把OLED屏掰弯不容易！单是柔性OLED封装技术及材料就要突破这些难点

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。

柔性0LED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PET基板上的柔性高分子材料的OLED；

1997年FoHest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。对于柔性OLED来说，传统的封装方法因为盖板是不可卷曲的，因而是无效的。

柔性0LED主要有以下两种封装方法：

1

与传统的OLED器件类似，考虑给器件加一个柔性的聚合物的盖板，然后在基板和盖板上制作阻挡层以阻挡水汽和氧气的渗透。

2

在基板和各功能层上制作单层或多层薄膜阻挡水、氧等成分的渗透。以上两种封装方法下面两张图片所示。

加聚合物盖板封装

用单层或多层薄膜封装

所示的用薄膜直接封装与第一张图比起来，器件更薄，而且不必担心在柔性显示时，聚合物盖子的磨损，但是这种封装要求薄膜阻挡层在形成过程中必须与OLED的基板紧密粘接，该过程一般在较低的温度下完成，而且要尽量避免对有机层的损坏。

另外，如果器件的基板为对水汽和氧气阻挡性能很好的物质，如是极薄的玻璃或金属时，封装时也可以不要基板上的阻挡层。

柔性封装技术

PET上蒸镀铝膜技术在70年代商业化。

对于柔性0LED来说，进行薄膜封装比较困难，柔性0LED基板和盖板上制作的阻挡层应满足以下要求：

必须能与OLED的基板或盖板紧密结合；

水、氧渗透率满足OLED的寿命要求；

要有一定的机械强度；阻挡层自身是稳定的；

其他各工作层的形成对阻挡层不产生影响；阻挡层是柔性的。

柔性OLED器件的薄膜封装，通常采用单层薄膜封装和多层薄膜封装两种封装方式。

单层薄膜封装

这种封装方法一般是利用等离子体化学气相沉积(PECVD)或真空蒸镀技术，在基板上和器件上制备一层阻挡层，以此来阻挡水汽和氧气的渗透。

如果要用单层膜对FOLED(柔性有机电致发光器件)进行封装，应该采用几乎没有针孔和晶粒边界缺陷无机物薄膜，才能使密封性更好。

韩国Elia TECH于2002年研究出这种薄膜封装技术，是在基板背面形成薄膜覆层，借此阻断造成OLED亮度不足与出现黑点等致命性缺陷的水分或空气。

且由于可不使用玻璃或金属板、干燥剂，可将OLED模块的厚度由过去的2.1mm缩减到小于1.1mm，并节省50%以上的成本。

多层薄膜封装

另外一个比较有效的方法是在聚合物基板和有机发光器件上采用多层薄膜包覆密封，也就是常说的Barix封装技术。

方法是用覆膜材料对柔性有机发光器件进行密封包装，该混合防护层由真空沉积聚合物膜和高密度介电层交替构成，有效地消除了各防护层材料间的相互影响。

在Barix封装技术中所用的聚合物膜层能使衬底表面光滑，聚合物在真空中沉积并交联，形成一种非共形的聚丙烯酸酯膜，然后将介电质薄膜层的层数和成分加以调控。Barix结构的最后一层为ITO层，可作为有机发光二极管的阳极。

制成的衬底的透过率在可见光谱区大于80％，而膜层的电阻小于40Ω。

OLED器件中的干燥剂

在OLED器件内部放人干燥剂，可以吸收器件性0LED器件中的内部的水分，以延长器件的寿命。对于传统的0LED来说，干燥剂层的厚度约为1 mm，如下图所示。

这对柔性OLED来说是不可能的。但是我们可以考虑在器件内部把干燥剂制成柔性的薄膜。(a)和(b)分别表示了如何在单片和层叠的柔性OLED器件内制作干燥剂薄膜的两个方案。

有人还提出了另外一种方案来解决干燥剂薄膜的问题，如下图所示。

总之，对于FOLED，制作干燥剂薄膜是一个很有吸引力的方案，但实现起来有一定的困难。

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。

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。

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。

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:

1

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;

2

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;

3

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。

聚合物

通常, OLED 都是在玻璃衬底上制造, 然后使用金属或玻璃盖子封装。用塑料代替玻璃做OLED 的衬底材料, 可以进一步增加OLED 的应用领域。

基于塑料衬底的OLED 具有很多优点: 更薄、更轻、柔性显示等。要实现柔性显示的关键问题是湿气和氧的隔离保护, 这可以通过隔离或钝化膜来实现。