OLED (diodo emisor de luz orgánica) es una nueva generación de tecnología de pantalla plana que sigue a TFT-LCD (pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada). Tiene las ventajas de una estructura simple, no necesita luz de fondo para autoluminiscencia, alto contraste, grosor fino, amplio ángulo de visión, velocidad de respuesta rápida, se puede utilizar para paneles flexibles y un amplio rango de temperatura de funcionamiento. En 1987, el Dr. CW Tang y otros de Kodak Corporation de los Estados Unidos establecieron componentes OLED y materiales básicos [1]. En 1996, Pioneer of Japan se convirtió en la primera empresa en producir en masa esta tecnología y combinó el panel OLED con la pantalla de audio del automóvil que produjo. En los últimos años, debido a sus perspectivas prometedoras, han surgido equipos de I + D en Japón, Estados Unidos, Europa, Taiwán y Corea del Sur, lo que ha llevado a la madurez de los materiales orgánicos emisores de luz, al vigoroso desarrollo de los fabricantes de equipos y al continuo evolución de la tecnología de procesos.
Sin embargo, la tecnología OLED está relacionada con las industrias maduras actuales de semiconductores, LCD, CD-R o incluso LED en términos de principios y procesos, pero tiene su conocimiento único; por lo tanto, todavía existen muchos cuellos de botella en la producción en masa de OLED. . Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. comenzó a desarrollar tecnologías relacionadas con OLED en 1997 y los paneles OLED producidos en masa con éxito en 2000. Se convirtió en la segunda empresa de paneles OLED producidos en serie en el mundo después de Tohoku Pioneer en Japón; y en 2002 continuó produciendo paneles OLED. Los paneles monocromáticos y de color de área para envíos de exportación se muestran en la Figura 1, y el rendimiento y la producción se han incrementado, convirtiéndolo en el proveedor de paneles OLED más grande del mundo en términos de producción.
En el proceso OLED, el grosor de la capa de película orgánica afectará en gran medida las características del dispositivo. En general, el error de espesor de la película debe ser inferior a 5 nanómetros, lo que es una auténtica nanotecnología. Por ejemplo, el tamaño del sustrato de tercera generación de las pantallas planas TFT-LCD se define generalmente como 550 mm x 650 mm. En un sustrato de este tamaño, es difícil controlar un espesor de película tan preciso. El proceso de sustrato de área y la aplicación de panel de área grande. Actualmente, las aplicaciones OLED son principalmente pequeños paneles de visualización monocromáticos y de color de área, como pantallas principales de teléfonos móviles, pantallas secundarias de teléfonos móviles, pantallas de consolas de juegos, pantallas de audio para automóviles y pantallas de asistente digital personal (PDA). Dado que el proceso de producción en masa de OLED a todo color aún no ha madurado, se espera que los productos OLED a todo color de tamaño pequeño se lancen sucesivamente después de la segunda mitad de 2002. Dado que OLED es una pantalla auto-luminosa, su rendimiento visual es extremadamente excelente en comparación con las pantallas LCD a todo color del mismo nivel. Tiene la oportunidad de cortar directamente productos de gama alta de tamaño pequeño a todo color, como cámaras digitales y reproductores de VCD (o DVD) del tamaño de la palma de la mano. En cuanto a los paneles grandes (13 pulgadas o más), aunque hay un equipo de investigación y desarrollo que muestra muestras, la tecnología de producción en masa aún está por desarrollar.
Los OLED generalmente se dividen en moléculas pequeñas (generalmente llamadas OLED) y macromoléculas (generalmente llamadas PLED) debido a diferentes materiales emisores de luz. Las licencias de tecnología son Eastman Kodak (Kodak) en los Estados Unidos y CDT (Cambridge Display Technology) en el Reino Unido. Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. es una de las pocas empresas que desarrolla simultáneamente OLED y PLED. En este artículo, presentaremos principalmente OLED de moléculas pequeñas. Primero, presentaremos el principio de OLED, luego presentaremos procesos clave relacionados y finalmente presentaremos la dirección de desarrollo actual de la tecnología OLED.
1. Principio de OLED
Los componentes OLED están compuestos de materiales orgánicos de tipo n, materiales orgánicos de tipo p, metal de cátodo y metal de ánodo. Los electrones (huecos) se inyectan desde el cátodo (ánodo), se conducen a la capa emisora de luz (generalmente material de tipo n) a través del material orgánico de tipo n (tipo p) y emiten luz mediante recombinación. En términos generales, ITO se pulveriza sobre un sustrato de vidrio hecho de un dispositivo OLED como ánodo, y luego se depositan secuencialmente un material orgánico de tipo py un cátodo metálico de baja función de trabajo mediante evaporación térmica al vacío. Debido a que los materiales orgánicos interactúan fácilmente con el vapor de agua o el oxígeno, se generan manchas oscuras y los componentes no brillan. Por lo tanto, una vez completado el revestimiento al vacío de este dispositivo, el proceso de envasado debe realizarse en un entorno sin humedad ni oxígeno.
Entre el metal del cátodo y el ánodo ITO, la estructura del dispositivo ampliamente utilizada generalmente se puede dividir en 5 capas. Como se muestra en la Figura 2, desde el lado cercano al ITO, son: capa de inyección de orificios, capa de transporte de orificios, capa emisora de luz, capa de transporte de electrones y capa de inyección de electrones. Con respecto a la historia de la evolución de los dispositivos OLED, el dispositivo OLED publicado por primera vez por Kodak en 1987 está compuesto por dos capas de materiales orgánicos, una capa de transporte de huecos y una capa de transporte de electrones. La capa de transporte de huecos es un material orgánico de tipo p, que se caracteriza por una mayor movilidad de huecos, y su orbital de molécula ocupada más alta (HOMO) está más cerca de ITO, lo que permite que los huecos se transfieran desde la barrera de energía de ITO inyectada a la capa orgánica esta reducido.
En cuanto a la capa de transporte de electrones, es un material orgánico de tipo n, que se caracteriza por una alta movilidad de los electrones. Cuando los electrones viajan desde la capa de transporte de electrones a la interfaz del agujero y la capa de transporte de electrones, el orbital molecular no ocupado más bajo de la capa de transporte de electrones El orbital de molécula desocupada más bajo (LUMO) es mucho más alto que el LUMO de la capa de transporte de huecos . Es difícil para los electrones cruzar esta barrera de energía para entrar en la capa de transporte de huecos y son bloqueados por esta interfaz. En este momento, los huecos se transfieren desde la capa de transporte de huecos a la vecindad de la interfaz y se recombinan con electrones para generar excitones (Exciton), y Exciton libera energía en forma de emisión de luz y emisión no luminosa. En términos de un sistema de material de fluorescencia general, solo el 25% de los pares de electrones y huecos se recombinan en forma de emisión de luz según el cálculo de la selectividad (regla de selección), y el 75% restante de la energía es el resultado de liberación de calor. Forma disipada. En los últimos años, los materiales de fosforescencia (fosforescencia) se están desarrollando activamente para convertirse en una nueva generación de materiales OLED [2], estos materiales pueden romper el límite de selectividad para aumentar la eficiencia cuántica interna a casi el 100%.
En el dispositivo de dos capas, el material orgánico de tipo n, la capa de transporte de electrones, también se utiliza como capa emisora de luz, y la longitud de onda emisora de luz está determinada por la diferencia de energía entre HOMO y LUMO. Sin embargo, una buena capa de transporte de electrones, es decir, un material con alta movilidad de electrones, no es necesariamente un material con una buena eficiencia de emisión de luz. Por lo tanto, la práctica general actual es dopar (dopar) pigmentos orgánicos de alta fluorescencia para el transporte de electrones. La parte de la capa cercana a la capa de transporte de huecos, también conocida como capa emisora de luz [3], tiene una relación de volumen de aproximadamente 1% a 3%. El desarrollo de la tecnología de dopaje es una tecnología clave que se utiliza para mejorar la tasa de absorción cuántica de fluorescencia de las materias primas. Generalmente, el material seleccionado es un tinte con alta tasa de absorción cuántica de fluorescencia (tinte). Dado que el desarrollo de colorantes orgánicos se originó a partir de láseres de colorante en las décadas de 1970 a 1980, el sistema de materiales está completo y la longitud de onda de emisión puede cubrir toda la región de luz visible. La banda de energía del tinte orgánico dopado en el dispositivo OLED es pobre, generalmente más pequeña que la banda de energía del anfitrión (Host), para facilitar la transferencia de energía excitónica del anfitrión al dopante (Dopant). Sin embargo, debido a que el dopante tiene una pequeña banda de energía y actúa como una trampa en términos eléctricos, si la capa de dopante es demasiado gruesa, el voltaje de activación aumentará; pero si es demasiado delgado, la energía se transferirá del huésped al dopante. La relación empeorará, por lo que se debe optimizar el grosor de esta capa.
El material metálico del cátodo utiliza tradicionalmente un material metálico (o aleación) con baja función de trabajo, como la aleación de magnesio, para facilitar la inyección de electrones desde el cátodo a la capa de transporte de electrones. Además, una práctica común es introducir una capa de inyección de electrones. Está compuesto por un haluro u óxido metálico muy delgado de baja función de trabajo, como LiF o Li2O, que puede reducir en gran medida la barrera de energía entre el cátodo y la capa de transporte de electrones [4] y reducir el voltaje de activación.
Dado que el valor HOMO del material de la capa de transporte de huecos sigue siendo diferente al de ITO, además, después de una operación prolongada, el ánodo de ITO puede liberar oxígeno y dañar la capa orgánica para producir manchas oscuras. Por lo tanto, se inserta una capa de inyección de orificios entre el ITO y la capa de transporte de orificios, y su valor HOMO está justo entre el ITO y la capa de transporte de orificios, lo que favorece la inyección de orificios en el dispositivo OLED, y las características de la película pueden bloquear el ITO. El oxígeno ingresa al elemento OLED para extender la vida útil del elemento.
2. Método de conducción OLED
El método de conducción de OLED se divide en conducción activa (conducción activa) y conducción pasiva (conducción pasiva).
1) Unidad pasiva (PM OLED)
Se divide en circuito de accionamiento estático y circuito de accionamiento dinámico.
⑴ Método de conducción estática: en un dispositivo de visualización de emisión de luz orgánica accionado estáticamente, generalmente los cátodos de cada píxel de electroluminiscencia orgánica se conectan y dibujan juntos, y los ánodos de cada píxel se dibujan por separado. Este es el método de conexión de cátodo común. Si desea que un píxel emita luz, siempre que la diferencia entre el voltaje de la fuente de corriente constante y el voltaje del cátodo sea mayor que el valor luminoso del píxel, el píxel emitirá luz bajo el impulso de la fuente de corriente constante. Si un píxel no emite luz, conecte su ánodo a un voltaje negativo, se puede bloquear a la inversa. Sin embargo, pueden producirse efectos cruzados cuando la imagen cambia mucho. Para evitarlo, debemos adoptar la forma de comunicación. El circuito de conducción estática se utiliza generalmente para impulsar la pantalla de segmento.
⑵ Modo de conducción dinámica: en los dispositivos de visualización de emisión de luz orgánica impulsados dinámicamente, las personas convierten los dos electrodos del píxel en una estructura matricial, es decir, los electrodos de la misma naturaleza del grupo horizontal de píxeles de visualización se comparten y el vertical el grupo de píxeles de la pantalla es el mismo. El otro electrodo de la naturaleza se comparte. Si el píxel se puede dividir en N filas y M columnas, puede haber N electrodos de fila y M electrodos de columna. Las filas y columnas corresponden respectivamente a los dos electrodos del píxel emisor de luz. A saber, el cátodo y el ánodo. En el proceso de conducción del circuito real, para iluminar los píxeles fila por fila o para iluminar los píxeles columna por columna, generalmente se adopta el método de escaneo fila por fila, y los electrodos de columna son los electrodos de datos en el escaneo de fila. El método de implementación es: aplicar cíclicamente pulsos a cada fila de electrodos y, al mismo tiempo, todos los electrodos de columna dan impulsos de corriente impulsora de los píxeles de la fila, para realizar la visualización de todos los píxeles de una fila. Si la fila ya no está en la misma fila o en la misma columna, el voltaje inverso se aplica a los píxeles para evitar el "efecto cruzado". Este escaneo se realiza fila por fila, y el tiempo necesario para escanear todas las filas se denomina período de trama.
El tiempo de selección de cada fila en un marco es igual. Suponiendo que el número de líneas de exploración en una trama es N y el tiempo para explorar una trama es 1, entonces el tiempo de selección ocupado por una línea es 1 / N del tiempo de una trama. Este valor se llama coeficiente del ciclo de trabajo. Bajo la misma corriente, un aumento en el número de líneas de escaneo reducirá el ciclo de trabajo, lo que provocará una disminución efectiva en la inyección de corriente en el píxel de electroluminiscencia orgánica en un cuadro, lo que reducirá la calidad de visualización. Por lo tanto, con el aumento de píxeles de la pantalla, para garantizar la calidad de la pantalla, es necesario aumentar adecuadamente la corriente de excitación o adoptar un mecanismo de electrodo de pantalla dual para aumentar el coeficiente del ciclo de trabajo.
Además del efecto cruzado debido a la formación común de electrodos, el mecanismo de los portadores de carga positiva y negativa recombinados para formar una emisión de luz en pantallas orgánicas electroluminiscentes crea dos píxeles emisores de luz cualesquiera, siempre que cualquier tipo de película funcional que componga su la estructura está conectada directamente entre sí Sí, puede haber diafonía entre los dos píxeles emisores de luz, es decir, un píxel emite luz y el otro píxel también puede emitir una luz débil. Este fenómeno se debe principalmente a la escasa uniformidad del espesor de la película orgánica funcional y al escaso aislamiento lateral de la película. Desde la perspectiva de la conducción, para aliviar esta diafonía desfavorable, la adopción del método de corte inverso también es un método eficaz en una línea.
Pantalla con control de escala de grises: La escala de grises del monitor se refiere al nivel de brillo de las imágenes en blanco y negro de negro a blanco. Cuantos más niveles de gris, más rica será la imagen de negro a blanco y más claros serán los detalles. La escala de grises es un indicador muy importante para la visualización y coloración de imágenes. Generalmente, las pantallas utilizadas para la visualización en escala de grises son en su mayoría pantallas de matriz de puntos, y su conducción es principalmente dinámica. Varios métodos para lograr el control de escala de grises son: método de control, modulación de escala de grises espacial y modulación de escala de grises de tiempo.
2) Unidad activa (AM OLED)
Cada píxel de la unidad activa está equipado con un transistor de película delgada de poli-Si de baja temperatura (LTP-Si TFT) con una función de conmutación, y cada píxel está equipado con un condensador de almacenamiento de carga, y el circuito de conducción periférico y la matriz de visualización están integrados en todo el sistema Sobre el mismo sustrato de vidrio. La estructura de TFT es la misma que la de LCD y no se puede utilizar para OLED. Esto se debe a que la pantalla LCD utiliza una unidad de voltaje, mientras que OLED se basa en una unidad de corriente y su brillo es proporcional a la cantidad de corriente. Por lo tanto, además del TFT de selección de dirección que realiza la conmutación de ENCENDIDO / APAGADO, también requiere una resistencia de encendido relativamente baja que permita que pase suficiente corriente. TFT de conducción baja y pequeña.
La conducción activa es un método de conducción estático con efecto memoria y se puede conducir al 100% de carga. Esta conducción no está limitada por el número de electrodos de exploración, y cada píxel se puede ajustar de forma selectiva de forma independiente.
La unidad activa no tiene problemas de ciclo de trabajo y la unidad no está limitada por el número de electrodos de escaneo, y es fácil lograr un alto brillo y una alta resolución.
La conducción activa puede ajustar e impulsar de forma independiente el brillo de los píxeles rojos y azules, lo que es más propicio para la realización de la coloración OLED.
El circuito de conducción de la matriz activa está oculto en la pantalla de visualización, lo que facilita la integración y la miniaturización. Además, debido a que se resuelve el problema de conexión entre el circuito de control periférico y la pantalla, esto mejora el rendimiento y la confiabilidad hasta cierto punto.
3) Comparación entre activo y pasivo
Activo pasivo
Emisión de luz instantánea de alta densidad (accionamiento dinámico / selectivo) Emisión de luz continua (accionamiento de estado estable)
Chip IC adicional fuera del diseño del circuito de unidad TFT del panel / IC de unidad de película delgada incorporado
Escaneo paso a paso de línea Borrado paso a paso de línea de datos
Fácil control de gradación. Los píxeles de imagen EL orgánicos se forman sobre el sustrato TFT.
Variador de bajo costo / alto voltaje Variador de bajo voltaje / bajo consumo de energía / alto costo
Cambios de diseño sencillos, tiempo de entrega corto (fabricación simple), larga vida útil de los componentes emisores de luz (proceso de fabricación complejo)
Unidad de matriz simple + OLED LTPS TFT + OLED
2. Las ventajas y desventajas de OLED
1) Ventajas de OLED
(1) El grosor puede ser inferior a 1 mm, que es solo 1/3 de la pantalla LCD, y el peso es más ligero;
(2) El cuerpo sólido no tiene material líquido, por lo que tiene una mejor resistencia a los golpes y no teme caer;
(3) Casi no hay problema con el ángulo de visión, incluso cuando se ve en un ángulo de visión grande, la imagen aún no se distorsiona;
(4) El tiempo de respuesta es una milésima parte del de la pantalla LCD, y no habrá ningún fenómeno de borrosidad al mostrar imágenes en movimiento;
(5) Buenas características de baja temperatura, todavía puede mostrarse normalmente a menos 40 grados, pero la pantalla LCD no puede hacerlo;
(6) El proceso de fabricación es simple y el costo es menor;
(7) La eficiencia luminosa es mayor y el consumo de energía es menor que el de la pantalla LCD;
(8) Se puede fabricar sobre sustratos de diferentes materiales y se puede convertir en pantallas flexibles que se pueden doblar.
2.) Desventajas de OLED
(1) La vida útil es generalmente de solo 5000 horas, que es menor que la vida útil de la pantalla LCD de al menos 10,000 horas;
(2) No se puede lograr la producción en masa de pantallas de gran tamaño, por lo que actualmente solo es adecuado para productos digitales portátiles;
(3) Existe un problema de pureza de color insuficiente y no es fácil mostrar colores brillantes y ricos.
3. Procesos clave relacionados con OLED
Pretratamiento de sustrato de óxido de indio y estaño (ITO)
(1) Planitud de la superficie ITO
ITO se ha utilizado ampliamente en la fabricación de paneles de visualización comerciales. Tiene las ventajas de alta transmitancia, baja resistividad y alta función de trabajo. En términos generales, el ITO fabricado mediante el método de pulverización catódica de RF es susceptible a factores de control de proceso deficientes, lo que da como resultado una superficie irregular, que a su vez produce materiales afilados o protuberancias en la superficie. Además, el proceso de calcinación y recristalización a alta temperatura también producirá una capa sobresaliente con una superficie de aproximadamente 10 ~ 30 nm. Los caminos formados entre las partículas finas de estas capas desiguales proporcionarán oportunidades para que los agujeros se disparen directamente al cátodo, y estos caminos intrincados aumentarán la corriente de fuga. Generalmente, existen tres métodos para resolver el efecto de esta capa superficial: Uno es aumentar el grosor de la capa de inyección del orificio y la capa de transporte del orificio para reducir la corriente de fuga. Este método se utiliza principalmente para PLED y OLED con una capa de agujero grueso (~ 200 nm). El segundo es reprocesar el vidrio ITO para suavizar la superficie. El tercero es utilizar otros métodos de recubrimiento para suavizar la superficie (como se muestra en la Figura 3).
(2) Aumento de la función de trabajo de ITO
Cuando se inyectan orificios en HIL desde ITO, una diferencia de energía potencial demasiado grande producirá una barrera Schottky, lo que dificulta la inyección de los orificios. Por lo tanto, cómo reducir la diferencia de energía potencial de la interfaz ITO / HIL se convierte en el foco del pretratamiento de ITO. Generalmente, utilizamos el método O2-Plasma para aumentar la saturación de átomos de oxígeno en ITO para lograr el propósito de aumentar la función de trabajo. La función de trabajo de ITO después del tratamiento con O2-Plasma se puede aumentar de 4.8eV original a 5.2eV, que está muy cerca de la función de trabajo de HIL.
① Agregar electrodo auxiliar
Dado que el OLED es un dispositivo de accionamiento de corriente, cuando el circuito externo es demasiado largo o demasiado delgado, se producirá una caída de voltaje grave en el circuito externo, lo que hará que la caída de voltaje en el dispositivo OLED disminuya, lo que resultará en una disminución en la intensidad luminosa del panel. Debido a que la resistencia ITO es demasiado grande (10 ohmios / cuadrado), es fácil provocar un consumo de energía externo innecesario. Agregar un electrodo auxiliar para reducir el gradiente de voltaje se convierte en una forma rápida de aumentar la eficiencia luminosa y reducir el voltaje de conducción. El metal de cromo (Cr: cromo) es el material más utilizado para los electrodos auxiliares. Tiene las ventajas de una buena estabilidad a los factores ambientales y una mayor selectividad a las soluciones de grabado. Sin embargo, su valor de resistencia es de 2 ohmios / cuadrado cuando la película es de 100 nm, lo que sigue siendo demasiado grande en algunas aplicaciones. Por lo tanto, el metal de aluminio (Al: Aluminio) (0.2 ohmios / cuadrado) tiene un valor de resistencia más bajo con el mismo espesor. ) Se convierte en otra mejor opción para electrodos auxiliares. Sin embargo, la alta actividad del aluminio metálico también lo convierte en un problema de fiabilidad; por lo tanto, se han propuesto metales auxiliares multicapa, como: Cr / Al / Cr o Mo / Al / Mo.Sin embargo, dichos procesos aumentan la complejidad y el costo, por lo que la elección del material del electrodo auxiliar se ha convertido en uno de los puntos clave en el proceso OLED.
② Proceso de cátodo
En un panel OLED de alta resolución, el cátodo fino está separado del cátodo. El método general utilizado es el enfoque de estructura en forma de hongo, que es similar a la tecnología de desarrollo de fotorresistencia negativa de la tecnología de impresión. En el proceso de revelado de fotorresistencia negativa, muchas variaciones del proceso afectarán la calidad y el rendimiento del cátodo. Por ejemplo, resistencia de volumen, constante dieléctrica, alta resolución, alta Tg, baja pérdida de dimensión crítica (CD) e interfaz de adhesión adecuada con ITO u otras capas orgánicas.
③ Paquete
(1) Material absorbente de agua
Generalmente, el ciclo de vida de un OLED se ve afectado fácilmente por el vapor de agua y el oxígeno circundantes y se reduce. Hay dos fuentes principales de humedad: una es la penetración en el dispositivo a través del entorno externo y la otra es la humedad absorbida por cada capa de material en el proceso OLED. Para reducir la entrada de vapor de agua en el componente o eliminar el vapor de agua absorbido por el proceso, la sustancia más utilizada es el Desecante. El desecante puede usar adsorción química o adsorción física para capturar moléculas de agua que se mueven libremente para lograr el propósito de eliminar el vapor de agua en el componente.
(2) Desarrollo de procesos y equipos
El proceso de envasado se muestra en la Figura 4. Para colocar el desecante en la placa de cubierta y unir suavemente la placa de cubierta al sustrato, debe llevarse a cabo en un entorno de vacío o la cavidad se llena con un gas inerte, como como nitrógeno. Vale la pena señalar que cómo hacer que el proceso de conexión de la placa de cubierta y el sustrato sea más eficiente, reducir el costo del proceso de empaque y reducir el tiempo de empaque para lograr la mejor tasa de producción en masa, se ha convertido en los tres objetivos principales del desarrollo de procesos de envasado y tecnología de equipos.
Nuestro otro producto:
