[发明专利]新型阻挡层堆体及其方法、组合物

说明书

相关申请

本专利申请要求2012年8月31日提交的申请号为61/696，113的美国临时专利申请的优先权，其内容以引用方式并入本文，以用于所有目的。

技术领域

本发明总体上涉及其新型阻挡层堆体(barrier layer stacks)及其方法和组合物。更具体地说，本发明涉及包括密封层的阻挡层堆体，以及该阻挡层堆体的制造方法和组合物。

背景技术

许多产品(例如电子器件、医疗器件和药品)对水蒸气和环境气体具有敏感性，并且接触水蒸气和环境气体会导致产品变质和/或产品性能下降。因此，为了避免此类不想要的接触，通常会使用阻隔涂层或阻隔材料作为保护措施。

塑料涂层或塑料薄膜经常被用作阻隔材料。不幸的是，它们对气体和液体的耐渗透性较弱，与合格产品性能的所需耐渗透值相比，数值要低好几个数量级。举例来说，某些LED显示器和太阳能电池封装应用需要水蒸气透过率大约低于10^-4克/平方米/天；与此相反，PET(Polyethylene Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)作为一种常用的塑料薄膜，其水蒸气透过率约介于大约1克/平方米/天和大约10克/平方米/天的范围之间。本领域的技术人员将会认识到，水蒸气透过率可以被认为与抗水渗透能力成反比。

其他方法通过在PET之类的塑料薄膜上涂布阻隔涂层以减少水蒸气渗透性，防止接触不想要的元素。这些涂层通常采用单层的无机材料，比如Al、SiO_x,、AlO_x和Si₃N₄，使用熟知的真空沉积方法将这些材料沉积在塑料基层上。这些无机材料的单层涂层一般会将PET的水蒸气透过率由1.0降至0.1克/平方米/天。因此，在塑料基层上的单层阻隔涂层也无法达到所需耐渗透值。

无论将单个塑料薄膜还是将使用阻隔涂层或阻隔材料的塑料基层作为保护措施，上述传统的扩散阻挡方案都无法为下层器件或底层产品提供特定应用(比如太阳能电池应用和LED显示器应用)所需程度的保护。具体而言，无机层中存在的缺陷无法有效得到填补，为水分和不想要的环境气体提供了从阻隔层表面进入聚合物基层的扩散途经。因此，传统的聚合物薄膜不能充分保护所封装的底层产品，避免其接触水分和不想要的环境气体。所以，底层产品会随时间而退化，最终报废，导致生命周期相对缩短。

因此，需要采用新型的阻挡层设计，这种设计能有效保护对水分和气体敏感的底层产品，使其免受水分和不想要的环境气体的影响，并且不会产生单独使用薄膜或采用阻隔涂层等传统设计所拥有的缺点。

发明内容

按照上述内容，本发明一方面提供了一种阻挡层堆体。该阻挡层堆体包括：(i)包括缺陷的阻挡材料；(ii)遮盖阻挡材料缺陷的密封层；(iii)其中在阻挡层堆体处于运行状态时，密封层的存在可减少或防止蒸汽和/或气体分子通过阻挡材料的缺陷进行扩散。在本发明的优选实施例中，缺陷包括位于阻挡材料内的凹口，密封层并不突进所述凹口内。

举例来说，所述密封层的厚度介于大约0.1微米和大约10微米之间，所述阻挡材料的厚度介于大约10纳米至大约1微米之间。所述密封层包括聚合物和/或无机材料。较佳的，所述密封层可包括丙烯酸酯、环氧树脂和聚氨酯中的至少一种。所述阻挡材料可以是一个无机层，其包括金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氧氮化物、金属碳氮化物和金属碳氧化物中的至少一种。按照本装置的一个方面，所述无机阻挡层包括铝、银、硅、锌、锡、钛、钽、铌、钌、镓、铂、钒和铟中的至少一种。所述阻挡材料可以是透明材料。

在本发明的一个实施例中，所述阻挡材料包括两个阻挡层以及夹在两个阻挡层之间的反应层。在本实施例中，每个阻挡层均可采用一种或多种无定形材料制成。

另一方面，本发明提供了一种组合装置。该组合装置包括：(i)下层器件；(ii)至少能够部分封装该下层器件的封装体(encapsulant)；且该封装体包括(a)包括缺陷的阻挡材料；(b)遮盖阻挡材料缺陷的密封层；其中在阻挡层堆体处于运行状态时，密封层的存在可减少或防止蒸汽和/或气体分子通过阻挡材料的缺陷进行扩散。在此方面，该组合装置可包括太阳能电池组件、发光模块、发光二极管显示器、电解槽以及反射显示模块中的一个。