CN102593371A - 有机电致发光器件的封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机电致发光器件的封装结构，包括有机电致发光器件的基底，在基底的一侧设置有机电致发光器件的阳极、有机层和阴极，至少在所述阴极的外侧设有封装层，所述的封装层是由无机化合物层、聚合-无机杂合物层和聚合物层通过交替重叠沉积形成的复合膜结构，聚合-无机杂合物层设于无机化合物层和聚合物层之间。本发明的薄膜封装结构阶梯覆盖性好，沉积温度低，不会伤害发光器件的有机层，并且结构致密，针孔少，能够有效地阻隔水氧渗透进入器件内部，同时具有柔韧性。在封装层上加工一层保护层既能有效地保护封装层，又能进一步对水、氧阻隔。并且本发明的封装结构工艺简单，适合于器件大面积及柔性器件的卷料生产。

Description

有机电致发光器件的封装结构

技术领域

本发明涉及有机电致发光器件(OLED)的封装结构。

背景技术

有机电致发光器件(OLED)具有功耗低、轻便、亮度高、视野宽以及高对比度和反应快等特点，并且能够很好地实现柔性显示。在过去十多年的时间里有机电致发光器件取得了巨大进展。有机电致发光器件已广泛在智能手机、平板电脑中应用，未来几年将出现大尺寸电视。三星、LG正在筹建8.5代有机电致发光器件生产线，其它显示器厂家也纷纷投入研发。

目前，有机电致发光器件技术发展至今还存在一些问题，器件寿命短在很大程度上限制了有机电致发光器件产业化的进程。有机电致发光器件的寿命一方面与所选用的有机材料的性能及寿命有关，另一方面与发光器件的封装方法有关。引起有机电致发光器件寿命降低的主要因素有：1、有机电致发光器件阴极的金属材料多为化学性质较为活泼的金属，极易在空气中或其它含有氧的气氛中受到侵蚀，特别是在含有水汽的环境中更容易发生电化学腐蚀。有机电致发光器件阴极材料的制作一般采用物理气相沉积法，微小的灰尘颗粒粘附在有机功能层上都极易使阴极材料产生针孔，成为水汽、氧气与有机功能层接触的通道。2、氧气与发光层发生氧化作用生成的羰基化合物是有效的淬灭剂，会显著降低有机电致发光器件的发光量子效率。水汽使有机层化合物发生水解并影响导电性能，导致稳定性大大降低。3、有机电致发光器件工作时产生的热量会进一步加剧有机电致发光器件中的发光材料、辅助材料、电极等在空气中的老化，进而影响器件的使用寿命。为了使有机电致发光器件寿命达到实用要求，要求发光器件封装的水汽渗透率小于10^-6g/(m²·d)，氧气渗透率小于10^-5～10^-3g/(m²·d)。在实际工作时，阴极被腐蚀10％就会严重影响器件的工作。

传统的有机电致发光器件封装技术是对刚性基板(玻璃或金属)上制作的电极和各有机功能层进行封装。这种封装方式一般是给发光器件加一个盖板，在盖板内侧贴附干燥剂，通过环氧树脂等密封胶将基板和盖板结合。封装盖板主要分为金属盖板和玻璃盖板两大类，金属盖板即可以阻挡水、氧等成分对发光器件封装的渗透，又可以使器件坚固，但是其不透光性、重量及成本问题限制了这种封装方法在有机电致发光器件上的应用。玻璃盖板具有优良的化学稳定性、电绝缘性、致密性，但其机械强度差，容易产生微裂纹，且大尺寸盖板容易产生变形。传统有机电致发光器件封装需要密封胶，由于密封胶的多孔性，空气中的水分容易渗透进入器件内部，产生黑点。传统的有机电致发光器件封装技术虽然有效但很笨拙，并且成本高，如果有机电致发光器件还是采用这些机械部件来封装，很难在价位上与液晶显示器(LCD)竞争。

薄膜封装能够有效地阻隔水氧、降低器件厚度及成本。薄膜封装不再使用金属或玻璃盖板、密封胶和干燥剂，由此带来的优点有：1、显示器的重量和厚度减半；2、用薄膜湿气隔离层来替代机械封装件，大大降低了成本；3、如果薄膜封装材料为透明材料，有机电致发光器件制造商完全可以撇弃光被TFT晶体管阻挡的底部发光方式，采用顶部发光方式，有效的提高发光效率和分辨率；4、薄膜封装为柔性显示技术带来突破性的进展。因此台湾工研院-产业经济与趋势研究所把薄膜封装列为大尺寸有机电致发光器件封装制程技术的发展趋势。

薄膜封装按材料类型主要分为无机材料封装、有机材料封装、有机/无机材料封装。芬兰倍耐克公司开发的nClear封装层封装效果优秀，但是封装层全是无机材料，在柔性封装应用上有一定难度；单一的有机材料封装很难有效阻隔水氧；有机/无机材料组合的薄膜封装效果优秀，适合在柔性上应用。

专利号为02149122.4的发明专利“一种有机电致发光器件的封装层及其制备方法和应用”，公开了一种有机电致发光器件的封装层及其制备方法，并介绍了其封装层的应用。该封装层位于器件一侧或两侧，包括有聚合物材料层和陶瓷材料层以一定周期数n交替重叠组成的薄膜层，还包括位于薄膜层上的一层有机绝缘材料厚膜层，厚膜层的厚度为10～1000um。该专利中的聚合物材料层需将未聚合的聚合物单体蒸镀到器件上，再经紫外线照射原位聚合成平整的固态薄膜，这样就增加了工艺复杂性和设备成本，并且难以实现柔性卷料的生产。Vitex Systems公司开发的Barix封装层，需在多腔室内用不同方法完成聚合物/无机薄膜的沉积，部分聚合物还需要UV固化形成薄膜，这种方式操作步骤多，处理周期长，且常用的物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等方法生产无机绝缘薄膜所需要的较高温度对器件有机层有一定的损伤，并且容易产生针孔。

发明内容

本发明提供了一种有机电致发光器件的封装结构，这种封装结构致密，针孔少，能够有效地阻隔水氧渗透进入器件内部，同时能够有效缓解有机材料和无机材料膜层间存在的应力，增强其连接性能，满足刚性、柔性基板器件应用的要求，并且工艺简单，适合于器件大面积及柔性器件的卷料生产。

本发明的有机电致发光器件的封装结构，包括有机电致发光器件的基底，在基底的一侧设置有机电致发光器件的阳极、有机层和阴极，至少在所述阴极的外侧设有封装层，所述的封装层是由无机化合物层、聚合-无机杂合物层和聚合物层通过1～20次的交替重叠沉积形成的复合膜结构，其中聚合-无机杂合物层设于无机化合物层和聚合物层之间。聚合物层能有效的弥补无机化合物层的材料脆性缺点，使其能够应用于柔性显示器件，有机-无机化合物层能良好的连接无机化合物层和聚合物层，消除聚合物层和无机化合层之间的应力，增强相互的连接性能。

进一步的，所述的无机化合物层通过原子层沉积形成，聚合-无机杂合物层通过分子层沉积和原子层沉积形成，聚合物层通过分子层沉积形成。原子层沉积和分子层沉积已经是目前较为成熟且本领域技术人员都有了解的技术。因为原子层沉积和分子层沉积的温度低，因此在沉积薄膜时不会伤害器件中的有机层，并且成膜结构致密，能够有效地阻隔水氧渗透进入器件内部。

具体的，所述的基底为玻璃、金属或塑料。其中金属基底的成本较高，在生产中使用较少。塑料基底可以采用聚酯类或聚酰亚胺类化合物的材料。当基底为玻璃时，只需在有机电致发光器件的阴极外侧进行封装即可。

在此基础上，当基底为塑料时，所述的封装层分别设于阴极的外侧，和基底与阳极之间。这是因为塑料基底不能有效地防止水氧渗透，所以需要在有机电致发光器件的两个侧面进行沉积设置，确保水氧渗透率满足器件使用寿命要求。

具体的，所述的无机化合物层由陶瓷构成，所述的陶瓷为氧化物、氮化物或氮氧化物中的一种，无机化合物层厚为2～20nm(纳米)，优选4～10nm。优选的陶瓷材料为Al₂O₃、SiO_x(x＝l或2)、Si₃N₄、SiN_xO_y(0＜x≤1，0＜y≤1)、AlN、MgO、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅、La₂O₃、ZnO、TaN、TiO₂、TiN中的一种材料。

具体的，所述的聚合-无机杂合物层是由含烷基的有机金属化合物与含两个羟基的有机醇类反应而成，如缩水甘油、乙二醇等。其反应式为：

(1)MR^*+HOR`OH→MOR`OH^*+RH

(2)R`OH<sup>*</sup>+MR<sub>x</sub>→R`OMR_x-1 ^*+RH

其中MR^*、MR_x为有机金属化合物，HOR`OH为有机醇，RH为反应副产物，R`OMR_x-1 ^*为聚合-无机杂合物。

进一步的，所述的有机金属化合物中含有烷基和封装层中无机化合物层的正价元素，聚合-无机杂合物层的厚度为5～100nm，优选10～20nm。

具体的，所述的聚合物层为通过分子层沉积而成的聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚氨基甲酸乙酯、聚甲亚胺或聚醚醚酮的膜层，其厚度为5～1000nm，优选100～500nm。

由于封装层的厚度只有数百纳米，非常薄，容易被损坏，因此在封装层的外侧通常设有保护层。

优选的，所述的保护层为涂布在封装层外侧10～1000μm厚的聚合物层，优选为100μm。所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或聚醚砜；另一种优选的结构为，保护层为贴附在封装层外侧的膜层，所述的膜层为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或聚醚砜中的至少一种材料构成的可卷绕的片材。

本发明的有机电致发光器件的薄膜封装结构采用原子层沉积/分子层沉积交替的方式，阶梯覆盖性好，沉积温度低，不会伤害发光器件的有机层，并且无机化合物层的结构致密，针孔少，能够有效地阻隔水氧渗透进入器件内部；聚合物层能够有效地弥补无机化合物层的材料脆性缺点，使其能够应用于柔性显示器件；有机-无机化合物层能够有效地连接无机化合物层和聚合物层，消除聚合物层和无机化合物层之间的应力，增强其连接性能。在封装层上加工一层保护层既能有效地保护封装层，又能进一步对水、氧阻隔。并且本发明的封装结构工艺简单，适合于器件大面积及柔性器件的卷料生产。

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1是本发明有机电致发光器件的封装结构的一种示意图。

图2是图1的封装层的结构示意图。

图3是实施例2中图1的封装层的组分示意图。

图4是实施例3中图1的封装层的组分示意图。

图5是实施例4中图1的封装层的组分示意图。

图6是实施例5中本发明有机电致发光器件的封装结构的一种示意图。

图7是实施例6中本发明有机电致发光器件的封装结构的一种示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示本发明有机电致发光器件的封装结构，包括由玻璃构成的机电致发光器件的基底1，在基底1的一侧设置有机电致发光器件的阳极2、有机层3和阴极4，在所述阴极4的外侧设有封装层5。

如图2所示，所述的封装层5是由无机化合物层、聚合-无机杂合物层和聚合物层通过1～20次的交替重叠沉积形成的复合膜结构，其中聚合-无机杂合物层设于无机化合物层和聚合物层之间。所述的无机化合物层由陶瓷材料构成，所述的陶瓷材料为氧化物、氮化物或氮氧化物中的一种，无机化合物层厚为2～20nm(纳米)，优选4～10nm。优选的陶瓷材料为Al₂O₃、SiO_x(x＝1或2)、Si₃N₄、SiN_xO_y(0＜x≤1，0＜y≤1)、AlN、MgO、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅、La₂O₃、ZnO、TaN、TiO₂、TiN中的一种材料；聚合物层是通过分子层沉积而成的聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚氨基甲酸乙酯、聚甲亚胺或聚醚醚酮的膜层，聚合-无机杂合物层通过分子层沉积和原子层沉积形成。优选的聚合-无机杂合物层是由含烷基的有机金属化合物与含两个羟基的有机醇类反应而成，如缩水甘油、乙二醇等。其反应式为：

(1)MR^*+HOR`OH→MOR`OH^*+RH

(2)R`OH<sup>*</sup>+MR<sub>x</sub>→R`OMR_x-1 ^*+RH

其中MR^*、MR_x为有机金属化合物，HOR`OH为有机醇，RH为反应副产物，R`OMR_x-1 ^*为聚合-无机杂合物。

其中进一步优选的是在所述的有机金属化合物中含有烷基和封装层中无机化合物层的正价元素。

实施例2：

如图3所示，在实施例1的基础上，将未封装的有机电致发光器件置于原子层沉积系统中后，进行掩模板对位，遮挡住器件引出电极，通入高纯惰性气体。抽真空后，首先采用三甲基铝和水在有机电致发光器件的阴极4外测沉积厚度为2～5nm的Al₂O₃无机物层，再在Al₂O₃层的外侧采用三甲基铝和乙二醇为反应物，沉积成厚度为10～20nm的含铝聚合-无机杂合物层，最后在含铝聚合-无机杂合物层的外侧采用对苯二酰氯和对苯二胺为反应物沉积成厚度为50～100nm的对苯二甲酰对苯二胺有机层。重复上述无机化合物层、聚合-无机杂合物层和聚合物层交替重叠沉积10次，形成性能优良的有机电致发光器件薄膜封装层5。

实施例3：

如图4所示，在实施例1的基础上，在发光器件的阴极4外侧以二乙基锌和水为反应物通过原子层沉积系统沉积成厚度为4～8nm的ZnO无机物层，再在ZnO层的外侧以二乙基锌和乙二醇为反应物，沉积厚度为10～20nm的锌醇盐聚合-无机杂合物层，最后在含锌聚合-无机杂合物层的外侧采用苯四甲酸二酐和对苯二胺为反应物沉积成厚度为400～500nm的聚酰亚胺有机物层。重复上述无机化合物层、聚合-无机杂合物层和聚合物层交替重叠沉积10次，形成性能优良的有机电致发光器件薄膜封装层5。

实施例4：

如图5所示，在实施例1的基础上，在发光器件的阴极4外侧以四乙氨基锆和水为反应物通过原子层沉积系统沉积成厚度为5～10nm的ZrO₂无机物层，再在ZrO₂层的外侧以三甲基铝和乙二醇为反应物，沉积成厚度为10～20nm的含铝聚合-无机杂合物层，最后在含铝聚合-无机杂合物层的外侧采用苯四甲酸二酐和对苯二胺为反应物沉积成厚度为800～1000nm聚酰亚胺的有机物层。重复上述无机化合物层、聚合-无机杂合物层和聚合物层交替重叠沉积10次，形成性能优良的有机电致发光器件薄膜封装层5。

实施例5：

如图6所示，在上述实施例的基础上，基底1为塑料，在阴极4的外侧，和基底1与阳极2之间分别设置有封装层5，使有机电致发光器件的两个侧面都进行沉积设置，确保水氧渗透率满足器件使用寿命要求。

实施例6

如图7所示，在实施例1～4的基础上，封装层5的外侧设有保护层6。保护层6可以是涂布在封装层5外侧厚度为10～1000μm的聚合物层，所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或聚醚砜；也可以是贴附在封装层5外侧的膜层，所述膜层为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或聚醚砜中的至少一种材料构成的可卷绕的片材。

Claims (10)

1.有机电致发光器件的封装结构，包括有机电致发光器件的基底(1)，在基底(1)的一侧设置有机电致发光器件的阳极(2)、有机层(3)和阴极(4)，其特征为：至少在所述阴极(4)的外侧设有封装层(5)，所述的封装层(5)是由无机化合物层、聚合-无机杂合物层和聚合物层通过交替重叠沉积形成的复合膜结构，其中聚合-无机杂合物层设于无机化合物层和聚合物层之间。

2.如权利要求1所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：所述的无机化合物层通过原子层沉积形成，聚合-无机杂合物层通过分子层沉积和原子层沉积形成，聚合物层通过分子层沉积形成。

3.如权利要求1所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：所述的基底(1)为玻璃、金属或塑料。

4.如权利要求3所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：当基底(1)为塑料时，所述的封装层(5)分别设于阴极(4)的外侧，和基底(1)与阳极(2)之间。

5.如权利要求1所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：所述的无机化合物层由陶瓷构成，所述的陶瓷为氧化物、氮化物或氮氧化物中的一种。

6.如权利要求1所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：所述的聚合-无机杂合物层是由含烷基的有机金属化合物与至少含两个羟基的有机醇类反应而成。

7.如权利要求6所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：所述的有机金属化合物中含有烷基和封装层(5)中无机化合物层的正价元素。

8.如权利要求1所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：所述的聚合物层为通过分子层沉积而成的聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚氨基甲酸乙酯、聚甲亚胺或聚醚醚酮的膜层。

9.如权利要求1至8之一所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：在封装层(5)的外侧设有保护层(6)。

10.如权利要求9所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征为：所述的保护层(6)为涂布在封装层(5)外侧的聚合物层，所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或聚醚砜；或

保护层(6)为贴附在封装层(5)外侧的膜层，所述的膜层为聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或聚醚砜中的至少一种材料构成的可卷绕的片材。

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