CN101937974A - 一种柔性有机电致发光器件的封装结构及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种柔性有机电致发光器件(FOLED)的封装结构和封装方法。器件的底板和盖板为柔性和透明的云母单晶体薄片；底板和盖板之间封接部位的封接材料为低熔点的铟或铟合金；为避免导电的封接材料使器件的电极引线短路，在封接部位的电极引线上设置了绝缘层。为保证铟封接的可靠性，在封接层与底板、盖板和绝缘层之间设置了过渡金属层。为提高器件的机械强度，在云母底板和云母盖板的外表面设置了透明的聚合物增强层。该器件的封装结构对水蒸气和氧气具有理想的阻隔性能，可以最大限度地避免水蒸气和氧气对器件内的有机发光功能层材料的损害，并具有良好的可弯曲性。

Description

一种柔性有机电致发光器件的封装结构及其封装方法
技术领域
本发明涉及有机电致发光器件技术领域，具体涉及一种柔性有机电致发光器件的封装结构及其封装方法。
背景技术
小分子有机电致发光器件(OLED)和高分子有机电致发光器件(PLED)具有主动发光、亮度高、全彩色显示、驱动电压低、器件厚度薄、可实现柔性显示，以及制备工艺相对于液晶显示器件(LCD)和等离子体显示器件(PDP)简单等特点，在大屏幕平板显示器和柔性显示器方面具有良好的应用前景。
传统封装的柔性有机电致发光器件的结构如图1所示。图中标号14、15分别为柔性底板和盖板；16为透明导电电极层，兼作发光功能层中的阳极层；17为封接层，起底板和盖板之间的密封作用和粘合作用。多数应用中，封接层的材料采用紫外固化环氧树脂(也称UV胶)，也有采用热固化环氧树脂的。18、19、20、21为发光功能层，分别是空穴传输层、有机发光层、电子传输层和阴极层，22为吸气片。
有机电致发光器件中的有机发光材料对水蒸气和氧气非常敏感，很少量的水蒸气和氧气就能损害有机发光材料，使器件的发光性能劣化。传统的柔性有机电致发光器件多采用透明聚合物材料作为柔性底板和盖板，底板和盖板之间的封接处采用紫外固化环氧树脂(UV胶)粘接。这些聚合物的可弯曲性很好，但其水蒸气、氧气的渗透率很高，一般为100-10-1g/m2day量级，远远达不到长寿命柔性有机电致发光器件的封装材料所要求的10-5-10-6g/m2day渗透率的水平，导致水蒸气和氧气从底板、盖板及其封接处渗透进入有机电致发光器件内部。器件内设置的吸气片因吸附大量渗入的水蒸气和氧气，在短时间内就失去吸气能力，导致器件内水蒸气和氧气的分压强逐渐增加，使器件内的有机发光材料受损，器件的寿命和光电性能显著下降。因此，如何减少水蒸气和氧气对器件封装材料的渗透，同时保持器件底板和盖板的透明性和可弯曲性，是制造长寿命柔性有机电致发光器件要解决的关键问题之一。
传统封装的柔性OLED/PLED器件如图1所示，其制程如下：
1)在底板14上制做无机或有机的透明导电电极层16；
2)在底板14上制作发光功能层18、19、20、21，该过程在真空环境下进行；
3)把底板14从真空室中移送到充有常压保护气体的手套箱中，保护气体中的水和氧的含量为ppm量级；
4)把盖板15送到手套箱中，并在其朝向器件的一面的适当位置上贴上吸气片22；
5)在底板14和盖板15的边框封接部位涂上UV胶或热固化环氧树脂作为封接层17；
6)将底板14和盖板15的封接部位17对位并贴合；
7)把贴合后的组件送入手套箱中的紫外光曝光机，对UV胶进行固化；如果使用热固化环氧树脂作为封接层材料，将贴合后的底板和盖板组件送入位于手套箱中的加热烘烤设备，对封接层进行加温固化。
8)封接过程完成后，把柔性有机发光器件移出手套箱，器件制程结束。
上述传统的柔性有机电致发光器件的缺点是：首先，作为底板和盖板材料的塑料，以及作为封接层的环氧树脂对水和氧气的阻隔性能非常差，特别是由于底板和盖板的面积很大，从底板和盖板渗透进入器件内的水蒸气和氧气的量很大。其次，塑料和环氧树脂的表面和内部含有大量的水，这些水会在器件的工作过程中因器件发热而释放出来而进入器件内部；第三，塑料底板的耐受温度低，热稳定性和尺寸稳定性差、表面粗糙度大，使得制作高性能的柔性电致发光器件很困难。
已有专利提出，在塑料底板和塑料盖板上覆盖一层厚度为50微米的超薄玻璃作为水和氧的阻隔层，但这种超薄玻璃-塑料复合薄膜的的制造非常困难，成本很高。还有的专利提出把对水蒸气和氧气具有良好阻隔能力的多层有机-无机复合层镀制在塑料底板上，在多层有机-无机复合层上制作出有机发光功能层后，直接镀制多层有机-无机复合阻隔层作为柔性盖板。这种方法的缺点是制程复杂，成本比较高。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何提供一种柔性有机电致发光器件的封装结构，该封装结构能克服现有技术中所存在的缺陷，解决水蒸气和氧气对器件底板、盖板、以及封接层的水蒸气和氧气的渗透问题，以及现有的底板和盖板材料具有的耐受温度低、热稳定性和尺寸稳定性差、表面粗糙度大等问题。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种柔性有机电致发光器件的封装结构，包括底板、盖板、封接层、过渡层、绝缘层、增强层、透明导电层和有机电致发光功能层，其特征在于：
底板1上设置有ITO透明导电电极层3，绝缘层4和底板过渡层5；盖板2上设置有盖板过渡层6；底板过渡层5和盖板过渡层6之间设置有封接层7；底板1外表面和盖板2外表面分别设置有底板增强层8和盖板增强层9；ITO透明导电电极层3上设置有有机发光功能层，其结构为多层薄膜，ITO透明导电电极层3兼作有机发光功能层的阳极层，由阳极层依次往上设置的各层薄膜是空穴传输层10、发光层11、电子传输层12和阴极层13。
按照本发明所提供的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，底板1和盖板2的材料为对可见光透明的天然白云母、天然金云母和人造云母中的一种，厚度为5-50微米。所用云母材料为沿云母的解理面—即平行于云母晶面的平面—剥分而成的、没有缺陷的单晶体薄片。
按照本发明所提供的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，所述封接层7为铟或者铟合金封接层，材料为铟、铟锡合金和铟铋合金中的一种，厚度为0.5-50微米，宽度等于或小于底板过渡层5和盖板过渡层6的宽度，铟锡合金的组分是：铟为45-55％，锡为55-45％；铟铋合金的组分是：铟60-70％，铋40-30％。
按照本发明所提供的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，底板增强层8和盖板增强层9的厚度为0.05-0.2mm，材料包括为聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚砜醚(PES)，聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)。
按照本发明所提供的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，ITO透明导电电极层3其厚度为0.05-1微米。
按照本发明所提供的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，所述绝缘层薄膜4的厚度为0.05-1微米，材料为Al2O3、Si3N4和SiOx三种材料中的一种，其中1≤x≤2。
按照本发明所提供的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，底板过渡层5和盖板过渡层6的厚度为50～500纳米，其材料是易于铟或铟合金封接层7表面产生侵润的金属，包括Au、Ag、Cu或Pt。
一种柔性有机电致发光器件的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
①在底板1内表面适当位置上，用直流磁控溅射法或射频磁控溅射法制备ITO透明导电电极层3；
②用射频磁控溅射法或电子束蒸发法，在底板1封接位置处的ITO透明导电电极层3表面上镀制绝缘层4；
③在绝缘层4的表面以及底板1的其它封接部位表面上，用直流磁控溅射或真空蒸发的方法镀上底板过渡层5；
④用直流磁控溅射法或真空蒸发法，在底板过渡层5的表面上镀制封接层7，封接层7的材料为铟或铟合金；
⑤ITO透明导电电极层3的表面上以及封接层7的圈绕范围内，用真空蒸发法制备各个有机发光功能层；
⑥用真空蒸发法或电子束蒸发法或直流磁控溅射法，在盖板2的边框封接位置处制作盖板过渡层6；
⑦把上述步骤得到的底板和盖板部件，通过真空管道，传送至手套箱中，手套箱中充入纯度高于99.999％、压强为一个大气压的氮气或氩气；
⑧把盖板过渡层6与底板1上的封接层7对位重合，然后用夹具加上1-2kg/cm2的对向压力；
⑨用红外辐射加热、或热传导加热、或激光束照射加热法对封接层7加热，使其温度增加到所使用的铟或铟合金的熔点温度以上，并且不超过有机发光功能层材料的玻璃化转化温度，然后保温，使铟或铟合金封接层充分熔化，并与底板和盖板的过渡层表面产生浸润；
⑩将器件降温至室温，从手套箱中取出封接完成的器件；在大气环境下，用透明环氧树脂做粘接剂，在底板1和盖板2的外表面上分别粘接上一块作为底板增强层8和盖板增强层9的透明聚合物薄膜；或者用透明聚合物溶液均匀地涂覆在底板1和盖板2的外表面，然后使聚合物固化，形成底板1和盖板2的增强层。
本发明的有益效果：可以使柔性有机电致发光器件的封装实现对水蒸气和氧气的高阻隔性，从而大大提高有机电致发光器件的性能和寿命。同时，所采用的阻隔层(云母底板)可以耐受600-800℃的高温，具有良好的热稳定性和尺寸稳定性；而且云母底板的表面粗糙度可以达到分子级光滑的水平，这些特点对于制造具有优良显示性能的有源矩阵柔性有机电致发光显示器件具有特别重要的意义。
附图说明
图1是传统封装的柔性有机电致发光器件的结构示意图；
其中14、底板；15、盖板，16、透明导电电极层，17、封接层，18、空穴传输层；19、有机发光层；20、电子传输层；21、阴极层，22、吸气片。
图2是本发明所提供的一种实施例的封装结构图；
1、底板，2、盖板，3、ITO透明导电电极层，4、绝缘层，5、底板过渡层，6、盖板过渡层，7、封接层，8、底板增强层，9、盖板增强层，10、空穴传输层，11、有机发光层，12、电子传输层，13、阴极层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
该柔性有机电致发光器件的封装过程是，在底板上制作透明导电薄膜电极层和各个有机发光功能层，然后与盖板封接，封接材料采用铟或铟合金，可以在加热温度低于有机发光材料的玻璃化转化温度的条件下完成底板和盖板之间的封接。为避免封接层使柔性有机发光器件透明导电电极的引出线短路，在封接层与电极层间设置了一层介质绝缘层。为保证铟封接的可靠性，在封接层与底板、盖板和绝缘层之间设置了过渡金属层。最后，在器件的云母底板和云母盖板的外表面，分别设置一层透明柔性塑料层，作为底板和盖板的增强层和保护层。
具体方案为：底板1上设置有ITO透明导电电极层3，绝缘层4和底板过渡层5。盖板2上设置有盖板过渡层6。底板过渡层5和盖板过渡层6之间设置有封接层7。底板1外表面和盖板2外表面分别设置有底板增强层8和盖板增强层9。ITO透明导电电极层3上设置有有机发光功能层，其结构为多层薄膜，ITO透明导电电极层3兼作有机发光功能层的阳极层，由阳极层依次往上设置的各层薄膜是空穴传输层10、发光层11、电子传输层12和阴极层13。底板1和盖板2的材料为对可见光透明的天然白云母、天然金云母和人造云母中的一种，厚度为5-50微米。云母材料为沿云母的解理面—即平行于云母晶面的平面—剥分而成的、设有缺陷的单晶体薄片。铟或者铟合金封接层7的材料为铟、铟锡合金和铟铋合金中的一种，厚度为0.5-50微米，宽度等于或小于底板过渡层5和盖板过渡层6的宽度，铟锡合金的组分是：铟为45-55％，锡为55-45％；铟铋合金的组分是：铟60-70％，铋40-30％。底板增强层8和盖板增强层9的厚度为0.05-0.2mm，材料包括为聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚砜醚(PES)，聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)。电极层3是ITO透明导电薄膜，其厚度为0.05-1微米。绝缘层4的厚度为0.05-1微米，材料为Al2O3、Si3N4和SiOx三种材料中的一种，其中1≤x≤2。底板过渡层5和盖板过渡层6的厚度为50～500纳米，其材料是易于铟或铟合金封接层7表面产生侵润的金属，包括Au、Ag、Cu或Pt。
这种结构的柔性有机电致发光器件，具有以下特点：
1)作为底板和盖板的云母材料、以及作为封接层的铟或铟合金材料，对水蒸气和氧气的渗透率低于10-6g/m2day量级，可以很好地防止水蒸气和氧气进入器件内，显著提高器件的寿命；
2)作为底板的云母薄片耐受温度为600-800℃，尺寸稳定性良好，其表面具有分子级的平整度，这些特点为在底板上完成高质量的ITO透明导电薄膜和薄膜晶体管(TFT)阵列的制备提供了良好条件，从而可以制作出长寿命和高显示性能的柔性有机电致发光显示器件；
3)厚度为5-50微米的云母薄片底板和盖板，以及厚度为0.5-50微米的铟或铟合金封接层具有良好的可弯曲性，并且在云母底板和盖板的外表面设置了一层透明塑料层作为底板和盖板的增强层和保护层，使器件具有良好的柔性和机械强度，提高了器件的可靠性；
4)从根本上解决了底板、盖板以及封接层的水蒸气和氧气的渗透问题，在器件内不必再设置吸气片；
5)可以制作底发光、顶发光，以及双面发光的透明显示器件。
云母薄片具有良好的可见光透明性、绝缘性、耐热性和可弯曲性。云母片是无机单晶体，对水蒸气和氧气的阻隔能力很高，将其作为底板和盖板，可以满足柔性有机发光器件对封装材料的透明性、可弯曲性、热稳定性和对水蒸气、氧气的高阻隔性等各种要求。
铟封接常用于电真空器件的低温封接，具有良好的气密性。在封接层很薄的条件下，具有良好的可弯曲性，可以满足柔性有机电致发光器件封接对于水和氧气的高阻隔性要求和可弯曲性要求。
本发明的这些方法，可以使柔性有机电致发光器件的封装实现对水蒸气和氧气的高阻隔性，从而大大提高有机电致发光器件的性能和寿命。同时，所采用的云母底板可以耐受600-800℃的高温，具有良好的热稳定性和尺寸稳定性；而且云母底板的表面粗糙度可以达到分子级光滑的水平，这些特点对于制造具有优良显示性能的有源矩阵柔性有机电致发光显示器件具有特别重要的意义。
本发明的封装方法如下：
①在底板1内表面适当位置上，用直流磁控溅射法或射频磁控溅射法制备ITO电极层3；
②用射频磁控溅射法或电子束蒸发法，在底板1封接位置处的ITO电极层3表面上镀制绝缘层4；
③在绝缘层4的表面以及底板1的其它封接部位表面上，用直流磁控溅射或真空蒸发的方法镀制底板过渡层5；
④用直流磁控溅射法或真空蒸发法，在底板过渡层5的表面上镀制铟或铟合金封接层7；
⑤在ITO电极层3的表面上以及封接层7的圈绕范围内，用真空蒸发法制备各个有机发光功能层；
⑥用真空蒸发法或电子束蒸发法或直流磁控溅射法，在盖板2的封接位置处制作盖板过渡层6；
⑦把上述步骤得到的底板和盖板部件，通过真空管道，传送至手套箱中，手套箱中充入纯度高于99.999％、压强为一个大气压的氮气或氩气；
⑧把盖板过渡层6与底板1上的铟或者铟合金封接层7对位重合，然后用夹具加上1-2kg/cm2的对向压力；
⑨用红外辐射加热、或热传导加热、或激光束照射加热法对铟或者铟合金封接层7加热，使其温度增加到所使用铟或铟合金的熔点温度以上，并且不超过有机发光功能层材料的玻璃化转化温度，然后保温，使铟或铟合金封接层充分熔化，并与底板和盖板的过渡层表面产生浸润；
⑩将器件降温至室温，从手套箱中取出封接完成的器件；在大气环境下，用透明环氧树脂做粘接剂，在底板1和盖板2的外表面上分别粘接上一块透明聚合物薄膜作为底板增强层8和盖板增强层9；或者用透明聚合物溶液均匀地涂覆在底板1和盖板2的外表面，然后使聚合物固化，形成底板1和盖板2的增强层。

Claims (7)

1.一种柔性有机电致发光器件的封装结构，包括底板、盖板、封接层、过渡层、绝缘层、增强层、透明导电层和有机电致发光功能层，其特征在于：
底板(1)上设置有ITO透明导电电极层(3)，绝缘层(4)和底板过渡层(5)；盖板(2)上设置有盖板过渡层(6)；底板过渡层(5)和盖板过渡层(6)之间设置有封接层(7)；底板(1)外表面和盖板(2)外表面分别设置有底板增强层(8)和盖板增强层(9)；ITO透明导电电极层(3)上设置有有机发光功能层，其结构为多层薄膜，ITO透明导电电极层(3)兼作有机发光功能层的阳极层，由阳极层依次往上设置的各层薄膜是空穴传输层(10)、发光层(11)、电子传输层(12)和阴极层(13)。
2.根据权利要求1所述的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，底板(1)和盖板(2)的材料为可见光透明的天然白云母、天然金云母和人造云母之一种，厚度为5-50微米。
3.根据权利要求1所述的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，封接层(7)的铟或者铟合金封接层，材料为铟、铟锡合金和铟铋合金中的一种，铟锡合金的组分是：铟为45-55％，锡为55-45％；铟铋合金的组分是：铟60-70％，铋40-30％。封接层(7)厚度为0.5-50微米，宽度等于或小于底板过渡层(5)和盖板过渡层(6)的宽度。
4.根据权利要求1所述的有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，绝缘层(4)设置在ITO透明导电电极层(3)表面上的封接位置处，绝缘层(4)厚度为0.05-1微米，宽度为2-5mm，材料为Al2O3、Si3N4和SiOx三种材料中的一种，其中1≤x≤2。
5.根据权利要求1所述的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，底板过渡层(5)和盖板过渡层(6)的厚度为50～500纳米，宽度小于绝缘层(4)的宽度；底板过渡层(5)和盖板过渡层(6)的材料是易于铟或铟合金表面产生侵润的金属，包括Au、Ag、Cu或Pt。
6.根据权利要求1所述的柔性有机电致发光器件的封装结构，其特征在于，底板增强层(8)和盖板增强层(9)的材料为如下种类的聚合物之一种：聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚砜醚，聚对萘二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺；底板增强层(8)和盖板增强层(9)的厚度为0.05-0.2mm。
7.一种柔性有机电致发光器件的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
①在底板(1)内表面适当位置上，用直流磁控溅射法或射频磁控溅射法制备ITO透明导电电极层(3)；
②用射频磁控溅射法或电子束蒸发法，在底板(1)封接位置处的ITO透明导电电极层(3)表面上镀制绝缘层(4)；
③在绝缘层(4)的表面以及底板(1)的其它封接部位的表面上，用直流磁控溅射或真空蒸发的方法镀制底板过渡层(5)；
④用直流磁控溅射法或真空蒸发法，在底板过渡层(5)的表面上镀制封接层(7)；
⑤在ITO透明导电电极层(3)的表面上以及封接层(7)的圈绕范围内，用真空蒸发法制备各个有机发光功能层；
⑥用真空蒸发法或电子束蒸发法或直流磁控溅射法，在盖板(2)的封接位置处制作盖板过渡层(6)；
⑦把上述步骤得到的底板和盖板部件，通过真空管道，传送至手套箱中，手套箱中充入纯度等于或高于99.999％、压强为一个大气压的氮气或氩气；
⑧把盖板过渡层(6)与底板(1)上的铟或者铟合金封接层(7)对位重合，然后用夹具加上1-2kg/cm2的对向压力；
⑨用红外辐射加热、或热传导加热、或激光束照射加热法对铟或者铟合金封接层(7)加热，使其温度增加到所使用铟或铟合金的熔点温度以上，并且不超过有机发光功能层材料的玻璃化转化温度，然后保温，使铟或铟合金封接层充分熔化，并在底板和盖板的过渡层表面产生浸润；
⑩将器件降温至室温，从手套箱中取出封接完成的器件；在大气环境下，用透明环氧树脂做粘接剂，在底板(1)和盖板(2)的外表面上分别粘接上一块透明聚合物薄膜作为底板增强层(9)和盖板增强层(10)，或者用透明聚合物溶液均匀地涂覆在底板(1)和盖板(2)的外表面，然后使聚合物固化，形成底板增强层(9)和盖板增强层(10)。
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