锋翔科技：用于OLED封装的LED固化

　　应用指南

 

　　优异的辐照均匀度以改善固化质量

 

　　低温固化以最大限度减少对材料和设备的损害

 

　　设计紧凑，减少了固化站的复杂性和成本

 

　　窄波段 UVA 输出对敏感 OLED 材料无害，可提高工艺良率

 

　　大面积覆盖，满足高吞吐量要求

 

　　介绍

 

　　有机发光二极管（OLED）器件正受到日益关注并被称为“显示器的未来”。 OLED 显示器与 LCD 相比具有几个优点，包括更简单的结构以致更优异的功率及更加轻薄，更好的图像质量和更快的响应时间等。OLED 显示器最令人兴奋的特征之一是柔韧性，这对于可弯曲/ 可折叠的显示设备至关重要，对于不久将来的客户和行业来极具吸引力。

 

　　然而，实际上即使极少量的大气湿气和氧气也极易将 OLED 材料氧化。因此，保护敏感的 OLED 材料免受氧气和水的阻挡或密封层是非常重要的。 如下图 1 所示，传统上使用盖板玻璃作为刚性玻璃基板 OLED 的封装。玻璃罩必须永久粘合在玻璃基板上以保护活性 OLED 层。 这是通过在玻璃边缘上分配环氧树脂并使用 UV LED 灯来固化环氧树脂，并对两个玻璃表面进行边缘密封来实现的。

 

 

图 1: 传统的 OLED 封装结构和边缘粘合工艺

 

　　为了使显示具有灵活性，底部和顶部玻璃板被柔性基板取代，并且柔性薄膜封装（TFE）是必须的。TFE 技术使用薄膜涂层实现更轻，更薄，不易破碎的阻隔层，最重要的是 - 灵活/可折叠的显示屏。阻隔层的厚度通常位于亚微米范围内以满足 WVTR <10-6g / m2 /天的低渗透要求，但保留了其柔韧性。

 

　　TFE 由连续制造且交替共形的有机层和无机层组成，以实现低渗水性和高柔韧性。极薄的无机层用作阻挡层，有机层用作无机层之间的“去耦”层以改善渗透。另外，整个结构由于有机/无机多层结构中的各个无机层可以保持更薄，整个结构也更加坚固和柔韧。当有机层充当密封剂缓冲层以平滑基材时，总体结构也更能抵抗碎裂和开裂。

 

图 2: 用于柔性 OLED 的薄膜封装

 

　　TFE 制造技术包括 1. Vitex 真空聚合物; 2. 喷墨印刷（有机），溅射（无机）; 3. 电浆增强化学气相沉积（PECVD）/原子层沉积（ALD）等。

 

　　如下图 3 所示，Vitex 工艺由 Al2O3 和聚丙烯酸酯层交替组成柔性封装层组成。在通过等离子体将无机 Al2O3 层溅射到显示器上的同时，有机聚丙烯酸酯层通过闪蒸单体沉积，然后通过 UV 固化。 重复交替此过程以形成多层结构。

 

　　尽管这种封装解决方案对于柔性器件表现出优异的性能，但其复杂性对制造工艺提出了诸多挑战。

 

图 3: 在 Vitex 工艺中对无机沉积进行固化

 

　　基于喷墨打印的 OLED 封装在工艺优化和精度方面开始取代基于化学气相沉积（CVD）的 OLED 封装，由此生成更优异的性能和生产率。据称，基于喷墨印刷技术的 TFE 有机夹层具有非常高的均匀性，消除了对眼睛不均匀的显示（所谓的“mura”）。另外，由于印刷和后印刷处理均在极低的 H2O 和 O2 环境下进行，通过印刷工艺添加的颗粒更少，并且有机层顶部的平面化得到显着改善以确保第二无机层的质量。

 

　　如下面的图 4 所示，在通过喷墨喷嘴施加液体型有机层之后，进行 UV 固化步骤以形成交联。

 

图 4: 喷墨印刷薄膜封装（TFE）工艺中液体有机层的固化

 

　　原子层沉积（ALD）工艺已经被开发用于生产具有厚度控制的超薄保形膜。这是一个连续的自行终止的化学气象沉（CVD）工艺，可成行高质量的涂层。它通常由气态化学的交替脉冲与基材顺序反应形成。 在每个气体表面反应（半反应）期间，在指定时间内，前体在真空下由脉冲打入反应室中，以允许其与基板表面完全反应。随后，用惰性载气吹扫反应室以除去任何未反应的前体或反应副产物。该过程循环直到达到适当的薄膜厚度。

 

　　ALD 工艺具有许多有前景的特征，但其沉积速率较慢。 在这个过程中不需要 UV LED 固化。

 

图 5: 原子层沉积法（ALD ）薄膜封装（TFE） 工艺

 

　　由于薄膜封装（TFE）工艺是一个连续的多层制造工艺，较长的 TAKT 时间是提高产量的主要障碍，因此缩短工艺时间成为一个衡量工艺成功重要考虑因素。另外，提高工艺产量对于实现制造规模极为重要。所有这些技术和商业因素都促使该行业转向固态 UV LED 光源以固化 TFE 有机层。

 

　　首先，窄幅的 LED 光源不包含由微波激发的汞源产生的大量可见光和红外辐射，这消除了可能对衬底有害的大量热量。另外，当为了获得更高的产量需要更高的紫外线功率时，汞灯泡温度持续升高。所产生的撞击在衬底或器件上的红外辐射导致衬底退化并加速器件损坏。用 UV LED 系统代替汞源系统可以提高有机层产量，实现更可靠的系统; 这最终转化为成本较低的资本设备。

 

图6: Output UV LED 与汞的比较：UV LED =窄幅高功率 UVA 输出

 

　　Phoseon 的 UV LED 光源提供高辐照度和高剂量以确保所需的固化效果。Phoseon 已经与几家主要的 OLED 封装设备制造商合作，将优化的 LED 固化解决方案集成到薄膜封装(TFE)工艺中。经加工的 OLED 显示器已经提供给顶级品牌的显示器制造商用于各种显示应用。

 

　　如前所述，薄膜封装（TFE）工艺 TAKT 时间的缩短对提高 OLED 生产量是必不可少的。与 LED 扫描方法相比，面固化到整个基板区域运行速度更快，因为此方法排除了扫描方式时光源的移动时间，因此受到许多设备供应商的青睐。然而，要在整个大面积基板上满足高均匀性要求（通常> 90％）是一个很大的挑战。根据专业知识和经验，Phoseon 已成功为一家主要设备制造商提供区域固化解决方案，如下图 7 所示。该解决方案包括一个定制的反射器，可在 1400mm x 800mm 的区域内实现 90％以上的辐照均匀度。整个固化过程可以在几十秒钟内完成。

 

图 7: 区域固化 LED 系统设计

 

　　对于一些其他应用而言当较小的外形尺寸设计是首要任务时，移动 LED 照明系统并采用在基板上扫描的方法更为合适。 如图 8 所示，Phoseon 设计了一种多光源一体固化解决方案，可以形成更宽的均匀覆盖范围。 光源系统以指定的速度沿着基板行进以完成固化过程。 该解决方案沿衬底宽度实现了 90％以上的辐照均匀度，总面积覆盖范围超过 1000mm x 1500mm。 该系统的总高度小于 200mm，以满足严格的空间约束。

 

图 8: 扫描固化系统设计