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觸摸屏技術(shù)

兩種主流的OLED工藝——真空熱蒸鍍和有機(jī)氣相淀積

   什么是OLED屏幕?OLED的全名為Organic Light-Emitting Diode,中文名為有機(jī)發(fā)光二極管。它是LED的一種,由美籍華裔教授登青云在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)。與目前被廣泛使用的平板顯示器LCD相比,OLED具有主 動(dòng)發(fā)光、高對比度、超輕薄、耐低溫、響應(yīng)速度快、功耗低、視角廣、抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn),而且更適合柔性顯示和3D顯示。具有以上眾多優(yōu)勢的OLED顯示器, 不存在從側(cè)面看不清楚的問題;也不會(huì)有LCD影像殘留及畫面跳動(dòng)的情況;不但便宜,而且省電;相對于LCD,顏色更鮮艷,對比更鮮明,而厚度小于2mm的 全彩面板更是只能用OLED才能做到。

兩種主流的OLED工藝——真空熱蒸鍍和有機(jī)氣相淀積
  OLED與LED的屏幕結(jié)構(gòu)
 
  要想知道OLED為何會(huì)有如此多的優(yōu)點(diǎn),還要從它的工作原理說起。OLED是如何發(fā)光的?OLED的典型結(jié)構(gòu)如圖所示,用ITO(氧化銦錫)導(dǎo) 電薄膜做陽極,金屬做陰極,中間沉淀一層有機(jī)發(fā)光材料作為發(fā)光層。為了形象的理解,我們可以把它看成一塊三明治,下面的一塊面包是金屬材料,上面的一塊面 包是有機(jī)透明材料ITO導(dǎo)電膜,把中間的電子傳輸層和空穴傳輸層分別看成雞蛋和香腸,有機(jī)發(fā)光層是中間的一層面包。
 
兩種主流的OLED工藝——真空熱蒸鍍和有機(jī)氣相淀積
  OLED的典型結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理
 
  當(dāng)OLED接通電源后,金屬陰極產(chǎn)生電子,ITO陽極產(chǎn)生空穴,在電場力的做用下,電子穿過電子傳輸層,空穴穿過空穴傳輸層,來到有機(jī)發(fā)光層相 會(huì),電子和空穴分別帶正電和負(fù)電,它們相互吸引,在吸引力(庫侖力)的作用下被束縛在一起,陰陽結(jié)合,形成了激子。激子激發(fā)發(fā)光分子,使得發(fā)光分子的能量 提高,處于激發(fā)狀態(tài),而處于激發(fā)狀態(tài)的分子是不穩(wěn)定的,它想回到穩(wěn)定狀態(tài),在極短的時(shí)間內(nèi),它放出能量回到穩(wěn)定狀態(tài),而放出的能量就以光的形式發(fā)出,由于 ITO陽極段是透明的,人們就可以看到它發(fā)出的光了。電視機(jī)屏幕給我們帶來視覺盛宴,絕不僅僅只有一個(gè)顏色,而顏色的不同是由有機(jī)發(fā)光層的不同材料所引起 的。
 
  OLED有如此優(yōu)異的性能,它又是被如何制造出來的呢?這里簡要介紹一下這毫厘之間的加工工藝。制備性能良好的有機(jī)發(fā)光器件需要使用許多復(fù)雜的 設(shè)備,需要有清潔的環(huán)境,如有可能,應(yīng)盡量在超凈實(shí)驗(yàn)室或廠房中進(jìn)行。首先準(zhǔn)備好導(dǎo)電和透光性能良好的導(dǎo)電玻璃,通常用的ITO玻璃,并對ITO玻璃進(jìn)行 光刻,得到高性能的ITO玻璃基片;其次必須對ITO基片進(jìn)行嚴(yán)格清洗。然后蒸發(fā)沉積有機(jī)薄膜和陰極;最后對取出的器件做封裝測試。其中,蒸發(fā)沉積有機(jī)薄 膜是關(guān)鍵技術(shù)。蒸發(fā)沉積有機(jī)薄膜的方法有真空熱蒸鍍法,有機(jī)氣相沉淀法,旋涂法和噴墨打印法。
 
  真空沉積或真空熱蒸發(fā)(VTE)
 
  位于真空腔體內(nèi)的有機(jī)物分子會(huì)被輕微加熱(蒸發(fā)),然后這些分子以薄膜的形式凝聚在溫度較低的基層上。這一方法適用范圍廣泛,幾乎可以生長所有化合物及合金半導(dǎo)體,非常適合于生長各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,可以生長超薄外延層,并能獲得很陡的界面過渡,生長易于控制,可以生長純度很高的材料,外延層大面積均勻性良好,可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),但是用于OLED產(chǎn)品效率較低。
 
  真空熱蒸鍍是小分子OLED的標(biāo)準(zhǔn)淀積工藝。直到現(xiàn)在,壽命最長的OLED都是由真空熱蒸鍍工藝制成的。正是由于這個(gè)原因,今天的小分子 OLED決定了OLED顯示器的商業(yè)化前景。ITO玻璃基片在被清洗干凈后,需要放置在真空腔內(nèi)的樣品托上,對準(zhǔn)束源,此時(shí),ITO玻璃片相當(dāng)于靶子,在 束源中蒸發(fā)出來的有機(jī)分子就是子彈,這里,子彈不能打在靶子中央,而是要均勻地打在靶子上。這個(gè)方法有點(diǎn)像把一塊玻璃放到盛有熱水的杯子的杯口處,漸漸會(huì) 看到玻璃上有一層白霧,不過這里所需要的條件要苛刻得多。
 
兩種主流的OLED工藝——真空熱蒸鍍和有機(jī)氣相淀積
  真空熱蒸鍍原理圖
 
  在沉積薄膜之前要先獲理真空,真空度通常必須高于10-3Pa,如果低于該真空度,真空腔內(nèi)有一定的空氣濃度,會(huì)有一些氣體分子,當(dāng)有機(jī)分子射 出后,部分有機(jī)分子會(huì)碰撞到氣體分子,如同兩個(gè)小球相碰,有機(jī)分子會(huì)被彈開,改變原來的運(yùn)動(dòng)路徑,從而無法擊中ITO玻璃基片。使有機(jī)分子沉積到基底上的 速率不均勻,易形成不規(guī)則排列,導(dǎo)致缺陷或針孔。與此同時(shí)還造成其他麻煩:浪費(fèi)材料,散射出去的有機(jī)分子導(dǎo)致腔體污染,薄膜會(huì)有空氣分子雜質(zhì)等。如果需要 更高性能的OLED,就需要超高真空的有機(jī)分子束沉積(OMBD)系統(tǒng),在這種系統(tǒng)中,真空度達(dá)到10-6Pa或10-7Pa數(shù)量級。但是蒸發(fā)熱蒸鍍由于 受真空腔體尺寸的限制,不能制備大面積的OLED屏幕。
 
  有機(jī)氣相淀積
 
  OVPD(有機(jī)氣相沉積)是由德國愛思強(qiáng)公司研發(fā),該工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)了可生產(chǎn)性,相對于蒸鍍技術(shù)可以降低制造成本。該技術(shù)開一看做是VTE的升級。具有優(yōu)越的重復(fù)性和工藝穩(wěn)定性以及顯著的膜層均勻性和摻雜的精確控制,為高良率批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ),同時(shí)減少了維護(hù)和清潔要求,從而降級了材料消耗,具有提高材料利用率的巨大潛力。
 
  OVPD在一個(gè)低壓熱壁反應(yīng)腔內(nèi),載氣將蒸發(fā)的有機(jī)物分子運(yùn)送到低溫基層上,然后有機(jī)物分子會(huì)凝聚成薄膜狀。使用載氣能提高效率,并降低OLED的造價(jià)。但是,該技術(shù)還不能突破大面積玻璃基板和彩色OLED制備的諸多瓶頸。
 
  有機(jī)氣相淀積可用來淀積高質(zhì)量的有機(jī)薄膜。該方法比蒸發(fā)熱蒸鍍發(fā)多了一個(gè)噴嘴。在有機(jī)氣相淀積法中,有機(jī)小分子材料置于一個(gè)外部單獨(dú)的、熱可控 的容器中,惰性氣體攜帶蒸發(fā)的有機(jī)分子從一個(gè)噴口噴出,噴向噴口下方的ITO玻璃基片,有機(jī)分子遇到溫度較低的基片后附著其上,漸漸形成薄膜,由于附著在 基片上的分子數(shù)量由氣體流速、蒸發(fā)溫度和壓強(qiáng)決定,所以通過精確控制這三個(gè)參數(shù),可以較好地控制薄膜的厚度。
 
  與真空熱蒸鍍相比,有機(jī)氣相淀積可以提供更好的薄膜厚度控制和更大面積下的均勻性。除了提高了器件的性能,材料的可能利用率大于50%,從而減 少了原材料的消耗,使停產(chǎn)期更短,產(chǎn)量更高,這些都是有機(jī)氣相淀積對于傳統(tǒng)真空熱蒸鍍的重要優(yōu)勢。
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