阻挡层叠层、用于制造阻挡层叠层的方法以及超高阻挡层与抗反射系统与流程

本公开的实施例关于阻挡层叠层、用于制造阻挡层叠层的方法以及超高(ultra-high)阻挡层与抗反射系统。

背景技术：

当有机发光器件(Organic light emitting devices,OLED)暴露至水蒸汽或氧气时，会遭受输出降低或过早失效。若干阻挡层系统已用于保护OLED器件免受此类水蒸汽或氧气的影响。例如，由于玻璃无弹性，因此当使用玻璃来封装OLED器件时，OLED器件的结构稳定性遭损坏。

需要一种克服上述方面中的至少一些方面的阻挡系统，例如，在基板(诸如，弹性聚合物基板)上的阻挡系统。特别是需要一种相比常规结构具有增强的光学性能的阻挡系统。

技术实现要素：

鉴于上述内容，提供一种阻挡层叠层、一种用于制造阻挡层叠层的方法以及超高阻挡层和抗反射系统。通过权利要求书、说明书和所附附图，本公开的进一步的方面、优点和特征可显而易见。

根据本公开的一方面，提供一种阻挡层叠层。阻挡层叠层包括依序布置的第一层、第二层、第三层和第四层。第一层与第三层具有至少1.9的折射率，并且第二层与第四层具有小于1.7的折射率。所述层中的每一层都具有至少70nm的厚度。

根据本公开的另一方面，提供用于制造阻挡层叠层的方法。所述方法包括以下步骤：在基板上交替地沉积第一层材料与第二层材料以形成至少四层，其中第一层材料具有至少1.9的折射率，其中第二层材料具有小于1.7的折射率，并且其中所述层中的每一层都具有至少70nm的厚度。

根据本公开的更进一步的方面，提供超高阻挡层和抗反射系统。超高阻挡层和抗反射系统包括基板以及在所述基板上方的层叠层。层叠层包括依序布置的第一层、第二层、第三层和第四层。第一层与第三层具有至少1.9的折射率，并且第二层与第四层具有小于1.7的折射率。所述层中的每一层都具有至少70nm的厚度。

实施例也针对用于实行所公开的方法的设备，并且包括用于执行每一个所述方法步骤的设备部件。这些方法步骤可通过硬件组件的方式、由合适的软件编程的计算机、通过这两者的任何组合或以任何其他方法来执行。再者，根据本公开的实施例也是针对所述设备的操作方法。这包括用于执行设备的每一个功能的方法步骤。

附图说明

因此，为了可详细地理解本公开的上述特征的方式，可参考实施例具体描述上文简要概述的本公开。附图关于本公开的实施例，并且在下文中进行描述：

图1A-C示出根据本文中所述的实施例的阻挡层叠层的剖面图；

图2示出根据本文中所述的进一步的实施例的阻挡层叠层的剖面图；

图3示出根据本文中所述的实施例的阻挡层叠层的反射率的曲线图；

图4示出根据本文中所述的实施例的用于制造阻挡层叠层的沉积设备的示意图；以及

图5示出根据本文中所述的实施例的用于制造阻挡层叠层的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细地参照本公开的各种实施例，在附图中阐释这些实施例的一个或多个示例。在以下对于附图的描述中，相同的元件符号指示相同的元件。一般而言，仅描述相对于个别实施例的不同之处。每一个示例以解释本公开的方式来提供，并且不旨在作为对本公开的限制。此外，阐释或描述为一个实施例的部分的特征可用于其他实施例或可与其他实施例一同使用，以产生更进一步的实施例。本说明书旨在包括此类修改与变型。

层叠层可用于光学应用中(例如，对OLED的保护)，然而它们会减小特别是在可见光谱中的透过率，并且会产生不期望的颜色。本公开通过提供具有组合的阻挡和抗反射性质的阻挡层叠层来克服此缺点。根据本文中所述的实施例的阻挡层叠层可具有色中性(color neutrality)，所述色中性提供阻挡层叠层的改善的光学特性。

虽然到目前为止已提到OLED应用，但是本公开的阻挡层叠层也可用在不同的应用中。作为示例，本公开的阻挡层叠层可用在包装领域中，例如，对需要高氧气保护的食物(例如，新鲜的面食、切成薄片的肉、干燥的水果或点心)的包装。阻挡层叠层可提供气体阻挡与透明的性质以提供产品的可见性。

本公开关于具有低水蒸汽与氧气穿透率的阻挡层系统，并且特别关于超高阻挡层系统(ultra-high barrier layer system；UHB)。本公开的阻挡层叠层包括交替层(alternating layer)(二合一层(diade))，并且特别是包括至少四层。各个层的厚度为至少70nm，特别地，在70nm至300nm的范围中，更特别地，在100nm至150nm的范围中。各个层的厚度和/或光学性质可以是不同的。阻挡层叠层可包括具有低折射率和高折射率的至少两种材料。阻挡层叠层种的至少一些可以是电介质层。根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，第一层、第二层、第三层和进一步的层是电介质层。在一些实现方式中，阻挡层叠层的所有层都是电介质层。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，最上层(theuppermost layer)(即，布置在例如基板上方的最后层(the last layer)(诸如，第四层)具有低折射率。带有具有低折射率的最上层的阻挡层叠层提供改善的光学特性。

本公开的一方面用于提供各层的层厚度(layer thickness)以提供透过率，所述透过率例如高于层叠层设置于其上的(未涂覆的(uncoated))基板的透过率。具体而言，本公开的一方面用于提供透过率，所述透过率高于(未涂覆的)基板在可见区域中的透过率。

本公开提供具有抗反射性质的阻挡层叠层。根据一些实施例，具有四层的阻挡层叠层(barrier layer stack)可称为NONO，具有五层的阻挡层叠层可称为NONON，而具有六层的阻挡层叠层可称为NONONO。符号N与O可表示层的材料。在一些实现方式中，符号N表示具有高折射率的材料或层(例如，SiNx)，而符号O表示具有低折射率的材料或层(例如，SiOx)。低折射率可在1.4至1.6的范围中，具体地，约n＝1.46。然而，可以理解的是，本公开并不限于SiNx与SiOx，并且具有至少1.9的高折射率与小于1.7的低折射率的任何合适的材料可分别用于具有高折射率的层与具有低折射率的层。一些示例可以是具有高折射率与低折射率的绝缘材料，例如，SiOx、TiOx、NbOx、SiNx、SiOxNy、AlOx、AlOxNy、TaOx、有机材料(诸如，聚合物材料)，以及上述各项的组合。

在一些实现方式中，具有高折射率与低折射率的材料的消光系数可以是小的。折射率(index of refraction)和消光系数(extinction coefficient)分别为复折射率(complex index of refraction)的实部和虚部。具体而言，当光穿过介质时，光的一些部分将被吸收。这可通过将复折射率定义为等于n+ik来描述。实部“n”指示相速(phase velocity)，而虚部“ik”指示当电磁波穿过通过材料时吸收损失的量。

术语材料或光学介质的“折射率(refractive index(或index of refraction))”n描述光或任何其他辐射如何传播通过材料传播的无量纲数(dimensionlessnumber)。它被定义为n＝c/v，其中c是光在真空中的速度，v是光在材料中的速度。

根据一些实施例，凭借本公开的优化的层系统，NONO/NONONO设计的透过可增强为高于例如未涂覆的PET的透过率。相比未优化的NONON/NONONON设计，(绝对)透过率增益可在约4％至约6％的范围中(例如，将透过率(Ty)从约88％增加至约92-94％。对比/彩色差异可以是b*<0.3(b*值由国际照明委员会(International Commission on Illumination；CIE)于1976年所定义)。

图1A-C示出根据本文中所述的实施例的阻挡层叠层。根据一些实施例，当前实施例的层叠层由一个在另一个的顶上形成(例如，通过沉积)的数个膜构成。

在图1A中描绘了根据本公开的实施例的阻挡层叠层10。阻挡层叠层10包括依序布置的第一层11、第二层12、第三层13与第四层14。第一层11与第三层13具有至少1.9的折射率，并且第二层12与第四层14具有小于1.7的折射率。层11至14中的每一层都具有至少70nm的厚度。

第一层11与第三层13具有至少1.9的折射率的，第二层12与第四层14具有小于1.7的折射率的，并且层11至14中的每一层都具有至少70nm的厚度，这提供了具有组合的阻挡和抗反射功能的阻挡层叠层。

根据能与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，阻挡层叠层可包括在第四层14上方的一个或多个进一步的层，具体而言，如分别在图1B和图1C中示出的第五层或者第五层与第六层。

在图1B中，描绘了根据本公开的实施例的阻挡层叠层20。阻挡层叠层20与图1的阻挡层叠层10类似，区别在于，第五层15布置在第四层14上方。

在第1C中，描绘了根据本公开的实施例的阻挡层叠层30。阻挡层叠层30与图2的阻挡层叠层20类似，区别在于，第六层16布置在第五层15上方。

在一些实现方式中，奇数层具有至少1.9的折射率，而偶数层具有小于1.7的折射率。贯穿本申请所使用的术语“奇数”与“偶数”是指数学上的奇偶性(parity)，即，如果整数可被2整除，则此整数为偶数，而如果整数不是偶数，则此整数为奇数。作为示例，奇数层可以是第一、第三、第五等层，而偶数层可以是第二、第四、第六等层。

奇数层具有至少1.9的折射率的，偶数层具有小于1.7的折射率，并且每一层都具有至少70nm的厚度，这提供具有组合的阻挡和抗反射功能的阻挡层叠层。

如本申请中提及的第一至第六层、奇数层和偶数层是提供阻挡和抗反射功能的层，即，具有至少1.9的折射率或小于1.7的折射率以及至少70nm的厚度的层。因此，编号排除可额外提供的其他层(诸如，晶种(seed)层、硬涂层(hard coating)、粘附层(adhesive layers)，等等)。

在一些实现方式中，阻挡层叠层的水蒸汽穿透速率(water vapor transmission rate；WVTR；单位为每平方厘米、每天的克数(in units of g per cm2 and day))和/或氧穿透速率(oxygen transmission rate；OTR)小于10^-4，特别地，小于10^-5，更特别地，约10^-6。阻挡层叠层的透过率可以是至少85％，特别，高于90％。作为示例，包括至少四层以及基板的阻挡层叠层可具有在87％至95％的范围内的穿透率，特别地，88％或89％，更特别地，93％或94％。

作为示例，奇数层可具有约至少1.9的折射率，特别是约为2的折射率。偶数层可具有小于1.7的折射率，特别是小于1.5的折射率，特别是约为1.46的折射率。根据一些实施例，阻挡层叠层的奇数层包括以下至少一者：SiNx、NbOx、SiN、SiOxNy、AlOx、AlOxNy、TiOx、TaOx、有机材料(诸如，聚合物材料)和/或上述各项的组合；和/或阻挡层叠层的偶数层包括以下至少一者：SiOx、MgFx、SiOxNy、有机材料(诸如，聚合物材料)和/或上述各项的组合。

作为示例，第一层11(例如，第一电介质层)可具有高折射率。通过依序提供具有交替的或不同的折射率的层，可提供也具有抗反射特性的阻挡层叠层。根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，具有较低折射率的层(例如，偶数层)可由含有以下各项的层提供：SiOx、MgFx、SiOxNy、有机材料(诸如，聚合物材料)和/或上述各项的组合，等等。例如，具有较高折射率的层(例如，奇数层)可通过含有以下各项的膜提供：NbOx、SiNx、SiN、SiOxNy、AlOx、AlOxNy、TiOx、TaOx、有机材料(诸如，聚合物材料和/或上述各项的组合，等等。

根据一些实现方式，可通过化学气相沉积或物理气相沉积(例如，溅射(sputtering)或蒸镀(evaporation))可制造多层(例如，电介质膜)。一些示例可以是具有高折射率与低折射率的绝缘材料，例如，SiOx、SiN、TiOx、NbOx、SiNx、SiOxNy、AlOx、AlOxNy、TaOx、有机材料(诸如，聚合物材料)和/或上述各项的组合。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，这些层中的至少一层具有大于100nm的厚度。作为示例，奇数层中的每一层的厚度小于偶数层中的每一层的厚度。

在一些实施例中，提供具有四层的阻挡层叠层，例如，如在图1A中所示。第一层11可具有139nm至143nm(例如，约141nm)的厚度，第二层12可具有169nm至173nm(例如，约171nm)的厚度，第三层13可具有92nm至96nm(例如，约94nm)的厚度，并且第四层14可具有76nm至80nm(例如，约78nm)的厚度。在一些实现方式中，第一层11与第三层13可包括SiNx或可由SiNx制成，并且第二层12与第四层14可包括SiO₂或可由SiO₂制成。阻挡层叠层的水蒸汽穿透速率(WVTR)可以是小于10^-5，特别地，约为10^-6。阻挡层叠层特别是在约400nm至700nm的波长范围中的透过率可以是约94％。

在一些实施例中，提供具有五层的阻挡层叠层，例如，如在图1B中所示。第一层11可具有138nm至142nm(例如，约140nm)的厚度，第二层12可具有163nm至167nm(例如，约165nm)的厚度，第三层13可具有120nm至124nm(例如，约122nm)的厚度，第四层14可具有155nm至159nm(例如，约157nm)的厚度，并且第五层15可具有114nm至118nm(例如，约116nm)的厚度。在一些实现方式中，第一层11、第三层13与第五层15可包括SiNx或可由SiNx制成，并且第二层12与第四层14可包括SiO₂或可由SiO₂制成。阻挡层叠层的水蒸汽穿透速率(WVTR)可以是小于10^-5，特别地，约为10^-6。阻挡层叠层特别是在约400nm至700nm的波长范围中的透过率可以是约88％。

在其他实现方式中，第一层11可具有140nm至144nm(例如，约142nm)的厚度，第二层12可具有169nm至173nm(例如，约171nm)的厚度，第三层13可具有126nm至130nm(例如，约128nm)的厚度，第四层14可具有160nm至164nm(例如，约162nm)的厚度，并且第五层15可具有137nm至141nm(例如，约139nm)的厚度。在一些实现方式中，第一层11、第三层13和第五层15可包括SiNx或可由SiNx制成，并且第二层12与第四层14可包括SiO₂或可由SiO₂制成。阻挡层叠层的水蒸汽穿透速率(WVTR)可以是小于10^-5，特别地，约为10^-6。阻挡层叠层特别是在约400nm至700nm的波长范围中的透过率可在约88％至约92％的范围中。

在一些实施例中，提供具有六层的阻挡层叠层，例如，如在图1C中所示。第一层11可具有137nm至141nm(例如，约139nm)的厚度，第二层12可具有160nm至164nm(例如，约162nm)的厚度，第三层13可具有114nm至118nm(例如，约116nm)的厚度，第四层14可具有154nm至158nm(例如，约156nm)的厚度，第五层15可具有85nm至89nm(例如，约87nm)的厚度，并且第六层16可具有75nm至79nm(例如，约77nm)的厚度。在一些实现方式中，第一层11、第三层13与第五层15可包括SiNx或可由SiNx制成，并且第二层12、第四层14与第六层16可包括SiO₂或可由SiO₂制成。阻挡层叠层的水蒸汽穿透速率(WVTR)可以是小于10^-5，特别地，约为10^-6。阻挡层叠层特别是在约400nm至700nm的波长范围中的透过率可以是约94％。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，这些层形成或布置在彼此之上。在图1A-C的示例中，第二层12形成或布置在第一层11上方，第三层13形成或布置在第二层12上方，并且第四层14形成或布置在第三层13上方。

作为示例，当引用术语“上方(over)”(即，一个层在另一层上方)时，可以理解的是，从第一层11开始，第二层12沉积在第一层11上方，在第二层12之后所沉积的进一步的层(further Layer)因此在第二层12上方且在第一层11上方。换句话说术语“上方”用于定义层(layer)、层叠层(layer stack)和/或膜(film)的顺序，其中起始点是基板。这与阻挡层叠层是否描绘为上下颠倒无关。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，层11至14中的至少一些是直接设置在彼此上。在图1A的示例中，第二层12形成或布置在第一层11上，第三层13形成或布置在第二层12上，并且第四层14形成或布置在第三层13上。换句话说，在一些实施例中，没有进一步的层或膜存在于阻挡层叠层的多个层之间。在一些其他实施例中，可在阻挡层叠层的至少一些层之间提供进一步的层。

图2示出根据本文中所述的进一步的实施例的阻挡层叠层40。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例，阻挡层叠层40进一步包括基板41，特别是透明基板。如本文中所使用的术语“基板”特别可涵盖弹性基板(诸如，辐材(web)或箔(foil))。然而，本公开并不限于此，并且术语“基板”也可涵盖非弹性基板，例如，晶片、透明晶体(诸如，蓝宝石(sapphire)等)的薄片或玻璃板材。

如本文中所使用的术语“透明”特别可包括以相对低的散射来透射光使得能以基本上清楚的方式看见透射过的光的结构的能力。在可与本文中所述的其他实施例结合的一些实施例中，基板包括从包括以下各项的组中选择的透明聚合物材料：聚碳酸酯(polycarbonate；PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methacrylic acid methyl ester)；PMMA)、三醋酸纤维素(triacetyl cellulose；TAC)、环烯烃聚合物(cyclo olefin polymer；COP)、聚(乙二醇对萘二甲酸酯)(poly(ethylene naphthalate)；PEN)、以及上述各项的组合。作为示例，基板包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET可具有约90％的透过率。例如，层11至14设在基板41上(on)或设在基板41上方(over)。

虽然在图2中，四个层11至14布置在基板41上方，但是当前的实施例并不限于此。任何数目的层可布置在基板上方，例如，如参照图1A-c所述。

根据当前的实施例的一方面，提供超高阻挡(Ultra high barrier(UHB)层和抗反射系统。所述超高阻挡(UHB)层和抗反射系统包括基板以及在所述基板上方或在所述基板上的层叠层。层叠层可以是上文中参照图1A-C以及图2所述的阻挡层叠层中的任何一者。层叠层特别可包括依序布置的第一层、第二层、第三层与第四层，其中第一层与第三层具有至少1.9的折射率，其中第二层与第四层具有小于1.7的折射率，并且其中每一个层具有至少70nm的厚度。

图3示出根据本文中所述的实施例的阻挡层叠层的反射率的曲线图。如本文中所使用的术语“反射率(reflectance)”是被反射的入射电磁功率的分数。术语“反射率(reflectance)”可与术语“反射性(reflectivity)”同义地使用。

在图3中，曲线图的y轴表示单位为％(百分比)的反射率，而x轴表示单位为纳米(nanometer；nm)的波长λ(lambda)。以标号50表示的是未涂覆的PET基板的反射率(约5％)。以标号51表示的是根据本文中所述的实施例的具有四层(NONO)的阻挡层叠层的反射率，所述反射率在从约420nm至约680nm的范围中小于百分之一。标号52指示根据本文中所述的实施例的具有六层(NONONO)的阻挡层叠层的反射率，反射率在从约420nm至约680nm的范围中也小于百分之一。

用于例如在基板上沉积材料的方法可包括物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，等等。作为示例，在待涂覆的基板所位于的工艺设备或工艺腔室中执行工艺。在设备中提供沉积材料。多种材料(诸如，它们的氧化物、氮化物或碳化物)可用于沉积。再者，可在工艺腔室中可执行其他处理步骤(像蚀刻、构造(structuring)、退火，等等)。

图4示出用于沉积或涂覆根据本文中所述的实施例的层、特别是用于制造根据本文中所述的实施例的阻挡层叠层的设备100的示意图，所述设备100例如是卷对卷(roll-to-roll)沉积设备。

设备100可包括至少三个腔室部分102A、102B和102C。在腔室部分102C处，可提供一个或多个沉积源630以及任选的蚀刻站430作为处理工具。基板41(例如，弹性基板)可设在例如具有缠绕轴的第一滚轮764上。如由箭头108示出的基板移动方向所指示，弹性基板从滚轮764退卷。提供分离壁401用于腔室部分102A与102B的分离。分离壁401可进一步设有间隙闸140以使基板41穿过其中。设在腔室部分102B与102C之间的真空凸缘112可设有开口以取出至少一些处理工具。

基板41被移动通过沉积区，所述沉积区设在涂覆鼓轮110处且对应于沉积源630的位置。在操作期间，涂覆鼓轮110绕着轴旋转，使得基板41在箭头108的方向上移动。根据一些实施例，将由一个、两个或更多个滚子(roller)将基板41从滚轮764引导至涂覆鼓轮110，并且从涂覆鼓轮110引导至例如具有缠绕轴的第二滚轮764’，在对基板41的处理之后，在所述第二滚轮764’上缠绕所述基板41。

根据一些实施例，沉积源630可配置成用于沉积层叠层的层。作为示例，至少一个沉积源630可适用于沉积具有至少1.9的折射率的层材料，并且至少一个沉积源630可适用于沉积具有小于1.7的折射率的层材料。

在一些实现方式中，第一沉积源可配置成用于沉积第一层，第二沉积源可配置成用于沉积第二层，第三沉积源可配置成用于沉积第三层，并且第四沉积源可配置成用于沉积第四层。

在一些实现方式中，第一腔室部分102A分隔成夹层(interleaf)腔室部分单元102A1与基板腔室部分单元102A2。藉此，夹层滚轮766/766’与夹层滚子105可提供作为设备100的模块化元件。设备100可进一步包括预加热单元194以加热弹性基板。再者，附加地或替代地，可提供预处理等离子体源192(例如，RF(射频(radio frequency))等离子体源)，以便在基板进入腔室部分102C之前利用等离子体来处理所述基板。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的更进一步的实施例，还可任选地提供用于评估基板处理的结果的光学测量单元494和/或用于调整基板上的电荷的一个或多个电离单元492。

根据一些实施例，可根据经涂覆的基板的沉积工艺与之后的应用来选择沉积材料。例如，沉积源630的沉积材料可以是硅。作为示例，可通过从源提供材料或通过反应性沉积(即，来自源的材料与来自处理气体的元素(像氧、氮或碳)反应)来沉积可包括此类材料的氧化物、氮化物或碳化物层。

根据本公开的一方面且如图4中所示，提供用于制造阻挡层叠层的方法700。所述方法可包括以下步骤：在基板上交替地沉积第一层材料与第二层材料以形成至少四层。第一层材料具有至少1.9的折射率，第二层材料具有小于1.7的折射率，并且每一个层都具有至少70nm的厚度。可例如在基板上沉积第一层(框701)。随后，可在第一层上或在第一层上方沉积第二层(框702)。然后，可在第二层上或在第二层上方沉积第三层(框703)。可在第三层上或在第三层上方沉积第四层(框704)。

虽然在图4的当前示例中四层布置在彼此上方，但是当前的本实施例不限于此。可布置任何数目的层，如例如参照图1A-C以及图2所描述。

虽然前述内容针对本公开的实施例，但是可设计本公开的其他和进一步的实施例而不背离本公开的基本范围，并且本公开的范围将由所附权利要求书来确定。