一种基于锁相放大器的气体透过率光学测量方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水蒸气透过率测量领域，更具体地，涉及一种基于锁相放大器的气体 透过率光学测量方法及系统。
【背景技术】
[0002] 有机发光二极管（OLED)是通过正负载流子注入有机半导体薄膜后复合产生发光 的发光器件。有机发光二极管（OLED)具有主动发光、高亮度、高对比度、超薄、低成本、低功 耗、快速响应、宽视角、可柔性等优点，具有取代传统的LCD的潜力。柔性显示具有可弯曲、 轻薄且不易碎的特性，逐渐成为全球显示行业的研宄热点。OLED的可柔性特点促进了 OLED 的技术发展和产品市场化。然而，OLED器件存在器件寿命短的缺点。这是因为水蒸气、氧 气都在一定程度上会和OLED的电极和有机发光材料发生化学反应，进而引起OLED器件的 性能特性变化。例如：黑斑效应、局部过热、有机材料老化等。OLED的水不稳定性严重地影 响了 OLED器件的工作寿命与显示稳定性，阻碍了 OLED显示技术的市场化。基于早期的研 宄，要使OLED器件寿命达到实用的10~4h，器件的衬底和封装层对水蒸气的渗透速率应低 于5 X KT-6g/m2d，其含义为单位面积每天透过的水蒸气的质量。因此，为了测量OLED器件 封装、衬底材料的高阻水性，精度达到l〇~_6g/m 2d的水蒸气透过率（WVTR)测量方法研宄显 得格外重要。目前，较为主流的高精度WVTR测量方法，包括传感器法、放射性示踪法、质谱 法、基于 Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy(TDLAS)技术的水蒸气检测法、 Ca法。
[0003] 美国MOCON公司的Mocon AQUATRAN? Model 2WVTR测试仪采用了库伦电量五 氧化二磷AquatraceTM传感器测量的方法，其解析度达到了 5X l(T-5g/m2d。其原理是构建 薄膜样品当连接阀门的两个腔体：湿度、温度可控的潮湿腔和干燥腔。根据菲克第一定律和 亨利定律，薄膜两端的水蒸气浓度梯度导致水蒸气从潮湿腔体向干燥腔扩散。水蒸气扩散 到干燥腔，进入传感器的水蒸气百分百地转化为可测量的电量，进而计算水蒸气透过速率。 两腔式结构被测材料的粘合局限性会出现边缘泄露问题。当检测水分低于1〇~_5g/m 2d时， 库伦传感技术不可行。
[0004] D. Ralf等人采用反射性示踪法，其原理是利用重水（氚）作为水蒸气的示踪剂测 量透过被测材料的水蒸气透过速率。两腔式结构，充满HTO气体的气体室和通入甲烷的测 量室的连接处用橡胶密封被测材料。通过测定透过被测材料的HTO的其他量，计算被测材 料的水蒸气透过率（WVTR)。反射性示踪法设备复杂、价格昂贵，而且会引起放射性废物污 染。
[0005] 质谱法测量是利用四极质谱仪测量真空室中水蒸气的本底分压强和渗透后的饱 和分压强，并利用气体分压器测量技术的分析方法来计算被测材料的水蒸气透过速率，先 后由电子科技大学李军建等和德国Philip Hulsmann等提出。其探测精度可达到KT-6g/ m2d。四极质谱仪利用了不同荷质比的离子在电磁场作用下运动轨迹不同的原理，检测气体 的分压强。测量系统包括装有四极质谱仪的真空室、温湿度可控的气体室、抽真空系统等， 结构复杂，费用高。
[0006] 基于 Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)技术的水蒸气检 测法。可调谐二极管激光吸收光谱分析是根据气体对电磁波的吸收，每种分子由于组成和 结构决定会有特定的能级状态，入射光满足波尔条件时被物质吸收。每种分子会有特定的 红外吸收光谱。TDLAS技术是利用激光器波长调谐通过水蒸气的特征吸收区，对光谱传感 器探测到的穿过气体的激光信号进行解调，分析气体的组分和浓度，进而计算水蒸气的浓 度。TDLAS在信号检测方法上包括：直接吸收、波长调制、频率调制和平衡探测技术。TDLAS 水蒸气探测精度可以达到IOOppb,可探测WVTR已达到l(T-7g/m 2d。德国SEMPA公司的 HiBarSens仪器就是利用了 TDLAS技术，分辨率达到KT-6g/m2d。
[0007] 目前广泛用于OLED封装材料水蒸气透过率测量的方法为Ca反应法。Ca反应法 是基于Ca的化学活泼性和水蒸气发生能化学反应，通过检测Ca腐蚀程度来表征透过封装 材料与Ca反应的水蒸气量。检测Ca腐蚀程度的方法一般有两种：电导率测量和光学方 法。电学的方法，通过检测Ca膜的电导率随时间的变化计算水蒸气透过速率。光学的方 法，通过光学显微镜采集不同时间点的Ca膜图像，并图像处理分析透明区和腐蚀区的比例 来估算透过水的量。Paetzold R、Nisato G等人提出的估算程序水蒸气透过率极限可达到 3 X KT-7g/m2d。然而，Ca反应法不能排除氧气与Ca的反应，无法区分氧气和水蒸气各自的 透过率。
[0008] 目前，上海大学张建华等人还提出了一种简单有效的WVTR方法，其原理是通过 检测被封装材料密封的发光材料的荧光光谱积分强度来计算封装材料的水蒸气透过率的 方法.但由于荧光信号一般较微弱导致测量误差较大，最终导致封装材料的水蒸气透过率 测量精度较低。这种方法需要使用荧光分光光度计对样品进行测试，而且测试时间较长。
[0009] 现有的水蒸气透过率测量技术存在着测量精度低、测量方法复杂或成本高等缺 陷，因此迫切需要一种精度达到OLED封装材料气体透过率要求、测量方法简便、成本低的 气体透过率测量方法，以及架构和优化测量系统。
【发明内容】
[0010] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
[0011] 本发明的首要目的是克服现有气体透过率测量方法测量精度低、测量方法复杂、 成本高的缺陷，提供一种测量精度高、测量方法简便、成本低的基于锁相放大器的气体透过 率光学测量方法。
[0012] 本发明的进一步目的