ИНКАПСУЛИРУЮЩАЯ БАРЬЕРНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ СТРУКТУРА
ENCAPSULATING BARRIER MULTILAYER STRUCTURE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки США 61/550764, поданной в Ведомство США по патентам и торговым знакам 24 октября 2011 года, полное содержание которой включено в настоящий документ для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение относится к области барьерных многослойных структур и, в частности, к барьерной многослойной структуре, содержащей инкапсулированные наночастицы. Инкапсуляцию частиц можно осуществить путем частичного или полного инкапсулирования органическим материалом, которое включает полимеризацию полимеризуемого соединения (мономерного или полимерного соединения с полимеризуемыми группами) или сшивание сшиваемого соединения на поверхности реакционноспособных наночастиц. Инкапсулированные наночастицы можно нанести путем осаждения на неорганические тонкие оксидные (барьерные) пленки. Соответствующую барьерную многослойную структуру можно расположить на подложке, например, в электронном приборе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
-5
-6
2
[0003] Гибкие солнечные элементы и гибкая пластмассовая или печатная электроника рассматриваются как техника отображения следующего поколения. Однако как во многих новых технологиях будущего, остается решить много технических вопросов, таких как вопросы, связанные с характеристиками высокой газонепроницаемости и стоимостью полимерных подложек. Полимерные пленки обычно не проявляют высокие барьерные характеристики (по сравнению с требованием относительно проницаемости водяного пара, составляющим менее чем 10-10 г/м/день при 39°С и 95% относительной влажности), даже если на них нанесено покрытие из оксида металла для улучшения их барьерных свойств. Хорошо известно, что высоконепроницаемые тонкопленочные оксиды, нанесенные в виде покрытия на пластмассовые пленки, имеют дефекты, такие как микроотверстия, трещины, границы зерен и т.п., которые сильно влияют на эксплуатационные характеристики барьерных пленок. Целостность осаждаемых покрытий является одним из важнейших факторов при определении результирующих эксплуатационных характеристик газонепроницаемости, и контроль дефектов в оксидных слоях представляет собой важнейшую задачу. Действительно, эксплуатационные характеристики и стоимость полимерных пленок, покрытых оксидом металла, является основным технологическим препятствием на пути к техническому прорыву в применении гибких солнечных элементов, гибких ОСИД-дисплеев и пластиковой электроники. Хорошо известно, что многослойные неорганические и органические барьерные пленки позволяют устранить дефекты барьерных оксидных пленок. Такие барьерные пленки могут улучшить только барьерные свойства, но не влияют на другие свойства, такие как механические, оптические свойства и устойчивость против атмосферных воздействий.
[0004] Мировая индустрия солнечных элементов переживала значительный рост в последние годы, демонстрируя совокупный темп годового прироста выше 50% на протяжении последних 10 лет. Обратной стороной такого быстрого расширения стал переизбыток модулей солнечных элементов, что привело к резкому снижению цен более чем на 50% за последние 2 года. Целевая цена 1$ США/Вт в случае солнечных элементов уже была преодолена.
2
2
2
[0005] Ценовая структура модуля с 12% эффективностью и целевой ценой 0,7$ США/Вт будет означать цену модуля 84$ США/м. Вклад инкапсуляции и барьерных пленок в эту цену составляет от 30% до 35%, т.е. 25-30$ США. Этот вклад будет включать подложки (верхние и нижние), а также герметики и другие защитные ламинаты. Поскольку базовая подложка в целом представляет собой металлическую пленку с более низкой стоимостью, доля барьерной пленки будет составлять максимум от 15 до 20$ США/м. Если цена фотоэлектрического модуля продолжит снижаться (как ожидают многие промышленные аналитики), доля барьерной пленки от общей производственной себестоимости фотоэлектрического модуля будет находиться в диапазоне 10$ США/м. Подобным образом, в случае осветительных изделий на основе ОСИД, ожидаемая стоимость аналогична стоимости фотоэлектрических изделий. Настоящее изобретение позволяет снизить себестоимость барьерной многослойной структуры и обеспечивает дополнительные преимущества в отношении стоимости за счет усиления защиты от УФ излучения и улучшения противоотражающих свойств. Поэтому предложенная конструкция барьерной многослойной структуры обеспечивает барьерные и оптические свойства при более низкой стоимости фотоэлектрических изделий и осветительных изделий на основе ОСИД.
[0006] Производители гибких солнечных элементов установили свою целевую стоимость, составляющую менее 1$ США/Вт, поскольку их гибкие рулоны солнечных модулей легко поддаются транспортировке и монтажу. В настоящее время, производители CIGS (медь-индий-галлий-селенидных батарей) добились более чем 12% эффективности на своих стандартных технологических линиях с непрерывной подачей рулонного материала при наилучших эффективностях более чем 16%.
2
2
2
2
[0007] Большинство технологий получения барьерных покрытий основаны на применении в их барьерной многослойной структуре оксидных барьерных пленок с достижением высоких барьерных свойств. Указанные оксидные барьерные пленки осаждают на пластмассовые подложки с применением процессов напыления (физического газофазного осаждения) и способов ПХГФО (плазмохимического газофазного осаждения). Однако наиболее предпочтительным способом является процесс напыления, который может обеспечить высокую плотность упаковки оксидных пленок, имеющих более низкую плотность дефектов, таких как микроотверстия, трещины и другие дефекты, такие как граница зерен. Осаждение атомного слоя также позволяет получить барьерные пленки с высокой плотностью упаковки и с более низким количеством дефектов, но производительность такого способа в настоящее время более низкая, чем напыление производственных систем с непрерывной подачей рулонного материала и попытки увеличения производительности находятся на стадии разработки. Однако были предприняты попытки по увеличению скорости производства путем применения процессов непрерывной подачи рулонного материала, разрабатываемых в настоящее время. Типичные барьерные свойства, которые можно обеспечить с помощью методов напыления и ALD (атомно-слоевого осаждения) составляют порядка от 0,02 г/м⋅день до 0,006 г/м⋅день при 38°С и 90% относительной влажности. Тем не менее технология напыления уже достигла стадии зрелости, и существуют предприятия по изготовлению покрытий методом непрерывной подачи рулонного материала в промышленных масштабах. Однако при напылении производительность нанесения покрытия все еще очень низкая, в диапазоне от 2,5 метров/мин до 4,9 метров/мин. Соответственно, себестоимость барьерных оксидных пленок, таких как пленки оксида алюминия, в процессе напыления будет очень высокая, обычно от 2,00$ до 5,00$ США/м в зависимости от спецификации и конфигурации предприятия по изготовлению покрытий. Большинство конструкций барьерной многослойной структуры требуют по меньшей мере 3 барьерных оксидных слоя и 3 полимерных разделительных слоя. Поэтому себестоимости 3-слойных систем резко повысятся до 18-28$ США/м. Помимо стоимости базовой подложки, дополнительными факторами себестоимости являются стоимость УФ фильтров и стоимость противоотражающих покрытий, а также эксплуатационные расходы, которые окажутся экономически невыгодными для производителей фотоэлектрических изделий и осветительных изделий на основе ОСИД.
2
2
[0008] Высокоскоростной технологический процесс (500-1000 метров/мин), применяемый в способах электронно-пучкового и плазмостимулированного испарения, обеспечивает гибкость при применении различных покрытий при высокой надежности, высокой адгезии и чрезвычайно хорошем пропускании/прозрачности. Способы электронно-пучкового испарения или плазмостимулированного испарения позволяют обеспечить производительность в диапазоне от 400 метров/мин до 900 метров/мин. Однако пленка оксида металла характеризуется плохой целостностью по сравнению с процессами напыления/плазмохимического газофазного осаждения (ПХГФО). Процессы испарения, такие как способы плазмофизического газофазного осаждения (ПФГФО), позволяют только получить оксидные пленки с пониженной плотностью упаковки, при этом пленки имеют столбчатую структуру и являются высокопористыми. Барьерные свойства обычно составляют от 1,5 г/м⋅день до 0,5 г/м⋅день при 38°С и 90% относительной влажности. Себестоимость барьерных оксидных пленок, получаемых при высокоскоростном технологическом процессе, обычно составляет в $ США от  до . Способ ПХГФО, который позволяет достичь пропускной способности от 50 метров/мин до 100 метров/мин, был предложен многими исследователями, поскольку ПХГФО обеспечивает лучшие барьерные свойства, чем способы ПФГФО. Однако себестоимость барьерных пленок, полученных методом ПХГФО, сравнительно более высокая, чем при использовании способов ПФГФО, поскольку капитальные затраты и стоимость расходных материалов более высокая, чем при применении способов ПФГФО. Кроме того, пленки оксидов металлов, полученные с помощью высокоскоростного технологического процесса, применяемого в данной области техники (от 500 м/мин до 1000 м/мин), имеют пористую микроструктуру и содержат многочисленные дефекты.
[0009] Соответственно, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении системы барьерной многослойной структуры, которая позволит преодолеть по меньшей мере некоторые из перечисленных выше недостатков. В этом отношении задачей настоящего изобретения также является обеспечение системы барьерной многослойной структуры с улучшенной эластичностью, газонепроницаемостью, устойчивостью против атмосферных воздействий, улучшенными оптическими и механическими свойствами и надежностью системы гибкой высоконепроницаемой подложки, а также обеспечение экономически выгодных решений. Указанная задача решена с помощью изобретения, охарактеризованного в независимых пунктах формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] В одном аспекте, в настоящем изобретении предложена инкапсулирующая барьерная многослойная структура, способная инкапсулировать изделие, чувствительное к влаге и/или кислороду, и содержащая многослойную пленку, включающую:
один или более барьерный слой (слои) с низкой влаго- и/или кислородопроницаемостью и
один или более герметизирующий слой (слои), расположенный в контакте с поверхностью по меньшей мере одного барьерного слоя и тем самым закрывающий и/или закупоривающий дефекты, присутствующие в барьерном слое, при этом один или более герметизирующий слой (слои) содержит (содержат) множество инкапсулированных наночастиц, реакционноспособных в том смысле, что они способны взаимодействовать с влагой и/или кислородом, замедляя проникновение влаги и/или кислорода.
[0011] В другом аспекте, в настоящем изобретении предложен электронный модуль, содержащий электронный прибор, чувствительный к влаге и/или кислороду, при этом электронный прибор размещен внутри инкапсулирующей барьерной многослойной структуры согласно настоящему изобретению.
[0012] В еще одном аспекте, в настоящем изобретении предложен способ получения инкапсулирующей барьерной многослойной структуры, включающий:
обеспечение одного или более барьерного слоя (слоев) и
получение одного или более герметизирующего слоя (слоев), при этом получение одного или более герметизирующего слоя (слоев) включает
(i) смешивание полимеризуемого соединения/или сшиваемого соединения с множеством наночастиц, реакционноспособных в том смысле, что они способны взаимодействовать с влагой и/или кислородом, и с получением тем самым герметизирующей смеси,
(ii) нанесение герметизирующей смеси на барьерный слой и полимеризацию полимеризуемого соединения/или сшивание сшиваемого соединения с образованием полимера в условиях, позволяющих инкапсулировать наночастицы с помощью полученного полимера.
[0013] Инкапсулирующая барьерная многослойная структура согласно настоящему изобретению содержит инкапсулированные наночастицы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения полимер также используется в качестве инкапсулирующего материала или для функционализации наночастиц. В этом контексте, следует отметить, что термин "инкапсулированный" не обязательно означает, что вся поверхность реакционноспособной наночастицы покрыта/инкапсулирована отвержденным полимеризуемым соединением. Настоящее изобретение включает не только поверхность наночастицы, инкапсулированной на 100%, но также вариант, когда только примерно 50% или более, или примерно 60% или более, или примерно 75% или более, или примерно 80% или более, или примерно 85% или более, или примерно 90% или более, или примерно 95% или более поверхности реакционноспособных наночастиц инкапсулировано или, другими словами, пассивировано с помощью инкапсулирующего материала после проведения инкапсуляции, например, посредством отверждения или сшивания полимеризуемого/сшиваемого соединения (см. также фиг. 15). Авторы настоящего изобретения также неожиданно обнаружили, что указанные наночастицы способны герметизировать или закупоривать дефекты и что они также улучшают свойства газонепроницаемости. Кроме того, инкапсулированная барьерная многослойная структура согласно настоящему изобретению представляет собой недорогое устройство, которое имеет многофункциональные свойства, в том числе непроницаемость для УФ излучения, а также отличные противоотражающие свойства.
[0014] Инкапсулированная барьерная многослойная структура согласно изобретению может содержать пористый барьерный слой, который может представлять собой оксидную пленку, а также герметизирующий слой. Герметизирующий слой может содержать функционализованные наночастицы, которые или инкапсулированы или пассивированы полимером или другими органическими соединениями, такими как олигомеры. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения герметизирующий слой может представлять собой один слой. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения инкапсулированная барьерная многослойная структура содержит один герметизирующий слой. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения инкапсулированная барьерная многослойная структура включает несколько герметизирующих слоев. Примеры вариантов реализации обычного наращивания барьерной многослойной структуры согласно настоящему изобретению изображены на фиг. 3.
[0015] В настоящем описании предложена барьерная многослойная структура с улучшенными эластичностью, газонепроницаемостью, устойчивостью против атмосферных воздействий, оптическими и механическими свойствами и надежностью, а также предложено экономически выгодное решение.
[0016] Согласно первому аспекту, в настоящем изобретении предложена инкапсулирующая барьерная многослойная структура. Инкапсулирующая барьерная многослойная структура способна инкапсулировать изделие, чувствительное к влаге и/или кислороду. Инкапсулирующая барьерная многослойная структура включает многослойную пленку. Многослойная пленка включает один или более барьерный слой (слои) и один или более герметизирующих слоев, содержащих наночастицы, инкапсулированные органическими соединениями, которые обеспечивают низкую влаго-/или кислородопроницаемость. Многослойная пленка дополнительно включает один или более герметизирующий слой (слои). Один или более герметизирующий слой (слои) расположены в контакте с поверхностью по меньшей мере одного барьерного слоя. Тем самым один или более герметизирующий слой (слои) закрывает дефекты, присутствующие в барьерном слое. Один или более герметизирующий слой (слои) включает (включают) множество органических соединений, например, инкапсулированные полимером наночастицы. Наночастицы являются реакционноспособными в том смысле, что они способны взаимодействовать с влагой и/или кислородом, замедляя проникновение влаги и/или кислорода через дефекты, присутствующие в барьерном слое.
[0017] Согласно второму аспекту, в настоящем изобретении предложен электронный прибор. Электронный прибор включает активный компонент, чувствительный к влаге и/или кислороду. Активный компонент размещается внутри инкапсулирующей барьерной многослойной структуры согласно первому аспекту настоящего изобретения.
[0018] Согласно третьему аспекту, в настоящем изобретении предложен способ изготовления инкапсулирующей барьерной многослойной структуры согласно первому аспекту настоящего изобретения. Предложенный способ включает обеспечение одного или более барьерного слоя (слоев). Способ также включает получение одного или более герметизирующего слоя (слоев). Получение одного или более герметизирующего слоя (слоев) включает смешивание органических соединений с множеством наночастиц или функционализованных наночастиц. Органические (полимеризуемые или сшиваемые) соединения включают мономеры, полимер и/или олигомер или их комбинации. Поверхности функционализованных наночастиц часто содержат ненасыщенные связи с высокой реакционноспособностью, которые можно пассивировать путем координации подходящего лиганда, такого как органический лиганд, или органического или полимерного соединения. Как правило, полимер (или мономер) или соединение с органическим лигандом растворяют в растворителе вместе с поверхностно-активным веществом или смесью силанов или их комбинацией. Существует много подходов, которые можно использовать для инкапсулирования наночастиц с помощью подходящих органических соединений, которые могут включать, но не ограничиваются ими, подходы на основе "обмена лигандами" и "сшивания". Наночастицы обычно присутствуют в герметизирующем слое в довольно высоком количестве и обычно составляют более 80%, более 85% или более 90% от общей массы герметизирующего слоя, то есть, масса органического инкапсулирующего материала (полимера или олигомера) составляет 20% или менее от общей массы герметизирующего слоя. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения масса наночастиц составляет от 90% до 95%, в том числе 91%, 92%, 93% и 94% (масс./масс.). Согласно другим вариантам реализации изобретения масса наночастиц составляет 96, 97 или 98% (масс./масс.) относительно массы герметизирующего слоя. Согласно типичным вариантам реализации изобретения большинство наночастиц или, в идеале, каждая наночастица инкапсулирована органическими соединениями. Поэтому слой наночастиц имеет высокую плотность упаковки и обеспечивает сильное связывание между частицами благодаря инкапсулированному органическому материалу. Отношение содержания наночастиц к содержанию органических соединений является важным фактором с точки зрения высокой плотности упаковки и требуемых свойств. Предпочтительное отношение наночастиц к органическим соединениям составляет 19:1 (по массе). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения и в зависимости от требуемых свойств массовое отношение наночастиц к органическим соединениям может составлять 9:1, или 12:1, или 15:1. Настоящее изобретение направлено на снижение количества органических соединений или содержания полимера при инкапсуляции до минимума, так что инкапсуляция может быть даже только частичной. Согласно одному из вариантов реализации изобретения используемый инкапсулирующий материал усиливает прочность связи между соседними частицами и улучшает кислородонепроницаемость и барьерные свойства. Инкапсулирующий материал может покрывать только от 50 до 90% или 95% или до 100% площади поверхности наночастицы. И, следовательно, влага или кислород проникает через инкапсулирующий материал и наночастица может реагировать с кислородом и влагой. Поэтому общее проникновение через герметизирующий слой сведено к минимуму. Согласно одному из вариантов реализации изобретения инкапсулирующий материал может быть реакционноспособным или нереакционноспособным.
[0019] Согласно одному из вариантов реализации изобретения получение одного или более герметизирующего слоя (слоев) также включает нанесение герметизирующей смеси на барьерный слой и полимеризацию полимеризуемого соединения с образованием полимера. Мономерные предшественники, образующие полимер, такие как соединение силана, акрилата или имидазола (или их смеси), полимеризуются на поверхности наночастиц. Чтобы гарантировать, что полимеризация начнется с поверхности частиц, выбирают мономеры с функциональными группами, которые могут адсорбироваться на поверхности частиц, и проводят полимеризацию контролируемым способом. Например, но не ограничиваясь им, бис-(6-аминогексил)амин можно использовать для сшивания цепей полимеров на основе полималеинового ангидрида на поверхности наночастиц посредством реакции первичных аминов с ангидридной группой. Ключевая проблема при получении инкапсулированной наночастицы с максимальной связью между частицами может быть решена путем выбора мономеров и оптимизации условий смешивания и реакции. Толщину инкапсулирующей оболочки можно контролировать путем изменения условий эксперимента, например, времени или способов смешивания, времени реакции, реакционной среды, или путем выбора подходящих мономеров. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения предпочтительная толщина наночастицы составляет примерно 20 нм без учета инкапсулирующей органической части. Предпочтительная толщина инкапсулирующей части или оболочки может составлять от примерно 5 ангстрем до примерно 100 ангстрем. Соответственно, полимер получают в условиях, которые позволяют инкапсулировать наночастицы с помощью образовавшегося полимера. В этом контексте, следует отметить, что используют условия, которые позволяют инкапсулировать наночастицы, например, условия, при которых полимеризуемое соединение присутствует в герметизирующей смеси в такой концентрации, что указанное соединение будет взаимодействовать с наночастицами. Указанное условие может включать применение низкой концентрации полимеризуемого соединения в герметизирующей смеси. Например, в таком жидком герметизирующем растворе полимеризуемое соединение может присутствовать в концентрации примерно 5% (масс./об.) или менее, или 10% /масс./об.) относительно герметизирующей смеси, или 3% (масс./об.), или 5% (масс./об.) относительно герметизирующей смеси. Иными словами, указанные условия также можно обеспечить при использовании менее 10% масс. или менее 25% масс. или еще менее (в сухой форме) полимеризуемого соединения относительно массы реакционноспособных наночастиц (что означает массовое отношение 1:9 или 1:4). Массовое отношение полимеризуемого соединения (которое может представлять собой мономерное соединение) к реакционноспособным наночастицам также составляет 1:9, или 1:12, или 1:15, или 1:19 или менее. При указанных условиях герметизирующий раствор содержит такие низкие концентрации полимеризуемого соединения (мономерного соединения, например), что оно адсорбируется на реакционноспособной наночастице, покрывая, тем самым, реакционноспособные наночастицы полимеризуемым соединением. Чтобы способствовать условиям, которые позволяют инкапсулировать наночастицы, герметизирующий раствор также можно подвергнуть воздействию ультразвука, так что полимеризуемое соединение смешивают с наночастицами, и свободно передвигающиеся реакционноспособные наночастицы покрывают полимеризуемым соединением во время обработки ультразвуком. Если такой герметизирующий раствор затем наносят на барьерный слой и подвергают условиям отверждения, в результате отверждения на поверхности реакционноспособных наночастиц и, возможно, также между другими наночастицами образуется сшитое (полимеризованное) соединение. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения перед отверждением после процесса нанесения покрытия может потребоваться нагревание. При применении реакционноспособных наночастиц смешивание можно осуществлять в инертной окружающей среде. Однако если во время отверждения между различными наночастицами происходит сшивание, герметизирующий слой, описанный в настоящей заявке, не образует полимерную матрицу, такую как описано в патенте США 8039739 или в международных заявках на патент WO 2005/0249901 А1 и WO 2008/057045, в которых наночастицы распределены и встроены. Напротив герметизирующий слой образован по существу (например, до примерно по меньшей мере 80% или 90% или 95% или 100% поверхности наночастицы, покрытой инкапсулирующим материалом) или полностью наночастицами инкапсулированными по отдельности. Различные химические функциональные группы, такие как амин, карбоксилат, полиэтиленгликоль (ПЭГ), можно ввести в остов покрытия путем выбора различных мономерных предшественников, образующих полимер. Такие сшитые инкапсуляции обеспечивают отличную коллоидную стабильность, не влияя на свойства или функциональности наночастицы типа ядра.
[0020] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложен герметизирующий слой, содержащий композицию наночастиц, которая включает или состоит по существу из наночастицы, инкапсулированной внутри самособирающегося слоя, содержащего амфифильный сшитый полимер или производное на основе жирной кислоты. Полимер на основе жирной кислоты может включать или состоять по существу из кросс-полимеризованных повторяющихся звеньев, полученных из сшиваемого сильно ненасыщенного соединения или производного на основе жирной кислоты. Полимер на основе жирной кислоты может включать диацетиленовый фрагмент.
[0021] Согласно одному из вариантов реализации изобретения герметизирующий слой включает наночастицы, инкапсулированные внутри самособирающегося слоя, включающего амфифильное сшиваемое соединение/или производное на основе диацетилена. Соединение на основе диацетилена может включать гидрофильную группу, которая может быть связана с концевым атомом углерода диацетиленового соединения. Гидрофильная группа может представлять собой полиэтиленгликоль или его производное и/или может включать полиэфирные связи. Соединение на основе диацетилена может включать связывающую группу, способную селективно связываться с заданной молекулой или местом связывания.
[0022] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения обеспечение одного или более барьерного слоя (слоев) включает формирование одного или более барьерного слоя (слоев), при этом химические функциональные группы, присутствующие на инкапсулирующей оболочке поверхности наночастицы, можно использовать для различного рода функционализации. Например, функционализованную наночастицу можно инкапсулировать с помощью имидазольного предшественника, и/или акрильных предшественников, или силановых предшественников, или их комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в герметизирующую смесь добавляют поверхностно-активное вещество.
-2
[0023] Согласно другому варианту реализации изобретения графеновые нанолисты или чешуйки можно инкапсулировать с помощью мономерных или органических соединений и использовать в качестве инкапсулированных наночастиц, описанных в настоящей заявке. Графен, по-видимому, образует прочные связи с полимерами или мономерами, что приводит к более эффективному связыванию графена. Компенсацией за образование графеновой суспензии является преодоление огромных сил, подобных силам Ван-дер-Ваальса, между слоями графита с достижением полного расслоения графитовых чешуек и устойчивое диспергирование полученных графеновых листов в жидких средах. Обработку ультразвуком широко использовали в качестве стратегии расслоения и диспергирования для получения коллоидных суспензий графеновых листов в жидкой фазе. Такая процедура была успешно проведена в различных растворителях с величиной поверхностного натяжения 40-50 мДж×м, которые представляют собой хорошие среды для расслоения графита, в частности, с помощью третьей, диспергирующей фазы, такой как поверхностно-активные вещества и полимеры. В настоящей заявке для отслаивания графита можно использовать измельчение в шаровой мельнице в широком ряду органических растворителей, включающих этанол, формамид, ацетон, тетрагидрофуран (THF), тетраметилмочевину (TMU), Ν,Ν-диметилформамид (DMF) и N-метилпирролидон (NMP), для получения коллоидных дисперсий нефункционализованных графеновых листов.
[0024] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в герметизирующую смесь добавляют соединение, модифицирующее поверхность, такое как силан.
[0025] Согласно четвертому аспекту, настоящее изобретение относится к применению инкапсулированных полимером реакционноспособных наночастиц для получения герметизирующего слоя барьерной многослойной структуры. Наночастицы являются реакционноспособными в том смысле, что они способны взаимодействовать с влагой и/или кислородом, замедляя проникновение влаги и/или кислорода через дефекты, присутствующие в барьерном слое.
[0026] Согласно типичным вариантам реализации инкапсулированная барьерная многослойная структура согласно настоящему изобретению содержит пористый барьерный оксидный слой, который можно было, например, нанести способом газофазного физического осаждения и/или способом газофазного химического осаждения. Инкапсулированная барьерная многослойная структура согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать поверхностно-функционализованные наночастицы и/или наночастицы, инкапсулированные полимером/мономером. Указанные наночастицы могут служить для ограничения одного слоя или нескольких слоев, например двух, трех, четырех или более слоев. Инкапсулированная барьерная многослойная структура согласно настоящему изобретению имеет многофункциональные свойства. Слой/слои функционализованной наночастицы служат для закупоривания дефектов, увеличивают извилистый путь, доступный для жидкой среды (например, газа или влаги), блокируют УФ лучи, действуют в качестве теплового барьера, улучшают противоотражающие и антистатические свойства барьерной многослойной структуры. Кроме того, наночастицы служат для усиления теплозащитных свойств барьерной многослойной структуры.
[0027] Один или более мультислой (слои) наночастиц, например три слоя, можно нанести путем осаждения через щелевую экструзионную головку в процессе однопроходного нанесения (способ одновременного нанесения многослойного покрытия), при этом в некоторых вариантах реализации изобретения используют тройную щелевую экструзионную головку, или путем последовательного нанесения покрытия. Слой наночастиц, такой как мультислой, способен выравнивать пластмассовые подложки и соответственно закрывать дефекты пластмассовых пленок. Кроме того, он может служить для усиления барьерных, оптических и механических свойств барьерных пленок.
[0028] В настоящем изобретении предложена барьерная многослойная структура, которая, будучи полностью или по меньшей мере по существу лишена полимерной матрицы, в которую встроены реакционноспособные наночастицы, содержит некоторое количество пористого полимера, меньшее, чем в известных барьерных структурах. Известные барьерные многослойные структуры содержат полимерный промежуточный слой, наночастицы распределены в указанном полимерном слое/матрице. Полимер может стать пористым, что, тем самым, ведет к появлению прохода для кислорода и влаги и снижает срок службы устройств, инкапсулированных с помощью барьерной многослойной структуры.
[0029] "Дефекты" в барьерном слое представляют собой структурные дефекты, такие как углубления, микроотверстия, микротрещины и границы зерен. Известно, что такие структурные дефекты существуют во всех типах барьерных слоев, полученных с применением процессов осаждения, посредством которых обычно изготавливают барьерные слои, таких как химическое парофазное осаждение, а также процессы с непрерывной подачей рулонного материала. Через эти дефекты могут проникать газы, что тем самым приводит к ухудшению барьерных свойств (см. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 763, 2003, B6.10.1-B610.6).
[0030] "Реакционноспособные" наночастицы представляют собой наночастицы, способные взаимодействовать с влагой и/или кислородом, либо посредством химической реакции (например, путем гидролиза или окисления), либо посредством физического или физико-химического взаимодействия (например, при помощи капиллярного действия, адсорбции, гидрофильного притяжения или любого другого нековалентного взаимодействия между наночастицами и водой/кислородом). Реакционноспособные наночастицы могут содержать или состоять из металлов, которые являются реакционноспособными в отношении воды и/или кислорода, т.е. металлов, которые выше водорода в ряду реакционноспособности, в том числе можно использовать металлы из 2-14 группы (IUPAC). Некоторые предпочтительные металлы включают металлы из групп 2, 4, 10, 12, 13 и 14. Например, такие металлы можно выбрать из Al, Mg, Ва и Са. Можно также использовать реакционноспособные переходные металлы, в том числе, например, Ti, Zn, Sn, Ni и Fe.
2
2
3
2
2
2
2
2
4
2
4
2
4
2
4
2
2
2
5
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
x
y
3
1-x
x
2-y
[0031] Кроме металлов, реакционноспособные наночастицы могут также включать или состоять из определенных оксидов металлов, способных взаимодействовать с влагой и/или кислородом, таких как TiO, AlO, ZrO, ZnO, BaO, SrO, CaO и MgO, VO, CrO, MoO и LiMnO. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения оксид металла может представлять собой прозрачный проводящий оксид металла, выбранный из группы, состоящей из станната кадмия (CdSnO), индата кадмия (CdInO), станната цинка (ZnSnO и ZnSnO) и оксида цинка и индия (ΖnΙnO). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения реакционноспособная наночастица может содержать или состоять из металла, оксида металла, нитрида металла, сульфита металла, фосфата металла, карбида металла и/или оксинитрида металла. Примеры нитридов металлов, которые можно использовать, включают, но не ограничиваются ими, TiN, AlN, ZrN, ZnN, BaN, SrN, CaN и MgN, VN, CrN или MoN. Примеры оксинитридов металлов, которые можно использовать, включают, но не ограничиваются им, TiON, например, TiON, AlON, ZrON, Zn(NO), SrON, VON, CrON, MoON, и их стехиометрические эквиваленты. Примеры карбидов металлов включают, но не ограничиваются ими, карбид гафния, карбид тантала или карбид кремния.
2
3
2
2
3
2
2
3
2
2
3
2
2
3
2
[0032] В этой связи специалист в данной области техники поймет, что реакционная способность может зависеть от размера применяемого материала (см. J. Phys. Chem. Solids 66 (2005) 546-550). Например, AlO и ΤiO проявляют реакционноспособность в отношении влаги, будучи в форме наночастиц, но не реакционноспособны (или реакционноспособны только в очень маленькой степени), находясь в (непрерывной) объемной фазе, такой как барьерный микрослой или миллиметровый слой, размеры которого лежат за пределами нанометрового диапазона, составляющего от нескольких нанометров до нескольких сотен нанометров и обычно ассоциирующего с наночастицами. Соответственно, при применении AlO и TiO в качестве иллюстративных примеров, наночастицы AlO и TiO считаются реакционноспособными в отношении влаги, тогда как объемные слои AlO и TiO представляют собой пассивные барьерные слои с низкой реакционной способностью в отношении влаги. В целом, реакционноспособные наночастицы металла или оксида металла, например, наночастицы AlO, TiO или ZnO, могут присутствовать в подходящих коллоидных дисперсиях для сохранения реакционной способности и могут быть синтезированы любым общепринятым или патентованным способом, таким как способ NanoArc, разработанный в компании Nanophase Technologies Corporation.
-1
[0033] Помимо металлов и оксидов металлов, реакционноспособные наночастицы в герметизирующем слое могут также содержать или состоять из углеродных наночастиц, таких как углеродные нанотрубки, которые являются полыми, или нанопроволоки, которые являются твердотельными. Реакционноспособные наночастицы могут также содержать или состоять из углеродных нанолент, нановолокон и любых углеродных частиц правильной или неправильной формы с нанометровыми размерами. В случае углеродных нанотрубок, можно использовать однослойные или многослойные углеродные нанотрубки. При исследовании, проведенном авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что углеродные нанотрубки (УНТ) могут служить в качестве влагопоглотителя. Углеродные нанотрубки можно увлажнить с помощью жидкостей с низким поверхностным натяжением за счет капиллярного действия, в частности, жидкостей, поверхностное натяжение которых не превышает примерно 200 Нм (Nature, page 801, Vol. 412, 2001). В принципе, это означает, что молекулы воды могут быть втянуты в сквозные углеродные нанотрубки за счет капиллярного всасывания. Предполагают, что молекулы воды могут образовать внутри углеродных нанотрубок квази-одномерные структуры, способствуя, тем самым, поглощению и удерживанию небольшого объема кислорода и молекул воды. Хотя количество углеродных нанотрубок можно увеличить до предела для поглощения максимального количества влаги и/или кислорода, авторы изобретения обнаружили, что на практике подходящими также являются более низкие количества. Например, углеродные нанотрубки можно использовать в низких количествах, составляющих от примерно 0,01% до 10% по массе относительно присутствующих наночастиц. Также можно использовать более высокие концентрации углеродных нанотрубок, но при соответствующем уменьшении прозрачности инкапсулирующей барьерной многослойной структуры.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
5
2
2
[0034] В качестве дополнительного примера, реакционноспособные наночастицы могут также представлять собой нанонити, например, наночастицу металла (например, золотую или серебряную нанопроволоку), полупроводника (например, нанопроволоку из нитрида кремния или галлия) или полимерную наночастицу. Дополнительным иллюстративным примером является нанонить из соединения металла, например, нанопроволоки из фосфида индия (InP), дителлурида молибдена (МоТе) или легированного цинком фосфида индия, нанотрубки из дителлурида молибдена. Дополнительные примеры нанонитей из соединения металла включают, но не ограничиваются ими, нанотрубки из MoS, WS, WSe, NbS, TaS, NiCl, SnS/SnS, HfS, VO, CdS/CdSe и TiO. Примеры фосфатов металлов включают, но не ограничиваются ими, InP и GaP. Согласно одному из вариантов реализации герметизирующего слоя, соединение металла в форме наночастиц получают из оксида металла, такого как ZnO.
[0035] Кроме того, наночастицы в герметизирующем слое можно получить с применением комбинации общепринятых способов нанесения покрытия для осаждения затравочного слоя из соединения металла и термического способа с применением растворителя для выращивания наноструктуры на основе затравок из соединений металлов. Наноструктуры, полученные указанными способами, могут представлять собой нанопроволоку, монокристаллическую наноструктуру, двухкристаллическую наноструктуру, поликристаллическую наноструктуру и аморфную наноструктуру.
[0036] По меньшей мере один размер наночастицы, такой как нанопроволока, в герметизирующем слое может составлять от примерно 10 нм до 1 мкм, например, от примерно 20 нм до примерно 1 мкм, от примерно 50 нм до примерно 600 нм, от примерно 100 нм до примерно 1 мкм, от примерно 200 нм до примерно 1 мкм, от примерно 75 нм до примерно 500 нм, от примерно 100 нм до примерно 500 нм или от примерно 150 нм до примерно 750 нм, при этом другой размер может составлять от примерно 200 нм до примерно 1 мкм. Для герметизирующего слоя наночастиц можно выбрать любую подходящую толщину, например, от примерно 50 нм (например, при применении наночастиц с размером от примерно 10 до примерно 20 нм) до примерно 1000 нм, или даже более высокую (если прозрачность герметизирующего слоя не представляет интерес). Таким образом, толщина герметизирующего слоя может составлять от примерно 200 нм до примерно 10 мкм. Согласно еще одному варианту реализации изобретения толщина может составлять от примерно 200 нм до примерно 5 мкм, или от примерно 200 нм до примерно 2 мкм, или от примерно 200 нм до примерно 1 мкм, или по меньшей мере 200 нм. Согласно другим вариантам реализации изобретения толщина герметизирующего слоя из наночастиц может составлять от примерно 250 нм до примерно 850 нм или от примерно 350 нм до примерно 750 нм.
[0037] Согласно одному из вариантов реализации изобретения инертные наночастицы включены в герметизирующий слой и используются в сочетании с реакционноспособными наночастицами. В настоящей заявке "инертные наночастицы" относятся к наночастицам, которые совсем не взаимодействуют с влагой и/или кислородом или которые реагируют в малой степени по сравнению с реакционноспособными наночастицами. Такие наночастицы могут быть включены в герметизирующий слой, чтобы препятствовать проникновению кислорода и/или влаги через указанный слой. Примеры инертных частиц включают наноглины, описанные в патенте США 5916685. Указанные наночастицы служат для закупоривания дефектов в барьерном слое, препятствуя, тем самым, появлению прохода, через который происходит проникновение, или по меньшей мере уменьшая площадь поперечного сечения дефектов, и, таким образом, делая пути проникновения, с помощью которых водяной пар или кислород диффундируют через дефект, гораздо более извилистыми, что, таким образом, приводит к удлинению времени проникновения до нарушение барьерного слоя и, тем самым, улучшению барьерных свойств.
[0038] Другие подходящие материалы для инертных наночастиц могут также включать нереакционноспособные металлы, такие как медь, платина, золото и серебро; минералы или глины, такие как кремнезем, волластонит, муллит, монтмориллонит; редкоземельные элементы, силикатное стекло, фторсиликатное стекло, фторборосиликатное стекло, алюминосиликатное стекло, кальций-силикатное стекло, кальций-алюминий-силикатное стекло, кальций-алюминий-фторсиликатное стекло, карбид титана, карбид циркония, нитрид циркония, карбид кремния или нитрид кремния, сульфиды металлов и их смесь или комбинацию.
[0039] Инкапсулирующие барьерные многослойные структуры, которые включают герметизирующие слои, содержащие только инертные наночастицы, такие как частицы наноглины, не относятся к настоящему изобретению.
2
[0040] Кроме того, барьерная многослойная структура может иметь финишный слой, который ограничивает поверхность барьерной многослойной структуры таким образом, что он находится в контакте с окружающей средой. Такой финишный слой может содержать или состоять из акрилового полимера. Акриловый полимер может включать частицы галогенида металла. Иллюстративным примером галогенида металла является фторид металла, такой как LiF и/или MgF.
[0041] Не желая быть ограниченными теорией, авторы изобретения полагают, что сильные барьерные свойства можно обеспечить путем применения комбинации различных типов наночастиц. Путем исследования характеристик поглощения/реакции различных типов наночастиц, можно выбрать комбинацию наночастиц, которые дополняют друг друга, для достижения более сильных барьерных эффектов, чем в случае применения одного типа материала. Например, в герметизирующем слое можно использовать различные типы реакционноспособных наночастиц или можно использовать комбинацию реакционноспособных и инертных наночастиц.
2
2
3
2
2
[0042] Согласно приведенному выше описанию, герметизирующий слой может включать комбинацию углеродных нанотрубок и наночастиц металла и/или оксида металла. Один типичный вариант реализации изобретения будет представлять собой комбинацию наночастиц TiO/AlO с углеродными нанотрубками. Таким образом, проводя регулярные экспериментальные работы, можно использовать и оптимизировать любой диапазон количественных отношений. Согласно типичному варианту реализации изобретения количество присутствующих наночастиц оксида металла в 500-15000 раз (по массе) больше количества углеродных нанотрубок. В случае оксидов металлов с низкой атомной массой, можно использовать более низкие соотношения. Например, наночастицы TiO можно использовать в комбинации с углеродными нанотрубками при массовом отношении углеродных нанотрубок к TiO, составляющему от примерно 1:10 до примерно 1:5, но не ограничиваясь указанными диапазонами.
[0043] Инкапсулирующую барьерную многослойную структуру согласно изобретению можно использовать для инкапсулирования любого типа изделия, чувствительного к влаге и/или кислороду, такого как, например, электронные устройства, лекарственные препараты, пищевые продукты и реакционноспособные материал. Для инкапсулированных электролюминесцентных устройств, важным является, в частности, качество света, проходящего через инкапсулирующую барьерную многослойную структуру. Таким образом, когда инкапсулирующую барьерную многослойную структуру используют в качестве подложки-покрытия, расположенного поверх излучающего сверху ОСИД, или когда инкапсулирующий слой предназначен для применения в прозрачном ОСИД или прозрачных дисплеях, инкапсулирующая барьерная многослойная структура не должна по существу вызывать ухудшение качества света, передаваемого электролюминесцентным устройством.
[0044] Основываясь на приведенном выше требовании, размер частиц можно выбрать таким образом, чтобы сохранить оптическую прозрачность. Согласно одному из вариантов реализации изобретения герметизирующий слой содержит наночастицы со средним размером менее 1/2 или, более предпочтительно, менее 1/5 характеристической длины волны света, излучаемого электролюминесцентным электронным компонентом. В этом контексте, характеристическую длину волны определяют как длину волны, при которой наблюдается максимальная интенсивность в видимой области спектра, создаваемого указанным электролюминесцентным прибором. Для электролюминесцентных приборов, излучающих видимый свет, такое требование к конструкции обуславливает применение наночастиц с размером менее примерно 350 нм или, более предпочтительно, менее 200 нм.
[0045] Статистическую плотность упаковки наночастиц в дефектах барьерного слоя определяют по форме и распределению по размерам наночастиц, при этом для точного регулирования герметизации дефектов барьерного оксидного слоя предпочтительно использовать наночастицы различных форм и размеров. Наночастица может присутствовать в одной единообразной форме или может быть получена в двух или более формах. Возможные формы, которые наночастицы могут принимать, включают сферические формы, стержнеобразные формы, эллиптические формы или любые неправильные формы. В случае наночастиц в форме стержня, их диаметр может составлять от примерно 10 нм до 50 нм, длина может составлять от 50 до 400 нм и отношение ширины к длине может составлять более 5, но не ограничиваясь указанными диапазонами.
2
2
[0046] Для обеспечения эффективного взаимодействия между реакционноспособными наночастицами и водяным паром/кислородом, проникающим через барьерный слой, наночастицы, располагающиеся в дефектах, могут иметь подходящие формы, максимизирующие площадь поверхности, которая может приходить в контакт с водяным паром и кислородом. Это означает, что наночастицы можно выполнить таким образом, чтобы иметь большую площадь поверхности относительно объема или большую площадь поверхности относительно массового отношения. Согласно одному из вариантов реализации изобретения площадь поверхности наночастиц относительно массового отношения составляет от примерно 1 м/г до примерно 200 м/г. Такое требование можно обеспечить путем применения наночастиц с различными формами, такими как две, три, четыре или более различных форм, описанных выше.
[0047] В герметизирующем слое можно использовать связующее вещество, в котором распределены наночастицы. Материалы, подходящие для применения в качестве связующего вещества, включают полимеры, такие как полимеры, получаемые из мономеров, которые содержат по меньшей мере одну полимеризуемую группу и могут быть легко полимеризованы. Примеры полимерных материалов, подходящих для этой цели, включают полиакрилат, полиакриламид, полиэпоксид, парилен, полисилоксаны и полиуретан или любой другой полимер. Для достижения сильной адгезии между двумя последовательными барьерными слоями или для склеивания многослойной пленки и подложки, можно выбрать полимеры с хорошей адгезионной способностью. Герметизирующий слой, содержащий наночастицы, обычно получают путем нанесения покрытия на барьерный слой с помощью дисперсии, содержащей наночастицы, смешанные с раствором мономера, например, ненасыщенным органическим соединением с по меньшей мере одной полимеризуемой группой. Толщина герметизирующего слоя, содержащего связующее вещество с распределенными в нем наночастицами, может составлять от примерно 2 нм до примерно нескольких микрометров.
[0048] Герметизирующий слой многослойной пленки в барьерной многослойной структуре согласно изобретению выполнен с возможностью контакта с по меньшей мере частью поверхности барьерного слоя. Герметизирующий слой может, например, находиться в контакте с по меньшей мере 50%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 92%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98%, по меньшей мере 99%, по меньшей мере 99,5% или 100% поверхности барьерного слоя.
[0049] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения герметизирующий слой размещают в непосредственном тесном контакте со всей поверхностью барьерного слоя. Например, герметизирующий слой можно сформировать поверх барьерного слоя таким образом, что он будет соответствовать форме дефектов, присутствующих на поверхности барьерного слоя, т.е. либо занимать или полностью заполнять углубления, присутствующие в по меньшей мере одном барьерном слое, либо выравнивать грубые выступы на поверхности барьерного слоя. Таким образом, дефекты, приводящие к проникновению коррозионных газов через инкапсулирующую барьерную многослойную структуру, "закупориваются", при этом выступы, которые в противном случае будут приводить к плохому граничному контакту между барьерными слоями, выравниваются. Можно использовать любой конформный способ нанесения покрытия или осаждения, например, химическое парофазное осаждение или нанесение покрытия методом ротационного отложения. Для получения герметизирующего слоя можно также использовать осаждение атомного слоя и импульсное лазерное осаждение.
2
3
4
2
2
2
3
2
5
2
3
2
3
2
3
[0050] Защитный материал, применяемый для получения барьерного слоя многослойной пленки, может представлять собой любой типичный защитный материал с низкой проницаемостью в отношении водяного пара и/или кислорода в объемной фазе. Например, защитный материал может содержать металлы, оксиды металлов, керамические материалы, неорганические полимеры, органические полимеры и их комбинации. Согласно одному из вариантов реализации изобретения защитный материал выбирают из оксида индия-олова (ITO), ΤiΑlΝ, SiO, SiC, SiN, TiO, HfO, YO, TaO и AlO. Толщина барьерного слоя может составлять от 20 нм до 80 нм. В этом отношении, материалы для получения реакционноспособных наночастиц можно использовать в качестве барьерного слоя, поскольку реакционная способность материала зависит от его размера. Например, хотя наночастицы AlO реакционноспособны по отношению к воде, объемный слой AlO, размеры которого превышают нанометровый диапазон, не проявляет тот же уровень реакционной способности в отношении воды и может, таким образом, использоваться для получения барьерного слоя.
[0051] Для некоторых применений, которые требуют, чтобы инкапсулирующая барьерная многослойная структура имела хорошую механическую прочность, можно обеспечить такую подложку, которая поддерживает многослойную пленку. Указанная подложка может быть гибкой или жесткой. Подложка может содержать любые подходящие разнообразные материалы, такие как полиацетат, полипропилен, полиимид, целлофан, поли(1-триметилсилил-1-пропин, поли(4-метил-2-пентин), полиимид, поликарбонат, полиэтилен, полиэфирсульфон, эпоксидные смолы, полиэтилентерефталат, полистирол, полиуретан, полиакрилат, полиакриламид, полидиметилфенилен оксид, сополимеры стирола и дивинилбензола, поливинилиденфторид (ПВДФ), нейлон, нитроцеллюлоза, целлюлоза, стекло, оксид индия-олова, наноглины, силиконы, полидиметилсилоксаны, бис-(циклопентадиенил)железо или полифосфазены, в качестве нескольких иллюстративных примеров. Базовую подложку можно расположить таким образом, чтобы она была обращена к внешней среде или указанная подложка может быть обращена к инкапсулированной среде. При упаковке пищевых продуктов, подложка может быть обращена к внутренней поверхности, которая находится в контакте с пищевым продуктом, тогда как инкапсулирующая барьерная многослойная структура образует наружную поверхность, находящуюся в контакте с атмосферными условиями.
[0052] Хотя можно сформировать многослойную пленку непосредственно на подложке, подложка с шероховатой поверхностью может быть нежелательна для непосредственного контакта с барьерным слоем многослойной пленки. Для улучшения контакта между многослойной пленкой и подложкой между ними можно разместить граничный слой. Согласно одному из вариантов реализации изобретения между подложкой и многослойной пленкой помещают выравнивающий слой, так что поверхность раздела между подложкой и многослойной пленкой улучшается. Выравнивающий слой может содержать любой подходящий тип полимерного адгезивного материала, такого как эпоксидная смола. Согласно одному из вариантов реализации изобретения выравнивающий слой содержит полиакрилат (акриловый полимер), поскольку, как известно, полиакрилат обладает способностью сильно поглощать воду. В отсутствии выравнивающего слоя, многослойная пленка может быть ориентирована таким образом, чтобы герметизирующий слой находился в контакте, например, с поверхностью подложки.
-3
2
-4
2
-5
2
-5
2
-6
2
-6
2
[0053] Как правило, скорость проникновения водяного пара в инкапсулирующую барьерную многослойную структуру согласно настоящему изобретению составляет менее примерно 10 г/м/день, менее примерно 10 г/м/день, менее примерно 1×10 г/м/день, например, менее примерно 0,5×10 г/м/день, менее примерно 1×10 г/м/день или менее примерно 0,5×10 г/м/день.
-3
2
-5
2
-6
2
[0054] Барьерный эффект одного барьерного слоя, соединенного с герметизирующим слоем, т.е. одного 'спаренного слоя', является аддитивным, то есть количество пар барьерных/герметизирующих слоев, соединенных вместе, пропорционально общему барьерному свойству многослойной пленки. Соответственно, для применений, требующих высокой непроницаемости, можно использовать несколько спаренных слоев. Согласно одному из вариантов реализации изобретения барьерный слой размещают, например, в виде стопки, поверх герметизирующего слоя в чередующейся последовательности. Другими словами, каждый герметизирующий слой действует как граничный слой между 2 барьерных слоев. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в многослойной пленке присутствуют 1, 2, 3, 4 или 5 спаренных слоев. Для применений общего назначения, в которых скорости проникновения водяного пара и кислорода имеют меньшие ограничения (например, менее 10 г/м/день), многослойная пленка может содержать только 1 или 2 барьерных слоя (соответственно, будут присутствовать 1, 2 или 3 герметизирующих слоя), тогда как для применений с более высокими требованиями, в многослойную пленку можно включить 3, 4, 5 или более барьерных слоев для обеспечения скоростей проникновения водяного пара менее чем 10 г/м/день или, предпочтительно, менее чем 10 г/м/день. При использовании более 2 спаренных слоев, на противоположных сторонах подложки можно сформировать любую комбинацию спаренных слоев с получением двойных ламинированных или осажденных на подложке слоев, или указанные слои можно сформировать на одной и той же стороне подложки.
2
2
3
[0055] Для защиты многослойной пленки от механического повреждения, ее можно покрыть или на нее можно наложить финишный защитный слой. Финишный слой может содержать любой материал с хорошей механической прочностью и обладает устойчивостью к царапинам. Согласно одному из вариантов реализации изобретения финишный слой включает акриловую пленку, содержащую распределенные в ней частицы LiF и/или MgF. Согласно еще одному варианту реализации изобретения финишный слой содержит оксидную пленку, такую как слой AlO, или любые неорганические оксидные слои.
[0056] Инкапсулирующую барьерную многослойную структуру согласно настоящему изобретению можно использовать в любых подходящих изделиях, требующих барьерных свойств, например, в конструкции обшивки или оболочки, или в барьерном слое из фольги для блистерных упаковок, или указанную структуру можно использовать в качестве инкапсулирующего слоя, нанесенного поверх электронного компонента. Инкапсулирующую барьерную многослойную структуру можно также ламинировать или нанести на любой существующий защитный материал, такой как материалы для упаковки пищевого продукта и напитков, для улучшения их существующих барьерных свойств. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения инкапсулирующую барьерную многослойную структуру используют для создания инкапсуляции для защиты электролюминесцентных электронных компонентов, содержащих реакционноспособные слои, чувствительные к влаге и/или кислороду, при этом электролюминесцентный компонент инкапсулируют внутри указанной инкапсуляции. Примеры таких устройств включают, но не ограничиваются ими, реакционноспособные компоненты, содержащиеся в осветительных приборах на органических светодиодах (ОСИД), гибких солнечных элементах, тонкопленочных батареях, приборах с зарядовой связью (ПЗС) или микро-электромеханических датчиках (МЭМД).
[0057] В случае ОСИД инкапсулирующую барьерную многослойную структуру можно использовать для изготовления любой части инкапсуляции для изолирования активного компонента устройства ОСИД. Согласно одному из вариантов реализации изобретения инкапсулирующую барьерную многослойную структуру используют для получения базовой подложки для поддержания реакционноспособных слоев электролюминесцентного компонента. В структуре с герметизированными краями инкапсулирующую барьерную многослойную структуру можно использовать для получения жесткого покрытия, которое размещают на реакционноспособных слоях электролюминесцентного компонента. Жесткое покрытие можно прикрепить к базовой подложке с помощью слоя адгезива, расположенного по меньшей мере по существу вдоль кромки защитной подложки для создания ограждения вокруг реакционноспособного компонента. Чтобы минимизировать поперечную диффузию кислорода/влаги в ограждение, содержащее реакционноспособный компонент, ширину защитного слоя или слоя адгезива можно сделать больше толщины инкапсулирующей барьерной многослойной структуры. Термин "защитный слой", применяемый в настоящей заявке, относится к любому слою, который покрывает барьерную многослойную структуру, то есть защитный слой отличается от герметизирующего слоя. Защитный слой может, например, представлять собой защитный слой, который обеспечивает защиту барьерной многослойной структуры от механического износа (истирания) или химических или физико-химических воздействий окружающей среды (влажности, солнечного света и т.п.).
[0058] Согласно другому варианту реализации изобретения инкапсулирующую барьерную многослойную структуру используют для получения гибкого инкапсулирующего слоя, который изолирует электролюминесцентный компонент от базовой подложки. В таком случае указанный инкапсулирующий слой можно обернуть вокруг поверхности электролюминесцентного компонента с получением 'проксимальной инкапсуляции'. Таким образом, форма инкапсулирующего слоя соответствует форме реакционноспособного компонента, при этом зазор между электролюминесцентным компонентом, подлежащим инкапсулированию, и инкапсулирующим слоем отсутствует.
[0059] Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения инкапсулирующей барьерной многослойной структуры согласно настоящему изобретению. Способ включает получение по меньшей мере одного барьерного слоя и по меньшей мере одного герметизирующего слоя. Поскольку герметизирующий слой содержит реакционноспособные наночастицы, стадии, включающие получение и применение герметизирующего слоя, предпочтительно выполняют в вакууме для предохранения реакционноспособных наночастиц от воздействия влаги и/или кислорода. Стадия формирования герметизирующего слоя может включать смешивание полимеризуемого соединения с дисперсией наночастиц с получением герметизирующей смеси и полимеризацию герметизирующей смеси после нанесения ее на барьерный слой в вакууме с получением герметизирующего слоя. Дисперсия наночастиц может содержать наночастицы, диспергированные в по меньшей мере одном органическом растворителе. По меньшей мере один органический растворитель может включать любой подходящий растворитель, такой как, например, простые эфиры, кетоны, альдегиды и гликоли.
[0060] Наночастицы можно синтезировать любым общепринятым способом, известным в данной области техники, в том числе, например, путем синтеза в условиях газовой фазы (Swihart, Current Opinion in Colloid and Interface Science 8 (2003) 127-133), обработки с помощью зольгель технологии, сонохимической обработки, кавитационной обработки, обработки в микроэмульсии и высокоэнергетического измельчения в шаровой мельнице. Кроме того, наночастицы можно приобрести на рынке либо в виде порошков на основе наночастиц, либо в виде готовой дисперсии, например, от компании Nanophase Technologies Corporation. Для синтеза получаемых в промышленном масштабе наночастиц, таких как NanoArc, можно использовать патентованные способы.
[0061] Согласно одному из вариантов реализации изобретения для удаления с поверхности наночастиц загрязняющих веществ, которые могут негативно влиять на их способность реагировать с влагой и/или кислородом, проводят активацию поверхности наночастиц. Активация поверхности может включать обработку наночастиц кислотой, в том числе, минеральной кислотой, такой как соляная кислота или серная кислота. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения кислота, применяемая для указанной обработки, представляет собой разбавленную кислоту. Обработка включает погружение наночастиц в кислоту в течение примерно 1 часа. Следует отметить, что наночастицы которые могут легко подвергаться загрязнению, такие как углеродные нанотрубки и углеродные нановолокна, могут требовать активации поверхности. С другой стороны, наночастицы, такие как оксид алюминия и оксид титана, могут не требовать активации поверхности, поскольку указанные наночастицы обладают высокой поверхностной энергией.
[0062] Полимеризуемое соединение может представлять собой любой легко полимеризуемый мономер или предполимер. Подходящие мономеры предпочтительно легко полимеризуются путем УФ отверждения или теплового отверждения или с помощью любого другого подходящего способа отверждения.
[0063] Согласно одному из вариантов реализации изобретения полиакриламид используют в качестве полимера для связывания наночастиц. Порошок мономера акриловой кислоты можно растворить в полярных органических растворителях, таких как 2-метоксиэтанол (2МОЕ) и этиленгликоль (EG) или изопропиловый спирт и этилацетат. Для получения однородного распределения наночастиц в герметизирующей смеси, можно дополнительно провести обработку указанной смеси ультразвуком. Например, перед полимеризацией можно выполнить обработку ультразвуком в течение по меньшей мере примерно 30 минут.
[0064] Подложка может быть частью устройства, подлежащего инкапсулированию, например, частью монтажной платы, или она может представлять собой дополнительную структуру, включенную как часть инкапсуляции, такую как гибкая подложка. Также возможно, что подложка является частью инкапсулирующей барьерной многослойной структуры, содержащей толстый барьерный слой, на который последовательно нанесены дополнительные герметизирующие слои и безводные барьерные слои. В другом случае, подложка может представлять собой поверхность рабочей поверхности для изготовления многослойной пленки и по существу не образует часть инкапсулирующей барьерной многослойной структуры.
[0065] После получения подложки ее можно покрыть барьерными слоями и герметизирующим раствором. Барьерный слой можно получить путем газофазного физического осаждения (например, с помощью магнетронного распыления, термического испарения или электронно-пучкового испарения), с помощью плазменной полимеризации, ХПФО, печатания, центрифугирования или любых общепринятых процессов нанесения покрытий, в том числе, процессов нанесения покрытия под наклоном или путем погружением.
[0066] Герметизирующий раствор можно сформировать на барьерном слое с помощью любого мокрого метода, такого как центрифугирование, трафаретная печать, способ WebFlight, покрытие под наклоном, способы ХПФО или любые другие общепринятые способы нанесения покрытий. Наночастицы оксида металла и металла, а также углеродные нанотрубки, можно совместно нанести с помощью процесса мокрого осаждения или напылить совместно с полимерными пленками на основе мономера или димеров парилена. Любой тип димеров парилена, в том числе парилен С или D или любые другие марки, можно использовать для напыления вместе с наночастицами.
[0067] Если нужно получить несколько барьерных/герметизирующих слоев, т.е. спаренные слои, подложку можно повторно покрыть защитным материалом и герметизирующей смесью (см. также ниже). Для получения чередующейся компоновки, включающей один или более последовательных барьерных слоев и герметизирующих слоев, подложку можно последовательно покрыть сначала защитным материалом, а затем герметизирующим раствором, повторяя эту процедуру несколько раз до получения намеченного количества слоев. Каждый раз перед формированием следующего барьерного слоя поверх предыдущего, наносят герметизирующий раствор, который отверждается, например, путем УФ отверждения. В этом контексте, следует отметить, что барьерный слой можно покрыть двумя или более функциональными герметизирующими слоями. Соответственно, барьерная многослойная структура согласно изобретению может не соблюдать порядок чередования, когда один барьерный слой покрывают одним герметизирующим слоем. Скорее, барьерная многослойная структура может состоять только из одного барьерного слоя, на который нанесены путем осаждения один, два, три, четыре или даже более функциональных герметизирующих слоев. В качестве альтернативы, если барьерная многослойная структура содержит более одного барьерного слоя, каждый барьерный слой может быть покрыт одним или более герметизирующих слоев. Например, на один барьерный слой можно нанести только один герметизирующий слой, тогда как второй или третий барьерный слой барьерной многослойной структуры может иметь два или более герметизирующих слоев, расположенных на соответствующем барьерном слое.
[0068] После получения герметизирующего и барьерного слоев, можно предпринять дополнительные шаги для завершения формирования инкапсулирующей барьерной многослойной структуры, такие как формирование стеклянного покрытия, линий ITO (оксида индия-олова) и покрывающего слоя ITO. Например, дисплеи с пассивной матрицей могут требовать формирование линий ITO на инкапсулирующей барьерной многослойной структуре. После получения покрытия его открытую поверхность можно дополнительно защитить с помощью защитного покрытия путем осаждения герметизирующего слоя (покрытия MgF/LiF).
[0069] Указанные аспекты изобретения будут поняты более полно с учетом следующего описания, чертежей и неограничивающих примеров.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0070] На фиг. 1 изображено известное устройство, представляющее собой барьерную многослойную структуру, в котором дефекты оксидного барьерного покрытия разъединены с помощью промежуточного полимерного слоя. Извилистый путь, т.е. путь проникновения текучей среды или время, затраченное на диффундирование через барьер, зависит от количества применяемых неорганических/органических пар. При применении более высокого количества пар, путь становится длиннее и, следовательно, можно обеспечить улучшенные барьерные свойства. При применении нескольких барьерных слоев, общая характеристика будет меняться в зависимости от того, располагаются ли микроотверстия в одном барьерном слое на одной линии с дефектами в других барьерных слоях или нет. Кроме того, если количество дефектов больше, концепция разъединения не будет работать. В этом смысле, дефекты барьерного слоя могут быть расположены на одной линии с дефектами во втором барьерном слое. Настоящее изобретение требует применения оксидных барьерных пленок с очень высокой плотностью упаковки (более низкое количество микроотверстий), которые получают с применением либо способов напыления, либо способов ПХГФО.
[0071] На фиг. 2 также изображено известное устройство, описанное в WO 2008/057045 и WO 2010/140980 и представляющее собой барьерную многослойную структуру, в которой для улучшения барьерных свойств наночастицы распределены в полимерной матрице. Указанные описания не касаются герметизации дефектов оксидной барьерной пленки. Недостатком устройства, показанного на фиг. 2, является то, что водяной пар будет выделяться через микроотверстия в барьерных оксидных пленках после насыщения реакционноспособных наночастиц водяным паром. Кроме того, имеется ограничение в отношении содержания наночастиц в термопластмассе (базовой пленки, обычно получаемой с помощью процесса экструзии, при котором происходит плавлении термопластмассы, указанные пленки вытягивают и затем охлаждают), это сложный процесс и более высокое содержание поглощающих наночастиц в пленке будет влиять на коэффициент пропускания.
[0072] На фиг. 3А изображен вариант реализации барьерной многослойной структуры согласно настоящему изобретению.
[0073] На фиг. 3В изображен дополнительный вариант реализации барьерной многослойной структуры согласно настоящему изобретению.
[0074] На фиг. 3С изображен еще один вариант реализации барьерной многослойной структуры согласно настоящему изобретению, осажденной на планаризованную или непланаризованную подложку, представляющую собой пластмассу.
[0075] На фиг. 4 проиллюстрировано качественное испытание на характеристики барьерной многослойной структуры, позволяющее исследовать, может ли происходить деструкция кальция (Тип А).
[0076] На фиг. 5 проиллюстрировано количественное испытание на характеристики барьерной многослойной структуры, позволяющее исследовать деструкцию кальция (Тип В).
[0077] На фиг. 6 изображена поликарбонатная подложка, покрытая поглощающим нанослоем.
[0078] На фиг. 7 показана РЭМ-фотография, на которой изображена топография поверхности инкапсулированных полимером наночастиц при 20,000-кратном увеличении.
[0079] На фиг. 8 показана РЭМ-фотография, на которой изображена топография поверхности инкапсулированных полимером наночастиц при 45,000-кратном увеличении.
[0080] На фиг. 9 показана РЭМ-фотография плоского слоя Anodisc с 200 нм микроотверстиями перед покрытием при 10,000-кратном увеличении.
[0081] На фиг. 10 показана РЭМ-фотография инкапсулированных наночастиц, нанесенных (толщина покрытия 4 микрона) на Anodisc (показанном на фиг. 9) в поперечном сечении при 13,000-кратном увеличении.
[0082] На фиг. 11 изображена РЭМ-фотография нижней стороны Anodisc, которая покрыта слоем инкапсулированных полимером наночастиц, показанная при 10,000-кратном увеличении. Указанный диск был очищен от пластмассовой подложки, что, таким образом позволило показать механизм герметизации дефектов.
[0083] На фиг. 12 показано ПЭМ-изображение, демонстрирующее, что наночастицы распределены в полимерном слое/пленке (размером 50 нм).
[0084] На фиг. 13А показано РЭМ-изображение распределения наночастиц оксида алюминия в полимерной матрице, известной в данной области техники, при 35,000-кратном увеличении. На фиг. 13В показано РЭМ-изображение наночастиц оксида алюминия, полученных согласно известному уровню техники, перед инкапсуляцией при 70,000-кратном увеличении. На фиг. 13С показано РЭМ-изображение инкапсулированных полимером наночастиц согласно изобретению при 100,000-кратном увеличении, и на фиг. 13D показано РЭМ-изображение слоя инкапсулированных полимером наночастиц.
[0085] На фиг. 14А и фиг. 14В показаны результаты стандартного способа испытания на сопротивление отслаиванию. Оптические изображения, полученные при испытании на отслаивание согласно стандарту ASTM, демонстрируют отсутствие отслаивания в системе слой наночастиц, инкапсулированных полимером - оксид алюминия - поверхности раздела.
[0086] На фиг. 15 показано изображение инкапсулированных полимером наночастиц и частиц, пассивированных полимером, используемых в изобретении, при этом на фиг. 15А и 15В показана частично инкапсулированная (т.е. пассивированная) наночастица, а на фиг. 15С показана полностью инкапсулированная наночастица.
[0087] На фиг. 16А и фиг. 16В показаны РЭМ-изображения поперечного сечения барьерной многослойной структуры согласно изобретению при 50,000-кратном увеличении, содержащей герметизирующий слой инкапсулированных полимером наночастиц, нанесенный на оксидный слой, который в свою очередь расположен на ПЭТФ пластмассовой подложке.
[0088] На фиг. 17 показано РЭМ-изображение поперечного сечения барьерной многослойной структуры согласно изобретению при 30,000-кратном увеличении, содержащей герметизирующий слой инкапсулированных полимером наночастиц, нанесенный на оксидный слой, который в свою очередь расположен на ПЭТФ пластмассовой подложке.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0089] На фиг. 3С показан один вариант реализации инкапсулирующей барьерной многослойной структуры согласно настоящему изобретению, которая при этом расположена на пластмассовой подложке. Инкапсулирующая барьерная многослойная структура содержит многослойную пленку. Многослойная пленка содержит один или более барьерных слоев и один или более герметизирующих слоев. Многослойная пленка может, например, включать один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять или десять барьерных слоев. Многослойная пленка может, например, включать один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь девять или десять герметизирующих слоев. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, содержащим множество барьерных слоев и герметизирующих слоев, отдельные барьерные слои и герметизирующие слои могут находиться в контакте с другими барьерными и/или герметизирующими слоями. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения отдельный барьерный слой находится в контакте с двумя дополнительными барьерными слоями. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения отдельный барьерный слой находится в контакте с двумя герметизирующими слоями. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения отдельный барьерный слой находится в контакте с одним дополнительным барьерным слоем и одним герметизирующим слоем. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения отдельный герметизирующий слой находится в контакте с двумя дополнительными герметизирующими слоями. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения отдельный герметизирующий слой находится в контакте с двумя барьерными слоями. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения отдельный герметизирующий слой находится в контакте с одним дополнительным герметизирующим слоем и одним барьерным слоем. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения два или более герметизирующих слоев и один или более барьерный слой (слои) многослойной пленки расположены в чередующемся порядке. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения многослойная пленка содержит множество герметизирующих и барьерных слоев, расположенных в чередующейся последовательности. Согласно одному из вариантов реализации изобретения, изображенному на фиг. 3С, присутствует один барьерный слой, называемый оксидным барьером. Согласно одному из вариантов реализации изобретения, изображенному на фиг. 3С, присутствуют два герметизирующих слоя, каждый из которых называют функциональным нанослоем. Как отмечено выше, объем настоящего изобретения также подразумевает, что каждый барьерный слой содержит различное количество герметизирующих слоев, расположенных на нем. Объем настоящего изобретения также подразумевает, что в случае барьерной многослойной структуры с более чем одним герметизирующими слоями, только герметизирующий слой, который находится в непосредственном контакте с барьерным слоем, содержит или состоит из инкапсулированных полимером наночастиц согласно изобретению и что другие слои могут представлять собой герметизирующий слой известного уровня техники, например, герметизирующий слой, описанный в WO 2008/057045, в котором реакционноспособные наночастицы распределены в полимерной матрице. Барьерные слои имеют низкую проницаемость в отношении кислорода и/или влаги. Следует отметить, что барьерные слои содержат точечные дефекты, которые проходят через толщину барьерного слоя. Точечные дефекты вместе с другими типами структурных дефектов ухудшают защитные характеристики барьерных слоев, поскольку кислород и водяной пар могут проникать в барьерный слой через указанные дефекты, с течением времени пересекая инкапсулирующую барьерную многослойную структуру и вступая в контакт с устройством, чувствительным к кислороду/влаге.
[0090] Герметизирующий слой (слои) содержит (содержат) реакционноспособные наночастицы, способные взаимодействовать с водяным паром и/или кислородом, замедляя, тем самым, проникновение кислорода/влаги через инкапсулирующую барьерную многослойную структуру. Согласно настоящему изобретению, указанные дефекты по меньшей мере частично закрыты или согласно некоторым вариантам реализации изобретения полностью заполнены наночастицами, содержащимися в герметизирующем слое. Указанные наночастицы инкапсулированы полимером. Примеры подходящих полимеров включают, но не ограничиваются ими, полипропилен, полиизопрен, полистирол, поливинилхлорид, полиизобутилен, полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиакрилаты (например, полиметилметакрилат (РММА)), сополимеры этилена и винилацетата (EVA), фенолформальдегидные смолы, эпоксидные смолы, поли(N-пропаргиламиды), поли(O-пропаргилэфиры) и полисилоксаны.
[0091] Мономер или предполимер, который используют для инкапсуляции реакционноспособных наночастиц (и который обычно включен в неводный раствор, представляющий собой дисперсную фазу, для получения герметизирующего слоя) можно выбрать из любого подходящего гидрофобного материала. Иллюстративные примеры гидрофобных мономеров включают, но не ограничиваются ими, стиролы (например, стирол, метилстирол, винилстирол, диметилстирол, хлорстирол, дихлорстирол, трет-бутилстирол, бромстирол и п-хлорметилстирол), монофункциональные акриловые сложные эфиры (например, метилакрилат, этилакрилат, изопропилакрилат, н-бутилакрилат, бутоксиэтилакрилат, изобутилакрилат, н-амилакрилат, изоамилакрилат, н-гексилакрилат, октилакрилат, децилакрилат, додецилакрилат, октадецилакрилат, бензилакрилат, фенилакрилат, феноксиэтилакрилат, циклогексилакрилат, дициклопентанилакрилат, дициклопентенилакрилат, дициклопентенилоксиэтилакрилат, тетрагидрофурфурилакрилат, изоборнилакрилат, изоамилакрилат, лаурилакрилат, стеарилакрилат, бегенилакрилат, этоксидиэтиленгликоль акрилат, метокситриэтиленгликоль акрилат, метоксидипропиленгликоль акрилат, феноксиполиэтиленгликоль акрилат, акрилат аддукта нонилфенол-ЭО, изооктилакрилат, изомиристилакрилат, изостеарилакрилат, 2-этилгексилдигликоль акрилат и окстоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль моноакрилат), монофункциональные метакриловые сложные эфиры (например, метилметакрилат, этилметакрилат, изопропилметакрилат, н-бутилметакрилат, изо-бутилметакрилат, тетра-бутилметакрилат, н-амилметакрилат, изоамилметакрилат, н-гексилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, лаурилметакрилат, тридецилметакрилат, стеарилметакрилат, изодецилметакрилат, октилметакрилат, децилметакрилат, додецилметакрилат, октадецилметакрилат, метоксидиэтиленгликоль метакрилат, полипропиленгликоль монометакрилат, бензилметакрилат, фенилметакрилат, феноксиэтилметакрилат, циклогексилметакрилат, тетрагидрофурфурилметакрилат, тетра-бутилциклогексилметакрилат, бегенилметакрилат, дициклопентанилметакрилат, дициклопентенилоксиэтилметакрилат и полипропиленгликоль монометакрилат), аллильные соединения (например, аллилбензол, аллил-3-циклогексан пропионат, 1-аллил-3,4-диметоксибензол, аллилфеноксиацетат, аллилфенилацетат, аллилциклогексан и аллил многовалентный карбоксилат), ненасыщенные сложные эфиры фумаровой кислоты, малеиновой кислоты, итаконовой кислоты и т.п. и полимеризуемые мономеры, содержащие радикальные группы (например, N-замещенный малеимид и циклические олефины).
[0092] Согласно одному из вариантов реализации изобретения инкапсулированные полимером наночастицы можно получить в неводном растворе (герметизирующей смеси). Согласно такому варианту реализации изобретения мономеры можно выбрать из кислотосодержащих радикальных полимеризуемых мономеров.
[0093] Согласно другому варианту реализации изобретения инкапсулированные полимером наночастицы можно получить в герметизирующей смеси кислотосодержащих радикальных полимеризуемых мономеров. Согласно такому варианту реализации изобретения мономер можно выбрать из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, акриламидов, метакриламидов, гидроксиэтилметакрилатов, (этиленоксид)метакрилатов и их комбинаций.
[0094] Согласно другому варианту реализации изобретения наночастицу, инкапсулированную полимером, можно получить в герметизирующей смеси, в которой используют предполимеры. Такие предполимеры можно выбрать из акрилового олигомера с молекулярной массой менее примерно 1000 Да и вязкостью менее примерно 300 сантипуаз.
[0095] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения один или более герметизирующий слой (слои) по меньшей мере по существу состоит (состоят) из инкапсулированных полимером реакционноспособных наночастиц. Термин "по меньшей мере по существу состоящий из" означает, что соответствующий слой в целом не содержит другого вещества, о чем можно заключить при применении стандартных аналитических методов. Указанный слой может содержать минимальные количества другого вещества, но он может также совсем не содержать другого вещества, по меньшей мере, как можно заключить при применении стандартных аналитических методов. Таким образом, один или более герметизирующий слой (слои) может состоять (могут состоять) только из инкапсулированных полимером реакционноспособных наночастиц. Часть множества инкапсулированных полимером наночастиц или все инкапсулированные полимером наночастицы могут содержать алифатическое, алициклическое, ароматическое или арилалифатическое соединение, иммобилизованное на указанных частицах. Алифатические, алициклические, ароматические или арилалифатические соединения содержат полярную группу. Полярная группа может представлять собой, например, гидроксильную группу, карбоксильную группу, карбонильную групп, аминогруппу, амидогруппу, тио группу, селено группу и теллуро группу.
[0096] Термин "алифатический" означает, если не указано иное, прямую или разветвленную углеводородную цепь, которая может быть насыщенной или моно- или поли-ненасыщенной и может включать гетероатомы (см. ниже). Ненасыщенные алифатические группы содержат одну или более двойные и/или тройные связи (алкенильные или алкинильные фрагменты). Боковые цепи углеводородной цепи могут включать линейные цепи, а также неароматические циклические элементы. Углеводородная цепь может, если не указано иное, иметь любую длину, и содержать любое количество боковых цепей. Как правило, углеводородная (основная) цепь включает от 1 до 5, до 10, до 15 или до 20 углеродных атомов. Примерами алкенильных радикалов являются углеводородные радикалы с прямой или разветвленной цепью, содержащие одну или более двойных связей. Алкенильные радикалы обычно содержат примерно от двух до примерно двадцати углеродных атомов и одну или более, например, две, двойные связи, например, примерно, от двух до примерно десяти углеродных атомов и одну двойную связь. Алкинильные радикалы обычно содержат от примерно двух до примерно двадцати углеродных атомов и одну или более, например две, тройные связи, например, от двух до десяти углеродных атомов и одну тройную связь. Примерами алкинильных радикалов являются углеводородные радикалы с прямой или разветвленной цепью, которые содержат одну или более тройных связей. Примеры алкильных групп представляют собой метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, гептил, октил, нонил, децил, н-изомеры указанных радикалов, изопропил, изобутил, изопентил, втор-бутил, тетра-бутил, неопентил, 3,3-диметилбутил. Кроме того, как основная цепь, так и разветвленные цепи могут содержать гетероатомы, такие как, например, N, О, S, Se или Si, или углеродные атомы могут быть заменены на указанные гетероатомы.
[0097] Термин "алициклический" означает, если не указано иное, неароматический циклический фрагмент (например, углеводородный фрагмент), который может быть насыщенным или моно- или полиненасыщенным. Циклический углеводородный фрагмент также может включать конденсированные циклические кольцевые системы, такие как декалин, и кроме того может быть замещен неароматической циклической группой, а также элементами цепи. Основная цепь циклического углеводородного фрагмента может, если не указано иное, иметь любую длину и содержать любое количество неароматических циклических элементов и элементов цепи. Как правило, углеводородная (основная) цепь включает 3, 4, 5, 6, 7 или 8 атомов основной цепи в одном цикле. Примеры таких фрагментов включают, но не ограничиваются ими, циклопентил, циклогексил, циклогептил или циклооктил. Кроме того, как циклический углеводородный фрагмент, так и, если присутствуют, любые заместители в цикле и в цепи могут содержать гетероатомы, такие как, например, N, О, S, Se или Si, или углеродный атом может быть заменен на указанные гетероатомы. Термин "алициклический" также включает циклоалкенильные фрагменты, представляющие собой ненасыщенные циклические углеводороды, которые в целом содержат примерно от трех до примерно восьми кольцевых углеродных атомов, например, пять или шесть кольцевых углеродных атомов. Циклоалкенильные радикалы обычно содержат двойную связь в соответствующей кольцевой системе. Циклоалкенильные радикалы могут, в свою очередь, содержать заместители.
[0098] Термин "ароматический" означает, если не указано иное, плоский циклический углеводородный фрагмент сопряженных двойных связей, которые могут представлять собой одно кольцо или включать несколько конденсированных или ковалентно связанных колец, например, 2, 3 или 4 конденсированных кольца. Термин ароматический также включает алкиларил. Как правило, углеводородная (основная) цепь включает 5, 6, 7 или 8 атомов основной цепи в одном цикле. Примеры таких фрагментов включают, но не ограничиваются ими, циклопентадиенил, фенил, нафтаелнил-, [10]аннуленил-(1,3,5,7,9-циклодекапентаенил-), [12]аннуленил-, [8]аннуленил-, фенален (перинафтен), 1,9-дигидропирен, хризен(1,2-бензофенантрен). Примером алкиларильного фрагмента является бензил. Основная цепь циклического углеводородного фрагмента может, если не указано иное, иметь любую длину и содержать любое количество гетероатомов, таких как, например N, О и S. Примеры таких гетероатомов, содержащих указанные фрагменты (которые известны специалисту в данной области техники) включают, но не ограничиваются ими, фрагменты фуранил-, тиофенил-, нафтил-, нафтофуранил-, антракстиофенил-, пиридинил-, пирролил-, хинолинил, нафтохинолинил-, хиноксалинил-, индолил-, бензиндолил-, имидазолил-, оксазолил-, оксонинил-, оксепинил-, бензоксепинил-, азепинил-, тиепинил-, селенепинил-, тионинил-, азецинил-(азациклодекапентаенил-), диазецинил-, азациклододека-1,3,5,7,9,11-гексаен-5,9-диил-, азозинил-, диазоцинил-, бензазоцинил-, азецинил-, азаундецинил-, тиа[11]аннуленил-, оксациклотридека-2,4,6,8,10,12-гексаенил-или триазаантраценил.
[0099] Под термином "арилалифатический" понимают углеводородный фрагмент, в котором один или более ароматических фрагментов содержат одну или более алифатических групп. Таким образом, термин "арилалифатический" также включает углеводородные фрагменты, в которых две или более арильные группы соединены с помощью одной или более алифатической цепи или цепями любой длины, например, с помощью метиленовой группы. Как правило, углеводородная (основная) цепь содержит 5, 6, 7 или 8 атомов основной цепи в каждом кольце ароматического фрагмента. Примеры арилалифатических фрагментов включают, но не ограничиваются ими, 1-этил-нафталин, 1,1'-метилен-бис-бензол, 9-изопропилантрацен, 1,2,3-триметил-бензол, 4-фенил-2-бутен-1-ол, 7-хлор-3-(1-метилэтил)-хинолин, 3-гептил-фуран, 6-[2-(2,5-диэтилфенил)этил]-4-этилхиназолин или 7,8-дибутил-5,6-диэтил-изохинолин.
[00100] Подразумевают, что в настоящей заявке каждый из терминов "алифатический", "алициклический", "ароматический" и "арилалифатический" включает как замещенные, так и незамещенные формы соответствующего фрагмента. Заместители могут представлять собой любую функциональную группу, такую как, например, но не ограничиваясь ими, амино, амидо, азидо, карбонильную, карбоксильную, циано, изоциано, дитиан, галоген, гидроксильную, нитро, металлорганическую группу, борорганическую группу, селено, силил, силано, сульфонильную, тио, тиоциано, трифторметилсульфонильную, п-толуолсульфонильную, бромбензолсульфонильную, нитробензолсульфонильную и метансульфонильную группу.
[00101] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения по меньшей мере один герметизирующий слой соответствует по существу форме дефектов, присутствующих на поверхности по меньшей мере одного барьерного слоя. Герметизирующий слой может действовать в качестве выравнивающего материала, который разглаживает поверхность подложки, и, тем самым, закрывает дефекты на подложке, которые могли бы обеспечить пути для инфильтрации влаги/кислорода. В этом отношении, нанесение герметизирующего слоя выше барьерного слоя может дополнительно способствовать выравниванию поверхности в случае, когда дополнительные барьерные слои предназначены для осаждения на барьерную пленку.
[00102] Предыдущие варианты реализации изобретения относятся к инкапсулирующей барьерной многослойной структуре, в которой многослойная пленка иммобилизована, например, ламинирована, только на одну сторону подложки. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения барьерная многослойная структура иммобилизована на двойную ламинированную подложку, при этом многослойную пленку ламинируют или осаждают на две стороны, которые могут представлять собой противоположные стороны, базовой подложки. Инкапсулирующая барьерная многослойная структура может, например, включать подложку, размещенную между двумя многослойными пленками.
[00103] Как будет очевидно из приведенного выше описания, многослойная пленка согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере два слоя, барьерный слой и герметизирующий слой, каждый из которых имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, ограничивающие плоскость. Кроме того, каждый слой имеет периферическую стенку, ограничивающую толщину слоя. Как правило, каждый слой имеет по меньшей мере по существу одинаковую толщину. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения окружность каждого слоя по меньшей мере по существу имеет те же размеры, что и окружность любого другого слоя. Многослойная пленка согласно настоящему изобретению содержит две (верхнюю и нижнюю) наружные поверхности, ограниченные верхней поверхностью первого слоя и нижней поверхностью второго слоя. Указанные две поверхности расположены по меньшей мере по существу на противоположных сторонах многослойной пленки. Каждая из указанных двух поверхностей ограничивает плоскость. Согласно типичным вариантам реализации изобретения указанные две плоскости по существу параллельны друг другу. Кроме того, указанные две поверхности подвергаются воздействию окружающей среды. Обычно одна или обе из указанных плоскостей расположены с возможность контакта с поверхностью подложки, в том числе, с возможностью иммобилизации на указанной подложке. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения топология соответствующей поверхности многослойной пленки по меньшей мере по существу соответствует, например, по меньшей мере по существу совпадает, топологии плоскости подложки.
[00104] Для инкапсулирования устройства, чувствительного к влаге и кислороду, инкапсулирующую барьерную многослойную структуру согласно изобретению можно использовать несколькими способами. С помощью инкапсулирующей барьерной многослойной структуры согласно изобретению можно инкапсулировать любое устройство, такое как ОСИД, фармацевтические препараты, ювелирные изделия, реакционноспособные металлы, электронные компоненты или пищевые продукты. Например, указанную многослойную структуру можно расположить, например, ламинировать или нанести путем осаждения, на обычную полимерную подложку, которую используют для поддержки ОСИД. Как было описано выше, точечные дефекты в барьерном слое герметизируют с помощью материала герметизирующего слоя, представляющего собой инкапсулированные полимером наночастицы. ОСИД можно расположить непосредственно на многослойную пленку и, например, инкапсулировать под покрытием, таким как стеклянное покрытие, например, путем герметизации краев или тонкопленочной инкапсуляции, включающей прикрепление инкапсулирующей барьерной многослойной структуры поверх ОСИД и называемой в настоящей заявке 'проксимальной инкапсуляцией'. Проксимальная инкапсуляция в частности подходит для гибких ОСИД устройств. Согласно такому варианту реализации изобретения многослойная пленка инкапсулирующей барьерной многослойной структуры соответствует наружной форме ОСИД устройства.
[00105] Инкапсулирующую барьерную многослойную структуру согласно настоящему изобретению можно получить путем формирования герметизирующего слоя на одном или более барьерном слое (слоях), на подложке или на (дополнительном) герметизирующем слое. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения герметизирующий слой можно сформировать на подложке. Герметизирующий слой можно получить путем смешивания полимеризуемого соединения с множеством реакционноспособных наночастиц, как определено выше. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения множество наночастиц может представлять собой коллоидную дисперсию, содержащую наночастицы, диспергированные в подходящей жидкости, такой как органический растворитель. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать полярный растворитель, такой как, например, этанол, ацетон, Ν,Ν-диметилформамид, изопропанол, этилацетат или нитрометан, или неполярный органический растворитель, такой как, например, бензол, гексан, диоксан, тетрагидрофуран или диэтиловый эфир (см. также описание, приведенное ниже). Как было объяснено выше, для проведения инкапсуляции реакционноспособных наночастиц, полимеризуемое соединение (которое может представлять собой мономерное соединение) присутствует в герметизирующей смеси при такой низкой концентрации, что полимеризуемое соединение адсорбируется на поверхности реакционноспособных частиц, покрывая, тем самым, частицы и позволяя избежать образования (объемной) матрицы, включающей все реакционноспособные частицы.
[00106] Для описания свойств, таких как растворимость и смешиваемость с другими жидкостями, жидкости часто классифицируют на полярные и неполярные жидкости. Полярные жидкости обычно содержат молекулы с неравномерным распределением электронной плотности. Такую же классификацию можно применить к газам. Полярность молекулы выражают с помощью диэлектрической постоянной или ее дипольного момента. Как правило, полярные молекулы дополнительно классифицируют на протоносодержащие и протононесодержащие (или апротонные) молекулы. Следовательно, текучую среду, например, жидкость, содержащую в большей степени полярные протоносодержащие молекулы, можно назвать полярной протоносодержащей текучей средой. Текучую среду, например, жидкость, содержащую в большей степени полярные протононесодержащие молекулы, можно назвать полярной протононесодержащей текучей средой. Протоносодержащие молекулы содержат атом водорода, который может представлять собой гидроксил, когда молекула растворена, например, в воде или спирте. Апротонные молекулы не содержат такие водородные атомы.
3
2
4
6
3
-
[00107] Примеры неполярных жидкостей включают, но не ограничиваются ими, гексан, гептан, циклогексан, бензол, толуол, дихлорметан, тетрахлорид углерода, дисульфид углерода, диоксан, диэтиловый эфир или диизопропиловый эфир. Примеры диполярных протоносодержащих жидкостей представляют собой метил этил кетон, хлороформ, тетрагидрофуран, этиленгликоль монобутиловый эфир, пиридин, метилизобутилкетон, ацетон, циклогексанон, этилацетат, изобутилизобутират, этиленгликоль диацетат, диметилформамид, ацетонитрил, Ν,Ν-диметилацетамид, нитрометан, ацетонитрил, N-метилпирролидон, метанол, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол, Ν,Ν-диизопропилэтиламин и диметилсульфоксид. Примеры полярных протоносодержащих жидкостей представляют собой воду, метанол, изопропанол, трет-бутиловый спирт, муравьиную кислоту, соляную кислоту, серную кислоту, уксусную кислоту, трифторуксусную кислоту, диметиларсиновую кислоту [(CH)AsO(OH)], ацетонитрил, фенол или хлорфенол. Ионные жидкости обычно содержат органический катион и анион, который может быть органическим или неорганическим. Как известно, полярность ионных жидкостей (см. приведенные ниже примеры) в значительной степени определяется связанным анионом. Тогда как, например, галогениды, псевдогалогениды, , метилсульфат,  или  представляют собой полярные жидкости, гексафторфосфаты, , бис(перфторалкил)-имиды и [CFSO] относятся к неполярным жидкостям.
[00108] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения смешивание полимеризуемого соединения с множеством наночастиц можно осуществить в полярном органическом растворителе, как описано выше. Согласно одному из вариантов реализации изобретения полярный органический растворитель включает смесь изопропанола и этилацетата, например, в молярном отношении от примерно 2:1 до примерно 1:10, например, примерно 1:1, примерно 1:2, примерно 1:3, примерно 1:5 или примерно 1:10. Смесь полимеризуемого соединения и реакционноспособных наночастиц можно нанести на барьерный слой, при этом полимеризуемое соединение может подвергаться полимеризации с образованием полимера. Полимеризацию осуществляют в условиях, которые позволяют инкапсулировать наночастицы с помощью образованного полимера, т.е. при применении низкой концентрации полимеризуемого соединения и, например, дополнительном воздействии на герметизирующую смесь ультразвуком. Герметизирующий раствор можно нанести на барьерный слой с применением способа web flight, например, с помощью процесса с непрерывной подачей рулонного материала. Нанесение барьерного слоя и герметизирующего слоя повторяют заданное количество раз с получением многослойной пленки с требуемым барьерным свойством. Например, многослойную пленку, содержащую 5 спаренных слоев, можно получить путем нанесения оксидного покрытия и покрытия web flight, повторяя указанную процедуру 5 раз и получая 5 спаренных слоев.
12
3
3
16
3
3
2
3
3
2
2
2
3
8
18
+
-
[00109] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения к смеси полимеризуемого соединения и множества наночастиц добавляют поверхностно-активное вещество. В данной области техники применяют многочисленные поверхностно-активные вещества, которые являются частично гидрофильными и частично липофильными, такие как, например алкилбензолсульфонаты, алкилфеноксиполиэтоксиэтанолы, алкилглюкозиды, вторичные и третичные амины, такие как диэтаноламин, твин, тритон 100 и триэтаноламин, или, например, фторированные поверхностно-активные вещества, такие как ZONYL FSO-100 (DuPont). Поверхностно-активное вещество может, например, представлять собой углеводородное соединение, гидроперфторуглеродное соединение/или перфторуглеродное соединение. Такое соединение может содержать заместитель, например, группу сульфоновой кислоты, сульфамида, карбоновой кислотой, амида карбоновой кислоты, фосфатную или гидроксильную группу. Примеры поверхностно-активного вещества на основе углеводорода включают, но не ограничиваются ими, додецилсульфат натрия, бромид цетилтриметиламмония, алкилполиэтиленэфир, гидроксид додецилдиметил-(3-сульфопропил)-аммония (CNSO), гидроксид гексадецилдиметил-(3-сульфопропил)-аммония (CNSO), коко-(амидопропил)гидроксил диметилсульфобетаин (RCONH(CH)N(CH)CHCH(OH)CHSO с R=C-C), холевую кислоту, деокси-холевую кислоту, октилглюкозид, додецилмальтозид, таурохолат натрия или такое полимерное поверхностно-активное вещество, как например, Supelcoat PS2 (Supelco, Bellefonte, PA, USA), метилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтил целлюлоза или гидроксипропилметилцеллюлоза. Поверхностно-активное вещество может представлять собой, например, углеводородное соединение, гидроперфторуглеродное соединение или перфторуглеродное соединение (см. выше), содержащее заместитель, выбранный из группы, состоящей из группы сульфоновой кислоты, сульфамида, карбоновой кислоты, амида карбоновой кислоты, фосфата или гидроксильной группы.
[00110] Примеры перфторуглеродных поверхностно-активных веществ включают, но не ограничиваются ими, пентадекафтороктановую кислоту, гептадекафторнонановую кислоту, тридекафторгептановую кислоту, ундекафторгексановую кислоту, 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11-генэйкозафтор-3-оксо-2-ундекансульфоновую кислоту, 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-тридекафтор-1-гексансульфоновую кислоту, 2,2,3,3,4,4,5,5-октафтор-5-[(тридекафторгексил)окси]-пентановую кислоту, 2,2,3,3-тетрафтор-3-[(тридекафторгексил)окси]-пропановую кислоту], N,N'-[фосфиникобис(окси-2,1-этандиил)]бис[1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-гептадекафтор-N-пропил-1-октан-сульфонамид, 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-гептадекафтор-1-октансульфоновую кислоту, 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-гептадекафтор-1-октансульфонилфторид, (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-тридекафтороктиловый) эфир 2-[(β-D-галактопираносилокси)-метил]-2-[(1-оксо-2-пропенил)амино]-1,3-пропандиилкарбаминовой кислоты, 6-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-тридекафтороктилгидрофосфат)-D-глюкозу, 3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-гептадекафтордецилгидрофосфат)-D-глюкозу, 2-(перфторгексил)этилизоцианат, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-пентадекафтор-N-фенил-октанамид, 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,12-пентакозафтор-N-(2-гидроксиэтил)-N-пропил-1-додекансульфонамид, этиловый эфир 2-метил-,2-[[(гептадекафтороктил)сульфонил]метиламино]-2-пропеновой кислоты, 3-(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-пентадекафтор-1-оксооктил)-бензолсульфоновую кислоту, 3-(гептадекафтороктил)-бензолсульфоновую кислоту, 4-[(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-пентадекафтор-1-оксооктил)амино]-бензолсульфоновую кислоту, 3-[(о-перфтороктаноил)фенокси]пропансульфоновую кислоту, N-этил-1,1,2,2,2-пентафтор-N-(26-гидрокси-3,6,9,12,15,18,21,24-октаоксагексакоз-1-ил)-этансульфонамид, 3-[этил[(гептадекафтороктил)сульфонил]амино]-1-пропансульфоновую кислоту, 1,2,2,3,3,4,5,5,6,6-декафтор-4-(пентафторэтил)-циклогексансульфоновую кислоту, 2-[1-[дифтор(пентафторэтокси)метил]-1,2,2,2-тетрафторэтокси]-1,1,2,2-тетрафтор-этансульфоновую кислоту, N-[3-(диметилоксидоамино)пропил]-2,2,3,3,4,4-гексафтор-4-(гептафторпропокси)-бутанамид, N-этил-N-[(гептадекафтороктил)сульфонил]-глицин или 2,3,3,3-тетрафтор-2-[1,1,2,3,3,3-гексафтор-2-[(тридекафторгексил)окси]пропокси]-1-пропанол, к примеру.
[00111] Примеры перфторуглеродных поверхностно-активных веществ также включают полимерные соединения, такие как полимер α-[2-[бис(гептафторпропил)амино]-2-фтор-1-(трифторметил)этенил]-ω-[[2-[бис(гептафторпропил)амино]-2-фтор-1-(трифторметил)этенил]окси]-поли(окси-1,2-этандиил), α-[2-[[(нонакозафтортетрадецил)сульфонил]пропиламино]этил]-ω-гидрокси-поли(окси-1,2-этандиил), полиэтиленгликоль диперфтордециловый эфир, α-[2-[этил[(гептадекафтороктил)сульфонил]амино]этил]-ω-гидрокси-поли(окси-1,2-этандиил), α-[2-[этил-[(пентакозафтордодецил)сульфонил]амино]этил]-ω-гидрокси-поли(окси-1,2-этандиил), α-[2-[[(гептадекафтороктил)сульфонил]пропиламино]этил]-α-гидрокси-поли(окси-1,2-этандиил), N-(2,3-дигидроксипропил)-2,2-дифтор-2-[1,1,2,2-тетрафтор-2-[(тридекафторгексил)окси]этокси]-ацетамид, α-(2-карбоксиэтил)-ω-[[(тридекафторгексил)окси]метокси]-поли(окси-1,2-этандиил), ω-[2,3,3,3-тетрафтор-2-[1,1,2,3,3,3-гексафтор-2-(гептафторпропокси)пропокси]-1-оксопропил]-ω-гидрокси-поли(окси-1,2-этандиил) и 2,3,3,3-тетрафтор-2-(гептафторпропокси)-пропионовая кислота.
[00112] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в герметизирующую смесь добавляют соединение, модифицирующее поверхность, такое как силан. Примеры подходящих силанов включают ацетокси-, алкил-, амино-, амино-/алкил-, арил-, диамино-, эпокси-, фторалкил-, гликоль-, меркапто-, метакрилсиланы, эфир кремниевой кислоты, силил-, уреидо-, уинил- и винил-/алкилсиланы.
[00113] Иллюстративные примеры таких силанов включают, но не ограничиваются ими, ди-тетра-бутоксидиацетоксисилан, гексадецилтриметоксисилан, алкилсилоксан, бис(3-триэтоксисилилпропил)амин, 3-аминопропилметилдиэтоксисилан, триамино-функциональный пропилтриметоксисилан, фенилтриметоксисилан, фенилтриэтоксисилан, 2-аминоэтил-3-аминопропилметил, диметоксисилан, 2-аминоэтил-3-аминопропил, триметоксисилан, патентованную композицию аминосилана, 3-глицидилокси, пропилтриэтоксисилан, тридекафтороктилтриэтоксисилан, полиэфир-функциональный триметоксисилан, 3-меркаптопропилтриметоксисилан, 3-метакрилоксипропил-триметоксисилан, этилполисиликат, тетра-н-пропил-ортосиликат, гексаметил-дисилазан, винилтрихлорсилан, винилтриметоксисилан, винил-функциональный олигосилоксан, 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан и их комбинации.
6
[00114] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения получение герметизирующего слоя выполняют в инертной атмосфере, которая может, например, включать или состоять из азота, аргона, неона, гелия и/или гексафторида серы (SF).
[00115] Получение одного или более барьерного слоя (слоев) можно осуществить любым подходящим способом осаждения, таким как нанесение покрытия путем центрифугирования, осаждение путем гидролиза в пламени (FHD), нанесения покрытия с применением щелевой экструзионной головки, глубокой печати методом полива, с помощью ножевого устройства, путем нанесения покрытия погружением, способом плазменной полимеризации или способом химического парофазного осаждения (ХПФО). Примеры способов ХПФО включают, но не ограничиваются ими, плазмостимулированное химическое газофазное осаждение (ПХГФО) или индуктивно-связанное плазмостимулированное химическое газофазное осаждение (ИСП-ХПФО).
[00116] Согласно одному из вариантов реализации изобретения барьерный слой наносят путем осаждения на дополнительный слой, такой как герметизирующий слой, или на подложку с применением методов напыления, известных в данной области техники. Напыление представляет собой физический процесс нанесения тонкой пленки путем контролируемого перемещения атомов из источника на подложку, известный в данной области техники. Подложку помещают в вакуумную камеру (реакционную камеру) с источником материала, называемым мишенью, и инертный рабочий газ (такой как аргон) вводят при низком давлении. Газовую плазму направляют в радиочастотный (РЧ) тлеющий разряд или тлеющий разряд постоянного тока (DC) (выброс вторичных электронов) в инертном газе, что вызывает ионизацию газа. Ионы, образованные во время такого процесса, движутся с ускорением к поверхности мишени, заставляя атомы материала источника отрываться от мишени в форме пара и конденсироваться на подложке. Наряду с РЧ напылением и напылением постоянного тока в качестве третьего метода напыления используют магнетронное распыление. В случае магнетронного распыления можно использовать импульсные, DC, АС (переменного тока) и РЧ источники питания, в зависимости от материала мишени, при необходимости реакционноспособного напыления, и других факторов. Удержание плазмы на поверхности мишени достигают путем размещения постоянной магнитной структуры позади поверхности мишени. Возникающее магнитное поле образует замкнутый кольцевой контур, действующий как электронная ловушка, которая придает траекториям вторичных электронов, испускаемых из мишени, форму циклоидального контура, что значительно увеличивает вероятность ионизации напыляемого газа внутри зоны удержания. Положительно заряженные ионы аргона из такой плазмы движутся с ускорением в направлении отрицательно смещенной мишени (катода), что приводит к распылению материала с поверхности мишени.
[0100] Различают устойчивое и неустойчивое магнетронное распыление. "Неустойчивый" магнетрон представляет собой простую конструкцию, в которой магнитный поток из одного полюса магнитов, расположенных позади мишени, сильно отличается от другого, тогда как в "устойчивом" магнетроне магнитные потоки между полюсами магнита одинаковы. По сравнению с устойчивым магнетронным распылением, неустойчивое магнетронное распыление увеличивает ионный ток подложки и, таким образом, плотность покрытия подложки. Согласно одному из вариантов реализации изобретения метод напыления, такой как РЧ напыление, напыление постоянного тока или магнетронное напыление, используют для нанесения барьерного слоя на подложку. Магнетронное распыление может включать устойчивое или неустойчивое магнетронное распыление. Согласно одному из вариантов реализации изобретения барьерный слой представляет напыленный барьерный слой.
[0101] Барьерную многослойную структуру можно нанести на подложку, такую как поликарбонатная или ПЭТФ подложка. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения барьерный слой можно получить с помощью соответствующей подложки. Подложку можно подвергнуть плазменной обработке и покрыть защитным материалом из глинозема посредством магнетронного распыления, формируя, тем самым, барьерный слой.
[0102] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения после формирования многослойной пленки на нее можно нанести, например, напылить с применением магнетрона, дополнительный материал, такой как ITO, с получением ITO покрытия. Если инкапсулирующую барьерную многослойную структуру будут использовать в дисплеях с пассивной матрицей, требуются только линии ITO, а не полное покрытие ITO. Впоследствии на покрытии ITO образуется защитная прокладка. Можно использовать любой подходящий материал, в зависимости от намеченной цели, например, пленки с устойчивостью к царапинам или пленки, понижающие яркость, такие как пленки MgF/LiF. После формирования защитной пленки инкапсулирующую барьерную многослойную структуру упаковывают в упаковку из алюминиевой фольги или помещают в прорезь заданных размеров для сборки с другими компонентами.
[0103] Как может легко понять специалист в данной области техники из описания настоящего изобретения, другие композиции веществ, средства, применения, способы или стадии, существующие в настоящее время или разработанные позже, которые выполняют по существу ту же функцию или позволяют обеспечить по существу тот же результат, что и соответствующие типичные варианты реализации, описанные в настоящей заявке, также можно использовать согласно настоящему изобретению.
ТИПИЧНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0104] Типичные варианты реализации конструкции многослойной барьерной структуры согласно настоящему изобретению включают оксидную барьерную пленку, нанесенную путем осаждения на планаризованную или непланаризованную пластмассовую подложку (эластичную или неэластичную). Функционализованные наноматериалы с одним или несколькими слоями осаждают на оксидные барьерные пленки. Например, функционализованные наночастицы состоят из инкапсулированных полимером наночастиц, и/или функционализованную наночастицу с органическими соединениями можно нанести путем осаждения на оксидную барьерную пленку в виде слоя функционализованных наночастиц. Функционализованные наночастицы могут проникать в поры оксидной барьерной пленки и усиливать барьерные свойства. Комбинация химически взаимосвязанных органических и неорганических наночастиц позволяет получить покрытия с очень низкой проницаемостью газов. Если полимер инкапсулирован на наночастице, отношение полимера и наночастиц по массе предпочтительно составляет 1:4 или менее, 1:5 или менее, или 1:6 или менее.
[0105] Слой функционализованных наночастиц (нано-слой) может представлять собой мультинанослой. Такие функционализованные мультинанослои могут действовать как барьерные слои и могут также действовать как УФ-блокирующий слой и противоотражающий слой, улучшая механические свойства, в том числе адгезию, растяжимость, устойчивость против атмосферных воздействий, и оптические свойства.
[0106] Например, первый функционализованный слой наночастиц может представлять собой слой, герметизирующий дефекты, и противоотражающий слой, а второй слой может представлять собой УФ-блокирующий слой, и третий слой может представлять собой светоизвлекающий слой. Соответственно, в одной барьерной многослойной структуре можно обеспечить многофункциональные свойства.
[0107] Согласно одному из вариантов реализации изобретения слой (слои), герметизирующий дефекты, состоит из инкапсулированных полимером наночастиц титана, наночастиц цинка, частиц кремнезема или полых частиц кремнезема. Такие (инкапсулированные полимером) частицы можно использовать для усиления барьерных свойств указанной структуры для блокирования УФ излучения, при этом указанные частицы имеют противоотражающие свойства в видимой области света.
Слой функционализированных наночастиц или мультинанослои
Материалы подложки
[0108] Полимеры, которые можно использовать в базовой подложке согласно настоящему изобретению, включают как органические, так и неорганические полимеры. Примеры органических полимеров, подходящих для формирования базовой подложки, включают как полимеры с высокой, так и низкой проницаемостью, такие как целлофан, поли(1-триметилсилил-1-пропин, поли(4-метил-2-пентин), полиимид, поликарбонат, полиэтилен, полиэфирсульфон, эпоксидные смолы, полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полистирол, полиуретан, полиакрилат и полидиметилфениленоксид. Также можно использовать микропористые и макропористые полимеры, такие как сополимеры стирола и дивинилбензола, поливинилиденфторид (ПВДФ), нейлон, нитроцеллюлоза, целлюлоза или ацетат. Примеры неорганических полимеров, подходящих для применения в настоящем изобретении, включают кремнезем (стекло), наноглины, силиконы, полидиметилсилоксаны, бис-(циклопентадиенил)железо, полифосфазены и их производные. Базовые подложки могут также включать или состоять из смеси или комбинации органических и/или неорганических полимеров. Указанные полимеры могут быть прозрачными, полупрозрачными или полностью непрозрачными.
Получение поверхности
-1
-6
[0109] Барьерные многослойные структуры или стеклянные подложки промывают изопропиловым спиртом (ИПС) и высушивают струей азота. Такие процессы помогают удалить адсорбированные макрочастицы, присутствующие на поверхности. Не рекомендуется проводить очистку или промывание ацетоном и метанолом. После высушивания струей азота, подложки помещают в вакуумную печь при давлении 10 мбар для дегазирования поглощаемой влаги или кислорода. Вакуумную печь оборудуют передними заграждающими фильтрами для предотвращения обратного проникновения минерального масла из вакуумного насоса в вакуумную печь. Сразу же после процесса дегазирования, барьерные многослойные структуры перемещают в камеру плазменной обработки (например, ULVAC SOLCIET Cluster Tool). РЧ аргоновую плазму используют для бомбардировки поверхности барьерной пленки ионами низкой энергии для удаления поверхностных загрязняющих веществ. Базовое давление в камере поддерживали ниже 4×10 мбар. Скорость потока аргона составляет 70 кубических сантиметров в минуту. Мощность РЧ устанавливают при 200 Вт и обычно используют оптимальное время обработки от 5 до 8 минут в зависимости от состояния поверхности.
Изготовление неорганических оксидных барьерных пленок
2
[0110] Метод напыления, способы электронно-пучкового испарения и плазмостимулированного газофазного физического осаждения использовали для осаждения барьерного слоя оксида металла. Систему неустойчивого магнетронного напыления используют для создания оксидных барьерных пленок высокой плотности. При таком методе напыления, металлический слой обычно из нескольких монослоев будет нанесен путем осаждения с помощью неустойчивого магнетрона, и затем в систему введут кислород для создания кислородной плазмы, направленной в сторону подложки для осуществления бомбардировки ионами аргона и кислорода и получения оксидной пленки с высокой плотностью упаковки. Такая плазма также будет увеличивать реакционную способность кислорода, направляемого на растущую поверхность пленки, и обеспечивать получение структур более высокого качества. Для осаждения плотных пленок без привнесения чрезмерных собственных напряжений, растущие оксидные барьерные пленки бомбардируют сильным потоком (более 2 мА/см) ионов кислорода и аргона с низкой энергией (~25 эВ).
2
3
[0111] Устройство управления с непрерывной обратной связью используют для регулирования процессов реактивного напыления. Свет, излучаемый при напылении металла в интенсивной плазме кольцевого конвейера магнетрона, является одним из показателей скорости напыления металла и парциального давления кислорода. Такое показание можно использовать для регулирования процесса и, следовательно, обеспечения правильной стехиометрии оксидной пленки. При применении устройства управления с непрерывной обратной связью и устройства контроля эмиссии из плазмы получали воспроизводимые пленки с нужными барьерными свойствами. С помощью общепринятых методов и методов неустойчивого магнетронного распыления были получены различные барьерные слои, содержащие SiN, AlO и оксид индия-олова, и исследовали свойства единственного барьерного слоя.
x
2
3
[0112] Кроме того, с применением способов электронно-пучкового испарения и плазмостимулированного газофазного физического осаждения при скорости 500 метров/мин были получены оксидные барьерные пленки (SiO и AlO). Толщина покрытия составляет от 60 нм до 70 нм.
Слой функционализованных наночастиц
[0113] Модификация поверхности является ключевым аспектом при применении наноразмерных материалов (также называемых в настоящей заявке наноматериалами). Именно поверхность делает наноразмерные материалы значительно более полезными по сравнению с традиционными материалами, не имеющими наноразмеры. Когда размер материала уменьшается, отношение его поверхности к объему увеличивается. Такое увеличение является значительным преимуществом с точки зрения модификации свойств наноматериалов посредством методов функционализации поверхности. Функционализованные наночастицы включают полимерную инкапсуляцию на наночастице и наночастицы, пассивированные органическими соединениями. Методы функционализации, затрагивающие нековалентную (физическую) связь и ковалентную (химическую) связь, можно применить к наночастицам. Существует несколько доступных способов. Для диспергирования наноразмерных частиц в растворителе можно использовать акустическую кавитацию.
[0114] Ковалентная функционализация была хорошо исследована и позволила получить массив модифицированного наноматериала, содержащего маленькие молекулы, полимеры и неорганические/органические соединения. Поскольку наноматериалы, хотя и являются совсем маленькими, много больше молекул, для модифицирования поверхностей указанных маленьких частиц можно использовать органические молекулы. Наряду с регулированием формы и размера наночастиц, регулирование поверхности наноматериала с помощью органической химии, сыграло ключевую роль в устройстве барьерной многослойной структуры.
[0115] Поверхностно-активные вещества, полимерные поверхностно-активные вещества или полимеры используют для пассивирования или инкапсулирования поверхности наночастиц во время или после синтеза для избежания агломерации. В целом электростатическое отталкивание или стерическое отталкивание можно использовать для диспергирования наночастиц и удерживания их в устойчивом коллоидном состоянии. Кроме того, поверхностно-активные вещества или полимеры можно химически закреплять или физически адсорбировать на наноматериалы для обеспечения стабилизации слоя и специфической функционализации.
[0116] Согласно одному из вариантов реализации изобретения методология получения инкапсулированных полимером наночастиц описана ниже:
[0117] Коммерчески доступные поверхностно-функционализованные наночастицы можно выбрать согласно требуемому применению. Иллюстративные примеры наночастиц с функционализованной поверхностью включают, но не ограничиваются ими, наночастицы цинка, функционализованные 1-меркапто-(триэтиленгликоль)метиловым эфиром, в этаноле, коллоидную дисперсию с диспергатором, оксид алюминия, NanoDur™ Х1130РМА, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира, коллоидную дисперсию, оксид цинка, NanoArc ZN-2225, 40% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира, коллоидную дисперсию с диспергатором, оксид цинка, NanoTek Z1102PMA, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира, коллоидную дисперсию с диспергатором. Примеры силановых соединений включают, без ограничения, щелочные силаны, амино-, эпокси-, метакрилсиланы.
[0118] Полимерное покрытие можно нанести на ядро наночастицы путем ковалентного связывания или физического связывания, например, с помощью полимеризованных in situ мономеров или форполимеров в дисперсной фазе инверсной смеси. Размер полученной таким образом наночастицы, инкапсулированной полимером, может составлять от примерно 20 нм до примерно 1000 нм.
[0119] Согласно одному из вариантов реализации изобретения приведенные выше поверхностно-функционализованные наночастицы оксида алюминия (NanoDur) (20 мл) смешивают в этилацетате (10 мл), 3-метакрилоксипропилтриметоксисилане (10 мл) и поверхностно-активном веществе (0,5% по массе). Перемешивание описанного выше раствора можно выполнить в смесителе THINKY ARE-250. Время обработки ультразвуком составляет 2 часа при 28°С. После этого, можно добавить от 4% до 6% мономера (от 2 до 3 мл) по массе относительно всего раствора. Обработку ультразвуком можно проводить, как правило, от 2 до 12 часов. Мономер разбавляют в растворителе и адсорбируют и химически закрепляют на наночастице во время процесса обработки ультразвуком.
[0120] Процесс нанесения покрытия можно осуществить методом центрифугирования, с помощью струйной печати, путем покрытия через щелевую экструзионную головку, методом глубокой печати или с применением любых влажных процессов нанесения покрытия. Затем мономер отверждают под действием УФ-излучения или с помощью процессов термического отверждения или электронно-пучкового отверждения.
[0121] Функционализованные наночастицы могут эффективно проникать в поры или дефекты барьерного оксидного слоя и закупоривать указанные дефекты. Кроме того, улучшается прочность связи между оксидным барьерным слоем и слоем функционализованных наночастиц. Высокую плотность упаковки покрытия из наночастицы можно обеспечить путем применения подходящих методов функционализации (толщина покрытия в диапазоне от 50 нм до нескольких сотен нанометров) оксидных барьерных пленках. Толщину функционализованных наночастиц можно определить на основе толщины покрытия оксидной барьерной пленки.
[0122] Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения большая часть покрытых полимером наночастиц металла или частиц оксида металла и наночастиц, пассивированных органическими соединениями и содержащих металл и оксид металла, имеют стержнеподобную форму с диаметром от 10 до 50 нм и длиной до 200 нм. Диаметр и размер частиц выбраны таким образом, чтобы они не влияли на прозрачность конечных покрытий. Плотность упаковки наночастиц определяется формой и распределением наночастиц по размеру. Соответственно, может быть предпочтительным использовать наночастицы различных форм и размеров для точного регулирования наноструктуры поверхности и эффективной герметизации дефектов барьерного оксидного слоя.
1
2
[0123] Инкапсулированные полимером углеродные нанотрубки (УНТ)/углеродные частицы также можно использовать для герметизации дефектов, представляющих собой микроотверстия. Как правило, предпочтительно применять максимальное количество абсорбирующих частиц для увеличения способности герметизирующего слоя герметизировать дефекты оксидных барьерных пленок, а также впитывать и удерживать молекулы воды и кислорода. Длину волны в среде определяют как длину волны, при которой наблюдается максимальная интенсивность спектра выходного оптического излучения ОСИД или любых других дисплеев. Когда инкапсулирующий слой предназначен для прозрачного ОСИД или прозрачных дисплеев, размер частицы обычно может составлять менее / и предпочтительно, менее 1/5 от длины волны в среде. Как правило, такие соотношения соответствуют размерам частиц менее 200 нм и, предпочтительно, менее 100 нм. В некоторых барьерных конструкциях более крупные частицы могут быть предпочтительны, например, при необходимости рассеивания излучаемого света.
Способ испытания на деструкцию кальция
[0124] После плазменной обработки, барьерные многослойные структуры переносили под вакуумом в вакуумную испарительную камеру (термическое напыление), в которой размеры двух металлических токопроводящих дорожек, используемых в качестве электродов, составляли 2 см на 2 см. Между двух электродов изготавливали чувствительный элемент, размеры которого составляли 1 см в длину, 2 см в ширину и 150 нм в толщину. Измеренное удельное сопротивление датчика составляло 0,37 Ом-см. После осаждения, использовали систему загрузочного шлюза для переноса образца в перчаточный бокс в атмосфере сухого азота при атмосферном давлении. После осаждения кальция наносили 100 нм защитный слой серебра для проведения качественного анализа (тип испытательной ячейки А), см. фиг. 4.
[0125] Для ускорения проникновения при проведении качественного анализа (тип испытательной ячейки А) осаждали защитный слой серебра. В случае количественного способа измерения сопротивления (тип испытательной ячейки В), см. фиг. 5, 300 нм серебро применяли для токопроводящей дорожки, 150 нм кальция применяли в качестве датчика и 150 нм фторид лития применяли в качестве защитного слоя. После процессов осаждения, УФ-отверждаемую эпоксидную смолу наносили на край подложки и затем всю подложку герметично закрывали предметным стеклом размером 35 мм × 35 мм. Поглощающий материал прикрепляли к 35 мм × 35 мм защитному предметному стеклу для поглощения водяного пара, возникающего вследствие газовыделения или проникновения через эпоксидую изоляцию. Систему загрузочного шлюза использовали для проведения всего процесса, и испытательные ячейки инкапсулировали в перчаточном боксе в атмосфере сухого азота при атмосферном давлении. Для испытания образцы помещали в камеру влажности при постоянной температуре и влажности 80°С и 90% ОВ, соответственно. Полученные образцы оптически исследовались через регулярные промежутки времени для качественного исследования деструкции и анализа дефектов и проводили измерения с применением электрических приборов для количественного анализа деструкции кальция.
[0126] Клеммы токопроводящей дорожки ячейки для испытания на деструкцию кальция подсоединяли к источнику постоянного тока (Keithey SourceMeter), сопряженному с компьютером. Сопротивление датчика кальция/токопроводящей дорожки из серебра контролировали каждую секунду и автоматически наносили на график с помощью компьютера, используя лабораторное программное обеспечение для представления изображений. Динамический анализатор сигналов с анализом на основе быстрого преобразования Фурье был предложен для автоматического измерения спектра шумов через повторяющиеся промежутки времени в одну секунду.
Подробное описание и результаты эксперимента
Слой наночастиц, инкапсулированных полимером (см. фиг. 6) - Топография поверхности
[0127] В одном примере, смешивали смесь растворителей ИПС : этилацетат в отношении 5:15 мл и добавляли 10 мл 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана. Дополнительно добавляли поверхностно-активное вещество Dow Corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем в описанную выше смесь добавляли 3 мл УФ-отверждаемого акрилатного мономера (Addision Clear Wave). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. Поверхностно-функционализованные наночастицы "Оксид алюминия, NanoDur™ Х1130РМА, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира", 20 мл, добавляли к смеси растворитель/мономер и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие методом центрифугирования и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Проводили ряд экспериментов с разной смесью наночастиц, нанесенной методом центрифугирования на плоскую полимерную подложку, пластмассовые подложки, покрытые барьерным слоем, и на оксид алюминия Anodisc. На фиг. 7 и фиг. 8 показана морфология поверхности покрытых инкапсулированных полимером наночастиц.
[0128] Инкапсулированные полимером наночастицы диспергировали на оксид алюминия Anodisc толщиной 47 микрон, который содержал несколько микроотверстий с диаметром 200 нм, и были сделаны РЭМ-фотографии, показанные на фиг. 9, 10, 11 и фиг. 13С и D. Anodisc был герметизирован по краям на пластмассовой подложке.
[0129] На фиг. 12 приведено ПЭМ-изображение, демонстрирующее, что наночастицы распределены в полимерном слое/пленке (размером 50 нм). Указанное изображение показано просто с целью сравнительного анализа, чтобы различать инкапсулированные наночастицы от наночастиц, распределенных в полимерной матрице.
[0130] На фиг. 13А показано РЭМ-изображение распределения наночастиц оксида алюминия в полимерной матрице, известной в данной области техники, при 35,000-кратном увеличении. На фиг. 13В показано РЭМ-изображение наночастиц оксида алюминия, полученного согласно известному уровню техники, перед инкапсуляцией при 70,000-кратном увеличении. На фиг. 13С показано РЭМ-изображение инкапсулированных полимером наночастиц согласно изобретению при 100,000-кратном увеличении и на фиг. 13D показано РЭМ-изображение слоя инкапсулированных полимером наночастиц согласно изобретению.
Вариант реализации изобретения 1
1. Пластмассовая подложка - ПЭТФ
2. Покрытие из инкапсулированных полимером наночастиц
3. Слой SiN - способ ХПФО
4. Покрытие из инкапсулированных полимером наночастиц
5. Слой SiN - способ ХПФО
[0131] Приготовление раствора наночастиц: Растворители ИПС : этилацетат смешивали в соотношении 5:15 мл и добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (10 мл) и затем дополнительно добавляли поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave) - (3 мл). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. Поверхностно-функционализованные наночастицы "Оксид алюминия, NanoDur Х1130РМА, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира", 20 мл, добавляли к смеси растворитель/мономер и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие методом центрифугирования и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Проводили ряд экспериментов с разной смесью наночастиц, нанесенной методом центрифугирования на плоскую полимерную подложку, пластмассовые подложки, покрытые барьерным слоем, и на оксид алюминия Anodisc. Весь процесс осаждения/нанесения покрытия выполняли посредством периодического процесса.
Вариант реализации изобретения 2
1. Пластмассовая подложка - ПЭТФ
2. Слой SiOx - высокоскоростной технологический процесс
3. Покрытие из инкапсулированных полимером наночастиц
4. Слой SiOx - высокоскоростной технологический процесс
3
2
3
3
[0132] Получение раствора наночастиц: Растворители ИПС : этилацетат в отношении (5:15 мл) смешивали и добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (10 мл) и затем дополнительно добавляли поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave) - (3 мл). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. Поверхностно-функционализованные наночастицы "Оксид алюминия, NanoDur™ Х1130РМА, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира", 20 мл, добавляли к смеси растворитель/мономер и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие методом центрифугирования и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Проводили ряд экспериментов с разной смесью наночастиц, нанесенной методом центрифугирования на плоскую полимерную подложку, пластмассовые подложки, покрытые барьерным слоем, и на оксид алюминия Anodisc. Этилгексанол-изопропоксид бария-титана в изопропаноле использовали для получения 5% BaTiO и к такой смеси добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан и поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 и обрабатывали ультразвуком в течение 2 часов. Далее применяли смеситель THINKY ARE 250 (который можно приобрести в компании INTERTRONICS, Оксфордшир, Соединенное Королевство) для перемешивания описанной выше смеси AlO и смесей BaTiO перед процессом нанесения покрытия. Весь процесс осаждения/нанесения покрытия выполняли посредством периодического процесса. Оба слоя SiOx были получены с помощью процесса плазменного электронно-пучкового испарения.
Вариант реализации изобретения 3
1. Пластмассовая подложка - ПЭТФ
2. Инкапсулированный полимером слой наночастиц
3. Слой SiOx - высокоскоростной технологический процесс
4. Слой 1 покрытия из инкапсулированных полимером наночастиц (дефекты герметизированы)
5. Слой 2 покрытия из инкапсулированных полимером наночастиц (противоотражающее)
6. Слой SiOx - высокоскоростной технологический процесс
3
2
3
3
[0133] Получение раствора наночастиц: Растворители ИПС : этилацетат (в соотношении 5:15 мл) смешивали и добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (10 мл) и дополнительно добавляли поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave) - (3 мл). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. Поверхностно-функционализованные наночастицы "Оксид алюминия, NanoDur™ Х1130РМА, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира", 20 мл, добавляли к смеси растворитель/мономер и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие методом центрифугирования и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Кроме того, проводили ряд экспериментов с разной смесью наночастиц, нанесенной методом центрифугирования на плоскую полимерную подложку, пластмассовые подложки, покрытые барьерным слоем, и на оксид алюминия Anodisc. С этой целью этилгексанол-изопропоксид бария-титана в изопропаноле использовали для получения 5% BaTiO и к такой смеси дополнительно добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан и поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 и обрабатывали ультразвуком в течение 2 часов. Далее применяли смеситель THINKY ARE 250 (см. выше) для перемешивания описанной выше смеси AlO и смесей BaTi перед процессом нанесения покрытия.
3
[0134] В слое 2, добавляли оксид цинка, NanoTek Z1102PMA, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира, коллоидную дисперсию с диспергатором, и 10 мл 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана и дополнительно добавляли поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave) - (3 мл). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. К смеси растворитель/мономер добавляли 20 мл поверхностно-модифицированного оксида цинка, NanoTek, в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира, коллоидную дисперсию с диспергатором, и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие методом центрифугирования и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Добавляли титан в изопропаноле для получения 5% оксида титана и 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан и затем легированное поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110. Указанную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 2 часов. Смеситель ΤΉΙΝΚΥ ARE 250 использовали для перемешивания описанной выше смеси оксида цинка и смесей BaTiO перед процессом нанесения покрытия. Весь процесс осаждения/нанесения покрытия выполняли посредством периодического процесса. Оба слоя SiOx были получены с помощью процесса плазменного электронно-пучкового испарения.
Вариант реализации изобретения 4
1. Пластмассовая подложка - ПЭТФ
2. Инкапсулированный полимером слой наночастиц
3. Слой SiOx - высокоскоростной технологический процесс
4. Слой 1 покрытия из инкапсулированных полимером наночастиц (дефекты герметизированы)
5. Слой 2 покрытия из инкапсулированных полимером наночастиц (противоотражающее)
6. Слой SiOx - высокоскоростной технологический процесс
3
2
3
3
[0135] Получение раствора наночастиц: Растворители ИПС : этилацетат в отношении (5:15 мл) смешивали и дополнительно добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (10 мл) и поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave) - (3 мл). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. Поверхностно-функционализованные наночастицы "Оксид алюминия, NanoDur™ Х1130РМА, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира", 20 мл, добавляли к смеси растворитель/мономер и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие методом центрифугирования и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Проводили ряд экспериментов с разной смесью наночастиц, нанесенной методом центрифугирования на плоскую полимерную подложку, пластмассовые подложки, покрытые барьерным слоем, и на оксид алюминия Anodisc. Этилгексанол-изопропоксид бария-титана в изопропаноле использовали для получения 5% BaTiO, добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан и дополнительно добавляли поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 и обрабатывали ультразвуком в течение 2 часов. Далее применяли смеситель THINKY ARE 250 для перемешивания описанной выше смеси AlO и смеси BaTiO перед процессом нанесения покрытия.
3
[0136] В слое 2, добавляли оксид цинка, NanoTek Z1102PMA, 50% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира, коллоидную дисперсию с диспергатором, и 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (10 мл) и дополнительно добавляли поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли 3 мл УФ-отверждаемого акрилатного мономера (Addision Clear Wave). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. К смеси растворитель/мономер добавляли поверхностно-модифицированный оксид цинка, NanoTek, в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира, коллоидную дисперсию с диспергатором, (20 мл), и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Добавляли титан в изопропаноле для получения 5% оксида титана и 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан и затем легированное поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110. Указанную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 2 часов. Смеситель THINKY ARE 250 применяли для перемешивания описанной выше смеси оксида цинка и оксида титана и смеси BaTiO перед процессом нанесения покрытия. Весь процесс осаждения/нанесения покрытия выполняли посредством периодического процесса. Оба слоя SiOx были получены с помощью процесса плазменного электронно-пучкового испарения.
Вариант реализации изобретения 5
1. Пластмассовая подложка - ПЭТФ
2
3
2. Слой AlO - технологический процесс напыления
3. Слой 1 покрытия из инкапсулированных полимером наночастиц (герметизирующий слой)
4. Наночастица, распределенная в полимерной матрице
2
3
5. Слой AlO - технологический процесс напыления
2
3
[0137] Получение раствора наночастиц: Растворители ИПС : этилацетат смешивали в отношении (5:15 мл) и дополнительно добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (10 мл) и поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave), (1,5 мл). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. К смеси растворитель/мономер добавляли поверхностно-функционализованные наночастицы "Оксид алюминия, BYK 3610, 30% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира", 40 мл, и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие с помощью щелевой экструзионной головки при непрерывной подаче рулонного материала и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Проводили ряд экспериментов с разной смесью наночастиц, нанесенной на пластмассовые подложки, покрытые барьерным слоем, с AlO в качестве барьерного слоя.
2
3
2
3
2
3
[0138] В слое 2, добавляли оксид алюминия, BYK 3610, 30% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира (28 мл), коллоидную дисперсию с диспергатором, и дополнительно добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (оба по 10 мл) и поверхностно-активное вещество Dow coming FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave) - 40 мл. Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие с применением щелевой экструзионной головки при непрерывной подаче рулонного материала и подвергали УФ отверждению так, чтобы наночастицы были инкапсулированы в полимерной матрице. В этом отношении следует отметить гораздо более высокое количество УФ-отверждаемого мономера (40 мл), применяемого для изготовления такого слоя, чем количество 1,5 мл, применяемое для формирования слоя 1, в котором наночастицы только поверхностно инкапсулированы/модифицированы, но в котором не образуется полимерная матрица, содержащая наночастицы. Далее получают слой AlO путем напыления при непрерывной подаче рулонного материала. Полученная барьерная многослойная структура показана на фиг. 16, при этом на фиг. 16А показан слой 1 и слой 2, однако не показаны ни слой наночастиц, распределенных в полимерной матрице, ни верхний слой AlO. Слой наночастиц, распределенных в полимерной матрице, и верхний слой AlO показаны на фиг. 16В.
Вариант реализации изобретения 6
1. Пластмассовая подложка - ПЭТФ
2
3
2. Слой AlO - технологический процесс напыления
3. Слой 1 покрытия из инкапсулированных полимером наночастиц (дефекты герметизированы)
2
3
4. Слой AlO - технологический процесс напыления
2
3
2
3
2
3
[0139] Получение раствора наночастиц: Растворители ИПС : этилацетат в отношении (5:15 мл) смешивали и дополнительно добавляли 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан (10 мл) и поверхностно-активное вещество Dow corning FZ 2110 в количестве 0,5% относительно общей массы раствора и перемешивали. Затем к описанной выше смеси добавляли УФ-отверждаемый акрилатный мономер (Addision Clear Wave), (1,5 мл). Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 2 часов. К смеси растворитель/мономер добавляли поверхностно-функционализованные наночастицы "Оксид алюминия, BYK 3610, 30% в ацетате 1,2-пропандиолмонометилового эфира", 40 мл, и обрабатывали ультразвуком в течение нескольких часов. Затем на описанную выше смесь наносили покрытие с применением щелевой экструзионной головки при непрерывной подаче рулонного материала и отверждали. Указанный процесс проводили в атмосфере инертного газа. Проводили ряд экспериментов с разной смесью наночастиц, нанесенной на плоскую полимерную подложку или на пластмассовые подложки, покрытые барьерным слоем, с AlO в качестве барьерного слоя. После получения герметизирующего слоя наночастиц на оксиде AlO, верхний слой AlO формируют путем напыления с непрерывной подачей рулонного материала. Изображение (поперечное сечение) полученной барьерной многослойной структуры показано на фиг. 17 (верхний алюминиевый слой на фиг. 17 не показан).
Испытания на адгезию:
[0140] Инкапсулированный полимером нанослой, как описано в варианте реализации изобретения 1, наносили на ПЭТФ подложку с покрытием из оксида алюминия. Испытание на адгезию выполняли согласно ASTM STD 3359. Чтобы сделать перпендикулярный надрез на покрытиях, использовали инструмент для поперечной резки от BYK. Ленту Permacel применяли зачистки покрытия и очищенную площадь исследовали с применением оптического микроскопа. Отслоение инкапсулированного полимером нанослоя от ПЭТФ подложки с покрытием из оксида алюминия отсутствовало, как показано на фиг. 14А и фиг. 14В.
[0141] Перечень или обсуждение в этом описании ранее опубликованного документа не обязательно следует понимать как признание, что указанный документ является частью современного уровня техники или представляет собой общеизвестный факт.
[0142] Изобретение, описанное в настоящей заявке с целью иллюстрации, можно соответствующим образом реализовать на практике в отсутствии любого элемента или элементов, ограничения или ограничений, специально не описанных в настоящей заявке. Таким образом, например, термины "состоящий", "включающий", содержащий" и т.п. следует понимать в расширительном смысле и без ограничения. Кроме того, термины и выражения, применяемые в настоящей заявке, были использованы в качестве терминов описания, а не ограничения, и не предполагают применение таких терминов и выражений, которые исключают какие-либо эквиваленты показанных и описанных особенностей изобретения или его частей, но признается, что в рамках объема заявленного изобретения возможны различные модификации. Таким образом, следует понимать, что хотя настоящее изобретение было специально описано с применением типичных вариантов реализации и оптимальных свойств, модификации и варианты изобретения, реализованные и описанные в настоящей заявке, могут быть использованы специалистом в данной области техники, и что такие модификации и варианты включены в объем настоящего изобретения.
[0143] Настоящее изобретение было описано в данной заявке в общих чертах и не вдаваясь в подробности. Каждое из более узких разновидностей и субгенерических группировок, лежащих внутри общего описания, также образует часть изобретения. Такая часть включает общее описание изобретения с оговоркой или негативные признаки, которые удаляют любой предмет изобретения из класса, независимо от того, упоминался ли или нет удаленный материал в настоящей заявке.
[0144] Другие варианты реализации изобретения находятся в рамках прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, если признаки или аспекты изобретения описаны в терминах групп Маркуша, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение также тем самым описано в терминах любого отдельного элемента или подгруппы членов группы Маркуша.