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自1987年Tang等首次制成低壓直流驅動(dòng)的有機電致發(fā)光顯示器(OLED)[1]以來(lái)，其性能得到長(cháng)足進(jìn)步�，F在OLED已從實(shí)驗室走進(jìn)了生產(chǎn)廠(chǎng)房，各種單色、全彩的器件應用于手機、MP3等便攜式數碼產(chǎn)品上，其批量制造工藝日臻完善。而目前實(shí)現全彩OLED的顯示技術(shù)主要有：RGB 三色排列;白光+彩色濾色膜(CF);藍光+色變換層(CCF) [2]。而作為基于液晶全彩化的方式，白光+彩色濾色膜CF技術(shù)已經(jīng)投入了大量的研究開(kāi)發(fā)，并實(shí)現了部分商品化。 OLED全彩化技術(shù) 實(shí)現OLED彩色化的主要方法有三種(如圖1所示)：RGB三色排列發(fā)光法、白光OLED[3]+CF法、藍光+色變換層(CCF)法[4]。 目前OLED量產(chǎn)化中采用較多的是RGB三色排列發(fā)光技術(shù)，但對設備要求較高，對位精度的誤差要求也十分嚴格，制造成本較高。此外由于三種RGB發(fā)光材料的不同，發(fā)光材料的衰減周期不同，導致了RGB三基色壽命長(cháng)短不一、三基色色彩飽和度間的差異和解像度高低的不同。 白光+CF法制造工藝相對簡(jiǎn)單，白光OLED技術(shù)和現已在液晶應用上已非常成熟的CF[5]技術(shù)結合起來(lái)，被認為是較容易和較經(jīng)濟的OLED彩色化方法。由于采用單一白色光源，因此理論上RGB三原色的亮度壽命相同，沒(méi)有色彩失真的現象。制程上則不需要考慮屏蔽對位的問(wèn)題，并增加了畫(huà)面精細度，回避了OLED的RGB三色排列發(fā)光法生產(chǎn)過(guò)程中的種種困難，把難題轉移到已經(jīng)相對成熟的CF上，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)制程，從而使投資減小，使經(jīng)濟和性能良好的彩色OLED的實(shí)現成為可能。 藍光+色變換層法是以制備藍光為發(fā)光主體，而后再加色變換層陣列使部分光轉換成紅色和綠色，從而獲得全彩色。該方法制程在材料的選擇上也較容易。但該方法的缺點(diǎn)是需要發(fā)光效率和色彩度都好的藍光，目前還未進(jìn)入到生產(chǎn)化階段。 OLED器件除了ITO陽(yáng)極，包括有機材料等和金屬陰極僅有200~300nm左右厚度，其間沉積了注入層、傳輸層和發(fā)光層等小分子有機膜，這些有機膜和金屬膜都是在ITO表面上通過(guò)真空蒸發(fā)方式依次沉積的[7] (圖2)。 而作為白光+CF的方式，其基板要把RGB像素陣列、OC層、ITO膜、金屬輔助電極膜依次旋涂和磁控濺射沉積到玻璃基板上，這比玻璃基板上直接沉積ITO膜和金屬輔助電極膜難度大很多，降低表面粗糙度上更是困難。一般應用于液晶的CF的基本規格如下，BM層為1.6±0.3mm，RGB層為2.3±0.3mm，OC層為2±0.3mm，可以看到對于其厚度已經(jīng)有了近300nm的均勻性的誤差，由于一般液晶層厚只有10mm左右，基片不平整對于液晶層厚度的不均勻來(lái)說(shuō)，對整個(gè)液晶顯示器的質(zhì)量沒(méi)有太大的直接影響;而對于OLED器件，其薄膜也只有約200nm左右的厚度，即使最后的濺射ITO可以對其表面進(jìn)行一定程度的修飾，并進(jìn)行拋光處理，整個(gè)CF表面仍有一定程度不均勻性，很難滿(mǎn)足OLED苛刻的表面平整度的要求。 另一方面，OLED器件對潮氣特別敏感，防潮問(wèn)題對壽命影響非常明顯。如果有水氣聚集在電極附近，那么電流驅動(dòng)的OLED器件中的有機層和金屬電極都將會(huì )發(fā)生電化學(xué)反應而產(chǎn)生劇烈變化，結果是器件迅速老化，因此OLED防潮問(wèn)題比LCD嚴重得多。對于CF來(lái)說(shuō)，其RGB BM層使用的就是有機物的結構，就必須要采取相應的措施方法來(lái)阻隔來(lái)自ITO層下面的有機層上所脫出的水氣。這對應用于OLED的CF制造技術(shù)又是一個(gè)新的課題。 實(shí)驗結果與討論 將RGB三色排列的矩陣基板和CF基板按照同樣生產(chǎn)流程進(jìn)行清洗、光刻、刻蝕等光刻工藝，達到生產(chǎn)標準進(jìn)入鍍膜工藝，對兩種類(lèi)型的基板按照其相應生產(chǎn)工藝分別制作實(shí)現彩色化RGB三色排列的器件和白光器件，進(jìn)行老化過(guò)程后再進(jìn)行光電參數特性的比較。各器件鍍膜工藝如下，材料均為作為生產(chǎn)使用所購置的商品化量產(chǎn)材料。 RGB三色排列結構：HIL/NPB (25nm)/Red/Green/Blue/Alq3 (30nm)/LiF (1nm)/Al (150nm)。 白光+CF結構：HIL/NPB (25nm)/Blue/Orange/Alq3 (30nm)/LiF (1nm)/Al (150nm)。 光刻工藝為標準生產(chǎn)設備：清洗，涂膠，曝光，顯影，刻蝕，脫膜等工藝流程。并分別進(jìn)行UV Ozone紫外臭氧處理;真空條件下RF plasma O2處理。有機材料蒸發(fā)速率為0.1~0.5nm/s不等，陰極蒸發(fā)速率為0.5nm/s;成膜真空度大約為8×10-5Pa。 將上述不同方式制作完成的OLED顯示器件進(jìn)行光電性能參數的測試;同時(shí)對兩者的ITO基板和CF基板表面進(jìn)行表面平整度的測試。然而在進(jìn)行測試過(guò)程當中，發(fā)現在工作中的所有的白光+CF器件樣品表面都不同程度地出現了黑點(diǎn)，而且隨著(zhù)點(diǎn)亮和存儲時(shí)間的增加，器件表面出現的黑點(diǎn)越來(lái)越多，也越來(lái)越大;從最初的小黑點(diǎn)缺陷到后來(lái)的黑洞直至占到整個(gè)發(fā)光像素一半以上的面積(圖3)。 對于出現這樣的缺陷或瑕疵(defect)，針對OLED的器件還沒(méi)有明確的標準來(lái)限定，而對于一般的顯示器件來(lái)說(shuō)，例如液晶顯示器件，瑕疵的定義：“在工作或非工作的狀態(tài)下，有效屏幕上的缺陷即為屏幕瑕疵�！逼渲袑﹁Υ玫拇笮￠L(cháng)短等等都有明確的界定。當瑕疵達到一定程度，就可以認定其為不合格的產(chǎn)品，不能上市使用。因此在這里沿用LCD的檢驗標準，那么白光+CF的OLED器件是屬于不合格的產(chǎn)品。 而RGB三色排列的OLED器件經(jīng)過(guò)點(diǎn)亮測試以及存儲的過(guò)程中，并沒(méi)有出現上述嚴重的黑點(diǎn)瑕疵。兩者基本的材料、制作工藝和制造設備都一樣，不同之處也只有兩處。 ·兩者的發(fā)光層的結構有所區別：一個(gè)是RGB并列蒸鍍，一個(gè)B+O疊加蒸鍍。然而使用的這些有機材料都是經(jīng)過(guò)測試合格的同一家供應商提供，且通過(guò)了各自的壽命穩定性測試，并沒(méi)有發(fā)現類(lèi)似的黑點(diǎn)瑕疵情況�？梢曰九懦鲈撛�。 ·兩者使用的基板有所區別：一個(gè)是鍍有金屬電極和ITO薄膜基板，一個(gè)是CF鍍上ITO薄膜的基板。 在隨后對這兩種不同基板進(jìn)行表面粗糙度的AFM測試中，發(fā)現了引起黑點(diǎn)瑕疵的主要原因(圖4，圖5)。 在A(yíng)FM- SPA-400的測試下，可以觀(guān)察到，在同樣的4mm×4mm的區域內，CF基板表面的粗糙度是ITO基板表面粗糙度的5倍;而在2mm×2mm的區域內，可以更明顯的觀(guān)察到CF基板表面凹凸不平的起伏，其尖峰甚至可以達到40~50nm。所有發(fā)光的有機薄膜層都蒸鍍在ITO上，由于其較差的傳導率，一般有機薄膜層的厚度大約為100nm。在基板表面遍布著(zhù)有機薄膜厚度一半的尖峰(Spike)，其表面的形態(tài)會(huì )直接影響到有機層的表面結構。那么會(huì )導致OLED器件的陽(yáng)極ITO和陰極Al之間很容易出現不穩定的界面，這樣的有機材料和電極之間界面或者有機層和有機層之間界面會(huì )降低器件結構的穩定，也是形成壞點(diǎn)和性能低下的一個(gè)因素。 對這兩塊基板的光電參數的測試也同樣驗證了所存在的尖峰對于OLED器件的性能有著(zhù)很大的影響。器件完成后的I-V測試，用來(lái)測試基于基板是不同材質(zhì)的CF和ITO基板上的器件，而且其結構也不同，他們的I-L沒(méi)有辦法作比較。但CF基板有著(zhù)比ITO的基板更高的電流級別。我們認為這是由于CF基板中類(lèi)似尖峰的表面有比一般平整的ITO上制作的樣品更多注入空穴的效果。 而尖峰較多的表面會(huì )比一般平整的ITO上制作的器件更容易集中注入空穴，所以表面形態(tài)和OLED器件的漏電流有著(zhù)直接的聯(lián)系。因為ITO表面的粗糙引尖峰會(huì )成為漏電流的途徑。存在的異物等突起，會(huì )使這些部位電流密度增高，漏電流加大，功耗增加，嚴重時(shí)造成局部短路，產(chǎn)生黑點(diǎn)，結果是顯示器的發(fā)光效率降低、壽命縮短，甚至因出現嚴重黑點(diǎn)而報廢。 對于ITO的規格比較統一標準是10mm×10mm正方形面積內的AFM測得的平均粗糙度Ra≤1~3nm、Rp-v≤10~30nm。這樣的要求高于普通STN的ITO基板， LCD用CF的ITO表面沒(méi)有提過(guò)如此嚴格的要求，因為其前后電極距離有6000nm之多，幾十nm的Spike(突起)與之相比可以忽略。OLED器件會(huì )由于ITO基板表面的粗糙引起的器件像素區域出現黑點(diǎn)，漏電流過(guò)大，壽命較短等一系列的問(wèn)題。 結論 對于將CF應用于OLED全彩化顯示的技術(shù)，目前還有很多課題需要解決。如何解決CF表面的粗糙度，以及阻隔ITO層下面的有機層上水氣方面，目前業(yè)內還沒(méi)有滿(mǎn)意的解決方案。以上這些ITO薄膜的粗糙不平屬于納米級別的不平問(wèn)題，灰塵和針孔等缺陷引起的凸凹不平將引起更嚴重的問(wèn)題，屬于微米級別的不平問(wèn)題，所以必須嚴格控制各種灰塵和針眼等缺陷。因此，對于OLED的材料開(kāi)發(fā)也提出了新的課題，同時(shí)也需要對OLED的器件結構的改進(jìn)。 |
