CN102569678A

CN102569678A - 一种顶发射oled的复合薄膜封装方法

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Publication number: CN102569678A
Application number: CN201210057243XA
Authority: CN
Inventors: 桑仁政; 张民艳; 龙梨; 于建宁; 童亮; 张�浩; 魏斌; 张建华
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明具体涉及一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法。本方法的工艺步骤为：先在顶发射OLED器件上蒸镀上透明有机薄膜作为缓冲层或半透明MgF₂、ZnS或MgF₂/ZnS薄膜作为预封装层，然后再利用化学汽相沉积（PECVD）制备半透明氧化硅和氮化硅封装薄膜，形成缓冲层或预封装层与封装层薄膜组合的复合薄膜封装结构。本发明所述封装方法，避免了顶发射OLED器件由真空蒸镀设备转移到PECVD设备进行薄膜封装的过程中受到空气中的氧气和水汽的渗透影响，也大大降低了等离子体轰击破坏顶发射OLED器件的薄顶电极和有机层的作用；另外，与传统OLED封装相比，简化了封装工艺，提高了生产效率，降低了封装后的器件的体积和重量，并且可以实现对可弯曲的柔性OLED的封装。

Description

一种顶发射 OLED 的复合薄膜封装方法

技术领域

本发明涉及一种顶发射有机电致发光器件(OLED)的封装方法，属于有机电致发光技术领域。

背景技术

有机电致发光显示器件是一种利用电流驱动有机半导体薄膜发光的器件，简称OLED，其结构属于夹层式结构，通常由阳极、空穴注入层（EIL）、空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、电子传输层(ETL)和阴极等组成。在外电场的作用下，电子和空穴被注入到有机发光层，然后在发光层内复合后形成激子，由激子辐射衰减而发光。由于OLED具有自主发光、响应速度快、可视角大、轻薄、可实现柔性显示、工艺简单、制造成本低等优点，被认为是最具发展前景的下一代显示技术。

OLED按照出光方向可分为底部出光（底发射）和顶部出光(顶发射)两种结构。底发射OLED器件的透明阳极位于透明衬底上面，透明阳极上是多层有机薄膜层，有机薄膜层上面是全反射金属或合金阴极，光线只能透过阳极从衬底方向发射出。但在有源矩阵有机电致发光显示中要在器件下方制作像素驱动电路，若使用底发射OLED器件，像素驱动电路就会占据像素的发光面积，降低开口率。而顶发射OLED器件则不一样，其阳极用的是全反射金属，顶部阴极是很薄的半透明金属或合金薄膜，光线从顶部阴极发射出，这样就可以解决OLED显示器件的发光面积受像素驱动电路限制的问题。

但是因密封失效而导致寿命缩短仍是有机电致发光器件面临的一个重要问题，其中水汽和氧气是导致器件失效的主要原因。一方面，OLED器件工作时需要从阴极注入电子，这就要求阴极功函数越低越好，通常作为阴极的金属材料如AL、Mg、Ca等一般比较活泼，容易与渗透进来的氧气和水汽发生氧化反应，在阴极和有机功能层间形成绝缘层，导致器件无法发光。另一方面，OLED器件工作时水汽的存在会诱发阳极和阴极之间发生电化学反应和水的电解放气，形成黑斑。更为严重的是有机材料本身会和水汽、氧气发生不可逆的化学反应，破坏有机分子及聚合物的结构，降低其发光效率。因此，OLED器件的封装技术研究对阻挡水汽和氧的渗透、延长器件的寿命具有重要的意义。

传统的OLED 器件是在玻璃、金属等刚性衬底上制作电极和有机功能层，对这类器件进行的封装一般是给器件加一个刚性盖板，在盖板内侧贴上足够的干燥剂，并将衬底和盖板用环氧树脂粘接以达到密封的效果。对OLED 进行封装所用的盖板，通常采用玻璃和金属两种材料。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。同时，玻璃或金属盖板内侧的干燥剂会吸收器件发出的光线。另外，封装后的器件的体积和重量较大，不能对可弯曲的柔性OLED封装。

发明内容

本发明的目的是针对传统OLED封装技术存在的缺陷，提供一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，与传统OLED封装相比，本方法简化了封装工艺，提高了生产效率，降低了封装后的器件的体积和重量，同时也可以实现对可弯曲的柔性OLED的封装。

为达到上述目的，本发明的构思是：氧化硅薄膜和氮化硅薄膜是精细的半透明陶瓷薄膜材料，硬度高，耐磨损性能好，具有优秀的光电性能、化学稳定性、热稳定性和抗高温氧化性，抗杂质扩散和水汽渗透能力强。20世纪70 年代初，以等离子体化学汽相沉积（PECVD）法制备的氧化硅薄膜和氮化硅薄膜已在硅集成电路工艺中用作钝化层，此后，又在塑封微电子电路中用作水汽和腐蚀离子的阻挡层。所以本发明中利用氧化硅薄膜和氮化硅薄膜作为OLED器件的封装薄膜（如图3是我们制备的SiOx/SiNx复合薄膜的光透过率测试结果，对可见光具有很好的透过率）。但是由于顶发射OLED主要是通过真空蒸镀的方式制备的，而且其顶电极很薄，在转移到PECVD设备的过程中很容易受到空气中的氧气和水汽的渗透，另外，利用PECVD设备直接在顶发射OLED器件上制备氧化硅和氮化硅封装薄膜，由于等离子体的轰击作用，顶发射OLED的很薄的顶电极和有机层很容易受到破坏。MgF₂和ZnS可以通过真空蒸镀的方式制备半透明的光学薄膜（如图4是我们制备的MgF₂/ZnS和MgF₂/NPB/ZnS复合薄膜的光透过率测试结果，在可见光范围内具有相当好的透明度），这种薄膜对于热和机械振动有一定的阻抗能力，而且具有天然的憎水性。因此，本发明提出在利用化学汽相沉积（PECVD）制备氧化硅和氮化硅封装薄膜前，先在顶发射OLED器件上蒸镀上若干层透明有机薄膜作为缓冲层或若干层MgF₂、ZnS或MgF₂/ZnS薄膜作为预封装层，形成缓冲层或预封装层与封装层薄膜组合的复合薄膜封装结构。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其操作步骤包括：首先使用去污粉对衬底进行初步清洗，直到在衬底上形成一层连续的水膜，然后依次用去离子水、乙醇、丙酮超声10分钟处理，再用去离子水超声清洗30分钟以上；洗净后的衬底用干净N₂吹干，然后立即移入真空蒸发腔室中；在衬底上制备顶发射OLED；在所制作的顶发射OLED阴极上蒸镀缓冲层或预封装层；将器件移至等离子增强化学汽相沉积(PECVD)设备中，沉积上薄膜封装层。

所述顶发射OLED包括刚性顶发射OLED和柔性顶发射OLED，衬底材质为玻璃、或硅片、或金属、或塑料；

所述顶发射OLED为红光、或绿光、或蓝光、或白光顶发射OLED；

所述缓冲层为NPB、或C₆₀、或CBP、或Alq₃透明有机物薄膜；

所述预封装层为MgF₂或ZnS薄膜，或者为MgF₂/ZnS复合薄膜；

所述薄膜封装层为氧化硅(SiOx)薄膜、或氮化硅(SiNx)薄膜，或者为SiOx/SiNx复合薄膜；

所述顶发射OLED、有机薄膜缓冲层、预封装层均是通过真空蒸镀法制备的；

所述氧化硅SiOx薄膜、氮化硅SiNx薄膜或SiOx/SiNx复合薄膜是通过等离子体化学汽相沉积(PECVD)法制备的；

所述缓冲层、预封装层和薄膜封装层的厚度可根据顶发射OLED的寿命要求和发光波长来调整，范围为200 nm~500 nm，缓冲层、预封装层的蒸镀速率和薄膜封装层的沉积速率可根据各薄膜的性能要求调节。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：

本发明提出的在利用化学汽相沉积（PECVD）制备氧化硅和氮化硅封装薄膜前，先在顶发射OLED器件上蒸镀上若干层透明有机薄膜作为缓冲层或若干层MgF₂、ZnS或MgF₂/ZnS薄膜作为预封装层的方法，避免了顶发射OLED器件由真空蒸镀设备转移到PECVD设备的过程中受到空气中的氧气和水汽的渗透影响，并且大大降低了等离子体轰击破坏顶发射OLED器件的薄顶电极和有机层的作用。

本发明所述的顶发射OLED的复合薄膜封装方法，与传统OLED封装相比，简化了封装工艺，提高了生产效率，降低了封装后的器件的体积和重量，并且可以实现对可弯曲的柔性OLED的封装。

附图说明

图1：顶发射OLED复合薄膜封装流程图

图2：顶发射OLED复合薄膜封装过程示意图

其中1是衬底，2是顶发射OLED器件，3是缓冲层或预封装层，4是薄膜封装层。

图3：SiOx/SiNx 复合薄膜的光透过率测试结果

图4：MgF₂/ZnS和MgF₂/NPB/ZnS复合薄膜的光透过率测试结果。

具体实施方式

本发明的优先实施例结合附图详述如下：

参见图1，本顶发射OLED的复合薄膜封装方法，工艺操作步骤如下

实施例一：

1）衬底清洗：首先使用去污粉对衬底进行初步清洗，直到在衬底上形成一层连续的水膜；然后依次用去离子水、乙醇、丙酮超声10分钟处理，再用去离子水超声清洗30分钟以上；

2）吹干衬底：洗净后的衬底用干净N₂吹干，然后立即移入真空蒸发腔室中；

3）在衬底上制备顶发射OLED；

4）在所制作的顶发射OLED阴极上蒸镀缓冲层或预封装层；

5）将器件移至等离子增强化学汽相沉积(PECVD)设备中，沉积薄膜封装层。

实施例二：

参见图1和图2，本顶发射OLED的复合薄膜封装方法，工艺操作步骤如下：

1）首先使用去污粉对衬底进行初步清洗，直到在衬底上形成一层连续的水膜；然后依次用去离子水、乙醇、丙酮超声10分钟处理，再用去离子水超声清洗30分钟以上。

2）洗净后的衬底用干净N₂吹干，然后立即移入真空蒸发腔室中。

3）首先使用机械泵抽真空至10^-1 Pa~10^-2 Pa，再打开冷凝泵直到温度降至十几K，使用冷凝泵抽真空至10^-5 Pa量级。蒸发源分别放在4个温度控制的石英坩埚以及6个电流控制的钨舟中，每个蒸发源的温度可以单独控制，衬底置于真空室的上部，蒸镀金属和有机物的舟和坩埚之间用挡板隔开，以免相互污染。

4）在衬底上依次蒸镀厚度为100 nm的Ag作为全反射阳极，7 nm的MoOx作为空穴注入层，30 nm的NPB作为空穴传输层，60 nm的Alq₃作为发光层和电子传输层，0.5 nm的LiF作为阴极注入层，2 nm的Al和18 nm的Ag作为半透明复合阴极。

5）再在所制作的顶发射OLED阴极上蒸镀200 nm~300 nm的有机薄膜缓冲层，有机薄膜可以是NPB、C₆₀、CBP、Alq₃中的一种薄膜或几种薄膜的复合体。

6）将器件再移至等离子增强化学汽相沉积(PECVD)设备中，沉积上300 nm~500 nm的封装薄膜，封装薄膜是氧化硅(SiOx)薄膜、氮化硅(SiNx)薄膜或SiOx/SiNx复合薄膜，图3示出SiOx/SiNx复合薄膜的光透过率测试结果。

上述材料的蒸发速率和膜厚由石英晶体振荡器配合INFICON公司的膜厚控制仪（IC/5）进行控制。蒸发速率和膜厚可以同时直接在显示器上实时显示。有机物的蒸发速率要求平稳地保持在较低的水平，一般说来要小于0.5 Å/s；金属电极的蒸镀速率一般在1 Å/s左右。蒸镀薄膜的厚度由台阶仪（Alpha-step®500表面探针）来测量，并反馈回膜厚控制仪来进行参数校正。

实施例三：

参见图1和图2，本顶发射OLED的复合薄膜封装方法，工艺操作步骤为：

5）在所制作的顶发射OLED阴极上蒸镀250nm的预封装层，预封装层为MgF₂、ZnS或MgF₂(100 nm)/ZnS(150 nm) 薄膜，图4示出此复合薄膜光透过率测试结果。

6）将器件再移至等离子增强化学汽相沉积(PECVD)设备中，沉积上300 nm~500 nm的封装薄膜，封装薄膜是氧化硅(SiOx)薄膜、氮化硅(SiNx)薄膜或SiOx/SiNx复合薄膜。

Claims

1.一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其工艺操作步骤包括：

（1）衬底清洗：首先使用去污粉对衬底进行初步清洗，直到在衬底上形成一层连续的水膜；然后依次用去离子水、乙醇、丙酮超声10分钟处理，再用去离子水超声清洗30分钟以上；

（2）吹干衬底：洗净后的衬底用干净N₂吹干，然后立即移入真空蒸发腔室中；

（3）在衬底上制备顶发射OLED；

（4）在所制作的顶发射OLED阴极上蒸镀缓冲层或预封装层；

（5）将器件移至等离子增强化学汽相沉积(PECVD)设备中，沉积薄膜封装层。

2.如权利要求1所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述顶发射OLED包括刚性顶发射OLED和柔性顶发射OLED，衬底材质为玻璃、或硅片、或金属、或塑料。

3.如权利要求1所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述顶发射OLED为红光、或绿光、或蓝光、或白光顶发射OLED。

4.如权利要求1所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述缓冲层为NPB、或C₆₀、或CBP、或Alq₃有机物薄膜。

5.如权利要求1所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述预封装层为MgF₂或ZnS薄膜，或者为MgF₂/ZnS复合薄膜等。

6.如权利要求1所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述薄膜封装层为氧化硅SiOx薄膜、或氮化硅SiNx薄膜，或者SiOx/SiNx复合薄膜。

7.如权利要求1所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述顶发射OLED、有机薄膜缓冲层、预封装层均是通过真空蒸镀法制备的。

8.如权利要求6所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述氧化硅SiOx薄膜、氮化硅SiNx薄膜或SiOx/SiNx复合薄膜是通过等离子体化学汽相沉积法制备的。

9.如权利要求1所述的一种顶发射OLED的复合薄膜封装方法，其特征在于：所述缓冲层、预封装层和薄膜封装层的厚度范围为200 nm~500 nm。