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oled是什么意思？什么叫OLED

來源：網(wǎng)絡(luò) 2021-12-25 19:53:53

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oled是什么意思？什么叫OLED

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(jiǎn)單、自發(fā)光不需背光源、對(duì)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(diǎn)。1987年，美國(guó)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(guó)、歐洲、臺(tái)灣及韓國(guó)之研發(fā)團(tuán)隊(duì)如雨後春筍般相繼成立，導(dǎo)致了有機(jī)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(jìn)。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(dú)特know-how之處；因此，OLED量產(chǎn)化仍有許多瓶頸。臺(tái)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(jī)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(shí)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(zhǔn)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(jī)主螢?zāi)弧⑹謾C(jī)副螢?zāi)?、游戲機(jī)顯示器、車用音響螢?zāi)患皞€(gè)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(jì)於2002年下半年以後才會(huì)陸續(xù)上市。由於OLED為自發(fā)光顯示器，相較於同等級(jí)之全彩LCD顯示器，其視覺表現(xiàn)極為優(yōu)異，有機(jī)會(huì)直接切入全彩小尺寸高檔產(chǎn)品，如：數(shù)碼相機(jī)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(tuán)隊(duì)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(guó)的Eastman Kodak(柯達(dá))和英國(guó)的CDT(Cambridge Display Technology)，臺(tái)灣錸寶科技公司是少數(shù)同時(shí)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(huì)介紹OLED原理，其次介紹相關(guān)關(guān)鍵工藝，最後會(huì)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(jī)材料、p型有機(jī)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(jī)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(jī)材料，及低功函數(shù)之金屬陰極。由於有機(jī)材料易與水氣或氧氣作用，產(chǎn)生暗點(diǎn)(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(jìn)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?yàn)椋嚎昭ㄗ⑷雽?、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(jìn)歷史中，1987年Kodak首次發(fā)表之OLED組件，系由兩層有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)材料，其特性為具有較高之電子遷移率，當(dāng)電子由電子傳輸層至空穴電子傳輸層介面時(shí)，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(jìn)入空穴傳輸層，遂被阻擋於此介面。此時(shí)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(huì)以放光及非放光之形式進(jìn)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(jì)算僅得25%之電子空穴對(duì)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(jī)材料－即電子傳輸層－亦同時(shí)被當(dāng)作發(fā)光層，其發(fā)光波長(zhǎng)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(jī)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(qiáng)原材料之螢光量子吸收率的重點(diǎn)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(jī)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(zhǎng)可涵蓋整個(gè)可見光區(qū)。在OLED組件中摻雜之有機(jī)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(huì)使驅(qū)動(dòng)電壓上升；但若太薄，則能量由host轉(zhuǎn)移至dopant之比例將會(huì)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(dòng)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(zhǎng)時(shí)間操作後，有可能釋放出氧氣，并破壞有機(jī)層產(chǎn)生暗點(diǎn)。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(jìn)入OLED元件，以延長(zhǎng)元件壽命。

OLED的驅(qū)動(dòng)方式

OLED的驅(qū)動(dòng)方式分為主動(dòng)式驅(qū)動(dòng)(有源驅(qū)動(dòng))和被動(dòng)式驅(qū)動(dòng)(無源驅(qū)動(dòng))?！　∫弧o源驅(qū)動(dòng)（PM OLED）　　其分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路?！　、拧§o態(tài)驅(qū)動(dòng)方式：在靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的有機(jī)發(fā)光顯示器件上，一般各有機(jī)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(gè)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(dòng)下發(fā)光，若要一個(gè)像素不發(fā)光就將它的陽極接在一個(gè)負(fù)電壓上，就可將它反向截止。但是在圖像變化比較多時(shí)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(dòng)電路一般用于段式顯示屏的驅(qū)動(dòng)上?！　、啤?dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式：在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的有機(jī)發(fā)光顯示器件上人們把像素的兩個(gè)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(gè)行電極和M個(gè)列電極。行和列分別對(duì)應(yīng)發(fā)光像素的兩個(gè)電極。即陰極和陽極。在實(shí)際電路驅(qū)動(dòng)的過程中，要逐行點(diǎn)亮或者要逐列點(diǎn)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(shí)現(xiàn)方式是：循環(huán)地給每行電極施加脈沖，同時(shí)所有列電極給出該行像素的驅(qū)動(dòng)電流脈沖，從而實(shí)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(jìn)行的，掃描所有行所需時(shí)間叫做幀周期?！　≡谝粠忻恳恍械倪x擇時(shí)間是均等的。假設(shè)一幀的掃描行數(shù)為N，掃描一幀的時(shí)間為1，那么一行所占有的選擇時(shí)間為一幀時(shí)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(jī)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(dòng)電流或采用雙屏電極機(jī)構(gòu)以提高占空比系數(shù)?！　〕擞捎陔姌O的公用形成交叉效應(yīng)外，有機(jī)電致發(fā)光顯示屏中正負(fù)電荷載流子復(fù)合形成發(fā)光的機(jī)理使任何兩個(gè)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(gè)發(fā)光像素之間就可能有相互串?dāng)_的現(xiàn)象，即一個(gè)像素發(fā)光，另一個(gè)像素也可能發(fā)出微弱的光。這種現(xiàn)象主要是因?yàn)橛袡C(jī)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(dòng)的角度，為了減緩這種不利的串?dāng)_，采取反向截至法也是一行之有效的方法?！　Щ叶瓤刂频娘@示：顯示器的灰度等級(jí)是指黑白圖像由黑色到白色之間的亮度層次?；叶鹊燃?jí)越多，圖像從黑到白的層次就越豐富，細(xì)節(jié)也就越清晰?；叶葘?duì)于圖像顯示和彩色化都是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。一般用于有灰度顯示的屏多為點(diǎn)陣顯示屏，其驅(qū)動(dòng)也多為動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)灰度控制的幾種方法有：控制法、空間灰度調(diào)制、時(shí)間灰度調(diào)制?！　《?、有源驅(qū)動(dòng)（AM OLED）　　有源驅(qū)動(dòng)的每個(gè)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(gè)像素配備一個(gè)電荷存儲(chǔ)電容，外圍驅(qū)動(dòng)電路和顯示陣列整個(gè)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?yàn)長(zhǎng)CD采用電壓驅(qū)動(dòng)，而OLED卻依賴電流驅(qū)動(dòng)，其亮度與電流量成正比，因此除了進(jìn)行ON/OFF切換動(dòng)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(dòng)TFT。　　有源驅(qū)動(dòng)屬于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，具有存儲(chǔ)效應(yīng)，可進(jìn)行100%負(fù)載驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)不受掃描電極數(shù)的限制，可以對(duì)各像素獨(dú)立進(jìn)行選擇性調(diào)節(jié)?！　∮性打?qū)動(dòng)無占空比問題，驅(qū)動(dòng)不受掃描電極數(shù)的限制，易于實(shí)現(xiàn)高亮度和高分辨率?！　∮性打?qū)動(dòng)由于可以對(duì)亮度的紅色和藍(lán)色像素獨(dú)立進(jìn)行灰度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)，這更有利于OLED彩色化實(shí)現(xiàn)?！　∮性淳仃嚨尿?qū)動(dòng)電路藏于顯示屏內(nèi)，更易于實(shí)現(xiàn)集成度和小型化。另外由于解決了外圍驅(qū)動(dòng)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?！　∪?、主動(dòng)式與被動(dòng)式兩者比較　　被動(dòng)式主動(dòng)式　　瞬間高高密度發(fā)光（動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)/有選擇性）連續(xù)發(fā)光（穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)）　　面板外附加IC芯片 TFT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)/內(nèi)藏薄膜型驅(qū)動(dòng)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(jī)EL畫像素　　低成本/高電壓驅(qū)動(dòng) 低電壓驅(qū)動(dòng)/低耗電能/高成本　　設(shè)計(jì)變更容易、交貨期短（制造簡(jiǎn)單）發(fā)光組件壽命長(zhǎng)（制程復(fù)雜）　　簡(jiǎn)單式矩陣驅(qū)動(dòng)+OLED LTPS TFT+OLED編輯本段第七節(jié)、OLED的優(yōu)缺點(diǎn)　　一、OLED的優(yōu)點(diǎn)　　1、厚度可以小于1毫米，僅為L(zhǎng)CD屏幕的1/3，并且重量也更輕；　　2、固態(tài)機(jī)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(shí)間是LCD的千分之一，顯示運(yùn)動(dòng)畫面絕對(duì)不會(huì)有拖影的現(xiàn)象；　　5、低溫特性好，在零下40度時(shí)仍能正常顯示，而LCD則無法做到；　　6、制造工藝簡(jiǎn)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?！　《?、OLED的缺點(diǎn)　　1、壽命通常只有5000小時(shí)，要低于LCD至少1萬小時(shí)的壽命；　　2、不能實(shí)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(diǎn)。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(jìn)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(huì)產(chǎn)生表面約10 ~ 30nm的突起層。這些不平整層的細(xì)粒之間所形成的路徑會(huì)提供空穴直接射向陰極的機(jī)會(huì)，而這些錯(cuò)綜復(fù)雜的路徑會(huì)使漏電流增加。一般有三個(gè)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(dāng)空穴由ITO注入HIL時(shí)，過大的位能差會(huì)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(diǎn)。一般我們使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的飽和度，以達(dá)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(dòng)元件，當(dāng)外部線路過長(zhǎng)或過細(xì)時(shí)，於外部電路將會(huì)造成嚴(yán)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(qiáng)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(dòng)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(duì)環(huán)境因數(shù)穩(wěn)定性佳及對(duì)蝕刻液有較大的選擇性等優(yōu)點(diǎn)。然而它的電阻值在膜層為100nm時(shí)為2 ohm / square，在某些應(yīng)用時(shí)仍屬過大，因此在相同厚度時(shí)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(diǎn)之一。

陰極工藝在高解析的OLED面板中，將細(xì)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(fù)光阻顯影技術(shù)。在負(fù)光阻顯影過程中，許多工藝上的變異因數(shù)會(huì)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(jī)層適當(dāng)?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(jìn)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(jìn)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(dòng)的水分子，以達(dá)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(jìn)行，例如氮?dú)?。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(shí)間以達(dá)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(biāo)。

關(guān)鍵詞： oled OLED