OLED的產生與發展

OLED顯示技術是OEL顯示技術的一種，在過去的十多年里發展迅猛，取得了巨大的成就。全球越來越多的顯示器廠家紛紛投入研發，大大的推動了OLED的產業化進程。目前OLED已到大規模量產的前夜。可以相信，在不久的將來OEL顯示器件必將有一個突破性的發展。

一、OLED的產生與發展

OLED的研究產生起源于一個偶然的發現。1979年的一天晚上，在Kodak公司從事科研工作的華裔科學家鄧青云博士（Dr.C.W.Tang）在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室里，回去以后，他發現黑暗中有個亮的東西。打開燈發現原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發光。這是怎么回事？OLED研究就此開始，鄧博士由此也被稱為OLED之父。

1987年，Kodak公司最早發表其研究成果，此后，全世界許多企業和研究機構開始致力于小分子OLED器件和相關課題的研究，有關的專著文獻和專利的數量每年成百上千地遞增。在美國（除Kodak公司外）和歐洲，絕大多數有機EL的研究工作是從9O年代早期開始的。今天，高效率（>15lm/w）和高穩定性（發光強度為150nits時，工作壽命>10000小時）的有機EL器件已經研制出來。

對高分子有機EL的研究工作比對小分子有機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個高分子有機EL器件。此后，為了發展聚合物EL技術，在美國和歐洲進行了大量的研究工作。人們一般都隊為，聚合物材料比有機小分子材料要穩定，這也就成了發展聚合物EL的原動力。

目前，OLED的產品已從試驗室走向了市場。從1997～l999年，OLED顯示器的惟一市場是在車載顯示器上，2000年以后，產品的應用范圍逐漸擴大到手機顯示屏。OLED在手機上的應用又極大地推動其技術的進一步發展和應用范圍的迅速擴大，對現有的LCD、LED和VFD提出強有力的挑戰。

二、OLED顯示特點與分類

有機電致發光（OrganicElectroluminescentLight）簡稱為OEL。它有兩個技術分支，一個是分子量在500～2000之間的小分子有機發光二極管（OrganicLightEmittingDiode）簡稱為OLED或SM-OLED；另一個是分子量在10000～100000之間的高分子（又稱聚合物）有機發光二極管（PolymerLight-EmittingDiode）簡稱為PLED或P-OLED。

OEL顯示器件具有的主動發光、發光效率較高、功耗低、輕、薄、無視角限制等優點，被業內人士認為是最有可能在未來的顯示器件市場上占據霸主地位的新一代顯示器件。作為一項嶄新的顯示技術，OLED免不了還存在很多不足，其材料、器件壽命、良品率等還有待于進一步研究、提高，應用領域也有待于進一步擴大，這就為今后的科研探索提供了很大的研究空間。

OLED技術在過去的十多年里發展迅猛，取得了巨大的成就。由于全球越來越多的顯示器廠家紛紛投入研發，大大的推動了OLED的產業化進程，使得OLED產業的成長速度驚人，目前已經到達了大規模量產的前夜。業內有關人士預言，2007年也許會成為OLED大規模量產的元年。從2000年到2005年OLED面板出貨量年均增長速度超過了175%，未來隨著OLED產品逐漸向有源全彩和大尺寸的方向發展，OLED產業還將保持高速的增長勢頭。OLED產品已經逐漸被下游廠商所認可，需求量也明顯增大。目前OLED主要應用領域包括通訊產品（手機副屏）、消費類電子產品（MP3）、車載和儀器儀表等領域。

與OLED技術相比，PLED技術發展稍有滯后，主要是因為介入的廠商有限、技術相對不太成熟、原材料合成難度大、設備生產廠商少等原因。盡管如此，其發展速度也十分迅速，目前市場上已經可以見到配有較低檔次PLED的產品。據DisplaySearch預測，到2008年PLED市場份額將快速上升到OEL市場的40%。

三、OLED的結構和發光機理簡述

OLED顯示器件是基于有機材料的一種電流型半導體發光器件。其典型結構是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的有機發光材料作發光層，發光層上方有一層低功函數的金屬電極。當電極上加有電壓時，發光層就產生光輻射。

OLED的發光機理和過程是從陰、陽兩極分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機層內傳輸，并在發光層內復合，從而激發發光層分子產生單態激子，單態激子輻射衰減而發光。

OLED要獲得全彩有三種方法：

1、采用白色發光層加濾色片。這是獲得全色顯示最簡單的方法。

2、采用紅、綠、藍三種有機發光材料，因此發光層為三層結構。

3、采用藍色有機發光材料，再用顏色轉換材料獲得全彩。

四、OLED的制備工藝

1、OLED的制備工藝

目前在中國大陸，OLED顯示器件的制備還處于實驗室階段，但已到達了中試的邊緣，因此我們將主要討論實驗室的OLED制備工藝。

不管是實驗室、中試，還是量產，OLED器件的制備過程基本一致，主要區別在于器件的真空蒸鍍設備上。實驗室一般選用手動的真空蒸鍍設備進行單片樣品蒸鍍，以便于制作種類不同的實驗樣品；中試線一般采用半自動的真空蒸鍍設備進行連續的多片樣品蒸鍍，以便于小批量產品的切換；量產線一般采用全自動的真空蒸鍍設備進行流水樣品蒸鍍（或采用線蒸鍍技術與工藝），以便于提高良品率、降低產品成本。據悉，也有的機構正在研究嘗試在量產線上用旋涂技術工藝進行生產OLED產品。

OLED顯示器件的制備工藝包括：ITO玻璃清洗→光刻→再清洗→前處理→真空蒸鍍有機層→真空蒸鍍背電極→真空蒸鍍保護層→封裝→切割→測試→模塊組裝→產品檢驗及老化實驗等十幾道工序，其幾個關鍵工序的工藝如下。

（1）ITO玻璃的洗凈及表面處理

ITO作為陽極其表面狀態直接影響空穴的注入和與有機薄膜層間的界面電子狀態及有機材料的成膜性。如果ITO表面不清潔，其表面自由能變小，從而導致蒸鍍在上面的空穴傳輸材料發生凝聚、成膜不均勻。

ITO表面的處理過程為：洗潔精清洗→乙醇清洗→丙酮清洗→純水清洗，均用超聲波清洗機進行清洗，每次洗滌采用清洗5分鐘，停止5分鐘，分別重復3次的方法。然后再用紅外烘箱烘干待用。對洗凈后的ITO玻璃還需進行表面活化處理，以增加ITO表面層的含氧量，提高ITO表面的功函數。也可以用比例為水:雙氧水:氨水=5:1:1混合的過氧化氫溶液處理ITO表面，使ITO表面過剩的錫含量減少而氧的比例增加，以提高ITO表面的功函數來增加空穴注入的幾率，可使OLED器件亮度提高一個數量級。

ITO玻璃在使用前還應經過“紫外線－臭氧”或“等離子”表面處理，主要目的是去除ITO表面殘留的有機物、促使ITO表面氧化、增加ITO表面的功函數、提高ITO表面的平整度。未經處理的ITO表面功函數約為4.6 eV，經過紫外線－臭氧或等離子表面處理后的ITO表面的功函數為5.0 eV以上，發光效率及工作壽命都會得到提高。對ITO玻璃表面進行處理一定要在干燥的真空環境中進行，處理過的ITO玻璃不能在空氣中放置太久，否則ITO表面就會失去活性。

（2）ITO的光刻處理工藝

（3）有機薄膜的真空蒸鍍工藝

OLED器件需要在高真空腔室中蒸鍍多層有機薄膜，薄膜的質量關系到器件質量和壽命。在高真空腔室中設有多個放置有機材料的蒸發舟，加熱蒸發舟蒸鍍有機材料，并利用石英晶體振蕩器來控制膜厚。ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉樣品托架上，其下面放置的金屬掩膜板控制蒸鍍圖案。

在我們的真空蒸鍍設備上進行蒸鍍實驗，實驗結果表明，有機材料的蒸發溫度一般在170℃～400℃之間、ITO樣品基底溫度在100℃～150℃、蒸發速度在1晶振點～10晶振點/秒（即約0.1nm～1nm/S）、蒸發腔的真空度在5×10-4Pa～3×10-4Pa時蒸鍍的效果較佳。

但是，有機材料的蒸鍍目前還存在材料有效使用率低（〈10%）、摻雜物的濃度難以精確控制、蒸鍍速率不穩定、真空腔容易污染等等不足之處，從而導致樣片基板的鍍膜均勻度達不到器件要求。

（4）金屬電極的真空蒸鍍工藝

金屬電極仍要在真空腔中進行蒸鍍。金屬電極通常使用低功函數的活潑金屬，因此在有機材料薄膜蒸鍍完成后進行蒸鍍。常用的金屬電極有Mg/Ag、Mg:Ag/Ag、Li/Al、LiF /Al等。用于金屬電極蒸鍍的舟通常采用鉬、鉭和鎢等材料制作，以便用于不同的金屬電極蒸鍍（主要是防止舟金屬與蒸鍍金屬起化學反應）。

金屬電極材料的蒸發一般用加熱電流來表示，在我們的真空蒸鍍設備上進行蒸鍍實驗，實驗結果表明，金屬電極材料的蒸發加熱電流一般在70A～100A之間（個別金屬要超過100A）、ITO樣品基底溫度在80℃左右、蒸發速度在5晶振點～50晶振點/秒（即約0.5nm～5nm/S）、蒸發腔的真空度在7×10-4Pa～5×10-4Pa時蒸鍍的效果較佳。

（5）器件封裝工藝

OLED器件的有機薄膜及金屬薄膜遇水和空氣后會立即氧化，使器件性能迅速下降，因此在封裝前決不能與空氣和水接觸。因此，OLED的封裝工藝一定要在無水無氧的、通有惰性氣體（如氬氣）的手套箱中進行。封裝材料包括粘合劑和覆蓋材料。粘合劑使用紫外固化環氧固化劑，覆蓋材料則采用玻璃封蓋，在封蓋內加裝干燥劑來吸附殘留的水分。圖3.4為由于水分入侵造成有機層的破壞。

有機電致發光研究最早可追溯到1936年[1]，但早期的發光器件驅動電壓高，發光效率低[2, 3]，沒有引起人們的重視。1987年，C.W.Tang等制備成功低壓驅動(10V)的小分子發光器件[4]，使有機發光現象再次引起廣泛關注。1990年，J.H. Borroughes等又報道了低壓下高分子器件的發光現象[5]，開辟了高分子材料研究的新領域。

有機電致發光器件又稱為有機發光二極管(OLED)，由透明陽極ITO、金屬陰極和有機薄膜層構成，如圖1所示。在直流電壓驅動下，陰極注入的電子和陽極注入的空穴向有機發光層運動，最終在發光層中相遇并復合發光。根據有機發光層制備材料的不同，有機發光器件有小分子和高分子兩種類型。小分子器件的有機薄膜一般為多層結構，高分子器件多為單層結構。目前，小分子器件在性能上占優，基本實現產業化，但成本較高，制作流程也較復雜。