ＯＬＥＤ柔性衬底封装材料研究进展
时间：2020-12-29 12:00:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：有机电致发光器件在柔性衬底上的制备是下一代显示技术发展的重要方向。根据柔性显示对封装材料的要求，综述了柔性衬底材料的种类及研究应用现状，重点介绍了聚合物柔性衬底材料的研究进展。
关键词：封装材料；有机电致发光器件；柔性显示
中图分类号：TN304文献标识码：Ａ
Research Progress of Flexible Substrate Materials for
Organic Light-emitting Device Package
WANG Xing, TIAN Da-lei, ZHAO Wen-qing, GUAN Rong-feng
(Institute of Materials Science and Engineering of
Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)
Abstract:The fabrications of organic light-emitting devices based on flexible substrates is an important development direction in the next generation of display technology. According to the requirements of the packaging materials in flexible display, the types and application researches status of flexible substrate materials were summarized, the research progress of flexible polymer substrate materials was stressed.
Keywords:packaging materials; OLED; flexible display
１引言
有机电致发光器件（organic lightemitting device，OLED）具有发光亮度高、发光视角宽、响应速度快、超薄、质量轻、全固态主动发光、可制作在柔性衬底上和成型加工相对简便等优点，成为非常具有应用前景的下一代显示技术[1-4]。目前柔性显示已经应用在手机和MP3上，但是大面板柔性显示器件的进展相对比较缓慢，而且柔性衬底材料代替刚性材料的同时出现了许多新的问题，这些问题还需要多学科综合起来去解决。本文结合柔性封装的要求，综述了超薄玻璃、金属箔和聚合物三种柔性衬底材料的研究现状，并指出了目前面临的主要问题。
2柔性OLED器件
柔性OLED(FOLED)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，如图1所示[5]。具体说来，OLED的基本器件结构有单层、双层、三层和多层等。
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PET基板上的柔性高分子材料的OLED；1997年Forrest等人发明了柔性小分子材料的OLED。这类显示器件柔软可以变形且不易损坏，可以安装在弯曲的表面，甚至可以穿戴，因而日益成为国际显示行业的研究热点[6]。
OLED相比其它柔性显示器具有更多优点：它是自发光显示，响应速度快、视角宽；由有机材料制备，弯曲能力强等。因此在显示效果好的便携产品和军事等特殊领域有非常广泛的应用。使用塑料或金属片等柔软基板代替坚硬的玻璃基板，可以制备弯曲的显示器。与普通的硬屏显示器相比，柔性显示器具有诸多优点：耐冲击，抗震能力更强；重量轻、体积小，携带更加方便；采用类似于报纸印刷工艺的卷带式工艺，成本更加低廉等等。目前，用于柔性显示的器件有TFT-LCD 、CSTN-LCD、电子纸和OLED等。
由于OLED对于水、氧非常敏感，如何避免这两种物质对器件的影响是FOLED发展的首要任务。研究表明OLED要求水汽的渗透能力在10~5g /m2/天以下，但传统的金属或玻璃封装盖会影响器件的弯曲能力，不适合柔性器件的封装，如何避免水、氧对器件的影响是FOLED发展的主要课题。
3柔性封装材料
OLED封装材料主要包括刚性封装材料、柔性封装材料和边缘缝隙封装材料[7]。柔性封装材料的特点就是在发生很大弯曲变形时仍然可以保证材料的有效使用，为了获得柔性有机显示器或其他电子设备，前后基板必须具有足够的柔性同时能有效隔绝湿气和氧气。柔性封装不仅仅是满足折叠、弯曲的要求，而且要有一定的强度以保证产品的实际应用要求。因此，封装材料及相应的封装技术成为柔性和强度一并满足的关键。对于这种封装材料，目前研究最多的主要分为超薄玻璃、聚合物和金属箔[8]。
3.1超薄玻璃
在使用玻璃衬底时，常用的封装技术是将显示器密封在干燥的惰性气体环境中，如密封在有玻璃（或金属）盖的充氮的干燥的盒内，玻璃（或金属）盖用紫外光固化的环氧树脂固定。通常将一种吸气剂加进密封壳内以便除掉可能残留在密封空间内的水和氧气。玻璃能很好地隔离潮气和空气，而唯一侵入到封装内的途径是边缘的环氧树脂密封。由于OLED中的有机发光层对于水汽、氧气阻隔之要求非常高，目前的环氧树脂密封技术无法达到要求，限制了OLED平面显示器的使用寿命。
目前，由玻璃工厂所提供最薄的玻璃为0.5mm，随着应用的不同，面板厂商逐渐开始试着将玻璃研磨到0.2mm或是更薄的厚度来使用。当厚度低于某种程度之后，可以看到玻璃基板开始具备可弯曲的特性，进而开发搭配超薄玻璃基板的柔性显示器。
50μm的超薄玻璃可以对包埋OLED的柔性智能卡进行封装，超薄玻璃的主要成分有两种：一种是含有大量BaO和Al2O3的碱式硼玻璃；另一种是纯硼玻璃。但是超薄玻璃在柔性封装过程中不能单独使用，需要聚合物涂层保护玻璃表面不受机械力的损害和化学试剂的侵蚀[7]。
3.2金属箔
薄型金属基板，其基板厚度低于0.1mm，采用这样的基板主要在于金属基板具备以下几个优点： 耐高温制程，与塑料相比，热膨胀系数（CTE）更为接近玻璃，因此在电路图样定位方面比较不容易发生问题；具备阻水、阻氧的功能；具备RTR(Roll-to-Roll)的制程可能性，金属本身已经具备极佳的延伸性，因此极为适合利用RTR的生产流程；成本低廉与取得方便，而且用在平面显示器上时，不需要镀上许多特殊的防水气、防氧气保护层，实际运用成本会比用塑料更低。
韩国LG飞利浦LCD开发出了在不锈钢箔基板上形成非晶硅(a-Si)TFT来驱动的4in(对角10cm)全彩OLED面板。由于采用了金属箔基板，因此厚度仅为150μm，耐用性也很出色。该OLED面板是与开发OLED荧光材料技术的美国通用显示器公司(UDC)共同开发的。显示分辨率为320×240像素的QVGA，显示色数约为1,670万色。特点是利用现有的液晶面板生产线，只需将玻璃基板换成金属箔基板即可形成a-Si TFT背板。LG飞利浦LCD还发表了采用相同柔性金属箔基板的14.1in彩色电子纸。
