OLED (диод с органично излъчване на светлина) е ново поколение технология за плосък дисплей, следвана от TFT-LCD (тънкослоен транзисторен дисплей с течни кристали). Той има предимствата на простата структура, няма нужда от подсветка за самоизлъчване, висок контраст, тънка дебелина, широк ъгъл на видимост, бърза скорост на реакция, може да се използва за гъвкави панели и широк работен температурен диапазон. През 1987 г. д -р CW Tang и други от Kodak Corporation в САЩ създават OLED компоненти и основни материали [1]. През 1996 г. Pioneer на Япония става първата компания, която масово произвежда тази технология и съчетава OLED панела с автомобилния аудио дисплей, който произвежда. През последните години, поради обещаващите си перспективи, се появиха екипи за научноизследователска и развойна дейност в Япония, Съединените щати, Европа, Тайван и Южна Корея, което доведе до зрялост на органичните светлоизлъчващи материали, енергичното развитие на производителите на оборудване и непрекъснатото развитие еволюция на технологичните процеси.
Технологията OLED обаче е свързана с настоящите зрели индустрии на полупроводници, LCD, CD-R или дори LED по отношение на принципите и процесите, но има своето уникално ноу-хау; следователно все още има много пречки в масовото производство на OLED. . Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. започва да разработва технологии, свързани с OLED през 1997 г., и успешно произвежда масово OLED панели през 2000 г. Той става втората масово произвеждана OLED панелна компания в света след Tohoku Pioneer в Япония; и през 2002 г. продължава производството на OLED панели. Моноцветните и цветните панели за експортни пратки са показани на фигура 1, а добивът и продукцията са увеличени, което го прави най-големият доставчик на OLED панели в света по отношение на продукцията.
В процеса на OLED дебелината на слоя органичен филм ще повлияе значително върху характеристиките на устройството. Най -общо казано, грешката в дебелината на филма трябва да бъде по -малка от 5 нанометра, което е истинска нанотехнология. Например размерът на субстрата от трето поколение на TFT-LCD плоски дисплеи обикновено се определя като 550 mm x 650 mm. На субстрат с такъв размер е трудно да се контролира толкова точна дебелина на филма. Процесът на повърхностен субстрат и прилагането на панел с голяма площ. Понастоящем OLED приложенията са предимно малки моноцветни и цветни екранни панели, като например основните екрани на мобилните телефони, вторичните екрани на мобилните телефони, дисплеите на игровите конзоли, екраните за аудио в автомобила и дисплея с личен цифров асистент (PDA). Тъй като процесът на масово производство на OLED пълноцветен все още не е узрял, се очаква малките пълноцветни OLED продукти да бъдат пуснати последователно след втората половина на 2002 г. Тъй като OLED е самосветящ се дисплей, визуалното му представяне е изключително отличен в сравнение с пълноцветните LCD дисплеи на същото ниво. Той има възможност директно да нарязва на пълноцветни малки размери продукти от висок клас, като например цифрови фотоапарати и VCD (или DVD) плейъри с размер на дланта. Що се отнася до големите панели (13 инча или повече), въпреки че има екип за изследователска и развойна дейност, показващ проби, технологията за масово производство тепърва ще се развива.
OLED обикновено се разделят на малки молекули (обикновено наричани OLED) и макромолекули (обикновено наричани PLED) поради различни светлоизлъчващи материали. Технологичните лицензи са Eastman Kodak (Kodak) в САЩ и CDT (Cambridge Display Technology) в Обединеното кралство. Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. е една от малкото компании, които едновременно разработват OLED и PLED. В тази статия ще представим главно OLED с малки молекули. Първо ще въведем принципа на OLED, след това ще въведем свързани ключови процеси и накрая ще въведем настоящата посока на развитие на OLED технологията.
1. Принцип на OLED
OLED компонентите са съставени от n-тип органични материали, p-тип органични материали, катоден метал и аноден метал. Електроните (дупките) се инжектират от катода (анода), преминават към светоизлъчващия слой (обикновено материал от n-тип) през n-тип (p-тип) органичен материал и излъчват светлина чрез рекомбинация. Най-общо казано, ITO се разпръсква върху стъклен субстрат, изработен от OLED устройство като анод, а след това р-тип и n-тип органичен материал и метален катод с ниска работна функция се нанасят последователно чрез вакуумно термично изпаряване. Тъй като органичните материали лесно взаимодействат с водни пари или кислород, се образуват тъмни петна и компонентите не блестят. Следователно, след като вакуумното покритие на това устройство приключи, процесът на опаковане трябва да се извърши в среда без влага и кислород.
Между катодния метал и анодния ITO широко използваната структура на устройството обикновено може да бъде разделена на 5 слоя. Както е показано на фигура 2, от страната, близо до ITO, те са: слой за инжектиране на дупки, слой за транспортиране на дупки, слой, излъчващ светлина, слой за транспортиране на електрони и слой за инжектиране на електрони. Що се отнася до историята на еволюцията на OLED устройствата, OLED устройството, публикувано за първи път от Kodak през 1987 г., се състои от два слоя органични материали, слой за транспортиране на дупки и електронен транспортен слой. Транспортният слой на дупката е органичен материал от тип р, който се характеризира с по-висока подвижност на дупките, а най-високата й заемана молекулна орбитала (HOMO) е по-близо до ITO, което позволява прехвърлянето на дупки от енергийната бариера на ITO, инжектирана в органичния слой се намалява.
Що се отнася до електронния транспортен слой, той е органичен материал от тип n, който се характеризира с висока подвижност на електроните. Когато електроните пътуват от електронния транспортен слой към интерфейса на дупката и електронния транспортен слой, най-ниската незаета молекулярна орбитала на електронния транспортен слой Най-ниската незаета молекулна орбитала (LUMO) е много по-висока от LUMO на слоя за транспортиране на дупки . Електроните трудно преминават тази енергийна бариера, за да влязат в транспортния слой на дупката и са блокирани от този интерфейс. По това време дупките се пренасят от транспортния слой на дупките до околностите на интерфейса и се рекомбинират с електрони за генериране на екситони (Exciton), а Exciton освобождава енергия под формата на светлинно излъчване и не-светлинно излъчване. По отношение на обща система от флуоресцентни материали, само 25% от двойките електронни дупки са рекомбинирани под формата на излъчване на светлина въз основа на изчислението на селективността (правило за избор), а останалите 75% от енергията е резултат от отделяне на топлина. Разсеяна форма. През последните години фосфоресцентните (Phosphorescence) материали се развиват активно, за да се превърнат в ново поколение OLED материали [2], такива материали могат да пречупят границата на селективност, за да увеличат вътрешната квантова ефективност до почти 100%.
В двуслойното устройство органичният материал от тип n-електронният транспортен слой-също се използва като светлоизлъчващ слой, а дължината на вълната, излъчваща светлина, се определя от енергийната разлика между HOMO и LUMO. Въпреки това, добрият електронен транспортен слой - тоест материал с висока подвижност на електроните - не е непременно материал с добра ефективност на излъчване на светлина. Следователно настоящата обща практика е да се допират (легират) високофлуоресцентни органични пигменти за електронен транспорт. Частта от слоя в близост до слоя за транспортиране на отворите, известна също като светоизлъчващия слой [3], има обемно съотношение от около 1% до 3%. Развитието на допинг технологията е ключова технология, използвана за повишаване на степента на флуоресцентна квантова абсорбция на суровините. Като цяло избраният материал е багрило с висока флуоресцентна квантова скорост на абсорбция (Dye). Тъй като разработването на органични багрила произхожда от лазери за багрила през 1970 -те до 1980 -те години на миналия век, материалната система е завършена и дължината на вълната на излъчване може да обхване целия регион на видимата светлина. Енергийната лента на органичното багрило, допирано в OLED устройството, е лоша, обикновено по -малка от енергийната лента на гостоприемника (Host), за да се улесни прехвърлянето на екситонната енергия от гостоприемника към добавката (Dopant). Въпреки това, тъй като легиращата добавка има малка енергийна лента и действа като капан в електрическо отношение, ако слоят на добавката е твърде дебел, задвижващото напрежение ще се увеличи; но ако е твърде тънък, енергията ще се прехвърли от гостоприемника към добавката. Съотношението ще се влоши, така че дебелината на този слой трябва да бъде оптимизирана.
Металният материал на катода традиционно използва метален материал (или сплав) с ниска работна функция, като магнезиева сплав, за да улесни инжектирането на електрони от катода към слоя за транспортиране на електрони. В допълнение, обичайна практика е да се въведе слой за инжектиране на електрони. Състои се от много тънък метален халогенид или оксид с ниска работна функция, като LiF или Li2O, който може значително да намали енергийната бариера между катода и слоя за транспортиране на електрони [4] и да намали задвижващото напрежение.
Тъй като стойността на HOMO на материала за транспортния слой на дупката все още се различава от тази на ITO, в допълнение, след продължителна работа, ITO анодът може да освободи кислород и да повреди органичния слой, за да произведе тъмни петна. Следователно, слой за инжектиране на дупки се вмъква между ITO и транспортния слой на дупката, а стойността му HOMO е точно между ITO и слоя за транспортиране на отвори, който е благоприятен за инжектиране на дупки в OLED устройството, а характеристиките на филма могат да блокиране на ITO. Кислородът влиза в OLED елемента, за да удължи живота на елемента.
2. Метод на OLED задвижване
Методът на управление на OLED е разделен на активно шофиране (активно шофиране) и пасивно шофиране (пасивно шофиране).
1) Пасивно устройство (PM OLED)
Той е разделен на верига на статично задвижване и верига на динамично задвижване.
Method Статичен метод на задвижване: На статично управлявано органично светоизлъчващо дисплейно устройство катодите на всеки органичен електролуминесцентен пиксел са свързани заедно и изтеглени заедно, а анодите на всеки пиксел са изтеглени отделно. Това е общият метод за свързване с катод. Ако искате пиксел да излъчва светлина, стига разликата между напрежението на източника на постоянен ток и напрежението на катода да е по -голяма от светлинната стойност на пиксела, пикселът ще излъчва светлина под задвижването на източника на постоянен ток. Ако пиксел не излъчва светлина, свържете анода към Включено отрицателно напрежение, той може да бъде блокиран обратно. Въпреки това, когато изображението се променя много, могат да възникнат кръстосани ефекти. За да избегнем това, трябва да възприемем формата на комуникация. Статичната задвижваща верига обикновено се използва за задвижване на сегментния дисплей.
Mode Режим на динамично задвижване: На динамично управлявани органични светлоизлъчващи дисплейни устройства хората превръщат двата електрода на пиксела в матрична структура, тоест електродите от една и съща природа на хоризонталната група пиксели на дисплея се споделят и вертикалната групата пиксели на дисплея са еднакви. Другият електрод на природата е споделен. Ако пикселът може да бъде разделен на N реда и M колони, може да има N електроди на ред и M електроди на колони. Редовете и колоните съответстват на двата електрода на светоизлъчващия пиксел. А именно катодът и анодът. В действителния процес на задвижване на веригата, за да се осветят пикселите ред по ред или да се осветят пикселите колона по колона, обикновено се приема методът за сканиране ред по ред, а електродите на колоната са електродите за данни в сканирането на редове. Методът за изпълнение е: циклично прилагане на импулси към всеки ред електроди и в същото време всички електроди на колоната дават импулси на управляващ ток на пикселите на реда, така че да се реализира показването на всички пиксели на ред. Ако редът вече не е в същия ред или в същата колона, обратното напрежение се прилага към пикселите, за да се предотврати "кръстосания ефект". Това сканиране се извършва ред по ред, а времето, необходимо за сканиране на всички редове, се нарича период на кадъра.
Времето за избор на всеки ред в рамка е равно. Ако приемем, че броят на сканиращите редове в кадър е N и времето за сканиране на кадър е 1, тогава времето за избор, заето от един ред, е 1/N от времето на кадър. Тази стойност се нарича коефициент на работния цикъл. При същия ток увеличаването на броя на сканиращите линии ще намали работния цикъл, което ще доведе до ефективно намаляване на инжектирането на ток върху пиксела на органичната електролуминесценция в един кадър, което ще намали качеството на дисплея. Следователно, с увеличаването на пикселите на дисплея, за да се гарантира качеството на дисплея, е необходимо по подходящ начин да се увеличи задвижващият ток или да се приеме двуекранен електроден механизъм за увеличаване на коефициента на натоварване.
В допълнение към кръстосания ефект, дължащ се на общото образуване на електроди, механизмът на положителни и отрицателни носители на заряд, рекомбинирани за образуване на светлинно излъчване в органични електролуминесцентни екрани на дисплея, прави всякакви два излъчващи светлина пиксела, стига всеки вид функционален филм, съставящ тяхното структурата е пряко свързана заедно Да, може да има кръстосани помехи между двата светоизлъчващи пиксела, тоест един пиксел излъчва светлина, а другият пиксел също може да излъчва слаба светлина. Това явление се причинява главно от лошата равномерност на дебелината на органичния функционален филм и лошата странична изолация на филма. От гледна точка на шофирането, за да се облекчи това неблагоприятно взаимодействие, възприемането на метода на обратното прекъсване също е ефективен метод в един ред.
Дисплей с управление на сивата скала: Сивата скала на монитора се отнася до нивото на яркост на черно -белите изображения от черно до бяло. Колкото повече нива на сивото, толкова по -богато е изображението от черно до бяло и толкова по -ясни са детайлите. Сивата скала е много важен индикатор за показване на изображението и оцветяване. Като цяло екраните, използвани за показване в сиви тонове, са предимно матрични дисплеи и тяхното шофиране е предимно динамично шофиране. Няколко метода за постигане на контрол на сивите скали са: метод за управление, модулация на пространствените скали на сивото и времева модулация на сивите скали.
2) Активно устройство (AM OLED)
Всеки пиксел от активното устройство е оборудван с нискотемпературен поли-Si тънкослоен транзистор (LTP-Si TFT) с функция за превключване и всеки пиксел е оборудван с кондензатор за съхранение на заряд, а периферната задвижваща верига и матрицата на дисплея са интегрирани в цялата система На една и съща стъклена основа. TFT структурата е същата като LCD и не може да се използва за OLED. Това е така, защото LCD използва задвижване с напрежение, докато OLED разчита на текущо устройство, а яркостта му е пропорционална на количеството ток. Следователно, в допълнение към избора на адрес TFT, който извършва превключване ON/OFF, той също така изисква относително ниско съпротивление при включване, което позволява преминаването на достатъчно ток. TFT с ниско и малко шофиране.
Активното шофиране е статичен метод на шофиране с ефект на паметта и може да се управлява при 100% натоварване. Това задвижване не е ограничено от броя на сканиращите електроди и всеки пиксел може да се регулира избирателно независимо.
Активното устройство няма проблем с работния цикъл и устройството не е ограничено от броя на сканиращите електроди и е лесно да се постигне висока яркост и висока разделителна способност.
Активното шофиране може независимо да регулира и управлява яркостта на червените и сините пиксели, което е по -благоприятно за реализирането на оцветяване на OLED.
Задвижващата верига на активната матрица е скрита в екрана на дисплея, което улеснява постигането на интеграция и миниатюризация. Освен това, тъй като проблемът с връзката между веригата на периферното задвижване и екрана е решен, това до известна степен подобрява добива и надеждността.
3) Сравнение между активно и пасивно
пасивен активен
Незабавно излъчване на светлина с висока плътност (динамично задвижване/селективно) Непрекъснато излъчване на светлина (стабилно задвижване)
Допълнителен IC чип извън панела TFT задвижваща схема/Вградена тънкослойна IC задвижваща схема
Линейно поетапно сканиране Линейно поетапно изтриване на данни
Лесен контрол на градацията. Органични пиксели за EL картина се образуват върху TFT субстрата.
Ниска цена/задвижване с високо напрежение Задвижване с ниско напрежение/ниска консумация на енергия/висока цена
Лесни промени в дизайна, кратък срок на доставка (просто производство), дълъг живот на излъчващи светлина компоненти (сложен производствен процес)
Просто матрично устройство+OLED LTPS TFT+OLED
2. Предимствата и недостатъците на OLED
1) Предимства на OLED
(1) Дебелината може да бъде по -малка от 1 мм, което е само 1/3 от LCD екрана, а теглото е по -леко;
(2) Твърдото тяло няма течен материал, така че има по -добра устойчивост на удар и не се страхува от падане;
(3) Почти няма проблем с ъгъла на видимост, дори когато се гледа под голям ъгъл на видимост, картината все още не е изкривена;
(4) Времето за реакция е една хилядна от това на LCD и няма да има абсолютно никакво размазване при показване на филми;
(5) Добри нискотемпературни характеристики, той все още може да се показва нормално при минус 40 градуса, но LCD не може да го направи;
(6) Производственият процес е прост и цената е по -ниска;
(7) Светлинната ефективност е по -висока и консумацията на енергия е по -ниска от тази на LCD;
(8) Може да бъде произведен върху основи от различни материали и може да бъде направен в гъвкави дисплеи, които могат да се огъват.
2.) Недостатъци на OLED
(1) Продължителността на живота обикновено е само 5000 часа, което е по -ниско от продължителността на живота на LCD дисплея от най -малко 10,000 XNUMX часа;
(2) Масово производство на екрани с големи размери не може да бъде постигнато, така че понастоящем е подходящо само за преносими цифрови продукти;
(3) Има проблем с недостатъчна чистота на цветовете и не е лесно да се показват ярки и богати цветове.
3. OLED свързани ключови процеси
Предварителна обработка на субстрата с индиев калаен оксид (ITO)
(1) Плоскост на повърхността на ITO
ITO е широко използван при производството на търговски дисплеи. Той има предимствата на висока пропускливост, ниско съпротивление и висока работна функция. Най -общо казано, ITO, произведен по метода на RF разпръскване, е податлив на лоши фактори за контрол на процеса, което води до неравна повърхност, която от своя страна произвежда остри материали или издатини на повърхността. В допълнение, процесът на високотемпературно калциниране и прекристализация също ще доведе до стърчащ слой с повърхност от около 10 ~ 30 nm. Пътеките, образувани между фините частици на тези неравномерни слоеве, ще предоставят възможности за отвори да стрелят директно към катода и тези сложни пътеки ще увеличат тока на изтичане. Като цяло има три метода за решаване на ефекта от този повърхностен слой: Единият е да се увеличи дебелината на слоя за инжектиране на отвора и транспортния слой на отвора, за да се намали тока на изтичане. Този метод се използва най -вече за PLED и OLED с дебел слой отвори (~ 200 nm). Второто е да преработите ITO стъклото, за да направите повърхността гладка. Третият е да се използват други методи за покритие, за да се направи повърхността по -гладка (както е показано на фигура 3).
(2) Увеличаване на работната функция на ITO
Когато дупки се инжектират в HIL от ITO, твърде голямата потенциална енергийна разлика ще доведе до бариера Шотки, което ще затрудни инжектирането на дупки. Следователно, начинът за намаляване на потенциалната енергийна разлика на интерфейса ITO/HIL става фокус на предварителната обработка на ITO. Обикновено използваме метода O2-Plasma, за да увеличим насищането на кислородните атоми в ITO, за да постигнем целта за увеличаване на работната функция. Работната функция на ITO след третиране с O2-плазмата може да бъде увеличена от първоначалните 4.8eV до 5.2eV, което е много близко до работната функция на HIL.
Добавете спомагателен електрод
Тъй като OLED е устройство за задвижване на ток, когато външната верига е твърде дълга или твърде тънка, във външната верига ще бъде причинен сериозен спад на напрежението, което ще доведе до спад на напрежението на OLED устройството, което ще доведе до намаляване на интензитета на светлината на панела. Тъй като съпротивлението на ITO е твърде голямо (10 ома / квадрат), е лесно да се предизвика ненужна външна консумация на енергия. Добавянето на спомагателен електрод за намаляване на градиента на напрежението става бърз начин за увеличаване на светлинната ефективност и намаляване на задвижващото напрежение. Хром (Cr: Chromium) метал е най -често използваният материал за спомагателни електроди. Той има предимствата на добрата стабилност спрямо факторите на околната среда и по -голямата селективност към решенията за ецване. Въпреки това, стойността му на съпротивление е 2 ома / квадрат, когато филмът е 100 nm, което все още е твърде голямо в някои приложения. Следователно, алуминиевият (Al: алуминиев) метал (0.2 ома / квадрат) има по -ниска стойност на съпротивление при същата дебелина. ) Става друг по -добър избор за спомагателни електроди. Високата активност на алуминиевия метал също го прави проблем на надеждността; следователно са предложени многослойни спомагателни метали, като например: Cr / Al / Cr или Mo / Al / Mo.Това обаче повишава сложността и разходите, така че изборът на спомагателен електроден материал се е превърнал в един от ключовите моменти в процеса OLED.
② Катоден процес
В OLED панел с висока разделителна способност финият катод е отделен от катода. Общият метод, който се използва, е подходът на структурата на гъбите, който е подобен на технологията за отпечатване на фоторезист на технологията за печат. В процеса на разработване на отрицателен фоторезист много вариации на процеса ще повлияят на качеството и добива на катода. Например обемно съпротивление, диелектрична константа, висока разделителна способност, висок Tg, загуба на ниски критични размери (CD) и подходящ интерфейс на сцепление с ITO или други органични слоеве.
③ Пакет
(1) Водопоглъщащ материал
Като цяло жизненият цикъл на OLED лесно се влияе от околните водни пари и кислород и се намалява. Има два основни източника на влага: единият е проникването в устройството през външната среда, а другият е влагата, абсорбирана от всеки слой материал в процеса на OLED. За да се намали навлизането на водни пари в компонента или да се елиминират абсорбираните от процеса водни пари, най -често използваното вещество е десикант. Изсушителят може да използва химическа адсорбция или физическа адсорбция за улавяне на свободно движещи се водни молекули за постигане на целта за отстраняване на водни пари в компонента.
(2) Разработване на процеси и оборудване
Процесът на опаковане е показан на фигура 4. За да се постави десикантът върху покривната плоча и плавно да се свърже покривната плоча със субстрата, той трябва да се извърши във вакуумна среда или кухината да се напълни с инертен газ, като като азот. Заслужава да се отбележи, че как да направим процеса на свързване на покривната плоча и субстрата по -ефективен, да намалим разходите за процеса на опаковане и да намалим времето за опаковане, за да постигнем най -добрия темп на масово производство, се превърна в трите основни цели на развитие на опаковъчния процес и технологията на оборудването.
Нашата друг продукт:
