全面解析OLED成像原理及工艺制造

BOE知识酷 2021-09-10 11:50

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什么是OLED屏幕？OLED的全名为Organic Light-Emitting Diode，中文名为有机发光二极管。它是LED的一种，由美籍华裔教授登青云在实验室中发现。与目前被广泛使用的平板显示器LCD相比，OLED具有主动发光、高对比度、超轻薄、耐低温、响应速度快、功耗低、视角广、抗震能力强等特点，而且更适合柔性显示和3D显示。具有以上众多优势的OLED显示器，不存在从侧面看不清楚的问题；也不会有LCD影像残留及画面跳动的情况；不但便宜，而且省电；相对于LCD，颜色更鲜艳，对比更鲜明，而厚度小于2mm的全彩面板更是只能用OLED才能做到。

要想知道OLED为何会有如此多的优点，还要从它的工作原理说起。OLED是如何发光的？OLED的典型结构如图所示，用ITO(氧化铟锡)导电薄膜做阳极，金属做阴极，中间沉淀一层有机发光材料作为发光层。为了形象的理解，我们可以把它看成一块三明治，下面的一块面包是金属材料，上面的一块面包是有机透明材料ITO导电膜，把中间的电子传输层和空穴传输层分别看成鸡蛋和香肠，有机发光层是中间的一层面包。

当OLED接通电源后，金属阴极产生电子，ITO阳极产生空穴，在电场力的做用下，电子穿过电子传输层，空穴穿过空穴传输层，来到有机发光层相会，电子和空穴分别带正电和负电，它们相互吸引，在吸引力（库仑力）的作用下被束缚在一起，阴阳结合，形成了激子。激子激发发光分子，使得发光分子的能量提高，处于激发状态，而处于激发状态的分子是不稳定的，它想回到稳定状态，在极短的时间内，它放出能量回到稳定状态，而放出的能量就以光的形式发出，由于ITO阳极段是透明的，人们就可以看到它发出的光了。电视机屏幕给我们带来视觉盛宴，绝不仅仅只有一个颜色，而颜色的不同是由有机发光层的不同材料所引起的。

OLED有如此优异的性能，它又是被如何制造出来的呢？这里简要介绍一下这毫厘之间的加工工艺。制备性能良好的有机发光器件需要使用许多复杂的设备，需要有清洁的环境，如有可能，应尽量在超净实验室或厂房中进行。首先准备好导电和透光性能良好的导电玻璃，通常用的ITO玻璃，并对ITO玻璃进行光刻，得到高性能的ITO玻璃基片；其次必须对ITO基片进行严格清洗。然后蒸发沉积有机薄膜和阴极；最后对取出的器件做封装测试。其中，蒸发沉积有机薄膜是关键技术。蒸发沉积有机薄膜的方法有真空热蒸镀法，有机气相沉淀法，旋涂法和喷墨打印法。

真空热蒸镀

真空热蒸镀是小分子OLED的标准淀积工艺。直到现在，寿命最长的OLED都是由真空热蒸镀工艺制成的。正是由于这个原因，今天的小分子 OLED决定了OLED显示器的商业化前景。ITO玻璃基片在被清洗干净后，需要放置在真空腔内的样品托上，对准束源，此时，ITO玻璃片相当于靶子，在束源中蒸发出来的有机分子就是子弹，这里，子弹不能打在靶子中央，而是要均匀地打在靶子上。这个方法有点像把一块玻璃放到盛有热水的杯子的杯口处，渐渐会看到玻璃上有一层白雾，不过这里所需要的条件要苛刻得多。

在沉积薄膜之前要先获理真空，真空度通常必须高于10-3Pa，如果低于该真空度，真空腔内有一定的空气浓度，会有一些气体分子，当有机分子射出后，部分有机分子会碰撞到气体分子，如同两个小球相碰，有机分子会被弹开，改变原来的运动路径，从而无法击中ITO玻璃基片。使有机分子沉积到基底上的速率不均匀，易形成不规则排列，导致缺陷或针孔。与此同时还造成其他麻烦：浪费材料，散射出去的有机分子导致腔体污染，薄膜会有空气分子杂质等。如果需要更高性能的OLED，就需要超高真空的有机分子束沉积(OMBD)系统，在这种系统中，真空度达到10-6Pa或10-7Pa数量级。但是蒸发热蒸镀由于受真空腔体尺寸的限制，不能制备大面积的OLED屏幕。

有机气相淀积

有机气相淀积可用来淀积高质量的有机薄膜。该方法比蒸发热蒸镀发多了一个喷嘴。在有机气相淀积法中，有机小分子材料置于一个外部单独的、热可控的容器中，惰性气体携带蒸发的有机分子从一个喷口喷出，喷向喷口下方的ITO玻璃基片，有机分子遇到温度较低的基片后附着其上，渐渐形成薄膜，由于附着在基片上的分子数量由气体流速、蒸发温度和压强决定，所以通过精确控制这三个参数，可以较好地控制薄膜的厚度。

与真空热蒸镀相比,有机气相淀积可以提供更好的薄膜厚度控制和更大面积下的均匀性。除了提高了器件的性能，材料的可能利用率大于50%，从而减少了原材料的消耗，使停产期更短，产量更高，这些都是有机气相淀积对于传统真空热蒸镀的重要优势。由于旋涂法和喷墨打印法大多被用于制造单色显示器，且旋涂法很难做出较大OLED屏幕，在此不再做详细介绍。

每种工艺手法都有其优缺点，这正是制约大尺寸OLED屏幕发展的原因之一，目前，大型电子公司中只有一家韩国公司在坚持做OLED，已经到了产业化阶段，市场上也有OLED电视机发售，但是OLED技术还是有些不成熟，OLED电视机在厚度及色彩方面表现得很好，但是在个别方面表现得不尽如人意，同时由于技术问题，良品率还是较低，导致产品价格较高，所以消费者并不买账。不过，这家公司为了争取市场，OLED电视机的价格已经降低了很多。相信随着科技的发展，生产大尺寸OLED屏幕的成本会越来越低，其画面效果会越来越好，OLED屏幕将成为下一代主流显示技术，进入千家万户。

注：部分图片概念来自网络，侵删。

文章来源：小胡讲触控技术

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