【每日一问】OLED中的WVTR到底是什么鬼 ?

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在OLED显示器件的制作过程中,封装是一个必不可少的步骤,用来避免水汽和氧气进入显示器件内部引发器件的老化和失效。对于半导体器件,封装的一个重要指标就是WVIR(Water Vapor Transmission Rate,即水汽透过率)。

水汽透过率的单位是克每平方米每天(g/m2/day),氧气透过率的单位是立方厘米每平方米每天(cm3/m2/day)。因为水汽分子小于氧气分子,而且对于水汽的阻隔难度大于氧气,因此可以仅采用水汽的透过率来评定封装效果。

不同的显示产品对水氧透过率的要求是不同的,比如同为显示屏的LCD和OLED器件,其对水氧透过率的要求分别为10-3g/m2/day和10-6g/m2/day。

在制作OLED阴极时,要用到功函数低的金属和低功函数的ETL/EIL等,如Al,Mg,Ca和LiF等。这些材料往往此较活泼,容易与渗透进来的水氧发生反应,同时OLED中的EMI层也比较脆弱,所以OLED器件对水氧阻隔的需基要高于TFT-LCD。

在OLED中计算对水氧阻隔的效果时,一般是以器件阴极被腐蚀需要的水的量作为基础值估算得来的。假设阴极为Mg,厚度为50nm,Mg的密度为1.74g/cm3,摩尔质量为24g/mol,则阴极Mg含量为3.625×10-7mol/cm2,每单位面积(cm2)的Mg电极被完全腐蚀需要水为6.4×10-6g。如果该器件需要满足的工作时间为10000h,则水汽渗透率约为1.54×10-4g/m2/day。如果考虑到阴极被腐蚀10%就会对器件产生较大影响,同时考虑其它催化反应的作用,则该器件对水汽的渗透率需要小于10-5g/m2/day。一般认为,为了使OLED器件能够正常工作,它的水氧阻隔能力需要小于10-6g/m2/day。

薄膜WVTR的测试方法主要有两种,即钙法和膜康法。

图1、钙法测试WVTR示意图

钙法测试WVTR如图1所示。该法利用的是钙容易与水、氧气作用的特性,化学式是

通过测量并计算试片在0 h,24 h,48 h和96 h的质量变化,然后根据公式计算出WVTR(g/m2/h)。其中,S代表水汽穿透的试片面积(m2),t代表测量试片质量所间隔的时间(h),△m代表试片质量的变化值(g)。

膜康法是美国MOCON公司发明的一种测试方法(如图2所示)。该方法使用的透水量测仪分为上下两部分,将试片放置于透水量测仪中间并隔绝上半部和下半部。量测时,下半部产生水汽,上半部则通入氮气作为Carrier-Gas。当水汽从下半部分渗透过试片到达上半部时,氮气会将水汽带至IRSensor处,通过测试渗透水汽的含量便可分析出试片的水汽透过率。

图2、膜康法测试WVTR示意图

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