OLED結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理

OLED的原文是Organic Light Emitting Diode，中文意思就是“有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)”。其原理是在兩電極之間夾上有機(jī)發(fā)光層，當(dāng)正負(fù)極電子在此有機(jī)材料中相遇時(shí)就會(huì)發(fā)光，其組件結(jié)構(gòu)比目前流行的TFT LCD簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本只有TFT LCD的三到四成左右。除了生產(chǎn)成本便宜之外，OLED還有許多優(yōu)勢(shì)，比如自身發(fā)光的特性，目前LCD都需要背光模塊（在液晶后面加燈管），但OLED通電之后就會(huì)自己發(fā)光，可以省掉燈管的重量體積及耗電量（燈管耗電量幾乎占整個(gè)液晶屏幕的一半），不僅讓產(chǎn)品厚度只剩兩厘米左右，操作電壓更低到2至10伏特，加上OLED的反應(yīng)時(shí)間（小于10ms）及色彩都比TFT LCD出色，更有可彎曲的特性，讓它的應(yīng)用范圍極廣。

OLED結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理

OLED的基本結(jié)構(gòu)是在銦錫氧化物（ITO）玻璃上制作一層幾十納米厚的有機(jī)發(fā)光材料作發(fā)光層，發(fā)光層上方有一層低功函數(shù)的金屬電極，構(gòu)成如三明治的結(jié)構(gòu)。

OLED的基本結(jié)構(gòu)主要包括：

基板（透明塑料、玻璃、金屬箔）——基層用來(lái)支撐整個(gè)OLED。

陽(yáng)極（透明）——陽(yáng)極在電流流過(guò)設(shè)備時(shí)消除電子（增加電子“空穴”）。

空穴傳輸層——該層由有機(jī)材料分子構(gòu)成，這些分子傳輸由陽(yáng)極而來(lái)的“空穴”。

發(fā)光層——該層由有機(jī)材料分子（不同于導(dǎo)電層）構(gòu)成，發(fā)光過(guò)程在這一層進(jìn)行。

電子傳輸層——該層由有機(jī)材料分子構(gòu)成，這些分子傳輸由陰極而來(lái)的“電子”。

陰極（可以是透明的，也可以不透明，視OLED類型而定）——當(dāng)設(shè)備內(nèi)有電流流通時(shí)，陰極會(huì)將電子注入電路。

OLED是雙注入型發(fā)光器件，在外界電壓的驅(qū)動(dòng)下，由電極注入的電子和空穴在發(fā)光層中復(fù)合形成處于束縛能級(jí)的電子空穴對(duì)即激子，激子輻射退激發(fā)發(fā)出光子，產(chǎn)生可見光。為增強(qiáng)電子和空穴的注入和傳輸能力，通常在ITO與發(fā)光層之間增加一層空穴傳輸層，在發(fā)光層與金屬電極之間增加一層電子傳輸層，從而提高發(fā)光性能。其中，空穴由陽(yáng)極注入，電子由陰極注入。空穴在有機(jī)材料的最高占據(jù)分子軌道（HOMO）上跳躍傳輸，電子在有機(jī)材料的最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）上跳躍傳輸。

OLED的發(fā)光過(guò)程通常有以下5個(gè)基本階段：

載流子注入：在外加電場(chǎng)作用下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極向夾在電極之間的有機(jī)功能層注入。

載流子傳輸：注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移。

載流子復(fù)合：電子和空穴注入到發(fā)光層后，由于庫(kù)倫力的作用束縛在一起形成電子空穴對(duì)，即激子。

激子遷移：由于電子和空穴傳輸?shù)牟黄胶?，激子的主要形成區(qū)域通常不會(huì)覆蓋整個(gè)發(fā)光層，因而會(huì)由于濃度梯度產(chǎn)生擴(kuò)散遷移。

激子輻射退激發(fā)出光子：激子輻射躍遷，發(fā)出光子，釋放能量。

OLED發(fā)光的顏色取決于發(fā)光層有機(jī)分子的類型，在同一片OLED上放置幾種有機(jī)薄膜，就構(gòu)成彩色顯示器。光的亮度或強(qiáng)度取決于發(fā)光材料的性能以及施加電流的大小，對(duì)同一OLED，電流越大，光的亮度就越高。

OLED的制造原理

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(yáng)極金屬所構(gòu)成。電子(空穴)由陰極(陽(yáng)極)注入，經(jīng)過(guò)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(yáng)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。由于有機(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。因此此元件于真空鍍膜完畢后，必須于無(wú)水氣及氧氣之環(huán)境下進(jìn)行封裝工藝。

在陰極金屬與陽(yáng)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。如圖所示，從靠近ITO側(cè)依序?yàn)椋嚎昭ㄗ⑷雽印⒖昭▊鬏攲?、發(fā)光層、電子傳輸層、電子注入層。

而至于電子傳輸層，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)，由于電子傳輸層之最低非占據(jù)分子軌域較空穴傳輸層之LUMO高出甚多，電子不易跨越此一能障進(jìn)入空穴傳輸層，遂被阻擋于此介面。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。以一般螢光材料系統(tǒng)而言，由選擇率之計(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(lái)，正積極被開發(fā)磷光材料成為新一代的OLED材料，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)于電子傳輸層中靠近空穴傳輸層之部分，又稱為發(fā)光層，其體積比約為1%至3%。摻雜技術(shù)開發(fā)系用于增強(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。

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，降低驅(qū)動(dòng)電壓。

由于空穴傳輸層材料之HOMO值與ITO仍有差距，此外ITO陽(yáng)極在長(zhǎng)時(shí)間操作后，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值恰介于ITO及空穴傳輸層之間，有利于空穴注入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的制備工藝

OLED因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，所以生產(chǎn)流程不像LCD制造程序那樣繁復(fù)。但由于現(xiàn)今OLED制程設(shè)備還在不斷改良階段，并沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的量產(chǎn)技術(shù)，而主動(dòng)與被動(dòng)驅(qū)動(dòng)以及全彩化方法的不同都會(huì)影響OLED的制程和機(jī)組的設(shè)計(jì)。但是，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程需要潔凈的環(huán)境和配套的工藝和設(shè)備。改善器件的性能不僅要從構(gòu)成器件的基礎(chǔ)，即材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)入手，提高材料性能和豐富材料的種類；還要深入了解器件的物理過(guò)程和內(nèi)部的物理機(jī)制，有針對(duì)性地改進(jìn)器件的結(jié)構(gòu)以提高器件的性能。兩者相輔相成，不斷推進(jìn)OLED技術(shù)的發(fā)展。

ITO基板預(yù)處理工藝

首先需要準(zhǔn)備導(dǎo)電性能好和透射率高的導(dǎo)電玻璃，通常使用ITO玻璃。高性能的ITO玻璃加工工藝比較復(fù)雜，市面上可以直接買到。ITO作為電極，需要特定的形狀、尺寸和圖案來(lái)滿足器件設(shè)計(jì)的要求，可委托廠家按要求進(jìn)行切割和通過(guò)光刻形成圖案，也可在實(shí)驗(yàn)室自己進(jìn)行ITO玻璃的刻蝕，得到所需的基片和電極圖形?；砻娴钠秸?、清潔度都會(huì)影響有機(jī)薄膜材料的生長(zhǎng)情況和OLED性能，必須對(duì)ITO表面進(jìn)行嚴(yán)格清洗。

常用的ITO薄膜表面預(yù)處理方法為：化學(xué)方法（酸堿處理）和物理方法（O2等離子體處理、惰性氣體濺射）。

酸堿處理

固體表面的結(jié)構(gòu)和組成都與內(nèi)部不同，處于表面的原子或離子表現(xiàn)為配位上的不飽和性，這是由于形成固體表面時(shí)被切斷的化學(xué)鍵造成的。

正是由于這一原因，固體表面極易吸附外來(lái)原子，使表面產(chǎn)生污染。因環(huán)境空氣中存在大量水份，所以水是固體表面最常見的污染物。

由于金屬氧化物表面被切斷的化學(xué)鍵為離子鍵或強(qiáng)極性鍵，易與極性很強(qiáng)的水分子結(jié)合，因此，絕大多數(shù)金屬氧化物的清潔表面，都是被水吸附污染了的。

在多數(shù)情況下，水在金屬氧化物表面最終解離吸附生成OH-及H+，其吸附中心分別為表面金屬離子以及氧離子。

根據(jù)酸堿理論，M+是酸中心，O-是堿中心，此時(shí)水解離吸附是在一對(duì)酸堿中心進(jìn)行的。

在對(duì)ITO表面的水進(jìn)行解離之后，再使用酸堿處理ITO金屬氧化物表面時(shí)，酸中的H+、堿中的OH-分別被堿中心和酸中心吸附，形成一層偶極層，因而改變了ITO表面的功函數(shù)。

等離子體處理

等離子體的作用通常是改變表面粗糙度和提高功函數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，等離子作用對(duì)表面粗糙度的影響不大，只能使ITO的均方根粗糙度從1.8nm降到1.6nm，但對(duì)功函數(shù)的影響卻較大。用等離子體處理提高功函數(shù)的方法也不盡相同。

氧等離子處理是通過(guò)補(bǔ)充ITO表面的氧空位來(lái)提高表面氧含量的。

操作方法為：將ITO基片依次在清洗液、去離子水、乙醇和丙酮的混合液、去離子水超聲清洗以除去基片表面物理吸附和化學(xué)吸附的污染物，然后將清洗干凈的基片放到潔凈工作臺(tái)內(nèi)，烘烤或者用高速噴出的氮?dú)獯蹈蒊TO表面，最后對(duì)ITO表面進(jìn)行氧等離子體轟擊或者紫外臭氧處理。ITO玻璃的預(yù)處理有利于除去ITO表面可能的污染物，提高ITO表面的功函數(shù)，減小ITO電極到有機(jī)功能材料的空穴注入勢(shì)壘。

成膜技術(shù)

制備OLED材料包括有機(jī)小分子、高分子聚合物、金屬及合金等。大部分有機(jī)小分子薄膜通過(guò)真空熱蒸鍍來(lái)制備，可溶性有機(jī)小分子和聚合物薄膜可通過(guò)更為簡(jiǎn)單、快速和低成本的溶液法制備，先后開發(fā)出了旋涂法、噴涂法、絲網(wǎng)印刷、激光轉(zhuǎn)印等技術(shù)。金屬及合金薄膜通常采用真空熱蒸鍍來(lái)制備，為了實(shí)現(xiàn)全溶液法制備OLED，也開發(fā)了基于液態(tài)金屬如導(dǎo)電銀漿刷涂的溶液制備方法。

真空熱蒸鍍

傳統(tǒng)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(jī)材料在真空下加熱，依材料特性不同，有些材料會(huì)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(yùn)動(dòng)到ITO表面，冷卻沉積下來(lái)形成一層薄膜。如果真空度低于10-4 Pa，真空腔內(nèi)充斥著水分子、氧分子和其他雜質(zhì)氣體在蒸發(fā)過(guò)程中與有機(jī)小分子材料相互碰撞，將嚴(yán)重降低成膜質(zhì)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(jī)械泵、分子泵聯(lián)動(dòng)的兩級(jí)抽真空系統(tǒng)保證高真空度。近年來(lái)，在分子泵之后用濺射離子泵可抽到超高真空來(lái)制備高性能OLED。檢測(cè)腔體真空度的設(shè)備有兩種：用于測(cè)量0.1 Pa以下低真空的熱傳導(dǎo)真空規(guī)，即熱偶規(guī)和電阻規(guī)，用于測(cè)量0.1 Pa以上高真空的電離規(guī)。功能層的厚度用振蕩晶片檢測(cè)，有機(jī)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(zhuǎn)涂覆

制備有機(jī)小分子OLED，蒸鍍小分子和金屬需要采用真空熱蒸鍍技術(shù)，設(shè)備的成本高、維護(hù)復(fù)雜。有機(jī)聚合物的分子量較大且加熱時(shí)容易分解，因而須采用溶液法制備聚合物薄膜，成本相對(duì)較低，且成膜過(guò)程簡(jiǎn)單、快速、薄膜均勻、致密。旋轉(zhuǎn)涂覆法是預(yù)先將基片吸附在旋涂?jī)x的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，然后將預(yù)先配制好的溶液滴在基片中央局部或覆蓋整個(gè)基片，通過(guò)基片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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(zhuǎn)成膜的厚度主要取決于溶液的濃度、黏度，溶劑的揮發(fā)速度，以及旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)時(shí)間。溶劑的性質(zhì)，如沸點(diǎn)、極性等，對(duì)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(yōu)勢(shì)，但大量的溶液在旋涂的過(guò)程中被甩出基片外浪費(fèi)了，不太適合大面積器件，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全彩顯示，因而該技術(shù)在大規(guī)模量產(chǎn)中并不適用。

噴墨打印

與旋涂相比，噴墨打印技術(shù)大大減少了材料的浪費(fèi)，并能實(shí)現(xiàn)圖案化、全彩打印，適用于制備大面積器件。例如卷對(duì)卷（roll-to-roll, R2R）噴墨印刷設(shè)備可以不受基片尺寸的限制，實(shí)現(xiàn)大面積器件的制備。噴墨打印是一種非接觸、無(wú)壓力、無(wú)印版的印刷技術(shù)，預(yù)先將各種不同的功能材料制成墨水灌裝到墨盒，通過(guò)計(jì)算機(jī)將圖文信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號(hào)，然后控制噴嘴移動(dòng)和墨滴形成，并利用外力將墨滴擠出，墨滴噴射沉積到相應(yīng)位置形成所需圖案，實(shí)現(xiàn)精確、定量、定位沉積，完成最終的印制品。噴墨打印技術(shù)的關(guān)鍵有墨水的研制、打印頭與打印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、溶劑揮發(fā)控制等。其中，高分子聚合物墨水的研制最為重要，因?yàn)閲姵鲆旱蔚木鶆蛐灾饕Q于墨水的物理特性，如適當(dāng)?shù)酿ば院捅砻鎻埩?。通過(guò)噴墨打印技術(shù)，可將PLED平板顯示器帶入大尺寸領(lǐng)域。

激光熱轉(zhuǎn)印

激光熱轉(zhuǎn)印是一種全彩色AMOLED像素圖形制備技術(shù)，具有精度高、分辨率高、可靠性好、轉(zhuǎn)印的薄膜厚度均勻、可實(shí)現(xiàn)多層薄膜轉(zhuǎn)移、適用于大尺寸基板的優(yōu)勢(shì)，是制備高分辨率、大尺寸、全彩色AMOLED的理想方法。激光熱轉(zhuǎn)印技術(shù)制備AMOLED，是通過(guò)一套供體膠片、一組高精度激光成像系統(tǒng)和一副襯底完成。具體過(guò)程包括：首先將熱轉(zhuǎn)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(duì)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?zhèn)鬏攲由希蛔詈髮⒐w剝離，完成曝光區(qū)域內(nèi)的高分辨率條紋的印制。大環(huán)境下進(jìn)行的激光熱轉(zhuǎn)印技術(shù)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(tǒng)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(guò)真空熱蒸鍍搭配金屬掩膜板得到所需薄膜圖形。近年來(lái)，由于制備工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低，快速發(fā)展的濕法制備技術(shù)正不斷向產(chǎn)業(yè)化方向的大規(guī)模生產(chǎn)邁進(jìn)。要實(shí)現(xiàn)全濕法制備OLED，陰極的濕法制備工藝需要緊跟有機(jī)功能層濕法制備的發(fā)展步伐。經(jīng)過(guò)配置墨水、成膜和后處理得到的陰極導(dǎo)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(diǎn)。

封裝技術(shù)

提高OLED的壽命達(dá)到商業(yè)化水平是實(shí)現(xiàn)OLED產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一，而水氧和灰塵接觸電極甚至有機(jī)層會(huì)導(dǎo)致OLED的電極出現(xiàn)氣泡，工作狀態(tài)下發(fā)光區(qū)域出現(xiàn)黑斑，加速器件老化，降低OLED的穩(wěn)定性。通過(guò)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(shù)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(tǒng)的蓋板封裝是在充滿惰性氣體的手套箱內(nèi)，用環(huán)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(jī)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(huán)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(shù)制備保護(hù)層來(lái)替代蓋板加密封膠的組合。目前薄膜封裝包括無(wú)機(jī)薄膜封裝、有機(jī)薄膜封裝以及有機(jī)/無(wú)機(jī)交替的復(fù)合薄膜封裝等。銦封接是電真空器件工業(yè)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(lái)完成對(duì)器件的密封。銦具有熔點(diǎn)低、塑性好等特點(diǎn)，使銦封接具有許多優(yōu)勢(shì)，如封接溫度低、兼容性好、封接應(yīng)力小、精度高等。目前銦封接應(yīng)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(lái)越廣泛的應(yīng)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(dāng)?shù)牟煌该鞯娜蹓K層，隨后將頂層基板和底層基板面對(duì)面放置，中間留有空隙，最后用激光或紅外射線通過(guò)掩膜板定點(diǎn)照射熔塊密封部件，使其熔融連接熔塊層和底層基板，同時(shí)環(huán)狀包圍電致發(fā)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(qū)域，將其中的發(fā)光陣列保護(hù)。

OLED的彩色化技術(shù)

顯示器全彩色是檢驗(yàn)顯示器是否在市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志，因此許多全彩色化技術(shù)也應(yīng)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(dú)立發(fā)光，光色轉(zhuǎn)換(Color Conversion)和彩色濾光膜(Color Filter)。

RGB象素獨(dú)立發(fā)光

利用發(fā)光材料獨(dú)立發(fā)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(duì)位技術(shù)，首先制備紅、綠、藍(lán)三基色發(fā)光中心，然后調(diào)節(jié)三種顏色組合的混色比，產(chǎn)生真彩色，使三色OLED元件獨(dú)立發(fā)光構(gòu)成一個(gè)象素。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于提高發(fā)光材料的色純度和發(fā)光效率，同時(shí)金屬蔭罩刻蝕技術(shù)也至關(guān)重要。

目前，有機(jī)小分子發(fā)光材料AlQ3是很好的綠光發(fā)光小分一于材料，它的綠光色純度，發(fā)光效率和穩(wěn)定性都很好。但OLED最好的紅光發(fā)光小分子材料的發(fā)光效率只有31m/W，壽命1萬(wàn)小時(shí)，藍(lán)色發(fā)光小分子材料的發(fā)展也是很慢和很困難的。有機(jī)小分子發(fā)光材料面臨的最大瓶頸在于紅色和藍(lán)色材料的純度、效率與壽命。但人們通過(guò)給主體發(fā)光材料摻雜，已得到了色純度、發(fā)光效率和穩(wěn)定性都比較好的藍(lán)光和紅光。

高分子發(fā)光材料的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)化學(xué)修飾調(diào)節(jié)其發(fā)光波長(zhǎng)，現(xiàn)已得到了從藍(lán)到綠到紅的覆蓋整個(gè)可見光范圍的各種顏色，但其壽命只有小分子發(fā)光材料的十分之一，所以對(duì)高分子聚合物，發(fā)光材料的發(fā)光效率和壽命都有待提高。不斷地開發(fā)出性能優(yōu)良的發(fā)光材料應(yīng)該是材料開發(fā)工作者的一項(xiàng)艱巨而長(zhǎng)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(shù)直接影響著顯示板畫面的質(zhì)量，所以對(duì)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(zhuǎn)換

光色轉(zhuǎn)換是以藍(lán)光OLED結(jié)合光色轉(zhuǎn)換膜陣列，首先制備發(fā)藍(lán)光OLED的器件，然后利用其藍(lán)光激發(fā)光色轉(zhuǎn)換材料得到紅光和綠光，從而獲得全彩色。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于提高光色轉(zhuǎn)換材料的色純度及效率。這種技術(shù)不需要金屬蔭罩對(duì)位技術(shù)，只需蒸鍍藍(lán)光OLED元件，是未來(lái)大尺寸全彩色OLED顯示器極具潛力的全彩色化技術(shù)之一。但它的缺點(diǎn)是光色轉(zhuǎn)換材料容易吸收環(huán)境中的藍(lán)光，造成圖像對(duì)比度下降，同時(shí)光導(dǎo)也會(huì)造成畫面質(zhì)量降低的問(wèn)題。

彩色濾光膜

此種技術(shù)是利用白光OLED結(jié)合彩色濾光膜，首先制備發(fā)白光OLED的器件，然后通過(guò)彩色濾光膜得到三基色，再組合三基色實(shí)現(xiàn)彩色顯示。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于獲得高效率和高純度的白光。它的制作過(guò)程不需要金屬蔭罩對(duì)位技術(shù)，可采用成熟的液晶顯示器LCD的彩色濾光膜制作技術(shù)。所以是未來(lái)大尺寸全彩色OLED顯示器具有潛力的全彩色化技術(shù)之一，但采用此技術(shù)使透過(guò)彩色濾光膜所造成光損失高達(dá)三分之二。

RGB象素獨(dú)立發(fā)光，光色轉(zhuǎn)換和彩色濾光膜三種制造OLED顯示器全彩色化技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)?？筛鶕?jù)工藝結(jié)構(gòu)及有機(jī)材料決定。

OLED蒸鍍技術(shù)

究竟什么是蒸鍍？這得從OLED的結(jié)構(gòu)講起。典型結(jié)構(gòu)是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發(fā)光材料——也就是人們通常所說(shuō)OLED屏幕像素自發(fā)光材料，發(fā)光層上方有一層金屬電極，電極加電壓，發(fā)光層產(chǎn)生光輻射；從陰陽(yáng)兩級(jí)分別注入電子和空穴，被注入的電子和空穴在有機(jī)層傳輸，并在發(fā)光層復(fù)合，激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單態(tài)激子，單態(tài)激子輻射衰減發(fā)光。

這解釋得有些復(fù)雜了，不過(guò)大致上就是你看到的紅綠藍(lán)三個(gè)次像素會(huì)自己發(fā)光就對(duì)了。當(dāng)然了，具體到整塊面板，結(jié)構(gòu)也就復(fù)雜很多，包括次像素間需要隔離柱、絕緣層之類。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個(gè)像素開關(guān)的東西。

這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，靠人手用小刀去微雕是不可能的。如果將這些結(jié)構(gòu)付諸實(shí)現(xiàn)，就是制造工藝的問(wèn)題了。OLED的制造工藝涉及到ITO玻璃洗凈、光刻處理之類的東西，都需要很高科技、我們一般人沒(méi)見過(guò)的技術(shù)去搞定，總之就是通過(guò)光刻就能在基板上形成電極圖案、ITO圖案、隔離柱圖案等等。

隨后的工藝部分，在OLED面板的制造上才顯得至關(guān)重要，即蒸鍍。真空腔室內(nèi)，把ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉(zhuǎn)樣品托架上，然后放把火在下面燒坩堝（當(dāng)然不是真的放把火），你看到的發(fā)光材料就這么蒸上去了。是的，紅綠藍(lán)三色燈泡（當(dāng)然不是真的燈泡）就這么蒸上去了。

說(shuō)得高大上一點(diǎn)，蒸鍍就是真空中通過(guò)電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發(fā)成原子或分子，它們隨即以較大的自由程作直線運(yùn)動(dòng)，碰撞基片表面而凝結(jié)，形成薄膜。

可以說(shuō)，蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分，而且不僅是發(fā)光材料，金屬電極等等之類也是這么蒸上去的。雖然我們把蒸鍍說(shuō)得跟蒸饅頭一樣，但實(shí)際操作還是非常復(fù)雜的，比如如何控制像素區(qū)域，像素要怎么對(duì)齊，還有控制蒸上去的薄膜厚度，什么前處理、蒸鍍室的真空度等，都不是我們一般人可以參透的。除了蒸鍍之外，隨后還有點(diǎn)膠、封裝、老化、切割、測(cè)試等等過(guò)程。

實(shí)際上，蒸鍍也的確是OLED屏幕成本高的一個(gè)重要原因， LG就是因?yàn)橘I不到太多蒸鍍機(jī)，所以才沒(méi)有搞定iPhone 8訂單的。

OLED驅(qū)動(dòng)技術(shù)

除了在制程工藝、設(shè)備、原材料及器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)以外，最重要的措施是需要在驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上進(jìn)行改善。

PMOLED驅(qū)動(dòng)技術(shù)

無(wú)源驅(qū)動(dòng)矩陣的像素由陰極和陽(yáng)極單純基板構(gòu)成，陽(yáng)極和陰極的交叉部分可以發(fā)光，驅(qū)動(dòng)用IC需要由TCP或COG等連接方式進(jìn)行外裝。顯示基板上的顯示區(qū)域僅僅是發(fā)光象素（電極，各功能層），所有的驅(qū)動(dòng)和控制功能由集成IC完成（IC 可以置于在基板外或者基板上非顯示區(qū)域），PMOLED面板電路如圖所示。無(wú)源驅(qū)動(dòng)分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路。

靜態(tài)驅(qū)動(dòng)

各有機(jī)電致發(fā)光像素的相同電極（比如，陰極）是連在一起引出的，各像素的另一電極（比如，陽(yáng)極）是分立引出的；分立電極上施加的電壓決定對(duì)應(yīng)像素是否發(fā)光。在一幅圖象的顯示周期中，像素發(fā)光與否的狀態(tài)是不變的。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(yáng)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)，為了避免這一現(xiàn)象，必須采用交流驅(qū)動(dòng)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。

動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)

顯示屏上象素的兩個(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。如果象素可分為N行和M列，就可有N個(gè)行電極和M個(gè)列電極，我們分別把它們稱為行電極和列電極。為了點(diǎn)亮整屏象素，將采取逐行點(diǎn)亮或者逐列點(diǎn)亮、點(diǎn)亮整屏象素時(shí)間小于人眼視覺(jué)暫留極限20 ms的方法，該方法對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式就叫做動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。在實(shí)際電路驅(qū)動(dòng)的過(guò)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。

在一幀中每一行的選擇時(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)。

除了由于電極的共用形成交叉效應(yīng)外，OLED顯示屏中像素發(fā)光的機(jī)理是正負(fù)電荷載流子復(fù)合形成發(fā)光，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)_，采取反向截止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(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。灰度對(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。

AMOLED驅(qū)動(dòng)技術(shù)

與PMOLED不同，AMOLED是在每一個(gè)像素單元布置了2個(gè)晶體管及1個(gè)電容（即2T1C），這是AMOLED最基本的像素驅(qū)動(dòng)電路方式，考慮到亮度均勻性等性能補(bǔ)償，也可以設(shè)計(jì)更多的晶體管和電容。有源驅(qū)動(dòng)的每個(gè)像素配備具有開關(guān)功能的薄膜晶體管，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。有源矩陣的驅(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(wèn)題，這在一定程度上提高了成品率和可靠性。有源驅(qū)動(dòng)突出的特點(diǎn)是恒流驅(qū)動(dòng)電路集成在顯示屏上，而且每一個(gè)發(fā)光像素對(duì)應(yīng)其矩陣尋址用薄膜晶體管，驅(qū)動(dòng)發(fā)光包含薄膜晶體管、電荷存儲(chǔ)電容等。

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)，無(wú)占空比問(wèn)題，易于實(shí)現(xiàn)高亮度和高分辨率。有源驅(qū)動(dòng)由于可以對(duì)低亮度的紅色和藍(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)。OLED顯示器件具有二極管特性，因此原則上為單向直流驅(qū)動(dòng)。但是由于有機(jī)發(fā)光薄膜的厚度在納米量級(jí)，發(fā)光面積尺寸一般大于100微米，器件具有很明顯的電容特性，為了提高顯示器件的刷新頻率，對(duì)不發(fā)光的像素對(duì)應(yīng)的電容進(jìn)行快速放電。目前很多驅(qū)動(dòng)電路采用正向恒流反向恒壓的驅(qū)動(dòng)模式。

在實(shí)際產(chǎn)品中，各種影響AMOLED圖像質(zhì)量的因素更復(fù)雜，有的是某一種因素起主導(dǎo)作用，有的可能是多種因素共同作用的結(jié)果，針對(duì)導(dǎo)致AMOLED圖像質(zhì)量劣化的因素，業(yè)界研究了各種驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)及相應(yīng)的補(bǔ)償電路，可大致分為電壓補(bǔ)償法、電流補(bǔ)償法、數(shù)字驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償法、外部補(bǔ)償法等。相對(duì)于工藝技術(shù)和設(shè)備技術(shù)改進(jìn)AMOLED圖像質(zhì)量劣化，采用電路改進(jìn)的手段更為快捷。驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)是AMOLED驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵和難點(diǎn)，也是AMOLED驅(qū)動(dòng)相比TFT LCD驅(qū)動(dòng)的特別之處。

審核編輯：黃飛

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