无机电致发光平板显示器的老化工艺:平板显示器

　　文章编号：1006-6268（2008）09-0037-03 　　摘要：主要阐述了一种无机电致发光显示器的老化技术方法。该老化方法将显示器件放置在氧气或者含氧气氛中，如果是以硫化物为发光层则还需要消除气氛中的水汽，预先老化足够长的时间，等器件中绝大部分的打火都结束，再将器件封装在保护气氛中后续老化。由于在含氧气氛中，电极在打火时自身被氧化，形成绝缘层，抑制了扩展型打火的产生，使断线产生的可能性降到最低。本文所提供的老化方法大幅度提高显示器的可靠性，提高器件生产的成品率和生产效率，降低了制备薄膜所需的环境和设备要求，降低了成本，适用于大批量生产。
　　关键词：无机电致发光；老化；氧气；介质层；自愈
　　中图分类号：TN141文献标识码：B
　　
　　The Burning Process of Inorganic EL Flat Panel Displays
　　ZHANG Yi1，2, LOU Jun-hui2, XIAO Tian2, LIU Hong-jun12, ZHOU Tuan-tuan2
　　(1. School of Electronic, Information and Electrical Engineering , Shanghai Jiaotong University, Shanghai,200030,China;
　　2. Flat Panel Display R&D Centre , SVA Electron Co., Ltd, Shanghai, 200081, China)
　　Abstract: A new type of burning method of inorganic EL device is presented in the paper. The key of the method is placing the device into the atmosphere of pure oxygen or partial oxygen. If the phosphor layer is sulfide, it is need to remove the moisture in the air. After pre-burning for a long time until little breakdown of insulation exist，continue burning after packing the device in the protective atmosphere. The electrode is oxidated and becomes the insulation layer when the hit happens because of being in the oxygen, then the insulation layer stop the expanding breakdown of insulation. The method of burning provided by the article highly improves the dependability of display, improves the yield of device and efficiency of producing, and reduces the requirement of environment where film is coated and equipment, which is suitable to the producing.
　　Keywords:inorganic EL；burning；oxygen；dielectric layer；self-cure.
　　
　　1介绍
　　
　　无机电致发光平板显示器[1-2]具有全固态、重量轻、厚度薄、视角大、结构简单等特点，能在低温、震动等恶劣环境中使用，有着很广阔的应用前景。而薄膜型无机电致发光平板显示器采用不含铅的氧化物薄膜作为介质层[3],和厚膜型无机电致发光显示器相比,具有分辨率高、不含有铅等污染环境的材料、制作工艺简单等优点。但由于器件是高压脉冲驱动，如果介质层的厚度不一致，或者薄膜上有空洞，薄膜介质层因区域面积电场集中，很容易在高电场下击穿打火。为了避免在使用过程中出现缺陷或电学、光学性能改变，显示器件在之前必须经过加电压点亮的老化处理。在长时间高电压老化过程中，几百根行列电极，只要一个打火点扩展导致断线，整个器件就成为废品。这对介质层的耐压性能提出了很高的要求，要求工艺控制必须非常严格，但实际生产过程中器件易于受灰尘污染或者制作工艺不稳定而产生废品。在大批量生产中，这不仅降低了产品的良品率，也大大提高了产品的生产成本。
　　为了让产品在正式工作前能够预先工作一段时间，消除缺陷带来的隐患，提高产品的稳定性，对产品进行预老化是十分必要的。本文通过三个实验的比较，对老化的外部条件进行了探索，得到了一种较好的预老化方法。
　　
　　2实验与结果
　　
　　在这之前，我们有必要了解一下器件打火的原因。无机EL中的绝缘层是夹在发光层和电极之间的，起到注入电子和贮存电子的作用，其本身就是一个电容结构。绝缘层上下面之间具有一定的电场强度，见图1。
　　
　　其中E为介质层界面之间的电场强度，ΔU为介质层界面之间的电压差，即ΔU=U+-U-。
　　如果介质层表面洁净程度良好，且表面很平整，此时，各处的电场强度是一致的。当介质上出现了缺陷或者颗粒的时候，如图2，则根据公式（1）有：
　　
　　在上下界面间的电压保持不变的情况下，介质层厚度d越薄，其界面之间承受的电场强度E就越大，导致此处的介质层更容易击穿。
　　为了避免颗粒等污染带来的介质层击穿对器件的日后长期使用带来毁灭性的破坏，采用较低的工作电压对器件进行预老化是十分必要的。
　　
　　实验一：N2下老化
　　传统的老化实验选用N2封装气氛下老化。选用自行制作的ZnS:Mn为发光层的黄光无机电致发光显示器，尺寸为96mm×72mm，为120行，480列。列方向的电极为底电极ITO，行方向的电极为上电极铝。上电极铝用电子束蒸镀，厚度为150nm。由于无机EL黄光器件发光层易受潮的特点，器件完成后，一般都要用薄膜层封装起来，并充入N2，以此来延长器件的寿命。所以器件制作完成后，直接在手套箱内干燥的氮气中封装。然后加脉冲电压老化，脉冲宽度为10μs，频率为200Hz，电压为210V，老化半小时后，将脉冲宽度为10μs上升到30μs，再老化24hr。老化完毕后，近1/4的行和列出现断线，图3显示的是老化后显微镜下扩展型打火后出现断线的照片。
　　实验二：直接在空气下老化
　　选用同样的无机电致发光显示器。器件制作完成后，置于空气中加脉冲电压老化，所加电压与实验一相同。老化24hr后，屏没有出现断线，但是亮度衰减到零。器件老化过程中，暴露在空气下时间太长，空气中的水汽就会渗透到发光层中，使得器件在老化的过程中很容易衰减。老化24hr之后，亮度均匀性已明显变差，变得参差不齐，这就是ZnS：Mn层受潮之后，发光性能大为下降的结果。图4是空气下老化后器件点亮的照片，可以看到边缘处的发光层已经受潮衰减。
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　　实验三：在干燥的氧气气氛下老化
　　选用与实验一同样的无机电致发光显示器。器件制作完成后，置于一个干燥的密封箱内，引出电极引线，留一个进气口和出气口。通入干燥氧气(氧气的质量符合GB/T14599-93要求)，流量为1L/min。通气10min等箱内水气完全排空。氧气流量保持不变以保证空气不会进入密封箱，加上脉冲电压进行预先老化3hr。所加电压与实验一相同。器件在干燥氧气中老化前和老化2hr后，由于没有水气的影响，器件没有发生明显的衰减。然后将屏取出，在手套箱内的干燥氮气中进行封装。封装完毕后，加上与实验一相同的电压进行后续老化24hr。老化过程中没有出现断线。图5为干燥的氧气气氛下老化的照片，照片上的发光线条上的黑点就是打火自愈点。
　　
　　3讨论
　　
　　3种不同条件下的老化试验的不同结果，表明了外界条件是对老化试验起决定性作用的条件之一。
　　器件在使用前的脉冲高电压老化过程中，打火击穿会导致打火点附近的介质层受损伤而导致耐电压能力下降，但是同时打火过程中薄膜上面加电压的电极层也会发生氧化，从而变成绝缘的氧化物，这样电极将不再导电，加到打火点上面的电压消失，打火也因此停止。如果这时候打火点附近的介质层还没有受损伤，打火点将局限于原来的区域，不再向附近区域扩散，而变成自愈型打火，不会形成断线。所以器件打火是扩展型还是自愈型关键是取决于打火时附近的介质层受损伤与电极层氧化的快慢。如果介质层受损伤先于电极层氧化，打火为扩展型而容易导致断线。如果电极层氧化先于介质层受损伤，打火为自愈型而不容易形成断线。
　　传统的老化方法将器件直接封装在干燥的氮气保护气氛中老化，由于金属电极很难在氮气中氧化，介质层受损伤就会先于电极层氧化而使打火为扩展型。需要补充的是，当Al 电极厚度过厚之后，如果将器件先置于氧气中或者含氧气氛中预先老化，打火过程中电极层氧化速度将会大大加快，超过介质层受损伤的速度，打火将为自愈型，不容易形成断线。在氧气或者含氧气氛中预先老化足够长的时间，等器件中绝大部分的打火都结束，再将器件封装在保护气氛中后续老化。由于打火点已经很少，所以在后续老化过程中不容易形成断线，器件的良品率就会上升很多。
　　将器件置于空气中老化时，由于空气中含有一定量的氧气，也能够使上电极在打火过程中尽快氧化，所以在空气中老化时打火也是自愈型打火。这个老化方法对于以氧化物为发光层和介质层的无机电致发光显示器可以应用。但是对于以硫化物为发光层的无机电致发光显示器，由于很难保证完全去除空气中含有的水汽，所以老化一段时间后，硫化物发光层受到水汽的影响，亮度快速衰减。虽然可采取一些措施尽可能提高空气的干燥程度，但是还是难以避免。
　　所以为了避免硫化物受水汽的影响，应在完全干燥的氧气中老化，既能够避免空气中含有的水汽对器件的影响，又能够在打火过程中尽快氧化电极，使打火为自愈型而减少断线。
　　
　　4总 结
　　
　　通过在一个容器中通入纯氧的方法老化，既保证了周围的气氛干燥，使得硫化物发光层不会与空气中的水汽发生反应，导致亮度衰减，又在老化初期绝大部分打火点发生时抑制了扩展型打火的产生，使断线产生的可能性降到最低。大大提高了器件的合格率和可靠性。对于采用Al上电极的显示器件，是一种有效的预老化手段。
　　
　　参考文献
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