柔性顯示實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之OLED技術(shù)

OLED具有自發(fā)光、低功耗、響應(yīng)速度快、視角寬、分辨力高、寬溫度特性、高亮度、高對(duì)比度、抗振性能好、耗等性能，并且抗彎曲能力強(qiáng)，非常適合作柔性顯示器件。OLED適用于對(duì)顯示效果要求高的便攜產(chǎn)品及軍事等特殊領(lǐng)域。

1.1技術(shù)原理

OLED是基于有機(jī)材料的一種電流型半導(dǎo)體發(fā)光器件，由錮錫氧化物半導(dǎo)體薄膜(indium Tin Oxides, ITO)透明電極、空穴傳輸層、有機(jī)發(fā)光層、電子傳輸層、電極層組成。原理是用ITO和金屬電極分別作為器件的陽(yáng)極和陰極，在一定電壓驅(qū)動(dòng)下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經(jīng)過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇，形成激子使發(fā)光分子激發(fā)，經(jīng)過輛射發(fā)出可見光.OLED用紅、藍(lán)、綠像素并置法、轉(zhuǎn)換法(Color Conversion Method, CCM)、白光加彩色濾光片法、微共振腔調(diào)色法和多層堆疊法來實(shí)現(xiàn)彩色化。結(jié)構(gòu)如下圖1所示:

OLED的襯底材料主要有超薄玻璃、金屬箔片和聚合物。當(dāng)玻璃厚度下降到50-200 μm時(shí)能夠彎曲，但是要達(dá)到任意彎折的柔性仍有一定距離，同時(shí)薄玻璃在應(yīng)用中很容易破裂，增加了制備的難度。相對(duì)于玻璃來說，聚合物和金屬薄片都具有較好的柔韌性，在應(yīng)用上更符合柔性顯示器的性能需求。聚合物襯底的水氧阻隔能力和在高溫下的穩(wěn)定性都不好，因此制備聚合物襯底的OLED，其關(guān)鍵問題在于提高聚合物襯底對(duì)水氧的阻隔能力，提高聚合物襯底的熱穩(wěn)定性或者開發(fā)低溫沉積工藝，以及改善在低溫下沉積的ITO薄膜的性能，開發(fā)新材料導(dǎo)電薄膜解決粘附層間問題和OLED器件的封裝來隔水隔氧。與聚合物襯底相比，金屬襯底耐高溫制程，熱膨脹系數(shù)更接近玻璃;具備良好的阻水、阻氧的性能;成本低廉且獲取方便，不需要水氧阻隔層的制備，實(shí)際應(yīng)用成本有望比聚合物更低.但是，由于金屬襯底具有不透光和表而粗糙的缺點(diǎn)，在金屬襯底上制備FOLED重點(diǎn)需要解決以下技術(shù)難點(diǎn):①高平整度的柔性金屬襯底開發(fā)及在襯底上高反射率陽(yáng)極的制備工藝;②開發(fā)性能穩(wěn)定的半透明陰極技術(shù);③高效的頂發(fā)光有機(jī)發(fā)光器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，特別是有機(jī)層厚度的優(yōu)化與控制。OLED按所使用的載流子傳輸層和發(fā)光層有機(jī)薄膜材料的不同，分為兩種不同的技術(shù)類型:一種是以有機(jī)染料和顏料為發(fā)光材料的小分子聚合物OLED,另一種是以共扼高分子為發(fā)光材料的PLED(高分子聚合物OLED)。目前研究表明，PLED十分適合用于柔性顯示，采用Int-Jet(噴墨)印刷，涂布有機(jī)材料物質(zhì)，不需薄膜制程、真空裝置，元件構(gòu)成只有2層，投資成本低，但是其噴墨技術(shù)的墨滴均一化及RGB三基色定位精度不易控制，影響全彩化產(chǎn)品進(jìn)程，壽命與產(chǎn)品良率也有待提高。OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)方式依驅(qū)動(dòng)方式可分為被動(dòng)式(Passive Matrix OLED, PMOLED)與主動(dòng)式(Active MatrixOLED, AMOLED)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。PMOLED是屬于電流驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，馭動(dòng)電流決定灰階，應(yīng)用在小尺寸產(chǎn)品上。AMOLED在一個(gè)OLED單元(即像素)后面都有一組薄膜晶體管和電容器，形成一個(gè)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Thin Film Transistor,TFT)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)像素都可以在控制芯片的操作下驅(qū)動(dòng)TFT的激發(fā)像素點(diǎn)，這種方式能獲得極速的響應(yīng)時(shí)間而且省電，顯示效果好，適合大屏幕全彩色OLED的需要.為更好的滿足柔性顯示，目前正開發(fā)一種新型的OTFT(有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，這種晶體管有更好的柔性，與聚合物襯底的熱脹系數(shù)相差不大，適合低溫工藝，可采用噴墨印刷技術(shù)批量生產(chǎn)，降低了成本.

1.2 OLED用于柔板顯示的優(yōu)點(diǎn)

(1)超薄、質(zhì)輕 與當(dāng)前市場(chǎng)上的液晶顯示及其它顯示器件相比，超薄塑料或金屬薄片顯示基板賦予了OLED顯示器件超薄和質(zhì)輕的特性，因此，手機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、壁掛式電視以及其它含有顯示器的產(chǎn)品都可以變得更小、更輕。

(2)耐用、抗沖擊 玻璃的易碎性是當(dāng)前傳統(tǒng)顯示器件共同遇到的問題，由于柔性電致發(fā)光顯示器件采用的基板是塑料或者金屬薄片，從本質(zhì)上消除了玻璃易碎的問題，更加耐用、安全。

(3)低成本 目前傳統(tǒng)顯示器件的制備工藝都是分階段的，過程非常復(fù)雜，而柔性電致發(fā)光顯示器件的制備工藝就像造紙一樣，有望批量生產(chǎn)，降低成本.

1.3技術(shù)難點(diǎn)

OLED顯示的重要問題是減少水蒸氣和氧氣向器件內(nèi)部的滲透。大部分塑料襯底都沒有足夠能力充分阻擋外界雜質(zhì)液體和氣體的侵入，當(dāng)暴露在水和氧氣中時(shí)，器件的光電特性就會(huì)急劇衰退。其衰退老化機(jī)理涉及金屬陰極與發(fā)光層間的剝離和有機(jī)膜層內(nèi)的化學(xué)變化。與玻璃的性質(zhì)相比，市售的塑料襯底材料對(duì)水汽和氧氣的隔離及對(duì)器件防老化的保護(hù)作用不夠理想，無法滿足在視頻亮度下連續(xù)工作超過10000h的市售顯示器壽命的要求.另外塑料襯底的平整性通常比玻璃襯底的差，襯底表面的“突起”會(huì)給膜層結(jié)構(gòu)帶來缺陷，損壞器件。并且，大部分柔性襯底的熔點(diǎn)都很低，即使在較低溫度下，塑料在尺寸上也不穩(wěn)定，從而使其很難精確地整齊排列組成OLED器件的多層結(jié)構(gòu)。

柔性O(shè)LED器件在材料壽命、驅(qū)動(dòng)、亮度、彩色化和柔性等方面均有較大的進(jìn)展，但其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程低，其原因主要是壽命問題和高效率問題還未徹底解決。而要解決這些問題，還需靠在器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與材料合成、實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)與加工、驅(qū)動(dòng)與封裝技術(shù)等多方而的共同努力。對(duì)于OLED的基礎(chǔ)研究主要集中在提高器件的效率和壽命等性能以及尋找新的、改進(jìn)的材料上。