数字图像讲稿

7、OLED的发光过程可以分为以下5个阶段：1.载流子注入：对器件加一定的电压，电子从阴极注入，空穴从阳极注入。2.载流子迁移：电子和空穴向发光层迁移。3.载流子复合：发光层中的电子和空穴复合形成激子。4.激子迁移：激子将能量传递给有机放光分子，激发电子从基态跃迁到激发态。5.电致发光：处于激发态的分子回到基态，产生光子，释放出光能。值得注意的是，OLED的电压-电流特性和P-N结二极管相似，即存在开启电压，当外界电压大于开启电压时，电流随着电压的增大而增大。当小于开启电压时，电流几乎是0。且只在正向偏置时才有电流，反向偏置时几乎没有电流。OLED的开启电压比P-N结二极管要高。8、OLED的基本结构，有机材料ITO透明电极和金属电极分别作器件的阳极和阴极，发光层沉积在两个电极之间，形成了三明治结构。器件材料的选用直接影响器件性能，下面对各层所适合的材料进行了分析了。1.电极材料阳极材料：要求高功率和可透光性，ITO（铟锡氧化物）因具有4.5eV—5.3eV的高功函数、性能稳定和透光性，是广泛使用的阳极材料。阴极材料：为了提高器件的发光效率，即提高电子与空穴的注入效率，通常需要低功函数，如Ag、Al、Ca、In、Mg和Li等金属，低功函数的复合金属也常用作阴极（如：Mg-Ag）。掺杂复合型电极，在阴极和有机发光层之间夹一层掺杂有低功函数金属的有机层，可大大改善器件性能。2.发光材料有机发光层的材料需要满足良好的热稳定性和成膜特性，良好的半导体特性：载流子传输性能好，导电率高等。一般情况下，发光材料与电子传输层或空穴传输层使用的材料相同。OLED按发光材料可分为两种：小分子有机荧光材料作为发光物质的小分子OLED（OLED）；聚合物作为发光物质的高分子OLED（PLED）。小分子OLED又分为纯有机小分子化合物和金属配合物两类。有机金属配合物介于有机和无机物之间，具备有机物的高荧光量子产率和无机物稳定性好的特点，被认为是最有前景的发光材料。高分子发光材料的长分子链结构可以保证薄膜的平整和均匀性，增加器件的柔性，采用柔性衬底可以实现柔性显示，被视为大尺寸显示的发展方向。3.载流子运输材料为了提高电子和空穴的传输效率，在单层结构的基础上引入电子传输层和空穴传输层。由于适合传递电子的材料不一定也适合传递空穴，因此OLED的电子传输层和空穴传输层必须选用不同的有机材料。电子传输层的材料：要求具有电子传输性好、热稳定性和制膜稳定性高。一般采用具有较大共轭平面的芳香族化合物，如Alq、Balq、DPVBi、PBD、BBOT等。这些材料同时又是好的发光材料（电子传输层也作为发光层）。空穴传输层的材料：要求热稳定性高，和阳极形成的势垒小，成膜性好。常用芳香多胺类化合物，如TPD、TDATA等有机材料。有机电致发光材料依据在OLED器件中的功能及器件结构的不同又可以区分为空穴注进层HIL、空穴传输层HTL、发光层EML、电子传输层ETL、电子注进层EIL等材料。9、OLED的器件结构早期OLED为单层器件结构，如图2.3所示，随着研究的深入和技术的发展，不断引入新的功能层，使器件的性能得到改善，出现了双层、三层以及多层的器件结构等。器件的结构直接影响到器件的效率和寿命，合理的器件结构，对于优化制备工艺，及提高器件的性能是非常重要的。1.单层结构（ITO/EML/Cathode）器件正极和负极间只有一层有一种或者多种物质均匀混合的发光层，如图2.3所示。这种结构常用在聚合物和掺杂型OLED。除了有机发光层，不包括其它的功能层，发光效率低。2.双层结构双层结构又可以分为DL-E(ITO/EML/ETL/Cathode）型和DL-H(ITO/HTL/EML/Cathode)型，即中间的发光层分别兼作ETL（电子传输层）或HTL（空穴传输层），提高发光效率和寿命，两种结构的示意图如2.4所示。DL－E型双层器件包含有ETL和带空穴传输特性的发光层。DL－H型双层器件包含有HTL和带电子传输特性的发光层。由于载流子传输层ETL的引入，降低了载流子注入势垒，有利于载流子平衡注入，从而提高了器件的发光效率。3.三层器件结构(ITO/HTL/EML/ETL/Cathode)电子和空穴的平衡注入直接影响到器件的发光效率。在单层和双层结构中很难实现载流子的平衡注入，故提出了三层结构，如图2.5所示，加入了HTL（空穴传输层）和ETL（电子传输层），保证电子和空穴的平衡注入，且具有较高的发光效率，是最常用的结构之一。4.多层结构(ITO/HIL/HTUEML/ETL/EIL/Cathode)在三层器件结构的基础上，引入空穴注入层（HIL）和电子注入层（EIL），保证了有机EL功能层与ITO玻璃间的良好附着性，可以提高空穴和电子注入效率，从而提高发光效率。其器件结构如图2.6所示。10、平板显示的驱动方式均采用矩阵驱动，要实现显示功能，需要对显示屏提供时序信号及数据控制电路，两者结合实现点阵屏的显示。整个系统由单片机，控制电路，及驱动电路构成，其中驱动电路又分为行驱动和列驱动电路，如图4.1所示，由单片机产生图像显示的各种控制信号；行驱动和列驱动的组合来控制像素的点亮；单片机通过控制电路向驱动电路传输控制信号，将显示数据输出到OLED屏上。从上电一开始根据接收的数据，完成显示功能，其程序流程如图4.2所示。11、有源驱动与无源驱动的比较PM-OLED结构简单设计由于变更容易、制造简单、交货期短、成本低及技术门槛较低现在已大量投入量产,在OLED行业中占据大量份额,但由于其结构的原因,受制于驱动方式,分辨率无法提高,产品将被限制在低分辨率小尺寸市场。若要往较大尺寸应用发展,PM-OLED会出现耗电量、寿命降低等问题,目前在主屏上应用很少。而AM-OLED与PM-OLED相比其不需要像PM-OLED需面板外附加IC芯片,而是在屏上的发光单元上直接集成TFT驱动电路,所以与PM一OLED相比驱动方式更加简单,能耗更低,发光组件寿命更长,但由于其制程复杂,制作成本高,且目前成品率较低尚未大量应用。本文所设计的OLED驱动电路都是基于无源矩阵的制作工艺上开展的。13、有源驱动有源驱动的英文简称AM(ActiVeMatrix),用该方法驱动的OLED称为AM-OLED,有源驱动的每个像素配备具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管(LowTemperatureP。ly一51ThinFilmTransist。r,LTP一51TFT),而且每个像素配备一个电荷存储电容,外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。在有源驱动中,采用整个显示器连续发光的类似于TFT一LCD的驱动技术,容易实现大屏幕显示。因为要求在每一个发光单元都制作一套有源器件,所以对这种器件的驱动,实际上是对每个发光单元上有源器件的驱动。因此,有源驱动的成本比无源驱动的高,且需要利用低温多晶硅TFT技术。图2一6给出的就是按这个思路设计的多晶硅薄膜晶体管(Poly一SITFT)驱动的有机发光器件。为了达到固定电流驱动的目的,每个像素至少需要两个TFT和一个存储电容(StorageCapaCitor,CS)来构成,MPI起开关的作用,MPZ为EL器件充当恒流源。主动驱动方式将像素的明暗由TFT和存储电容来控制。当扫描线(Scan1ine)开启时,外部电路送入电压信号将由开关(SwitChing)TFT存储在存储电容CS中,此电压信号控制驱动(driving)TFT导通的电流大小,此电流决定OLED的灰阶,当扫描线关闭时,存储于CS中的电压仍能保持驱动TFT在导通状态,故能再一个画面时间内提供固定电流至OLED器件使其点亮。12、制作步骤一般来说，OLED制备主要包括薄膜工艺和表面处理工艺。在制作OLED器件的基板上先镀ITO薄膜，再依次蒸镀有机材料和阴极，最后在特殊环境中封装器件。一般工艺流程如图2.7所示。其中淀积有机功能层包括：空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层等的蒸镀。关键工艺1.氧化铟锡(ITO)基板的处理ITO作为阳极，具有高透射率、低电阻率和高功率函数等优点，是应用最为广泛的显示器面板制造。其表面态直接影响到显示的效果。一般要求ITO的方块电阻不大于10Ω，ITO的表面势为4.67eV。清洗是非常重要的工艺。因为表面不清洁，会增加驱动电压，降低发光效率，同时影响稳定性和使用寿命，从而降低器件的整体性能。一般采用湿法处理。当空穴注入HIL时，位能差太大会阻碍空穴的注入，因此要降低ITO/HIL接触面的位能差。一般，清洗后的ITO玻璃要进行表面活化处理，增加ITO表面层氧原子的饱和度，来增加功函数，使其表面势与HTL材料的表面势（一般为5.2eV）相匹配。常用的处理方法为：使用紫外线-臭氧和等离子表面处理，可以去除ITO表面残留的有机物，促使表面氧化，提高功函数。值得注意的是，处理过程必须在干燥的真空条件下进行，处理过后不能在空气中放置太久，否则就会失去活性。处理后的ITO共函数约为5.0eV以上，达到提高发光效率和器件寿命的目的。2.有机薄膜蒸渡蒸镀有机材料薄膜的均匀性是OLED显示器制备的重要因素。薄膜质量直接影响到器件的质量和寿命。目前，真空热蒸镀（VTE）是应用最为广泛。该技术的工艺流程必须在真空室中，要求紧邻玻璃底板放置一块遮光板，用以确定底板上沉积材料的图样。然而，真空热蒸镀存在一些缺陷。例如，遮光板容易受工艺流程中的高温影响而发生偏移，使大尺寸底板上的沉积率不均匀。故对于小分子材料或金属络合物材料，一般采用真空蒸镀法成膜。对于有机聚合物材料，由于聚合物分子量大，无法升华成气体，一般采用旋涂、浸涂、LB膜等技术制成大面积薄膜。下面主要介绍了真空蒸镀的过程及常见的问题。在真空腔内有多个蒸发舟，用来放有机材料，加热蒸发舟来蒸镀有机材料。蒸镀示意图如图所示，ITO玻璃放在可以加热的旋转样品托架上，金属掩膜板放在玻璃下面，控制蒸镀的图案。通过晶振频率点数和蒸发舟挡板来控制单色膜的厚度，掩膜板控制三色。在薄膜蒸镀时,一般基板保持室温,避免温度升高破坏有机材料薄膜,蒸发速度不宜过快或过慢,造成薄膜厚度不均匀。如果蒸发多种材料应分别在几个真空室中进行，避免交叉污染。但是，目前有机材料的蒸镀还存在一些问题，例如：材料使用效率低，普遍低于10%以下，全彩色制作过程的利用率更低；掺杂物的浓度不易精确控制；蒸镀速率不稳定；真空腔易污染，影响制造器件的产率。3.金属电极制作金属电极多采用低功函数的金属，在有机材料薄膜蒸镀结束后,不能让带有有机材料薄膜的基板暴露在空气中,将其移至金属电极蒸镀室进行金属电极的蒸镀，电极蒸镀室是与有机材料薄膜蒸镀室相隔绝的真空腔。常用的金属电极有Mg/Ag、Li/Al、g:Ag/Ag等,Mg/Ag采用共蒸发法形成薄膜，其它采用分层蒸发法。4.器件封装OLED器件的有机薄膜和金属薄膜遇空气和水会氧化，导致器件性能迅速下降，因此，封装前不能接触空气和水。故OLED的封装工艺一定要在无水无氧和通有惰性气体（如氩气）手套箱中进行。12、无源驱动的英文简称PM(PassiveMatrix),用该方法驱动的OLED称为PM一OLED。OLED的无源驱动适用于小尺寸、低分辨率的显示屏。一般的PM-OLED屏为普通矩阵交叉屏。以共阴极结构屏为例,阴极为行,阳极为列。给工TO电极上加高电平、在金属阴极上加低电平,当驱动电压值超过闭值电压时,其交叉点像素即能发光。由于OL印是电流型器件,目前一般采用带恒流源的驱动，它的驱动等效电路原理图如图2-5所示:OLED显示技术要对市场产生真正的影响还需要克服一些挑战。首先,一显示屏制造工艺还不充分。随着显示屏尺寸的加大,成品率损失和制造损失也越来越大。未来OLED产品和技术将向着小尺寸—中尺寸—大尺寸—超大尺寸、单色—多色—彩色、无源驱动—有源驱动、硬屏—软屏（柔性显示）、高分辨率、透明显示及低成本制作的方向发展，在应用上从显示领域逐步向背光和照明领域拓展。