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自1987年Tang等首次制成低壓直流驅動的有機電致發光顯示器(OLED)[1]以來，其性能得到長足進步。現在OLED已從實驗室走進了生產廠房，各種單色、全彩的器件應用于手機、MP3等便攜式數碼產品上，其批量制造工藝日臻完善。而目前實現全彩OLED的顯示技術主要有：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技術已經投入了大量的研究開發，并實現了部分商品化。 OLED全彩化技術 實現OLED彩色化的主要方法有三種(如圖1所示)：RGB三色排列發光法、白光OLED[3]+CF法、藍光+色變換層(CCF)法[4]。 目前OLED量產化中采用較多的是RGB三色排列發光技術，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發光材料的不同，發光材料的衰減周期不同，導致了RGB三基色壽命長短不一、三基色色彩飽和度間的差異和解像度高低的不同。 白光+CF法制造工藝相對簡單，白光OLED技術和現已在液晶應用上已非常成熟的CF[5]技術結合起來，被認為是較容易和較經濟的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，沒有色彩失真的現象。制程上則不需要考慮屏蔽對位的問題，并增加了畫面精細度，回避了OLED的RGB三色排列發光法生產過程中的種種困難，把難題轉移到已經相對成熟的CF上，簡化了生產制程，從而使投資減小，使經濟和性能良好的彩色OLED的實現成為可能。 藍光+色變換層法是以制備藍光為發光主體，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。但該方法的缺點是需要發光效率和色彩度都好的藍光，目前還未進入到生產化階段。 OLED器件除了ITO陽極，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表面上通過真空蒸發方式依次沉積的[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說，對整個液晶顯示器的質量沒有太大的直接影響;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可以對其表面進行一定程度的修飾，并進行拋光處理，整個CF表面仍有一定程度不均勻性，很難滿足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，那么電流驅動的OLED器件中的有機層和金屬電極都將會發生電化學反應而產生劇烈變化，結果是器件迅速老化，因此OLED防潮問題比LCD嚴重得多。對于CF來說，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阻隔來自ITO層下面的有機層上所脫出的水氣。這對應用于OLED的CF制造技術又是一個新的課題。 實驗結果與討論 將RGB三色排列的矩陣基板和CF基板按照同樣生產流程進行清洗、光刻、刻蝕等光刻工藝，達到生產標準進入鍍膜工藝，對兩種類型的基板按照其相應生產工藝分別制作實現彩色化RGB三色排列的器件和白光器件，進行老化過程后再進行光電參數特性的比較。各器件鍍膜工藝如下，材料均為作為生產使用所購置的商品化量產材料。 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設備：清洗，涂膠，曝光，顯影，刻蝕，脫膜等工藝流程。并分別進行UV Ozone紫外臭氧處理;真空條件下RF plasma O2處理。有機材料蒸發速率為0.1~0.5nm/s不等，陰極蒸發速率為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顯示器件進行光電性能參數的測試;同時對兩者的ITO基板和CF基板表面進行表面平整度的測試。然而在進行測試過程當中，發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，而且隨著點亮和存儲時間的增加，器件表面出現的黑點越來越多，也越來越大;從最初的小黑點缺陷到后來的黑洞直至占到整個發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的器件還沒有明確的標準來限定，而對于一般的顯示器件來說，例如液晶顯示器件，瑕疵的定義：“在工作或非工作的狀態下，有效屏幕上的缺陷即為屏幕瑕疵。”其中對瑕疵的大小長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品。 而RGB三色排列的OLED器件經過點亮測試以及存儲的過程中，并沒有出現上述嚴重的黑點瑕疵。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。 ·兩者的發光層的結構有所區別：一個是RGB并列蒸鍍，一個B+O疊加蒸鍍。然而使用的這些有機材料都是經過測試合格的同一家供應商提供，且通過了各自的壽命穩定性測試，并沒有發現類似的黑點瑕疵情況。可以基本排出該原因。 ·兩者使用的基板有所區別：一個是鍍有金屬電極和ITO薄膜基板，一個是CF鍍上ITO薄膜的基板。 在隨后對這兩種不同基板進行表面粗糙度的AFM測試中，發現了引起黑點瑕疵的主要原因(圖4，圖5)。 在AFM- SPA-400的測試下，可以觀察到，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。在基板表面遍布著有機薄膜厚度一半的尖峰(Spike)，其表面的形態會直接影響到有機層的表面結構。那么會導致OLED器件的陽極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降低器件結構的穩定，也是形成壞點和性能低下的一個因素。 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器件的性能有著很大的影響。器件完成后的I-V測試，用來測試基于基板是不同材質的CF和ITO基板上的器件，而且其結構也不同，他們的I-L沒有辦法作比較。但CF基板有著比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，所以表面形態和OLED器件的漏電流有著直接的聯系。因為ITO表面的粗糙引尖峰會成為漏電流的途徑。存在的異物等突起，會使這些部位電流密度增高，漏電流加大，功耗增加，嚴重時造成局部短路，產生黑點，結果是顯示器的發光效率降低、壽命縮短，甚至因出現嚴重黑點而報廢。 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表面沒有提過如此嚴格的要求，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器件會由于ITO基板表面的粗糙引起的器件像素區域出現黑點，漏電流過大，壽命較短等一系列的問題。 結論 對于將CF應用于OLED全彩化顯示的技術，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，目前業內還沒有滿意的解決方案。以上這些ITO薄膜的粗糙不平屬于納米級別的不平問題，灰塵和針孔等缺陷引起的凸凹不平將引起更嚴重的問題，屬于微米級別的不平問題，所以必須嚴格控制各種灰塵和針眼等缺陷。因此，對于OLED的材料開發也提出了新的課題，同時也需要對OLED的器件結構的改進。 |
