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OLED成像原理解析

2020-03-29
來源:電源網

    現在大街上隨處可見的LED顯示屏,還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈,處處可見LED燈的身影,LED已經融入到生活中的每一個角落。當小伙伴們在閱讀這篇文章的時候,大家的眼前一定是電腦屏幕或手機屏幕,而這些屏幕中大多可能是LCD(Liquid Crystal Display的簡稱,液晶顯示器),也許您的屏幕是普通的MVA屏幕,也許您的屏幕是IPS屏幕,每種屏幕給人的感覺不盡相同,而屏幕的功能和質量對用戶體驗有很大影響,而今天我要講述的是一個具有革命性的屏幕——OLED屏幕。那么,為什么說OLED屏幕具有革命性呢?

    現在,大家可以盡情發(fā)揮自己的想象力,想象一下,在不久的將來,我們的手機可能是柔軟屏幕,你可以彎曲折疊它,對于運動愛好者,可以將其彎曲固定在手臂上;面對透明的電腦屏幕,享受科技帶來的美好;甚至家里的墻壁可能安裝多塊輕薄的屏幕來顯示各種美麗的圖片,營造美好和諧的氣氛……這種種設想或許就會因為OLED的出現而成為現實。

    什么是OLED屏幕?OLED的全名為Organic Light-EmitTIng Diode,中文名為有機發(fā)光二極管。它是LED的一種,由美籍華裔教授登青云在實驗室中發(fā)現。與目前被廣泛使用的平板顯示器LCD相比,OLED具有主動發(fā)光、高對比度、超輕薄、耐低溫、響應速度快、功耗低、視角廣、抗震能力強等特點,而且更適合柔性顯示和3D顯示。具有以上眾多優(yōu)勢的OLED顯示器,不存在從側面看不清楚的問題;也不會有LCD影像殘留及畫面跳動的情況;不但便宜,而且省電;相對于LCD,顏色更鮮艷,對比更鮮明,而厚度小于2mm的全彩面板更是只能用OLED才能做到。

    

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    要想知道OLED為何會有如此多的優(yōu)點,還要從它的工作原理說起。OLED是如何發(fā)光的?OLED的典型結構如圖所示,用ITO(氧化銦錫)導電薄膜做陽極,金屬做陰極,中間沉淀一層有機發(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透明材料ITO導電膜,把中間的電子傳輸層和空穴傳輸層分別看成雞蛋和香腸,有機發(fā)光層是中間的一層面包。

    當OLED接通電源后,金屬陰極產生電子,ITO陽極產生空穴,在電場力的做用下,電子穿過電子傳輸層,空穴穿過空穴傳輸層,來到有機發(fā)光層相會,電子和空穴分別帶正電和負電,它們相互吸引,在吸引力(庫侖力)的作用下被束縛在一起,陰陽結合,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),在極短的時間內,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陽極段是透明的,人們就可以看到它發(fā)出的光了。電視機屏幕給我們帶來視覺盛宴,絕不僅僅只有一個顏色,而顏色的不同是由有機發(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的呢?這里簡要介紹一下這毫厘之間的加工工藝。制備性能良好的有機發(fā)光器件需要使用許多復雜的設備,需要有清潔的環(huán)境,如有可能,應盡量在超凈實驗室或廠房中進行。首先準備好導電和透光性能良好的導電玻璃,通常用的ITO玻璃,并對ITO玻璃進行光刻,得到高性能的ITO玻璃基片;其次必須對ITO基片進行嚴格清洗。然后蒸發(fā)沉積有機薄膜和陰極;最后對取出的器件做封裝測試。其中,蒸發(fā)沉積有機薄膜是關鍵技術。蒸發(fā)沉積有機薄膜的方法有真空熱蒸鍍法,有機氣相沉淀法,旋涂法和噴墨打印法。

    真空熱蒸鍍

    真空熱蒸鍍是小分子OLED的標準淀積工藝。直到現在,壽命最長的OLED都是由真空熱蒸鍍工藝制成的。正是由于這個原因,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的樣品托上,對準束源,此時,ITO玻璃片相當于靶子,在束源中蒸發(fā)出來的有機分子就是子彈,這里,子彈不能打在靶子中央,而是要均勻地打在靶子上。這個方法有點像把一塊玻璃放到盛有熱水的杯子的杯口處,漸漸會看到玻璃上有一層白霧,不過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,真空腔內有一定的空氣濃度,會有一些氣體分子,當有機分子射出后,部分有機分子會碰撞到氣體分子,如同兩個小球相碰,有機分子會被彈開,改變原來的運動路徑,從而無法擊中ITO玻璃基片。使有機分子沉積到基底上的速率不均勻,易形成不規(guī)則排列,導致缺陷或針孔。與此同時還造成其他麻煩:浪費材料,散射出去的有機分子導致腔體污染,薄膜會有空氣分子雜質等。如果需要更高性能的OLED,就需要超高真空的有機分子束沉積(OMBD)系統,在這種系統中,真空度達到10-6Pa或10-7Pa數量級。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。

    有機氣相淀積

    有機氣相淀積可用來淀積高質量的有機薄膜。該方法比蒸發(fā)熱蒸鍍發(fā)多了一個噴嘴。在有機氣相淀積法中,有機小分子材料置于一個外部單獨的、熱可控的容器中,惰性氣體攜帶蒸發(fā)的有機分子從一個噴口噴出,噴向噴口下方的ITO玻璃基片,有機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量由氣體流速、蒸發(fā)溫度和壓強決定,所以通過精確控制這三個參數,可以較好地控制薄膜的厚度。

    與真空熱蒸鍍相比,有機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,使停產期更短,產量更高,這些都是有機氣相淀積對于傳統真空熱蒸鍍的重要優(yōu)勢。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,在此不再做詳細介紹。

    每種工藝手法都有其優(yōu)缺點,這正是制約大尺寸OLED屏幕發(fā)展的原因之一,目前,大型電子公司中只有一家韓國公司在堅持做OLED,已經到了產業(yè)化階段,市場上也有OLED電視機發(fā)售,但是OLED技術還是有些不成熟,OLED電視機在厚度及色彩方面表現得很好,但是在個別方面表現得不盡如人意,同時由于技術問題,良品率還是較低,導致產品價格較高,所以消費者并不買賬。不過,這家公司為了爭取市場,OLED電視機的價格已經降低了很多。相信隨著科技的發(fā)展,生產大尺寸OLED屏幕的成本會越來越低,其畫面效果會越來越好,OLED屏幕將成為下一代主流顯示技術,進入千家萬戶。做到在LED顯示屏產品上符合高可靠的要求,生產廠家還需要發(fā)更多時間,更多精力去往這方面發(fā)展,我相信,未來的LED顯示屏行業(yè)技術將越來越精湛,發(fā)展將無可限量.

    

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