CEE-950 OLED薄膜封装设备的开发

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1.序言

近年来,OLED(Organic Light Emitting Diode:有机发光二极管)元件在以手机显示屏为主,大型电视显示屏、特殊装饰照明等为辅,在面向普通消费者市场中开始快速发展起来。作为充分运用OLED特点的新一代元件,柔性显示屏、柔性照明受到了广泛的关注。各厂商都在激励的竞争中,进行着元件、材料以及设备等开发。
大约30年前就已经开始了OLED元件1)开发,最重要的研究目的之一就是提高元件的寿命,影响其寿命的主要因素就是水汽和氧气2)。因为当这两者同时存在时,OLED元件会非常敏感从而发生化学反应,使元件老化。
例如以水蒸气透湿性(WVTR:Water Vapor Transmission Ratio, g/m2/day)进行对比,比其他电子元件(半导体(TFT),LCD等)低2~5位数的低透湿性(高阻隔性)和密封性能(图1)2)。早期,一般使用玻璃或金属薄板等作为OLED元件的封装材料3)。虽然柔性元件也尝试过使用超薄玻璃,但由于它是“会破裂”的材料,而被最终认定为不适合作为柔性元件用的最终封装材料3)。

Figure 1 Water vapor transmission rate (WVTR) required for encapsulation film for electronic devices.
Figure 1 Water vapor transmission rate (WVTR) required for encapsulation film for electronic devices.
Figure 2 Distribution of acrylic film thickness of G4.5 equipment.
Figure 2 Distribution of acrylic film thickness of G4.5 equipment.

此外,金属薄板在底部发光型的柔性元件中也有过案例3),但是由于近年来为了提高OLED元件的发光效率而大多采用了顶部发光结构,因此无法采用金属薄板,在柔性元件中使用的机会也越来越少。
考虑以上的情况,薄膜封装技术作为面向柔性元件的封装技术而受到了越来越高的期待。本公司于1999年开始开发封装技术和在2010年开始研究薄膜封装技术,受到国内外的顾客一致好评的同时,不断研究工艺技术并不断对设备进行改良4)。最终于2014年完成了薄膜封装设备CEE-950的开发,也获得用户的认可,并将其应用于元件的开发和生产中。

2.薄膜封装技术

目前,OLED元件主要用的薄膜封装技术是用于保护OLED元件不受大气中的水分和氧气影响的阻隔膜,以及为了让阻隔膜更好的覆盖(Coverage)OLED元件表面进行制作层叠结构的缓冲膜5)
可用于阻隔膜的候补有,PECVD法制备SiNx膜6),7),PVD 法制备AlOx 膜5),ALD法制备AlOx膜8)-10)
但是各公司都在进行研发和评估PVD法制备相对较薄(~50nm)的AlOx膜且必须保证它的阻隔性8),因此在薄膜封装技术的研发初期被广泛采用。但是,自从发现PVD法所使用的等离子产生的损伤会影响OLED元件的特性后9),就开始渐渐不再采用PVD法制备AlOx膜。ALD法制备AlOx膜由于能够实现共形且覆盖性较高的成膜而成为最好的阻隔膜候补10),不过由于成膜速度极慢以及有可能与水分直接接触导致膜腐蚀11)等原因而被认定难以单独作为阻隔膜。目前正在研究PECVD法将SiNx膜进行层叠来作为阻隔膜。