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【中心議題】

•     *柔性OLED的薄膜封裝技術
•     *柔性OLED器件中的干燥劑

【解決方案】

•     *給器件加一個柔性的聚合物的蓋板,然后在基板和蓋板上制作阻擋層以阻擋水汽和氧氣的滲透
•     *在基板和各功能層上制作單層或多層薄膜阻擋水、氧等成分的滲透

有機電致發光顯示與其他形式的顯示相比,有一個重要的優勢就是可以實現柔性顯示。1992年Gustafsson等人發明了基于PET (ploy-ethylene-terephthalate)基板上的柔性高分子材料的OLED;1997年Forrest等人發明了柔性小分子材料的OLED。這類顯示器件柔軟可以變形且不易損壞,可以安裝在彎曲的表面,甚至可以穿戴,因而日益成為國際顯示行業的研究熱點。對于柔性OLED來說,傳統的封裝方法因為蓋板是不可卷曲的,因而是無效的。

柔性OLED主要有以下兩種封裝方法: (1)與傳統的OLED器件類似,考慮給器件加一個柔性的聚合物的蓋板,然后在基板和蓋板上制作阻擋層以阻擋水汽和氧氣的滲透。(2)在基板和各功能層上制作單層或多層薄膜阻擋水、氧等成分的滲透。以上兩種封裝方法如圖2, 3所示。

圖3所示的用薄膜直接封裝與圖2所示比起來,器件更薄,而且不必擔心在柔性顯示時,聚合

物蓋子的磨損,但是這種封裝要求薄膜阻擋層在形成過程中必須與OLED的基板緊密粘接,該過程一般在較低的溫度下完成,而且要盡量避免對有機層的損壞。

另外,如果器件的基板為對水汽和氧氣阻擋性能很好的物質,如是極薄的玻璃或金屬時,封裝時也可以不要基板上的阻擋層。

柔性OLED的薄膜封裝技術

薄膜封裝技術在OLED發展之前就已經廣泛用于食品和藥品的包裝。20世紀60年代,無機涂層就被用來涂在聚合物上以減少水分對聚合物的滲透作用。有機-無機混合聚合物涂層也在這時得到應用。在PET上蒸鍍鋁膜技術也在70年代商業化。

對于柔性OLED來說,進行薄膜封裝比較困難,柔性OLED基板和蓋板上制作的阻擋層應滿足以下要求:必須能與OLED的基板或蓋板緊密結合;水、氧滲透率滿足OLED的壽命要求;要有一定的機械強度;阻擋層自身是穩定的;其他各工作層的形成對阻擋層不產生影響;阻擋層是柔性的。

柔性OLED器件的薄膜封裝,通常采用單層薄膜封裝和多層薄膜封裝兩種封裝方式。

1　單層薄膜封裝

這種封裝方法一般是利用等離子體化學氣相沉積(PECVD)或真空蒸鍍技術,在基板上和器件上制備一層阻擋層,以此來阻擋水汽和氧氣的滲透。

阻擋層材料多為硅氧化合物或硅氮化合物等。為了研究單層薄膜(無機薄膜和有機薄膜)對水汽的阻擋作用,我們進行了如下的實驗, (1)在PET基板上制作OLED器件,采用器件結構為ITO/TPD/Alq3/LiF/Al,以Al作為陰極,當器件的陰極蒸鍍完成后,在器件陰極上再蒸鍍一層厚度為150 nm的SiO2作為阻擋層(溫度1200℃,蒸發速度0·1 nm/s),當器件從手套箱內取出后, 10 min內即可看到陰極被腐蝕。增加保護膜厚度可以延緩陰極被腐蝕的時間。出現這種問題的原因可能是由于蒸鍍的無機薄膜不是完全致密的,蒸鍍時出現的針孔或其它細微的通道都會導致器件很快失效。(2)仍然采用上述器件結構,在蒸鍍陰極后在手套箱內浸涂一層環氧樹脂粘劑,在手套箱內固化24 h后取出,很快看到陰極被腐蝕。可見這種聚合物薄膜也不能有效阻擋水、氧的滲透,這可能與固化后的高分子材料是一種多空結構有關。因此,如果要用單層膜對FOLED (柔性有機電致發光器件)進行封裝,應該采用幾乎沒有針孔和晶粒邊界缺陷無機物薄膜,才能使密封性更好。韓國Elia TECH于2002年研究出這種薄膜封裝技術,是在基板背面形成薄膜覆層,借此阻斷造成OLED亮度不足與出現黑點等致命性缺陷的水分或空氣,且由于可不使用玻璃或金屬板、干燥劑,可將OLED模塊的厚度由過去的2·1 mm縮減到小于

1·1 mm,并節省50%以上的成本。

2　多層薄膜封裝

另外一個比較有效的方法是在聚合物基板和有機發光器件上采用多層薄膜包覆密封,也就是我們常說的Barix封裝技術。方法是用覆膜材料對柔性有機發光器件進行密封包裝,該混合防護層由真空沉積聚合物膜和高密度介電層交替構成,有效地消除了各防護層材料間的相互影響。在Barix封裝技術中所用的聚合物膜層能使襯底表面光滑。聚合物在真空中沉積并交聯,形成一種非共形的聚丙烯酸酯膜,然后將介電質薄膜層的層數和成分加以調控。Barix結構的最后一層為ITO層,可作為有機發光二極管的陽極。制成的襯底的透過率在可見光譜區大于80%,而膜層的電阻小于40Ω/□。

M. S. Weaver等人,報道了一種用于柔性OLED封裝的多層膜阻擋層結構,以一層175μm厚的PET (聚乙烯對苯二酸酯)作為基板,然后,用4~5層交替形成的聚乙烯薄膜和無機氧化物薄膜層對OLED器件進行封裝,器件結構為ITO (160nm) /CuPc (10 nm) /α-NPD (30 nm) /CPB (30nm) /BAlq (10 nm) /Alq3(30 nm) /LiF (1 nm) /Al (100 nm),在Al上交替蒸鍍有機和金屬薄膜。

據報道這種器件的水汽滲透率小于2×10-6g·m-2/d,初始亮度425 cd/m2,基本可以滿足柔性OLED的實用要求。

柔性OLED器件中的干燥劑

在OLED器件內部放入干燥劑,可以吸收器件內部的水分,以延長器件的壽命。對于傳統的OLED來說,干燥劑層的厚度約為1 mm,這對柔性OLED來說是不可能的。但是我們可以考慮在器件內部把干燥劑制成柔性的薄膜。

在對柔性器件封裝時干燥劑吸水后對阻擋層的影響也是我們要考慮的問題。對于單層結構的柔性OLED來說,干燥劑吸水后膨脹,會使阻擋層失效;對于疊層結構的柔性OLED講,干燥劑吸水后對器件的影響不大,因此在制作疊層器件時,不用太重視。Tsuruoka報道了在玻璃基板上制作的干燥薄膜,可以大大減少器件內黑斑的形成,但這種干燥劑薄膜在制作過程中需要經過較高的溫度處理,這對普通的FOLED來說,是比較難以實現的。

有人還提出了另外一種方案來解決干燥劑薄膜的問題。這種方法是將干燥劑摻入聚合物基板和面板,阻擋層制作在聚合物面板外,這樣就避免了干燥劑和有機層直接接觸,不用考慮干燥劑吸水后對器件功能層的影響。但這種方案要求干燥劑的線度要小于器件所發射的光的波長,以免引起光的散射。

總之,對于FOLED,制作干燥劑薄膜是一個很有吸引力的方案,但實現起來有一定的困難。