用于敏感元件的封装的多层部件的制作方法
【专利摘要】用于封装对空气和/或湿气敏感的一个元件(12)的多层部件(11)包括一个有机聚合物层(1)和至少一个阻障堆叠(2)。该阻障堆叠(2)包括至少一系列的层，这些层由夹在两个高活化能层(21，23)之间的一个保留层(22)组成，其中：对于这两个高活化能层(21，23)中的每一个，在一方面用该高活化能层涂覆的一个参考衬底与在另一方面当裸露时这个相同的参考衬底之间的水蒸汽渗透的活化能的差异是大于或等于20kJ/mol；并且一个参考衬底上的该保留层(22)中的有效水蒸汽扩散率与当裸露时这个相同参考衬底中的水蒸汽扩散率的比率是严格小于0.1。
【专利说明】用于敏感元件的封装的多层部件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于封装对空气和/或湿气敏感的元件(如有机发光二极管或光伏电池)的多层部件。本发明还涉及一种包括这样的多层部件的器件、尤其是一种多层电子器件，并且涉及一种用于制作这样的多层部件的方法。
【背景技术】
[0002]一个多层电子器件包括一个功能元件，该功能元件由一个工作部分和在这个工作部分的任一侧上的两个导电触点组成，这些触点也称为电极。多层电子器件的实例特别包括:有机发光二极管(OLED)器件，其中该功能元件是一个0LED，它的工作部分被设计成将电能转换为辐射；光伏器件，其中该功能元件是一个光伏电池，它的工作部分被设计成将能量从辐射转换为电能；电致变色器件，其中该功能元件是一个电致变色系统，它的工作部分被设计成在一个第一状态与一个第二状态之间可逆地切换，该第二状态具有与该第一状态的那些不同的光传输特性和/或能量传输特性；以及电子显示器件，其中该功能元件是一个电子墨水系统，该系统包括能够根据施加在电极之间的电压而移动的多种带电的颜料。
[0003]如已知的，不管所采用的技术，由于环境条件的影响、尤其是由于暴露于空气或湿气的影响，多层电子器件的功能元件易于降级。例如，在OLED或有机光伏电池的情况下，有机材料对环境条件特别敏感。在包括一个无机吸收剂层的电致变色系统、电子墨水系统、或薄膜光伏电池的情况下，基于TCO(透明导电氧化物)层或基于透明金属层的透明电极由于环境条件的影响也易于降级。
[0004]为了保护多层电子器件的功能元件免于由于暴露于空气或湿气而降级，已知的是将该器件制作成具有层状结构，其中用一个前保护衬底并可能用一个背保护衬底对功能元件进行封装。
[0005]取决于器件的应用，该前衬底和背衬底可以由玻璃或一种有机聚合物材料制成。用柔性聚合物衬底而不是玻璃衬底封装的OLED或光伏电池具有易弯、超薄以及轻量的优点。此外，在电致变色系统或光伏电池的情况下，该电致变色系统或光伏电池包括基于一种黄铜矿化合物的一个吸收剂层，尤其是含有铜、铟以及硒、被称为CIS吸收剂层一个吸收剂层，可以任选地向该吸收剂层添加镓(CIGS吸收剂层)、铝或硫，该器件使用由一种有机聚合物材料制成的一个夹层通过层压常规地进行组装。然后，定位在功能元件的一个电极与对应的保护衬底之间的层压夹层使得有可能保证该器件的适当的内聚性。
[0006]然而，已发现，当一个多层电子器件包括被定位成紧靠着对空气和/或湿气敏感的一个功能元件的一个有机聚合物层压夹层或一个有机聚合物衬底时，该器件具有较高的降级率。这是因为倾向于储存湿气的有机聚合物层压夹层的存在或具有高渗透性的有机聚合物衬底的存在促进污染种类如水蒸汽或氧迁移到敏感功能元件中，并且因此损害这个功能元件的特性。
[0007]发明概述
[0008]更具体地说，本发明旨在通过提供一种多层部件来纠正这些缺点，当被集成到一个多层电子器件中时，该多层部件给予这个器件改进的抵抗力、尤其是对湿气的改进的抵抗力，从而在一段非常长的时期上确保对该器件的功能元件的保护，该器件的至少一些功能元件对空气和/或湿气敏感。
[0009]出于这个目的，本发明的一个主题是一种用于封装对空气和/或湿气敏感的一个元件(如一个有机发光二极管或一个光伏电池)的多层部件。该多层部件可以包括一个有机聚合物层和至少一个阻障堆叠。每个阻障堆叠可以包括至少一系列的层，这些层由夹在两个高活化能层之间的一个保留层组成，其中:
[0010]-对于这两个高活化能层中的每一个，在一方面用该高活化能层涂覆的一个参考衬底与在另一方面当裸露时这个相同的参考衬底之间的水蒸汽渗透的活化能的差异大于或等于20kJ / mo I ;并且
[0011]-一个参考衬底上的该保留层中的有效水蒸汽扩散率与当裸露时这个相同参考衬底中的水蒸汽扩散率的比率是严格小于0.1。
[0012]举一个非限制性实例，用于比较活化能和/或扩散率的该参考衬底是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜，该膜具有0.125mm的几何厚度。
[0013]本发明的另一个主题是一种器件，该器件包括对空气和/或湿气敏感的一个元件和如上所述作为用于该敏感元件的前和/或背封装材料的一个多层部件。
[0014]举非限制性实例，该敏感元件是一个光伏电池的、一个有机发光二极管的、一个电致变色系统的、一个电子墨水显示系统的、或一个无机发光系统的全部或部分。
[0015]本发明的一个另外的主题是一种用于制作如上所述的多层部件的方法，其中通过溅射、尤其是磁控溅射或通过化学气相沉积、尤其是等离子体加强的化学气相沉积，或通过原子层沉积，或通过这些技术的组合来沉积该阻障堆叠或每个阻障堆叠的多个层中的至少一些。
[0016]附图简要说明
[0017]本发明的特征和优点将在以下根据本发明的一种多层部件的数个实施例的说明中变得显而易见，此说明仅通过举例并参考附图给出，在附图中:
[0018]-图1是穿过一个OLED器件的示意性截面图，该器件包括根据本发明的第一实施例的一个多层部件；
[0019]-图2是与图1类似的针对一个光伏太阳能模块的截面图，该模块包括图1的多层部件；
[0020]-图3是图1和图2的多层部件的更大比例的视图；
[0021]-图4是与图3类似的根据本发明的第二实施例的一个多层部件的视图；
[0022]-图5是与图3类似的根据本发明的第三实施例的一个多层部件的视图；
[0023]-图6是与图1类似的针对一个光伏太阳能模块的截面图，该模块包括根据本发明的第四实施例的一个多层部件；
[0024]-图7是与图6类似的针对一个光致变色器件的视图，该器件包括图6的多层部件;
[0025]-图8是图1、图2、图6以及图7的器件的阻障堆叠的针对该阻障堆叠的一个第一结构变化形式的更大比例的视图；
[0026]-图9是与图8类似的针对阻障堆叠的一个第二结构变化形式的视图；并且[0027]-图10是与图8类似的针对阻障堆叠的一个第三结构变化形式的视图。一个或多个优选实施方式的详细说明
[0028]提供了与这些图示组合的以下说明来帮助理解在此披露的传授内容。以下讨论将集中在这些传授内容的具体实现方式和实施例上。提供这种集中来帮助描述这些传授内容，并且不应被解释为对这些传授内容的范围或可应用性的一种限制。
[0029]如在此所用的，术语“包括(comprises) ”、“包括(comprising) ”、“包括(includes) ”、“包括(including) ”、“具有(has) ”、“具有(having) ”或其任何其他变型是旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特点的一种方法、物品或装置并非必须仅限于那些特点，而是可以包括对于这个方法、物品或装置未明确列出或固有的其他特点。另外，除非相反地明确陈述，“或者”指一种包含性的或者而不是一种排他性的或者。例如，条件A或条件B符合以下任何一项:A是真(或存在)并且B是假(或不存在)，A是假(或不存在)并且B是真(或存在)，以及A与B两者都是真(或存在)。
[0030]同样，采用了“一个(种)(a)”或“一个(种)(an)”的使用来描述在此描述的多个元件和多个部件。这样做仅仅是为了方便并且给出本发明范围的一个概括性意义。除非明确其意指其他情况，否则本说明书应该被解读为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，或反之亦然。例如，当一个单个物件在此被描述时，可以用多于一个的物件代替一个单个物件。类似地，当多于一个的物件在此被描述时，可以用一个单个物件取代多于一个的物件。
[0031]除非另外定义，否则在此使用的所有的技术性和科学性术语具有如在本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。这些材料、方法以及实例仅是说明性的并且不旨在是限制性的。在在此未经说明的程度上，关于具体材料和加工行为的许多细节是常规的并且可以在教科书以及屋面产品技术和对应的制作技术之内的其他来源中找到。在一个实施例中，一个多层部件将对空气和/或湿气敏感的一个元件(如一个有机发光二极管或一个光伏电池)进行封装。该多层部件可以包括一个有机聚合物层和至少一个阻障堆叠。每个阻障堆叠可以包括至少一系列的层，这些层由夹在两个高活化能层之间的一个保留层组成，其中:
[0032]-对于这两个高活化能层中的每一个，在一方面用该高活化能层涂覆的一个参考衬底与在另一方面当裸露时这个相同的参考衬底之间的水蒸汽渗透的活化能的差异大于或等于20kJ / mo I ;并且
[0033]-一个参考衬底上的该保留层中的有效水蒸汽扩散率与当裸露时这个相同参考衬底中的水蒸汽扩散率的比率是小于0.1。
[0034]根据以单独或组合的方式进行的本发明的多个实施例:
[0035]-对于这两个高活化能层中的每一个，用该高活化能层涂覆的参考衬底与当未涂覆时这个相同的参考衬底之间的活化能的差异等于或大于20kJ / mol，如等于或大于25kJ / mol、等于或大于30kJ / mol、或等于或大于40kJ / mol ;并且
[0036]-一个参考衬底上的该保留层中的有效水蒸汽扩散率与当未涂覆时这个相同参考衬底中的水蒸汽扩散率的比率是小于0.08，如小于0.06、小于0.04、小于0.02、或小于0.01。
[0037]在本发明的上下文中，表达“敏感元件的封装”应理解为意指该敏感元件的至少一部分是以这样的一种方式进行保护:该方式使得该敏感元件不暴露于环境条件。具体地说，该多层部件可覆盖该敏感元件，或者该敏感元件可以沉积在该多层部件上。在对一个薄膜功能元件(例如一个OLED)的多个敏感层进行保护的情况下，该阻障堆叠可以包括在该功能元件中，例如包括在构成该OLED的电极的堆叠中。应注意，在本发明的上下文中，一个多层部件是具有相对于彼此放置的多个层的一个组件，而不管元件的组成层沉积在彼此之上顺序如何。
[0038]根据本发明的目标，至少一个阻障堆叠的存在使得有可能限制和阻碍水蒸汽从聚合物层迁移到敏感元件中，该阻障堆叠包括一种夹心结构，其中水蒸汽保留层被插在两个高活化能层之间以用于水蒸汽渗透。首先，水蒸汽难以渗透到这些高活化能层中。其次，该保留层储存水蒸汽。该阻障堆叠的特定的夹心安排极大地促进了水蒸汽截留在该保留层中。这是因为成功穿过该阻障堆叠的一个第一高活化能层的水蒸汽穿到该保留层中，并且，该阻障堆叠的第二高活化能层同样极大地限制水蒸汽离开该保留层的可能性，水蒸汽从而在很大程度上截留在该保留层中。水蒸汽到敏感元件中的渗透因此被极大地减小并阻碍。
[0039]气体渗透穿过一种固体介质是一种热活化过程，该过程可通过阿伦尼乌斯定律(Arrhenius law)来描述:
【权利要求】
1.一种多层部件(11 ;111 ;211 ;311)，用于封装对空气和/或湿气敏感的一个元件(12 ；13 ；313 ;314)，该元件如一个有机发光二极管或一个光伏电池，该多层部件包括一个有机聚合物层(I ；101 ；201 ；304)和至少一个阻障堆叠(2 ；102 ;202，202’ ；302 ；402 ；502 ；602，602’)，其中该阻障堆叠包括至少一系列的层，这些层由夹在两个高活化能层之间的一个保留层组成，其中: -对于该两个高活化能层中的每一个，在一方面用该高活化能层涂覆的一个参考衬底与在另一方面当裸露时这个相同的参考衬底之间的水蒸汽渗透的活化能的差异大于或等于20kJ / mo I ;并且 -一个参考衬底上的该保留层中的有效水蒸汽扩散率与当裸露时这个相同参考衬底中的水蒸汽扩散率的比率是严格小于0.1。
2.如权利要求1所述的多层部件，其中对于该两个高活化能层中的每一个，一个参考衬底上的该保留层中的有效水蒸汽扩散率与这个相同参考衬底上的该高活化能层中的有效水蒸汽扩散率的比率是严格小于I。
3.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中对于该两个高活化能层中的每一个，用该高活化能层涂覆的该参考衬底的水蒸汽渗透活化能大于用该保留层涂覆的该参考衬底的活化能。
4.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中该保留层的几何厚度大于或等于该两个高活化能层的每一个的几何厚度。
5.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中该阻障堆叠的每个层都具有在5nm与200nm之间、优选在5nm与IOOnm之间的一个几何厚度。
6.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中该阻障堆叠的每个层是一种金属层、氧化物层、氮化物层或氮氧化物层。
7.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，该多层部件包括定位在该聚合物层与该阻障堆叠之间的一个有机或混合有机-无机界面层。
8.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中该阻障堆叠的多个组成层具有交替更低和更高的折射率。
9.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中该聚合物层以及该阻障堆叠或每一个阻障堆叠是透明的。
10.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中该阻障堆叠包括至少一个第一系列层(421至423)和至少一个第二系列层(423至425)，每个系列层均由夹在两个高活化能层(421，423 ;423，425)之间的一个保留层(422 ；424)组成，这些高活化能层中的一个(423)属于该第一系列层与该第二系列层两者。
11.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，该多层部件包括从该聚合物层开始:由一个有机或混合有机-无机中间层(603)分开的至少两个阻障堆叠(602，602’)。
12.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，该多层部件包括与该聚合物层的旨在被引导朝向该敏感元件的那一面(ΙΑ ;201A ;304A)并排的至少一个阻障堆叠，和/或与该聚合物层的旨在被引导远离该敏感元件的那一面(101B;201B)并排的至少一个阻障堆叠。
13.如以上权利要求中任一项所述的多层部件，其中该聚合物层(I；101 ；201)是一种衬底聚合物。
14.如权利要求1至12中任一项所述的多层部件，其中该聚合物层(304)是一种聚合物层压夹层。
15.一种包括对空气和/或湿气敏感的元件的器件，该器件包括如以上权利要求中任一项所述的多层部件作为用于该敏感元件的前和/或后封装材料。
16.如权利要求15所述的器件,其中该敏感兀件是一个有机发光二极管(12)的、一个光伏电池(13 ；313)的、一个电致变色系统(314)的、一个电子墨水显示系统的、或一个无机发光系统的全部或部分。
17.一种用于制作如权利要求1至14中任一项所述的多层部件的方法，其中通过溅射、尤其是磁控溅射或通过化学气相沉积、尤其是等离子体加强的化学气相沉积，或通过原子层沉积，或通过这些技术的组合 来沉积阻障堆叠的多个层中的至少一些。
【文档编号】H05B33/04GK103460434SQ201280016548
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月6日 优先权日:2011年4月8日
【发明者】C·莱德尔, C·图姆玛泽特, M·派索恩 申请人:美国圣戈班性能塑料公司