全面解析OLED成像原理及工藝制造
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，由美籍華裔教授鄧青云教授在實(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(duì)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(shì)的OLED 顯示器， 不存在從側(cè)面看不清楚的問(wèn)題；也不會(huì)有LCD 影像殘留及畫(huà)面跳動(dòng)的情況；不但便宜，而且省電；相對(duì)于LCD ，顏色更鮮艷，對(duì)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。
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(shuō)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(yáng)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。
當(dāng)OLED接通電源后，金屬陰極產(chǎn)生電子，ITO陽(yáng)極產(chǎn)生空穴，在電場(chǎng)力的做用下，電子穿過(guò)電子傳輸層，空穴穿過(guò)空穴傳輸層，來(lái)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(kù)侖力）的作用下被束縛在一起，陰陽(yáng)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(yáng)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(lái)視覺(jué)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(lái)的呢？這里簡(jiǎn)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(duì)ITO 玻璃進(jìn)行 光刻，得到高性能的ITO 玻璃基片；其次必須對(duì)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(duì)取出的器件做封裝測(cè)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。
真空熱蒸鍍
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(zhǎng)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(duì)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(lái)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(guò)這里所需要的條件要苛刻得多。
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(kāi)，改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)路徑，從而無(wú)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(jí)。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
有機(jī)氣相淀積可用來(lái)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(guò)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(duì)于傳統(tǒng)真空熱蒸鍍的重要優(yōu)勢(shì)。由于旋涂法和噴墨打印法大多被用于制造單色顯示器，且旋 涂法很難做出較大OLED 屏幕，在此不再做詳細(xì)介紹。
每種工藝手法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，這正是制約大尺寸OLED 屏幕發(fā)展的原因之一，相信隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)大尺寸OLED 屏幕的成本會(huì)越來(lái)越低，其畫(huà)面效果會(huì)越來(lái)越好，OLED 屏幕將成為下一代主流顯示技術(shù)，進(jìn)入千家萬(wàn)戶。
