（机械电子工程专业论文）oled封装方式及其玻璃基板的夹具设计分析.pdf

摘要 摘要 o l e d 诞生至今，封装一直是提高其寿命和稳定性的重要因素之一，也是当前研 究的热点。本文简要介绍了有机发光器件o l e d 的结构、发光原理、优缺点以及存在 的一些问题。从最初的后盖式封装发展到现在的薄膜封装，其寿命和稳定性也随之提 高，人们幻想的柔性显示也成为了现实。本文针对o l e d 显示屏制造过程中的封装技 术、基板装夹及变形等问题开展研究，主要内容包括以下几方面： 首先，本文介绍当今主要的封装技术和方法，开展o l e d 关键工艺研究和污染粒 子检测实验；对几种无机成膜材料性质和薄膜微观形态进行实验分析与对比，提出结 合传统后盖式封装和薄膜封装的混合封装方法。在分析调研o l e d 柔性薄膜封装方式 的基础上，提出一种新型的薄膜封装方式。 其次，本文针对大尺寸o l e d 生产制造过程中大玻璃基板变形过大，会影响成品 率、生产效率和成本等突出问题，进行基板变形的理论分析，并应用a n s y s 有限元软 件实现玻璃基板变形分析，提出一种有效减小大尺寸玻璃基板变形的方法。 第三，基于大尺寸玻璃基板的变形分析结果，设计装夹大尺寸玻璃基板的夹具结 构，使其具有夹持基板并实现小角度转动功能，即让夹具在夹持基板的过程中能够向 上转动一定转角，从而改变基板的边界条件，大幅减小玻璃基板的变形。 关键词：有机发光器件；混合封装；薄膜封装；玻璃基板变形；夹具 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t s i n c et h eb i r t ho fo r g a n i cl i g h te m i t t i n gd e v i c ee n c a p s u l a t i o nh a sb e e no n eo ft h e i m p o r t a n tf a c t o r st ot h e i rl i f ea n ds t a b i l i t y , b u ta l s oar e s e a r c hf o c u s t h i sp a p p e rb r i e f l y i n t r o d u c e dt h es t r u c t u r eo fo r g a n i cl i g h t e m i t t i n go l e dd e v i c e s ，s u c ha sl i g h t e m i t t i n g p r i n c i p l e ，a d v a n t a g e sa n ds o m ep r o b l e m sa n ds oo n f r o mt h eb a c kc o v e ro ft h ef i r s tt y p eo f e n c a p s u l a t i o nd e v e l o p e dt ot h i nf i l me n c a p s u l a t i o n ，t h e i rl i f ea n ds t a b i l i t ya r ei m p r o v e d ，t h u s p e o p l e sf a n t a s ya b o u tf l e x i b l ed i s p l a yb e c o m ear e a l i t y t h i sp a p e rf o c u so no l e dd i s p l a y m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，e n c a p s u l a t i o nt e c h n o l o g y ，t h es u b s t r a t ec l a m p i n ga n di t s d e f o r m a t i o na n ds oo n ，t h em a i nc o n t e n t si n c l u d et h ef o l l o w i n g ： f i r s t ，t h i sp a p e rd e s c r i b e st h em a i np a c k a g i n gt e c h n o l o g ya n dm e t h o d so fn o w ，t oc a r r y o u tt h ek e yp r o c e s st e c h n o l o g yo fo l e da n dp o l l u t i o np a r t i c l ed e t e c t i o ne x p e r i m e n t s ，b e s i d e s ， c o m b i n e d 、析t 1 1e x p e r i m e n t a la n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fs e v e r a li n o r g a n i ct h i nf i l mm a t e r i a l p r o p e r t i e sa n dm o r p h o l o g y b a s e do nt h i s ，p r o p o s e da n e w e n c a p s u l a t i o nm e t h o dw h i c h c o m b i n i n gb a c kc o v e re n c a p s u l a t i o no f t r a d i t i o n a ls t y l e sa n dt h i nf i l me n c a p s u l a t i o n ，n a m e d h y b r i de n c a p s u l a t i o n d e p e n do nt h ea n a l y s i so ft h ee x i s t i n go l e df l e x i b l et h i nf i l m e n c a p s u l a t i o nm e t h o d s ，p r o p o s ea n o v e le c a p s u l a t i o ns c h e m e s e c o n d ，f o rl a r g e - s i z eo l e dp r o d u c t i o no fl a r g eg l a s ss u b s t r a t em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ， l a r g ed e f o r m a t i o nc o m e so u t ，p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y ，c o s ta n ds oo nb e c o m et h eo u t s t a n d i n g p r o b l e m s ，t h r o u g ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i so fd e f o r m a t i o no f t h es u b s t r a t e ，b e s i d e s ， a p p l i c a t i o na n s y sf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r e ，a n a l y s i sa n ds i m u l a t et h ed e f o r m a t i o no fg l a s s s u b s t r a t e ，p r o p o s e da ne f f e c t i v em e t h o do ft h o r e t i c a lt or e d u c ed e f o r m a t i o no f t h el a r g eg l a s s s u b s t r a t e t h i r d ，b a s e do nt h el a r g e - s i z eg l a s ss u b s t r a t ed e f o r m a t i o nt h e o r ya n df i n i t ee l e m e n t s i m u l a t i o nr e s u l t s ，d e s i g nal a r g eg l a s ss u b s t r a t e sg r i p p i n gf i x t u r es t r u c t u r e ，w h e ni th o l d st h e s u b s t r a t ec a na c h i e v eas m a l la n g l er o t a t i o n ，w h i c ha l l o w sf i x t u r ei nh o l d i n gt h es u b s t r a t et o t u r nt oac e r t a i ns m a l la n g l e ，t h u sc h a n g i n gt h eb o u n d a r yc o n d i t i o n so ft h es u b s t r a t e ，t h i s s i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ed e f o r m a t i o n o fg l a s ss u b s t r a t e k e y w o r d s ：l i g h t - e m i t t i n gd e v i c e s ；h y b r i de n c a p s u l a t i o n ；t h i nf i l me n c a p s u l a t i o n ； i l ；g l a s ss u b s t r a t ed e f o r m a t i o m f i x t u r e a b s t r a c t c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) i v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 1 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n d 1 1 1 2r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 2 1 2r e s e a r c ho fl i g h t e m i t t i n gd e v i c e 2 1 3p r o b l e m so fo l e d 4 1 4t h em a i nw a yt oi m p r o v eo l e d p e r f o r m a n c e 5 1 5s o u r c ea n dw o r ko f t h i st h e s i s 6 c h a p t e r2c r i t i c a lp r o c e s so fo l e d a n dp o l l u t i o np a r t i c l e sd e t e c t i o ne x p e r i m e n t s 8 2 1t h ep r i n c i p l ea n ds t r u c t u r eo fo l e d 【2 6 】8 2 2s t a t u so fo l e d t e c h n o l o g y 9 2 2 1p a t e n t sd i s t r i b u t i o no fo l e d 9 2 2 2o l e d t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tt r e n do f t h ef u t u r e 1 0 2 3c r i t i c a lp r o c e s so fo l e d 10 2 3 1t h ec l e a n i n ga n ds u r f a c et r e a t m e n to f i t o 1 0 2 3 2o r g a n i ct h i nf i l me v a p o r a t i o n p r o c e s s 11 2 3 3t h e p r o d u c t i o np r o c e s so f m e t a le l e c t r o d e s 1 2 2 3 4p r o d u c t i o np r o g r a mo ff u l lc o l o ro l e d 12 2 3 5a n t i a g i n gt r e a m e n to f o l e d 1 3 2 4o l e d m o n i t o r i n go fp o l l u t i o np a r t i c l e si nt h ee n c a p s u l a t i o np r o c e s s 1 4 2 4 1e x p e r i m e n t a ld e s i g nt om o n i t o rp a r t i c l es o u r c e 1 4 2 4 2r e s u l t sa n da n a l y s i s 16 2 5c h a p t e rs u m m a r y 18 广东工业大学硕士学位论文 c h a p t e r3o l e de n c a p s u l a t i o nm e t h o d sa n de x p e r i m e n t so nt h i nf i l me n c a p s u l a t i o n18 3 1i s s u e so fo l e dl i f e l8 3 1 1t h ee x t e r n a lf a c t o r so f o l e dl i f er e c e s s i o n 。1 8 3 1 2t h ei n t e r n a lf a c t o r so fo l e dl i f er e c e s s i o n 。19 3 2t h ew a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t yo f o l e d p a c k a g i n gr e q u i r e m e n t s 1 9 3 3e n c a p s u l a t i o n so f o l e d 2 0 3 4r e l a t e de x p e r i m e n t a lr e s e a r c h m e n to fs e v e r a li n o r g a n i ct h i nf i l mm e t e r i a l s 。21 ：；4 1s i n xt h i nf i l ma n a l y s i s 2 2 ：；4 2a 1 2 0 3t h i nf i l ma n a l y s i s 2 2 3 4 3s i 0 2t h i nf i l ma n a l y s i s 2 4 ：；5h y b r i de n c a p s u l a t i o no fo l e d 2 6 ：；6f l e x i b l ee n c a p s u l a t i o np r o p o s e do fo l e d 2 8 3 7c h a p t e rs u m m a r y 3 0 c h a p t e r4d e f o r m a t i o no fl a r g es i z eo l e ds u b s t r a t ea n a l y s i s 3 4 4 1d e f o r m a t i o no fl a r g e s i z eo l e ds u b s t r a t e 3 6 4 2t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o no f s u b s t r a t ed e f o r m a t i o n 3 7 4 3c h a n g i n gt h eb o u n d a r yc o n d i t i o n so nt h ed e f o r m m i o no fs u b s 缸a t e 4 0 4 4d e f o r m a t i o no fl a r g e - s i z es u b s t r a t ew i t hf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 41 4 4 1m o d e l i n ga n da n a l y s i sw i t h a n s y s 4 1 4 4 2c o m p a r i s o no fs o m et y p i c a lo fd e f o r m a t i o n s 4 4 4 4 3c o m p a r i s o no fs o m et y p i c a lo fd e f o r m a t i o n s 4 6 4 5f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t sp r o c e s s i n g 5 0 4 6c h a p t e rs u m m a r y 5 8 c h a p t e r 5n e mf i x t u r ed e s i g no f l a r g eg l a s ss u b s t r a t e s 5 3 5 1n e wf i x t u r ed e s i g ni d e a s 5 4 5 2g e n e r a li n t r o d u c t i o no f n e wf i x t u r e 5 4 5 3c l a m p i n gf o r c ec a l c u l a t i o na n dt h ew a yo fc a r r y i n go u t 5 4 5 4d e f o r m a t i o no fs u b s t r a t ec l a m p e db yt h ef i x t u r e 5 8 5 5c h a p t e rs u m m a r y 6 0 c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t s j 6 1 v i i i c o n t e n t s r e f e r e n c 冶s 6 2 p u b l i c a t i o n s 6 5 d e c l a r a t i o n 6 6 c o p y r i g h tl i c e n s es t a t e m e n t 6 7 a c k n o w l e d g e m e n 6 8 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 1 1 1 课题研究背景 第一章绪论 o l e d 是o r g a n i cl i g h te m i t t i n gd i o d e 的缩写，意为有机发光二极管，也称有机 电致发光器件显示器( o r g a n i cl i g h te m i tt i n gd e v i c e d i s p l a y ) ，冷发光、电流驱动。近 年来，o l e d 的飞速发展受到了业界的极大关注。从诞生到现在，历经几十年，今天 o l e d 正以惊人的速度开始步入产业化阶段，在竞争激烈的平板显示市场上占据了一 席之她。图1 1 是一个简单的o l e d 器件结构示意图。 图1 - 1 0 l e d 器件结构 f i g u r el - 1o l e dd e v i c es t r u c t u r e 根据使用有机功能材料的不同，o l e d 器件按材料可以分为两大类：小分子器件 和高分子器件。小分子o l e d 又称f l e d ，其技术发展较早( 19 8 7 年) ，而且技术已经 达到商业化生产水平；高分子o l e d 又被称为p l e d ( p o l y m e rl e d ) ，其发展始于1 9 9 0 年，目前该技术尚未成熟。此外，根据驱动方式的不同，o l e d 器件可以分为无源驱 动型( 又称被动驱动p m o l e d ，p a s s i v em a t r i x ) 和有源驱动型( 又称主动驱动a m o l e d ， a c t i v em a t r i x ) 两种。无源驱动型不采用薄膜晶体管( t f t ) 基板，一般适用于中小尺寸显 示；有源驱动型则采用t f t 基板，适用于中大尺寸显示，特别是大尺寸全彩色动态图 像的显示。目前，p m o l e d 技术已经比较成熟，早期商业化的产品基本都是无源驱动 型；a m o l e d 技术发展很快，现今已经是o l e d 的主流产品。 广东工业大学硕士学位论文 有机发光显示器件之所以受到人们的青睐，是因为其它平板显示器相比，有着突 出的技术优点： 1 、厚度可以小于1 毫米，仅为l c d 屏幕的1 3 ，并且重量也更轻； 2 、固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔； 3 、几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真； 4 、响应时间是l c d 的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象； 5 、低温特性好，在零下4 0 0 c 时仍能正常显示，而l c d 则无法做到； 6 、制造工艺简单，成本更低； 7 、发光效率更高，能耗比l c d 要低； 8 、能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。 1 1 2 课题研究的意义 o l e d 产业发展正处于上升阶段，市场份额成倍递增。在国内，有数十家科研机 构和企业从事o l e d 的研发和产业化工作。中国o l e d 基础技术与国外差距不大，研 究人员在机理研究、材料开发、器件结构设计、生产工艺技术等方面做了大量工作， 取得了一系列有价值的研究成果，获得了大量的专利技术。 随着工艺的不断发展，生产要求的逐渐提高，单片大面积显示器已成为o l e d 未 来工业化生产趋势，因此，现在的封装技术越来越成为o l e d 大规模生产的瓶颈，所以 有必要发展新的封装工艺技术及封装设备来适应形势的发展。 1 2 有机电致发光器件o l e d 的研究进展 对有机电致发光的研究始于1 9 3 6 年，d e s t r i a u 将有机荧光化合物材料分散在高分 子材料中制成薄膜，得到最早的电致发光器件。但真正掀起研究高潮的是在1 9 8 7 年， 美国柯达公司的c w t a n g 和s a v a n s l y k e 以芳香二胺作为空穴传输层，8 羟基 喹啉铝( a l q 3 ) 作发光层制备了驱动电压小于1 0 v 、发光效率高( 1 5 n v w ) 、亮度高( 超过 1 0 0 0c d m 2 ) 的薄膜o l e d s 弘1 ，使有机电致发光器件的研究工作获得了划时代的发展。 这项突破性的研究工作，不但显示了有机薄膜电致发光的突出优点和巨大应用前景， 而且揭示了o l e d 设计的关键所在：正负载流子的均衡注入和有效复合，这指明了 o l e d 材料与器件的努力方向，被誉为是有机电致发光的里程碑。 随后日本九州大学的s n t o 和t s u t s u i 等人提出了多层结构的器件模式，把发光层 2 第一章绪论 夹在电子传输层和空穴传输层之中，使器件的性能得到了进一步改善。典型的器件结 构为：i t o 空穴传输层发光层电子传输层m g ：a g 。在多层结构的器件中，通过使用不 同的发光材料可以得到不同的发光颜色，从而奠定了有机薄膜电致发光器件的研究基 础。 1 9 9 0 年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的b u r r o u g h e s 博士等人首次在n a t u r e 杂志 上报道了聚苯乙烯撑( e p v ) 的电致发光p 1 。1 9 9 1 年，美国加州大学圣巴巴拉分校的 d b r a u n 和a j h e e g e r 在i t o 上将p p v 的衍生物m e h p p v 旋涂成膜1 ，制成了 量子效率为1 的橘红色o l e d ，从此开辟了o l e d 新的发展方向聚合物 o l e d ( p l e d ) 。p l e d 的出现与发展标志着有机发光器件的研究进入了一个新的阶段。 有机发光领域中另一个开创性工作是有机磷光发光器件的出现。1 9 9 8 年 m a b n d o 等1 7 1 将磷光材料p t o e p 掺杂到主体材料a l q 3 中，使原来不发光的a l q 3 三 线态激子将能量传递给p t o e p 染料，由于重金属铂离子具有强烈的自旋轨道耦合作用， 使得原来自旋禁阻的最低激发三线态到单线基态的跃迁( t 1 s o ) 变为允许，p t o e p 的三 线态激子也参与到器件的发光过程，因此红光器件获得了2 3 的内量子效率。从此开 辟了高效率的磷光有机发光器件时代。同年，普林斯顿大学的f o r r e s t 等将磷光材料掺 入发光层，获得外量子效率5 的器件p 1 。2 0 0 1 年，c a d a c h i 将绿色磷光染料 ( p p 2 i r ( a c a c ) 掺杂到宽禁带主体材料t a z 中，获得了近1 0 0 内量子效率的磷光器件 【9 l 目前，许多的科研单位和公司投入了大量的人力和物力对o l e d 进行深入的研究。 我国在有机电致发光的基础研究方面也取得了一些令人称赞的成果，如磷光发光材料 的设计与合成、高分子器件的制备、白光器件的制备、器件制各工艺研究、有机电致 发光器件的失效分析和界面分析等。 总的来看，当前全球从事小分子o l e d 研究与生产的公司多于从事p l e d 研究与 生产的公司。从事小分子o l e d 的研究除柯达以外，还有s o n y 、n e c 、三洋、s e i k o e p s o n 、 t d k 、东北先锋、i d e m i t s uk o s a n 、e m a g i n 、s a m s u n g 、铼宝、奇美等公司，其中除n e c 及i d e m i t s uk o s a n 自行研发外，其余皆购买了柯达的专利授权。p l e d 阵营则有飞利浦、 爱普生、d u p o n t 、东芝、c d t 、u n i a x 、c o v i o n 等公司。我国也有：清华大学、华南理 工大学、香港城市大学、电子科技大学、中科院长春应用化学所、长春光机所、京东 方、彩虹集团、信利集团、东莞宏威等三十多家单位开展了研究工作，取得了一些有 意义的成果，培养出了一批具有国际竞争力的研究开发人才，使我国在国际o l e d 显 广东工业大学硕士学位论文 示领域占有了一定的地位。 o l e d 产业方面，全球已建成2 1 条p m o l e d 生产线，7 条a m o l e d 生产线和 4 0 多条中试线。日本p i o n e e r 、中国台湾铼宝和韩国s a m s u n g 是该产业的先行者。从应 用上来看，各主要公司均以中小尺寸显示屏为主要产品，例如，先锋的产品主要应用 于汽车音响，铼宝和s a m s u n g 的产品主要应用于手机显示屏。最引人瞩目的是日本s o n y 公司曾经推出了一款ll i n 的o l e d 电视机，由于使用过程中出现的问题较多，上市一 段时间后退出了市场。中国大陆厂商维诺信( 清华大学技术入股) 已在昆山建立了生产 线，其中p m o l e d 出货量居全球前列：彩虹集团和信利集团也在广东建立了生产基 地，着手o l e d 的大规模产业化。尽管o l e d 发展及其应用过程出现了一些问题，但 其作为新一代的显示技术的地位未曾动摇，未来几年随着技术的日臻成熟，市场将会 快速增长，成为主流显示技术指日可待( 图1 2 ) ! 曩3 5 0 e 鲢骶 竺2 s 疆 。 二s o 笈 _ _ _ _ 一- _ _ _ 一_ - _ _ 一_ _ _ 一- j 蔓d ：t 一一一一。一一一。一 c“ “一心# z- 辣虢# ；冀” 既0 _ _ - _ 1 _ - _ - 二r _ _ r _ _ _ 1 _ _ - - _ _ 五 - - = - _ o 甲。o 二- r o 一 2 4 缁2 0 隔2 ?麓翅2 0 1 02 0 ：l踅贬 图l 一2o l e d 全球产值增长趋势图 f i g u r e1 - 2o l e do u t p u tg r o w t ho fg l o b a lt r e n d 1 3o l e d 器件存在的问题 尽管有机电致发光显示技术经过二十多年的发展，已取得了巨大的进步，但是仍 然有一些关键的问题没有得到很好的解决，包括以下几个方面： 1 、高性能发光材料的开发。开发效率高、稳定性好、低成本的磷光材料是发展高 第一章绪论 效率有机电致发光器件的一个必然方向； 2 、器件的制备工艺。目前国内尚无成熟的o l e d 生产工艺，并且产业的供应链还 不完善。而这些o l e d 器件工艺的探索和优化可以为产业化提供极大的支持。制备工 艺的开发和优化会对o l e d 显示屏的价格产生较大影响，进而加快其产业的步伐。 目前有机电致发光的基础理论尚不成熟，发光机理尚未完全解明，从而导致材料 开发、器件结构和工艺改进均缺乏有效的理论指导。为了提高有机电致发光器件的性 能，人们对电致发光过程的机理进行了广泛的研究。但由于问题的复杂性，导致了数 学处理和实验结果分析上的困难，大部分问题都悬而未决。对有机电致发光的各种基 本物理过程( 例如载流子从电极的注入，载流子在有机薄膜中的输运特性、能量传递等) 的理解仍然是不够充分的n 0 抛1 。 由于o l e d 发光层是有机物薄膜层，且金属阴极是活泼的金属薄膜层，两者都是 极易氧化和被腐蚀的，所以其寿命和稳定性较c r t 和l c d 低。o l e d 制备都是在接近 真空的设备中生产的，即使这样寿命仍然与c r t 和l c d 有一定的距离。但是，随着 技术的发展特别是新的有机发光材料和封装材料及新的封装方式的出现，o l e d 寿命 得到了很大的提高。不过，寿命问题依然是制约o l e d 走向商业化的障碍之一，有效 的解决这个问题是o l e d 走进千家万户的必由之路。 由于o l e d 是一种新的显示技术，尽管我们己能从生活中接触和使用相关产品， 但其生产率和成品率较低，一般是中小尺寸的，较大尺寸的还停留在研究阶段。走向 商业化合实用化必须解决成品率低下的问题，所以在更大的玻璃基板上蒸镀有机材料 是首先面临的问题。由于玻璃基板比较薄一般不到l m m ，所以更大玻璃基板意味着更 大的变形，有效的解决和减少基板的变形问题，亟待解决。 1 4 改善o l e d 性能的主要途径 尽管众多科研机构和公司投入巨资致力子有机电致发光器件的研发或生产，但是 作为一种集众多优点于一身的新兴技术，仍然有一些关键的闻题没有得到很好的解决。 o l e d 寿命的缩短主要是由于吸附空气中的氧气和湿气，通过封装工艺把有机膜和金 属电极保护起来，免受外界空气的影响，最终起到延长器件寿命目的，因此封装工艺 对器件寿命的影响很大。 自1 9 8 7 年，c w t a n g 报道了高效的绿光o l e d 器件以来【2 ”，有机e l 器件失 效现象就一直困扰着c w t a n g 。为了揭示o l e d 器件失效的内在因素，日本森等 广东工业大学硕士学位论文 人做了o l e d 器件在不同气氛下的寿命实验，初步得出了空气中的氧气、水汽等是影 响器件寿命的重要因烈2 4 1 。随后，d o 等人采用多种原位、实时的分析手段，对o l e d 工作失效过程进行了全面细致的观察和研究，进一步证实了空气中的水、氧也会造成 o l e d 器件中有机材料的性能的变坏1 2 5 1 。尽管人们对o l e d 的失效机理还不完全清楚， 但有许多研究结果表明o l e d 器件内部水汽的存在是影响o l e d 的寿命主要因素。因 此，研究有机电致发光器件的封装。对于提高器件的效率，延长器件的寿命具有重要 的意义( 见表1 1 ) 。 表1 i 提高o l e d 器件寿命的方法预期增益对比 t a b l e1 - 1m e t h o d st oi m p r o v et h el i f eo fo l e dd e v i c e sc o m p a r i n gt h ee x p e c t e dg a i n 方法 预期寿命增加 干燥无氧的制程环境1 1 1 5 倍 有效的封装可达2 0 倍 更稳定的发光材料1 5 1 0 倍 光物理与光化学老化机制的了解与控制 3 倍 电极与异质界面化学的了解与控制 1 5 倍 反馈控制、补偿控制1 5 - 5 倍 1 5 课题来源及本论文的工作 本课题来源于资助项目一广东省科技计划粤港关键领域重点突破项目，项目编号 ( 2 0 0 9 a 0 9 1 3 0 0 0 0 1 ) 。 本文简要介绍有机发光器件o l e d 的结构、发光原理、优缺点以及存在的一些问 题。o l e d 诞生至今封装一直是提高其寿命和稳定性的重要因素之一，也是当前研究 的热点。本文重点介绍当今主要的封装技术和方法，结合实验分析并对比几种无机成 膜材料性质和薄膜微观形态的基础上，提出结合传统后盖式封装和薄膜封装的混合封 装方法。针对越来越值得期待的柔性封装，在研究分析已有薄膜封装技术的基础上并 结合前面实验，提出一种新型的薄膜封装方案。尽管众多科研机构和公司投入巨资致 力子有机电致发光器件的研发或生产，但是作为一种集众多优点于一身的新兴技术， 仍然有一些关键的闻题没有得到很好的解决。如：生产率和成品率较低、尺寸较小、 寿命较短( 与成熟c r t 和l c d 产品相比) 。提高生产率首先应该在更大的基板上蒸镀有 机材料，由于基板厚度一般在o 5 1 m m 更大的基板意味着更大的变形，有效减少大玻 6 第一章绪论 璃基板的变形问题成为首要解决的问题。本文针对大尺寸o l e d 生产制造过程中大玻 璃基板的变形过大影响成品率、生产效率和成本的突出问题，提出一种有效减少大玻 璃基板变形问题的夹具设计方法。 以下大致介绍下各章节的主要内容： 第二章主要简单介绍o l e d 的技术原理与工艺制程，对其中的关键制程作了简 要的介绍，并参与设计一组相关实验，检测o l e d 生产过程中污染粒子的来源，为生 产过程提供指导。 第三章首先简单介绍o l e d 若干封装方式，在分析研究现有封装技术的基础上 并结合对几种无机薄膜的实验分析，自己提出新型的o l e d 混合封装和薄膜封装方案； 第四章针对大尺寸o l e d 生产过程中由于大玻璃基板在蒸镀有机材料和夹持过 程中变形过大，从而导致蒸镀对位精度下降，进而成品率下降的问题，通过对基板进 行力学理论分析并结合有限元分析，得出通过改变夹持基板时的边界条件来有效减少 基板的变形； 第五章以第四章的分析为理论基础，设计出一款可以在夹持基板的过程中改变 边界条件的新型夹具，并对夹具作了简要的介绍。 7 广东s ：l k 大学硕士学住论文 第二章o l e d 关键工艺与污染粒子检测实验 2 10 l e d 的原理与结构 2 6 1 o l e d 的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物( i t o ) ，与电力之正 极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。整个结构层中包括了：空穴 传输层( h t l ) 、发光层( e l ) 与电子传输层( e t l ) 。当电力供应至适当电压时，正极空穴 与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝r g b 三原 色，构成基本色彩。o l e d 的特性是自己发光，不像t f t - l c d 需要背光，因此可视度 和亮度均高，其次是电压需求低且省电效率高，加上反应快、重量轻、厚度薄，构造 简单，成本低等，被视为2 1 世纪最具前途的产品之一。 有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。当元件受到直流电( d i r e c t c u r r e n t ；d c ) 所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子( e l e c t r o n ) 与空穴( h o l e ) 分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子空穴复 合( e l e c t r o n h o l ec a p t u r e ) 。而当化学分子受到外来能量激发後，若电子自旋( e l e c t r o n s p i n ) 和基态电子成对，则为单重态( s i n g l e t ) ，其所释放的光为所谓的萤光( f l u o r e s c e n c e ) ； 反之，若激发态电子和基态电子自旋平行且不成对，则称为三重态( t r i p l e t ) ，其所释放 的光为所谓的磷光( p h o s p h o r e s c e n c e ) 。 当电子的位置由激态高能阶回到稳态低能阶时，其能量将分别以光子( l i g h t e m i s s i o n ) 或热能( h e a td i s s i p a t i o n ) l 拘方式放出，其中光子的部分可被利用当作显示功 能；然有机萤光材料在室温下并无法观测到三重态的磷光，故萤光o l e d 元件发光效 率之理论极限值仅2 5 。 o l e d 发光原理是利用材料能阶差，将释放出来的能量转换成光子，所以我们可 以选择适当的材料当作发光层或是在发光层中掺杂染料以得到我们所需要的发光颜 色。此外，一般电子与空穴的结合反应均在数十纳秒( n s ) 内，故o l e d 的应答速度非常 快。 典型的o l e d 结构( 图2 1 ) 1 丰1 玻璃基板、i t o ( i n d i u mt i no x i d e ；铟锡氧化物) 阳极 ( a n o d e ) 、有机发光层( e m i t t i n gm a t e r i a ll a y e r ) 与阴极( c a t h o d e ) 等所组成，其中，薄而透 明的i t o 阳极与金属阴极如同三明治般地将有机发光层包夹其中，当电压注入阳极的 空穴( h o l e ) 与阴极来的电子( e l e c t r o n ) 在有机发光层结合时，激发有机材料而发光f