柔性显示实现的关键技术之OLED技术 半导体, 技术

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OLED具有自发光、低功耗、响应速度快、视角宽、分辨力高、宽温度特性、高亮度、高对比度、抗振性能好、耗等性能，并且抗弯曲能力强，非常适合作柔性显示器件。OLED适用于对显示效果要求高的便携产品及军事等特殊领域。
1.1技术原理
OLED是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件，由锢锡氧化物半导体薄膜(indium Tin Oxides, ITO)透明电极、空穴传输层、有机发光层、电子传输层、电极层组成。原理是用ITO和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子使发光分子激发，经过辆射发出可见光.OLED用红、蓝、绿像素并置法、转换法(Color Conversion Method, CCM)、白光加彩色滤光片法、微共振腔调色法和多层堆叠法来实现彩色化。结构如下图1所示:




OLED的衬底材料主要有超薄玻璃、金属箔片和聚合物。当玻璃厚度下降到50-200 μm时能够弯曲，但是要达到任意弯折的柔性仍有一定距离，同时薄玻璃在应用中很容易破裂，增加了制备的难度。相对于玻璃来说，聚合物和金属薄片都具有较好的柔韧性，在应用上更符合柔性显示器的性能需求。聚合物衬底的水氧阻隔能力和在高温下的稳定性都不好，因此制备聚合物衬底的OLED，其关键问题在于提高聚合物衬底对水氧的阻隔能力，提高聚合物衬底的热稳定性或者开发低温沉积工艺，以及改善在低温下沉积的ITO薄膜的性能，开发新材料导电薄膜解决粘附层间问题和OLED器件的封装来隔水隔氧。与聚合物衬底相比，金属衬底耐高温制程，热膨胀系数更接近玻璃;具备良好的阻水、阻氧的性能;成本低廉且获取方便，不需要水氧阻隔层的制备，实际应用成本有望比聚合物更低.但是，由于金属衬底具有不透光和表而粗糙的缺点，在金属衬底上制备FOLED重点需要解决以下技术难点:①高平整度的柔性金属衬底开发及在衬底上高反射率阳极的制备工艺;②开发性能稳定的半透明阴极技术;③高效的顶发光有机发光器件结构优化，特别是有机层厚度的优化与控制。OLED按所使用的载流子传输层和发光层有机薄膜材料的不同，分为两种不同的技术类型:一种是以有机染料和颜料为发光材料的小分子聚合物OLED,另一种是以共扼高分子为发光材料的PLED(高分子聚合物OLED)。目前研究表明，PLED十分适合用于柔性显示，采用Int-Jet(喷墨)印刷，涂布有机材料物质，不需薄膜制程、真空装置，元件构成只有2层，投资成本低，但是其喷墨技术的墨滴均一化及RGB三基色定位精度不易控制，影响全彩化产品进程，寿命与产品良率也有待提高。OLED显示屏驱动方式依驱动方式可分为被动式(Passive Matrix OLED, PMOLED)与主动式(Active MatrixOLED, AMOLED)结构如下图2所示。PMOLED是属于电流驱动，结构简单，驭动电流决定灰阶，应用在小尺寸产品上。AMOLED在一个OLED单元(即像素)后面都有一组薄膜晶体管和电容器，形成一个薄膜场效应晶体管(Thin Film Transistor,TFT)驱动网络，每一个像素都可以在控制芯片的操作下驱动TFT的激发像素点，这种方式能获得极速的响应时间而且省电，显示效果好，适合大屏幕全彩色OLED的需要.为更好的满足柔性显示，目前正开发一种新型的OTFT(有机薄膜场效应晶体管)，这种晶体管有更好的柔性，与聚合物衬底的热胀系数相差不大，适合低温工艺，可采用喷墨印刷技术批量生产，降低了成本.
1.2 OLED用于柔板显示的优点
(1)超薄、质轻 与当前市场上的液晶显示及其它显示器件相比，超薄塑料或金属薄片显示基板赋予了OLED显示器件超薄和质轻的特性，因此，手机、便携式计算机、壁挂式电视以及其它含有显示器的产品都可以变得更小、更轻。
(2)耐用、抗冲击 玻璃的易碎性是当前传统显示器件共同遇到的问题，由于柔性电致发光显示器件采用的基板是塑料或者金属薄片，从本质上消除了玻璃易碎的问题，更加耐用、安全。
(3)低成本 目前传统显示器件的制备工艺都是分阶段的，过程非常复杂，而柔性电致发光显示器件的制备工艺就像造纸一样，有望批量生产，降低成本.
1.3技术难点
OLED显示的重要问题是减少水蒸气和氧气向器件内部的渗透。大部分塑料衬底都没有足够能力充分阻挡外界杂质液体和气体的侵入，当暴露在水和氧气中时，器件的光电特性就会急剧衰退。其衰退老化机理涉及金属阴极与发光层间的剥离和有机膜层内的化学变化。与玻璃的性质相比，市售的塑料衬底材料对水汽和氧气的隔离及对器件防老化的保护作用不够理想，无法满足在视频亮度下连续工作超过10000h的市售显示器寿命的要求.另外塑料衬底的平整性通常比玻璃衬底的差，衬底表面的“突起”会给膜层结构带来缺陷，损坏器件。并且，大部分柔性衬底的熔点都很低，即使在较低温度下，塑料在尺寸上也不稳定，从而使其很难精确地整齐排列组成OLED器件的多层结构。
柔性OLED器件在材料寿命、驱动、亮度、彩色化和柔性等方面均有较大的进展，但其产业化进程低，其原因主要是寿命问题和高效率问题还未彻底解决。而要解决这些问题，还需靠在器件结构的设计与材料合成、实验条件设计与加工、驱动与封装技术等多方而的共同努力。对于OLED的基础研究主要集中在提高器件的效率和寿命等性能以及寻找新的、改进的材料上。