oled是什么意思？什么叫OLED
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OLED(Organic light emitting diode)是繼TFT-LCD(Thin film transistor liquid crystal display)，新一代之平面顯示器技術(shù)。其具備有構(gòu)造簡單、自發(fā)光不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣等優(yōu)點。1987年，美國Kodak公司鄧青云(C.W. Tang)博士等人，將OLED組件及基本之材料確立[1]。1996年，日本Pioneer公司成為第一家將此技術(shù)量產(chǎn)化之公司，并將OLED面板搭配於其所生產(chǎn)之車用音響顯示器。近年來，由於其前景看好，日本、美國、歐洲、臺灣及韓國之研發(fā)團隊如雨後春筍般相繼成立，導(dǎo)致了有機發(fā)光材料日益成熟，設(shè)備廠商蓬勃發(fā)展，以及相繼工藝技術(shù)不斷之演進。
然而，OLED技術(shù)于原理及工藝上，與目前發(fā)展成熟之半導(dǎo)體、LCD、CD-R甚或LED產(chǎn)業(yè)雖有相關(guān)，但卻有其獨特know-how之處；因此，OLED量產(chǎn)化仍有許多瓶頸。臺灣錸寶科技公司系由1997年開始研發(fā)OLED之相關(guān)技術(shù)，于2000年成功量產(chǎn)OLED面板，成為繼日本東北先鋒後，全世界第二家量產(chǎn)OLED之面板公司；而2002年，更陸續(xù)外銷出貨單彩(mono-color)及區(qū)域多彩(area-color)面板如圖一所示，并提升良率及產(chǎn)量，一躍而成為世界上產(chǎn)量最大OLED面板供應(yīng)商。
[圖一：錸寶之區(qū)域多彩及單彩OLED面板]
由於OLED工藝中，有機膜層之厚度將影響元件特性甚鉅，一般而言，膜厚誤差必須小於5納米，為名符其實之納米科技。舉例來說，TFT-LCD平面顯示器之第三代基板尺寸，一般定義為550mm x 650mm，在此尺寸之基板上，欲控制如此精準之膜厚，有其困難性，也因此限制了OLED在大面積基板之工藝，和大面積面板之應(yīng)用。目前而言，OLED之應(yīng)用主要為較小之單色(mono-color)及區(qū)域多彩(area-color)顯示器面板，如：手機主螢?zāi)?、手機副螢?zāi)弧⒂螒驒C顯示器、車用音響螢?zāi)患皞€人數(shù)位助理(PDA)顯示器。由於OLED全彩化之量產(chǎn)工藝尚未臻至成熟，小尺寸之全彩OLED產(chǎn)品預(yù)計於2002年下半年以後才會陸續(xù)上市。由於OLED為自發(fā)光顯示器，相較於同等級之全彩LCD顯示器，其視覺表現(xiàn)極為優(yōu)異，有機會直接切入全彩小尺寸高檔產(chǎn)品，如：數(shù)碼相機和掌上型VCD(或DVD)播放器，至於大型面板(13寸以上)方面，雖有研發(fā)團隊展示樣品，但量產(chǎn)技術(shù)仍尚待開發(fā)。
OLED 因發(fā)光材料的不同，一般可分小分子(通常稱OLED)及高分子(通常稱PLED)兩種，技術(shù)的授權(quán)分別為美國的Eastman Kodak(柯達)和英國的CDT(Cambridge Display Technology)，臺灣錸寶科技公司是少數(shù)同時發(fā)展OLED和PLED的公司。在本文中，主要介紹小分子OLED，首先將會介紹OLED原理，其次介紹相關(guān)關(guān)鍵工藝，最後會介紹目前OLED技術(shù)發(fā)展之方向。
OLED之原理
OLED組件系由n型有機材料、p型有機材料、陰極金屬及陽極金屬所構(gòu)成。電子(空穴)由陰極(陽極)注入，經(jīng)過n型(p型)有機材料傳導(dǎo)至發(fā)光層(一般為n型材料)，經(jīng)由再結(jié)合而放光。一般而言，OLED元件制作的玻璃基板上先濺鍍ITO作為陽極，再以真空熱蒸鍍之方式，依序鍍上p型和n型有機材料，及低功函數(shù)之金屬陰極。由於有機材料易與水氣或氧氣作用，產(chǎn)生暗點(Dark spot)而使元件不發(fā)亮。因此此元件於真空鍍膜完畢後，必須於無水氣及氧氣之環(huán)境下進行封裝工藝。
在陰極金屬與陽極ITO之間，目前廣為應(yīng)用的元件結(jié)構(gòu)一般而言可分為5層。如圖二所示，從靠近ITO側(cè)依序為：空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層、電子注入層。就OLED組件演進歷史中，1987年Kodak首次發(fā)表之OLED組件，系由兩層有機材料所構(gòu)成，分別為空穴傳輸層及電子傳輸層。其中空穴傳輸層為p型之有機材料，其特性為具有較高之空穴遷移率，且其最高占據(jù)之分子軌域(Highest occupied molecule orbital，HOMO)與ITO較接近，可使空穴由ITO注入有機層之能障降低。
[圖二：OLED結(jié)構(gòu)圖]
而至於電子傳輸層，系為n型之有機材料，其特性為具有較高之電子遷移率，當電子由電子傳輸層至空穴電子傳輸層介面時，由於電子傳輸層之最低非占據(jù)分子軌域(Lowest unoccupied molecule orbital，LUMO)較空穴傳輸層之LUMO高出甚多，電子不易跨越此一能障進入空穴傳輸層，遂被阻擋於此介面。此時空穴由空穴傳輸層傳至介面附近與電子再結(jié)合而產(chǎn)生激子(Exciton)，而Exciton會以放光及非放光之形式進行能量釋放。以一般螢光(Fluorescence)材料系統(tǒng)而言，由選擇率(Selection rule)之計算僅得25%之電子空穴對系以放光之形式做再結(jié)合，其余75%之能量則以放熱之形式散逸。近年來，正積極被開發(fā)磷光(Phosphorescence)材料成為新一代的OLED材料[2]，此類材料可打破選擇率之限制，以提高內(nèi)部量子效率至接近100%。
在兩層元件中，n型有機材料－即電子傳輸層－亦同時被當作發(fā)光層，其發(fā)光波長系由HOMO及LUMO之能量差所決定。然而，好的電子傳輸層－即電子遷移率高之材料－并不一定為放光效率佳之材料，因此目前一般之做法，系將高螢光度的有機色料，摻雜(Doped)於電子傳輸層中靠近空穴傳輸層之部分，又稱為發(fā)光層[3]，其體積比約為1%至3%。摻雜技術(shù)開發(fā)系用於增強原材料之螢光量子吸收率的重點技術(shù)，一般所選擇的材料為螢光量子吸收率高的染料(Dye)。由於有機染料之發(fā)展源自於1970至1980年代染料雷射，因此材料系統(tǒng)齊全，發(fā)光波長可涵蓋整個可見光區(qū)。在OLED組件中摻雜之有機染料，能帶較差，一般而言小於其宿主(Host)之能帶，以利exciton由host至摻雜物(Dopant)之能量轉(zhuǎn)移。然而，由於dopant能帶較小，而在電性上系扮演陷阱(trap)之角色，因此，摻雜層太厚將會使驅(qū)動電壓上升；但若太薄，則能量由host轉(zhuǎn)移至dopant之比例將會變差，因此，此層厚度必須最佳化。
陰極之金屬材料，傳統(tǒng)上系使用低功函數(shù)之金屬材料(或合金)，如鎂合金，以利電子由陰極注入至電子傳輸層，此外一種普遍之做法，系導(dǎo)入一層電子注入層，其構(gòu)成為一極薄之低功函數(shù)金屬鹵化物或氧化物，如LiF或Li2O，此可大幅降低陰極與電子傳輸層之能障[4]，降低驅(qū)動電壓。
由於空穴傳輸層材料之HOMO值與ITO仍有差距，此外ITO陽極在長時間操作後，有可能釋放出氧氣，并破壞有機層產(chǎn)生暗點。故在ITO及空穴傳輸層之間，插入一空穴注入層，其HOMO值恰介於ITO及空穴傳輸層之間，有利於空穴注入OLED元件，且其薄膜之特性可阻隔ITO中之氧氣進入OLED元件，以延長元件壽命。
OLED的驅(qū)動方式
OLED的驅(qū)動方式分為主動式驅(qū)動(有源驅(qū)動)和被動式驅(qū)動(無源驅(qū)動)。
一、無源驅(qū)動（PM OLED）
其分為靜態(tài)驅(qū)動電路和動態(tài)驅(qū)動電路。
?、拧§o態(tài)驅(qū)動方式：在靜態(tài)驅(qū)動的有機發(fā)光顯示器件上，一般各有機電致發(fā)光像素的陰極是連在一起引出的，各像素的陽極是分立引出的，這就是共陰的連接方式。若要一個像素發(fā)光只要讓恒流源的電壓與陰極的電壓之差大于像素發(fā)光值的前提下，像素將在恒流源的驅(qū)動下發(fā)光，若要一個像素不發(fā)光就將它的陽極接在一個負電壓上，就可將它反向截止。但是在圖像變化比較多時可能出現(xiàn)交叉效應(yīng)，為了避免我們必須采用交流的形式。靜態(tài)驅(qū)動電路一般用于段式顯示屏的驅(qū)動上。
?、啤討B(tài)驅(qū)動方式：在動態(tài)驅(qū)動的有機發(fā)光顯示器件上人們把像素的兩個電極做成了矩陣型結(jié)構(gòu)，即水平一組顯示像素的同一性質(zhì)的電極是共用的，縱向一組顯示像素的相同性質(zhì)的另一電極是共用的。如果像素可分為N行和M列，就可有N個行電極和M個列電極。行和列分別對應(yīng)發(fā)光像素的兩個電極。即陰極和陽極。在實際電路驅(qū)動的過程中，要逐行點亮或者要逐列點亮像素，通常采用逐行掃描的方式，行掃描，列電極為數(shù)據(jù)電極。實現(xiàn)方式是：循環(huán)地給每行電極施加脈沖，同時所有列電極給出該行像素的驅(qū)動電流脈沖，從而實現(xiàn)一行所有像素的顯示。該行不再同一行或同一列的像素就加上反向電壓使其不顯示，以避免“交叉效應(yīng)”，這種掃描是逐行順序進行的，掃描所有行所需時間叫做幀周期。
在一幀中每一行的選擇時間是均等的。假設(shè)一幀的掃描行數(shù)為N，掃描一幀的時間為1，那么一行所占有的選擇時間為一幀時間的1/N該值被稱為占空比系數(shù)。在同等電流下，掃描行數(shù)增多將使占空比下降，從而引起有機電致發(fā)光像素上的電流注入在一幀中的有效下降，降低了顯示質(zhì)量。因此隨著顯示像素的增多，為了保證顯示質(zhì)量，就需要適度地提高驅(qū)動電流或采用雙屏電極機構(gòu)以提高占空比系數(shù)。
除了由于電極的公用形成交叉效應(yīng)外，有機電致發(fā)光顯示屏中正負電荷載流子復(fù)合形成發(fā)光的機理使任何兩個發(fā)光像素，只要組成它們結(jié)構(gòu)的任何一種功能膜是直接連接在一起的，那兩個發(fā)光像素之間就可能有相互串擾的現(xiàn)象，即一個像素發(fā)光，另一個像素也可能發(fā)出微弱的光。這種現(xiàn)象主要是因為有機功能薄膜厚度均勻性差，薄膜的橫向絕緣性差造成的。從驅(qū)動的角度，為了減緩這種不利的串擾，采取反向截至法也是一行之有效的方法。
帶灰度控制的顯示：顯示器的灰度等級是指黑白圖像由黑色到白色之間的亮度層次?；叶鹊燃壴蕉啵瑘D像從黑到白的層次就越豐富，細節(jié)也就越清晰?；叶葘τ趫D像顯示和彩色化都是一個非常重要的指標。一般用于有灰度顯示的屏多為點陣顯示屏，其驅(qū)動也多為動態(tài)驅(qū)動，實現(xiàn)灰度控制的幾種方法有：控制法、空間灰度調(diào)制、時間灰度調(diào)制。
二、有源驅(qū)動（AM OLED）
有源驅(qū)動的每個像素配備具有開關(guān)功能的低溫多晶硅薄膜晶體管（LowTemperature Poly-Si Thin Film Transistor, LTP-Si TFT），而且每個像素配備一個電荷存儲電容，外圍驅(qū)動電路和顯示陣列整個系統(tǒng)集成在同一玻璃基板上。與LCD相同的TFT結(jié)構(gòu)，無法用于OLED。這是因為LCD采用電壓驅(qū)動，而OLED卻依賴電流驅(qū)動，其亮度與電流量成正比，因此除了進行ON/OFF切換動作的選址TFT之外，還需要能讓足夠電流通過的導(dǎo)通阻抗較低的小型驅(qū)動TFT。
有源驅(qū)動屬于靜態(tài)驅(qū)動方式，具有存儲效應(yīng)，可進行100%負載驅(qū)動，這種驅(qū)動不受掃描電極數(shù)的限制，可以對各像素獨立進行選擇性調(diào)節(jié)。
有源驅(qū)動無占空比問題，驅(qū)動不受掃描電極數(shù)的限制，易于實現(xiàn)高亮度和高分辨率。
有源驅(qū)動由于可以對亮度的紅色和藍色像素獨立進行灰度調(diào)節(jié)驅(qū)動，這更有利于OLED彩色化實現(xiàn)。
有源矩陣的驅(qū)動電路藏于顯示屏內(nèi)，更易于實現(xiàn)集成度和小型化。另外由于解決了外圍驅(qū)動電路與屏的連接問題，這在一定程度上提高了成品率和可靠性。
三、主動式與被動式兩者比較
被動式 主動式
瞬間高高密度發(fā)光（動態(tài)驅(qū)動/有選擇性） 連續(xù)發(fā)光（穩(wěn)態(tài)驅(qū)動）
面板外附加IC芯片 TFT驅(qū)動電路設(shè)計/內(nèi)藏薄膜型驅(qū)動IC
線逐步式掃描 線逐步式抹寫數(shù)據(jù)
階調(diào)控制容易 在TFT基板上形成有機EL畫像素
低成本/高電壓驅(qū)動 低電壓驅(qū)動/低耗電能/高成本
設(shè)計變更容易、交貨期短（制造簡單） 發(fā)光組件壽命長（制程復(fù)雜）
簡單式矩陣驅(qū)動+OLED LTPS TFT+OLED
編輯本段第七節(jié)、OLED的優(yōu)缺點
一、OLED的優(yōu)點
1、厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，并且重量也更輕；
2、固態(tài)機構(gòu)，沒有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔；
3、幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真；
4、響應(yīng)時間是LCD的千分之一，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)象；
5、低溫特性好，在零下40度時仍能正常顯示，而LCD則無法做到；
6、制造工藝簡單，成本更低；
7、發(fā)光效率更高，能耗比LCD要低；
8、能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。
二、OLED的缺點
1、壽命通常只有5000小時，要低于LCD至少1萬小時的壽命；
2、不能實現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品；
3、存在色彩純度不夠的問題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。
OLED相關(guān)關(guān)鍵工藝
氧化銦錫(ITO)基板前處理
(1)ITO表面平整度
ITO目前已廣泛應(yīng)用在商業(yè)化的顯示器面板制造，其具有高透射率、低電阻率及高功函數(shù)等優(yōu)點。一般而言，利用射頻濺鍍法(RF sputtering)所制造的ITO，易受工藝控制因素不良而導(dǎo)致表面不平整，進而產(chǎn)生表面的尖端物質(zhì)或突起物。另外高溫鍛燒及再結(jié)晶的過程亦會產(chǎn)生表面約10 ~ 30nm的突起層。這些不平整層的細粒之間所形成的路徑會提供空穴直接射向陰極的機會，而這些錯綜復(fù)雜的路徑會使漏電流增加。一般有三個方法可以解決這表面層的影響︰一是增加空穴注入層及空穴傳輸層的厚度以降低漏電流，此方法多用於PLED及空穴層較厚的OLED(~200nm)。二是將ITO玻璃再處理，使表面光滑。三是使用其他鍍膜方法使表面平整度更好(如圖三所示)。
[圖三：ITO表面之原子力顯微鏡照片]
(2) ITO功函數(shù)的增加
當空穴由ITO注入HIL時，過大的位能差會產(chǎn)生蕭基能障，使得空穴不易注入，因此如何降低ITO / HIL介面的位能差則成為ITO前處理的重點。一般我們使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的飽和度，以達到增加功函數(shù)之目的。ITO經(jīng)O2-Plasma處理後功函數(shù)可由原先之4.8eV提升至5.2eV，與HIL的功函數(shù)已非常接近。
加入輔助電極
由於OLED為電流驅(qū)動元件，當外部線路過長或過細時，於外部電路將會造成嚴重之電壓梯度(voltage drop)，使真正落於OLED元件之電壓下降，導(dǎo)致面板發(fā)光強度減少。由於ITO電阻過大(10 ohm / square)，易造成不必要之外部功率消耗，增加一輔助電極以降低電壓梯度成了增加發(fā)光效率、減少驅(qū)動電壓的快捷方式。鉻(Cr：Chromium)金屬是最常被用作輔助電極的材料，它具有對環(huán)境因數(shù)穩(wěn)定性佳及對蝕刻液有較大的選擇性等優(yōu)點。然而它的電阻值在膜層為100nm時為2 ohm / square，在某些應(yīng)用時仍屬過大，因此在相同厚度時擁有較低電阻值的鋁(Al：Aluminum)金屬(0.2 ohm / square)則成為輔助電極另一較佳選擇。但是，鋁金屬的高活性也使其有信賴性方面之問題；因此，多疊層之輔助金屬則被提出，如：Cr / Al / Cr或Mo / Al / Mo，然而此類工藝增加復(fù)雜度及成本，故輔助電極材料的選擇成為OLED工藝中的重點之一。
陰極工藝
在高解析的OLED面板中，將細微的陰極與陰極之間隔離，一般所用的方法為蘑菇構(gòu)型法(Mushroom structure approach)，此工藝類似印刷技術(shù)的負光阻顯影技術(shù)。在負光阻顯影過程中，許多工藝上的變異因數(shù)會影響陰極的品質(zhì)及良率。例如，體電阻、介電常數(shù)、高解析度、高Tg、低臨界維度(CD)的損失以及與ITO或其他有機層適當?shù)酿ぶ槊娴取?/FONT>
封裝
(1)吸水材料
一般OLED的生命周期易受周圍水氣與氧氣所影響而降低。水氣來源主要分為兩種：一是經(jīng)由外在環(huán)境滲透進入元件內(nèi)，另一種是在OLED工藝中被每一層物質(zhì)所吸收的水氣。為了減少水氣進入元件或排除由工藝中所吸附的水氣，一般最常使用的物質(zhì)為吸水材(Desiccant)。Desiccant可以利用化學(xué)吸附或物理吸附的方式捕捉自由移動的水分子，以達到去除元件內(nèi)水氣的目的。
(2)工藝及設(shè)備開發(fā)
封裝工藝之流程如圖四所示，為了將Desiccant置於蓋板及順利將蓋板與基板黏合，需在真空環(huán)境或?qū)⑶惑w充入不活潑氣體下進行，例如氮氣。值得注意的是，如何讓蓋板與基板這兩部分工藝銜接更有效率、減少封裝工藝成本以及減少封裝時間以達最佳量產(chǎn)速率，已儼然成為封裝工藝及設(shè)備技術(shù)發(fā)展的3大主要目標。
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