用于衬底和装置的薄膜渗透屏障系统和制造所述薄膜渗透屏障系统的方法
[0049] 柔性薄膜屏障先前已经证明作为用于衬底和电子装置的封装剂。美国专利第 6, 548, 912号、第6, 268, 695号、第6, 413, 645号W及第6, 522, 067号描述用W封装对湿气 敏感的装置和衬底的"多"屏障堆叠和/或二合物（dyad)的各种布置。每一屏障堆叠对或 "二合物"包括无机材料与聚合物层对。对于大气气体具有低渗透率的无机层，典型地是金 属氧化物（例如Al2〇3)充当屏障层。多晶Al2〇3通常是通过反应性瓣射在室溫下沉积。运些 膜常常含有微观缺陷，例如针孔、裂缝W及晶界，其最终形成用于大气气体（包括水蒸气） 渗透的路径。聚合物层通常是聚丙締酸醋材料，其是通过闪蒸液态丙締酸醋单体（其接着 通过UV福射或电子束经固化）而沉积。运一聚合物层可WW机械方式去禪无机层中的缺 陷，如美国专利第6, 570, 325号中所公开。通过使用多个二合物（常常约为3到5个二合 物，其为6到10个层），运些屏障膜可W通过W机械方式使刚性无机层彼此去禪并且对水 和氧气施加较长渗透路径W使得运些分子花费较长时间到达OL邸来保护下面的装置。尽 管运一方法可W提供水蒸气通过二合物由上而下扩散的较长滞后时间，但其在用于直接封 装OLED时未能解决水蒸气的横向/边缘扩散。由于聚合物/去禪层对于水蒸气具有高扩 散系数，所W需要极宽的边缘密封W用于保护。一种减小边缘密封宽度的方法在美国专利 第7, 198, 832号中公开，其公开内容W全文引用的方式并入本文中。在此方法中，在给定屏 障堆叠中，将无机屏障层的面积制成大于去禪层（即聚合物层）的面积。接着，第二屏障堆 叠的面积需要大于第一屏障堆叠等等的面积。通过采用运一结构，屏障层可W针对水蒸气 和氧气的横向/边缘扩散提供保护。
[0050] 常规多层屏障系统可能具有缺点。聚合物层/去禪层，典型地为丙締酸醋可W对 于水蒸气具有高扩散系数。当所述常规多层屏障用于直接封装OL邸时，运一高扩散系数可 能导致对可获得的最小边缘宽度的基本限制，因为无机屏障层的覆盖面积必须制成大于去 禪层（即聚合物层）的面积。接着，第二屏障堆叠的覆盖面积需要大于第一屏障堆叠等等 的面积W获得良好的边缘密封。运可能需要使用多个掩模，其又需要频繁的掩模清洁，从而 使得总方法变得繁琐并且大大增加节拍时间（TAKT time)。举例来说，美国专利公开案第 2014/170785号描述各种系统和技术，其需要使用多个掩模，从而导致在制造期间大量精力 投入到管理和移动掩模中。相比之下，如本文中进一步详细描述，本发明的实施例可W通过 使用更少的掩模来避免所述问题。
[0051] 此外，边缘宽度或带槽框宽度是显示器的非可用部分。使用运些技术获得几乎不 存在边缘或无边缘的显示器可能是困难的或不可能的。
[0052] 另一缺点可W是，为了获得高质量无机屏障层，无机屏障层（例如瓣射金属氧化 物层）的沉积速率与聚合物层相比可能保持得较低。运增加节拍时间。
[0053] 另一缺点可能在批量处理期间出现，其中衬底可能需要在瓣射腔室（真空中）到 惰性气氛腔室（非真空）之间转移多次（例如，6到8次）W闪蒸单体层。在网式加工（web processing)中，可能需要多个瓣射祀和单体源W沉积多层。运些中的每一者也增加成本和 节拍时间。
[0054] -般来说，屏障系统可能需要满足若干主要需要：相对较低的湿气渗透率，优选在 层数最小的情况下；在边缘处的充分密封，优选在边缘宽度相对较小的情况下；W及相对 较高柔性
[0055] 考虑到对相对较低渗透率的需要，如先前所描述，需要有效封装W防止OL邸装置 由于湿气和氧气而劣化。封装屏障的屏障性质可W依据两个扩散参数测量：渗透率P = g/ (cm sec atm)和蒸气穿透率VTR=克/(平方米天）。气体（在OLED的情况下典型地是水 蒸气或氧气）通过单一屏障的渗透率P定义为P = DS,其中S(g/(cm3atm))是气体在屏障 材料中的溶解度，并且D是气体在屏障材料中的扩散系数。溶解度决定多少渗透物可W溶 解于膜中，而扩散系数决定渗透物可W多快地在膜材料中移动。水蒸气穿透率（WVTR)和氧 气穿透率（OTR)是封装的屏障性质的量度。其在给定溫度和相对湿度下对于给定屏障厚度 是经规定的。如先前所公开，10000小时的OL邸保存寿命（50%有效面积缩减）一般所引 用的所需水蒸气穿透率是10 6克/平方米/天。类似地，类似寿命的所需氧气穿透率（OTR) 在10 5立方厘米/平方米/天到10 3立方厘米/平方米/天范围内。规定OL邸装置寿命 的更直接方法是在加速环境试验条件（高溫、高相对湿度）下耗费寿命。广泛使用的工业 OL邸保存寿命需要取决于具体应用（显示或照明），并且规定为在a) 85°C、85%相对湿度下 240小时（10天）或b)在85°C、85%相对湿度下500小时（约3周）之后小于5%有效面 积缩减。
[0056] 考虑到所需边缘性质，典型地需要屏障系统针对湿气和氧气的横向扩散保护 0LED。优选地，屏障膜应该W最小的边缘宽度/带槽框需要提供良好的边缘密封。最小带槽 框宽度取决于具体应用和或制造公差，但典型地，带槽框宽度可W在0.1 mm到5mm范围内。
[0057] -般来说，可能需要屏障系统应该在用于封装柔性衬底和装置时呈充分柔性W耐 受W 1. 27cm半径的约10, 000个循环晓曲试验。
[0058] 本发明的实施例提供制造技术和用于衬底和装置的薄膜渗透屏障系统，其可W解 决先前系统的运些缺点。如本文中所公开的渗透屏障系统可W包括至少一个混合屏障层和 一个无机屏蔽层。混合屏障层可W包括例如SiOyCyH,,如本文中进一步详细描述。可W沉积 薄膜屏障结构W使得无机层"屏蔽"混合屏障层免受环境试验条件损害。混合屏障层可W安 置在无机层与上面沉积薄膜渗透屏障的衬底之间，或无机层可W安置在混合屏障层与衬底 之间。图3A示出如本文中所公开的实例渗透屏障，其中无机层安置在混合屏障上。类似地， 图3B示出如本文中所公开的实例渗透屏障，其中混合屏障安置在无机层上。混合屏障层与 无机层可W紧邻彼此安置，即W使得其直接物理接触。在一些实施例中，薄膜渗透屏障可W 仅包括或基本上仅包括混合屏障层和无机层。如本文中进一步详细描述，薄膜渗透屏障也 可W是相对柔性的，从而允许屏障层用于封装柔性装置，例如如本文中所公开的柔性0LED。
[0059]作为一个更具体的实例，在涂布对湿气敏感的电子装置（例如OL邸）或衬底背侧 时，混合屏障层可W首先安置在涂层表面上。第二无机屏蔽层可W接着沉积在第一混合屏 障层上。图4A示出所述布置的一个实例，其中混合屏障层安置在衬底上并且无机屏蔽层安 置在混合屏障层上。或者或另外，在涂布例如用于底部发射装置的衬底的前侧时，混合屏障 层可W首先安置在涂层表面上。第二无机屏障层接着可W沉积在第一混合屏障层上，如图 4B所示。对于底部发射装置，屏障系统可W在有机层之前，或在有机装置沉积完成之后沉 积。也可W使用运些布置的组合，如图4C中示出。在每一配置中，无机层"屏蔽"混合屏障 层使其免受外部环境损害。因此，在运些配置中，无机层通常面向环境，并且混合屏障层更 靠近或邻近于装置；即，混合层典型地比无机屏蔽层更靠近衬底。
[0060] 在一个实施例中，混合屏障层可W通过用反应性气体（例如氧气）等离子体增强 式化学气相沉积（PECVD)有机前体（例如，HMDS0/02)来生长。屏障涂布方法的一个实例 在美国专利第7, 968, 146号中描述，其公开内容W全文引用的方式并入本文中。所述屏障 膜典型地是相对高度不可渗透但呈柔性的。所述材料是无机Si〇2与聚合娃酬的混合物，并 且可W在室溫下沉积。屏障膜具有玻璃的渗透和光学性质，但具有给予薄屏障膜柔性的部 分聚合物特征。在室溫下，在沉积到约厚于IOOnm时，运一混合材料层无微裂缝。此外，所 述沉积方法和膜组合物可W经调节W在不产生微裂缝的情况下生长厚SiOyCyHJl (> 10 微米）。因此，本发明的实施例可W包括含SiOyCyH,的混合屏障，相对组成等于1《X < 2， 0.0 Ol《y《1 W及0.0 Ol《Z《1。所述屏障可W提供相对较低的湿气和氧气渗透率、通 过PECVD经由保形涂层的粒子覆盖、在最小边缘/带槽框需要情况下的相对较高边缘密封、 透明度W及柔性。所述沉积方法相对有成本效益，其节拍时间略为平均。在一些实施例中， 混合屏障层可W使用一或多种前体制造，其中所有前体都可W W单一等离子体沉积或类似 方法沉积。实例前体包括六甲基二硅氧烷（HMDSO);正娃酸四乙醋灯EO巧；甲基硅烷；二甲 基硅烷；乙締基二甲基硅烷；二甲基硅烷；四甲基硅烷；乙基硅烷；^娃烷基甲烧；双（甲基 娃烷基）甲烧；1，2-二娃烷基乙烧；1，2-双（甲基娃烷基）乙烧；2，2-二娃烷基丙烷；1，3， 5-二娃烷基-2,4,6-二亚甲基；^甲基苯基硅烷；^苯基甲基硅烷；正娃酸四乙醋；^甲基 二甲氧基硅烷；1，3, 5, 7-四甲基环四硅氧烷；1,3-二甲基二硅氧烷；1，1，3, 3-四甲基二娃 氧烧；1，3-双（娃烷基亚甲基）一硅氧烷；双（1-甲基一娃氧烷基）甲烧；2,2-双（1-甲基 二娃氧烷基）丙烷；2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷；八甲基环四硅氧烷；2,4,6,8，10-五甲基 环五硅氧烷；1，3,5,7-四娃烷基-2,6-二氧基-4,8-二亚甲基；六甲基环S硅氧烷；1，3,5， 7,9-五甲基环五硅氧烷；六甲氧基二硅氧烷；六甲基二娃氮烧；二乙締基四甲基二娃氮烧； 六甲基环S娃氮烧；二甲基双（N-甲基乙酷胺基）硅烷；二甲基双-(N-乙基乙酷胺基）娃 烧；甲基乙締基双（N-甲基乙酷胺基）硅烷；甲基乙締基双（N-下基乙酷胺基）硅烷；甲基 S (N-苯基乙酷胺基）硅烷；乙締基S (N-乙基乙酷胺基）硅烷；四（N-甲基乙酷胺基）娃 烧；二苯基双（二乙基氨氧基）硅烷；W及甲基=(二乙基氨氧基）硅烷。在一个实施例 中，如本文中所公开的渗透屏障系统可W用于封装对环境敏感的装置，例如OL邸。对环境敏 感的显示或照明装置（例如OL邸）可W通过沉积（例如真空沉积）放置在衬底上或在其上 制造。混合屏障层可W直接安置在OL邸上，如图7中示出。混合屏障层的覆盖面积可WW 带槽框宽度W延伸超出OL邸的边缘。带槽框宽度W可W是0.0 Olmm到50mm，并且一般可W 在0.0 lmm到IOmm范围内。无机屏蔽层可W安置在混合屏障层上。
文档序号 :
【 9632744 】
技术研发人员：西达尔塔·哈里克思希纳·莫汉,威廉·E·奎因
技术所有人：环球展览公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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