随时间的变化换算成封装材料的水汽透过率，封装材料的水汽透过率测试方法的步骤如下：

a. 将ITO刚性基板洗净，烘干，并置于密闭的干燥室中；

b. 在ITO刚性基板的ITO薄膜表面上制备有机电致发光材料层；

c．在有机电致发光材料层上制备金属电极层；

d．将步骤a至c中的各结构层封装在至少由ITO刚性基板和封装材料层构成的密封罩内，形成发光器件单元；

e．将发光器件单元从密闭的干燥室中取出并置于空气中，对发光器件单元的光致光谱进行首次测量并开始计时，获得发光器件单元的光致光谱曲线数据；

f．间隔固定的时间t对发光器件单元的光致光谱进行测量，获得发光器件单元的光致光谱曲线数据；

g．将步骤e至f中所获得发光器件单元的光致光谱曲线数据输入计算模块，计算模块将光致发光光谱曲线数据的变化换算成封装材料的水汽透过率，具体算法如下：将h                                                

定义为封装材料层的厚度，将

定义为步骤e中对发光器件单元进行首次测试的光致光谱的强度，则对发光器件单元进行首次测试的光致光谱在整个光致光谱波长n的范围内的积分强度为

，将

定义为在间隔固定的时间t后对发光器件单元进行再次测试的光致光谱的强度，则在间隔固定的时间t的时间点上对发光器件单元进行再次测试的光致光谱在整个光致光谱波长n的范围内的积分强度为，采用归一化数据预处理技术对步骤e中的光致光谱的强度进行处理，获得单位时间单位面积上已与水汽发生化学反应的有机材料的厚度

，其计算公式如下：

假设ITO刚性基板的水汽透过率为0，根据水的分子量

和有机电致发光材料的平均分子量

，将步骤e中的发光器件单元的光致光谱曲线数据经过换算、修正，得到单位面积上t小时内封装材料的水汽透过率

，水汽透过率

的数据修正根据有机电致发光材料种类不同而采用水汽透过率系数

修正方式，其具体计算公式如下：

上述步骤e中，调节并选择发光器件单元的发光状态，对不同发光状态的光致光谱分别进行测量，获得多次测量数据，封装材料的水汽透过率

为多次测量数据的换算数据平均值。

在上述步骤e和步骤f中，采用荧光分光光度计对发光器件单元进行光致光谱的测量。

上述密闭的干燥室为真空室、惰性气体室、氮气室或还原性气体室。

上述封装密封罩包括ITO刚性基板、盖板及其之间接缝的嵌缝封装胶。

上述ITO刚性基板为柔性基板，封装材料层为封装薄膜。

上述有机电致发光材料为有机电致发光所用的红、绿、蓝三色材料、小分子材料或高分子材料中的任意种类。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 

1.本方法可对OLED的封装特性有关的水汽透过率进行有效地精确测量，测量最小值可达到低于1×10^-6g/m²/day，达到更灵敏、精确、快速检测和判断封装材料层是否能达规格需求，为OLED的寿命提供了有效的测量保障；

2. 本方法适应性强，测试范围广泛，可以对传统的OLED和柔性OLED的封装特性进行测量，可应用于各种有机电致发光器件；

3. 本方法能对OLED器件的水氧渗透率做定性和定量两种分析，为OLED的封装技术的提高具有重要的技术支撑意义；

4. 本方法操作便捷，测量成本低，能够很大程度地降低检测设备投资，易于实现自动化实时在线检测，可对生产有机电致发光器件的工艺流程中进行实时监控，实用性强。

附图说明

图1为本发明封装材料的水汽透过率测试方法的流程图。

图2为本发明第一个实施例的发光器件单元结构图。

图3为本发明第二个实施例的发光器件单元结构图。

图4为本发明第二个实施例的发光器件单元的光致光谱测试结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和对本发明的优选实例进一步说明：

如图1所示，本发明封装材料的水汽透过率测试方法，根据由封装材料封闭形成的空腔内的有机电致发光材料与水汽发生化学反应前后光致发光光谱随时间的变化，将光致发光光谱的积分强度随时间的变化换算成封装材料的水汽透过率，封装材料的水汽透过率测试方法的步骤如下：

a. 将ITO刚性基板1洗净，烘干，并置于密闭的干燥室中；

b. 在ITO刚性基板1的ITO薄膜表面上制备有机电致发光材料层2；

c．在有机电致发光材料层2上制备金属电极层3；

d．将步骤a至c中的各结构层封装在至少由ITO刚性基板1和封装材料层构成的密封罩内，形成发光器件单元；

e．将发光器件单元从密闭的干燥室中取出并置于空气中，对发光器件单元的光致光谱进行首次测量并开始计时，获得发光器件单元的光致光谱曲线数据；

f．间隔固定的时间t对发光器件单元的光致光谱进行测量，获得发光器件单元的光致光谱曲线数据；

g．将步骤e至f中所获得发光器件单元的光致光谱曲线数据输入计算模块，计算模块将光致发光光谱曲线数据的变化换算成封装材料的水汽透过率，具体算法如下：将h

定义为封装材料层的厚度，将

定义为步骤e中对发光器件单元进行首次测试的光致光谱的强度，则对发光器件单元进行首次测试的光致光谱在整个光致光谱波长n的范围内的积分强度为

，将

定义为在间隔固定的时间t后对发光器件单元进行再次测试的光致光谱的强度，则在间隔固定的时间t的时间点上对发光器件单元进行再次测试的光致光谱在整个光致光谱波长n的范围内的积分强度为

，采用归一化数据预处理技术对步骤e中的光致光谱的强度进行处理，获得单位时间单位面积上已与水汽发生化学反应的有机材料的厚度

，其计算公式如下：

假设ITO刚性基板1的水汽透过率为0，根据水的分子量

和有机电致发光材料的平均分子量

，将步骤e中的发光器件单元的光致光谱曲线数据经过换算、修正，得到单位面积上t小时内封装材料的水汽透过率

，水汽透过率的数据修正根据有机电致发光材料种类不同而采用水汽透过率系数

修正方式，其具体计算公式如下：

为了提高封装材料的水汽透过率

的计算结果的精度，最好调整电压，采用发光器件单元的多种发光状态分别测量取平均值的方法。在步骤e中，调节并选择发光器件单元的发光状态，对不同发光状态的光致光谱分别进行测量，获得多次测量数据，封装材料的水汽透过率

为多次测量数据的换算数据平均值。

实施例一：

如图2所示，封装材料层为步骤d中的密封罩的ITO刚性基板1和盖板6之间的接缝的嵌缝封装胶4，对封装材料的水汽透过率

的测试和计算即为对封装胶的水汽透过率

的测试和计算，适于在传统的OLED的封装特性进行测量。传统的OLED器件是在刚性基板上制作电极和各有机功能层，对这类器件进行的封装一般是给器件加一个盖板，并将基板和盖板之间的接缝可用环氧树脂封装胶粘接。由于封装胶的多孔性，容易使空气中的水分渗透进入器件内部，嵌缝封装胶相对于整个密封罩而言形成水汽穿透的薄弱环节，所以对其测试反映了整个发光器件单元的透湿性水平。

实施例二：

如图3所示，ITO刚性基板1为柔性基板，封装材料层为封装薄膜5。对于柔性OLED来说，其封装薄膜5属于可挠性材料，用薄膜直接封装使OLED器件更薄，而且不必担心在柔性显示时聚合物盖子的磨损。柔性封装薄膜相对于整个密封罩而言形成水汽穿透的薄弱环节，所以对其测试反映了整个发光器件单元的透湿性水平，代表了柔性OLED的封装特性。

如图4所示，是对本实施例中的发光器件单元的光致光谱测试得出的结果，T1、T2、T3、T4分别表示测量时间点，各测量时间点依次间隔固定时间段，在制作完成待测发光器件单元的样片后，间隔一定的时间测量样片的光致发光光谱，得到一系列的光致发光光谱数据，通过计算有机电致发光材料光致发光光谱在整个光谱范围内的积分强度可以得出随着时间的推移有机材料光致发光光谱明显减弱，通过进一步的计算可以得出封装薄膜的水汽透过率。如有机电致发光材料薄膜以为例，则单位面积上t小时内封装薄膜5的水汽透过率可表示为：

其中

为水分子的分子量，

为有机电致发光材料

的分子量。

在以上两个实施例中，其步骤e和步骤f中可采用荧光分光光度计对发光器件单元进行光致光谱的测量。为了降低测量仪器的设备集成成本，不需要专门的测试仪器，可以直接利用现有的荧光分光光度计进行测量并获取光致发光管够数据。

在以上两个实施例中，其密闭的干燥室可为真空室、惰性气体室、氮气室或还原性气体室。

在以上两个实施例中，其有机电致发光材料可为有机电致发光所用的红、绿、蓝三色材料、小分子材料或高分子材料中的任意种类。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要是基于光致发光光谱数据变化换算成水汽透过率的原理，只要符合本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种封装材料的水汽透过率测试方法，其特征在于：根据由封装材料封闭形成的空腔内的有机电致发光材料与水汽发生化学反应前后光致发光光谱随时间的的变化，将光致发光光谱的积分强度随时间的变化换算成封装材料的水汽透过率，所述封装材料的水汽透过率测试方法的步骤如下：

a. 将ITO刚性基板（1）洗净，烘干，并置于密闭的干燥室中；

b. 在所述ITO刚性基板（1）的ITO薄膜表面上制备有机电致发光材料层（2）；

c．在所述有机电致发光材料层（2）上制备金属电极层（3）；

d．将所述步骤a至c中的各结构层封装在至少由所述ITO刚性基板（1）和封装材料层构成的密封罩内，形成发光器件单元；

e．将发光器件单元从密闭的干燥室中取出并置于空气中，对所述发光器件单元的光致光谱进行首次测量并开始计时，获得所述发光器件单元的光致光谱曲线数据；

f．间隔固定的时间t对发光器件单元的光致光谱进行测量，获得所述发光器件单元的光致光谱曲线数据；

g．将所述步骤e至f中所获得所述发光器件单元的光致光谱曲线数据输入计算模块，所述计算模块将光致发光光谱曲线数据的变化换算成封装材料的水汽透过率，具体算法如下：将                                                

定义为所述封装材料层的厚度，将

定义为所述步骤e中对发光器件单元进行首次测试的光致光谱的强度，则对所述发光器件单元进行首次测试的光致光谱在整个光致光谱波长n的范围内的积分强度为

，将

定义为在间隔固定的时间t后对所述发光器件单元进行再次测试的光致光谱的强度，则在间隔固定的时间t的时间点上对所述发光器件单元进行再次测试的光致光谱在整个光致光谱波长n的范围内的积分强度为

，采用归一化数据预处理技术对所述步骤e中的光致光谱的强度进行处理，获得所述单位时间单位面积上已与水汽发生化学反应的有机材料的厚度，其计算公式如下：

假设所述ITO刚性基板（1）的水汽透过率为0，根据水的分子量

和有机电致发光材料的平均分子量

，将所述步骤e中的发光器件单元的光致光谱曲线数据经过换算、修正，得到单位面积上t小时内封装材料的水汽透过率

，水汽透过率的数据修正根据有机电致发光材料种类不同而采用水汽透过率系数

修正方式，其具体计算公式如下：

。

2.根据权利要求1所述的封装材料的水汽透过率测试方法，其特征在于：在所述步骤e中，调节并选择发光器件单元的发光状态，对不同发光状态的光致光谱分别进行测量，获得多次测量数据，所述封装材料的水汽透过率

为多次测量数据的换算数据平均值。

3.根据权利要求1或2所述的封装材料的水汽透过率测试方法，其特征在于：所述密封罩包括ITO刚性基板（1）和盖板（6），在所述ITO刚性基板（1）和盖板（6）之间接缝处填实嵌缝封装胶（4）。

4.根据权利要求1或2所述的封装材料的水汽透过率测试方法，其特征在于：所述ITO刚性基板（1）为柔性基板，所述封装材料层为封装薄膜（5）。

5.根据权利要求1或2所述的封装材料的水汽透过率测试方法，其特征在于：在所述步骤e和步骤f中，采用荧光分光光度计对所述发光器件单元进行光致光谱的测量。

6.根据权利要求1或2所述的封装材料的水汽透过率测试方法，其特征在于：所述密闭的干燥室为真空室、惰性气体室、氮气室或还原性气体室。

7.根据权利要求1或2所述的封装材料的水汽透过率测试方法，其特征在于：所述有机电致发光材料为有机电致发光所用的红、绿、蓝三色材料、小分子材料或高分子材料中的任意种类。

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