CN104995716B - 柔性基材上的薄膜氮化硅阻挡层 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种包括聚合物基材和至少一个无机阻挡层的制品,其中所述无机阻挡层具有不大于约400MPa的应力和至少约1.5g/cm3的密度。所述制品优选为光学装置,如有机发光二极管(OLED)或光伏(PV)组件,其中氮化硅阻挡层经由等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)直接沉积于柔性聚合物基材上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于保护诸如有机发光二极管或光伏电池的湿气敏感元件的沉积于聚合物基材上的无机薄膜阻挡层。本发明也涉及一种包括这种阻挡层构件的制品,以及用于制造这种构件的方法。
背景技术
光学装置的功能元件由于环境条件的作用,特别是由于暴露于湿气和空气的影响而易于劣化。举例而言,在有机发光二极管(OLED)或有机光伏电池的情况中,有机材料对环境条件特别敏感。
为了防止电子装置的功能元件由于暴露于湿气而劣化,已知的是制造具有层合结构的装置,其中功能元件用保护基材封装。
取决于装置的应用,保护基材可由玻璃或有机聚合物材料制得。用柔性聚合物基材而不是玻璃基材密封的OLED或光伏电池具有柔韧、超薄且轻质的优点。
然而,已发现当电子装置包括抵靠对空气和/或湿气敏感的功能元件设置的有机聚合物基材时,装置具有高劣化速率。这是因为聚合物基材往往储存湿气,并促进污染物质(如水蒸气或氧)迁移至敏感的功能元件中,因此损害该功能元件的性质。
为了保护这种装置中的水敏感的电子部件,已知的是在聚合物基材的顶部上施用一组阻挡层。然而,特别是在柔性基材的情况中,薄膜阻挡层的沉积是极具挑战性的,因为在柔性基材上的相对刚性的无机薄膜往往易于产生裂纹和层离,这劣化了它们的阻挡性质。另外,多个有机阻挡层的叠堆的通常已知应用需要大量的制造工作,希望具有更经济更简单的方法来改进阻挡性能。
发明内容
本发明提供了一种包括聚合物基材和至少一个无机阻挡层的制品,其中所述无机阻挡层具有不大于约400MPa的应力和至少约1.5g/cm3的密度。所述制品优选为光学装置,如有机发光二极管(OLED)或光伏(PV)组件。
在一方面,所述无机阻挡层为经由等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)沉积于柔性聚合物基材上的氮化硅阻挡层。已发现在高密度和低应力的组合下获得氮化硅层对湿气的最佳阻挡性能。
本发明的另一主题为一种经由PECVD制备沉积于聚合物基材上的氮化硅层的方法。所述方法包括具体选择反应关键参数(如SiH4与NH3的摩尔比、反应温度、压力和应用的功率)的范围,以在沉积的氮化硅层中获得所需的高密度和低应力。
本发明的其他特征和优点将在如下详细描述中陈述,并且根据描述而部分明显或可通过实践本发明而知晓。本发明将通过在书面描述和权利要求中特别指出的方法和装置而实现或获得。该描述仅通过举例并参照所附附图而给出。
附图说明
图1包括显示了取决于其密度和应力值的氮化硅单层的湿气阻挡性能的图。
图2显示了相比于商业参照FG500和对比例,根据本发明的氮化硅单层的长期湿气阻挡性能。
图3显示了使用MOCON Aquatran测试,相比于商业参照FG500,两个代表实例的水蒸气透过速率(WVTR)。
图4显示了相比于商业参照FG500,热循环对3个根据本发明的氮化硅层的湿气阻挡性能的影响。
图5显示了用以确定获得最佳阻挡性能的氮化硅层的临界厚度的实例。
具体实施方式
通过结合附图的如下描述以协助理解本文公开的教导。如下讨论将集中于教导的具体实施和实施例。提供该焦点以协助描述教导,且该焦点不应被解释为对教导的范围或适用性的限制。
如本文所用,术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如,包括一系列特征的方法、制品或装置不必仅限于那些特征,而是可包括未明确列出的或这些方法、制品或装置所固有的其他特征。此外,除非明确相反指出,否则“或”指包括性的或,而非排他性的或。例如,条件A或B由如下任一者满足:A为真(或存在)且B为假(或不存在),A为假(或不存在)且B为真(或存在),以及A和B均为真(或存在)。
而且,“一种”的使用用于描述本文描述的元件和构件。这仅为了便利,并提供本发明的范围的一般含义。该描述应理解为包括一种或至少一种,且单数也包括复数,反之亦然,除非其明显具有相反含义。例如,当单个物品在本文描述时,超过一个物品可取代单个物品使用。类似地,当超过一个物品在本文描述时,单个物品可代替超过一个物品。
除非另外定义,本文所用的所有技术和科学术语与本发明所属领域中的普通技术人员所通常理解的具有相同的含义。材料、方法和实例仅为说明性的,且不旨在为限制性的。对于本文未描述的程度,有关具体材料和加工行为的许多细节为常规的,并可在无机层沉积领域和相应的制造领域内的教科书和其他来源中找到。
本发明提供了一种包括聚合物基材和至少一个无机阻挡层的制品,其中所述无机阻挡层具有不大于约400MPa的应力和至少约1.5g/cm3的密度。所述制品可为例如包括湿气敏感电子部件的光学装置。
在一个优选实施例中,前述聚合物基材为柔性的。
聚合物基材可为热塑性塑料或热固性塑料。例如,聚合物基材可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、含氟聚合物或它们的任意组合。优选的含氟聚合物为乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)和全氟烷氧基聚合物(PFA)。在一个最优选的实施例中,聚合物基材可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
聚合物基材还可具有在0.001nm至10nm范围内的表面粗糙度Ra。例如,表面粗糙度可为至少0.1nm,至少0.6nm,至少0.8nm,至少1.0nm,至少1.2nm,至少1.4nm,至少1.6nm,至少1.8nm,不大于9nm,不大于8nm,不大于7nm,或不大于6nm。优选地,表面粗糙度在1nm至5.5nm之间的范围内。
在另一方面,聚合物基材为透明的。在本发明的上下文中,当在预期应用的至少可用波长范围内层或层的叠堆为至少80%透射时,所述层或层的叠堆被认为是透明的。举例而言,在包括光伏电池的光伏装置的情况中,每个透明层在400nm至2500nm之间的波长范围内(这些带来此类电池的可用波长)为透明的。此外,在某些实施例中,透明度可为至少85%,如至少90%,至少92%,至少95%,至少98%,至少99%,或至少99.5%。
在本发明的一个实施例中,至少一个无机阻挡层直接沉积于聚合物基材上。在另一实施例中,一个或多个中间层可包括于聚合物基材与至少一个无机阻挡层之间。
在另一实施例中,所述至少一个无机阻挡层在400nm至760nm之间的波长范围内具有至少约60%的透明度,如至少70%,至少75%,至少80%,至少85%,90%,至少95%,至少98%,至少99%,或至少99.5%。
无机阻挡层可包含金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或它们的任意组合。前述金属可为Si、Al、Sn、Zn、Zr、Ti、Hf、Bi、Ta,或它们的任意组合。优选地,金属为Si或Al。更优选地,金属为Si。最优选地,无机阻挡层由氮化硅制得。
在本发明的一个方面,无机阻挡层经由化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)沉积。优选地,化学气相沉积(CVD)为等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。
已出乎意料地发现,为了获得无机阻挡层的良好湿气阻挡性质,层的低应力和高密度是有利的。这特别有利于在柔性基材上制备有效稳定的薄膜阻挡层。
根据本发明的一个方面,阻挡层中的应力为400MPa至0MPa之间。优选地,应力不大于约390MPa,如不大于约380MPa,不大于约370MPa,不大于约360MPa,不大于约350MPa,不大于约340MPa,不大于约330MPa,不大于约320MPa,不大于约310MPa,不大于约300MPa,不大于约290MPa,不大于约280MPa,不大于约270MPa,不大于约260MPa,不大于约250MPa,不大于约240MPa,不大于约230MPa,不大于约220MPa,不大于约210MPa,不大于约200MPa,不大于约190MPa,不大于约180MPa,不大于约170MPa,不大于约160MPa,不大于约150MPa,不大于约140MPa,不大于约130MPa,不大于约120MPa,不大于约110MPa,不大于约100MPa,不大于约90MPa,不大于约80MPa,不大于约70MPa,不大于约60MPa,不大于约50MPa,不大于约40MPa,不大于约30MPa,不大于约20MPa,或不大于约10MPa。
此外,无机阻挡层的密度为至少约1.5g/cm3,如至少约1.55g/cm3,如至少约1.6g/cm3,至少约1.65g/cm3,至少约1.7g/cm3,至少约1.75g/cm3,至少约1.8g/cm3,至少约1.85g/cm3,至少约1.9g/cm3,至少约1.95g/cm3,至少约2g/cm3,至少约2.05g/cm3,至少约2.1g/cm3,至少约2.15g/cm3,至少约2.2g/cm3,至少约2.25g/cm3,至少约2.3g/cm3,至少约2.35g/cm3,至少约2.4g/cm3,至少约2.45g/cm3,至少约2.5g/cm3,至少约2.55g/cm3,至少约2.6g/cm3,至少约2.65g/cm3,至少约2.7g/cm3,至少约2.75g/cm3,至少约2.8g/cm3,至少约2.85g/cm3,至少约2.9g/cm3,至少约3g/cm3,至少约3.05g/cm3,至少约3.1g/cm3,至少约3.15g/cm3,至少约3.2g/cm3,至少约3.25g/cm3,至少约3.3g/cm3,或至少约3.35g/cm3。优选地,密度在约2.0至约3.0g/cm3之间的范围内。
在一个实施例中,无机阻挡层中的应力不大于约170MPa,且密度为至少约2.0g/cm3。在另一实施例中,应力不大于约350MPa,且密度为至少约2.5g/cm3。
图1显示了取决于其密度和应力值的数个氮化硅单层的湿气阻挡性能。可以看出,具有最佳湿气阻挡性能的范围在具有等式y=539x–915(y为应力,x为密度)的斜线右边,并在约400MPa应力的平台处终止。因此,本发明的阻挡层中的优选应力和密度符合下式:
应力<S·密度+I,
其中S具有不大于550MPa·cm3/g,如不大于540MPa·cm3/g,不大于530MPa·cm3/g,不大于520MPa·cm3/g,不大于510MPa·cm3/g,不大于500MPa·cm3/g,不大于490MPa·cm3/g,不大于470MPa·cm3/g,不大于450MPa·cm3/g,不大于430MPa·cm3/g,不大于410MPa·cm3/g,不大于350MPa·cm3/g,不大于300MPa·cm3/g,或不大于250MPa·cm3/g的值,且其中I不大于-400MPa,如不大于-500MPa,不大于-600MPa,不大于-700MPa,不大于-800MPa,不大于-900MPa,至多-1000MPa;优选地,S为539MPa·cm3/g且I为-915MPa。
具有上述高密度和低应力值的无机阻挡层可对应于不大于0.01g/m2/天,如不大于0.009g/m2/天,不大于0.008g/m2/天,不大于0.007g/m2/天,不大于0.006g/m2/天,不大于0.005g/m2/天,不大于0.004g/m2/天,不大于0.003g/m2/天,不大于0.002g/m2/天,不大于0.001g/m2/天,或不大于0.0001g/m2/天的水蒸气透过速率(WVTR)。
无机阻挡层的厚度可为至少约10nm,如至少约20nm,至少约30nm,至少约40nm至少约50nm,至少约70nm,至少约100nm,至少约150nm,至少约200nm,至少约250nm,至少约300nm,至少约350nm或至少约400nm。
本发明还提供了一种在聚合物基材上沉积氮化硅的方法。氮化硅可经由化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)沉积。优选地,化学气相沉积(CVD)经由等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)进行。
本发明的PECVD法包括变化四个关键参数:1)SiH4与NH3的摩尔比在约0.4至约1.0的范围内;2)反应室中的温度为约70℃至约130℃;3)在约225μbar至约500μbar之间调节反应室中的压力;和4)以约200W至约450W之间的功率从反应器发射射频。优选地,SiH4与NH3的摩尔比为约0.5至约0.9之间,更优选约0.58至约0.8之间。室温优选约80℃至约120℃之间,更优选约100℃至约120℃之间。
许多不同的方面和实施例是可能的。那些方面和实施例中的一些描述于本文。在阅读本说明书之后,本领域技术人员将了解那些方面和实施例仅为说明性的,且不限制本发明的范围。实施例可根据如下所列的项目中的任意一个或多个。
项目1.一种包括聚合物基材和至少一个无机阻挡层的制品,其中所述无机阻挡层具有不大于约400MPa的应力和至少约1.5g/cm3的密度。
项目2.一种包括电子部件和上覆所述电子部件的阻挡叠堆的密封的光学装置,其中所述阻挡叠堆包括聚合物基材和无机阻挡层,所述无机阻挡层具有不大于约400MPa的应力和至少约1.5g/cm3的密度。
项目3.根据项目2所述的密封的光学装置,其中所述密封的光学装置为有机发光二极管(OLED)或光伏(PV)组件。
项目4.根据项目1至3中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述基材为柔性的。
项目5.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述应力不大于约390MPa,如不大于约380MPa,不大于约370MPa,不大于约360MPa,不大于约350MPa,不大于约340MPa,不大于约330MPa,不大于约320MPa,不大于约310MPa,不大于约300MPa,不大于约290MPa,不大于约280MPa,不大于约270MPa,不大于约260MPa,不大于约250MPa,不大于约240MPa,不大于约230MPa,不大于约220MPa,不大于约210MPa,不大于约200MPa,不大于约190MPa,不大于约180MPa,不大于约170MPa,不大于约160MPa,不大于约150MPa,不大于约140MPa,不大于约130MPa,不大于约120MPa,不大于约110MPa,不大于约100MPa,不大于约90MPa,不大于约80MPa,不大于约70MPa,不大于约60MPa,不大于约50MPa,不大于约40MPa,不大于约30MPa,不大于约20MPa,或不大于约10MPa。
项目6.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述应力为至少约0.001MPa,如至少约20MPa,至少约30MPa,至少约40MPa,至少约50MPa,至少约60MPa,至少约70MPa,至少约80MPa,至少约90MPa,至少约100MPa,至少约110MPa,至少约120MPa,至少约130MPa,至少约140MPa,至少约150MPa,至少约160MPa,至少约170MPa,至少约180MPa,至少约190MPa,至少约200MPa,至少约210MPa,至少约220MPa,至少约230MPa,至少约240MPa,至少约250MPa,至少约260MPa,至少约270MPa,至少约280MPa,至少约300MPa,至少约310MPa,至少约320MPa,至少约330MPa,至少约340MPa,至少约350MPa,至少约360MPa,至少约370MPa,至少约380MPa,或至少约390MPa。
项目7.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述密度为至少约1.55g/cm3,如至少约1.6g/cm3,至少约1.65g/cm3,至少约1.7g/cm3,至少约1.75g/cm3,至少约1.8g/cm3,至少约1.85g/cm3,至少约1.9g/cm3,至少约1.95g/cm3,至少约2g/cm3,至少约2.05g/cm3,至少约2.1g/cm3,至少约2.15g/cm3,至少约2.2g/cm3,至少约2.25g/cm3,至少约2.3g/cm3,至少约2.35g/cm3,至少约2.4g/cm3,至少约2.45g/cm3,至少约2.5g/cm3,至少约2.55g/cm3,至少约2.6g/cm3,至少约2.65g/cm3,至少约2.7g/cm3,至少约2.75g/cm3,至少约2.8g/cm3,至少约2.85g/cm3,至少约2.9g/cm3,至少约3g/cm3,至少约3.05g/cm3,至少约3.1g/cm3,至少约3.15g/cm3,至少约3.2g/cm3,至少约3.25g/cm3,至少约3.3g/cm3,或至少约3.35g/cm3。
项目8.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述密度不大于约3.3g/cm3,不大于约3.25g/cm3,不大于约3.2g/cm3,不大于约3.15g/cm3,不大于约3.1g/cm3,不大于约3.05g/cm3,不大于约3g/cm3,不大于约2.95g/cm3,不大于约2.9g/cm3,不大于约2.85g/cm3,不大于约2.8g/cm3,不大于约2.75g/cm3,不大于约2.7g/cm3,不大于约2.65g/cm3,不大于约2.6g/cm3,不大于约2.55g/cm3,不大于约2.5g/cm3,不大于约2.45g/cm3,不大于约2.4g/cm3,不大于约2.35g/cm3,不大于约2.3g/cm3,不大于约2.25g/cm3,不大于约2.2g/cm3,不大于约2.15g/cm3,不大于约2.1g/cm3,不大于约2.05g/cm3,不大于约2g/cm3,不大于约1.95g/cm3,不大于约1.9g/cm3,不大于约1.85g/cm3,不大于约1.8g/cm3,不大于约1.75g/cm3,不大于约1.7g/cm3,不大于约1.65g/cm3,不大于约1.6g/cm3,或不大于约1.55g/cm3。
项目9.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中应力和密度根据下式相关:应力<S*密度+I,其中S具有不大于550MPa·cm3/g,如不大于540MPa·cm3/g,不大于530MPa·cm3/g,不大于520MPa·cm3/g,不大于510MPa·cm3/g,不大于500MPa·cm3/g,不大于490MPa·cm3/g,不大于470MPa·cm3/g,不大于450MPa·cm3/g,不大于430MPa·cm3/g,不大于410MPa·cm3/g,不大于350MPa·cm3/g,不大于300MPa·cm3/g,或不大于250MPa·cm3/g的值;且其中I不大于-400MPa,如不大于-500MPa,不大于-600MPa,不大于-700MPa,不大于-800MPa,不大于-900MPa,至多-1000MPa。
项目10.根据项目9所述的制品或密封的光学装置,其中S为539MPa·cm3/g,且I为-915MPa。
项目11.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层具有不大于约170MPa的应力和至少约2.0g/cm3的密度。
项目12.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层具有不大于约350MPa的应力和至少约2.5g/cm3的密度。
项目13.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述聚合物基材为热塑性塑料或热固性塑料。
项目14.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述聚合物基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺和含氟聚合物。
项目15.根据项目14所述的制品或密封的光学装置,其中所述聚合物基材基本上由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或它们的任意组合组成。
项目16.根据项目14所述的制品或密封的光学装置,其中所述含氟聚合物选自乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)和全氟烷氧基聚合物(PFA)。
项目17.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述聚合物基材为400nm至750nm的透明度为至少80%的透明聚合物。
项目18.根据项目17所述的制品或密封的光学装置,其中所述透明度为至少85%,如至少90%,至少92%,至少94%,至少96%,至少98%,或至少99%。
项目19.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述阻挡层为透明的,并具有至少60%的透明度。
项目20.根据项目19所述的制品或密封的光学装置,其中所述透明度为至少65%,如至少70%,至少75%,至少80%,至少85%,90%,至少95%,至少98%,至少99%,或至少99.5%。
项目21.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述基材具有至少0.001nm,如至少0.1nm,至少0.6nm,至少0.8nm,至少0.9nm,至少1.0nm,至少1.2nm,至少1.4nm,至少1.6nm,或至少1.8nm的表面粗糙度Ra。
项目22.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述基材具有不大于10nm,如不大于9nm,不大于8nm,或不大于7nm,不大于6,不大于5.5nm的表面粗糙度Ra。
项目23.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层包含金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物,或它们的任意组合。
项目24.根据项目23所述的制品或密封的光学装置,其中所述金属选自Si、Al、Sn、Zn、Zr、Ti、Hf、Bi、Ta,或它们的任意合金。
项目25.根据项目24所述的制品或密封的光学装置,其中所述金属为Si或Al。
项目26.根据项目25所述的制品或密封的光学装置,其中所述金属基本上由Si组成。
项目27.根据项目23所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层包含氮化硅。
项目28.根据项目27所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层基本上由氮化硅组成。
项目29.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层已通过化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)制得。
项目30.根据项目29所述的制品或密封的光学装置,其中所述化学气相沉积(CVD)为等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。
项目31.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层具有不大于0.01g/m2/天,如不大于0.009g/m2/天,不大于0.008g/m2/天,不大于0.007g/m2/天,不大于0.006g/m2/天,不大于0.005g/m2/天,不大于0.004g/m2/天,不大于0.003g/m2/天,不大于0.002g/m2/天,不大于0.001g/m2/天,或不大于0.0001g/m2/天的水蒸气透过速率(WVTR)。
项目32.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述至少一个无机阻挡层的厚度为至少约10nm,至少约20nm,至少约30nm,至少约40nm,至少约50nm,如至少约70nm,至少约100nm,至少约150nm,至少约200nm,至少约250nm,至少约300nm,至少约350nm或至少约400nm。
项目33.根据项目1至4中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中无界面层包括于所述基材与所述至少一个无机阻挡层之间。
项目34.一种在聚合物基材上制备氮化硅层的方法,其中所述氮化硅层具有不大于约400MPa的应力和至少约1.5g/cm3的密度,所述方法包括在聚合物基材上沉积氮化硅。
项目35.根据项目34所述的方法,其中所述沉积包括化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)。
项目36.根据项目35所述的方法,其中所述化学气相沉积(CVD)为等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。
项目37.根据项目36所述的在聚合物基材上制备氮化硅层的方法,其中所述等离子体增强的化学气相沉积在具有反应器的室中进行,所述方法还包括将SiH4和NH3添加至室中,SiH4/NH3的摩尔比为约0.4至约1.0之间;将所述室加热至约70℃至约130℃之间的温度;在约225μbar至约500μbar之间调节室中的压力;以及以约200W至约450W之间的功率从反应器发射射频。
项目38.根据项目37所述的在聚合物基材上制备氮化硅层的方法,其中SiH4与NH3的摩尔比为约0.5至约0.9之间,如约0.58至约0.79之间;且其中所述室温为约80℃至约120℃之间,如约100℃至120℃之间。
如下实例说明本发明,且不被解释为限制本发明的范围。根据本公开、其中的附图和权利要求书,这些实例的变型和等同形式对于本领域技术人员是显而易见的。除非另外指出,否则所有百分比以总组合物的重量计。
实例
如下非限制性的实例说明了本发明。
实例1-7:
表1显示了代表本发明的在柔性PET基材上经由PECVD制得的氮化硅单层的7个实例和未落入本发明的4个对比例C1至C4的概述。对于每个氮化硅单层,已测量厚度、密度、应力、折射率和湿气阻挡性能。表1中的值根据层的阻挡性能组织,具有最佳阻挡性能的氮化硅层在顶部。表1还包括PECVD过程的四个关键参数:SiH4/NH3比、温度、压力和功率。
表1和图1中的湿气阻挡性能的值定义为在111小时之后在测试单元内释放的百分比含湿量的对数。最佳阻挡性能涉及-0.01至-0.35ln(%湿气)的范围。具有不可接受的阻挡性能的值在-1.0至-1.65的范围内,并表示为对比例C1至C4。
表1
通过测量跨越聚合物上的阻挡层的湿气捕获密封室内的湿气损失而评价湿气阻挡性能。室内的水的初始百分比就在密封之后测量,并标记为100%,然后周期性测量密封室内的水百分比以获得%湿气相对于时间的曲线。为了图形演示,将曲线转化为ln(%湿气)相对于时间。密封室内的水浓度的改变与水蒸气透过速率(WVTR)成比例,因此曲线的斜率越低,则相关的WVTR越低。
图1显示了多种氮化硅单层(包括表1中所列的所有实例和对比例)取决于它们的密度和应力的湿气阻挡性能。图说明了在约2.0g/cm3和更大的高密度和低于约400MPa的应力下,获得最佳阻挡性能。还可以看出,斜线(具有等式y=539x-915)更具体地允许适当分组密度和应力参数,以预测氮化硅层的良好阻挡性能。
图2显示了实例1-6和对比例1-4的氮化硅层在140天的时间内的阻挡性能。图2还包括商业参照,来自Vitex systems的FG500,其由五倍二分体(fivefold-dyad)体系组成。图2表明所有代表实例E1-E6具有比参照阻挡探针FG500更好的阻挡性能。此外,可以看出对比例C1-C4相比于参照FG500具有差得多的湿气阻挡性能。
实例8:
对于实例2和3的氮化硅层以及参照探针FG500,已根据标准MOCON Aquatran法测量水蒸气透过速率(WVTR)。结果示于表2和图3中。图3中的柱状图表明实例E2和E3具有比商业参照产品FG500低得多的WVTR。这是根据本发明的氮化硅层的有利湿气阻挡性能的进一步的证据。
表2:
MOCON Aquatran测试结果:
温度:38℃;湿度:100%RH;载气流速:50sccm;测试面积:20cm2;压力(表压):10psi(0.68atm)
实例9:
为了确定对于至少像商业参照阻挡层FG500的阻挡性能那样好的阻挡性能的氮化硅层的临界厚度,将实例5的氮化硅层制备为具有50nm和25nm的厚度。如图5所示,50nm的厚度仍然具有相比于商业参照FG500阻挡层明显的优点,而25nm的厚度略逊于参照FG500的阻挡性能。
实例10:
使具有根据实例1、2和7的沉积的氮化硅层的基材经受150℃下的热处理达15分钟,以模拟层合循环。结果总结于图4中。可以看出,在热处理之后实例1、2和7的湿气阻挡性能(E1R、E2R和E7R)仅具有湿气阻挡性能的小的降低,并且仍然优于商业参照FG500。
应力测量:
使用DEKTAK Stylus Profiler根据VEECO的应力测量分析测量应力。应力测量分析使用弯曲板法,其基于膜和基材的曲率和材料性质的变化而计算沉积的薄膜层中的应力。描述于“使用Dektak Stylus Profiler的薄膜应力测量(Thin Film StressMeasurement Using Dektak Stylus Profilers)”2004中的VEECO法明确以引用方式并入本文。
现在已完全描述了本发明,但本领域普通技术人员将了解,在不偏离本发明或其任何实施例的范围的情况下,可使用广泛的等同范围的条件、配方和其他参数进行本发明的方法。
Claims (11)
1.一种制品,其包括:
有机聚合物基材;和
无机单层,所述无机单层直接沉积于所述有机聚合物基材,其中所述无机单层基本上由氮化硅组成,所述无机单层具有不大于400MPa的应力,至少1.5g/cm3的密度,至少150nm的厚度,和不大于0.005g/m2/天的水蒸气透过速率(WVTR)。
2.一种密封的光学装置,其包括:
电子部件;和
上覆所述电子部件的阻挡叠堆,其中所述阻挡叠堆包括:
有机聚合物基材;和
无机单层,所述无机单层直接沉积于所述有机聚合物基材,其中所述无机单层基本上由氮化硅组成,所述无机单层具有不大于400MPa的应力,至少1.5g/cm3的密度,至少150nm的厚度,和不大于0.005g/m2/天的水蒸气透过速率(WVTR)。
3.根据权利要求2所述的密封的光学装置,其中所述密封的光学装置为有机发光二极管(OLED)或光伏(PV)组件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述基材为柔性的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述应力不大于390MPa。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述密度为至少2g/cm3且不大于2.85g/cm3。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中应力和密度根据下式相关:
应力<S*密度+I,
其中S具有不大于550MPa·cm3/g的值,且其中I不大于-400MPa。
8.根据权利要求7所述的制品或密封的光学装置,其中S为539MPa·cm3/g,且I为-915MPa。
9.根据权利要求7所述的制品或密封的光学装置,其中所述无机阻挡层具有不大于350MPa的应力和至少2.0g/cm3的密度。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的制品或密封的光学装置,其中所述聚合物基材包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、含氟聚合物或它们的任意组合。
11.一种在聚合物基材上制备氮化硅单层的方法,其中所述氮化硅层具有不大于400MPa的应力、至少1.5g/cm3的密度、至少150nm的厚度和不大于0.005g/m2/天的水蒸气透过速率(WVTR),所述方法包括通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)在聚合物基材上沉积氮化硅,其中所述PECVD在具有反应器的室中进行,所述方法还包括:
将SiH4和NH3添加至所述室中,SiH4/NH3的摩尔比为0.4至1.0之间;
将所述室加热至70℃至130℃之间的温度;
在225μbar至500μbar之间调节所述室中的压力;以及
以200W至450W之间的功率从所述反应器发射射频。
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