电弧发生器制作方法(电弧发生器)

时间:2024-01-14 22:34:21 来源:网络 编辑:谁为谁伤

OLED封装阻隔层减薄—非ALD超薄阻隔层

AMOLED显示屏是当前主流的显示产品应用技术;2021年,使用AMOLED显示屏的智能手机,在中国的市场渗透率已达51%,同比上升13个百分点。可实现柔性显示是OLED显示技术的优势之一,折叠屏手机、云卷屏、显示屏可升降的电视、折叠屏笔记本电脑等新产品在不断地刷新着消费者的想象力的同时,也满足了大众在使用屏幕产品时的各种便利性需求。

柔性封装是柔性OLED显示的一个重要工程,虽然当前已有柔性封装方案被导入量产,但为了满足柔性显示的更高需求,更小的可折叠半径是柔性显示屏的一个重要发展方向。

根据中性层理论,从屏幕截面看,弯折过程中屏幕会在截面的某一个位置形成中性层,该中性层处受到的应变几乎为零,往外折方向的膜层受到拉应力的影响,往内折方向的膜层则会受到压应力的影响,越是远离中性层的部分,所受到的应力/应变越大。

为了保护柔性显示屏的电路功能和正常发光,中性层往往都设置在显示屏幕的驱动背板部分,因此TFE越厚,其受到的应变越强,在弯折时显得越脆弱。为了实现更小弯折半径,TFE的减薄是非常重要的一个研发方向,当前PECVD制备的无机阻隔层一般需要500nm以上才能保证OLED的长久稳定,然而由于无机阻隔层一般具有较大的杨氏模量,容易在弯折过程中脆裂。

封装阻隔层在减薄的发展道路上已经行走多时,虽然原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)是已被广泛研究的可替代PECVD的薄化膜沉积技术,但一些新的超薄阻隔层薄膜沉积技术也有所报道:

Yuan等[1]将磁过滤阴极真空弧(Filtered Cathode Vacuum Arc, FCVA)沉积技术应用于薄膜封装。如图1,是FCVA的设备构造图,主要由沉积腔室、磁过滤弯管、阴极电弧发生装置组成。首先,阴极电弧发生器将铝靶材作为阴极,在铝靶上产生运动的阴极放电弧,电弧将靶材溅射出大量粒子,其中可能包含不带电的团簇粒子、铝离子、电子等。

这些离子在经过磁过滤弯管后,由于洛伦兹力仅允许离子和电子在弯管内改变方向并到达弯管口,因此绝大部分杂质粒子都被弯管过滤,仅有离子和电子离开弯管后飞向目标沉积衬底,并形成薄膜,因此这一沉积技术也被称为离子束沉积。由于离子间具有较大的结合力和较高的能量状态,离子束沉积所形成的薄膜具有结构致密,杂质缺陷少的特点。作者通过往腔室内通入O2和Ar,形成了AlOx薄膜。

经测试,FCVA沉积生长的约100nm AlOx薄膜的WVTR可达9.9x10-4 g/m2/day。此外,所制备AlOx的透过率高,且对有机物几乎无损伤。FCVA对比ALD的一大优势是可以通过增加离子束的离子密度,提高薄膜的沉积速率,比一般的时间型ALD沉积工艺的沉积速率要高1.5~4倍。此外,其沉积过程基本上不产生其他杂质,材料的纯度较高,C和H的含量比ALD的要少很多。

图1 磁过滤阴极真空弧的设备构造

Park等[2]通过调整PECVD的工艺,制备了低膜厚下也能达到较低WVTR的SiON薄膜,经测试在使用较高H2流量比的情况下,80nm的SiON薄膜的WVTR小于检测极限(5x10-5 g/m2/day),其透过率、对OLED器件的影响都与现有PECVD厚膜工艺薄膜相当,可以作为较佳的水氧阻隔膜。但其沉积速率比一般的厚膜工艺低8~10倍,约43nm/min,速率相对较低。

石墨烯(Graphene)是由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料,理论上其碳原子之间的晶格常数是2.17埃,比水分子的大小要小很多(约4埃),因此可以有效阻挡水汽通过石墨烯渗透至内部。然而,当前使用CVD生长的石墨烯具有较多的缺陷,Seo等[3]通过堆叠多层石墨烯从而将缺陷错位设置的做法(参考图2),将10-1级别的单层石墨烯提高了一个数量级。

然而这还远不能达到OLED的封装要求,Nam等[4]则使用ALD-AlOx钝化后的石墨烯来实现更高的阻隔性能的同时,也提高了该叠层薄膜的机械性能。在R8mm的弯折后,WVTR保持在7.65x10-4 g/m2/day。经对比,弯折后石墨烯的阻隔性没有变差,反而成为了钝化产生裂纹的AlOx薄膜的存在(参考图3)。

图2 石墨烯叠层缺陷错位示意图

图3 AlOx/石墨烯叠层封装薄膜相互钝化示意图

结语

ALD可以说是当前阻隔膜减薄路上被研究最多的技术,从基础性能上看,ALD已经可以达到封装的要求。然而,要将ALD导入实际应用仍有一些课题需要解决。其中,ALD沉积速率低是一个重要因素;此外,ALD沉积高阻隔AlOx薄膜的腔室需要经常保养,Mask也需要定期清洁,使得生产运营成本较高。除ALD外,一些新的超薄阻隔层工艺可以覆盖部分ALD的缺点,但基本处于实验室研究阶段,仍有较多课题需要攻关。

参考文献:

[1] H Yuan, Q Li, W Yan, et al. Vacuum 196 110741(2022)

[2] K.W Park, S Lee, H Lee, et al. RSC Adv., 9, 58(2019)

[3] H.K Seo, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.6b01639

[4] T Nam, et al. Carbon (2017), doi: 10.1016/jbon.2017.02.023.

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