OLED (organska svetlobna dioda) je nova generacija tehnologije ploskih zaslonov po TFT-LCD (tankoplastni tranzistorski zaslon s tekočimi kristali). Ima prednosti enostavne strukture, za samo-luminiscenco ni potrebe po osvetlitvi ozadja, visok kontrast, tanka debelina, širok kot gledanja, hitra odzivna hitrost, lahko se uporablja za prožne plošče in širok razpon delovnih temperatur. Leta 1987 so dr. CW Tang in drugi iz korporacije Kodak iz ZDA ustanovili OLED komponente in osnovne materiale [1]. Leta 1996 je japonski Pioneer postal prvo podjetje, ki je serijsko proizvajalo to tehnologijo, in OLED ploščo prilagodilo avdio zaslonu, ki ga je izdelal. V zadnjih letih so se zaradi obetavnih perspektiv vzpostavile raziskovalne in raziskovalne skupine na Japonskem, v ZDA, Evropi, na Tajvanu in v Južni Koreji, kar je privedlo do zrelosti organskih materialov, ki oddajajo svetlobo, močnega razvoja proizvajalcev opreme in stalnega razvoja. razvoj procesne tehnologije.
Vendar je tehnologija OLED po načelih in postopkih povezana s trenutno zrelo industrijo polprevodnikov, LCD, CD-R ali celo LED, vendar ima svoje edinstveno znanje; zato je pri množični proizvodnji OLED še vedno veliko ozkih grl. . Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. je začela razvijati tehnologije, povezane z OLED, leta 1997 in uspešno množično proizvajala OLED plošče leta 2000. Postala je drugo podjetje za masovno proizvodnjo OLED plošč na svetu za Tohoku Pioneer na Japonskem; in leta 2002 je nadaljeval s proizvodnjo OLED plošč. Enobarvne in površinsko obarvane plošče za izvozne pošiljke so prikazane na sliki 1, donos in proizvodnja pa so se povečali, zaradi česar je največji svetovni dobavitelj OLED plošč glede na izhodno moč.
V postopku OLED bo debelina sloja organskega filma močno vplivala na značilnosti naprave. Na splošno mora biti napaka v debelini filma manjša od 5 nanometrov, kar je resnična nanotehnologija. Na primer, velikost podlage tretje generacije zaslonov z ravnim zaslonom TFT-LCD je na splošno opredeljena kot 550 mm x 650 mm. Na podlogi te velikosti je težko nadzorovati tako natančno debelino filma. Postopek površinske podlage in nanos velike plošče. Trenutno so OLED aplikacije v glavnem majhne enobarvne in barvne zaslone, kot so glavni zasloni mobilnih telefonov, sekundarni zasloni mobilnih telefonov, zasloni igralnih konzol, avtomobilski zasloni in osebni zaslon Digital Assistant (PDA). Ker postopek množične proizvodnje OLED-barv še ni dozorel, naj bi majhni polnobarvni OLED-izdelki zaporedoma izšli po drugi polovici leta 2002. Ker je OLED samosvetleči zaslon, je njegova vizualna zmogljivost izjemno odličen v primerjavi s celobarvnimi LCD zasloni iste ravni. Ima možnost neposrednega rezanja v barvne majhne vrhunske izdelke, kot so digitalni fotoaparati in predvajalniki VCD (ali DVD) v velikosti dlani. Kar zadeva velike plošče (13 palcev ali več), čeprav obstaja raziskovalna in razvojna skupina, ki prikazuje vzorce, je treba tehnologijo množične proizvodnje še razviti.
OLED se zaradi različnih materialov, ki oddajajo svetlobo, običajno delijo na majhne molekule (običajno imenovane OLED) in makromolekule (običajno imenovane PLED). Tehnološke licence so Eastman Kodak (Kodak) v ZDA in CDT (Cambridge Display Technology) v Združenem kraljestvu. Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. je eno redkih podjetij, ki hkrati razvija OLED in PLED. V tem članku bomo predstavili predvsem OLED z majhnimi molekulami. Najprej bomo predstavili načelo OLED, nato uvedli povezane ključne procese in na koncu predstavili trenutno razvojno smer OLED tehnologije.
1. Načelo OLED
Sestavni deli OLED so sestavljeni iz organskih materialov tipa n, organskih materialov tipa p, katode in anode. Elektroni (luknje) se vbrizgajo iz katode (anode), vodijo do svetlobne plasti (običajno materiala n-tipa) skozi n-tip (p-type) organskega materiala in oddajajo svetlobo s pomočjo rekombinacije. Na splošno ITO brizgamo na stekleno podlago, izdelano iz naprave OLED, kot anodo, nato pa organsko snov p-tipa in n-tipa ter kovinsko katodo z nizko delovno funkcijo zaporedno nanašamo z vakuumskim termičnim izhlapevanjem. Ker organski materiali zlahka komunicirajo z vodno paro ali kisikom, nastanejo temne lise in komponente ne svetijo. Po končanem vakuumskem nanašanju te naprave je treba postopek pakiranja izvesti v okolju brez vlage in kisika.
Med katodno kovino in anodo ITO lahko splošno uporabljeno strukturo naprave na splošno razdelimo na 5 slojev. Kot je prikazano na sliki 2, so s strani blizu ITO: plast za vbrizgavanje lukenj, plast za transport lukenj, plast, ki oddaja svetlobo, plast za prenos elektronov in plast za vbrizgavanje elektronov. Kar zadeva zgodovino razvoja naprav OLED, je naprava OLED, ki jo je Kodak prvič objavil leta 1987, sestavljena iz dveh slojev organskih materialov, sloja za transport lukenj in sloja za prenos elektronov. Plast za transport lukenj je p-vrsta organskega materiala, za katerega je značilna večja gibljivost luknje, njegova orbita z najvišjo zasedeno molekulo (HOMO) pa je bližje ITO, kar omogoča prenos lukenj iz Energetske pregrade ITO, vbrizgane v organsko plast se zmanjša.
Kar zadeva plast prenosa elektronov, gre za organski material n-tipa, za katerega je značilna velika mobilnost elektronov. Ko elektroni potujejo od elektronskega transportnega sloja do vmesnika luknje in elektronskega transportnega sloja, je najnižja nezasedena molekularna orbitala elektronskega transportnega sloja Najnižja nezasedena molekulska orbitala (LUMO) veliko višja od LUMO transportne plasti luknje . Elektroni težko prestopijo to energijsko pregrado, da vstopijo v transportni sloj luknje in jih ta vmesnik blokira. V tem času se luknje prenesejo iz transportnega sloja lukenj v bližino vmesnika in se rekombinirajo z elektroni, da ustvarijo eksitone (Exciton), Exciton pa sprosti energijo v obliki emisije svetlobe in ne-svetlobe. Glede splošnega sistema fluorescenčnih materialov je le 25% parov elektronskih lukenj na podlagi izračuna selektivnosti (pravilo SelecTIon) rekombinirano v obliki emisije svetlobe, preostalih 75% energije pa je rezultat sproščanje toplote. Razpršena oblika. V zadnjih letih se fosforescenčni materiali (Phosphorescence) aktivno razvijajo, da bi postali nova generacija OLED materialov [2], taki materiali lahko prekinejo mejo selektivnosti, da povečajo notranjo kvantno učinkovitost na skoraj 100%.
V dvoslojni napravi se kot plast, ki oddaja svetlobo, uporablja tudi organski material n-tipa - plast prenosa elektronov, valovna dolžina sevanja pa je določena z energijsko razliko med HOMO in LUMO. Vendar dober sloj za prenos elektronov - to je material z visoko mobilnostjo elektronov - ni nujno material z dobro učinkovitostjo emisije svetlobe. Zato je trenutna splošna praksa dopiranje (doping) organskih pigmentov z visoko fluorescenco za prenos elektronov. Del plasti blizu transportne plasti luknje, znan tudi kot plast, ki oddaja svetlobo [3], ima volumsko razmerje približno 1% do 3%. Razvoj dopinške tehnologije je ključna tehnologija, ki se uporablja za povečanje fluorescenčne kvantne stopnje absorpcije surovin. Na splošno je izbrani material barvilo z visoko fluorescenčno kvantno hitrostjo absorpcije (barvilo). Ker je razvoj organskih barvil izviral iz barvnih laserjev v sedemdesetih do osemdesetih letih prejšnjega stoletja, je materialni sistem dokončan in valovna dolžina oddajanja lahko zajema celotno območje vidne svetlobe. Energijski pas organskega barvila, dopiran v napravi OLED, je slab, na splošno manjši od energijskega pasu gostitelja (gostitelja), da bi olajšal prenos energije eksitona od gostitelja do dodajalca (Dopant). Ker pa ima dodatek majhen energijski pas in deluje električno kot past, če je plast dodatka pregosta, se bo pogonska napetost povečala; če pa je tanek, se bo energija od gostitelja prenesla na dopant. Razmerje se bo poslabšalo, zato je treba debelino tega sloja optimizirati.
Kovinski material katode tradicionalno uporablja kovinski material (ali zlitino) z nizko delovno funkcijo, kot je magnezijeva zlitina, da olajša vbrizgavanje elektronov s katode v plast prenosa elektronov. Poleg tega je običajna praksa uvajanje sloja za vbrizgavanje elektronov. Sestavljen je iz zelo tankega kovinskega halogenida ali oksida z nizko delovno funkcijo, kot sta LiF ali Li2O, ki lahko močno zmanjša energetsko pregrado med katodo in elektronsko transportno plastjo [4] in zmanjša pogonsko napetost.
Ker se vrednost HOMO materiala za transport luknje še vedno razlikuje od vrednosti ITO, poleg tega lahko po dolgem delovanju anoda ITO sprosti kisik in poškoduje organsko plast, da povzroči temne lise. Zato je med ITO in plastjo za luknjo vstavljen sloj za vbrizgavanje lukenj, njegova vrednost HOMO pa je ravno med ITO in plastjo za transport luknje, ki je primerna za vbrizgavanje lukenj v napravo OLED, značilnosti filma pa lahko blokirati ITO. Kisik vstopi v element OLED, da podaljša življenjsko dobo elementa.
2. Način pogona OLED
Način vožnje OLED delimo na aktivno vožnjo (aktivna vožnja) in pasivno vožnjo (pasivna vožnja).
1) Pasivni pogon (PM OLED)
Razdeljen je na statično pogonsko vezje in dinamično pogonsko vezje.
Method Metoda statične vožnje: Na statično vodeni zaslonki, ki oddaja organske svetlobe, so na splošno katode vsake organske pike elektroluminiscenčne slike med seboj povezane in narisane, anode vsake slikovne pike pa narisane ločeno. To je pogost način priključitve katode. Če želite, da piksla oddaja svetlobo, če je razlika med napetostjo vira stalnega toka in napetostjo katode večja od svetlobne vrednosti piksla, bo pixel oddajal svetlobo pod pogonom vira stalnega toka. Če slikovna pika ne oddaja svetlobe, njeno anodo priključite na negativno napetost, lahko jo blokirate. Vendar se lahko navzkrižni učinki pojavijo, ko se slika močno spremeni. Da bi se temu izognili, moramo sprejeti obliko komunikacije. Statični pogonski krog se običajno uporablja za pogon segmentnega zaslona.
Mode Način dinamičnega pogona: Na dinamično vodenih organskih zaslonih, ki oddajajo svetlobo, ljudje dve elektrodi slikovne pike pretvorijo v matrično strukturo, to pomeni, da se elektrodi enake narave v vodoravni skupini slikovnih pik delijo, navpična skupina slikovnih pik je enaka. Druga naravna elektroda je skupna. Če lahko slikovno piko razdelimo na N vrstic in M stolpcev, lahko obstaja N vrstic elektrod in M stolpcev elektrod. Vrstici oziroma stolpci ustrezata dvema elektrodama sevalne pike. Namreč katoda in anoda. V dejanskem postopku vodenja vezja se za osvetlitev pikslov vrstico za vrstico ali za osvetlitev pikslov stolpec za stolpcem običajno uporabi metoda iskanja po vrsticah, stolpčne elektrode pa so podatkovne elektrode v vrstnem optičnem branju. Metoda izvedbe je: ciklično nanašanje impulzov na vsako vrstico elektrod, hkrati pa vse kolonaste elektrode oddajajo impulze pogonskega toka pikslov vrstice, tako da se uresniči prikaz vseh slikovnih pik vrstice. Če vrstica ni več v isti vrstici ali v istem stolpcu, se na piksle uporabi povratna napetost, da se prepreči "navzkrižni učinek". To skeniranje se izvaja vrstica za vrstico, čas, potreben za skeniranje vseh vrstic, pa se imenuje obdobje okvira.
Čas izbire vsake vrstice v okviru je enak. Ob predpostavki, da je število črt skeniranja v okviru N in čas optičnega branja okvira 1, potem je izbirni čas, ki ga zavzame ena vrstica, 1 / N časa okvira. Ta vrednost se imenuje koeficient delovnega cikla. Pod enakim tokom bo povečanje števila optičnih črt zmanjšalo obratovalni cikel, kar bo povzročilo učinkovito zmanjšanje trenutnega vbrizga na piksel organske elektroluminiscence v enem okviru, kar bo zmanjšalo kakovost prikaza. Zato je treba s povečanjem slikovnih slikovnih pik za zagotovitev kakovosti zaslona ustrezno povečati pogonski tok ali sprejeti dvoekranski mehanizem elektrode za povečanje koeficienta delovnega cikla.
Poleg navzkrižnega učinka zaradi običajne tvorbe elektrod, mehanizem pozitivnih in negativnih nosilcev naboja, ki se rekombinirajo, da tvorijo oddajanje svetlobe na organskih elektroluminiscentnih zaslonih, naredi kateri koli dve svetlobni slikovni piki, če imata kakršen koli funkcijski film struktura je neposredno povezana skupaj. Da, med dvema svetlobnima slikovnima pikama lahko obstaja preslušanje, to pomeni, da ena slikovna pika oddaja svetlobo, druga pa lahko oddaja tudi šibko svetlobo. Ta pojav je v glavnem posledica slabe enakomernosti debeline organskega funkcionalnega filma in slabe bočne izolacije filma. Z vidika vožnje je za ublažitev tega neugodnega preslušavanja učinkovita metoda v eni vrstici tudi uporaba metode povratnega odreza.
Zaslon s krmiljenjem sivine: siva lestvica monitorja se nanaša na stopnjo svetlosti črno-belih slik od črne do bele. Več kot je ravni sive, slika je bogatejša od črne do bele in jasnejše so podrobnosti. Sivine so zelo pomemben indikator za prikaz in barvanje slik. Na splošno so zasloni, ki se uporabljajo za prikaz siv, večinoma matrični zasloni, njihova vožnja pa je večinoma dinamična. Za nadzor sivine je več metod: metoda nadzora, modulacija prostorske sivine in modulacija časovne sivine.
2) Aktivni pogon (AM OLED)
Vsaka slikovna pika aktivnega pogona je opremljena z nizkotemperaturnim tankoslojnim tranzistorjem Poly-Si (LTP-Si TFT) s preklopno funkcijo, vsak piksel pa je opremljen s kondenzatorjem za shranjevanje naboja, vgrajen pa je tudi zunanji pogonski tokokrog in zaslon v celotnem sistemu Na isti stekleni podlagi. Struktura TFT je enaka LCD-ju in je ni mogoče uporabiti za OLED. To je zato, ker LCD uporablja napetostni pogon, medtem ko se OLED zanaša na trenutni pogon, njegova svetlost pa je sorazmerna s količino toka. Zato poleg TFT za izbiro naslova, ki izvaja vklop / izklop, zahteva tudi sorazmerno majhen upor, ki omogoča prehod zadostnega toka. Nizki in majhni vozni TFT.
Aktivna vožnja je statična metoda vožnje s spominskim učinkom in jo je mogoče voziti pri 100% obremenitvi. Ta vožnja ni omejena s številom skenirnih elektrod in vsako slikovno piko je mogoče selektivno nastaviti neodvisno.
Aktivni pogon nima težav z delovnim ciklom, pogon pa ni omejen s številom skenirnih elektrod in je enostavno doseči visoko svetlost in visoko ločljivost.
Aktivna vožnja lahko samostojno prilagaja in poganja svetlost rdečih in modrih pik, kar je bolj ugodno za uresničitev barvanja OLED.
Pogonsko vezje aktivne matrice je skrito na zaslonu zaslona, kar olajša doseganje integracije in miniaturizacije. Poleg tega, ker je težava s povezavo med vezjem zunanjega pogona in zaslonom rešena, to do neke mere izboljša donos in zanesljivost.
3) Primerjava med aktivnim in pasivnim
pasivno aktivno
Takojšnje oddajanje svetlobe z visoko gostoto (dinamični pogon / selektivno) Neprekinjeno oddajanje svetlobe (pogon v ustaljenem stanju)
Dodaten čip IC zunaj zasnove pogonskega vezja TFT plošče / Vgrajena tankoplastna IC pogona
Črtno postopno skeniranje Črtno postopno brisanje podatkov
Enostaven nadzor gradacije. Organske slikovne pike EL se oblikujejo na podlogi TFT.
Nizkocenovni / visokonapetostni pogon Nizkonapetostni pogon / nizka poraba energije / visoki stroški
Enostavne spremembe zasnove, kratek dobavni rok (enostavna izdelava), dolga življenjska doba komponent, ki oddajajo svetlobo (zapleten proizvodni postopek)
Preprost matrični pogon + OLED LTPS TFT + OLED
2. Prednosti in slabosti OLED-a
1) Prednosti OLED
(1) Debelina je lahko manjša od 1 mm, kar je le 1/3 LCD zaslona, teža pa je lažja;
(2) Trdno telo nima tekočega materiala, zato ima boljšo odpornost na udarce in se ne boji padca;
(3) Z vidnim kotom skoraj ni težav, tudi če je gledan pod velikim kotom gledanja, slika še vedno ni popačena;
(4) Odzivni čas je ena tisočaka od LCD-ja in pri prikazovanju filmov ne bo popolnoma nobenega pojava madežev;
(5) Dobre lastnosti nizke temperature, še vedno se lahko normalno prikazuje pri minus 40 stopinjah, LCD pa tega ne more;
(6) Postopek izdelave je preprost, stroški pa nižji;
(7) Svetlobni izkoristek je večji, poraba energije pa manjša kot pri LCD;
(8) Izdeluje se lahko na podlagah iz različnih materialov in lahko se naredi v fleksibilne prikazovalnike, ki jih je mogoče upogniti.
2.) Slabosti OLED-a
(1) Življenjska doba je običajno le 5000 ur, kar je manj kot življenjska doba LCD-ja, ki znaša vsaj 10,000 ur;
(2) Masovne proizvodnje velikih zaslonov ni mogoče doseči, zato je trenutno primeren samo za prenosne digitalne izdelke;
(3) Obstaja težava z nezadostno čistostjo barv in ni lahko prikazati svetle in bogate barve.
3. Ključni procesi, povezani z OLED
Predobdelava substrata iz indijevega kositrovega oksida (ITO)
(1) Ravnost površine ITO
ITO se pogosto uporablja pri izdelavi komercialnih razstavnih plošč. Ima prednosti visoke prepustnosti, nizke upornosti in visoke delovne funkcije. Na splošno je ITO, izdelan po metodi RF brizganja, dovzeten za slabe dejavnike nadzora procesa, kar ima za posledico neenakomerno površino, kar pa na površini povzroči ostre materiale ali izbokline. Poleg tega bo postopek žganja in rekristalizacije pri visokih temperaturah ustvaril tudi štrlečo plast s površino približno 10 ~ 30 nm. Poti, ki nastanejo med drobnimi delci teh neenakomernih slojev, bodo luknjam omogočile streljanje neposredno na katodo in te zapletene poti bodo povečale tok uhajanja. Na splošno obstajajo tri metode za reševanje učinka te površinske plasti: ena je povečati debelino vbrizgalne plasti in transportne plasti za zmanjšanje toka uhajanja. Ta metoda se večinoma uporablja za PLED in OLED s debelo luknjo (~ 200nm). Druga je obdelava stekla ITO, da je površina gladka. Tretji je uporaba drugih načinov nanašanja premaza za gladko površino (kot je prikazano na sliki 3).
(2) Povečanje delovne funkcije ITO
Ko se v sistem HIL vbrizgajo luknje iz ITO, bo prevelika razlika potencialne energije povzročila Schottkyjevo oviro, zaradi česar bodo luknje težko vbrizgati. Zato je vprašanje, kako zmanjšati potencialno energijsko razliko vmesnika ITO / HIL, v središču predhodne obdelave ITO. Na splošno uporabljamo metodo O2-plazma za povečanje nasičenosti atomov kisika v ITO, da dosežemo namen povečanja delovne funkcije. Delovna funkcija ITO po obdelavi z O2-plazmo se lahko poveča s prvotnih 4.8eV na 5.2eV, kar je zelo blizu delovni funkciji HIL.
① Dodajte pomožno elektrodo
Ker je OLED trenutna pogonska naprava, bo zunanji tokokrog predolg ali pretanek povzročil resen padec napetosti v zunanjem vezju, kar bo povzročilo padec napetosti na OLED napravi, kar bo povzročilo zmanjšanje svetilnost plošče. Ker je odpornost ITO prevelika (10 ohmov / kvadrat), je enostavno povzročiti nepotrebno zunanjo porabo energije. Dodajanje pomožne elektrode za zmanjšanje gradienta napetosti postane hiter način za povečanje svetlobne učinkovitosti in zmanjšanje pogonske napetosti. Krom (Cr: krom) je najpogosteje uporabljen material za pomožne elektrode. Prednosti so dobra stabilnost na okoljske dejavnike in večja selektivnost raztopin za jedkanje. Vendar je njegova vrednost upora 2 ohm / kvadrat, ko je film 100nm, kar je v nekaterih primerih še vedno preveliko. Zato ima kovina aluminij (Al: aluminij) (0.2 ohma / kvadrat) nižjo vrednost upora pri enaki debelini. ) Postane še ena boljša izbira za pomožne elektrode. Zaradi visoke aktivnosti kovine iz aluminija pa gre tudi za težavo zanesljivosti; zato so predlagane večplastne pomožne kovine, kot so: Cr / Al / Cr ali Mo / Al / Mo. Vendar takšni postopki povečujejo kompleksnost in stroške, zato je izbira materiala pomožne elektrode postala ena ključnih točk v postopek OLED.
Process Katodni postopek
V OLED plošči z visoko ločljivostjo je fina katoda ločena od katode. Splošna metoda je pristop gobarske strukture, ki je podoben tehnologiji negativnega fotorezistnega razvoja tiskarske tehnologije. V procesu razvoja negativnega fotorezista bodo številne različice postopka vplivale na kakovost in izkoristek katode. Na primer, prostorninska odpornost, dielektrična konstanta, visoka ločljivost, visok Tg, izguba z nizko kritično dimenzijo (CD) in ustrezen oprijemni vmesnik z ITO ali drugimi organskimi plastmi.
③ Paket
(1) Material, ki absorbira vodo
Na splošno na življenjski cikel OLED-a zlahka vplivajo okoliške vodne pare in kisik ter se zmanjšajo. Obstajata dva glavna vira vlage: eden je prodiranje v napravo skozi zunanje okolje, drugi pa vlaga, ki jo v postopku OLED absorbira vsaka plast materiala. Da bi zmanjšali vstop vodne pare v komponento ali odpravili vodno paro, ki jo postopek absorbira, je najpogosteje uporabljena snov Desiccant. Sušilo lahko s kemično ali fizikalno adsorpcijo zajema prosto gibljive molekule vode, da doseže namen odstranjevanja vodne pare v komponenti.
(2) Razvoj procesov in opreme
Postopek pakiranja je prikazan na sliki 4. Če želite sušilno sredstvo postaviti na pokrovno ploščo in gladko povezati pokrovno ploščo s podlago, jo je treba izvesti v vakuumskem okolju ali pa je votlino napolniti z inertnim plinom, na primer kot dušik. Omeniti velja, da so trije glavni cilji tega, kako narediti postopek povezovanja pokrovne plošče in podlage učinkovitejši, zmanjšati stroške postopka pakiranja in skrajšati čas pakiranja, da dosežemo najboljšo stopnjo množične proizvodnje. razvoj postopka pakiranja in tehnologije opreme.
Naš drugi izdelek:
