TW201445794A - 有機光電元件封裝結構以及封裝方法 - Google Patents

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Abstract

一種有機光電元件封裝結構以及封裝方法，封裝方法先提供一無機材料基板，在無機材料基板上塗佈或是鍍膜有機材料層，以形成複合材料基板；然後在複合材料基板上製作一有機光電元件，並圖案化有機材料層以及有機光電元件，定義出一封裝區域；之後在封裝區域上設置一水氣屏蔽層，使水氣屏蔽層包覆有機光電元件之表面以及側邊。

Description

有機光電元件封裝結構以及封裝方法
本發明是有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種有機光電元件之封裝結構。
有機光電元件主要由有機半導體所構成，目前應用的產品有機發光二極體、有機薄膜電晶體，以及有機太陽能電池等，但有機半導體材料對於水氣、氧氣及紫外線非常敏感，氧氣及紫外線的傷害可利用材料的堆疊或是屏蔽屏除，但是如何防止水氣滲透，一直是有機光電元件在封裝上的一大考驗。
目前利用有機光電元件製作之可撓性裝置特點在於輕、薄、耐摔、耐衝擊，且可任意彎曲，若使用卷對卷(Roll to Roll)生產方式，更可大量快速生產，且具有價格優勢。由於使用有機光電元件製作可撓式裝置，水氣滲透將會造成特性降低，因此在封裝上必須慎重考慮水氣滲透途徑。先前技術多是利用阻隔層進行上下貼合，來隔絕水氣入侵，此種貼合的技術十分方便易行，且使有機光電元件 能夠大量生產。
由於有機可撓性基板的水氣阻隔能力不良，所以必需利用無機材料層鍍膜來進行隔絕，然而在有機可撓性基板上鍍膜，水氣阻隔能力不如金屬材料來得優良，且長時間撓曲下會發生破損，使有機光電元件的可靠度大為降低，且無法大量生產。
因此，本發明一方面提出一種有機光電元件之封裝方法以及封裝結構，能夠解決水氣滲透問題，避免有機光電元件因遭到水氣滲入而導致可靠度降低；同時，可利用卷對卷(roll to roll)製程來製作此一有機光電元件，因而適合大量生產。
依照本發明之一實施例，有機光電元件之封裝方法，先提供一無機材料基板，在無機材料基板上塗佈或是鍍膜一有機材料層，以形成一複合材料基板；然後在複合材料基板上製作一有機光電元件，並圖案化有機材料層以及有機光電元件，以定義出一封裝區域；之後在封裝區域上設置一水氣屏蔽層，使水氣屏蔽層包覆有機光電元件之表面以及側邊。
依照本發明之另一實施例，有機光電元件封裝結構含一無機材料基板、一有機材料層、一有機光電元件以及一水氣屏蔽層。有機材料層位於無機材料基板上；有機光電元件位於有機材料層上，其中有機光電元件以及有機材 料層之截面積，小於無機材料基板之截面積。水氣屏蔽層位於有機光電元件上，包覆有機光電元件以及有機材料層，並接觸無機材料基板。
以上實施例之有機光電元件封裝方法以及封裝結構，採用防水特性較佳的無機基板來當作基材，能夠防止水氣滲透，避免有機光電元件遭到氧化而降低元件壽命；又在無機基板上設置了有機材料層，有機光電元件則設置於此有機材料層上，因而解決了材料相容性的問題；此外，更可利用卷對卷(Roll to Roll)製程來製造，適合量產。
101‧‧‧複合材料基板
101a‧‧‧無機材料基板
101b‧‧‧有機材料層
103‧‧‧有機光電元件
105‧‧‧封裝區域
107‧‧‧水氣屏蔽層
201‧‧‧滾輪
203‧‧‧基材
205‧‧‧有機光電元件
207‧‧‧無機材料
209‧‧‧水氣屏蔽層
209a‧‧‧無機物層
209b‧‧‧有機物層
209c‧‧‧背膠
211‧‧‧局部區塊
213‧‧‧對位標誌
301‧‧‧金屬層
303‧‧‧半導體層
305‧‧‧介電層
307‧‧‧閘極層
309‧‧‧中介層
401~411‧‧‧電流電壓曲線
第1A圖至第1D圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構製造過程中之剖面圖。
第1E圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構之俯視圖。
第2A圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構製造過程中之卷對卷製程示意圖。
第2B圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構製造過程中之俯視圖。
第2C圖係繪示本發明一實施方式水氣屏蔽層之結構剖面示意圖。
第3A圖至第3E圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件製造過程中之結構剖面圖。
第4A圖至第4C圖係繪示有機光電元件之電流電壓曲線圖。
以下實施例的有機光電元件之封裝方法以及封裝結構，利用雷射蝕剝製程來定義圖案化區域，然後在圖案化區域上設置水氣屏蔽層，來包覆有機光電元件的表面以及側邊，能夠解決水氣滲透所造成元件壽命衰減的問題，尤其可防止水氣由側邊進入光電元件，避免光電元件的可靠度降低；同時此一有機光電元件封裝方法可利用卷對卷(Rollto Roll)製程，適合量產。
第1A圖至第1D圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構製造過程之剖面圖，第1E圖則繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構之俯視圖。有機光電元件之封裝方法先提供無機材料基板101a，此無機材料基板101a可為薄型化捲曲金屬材料機板，例如，以鋁、鐵，或是不鏽鋼等抗水氧能力佳之無機材料來製作此無機材料基板101a，以提供較佳的水氣防堵效果。接著在無機材料基板101a上塗佈或是鍍膜一有機材料層101b，以形成複合材料基板，也就是以無機材料基板101a加上有機材料層101b(第1A圖)作成複合材料基板101，此有機材料層101b之成分可含聚醯亞胺(Polyimide；PI)、壓克力(Acrylic)、環氧樹脂(Epoxy)、硬化塗層(Hard coating)等，能夠塗佈或蒸鍍之有機固化材料，以塗佈於無機材料基板101a上，且可 使無機材料基板101a與其他材料層電性絕緣的材質，此有機材料層101b目的在使其他有機光電元件材料能夠製作於其上，避免將其他有機材料直接設置於無機材料基板101a上，導致異質性接面問題發生。本發明所指之鍍膜包括物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)，物理氣相沉積法(PVD)可為真空蒸鍍(Vacuum evaporation depostion)或電漿濺鍍(Plasma sputtering)等手法，化學氣相沉積法(CVD)可為低壓化學氣相沉積(Low-preasure CVD)或直接液體注入化學氣相沉積(Direct liquid injection CVD)等手法，但本發明不以前述手為限。
在複合材料基板101完成之後，繼續在其上製作有機光電元件103(第1B圖)，例如有機薄膜電晶體、有機太陽能電池，或是有機發光二極體。具體而言，可利用一卷對卷(Roll to Roll)黃光製程，在複合材料基板101上製作有機光電元件103。
在有機光電元件103製作完成之後，繼續圖案化有機材料層101b以及有機光電元件103，以定義出封裝區域105(第1C圖)。詳細來說，可利用卷對卷雷射剝蝕製程(Laser ablation process)，圖案化有機材料層101b以及有機光電元件103，此卷對卷雷射剝蝕製程可以是氣體雷射製程、固體雷射製程、半導體雷射製程，或是液體雷射製程。由於卷對卷雷射剝蝕製程僅僅會蝕刻有機材料層101b以及有機光電元件103，不會對無機材料基板101a起作用，因此可使無機材料基板101a之一部分，也就是封裝區域105顯露出 來。
在封裝區域105定義出來之後，利用一卷對卷對位壓合製程，在封裝區域105上設置水氣屏蔽層107(第1D圖)。詳細來說，可以含背膠之阻絕水氣滲透薄膜，作為水氣屏蔽層107。水氣屏蔽層107可為有機物層、無機物層，或是有機與無機組合而成的多層材料結構，為了增加抗水氧能力，也可重複地以有機、無機、有機、無機層來堆疊製作。背膠塗佈在有機物層的另外一側來將水氣屏蔽層107與有機光電元件結合，背膠材質可為環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸(Acrylic)聚酯類等熱固性或熱塑性膠材，可利用加溫加壓製程進行貼附。有機物層一般為高透光之高分子薄膜(例如：PET、PC、PEN等)，無機物層一般可為聚偏二氟乙烯(PVDF)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)等可抗水氧穿透的無機透明材料。無機物層可以塗佈、化學氣相沉積，或原子沉積製程來製作。水氣屏蔽層107之結構剖面示意圖繪示於第2C圖。
水氣屏蔽層107包覆有機材料層101b以及有機光電元件103，也就是說，有機光電元件103之上表面以及有機光電元件103與有機材料層101b之側邊都會被水氣屏蔽層107包住不會外露，因此可以防止水氣侵害有機光電元件103與有機材料層101b。至此，有機光電元件封裝結構已經完成，如第1D圖所繪示。
第1E圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構之俯視圖。由此一俯視圖可以看出，水氣屏蔽層107 的截面積大於有機光電元件103的截面積，但約略與無機材料基板101a的截面積相同，因此可以完全覆蓋有機光電元件103，保護有機光電元件103免受水氣侵蝕損壞。
第2A圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件封裝結構製造過程中之卷對卷製程示意圖。卷對卷製程屬於一種高效能連續生產方式，通常用來處理可撓曲性質的基材，例如薄膜、塑膠，或是不鏽鋼金屬薄板，除了前述材料以外，夠薄(厚度大約<200um)之金屬基板就能作為卷對卷製程當中的基材，例如鋁箔、銅箔等。金屬基板的幅寬越大，單位長度下可設置之有機光電元件數目就越多。當基材203自滾輪201捲出之後，可在基材203上先設置有機光電元件205。在卷對卷製程當中，有機光電元件的製造需要依照材料及製程來決定，主要利用卷對卷製程進行鍍膜、上光阻、曝光、蝕刻、去光阻等圖案化黃光製程，來製作有機光電元件。
然後進行雷射剝蝕來進行圖案化，以去除有機層來露出無機材料207，雷射圖案化區域之大小與有機光電元件之佈局方式有關，主要在需要封裝之有機光電元件205之四周進行圖案化，有機光電元件205之間的距離W1大於1mm，且有機光電元件205之間則由無機材料207區隔。
接下來繼續進行對位壓合製程，來設置水氣屏蔽層209，以阻隔水氣入侵有機光電元件205。如第2B圖所繪示，在局部區塊211當中，有機光電元件205的外圍會設置對位標誌(Alignment Mark)213，以利水氣屏蔽層209進 行對位。水氣屏蔽層209與有機光電元件205兩者間的距離W2大於3mm。針對水氣屏蔽層209所含背膠之特性，選擇合適的溫度及壓力，對水氣屏蔽層209進行貼合。詳細來說，可以機械手臂加上自動影像(CCD)對位系統來進行。如第2C圖所繪示，水氣屏蔽層209主要由三層材料所構成，也就是無機物層209a、有機物層209b，以及背膠209c。
當對位壓合製程進行完畢，之後再由滾輪201收捲。
第3A圖至第3E圖係繪示本發明一實施方式有機光電元件製造過程中之結構剖面圖。有機光電元件的製作，首先係在複合材料基板101上依序疊置金屬層301、半導體層303、介電層305、閘極層307，以及中介層309，也就是說，在此有機光電元件當中，半導體層303位於金屬層301上，介電層305位於半導體層303上；閘極層307位於介電層305上，中介層309位於閘極層307上，此一中介層309會包覆有機光電元件的各個材料層，並與複合材料基板101接觸。
第4A圖至第4C圖係繪示有機光電元件之電流電壓曲線圖。第4A圖所繪示的是沒有加設水氣屏蔽層的有機光電元件的電流電壓特性曲線，其中，曲線401代表有機光電元件的原始電流電壓特性，曲線403代表溫濕環境狀態(60℃，85RH%)元件老化測試的電流電壓特性，由曲線401以及曲線403可以看出，在一般有水氧的環境狀態之 下，有機光電元件的臨界電壓會產生漂移，且會產生漏電流；在閘極電壓VG為25V時，漏電流甚至為原始電流的2600倍。也就是說，特性曲線在環境測試過後，曲線斜率以及開關導通與關閉特性與原始曲線差距過大，不符合設計需求。
第4B圖所繪示的是已經加設水氣屏蔽層，但是沒有採用雷射圖案化步驟，也沒有對有機光電元件的側邊進行封裝的電流電壓特性曲線，其中，曲線405代表有機光電元件的原始電流電壓特性，曲線407代表溫濕環境狀態(60℃，85RH%)元件老化測試的電流電壓特性，由曲線405以及曲線407可以看出，在一般有水氧的溫濕環境狀態之下，有機光電元件的臨界電壓漂移現象以及漏電流現象已經獲得部分改善，但是曲線斜率以及開關導通與關閉特性仍然與原始狀態存在不小差距，且在閘極電壓VG為25V時，漏電流仍然是原始電流的220倍。
第4C圖所繪示的是已經加設水氣屏蔽層，且採用雷射圖案化步驟來定義封裝區域，並對有機光電元件的側邊也進行封裝的電流電壓特性曲線，其中，曲線409代表有機光電元件的原始電流電壓特性，曲線411代表環境狀態(60℃，85RH%)元件老化測試的電流電壓特性，由曲線409以及曲線411可以看出，在一般有水氧的溫濕環境狀態之下，有機光電元件的臨界電壓漂移現象以及漏電流現象獲得大幅改善，臨界電壓與曲線斜率的變化較小，開關導通與關閉特性仍在設計範圍內，符合需求，且在閘極電壓 VG為25V時，漏電流僅僅為原始電流的35倍。
以上實施例的有機光電元件之封裝方法以及封裝結構，利用雷射蝕剝製程來定義圖案畫區域，然後在圖案化區域上設置水氣屏蔽層，能夠解決水氣滲透的腐蝕問題，尤其可防止水氣由側邊進入有機光電元件，避免有機光電元件的可靠度降低；同時，此一有機光電元件封裝方法可利用卷對卷(Roll to Roll)製程來進行，適合量產。
101a‧‧‧無機材料基板
101b‧‧‧有機材料層
103‧‧‧有機光電元件
107‧‧‧水氣屏蔽層

Claims (19)

  1. 一種有機光電元件之封裝方法，包含：提供一無機材料基板；在該無機材料基板上塗佈或是鍍膜一有機材料層，以形成一複合材料基板；在該複合材料基板上製作一有機光電元件；圖案化該有機材料層以及該有機光電元件，以定義出一封裝區域；以及在該封裝區域上設置一水氣屏蔽層，使該水氣屏蔽層包覆該有機光電元件之表面以及側邊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係利用一卷對卷黃光製程，在該複合材料基板上製作該有機光電元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係利用一卷對卷雷射剝蝕製程，圖案化該有機材料層以及該有機光電元件。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係以氣體雷射、固體雷射、半導體雷射，或是液體雷射，進行該卷對卷雷射剝蝕製程。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係採用聚醯亞胺(Polyimide)、壓克力(Acrylic)，或是環氧樹脂(Epoxy)製作該有機材料層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之有機光電元件之封裝方法，其中該有機材料層以及該有機光電元件被圖案化來顯露出該無機材料基板之一部分。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係利用一卷對卷對位壓合製程，在該封裝區域上設置該水氣屏蔽層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係以一含背膠之阻絕水氣滲透薄膜，作為該水氣屏蔽層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係使該水氣屏蔽層，包覆該有機材料層以及該有機光電元件。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之有機光電元件之封裝方法，其中係以可薄型化捲曲之金屬材料製作該無機材料基板。
  11. 一種有機光電元件封裝結構，包含：一無機材料基板；一有機材料層，位於該無機材料基板上；一有機光電元件，位於該有機材料層上，其中該有機光電元件以及該有機材料層之截面積，小於該無機材料基板之 截面積；以及一水氣屏蔽層，位於該有機光電元件上，包覆該有機光電元件以及該有機材料層，並接觸該無機材料基板。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該無機材料基板之厚度小於200um。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該有機光電元件包含：一金屬層；一半導體層，位於該金屬層上；一介電層，位於該半導體層上；一閘極層，位於該介電層上；以及一中介層，位於該閘極層上。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該有機材料層之成分為聚醯亞胺(Polyimide)、壓克力(Acrylic)，或是環氧樹脂(Epoxy)。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該水氣屏蔽層為含背膠之一阻絕水氣滲透薄膜。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該水氣屏蔽層係選自於由有機材料層、無機材料層，以及有機無機複合層所組成之群組。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該水氣屏蔽層包含：一無機物層；一有機物層，接觸貼合於該無機物層上；以及一背膠，具有一面接觸貼合於該有機物層，該背膠之另一面包覆該有機光電元件以及該有機材料層。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該無機材料基板由薄型化捲曲金屬材料所構成。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之有機光電元件封裝結構，其中該無機材料基板之材質為鋁、鐵、銅，或不鏽鋼。
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