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OLED技术

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OLED技术(Organic Light-Emitting Diode),称为有机致电发光显示技术。是OEL显示技术的一种,其发光机理和过程是从阴、阳两极分别注入电子和空穴,被注入的电子和空穴在有机层内传输,并在发光层内复合,从而激发发光层分子产生单态激子,单态激子辐射衰减而发光。在过去的十多年里发展迅猛,取得了巨大的成就。

OLED技术流程

  •   1.OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加一个电压。

      2.电流从阴极流向阳极,并经过有机层(电流指电子的流动)。

      a阴极向有机分子发射层输出电子。

      b阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。(这可以视为阳极向传导层输出空穴,两者效果相等)

      3.在发射层和传导层的交界处,电子会与空穴结合。

      a.电子遇到空穴时,会填充空穴(它会落入缺失电子的原子中的某个能级)。

      b.这一过程发生时,电子会以光子的形式释放能量。

      4.OLED发光。

      5.光的颜色取决于发射层有机物分子的类型。生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜,这样就能构成彩色显示器。

      6.光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大,光的亮度就越高。

OLED的制备

  •   1、OLED的制备工艺

      目前在中国大陆,OLED显示器件的制备还处于实验室阶段,但已到达了中试的边缘,因此我们将主要讨论实验室的OLED制备工艺。

      不管是实验室、中试,还是量产,OLED器件的制备过程基本一致,主要区别在于器件的真空蒸镀设备上。实验室一般选用手动的真空蒸镀设备进行单片样品蒸镀,以便于制作种类不同的实验样品;中试线一般采用半自动的真空蒸镀设备进行连续的多片样品蒸镀,以便于小批量产品的切换;量产线一般采用全自动的真空蒸镀设备进行流水样品蒸镀(或采用线蒸镀技术与工艺),以便于提高良品率、降低产品成本。据悉,也有的机构正在研究尝试在量产线上用旋涂技术工艺进行生产OLED产品。

      OLED显示器件的制备工艺包括:ITO玻璃清洗→光刻→再清洗→前处理→真空蒸镀有机层→真空蒸镀背电极→真空蒸镀保护层→封装→切割→测试→模块组装→产品检验及老化实验等十几道工序,其几个关键工序的工艺如下。

      (1)ITO玻璃的洗净及表面处理

      ITO作为阳极其表面状态直接影响空穴的注入和与有机薄膜层间的界面电子状态及有机材料的成膜性。如果ITO表面不清洁,其表面自由能变小,从而导致蒸镀在上面的空穴传输材料发生凝聚、成膜不均匀。

      ITO表面的处理过程为:洗洁精清洗→乙醇清洗→丙酮清洗→纯水清洗,均用超声波清洗机进行清洗,每次洗涤采用清洗5分钟,停止5分钟,分别重复3次的方法。然后再用红外烘箱烘干待用。对洗净后的ITO玻璃还需进行表面活化处理,以增加ITO表面层的含氧量,提高ITO表面的功函数。

      也可以用比例为水:双氧水:氨水=5:1:1混合的过氧化氢溶液处理ITO表面,使ITO表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加,以提高ITO表面的功函数来增加空穴注入的几率,可使OLED器件亮度提高一个数量级。

      ITO玻璃在使用前还应经过“紫外线-臭氧”或“等离子”表面处理,主要目的是去除ITO表面残留的有机物、促使ITO表面氧化、增加ITO表面的功函数、提高ITO表面的平整度。未经处理的ITO表面功函数约为4.6eV,经过紫外线-臭氧或等离子表面处理后的ITO表面的功函数为5.0eV以上,发光效率及工作寿命都会得到提高。对ITO玻璃表面进行处理一定要在干燥的真空环境中进行,处理过的ITO玻璃不能在空气中放置太久,否则ITO表面就会失去活性。

      (2)ITO的光刻处理工艺

      (3)有机薄膜的真空蒸镀工艺

      OLED器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜,薄膜的质量关系到器件质量和寿命。在高真空腔室中设有多个放置有机材料的蒸发舟,加热蒸发舟蒸镀有机材料,并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。ITO玻璃基板放置在可加热的旋转样品托架上,其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案。

      在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验,实验结果表明,有机材料的蒸发温度一般在170℃~400℃之间、ITO样品基底温度在100℃~150℃、蒸发速度在1晶振点~10晶振点/秒(即约0.1nm~1nm/S)、蒸发腔的真空度在5×10-4Pa~3×10-4Pa时蒸镀的效果较佳。

      但是,有机材料的蒸镀目前还存在材料有效使用率低(〈10%)、掺杂物的浓度难以精确控制、蒸镀速率不稳定、真空腔容易污染等等不足之处,从而导致样片基板的镀膜均匀度达不到器件要求。

      (4)金属电极的真空蒸镀工艺

      金属电极仍要在真空腔中进行蒸镀。金属电极通常使用低功函数的活泼金属,因此在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀。常用的金属电极有Mg/Ag、Mg:Ag/Ag、Li/Al、LiF/Al等。用于金属电极蒸镀的舟通常采用钼、钽和钨等材料制作,以便用于不同的金属电极蒸镀(主要是防止舟金属与蒸镀金属起化学反应)。

      金属电极材料的蒸发一般用加热电流来表示,在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验,实验结果表明,金属电极材料的蒸发加热电流一般在70A~100A之间(个别金属要超过100A)、ITO样品基底温度在80℃左右、蒸发速度在5晶振点~50晶振点/秒(即约0.5nm~5nm/S)、蒸发腔的真空度在7×10-4Pa~5×10-4Pa时蒸镀的效果较佳。

      (5)器件封装工艺

      OLED器件的有机薄膜及金属薄膜遇水和空气后会立即氧化,使器件性能迅速下降,因此在封装前决不能与空气和水接触。因此,OLED的封装工艺一定要在无水无氧的、通有惰性气体(如氩气)的手套箱中进行。封装材料包括粘合剂和覆盖材料。粘合剂使用紫外固化环氧固化剂,覆盖材料则采用玻璃封盖,在封盖内加装干燥剂来吸附残留的水分。

OLED技术的分类

  •   有机电致发光(OrganicElectroluminescentLight)简称为OEL。它有两个技术分支,一个是分子量在500~2000之间的小分子有机发光二极管(OrganicLightEmittingDiode)简称为OLED或SM-OLED;另一个是分子量在10000~100000之间的高分子(又称聚合物)有机发光二极管(PolymerLight-EmittingDiode)简称为PLED或P-OLED。

      OEL显示器件具有的主动发光、发光效率较高、功耗低、轻、雹无视角限制等优点,被业内人士认为是最有可能在未来的显示器件市场上占据霸主地位的新一代显示器件。作为一项崭新的显示技术,OLED免不了还存在很多不足,其材料、器件寿命、良品率等还有待于进一步研究、提高,应用领域也有待于进一步扩大,这就为今后的科研探索提供了很大的研究空间。

      OLED技术在过去的十多年里发展迅猛,取得了巨大的成就。由于全球越来越多的显示器厂家纷纷投入研发,大大的推动了OLED的产业化进程,使得OLED产业的成长速度惊人,目前已经到达了大规模量产的前夜。业内有关人士预言,2007年也许会成为OLED大规模量产的元年。

      从2000年到2005年OLED面板出货量年均增长速度超过了175%,未来随着OLED产品逐渐向有源全彩和大尺寸的方向发展,OLED产业还将保持高速的增长势头。OLED产品已经逐渐被下游厂商所认可,需求量也明显增大。目前OLED主要应用领域包括通讯产品(手机副屏)、消费类电子产品(MP3)、车载和仪器仪表等领域。

      与OLED技术相比,PLED技术发展稍有滞后,主要是因为介入的厂商有限、技术相对不太成熟、原材料合成难度大、设备生产厂商少等原因。尽管如此,其发展速度也十分迅速,目前市场上已经可以见到配有较低档次PLED的产品。据DisplaySearch预测,到2008年PLED市场份额将快速上升到OEL市场的40%。

OLED全彩的实现

  •   为了实现彩色 OLED,可以在几个方面着手。最初采用的 Alq3 发出的是绿光。而采用不同的有机发光聚合物可以发出不同颜色的光。还有一种方法是采 用掺杂荧光材料以得到各种不同的颜色。而荧光材料还可以改善器件的发光效率,使谱线变窄。有了不同颜色的发光二极管以后,下一个问题就是怎么组成一个红绿 蓝的像素。最近美国普林斯顿大学的研究小组开发出一种图形控制扩散法,可以将红绿蓝三色的 OLED 集成在同一基底上。概括来说,材料和工艺的多样性让 OLED 有多种途径可以实现彩色显示。最典型的有如下六种方式:

      ①不同材料发出红、绿、蓝三色,像 CRT显示一样,由三色像素拼接成一个彩色像素(如图五所示),因为可以和 LCD 的某些制造工艺兼容,这是目前最常用的方法。

      ②采用发出白光的材料,像 LCD 显示一样,通过三色滤色片形成彩色像素;这种方法可以在发光器上涂上多层染料,这样它就会发出白光。用在 LCD 上类 似的彩色滤光片能够制造出红、绿、蓝三像素,这些滤光片能放置在单独的平板上,利用影印成像法,覆盖在白色发射器阵列上。这是最简单的生产彩色 OLED显 示器的办法,但是因为只有三分之一的白光能通过彩色滤光器,因此这种方法会浪费一些光能。

      ③采用特殊的材料,能够在不同的驱动电压下显示不同的色彩;

      ④使用发出蓝色光线的材料,再激发荧光物质发出各种色彩的光线。利用荧光和变色装置,或者用传播介质来代替滤光片来获得彩色的办法更好一些。这时,  蓝光发射器就派上了用场,蓝光通过变色介质 (CCM)后变成绿光或者红光。如果这种变色介质的转换能力强的话,这种办法对光线的利用率比使用滤光片更高。

      ⑤激光共振方式;

      ⑥将红、绿、蓝三色发光膜重叠起来,构成彩色像素。

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