CN110838544A - 超薄柔性有机电子器件制备与封装一体式结构设计和制备流程工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄超高封装柔性有机电子器件制备工艺，与现有的有机电子器件制备与封装分开的设计与工艺相比，本专利新采用的整合式的设计和工艺拥有明显的先进性。本发明的整合式设计，主要利用相同光固化树脂和纳米涂层的多层封装工艺作为有机电子器件上下两层的封装固化结构，前后封装层的制备与有机电子器件制备工艺相结合。由于该设计采用可重复的统一流程极大减少多重封装过程和性能造成封装效果下降，还极大的降低了器件制备与封装过程相分离造成的低良品率的问题。同时，统一和规范化的封装结构必然降低设备成本，材料成本以及工艺成本，同时提高产品产量和寿命。尤其适合未来自动化，大批量，大面积的柔性有机电子器件生产。

Description

超薄柔性有机电子器件制备与封装一体式结构设计和制备流 程工艺

技术领域：

本发明涉及高效，低成本，高封装效果超薄柔性有机电子的生产和封装工艺，尤其涉及到高封装，高良品率超薄柔性有机电子器件的制备和封装过程相整合式封装工艺及方案。

背景技术：

新型的有机电子器件，有机发光，有机光电器件，有机探测器和有机场效应管由于其自身轻薄、节能并且自发光，发电等优点，在显示和固态照明，能源，探测器，手机，可穿戴领域有着广阔的应用前景。其优秀的特性将影响下一代显示电子产品的开发，是柔性电子显示的主力。

然而根据长期，大量有机电子学的研究表明，空气中的水汽和氧气成分对有机电子器件有着致命的影响，其原因主要有水汽和氧气分子对有机及其他各纳米薄膜层有各种不同的反应和影响，从而对整体器件寿命有很大的危害。随着很多新颖的封装涂层材料和直接复合封装结构被发明和采用，有机电子器件的封装效果和性能得到了巨大的促进，而且现有的高封装，长寿命的有机电子显示屏已经面世。但是现有的有机电子器件制备工艺和封装工艺是相互独立，就造成柔性有机电子器件产品的 诸多问题；例如成本高昂，封装效率低，器件耐久性差，良品率低等缺点。最终导致有机电子器件工业出现产能低下，成本高，设备复杂化，特别造成大面积，柔性器件的开发与制备制造了很大的难度和挑战，如市场上的OLED大屏幕，有机场效应管，有机太阳能电池等封装。为了达到高效的封装效果，现有技术采用高水氧阻隔基底制备，有机电子器件制备，器件最后封装各自相独立的制备工艺和材料。然后由于有机电子器件，特别是柔性器件厚度非常薄，其材料和纳米层非常敏感和脆弱，封装结构的复杂和繁多工艺，造成产品生产中和使用中非常容易损坏和损伤，造成品质的下降。所以对有机电子器件生产来说，高封装成本，复杂的封装工艺极难同时保证封装效果的同时提高良品率，已经产业界中是降低生产成本和提高生产效率的一个 阻碍。此外，基底-器件-封装层的分离式生产方案，必然增加了表面处理工艺以及完善各环节的联通环节。这同样增加成本和产品损伤风险。如果封装层与基底的水氧阻挡性能不一致，同样会造成器件封装效果的不平衡。如果采用相同的封装材料和结构在有机电子器件的两侧，而不是相互不同的结构和工艺，就可以极大简化工艺和提高封装效率，同时还可以进一步将封装与生产流程结合。形成一套高自动化，流水线的超薄柔性电子器件生产流程。

如何在实现有机电子器件的封装，生产制备一体化流程设计和工艺，应有以下要求：

A.有机器件上下两层封装结构和材料相一致。

B.封装结构与器件制备统一在一个系统中，避免暴露在外部环境，可极大的提高封装效果和提高自动化流程。

C.多层封装层都可以使用快速，简易的方法完成涂膜。

D.有机电子器件上下的保护层可以保护器件不受封装层的影响。

E.最下层的薄膜容易可以与基底相分离。

F.其中封装多层结构可以使用不同镀膜和固化工艺。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于重新设计了一种超高封装性能的柔性有机电子超薄制备设计和工艺，解決目前有机器件制备与封装结构中存在的结构复杂，材料步骤繁多，良品率低下，而且成本高和生产效率慢等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄制备设计和工艺，是首次将有机电子器件制备和封装过程相整合的一体式结构方案，包括：依次制备在基底上的层层堆叠覆盖在基底上的高水氧阻隔封装混合层、有机电子器件或有机功能层、保护层和高水氧阻隔封装混合层。

一种可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄制备设计和工艺，是首次将有机电子器件制备和封装过程相整合的一体式结构方案，，包括：基底和依次制备其上的层层堆叠薄膜、高水氧阻隔封装混合层、有机电子器件或有机功能层、保护层、高水氧阻隔封装混合层；完成制备后其中初始基底薄膜最后与整个封装后的有机柔性器件脱离；最终得到一次性制备完整封装后的柔性有机电子器件。

本发明的基本原理是采用相同的封装保护层和制备工艺在有机电子器件的上下面，由于采用统一的材料和技术完成上下界面的封装。这样不再需要额外购买，制备和生产高水氧阻隔基底薄膜，以及省去相关的表面处理和中间步骤。在器件上下同时采用相同的封装结构，材料与加工工艺，可以得到相一致的封装效果和极大减少复杂步骤中封装失效和退化的风险，可以极大的提高封装的整体效果和产品的良品率。同时将封装过程与器件生产制备过程相整合，只需要将合适的硬性或者柔性衬底直接传入设备，在一个集成设备中完成下封装结构层制备，高效封装，高质量的有机电子器件一次性制备完成。此专利设计从有机电子结构，制备和工艺的根本上改变了现有有机电子器件生产过程中复杂化，良品率低，成本高等问题。从封装保护层设计上摒弃了原有对高封装阻隔膜的依赖，并同时解决了其带来成本，工艺，生产工艺等问题。这种集成化的封装工艺与生产工艺的结合，减少样品多系统的传递步骤和时间成本，设备成本。此外如果选择合适的基底薄膜和封装层，在完成柔性有机电子器件制备和封装后，整个柔性有机电子器件的厚度可以降低到20-100微米，其远低于现有柔性电子器件的厚度。

本发明进一步限定的技术方案为：

优选地，上述技术方案中，基底选自表面平整的无机，有机，金属等材料，可以是硬质或者是柔性基底。

优选地，上述技术方案中，有机电子器件和有机功能层选自其中的一种：有机发光器件OLED，量子发光器件GLED，聚合物发光器件PLED，有机小分子，聚合物，钙钛矿光电器件，光电探测器和太阳能电池，以及有机，聚合物场效应管。

优选地，上述技术方案中，高水氧阻隔封装混合层，可以是光/热固化有机，树脂，聚合物涂层，纳米阻挡层和多保护层封装结构，也可以有机/无机/有机重复多层封装结构。

优选地，上述技术方案中，基底薄膜材料可以选自塑料，聚合物，树脂材料；可以通过旋涂，刮涂，喷洒，roll-to-roll，打印等液体涂膜方法涂抹在基底上。

优选地，上述技术方案中，光/热固化有机，树脂，聚合物涂层其材料选自光固化树脂，光固化聚合物，或者光固化混合材料。

优选地，上述技术方案中，光/热固化有机，树脂，聚合物涂层，可以通过旋涂，刮涂，喷洒，roll-to-roll，打印等液体涂膜方法完成。

优选地，上述技术方案中，惰性光固化胶层厚度为0.1-10微米。

优选地，上述技术方案中，纳米阻挡层选自金属，金属氧化物和无机纳米薄膜层，纳米阻挡层可通过溅射，热蒸发，物理纳米沉积，化学纳米沉积的方式制备。

优选地，上述技术方案中，纳米阻挡层厚度在10-500纳米之间。

优选地，上述技术方案中，保护层选自有机/无机绝缘层，也可以是多种复合绝缘涂层。

优选地，上述技术方案中，基底薄膜材料表面疏脂或疏水处理，厚度在5-100微米之间。

优选地，上述技术方案中，有机电子器件上的覆盖保护层，以及高水氧阻隔封装混合层，可以是部分覆盖，也可以全覆盖封装。

优选地，上述技术方案中，光/热固化有机，树脂，聚合物涂层其材料，可以一次性光照或加热固化，也可以是的分步多次固化。

可应用于柔性有机电子超薄制备和封装一体结构的制备工艺，按照如下步骤进行：

S1将基底或者涂镀10微米的聚合物薄膜的基底样品进入到氮气手套箱内，涂膜高水氧阻隔UV固化胶在衬底上，完成UV光照固化；

S2传入真空腔腔体，利用ALD，溅射，CVD，或者热蒸发技术镀10-200纳米阻挡薄膜层；

S3在纳米阻挡薄膜上完成保护层和器件底层，完成下封装保护层结构；

S4在完成的封装保护层上，制备有机器件电极，有机功能层等，完成有机电子器件的制备；

S5将完成的有机电子器件再传递回，依照3，2，1的封装步骤，完成上面封装保护层结构。

本发明进一步限定的技术方案为：

优选地，上述技术方案中，还包括步骤S6，器件完成制备后，可以直接连同基底一起形成一个器件，也可以将基底上与薄膜层以及其上封装完毕的有机电子器件分离，得到一个独立的超薄柔性有机电子器件和可反复使用的基底。

本发明公开了一种应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄制备设计和工艺，是首次将有机电子器件制备和封装过程相整合的一体式结构方案。，其适用于各种超薄和柔性高封装有机电子器件的快速大面积制备，尤其是将封装工艺和器件制备流程整合在一起，可实现超薄有机电子器件的一次性制备成型。这是一种建立在大面积多层封装方法与结构，与有机电子器件制备融合在一起的技术设计，利用多层封装技术，实现有机器件基底制备，器件制备以及上层封装一体式的整体制备工艺，在保证有机器件水氧阻隔效率的同时，极大的提高封装效率，良品率和降低生产成本。基底封装涂层与上层封装涂层工艺相统一，与有机电子器件制备工艺整合在一起的超薄有机电子器件生产方案，可以极大的减少封装基底和上部封装结构不同而引起的诸多问题。目前的封装工艺存在一些缺陷，例如：1.封装效果的不统一，早成封装效率无法达到最佳效果，2.不同制备或封装过程中的样品传递造成的良品率下降，例如多过程中出现的缺陷，沾污，损伤等。3现有分离的过程造成工艺复杂，整体成本过高，风险过大。如果，器件从高阻隔封装基底开始，将有机电子器件上下封装水氧阻隔结构相统一，就可以极大的解决上述问题。统一，规范，整合式的生产，封装工艺一体化的流程必将是未来高效封装有机电子器件批量化生产的主流趋势。本发明利用相同光固化树脂和纳米涂层的多层封装工艺作为有机电子器件上下两层的封装固化结构，与有机电子器件制备工艺相结合。 由于都是采用的统一的封装材料和工艺流程，可重复的统一流程就极大减少多重封装过程和性能造成封装效果下降和次品率的增加。 同时，统一和规范化的封装结构必然降低设备成本，材料成本以及工艺成本，提高产品产量和效率。 尤其适合未来自动化，大批量，大面积的柔性有机电子器件生产。例如可以应用在roll-to-roll的柔性电子器件封装和制备过程中，可以快速完成高封装效率柔性有机电子器件的制备。此发明重组了柔性有机电子器件生产与封装的设计与工艺，从根本上有效的减低了封装工艺的复杂程度和封装效率不稳定，良品率低等的生产问题，而且为未来柔性有机电子器件的大面积，低成本的生产和应用提供了新的技术方案和思路。同时，由于减少了封装的流程与材料，有可能极大的制备出远比现有技术生产更薄的有机电子器件。

附图说明：

图1多层光固化树脂全面覆盖的大面积封装方案结构及流程示意图。

图2多层光固化树脂全面覆盖的大面积封装方案结构及流程示意图。

图3超薄完整封装有机器件剥离基底的流程。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护 范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包 括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

一种可应用于柔性有机电子超薄制备和封装一体结构，包括：基底和层层堆叠覆盖在基底上的高水氧阻隔封装混合层、有机电子器件或有机功能层、保护层和高水氧阻隔封装混合层。

一种可应用于柔性有机电子超薄制备和封装一体结构，包括：基底和层层堆叠覆盖在基底上的基底薄膜、高水氧阻隔封装混合层、有机电子器件或有机功能层、保护层、高水氧阻隔封装混合层；其中基底薄膜最后与整个封装后的有机柔性器件、基底脱离；完成一次性完成超薄柔性有机电子器件的制备与封装。

基底选自金属，石英，氧化硅，玻璃，硅片中的一种，或者是高水氧阻隔的柔性塑料、聚合物、树脂材料中的一种。

有机电子器件和有机功能层选自其中的一种：有机发光器件OLED，量子发光器件GLED，聚合物发光器件PLED，有机小分子，聚合物，钙钛矿光电器件，光电探测器和太阳能电池，以及有机，聚合物场效应管。

高水氧阻隔封装混合层，可以是光/热固化有机，树脂，聚合物涂层，纳米阻挡层和多保护层封装结构，也可以有机/无机/有机重复多层封装结构。

基底薄膜材料可以选自塑料，聚合物，树脂材料；可以通过旋涂，刮涂，喷洒，roll-to-roll，打印等液体涂膜方法涂抹在基底上。

光/热固化有机，树脂，聚合物涂层其材料选自光固化树脂，光固化聚合物。

光/热固化有机，树脂，聚合物涂层，可以通过旋涂，刮涂，喷洒，roll-to-roll，打印等液体涂膜方法完成。

惰性光固化胶层厚度为0.1-10微米。

纳米阻挡层选自金属，金属氧化物和无机纳米薄膜层，纳米阻挡层可通过溅射，热蒸发，物理纳米沉积，化学纳米沉积的方式制备。纳米阻挡层厚度在10-500纳米之间。

保护层选自有机惰性涂层或无机绝缘层，也可以是多种复合涂层。

基底薄膜材料表面疏脂或疏水处理，厚度在5-100微米之间。

有机电子器件上的覆盖保护层，以及高水氧阻隔封装混合层，可以是部分覆盖，也可以全覆盖封装。

光/热固化有机，树脂，聚合物涂层其材料，可以一次性光照或加热固化，也可以是的分步多次固化。

图1为多层光固化树脂全面覆盖的大面积封装方案结构及流程示意图。

1.玻璃或柔性衬底涂一层水氧阻隔胶或树脂。

2.进行UV，白光或者热固化。

3.无机纳米层镀膜

4.热处理或者表面处理

5.再涂镀一层基膜保护层。

6.薄膜固化和表面处理。

7.完成有机电子器件的制备。

8.（5’）在器件上镀一层保护层和固化保护层。

9.（4’）干燥和薄膜固化

10.（3’） 无机纳米层镀膜

11.（2’）表面修饰和处理

12.（1’）涂一层水氧阻隔胶或树脂.

13.进行UV，白光或者热固化，完成器件封装。

图2为多层光固化树脂全面覆盖的大面积封装方案结构及流程示意图。

1.玻璃或柔性衬底涂一层柔性薄膜层和一层水氧阻隔胶或树脂。

2.进行UV，白光或者热固化。

3.无机纳米层镀膜

4.热处理或者表面处理

5.再涂镀一层基膜保护层。

6.薄膜固化和表面处理。

7.完成有机电子器件的制备。

8.（5’）在器件上镀一层保护层以及UV固化树脂。

9.（4’）干燥和薄膜固化

10.（3’） 无机纳米层镀膜

11.（2’）表面修饰和处理

12.（1’）涂一层水氧阻隔胶或树脂和上保护层。

13.进行UV，白光或者热固化，完成器件封装。

图3超薄完整封装有机器件剥离基底的流程。

在薄膜层和基底界面做疏离处理，将封装完整的有机电子器件逐渐与衬底剥离，得到干净的基底和超薄有机电子器件。

根据发明的设计和工艺，其封装和有机电子器件制备一体化流程采用如下步骤：

第一步，准备好待可玻璃或Si衬底，可对表面进行清洗。并放入真空干燥箱去除多于吸附的水汽和氧气。

第二步，将样品传入到20度， 水，氧小于1ppm的氮气手套箱内。通过旋涂工艺涂膜一层PET或PMMA薄膜，固化后再旋涂一层高阻隔UV固化树脂，总体大约15-25微米厚。 完成UV照射固化3分钟。

第三步，传入真空腔体，溅射100纳米Al2O3，或SiO无机保护层。

第四步， 再传回氮气手套内，旋涂2-5微米的PET保护层。固化

第五步，传入真空腔，对表面等离子体处理进行后，以及生长ITO，多层有机功能层和电极层，完成有机电子器件的制备。

第六步，再生长好的有机器件上蒸镀100纳米的LiF或者Al2O3薄膜保护层。

第七步，将样品传入手套箱旋涂有机层，完成固化。

第八步，将溅射100纳米Al2O3，或SiO无机保护层。

第九步，将样品传回到氮气手套箱内。通过旋涂一层高阻隔UV固化树脂，完成UV照射固化3分钟。以及涂膜一层PET或PMMA薄膜，完全固化后再总体大约15-25微米厚。

第十步，逐步将器件与玻璃基底逐步剥离，得到完整的超薄有机电子器件（总厚度小于100微米）和干净的衬底。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (13)

1.一种可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，基底和层层堆叠覆盖在基底上的高水氧阻隔封装混合层制备、其上的有机电子器件或有机功能层、保护层制备和再次高水氧阻隔封装混合层的制备；整体完成制备和封装后的有机柔性器件可以与基底一体化，也可以与基底相独立。

2.根据权利要求1所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，基底选自硬质或者柔性，可拉伸的透明基地。

3.根据权利要求1所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，有机电子器件和有机功能层选自其中的一种：有机发光器件OLED，量子发光器件GLED，聚合物发光器件PLED，有机小分子，聚合物，钙钛矿光电器件，光电探测器和太阳能电池，以及有机，聚合物场效应管。

4.根据权利要求1所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，高水氧阻隔封装混合层，可以是光/热固化有机，树脂，聚合物涂层，纳米阻挡层和多保护层封装结构，也可以有机/无机/有机重复多层封装结构。

5.根据权利要求1所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，基底薄膜材料可以选自塑料，聚合物，树脂材料；基底薄膜可以通过旋涂，刮涂，喷洒，roll-to-roll，打印等液体涂膜方法涂抹在基底上；

基底薄膜材料表面疏脂或疏水处理，厚度在5-100微米之间。

6.根据权利要求4所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，光固化有机，树脂，聚合物涂层其材料选自光固化树脂，光固化聚合物，可以通过旋涂，刮涂，喷洒，roll-to-roll，打印等液体涂膜方法完成。

7.根据权利要求5所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，光/热固化有机，树脂，聚合物涂层，其特征在于，惰性光固化胶层厚度为0.1-10微米。

8.根据权利要求4所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，纳米阻挡层选自金属，金属氧化物和无机纳米薄膜层，纳米阻挡层可通过溅射，热蒸发，物理纳米沉积，化学纳米沉积的方式制备，纳米阻挡层厚度在10-500纳米之间。

9.根据权利要求4所述的可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，保护层选自有机惰性涂层或无机绝缘层，也可以是多种复合涂层。

10.根据权利要求1所述可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，有机电子器件上的覆盖保护层，以及高水氧阻隔封装混合层，可以是部分覆盖，也可以全覆盖在基底上的封装。

11.根据权利要求7所述可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄结构，其特征在于，光/热固化有机，树脂，聚合物涂层其材料，可以一次性光照固化，也可以是的分步多次固化。

12.可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄制备工艺，其特征在于：按照如下步骤进行：

S1将基底或者涂镀10微米固化后的聚合物薄膜的基底样品进入到氮气手套箱内，涂膜高水氧阻隔UV固化胶在衬底上，完成UV光照固化；

S2传入真空腔腔体，利用ALD，溅射，CVD，或者热蒸发技术镀10-200纳米阻挡薄膜层；

S3在纳米阻挡薄膜上完成保护层和器件底层，完成下封装保护层结构；

S4在完成的封装保护层上，制备有机器件各驱动电极，有机功能层等，完成有机电子器件的制备；

S5将完成的有机电子器件再传递回，依照3，2，1的封装步骤，完成上面封装保护层结构。

13.可应用于超高封装性能的柔性有机电子超薄制备工艺特征在于：

还包括步骤S6，器件完成制备后，可以直接连同基底一起形成一个器件，也可以将基底上与薄膜层以及其上封装完毕的有机电子器件分离，得到一个独立的超薄柔性有机电子器件和可反复使用的基底。

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