OLED封装技术简介

发布:33 来源:转自柔性电子服务平台 发布日期:2019-07-19 14:46

实现OLED商品化需要解决的首要问题是如何保证器件的稳定发光。因OLED的有机材料对于水汽及氧气等物质非常敏感,因此必须采用各种方法对OLED器件进行有效封装,避免器件与水氧接触,以降低器件的老化速率,延长器件的使用寿命。OLED器件分为玻璃基板和塑料基板,针对不同的基板,封装技术也略有不同。

 

以玻璃为基板的封装技术

·         盖板封装技术

 

传统的OLED器件封装是在刚性基板(玻璃或金属)上制作电极和各有机薄膜功能层后,对这类器件进行封装时一般是在器件上加一个后盖板,环氧树脂在经过紫外固化后将基板和盖板粘接成一个整体,如图1所示。这样在器件内部形成一个封闭的屏罩,把器件的各个功能层和空气隔开,而空气中的水、氧等成分只能通过基板和盖板之间的环氧树脂向器件内部进行渗透,因此,这样能有效地防止OLED的各功能模块与空气中的水氧等成分发生反应。

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图1 传统的OLED后盖封装

 

对OLED进行封装所用的盖板,通常所用的有两种材料:玻璃及金属。整个封装过程都在充满惰性气体(如:氮气或氩气)的密闭空间(手套箱)内完成,手套箱内水汽含量必须少于3PPM。金属盖板封装既可以有效阻挡水汽、氧气等成分渗透到器件内部而保护OLED器件,又可以使器件坚固,但其不透光性限制了这种封装方法在有机电致发光器件上的应用。盖板封装时需要使用很多密封胶,由于密封胶的多孔性,容易使空气中的水汽、氧气渗透进入器件内部,影响OLED的使用寿命。因此在传统盖板封装工艺过程中,在器件内部加人氧化钙或氧化钡作为干燥剂以吸收侵人器件的水汽和氧气。盖板封装因其工艺成熟,成本比其它封装技术低,因此OLED器件产业多采用此封装技术进行封装。

 

·         钝化层封装技术

 

20世纪70年代初,以PECVD制备的氮化硅薄膜已大规模应用在硅集成电路工艺中作钝化层,氮化硅因其致密性的优点,能有效阻隔水汽和氧气的侵人,因此,氮化硅薄膜也可以应用于OLED器件封装,如图2所示。

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图2 氮化硅薄膜封装的OLED结构示意图

 

但随着温度升高,OLED器件的有机材料会产生结晶现象,温度越高结晶速度越快,有机材料出现结晶将导致器件的寿命大大缩短。因此,进行OLED封装时,氮化硅薄膜应在较低温度(< 50℃)下进行。封装后 OLED器件的使用寿命较封装前提高两个数量级。图2是氮化硅薄膜封装 OLED器件后的结构图。虽然氮化硅薄膜封装能有效延长OLED器件的使用寿命,但在实际工艺中薄膜多出现针孔和晶粒边界缺陷等现象,大大降低了薄膜致密性,封装的效果也没有预期理想,因此,封装中催生出多层薄膜封装技术。

 

·         原子层沉积封装(ALD)技术

 

ALD技术是利用一个二元反应(对反应进行控制)按照反复交替的顺序进行沉积,使原子层在发光顶端排列紧密,形成连续且紧贴器件的薄膜。ALD封装后的OLED器件不使用干燥剂,重量轻、透明,在85℃、相对湿度达到85%的加速测试环境条件先寿命达到1000小时以上。

 

·         三层结构钝化层封装技术

 

三层结构钝化层封装结构如图3所示,成膜材料使用高密度聚乙烯材料(HDPE)和Al-Li合金。封装过程如下:在金属阴极上沉积Al-Li合金,紧接着气相沉积聚乙烯薄膜,再包一层Al-Li合金,最后用聚乙烯膜对整个器件进行封装。在这种三层钝化结构的保护下,器件的寿命比封装前提高了近120倍。这种封装过程的所有步骤都是在真空腔体中连续完成的,其制作工艺简单、稳定。但这种封装存在散热效果较差的缺点,需要在材料或结构上进行改进。

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图3 三层结构钝化层封装的OLED结构示意图

 

·         Barix封装技术

 

Vitex Systems公司开发出了一种独特的薄膜隔离层封装结构,它对水汽和氧气的渗透性的阻挡起到相当于一张玻璃的效果,如图4所示。该保护层结构称为Barix,是由聚合物膜和陶瓷膜在真空中叠加而成,总厚度仅为3微米。该隔离层能直接加在 OLED显示器的上面,且不再需要使用机械封装元件就可实现对OLED器件水气和氧气的隔离保护。Barix技术将可能推进OLED更广泛的工业应用,使OLED成为零边界、超薄显示器中的一种有力的竞争技术。该工艺具有减少针孔,能非常有效的隔绝水氧的渗透,可靠性高,还具有封装材料为透明的,工艺过程温度低等特点。


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图4 Barix封装的结构示意图(上)与剖面图(下)

Barix封装的具体过程是:将一种液态单体(liquid precursor) (如:聚丙烯酸酯等)快速蒸发,然后使蒸发气体流人一个真空室,在真空室中以液体形式凝聚在基板上(基板上形成的液态单体实际上是气体至液体的凝聚而不是沉积),如此可以填平基板的孔洞,使整个结构完全密封和平整化。然后使用紫外光对其进行聚合固化,发生交联,在真空中形成固态聚合物膜。其表面也达到原子级的平滑度。紧接着是将一个厚度仅为50nm的陶瓷膜沉积在聚合物层上面。由于聚合物层表面很平滑,陶瓷膜只有非常少的缺陷,经过3-5次的重复镀膜,能形成一个几乎完美的湿气隔离层,如图所示。经测量,所形成的湿气隔离层的渗水率大约为1 m2/d,该指标可以满足OLED显示器对渗水率的技术要求。

 

柔性基板(FOLED)的封装技术

以聚合物材料为基板制备得到的OLED器件具有柔韧性、质感更轻、更耐冲击等优点,更具市场前景。但透明的聚合物基板的材料本身较小的自由体积分数和较大的链段平均自由度决定了其对水氧的阻隔性能较差,如表1所示。因此在制备FOLED器件时,需要在塑料基底上沉积阻挡层来防止水氧的渗透,延长发光器件的使用寿命。阻挡层可以使无机氧化物和疏水性聚合物,但对于柔性器件的封装,单一阻挡层容易脆裂,效果较差,大多采用多层或叠层结构的阻挡层。Barix封装技术因采用聚合物层和无机氧化物层交替堆叠的方法,能够有效地对FOLED器件进行封装,延长器件使用寿命,消除各防护层材料之间的相互影响。

表1透明聚合物和衬底材料的水氧渗透

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文章出处 柔性电子服务平台