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本论文工作以柔性显示用ITO薄膜为研究背景,选用PET聚酯膜为基材,选择SiOxNy和Al2O3薄膜作为PET基材的阻挡层,改善其表面状态,提高基材气密性,以满足OLED显示的要求。采用中频磁控溅射工艺在PET聚酯膜上分别制备了SiOxNy和Al2O3阻挡层,研究了薄膜厚度、基体温度、气体流量等工艺参数对薄膜的光学性能、表面形貌及力学性能的影响。通过优化工艺参数,制备出在可见和红外区域具有良好光学透过率,与基体结合良好的阻挡层薄膜,并用钙试验方法对比测试了不同阻挡层材料的气密性。研究结果表明,中频磁控溅射制备的SiOxNy和Al2O3均是非晶薄膜,其透过率主要受薄膜中的O/N比影响,薄膜厚度和沉积时的基体温度对其光学性能影响不大,通过优化工艺参数可使SiOxNy膜在可见和红外区的透过率达到80%以上。SiOxNy薄膜硬度在8GPa左右,模量在40GPa左右,硬度和模量随薄膜中氧含量的增加逐渐降低,随薄膜厚度的增加而增大。Al2O3及Al2O3/polymer多层复合膜在可见和近红外具有高的透过率(>80%),薄膜厚度、基体温度和基片材料对透过率影响不大。SiOxNy和Al2O3阻挡层对氧和水蒸气具有良好的阻挡效果,可以提高聚合物基材的气密性3个数量级左右。
采用直流磁控溅射在PET聚酯膜和100nm厚玻璃上制备ITO薄膜。研究表明,制备的ITO薄膜具有高的可见光透过率,提高氧流量可以提高可见光透过率,但电导率会相应下降;提高基底温度可以提高薄膜的电导率,但对提高可见光透过率作用不大。退火处理可以显著提高ITO薄膜的电导率,200℃,1h大气下的退火处理使ITO薄膜的电阻率由2×10-3Ω·cm降至5.5×10-14Ω·cm,但对于ITO薄膜的微观形貌和光学透过率影响不大。
基材和薄膜的厚度对ITO薄膜的微观结构影响很大。在较低的基底温度下,PET基材上沉积ITO薄膜更易形成非晶或非晶与多晶的混合结构,玻璃基材上沉积ITO薄膜更易形成多晶结构。在同样基底上,厚的ITO膜比薄的ITO膜更易形成多晶结构。一般较低温度下,100nm以下的ITO薄膜呈非晶结构,200nm以上的ITO膜呈较完整的多晶结构。
划痕试验和往复磨损试验结果表明,玻璃基材ITO/glass划破的临界载荷远高于聚酯膜基材ITO/PET的临界载荷,基材的软硬对ITO薄膜的划痕试验结果影响很大。不同基材的ITO薄膜(PET和玻璃)在划痕试验和往复磨损试验中,压头的压入深度和卸载后划痕沟槽的深度均与所加载荷的大小呈线性关系。ITO薄膜划破后没有成片脱落或翘曲开裂等现象,与玻璃和PET基材结合良好。玻璃基材上ITO薄膜的应力在1GPa水平,随沉积温度的升高应力增大,同样的沉积温度下较高的工作应力可以降低薄膜的应力。
以ITO薄膜为底阳极,制备出ITO/NPB/Alq3/LiF/Al结构的有机发光二极管。其电致发光光谱的谱峰位于557nm,所发出的光为单色绿光,发光光谱不随驱动电压的大小而改变。OLED器件的驱动阀值电压随其ITO底电极的不同发生变化,经臭氧处理过的ITO电极制备的器件驱动电压明显降低,约为7V左右,而同样的ITO电极未经臭氧处理的器件驱动电压在10V左右.
在100nm厚的薄玻璃基材上制备的120nm ITO薄膜,作为阳极制备的OLED器件具有良好的发光效果。在相同的驱动电压下,其电流密度和发光亮度均明显高于用市场商用的ITO玻璃制备的OLED器件。ITO薄膜经臭氧处理后所制备OLED器件的电流密度和发光亮度显著提高。