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【技术贴】OLED封装技术介绍

发表日期:2019-03-12阅读量:1558

我们知道有机发光二极管(OLED)相比传统的显示屏具有更鲜艳的色彩表现和极高的对比度,非常适合于柔性屏幕,如智能手机、平板电脑和电视屏幕等。但是,OLED发光材料易受环境中氧气和湿气等的影响,因此需要对其进行精密封装。近年来,OLED3D曲面以及未来折叠手机的应用需求,对封装技术提出了新的更高的挑战。

(图片摘自网上)

目前薄膜封装(Thin Film EncapsulationTFE)商机炽热,根据市调机构UBI Research 2017 OLED封装年度报告指出,约至2021年将有70%的OLED面板采用TFE技术。将有源矩阵发光二极管(AMOLED)制备在柔性基板上,实现柔性显示,被认为是显示技术发展的一个重要方向。但就目前条件来说,柔性显示走向产业化仍然面临诸多挑战,主要包括以下三个方面:

  1. 如何在低温下制备具有高性能和高可靠性的薄膜晶体管;

  2. 如何制备可以经受大量弯曲后依然稳定的柔性电极;

  3. 如何利用TFE技术实现AMOLED的封装要求。

 

其中器件封装是非常关键的一步,对于柔性AMOLED的商品化具有现实意义。因为AMOLED对空气中的水汽很敏感,水汽的存在是影响AMOLED器件寿命的主要因素,如何通过设备与工艺的改进,突破这一技术难点已成为业界最关注的议题之一。

(图片摘自网上)
 
目前多层薄膜封装技术主要包括两层功能层,一种是阻水层(Barrier),另外一种是缓冲层(Buffer)OLED和一般早期的TFT的制程,最大区别是一个低温制程,通常情况下,低温制程的薄膜没有高温的好。因此,如何用低温制程OLED封装薄膜成为了技术重点。那么,阻水层和缓冲层分别是如何制备的呢?

 

首先是阻水层,阻水层的主要作用是阻挡水汽,主要采用氮化硅制备。氮化硅是一个很好的阻水材料,最新的技术是物理气相沉积(PVD),也可以用化学气相沉积(CVD)的方式。另外从长远来看,原子层沉积(ALD)技术在未来有望取代前面两种技术。因为ALD是致密度非常高的阻水层,但目前ALD技术的缺点在于弯曲角度上,较薄的ALD成膜弯曲多次后会有龟裂的现象。

 

其次是缓冲层,一般采用有机材料,并采用低温成膜技术。因为低温成薄会让水汽穿透的路线变长,延缓OLED本身寿命。缓冲层的另外一个作用是使得OLED表面平整化。最早制备缓冲层是用氧化铝和一个有机层,交错成5-7层来做封装层。这种技术的缺点在于可能存在Particle的问题,而且应用度和柔性不是非常合适。

 

目前制备缓冲层使用的技术是印刷和蒸镀。蒸镀的最大限制是材料的选择,如果材料利用率不高就会造成的成本升高。此外,大概平均10天左右必须做整个蒸镀腔体的清洁,产能也会因此受到限制。目前市场主流似乎是采用印刷的方式制备缓冲层,尤其是在制备第一层材料的时候,印刷技术的使用率非常高。印刷工艺的优势主要有两点:1)材料利用率将近90%,不会浪费材料。2)不需要掩膜板,省去了生产过程当中很大的一项支出。但印刷的缺点是无法做厚膜且厚度均一性控制比较难。

 

提到OLED的薄膜封装技术,就必须要提到Vitex Systems公司。Vitex Systems公司开发出的Barix薄膜封装层由聚合物薄膜和陶瓷膜在真空中叠加而成,总厚度仅为3 μmBarix薄膜封装层对水汽和氧气的渗透的限制相当于玻璃隔绝水汽和氧气渗透的效果,而且可以直接用在OLED显示器上面,从而实现对OLED进行湿气和氧气的隔离保护。

Barix薄膜封装层技术独特之处在于聚合物缓冲层的形成方法。具体过程如下:1)先将一种液态单体快速蒸发,等气体流入一个真空室之后,再以液体形态凝聚在衬底上。衬底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,这样一来就可以填平衬底的孔洞而使整个结构完全密封盒平整化。2)将衬底移动到一个紫外光源处使单体产生聚合反应,产生固态聚合物薄膜,薄膜表面仍保持原子级的平滑度。3)聚合物层形成后,将一层厚度为30~100nm的陶瓷膜溅射沉积在聚合物层上面。由于聚合物表面很平滑,陶瓷层只有非常少的缺陷,经过3~5次的重复镀膜,就能形成一个几乎完美的水汽组隔层。

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