CN106299149A - 薄膜封装结构、制备方法和具有该结构的有机发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜封装结构，用于封装基板上的功能器件，所述薄膜封装结构由无机层薄膜和有机层薄膜交替层叠形成，最下层和最上层为无机层薄膜，所述无机层薄膜和有机层薄膜总层数不小于三层，其中至少一无机层薄膜由至少两种无机材料组成。本发明还提供一种上述薄膜封装结构的制备方法。本发明同时提供一种有机发光装置，包括基板、位于所述基板上的OLED器件及上述薄膜封装结构，所述薄膜封装结构用于封装所述OLED器件。交替层叠的无机层薄膜和有机层薄膜具有良好的阻隔水氧性能，能有效延长器件寿命；该薄膜封装结构能够使器件实现柔性功能，并满足器件轻薄化要求；封装工艺适于批量化生产及环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件的封装结构，具体地说，涉及一种薄膜封装结构、薄膜封装结构的制备方法和具有该结构的有机发光装置。
背景技术
有机电致发光器件(OLED)具有功耗低、轻便、亮度高、视野宽和反应快等特点，并且能够实现柔性显示，已应用于智能手机、平板电脑等智能终端中。
目前，OLED器件技术发展过程还存在一些问题，制约着OLED器件产业化的进程，器件寿命是其中一个至关重要的问题。OLED器件寿命一方面与选用的有机材料的性能及寿命有关，另一方面与OLED器件的封装方法有关。这是由于OLED器件中的有机物和阴极很容易和水汽和氧气发生反应，特别是器件采用几十纳米厚度的活泼金属作为阴极，仅需极微量的水汽或氧气即可将该金属反应完全，进而使得这些材料的性质及性能发生退化或失效，最终导致器件失效。因此，如何提高器件的封装效果，使器件的各功能层与周围环境中的水汽、氧气等隔离开来，对延长器件的寿命是至关重要的。
传统的OLED器件封装是在基板上制作电极和各功能层，然后使用具有良好的化学稳定性、致密性及电绝缘性的基板作为器件的保护盖板对器件进行保护，但玻璃基板的力学性能较差，易出现裂纹和断胶现象，也无法满足柔性效果的要求，且玻璃基板占用空间较大，不符合OLED器件轻薄化的发展趋势。
新的封装工艺采用薄膜封装(TFE)技术，该技术通过形成结构致密的薄膜对封装区域的器件进行物理保护，是一种无间隙封装方法。现有的无机层薄膜封装结构有较好的阻隔水氧性能，但柔性性能不理想；而柔性性能好的薄膜其阻隔水氧性能不好，如聚合物膜。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种薄膜封装结构，用于封装基板上的功能器件，所述薄膜封装结构由无机层薄膜和有机层薄膜交替层叠形成，最下层和最上层为无机层薄膜，所述无机层薄膜和有机层薄膜总层数不小于三层，其中至少一无机层薄膜由至少两种无机材料组成。
进一步地，所述无机材料为氧化物、氮化物、氮氧化物或氟化物。
进一步地，所述无机材料为金属氧化物。
进一步地，所述无机层薄膜由两种无机材料组成，且所述无机层薄膜中两种无机材料的质量比为1：99～99：1。
进一步地，所述无机层薄膜中两种无机材料的质量比为1:2～2:1。
进一步地，所述两种无机材料为氧化铝和氧化锆、或氧化铝和氧化锌。
进一步地，所述有机材料为丙烯酸基聚合物、硅基聚合物或环氧基聚合物。
进一步地，所述有机材料为聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚硅氮烷或环氧类树脂。
进一步地，所述无机层薄膜厚度为5～2000nm。
进一步地，所述无机层薄膜厚度为200～1000nm。
进一步地，所述有机层薄膜厚度为50nm～15μm。
进一步地，所述有机层薄膜厚度为2～10μm。
进一步地，所述薄膜封装结构厚度为100nm～50μm。
进一步地，所述薄膜封装结构厚度为1～20μm。
本发明同时提供一种上述薄膜封装结构的制备方法，所述无机层薄膜采用对靶溅射方法制备。
进一步地，所述有机层薄膜采用旋转涂布、喷涂、网印、喷墨印刷或CVD的方法进行制备。
本发明同时提供一种有机发光装置，包括基板、位于所述基板上的OLED器件及如上述的薄膜封装结构，所述薄膜封装结构用于封装所述OLED器件。
与现有技术相比，本发明的薄膜封装结构至少具有以下有益效果：
1、交替层叠的无机层薄膜和有机层薄膜具有良好的阻隔水氧性能，能有效延长器件寿命；
2、该薄膜封装结构能够使器件实现柔性功能，并满足器件轻薄化要求；
3、封装工艺易操作，适于批量化生产，封装过程无污染气体释放。
附图说明
图1～图3是本发明中不同实施例的薄膜封装结构示意图；
图4是本发明实施例的对靶溅射沉积示意图。
其中，附图标记说明如下：
10：基板
20：功能器件
30：无机层薄膜
40：有机层薄膜
50：掩模
60：第一靶材
70：第二靶材
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
术语第一、第二仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
如图1所示，本发明的薄膜封装结构用于封装形成于基板10一侧的功能器件20。基板10可以是玻璃、金属或塑料。本发明中的功能器件20包括但不限于OLED器件和太阳能电池。当功能器件20为OLED器件时，功能器件20自下而上可以依次设置TFT阵列、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、阴极，还可以进一步包括空穴注入层、电子注入层等。
本发明的薄膜封装结构由无机层薄膜30和有机层薄膜40交替层叠形成，最下层和最上层为无机层薄膜30，且无机层薄膜30和有机层薄膜40总层数不小于三层，其中，至少一无机层薄膜30由至少两种无机材料组成。在一个实施例中，如图1所示，薄膜封装结构由无机层薄膜30、有机层薄膜40和无机层薄膜30共三层层叠形成。在其他实施例中，如图2和图3所示，薄膜封装结构也可以由更多的无机层薄膜30和有机层薄膜40交替层叠形成。该薄膜封装结构中，无机层薄膜30具有良好的阻隔水氧效果，有机层薄膜40可有效降低无机层薄膜30造成的应力。此外，无机层薄膜30由于工艺因素可能产生细小裂纹和针孔，有机层薄膜40可阻隔水氧通过上述裂纹和针孔向内进一步渗透，弥补上述缺陷，阻止水氧通过，进一步提高封装效果，并且该薄膜封装结构可实现柔性功能。
薄膜封装结构根据需要覆盖器件20的表面和/或侧边。封装结构中，无机层薄膜30厚度可以在5～2000nm范围内，优选为200～1000nm，例如可以是500nm，各个无机层薄膜30的厚度可以相同或不同。有机层薄膜40厚度为50nm～15μm，优选为2～10μm，例如可以是3μm，各个有机层薄膜40的厚度也可以相同或不同。薄膜封装结构厚度可以在100nm～50μm范围内，优选为1～20μm，例如可以是5μm，。
无机层薄膜30由至少两种无机材料组成，优选由两种无机材料组成，两种无机材料质量比约在1：99～99：1范围内，质量比较佳为1:2～2:1，优选为1：1。无机材料包括但不限于氧化物、氮化物、氮氧化物、氟化物，优选氧化物，进一步优选金属氧化物。氧化物包括但不限于氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化钛、氧化镁、氧化硅，优选氧化铝、氧化锆、氧化锌。氮化物包括但不限于氮化硅、氮化铝、氮化钛。氮氧化物包括但不限于氮氧化硅、氮氧化铝、氮氧化钛。氟化物包括但不限于氟化镁、氟化钠。
无机层薄膜30的两种无机材料进一步优选为氧化铝和氧化锆、或氧化铝和氧化锌。混合无机层薄膜较单层无机物膜层结构具有更加致密的膜层结构，阻隔水氧效果更佳。
氧化铝为无定形的非晶态结构，氧化锆在低温时为单斜晶系，无机层薄膜30采用氧化铝和氧化锆组成混合层薄膜时，非晶态氧化铝可以有效限制氧化锆在某个晶向的生长，降低缺陷的产生，使得氧化铝-氧化锆薄膜整体呈现非晶态，表面粗糙度得到很大改善，有利于在氧化铝-氧化锆混合无机层薄膜30表面上进一步形成均匀致密的有机层薄膜40，从而形成致密性高的保护层，有效抵挡周围环境中水汽和氧气的渗入。
氧化锌优选具有晶态结构的氧化锌晶体，氧化锌晶体通常具有六方纤锌矿结构或立方闪锌矿结构，在形成无机层薄膜30过程中，非晶态氧化铝可以有效限制氧化锌晶体在某个晶向的生长，降低缺陷的产生，并且形成的氧化铝-氧化锌混合无机层薄膜30在可见光区有很高的透过率，最高值可达90％，可应用于顶发射型OLED器件。
无机层薄膜30可采用现有技术中存在的各种物理沉积方法进行制备，包括但不限于蒸镀、溅射和离子镀膜，优选溅射方法。
进一步地，无机层薄膜30优选采用对靶溅射(Facing Target Sputter)方法制备。以形成氧化铝/氧化锆混合无机层薄膜30为例，如图4所示，设置铝靶和锆靶各一个，分别作为第一靶材60和第二靶材70，两靶材设置成面对面形式的对向靶状态，并设置掩模50。在溅射过程中，通入反应气体氧气，同时溅射铝靶和锆靶，经过反应形成氧化铝与氧化锆的混合无机层薄膜30参与薄膜沉积过程中的铝靶和锆靶采用高纯靶材，纯度优选达99.99％，混合无机层薄膜30中氧化铝与氧化锆的质量比约在1：99～99：1范围内，可通过调整溅射功率和氧气流量进行控制。当无机层薄膜30是氮化物、氮氧化物或氟化物时，可采用相应的氮化物、氮氧化物或氟化物作为第一靶材60和第二靶材70。
第一靶材60和第二靶材70尺寸例如可以是50×200mm2、100×300mm2或200×300mm2等。采用上述方法形成的无机层薄膜30致密性更高，可有效抵挡周围环境中水汽和氧气的渗入，且在沉积无机层薄膜30的过程中对靶溅射方法相对磁控溅射方法对器件的作用力较小的特点，能够极大地降低对器件电极和功能层的损伤。且在溅射过程中，成膜速率较高，无任何化学气体参与或释放，对环境无任何威胁，能够实现环境友好的封装目的。
有机层薄膜40由至少一种能有效阻隔水氧的有机材料组成。在一个实施例中，有机层薄膜40的材料可选用有机聚合物材料。该有机聚合物材料包括但不限于丙烯酸基聚合物(acryl-based polymer)、硅基聚合物(silicon-based polymer)和环氧基聚合物(epoxy-based polymer)，优选聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚硅氧烷、聚硅氮烷、环氧类树脂。
在一个实施例中，有机层薄膜40的材料中，聚酰胺包括但不限于聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66(PA66)、聚酰胺7(PA7)、聚酰胺9(PA9)、聚酰胺10(PA10)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚酰胺69(PA69)、聚酰胺610(PA610)、聚酰胺612(PA612)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)；聚酰亚胺包括由二酐化合物和二胺化合物经脱水反应生成的聚酰亚胺，所述二酐化合物包括芳香族羧酸二酐化合物和脂肪族二酐化合物，二胺化合物包括芳香族二胺化合物和脂肪族二胺化合物；聚碳酸酯根据酯基结构包括脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯、脂肪族-芳香族聚碳酸酯，优选芳香族聚碳酸酯；聚丙烯酸酯包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA、亚克力)、聚甲基丙烯酸乙酯；聚酯包括但不限于聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚硅氧烷包括但不限于甲基乙烯基聚硅氧烷、二甲基聚硅氧烷、甲基苯基乙烯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷；聚硅氮烷包括但不限于全氢聚硅氮烷；环氧类树脂可以包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环式环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、聚醚型环氧树脂、硅酮改性环氧树脂。
有机层薄膜40可采用物理或化学方法进行制备，包括但不限于旋转涂布、喷涂、网印、喷墨印刷、CVD，CVD沉积方法可包括常压CVD、PECVD等，优选喷墨印刷。其中，在旋转涂布、喷涂、网印、喷墨印刷之后，需进行加热固化。
以封装OLED器件为例，本发明薄膜封装结构的示例性制备方法包括以下步骤：
(1)将设于基板10一侧的OLED器件置于溅射室内，利用对靶溅射方法制备无机层薄膜30，膜层厚度为5～2000nm；
(2)在OLED器件的无机层薄膜30上制备有机层薄膜40，膜层厚度为50nm～15μm；
(3)重复步骤(1)和(2)，制备交替层叠的无机层薄膜30和有机层薄膜40，且最下层和最上层为无机层薄膜30，形成的薄膜封装结构厚度为100nm～50μm。
由上述无机层薄膜30与有机层薄膜40交替层叠形成的薄膜封装结构成膜坚固，致密性和均匀性好，可实现较佳的封装效果，且该薄膜封装结构可使器件重量显著降低。同时，上述工艺易操作，无特殊设备，因此有利于批量化生产和降低成本。
实施例1：氧化铝-氧化锆/亚克力薄膜封装结构
1)将设于基板10一侧的OLED器件置于溅射室内，第一靶材60和第二靶材70分别为高纯的铝靶和锆靶，通入反应气体氧气，利用对靶溅射方法制备无机层薄膜30，膜层厚度约为500nm；
(2)通过旋转涂布法在OLED器件的无机层薄膜30上制备聚酰亚胺薄膜，该有机层薄膜40膜层厚度约为3μm；
(3)重复步骤(1)和(2)，制备交替层叠的无机层薄膜30和有机层薄膜40，最下层和最上层为无机层薄膜30，薄膜层数为3层，形成的薄膜封装结构厚度约为4μm。
实施例2：氧化铝-氧化锆/亚克力薄膜封装结构
1)将设于基板10一侧的OLED器件置于溅射室内，第一靶材60和第二靶材70分别为高纯的铝靶和锆靶，通入反应气体氧气，利用对靶溅射方法制备无机层薄膜30，膜层厚度约为100nm；
(2)通过喷涂法在OLED器件的无机层薄膜30上制备聚硅氧烷-聚硅氮烷薄膜，该有机层薄膜40膜层厚度约为300nm；
(3)重复步骤(1)和(2)，制备交替层叠的无机层薄膜30和有机层薄膜40，最下层和最上层为无机层薄膜30，薄膜层数为21层，形成的薄膜封装结构厚度约为4.1μm。
尽管上文中以封装OLED器件为例对本发明的薄膜封装结构进行了描述，但是应当理解，本发明的薄膜封装结构也可以用于其他相同或类似的封装或密封技术中，以对元件或器件进行密封或封装。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求保护范围内的各种修改和等效置换。
Claims (17)
1.一种薄膜封装结构，用于封装基板上的功能器件，其特征在于，所述薄膜封装结构由无机层薄膜和有机层薄膜交替层叠形成，最下层和最上层为无机层薄膜，所述无机层薄膜和有机层薄膜总层数不小于三层，其中至少一无机层薄膜由至少两种无机材料组成。
2.根据权利要求1所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述无机材料为氧化物、氮化物、氮氧化物或氟化物。
3.根据权利要求2所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述无机材料为金属氧化物。
4.根据权利要求3所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述无机层薄膜由两种无机材料组成，且所述无机层薄膜中两种无机材料的质量比为1：99～99：1。
5.根据权利要求4所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述无机层薄膜中两种无机材料的质量比为1:2～2:1。
6.根据权利要求4所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述两种无机材料为氧化铝和氧化锆、或氧化铝和氧化锌。
7.根据权利要求1所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述有机材料为丙烯酸基聚合物、硅基聚合物或环氧基聚合物。
8.根据权利要求1所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述有机材料为聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚硅氮烷或环氧类树脂。
9.根据权利要求1所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述无机层薄膜厚度为5～2000nm。
10.根据权利要求9所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述无机层薄膜厚度为200～1000nm。
11.根据权利要求1所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述有机层薄膜厚度为50nm～15μm。
12.根据权利要求11所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述有机层薄膜厚度为2～10μm。
13.根据权利要求1所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述薄膜封装结构厚度为100nm～50μm。
14.根据权利要求13所述的薄膜封装结构，其特征在于，所述薄膜封装结构厚度为1～20μm。
15.一种权利要求1所述薄膜封装结构的制备方法，其特征在于，所述无机层薄膜采用对靶溅射方法制备。
16.根据权利要求15所述薄膜封装结构的制备方法，其特征在于，所述有机层薄膜采用旋转涂布、喷涂、网印、喷墨印刷或CVD的方法进行制备。
17.一种有机发光装置，其特征在于，包括基板、位于所述基板上的OLED器件及如权利要求1～14中任一项所述的薄膜封装结构，所述薄膜封装结构用于封装所述OLED器件。
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