OLED封裝技術(shù)簡介

幽心亭 2020-05-10

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實現(xiàn)OLED商品化需要解決的首要問題是如何保證器件的穩(wěn)定發(fā)光。因OLED的有機材料對于水汽及氧氣等物質(zhì)非常敏感，因此必須采用各種方法對OLED器件進行有效封裝，避免器件與水氧接觸，以降低器件的老化速率，延長器件的使用壽命。OLED器件分為玻璃基板和塑料基板，針對不同的基板，封裝技術(shù)也略有不同。

以玻璃為基板的封裝技術(shù)

蓋板封裝技術(shù)

傳統(tǒng)的OLED器件封裝是在剛性基板（玻璃或金屬）上制作電極和各有機薄膜功能層后，對這類器件進行封裝時一般是在器件上加一個后蓋板，環(huán)氧樹脂在經(jīng)過紫外固化后將基板和蓋板粘接成一個整體，如圖1所示。這樣在器件內(nèi)部形成一個封閉的屏罩，把器件的各個功能層和空氣隔開，而空氣中的水、氧等成分只能通過基板和蓋板之間的環(huán)氧樹脂向器件內(nèi)部進行滲透，因此，這樣能有效地防止OLED的各功能模塊與空氣中的水氧等成分發(fā)生反應。

圖1 傳統(tǒng)的OLED后蓋封裝

對OLED進行封裝所用的蓋板，通常所用的有兩種材料：玻璃及金屬。整個封裝過程都在充滿惰性氣體（如：氮氣或氬氣）的密閉空間（手套箱）內(nèi)完成，手套箱內(nèi)水汽含量必須少于3PPM。金屬蓋板封裝既可以有效阻擋水汽、氧氣等成分滲透到器件內(nèi)部而保護OLED器件，又可以使器件堅固，但其不透光性限制了這種封裝方法在有機電致發(fā)光器件上的應用。蓋板封裝時需要使用很多密封膠，由于密封膠的多孔性，容易使空氣中的水汽、氧氣滲透進入器件內(nèi)部，影響OLED的使用壽命。因此在傳統(tǒng)蓋板封裝工藝過程中，在器件內(nèi)部加人氧化鈣或氧化鋇作為干燥劑以吸收侵人器件的水汽和氧氣。蓋板封裝因其工藝成熟，成本比其它封裝技術(shù)低，因此OLED器件產(chǎn)業(yè)多采用此封裝技術(shù)進行封裝。

鈍化層封裝技術(shù)

20世紀70年代初，以PECVD制備的氮化硅薄膜已大規(guī)模應用在硅集成電路工藝中作鈍化層，氮化硅因其致密性的優(yōu)點，能有效阻隔水汽和氧氣的侵人，因此，氮化硅薄膜也可以應用于OLED器件封裝，如圖2所示。

圖2 氮化硅薄膜封裝的OLED結(jié)構(gòu)示意圖

但隨著溫度升高，OLED器件的有機材料會產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，溫度越高結(jié)晶速度越快，有機材料出現(xiàn)結(jié)晶將導致器件的壽命大大縮短。因此，進行OLED封裝時，氮化硅薄膜應在較低溫度（< 50℃）下進行。封裝后 OLED器件的使用壽命較封裝前提高兩個數(shù)量級。圖2是氮化硅薄膜封裝 OLED器件后的結(jié)構(gòu)圖。雖然氮化硅薄膜封裝能有效延長OLED器件的使用壽命，但在實際工藝中薄膜多出現(xiàn)針孔和晶粒邊界缺陷等現(xiàn)象，大大降低了薄膜致密性，封裝的效果也沒有預期理想，因此，封裝中催生出多層薄膜封裝技術(shù)。

原子層沉積封裝(ALD)技術(shù)

ALD技術(shù)是利用一個二元反應（對反應進行控制）按照反復交替的順序進行沉積，使原子層在發(fā)光頂端排列緊密，形成連續(xù)且緊貼器件的薄膜。ALD封裝后的OLED器件不使用干燥劑，重量輕、透明，在85℃、相對濕度達到85％的加速測試環(huán)境條件先壽命達到1000小時以上。

三層結(jié)構(gòu)鈍化層封裝技術(shù)

三層結(jié)構(gòu)鈍化層封裝結(jié)構(gòu)如圖3所示，成膜材料使用高密度聚乙烯材料(HDPE)和Al-Li合金。封裝過程如下：在金屬陰極上沉積Al-Li合金，緊接著氣相沉積聚乙烯薄膜，再包一層Al-Li合金，最后用聚乙烯膜對整個器件進行封裝。在這種三層鈍化結(jié)構(gòu)的保護下，器件的壽命比封裝前提高了近120倍。這種封裝過程的所有步驟都是在真空腔體中連續(xù)完成的，其制作工藝簡單、穩(wěn)定。但這種封裝存在散熱效果較差的缺點，需要在材料或結(jié)構(gòu)上進行改進。

圖3 三層結(jié)構(gòu)鈍化層封裝的OLED結(jié)構(gòu)示意圖

Barix封裝技術(shù)

Vitex Systems公司開發(fā)出了一種獨特的薄膜隔離層封裝結(jié)構(gòu)，它對水汽和氧氣的滲透性的阻擋起到相當于一張玻璃的效果，如圖4所示。該保護層結(jié)構(gòu)稱為Barix，是由聚合物膜和陶瓷膜在真空中疊加而成，總厚度僅為3微米。該隔離層能直接加在 OLED顯示器的上面，且不再需要使用機械封裝元件就可實現(xiàn)對OLED器件水氣和氧氣的隔離保護。Barix技術(shù)將可能推進OLED更廣泛的工業(yè)應用，使OLED成為零邊界、超薄顯示器中的一種有力的競爭技術(shù)。該工藝具有減少針孔，能非常有效的隔絕水氧的滲透，可靠性高，還具有封裝材料為透明的，工藝過程溫度低等特點。

圖4 Barix封裝的結(jié)構(gòu)示意圖（上）與剖面圖（下）

Barix封裝的具體過程是：將一種液態(tài)單體(liquid precursor) （如：聚丙烯酸酯等）快速蒸發(fā)，然后使蒸發(fā)氣體流人一個真空室，在真空室中以液體形式凝聚在基板上（基板上形成的液態(tài)單體實際上是氣體至液體的凝聚而不是沉積），如此可以填平基板的孔洞，使整個結(jié)構(gòu)完全密封和平整化。然后使用紫外光對其進行聚合固化，發(fā)生交聯(lián)，在真空中形成固態(tài)聚合物膜。其表面也達到原子級的平滑度。緊接著是將一個厚度僅為50nm的陶瓷膜沉積在聚合物層上面。由于聚合物層表面很平滑，陶瓷膜只有非常少的缺陷，經(jīng)過3-5次的重復鍍膜，能形成一個幾乎完美的濕氣隔離層，如圖所示。經(jīng)測量，所形成的濕氣隔離層的滲水率大約為1 m²/d，該指標可以滿足OLED顯示器對滲水率的技術(shù)要求。

柔性基板（FOLED）的封裝技術(shù)

以聚合物材料為基板制備得到的OLED器件具有柔韌性、質(zhì)感更輕、更耐沖擊等優(yōu)點，更具市場前景。但透明的聚合物基板的材料本身較小的自由體積分數(shù)和較大的鏈段平均自由度決定了其對水氧的阻隔性能較差，如表1所示。因此在制備FOLED器件時，需要在塑料基底上沉積阻擋層來防止水氧的滲透，延長發(fā)光器件的使用壽命。阻擋層可以使無機氧化物和疏水性聚合物，但對于柔性器件的封裝，單一阻擋層容易脆裂，效果較差，大多采用多層或疊層結(jié)構(gòu)的阻擋層。Barix封裝技術(shù)因采用聚合物層和無機氧化物層交替堆疊的方法，能夠有效地對FOLED器件進行封裝，延長器件使用壽命，消除各防護層材料之間的相互影響。

表1透明聚合物和襯底材料的水氧滲透