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        全面解析OLED成像原理及工藝制造

        發布時間:2021-02-02

        什么是OLED屏幕?OLED的全名為Organic Light-Emitting Diode,中文名為有機發光二極管。它是LED的一種,由美籍華裔教授青云在實驗室中發現。與目前被廣泛使用的平板顯示器LCD相比,OLED具有主動發光、高對比度、超輕薄、耐低溫、響應速度快、功耗低、視角廣、抗震能力強等特點,而且更適合柔性顯示和3D顯示。具有以上眾多優勢的OLED顯示器, 不存在從側面看不清楚的問題;也不會有LCD影像殘留及畫面跳動的情況;不但便宜,而且省電;相對于LCD,顏色更鮮艷,對比更鮮明,而厚度小于2mm的全彩面板更是只能用OLED才能做到。


        要想知道OLED為何會有如此多的優點,還要從它的工作原理說起。OLED是如何發光的?OLED的典型結構如圖所示,用ITO(氧化銦錫)導 電薄膜做陽極,金屬做陰極,中間沉淀一層有機發光材料作為發光層。為了形象的理解,我們可以把它看成一塊三明治,下面的一塊面包是金屬材料,上面的一塊面 包是有機透明材料ITO導電膜,把中間的電子傳輸層和空穴傳輸層分別看成雞蛋和香腸,有機發光層是中間的一層面包。

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        OLED接通電源后,金屬陰極產生電子,ITO陽極產生空穴,在電場力的做用下,電子穿過電子傳輸層,空穴穿過空穴傳輸層,來到有機發光層相 會,電子和空穴分別帶正電和負電,它們相互吸引,在吸引力(庫侖力)的作用下被束縛在一起,陰陽結合,形成了激子。激子激發發光分子,使得發光分子的能量 提高,處于激發狀態,而處于激發狀態的分子是不穩定的,它想回到穩定狀態,在極短的時間內,它放出能量回到穩定狀態,而放出的能量就以光的形式發出,由于 ITO陽極段是透明的,人們就可以看到它發出的光了。電視機屏幕給我們帶來視覺盛宴,絕不僅僅只有一個顏色,而顏色的不同是由有機發光層的不同材料所引起 的。

        OLED有如此優異的性能,它又是被如何制造出來的呢?這里簡要介紹一下這毫厘之間的加工工藝。制備性能良好的有機發光器件需要使用許多復雜的 設備,需要有清潔的環境,如有可能,應盡量在超凈實驗室或廠房中進行。首先準備好導電和透光性能良好的導電玻璃,通常用的ITO玻璃,并對ITO玻璃進行 光刻,得到高性能的ITO玻璃基片;其次必須對ITO基片進行嚴格清洗。然后蒸發沉積有機薄膜和陰極;最后對取出的器件做封裝測試。其中,蒸發沉積有機薄 膜是關鍵技術。蒸發沉積有機薄膜的方法有真空熱蒸鍍法,有機氣相沉淀法,旋涂法和噴墨打印法。

        真空熱蒸鍍

        真空熱蒸鍍是小分子OLED的標準淀積工藝。直到現在,壽命最長的OLED都是由真空熱蒸鍍工藝制成的。正是由于這個原因,今天的小分子 OLED決定了OLED顯示器的商業化前景。ITO玻璃基片在被清洗干凈后,需要放置在真空腔內的樣品托上,對準束源,此時,ITO玻璃片相當于靶子,在 束源中蒸發出來的有機分子就是子彈,這里,子彈不能打在靶子中央,而是要均勻地打在靶子上。這個方法有點像把一塊玻璃放到盛有熱水的杯子的杯口處,漸漸會 看到玻璃上有一層白霧,不過這里所需要的條件要苛刻得多。

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        在沉積薄膜之前要先獲理真空,真空度通常必須高于10-3Pa,如果低于該真空度,真空腔內有一定的空氣濃度,會有一些氣體分子,當有機分子射 出后,部分有機分子會碰撞到氣體分子,如同兩個小球相碰,有機分子會被彈開,改變原來的運動路徑,從而無法擊中ITO玻璃基片。使有機分子沉積到基底上的 速率不均勻,易形成不規則排列,導致缺陷或針孔。與此同時還造成其他麻煩:浪費材料,散射出去的有機分子導致腔體污染,薄膜會有空氣分子雜質等。如果需要 更高性能的OLED,就需要超高真空的有機分子束沉積(OMBD)系統,在這種系統中,真空度達到10-6Pa10-7Pa數量級。但是蒸發熱蒸鍍由于 受真空腔體尺寸的限制,不能制備大面積的OLED屏幕。

        有機氣相淀積

        有機氣相淀積可用來淀積高質量的有機薄膜。該方法比蒸發熱蒸鍍發多了一個噴嘴。在有機氣相淀積法中,有機小分子材料置于一個外部單獨的、熱可控 的容器中,惰性氣體攜帶蒸發的有機分子從一個噴口噴出,噴向噴口下方的ITO玻璃基片,有機分子遇到溫度較低的基片后附著其上,漸漸形成薄膜,由于附著在 基片上的分子數量由氣體流速、蒸發溫度和壓強決定,所以通過精確控制這三個參數,可以較好地控制薄膜的厚度。

        與真空熱蒸鍍相比,有機氣相淀積可以提供更好的薄膜厚度控制和更大面積下的均勻性。除了提高了器件的性能,材料的可能利用率大于50%,從而減 少了原材料的消耗,使停產期更短,產量更高,這些都是有機氣相淀積對于傳統真空熱蒸鍍的重要優勢。由于旋涂法和噴墨打印法大多被用于制造單色顯示器,且旋 涂法很難做出較大OLED屏幕,在此不再做詳細介紹。

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        每種工藝手法都有其優缺點,這正是制約大尺寸OLED屏幕發展的原因之一,目前,大型電子公司中只有一家韓國公司在堅持做OLED,已經到了產 業化階段,市場上也有OLED電視機發售,但是OLED技術還是有些不成熟,OLED電視機在厚度及色彩方面表現得很好,但是在個別方面表現得不盡如人 意,同時由于技術問題,良品率還是較低,導致產品價格較高,所以消費者并不買賬。不過,這家公司為了爭取市場,OLED電視機的價格已經降低了很多。相信 隨著科技的發展,生產大尺寸OLED屏幕的成本會越來越低,其畫面效果會越來越好,OLED屏幕將成為下一代主流顯示技術,進入千家萬戶。




        文章來源:小胡講觸控技術


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