CN1871722A - 有阻挡层和应变消除功能的oled结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种OLED结构，该结构包含：基本柔性的基片；和至少一层放置在该基片和OLED结构之间的阻挡层。所述阻挡层基本上防止了污染物渗透有机材料层或OLED结构。阻挡层包含加入了特定组分或除去了特定组分以改善其挠性的玻璃层。OLED结构还可以包含基本柔性的基片和至少一层放置在该基片和OLED结构之间的阻挡层。阻挡层中包含应变消除材料。所述的应变消除材料较好具有至少一个特定取向轴。光子或电子元件或这两种元件构成OLED。

Description

有阻挡层和应变消除功能的OLED结构
发明背景
有机发光器件/二极管(OLED)是一类发光器件，例如常由电致发光聚合物和小分子结构构成。这些器件作为显示器以及其它应用中的常用光源的另一种选择已经引起人们的极大关注。特别是OLED可能是显示器中液晶(LC)材料和结构的又一种选择，因为LC材料和结构形式上会更复杂，在应用中受到更多的限制。
基于OLED的显示器不需要光源(背面光)，而在LC显示器中则需要光源。OLED是一种自含光源，在各种条件下保持可视的同时却更紧凑。此外，与依赖于固定的电池间隙的LC显示器不同，基于OLED的显示器可以是柔性的。
虽然OLED为显示器和其它应用提供的光源至少具有上述益处，但仍存在某些需要考虑的事项和限制条件，它们限制了OLED的实际应用。一个需要考虑的事项是，使用OLED材料时，这种材料易对环境造成污染。具体地，OLED显示器暴露于水蒸汽或氧中可能对OLED的有机材料和结构元件有害。对OLED的有机材料，暴露于水蒸汽和氧中可能降低有机电致发光材料本身的发光能力。而对OLED的结构元件，例如通常在OLED显示器中使用的活性金属阴极暴露于这些污染物中，随时间推移会产生“深色斑点”区，缩短OLED器件的使用寿命。因此，防止OLED显示器及其组成元件和材料暴露于环境污染如水蒸汽和氧中是有益。
为将环境污染降至最低，OLED显示器通常在厚的刚性玻璃基片上用边缘被密封的玻璃或金属覆盖物制造。但是，常要求提供在轻质柔性基片上的OLED。例如，这种情况下使用薄的塑料(如聚合物)基片有益。不幸的是，塑料基片如聚碳酸酯易发生水蒸汽和氧渗透而不能被接受。虽然已经研究了可使用无机层如SiOx、SiNx和Al2O3作为对水分和氧的透明阻挡层，但由这些材料形成的层通常是脆性的，因此不能用于柔性基片的应用。提出的其它阻挡层包括多层结构，这些结构相当复杂，并且还可能是脆性的。
因此，需要解决了上述至少一种缺陷的阻挡结构。
发明概述
根据示例的实施方式，提供一种OLED结构，该结构包括一个基本柔性的基片和设置在该基片和OLED结构之间的至少一个阻挡层。该阻挡层基本上防止了污染物渗透有机材料层或OLED结构。举例来说，所述阻挡层包括一层玻璃层，在该玻璃层中加入某些组分或除去某些组分来改善其挠性。
根据另一个示例的实施方式，提供一种阻挡渗透结构，该结构包括一个基本柔性的基片和设置在该基片与电子结构或光子结构之间的至少一个阻挡层。该阻挡层包含一种应变消除材料。所述的应变消除材料较好的具有至少一个取向轴。
根据另一个示例的实施方式，提供一种形成阻挡层的方法，该方法包括在基片和一层有机材料层之间形成一层多组分的玻璃层，并对所述多组分玻璃选择性地除去至少一种组分或选择性地加入至少一种组分，改变成为阻挡层的多组分玻璃的组成。
附图简述
结合附图，由下面的详细说明能更好地理解这些示例的实施方式。需强调的是各特征并不一定按比例绘制。为达到清楚说明的目的，这些尺寸可以任意增大或缩小。
图1是根据一个示例的实施方式的OLED结构的剖面图。
图2是根据一个示例的实施方式形成阻挡层的过程的流程图。
图3是根据一个示例的实施方式的阻挡层的透视图。
图4是根据一个示例的实施方式的阻挡层的透视图。
图5是根据一个示例的实施方式的阻挡层的透视图。
图6是根据一个示例的实施方式的阻挡层的透视图。
发明详述
下面的详细说明中，为说明而非限制的目的，提供公开了具体细节的示例实施方式，以便完整理解本发明。但是，对从本内容获益的本领域技术人员而言，能以本文揭示的具体细节以外的实施方式实施本发明是显而易见。此外，对公知器件、方法和材料的描述可以省略，以防与本发明的描述混淆。
在本文所述的示例实施方式中，详细说明了OLED的结构。但是，应注意，这仅是本发明说明性的实施。也就是说，本发明可应用于其它易受上述类似问题影响的技术。例如，在电子学和光子学领域的实施方式显然在本发明范围之内。这些包括但不限于集成电路和半导体结构。
图1是根据一种示例实施方式的OLED结构100，它包括至少一层阻挡层102。基片101是一层相对柔性的材料层，适用于OLED显示器应用。这种基片可以是合适的材料层，为透明的并具有合适柔性，以满足OLED结构的目的。为说明目的，基片可以是聚合物，如聚碳酸酯、聚烯烃、聚醚砜(PES)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二酯(PEN)、聚酰亚胺等。然而，基片也可以由其它柔性材料包括纸、织物、金属箔组成。此外，这些材料的层可以各种不同组合使用。
如前面所述的，基片101为柔性的较有利。但是，柔性基片如上面列举的聚合物基片也因为可渗透特性不为OLED应用所接受。即，氧和水蒸汽透过这些材料的渗透速率为几个数量级，这样的渗透速率太高以致影响OLED显示器的有效寿命。因此，在该基片上设置一阻挡层102。阻挡层102具备在此所述的有益特性，可以采用下面所述的说明性方法制备。
第一极性的电接触层103设置在阻挡层102的上面。一层或多层电致发光有机层104设置在该接触层103上面，而第二极性的电接触层105设置在该有机层的上面。OLED由有机层104形成，并通过接触层103和105获得能量。对有机层104和接触层103和105选择的材料，以及它们在实施OLED操作时的功能为本领域技术人员所已知。同样，省略对这些材料和器件的描述，以防与该说明性
实施方式混淆。
另一种与阻挡层102基本相同的阻挡层106任选设置在第二接触层105的上面。该阻挡层有益地防止污染物通过除基片101外的其它途径渗透通过活性层103、104和105。在阻挡层106上可以设置另一个其材料和厚度与基片101基本相同的任选层107。所述层106和107可以分开或结合使用。此外，注意到，在活性层103、104和105的上面和下面可以设置与层102和106基本相同的另一个阻挡层，以进一步减少污染物的渗透。有利点是这些层还能提供所需的挠性。举例来说，阻挡层102和106中一个或两个在可见光区(即，波长在约400-800nm范围)基本透明。最后，注意到，可以根据需要在阻挡层之间设置其它的层，OLED器件的设计人员提供各种选择。这些层包括滤色器、抗反射涂层、散射膜、透镜、金属层，或为本领域技术人员已知的其它功能和材料层。
举例来说，阻挡层102和106是多组分玻璃材料，是根据对某些污染物如水蒸汽和氧阻挡性能选择的。在一个示例的实施方式中，对所述阻挡层选择的材料特性是能防止水蒸汽和氧渗透。但是，根据其防止其它物质渗透的能力选择的材料可能对有机层104或接触层103和105产生负面影响，或两者都产生负面影响。
根据一个说明性的实施方式，阻挡层102和106是一种沉积的无机多组分玻璃。例如，所述阻挡层可以是MgxAlySizO或铝硼硅酸盐玻璃，这种玻璃经过了处理，从中除去一种或多种组分或加入了一种或多种组分，以改变玻璃的组成和物理性质。在一个示例的实施方式中，阻挡层102和106的厚度约为50-1000nm。
通过浸出或浸入对玻璃层进行改性，来改善其挠性或抗碎裂性或抗冲击性，或这些特性的组合。同样，可选择玻璃对一种或多种污染物的阻挡特性，并浸出或浸入某些组分，以形成所需的挠性和/或抗碎裂性或抗冲击性。或者，对柔性玻璃进行处理，改善表面上薄层的阻渗性。
在示例的实施方式中，与上述一致的已浸出或浸入至少一种组分的玻璃材料提供对水蒸汽的屏障，使水蒸汽通过该屏障的渗透速率小于约10-6g/m2/天，氧通过该屏障的渗透速率小于约10-5cm3/m2/天。
图2所示是按照一个示例的实施方式制造阻挡层的方法200的流程图。方法200包括提供基片的步骤201。所述基片与结合图1的示例性实施方式所述的基片101或层107基本相同。提供基片后，在步骤202提供玻璃层。该玻璃层是具有上述渗透速率特性的材料层，在随后的步骤中对该玻璃材料进行改性，以改善其挠性特性或渗透特性，或两者同时改善。对这种玻璃选择的材料是上述说明性无机玻璃材料中的一种，采用标准沉积技术将这种材料沉积在该结构上。这种材料优选采用溅射、化学气相沉积、等离子体增强的化学气相沉积、蒸发或这些已知方法的组合进行真空沉积。
在步骤202中沉积玻璃层后，通过从该玻璃中浸出至少一种组分，或在该玻璃中浸入至少一种组分，或通过这两种方式对该玻璃进行改性。在一个示例的实施方式中，沉积的玻璃是一种多组分玻璃，如上面所述的玻璃材料中的一种。这些多组分玻璃容易通过暴露于化学品中来浸出至少一种组分。例如，可采用J.Gregory Couillard等在Chemical treatment of glass substrates，Journal ofNon-Crystalline Solids，222 429-434(1997)中所述的方法进行至少一种组分的浸出，该文献内容结合于本文作为参考。另一些方法包括但不限于玻璃中的离子交换和阳离子电迁移。
或者，在通过浸入至少一种组分对玻璃进行改性来获得上述所需特性的情况下，步骤203中对玻璃层的改性可通过溶液化学，如离子交换或扩散掺杂，或通过等离子体处理如离子注入来进行。为浸入玻璃而选择的材料可根据其改变玻璃材料特性的能力进行选择。举例来说，这些材料特性有抗碎裂或抗冲击破碎的挠性。例如，可使用钡(Ba)作为上述满足这一要求目的的玻璃材料中的浸入组分。当然，这只是说明性的，可以按照这种方式使用其它材料。最后，应注意这部分内容中也可以使用玻璃的构成物质。
最后，注意到，可在步骤203中对玻璃层进行化学改性，以在阻挡层形成不同性质的区域。这可以通过化学改性，使用图案化的膜或掩模进行浸出或浸入来达到。一个例子是，希望抑制单独像素的挠曲，但允许像素之间的基片挠曲。
在步骤203中完成对玻璃的改性后，如步骤204所示提供OLED结构。这包括但不限于提供接触层、有机层和制造OLED器件所需的其它部件。这些步骤的细节为本领域技术人员已知，并基本上与示例实施方式的描述无关。为能清楚说明示例实施方式的目的，这些细节已经在前面给出。此外，应注意，在光子学和电子学应用中提供阻挡层的示例性实施方式中，步骤204包括提供电子或光子结构，或提供这两种结构。
最后，在步骤205，注意到，可以根据需要重复进行玻璃处理以及另外的层和元件的制造。
按照示例的实施方式的阻挡层提供了特定的益处。这些实施方式的一个有益方面是简化了器件的制造方法。例如，通过示例实施方式中相对简单的技术，可用单层来完成已知方法的两层或多层的作用。与已知方法和材料相比，材料的相容性问题也大大减少。还注意到，还可以使用与示例性实施方式一致的分级膜。
图3所示是另一个示例性实施方式的阻挡层300。该阻挡层300设置在基片301的上面，该基片可以是如图1所示的OLED器件的基片。举例来说，阻挡层300是对达到所要求的抗污染性以及上述挠性有用的纳米复合材料。
阻挡层300是一种包括玻璃层302的多层材料，其中放置了应变消除元件303。该玻璃层是能防止水蒸汽和氧渗透至上面列出的限度之外的合适材料，而应变消除元件303提供材料所要求的限度的挠性。为说明目的而非限制，玻璃层可以是MgxAlySizO、铝硼硅酸盐玻璃、SiOx、SiNx或Al2O3。应变消除元件303是有益的嵌入绳，绳材料是如合适玻璃、聚合物或粘土的材料。
富于特性的是，应变消除元件在提供玻璃层203弹性的层302中随机取向，因此阻挡层300可以在任何方向上挠曲。在此示例性实施方式中，包含材料的该区域可以是近似球形，或可以有一个取向方向。任何情况下，由该阻挡层提供的结构能获得需要的屏障特性，同时能使沿该阻挡层的长轴拉伸或阻止拉伸所造成的阻挡层300上的应变减小，只要该应变消除材料具有特定的取向轴。复合物层的组分可以入通过已知的溶胶-凝胶法同时沉积，或单独沉积。后者的一个例子是，将聚合物纤维的网分布在表面，并通过如溅射或化学气相沉积的真空方法沉积玻璃层，从而形成层302。
消除应变的阻挡层的另一个示例性实施方式示于图4。按照这一实施方式的阻挡层400包括基片401，该基片具有合适的第一不渗透性的应变消除层402和合适的第二不渗透性的应变消除层403。所述应变消除层可分成离散的片段，因此能比连续层提供更大的应变消除效果。这些区域是确定尺寸和几何形状的，因此不是随机的。这些离散区域被非零宽度，较好小于100微米的间隙分隔。在第一和第二应变消除层402和403之间任选设置柔性层404。按需要可以重复设置类似于402和403的另外的应变消除层，在它们之间有类似于404的层。
应变消除层402和403有益地包括按所示的特定方向取向的凹槽405和406。在一个示例的实施方式中，凹槽或肋405基本是直的，凹槽405可以与凹槽406垂直。因而阻挡层400由一个应变消除层提供沿一个轴的挠性，而由另一个应变消除层提供沿垂直于第一方向的轴的挠性。最后，这满足了为OLED在所有方向的挠性提供所需的应变消除作用，同时保持要求的屏障性质。
在图4的示例性实施方式中，应变消除层402和403分布包含凹槽或肋405和406，举例来说，这些应变消除层采用已知方法和所示的特定取向，通过阴影-掩模进行沉积。应变消除层402和403可以由适用于OLED应用的各种材料构成，包括但不限于如上面所述的聚合材料和玻璃材料。此外，除上面列举的制造方法外，可采用为本领域技术人员已知的蚀刻或划线技术制造应变消除层。
层402和403的应变消除区可以分成除所示外的其它可能图案。应变消除区可以具有任意形状和尺寸，但更优选规则形状，如矩形、三角形、六边形和其它几何形状。图5和6示出了按照这样的其它示例性实施方式形成的阻挡层。图5和6的示例性实施方式的阻挡层具有和图4的示例性实施方式相同的特征，但是它们的离散应变消除区的排列以及与相邻层的叠加方式不同。
在图5的示例性实施方式中，第一阻挡层501放置在第二阻挡层502的上面。阻挡层501和502中各自具有形成的凹槽。与图4的示例性实施方式的阻挡层类似，阻挡层501和502由多种图案化的层提供在多个方向的应变消除作用。这些图案化的层具有凹槽503和504，它们以彼此垂直的方式取向，一个放置在另一个或直接在另一个上，从而提供柔性阻挡层中所需的应变消除性质。但是，应注意，层501和502都在两个方向包含应变消除，这与一层在一个方向提供应变消除，而另一层在另一个方向提供应变消除的情况不同。还应注意，在层501和502之间还可以放置其它材料层，可以在阻挡层501和502的堆叠中加入另外的阻挡层。
举例来说，阻挡层501和502各自通过单一材料提供。根据其屏障保护能力选择所述材料层。提供所需应变消除特性的凹槽503和504由于图案的重叠作用基本上不会降低阻挡渗透的性质。特别是，因为凹槽的图案，阻挡层501的凹槽与阻挡层502的凹槽很少重叠。这样，基本上没有污染物通过相邻层发生迁移的途径。
举例来说，阻挡层501和502是可以采用已知方法通过划线或蚀刻在其中形成凹槽的合适玻璃材料。这些玻璃材料是如结合上面其它示例至实施方式所描述的那些材料。
最后，另一个示例性实施方式显示具有所示的凹槽603的阻挡层601和602。这些层与对图5示例的实施方式所述的那些层基本相同，但每一阻挡层有单一的凹槽取向。对阻挡层601和602进行定向，并将一层放置在另一层上，使凹槽603基本上相互不正交，但阻挡层601的凹槽与阻挡层602的凹槽有很少的重叠。这样，基本上没有污染物通过相邻层发生迁移的途径。这样提供了上述应变消除和阻挡渗透能力。此外，可以将阻挡层601和602直接一层放置在另一层上，两层之间有一层或多层材料层。
通过示例性实施方式的讨论详细描述了示例的实施方式。很清楚，本发明的修改对从本发明获益的领域的技术人员而言是显而易见的。这些修改和变动包含在权利要求书中。

Claims (33)

1.一种OLED结构，它包含：
基本柔性的基片；
至少一层阻挡层，所述阻挡层各自包含加入了特定组分或除去了特定组分的玻璃层，其中，阻挡层基本上防止了污染物渗透有机材料层或OLED结构。
2.如权利要求1所述的OLED结构，其特征在于，所述的污染物是水蒸汽和氧。
3.如权利要求1所述的OLED结构，其特征在于，在所述OLED结构下面放置多个阻挡层。
4.如权利要求1所述的OLED结构，其特征在于，在所述OLED结构的下面放置至少一层阻挡层，在所述OLED结构的上面放置至少一层阻挡层。
5.如权利要求1所述的OLED结构，其特征在于，所述阻挡层是玻璃材料。
6.如权利要求5所述的OLED结构，其特征在于，所述玻璃材料是MgxAlySiO或铝硼硅酸盐玻璃。
7.如权利要求1所述的OLED结构，其特征在于，所述基片由聚碳酸酯、聚烯烃、聚醚砜(PES)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二酯(PEN)、聚酰亚胺中的一种或多种组成。
8.如权利要求1所述的OLED结构，其特征在于，所述基片由纸、金属箔和织物中的一种或多种构成。
9.一种形成阻挡层的方法，该方法包括以下步骤：
在基片和活性层之间提供多组分玻璃层；
从多组分玻璃中选择性除去至少一种组分，或在多组分玻璃中选择性加入至少一种组分，改变加入到阻挡层中的多组分玻璃的组成。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述活性层是有机层。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述OLED结构包含有机层。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述活性层包含电子结构。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述活性层包含光子结构。
14.如权利要求9所述的方法，该方法还包括在活性层上提供至少一个其它基片。
15.如权利要求9所述的方法，该方法还包括在基片和活性层之间提供至少一个其它的多组分玻璃层。
16.如权利要求9所述的方法，该方法还包括在活性层上提供至少一个其它基片，并在基片和活性层之间提供至少一个其它的多组分玻璃层。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述基片各自由聚碳酸酯、聚烯烃、聚醚砜(PES)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二酯(PEN)和聚酰亚胺中的一种或多种构成。
18.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过浸入为提高玻璃挠性、玻璃的抗冲击破碎性或抗碎裂性或它们的组合而选定的至少一种组分来选择加入至少一种组分。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，通过溶液化学进行所述的浸入。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，浸入是通过等离子体处理进行的。
21.一种阻挡渗透结构，该结构包括：
基本柔性的基片，
和放置在基片和结构之间的至少一个阻挡层，其中所述阻挡层包含一种应变消除材料，具有至少一个取向轴。
22.如权利要求21所述的阻挡渗透结构，其特征在于，所述结构是OLED结构、电子结构或光子结构中的一种或多种结构。
23.如权利要求21所述的阻挡渗透结构，其特征在于，所述应变消除材料包括随机取向的内含物。
24.如权利要求23所述的阻挡渗透结构，其特征在于，所述内含物是聚合物纤维。
25.如权利要求23所述的阻挡渗透结构，其特征在于，所述内含物是玻璃纤维。
26.如权利要求23所述的阻挡渗透结构，其特征在于，所述内含物是粘土颗粒。
27.如权利要求23所述的阻挡渗透结构，其特征在于，所述应变消除材料包括玻璃层。
28.如权利要求21所述的阻挡渗透结构，其特征在于，至少一层阻挡层包含多个限定的离散区域。
29.如权利要求28所述的阻挡渗透结构，其特征在于，所述离散区域包含多个基本平行的凹槽。
30.如权利要求25所述的阻挡渗透层，其特征在于，将具有多个基本平行的凹槽的另一个阻挡层放置在至少一个阻挡层的上面，且至少一个阻挡层上的凹槽与另一个阻挡层不平行。
31.如权利要求21所述的阻挡渗透层，其特征在于，所述应变消除层包含至少一层具有多个正交凹槽的层。
32.如权利要求31所述的阻挡渗透层，其特征在于，所述至少一个层是玻璃。
33.如权利要求21所述的阻挡渗透层，其特征在于，所述应变消除层包括多个具有平行凹槽的层。
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