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OLED的产生与发展

文章出处:8gled.com作者:格烁光电发表时间:2018-11-30

OLED显示技术是OEL显示技术的一种,在过去的十多年里发展迅猛,取得了巨大的成就。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。目前OLED已到大规模量产的前夜。可以相信,在不久的将来OEL显示器件必将有一个突破性的发展。

一、OLED的产生与发展

OLED的研究产生起源于一个偶然的发现。1979年的一天晚上,在Kodak公司从事科研工作的华裔科学家邓青云博士(Dr.C.W.Tang)在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室里,回去以后,他发现黑暗中有个亮的东西。打开灯发现原来是一块做实验的有机蓄电池在发光。这是怎么回事?OLED研究就此开始,邓博士由此也被称为OLED之父。

1987年,Kodak公司最早发表其研究成果,此后,全世界许多企业和研究机构开始致力于小分子OLED器件和相关课题的研究,有关的专著文献和专利的数量每年成百上千地递增。在美国(除Kodak公司外)和欧洲,绝大多数有机EL的研究工作是从9O年代早期开始的。今天,高效率(>15lm/w)和高稳定性(发光强度为150nits时,工作寿命>10000小时)的有机EL器件已经研制出来。

对高分子有机EL的研究工作比对小分子有机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个高分子有机EL器件。此后,为了发展聚合物EL技术,在美国和欧洲进行了大量的研究工作。人们一般都队为,聚合物材料比有机小分子材料要稳定,这也就成了发展聚合物EL的原动力。

目前,OLED的产品已从试验室走向了市场。从1997~l999年,OLED显示器的惟一市场是在车载显示器上,2000年以后,产品的应用范围逐渐扩大到手机显示屏。OLED在手机上的应用又极大地推动其技术的进一步发展和应用范围的迅速扩大,对现有的LCD、LED和VFD提出强有力的挑战。

二、OLED显示特点与分类

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-OLE的确,新规则施行所带来的许多压力,对LED职业来说,可以说是又一重锤。为了让出产的LED灯具商品契合新出台的标准,D。

OEL显示器件具有的主动发光、发光效率较高、功耗低、轻、薄、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%。

三、OLED的结构和发光机理简述

OLED显示器件是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件。其典型结构是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层,发光层上方有一层低功函数的金属电极。当电极上加有电压时,发光层就产生光辐射。

OLED的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。

OLED要获得全彩有三种方法:

1、采用白色发光层加滤色片。这是获得全色显示最简单的方法。

2、采用红、绿、蓝三种有机发光材料,因此发光层为三层结构。

3、采用蓝色有机发光材料,再用颜色转换材料获得全彩。

四、OLED的制备工艺

1、OLLED灯比白炽灯节能是显而易见的了,LED的特点非常明显,寿命长、光效高、无辐射与低功耗。ED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→?樽樽啊芳煅榧袄匣笛榈仁傅拦ば,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。佣贾抡舳圃谏厦娴目昭ù洳牧戏⑸、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4.6 eV,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5.0 eV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小品牌船小好调头 应变灵敏成大优势等。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。图3.4为由于水分入侵造成有机层的破坏。

有机电致发光研究最早可追溯到1936年[1],但早期的发光器件驱动电压高,发光效率低[2, 3],没有引起人们的重视。1987年,C.W.Tang等制备成功低压驱动(<10V)的小分子发光器件[4],使有机发光现象再次引起广泛关注。1990年,J.H. Borroughes等又报道了低压下高分子器件的发光现象[5],开辟了高分子材料研究的新领域。

有机电致发光器件又称为有机发光二极管(OLED),由透明阳极ITO、金属阴极和有机薄膜层构成,如图1所示。在直流电压驱动下,阴极注入的电子和阳极注入的空穴向有机发光层运动,最终在发光层中相遇并复合发光。根据有机发光层制备材料的不同,有机发光器件有小分子和高分子两种类型。小分子器件的有机薄膜一般为多层结构,高分子器件多为单层结构。目前,小分子器件在性能上占优,基本实现产业化,但成本较高,制作