柔性oled封装方法的研究

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1、柔性OLED封装方法的研究朱彤珺１，李来运２（１四川天微电子有限责任公司，成都６１００５４；２驻马店广播电视大学机电系，河南驻马店４６３０００）１引言有机电致发光二极管（ＯＬＥＤ）是一种全新的显示技术，其显示质量可与薄膜晶体管有源驱动液晶显示器（ＴＦＴＬＣＤ）相比拟，而价格远比其低廉，它将对广泛使用的ＬＣＤ技术发起挑战。自从１９８７年Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ和ＶａｎＳｌｙｋｅ［１］报道了低电压工作时亮度超过１０００ｃｄ／ｍ２的双层有机薄膜发光器件以来，ＯＬＥＤ因其发光亮度高、色彩丰富、低压直流驱动、制备工艺简单等在平板显示中显著的优点，从而日益成为国际研究的热点。在不到２０年的时间

2、内，ＯＬＥＤ已经由研究进入产业化阶段。目前已经制作出了使用寿命突破１００００ｈ，存储寿命超过５００００ｈ的ＯＬＥＤ器件，但与液晶显示（ＬＣＤ）和等离子体显示（ＰＤＰ）比较起来，寿命相对较短仍是制约ＯＬＥＤ商业化的重要因素之一。根据资料报道［２］，影响ＯＬＥＤ寿命的因素很多，主要有物理影响和化学影响。物理影响：如功能层组合以及它们相互间界面的影响、阴极材料的影响、空穴传输层（ＨＴＬ）的玻璃化温度、驱动方式等；化学影响：如阴极的氧化、空穴传输层的晶化等。这些因素都会影响有机电致发光器件的寿命。研究表明，空气中的水汽和氧气等成分对ＯＬＥＤ的寿命影响很大，其原因主要从以下方面进行考虑：Ｏ

3、ＬＥＤ器件工作时要从阴极注入电子，这就要求阴极功函数越低越好，但做阴极的这些金属如铝、镁、钙等，一般比较活波，易与渗透进来的水汽发生反应。另外，水汽还会与空穴传输层以及电子传输层（ＥＴＬ）发生化学反应，这些反应都会引起器件失效。因此对ＯＬＥＤ进行有效封装，使器件的各功能层与大气中的水汽、氧气等成分隔开，就可以大大延长器件寿命。２ＯＬＥＤ的工作原理及器件封装对水汽渗透率的要求ＯＬＥＤ器件一般是在玻璃或聚合物基板上，由夹在透明阳极、金属阴极和夹在它们之间的两层或更多层有机层构成。当器件上加正向电压时，在外电场的作用下，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

4、的载流子在小分子、高分子层内迁移，在发光层复合，形成激子，激子把能量传给发光分子，激发电子到激发态，激发态能量通过辐射失活，产生光子，形成发光。有机电致发光器件的基本结构是夹层式结构，即各有机功能层被两侧电极像三明治一样夹在中间，且至少有一侧的电极是透明的，以便获得面发光。具体说来，ＯＬＥＤ的基本器件结构有单层、双层、三层和多层等。为了使有机电致发光器件达到实用要求，即要求ＯＬＥＤ的器件使用寿命大于１００００ｈ，存储寿命超过５００００ｈ，那么，器件封装的水汽渗透率（ＷＶＴＲ）要小于５×１０－６ｇ·ｍ－２／ｄ［３］，氧气的渗透率要小于１０－５ｃｍ２·ｍ－２／ｄ［４］。数值是以器件的

5、阴极被腐蚀所需要水的量为基础估算而来，例如，假设镁阴极的厚度为５０ｎｍ，镁的密度为１７４ｇ／ｃｍ３，摩尔质量为２４ｇ。这样的ＯＬＥＤ阴极镁金属的含量为３.６×１０－７ｍｏｌ／ｃｍ２，单位面积（ｃｍ２）的镁阴极完全被腐蚀所需要的水约为６.４×１０－６ｇ，要使器件的工作时间超过１００００ｈ，则可以计算出器件的水汽渗透率约为１.５×１０－４ｇ·ｍ－２／ｄ，在实际工作时，阴极被腐蚀１０％就会严重影响器件的工作。另外在以上的推导中没有考虑其他受到水分的催化作用而阴极受到腐蚀的因素。如果考虑到以上的两个因素，便可以估计出对器件渗透率的要求应该小于１０－５ｇ·ｍ－２／ｄ。３传统的有机电致发光

6、器件的封装传统的ＯＬＥＤ器件是在刚性基板（玻璃、金属）上制作电极和各有机功能层，对这类器件进行的封装一般是给器件加一个盖板，并将基板和盖板用环氧树脂粘接。这样就在基板和盖板之间形成了一个罩子，把器件和空气隔开，空气中的水、氧等成分只能通过基板和盖板之间的环氧树脂向器件内部进行渗透，因而，比较有效地防止了ＯＬＥＤ各功能层以及阴极与空气中的水、氧等成分发生反应［５］。对ＯＬＥＤ进行的封装所用的盖板，通常用玻璃和金属两种材料。整个封装过程在充惰性气体，如氮气、氩气等的手套箱内完成。手套箱内水汽含量应小于３×１０－６。金属盖板即可以阻挡水、氧等成分对器件封装的渗透，又可以使器件坚固，但是

7、其不透光性限制了这种封装方法在有机电致发光器件上的应用，另外，用金属盖板进行封装时要特别注意金属盖板不能接触到器件的电极，以免引起短路。盖板封装时需要密封胶，由于密封胶的多孔性，容易使空气中的水分渗透进入器件内部，因此在这种封装方式中，一般在器件内部加入氧化钙或氧化钡作为干燥剂来吸收在涂环氧树脂时和封装时残留的水分。这种封装形式如图１所示。４柔性ＯＬＥＤ的封装有机电致发光显示与其他形式的显示相比，有一个重要的优势就是可以实现柔性显示。１９９２年Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ等人发明了基于Ｐ