专利名称：封装柔性光电多层结构的方法
技术领域：
本发明涉及层结构封装的领域，防止环境中的水分渗入层结构。本发明尤其涉及一种封装柔性光电层结构例如光伏电池或有机光发射装置(OrganicLight Emitting Device, 0LED)的方法。
背景技术：
有机的光发射装置(Light Emitting Device,LED)暴露于环境空气中导致装置的操作特性不均勻退化。例如，在有机光发射装置(OLED)中，水或水蒸汽可通过灰尘或加工颗粒引起的阴极上的小孔渗入装置。水可以使金属-有机界面氧化，从而抑制电子注入而导致位置依赖的光发射退化，表现为电致光发射中的黑斑。这种黑斑的面积随时间线性增长。因此，为了减轻周围环境的不利影响，需要封装光电多层结构例如0LED。由W02006/082111已知一种封装层结构的方法的实施例。在该已知方法中，使用刚性衬底(例如玻璃衬底)支撑有机光电元件的多层结构，其中以连续的消气层(例如一层CaO或BaO)覆盖多层结构。CaO或BaO消气层用于抵消环境中的水分和/或氧气从一侧渗入多层结构。由于多层结构沉积在无显著水蒸气透过率的刚性衬底(例如玻璃)上，衬底对水分和/或氧气起到了适当的封装作用，因此多层结构的底部不需要消气层。已知方法的缺点在于它仅适用于沉积在无显著水蒸气透过率的刚性衬底上的多层结构。在本申请的上下文中，术语“无显著水蒸气透过率”指的是l(T5g/m7天以下的固有速率，而术语“显著的水蒸气透过率”指的是10_5g/m2/天以上的固有速率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封装柔性光电多层结构，使其性能基本不退化的方法。尤其是基本保持光发射器(例如0LED)的光发射特性，其中所述光发射器包括但不限于基于聚合物的有机光发射装置(Polymer Based OrganicLight Emitting Device,PLED) 以及基于小分子的光发射装置(Small MoleculeBased Light Emitting Device，SMOLED)。为此，封装由聚合物衬底支撑的柔性光电多层结构的方法包括以下步骤为光电多层结构提供底部封装叠层和/或顶部封装叠层，其中底部封装叠层和顶部封装叠层包括第一无机层和第二无机层，以及其间的含有金属氧化物的基本连续的消气层，其中，依赖装置所需寿命，第一和第二无机层的固有水蒸气透过率< 10_5g/m2/天。在层中没有小孔的情况下，如参考文献Peter van de Wei jer, Gerard Rietjens， Cristina Tanase et al. ," Thin film encapsulation of organic LEDs," Proc. of OSC 08 :Frankfurt，2008所讨论的，必需有l(T5g/m2/天或更小的水蒸气透过率(WaterVapour Transmission rate, WVTR)以确保 1 年的寿命。发现通过在衬底和适合的光电装置(例如光发射结构)之间提供封装叠层，可成功弱化柔性衬底与水蒸气透过率相关的不利属性的影响，其中封装叠层包括夹在低WVTR的第一无机层和第二无机层之间的基本连续的消气层。应理解，设想了多种配置。首先，光电结构(例如OLED或PV (光伏)装置，或更特别是底发射0LED)可能夹在底部封装叠层和顶部封装叠层之间，每个封装叠层包括第一无机层和第二无机层及其间含有金属氧化物的基本连续的消气层，其中第一和第二无机层的固有水蒸气透过率彡10_5g/m2/天。或者，光电结构可能只具有顶部封装叠层，例如其中光发射结构为顶发射器。在这种情况下，可通过另外的手段(例如利用顶发射器下方的金属衬底)实现保护其不受下方环境影响。参照图3扼要讨论了该实施例。本发明的技术措施基于以下见解当单一屏障层不足够时，必须为聚合物柔性箔所支撑的光电装置提供多层屏障叠层，因为基本上不可能沉积薄层而不在平方米量级的大面积上出现任何小孔。在沉积过程中这样混入薄层的小孔在多层结构中传导水蒸气，从而致使其性能退化。根据本发明，发现通过采用在水蒸气透过率(WVTR)都基本较低的第一无机层和第二无机层之间含有基本连续的金属氧化物消气层的封装叠层，封装效果得到改善。优选使用固有(即不考虑小孔存在的)WVTR彡10_5g/m2/天的无机层。本领域的技术人员能理解哪些无机材料适用于该目的。还发现，尽管WVTR较低，但这样的无机层仍会包含一定(虽然较少)数量的小孔。 为了降低这些小孔的影响，提供含有金属氧化物的基本连续的消气层。例如，可从由CaO， BaO, ZnO或CdO组成的组中选择金属氧化物作为消气层的材料。要理解底部封装叠层的消气层的材料可与顶部封装叠层的消气层的材料相同。在根据本发明的方法的实施例中，底部封装叠层和/或顶部封装叠层的第一无机层和第二无机层之间包含有机层。发现通过在封装叠层的第一无机层和第二无机层之间提供有机层，可大大减少第二无机层中的小孔数量。优选在第一无机层和消气层之间提供有机层。从而可提高柔性光发射结构的耐久性。在本发明的另一实施例中，其中柔性光电多层结构为底发射0LED，其阳极层作为底部封装叠层的第二无机层。发现OLED结构的层可用于封装。例如，金属阴极层可作为无机层。相应地，这样的阴极层可作为封装叠层的无机层。从而可减少需沉积的封装层的层数。应理解，就底发射器而言，光透过底部封装层和聚合物衬底传播。为了保持光输出，底部封装叠层的消气层有至少50% (优选至少80%)的透光率。 应理解，根据本发明的封装方法还可用于顶发射器以及透明OLED。在这种情况下， 顶部封装叠层的消气层有至少50% (优选至少80%)的透光率。在根据本发明的方法的另一实施例中，还包括在其上设置封装叠层之前，在柔性聚合物衬底上沉积平化层的步骤。发现沉积平化层是有利的，因为可进一步减少因例如聚合物衬底上存在的灰尘颗粒而产生的小孔。在根据本发明的方法的另一实施例中，使消气层图案化以提高容量。发现特别有利的是提供一种图案化消气层，尤其是一种图案化的光学透明消气层，因为该层的厚度决定了，例如，OLED的光输出。优选该图案化消气层包含具有额外的图案化消气材料厚层的金属氧化物薄层。依赖其相对于光发射多层结构的光发射部分的位置，图案化厚吸气层可为透明或不透明的，。在根据本发明的方法的另一实施例中，柔性光电多层结构为包含非发射区的 0LED，使光学透明消气层的与所述区域空间重叠的部分图案化。发现特别有利的是利用该多层结构的例如对应于导电路径的区域，该非发射区域适于沉积厚层(较不透明)的消气材料。从而可大大增加消气层的总容量而不降低光发射多层结构的光学性能。例如，光发射多层结构可指0LED。此外，除了光发射结构，诸如光伏电池中使用的光敏结构也可受益于这样的屏障结构。根据本发明的光电装置包括柔性聚合物衬底以及具有底部封装叠层和/或顶部封装叠层的光电多层结构，其中底部封装叠层和顶部封装叠层包括第一无机层和第二无机层，以及其间的含有金属氧化物的基本连续的消气层，其中第一和第二无机层的固有水蒸气透过率< 10_5g/m2/天。发现上述光电装置因封装改善而具有优越的耐用性。通过抑制多个小孔以及利用消气层拦截水蒸气经小孔渗入所述结构来实现这一点。在光电装置的实施例中，在第一无机层和第二无机层之间(优选在第一无机层和消气层之间)提供有机层。在这种情况下，封装叠层可包括第一无机层(例如SiN层)，有机层，消气层(例如 BaO层)，以及第二无机层。发现在封装叠层中提供有机层进一步减少了无机层中的许多小孔。要理解可使用金属氧化物层(优选地，选自由CaO，BaO, ZnO, CdO组成的组)作为消气层。在根据本发明的另一实施例中，用于拦截从柔性光发射多层结构发出的光的基本连续的消气层具有至少50% (优选至少80%)的可见光透过率。要理解对底发射器(例如0LED)来说，底部封装叠层的消气层是透明的，而对顶发射器来说，顶部封装叠层的消气层是透明的。还要理解用于拦截光的消气层可为部分透明，即仅在需要此功能的区域透明。在光电装置的另一实施例中，设想一种光发射器，其中光发射多层结构包括非发射区，可使光学透明消气层的与所述区域空间重叠的部分图案化。例如，光发射结构可指 OLED或小分子0LED。要理解在本申请的上下文中，若上下文允许，术语“0LED”和小分子 “ OLED ”可互换。在根据本发明的光电装置的另一实施例中，底发射OLED的阴极层和/或无机阳极层分别作为顶部或底部封装叠层各自的无机层。发现这样做可将底部封装叠层部分地整合到光发射结构，因为封装叠层的无机层也同时用作光发射结构的功能层。将参照附图更详细地讨论本发明的上述及其他方面，其中相同的附图标记指代相同的元件。要理解附图旨在说明而不可用来限制所附权利要求的范围。
图1扼要显示了根据本发明的包括柔性底发射多层结构的装置的实施例；图2扼要显示了顶发射多层结构的实施例；
图3扼要显示了根据本发明一个方面的图案化光学透明消气层的实施例。
具体实施例方式图1扼要显示了根据本发明一个方面的装置10结构的实施例，所述结构包括柔性底发射多层结构。例如，装置10可指底发射0LED，或光伏电池。装置10包括柔性聚合物衬底2 (例如合适的聚合物箔，由于其物理性质而具有显著的水蒸气透过率)。然而，柔性衬底2还可指(例如)用于顶发射器的金属箔。可在柔性衬底2上沉积平化层3。为了保护底发射多层结构6不受环境影响，使根据本发明的装置 10夹在底部封装叠层B和顶部封装叠层T之间。底部封装叠层B包括第一无机层如和第二无机层4b及其间含有金属氧化物的基本连续的消气层5，第一和第二无机层的固有水蒸气透过率为10_5g/m2/天 10_8g/m2/天。顶部封装叠层T包括第一无机层8a和第二无机层 8b及其间含有金属氧化物的基本连续的消气层8，第一和第二无机层的固有水蒸气透过率 ^ 10_5g/m2/天。还要理解顶部封装叠层和/或底部封装叠层可包括一个或多个由无机层 (例如SiN)和有机层构成的二元体。由于这样的二元体的引入，封装性能得到了更进一步的改善。要理解对于底发射器来说，底部封装叠层B可在第一无机层如和第二无机层如之间包含i)有机层(未示出)以及基本透明的连续的消气层5 ；或ii)仅包含基本透明的连续的消气层5。可类似地构成顶部封装叠层T，只是消气层5可为不透明。消气层5和消气层8可含有金属氧化物，例如CaO，BaO, ZnO或CdO。可通过热蒸发沉积这些材料，其中这样的层的典型厚度可约为lOOnm。优选SiN作为低WVTR的无机层。不过，要理解可选用任何其他适合的无机材料达到这一目的。本领域的技术人员能轻易地理解可应用哪些无机层以形成柔性光发射装置。设备10的底发射结构6包括无机阴极层，发射层和阳极层(均未示出)。要理解底发射OLED或底发射小分子OLED的结构本身是已知的。根据本发明的一个方面，(通常以铟-锡氧化物制成的)阳极层可作为底部封装叠层B的第二无机层4b。还要理解，当光发射结构6涉及底发射器时，第一层基本连续的消气层与出光区重合的区域是透明的。而当光发射结构6为顶发射器时，顶部封装叠层T的消气层至少在其与出光区重合的区域中是透明的。不过，两种情况下，消气层8都应夹在封装叠层的两个无机层之间。图2扼要显示了顶发射多层结构的实施例。装置30可包括顶发射多层结构36 (例如顶发射0LED)。在这种情况下，装置30可包括外层为金属层或含有朝向多层结构36的金属箔的衬底32，以及夹在第一无机层37a和第二无机层37b间的基本连续的消气层37。可选地，装置30可包括功能层38，用以保护装置30免受机械损伤(如刮伤)和/或紫外线辐射。在这种情况下，根据前文所述见解，顶部封装叠层T由层37a、37b和37构成。要理解， 在这种情况下，顶部封装叠层的无机层间还可包括有机层，以便降低小孔的影响。图3扼要显示了根据本发明一个方面的图案化光学透明消气层的实施例。视图“a”中显示了结构12a，其中如参照图1所述，为图案化金属氧化物消气层1 提供平化层 16a。要理解可使用适当的线，十字，点等来实现消气层14a的图案化。视图“b”中显示了另一结构12b，其中包括平化层16b和其上提供的图案化金属氧化物消气层14b。要理解图案化消气层可包括透明区域(Ca0，Ba0等)以及不透明区域(可包括Ba， 沸石，硅石，有机分子等)。不透明吸气材料可应用在对应于OLED的非发射区(例如导电线)的区域。要理解，虽然以上描述了本发明的具体实施例，但还可以以不同于所述的其他方式来实践本发明。此外，可对参照不同附图讨论的单个特征进行组合。
权利要求
1.一种封装由聚合物衬底支撑的柔性光电多层结构的方法，其特征在于，包括以下步骤为柔性光电多层结构提供底部封装叠层和/或顶部封装叠层， 其中底部封装叠层和顶部封装叠层包括第一无机层和第二无机层，以及其间的含有金属氧化物的基本连续的消气层，其中第一和第二无机层的固有水蒸气透过率< 10_5g/m2/天。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光电多层结构包括光伏多层结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述光电多层结构包括光发射结构。
4.根据权利要求1，2或3所述的方法，其中所述底部封装叠层和/或顶部封装叠层的第一无机层和第二无机层之间包含有机层。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述第一无机层和消气层之间提供所述有机层。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述第一无机层和第二无机层包含氮化硅。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述顶部封装层和/或第二封装层包括一个或多个由无机层和有机层构成的孪生结构层。
8.根据前述权利要求3至7中任意一项所述的方法，其中所述光发射结构为底发射的有机光发射装置，其无机阳极层和/或无机阴极层分别作为所述底部封装叠层或顶部封装叠层的无机层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述底部多层封装叠层的消气层有至少50%，优选至少80%，的透光率。
10.根据前述权利要求3至7中任意一项所述的方法，其中所述柔性多层结构为顶发射的有机光发射装置，其中所述顶部封装叠层的消气层有至少50%，优选至少80%，的透光率。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，该方法还包括在所述柔性聚合物衬底上沉积平化层的步骤。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述第二层基本连续的消气层的材料与第一层基本连续的消气层的材料相同。
13.根据权利要求9或10所述的方法，其中图案化所述消气层以提高容量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述柔性多层结构包括非发射区，使光学透明消气层的与该非发射区空间重叠的部分图案化。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中可从由CaO，BaO,SiO，或CdO组成的组中选择所述金属氧化物。
16.一种光电装置，其特征在于，该光电装置包括柔性聚合物衬底以及含有底部封装叠层和/或顶部封装叠层的柔性光电多层结构，其中所述底部封装叠层和顶部封装叠层包括第一无机层和第二无机层，以及其间的含有金属氧化物的基本连续的消气层，其中第一和第二无机层的固有水蒸气透过率≤10_5g/m2/天。
17.根据权利要求16所述的装置，其中在所述第一无机层和第二无机层之间，优选在所述第一无机层和消气层之间，提供有机层。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其中从由CaO，BaO,ZnO, CdO组成的组中选择所述第一或第二层基本连续的消气层的材料。
19.根据前述权利要求16至18中任意一项所述的装置，其中用于拦截从所述柔性光发射多层结构发出的光的基本连续的消气层具有至少50%，优选至少80%，的可见光透过率。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述光发射多层结构包括非发射区，使光学透明消气层的与该非发射区空间重叠的部分图案化。
21.根据前述权利要求16至20中任意一项所述的装置，其中所述光发射多层结构包括有机光发射装置。
22.根据权利要求21所述的装置，其中对于底发射的有机光发射装置，其无机阳极层或无机阴极层作为所述第二无机层。
全文摘要
本发明涉及一种封装聚合物衬底(2)上的柔性光电多层结构(6)的方法，包括为柔性光电多层结构提供底部封装叠层(B)和/或顶部封装叠层(T)，其中底部封装叠层和顶部封装叠层包括第一无机层(4a，8a)和第二无机层(4b，8b)，以及其间的含有金属氧化物的基本连续的消气层(5，8)，其中第一和第二无机层的固有水蒸气透过率≤10-5g/m2/天。
文档编号H01L51/52GK102576817SQ201080036416
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月9日 优先权日2009年7月10日
发明者C·塔纳塞, 安东尼斯·玛丽亚·B·范默尔, 彼得·范德韦尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司, 荷兰应用自然科学研究组织Tno