OLED發光原理、結構及關鍵技術深度圖文解析

　　真空熱蒸鍍

　　傳統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，真空腔內充斥著水分子、氧分子和其他雜質氣體在蒸發過程中與有機小分子材料相互碰撞，將嚴重降低成膜質量，甚至使器件性能降低乃至失效。在OLED研究初期，一般使用機械泵、分子泵聯動的兩級抽真空系統保證高真空度。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備有兩種：用于測量0.1 Pa以下低真空的熱傳導真空規，即熱偶規和電阻規，用于測量0.1 Pa以上高真空的電離規。功能層的厚度用振蕩晶片檢測，有機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。

      旋轉涂覆

　　制備有機小分子OLED，蒸鍍小分子和金屬需要采用真空熱蒸鍍技術，設備的成本高、維護復雜。有機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。旋轉涂覆法是預先將基片吸附在旋涂儀的旋轉臺上，然后將預先配制好的溶液滴在基片中央局部或覆蓋整個基片，通過基片高速旋轉產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。旋轉成膜的厚度主要取決于溶液的濃度、黏度，溶劑的揮發速度，以及旋轉速度、旋轉時間。溶劑的性質，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，無法實現全彩顯示，因而該技術在大規模量產中并不適用。

　　噴墨打印

　　與旋涂相比，噴墨打印技術大大減少了材料的浪費，并能實現圖案化、全彩打印，適用于制備大面積器件。例如卷對卷(roll-to-roll, R2R)噴墨印刷設備可以不受基片尺寸的限制，實現大面積器件的制備。噴墨打印是一種非接觸、無壓力、無印版的印刷技術，預先將各種不同的功能材料制成墨水灌裝到墨盒，通過計算機將圖文信息轉化為數字脈沖信號，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位置形成所需圖案，實現精確、定量、定位沉積，完成最終的印制品。噴墨打印技術的關鍵有墨水的研制、打印頭與打印系統的設計、溶劑揮發控制等。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，如適當的黏性和表面張力。通過噴墨打印技術，可將PLED平板顯示器帶入大尺寸領域。

　　激光熱轉印

　　激光熱轉印是一種全彩色AMOLED像素圖形制備技術，具有精度高、分辨率高、可靠性好、轉印的薄膜厚度均勻、可實現多層薄膜轉移、適用于大尺寸基板的優勢，是制備高分辨率、大尺寸、全彩色AMOLED的理想方法。激光熱轉印技術制備AMOLED，是通過一套供體膠片、一組高精度激光成像系統和一副襯底完成。具體過程包括：首先將熱轉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傳輸層上;最后將供體剝離，完成曝光區域內的高分辨率條紋的印制。大環境下進行的激光熱轉印技術制備的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、設備成本低，快速發展的濕法制備技術正不斷向產業化方向的大規模生產邁進。要實現全濕法制備OLED，陰極的濕法制備工藝需要緊跟有機功能層濕法制備的發展步伐。經過配置墨水、成膜和后處理得到的陰極導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

　　提高OLED的壽命達到商業化水平是實現OLED產業化發展的關鍵問題之一，而水氧和灰塵接觸電極甚至有機層會導致OLED的電極出現氣泡，工作狀態下發光區域出現黑斑，加速器件老化，降低OLED的穩定性。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。傳統的蓋板封裝是在充滿惰性氣體的手套箱內，用環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制備保護層來替代蓋板加密封膠的組合。目前薄膜封裝包括無機薄膜封裝、有機薄膜封裝以及有機/無機交替的復合薄膜封裝等。銦封接是電真空器件工業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勢，如封接溫度低、兼容性好、封接應力小、精度高等。目前銦封接應用于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的不透明的熔塊層，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，同時環狀包圍電致發光陣列。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域，將其中的發光陣列保護。

　　OLED的彩色化技術

　　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志，因此許多全彩色化技術也應用到了OLED顯示器上，按面板的類型通常有下面三種:RGB象素獨立發光，光色轉換(Color Conversion)和彩色濾光膜(Color Filter)。

RGB象素獨立發光

　　利用發光材料獨立發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，首先制備紅、綠、藍三基色發光中心，然后調節三種顏色組合的混色比，產生真彩色，使三色OLED元件獨立發光構成一個象素。該項技術的關鍵在于提高發光材料的色純度和發光效率，同時金屬蔭罩刻蝕技術也至關重要。

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

　　高分子發光材料的優點是可以通過化學修飾調節其發光波長，現已得到了從藍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光材料的十分之一，所以對高分子聚合物，發光材料的發光效率和壽命都有待提高。不斷地開發出性能優良的發光材料應該是材料開發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，金屬蔭罩刻蝕技術直接影響著顯示板畫面的質量，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。

　　光色轉換

　　光色轉換是以藍光OLED結合光色轉換膜陣列，首先制備發藍光OLED的器件，然后利用其藍光激發光色轉換材料得到紅光和綠光，從而獲得全彩色。該項技術的關鍵在于提高光色轉換材料的色純度及效率。這種技術不需要金屬蔭罩對位技術，只需蒸鍍藍光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之一。但它的缺點是光色轉換材料容易吸收環境中的藍光，造成圖像對比度下降，同時光導也會造成畫面質量降低的問題。

　　彩色濾光膜

　　此種技術是利用白光OLED結合彩色濾光膜，首先制備發白光OLED的器件，然后通過彩色濾光膜得到三基色，再組合三基色實現彩色顯示。該項技術的關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，可采用成熟的液晶顯示器LCD的彩色濾光膜制作技術。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之一，但采用此技術使透過彩色濾光膜所造成光損失高達三分之二。

　　RGB象素獨立發光，光色轉換和彩色濾光膜三種制造OLED顯示器全彩色化技術，各有優缺點。可根據工藝結構及有機材料決定。