- OLED的產(chǎn)生與發(fā)展
- OLED顯示特點與分類
- OLED的結(jié)構(gòu)和發(fā)光機理簡述
- OLED的制備工藝
- 采用白色發(fā)光層加濾色片
- 采用紅、綠、藍三種有機發(fā)光材料
- 采用藍色有機發(fā)光材料
一、OLED的產(chǎn)生與發(fā)展
OLED的研究產(chǎn)生起源于一個偶然的發(fā)現(xiàn)。1979年的一天晚上,在Kodak公司從事科研工作的華裔科學家鄧青云博士(Dr.C.W.Tang)在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室里,回去以后,他發(fā)現(xiàn)黑暗中有個亮的東西。打開燈發(fā)現(xiàn)原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發(fā)光。這是怎么回事？OLED研究就此開始,鄧博士由此也被稱為OLED之父。
1987年,Kodak公司最早發(fā)表其研究成果,此后,全世界許多企業(yè)和研究機構(gòu)開始致力于小分子OLED器件和相關(guān)課題的研究,有關(guān)的專著文獻和專利的數(shù)量每年成百上千地遞增。在美國(除Kodak公司外)和歐洲,絕大多數(shù)有機EL的研究工作是從9O年代早期開始的。今天,高效率(>15lm/w)和高穩(wěn)定性(發(fā)光強度為150nits時,工作壽命>10000小時)的有機EL器件已經(jīng)研制出來。
對高分子有機EL的研究工作比對小分子有機EL的研究,起步要晚得多。直到1990年,才由Burroughes及其合作者研究成功第一個高分子有機EL器件。此后,為了發(fā)展聚合物EL技術(shù),在美國和歐洲進行了大量的研究工作。人們一般都隊為,聚合物材料比有機小分子材料要穩(wěn)定,這也就成了發(fā)展聚合物EL的原動力。
目前,OLED的產(chǎn)品已從試驗室走向了市常從1997～l999年,OLED顯示器的惟一市場是在車載顯示器上,2000年以后,產(chǎn)品的應(yīng)用范圍逐漸擴大到手機顯示屏。OLED在手機上的應(yīng)用又極大地推動其技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用范圍的迅速擴大,對現(xiàn)有的LCD、LED和VFD提出強有力的挑戰(zhàn)。
二、OLED顯示特點與分類
有機電致發(fā)光(OrganicElectroluminescentLight)簡稱為OEL。它有兩個技術(shù)分支,一個是分子量在500～2000之間的小分子有機發(fā)光二極管(OrganicLightEmittingDiode)簡稱為OLED或SM-OLED；另一個是分子量在10000～100000之間的高分子(又稱聚合物)有機發(fā)光二極管(PolymerLight-EmittingDiode)簡稱為PLED或P-OLED。
OEL顯示器件具有的主動發(fā)光、發(fā)光效率較高、功耗低、輕、雹無視角限制等優(yōu)點,被業(yè)內(nèi)人士認為是最有可能在未來的顯示器件市場上占據(jù)霸主地位的新一代顯示器件。作為一項嶄新的顯示技術(shù),OLED免不了還存在很多不足,其材料、器件壽命、良品率等還有待于進一步研究、提高,應(yīng)用領(lǐng)域也有待于進一步擴大,這就為今后的科研探索提供了很大的研究空間。
OLED技術(shù)在過去的十多年里發(fā)展迅猛,取得了巨大的成就。由于全球越來越多的顯示器廠家紛紛投入研發(fā),大大的推動了OLED的產(chǎn)業(yè)化進程,使得OLED產(chǎn)業(yè)的成長速度驚人,目前已經(jīng)到達了大規(guī)模量產(chǎn)的前夜。業(yè)內(nèi)有關(guān)人士預(yù)言,2007年也許會成為OLED大規(guī)模量產(chǎn)的元年。
從2000年到2005年OLED面板出貨量年均增長速度超過了175%,未來隨著OLED產(chǎn)品逐漸向有源全彩和大尺寸的方向發(fā)展,OLED產(chǎn)業(yè)還將保持高速的增長勢頭。OLED產(chǎn)品已經(jīng)逐漸被下游廠商所認可,需求量也明顯增大。目前OLED主要應(yīng)用領(lǐng)域包括通訊產(chǎn)品(手機副屏)、消費類電子產(chǎn)品(MP3)、車載和儀器儀表等領(lǐng)域。
與OLED技術(shù)相比,PLED技術(shù)發(fā)展稍有滯后,主要是因為介入的廠商有限、技術(shù)相對不太成熟、原材料合成難度大、設(shè)備生產(chǎn)廠商少等原因。盡管如此,其發(fā)展速度也十分迅速,目前市場上已經(jīng)可以見到配有較低檔次PLED的產(chǎn)品。據(jù)DisplaySearch預(yù)測,到2008年P(guān)LED市場份額將快速上升到OEL市場的40%。
三、OLED的結(jié)構(gòu)和發(fā)光機理簡述
OLED顯示器件是基于有機材料的一種電流型半導體發(fā)光器件。其典型結(jié)構(gòu)是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的有機發(fā)光材料作發(fā)光層,發(fā)光層上方有一層低功函數(shù)的金屬電極。當電極上加有電壓時,發(fā)光層就產(chǎn)生光輻射。
OLED的發(fā)光機理和過程是從陰、陽兩極分別注入電子和空穴,被注入的電子和空穴在有機層內(nèi)傳輸,并在發(fā)光層內(nèi)復合,從而激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單態(tài)激子,單態(tài)激子輻射衰減而發(fā)光。[page]
OLED要獲得全彩有三種方法：
1、采用白色發(fā)光層加濾色片。這是獲得全色顯示最簡單的方法。
2、采用紅、綠、藍三種有機發(fā)光材料,因此發(fā)光層為三層結(jié)構(gòu)。
3、采用藍色有機發(fā)光材料,再用顏色轉(zhuǎn)換材料獲得全彩。
四、OLED的制備工藝
1、OLED的制備工藝
目前在中國大陸,OLED顯示器件的制備還處于實驗室階段,但已到達了中試的邊緣,因此我們將主要討論實驗室的OLED制備工藝。
不管是實驗室、中試,還是量產(chǎn),OLED器件的制備過程基本一致,主要區(qū)別在于器件的真空蒸鍍設(shè)備上。實驗室一般選用手動的真空蒸鍍設(shè)備進行單片樣品蒸鍍,以便于制作種類不同的實驗樣品；中試線一般采用半自動的真空蒸鍍設(shè)備進行連續(xù)的多片樣品蒸鍍,以便于小批量產(chǎn)品的切換；量產(chǎn)線一般采用全自動的真空蒸鍍設(shè)備進行流水樣品蒸鍍(或采用線蒸鍍技術(shù)與工藝),以便于提高良品率、降低產(chǎn)品成本。據(jù)悉,也有的機構(gòu)正在研究嘗試在量產(chǎn)線上用旋涂技術(shù)工藝進行生產(chǎn)OLED產(chǎn)品。
OLED顯示器件的制備工藝包括：ITO玻璃清洗→光刻→再清洗→前處理→真空蒸鍍有機層→真空蒸鍍背電極→真空蒸鍍保護層→封裝→切割→測試→模塊組裝→產(chǎn)品檢驗及老化實驗等十幾道工序,其幾個關(guān)鍵工序的工藝如下。
(1)ITO玻璃的洗凈及表面處理
ITO作為陽極其表面狀態(tài)直接影響空穴的注入和與有機薄膜層間的界面電子狀態(tài)及有機材料的成膜性。如果ITO表面不清潔,其表面自由能變小,從而導致蒸鍍在上面的空穴傳輸材料發(fā)生凝聚、成膜不均勻。
ITO表面的處理過程為：洗潔精清洗→乙醇清洗→丙酮清洗→純水清洗,均用超聲波清洗機進行清洗,每次洗滌采用清洗5分鐘,停止5分鐘,分別重復3次的方法。然后再用紅外烘箱烘干待用。對洗凈后的ITO玻璃還需進行表面活化處理,以增加ITO表面層的含氧量,提高ITO表面的功函數(shù)。
也可以用比例為水:雙氧水:氨水=5:1:1混合的過氧化氫溶液處理ITO表面,使ITO表面過剩的錫含量減少而氧的比例增加,以提高ITO表面的功函數(shù)來增加空穴注入的幾率,可使OLED器件亮度提高一個數(shù)量級。
ITO玻璃在使用前還應(yīng)經(jīng)過“紫外線－臭氧”或“等離子”表面處理,主要目的是去除ITO表面殘留的有機物、促使ITO表面氧化、增加ITO表面的功函數(shù)、提高ITO表面的平整度。未經(jīng)處理的ITO表面功函數(shù)約為4.6eV,經(jīng)過紫外線－臭氧或等離子表面處理后的ITO表面的功函數(shù)為5.0eV以上,發(fā)光效率及工作壽命都會得到提高。對ITO玻璃表面進行處理一定要在干燥的真空環(huán)境中進行,處理過的ITO玻璃不能在空氣中放置太久,否則ITO表面就會失去活性。
(2)ITO的光刻處理工藝
(3)有機薄膜的真空蒸鍍工藝
OLED器件需要在高真空腔室中蒸鍍多層有機薄膜,薄膜的質(zhì)量關(guān)系到器件質(zhì)量和壽命。在高真空腔室中設(shè)有多個放置有機材料的蒸發(fā)舟,加熱蒸發(fā)舟蒸鍍有機材料,并利用石英晶體振蕩器來控制膜厚。ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉(zhuǎn)樣品托架上,其下面放置的金屬掩膜板控制蒸鍍圖案。
在我們的真空蒸鍍設(shè)備上進行蒸鍍實驗,實驗結(jié)果表明,有機材料的蒸發(fā)溫度一般在170℃～400℃之間、ITO樣品基底溫度在100℃～150℃、蒸發(fā)速度在1晶振點～10晶振點/秒(即約0.1nm～1nm/S)、蒸發(fā)腔的真空度在5×10-4Pa～3×10-4Pa時蒸鍍的效果較佳。
但是,有機材料的蒸鍍目前還存在材料有效使用率低(〈10%)、摻雜物的濃度難以精確控制、蒸鍍速率不穩(wěn)定、真空腔容易污染等等不足之處,從而導致樣片基板的鍍膜均勻度達不到器件要求。
(4)金屬電極的真空蒸鍍工藝
金屬電極仍要在真空腔中進行蒸鍍。金屬電極通常使用低功函數(shù)的活潑金屬,因此在有機材料薄膜蒸鍍完成后進行蒸鍍。常用的金屬電極有Mg/Ag、Mg:Ag/Ag、Li/Al、LiF/Al等。用于金屬電極蒸鍍的舟通常采用鉬、鉭和鎢等材料制作,以便用于不同的金屬電極蒸鍍(主要是防止舟金屬與蒸鍍金屬起化學反應(yīng))。
金屬電極材料的蒸發(fā)一般用加熱電流來表示,在我們的真空蒸鍍設(shè)備上進行蒸鍍實驗,實驗結(jié)果表明,金屬電極材料的蒸發(fā)加熱電流一般在70A～100A之間(個別金屬要超過100A)、ITO樣品基底溫度在80℃左右、蒸發(fā)速度在5晶振點～50晶振點/秒(即約0.5nm～5nm/S)、蒸發(fā)腔的真空度在7×10-4Pa～5×10-4Pa時蒸鍍的效果較佳。
(5)器件封裝工藝
OLED器件的有機薄膜及金屬薄膜遇水和空氣后會立即氧化,使器件性能迅速下降,因此在封裝前決不能與空氣和水接觸。因此,OLED的封裝工藝一定要在無水無氧的、通有惰性氣體(如氬氣)的手套箱中進行。封裝材料包括粘合劑和覆蓋材料。粘合劑使用紫外固化環(huán)氧固化劑,覆蓋材料則采用玻璃封蓋,在封蓋內(nèi)加裝干燥劑來吸附殘留的水分。
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