OLED發(fā)光原理、結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)深度圖文解析

　　真空熱蒸鍍

　　傳統(tǒng)熱蒸鍍的真空度大致在10-4 Pa以上，真空度越高，形成薄膜的缺陷越少，膜中材料純度越高。有機(jī)材料在真空下加熱，依材料特性不同，有些材料會先液化再氣化，有些則直接升華，然后以一定的初始速度脫離材料表面向外飛散，運動到ITO表面，冷卻沉積下來形成一層薄膜。如果真空度低于10-4 Pa，真空腔內(nèi)充斥著水分子、氧分子和其他雜質(zhì)氣體在蒸發(fā)過程中與有機(jī)小分子材料相互碰撞，將嚴(yán)重降低成膜質(zhì)量，甚至使器件性能降低乃至失效。在OLED研究初期，一般使用機(jī)械泵、分子泵聯(lián)動的兩級抽真空系統(tǒng)保證高真空度。近年來，在分子泵之后用濺射離子泵可抽到超高真空來制備高性能OLED。檢測腔體真空度的設(shè)備有兩種：用于測量0.1 Pa以下低真空的熱傳導(dǎo)真空規(guī)，即熱偶規(guī)和電阻規(guī)，用于測量0.1 Pa以上高真空的電離規(guī)。功能層的厚度用振蕩晶片檢測，有機(jī)材料的蒸鍍速率一般為0.5~2 ?/s;金屬的蒸鍍速率一般為2~5 ?/s，厚度為80~100 nm。

      旋轉(zhuǎn)涂覆

　　制備有機(jī)小分子OLED，蒸鍍小分子和金屬需要采用真空熱蒸鍍技術(shù)，設(shè)備的成本高、維護(hù)復(fù)雜。有機(jī)聚合物的分子量較大且加熱時容易分解，因而須采用溶液法制備聚合物薄膜，成本相對較低，且成膜過程簡單、快速、薄膜均勻、致密。旋轉(zhuǎn)涂覆法是預(yù)先將基片吸附在旋涂儀的旋轉(zhuǎn)臺上，然后將預(yù)先配制好的溶液滴在基片中央局部或覆蓋整個基片，通過基片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將大部分溶液甩出基片，由于溶液與基片的摩擦力以及溶液本身的黏度，在基片上留下一層薄膜。旋轉(zhuǎn)成膜的厚度主要取決于溶液的濃度、黏度，溶劑的揮發(fā)速度，以及旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)時間。溶劑的性質(zhì)，如沸點、極性等，對聚合物薄膜的形貌有很大影響。旋涂法具備溶液法成膜的優(yōu)勢，但大量的溶液在旋涂的過程中被甩出基片外浪費了，不太適合大面積器件，無法實現(xiàn)全彩顯示，因而該技術(shù)在大規(guī)模量產(chǎn)中并不適用。

　　噴墨打印

　　與旋涂相比，噴墨打印技術(shù)大大減少了材料的浪費，并能實現(xiàn)圖案化、全彩打印，適用于制備大面積器件。例如卷對卷(roll-to-roll, R2R)噴墨印刷設(shè)備可以不受基片尺寸的限制，實現(xiàn)大面積器件的制備。噴墨打印是一種非接觸、無壓力、無印版的印刷技術(shù)，預(yù)先將各種不同的功能材料制成墨水灌裝到墨盒，通過計算機(jī)將圖文信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號，然后控制噴嘴移動和墨滴形成，并利用外力將墨滴擠出，墨滴噴射沉積到相應(yīng)位置形成所需圖案，實現(xiàn)精確、定量、定位沉積，完成最終的印制品。噴墨打印技術(shù)的關(guān)鍵有墨水的研制、打印頭與打印系統(tǒng)的設(shè)計、溶劑揮發(fā)控制等。其中，高分子聚合物墨水的研制最為重要，因為噴出液滴的均勻性主要取決于墨水的物理特性，如適當(dāng)?shù)酿ば院捅砻鎻埩?。通過噴墨打印技術(shù)，可將PLED平板顯示器帶入大尺寸領(lǐng)域。

　　激光熱轉(zhuǎn)印

　　激光熱轉(zhuǎn)印是一種全彩色AMOLED像素圖形制備技術(shù)，具有精度高、分辨率高、可靠性好、轉(zhuǎn)印的薄膜厚度均勻、可實現(xiàn)多層薄膜轉(zhuǎn)移、適用于大尺寸基板的優(yōu)勢，是制備高分辨率、大尺寸、全彩色AMOLED的理想方法。激光熱轉(zhuǎn)印技術(shù)制備AMOLED，是通過一套供體膠片、一組高精度激光成像系統(tǒng)和一副襯底完成。具體過程包括：首先將熱轉(zhuǎn)印的供體壓在襯底上，供體與襯底受體表面必須緊密接觸;然后用激光對供體的成像模板曝光，使成像圖案從供體與受體接觸的表面向受體傳輸層釋放，最終附著在受體的表面?zhèn)鬏攲由?最后將供體剝離，完成曝光區(qū)域內(nèi)的高分辨率條紋的印制。大環(huán)境下進(jìn)行的激光熱轉(zhuǎn)印技術(shù)制備的OLED的效率和色純度可與真空熱蒸鍍的小分子OLED相媲美。

　　陰極工藝

　　傳統(tǒng)的陰極制備方法是將固體塊狀、條狀或絲狀銀、鎂、鋁等金屬通過真空熱蒸鍍搭配金屬掩膜板得到所需薄膜圖形。近年來，由于制備工藝簡單、設(shè)備成本低，快速發(fā)展的濕法制備技術(shù)正不斷向產(chǎn)業(yè)化方向的大規(guī)模生產(chǎn)邁進(jìn)。要實現(xiàn)全濕法制備OLED，陰極的濕法制備工藝需要緊跟有機(jī)功能層濕法制備的發(fā)展步伐。經(jīng)過配置墨水、成膜和后處理得到的陰極導(dǎo)電率正逐步逼近真空蒸鍍陰極的水平。其中，銀納米顆粒是濕法制備電極的研究熱點。

　　封裝技術(shù)

　　提高OLED的壽命達(dá)到商業(yè)化水平是實現(xiàn)OLED產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問題之一，而水氧和灰塵接觸電極甚至有機(jī)層會導(dǎo)致OLED的電極出現(xiàn)氣泡，工作狀態(tài)下發(fā)光區(qū)域出現(xiàn)黑斑，加速器件老化，降低OLED的穩(wěn)定性。通過器件封裝隔絕水氧和灰塵是提高OLED壽命的有效途徑。目前常用的封裝技術(shù)有玻璃或金屬蓋板封裝、薄膜封裝、銦封接、熔塊熔接密封等。傳統(tǒng)的蓋板封裝是在充滿惰性氣體的手套箱內(nèi)，用環(huán)氧樹脂紫外固化膠將玻璃基板和玻璃或金屬蓋板粘接，從而將夾在蓋板、基板間的有機(jī)層和電極密封，隔絕外界大氣中的氧氣、水汽和灰塵。為了防止密封環(huán)境中仍殘留少量水氧，可提前加入干燥劑。薄膜封裝是采用一定的薄膜沉積技術(shù)制備保護(hù)層來替代蓋板加密封膠的組合。目前薄膜封裝包括無機(jī)薄膜封裝、有機(jī)薄膜封裝以及有機(jī)/無機(jī)交替的復(fù)合薄膜封裝等。銦封接是電真空器件工業(yè)中常用的一種軟金屬真空封接方法，主要用于連接玻璃、陶瓷等材料來完成對器件的密封。銦具有熔點低、塑性好等特點，使銦封接具有許多優(yōu)勢，如封接溫度低、兼容性好、封接應(yīng)力小、精度高等。目前銦封接應(yīng)用于OLED的封接還處于探索階段。熔塊熔接密封在OLED的封接中得到越來越廣泛的應(yīng)用，是在底層基板上制作OLED像素陣列，在頂層基板上制作面積相當(dāng)?shù)牟煌该鞯娜蹓K層，隨后將頂層基板和底層基板面對面放置，中間留有空隙，最后用激光或紅外射線通過掩膜板定點照射熔塊密封部件，使其熔融連接熔塊層和底層基板，同時環(huán)狀包圍電致發(fā)光陣列。熔塊密封部件再固化后與熔塊層以及底層基板形成密封區(qū)域，將其中的發(fā)光陣列保護(hù)。

　　OLED的彩色化技術(shù)

　　顯示器全彩色是檢驗顯示器是否在市場上具有競爭力的重要標(biāo)志，因此許多全彩色化技術(shù)也應(yīng)用到了OLED顯示器上，按面板的類型通常有下面三種:RGB象素獨立發(fā)光，光色轉(zhuǎn)換(Color Conversion)和彩色濾光膜(Color Filter)。

RGB象素獨立發(fā)光

　　利用發(fā)光材料獨立發(fā)光是目前采用最多的彩色模式。它是利用精密的金屬蔭罩與CCD象素對位技術(shù)，首先制備紅、綠、藍(lán)三基色發(fā)光中心，然后調(diào)節(jié)三種顏色組合的混色比，產(chǎn)生真彩色，使三色OLED元件獨立發(fā)光構(gòu)成一個象素。該項技術(shù)的關(guān)鍵在于提高發(fā)光材料的色純度和發(fā)光效率，同時金屬蔭罩刻蝕技術(shù)也至關(guān)重要。

　　目前，有機(jī)小分子發(fā)光材料AlQ3是很好的綠光發(fā)光小分一于材料，它的綠光色純度，發(fā)光效率和穩(wěn)定性都很好。但OLED最好的紅光發(fā)光小分子材料的發(fā)光效率只有31m/W，壽命1萬小時，藍(lán)色發(fā)光小分子材料的發(fā)展也是很慢和很困難的。有機(jī)小分子發(fā)光材料面臨的最大瓶頸在于紅色和藍(lán)色材料的純度、效率與壽命。但人們通過給主體發(fā)光材料摻雜，已得到了色純度、發(fā)光效率和穩(wěn)定性都比較好的藍(lán)光和紅光。

　　高分子發(fā)光材料的優(yōu)點是可以通過化學(xué)修飾調(diào)節(jié)其發(fā)光波長，現(xiàn)已得到了從藍(lán)到綠到紅的覆蓋整個可見光范圍的各種顏色，但其壽命只有小分子發(fā)光材料的十分之一，所以對高分子聚合物，發(fā)光材料的發(fā)光效率和壽命都有待提高。不斷地開發(fā)出性能優(yōu)良的發(fā)光材料應(yīng)該是材料開發(fā)工作者的一項艱巨而長期的課題。

　　隨著OLED顯示器的彩色化、高分辨率和大面積化，金屬蔭罩刻蝕技術(shù)直接影響著顯示板畫面的質(zhì)量，所以對金屬蔭罩圖形尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。

　　光色轉(zhuǎn)換

　　光色轉(zhuǎn)換是以藍(lán)光OLED結(jié)合光色轉(zhuǎn)換膜陣列，首先制備發(fā)藍(lán)光OLED的器件，然后利用其藍(lán)光激發(fā)光色轉(zhuǎn)換材料得到紅光和綠光，從而獲得全彩色。該項技術(shù)的關(guān)鍵在于提高光色轉(zhuǎn)換材料的色純度及效率。這種技術(shù)不需要金屬蔭罩對位技術(shù)，只需蒸鍍藍(lán)光OLED元件，是未來大尺寸全彩色OLED顯示器極具潛力的全彩色化技術(shù)之一。但它的缺點是光色轉(zhuǎn)換材料容易吸收環(huán)境中的藍(lán)光，造成圖像對比度下降，同時光導(dǎo)也會造成畫面質(zhì)量降低的問題。

　　彩色濾光膜

　　此種技術(shù)是利用白光OLED結(jié)合彩色濾光膜，首先制備發(fā)白光OLED的器件，然后通過彩色濾光膜得到三基色，再組合三基色實現(xiàn)彩色顯示。該項技術(shù)的關(guān)鍵在于獲得高效率和高純度的白光。它的制作過程不需要金屬蔭罩對位技術(shù)，可采用成熟的液晶顯示器LCD的彩色濾光膜制作技術(shù)。所以是未來大尺寸全彩色OLED顯示器具有潛力的全彩色化技術(shù)之一，但采用此技術(shù)使透過彩色濾光膜所造成光損失高達(dá)三分之二。

　　RGB象素獨立發(fā)光，光色轉(zhuǎn)換和彩色濾光膜三種制造OLED顯示器全彩色化技術(shù)，各有優(yōu)缺點?？筛鶕?jù)工藝結(jié)構(gòu)及有機(jī)材料決定。