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有機發光二極體之封裝技術(US8742411)

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科技產業資訊室 (iKnow) - 蘇恒緯 發表於 2015年2月6日
有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode, OLED) 使用壽命不長一直是其應用於消費性電子產品最大的阻礙之一,因此封裝技術便成為其商品化重要的課題,本文將以US8742411專利發明介紹OLED之封裝技術。

有機發光二極體之封裝問題瓶頸

要商品化及擴大有機發光二極體的用途,最大的問題之一便是其穩定性。有機發光二極體中的有機材料及金屬電極容易因外界中的水氣等因子而氧化,為了有效的防止水氧滲透至元件中,近年來已有許多方法被提出。其中,日本專利(No. Hei9-148066)發表的方法,是在元件外配置一密閉容器加以保護隔絕外界空氣,並在容器中加入吸濕劑。然而,此類型的元件會因密閉容器的形狀而使得厚度增大,且易受到物理撞擊進而對元件造成損壞,而在大尺寸製造時又會有散熱性質差的問題存在。

韓國專利No. 2007-0072400發表了另一有機光電元件,其在環氧樹脂中加入吸濕劑。然而,吸濕劑與濕氣反應造成的體積膨脹卻有可能會對有機光電元件造成物理傷害,且當選用金屬氧化物做為吸濕劑使用時,其與濕氣反應產生具強鹼性的物質會對鈍化層或陰極造成化學傷害。

因此,為了有效防止濕氣滲透並且同時減少對於有機電子元件的損害, US8742411專利發明提供了新的有機電子原件封裝結構,將黏著層分為多層結構以達成上述之目的。

二、US8742411專利發明介紹

1.專利基本資訊
專利號碼 US8742411 B2 申請國別 美國 法律狀態 有效
專利名稱 (英)Adhesive film and method of encapsulating organic electrode device using the same
(中)膠膜以及使用該封裝有機電子元件的方法
申請日 2013/05/02 公告日 2014/06/03
原專利權人 LG Chem, Ltd. 發明人 Yoo, Hyun JeeCho, Yoon Gyung
Shim, Jung Sup
Lee, Suk Chin Jeong, Kwang Jin
Chang, Suk Ky
目前擁有人 同原專利權人
功效 阻氣性、封裝、多層結構
技術 本發明提供了一用於封裝有機電子元件的膠膜,含有固化性樹脂及吸濕劑,並分為封裝時與有機電子元件接觸的第一區域,以及未與元件接觸的第二區域。其吸濕劑在第一及第二區域的含量分別是0到20%以及80%到100%。此外本專利發明也提供了封裝有機電子元件的方法。
Source: 科技政策研究與資訊中心 — 科技產業資訊室整理,2015/02

2.黏著層構造及封裝結構
不同於一般的技術,此專利發明用於封裝有機電子元件的膠膜具有多層結構,將含有固化性樹脂及吸濕劑之固化性熱融黏著層,分成封裝時與原件直接接觸的第一區域以及未接觸的第二區域,吸濕劑在此兩區域的成分比例分別是0到20%以及80到100%。當靠近元件的第一區域之吸濕劑含量超過20%時,因濕氣與吸濕劑反應造成的體積膨脹可能會不受樹脂控制進而造成有機電子元件層的崩裂。因此,藉由調控多層結構中第一區域和第二區域含有的吸濕劑比例,便可預防因吸濕劑存在而對元件造成的物理和化學性損害。

本專利發明之膠膜用於封裝有機電子元件可由下圖1表示,其中有機電子元件如OLED(25)形成於玻璃或高分子基板上(21),而黏著層(22)再形成於其上以包覆整個有機元件上。此示意圖示例了吸濕劑(23)只存在第二區域(12b)中以及當元件含有鈍化層(passive layer)(26)的結構。

圖1、本專利發明之膠膜用於封裝有機電子元件
 pclass_10697a_20150206.gif

3.封裝實例及其封裝成效
本專利發明之封裝實例使用矽烷改性環氧樹脂與苯氧基樹脂作為黏著劑,並使用氧化鈣做為吸濕劑,分別調配出第一、二區域黏著層之溶液製成薄膜再加以粘合形成多層結構封裝膜。藉由調整第一、二區域的吸濕劑比例舉出三個封裝實例,並分別提出三個比較例,進行多種實驗以加以比較其封裝效果。以下為三種實例以及五種比較例之膠膜成分:

實例1:第一區域未使用吸濕劑,第二區域使用70g氧化鈣。
實例2:第一區域使用7g氧化鈣,第二區域則為62g。
實例3:第一區域使用14g氧化鈣,第二區域使用56g。
比較例1:只使用實例1中的第一區域成分。
比較例2:只使用實例1中的第二區域成分。
比較例3:第一區域使用28g氧化鈣,第二區域使用42g。
比較例4:將矽烷改性環氧樹脂改為丙烯酸樹脂感壓膠。
比較例5:將矽烷改性環氧樹脂改為丁二烯改性環氧樹脂。

為了檢驗這些例子封裝膜之阻氣性,本專利中使用了鈣測試進行試驗,結果如下表:
pclass_10697b_20150206.gif

另外,再針對實例1以及比較例4、5使用MOCON進行量測,結果如下表:
pclass_10697c_20150206.gif

為了探討可能對元件造成的物理破壞,將實例1~3以及比較例1~3之封裝膜用於OLED元件中,再觀察其有機層。結果發現實例1~3以及比較例1並未發現損壞,而比較例2的有機層可觀察到破裂,比較例3則發生黏著失效之情形。

而對於化學破壞的探討,其將常用的鈍化層材料氮化矽鍍於玻璃基板上,並使用實例1~3以及比較例1~3之膠膜進行封裝,再用FTIR進行分析。結果發現實例1~3以及比較例1並未發現損壞,而比較例2及3則有鈍化層產生化學損壞的現象。下圖2、3分別為實例1以及比較例2之光譜:

圖2、實例1以及比較例2之光譜
 pclass_10697d_20150206.gif

圖3、實例1以及比較例2之光譜
pclass_10697e_20150206.gif
 
可從圖2與圖3比較中觀察出比較例2氮化矽之化學成分已改變,證實其因吸濕劑水合形成強鹼而造成化學損壞。

從上述結果可證實,實例1~3可有效的封裝有機電子元件阻隔濕氣,但當阻氣膜並未劃分成兩區域時則無法有效阻氣。

二、 結論

封裝技術可防止OLED元件受到環境濕氣之損害,進而延長產品壽命。此篇LG在去年(2014)被核准的US8742411B2專利發明之膠膜,其將黏著層分成兩區域,並藉由控制其吸濕劑在兩區域的含量,同時最佳化其阻氣性並且減少因吸濕劑存在而對元件造成的物理及化學傷害。(1948字;圖3; 表2)

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