CN103000821A - 有机电致发光器件的快速固化封装方法 - Google Patents

Abstract

一种有机电致发光器件的快速固化封装方法，包含有玻璃、有机层和阴极和封装盖通过封装胶连接而成，玻璃上沉积有ITO透明导电薄膜，作为器件的阳极，有机层和阴极层采用高真空蒸镀的方法沉积，制备好有机电致发光器件后，准备好封装盖，在其表面边缘均匀涂上封装胶，然后把涂有胶的封装盖盖在制备好的有机电致发光器件上，然后放置合适大小与厚度的掩模板，最后使用大功率紫外灯照射涂有封装胶的部位，进行固化。本发明提出的大功率的UV-LED，缩短了固化时间，选择具有好的导热性能，低紫外透过率的掩模板，减少固化时大量热的积累和紫外光对器件工作物质的损伤，从而改善了由热效应造成的器件寿命的缩短现象，延长器件的工作寿命。

Description

有机电致发光器件的快速固化封装方法

技术领域

本发明涉及一种基于大功率动态的紫外固化方法，主要采用一种大功率的UV-LED灯，结合动态扫描技术，快速并且在不损伤工作物质的情况下达到固化的目的。

背景技术

紫外光固化是一种采用紫外辐射照射涂料或胶体使其快速凝固成形的技术，该技术优越于常规热固化技术，且光固化具有温度低、时间短、能耗小等优点，但如果采用传统紫外光源如高压水银灯，温度、时间和能耗仍然是制约光固化技术发展的重要因素。所以，在光固化应用技术中一方面需要在紫外固化材料方面开展工作，另一方面则需要在新型紫外辐射光源系统的研制方面开展有效的工作。

与高压汞灯相比较，UV-LED(紫外发光二极管)有以下几个方面的优点：首先，UV-LED的寿命长。传统汞灯方式固化设备在工作时，由于汞灯启动慢、开闭影响灯泡寿命，必须一直点亮，不仅造成不必要的电力消耗而且缩短了汞灯工作寿命，UV-LED的开启速度很快，可以瞬间点亮，故它的实际寿命更长，可以有效降低生产成本。此外，通过散热设计，使得UV-LED的发光半衰寿命大于20000小时；其次，光照强度通过光学变换，照射位置照度大，可以满足各种生产要求；UV-LED发射紫外光，不发射可见光，只含有极少量的红外波，热辐射小，属冷光源。固化时，工件的温升小，满足一些特殊生产需要；传导简单，电缆线引导，可延伸到生产线的任何地方，可以安装到生产设备中，也可以根据生产线情况定做，适合生产线大规模用；最后，节能环保是UV-LED的一个很大的优势，它的主机功率消耗比较小，且不含有汞成份，成功实现了走向绿色，走向环保和帐单上的成本节约。

新型UV-LED光源具有发光能效高、光谱纯度高、体积小等优点，可以克服传统紫外固化光源使用中存在的诸多问题，在紫外固化方面有很广阔的应用前景。但是，小功率UV-LED自身功率受制造技术的限制，一般不超过200Mw，在许多应用场合(如光电子、包装领域等)该功率无法满足使用要求。由于光固化材料的固化时间与辐射光照度有关，UV-LED的研究对研制新型大功率紫外光源系统具有重要意义。

传统的固化技术中，紫外光除了照射涂料或胶体外，还有可能照射到工作物质，由于紫外的功率大，其必然会对工作物质造成损伤，从而影响工作物质的性能。特别是对于OLEDs(有机电致发光二极管)，大功率的紫外光容易损伤有机层，加速了有机层的老化，使其在工作中过早的出现黑斑，从而降低了OLEDs的使用寿命，因此降低紫外光对工作物质的影响非常重要。本专利中，我们通过掩模板的使用很好的克服了紫外光照射引起的有机层的老化现象。

此外，光谱分布描述了紫外固化光源发射的辐射能量的波长分布，传统紫外固化光源发射的不是单一波长的光，而是一个波段内的光。在紫外固化中，要选择与紫外固化光源的发射光谱相匹配的紫外光敏材料(即紫外固化光源发射的波长与材料的吸收波长相匹配)，从而有效地提高光谱吸收率，减少能量损耗。此外，紫外固化光源的辐射光谱分布有些会涉及到红外波段，产生较强的热效应。而通常紫外固化所需要的功率很大，这会使得固化时产生的热量大量在器件周围聚集，从而导致器件工作物质的老化。因而，掩模板的合理应用对改善由热效应造成的器件寿命的缩短现象有明显效果。

在固化大面积器件时，采用动态固化方式，可以使紫外光均匀的照射到封装胶，避免静态固化中的光强的不一致现象。器件的尺寸越大要求灯的照射范围越大，通常灯的照射范围是一定的，可以通过增加灯的数量或者采用动态固化方式来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率、动态紫外固化技术及其实施方法。

紫外固化不仅在印刷工业、金属装饰、机械以及医疗等方面逐步取代传统固化方法，并已开始广泛应用于光学透镜、电子器件、光纤涂层等精密工业。按其功能分可以分为以下三大领域：涂料、油墨和胶粘剂。

这种固化技术应用于封装的工艺步骤为：

1)在封装盖的四周涂布封装胶。

2)将涂布有封装胶的封装盖盖到做好的器件上。

3)将封装好的器件放到紫外灯下，盖上掩模板。

4)调节灯具的位置，找到合适距离，进行紫外固化。

本专利从以下三个方面进行了改进：

(一)放弃传统的汞灯固化光源，改用UV-LED光源进行固化，并确定有效固化时间。

UV-LED与传统的汞灯的发射光谱图如图1(a)所示，从图中可以看到，UV-LED所发出的紫外光的波峰在365nm，其能量高度集中在有效固化作用的某紫外光谱段。UV-LED在红外光波段的光强相对汞灯很弱，可抑制被照射物品表面温度上升，最适合薄型塑料透镜等需要抑制热变形的组件或进行高精度粘接。从图1(a)中还可以看出，汞灯在可见光部分有很多波峰，这些波的存在，损耗了部分功率，使得汞灯实际用于紫外固化的能量减小。传统LED固化机产生的UV光看上去亮度很亮，热量很高，其实它的光谱很宽，真正在有效固化作用的某紫外光谱段只占其一部分的能量，有相当大一部分是在可见光波段。杂光产生的热量会对操作者的眼睛造成损伤，并容易使加工工件热变形。

总之，UV-LED固化系统根据电光能量转换的原理，使大功率UV-LED芯片产生高纯度365nm紫外光。该紫外光能量高度集中在紫外固化所需要的波段，既能有效进行器件的固化，又能降低红外及可见光部分产生热量对器件寿命的影响，故本专利中提出使用大功率UV-LED作为固化源。此外，在进行固化系统设计时，也要考虑到固化光源的散热问题。

UV-LED固化时间与UV-LED的功率有很大的影响，图1(b)为UV-LED固化时间与功率的示意图，从图中得知，UV-LED器件的固化时间与功率有很大关系。功率太小，会导致器件所需的固化时间大大延长；功率过大，虽然固化时间大大缩短，但有些浪费，增加了固化成本，不利于向工业化的生产方向发展。总之，根据实际情况，找到固化时间与UV-LED功率之间的平衡点。

(二)一改以往直接将器件置于固化灯下固化的方式，在器件上方设计掩模板。

这种紫外LED灯的功率为W级以上，能在数十秒的时间内瞬间固化胶粘剂。传统的固化方式，是将器件直接置于固化灯下进行固化，本专利提出使用掩模板，这既能克服紫外光照射引起的有机层的老化，又能有效的改善由热效应造成的器件的寿命的缩短。

上述掩模板，在选择时，要考虑对紫外光的透过率和掩模板的隔热性能，将热量大部分都屏弊掉，从根本上解决各种弊端，保证了器件的正常工作条件。

从光学上讲，光线照射到物体上，一部分会被物体表面反射，一部分会被物体吸收，其余部分透过物体。在一般情况下，透过率十反射率十吸收率＝100％。因而，在设计光学掩模板时，要考虑材料对紫外光的吸收和反射率，以减小紫外光的透射对工作物质的影响。紫外光透过率越小，对工作物质的保护越好。不同材质的掩模板，需要做成的厚度不同，通过参照紫外光对不同材料的透过率，可以合理的制定掩模板厚度。

从热学方面讲，固化时大功率UV-LED直接照射到有源区，其中的红外成分会产生大量热量，从而使工作物质的温度上升。高温下，分子的结构会被破坏，从而直接影响到器件的性能及使用寿命。本专利通过采用具有很好的隔热性能的掩模板，将大部分热量都屏弊掉，保证了器件的正常工作条件。

(三)对大面积器件采用动态固化方式。

对于大面积尺寸的器件，采用紫外灯动态扫描的方法可以使得紫外光均匀地照射到封装胶，这样就不会出现静态固化中的光强不一致现象。器件的尺寸越大要求灯的照射范围越大，但是通常灯的照射范围是一定的。在有掩膜板的基础上，动态固化法可以使紫外灯沿着涂有封装胶的部位进行固化，不会损害工作物质并且可以有效地应用于大面积尺寸。此外通过增加灯的数量可以大大提高动态固化效率。

附图说明

图1(a)为大功率UV-LED和汞灯发射光谱的比较图

图1(b)UV-LED固化时间与功率的示意图

图2(a)为封装器件的俯视示意图

图2(b)为封装器件的侧视示意图

图3为大功率UV-LED应用于小尺寸OLEDs固化的示意图

图4为大面积OLEDs示意图

图5(a)为大功率UV-LED应用于大尺寸OLEDs固化实施方案一的示意图

图5(b)为大功率UV-LED应用于大尺寸OLDs固化实施方案二的示意图

图中标号说明：

1(划斜线部分)为掩模板

2为紫外固化胶

3为有机电致发光器件

4为玻璃

5有机层和阴极

6为封装盖

7为封装胶

8为照明系统

9为操作平台

10为加了封装盖的有机电致发光器件

11为卡槽

12为子有机电致发光器件

13为玻璃基板

14为氧化铟锡膜

15为固化灯

16为加了封装盖的大面积OLED器件

17为操作平台

18为旋动系统

19为掩模板自对准系统

20为固化灯；

21为路径控制系统

22为操作平台

23为掩模板自对准旋动系统

24为加了封装盖的大面积OLED器件

具体实施方式：

小尺寸OLEDs固化实例一：

参见图2(a)所示，是一个有机电致发光器件的封装结构示意图，包含有玻璃1、有机层和阴极2和封装盖3，它们通过封装胶4连接而成。器件的阳极是玻璃上沉积的ITO(氧化铟锡)透明导电薄膜，有机层和阴极层采用高真空蒸镀的方法沉积。制备好OLEDs后，准备好封装盖，在其表面边缘均匀涂上封装胶，然后把涂有胶的封装盖盖在制备好的OLEDs上。最后使用上述大功率UV-LED照射涂有封装胶的部位来完成器件的固化封装。通常，封装胶的涂布宽度为0.2mm。

本实例OLEDs的制备方法包括以下步骤：

a)选择长×宽×高为31mm×26mm×2mm大小的ITO玻璃基板，清洗，干燥，UV处理30分钟，放入真空蒸镀腔体内，将腔体真空度抽到2×10^-4mba。

b)沉积有机功能层。利用真空热蒸发镀膜系统在基板上沉积有机材料层，包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等。通过淀积不同的发光层材料，可以得到发不同颜色光的OLEDs。

c)在基板上蒸镀0.3nm的LIF和作为阴极的金属电极AL。

OLEDs制备完毕后，在器件上加一个盖板，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把器件和空气隔开罩子。因而，空气中的水、氧等成分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，有效地减弱了OLEDs各功能层以及阴极与空气中的水、氧等成分发生化学反应。具体的封装过程如下所示：

1)清洗长×宽×高为31mm×24mm×4mm封装盖，并用去离子水，丙酮，异丙醇分别超声30min，以避免由于封装盖的灰尘落入工作区域，影响器件的发光面积和总体的发光亮度。

2)将封装盖置于红外灯下，进行干燥处理10min，使得封装区域水汽存在量降到最低，最大可能性降低水汽对工作物质的影响。

3)取环氧树脂封装胶，利用真空手套箱的真空环境在封装盖的边缘均匀涂布0.2mm的封装胶，真空手套干燥箱的水氧含量应＜1ppm。

4)将OLEDs从真空蒸镀室转移到真空手套操作箱，将封装盖盖在OLDs器件上，并取出。

5)将器件放入本专利紫外固化系统中的长×宽×高为33mm×28mm×20mm的卡槽内，进行挡板竖直方向的调整，使挡板位于封装盖3mm之上。挡板的面积为：27mm×20mm，这个尺寸刚好将封装胶露出，在保护了工作物质的同时也确保了封装胶的固化。

6)同时打开紫外固化灯与计时器，进行OLEDs器件的紫外固化。

7)10min后，计时器报警，关闭紫外固化灯，OLEDs器件固化完毕。

小尺寸固化实例二(如图3所示)：

在OLEDs器件制备完毕之后

1)清洗长×宽×高为31mm×24mm×4mm封装盖，并用去离子水，丙酮，异丙醇分别超声30min。制造一个27mm×20mm的挡板。

2)将封装盖置于红外灯下，进行干燥处理10min。

3)取环氧树脂封装胶，在封装盖的边缘涂布0.2mm的封装胶，涂布时，要均匀，这个过程要在真空手套操作箱中进行，真空手套干燥箱的水氧含量＜1ppm。

4)将OLEDs从真空蒸镀室转移到真空手套操作箱，将封装盖盖在OLEDs器件上，并取出。

5)将器件放入本专利紫外固化系统中的长×宽×高为33mm×28mm×10mm的卡槽内，放入27mm×20mm的挡板。

6)同时打开紫外固化灯与计时器，进行OLEDs器件的紫外固化。

7)10min后，计时器报警，关闭紫外固化灯，OLEDs器件固化完毕，取出挡板和OLEDs器件。

大尺寸OLEDs器件固化实例一(如图5(a))：

1)在长×宽为0.632m×0.469m的基板上，制作120个(横×竖为15个×8个)31mm×26mm的OLEDs，具体排布示意图见图4，每两个OLEDs之间的间距为3mm。

2)将大面积OLEDs器件由进口传送带被装载到X-Y工作台上。视觉系统读取OLEDs基准点(OLEDs的中心处作为基准点)，并将OLEDs定位，找到离器件上下左右边缘7cm的地方。

3)用全自动点胶机的点胶头依次将胶水点到OLEDs上指定位置上直至所有位置全部点完。为了保证胶的均匀度，点胶机的速度设为100mm/s，点胶的宽度设为2cm。点胶机的路径设置为绕器件边缘一周匀速点胶。

4)点胶完毕后，OLEDs由点胶机出口传送带传送到紫外固化机的X-Y工作台。视觉系统读取OLEDs基准点(OLEDs的中心处作为基准点)，并将OLEDs定位到离器件上下左右边缘7cm的位置。

5)上下移动掩模板的控制系统，将掩模板下降到离OLEDs 1.5cm高度处，并调整X-Y坐标，确保不要遮盖住环氧树脂。掩模板的尺寸为54cm×38cm.

6)打开UV-LED及冷却系统，根据视觉系统的路径设置，在预热完成后，进行紫外固化。固化速度设置为100mm/s.

7)紫外固化完毕后，关掉固化灯，10min后关掉冷却系统，将OLEDs由出口传送带传输出来。

大尺寸OLEDs固化实例二(示意图见图5(b))：

1)在长×宽为0.632m×0.469m的基板上，制作120个(横×竖为15个×8个)31mm×26mm的OLEDs(具体排布示意图见图4)，每两个OLED之间的间距为3mm。

2)将大面积OLEDs由进口传送带被装载到X-Y工作台上。视觉系统读取OLEDs基准点(OLEDs的中心处作为基准点)，并将OLEDs定位，找到离器件上下左右边缘7cm的地方。

3)用全自动点胶机的点胶头依次将胶水点到OLEDs器件上指定位置上直至所有位置全部点完。为了保证胶的均匀度，点胶机的速度设为100mm/s，点胶的宽度设为2cm。点胶机的路径设置为绕器件边缘一周匀速点胶。

4)点胶完毕后，OLEDs由点胶机出口传送带传送到紫外固化机的X-Y工作台，视觉系统读取OLEDs基准点(OLEDs的中心处作为基准点)。将长×宽为0.7m×0.7m的掩模板向下移动，降到距离大尺寸OLEDs上方1.5cm处。用视觉对准系统，将掩模板定位到离器件上边缘9cm的位置。使器件仅露出9cm宽的待固化区。

5)打开UV固化灯及冷却系统，往复移动一次固化灯，进行器件边缘的固化。固化速度设置为100mm/s.将紫外固化机的X-Y工作台自动旋转90度，器件在工作台上也随之旋转90度。重新进行掩模板的定位，使得掩模板位于器件上方1.5cm处，且露出9cm宽的待固化区，重复固化操作。

5)同理，当旋转270度之后，器件固化完毕。

6)紫外固化完毕后，关掉固化灯，10min后关掉冷却系统，将OLEDs器件由出口传送带传输出来。

Claims (5)

1.一种有机电致发光器件的快速固化封装方法，其特征在于，其是将玻璃(1)、有机层和阴极(2)和封装盖(3)通过封装胶(4)连接而成，玻璃上沉积有ITO透明导电薄膜，作为器件的阳极，有机层和阴极层采用高真空蒸镀的方法沉积，制备好有机电致发光器件后，准备好封装盖，在其表面边缘均匀涂上封装胶，然后把涂有胶的封装盖盖在制备好的有机电致发光器件上，然后放置合适大小与厚度的掩模板，最后使用上述大功率紫外灯照射涂有封装胶的部位，进行固化。

2.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的快速固化封装方法，其特征在于，其制作工艺步骤如下：

(1)选择符合要求大小的ITO玻璃基板，进行清洗，干燥，UV处理，放入真空蒸镀腔体内；

(2)沉积有机材料层与在金属电极(2)；

(3)准备好干净的封半装盖，涂布封装胶(4)；

(4)将封装盖盖在器件上，放置掩模板，进行紫外固化。

3.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的快速固化封装方法，其特征在于，放弃传统的汞灯固化光源，改用UV-LED光源进行固化。UV-LED紫外光的波峰在365nm，其能量高度集中在能有效固化作用的某紫外光谱段。并且，UV-LED在红外光波段的光强相对汞灯很弱，可抑制被照射物品表面温度上升，最适合薄型塑料透镜等需要抑制热变形的组件和高精度粘接等用途。而传统汞灯在可见光部分有很多波峰，这些波的存在，损耗了部分功率，使得汞灯实际用于紫外固化的能量减小。

4.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的快速固化封装方法，其特征在于，在选择掩模板时，要考虑掩模板对紫外光的透过率和掩模板的隔热性能，将热量大部分都屏弊掉，从根本上解决各种弊端，保证器件的正常工作条件。

5.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的快速固化封装方法，其特征在于，在小尺寸器件固化时，一个紫外固化灯就够用，但当大面积固化时，紫外固化灯或者是放置有器件的基板要进行转动，即动态固化器件。动态固化时，可根据需要固化的器件的尺寸，选择紫外固化灯的数目与合理的固化路径。

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