НЕОРГАНИЧЕСКИЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ПАКЕТ И ОТНОСЯЩИЕСЯ К НЕМУ СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ
INORGANIC MULTILAYER PACKAGE AND RELATED METHODS AND COMPOSITIONS

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Эта заявка объявляет приоритет Предварительных Заявок на патент США, имеющих порядковые номера 61/436,726, 61/436,732 и 61/436,744, каждая из которых была зарегистрирована 27 января 2011 г., и содержание каждой из которых полностью введено здесь ссылкой.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится, в общем случае, к многослойным пакетам и к их способам и композициям. Более конкретно, настоящее изобретение относится к гибким многослойным пакетам, используемым в качестве капсул в таких применениях, как изготовление фотогальванических элементов, электролитических элементов, полупроводникового освещения и дисплеев на светоизлучающих диодах (СД).
СУЩЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Самая различная продукция, такая как электронные приборы, медицинские приборы и лекарственные препараты, чувствительна к парам воды и газам окружающей атмосферы, воздействие которых приводит к порче продукции и/или ухудшению характеристик продукции. В соответствии с этим, в качестве средства защиты, позволяющего предотвратить такое нежелательное воздействие, обычно используются блокировочные покрытия.
-4
2
2
В качестве блокировочных покрытий часто используются пластмассовое покрытие или слои пластмассы. К сожалению, они имеют такой недостаток, как плохая сопротивляемость к проникновению газа или жидкости, которая в типичном случае имеет величину на несколько порядков ниже, чем величина сопротивляемости к проникновению, требуемая для получения приемлемых характеристик продукции. Например, от герметического покрытия некоторых дисплеев на СД и фотогальванических элементов требуются, чтобы перенос паров воды составлял величину порядка <10 г/м/день, но, в противовес этому требованию, скорость переноса паров воды в полиэтилентерефталате (PET), обычно используемого в качестве пластмассовой подложки, составляет величину порядка между приблизительно 1 и 10 г/м/день. Специалистам в этой области техники будет понятно, что величина переноса паров воды может рассматриваться как величина, обратно пропорциональная сопротивляемости к проникновению воды.
x
x
3
4
2
В других применениях защита от воздействия нежелательных элементов осуществляется нанесением блокировочных покрытий на пластмассовые пленки типа PET для снижения проницаемости паров воды. Эти покрытия обычно представляют собой единичные слои неорганических материалов, таких как Al, SiO, AlO и SiN, осажденных на пластмассовые подложки, используя хорошо известные процессы вакуумного осаждения. Однослойное покрытие из этих неорганических материалов будет в типичном случае снижать проницаемость паров воды в PET от 1.0 до 0.1 г/м/день. Таким образом, единичное блокировочное покрытие на пластмассовой подложке также не отвечает требуемой величине сопротивляемости к проникновению.
На Фиг. 1 показана диада 10, представляющая собой структуру, которая образована, когда неорганический блокировочный слой, или покрытие, 12 сформирован поверх органического слоя 14 (например, из акрила). Диада 10 может быть осаждена в качестве защитного слоя на полимерной подложке. Блокировочный слой 12 состоит из плотно упакованных частиц оксида и действует как обычный диффузионный барьер, задерживающий проникновение через него газа или влаги. Однако дефекты, обычно присутствующие в блокировочном слое, позволяют влаге и молекулам газа окружающей среды диффундировать через оксидные частицы, и в конечном итоге ухудшают расположенные за ним электронные компоненты, такие как фотогальванические элементы и органические светоизлучающие диоды. Для устранения недостатков, связанных с наличием этих дефектов, на блокировочный слой 12 наносится неорганический слой 14, как попытка сгладить дефекты и подстилающую поверхность полимерной подложки. В некоторых других подходах на полимерных подложках осаждается несколько диад, служащих предпосылкой того, что несовпадение между собой дефектов, которые имеются в нескольких диадах, приведет к дальнейшему снижению проникновения газа и влаги. Однако осаждение нескольких диад приводит к более дорогим барьерам, а также снижает гибкость получаемой в результате барьерной пленки.
Безотносительно к тому, используется ли в качестве защитной меры единичный слой блокировочного покрытия или единственная диада, или несколько диад, традиционные схемы замедления диффузии, описанные выше, не обеспечивают защиту расположенного за ними полимерного слоя в необходимой степени для конкретного прикладного случая (например, в случае фотогальванического элемента или дисплея на СД). В частности, дефекты, имеющиеся в неорганическом слое, эффективно не заполняются и предоставляют диффузионный канал для влаги и неблагоприятных газов окружающей среды, по которому они проходят с поверхности блокировочного слоя к полимерной подложке. Традиционные полимерные подложки не способны надлежащим образом защитить основное изделие, которое герметизируется от воздействия влаги и неблагоприятных газов окружающей среды. В результате, соответствующее изделие со временем ухудшается, в конце концов, отказывая и имея относительно более короткий срок службы.
Это, тем самым, определяет необходимость разработки новых защитных слоев, которые эффективно защищают основные изделия, чувствительные к влаге и газам, от влаги и неблагоприятных газов окружающей среды и которые не имеют недостатков, создаваемых традиционными реализациями блокировочного слоя и диад.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В контексте вышеизложенного, одной особенностью настоящего изобретения является предоставление многослойного пакета. Этот многослойный пакет содержит: (1) один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; (2) неорганический химически активный слой, расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, и этот химически активный слой обладает способностью вступать в реакцию с молекулами газа или пара; и (3) при этом, в рабочем состоянии этого многослойного пакета молекулы пара или газа, которые диффундируют через один или более неорганические барьерные слои, вступают в реакцию с неорганическим химически активным слоем, и тем самым обеспечивается то, что многослойный пакет будет, большей частью, непроницаемым для молекул газа или пара.
Молекулы этого пара или газа могут включать, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которая состоит из влаги, кислорода, азота, водорода, углекислоты, аргона и сероводорода. В соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения, неорганический барьерный слой включает, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которая состоит из металла, оксида металла, нитрида металла, оксинитрида металла, карбонитрида металла и оксикарбида металла. Композиция металла в неорганическом барьерном слое предпочтительно включает, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которая состоит из алюминия, серебра, кремния, цинка, олова, титана, тантала, ниобия, рутения, галлия, платины, ванадия, индия и углерода.
Неорганический химически активный слой предпочтительно включает, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которая состоит из оксида щелочного металла, оксида цинка, оксида титана, оксида цинка с присадками металла и оксида кремния. В некоторых примерах осуществления, неорганический слой настоящего изобретения легирован одним или более химическими компонентами без кислородных соединений.
Толщина каждого неорганического барьерного слоя и неорганического химически активного слоя может находиться между приблизительно 10 нм и приблизительно 1 микрон. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения, один или более барьерных слоев включают два барьерных слоя, а химически активный слой расположен между двумя барьерными слоями. Химически активный слой предпочтительно включает столбчатые структуры. Каждый из одного или более барьерных слоев может быть выполнен из одного или более аморфных веществ. Неорганические барьерные слои являются предпочтительно, большей частью, прозрачными для приложений, требующих передачи света.
Другой особенностью настоящего изобретения является предоставление фотогальванического модуля. Фотогальванический модуль содержит: (1) фотогальванический элемент; и (2) капсулу, по меньшей мере, частично заключающую в себе фотогальванический элемент, а капсула также включает: (а) один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; (б) неорганический химически активный слой, расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, а химически активный слой обладает способностью вступать в реакцию с молекулами газа или пара; и (в) при этом в рабочем состоянии капсулы фотогальванического элемента молекулы пара или газа, которые диффундируют через один или более неорганические барьерные слои, вступают в реакцию с неорганическим химически активным слоем, и тем самым обеспечивается возможность того, что капсула защищает фотогальванический элемент от молекул газа или пара. В одном примере осуществления, фотогальванический элемент настоящего изобретения представляет собой один элемент, выбранный из группы, которая состоит из фотогальванического элемента на базе кремния, тонкопленочного фотогальванического элемента, органического фотоэлектрического фотогальванического элемента и сенсибилизированного красителем фотогальванического элемента. Этот тонкопленочный фотогальванический элемент предпочтительно включает, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которая состоит из меди, индия, галлия, мышьяка, кадмия, теллура, селена и серы.
Еще одной особенностью настоящего изобретения является предоставление модуля генерации света. Этот модуль генерации света содержит: (1) световой источник; и (2) капсулу, по меньшей мере, частично заключающую в себе световой источник; а упомянутая капсула кроме того включает: (а) один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; (б) неорганический химически активный слой, расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, а химически активный слой обладает возможностью вступать в реакцию с молекулами газа или упомянутого пара; и (в) при этом в рабочем состоянии капсулы, молекулы пара или газа, которые диффундируют через один или более неорганические барьерные слои, вступают в реакцию с неорганическим химически активным слоем, и тем самым обеспечивается то, что капсула защищает световой источник от молекул газа или пара. В определенных примерах осуществления, световой источник настоящего изобретения включает органические или неорганические светоизлучающие диоды.
В еще одной особенности, настоящее изобретение содержит дисплей на светоизлучающих диодах ("СД"). Дисплей на СД содержит: (1) светоизлучающий диод; и (2) капсулу, по меньшей мере, частично заключающую в себе СД, а капсула кроме того включает: (а) один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; (б) неорганический химически активный слой, расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, а химически активный слой вступает в реакцию с молекулами газа или пара; и (в) при этом, в рабочем состоянии капсулы молекулы пара или газа, которые диффундируют через один или более неорганические барьерные слои, вступают в реакцию с неорганическим химически активным слоем, и тем самым обеспечивается то, что капсула защищает СД от молекул газа или пара. В некоторых примерах осуществления, СД настоящего изобретения включает органические светоизлучающие диоды, известные также как ОСИД. В еще одной особенности, настоящее изобретение предоставляет электролитический элемент. Этот электролитический элемент содержит: (1) катод; (2) анод; (3) электролит; и (4) капсулу, по меньшей мере, частично заключающую в себе катод, анод и электролит, при этом капсула кроме того включает: (а) один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; (б) неорганический химически активный слой, расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, а химически активный слой вступает в реакцию с молекулами газа или пара; и (в) при этом, в рабочем состоянии капсулы электролитического элемента, молекулы пара или газа, которые диффундируют через один или более неорганические барьерные слои, вступают в реакцию с неорганическим химически активным слоем, и тем самым обеспечивается то, что капсула защищает электролитический элемент от молекул газа или пара. В некоторых примерах осуществления, электролитический элемент настоящего изобретения является гибким.
В другой особенности, настоящее изобретение предоставляет модуль пассивного индикатора. Этот модуль пассивного индикатора содержит: (1) пассивный индикатор; и (2) капсулу, по меньшей мере, частично заключающую в себе пассивный индикатор, при этом капсула включает: (а) один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; (б) неорганический химически активный слой, расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, а химически активный слой обладает способностью вступать в реакцию с молекулами газа или пара; и (в) при этом, в рабочем состоянии капсулы пассивного индикатора, молекулы пара или газа, которые диффундируют через один или более неорганические барьерные слои, вступают в реакцию с неорганическим химически активным слоем, и тем самым обеспечивается то, что капсула защищает пассивный индикатор от молекул газа или пара. Пассивный индикатор включает электрофоретический индикатор или многослойный жидкокристаллический индикатор.
В еще одной особенности, настоящее изобретение предоставляет способ изготовления многослойного пакета на подложке для использования в качестве капсулы. Этот способ содержит: (1) загрузку гибкой подложки на валковую установку для нанесения покрытий; (2) смещение гибкой подложки или части машины для нанесения покрытий так, что гибкая подложка занимает первое положение внутри машины для нанесения покрытий; (3) изготовление одного или более неорганических барьерных слоев на гибкой подложке, когда гибкая подложка находится в первом положении, и неорганический барьерный слой обладает способностью снижения переноса через него молекул пара или газа; (4) смещение гибкой подложки или машины для нанесения покрытий так, что гибкая подложка занимает второе положение внутри валковой установки для нанесения покрытий, и второе положение отличается от первого положения; и (5) формирование химически активного слоя, смежного с одним или более барьерными слоями, при этом химически активный слой вступает в реакцию с молекулами пара или газа, которые диффундируют через неорганический барьерный слой, и один или более барьерных слоев и химически активный слой объединяются на гибкой подложке и образуют многослойный пакет.
Описанный выше способ предпочтительно содержит применение этого многослойного пакета, по меньшей мере, к одной функциональной единице, выбранной из группы, которая состоит из фотогальванического элемента, светового источника и дисплея на светоизлучающих диодах, и электролитической ячейки. Этап изготовления может включать, по меньшей мере, одну технологию, выбранную из группы, которая состоит из напыления, реактивного ионно-лучевого распыления, термовакуумного испарения, реактивного термовакуумного испарения, химического осаждения из паровой фазы, процесса покрытия в растворе и химического осаждения из паровой фазы с плазменным ускорением. Подобным же образом, формирование химически активного слоя предпочтительно включает, по меньшей мере, одну технологию, выбранную из группы, которая состоит из напыления, реактивного ионно-лучевого распыления, термовакуумного испарения, реактивного термовакуумного испарения, химического осаждения из паровой фазы, процесса покрытия в растворе и химического осаждения из паровой фазы с плазменным ускорением. Этап изготовления, и формирования химически активного слоя может быть проведен при температуре, которая находится между приблизительно -20°С и приблизительно 200°С. Каждый этап изготовления и этап формирования проводится в технологической операции перемотки с валка на валок.
Этап загрузки в описанном выше способе предпочтительно содержит: (а) установку внутри валковой установки для нанесения покрытий гибкой подложки, намотанной вокруг катушки; и (б) вытягивание и фиксация гибкой подложки на приемно-намоточной катушке так, что, по меньшей мере, часть гибкой подложки вытягивается, что реализует этап изготовления. Во время этапов изготовления и формирования в описанном выше способе, подложка может контактировать с барабаном, на котором устанавливается температура, находящаяся между приблизительно -20°С и приблизительно 200°С.
В еще одной особенности, настоящее изобретение предоставляет композицию многослойного пакета на подложке для использования в качестве капсулы. Эта композиция содержит: (1) неорганический барьерный слой для снижения переноса через него молекул газа или пара, и при этом неорганический барьерный слой включает, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которая состоит из металла, оксида металла, нитрида металла, оксинитрида металла, карбонитрида металла и оксикарбида-оксинитрида металла; и (2) неорганический химически активный слой, содержащий эффективное количество химически активного вещества для вступления в реакцию с молекулами газов или пара, которые диффундировали через неорганический барьерный слой, а химически активное вещество включает, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которая состоит из оксида щелочного металла, оксида цинка, оксида титана, оксида цинка с присадками металла и оксида кремния. По меньшей мере, одно вещество в упомянутом неорганическом барьерном слое может иметь концентрацию, которая является величиной между приблизительно 1% (по весу) и приблизительно 100% (по весу), и, аналогично, по меньшей мере одно химически активное вещество может иметь концентрацию, которая является величиной между приблизительно 1% (по весу) и приблизительно 100% (по весу).
Построение и способ действия изобретения, вместе с его дополнительными целями и преимуществами, будут, однако, лучше всего поняты из последующих описаний конкретных примеров осуществления при чтении совместно с прилагаемыми фигурами чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1  показывает изображение поперечного сечения традиционного блокировочного покрытия, используемого для герметизации фотогальванических элементов.
Фиг. 2 - показывает многослойный барьерный пакет, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, для защиты от влаги и других неблагоприятных газов окружающей среды.
Фиг. 3  показывает изображение бокового разреза многослойного барьерного пакета, в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения, для защиты от влаги и других неблагоприятных газов окружающей среды.
Фиг. 4 - перспективное изображение столбчатой структуры химически активного слоя, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, который может быть использован в многослойном барьерном пакете на Фиг. 2 к/или Фиг. 3.
Фиг. 5 - вид сверху машины для нанесения покрытий, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, которая осуществляет изготовление изобретенных многослойных пакетов перемоткой с валка на валок.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В последующем описании излагаются многочисленные специфические особенности, с тем чтобы обеспечить всестороннее понимание настоящего изобретения. Однако специалистам в этой области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано без ограничения некоторыми или всеми этими специфическими особенностями. В других случаях не описываются подробно этапы хорошо известных процессов, с тем чтобы не затруднять без необходимости понимание предмета изобретения.
На Фиг. 2 показывается многослойный пакет 200, в котором барьерный слой 202 расположен с примыканием к химически активному слою 204. Многослойный пакет 200 изготовлен на подложке, предпочтительно на гибкой подложке, выполненной из пластмассы. В соответствии с предпочтительным примером осуществления, многослойный пакет настоящего изобретения служит в качестве капсулы для различных применений. В качестве примера, пластмассовая подложка с многослойным пакетом 200, образованным на ней, используется для герметического размещения фотогальванического модуля, электролитического элемента, модуля генерации света, дисплея на светоизлучающих диодах (СД) и модуля пассивного индикатора, с целью защиты основной структуры от воздействия влаги и неблагоприятных газов или газов окружающей среды.
В многослойном пакете 200 барьерный слой 202 служит в качестве барьера для влаги и неблагоприятных газов, таких как кислород, азот, водород, двуокись углерода, аргон и сероводород. Барьерный слой 202 содержит, по меньшей мере, одно вещество, выбранного из группы, которая состоит из металла, оксида металла, нитрида металла, оксинитрида металла, карбонитрида металла и оксикарбида металла. Кроме того, барьерный слой 202 предпочтительно содержит углерод или кислород в их элементарной форме или как часть химических соединений. Примерами барьерного слоя 202 являются оксид кремния, оксид алюминия, нитрид алюминия, оксинитрид алюминия, оксид тантала, оксид ниобия, нитрид кремния, оксинитрид кремния, оксикарбид кремния и карбонитрид кремния.
x
y
x
Барьерный слой 202 может быть выполнен из одного или более слоев неорганического вещества. В предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения барьерный слой 202 содержит аморфное вещество. Когда используется более одного органического слоя, то различные слои предпочтительно налагаются смежно друг на друга. Нет необходимости в том, чтобы тип неорганического материала, используемого в каждом слое, являлся бы одним и тем же, он может быть различным в определенных примерах осуществления настоящего изобретения. Хотя барьерный слой 202 может быть выполнен из любого неорганического материала, который служит в качестве барьера для упомянутых газов окружающей среды, в предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения барьерный слой 202 содержит композицию металлов, представленных в их элементарной форме или в форме соединения (как описано выше), которое содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из алюминия, серебра, кремния, цинка, олова, титана, тантала, ниобия, рутения, галлия, платины, ванадия и индия. В качестве примера, оксидом металла является AlO или SiO. В барьерном слое 202 наличие эффективного количества металлов или оксидов металлов снижает перенос молекул неблагоприятного газа или пара через барьерный слой. В предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения, металлы или оксиды металлов в барьерном слое 202 имеют концентрацию, которая находится между приблизительно 1% (по весу) и приблизительно 100% (по весу), а предпочтительно между приблизительно 1% (по весу) и приблизительно 50% (по весу).
Барьерный слой 202 имеет толщину, которая находится между приблизительно 10 нм и приблизительно 1 микрон, а предпочтительно между приблизительно 20 нм и приблизительно 300 нм.
Барьерный слой 202 предназначен для снижения переноса через него молекул газа или пара, но он не является полностью непроницаемым для влаги и определенных молекул неблагоприятных газов. С этой целью в настоящем изобретении используется химически активный слой 204, который образован для того, чтобы вступать в реакцию с влагой и молекулами неблагоприятных газов, например, кислорода, азота, водорода, углекислоты, аргона и сероводорода, которые диффундируют через барьерный слой 202. В соответствии с традиционными представлениями, реакционная природа химически активного слоя 204 нежелательна в фотогальванических элементах и других применениях, поскольку он абсорбирует влагу и неблагоприятные газы окружающей среды, являясь причиной ухудшения качества изделия и приводя в конечном итоге к отказу этого изделия. Однако в настоящем изобретении по-новому используется реакционная природа химически активного слоя 204 таким образом, что он является полезным при использовании в качестве барьерных пакетов. В частности, влага и газы окружающей среды или неблагоприятные газы, которые диффундируют через барьерный слой 204, вступают в реакцию с химически активным слоем 204, обеспечивая то, что многослойный пакет 200 будет, по-существу, непроницаем для молекул диффундировавшего газа или пара.
Химически активный слой 204 может быть выполнен из любого неорганического вещества и является, что желательно, химически однородным. Однако в предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения химически активный слой 204 содержит, по меньшей мере, одно химически активное вещество, выбранное из группы, состоящей из оксида щелочного металла, оксида цинка, оксида титана, оксида цинка с присадками металла и оксида кремния. В определенных примерах осуществления настоящего изобретения химически активный слой 204 имеет присадки из одного или более химических компонентов без кислородных соединений. Типичными примерами таких легирующих веществ без кислородных соединений являются щелочные металлы, такие как кальций, натрий и литий.
Каждый из одного или более химически активных слоев может быть выполнен из одинакового вещества или из различных веществ. Подобно барьерному слою 202, химически активный слой 204 может содержать один или более химически активных слоев, которые располагаются смежно друг с другом. Химически активный слой 204 содержит эффективное количество химически активного вещества и вступает в химическую реакцию с влагой и неблагоприятными газами или газами окружающей среды, которые диффундировали через примыкающий к нему барьерный слой. В предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения в химически активном слое 204 химически активное вещество имеет концентрацию, которая находится между приблизительно 1% (по весу) и приблизительно 100% (по весу). Однако в более предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения химически активное вещество в химически активном слое 204 имеет концентрацию, которая находится между приблизительно 90% (по весу) и приблизительно 100% (по весу).
Химически активный слой 204 может иметь суммарную толщину, величина которой находится между приблизительно 10 нм и приблизительно 1 микрон, а предпочтительно, которая находится между приблизительно 20 нм и приблизительно 500 нм. В некоторых применениях, где многослойный пакет 200 изготавливается на пластмассовой подложке и используется как капсула, существует риск того, что во время поставки, обращения и хранения изделия, заключенного в капсулу, влага и неблагоприятные газы окружающей среды будут диффундировать через пластмассовую подложку и вступят в реакцию с химически активным слоем 204. В результате, требуемое реакционное свойство химически активного слоя 204 уменьшится, делая тем самым многослойный пакет 200 неэффективным. Исходя из этого, в некоторых предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения создается дополнительный барьерный слой, который располагается между пластмассовой подложкой и химически активным слоем.
Если химически активный слой 204 по своему составу является подобным барьерному слою 202, тогда предпочтительно иметь химически активный слой, который в значительной степени отличается от барьерного слоя по структуре, степени легирования, степени кристалличности (включая случай, когда один слой является аморфным, в то время как другой не является таковым) или по химической активности к соединению с влагой или неблагоприятными газами окружающей среды.
На Фиг. 3 показывается многослойный пакет 300, в соответствии с альтернативным примером осуществления настоящего изобретения. Многослойный пакет 300 содержит химически активный слой 304, который расположен между двумя барьерными слоями 302 и 306. Химически активный слой 304 на Фиг. 3 подобен, в основном, химически активному слою 204 на Фиг. 2, а барьерные слои 302 и 306 на Фиг. 3 подобны, в основном, барьерному слою 202 на Фиг. 2. Аналогично многослойному пакету 200, многослойный пакет 300 также изготавливается на некоторой подложке. Однако в предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения пакет 300 изготавливается на гибкой, пластмассовой подложке.
В конфигурации многослойного пакета, показанного на Фиг. 3, влага или молекулы неблагоприятного газа или газа окружающей среды, которые диффундируют через пластмассовую подложку, блокируются барьерным слоем 302 перед тем, как они достигнут химически активного слоя 304. В результате, барьерный слой 302 защищает химически активный слой 304 от влаги и неблагоприятных газов или газов окружающей среды, которые диффундируют через подложку из полимерного субстрата.
Безотносительно к тому, используется ли многослойный пакет 200, показанный на Фиг. 2, или многослойный пакет 300, показанный на Фиг. 3, слой с химически активным компонентом имеет, что предпочтительно, столбчатую структуру 404, показанную на Фиг. 4, которая расположена в качестве химически активного слоя (например, химически активный слой 204 на Фиг. 2 или химически активный слой 304 на Фиг. 3). Химически активный слой, имеющий столбчатую структуру, представляет собой предпочтительный пример осуществления настоящего изобретения, поскольку такая структура обеспечивает больше площади той активной поверхности, которая вступает в реакцию с диффундировавшими химическими веществами.
Хотя предложенные барьерные и химически активные слои на Фиг. 2 и Фиг. 3 показаны в виде слоев, контактирующих между собой, нет необходимости, чтобы они были таковыми. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения, между барьерными и химически активными слоями может быть расположен промежуточный слой, исполняющий одну или более различных функций. В качестве примера, промежуточный слой может быть использован для выравнивания одной из двух или обеих поверхностей барьерного и химически активного слоев, между которыми он расположен. В результате, в тех случаях, где в спецификации написано, что барьерный слой располагается смежно с химически активным слоем, термин "смежно" не ограничивается теми примерами осуществления, где барьерные и химически активные слои контактируют между собой. Сюда входят также те примеры осуществления, где между барьерными и химически активными слоями расположены один или более промежуточных слоев.
Кроме того, в соответствии с описанными выше предпочтительными примерами осуществления, каждый из изобретенных барьерных и химически активных слоев выполняются из одного или более различных типов неорганических веществ. Однако в других примерах осуществления настоящего изобретения, изобретенные барьерные и химически активные слои не ограничиваются этим случаем. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения, каждый из барьерных и химически активных слоев выполняются из одного или более различных типов органических веществ.
В предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения, многослойный пакет 200 на Фиг. 2 и многослойный пакет на Фиг. 3 используются в качестве капсулы. В качестве примера, при использовании в аппаратуре с фотогальваническими элементами изобретенные многослойные пакеты применяются для заключения в капсулу фотогальванического элемента. В другом примере, в осветительной аппаратуре, где используется модуль генерации света, изобретенные многослойные пакеты применяются для заключения в капсулу источника света. В еще одном примере, в электролитическом элементе, изобретенные многослойные пакеты применяются для заключения в капсулу катода, анода и электролита. В еще одном примере, в аппаратуре с дисплеем, изобретенные многослойные пакеты применяются для заключения в капсулу дисплеев, таких как дисплей на СД или пассивный индикатор. Специалистам в данной области техники понятно, что заключение в капсулу фотогальванических элементов, модулей генерации света, электролитических ячеек, дисплеев на СД и пассивных индикаторов осуществляется с использованием технологий, хорошо известных этим специалистам.
В соответствии с традиционными представлениями, когда при образовании многослойного пакета один слой формируется так, что он примыкает к другому слою, то дефекты, имеющиеся в одном слое, распространяются на смежный слой, что нежелательно. Проблема распространения дефектов обостряется по мере того, как возрастает число слоев в многослойном пакете. В полной противоположности этому, в настоящем изобретении поразительно и неожиданно обнаруживается, что неорганический слой покрывает дефекты, существующие в смежном с ним слое, и сглаживает смежный слой. В результате оказывается, что предложенные многослойные пакеты являются особенно предпочтительными при использовании в качестве барьеров влаги и пара, поскольку они предотвращают или существенно снижают распространение дефектов или неблагоприятной структуры из одного слоя в другой.
Хотя предложенные многослойные пакеты могут быть выполнены с использованием любой технологии, хорошо известной специалистам в этой области техники, использование технологии перемотки с валка на валок, которая обеспечивает относительно высокую производительность, представляет предпочтительный пример осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 5 показывается вид сверху машины для нанесения покрытий 500, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения. Машина для нанесения покрытий, называется также "валковая установка для нанесения покрытий", поскольку она покрывает валок гибкой пленки. Машина для нанесения покрытий 500 содержит разматывающий валок 502, натяжной валок 504, приемно-намоточный валок 506, барабан осаждения с управляемой температурой 508, одну или более зон осаждения 510 и камеру осаждения 512. Каждая из одной или более зон осаждения 510, как это рассмотрено ниже, содержит вещество мишени, которое в конечном итоге осаждается на гибкой подложке, источник питания и заслонки.
Способ покрытия, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, начинается с того, что на разматывающий валок 502 загружается гибкая подложка 514. Гибкая подложка 514 предпочтительно наматывается вокруг катушки, которая загружается на разматывающий валок 502. Обычно из катушки вытягивается некоторая часть намотанной на ней гибкой подложки и направляется вокруг натяжных валков 504 и барабана осаждения 508, который может вращаться, так что подложка поступает на приемно-намоточный валок 506. В состоянии, когда машина для нанесения покрытий 500 работает, разматывающий валок 502, приемно-намоточный валок 506 и барабан осаждения 508 вращаются, чем обеспечивается смещение гибкой подложки 514 вдоль различных участков вокруг охлажденного барабана осаждения 508.
Как только гибкая подложка 514 загружается внутрь машины для нанесения покрытий 500, происходит процесс покрытия, начинающийся с возникновения плазменного разряда внутри зоны осаждения 510. Заслонки в зонах покрытия направляют заряженные частицы в поле плазмы, эти частицы соударяются с веществом мишени и выбрасывают это вещество так, что оно осаждается на гибкой подложке. Во время процесса покрытия температура гибкой подложки 514 управляется, используя барабан осаждения 508 предпочтительно при таких значениях температуры, которые не приводят к повреждению подложки. В этих примерах осуществления настоящего изобретения, где гибкая подложка 514 содержит полимерное вещество, барабан осаждения 508 охлаждается так, что температура барабана осаждения является предпочтительно около или ниже температуры стеклования полимерного вещества. Такое охлаждающее воздействие предотвращает плавление подложки на базе полимера во время процесса осаждения, и тем самым устраняет разрушение подложки на базе полимера, которое могло бы возникнуть при отсутствии барабана осаждения 508.
Как можно увидеть из Фиг. 5, создается несколько зон осаждения, каждая из которых может быть специализирована на эффективное осаждение определенного вещества на полимерную подложку. В качестве примера, в одной из зон осаждения вещество мишени содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, которая состоит из металла, оксида металла, нитрида металла, оксинитрида металла, карбонитрида металла и оксикарбида металла, для обеспечения осаждения барьерного слоя (например, для изготовления барьерного слоя 202 на Фиг. 2 или изготовления, по меньшей мере, одного из барьерных слоев 302 и 306 на Фиг. 3). В качестве другого примера, вещество мишени в другой из зон осаждения содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, которая состоит из оксида щелочного металла, оксида цинка, оксида титана, оксида цинка с присадками металла и оксида кремния, для изготовления химически активного слоя (например, для изготовления химически активного слоя 204 на Фиг. 2 или химически активного слоя 304 на Фиг. 3). Посредством смещения гибкой подложки 514 от одного участка к другому, могут быть осаждены на подложке, на различных ее зонах осаждения, различные типы вещества мишени и различной его толщины. Машина для нанесения покрытий 500 может быть использована для реализации, по меньшей мере, одной технологии, которая выбрана из группы, состоящей из напыления, реактивного ионно-лучевого распыления, термовакуумного испарения, реактивного термовакуумного испарения, химического осаждения из паровой фазы и химического осаждения из паровой фазы с плазменным ускорением.
Примечательно, что вместо перемещения подложки от одного положения к другому при осуществлении осаждения нескольких слоев, предложенные особенности настоящего изобретения могут быть реализованы, когда подложка удерживается в стационарном положении, а перемещается, по меньшей мере, часть машины для нанесения покрытий или перемещается как подложка, так и машина для нанесения покрытий.
Безотносительно к определенному способу, реализованному для осаждения, будет приниматься во внимание то, что технология перемотки с валка на валок настоящего изобретения обеспечивает очень быстрое осаждение различных типов слоев различной толщины на подложке для формирования изобретенных многослойных пакетов. Предложенный в изобретении способ изготовления перемоткой с валка на валок обеспечивает очень высокую производительность, которая имеет следствием повышенную прибыльность. На фоне текущего состояния, когда промышленность фотогальванических элементов остается проблемной, чтобы стать коммерчески жизнеспособным решением альтернативной энергии, предложенные в изобретении многослойные пакеты и способы предоставляют очевидное улучшение перед традиционными решениями и способами.
Как было объяснено выше, барьерные и химически активные слои в многослойном пакете 300 на Фиг. 3 могут быть выполнены из подходящих веществ неорганических оксидов, так что получаемые многослойные пакеты являются как гибкими, так и непроницаемыми к парам воды. В настоящем изобретении признается, что если величина адсорбции паров воды через барьерный слой ограничена, то химически активный слой внутри многослойного пакета обладает повышенной долговечностью. Более того, в настоящем изобретении также признается, что минимизацией количества паров воды, поступающего на поверхность раздела барьерного и химически активного слоев, достигается ограниченная адсорбция.
Хотя были показаны и описаны проиллюстрированные примеры осуществления этого изобретения, подразумеваются и другие модификации, изменения и замены. В качестве примера, настоящее изобретение раскрывает барьеры простых газов и паров воды; однако возможно также снизить перенос органических веществ, используя системы, способы и композиции настоящего изобретения. Соответственно, предполагается, что прилагаемые пункты формулы изобретения будут истолкованы широко и таким образом, который согласуется с объемом раскрытия, как это сформулировано в следующих пунктах формулы изобретения.