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柔性OLED显现技能全方位揭秘

现在大家对柔性OLED屏的兴趣明显要大于OLED硬屏,与普通的硬屏显示器相比,柔性OLED显示器具有重量轻、体积小,携带更加方便等优势,但目前为止大家也

人们对显现器的要求的进步从来没有中止过,现在咱们对柔性OLED屏的爱好明显要大于OLED硬屏,与一般的硬屏显现器比较,柔性OLED显现器具有重量轻、体积小,带着愈加便利等优势,但现在为止咱们也仅仅看到了demo罢了。

柔性OLED(FOLED)显现屏便是运用OLED技能在柔性塑料或许金属薄膜上制作显现器材,其底子结构为“柔性衬底/ITO阳极/有机功用层/金属阴极”,发光机理与一般玻璃衬底的OLED类似。

底子构成

柔性(FOLED)器材一般是在玻璃或聚合物基板上,由夹在通明阳极、金属阴极和夹在它们之间的两层或更多层有机层构成。

当器材上加正向电压时,在外电场的效果下,空穴和电子分别由正极和负极注入有机小分子、高分子层内,带有相反电荷的载流子在小分子、高分子层内搬迁,在发光层复合,构成激子,激子把能量传给发光分子,激起电子到激起态。

激起态能量经过辐射失活,产生光子,构成发光。有机电致发光器材的底子结构是夹层式结构,即各有机功用层被两边电极像糕点相同夹住。

由于电子空穴在有机薄膜中搬迁率(mobility)不同,导致电荷的不平衡注入,使发光功率下降,因而,一般选用多层器材结构: 基板(substrate)/阳极(anode)/空穴注入层(hole injecting layer)/空穴传输层(hole transporting layer)/发光层(emitting layer)/电子传输层(electron transporting layer)/阴极(cathode)。点评柔性OLED可从发光资料的发光功能和器材的电学功能两个方面来点评。

发光功能首要包含发射光谱、发光功率和寿数等,关于作显现器材的可见光还有发光亮度、发光色度等参数,电学功能如电流与电压联系等。

FOLED的衬底

制作一个耐碰击、不易破碎、轻浮、便于带着的柔性显现器,能让人们随时能够卷起来,放到口袋里带走会是一件多么美好的工作。

可是要是完成这样的方针需求考虑许多的问题,仅仅从柔性显现器材制作方面来看,就要考虑如衬底原料的挑选,水氧阻绝层的水氧阻绝才能、导电阳极的平整度、与导电度、阳极的图画化制程、元件制作后的功率与色彩,还有元件完成后的封装效果好坏,最终则是元件寿数的长短及能够接受的机械应力如卷曲度及次数等。

其间最为根底的便是衬底段阳极的改进。柔性有机电致发光器材(FOLED)与传统的导电玻璃有机电致发光器材的最首要的不同便是有用的衬底不同。

因而,如安在低温的条件下,依据不同的衬底,制作出导电性及平整度皆不错的导电阳极,是一个重要的课题。而为了防止环境中的水氧气对器材的操作寿数构成影响,气体阻绝层及器材的封装是另一项重要的研讨。

柔性OLED常运用的衬底是塑料衬底,包含PET、PEN等,也有运用金属箔衬底的,以他还有超薄玻璃及纸衬底。

挑选衬底资料的一般准则:

1、衬底资料的通明性要好(可见光透过率超越90%);

2、衬底资料和薄膜资料间要有必定的附着性;

3、衬底资料要有必定的耐温性。

聚合物塑料衬底

以聚合物塑料作为衬底的OLED有以下长处,重量轻、耐久、可习惯不同的运用情况、能够运用低本钱的roll-to-roll制作技能。

但一起也会引进一些新的问题,外表粗糙度(Ra)问题、衬底变形问题、低的水、氧隔绝率问题、电导电层的剥离问题,制作有源柔性显现屏时,柔性衬底的低玻璃化温度与薄膜晶体管(TFT)较高的制作温度之间的对立问题。

更为重要的是由于有机发光资料对水汽与氧气十分灵敏,若要满意柔性显现对衬底的要求,其对水汽的租个才能需到达10-6g/m2·d,而隔绝氧气的才能需到达10-3 g/m2·d。下表中列出了几种常见的通明聚合物塑料衬底的水和氧气的浸透速率。

金属薄片衬底

以金属薄片作为衬底首要的优势在于,金属薄片的耐温功能要远高于塑料与玻璃,所以没有耐温的问题。

而且金属薄片底子不存在租个水汽与氧气的问题,所以金属薄片十分合适用作柔性OLED的衬底资料,一起金属薄片的价格要远低于特别耐温塑料资料,别的资料取得也很简略。

当然,以金属薄片作为衬底也存在着许多问题,其间最大的问题便是资料外表粗糙度(Ra)的战胜。正是由于这一约束,是的具有许多长处的金属薄片实践运用及开展比其他的资料都要慢。

为了下降金属薄片的外表粗糙度,一般选用传统的机械研磨抛光技能,近年来开展起来的电化学抛光技能(ECP)能够防止机械抛光的一些缺点。

1997年Wu等人所宣布的柔性器材既是以铬金属为衬底[8],衬底厚为200μm,外表抛光后的粗糙度为70nm。Xie等人在2003年运用涂布有1μmSOG薄膜的20μm钢箔作为衬底,制作出了发光器材。

超薄玻璃及纸基板

Auch和Plichta等人提出了运用超薄玻璃作为衬底和封装层规划柔性OLED。超薄玻璃制作柔性显现器有着许多的缺点,超薄玻璃的耐性差、很脆,对裂纹缺点十分灵敏;超薄玻璃的切开技能易引起边际的微裂缝缺点。

Kian Soo Ong等人选用聚硅氧烷对超薄玻璃进行增强能够改进其脆性,增强超薄玻璃的的绕去功能。在美国西雅图所举行的2004SID平面显现器研讨会中,Lee等人宣布了以纸为衬底的FOLED[13],具体做法为在纸衬底上涂布一层Parylene,再镀上镍为阳极。但器材的功率并不好,不过这也显现了OLED简直能够制作在任何衬底上。

柔性封装资料的特色便是在产生很大曲折变形时依然能够确保资料的有用运用,为了取得柔性有机显现器或其他电子设备,前后基板有必要具有满意的柔性一起能有用隔绝湿气和氧气。柔性封装不仅仅是满意折叠、曲折的要求,而且要有必定的强度以确保产品的实践运用要求。因而,封装资料及相应的封装技能成为柔性和强度同时满意的要害。

水氧隔绝层

有用化的显现器材要求其运用寿数大于10000h。而OLED关于水汽、氧气十分灵敏,其有机发光资料和生动金属阴极都很简略和水汽、氧气产生反响而使器材遭到损坏。

要估量OLED对水、氧浸透率的要求,能够Mg作阴极的器材来预算:原子最为24、密度为1.749/cm3的Mg层假如住器材中的厚度为50nm,则该器材中含金属Mg的量为3.6×10-7mol/cm2,只需求1.5×10-5g 的水就能与之完会反响。

所以要使Mg彻底损坏时刻为一年,则水的浸透率要小于4.1×10-5g/m2·day。而实践上器材中阴极只需有10%被氧化,器材就现已严峻损坏,所以即便疏忽水、氧对有机层的损坏效果,浸透率也要小于10-5g/m2·day。

柔性OLED常选用聚合物(PET、PNS等)作衬底,聚合物衬底尽管能供给很好的柔性,可是它们不能对水、氧进行有用的隔绝,可行的办法是在柔性衬底上制备阻挠层来维护器材。

70年代前期,在PET基片上蒸镀销膜的阻透薄膜现已完成了商业化出产。

现在,具有优秀的通明性和隔绝功能的SiOx和SiNx介电薄膜成为运用最广的阻透资料,其间以具有较商的密度的SiNx的阻透功能最为超卓。

柔性封装

柔性OLED器材封装结构OLED开展到现在现已呈现了许多种不同的封装办法。

下图(a)给出的是一种惯例的OLED器材封装结构,常用的封装办法便是经过玻璃盖子把器材密封到氮气或氩气的环境中,盖子与基底之间经过UV处理过的环氧树脂固化来密,别的经过参加氧化钙或氧化钡来吸收从外界浸透进来的水汽,以此来进步器材的寿数。

但关于柔性显现来说,这种办法有必定的局限性。由于玻璃基底和盖子都是刚性很强的资料,曲折或许会影响到其密封性。所以近年来,针对这种情况现已开展出了许多种柔性的封装办法,包含柔性封装盖子和薄膜覆盖层。

它们都有一个很典型的特征便是阻挠层是紧贴着器材外表的,为的便是具有更好的弹性功能。

上图(b)显现的是具有代表性的TFE结构,选用这种封装办法能够更轻、更薄。这种办法是在低温下堆积具有水汽阻挠功能的薄膜来完成OLED显现器材的封装。

现在最常用的薄膜封装办法是经过多层的有机一无机薄膜的组合来构成封装的阻挠层,也叫做Barix封装技能。

选用五对有机一无机薄膜组合的wVTR低于10g/m/dayE ,现已到达了OLED封装的要求,可是这种封装技能的本钱偏高。近年来,刚刚开展起来的ALD技能被认为能够代替Barix技能。

其首要长处是:

1、能够在比较薄的厚度上完成比较低的wVTR;

2、薄膜的缺点少、一致性高。

可是ALD技能也有其缺点,比方说成长速度太慢,一个反响周期中只能成长单个分子或原子层,不能用来大面积出产。

别的,上海大学的魏斌等人经过真空气相堆积的办法制备了氟化镁和硫化锌双层结构作为薄膜阻挠层,取得了较好的水汽阻挠功能。

这种封装结构首要长处便是制备工艺简略,本钱较低,是未来很有潜力的开展方向。

Barix封装技能

关于柔性封装的阻挠层, 现已报导了许多种的单层资料,包含了氮化硅、氧化硅、铝、钽等,由于这些资料的密度较高,防止了薄膜呈现过多的缺点或穿透现象。

阻挠层能够经过溅射、热蒸腾和等离子气相堆积等办法来制备,不过单层阻挠层结构关于封装功能的改进有限,不能够满意柔性OLED的需求。

可是当选用多层阻挠层结构时,阻挠层的功能能够取得极大的进步。Barix装技能是美国Vitex System公司开发的多层薄膜封装技能。

Barix阻挠层是根据真空镀膜工艺制备的有机一无机替换多层膜结构,这种封装结构能够对塑料衬底进行改性,改进塑料衬底的外表平整度,并能够大大添加其水汽隔绝功能。

阻挠层的功能可经过改动薄膜覆盖层聚合物和无机物膜层的层数和成分加以调控。Barix阻挠层氧气的透过率为0.005cc/cm2/day,水蒸气的透过率在10-4~10-6g/m2/day范围内,可大大延伸器材的运用寿数。

Barix技能阻挠层结构的SEM横截面图

Barix封装的结构如上图所示,Barix技能首要快速在冷却的塑料衬底上蒸镀一层丙烯酸类树脂体,然后将无机介质层薄膜经过高能离子溅射到聚合物薄膜层上。

聚丙烯酸脂起到的效果是进步衬底的平整度,削减机械损害,进步晶粒外表的热稳定性和改进化学极化。

而无机薄膜才是真实用作阻挠层,作为阻挠水和氧分散的“屏障” ,一般要求这种无机薄膜内简直没有针孔和晶粒鸿沟等缺点,这样才能使密封性更好。

但实践制备工艺中无机介质资料薄膜里不免会有一些缺点,而这时假如有机层的厚度小于无机阻挠层中针孔(缺点)的均匀长度时,外界的水汽仍是能够经过一条曲折折曲的“通道”浸透到封装体的内部。

不过经过这两种资料的替换堆积,聚合物能够有用添补氧化铝层中的缺点,阻挠了无机薄膜中缺点的分散效果。因而,选用多层替换结构能够添加“通道”的长度,下降针孔关于封装的影响,有用增强阻挠层的效果。

尽管经过有机一无机层的组合是一个很好的封装办法,针对柔性器材能够完成较高的封装功能,但缺点是很难进行产业化,由于高真空设备价格较贵重,研讨者们还在寻求更为廉价的封装办法,而且现在来说还没办法进行大面积的出产,所以其开展受到了约束。

现在来说,大部分的文献报导都是选用无机一有机层结构来下降水汽的浸透率和进步柔耐性,以此来进步封装功能。为了处理不能够大面积制备的缺点,研讨者们提出了接连性的制备艺。

这个概念是在真空条件下经过一个接连性的“卷对卷”形式进行接连堆积(在太阳能制作职业已有运用),经过这种办法能够扩展制备面积。尽管如此,假如想要产业化,这种接连性制备工艺还需进一步的开展。

原子层堆积(ALD)

ALD是跟着上个世纪70年代的原子层外延(ALE)技能引申和开展起来的,最早ALE是运用在电致发光显现上,需求在大面积的衬底上构成高品质的介质层和发光层。之后,ALD首要会集在根据硅的半导体技能上来。

ALD被认为是一种很有潜力的堆积办法,它能够用来制备超薄的薄膜,而且能够在原子等级上对薄膜的厚度和成分进行操控。

ALD技能能够用来制备不同类型的薄膜,比方各式各样的氧化物、氮化金属、金属、硫化金属等。

ALD技能是一种有序和可控的化学反响,大部分的ALD艺都是二元反响,经过两种介质的反响,生成二元化合物薄膜。由于反响物A的量是有限的,所以只能生成必定量的B物质。

一般来说,ALD技能类似于化学气相堆积(CVD),不同的是ALD是把CVD中的化学反响分成了两步反响,让母体资料在反响到必定的程度后别离。

这种别离是经过忽然充入许多的别离气体(氮气或氩气),这样就能够去除去腔体中过量的反响母体资料,阻挠CVD工艺的进一步进行。

在这里,两种反响物都是可控的,因而咱们能够有序、定量地使反响物在基底上堆积。ALD的长处是能够完成不同反响周期,关于薄膜厚度的准确操控乃至能够到达原子层的等级。ALD技能能够供给十分滑润、接连和无缺点的薄膜,这关于TFE技能来说是十分重要的。

选用ALD技能来制备薄膜阻挠层能够取得较好的封装功能。

近年来,低温ALD技能开展是一个新的热门,由于低温堆积能够有用下降本钱和削减对基底的损坏效果。研讨者选用等离子体增强原子层堆积(PEALD)在小于100℃的条件下堆积了氧化铝薄膜,可是选用这种办法制备的阻挠层功能较差,WVTR较高而且封装所得到的OLED寿数缺乏。

尽管说ALD技能有或许完成在大面积衬底上的薄膜堆积,可是关于TFE技能来说,ALD技能还有必要满意低本钱和高功率的要求。ALD技能的本钱首要会集在反响物和设备上。

大部分的ALD技能都运用到了真空泵这个设备,它便是用来去除反响堆中的反响物和生成物,使反响堆从头变成清洁的环境。

可是腔体里真空度高的情况下大气压就会迫使反响物和生成物气体依然滞留在反响堆中,所以开展出了一种大气压下的ALD技能,它不再需求真空泵这个设备,而是把反响物放置在一个管道中,假如不需求了能够往管道中通入惰性气体来阻挠进一步的反响。

这种新式的ALD技能能够为大面积基底封装供给一个下降本钱的时机。能够说ALD技能开展很快,许多晦气的条件正在逐渐被战胜,作为薄膜封装适当具有吸引力,彻底能够满意OLED在柔性显现和发光方面的需求。

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