OLED封装技术
摘要：有机电致发光器件(OLED)因具有较多的优点,在显示领域有着光明的前景,其最大的优越性在于能够实现柔性显示,制作成柔性有机电致发光二极管(FOLED)。OLED对水蒸气和氧气非常敏感,渗透进入器件内部的水蒸气和氧气是影响OLED寿命的主要因素,因此,封装技术对器件非常重要。对现有的主要的FOLED衬底材料和新型封装方法进行了总结,分析各种衬底材料的优缺点。阐述了最新研究工作中柔性衬底的选择和新型封装方法的进展。
关键词：有机电致发光器件；柔性有机电致发光；衬底材料；封装方法
1引言黄元申为什么出家
OLED器件从最初的单层结构发展到今天,出现了各种复杂的结构,发光性能也有了质的飞跃,同时与之适应的各种有机材料也越来越多。从整体上讲,OLED器件已经开始产业化,但其产业化的进程远远低于人们的预料,其原因主要是OLED器件的寿命和稳定性问题,而有机电致发光材料与阴极材料的稳定性是制约OLED器件寿命与稳定性的瓶颈。有机电致发光材料对氧气及水蒸气特别敏感,OLED器件对氧气及水蒸气的渗透率要求比较严格,各种器件结构、封装材
料、封装方法都是围绕着提高OLED器件寿命及稳定性展开的。OLED器件可以做在柔性衬底上,制成柔性器件,这些特点使电致发光器件有着强劲的潜能和巨大的市场前景。
2 OLED器件的发光原理及基本结构
2.1OLED器件的发光原理
OLED器件的基本原理是通过正负载流子注入有机半导体薄膜后复合产生发光。发光过程大致如下,在正向电压的驱动下,阳极向有机层注入空穴,阴极向有机层注入电子,载流子在有机层内分别朝着对方电极方向移动,并在有机层内特定的位置相遇结合形成激子,激发发光分子,发光分子经过辐射弛豫而发出可见光。
2.2OLED器件的结构
OLED器件的基本结构属于夹层式结构,有机发光层被两侧电极像三明治一样夹在中间,一侧为透明电极以便获得面发光输出。阳极一般使用功函数较高的材料即氧化铟锡(ITO)。在阳极ITO表面用蒸镀法(小分子)或旋转涂层法(聚合物)制备单层或多层有机膜,有机膜上蒸镀功函数较低的阴极金属材料,以增加电子的注入效率。
3 OLED器件柔性衬底的选择
由于OLED的各功能层是柔性的,采用柔性衬底之后就能制成柔性有机电致发光(FOLED)器件,实现完全的柔性显示,并且当器件弯曲时,器件的出光率会随着弯曲度的变化而变化。出光率直接影响着器件的发光亮度,从而使OLED器件的使用范围进一步扩大。由于OLED发光材料容易受到氧气和水蒸气的影响,OLED器件的封装对氧气和水蒸气的阻隔有一定的要求,氧气的渗透率(OTR)要求小于10-3mL/(m2·d),对水蒸气的渗透率(WVTR)要求小于5×10-6g/(m2·d)。目前,FOLED的研究主要集中在衬底材料的选取、电极材料的选取和器件的封装技术这三个方面,FOLED衬底的研究现状主要有以下几个方面。
3.1聚合物材料衬底
目前,FOLED衬底一般采用的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)等,但最常用的是PET和PEN等材料。选择聚合物材料做衬底的原因主要是因为其柔韧性好、质量轻、耐冲击等主要优点。但是,选择聚合物衬底还是存在很多问题,如:聚合物材料对水蒸气和氧气的阻隔能力差,
很难满足FOLED对水蒸气和氧气渗透率的封装要求;其表面粗糙度太大,镀制在聚合物衬底上的多层薄膜容易产生缺陷,影响器件的性能;聚合物材料的耐受温度较低,在器件制作的高温工艺过程中容易扭曲变形,并且在低温工艺下其形状也不稳定;由于聚合物的玻璃化温度较低,低温下的镀膜工艺使ITO膜的电导率、光透射率低,器件性能显著降低;聚合物与ITO膜的热膨胀系数极不匹配,温度升高时,聚合物衬底收缩,ITO薄膜膨胀,ITO薄膜就会从衬底上脱落下来而损坏器件;在制作有源矩阵FOLED时,由于薄膜晶体管(TFT)的制作工艺温度远远高于聚合物的玻璃化温度,TFT制作过程很难完成,从而大大限制了FOLED性能的提高。
3.2金属箔片衬底
金属箔片衬底的耐受温度高(大于1000℃)、对水蒸气和氧气的阻隔性能基本能达到OLED器件的制作要求,金属箔片厚度在小于0.1mm时有较高的机械强度等优点。但是金属是不透光的,选择金属箔片做衬底的时候,FOLED器件只能制作为顶层发光器件;金属是可导电的材料,表面粗糙度较大,为了避免表面导电并覆盖掉金属箔表面的凹凸不平,必须在表面镀制SiO2等薄膜作为缓冲层,SiO2层镀制的厚度必须有一定的要求,这样会延长SiO2层的镀制时间,增加衬底的厚度,降低衬底的可弯曲程度。
3.3超薄玻璃衬底
梦见自己剃光头当玻璃的厚度小于50μm的时候,可表现出良好的可弯曲性,玻璃具有良好的可见光通透性,对水蒸气和氧气的阻隔性能良好,化学和热稳定性良好,表面光洁度高,并且绝缘,是理想的OLED衬底材料。但是超薄玻璃满足厚度要求之后,柔韧性会变差,也很脆弱,易产生裂纹,外界产生的较小的应力会使超薄玻璃产生裂痕,超薄玻璃的边缘部位在切割时易破裂。这些问题使超薄玻璃衬底的制造和使用都非常困难。
夜深了3.4陆星材在聚合物上覆盖单层无机薄膜或者多层有机/无机薄膜衬底
聚合物衬底存在不少的缺点,在聚合物上覆盖单层无机薄膜或者多层有机或者无机薄膜后做衬底,可以使衬底对水蒸气和氧气的阻隔能力大大提高,同时可以降低聚合物衬底的表面粗糙度,提高器件的性能,但是,覆盖薄膜的方法仍然不能够解决衬底的耐高温的问题。敬亭山在哪个省哪个市
目前FOLED的衬底材料主要有以上4种,选择不同的材料,都有各自的优缺点,但这4种材料制作FOLED器件都很难满足高性能器件衬底的要求。
4 新型柔性封装技术
要提高FOLED器件的性能,除了要提高衬底材料的表面光洁度,防止由于表面不平坦而使器件的发光层受到损坏,防止ITO薄膜与衬底脱落以外,更重要的是防止水蒸气和氧气通过衬底和盖板以及封装材料渗透进入器件内部,而导致器件失效。所以,要提高器件寿命,研究出对水蒸气和氧气具有良好的阻隔性能的柔性封装材料和封装技术是非常重要的。目前常用的封装技术是以玻璃衬底的玻璃或者金属盖板封装技术、单层或者多层薄膜封装技术、以有机物和无机物交替的Barix薄膜封装技术。要实现柔性显示,就要选择适当的柔性封装方法。这4种常见的FOLED封装技术虽然在一定程度上能满足器件的封装要求,但是这些封装方法制备的FOLED器件对水蒸气和氧气的阻隔性能远远不及刚性显示器件,在耐受温度、热稳定性和机械强度方面都存在多种缺陷,影响FOLED器件的使用寿命。李军建提出了一种新型的柔性有机发光二极管的封装结构和封装方法。此方法是以柔性和透明的云母单晶薄片为基板,以低熔点的铟或者铟合金对盖板和基板进行封接。
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