顯示技術(shù)基礎(chǔ)11OLED器件制備工藝與工作特性

顯示技術(shù)基礎(chǔ)辦公室：E-mail:liulin@課程介紹本課程為光電信息工程專業(yè)的學(xué)科專業(yè)平臺(tái)必修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，其作用和任務(wù)是使學(xué)生掌握幾類平板顯示技術(shù)（PDP、OLED、EL、FED等）的基本原理以及相關(guān)的光、電設(shè)計(jì)原理。本課程重點(diǎn)介紹圖像信息的平板顯示技術(shù)及其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。課程內(nèi)容安排

第一章緒論（顯示技術(shù)總體應(yīng)用及發(fā)展進(jìn)展

）第二章陰極射線管及圖像質(zhì)量第三章平板信息顯示器件

3.1PDP顯示技術(shù)

3.2OLED顯示技術(shù)

3.3無機(jī)EL顯示技術(shù)

3.4FED顯示技術(shù)第四章大屏幕臨場(chǎng)感顯示

4.1投影顯示（CRT投影）4.2三維顯示教材：《液晶與平板顯示技術(shù)》，作者：高鴻錦，北京郵電大學(xué)出版社，第1版2007參考書：1、《平板顯示技術(shù)》應(yīng)根裕胡文波邱勇，人民郵電出版社2002年10月2、《光電顯示技術(shù)》張興義，北京理工大學(xué)出版社19953、《顯示技術(shù)與顯示器件》彭國賢，人民郵電出版社1981參考資料：搜索引擎（Google、baidu）臺(tái)灣各高校網(wǎng)絡(luò)資源陜西科技大學(xué)等離子體課件麻省理工OLED課件OLED顯示技術(shù)

—OLED器件制備工藝與工作特性1.OLED制備工藝2.PLED制備工藝3.OLED工作特性有機(jī)發(fā)光二極管制備工藝OLED器件的發(fā)光效率和穩(wěn)定性、器件的成品率乃至器件的成本等都要受到工藝技術(shù)的控制有機(jī)發(fā)光二極管工藝技術(shù)的發(fā)展對(duì)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程尤為重要制備工藝可分為小分子有機(jī)發(fā)光二極管OLED工藝技術(shù)，和聚合物發(fā)光二極管PLED工藝技術(shù)兩大類小分子OLED通常用蒸鍍方法或干法制備，PLED一般用溶液方法或濕法制備OLED器件的典型結(jié)構(gòu)及制作工藝流程有機(jī)發(fā)光二極管制備工藝1.小分子OLED制造工藝OLED制備過程中的關(guān)鍵技術(shù)ITO基片的清洗和預(yù)處理陰極隔離柱制備有機(jī)功能薄膜和金屬電極的制備彩色化技術(shù)封裝技術(shù)ProcessofPassiveOLEDFulllayersofcathode,anode,organicmoleculesThinFilmTransistormatrix(TFT)ontopofanodeInternalcircuitrytodeterminewhichpixelstoturnon/offLesspowerconsumedthanPMOLEDUsedforlargerdisplaysActive-MatrixOLED(AMOLED)（1）基片的清洗和預(yù)處理OLED對(duì)ITO的要求:表面潔凈；表面平整；功函數(shù)較高有機(jī)層與ITO之間界面對(duì)發(fā)光性能的影響至關(guān)重要，ITO玻璃在使用前必須仔細(xì)清洗，目的是除去表面上物理附著的污物和化學(xué)附著的有機(jī)物等。污染物通常分為四類：①有形顆粒，如塵埃；②有機(jī)物質(zhì)，如油脂和涂料；③無機(jī)物質(zhì)，如堿、鹽和銹斑；④微生物機(jī)體清除基片表面污染物的方法：化學(xué)清洗法、超生波清洗法、真空烘烤法及離子轟擊法ITO基板清洗

化學(xué)清洗法清洗劑：乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳等。作用：去除油、潤滑脂、脂肪及其它有機(jī)污染物。

超聲波清洗作用：去除不溶性污物。

真空烘烤法方法：在真空室（真空度為10-4Pa）中，將基片加熱至200C。作用：去除基片表面吸附的氣體和雜質(zhì)。（1）基片的清洗和預(yù)處理

超聲波清洗法超聲波清洗是利用超聲波技術(shù)，使水和溶劑發(fā)生振動(dòng)，清洗表面復(fù)雜的附著物而且不損傷基片的一種清洗方法。目前，超聲波清洗廣泛應(yīng)用于OLED器件制作的前清洗工藝當(dāng)中。超聲波的基本原理是空化作用：存在于液體內(nèi)的微氣泡（空化核）在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，在聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增大然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生激波，在其周圍產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓，破壞不溶性污染物而使它們分散于溶液中，使表面得以凈化。一般超聲波清洗所使用的頻率為15~50KHz（例如28KHz、38KHz），適合于基板附著有機(jī)物的清洗。采用高頻率（1MHz以上）的超聲波清洗主要是為了清洗亞微米（0.1μm）以下的污染物。（1）基片的清洗和預(yù)處理原理：由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)，通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì)，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡（空化氣泡）在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增長，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓力，破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中，當(dāng)粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時(shí)，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達(dá)到清洗件表面凈化的目的。超聲波清洗器的工作原理

紫外光清洗法離子游離態(tài)原子受激分子中性分子CO2、N2、H2O+O2O3+OO2+OO3h為普朗克常數(shù)

γ為紫外線光子

+有機(jī)污染CO2、N2、H2OO2+O+O3

紫外光（UV）清洗的工作原理是利用紫外光對(duì)有機(jī)物質(zhì)所起的光敏氧化作用以達(dá)到清洗粘附在物體表面上的有機(jī)化合物的目的。紫外光清洗一方面能夠避免由于使用有機(jī)溶劑造成的污染，同時(shí)能夠?qū)⑶逑催^程縮短。在實(shí)際應(yīng)用中，通常是利用一種能產(chǎn)生兩種波長紫外光的低壓水銀燈（這種紫外光燈能夠產(chǎn)生波長為254nm和波長為185nm的紫外光）。

（1）基片的清洗和預(yù)處理ITO表面處理工藝目的：ITO的不均勻性將導(dǎo)致有機(jī)層不均勻，從而易形成局部強(qiáng)電場(chǎng)引起OLED中黑斑的產(chǎn)生。平整的ITO表面場(chǎng)強(qiáng)均勻，減小短路的危險(xiǎn)，提高OLED的穩(wěn)定性。早在1987年，鄧青云就指出，在沉積有機(jī)層之前，ITO表面必須進(jìn)行仔細(xì)的清洗，否則不能得到穩(wěn)定的OLED器件。（1）基片的清洗和預(yù)處理ITO基片處理ITOForLCDITOForOLED（1）基片的清洗和預(yù)處理ITO膜表面形態(tài)對(duì)OLED器件的性能:

粗糙的ITO膜表面將使光線產(chǎn)生漫反射,減小出射光效率,降低OLED的外量子效率。

OLED加電壓時(shí),粗糙表面會(huì)影響OLED的內(nèi)電場(chǎng)分布。ITO表面的尖峰將導(dǎo)致局部高電場(chǎng),高電場(chǎng)將使激子解離成為正負(fù)載流子,致使發(fā)光強(qiáng)度降低;而且高電場(chǎng)將加速有機(jī)材料的惡化,以至降低OLED的穩(wěn)定性。（1）基片的清洗和預(yù)處理ITO膜是有機(jī)物膜進(jìn)行淀積的基底,ITO膜的表面形態(tài)將影響有機(jī)膜的成膜的吸附性、內(nèi)應(yīng)力和結(jié)晶度。由于粗糙的表面將不利于有機(jī)分子之間內(nèi)聚形成晶體,因而粗糙的表面易于形成不定形結(jié)構(gòu)的有機(jī)物薄膜。對(duì)于不定形結(jié)構(gòu)的有機(jī)物來說,結(jié)晶有機(jī)物的出現(xiàn)將增加電子與晶格碰撞的可能性,這將降低OLED器件的發(fā)光效率和能量效率。常用的ITO薄膜表面預(yù)處理方法：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）（1）基片的清洗和預(yù)處理酸堿處理

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)。

（1）基片的清洗和預(yù)處理等離子體處理

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補(bǔ)充ITO表面的氧空位來提高表面氧含量的。

（1）基片的清洗和預(yù)處理（２）陰極隔離柱技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)無源矩陣OLED的高分辨率和彩色化，更好地解決陰極模板分辨率低和器件成品率低等問題，人們?cè)谘芯恐幸肓岁帢O隔離柱結(jié)構(gòu)。即在器件制備中不使用金屬模板，而是在蒸鍍有機(jī)薄膜和金屬陰極之前，在基板上制作絕緣的間壁，最終實(shí)現(xiàn)將器件的不同像素隔開，實(shí)現(xiàn)像素陣列在隔離柱制備中，廣泛采用了絕緣的無機(jī)材料（如氮化硅，碳化硅、氧化硅）、有機(jī)聚合物材料（如PI、聚四氟乙烯等）和光刻膠等材料目前采用有機(jī)絕緣材料和光刻膠的OLED隔離柱制備工藝比較成熟。隔離柱的形狀是隔離效果關(guān)鍵。倒梯形隔離柱結(jié)構(gòu)絕緣緩沖層來解決同一像素間的短路問題，同時(shí)使用倒立梯形的隔離柱來解決相鄰像素間的短路問題隔離柱的基本制作方法：（１）在透明基片上旋涂第一層光敏有機(jī)絕緣材料，厚度為0.5~5μm，一般為光敏型PI、前烘后曝光，曝光圖形為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或條狀結(jié)構(gòu)，線條的寬度由顯示分辨率即像素之間間隔決定，顯影后線寬為10~50μm，然后進(jìn)行后烘。（２）在有機(jī)絕緣材料上旋涂第二層光敏型有機(jī)絕緣材料，膜厚為0.5~5μm，一般為光刻后線條橫截面能形成上大下小倒梯形形狀的光刻膠中的一種，一般為負(fù)型光刻膠，前烘后對(duì)第二層有機(jī)絕緣體材料進(jìn)行曝光，曝光圖形為直線條，顯影后的線寬為5~45μm有機(jī)薄膜的制備工藝步驟（３）有機(jī)薄膜或金屬電極的制備

小分子OLED器件通常采用真空蒸鍍法制備有機(jī)薄膜和金屬電極（３）有機(jī)薄膜或金屬電極的制備小分子OLED器件通常采用真空蒸鍍法制備有機(jī)薄膜和金屬電極，其具體操作過程是在真空中加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸汽流，入射到固體襯底或基片的表面形成固態(tài)薄膜該過程如果真空度太低，有機(jī)分子將與大量空氣分子碰撞，使膜層受到嚴(yán)重污染，甚至被氧化燒毀；此條件下沉積的金屬往往沒有光澤，表面粗糙，得不到均勻連續(xù)的薄膜理論計(jì)算，為了保證鍍膜質(zhì)量，當(dāng)蒸發(fā)源到基片距離為25cm時(shí)，必須保證氣壓低于3×10-3Pa有機(jī)薄膜的制備采用真空蒸鍍法沉積成膜。包括以下三個(gè)基本過程：加熱蒸發(fā)過程氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸送蒸發(fā)原子或分子在基片表面上的沉積過程（３）有機(jī)薄膜或金屬電極的制備基本步驟：放置材料于束源→抽取真空→通電加熱蒸發(fā)→成膜真空熱蒸鍍技術(shù)的三大缺點(diǎn):

1，環(huán)境要求高。工藝流程必須在真空室中進(jìn)行，要求緊鄰玻璃底板放置一塊遮光板，用以確定底板上沉積材料的圖樣。

2，制作大尺寸困難。真空熱蒸鍍技術(shù)在生產(chǎn)小屏?xí)r，相對(duì)容易，但制造大屏幕時(shí)則困難重重。遮光板，極易受工藝流程中的高溫環(huán)境影響而發(fā)生偏移，導(dǎo)致很難在大尺寸底板上保持均勻的沉積率。

3，成本過高。流程復(fù)雜、環(huán)境特殊、良品率低等因素，造成現(xiàn)階段OLED屏的售價(jià)居高不下。有機(jī)薄膜厚度優(yōu)化有機(jī)薄膜沉積速率優(yōu)化

HTL-1EML-1有機(jī)薄膜沉積速率優(yōu)化(a)0.02nm/s(b)0.09nm/s(c)0.24nm/s(d)1.33nm/s有機(jī)薄膜沉積速率優(yōu)化HTL-2染料摻雜濃度的研究

E：0wt％,F：0.33wt％G：0.43wt%,H：1.1wt%I：3.7wt%GD-1染料摻雜濃度的研究GD-2（４）彩色化技術(shù)小分子OLED全彩色顯示技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)彩色化的方法有光色轉(zhuǎn)換法、彩色濾光薄膜法、獨(dú)立發(fā)光材料法等。（1）三色發(fā)光層法（獨(dú)立發(fā)光材料法）：這是最常使用的技術(shù)，就是將三種發(fā)光層排列在一起，加入不同的偏壓產(chǎn)生全彩的效果，此技術(shù)重點(diǎn)在于發(fā)光材料光色純度與效率的掌握。以小分子有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)而言，所面臨的重大問題就是紅色材料的純度、效率與壽命，而大分子有機(jī)發(fā)光二極管方面，則是在于紅、綠、藍(lán)三原色定位等問題。（４）彩色化技術(shù)OLEDVacuumProcessITOGlassInsulatormaking&ITOtreatmentOrganicLayerRedOrganicLayerGreenOrganicLayerBlueCathode

PassivationLayer彩色OLED制造技術(shù)（2）白色＋彩色濾光片法：此法是將三種發(fā)光層疊在一起，使紅、綠、藍(lán)混色產(chǎn)生白光，或是互補(bǔ)色產(chǎn)生白光。此全彩化技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以直接應(yīng)用液晶顯示器現(xiàn)有的彩色濾光片技術(shù)，但是元件發(fā)光時(shí)必須多經(jīng)過一層彩色濾光片，導(dǎo)致亮度衰減，因此在透光率與成本上必須再深入研究。（４）彩色化技術(shù)（3）色轉(zhuǎn)換法（光色轉(zhuǎn)換法）：就是在藍(lán)色發(fā)光層中加入能量轉(zhuǎn)移的中心，使短波長、能量較大的藍(lán)光以能量轉(zhuǎn)移方式，轉(zhuǎn)換成其他顏色的光，因此在材料的選擇與技術(shù)開發(fā)上比較容易，只須先產(chǎn)生一個(gè)發(fā)光效率、色純度極佳的藍(lán)光，否則經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換后，整體的發(fā)光效率會(huì)很差。（４）彩色化技術(shù)發(fā)光方式RGB三色發(fā)光材料獨(dú)立發(fā)光藍(lán)光為背光再經(jīng)色轉(zhuǎn)換白光為背光加彩色濾光片發(fā)光效率優(yōu)可差精細(xì)度平佳佳優(yōu)點(diǎn)對(duì)比度佳高效率、廣視角與液晶使用的材料相同技術(shù)關(guān)鍵金屬模板RGB精確定位問題、藍(lán)光材料的發(fā)光效率及長壽命、高效率、色純度

RGB色純度及穩(wěn)定性穩(wěn)定性匹配的白光材料（4）

首先制備發(fā)白光或近于白光的器件