浅谈一下OLED封装材料
在2017年苹果公司的秋季新品发布会上,iPhone X搭载的异形"刘海"OLED屏幕引起产业界和消费者的广泛关注。OLED是继CRT显像管、LCD液晶显示后,基于电致发光的第三代显示技术。其显示性能相比两代显示技术更优异,具有轻、薄、快响应、透明显示、柔性可折叠等优点,被广泛运用于智能手机、汽车电子、智能穿戴设备、VR设备等产品。
一、OLED介绍
OLED(Organic Light-Emitting Diode),即有机发光二极管,指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下,通过载流子注入和复合导致发光的有机半导体器件,OLED具有自发光特性。它的结构类似早餐三明治,有机发光材料像火腿一样,位于阴极和阳极两片面包之间。为了提升发光效率,通常还要在发光层和电极之间插入额外的功能层,例如空穴传输层、电子传输层等。
二、OLED基本结构
OLED基本结构是在铟锡氧化物(ITO)玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作为发光层,发光层上方有一层低功函数的金属电极,构成类似三明治的结构。OLED的基本结构主要包括:
1、基板(透明塑料、玻璃、金属箔)——基层用来支撑整个OLED。
2、阳极(透明)——阳极在电流流过设备时消除电子(增加电子"空穴")。
3、空穴传输层——该层由有机材料分子构成,这些分子传输由阳极而来的"空穴"。
4、发光层——该层由有机材料分子(不同于导电层)构成,发光过程在这一层进行。
5、电子传输层——该层由有机材料分子构成,这些分子传输由阴极而来的"电子"。
6、阴极(可以是透明的,也可以不透明,视OLED类型而定)——当设备内有电流流通时,阴极会将电子注入电路。
三、OLED工作原理
OLED的工作原理大致如下:在OLED器件两端施加正向电压,电子和空穴分别从阴极和阳极向有机功能层注入,经过电子传输层和空穴传输层的迁移,到达发光层;在库仑力的作用下,电子和空穴形成激子(即结合紧密的电子空穴对)。当激子回到基态,能量以光子的形式释放出来时,便有了光。通过调节发光材料的化学结构,可获得红、绿、蓝等多种颜色的器件,从而实现全彩显示。
四、OLED种类
OLED效率和寿命与器件结构密切相关,目前广泛使用的结构属于"三明治夹层"结构,即发光层被阴极和阳极像三明治一样夹在中间(一侧为透明电极以便获得面发光效果)的结构。由于OLED制膜温度低,所以一般多使用氧化铟锡玻璃电极(Indium Tin Oxide,ITO)作为阳极。在ITO电极上用真空蒸镀法或旋涂法制备单层或多层有机半导体薄膜,最后将金属阴极制备于有机薄膜之上。
(1)根据有机半导体薄膜的功能,OLED器件结构大致可以分为以下几大类:单层器件结构、 双层器件结构、三层及多层器件结构、叠层串式器件结构、柔性OLED、透明OLED和颜色可调OLED等。
(2)根据应用场景,OLED器件大致可以分为以下几类:被动矩阵OLED、 主动矩阵OLED、透明OLED、顶部发光OLED、可折叠OLED和白光OLED等。
五、OLED制备流程1、OLED的制造原理
OLED组件系由n型有机材料、p型有机材料、阴极金属及阳极金属所构成。电子(空穴)由阴极(阳极)注入,经过n型(p型)有机材料传导至发光层(一般为n型材料),经由再结合而放光。一般而言,OLED元件制作的玻璃基板上先溅镀ITO作为阳极,再以真空热蒸镀之方式,依序镀上p型和n型有机材料,及低功函数之金属阴极。由于有机材料易与水气或氧气作用,产生暗点(Dark spot)而使元件不发亮。因此此元件于真空镀膜完毕后,必须于无水气及氧气之环境下进行封装工艺。
2、OLED制备工艺
(1)ITO基片的清洗和预处理
(2)阴极隔离柱制备
(3)有机功能薄膜和金属电极的制备
(4)彩色化技术
(5)封装技术
其中封装技术:实现OLED商品化需要解决的首要问题是如何保证器件的稳定发光。因OLED的有机材料对于水汽及氧气等物质非常敏感,因此必须采用各种方法对OLED器件进行有效封装,避免器件与水氧接触,以降低器件的老化速率,延长器件的使用寿命。OLED器件分为玻璃基板和塑料基板,针对不同的基板,封装技术也略有不同。
六、OLED失效形式
1、恒定电流工作条件下,亮度、效率逐渐下降。
2、OLEDs在一定湿度、温度的大气环境中存放一定时间,发光亮度、效率衰减直至发光消失。这一过程体现出的是OLEDs的存贮寿命。
3、不管是存贮,还是工作,所有失效的OLED都出现大量的不发光区域——黑斑。
其中黑斑形成原因主要包括:
(1)热效应——有机薄层的热不稳定性导致了黑点的形成。
(2)有机聚合物材料的化学不稳定性——有机分子易受到氧和水的侵蚀,丧失发光能力。
(3)金属阴极的不稳定性——金属阴极被氧化。
(4)金属阴极有机层界面处化学反应——水、氧和铝三者所发生的电化学反应会释放出微量气体,造成金属阴极从有机层剥离开来。
七、OLED优势与局限性
1、OLED功耗更低
2、OLED对比度更高
3、OLED响应时间更快,动态显示更有优势
4、OLED可以做到更薄、易折叠
5、OLED寿命更短
6、LCD有漏光的缺点
7、OLED容易出现烧屏现象
8、LCD和OLED都会伤眼,但有所不同
八、OLED封装材料
1、失效分析
OLED器件的老化主要是因为发光层的多数有机物质对于大气中的污染物、氧气以及潮气都十分敏感而引起的。主要原因:
(1)OLED阴极的金属材料在空气中或其他含有氧的气氛中发生电化学腐蚀。
(2)发光层与氧气发生氧化作用生成的羰基化合物,显著降低OLED的发光量子效率。
(3)OLED工作时产生的热量会进一步加剧OLED器件中的发光材料、辅助材料、电极等在空气中的老化。2、点胶工艺
OLED封框通常使用点胶机将胶粘剂涂布于封装盖板的四周,然后在氮气环境下将上述封装盖板与已蒸镀上 OLED 相关材料的下板进行压合,再进行固化。3、点胶要求
为了使OLED器件的寿命达到实用要求,通常要求封框胶水汽渗透率小于 10 -6 g/(m2·d),氧气渗透率小于10-3 g/(m 2·d) 。因此,要实现OLED器件的大规模量产,必须采用合适的封框胶来有效得阻隔水氧气进入OLED器件。4、材料介绍
针对OLED封装要求,蕞达科技推出四款具备高水汽阻隔性能的封框胶:EP2238单组分环氧热固胶水、 AC2106UV胶水、EP2133UV加热双重固化胶水和AC2994UV湿气固化胶水。
(1) EP2418一款单组分环氧热固胶水,低温快速固化,耐冷热冲击和化学品稳定,阻隔水汽性能佳,适合用于整面型固化封装OLED面板制程。
(2) AC2106一款UV固化胶水,工艺适用性高,耐弯折,剪切力强,耐高温高湿和长期可靠性,良好的疏水性和阻隔水汽性能,适合OLED屏封框。
(3) EP2033一款UV加热双重固化胶水,隔绝水氧性能佳,抗汗液和油脂性能佳,机械强度高,适合用于整面型固化封装OLED面板制程和穿戴式设备OLED封装等。
(4) AC2994一款UV湿气固化胶水,高TG,优异的粘结性能,耐高低温循环和长期信赖性,可以起到优异固定和阻隔水氧的作用,能够满足OLED封装的使用要求。
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