有机电致发光器件的新型薄膜封装技术研究_骆杨

-有机电致发光器件的新型薄膜封装技术研究_骆杨 DOI:10.16136/j.joel.2014.05.015 第卷光电子激光第期年月 有机电致发光器件的新型薄膜封装技术研究 ，李天骄，段羽骆杨， （；吉林大学电子科学与工程学院，集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，吉林长春 ；中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春吉林大学汽车工程学院，吉林长春 ） 摘要：针对有机电致发光器件（在空气中水汽和提出一种对）作用下寿命下降的问题， 进行薄膜封装方法。封装薄膜由电子束蒸镀，薄膜和原子层沉积（ ）薄膜电学测试方法测定封装薄膜的水汽透过率薄膜相结合形成。利用 （。具体实现方法是，采用玻璃作为衬底，在然）的电极上蒸镀的膜， 只留出采用电子束后对整个系统进行薄膜封装，电极的一部分作为探针接触电极。实验发现， 蒸镀结合的薄膜变成透明的时间比未封装或采用单一结构封装得到了延薄膜封装， 长。为了检验薄膜封装效果，制作了一组绿光器件结构为，（） （，实验结果表明，本文提出的薄膜封装方法对器）（）（）（ 器件的寿命得到了延长。件进行封装， ；原子层沉积（关键词：薄膜封装；水汽透过率（） ；（）中图分类号：文章编号：文献标识码： ， （， ，；， ，；， ，） ：）（ ， （）（） （） ， ， ， ：）（）（）（ ） ： 收稿日期：修订日期： ）、）、，基金项目：国家高科技研究发展计划（国家重点基础研究发展计划（国家自然科学基金（ ，）、）吉林省科技发展计划（和教育部高等学校博士学科点专项科研 ）基金（资助项目 第期骆杨等：有机电致发光器件的新型薄膜封装技术研究 ：；（） （） 引言 具有超薄性、全固）有机电致发光器件（ 高发光亮度和效率、优异的色彩饱和度及宽视态、角、快速响应、应用温度范围大（等特） ， 。但水汽和点，因此具有广阔的应用前景 对性能和寿命有负面的影响，是目前 水技术发展的瓶颈之一。等人提出， 汽和与金通过器件的边缘渗透到器件的内部， 的封装相结合制备薄膜做为 取得了良好的封装效果。层， 实验 清洗的过首先对所用的玻璃片进行清洗工作，程为用丙酮、乙醇、去离子水分别擦洗，再用这种液体将玻璃片分别超声清洗，吹干后烘烤。然后用真空蒸镀系统在玻璃衬底上蒸镀 系电极和薄膜。真空蒸镀时， 统真空度保持在以下。真空蒸镀完成的器件在手套箱内换上用于电子束蒸镀薄膜用的掩膜版，然后对器件的上表面进行电子束镀薄膜。用电子束设备之前，对电子枪进行耐压测试，当真空室真空度达到要求，即可进行电子束镀膜。电子束镀膜过程中，我膜生长速率不能太快， 。们使用的生长速率是再用过电子束蒸镀后，薄膜。 程如下：首先将器件放入反应室并将反应室加热至 前驱体源加热到外围加热到加，）热到如图（所示，；前驱体在 ；时间脉冲为压力下通入反应室，或以清除未被基底化学吸附的惰性气体通入反应室， ）如图（所示，在残余气体；压将去离子水蒸汽反应气体通入反应室，时间为力下， ；这时基底上蒸汽反应形成一层（）沉积层；如图所示，再将以清除通入反应室， ）未被基底化学吸附的水。重复（循环，使基底（上覆盖的氧化物层的厚达到 。 属电极和有机物材料发生一系列的反应释放出气 体，这些气体在器件内部形成气泡。因此，要提高器件的稳定性、延长器件的使用寿命就必须避免 ， 。商品化的器件与水汽和产的接触品，其使用寿命至少需达到水汽透过率， （、少于）透过速率少于 ，因此封装技术对 器件寿命的影响就不言而喻了。 器件封装是将刚性的基板和盖传统的 板用环氧树脂粘接，整个封装过程充满惰性气体（，如这样在基板和盖板之间就形成气、等）了一个密闭的空间把器件和空气隔开。虽然环氧 但由于其固化交联后形树脂具有优良粘接性能， 成的三维立体网状结构易产生较大的内应力使环 氧树脂易开裂并变脆，导致密封性能下降，空气中的水汽成分仍能通过盖板和基板之间的环氧树脂 ， 。并且封装盖板会增加向器件内部进行渗透 器件的重量，也不能实现透明和柔性封装。薄膜 、电子束蒸镀和封装即使用化学气相沉积（）原子层沉积（等方法，在器件表面形成一层） 致密的保护薄膜。薄膜封装早期多采用单层薄膜 结构。例如，等利用生长 器件寿命比无包的薄膜包覆， 覆延长了近倍；等人利用电子束蒸镀 器件寿命延长了倍。薄膜做保护层， 方法开发的当纳米堆叠纳米堆叠层， 层厚为封装薄膜在相对湿度为时，、 。但温度下可达到是而且在反应气体中需要技术生长速率慢， 有水汽或而这些水汽和参与，会对器件产 。生不良的影响 利用单层薄膜的水汽和从以上分析可见， 阻隔性能有限，且其薄膜质量受到制备条件的制 。本文改进了传统薄膜封装中的相同薄约 膜材料采用不同薄膜制备方法，引入电子蒸镀 图原理图 光 使用上述方法形成的两种薄膜对器件进行封装，只留出的一部分作为探针接触电极。以便进行电流电压曲线测试。实验中，薄膜电学测试器件结构如图所示 。 年第卷电子激光 导致膜随着厚度的增加会产生一些细小的裂痕，薄膜对和从而水汽就会的阻隔性变差， 通过裂痕进入到内部与生成透明层发生反应， （；这是变透明的主要原因另外在的），电子束蒸镀前，虽然蒸发室真空度已经很高，但难 免会存在一些和用电子束蒸镀进行薄膜，封装时，少量的和随着会被封装到里面，时间的推移，这些和也会和层发生反应，生成一定量的加快（）层变透明。，（）。和（已经接近透明，但（的透明度高于（）对于（只有单层在）过程中封装层， 图电阻率变化法方案设计图 含有的载气脉冲会对薄膜有侵蚀作用，同时薄膜直接暴露于空气中而生成钙盐，导致薄膜封装效果明显下降；另一方面，由于无机物封装薄膜长时间暴露空气中，水汽在表面积聚从而导致封装薄膜与无机物产生缓慢化学反应， （）中的退化现象；没有全部和、反应 （而生成透明的因为首先使用电子束蒸），镀这样在前的保护，薄膜对器件实行时含有的载气脉冲对膜的侵蚀作用 ）从而（封装薄膜对、就会大大的降低，阻隔性好，变为透明的时间大大的延长。 电流电压测试仪在不同时采用 间测量得到薄膜的电流电压特性曲线。每次实评定验得到的封装薄膜经过测试分析，。制作了为了检验所用薄膜对器件的封装效果， 简单的绿光。器件结构为（）（）（） （。）（）的制备对衬底的处理和只是多了一步测试实验的处理相似， 这样有利于除去表面的污处理的过程， 并提高采用我们参与染，的功函数。实验中，设计研制、沈阳四达真空技术研究所生产的型室多功能有机气相分子沉积系统进 行有机薄膜的蒸镀。系统的真空度可以达到。在蒸发有机小分子材料时，系统的真空度维 持在左右。器件的光电性能测试由数字电源、和电脑组成的测试平台完成。 图封装后的照片 实验分析 测试分析 如图所示，基测试的器件，制作了一组 （封装薄膜。其本结构是） ）中（使用电子束蒸镀作为封装）（）层；使用作为封装生长）（）使用电子束蒸镀和使用层；）（作为封装层。生长）（ 在同一时间封装从图可以明显的看出， （）已经透明。这是由于（只有电子束蒸镀后， 的单层蒸镀的无机封装层，薄 分析 为了进一步说明封装薄膜的、阻隔性能 ）封装后每隔和测出了器件（，的电流电压特性曲线，如图所示。 随着时间的增加，在短时间内条从图可看出， 直线的斜率没有太大的变化。也就是说，的电阻率变化不明显。因此在一段时间内，计算出的 变化也就不会很大。利用公式 ） （） 第期骆杨等：有机电致发光器件的新型薄膜封装技术研究 定量测量。式中，对玻璃衬底器件进行为化学反应中的摩尔比；的电阻率；为为和密度；为测量得到的电阻率；（）（）分别为器和的摩尔质量。经过计算， ）。因此，的使用电件（为 不同方法制备的薄膜之间可以形成相互保护，降低制备过程中对器件的损害；另一方面，抑制微观缺陷和微小晶粒的形成，消除单层无机薄膜生长过程中从而起到更好阻隔和产生的针孔，的作 。用 子束热蒸镀）和生长（ （作为封装层，其对器件的保护更佳 。） 图封装前后器件寿命测试曲线， 初始亮度 图薄膜封装层为电子束蒸镀）（的电流电压特性曲线）（，其中，为封装后为；）封装后为封装后 ） （ ）（ （ ， ，） 结论 第层使用电子提出了一种新型的封装方法， 束蒸镀第层使用的生长薄膜，的其中电子束热蒸的薄膜，镀的而的起到对器件的预先保护作用，经过这样的是器件的封装层。实验结果表明，封装，器件的性能和使用效率有很大的提高。 薄膜的封装效果 然后测，对使用不同的薄膜封装制作的 量器件的亮度随时间的变化曲线，便可以说明薄膜起到的封装效果。 （）（没有进行封装，使用电子束蒸镀）图中， （）使用电子束蒸镀的进行封装，和交叠薄膜层进行封装。 （）亮度衰减的最快。这是因为，可以看出，没有封装的器件的各有机层和金属电极与大气中的水汽发生反应，随着时间的推移逐渐失效；对应的亮度曲线（）使用了电子束蒸镀衰减的程度次之。这是因为，因此（比）薄膜对水汽产生一定的阻隔作用， （）（）亮度衰减最慢。这是因为（）亮度衰减较慢；不仅使用了电子束蒸镀在其上又用薄膜，两种薄膜叠在一起形生长了一层薄膜，成的双层膜会起到相对很好的封装效果。一方面， 参考文献： ， ，（）：，姜文龙，薛志超，常喜，等薄层对有机电致发光器（）：件性能的影响光电子激光， ，：， ，： ， ，：， 光 （）：， ， （）： 黎永涛，宋小锋，陈建龙，等有机电致发光器件的封装（）：热特性研究光子学报， ，： 王振国，高健，赵伟明，等有机发光器件（封装技）术的研究现状分析现代显示，：， ： ，（）：， ， ，（）：， ， ，： ， ，：，（） 年第卷电子激光 ， ， （）：， 高淑雅，吕磊，孔祥朝，等薄膜封装层对光电子激光，性能及寿命的影响，（）： ， ，（）：， 邱西振，张方辉，李艳菲一体化封装结温测量与：发光特性研究光电子激光，（） ， ，：，（） 孙若曦，李毅，周晟，等功率柔性封装结构的设计：光电子激光，与热特性分析，（） ， ，：，（） 作者简介： ，段羽（男，吉林人，副教授，主要从事有机电致发光器件）及其薄膜封装技术研究工作