高粘附力的面密封复合薄膜，配有可接触的液体干燥剂，用于柔性OLED的封装

《Applied Materials Today》：High adhesion face-sealing composite film with contactable liquid desiccant for the encapsulation of flexible OLEDs

针对柔性OLED在弯曲应力下界面失效和性能衰减问题，提出复合封装结构，利用亚微米吸湿剂改性FS膜与液态干燥剂协同作用，降低弯曲曲率半径至6mm时界面粘附力提升至76N/m，1000次循环后电流效率衰减仅4.03%，有效提升机械稳定性。

　　

杨天辰|叶中华|朱洋洋|郑海霞|吴 ranghui|王金坤|周琪|施伟|魏斌

上海大学机电工程与自动化学院，中国上海 200072

摘要

为了解决柔性有机发光二极管（FOLEDs）在循环弯曲应力下界面粘附失效的问题，以及由于氧化铟锡（ITO）电极和有机层中的应力集中导致的性能退化问题，我们提出了一种复合封装结构，该结构采用了亚微米级液态吸湿剂改性的面密封（FS）薄膜和可接触的液态干燥剂。通过调整中性平面（NP）的位置来减少关键功能层的弯曲应力，并通过吸湿剂增强屏障性能，实验结果表明，当弯曲半径（r_c）从12毫米减小到6毫米时，FS薄膜与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板之间的界面粘附力从52牛顿/米增加到76牛顿/米。在r_c为12毫米的情况下，经过1000次弯曲循环后，封装的FOLED的最大电流效率衰减率仅为4.03%，显著优于未封装的器件。这种方法利用了复合封装结构的协同效应，为提高柔性电子设备的机械稳定性提供了有效的解决方案。

引言

有机发光二极管（OLEDs）在显示和照明领域具有革命性的潜力，因为它们具有高对比度、超薄形态、低驱动电压和宽视角[[1], [2], [3], [4], [5]]。然而，OLED的稳定性受到其有机成分对湿气、氧气和热量高度敏感的限制[[6], [7], [8], [9]]。在高温、高湿度或机械应力下，有机材料容易发生热降解和氧化结晶，导致器件出现暗斑和效率下降[[10], [11], [12]]。尽管传统的刚性封装技术可以提供基本的保护，但它们笨重的结构和低变形耐受性无法满足柔性电子产品的需求[[13]]。

柔性OLED（FOLEDs）通过采用超薄柔性基板打破了传统显示器的物理限制，使得可折叠智能手机、可穿戴医疗传感器和卷式照明等新兴应用成为可能[[14], [15], [16]]。可穿戴显示设备作为接口单元，通过可视化信息促进了人与电子设备之间的超连接。基于纺织品的显示设备可以利用纺织品本身作为显示平台，这使它们非常适合日常应用，包括需要极高灵活性的纺织OLED、具有高化学/防水性的可洗涤OLED，以及用于生物医学应用的可穿戴OLED[[17], [18]]。然而，灵活性也带来了更严格的可靠性挑战。在动态弯曲过程中，功能层界面容易发生分层，氧化铟锡（ITO）电极会出现微裂纹，加速的湿气/氧气渗透路径会降低光电性能[[18], [19], [20]]。研究表明，将弯曲曲率半径（r_c）减小1毫米会使有机层中的界面应力增加35%，可能导致器件寿命缩短至初始值的60%[21]。因此，开发与柔性基板兼容的高可靠性封装技术对于FOLED的工业化至关重要[[22]]。

当前的柔性封装策略侧重于应力管理和屏障增强，包括通过缓冲层调整中性平面（NP）的位置来减少关键功能层的应变[[23], [24]]，构建梯度多层结构以延长湿气/氧气的扩散路径[[25], [26]]，以及使用自修复材料进行原位裂纹修复[[27]]。然而，这些方法在卷对卷制造过程中面临挑战，因为封装材料必须同时满足低温固化[[28], [29], [30]], 高界面粘附性和与柔性基板的热膨胀兼容性[[32]]。此外，吸湿剂与屏障层之间的协同作用尚不明确，动态弯曲过程中应力-吸湿耦合对器件稳定性的影响也需要进一步研究。

本研究通过提出一种采用亚微米级液态吸湿剂改性的复合面密封（FS）薄膜封装策略来应对这些挑战[[33], [34]]。系统研究了FS薄膜/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）界面在循环弯曲应力下的粘附演变，阐明了r_c和循环频率对界面失效阈值的耦合效应。通过调整具有吸湿-屏障协同作用的NP[[35]]，构建了一个自修复应力缓冲层以抑制ITO裂纹扩展和湿气侵入。为了解决FS薄膜与OLED直接接触引起的界面失效问题，验证了加入可接触的液态干燥剂（CLD）缓冲层作为优化封装结构的关键策略。这些结果为提高大面积柔性电子设备的可靠性提供了新的技术途径和理论基础。

实验部分

实验过程

使用立式粉碎机（沈阳东工电科实验室，型号DG125）将CaO粉末超细粉碎。CaO颗粒的纯度为99.5%。选择CaO是因为它具有高吸湿能力、成本适中以及与PIB/氟硅油的良好兼容性。作为分散介质的氟硅油与CaO粉末以18 wt.%的固液质量比混合后加入搅拌室。

FS薄膜的特性

通过扫描电子显微镜（SEM）观察了FS薄膜的表面形态。分析了两种类型的CaO颗粒：一种位于PIB表面，另一种嵌入在PIB中。图2(a)显示了PIB基质表面的CaO颗粒图像。如图所示，CaO颗粒具有纳米级的孔结构，这可能使其优先与湿气发生反应。然而，CaO颗粒在与湿气反应后会膨胀，成为降低界面粘附力的弱点。

结论

为了解决FOLEDs在循环弯曲应力下由于湿气渗透导致的界面粘附失效、电极裂纹扩展和性能退化等关键问题，我们提出了一种采用亚微米级液态吸湿剂和CLD改性的FS薄膜的复合封装结构。通过调整NP位置来减少功能层的弯曲应力，并将化学吸湿性与物理屏障机制协同结合，该封装结构有效地

利益冲突

没有需要声明的利益冲突。

作者贡献声明

杨天辰：正式分析、数据管理。叶中华：数据管理。朱洋洋：撰写——初稿、数据管理。郑海霞：正式分析、数据管理。吴ranghui：数据管理。王金坤：数据管理。周琪：数据管理。施伟：撰写——审阅与编辑、资金获取、数据管理。魏斌：撰写——审阅与编辑、资金获取、数据管理、概念构思。