تم تطوير تقنية جديدة تعتمد على Filtered Cathodic Vacuum Arc (FCVA) لتغليف شاشات OLED المطبوعة بتقنية الحبر النفاث بسرعة ترسيب تصل إلى حوالي 15 نانومتر في الدقيقة، ما يزيد نحو ثلاث مرات عن طريقة Atomic Layer Deposition (ALD) التقليدية. هذه الطبقة المُكونة من أكسيد الألمنيوم Al₂O₃ خالية من الهيدروجين، مما يقلل من تأثيره الضار في ترانزستورات الفيلم الرقيق (TFT). حققت هذه الطريقة تحسنًا ملحوظًا في مقاومة الرطوبة ومدة عمر الأجهزة، بالإضافة إلى قدرة على ضبط الإجهاد المتبقي بما يناسب التطبيقات على الشاشات المرنة.

جدول المحتويات

تقنية الترسيب والتغليف الجديدة 🔧

تلعب تقنية التغليف دورًا حيويًا في حماية طبقات OLED العضوية والترانزستورات الخلفية (TFT) التي تشغل الشاشة. وتعتبر طريقة ALD معيارًا معروفًا لإنتاج طبقات موحدة ولكنها بطيئة وتعاني من صعوبة التحكم في محتوى الهيدروجين داخل الطبقة.

استخدم الباحثون تقنية FCVA التي تعتمد على تفريغ قوسي كاثودي مرشح بالحقول المغناطيسية لإزالة القطيرات والجسيمات المحايدة، ما يسمح بترسيب فيلم أكسيد ألمنيوم نقي وخالي من الهيدروجين بسرعة عالية تُقدّر بحوالي 15 نانومتر/دقيقة.

خلاصة تقنية: FCVA توفر طبقات أكسيد ألمنيوم أسرع وأكثر نقاءً من ALD، مع تقليل الهيدروجين الضار.

مزايا FCVA مقارنة بطرق الترسيب التقليدية 🔥

سرعة ترسيب أعلى حتى ثلاث مرات، تعزز من إنتاجية التصنيع.
طبقات أكثر نعومة بمعدل خشونة سطح يبلغ 0.111 نانومتر مقابل 0.314 نانومتر للطريقة التقليدية.
أفلام أكسيد ألمنيوم غير متبلورة (amorphous)، ما يقلل من وجود الحدود الحبوبية التي تسهل انتشار الرطوبة.
انخفاض كبير في معدل انتقال بخار الماء (WVTR) حتى 1.2 × 10⁻⁴ جم/م²/يوم مقارنة ب 1.6 × 10⁻³ للجودة باستخدام ALD.
غياب الهيدروجين يحافظ على استقرار خصائص الترانزستور، مما يحسن من موثوقية أداء الجهاز.

تصميم طبقات التغليف multilayer encapsulation 🏭

لتحقيق حماية مثلى، لا يكفي فقط الترسيب الأحادي لفيلم Al₂O₃ باستخدام FCVA، ولذلك قام الفريق بإنتاج طبقة متعددة تتكون من:

طبقة أساس من أكسيد السيليكون نيتريد (silicon oxynitride).
طبقة عازلة مرنة بطبقة أكريлик مطبوعة بالحبر النفاث بسمك 12 ميكرومتر.
طبقة غطاء Al₂O₃ رقيقة بطبقة 100 نانومتر باستخدام FCVA.

هذا الجمع يقدم حاجزًا أقوى ضد الرطوبة مقارنة باستخدام أي طبقة منفردة.

لماذا هذا مهم صناعيًا؟ التغليف الطبقي يعزز من مقاومة الرطوبة دون التأثير على مرونة الشاشات.

التحكم في إجهاد الطبقات residual stress

من التحديات الرئيسية في استخدام الأغشية الرقيقة خاصة في الشاشات المرنة هو التحكم في الإجهاد المتبقي داخل الطبقات. أظهرت طبقات FCVA قدرة تعديل الإجهاد بين -140 ميجاباسكال إلى -55 ميجاباسكال، مما يمكن من تحقيق توازن في الإجهاد ضمن التراكم أو multilayer stack، هذا يساعد على منع التشققات والتقشرة التي تقلل العمر الافتراضي.

الأداء الكهربائي ومستقرارية الترانزستور 🔋

أحد أبرز فوائد التغليف باستخدام FCVA هو تقليل تلف الهيدروجين في ترانزستورات الفيلم الرقيق (TFT) الخلفية التي تتحكم بعمل OLEDs. عند اختبار الأجهزة قبل وبعد الترسيب، تم تسجيل تغير طفيف جدًا على الجهد العتبة حيث تغير من 1.08 فولت إلى 1.10 فولت فقط، مع ثبات في حركة الشحنات وعدم وجود تحولات سلبية تشير إلى تأثيرات هيدروجينية.

هذا يدل على أن العملية لا تضيف عناصر ضارة ولا تسبب تلفًا بنيويًا للمواد تحتف الفيلم الترسيبي.

ما الذي تغيّر هنا؟ تغليف FCVA يحافظ على الأداء الكهربائي دون تحولات سلبية تؤثر على الموثوقية.

تحسين عمر تشغيل OLED تحت ظروف قاسية 🔥

خضع جهاز OLED كامل تمت تغلفته بواسطة طبقات FCVA إلى اختبار تعجيل عمر التشغيل في ظروف حرارة والرطوبة 85 درجة مئوية مع 85% رطوبة نسبية. أظهرت النتائج أن عمر التشغيل تضاعف تقريبًا ليصل إلى 300 ساعة، مقارنة بالأجهزة التي لم تستخدم هذا الترسيب.

كما سجل فريق البحث ثباتًا في الخصائص البصرية والإلكترونية قبل وبعد التغليف، مع ملاحظة طفيفة في زيادة الكفاءة الكهربائية التي يرجح أنها تؤكد تحسنًا محدودًا وليس تغيّرًا جوهريًا في استخراج الضوء.

آفاق صناعية ومستقبلية 🏭

تكشف هذه الدراسة عن إمكانية تحسين عملية تغليف شاشات OLED المرنة عبر FCVA بميزات:

زيادة الإنتاجية والسرعة عند الترسيب.
تقليل تأثيرات الهيدروجين وحماية أفضل للترانزستورات.
تحسين الحاجز ضد الرطوبة بدون تعطيل مرونة الشاشة.

مع ذلك، يحتاج تطوير التقنية لتطبيقات الإنتاج على نطاق واسع إلى تنويع مصادر الترسيب واعتماد آليات مسح خطي لضمان توازن التغطية على مساحات كبيرة. كما يتطلب الأمر إجراء مزيد من الدراسات لقياس محتوى الهيدروجين بدقة، وتحليل استقرار الأجهزة تحت ضغط الترانزستور لفترات طويلة، إلى جانب تقييم العمر التشغيلي (LT50) بشكل منظم.

نقطة ميكانيكية مهمة: دمج المرونة مع الحماية الكاملة يحتاج لتقنيات طبقية عالية الأداء مع تحكم دقيق في الإجهاد وترسيب الطبقات.

الخلاصة

تقنية Filtered Cathodic Vacuum Arc (FCVA) أظهرت تقدمًا مهمًا في مجال ترسيب الأغشية الواقية لأجهزة OLED المطبوعة بتقنية الحبر النفاث. سرعتها العالية وإنتاجها لفيلم أكسيد ألمنيوم خالي من الهيدروجين يقدم حلولاً فعالة لتحسين عمر وثبات أجهزة العرض المرنة.

بالرغم من الحاجة إلى تحسينات إضافية وتجارب شاملة أكثر، إلا أن هذه الطريقة تحمل إمكانات كبيرة لتسريع إنتاج الشاشات المرنة مع الحفاظ على جودة الأداء، مما يدعم مستقبل صناعات تقنيات العرض الحديثة.