柔性顯示實現的關鍵技術之OLED技術

OLED具有自發光、低功耗、響應速度快、視角寬、分辨力高、寬溫度特性、高亮度、高對比度、抗振性能好、耗等性能，并且抗彎曲能力強，非常適合作柔性顯示器件。OLED適用于對顯示效果要求高的便攜產品及軍事等特殊領域。

1.1技術原理

OLED是基于有機材料的一種電流型半導體發光器件，由錮錫氧化物半導體薄膜(indium Tin Oxides, ITO)透明電極、空穴傳輸層、有機發光層、電子傳輸層、電極層組成。原理是用ITO和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經過電子和空穴傳輸層遷移到發光層，并在發光層中相遇，形成激子使發光分子激發，經過輛射發出可見光.OLED用紅、藍、綠像素并置法、轉換法(Color Conversion Method, CCM)、白光加彩色濾光片法、微共振腔調色法和多層堆疊法來實現彩色化。結構如下圖1所示:

OLED的襯底材料主要有超薄玻璃、金屬箔片和聚合物。當玻璃厚度下降到50-200 μm時能夠彎曲，但是要達到任意彎折的柔性仍有一定距離，同時薄玻璃在應用中很容易破裂，增加了制備的難度。相對于玻璃來說，聚合物和金屬薄片都具有較好的柔韌性，在應用上更符合柔性顯示器的性能需求。聚合物襯底的水氧阻隔能力和在高溫下的穩定性都不好，因此制備聚合物襯底的OLED，其關鍵問題在于提高聚合物襯底對水氧的阻隔能力，提高聚合物襯底的熱穩定性或者開發低溫沉積工藝，以及改善在低溫下沉積的ITO薄膜的性能，開發新材料導電薄膜解決粘附層間問題和OLED器件的封裝來隔水隔氧。與聚合物襯底相比，金屬襯底耐高溫制程，熱膨脹系數更接近玻璃;具備良好的阻水、阻氧的性能;成本低廉且獲取方便，不需要水氧阻隔層的制備，實際應用成本有望比聚合物更低.但是，由于金屬襯底具有不透光和表而粗糙的缺點，在金屬襯底上制備FOLED重點需要解決以下技術難點:①高平整度的柔性金屬襯底開發及在襯底上高反射率陽極的制備工藝;②開發性能穩定的半透明陰極技術;③高效的頂發光有機發光器件結構優化，特別是有機層厚度的優化與控制。OLED按所使用的載流子傳輸層和發光層有機薄膜材料的不同，分為兩種不同的技術類型:一種是以有機染料和顏料為發光材料的小分子聚合物OLED,另一種是以共扼高分子為發光材料的PLED(高分子聚合物OLED)。目前研究表明，PLED十分適合用于柔性顯示，采用Int-Jet(噴墨)印刷，涂布有機材料物質，不需薄膜制程、真空裝置，元件構成只有2層，投資成本低，但是其噴墨技術的墨滴均一化及RGB三基色定位精度不易控制，影響全彩化產品進程，壽命與產品良率也有待提高。OLED顯示屏驅動方式依驅動方式可分為被動式(Passive Matrix OLED, PMOLED)與主動式(Active MatrixOLED, AMOLED)結構如下圖2所示。PMOLED是屬于電流驅動，結構簡單，馭動電流決定灰階，應用在小尺寸產品上。AMOLED在一個OLED單元(即像素)后面都有一組薄膜晶體管和電容器，形成一個薄膜場效應晶體管(Thin Film Transistor,TFT)驅動網絡，每一個像素都可以在控制芯片的操作下驅動TFT的激發像素點，這種方式能獲得極速的響應時間而且省電，顯示效果好，適合大屏幕全彩色OLED的需要.為更好的滿足柔性顯示，目前正開發一種新型的OTFT(有機薄膜場效應晶體管)，這種晶體管有更好的柔性，與聚合物襯底的熱脹系數相差不大，適合低溫工藝，可采用噴墨印刷技術批量生產，降低了成本.

1.2 OLED用于柔板顯示的優點

(1)超薄、質輕 與當前市場上的液晶顯示及其它顯示器件相比，超薄塑料或金屬薄片顯示基板賦予了OLED顯示器件超薄和質輕的特性，因此，手機、便攜式計算機、壁掛式電視以及其它含有顯示器的產品都可以變得更小、更輕。

(2)耐用、抗沖擊 玻璃的易碎性是當前傳統顯示器件共同遇到的問題，由于柔性電致發光顯示器件采用的基板是塑料或者金屬薄片，從本質上消除了玻璃易碎的問題，更加耐用、安全。

(3)低成本 目前傳統顯示器件的制備工藝都是分階段的，過程非常復雜，而柔性電致發光顯示器件的制備工藝就像造紙一樣，有望批量生產，降低成本.

1.3技術難點

OLED顯示的重要問題是減少水蒸氣和氧氣向器件內部的滲透。大部分塑料襯底都沒有足夠能力充分阻擋外界雜質液體和氣體的侵入，當暴露在水和氧氣中時，器件的光電特性就會急劇衰退。其衰退老化機理涉及金屬陰極與發光層間的剝離和有機膜層內的化學變化。與玻璃的性質相比，市售的塑料襯底材料對水汽和氧氣的隔離及對器件防老化的保護作用不夠理想，無法滿足在視頻亮度下連續工作超過10000h的市售顯示器壽命的要求.另外塑料襯底的平整性通常比玻璃襯底的差，襯底表面的“突起”會給膜層結構帶來缺陷，損壞器件。并且，大部分柔性襯底的熔點都很低，即使在較低溫度下，塑料在尺寸上也不穩定，從而使其很難精確地整齊排列組成OLED器件的多層結構。

柔性OLED器件在材料壽命、驅動、亮度、彩色化和柔性等方面均有較大的進展，但其產業化進程低，其原因主要是壽命問題和高效率問題還未徹底解決。而要解決這些問題，還需靠在器件結構的設計與材料合成、實驗條件設計與加工、驅動與封裝技術等多方而的共同努力。對于OLED的基礎研究主要集中在提高器件的效率和壽命等性能以及尋找新的、改進的材料上。