OLED制程介绍(二)

OLED的制备工艺

OLED因其构造简单,所以生产流程不像LCD制造程序那样繁复。但由于现今OLED制程设备还在不断改良阶段,并没有统一标准的量产技术,而主动与被动驱动以及全彩化方法的不同都会影响OLED的制程和机组的设计。但是,整个生产过程需要洁净的环境和配套的工艺和设备。改善器件的性能不仅要从构成器件的基础,即材料的化学结构入手,提高材料性能和丰富材料的种类;还要深入了解器件的物理过程和内部的物理机制,有针对性地改进器件的结构以提高器件的性能。两者相辅相成,不断推进OLED技术的发展。



ITO基板预处理工艺
首先需要准备导电性能好和透射率高的导电玻璃,通常使用ITO玻璃。高性能的ITO玻璃加工工艺比较复杂,市面上可以直接买到。ITO作为电极,需要特定的形状、尺寸和图案来满足器件设计的要求,可委托厂家按要求进行切割和通过光刻形成图案,也可在实验室自己进行ITO玻璃的刻蚀,得到所需的基片和电极图形。基片表面的平整度、清洁度都会影响有机薄膜材料的生长情况和OLED性能,必须对ITO表面进行严格清洗。
常用的ITO薄膜表面预处理方法为:化学方法(酸碱处理)和物理方法(O2等离子体处理、惰性气体溅射)。

酸碱处理
固体表面的结构和组成都与内部不同,处于表面的原子或离子表现为配位上的不饱和性,这是由于形成固体表面时被切断的化学键造成的。正是由于这一原因,固体表面极易吸附外来原子,使表面产生污染。因环境空气中存在大量水份,所以水是固体表面最常见的污染物。
由于金属氧化物表面被切断的化学键为离子键或强极性键,易与极性很强的水分子结合,因此,绝大多数金属氧化物的清洁表面,都是被水吸附污染了的。
在多数情况下,水在金属氧化物表面最终解离吸附生成OH-及H+,其吸附中心分别为表面金属离子以及氧离子。根据酸碱理论,M+是酸中心,O-是碱中心,此时水解离吸附是在一对酸碱中心进行的。
在对ITO表面的水进行解离之后,再使用酸碱处理ITO金属氧化物表面时,酸中的H+、碱中的OH-分别被碱中心和酸中心吸附,形成一层偶极层,因而改变了ITO表面的功函数。

成膜技术
制备OLED材料包括有机小分子、高分子聚合物、金属及合金等。大部分有机小分子薄膜通过真空热蒸镀来制备,可溶性有机小分子和聚合物薄膜可通过更为简单、快速和低成本的溶液法制备,先后开发出了旋涂法、喷涂法、丝网印刷、激光转印等技术。金属及合金薄膜通常采用真空热蒸镀来制备,为了实现全溶液法制备OLED,也开发了基于液态金属如导电银浆刷涂的溶液制备方法。

真空热蒸镀
传统热蒸镀的真空度大致在10-4 Pa以上,真空度越高,形成薄膜的缺陷越少,膜中材料纯度越高。有机材料在真空下加热,依材料特性不同,有些材料会先液化再气化,有些则直接升华,然后以一定的初始速度脱离材料表面向外飞散,运动到ITO表面,冷却沉积下来形成一层薄膜。如果真空度低于10-4 Pa,真空腔内充斥着水分子、氧分子和其他杂质气体在蒸发过程中与有机小分子材料相互碰撞,将严重降低成膜质量,甚至使器件性能降低乃至失效。在OLED研究初期,一般使用机械泵、分子泵联动的两级抽真空系统保证高真空度。近年来,在分子泵之后用溅射离子泵可抽到超高真空来制备高性能OLED。检测腔体真空度的设备有两种:用于测量0.1 Pa以下低真空的热传导真空规,即热偶规和电阻规,用于测量0.1 Pa以上高真空的电离规。功能层的厚度用振荡晶片检测,有机材料的蒸镀速率一般为0.5~2 Å/s;金属的蒸镀速率一般为2~5 Å/s,厚度为80~100 nm。





阴极工艺
传统的阴极制备方法是将固体块状、条状或丝状银、镁、铝等金属通过真空热蒸镀搭配金属掩膜板得到所需薄膜图形。近年来,由于制备工艺简单、设备成本低,快速发展的湿法制备技术正不断向产业化方向的大规模生产迈进。要实现全湿法制备OLED,阴极的湿法制备工艺需要紧跟有机功能层湿法制备的发展步伐。经过配置墨水、成膜和后处理得到的阴极导电率正逐步逼近真空蒸镀阴极的水平。其中,银纳米颗粒是湿法制备电极的研究热点。

封装技术
提高OLED的寿命达到商业化水平是实现OLED产业化发展的关键问题之一,而水氧和灰尘接触电极甚至有机层会导致OLED的电极出现气泡,工作状态下发光区域出现黑斑,加速器件老化,降低OLED的稳定性。通过器件封装隔绝水氧和灰尘是提高OLED寿命的有效途径。目前常用的封装技术有玻璃或金属盖板封装、薄膜封装、铟封接、熔块熔接密封等。传统的盖板封装是在充满惰性气体的手套箱内,用环氧树脂紫外固化胶将玻璃基板和玻璃或金属盖板粘接,从而将夹在盖板、基板间的有机层和电极密封,隔绝外界大气中的氧气、水汽和灰尘。为了防止密封环境中仍残留少量水氧,可提前加入干燥剂。薄膜封装是采用一定的薄膜沉积技术制备保护层来替代盖板加密封胶的组合。目前薄膜封装包括无机薄膜封装、有机薄膜封装以及有机/无机交替的复合薄膜封装等。铟封接是电真空器件工业中常用的一种软金属真空封接方法,主要用于连接玻璃、陶瓷等材料来完成对器件的密封。铟具有熔点低、塑性好等特点,使铟封接具有许多优势,如封接温度低、兼容性好、封接应力小、精度高等。目前铟封接应用于OLED的封接还处于探索阶段。熔块熔接密封在OLED的封接中得到越来越广泛的应用,是在底层基板上制作OLED像素阵列,在顶层基板上制作面积相当的不透明的熔块层,随后将顶层基板和底层基板面对面放置,中间留有空隙,最后用激光或红外射线通过掩膜板定点照射熔块密封部件,使其熔融连接熔块层和底层基板,同时环状包围电致发光阵列。熔块密封部件再固化后与熔块层以及底层基板形成密封区域,将其中的发光阵列保护。

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