彭俊彪-平面显示制造技术

发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室StatekeyLaboratoryofLuminescentMaterialsandDevices平面显示制造技术的发展趋势彭俊彪教授发光材料与器件国家重点实验室华南理工大学2017-9-26发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室内容提要1.新型显示的发展历程2.OLED显示与制备工艺3.TFT关键材料与制备工艺4.小结发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室内容提要1.新型显示的发展历程2.OLED显示与制备工艺3.TFT关键材料与制备工艺4.小结发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室CRTIn1960,firstTVsetLCDIn1991,firstTFT-LCDlineIn2018（预期）,flexibleOLEDUltrathin,lightUltrathinOLEDIn2009,OLEDcellphoneandTV显示技术发展趋势发光材料与器件国家重点实验室OLED结构简单低成本无背光低能耗…高对比度高画质超薄柔性海尔55英寸曲面OLED电视LG77英寸超高清4K曲面OLED电视OLED成为显示技术的新星健康护眼：低亮度+高清晰度+高对比度发光材料与器件国家重点实验室大尺寸平板显示技术如何进一步发展？现有技术：1.真空蒸镀技术：小分子薄膜工艺，材料面较窄，掩膜板，大尺寸成本高；2.溶液加工工艺：材料广泛（高分子、可溶小分子、量子点、钙钛矿？）溶液加工优势与挑战：优势：低成本（材料、设备、工艺。。。），大面积、容易RGB图形化挑战：1.器件结构单一。少层结构2.对材料性能要求高。材料的高性能化，集发光、电子、空穴于一体3.高分辨率。500ppi以上4.工艺难度较大。溶液加工高质量纳米薄膜5.全印刷工艺。印刷TFT、电极发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室内容提要1.新型显示的发展历程2.OLED显示与制备工艺3.TFT关键材料与制备工艺4.小结发光材料与器件国家重点实验室小分子真空蒸镀系统示意图1.真空系统2.柑锅3.衬底目前OLED量产的主流技术发光材料与器件国家重点实验室溶液法加工制备OLED器件1.界面性质调控2.印刷制备工艺衬底显示屏墨水聚合物墨水电极墨水发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室典型EL器件结构BaGlasssubstrateEmissivelayerAlITOPEDOT:PSS电子、空穴分别从阴极和阳极注入，形成激子产生复合发光发光材料与器件国家重点实验室OLED能级图阳极发光层阴极高功函Au低功函Ba从器件能级图可以看出，阴极界面的势垒影响电子注入效率发光材料与器件国家重点实验室如果使用高功函数金属阴极，就必须解决界面问题，降低电子注入势垒。界面层/Au阳极发光层金属界面层界面偶极(dipole)发光材料与器件国家重点实验室在国际上首次实现全溶液印刷RGB三基色OLED器件器件性能与真空蒸镀Ba的OLED基本相同。(Adv.Mater.2007,19,810；CN1719637-A;WO2007009331-A1)在国际上首次实现全溶液喷墨打印阴极制作的三基色OLED显示屏提出并实现了全印刷制备OLED显示屏发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室AMOLED显示基本结构•TFT：薄膜晶体管AMOLED结构：1、有机发光薄膜2、TFT驱动背板TFTarray发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室内容提要1.新型显示的发展历程2.OLED显示与制备工艺3.TFT关键材料与制备工艺4.小结发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室TFT基板技术金属氧化物（MetalOxide）AMOLED1005010510.5（cm2/Vs）非晶硅（a-Si）微晶硅（u-Si）低温多晶硅（LTPS）众多公司LCD电视显示工艺路线迁移率（cm2/V.s）开关比（Ion/Ioff）稳定性均匀性工艺温度工艺复杂度基板尺寸生产成本LTPS50～4005×108好较差450高6G较高MOTFT10～100109较好好300低8~10G较低发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室金属氧化物半导体材料IZO：高迁移率半导体材料IGZO：高稳定性半导体材料我们的新材料:Ln-IZO(NIZO)专利:201010513707.4201110295036.3201110335489.4201310276865.6201410061608.5Appl.Phys.Lett.102,242102(2013).Appl.Phys.Lett.105,142104(2014).IEEETrans.ElectronDevices,62,2226-2230(2015).迁移率：20~49cm2/Vs突破氧化物半导体的三大瓶颈：迁移率、稳定性、工艺窗口发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室NIZO薄膜晶体管1.与In(1.7),Zn(1.6)比较，Nd（1.1）具有较低的电负性；2.低电负性的Nd能形成较强的Nd–O离子键；3.强的离子键可以减少氧空位，可以减少本证电子密度，降低关态电流，减少亚阈值摆幅，提高TFT器件的电学稳定性。Nd-IZOThresholdvoltage0.3V,underVG=10V,VD=5V,for7hRatioofNd-IZO(ZnO:1%Nd:2%In)发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室SemiconductorLayerMobility（cm2/Vs）Vth(V)Ion/IoffSS(V/Dec)IZO18.50.8~1072IGZO8.31.5~1080.4NIZO20.50.8~1090.28TFT特性--DoneinSCUT如何进一步提高电子迁移率？发光材料与器件国家重点实验室01020304050607080901000123Powerconsumption/WMobility/cm2/VsTFTconsumptionOLEDconsumptionMobility/cm2/VsPtotal/WAOS-TFT(W/L=2)AOS-TFT52.03101.80301.57501.50801.44LTPS-AMOLED1.53POLED1.26当迁移率50,PTFT趋于饱和andPtotal主要由OLED决定;具有迁移率50cm2/Vs的AOS-TFTs功耗可以与LTPS-TFTs比拟.4.8英寸AMOLED显示屏功耗模拟*4.8inchAMOLED,400cd/m2inCIE(0.33,0.33)(withpolarizer)发光材料与器件国家重点实验室Vth(V)Mobility(cm2/Vs)SS.(V/decade)Ion/IoffLn-IZO-20.3439.440.13~109IGZO-TFTs0.2110.10.3~10910-1410-1210-1010-810-610-4102030405060-10-50510Vds=0.1VVds=10.1VmobilityIDS(A)Mobility(cm2/Vs)VGS(V)W/L=10/10umLIZO-2双有源层氧化物TFT（LnxIZO/LnyIZO）GSDNd-IZO-1Nd-IZO-2Nd-IZO-1:ZnO:1%Nd:2%InNd-IZO-2:ZnO:1%Nd:5%In发光材料与器件国家重点实验室300PPI高分辨率AMOLED显示屏（BCE结构）显示规格尺寸：2.2英寸分辨率：600×RGB×200解析度：300ppi亮度：500cd/m2OLED：顶发光、真实RGB驱动电路：Ln-IZOTFT325PPI529PPI705PPI像素尺寸：325：26µm529：16µm705：11µm发光材料与器件国家重点实验室Size3.5inchTFTTypeOxide（Ln-IZO）Circuit2T1CDisplayFormat600*200OLEDBottomEmissionApertureRatio42%Brightness400cd/m2ContrastRatio10,000:1Uniformity80%Radiusofcurvature20mmThickness20um（PI）GateDriverGateinPanelReleasetime2014.12FlexibleAMOLEDbasedonNd-IZO发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室NIZO-TFT背板上制备PEDOT薄膜AB得到了均匀的PEDOT薄膜发光材料与器件国家重点实验室InkjetprintingPEDOT+RGBfilmsDrivevoltageof7.5V发光材料与器件国家重点实验室传统方法：采用InCl3水解，经高温处理；我们的方法：高氯酸铟（In(ClO4)3）和硝酸铟（In(NO3)3）以1：1共混的化学反应方程式，相应的吉布斯自由能(ΔG°)为-228.31kJ/mol，证实了化学反应的自发性。研制了新型氧化物半导体电子墨水（In2O3）解决问题：降低退火温度、提高迁移率发光材料与器件国家重点实验室Precursorµsat(cm2V-1s-1)In(ClO4)30.04In(NO3)34.6InCl34.6In(ClO4)3+In(NO3)314.5In(ClO4)3+InCl30.65In(NO3)3+InCl33.7制备了印刷型TFT器件结构：Al（G）/Al2O3/In2O3/ITO（SD）发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室DielectricMobility(cm2V-1s-1)Von(V)Ion/IoffSS(V/dec)ScOx0.4-0.22.0×1040.19ZrOx--10-Sc1Zr1Ox12-0.65.8×1060.12ScOxZrOxSc1Zr1Ox研制了新型高介电常数的介质层TFT结构：ITO（G）/In2O3/ScZrO/ITO（SD）发光材料与器件国家重点实验室10-1110-1010-910-810-710-610-500.00050.0010.00150.0020.0025-2-1.5-1-0.500.511.52ID(A)VG(V)ID1/2(A1/2)W/L=60/30IDVD=2V233IG10-1110-1010-910-810-710-610-500.00050.0010.00150.0020.0025-2-1.5-1-0.500.511.52ID(A)VG(V)ID1/2(A1/2)W/L=210/30IDVD=2V313IG01x10-62x10-63x10-64x10-65x10-600.511.52ID(A)VD(V)23305x10-71x10-61.5x10-62x10-62.5x10-63x10-63.5x10-600.511.52ID(A)VD(V)313全打印氧化物TFT阵列背板μ:~2.3cm2/Vsμ:~5.2cm2/Vs发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室小结1.印刷工艺可作为未来显示技术的选项之一2.突破全印刷AMOLED显示屏技术具有可行性发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室致谢研究人员：王坚教授、宁洪龙研究员、兰林锋研究员、应磊副教授、王磊副研究员、徐苗博士、邹建华博士、姚日晖副教授、曹镛院士、杨伟教授、朱旭辉教授研究生：王娟红、江从彪、钟知鸣、宋晨、穆兰、何志伟、钟镇基、郑华博士感谢经费支持：国家科技部（973program,2015CB655004，重点研发计划）国家自然科学基金委、广东省、广州市感谢：广州新视界光电科技有限公司，提供NIZO-TFT背板发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室发光材料与器件国家重点实验室StatekeyLaboratoryofLuminescentMate