【摘 要】
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显示技术正朝着高清化、柔性化的方向快速发展,并引起虚拟现实、车载显示等领域的广泛关注。但以有机发光二极管(OLED)为代表的柔性显示易被空气中的水氧侵蚀,造成性能的急剧下降。随着外载应变的引入,商用金属/玻璃盖板封装已经无法与下一代柔性显示有效兼容,薄膜封装被认为是解决这一问题的潜在技术手段。针对显示器件封装层高阻隔性和不断提升的柔性需求之间的矛盾,本文基于薄膜断裂理论系统阐明了薄膜厚度、应变状态
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“面向柔性量子点显示稳定化的原子层沉积跨尺度稳定化制造”(项目编号:51835005); 国家自然科学基金面上项目“面向柔性电子制造的空间隔离原子层沉积系统基础研究”(项目编号:51575217); 武汉市应用基础前沿项目“量子点显示膜的封装技术研究”(项目编号:2018010401011286); 武汉华星光电半导体显示技术有限公司产学研合作项目“ALD 薄膜封装技术开发
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显示技术正朝着高清化、柔性化的方向快速发展,并引起虚拟现实、车载显示等领域的广泛关注。但以有机发光二极管(OLED)为代表的柔性显示易被空气中的水氧侵蚀,造成性能的急剧下降。随着外载应变的引入,商用金属/玻璃盖板封装已经无法与下一代柔性显示有效兼容,薄膜封装被认为是解决这一问题的潜在技术手段。针对显示器件封装层高阻隔性和不断提升的柔性需求之间的矛盾,本文基于薄膜断裂理论系统阐明了薄膜厚度、应变状态对封装结构机械稳定性的影响,通过结合原子层沉积(ALD)等原子尺度制造方法实现应用范围覆盖刚性到柔性的无机-无机叠层、无机-有机纳米叠层、无机-有机填充型封装结构的制备,主要工作如下:针对封装层残余应力引起的自发断裂失效行为,基于ALD方法向商用Si Nx薄膜引入具有反向应力的Al2O3薄膜以降低整体残余应力,并实现Si Nx薄膜表面针孔缺陷的有效钝化,抑制了水汽向器件内部渗透引起的界面退化,复合封装层水汽阻隔率达到10-6 g/m~2/day量级。应用于蓝光OLED器件时其老化(60℃/90%RH(Relative humidity))存储寿命提升至1000小时以上,老化后复合封装薄膜与器件之间界面的临界能量释放率较单层Si Nx薄膜提升5个数量级,实现了封装层屈曲剥离失效的完全抑制。采用的空间隔离ALD方法沉积效率较真空ALD方法提升~2个数量级。针对外加应变引起的封装层断裂失效难题,通过引入可拉伸PDMS材料实现百纳米级PDMS/Al2O3叠层封装结构制备,无机子层厚度的减薄实现叠层结构抗弯折性能显著提升。基于O2等离子体前处理实现PDMS子层表面亲水性改善,为后续Al2O3薄膜沉积提供大量形核位点。有机层的引入实现无机子层间的缺陷解耦,纳米叠层结构水汽阻隔率达到10-5 g/m~2/day量级。进一步引入修饰层实现中性轴向纳米叠层结构的移动以改善小曲率半径弯折条件下封装层应变状态,弯折疲劳测试后其阻隔能力较未调整样品提升1~2个数量级,应用于蓝光OLED时器件半衰期提升60倍以上。针对柔性聚合物衬底由于内部孔隙引起的阻隔性不佳的难题,通过对原子层填充(ALI)工艺进行优化实现前驱体向PEN衬底近表面的有效渗透和填充,并得到在线石英晶体微天平的有效证明。进一步结合O2等离子体前处理向PEN衬底表面引入大量含氧基团,Al2O3薄膜与柔性衬底之间的结合能力显著提升。经过O2等离子体前处理和ALI改性的PEN样品其阻隔性能在弯折疲劳测试前后均达到10-5 g/m~2/day量级,较未改性样品提升3~4个数量级。应用于OLED器件封装时,常态条件存储超过800小时后发光强度保持在初始亮度94%以上。
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