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实物图+参数告知你OLED为何会失效?

今天来叨一叨的失效问题,OLED失效涉及的问题很多,虽然业内对此已进行了大量的研究,但失效的规律和具体机理仍然没有被完全揭示。非本质劣化因素一般

今日来叨一叨的失效问题,OLED失效触及的问题许多,尽管业界对此已进行了许多的研讨,但失效的规则和详细机理依然没有被彻底提醒。

非实质劣化要素

一般来说,只需不是因为元件的结构和资料等根本性质所构成的元件阑珊,一般就被归类为非实质劣化。

而非实质劣化最重要的表现在黑点的添加,当不发光区域逐步添加时,将会构成OLED发光的区域相对的削减,然后影响寿数的问题。

OLED器材中所用的资料大部分是对水汽和氧气极度灵敏的,假如器材没有封装,很简单在其发光区域发现许多黑色的不发光区域,并且黑色的不发光区域会跟着时刻的添加而渐渐变大。

黑色区域的半径大致与时刻的二次方根成正比联系,这好像意味着黑色不发光区域的构成与某种分散机制有关。

因为当黑色不发光区域增大到必定程度时,咱们用肉眼便可看到,所以OLED器材的寿数问题最早从研讨黑点开端的。

实质劣化

尽管能够对器材因为外界搅扰所构成的不发光区域的原因进行有用操控,可是发现器材的发光区域即便没有黑点的产生,其亮度也会随时刻而阑珊。

显着,这种现象不是因为外界所构成的,它是器材的实质老化,或许说是因为资料自身的原因所构成的阑珊。

现在还没有构成一个十分明晰和完美的理论来解说现在OLED器材的劣化问题,这也阐明OLED器材实质劣化要素的杂乱程度。

水汽氧气对有机资料的影响

许多研讨标明影响器材寿数的要素之一是水分子和氧气的存在对有机EL资料的效果,特别是水分子起了很大的效果。

可是关于水分子和氧气是怎样使有机层产生改变的,国内外的许多文章提到过这方面的问题,如有机层的氧化等,但详细的进程不得而知。

发光面积退化

封装好的OLED器材在放置一段时刻后,有发光面积减小乃至不能点亮的现象。

经调查发现这样的器材的粘接后盖和镀有器材资料的玻璃前盖的环氧树脂有空泛。

这意味着封装气密性欠安,空气与器材有直接触摸的或许。器材发光面积的减小,很或许与这样的粘结层空泛有关。

氧气和水汽经由通道进入器材内部,对器材的功能产生影响,使器材的发光面积产生改变。

空气环境下发光面积的改变及剖析

器材开封后当即摄影,因为器材开封后仅仅在空气中显露了几分钟的时刻,所以能够看到其发光区域为较为无缺的矩形,四角棱角清楚,亮度均匀,红绿蓝三种色彩彼此替换。

通电三十分钟后,可见发光区域己从四角开端含糊。

时刻越久改变越大。

器材面积的缩小是从器材边际四角开端。这是因为氧气水汽首要通过器材边际侵入器材内部。

湿润氮气环境

试验排除了氧气的影响,独自调查水汽对器材的影响。通过以下操作得到湿润氮气环境:

1、将开封后的器材置于该体系中

2、衔接导线后密闭导管以外的其它部分

3、继续通氮气一段时刻后彻底密闭体系

4、通电调查摄影

失效器材描摹剖析

通过对失效后器材的调查发现,三种色彩的器材的阴极都有不同程度的气泡状突起结构。边际和四角处的阴极色彩产生了改变,在器材内部则随机散布着气泡。

阴极色彩产生改变的区域产生不发光区域,而气泡处仍能发光。

SEM显微照片中能够明晰的看到阴极有大小不一的凸起。

凸起处的截面图。

现象剖析

阴极色彩产生改变的原因,首要是氧气从边际进入器材内部,与阴极效果,使阴极产生氧化然后产生不发光区域。

阴极上气泡产生的原因是因为制造器材的时分,一些细小的尘埃颗粒先于阴极沉积到有机层上,而构成针孔,又因为水汽很简单吸附在器材外表,通过Al电极外表的针孔进入器材内部,在电流的效果下分化,分化出来的气体因为高温胀大就会向AI电极产生必定的压力,使Al电极和有机层别离,然后产生气泡。

气体将阴极顶起,然后构成空泛的凸起结构。阴极与有机层别离,电子的注入受到影响,然后导致器材上呈现不发光区域。

水对器材发光面积退化的影响比氧气的更为显着,快速,在水和氧气的一起效果下,器材将很快失效。因而器材封装的气密性对OLED的稳定性十分重要。

气泡面积超出器材边际

有机资料和金属电极间界面很不平坦,当器材作业时,构成不均匀的电场,导致某些点电流过大、短路成为“热门”,氧化金属电极引起失效,构成黑斑。

一起部分过热使得有机资料产生熔融,而凸起的气泡为熔融有机资料的活动供给了空间,所以呈现了上图所示的状况,调查到有机资料的溢出,器材上气泡面积超出器材边际的状况。

水汽和氧气对器材面积退化速率有很大的影响。在有水汽的状况下,通电会导致水分化产生气体将阴极金属层顶起,一起为部分过热导致的熔融态有机物活动供给了空间。

未通电区域则或许产生有机物的结晶,也会影响器材发光功能。氧气则会氧化阴极资料和有机层,导致不发光区域的产生。

OLED器材结构剖析

OLED为多层有机薄膜器材,使得对OLED的结构简直无法用传统的表征手法进行剖析,而各层膜厚度的不同会对OLED的功能产生重要影响。

使用薄膜剖析仪对通过室温老化7,10,40天的样品德测验,得到样品的反射率曲线,如下图所示。

为加快器材失效,对老化40天器材的一点通电使其失效,对这个失效点的反射率进行测验,并与未失效的器材的反射率图谱进行比较。

选取老化40天的无缺样品和失效样品进行进一步的厚度比照测验。老化40天后通过通电失效的样品的厚度测验如图所示。

下面的表格是厚度平均值比照表(失效点与其他部分12个无缺点)。为减小核算量,通过屡次试验后将ITO层和NPB层的厚度固定,只对另两层的厚度进行核算拟合剖析。

失效点与无缺点的厚度平均值比照

电极引线腐蚀现象

电极引线是衔接电压驱动与发光器材的电极的部位,其腐蚀直接损坏驱动与OLED器材之间的电衔接然后导致器材失效。

因而找出电极引线腐蚀产生的机理并提出操控计划以削减此类现象的产生,对进步OLED的可靠性至关重要。

器材显现缺点

导致该现象的腐蚀电极显微描摹

OLED引线

ITO因具有对可见光和近红外光通明和高电导率的特色而被广泛应用于光电器材中,OLED选用ITO作为通明阳极。

引线与阳极一起选用ITO,这样图形可经一次光刻工艺成形。

因为单用ITO作为引线电阻率不够低,Cr金属镀层则可进步引线电导率。

一起Cr在空气中或在室温氧化性酸的气氛中能构成细密的外表氧化层,对许多化学介质有抗腐蚀性,在多种环境中具有优秀的耐蚀性,所以也可作为引线的保护层。

试验剖析

为剖析引线腐蚀产生的原因,对电极资料进行了极化 曲线丈量及剖析。

将电极引线资料切割成 10mm×8mm的小块,清洗枯燥后在一侧绕上导线,并用白腊松香混合物封装导线,避免导线显露在外。留出约 6mm×8mm的引线资料外表作为作业面。

验介质为 0.5mol/L,0.1mol/L的NaCl溶液及人工汗液溶液(含有0.5%氯化钠、0.1%乳酸、0.1%尿素的去离子充气水溶液),验温度操控在25℃。

试验发现:引线样品刚产生腐蚀时,会在样品外表生成棕色液体,水份蒸腾后构成一层固态腐蚀产品,残留在样品外表。为剖析腐蚀产品成分,首要进行XRD测验,样品分别为未腐蚀引线样品(a)和腐蚀引线样品(b)。

未腐蚀引线样品样品(a)及腐蚀引线样本(b)的XRD图谱

样品(b)在26.77°处呈现了Cr(OH)3水合物的衍射峰,而在样品(a)中该峰未呈现;一起,样品(b)中金属Cr在44.30°和 81.72°的衍射峰度都显着削弱;这阐明在腐蚀进程中,引线样品中的金属Cr产生反响生成了Cr(OH)3 。

XPS剖析

未腐蚀引线样品(a)及腐蚀的引线样品(b)的XPS图谱

以Cls的结合能 285ev进行结合能校准,得出样品(a)中Cr的结合能峰值为 577.4ev,对应Cr2O3 ,其间Cr为正三价;样品(b)中Cr的结合能峰值为 579.6ev,对应CrO3 ,其间Cr为正六价。由此可知腐蚀进程中产生了正六价的Cr。

此外XPS成果显现了Cl元素的存在,离子浓度均为0.1%以上。

样品描摹

60倍

2000倍

对腐蚀引线样品进行了SEM剖析,仔细调查能够发现,样品显着分为3层台阶。

区域I为Cr和ITO在光刻工艺中被悉数刻蚀掉的部分;区域Ⅱ为引线被彻底腐蚀的区域;区域Ⅲ为未彻底腐蚀区域;区域IV为未腐蚀区域。

EDX丈量

为了分辨出每层台阶的成分,EDX能谱剖析腐蚀样品不同部位的元素,确认腐蚀样品的结构。

腐蚀引线样品不同区域的EDX成果

引线彻底腐蚀的区域Ⅱ,没有Cr和In元素存在,与区域I彻底相同;区域Ⅲ的能谱成果显现没有Cr元素而存在In元素;区域IV为未腐蚀区域,能谱成果显现Cr与In元素均存在。由此能够确认腐蚀的产生进程是从上而下:表层的Cr先产生腐蚀,然后是ITO。

极化曲线剖析

引线在不同溶液中的极化曲线

在曲线的前半部分表现的是Cr镀层的性质,在反响中Cr逐步溶解,曲线的后半部分则表现的是Cr层溶解后显露的ITO的性质。

Cr在试验介质中表现了较好的钝化特性,但是跟着电极点位的升高 ,电流密度也逐步添加,Cr的溶解速率随之增大。

在曲线的后半部分可见0.5M的NaCl溶液中的电流密度相对较高,而氯离子浓度相对较低的 0.1MNaCI溶液和人工汗液溶液(氯离子浓度约为0.086M)的电流密度则低得多。可见氯离子对ITO的腐蚀有着促进效果。

腐蚀进程中Cr镀层反响生成Cr(OH)3和CrO3,这是因为反响时Cr所在的电位不同所构成的:处于较低电位时,Cr以三价方法溶解;处于较高电位时,Cr产生过钝化溶解,以六价方法溶解。

Cr镀层溶解后,ITO随后产生腐蚀。其间氯离子对ITO的腐蚀有促进效果:氯离子浓度越高,ITO腐蚀速率越快。

针对以上发现,主张采纳以下方法来操控电极引线腐蚀的产生:

1、光刻工艺中残留的氯离子会构成Cr的钝化膜损坏以及加快ITO的腐蚀。主张优化清洗工艺,下降残留含量。

2、避免电极引线腐蚀的产生,关键是要操控Cr镀层的腐蚀。主张在电极部分整个涂附一层保护膜,避免Cr与吸附液体产生电化学反响。

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