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做出真正的柔性O(shè)LED需要解決哪些問題

編輯：chinafpd 2017-08-25 14:30:24 瀏覽：4709 來源：未知

　　看到LG在迪拜、印度安裝大型的曲面OLED屏，雖然是拼的，但是大家對柔性和曲面OLED顯示屏的興趣明顯被再次提升。

　　今天我們就來看看想要做出真正的柔性O(shè)LED，需要解決哪些問題。

　　先來看一看關(guān)于發(fā)光材料和襯底的一些技術(shù)知識。

　　發(fā)光材料

　　OLED面板不需要背光模組，結(jié)構(gòu)上比LCD面板要簡單的多，只要將玻璃基板換成柔性基底就可以實(shí)現(xiàn)柔性顯示，目前的難點(diǎn)是在面板的生產(chǎn)過程中，無論是蒸鍍還是ITO的濺射鍍膜都需要在高溫下進(jìn)行，因此選擇的柔性基底需要能經(jīng)受高溫，未來可選擇的材料有PI（聚酰胺）膜、石墨烯薄膜等。

OLED發(fā)光層能級結(jié)構(gòu)

　　OLED發(fā)光層各層的典型材料

　　HIL

　　CuPc

　　TiOPc

　　m-MTDATA(Shirota)

　　2-TNATA(Shirota)

　　HTL

　　TPD、NPB(Kodak)

　　PVK Spiro-TPD(Cpvion)

　　Spiro-NPB(Cpvion)

　　Alq3(Kodak)

　　Almq3 Blue(Ricoh)

　　TBADN(Kodak)

　　ETL

　　Alq3(Kodak)

　　Almq3

　　DVPBi(Idemitsu)

　　TAZ(Sumitomo)

　　OXD(Saito)

　　PBD(Idemitsu)

　　BND PV

　　襯底

　　PET

　　1992年，Gustafsson等人首次發(fā)表利用PET作柔性襯底，再搭配可導(dǎo)電高分子，制作出第一個(gè)以高分子((PEDOT)為主體的柔性O(shè)LED器件。

　　如果從光學(xué)性質(zhì)上來比較玻璃與塑料襯底，因?yàn)椴Ａбr底的折射率(n=1.52)和發(fā)光層折射率差值比較大，所以光容易被限制在器件內(nèi)部，若將玻璃替換成塑料襯底(n=1.65)則能減少46%光學(xué)損失，而器件的效率則能提高10%-20%。

　　ITO/PET襯底使用在LCD領(lǐng)域已有很長的一段時(shí)間，由于容易獲得，因此最常被當(dāng)作柔性有機(jī)電致發(fā)光器件的襯底。

　　滾動條式濺射設(shè)備Noda等人在2003年發(fā)表了以卷對卷工藝制作ITO/PET ,其設(shè)備如圖所示，這種制作方式可以大量生產(chǎn)ITO/PET襯底，降低成本。

　　PEN塑料襯底

　　DuPont Display的Innocenzo等人在SID 2003發(fā)表了可應(yīng)用在柔性顯示器的PEN塑料襯底相關(guān)研究PEN在加人具有平整作用的涂布層之后，最大的突出缺陷不會高于0.02μm，襯底在可見光區(qū)的透光率大于80%，熱穩(wěn)定性比PET好，非常適合作為柔性顯示器的襯底。

　　超薄玻璃襯底

　　由于塑料的襯底防止水氧穿透的能力不佳，Auch等人在2002年發(fā)表超薄玻璃襯底，在襯底上旋轉(zhuǎn)涂布一層2~ 5μm的環(huán)己酮，接著在225℃烘烤一小時(shí)聚合，增加超薄玻璃的柔性特性。

　　金屬襯底

　　還有一種可以使用的襯底種類就是金屬襯底，不但具有柔性且防止水氧穿透的能力比塑料佳，最重要的是可以承受較高的工藝溫度。

　　柔性襯底比較圖

　　除了上述幾種襯底之外，在2004年美國西雅圖Lee等發(fā)表了以紙為襯底FOLED，他們在紙襯底上涂布一層Parylene，再鍍上鎳為陽極，但是器件在100 mA/ cm2的電流密度下，操作電壓為19.5 V，而亮度僅342 cd/m2，效率很不好。

　　柔性O(shè)LED存在哪些問題？

　　2003年，臺灣交通大學(xué)OLED試驗(yàn)室的陳金鑫教授研究開發(fā)出可卷曲OLED(也叫柔性O(shè)LED，即FOLED。

　　傳統(tǒng)的OLED器件采用玻璃作基板，在其上鍍一層ITO導(dǎo)電薄膜作為有機(jī)電致發(fā)光顯示器的陽極，而柔性O(shè)LED則用塑料襯底代替了玻璃襯底。

　　柔性O(shè)LED的優(yōu)勢很多，今天我們來看一看柔性O(shè)LED面臨著什么問題。

　　選擇柔性襯底作為OLED的基板時(shí)，由于襯底本身的性質(zhì)，給器件和制作過程帶來了很多問題。

　　平整性較差

　　通常柔性襯底的平整性要比玻璃襯底差，這不符合表面要求。大部分淀積技術(shù)是共形的，制備的薄膜會復(fù)制襯底的表面形態(tài)，使得襯底以上的各層都凹凸不平。這會造成器件的短路，引起器件損壞。

　　熔點(diǎn)低

　　柔性襯底的熔點(diǎn)很低，而OLED基板的工藝溫度卻很高，所以，在制作過程中柔性襯底會變形甚至熔化14]。即使溫度較低的環(huán)境中，柔性襯底尺寸也不穩(wěn)定，這給多層結(jié)構(gòu)的OLED制作在精確地整齊排列上帶來了很大的困難。

　　壽命短

　　OLED對水蒸汽和氧氣都比較敏感，而大部分柔性襯底的水、氧透過率均比較高。

　　當(dāng)水汽和氧氣進(jìn)入到器件內(nèi)部時(shí)，會影響陰極與發(fā)光層之間的粘附性、使有機(jī)膜層內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

　　這些都會導(dǎo)致器件的光電特性急劇衰退，造成器件迅速老化、失效。與玻璃襯底相比，塑料襯底對水汽和氧氣的隔離及對器件防老化的保護(hù)作用都不夠理想，無法滿足顯示器連續(xù)工作超過10000小時(shí)的壽命要求。

　　ITO薄膜易脫落

　　為了配合熔點(diǎn)低的柔性襯底，只能在低溫下淀積ITO導(dǎo)電薄膜，制成的ITO導(dǎo)電薄膜電阻率高、透明度差，與柔性襯底之間的粘附性不好，在彎曲時(shí)易折裂，造成器件失效。

　　由于常用的柔性襯底PET與ITO的熱膨脹系數(shù)相反，在溫度變化時(shí)，一個(gè)收縮，另一個(gè)則膨脹，因此ITO薄膜比較容易脫落重。另外，在工作過程中，也會因?yàn)槠骷l(fā)熱而導(dǎo)致ITO導(dǎo)電薄膜脫落。

　　FOLED器件的使用壽命影響FOLED使用壽命的主要原因是襯底的水、氧透過率太高。

　　因此，重點(diǎn)在于如何解決水、氧的滲透：

　　1在柔性襯底上淀積一層防止氣體向塑料襯底內(nèi)擴(kuò)散的致密的介電材料，此介電層要無針孔、無晶粒邊界缺陷；2為器件加上一個(gè)柔性聚合物蓋板，在基板和蓋板上制作阻擋層用以阻擋水、氧的滲透；3采用金屬箔作為FOLED的襯底，箔的水汽透過率低，而且可承受高溫制作工藝，這種FOLED通常為上發(fā)光型OLED；4將顯示器密封在干燥的惰性氣體氛圍中，也可以將氧化鈣、氧化鋇等吸附劑加入到顯示器的密封殼中除去殘留在內(nèi)部的水和氧氣；5對柔性襯底和制備好的FOLED器件進(jìn)行多層膜包覆密封，這也是目前的發(fā)展、研究重點(diǎn)，典型代表技術(shù)是Barix技術(shù)。

　　Barix技術(shù)是由環(huán)球顯示公司、Vitex系統(tǒng)公司以及Battelle公司合作開發(fā)的。

　　Barix技術(shù)是利用真空鍍膜工藝制備有機(jī)高密度介電層與無機(jī)聚合物交替而成的多層結(jié)構(gòu)，有效地避免了層與層之間的相互影響。聚合物在真空中淀積、交聯(lián)，形成一種聚丙烯酸酯膜，將有機(jī)薄膜沉積在聚合物膜層上，成為阻擋水、氧滲透的屏障。

　　Barix結(jié)構(gòu)的最后一層是ITO層，這一層就可以作為OLED的陽極。此外，這種結(jié)構(gòu)中的聚合物層還能使襯底表面光滑，阻擋層還可根據(jù)具體要求將襯底裁剪成任意形狀，以滿足各種顯示器的需要。

　　導(dǎo)電層

　　柔性O(shè)LED用ITO導(dǎo)電薄膜作為陽極時(shí)，由于熱膨脹性能的不同導(dǎo)電層容易斷裂。可采用與柔性襯底之間有良好的粘附性、柔韌性更好的導(dǎo)電聚合物(如摻雜導(dǎo)電的PANI／CSA、PE以及DOT／PSS等)代替ITO，這就可以避免導(dǎo)電層的斷裂。

　　研究發(fā)現(xiàn)采用聚合物導(dǎo)電層的FOLED具有更好的柔性，而且成本也更低。