[0021]图4示出了根据本发明的一个实施例的创新的阻挡层堆体(如图1和图2的阻挡层堆体)制造方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0022]为提供对本发明的彻底理解,在以下描述中阐述了许多具体细节。但本领域的技术人员应该很清楚,本发明可在不受制于这些具体细节中的部分或全部内容的情况下被实践。为了不给发明带来不必要的理解困难,在其他实例中,尚未对熟知的方法步骤加以详细描述。
[0023]图1示出了本发明的一个实施例中的阻挡层堆体100。所述阻挡层堆体100包括夹在密封层(seal)102和基层106(比如塑料基层)之间的阻挡材料104。阻挡材料104经设计可为下层器件(如太阳能电池、光源、发光二极管、电解质、阳极、阴极和反射显示器)提供阻隔性能。所述下层器件最好邻近基层106或密封层102放置。
[0024]阻挡材料104主要为阻挡层堆体100提供阻隔性能。此类阻隔性能包括减少或防止异物和/或气体传入下层器件。然而,根据本发明可知,阻挡材料104通常包括缺陷108,所述缺陷具有凹口,为气体和/或蒸汽传送到下层器件提供了途径。因此,本发明的一方面提供了一个顶部密封层(比如密封层102),它可遮盖阻挡材料104的缺陷108。在这方面,顶部密封层102与阻挡材料104并不共形。换句话说,顶部密封层102的某些部分不会突伸到阻挡材料104的缺陷108内并阻塞这些缺陷。此外,在本发明的优选实施例中,不需要顶部密封层102突伸到阻挡材料104内与该阻挡材料发生化学反应或进行共价结合。本发明提供了顶部密封层102作为遮盖(或封闭)缺陷108的密封层,从而防止气体和/或蒸汽分子传送到缺陷108 中。
[0025]图2示出了根据本发明的替代实施例的阻挡层堆体200。阻挡层堆体200包括密封层202、阻挡材料204和基层206,与图1中对应的结构(即阻挡材料104,密封层102和基层106)基本相似。然而,在图2中,密封层202被夹在阻挡材料204和基层206之间。无论密封层安置在阻挡材料的哪一侧,密封层都会封闭住缺陷,防止气体和/或蒸汽分子进入缺陷凹口,使该阻挡层堆体不受这些气体和/或蒸汽分子的影响。因此,阻挡层堆体100和200都能在各种应用(例如太阳能电池组件、发光模块、发光二极管显示器、电解槽以及反射显示模块)中作为有效的密封材料。
[0026]基层(例如基层106和206)可以是任何能够支持阻挡材料或密封层的材料。然而,它最好是由塑料制成的柔性材料。阻挡材料(例如阻挡材料104和204)可包括任何能够阻挡水分和不想要气体(例如氧、氮、氢、二氧化碳、氩和硫化氢)的材料。在一个优选实施例中,所述阻挡材料包括金属、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。此外,所述阻挡材料最好包括采用元素形式或作为化合物组成部分的碳或氧。本发明的代表性的阻挡材料包括氧化硅、氧化铝、氮化铝、铝氧氮化物、氧化钽、氧化铌、氮化硅、氮氧化硅、硅氧碳化物和硅碳氮化物。
[0027]在本发明的一个实施例中,阻挡材料由一层或多层无机材料制成。在本发明的优选实施例中,阻挡材料包括无定形材料。当一个以上的无机层用来制作阻挡材料,不同的层最好互相邻近地堆叠在一起。每层中使用的无机材料(用于形成阻挡材料)类型不必相同,在本发明的某些实施例中可能有所不同。尽管阻挡材料可采用作为上述气体屏障的无机材料制作,在本装置的优选实施例中,阻挡材料包括采用元素形式或作为化合物的金属组合物(如上所述)。该金属组合物可包括铝、银、硅、锌、锡、钛、钽、铌、钌、镓、铂、钒和铟中的至少一种。举例来说,金属氧化物包括Alx0y和/或Si0x。在本发明的阻挡材料中,据认为,存在有效分量的金属或金属氧化物可减少不想要的气体和/或蒸汽分子传送至阻挡材料。在本发明的优选实施例中,阻挡材料中的金属或金属氧化物的浓度介于大约1% (以重量计)和大约100% (以重量计)之间,最好有介于大约1% ((以重量计)和大约50% (以重量计)之间。
[0028]一般认为,增加阻挡材料的厚度可加强其阻隔性能。然而,本发明认识到,如果阻挡材料制作得太厚,也就是说,厚度超过了一定的数值,所得到的阻挡材料可能会硬脆易碎和/或容易开裂。产生的裂纹会为气体和/或蒸汽分子提供传送至阻挡材料的途经。为此,本发明认识到,阻挡材料的厚度最好应该实现平衡,既能达到足够厚度以加强阻隔性能,又不至于因为太厚而变得容易开裂。因此,阻挡材料(例如阻挡材料104和204)可能是实现这种平衡的任何厚度。在本发明的优选实施例中,阻挡材料的厚度介于大约10纳米和大约I微米之间间,最好介于大约20纳米和大约300纳米之间。
[0029]虽然本发明中的阻挡材料经过设计可减少气体和/或蒸汽分子的传送,但无法完全不受水分和特定气体的影响。因此,在本装置的一个实施例中,阻挡材料(例如阻挡材料104和204)包括一个反应成分或反应层(以下称为“反应成分”)。经设计,该反应成分可与扩散至阻挡材料中的水分和不想要气体的分子(例如氧、氮、氢、二氧化碳、氩气和硫化氢)产生化学反应。根据传统看法,太阳能电池和其他应用中不需要反应成分的反应性质,因为它会吸收水分和不想要的气体,从而导致产品性能下降,最终导致产品报废。然而,本发明创新性地利用了反应成分的反应性质,使其对阻挡层堆体应用发挥作用。具体而言,扩散到阻挡层202的水分和/或不想要的气体与反应成分发生化学反应,使阻挡层堆体100或200大体上不受扩散的气体和/或蒸汽分子的影响。
[0030]反应成分可采用任何无机材料制成,最好在化学上具有同质性。然而,在本发明的优选实施例中,反应成分包括碱金属氧化物、氧化锌、氧化钛、掺金属氧化锌和氧化硅中的至少一种。在本发明的某些实施例中,反应层204掺杂有一种或多种非氧化化学成分。代表性的非氧化性掺杂材料包括碱金属,比如钙、钠和锂。
[0031]像阻挡材料(例如阻挡材料104和204)—样,反应成分204可包括一个或多个互相邻近放置的反应层。在此装置中,每个反应层均可由相同材料或不同材料制成。无论使用多少层,反应成分包括有效分量的反应材料,该反应材料可与扩散至阻挡材料的水分和不想要的气体或环境气体发生化学反应。根据本发明的优选实施例,反应成分中的反应材料的浓度介于大约1% (以重量计)和大约100%之间。然而,在本发明的更优选实施例中,反应成分中的反应材料的浓度介于大约90% (以重量计)和大约100% (以重量计)之间。
[0032]如果反应成分采用层的形式,可能有介于大约10纳米和大约I微米间的总厚度,最好有介于大约20纳米和大约500纳米间的总厚度。在某些应用中,本发明的阻挡层堆体被制造在塑料基层上,并用作封装体(encapsulant ),这样会在运输、搬运和储藏封装产品的过程中,出现水分和/或不想要的环境气体通过塑料基层进行扩散并与反应层204发生化学反应的风险。因此,反应成分所需的反应属性可能会耗尽,导致所述阻挡层堆体失效。为