OLED (diode électroluminescente organique) est une nouvelle génération de technologie d'affichage à écran plat suivant le TFT-LCD (affichage à cristaux liquides à transistor à couche mince). Il présente les avantages d'une structure simple, pas besoin d'un rétroéclairage pour l'auto-luminescence, d'un contraste élevé, d'une épaisseur mince, d'un angle de vision large, d'une vitesse de réponse rapide, peut être utilisé pour des panneaux flexibles et d'une large plage de températures de fonctionnement. En 1987, le Dr CW Tang et d'autres de Kodak Corporation des États-Unis ont établi des composants OLED et des matériaux de base [1]. En 1996, Pioneer of Japan est devenu la première entreprise à produire en masse cette technologie et a adapté le panneau OLED à l'écran audio de voiture qu'il a produit. Ces dernières années, en raison de ses perspectives prometteuses, des équipes de R&D au Japon, aux États-Unis, en Europe, à Taïwan et en Corée du Sud ont vu le jour, conduisant à la maturité des matériaux organiques électroluminescents, au développement vigoureux des équipementiers et à la poursuite de la évolution de la technologie des procédés.
Cependant, la technologie OLED est liée aux industries matures actuelles des semi-conducteurs, des LCD, des CD-R ou même des LED en termes de principes et de procédés, mais a son savoir-faire unique ; par conséquent, il existe encore de nombreux goulots d'étranglement dans la production de masse d'OLED. . Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. a commencé à développer des technologies liées aux OLED en 1997 et a produit avec succès des panneaux OLED en 2000. Elle est devenue la deuxième société de panneaux OLED produits en série au monde après Tohoku Pioneer au Japon ; et en 2002, elle a continué à produire des panneaux OLED. Les panneaux monochromes et couleur de zone pour les expéditions à l'exportation sont illustrés à la figure 1, et le rendement et la production ont été augmentés, ce qui en fait le plus grand fournisseur de panneaux OLED au monde en termes de production.
Dans le processus OLED, l'épaisseur de la couche de film organique affectera grandement les caractéristiques de l'appareil. D'une manière générale, l'erreur d'épaisseur du film doit être inférieure à 5 nanomètres, ce qui est une véritable nanotechnologie. Par exemple, la taille du substrat de troisième génération des écrans plats TFT-LCD est généralement définie comme 550 mm x 650 mm. Sur un substrat de cette taille, il est difficile de contrôler une épaisseur de film aussi précise. Le processus de substrat de surface et l'application de panneau de grande surface. Actuellement, les applications OLED sont principalement de petits panneaux d'affichage monochromes et couleur de zone, tels que les écrans principaux de téléphone portable, les écrans secondaires de téléphone portable, les écrans de console de jeu, les écrans audio de voiture et l'écran d'assistant numérique personnel (PDA). Étant donné que le processus de production de masse d'OLED couleur n'a pas encore mûri, les produits OLED couleur de petite taille devraient être lancés successivement après le second semestre 2002. L'OLED étant un écran auto-lumineux, ses performances visuelles sont extrêmement excellent par rapport aux écrans LCD couleur du même niveau. Il a la possibilité de découper directement des produits haut de gamme de petite taille en couleur, tels que des appareils photo numériques et des lecteurs VCD (ou DVD) de la taille d'une paume. Quant aux grands panneaux (13 pouces ou plus), bien qu'il y ait une équipe de recherche et développement montrant des échantillons, la technologie de production de masse reste à développer.
Les OLED sont généralement divisés en petites molécules (généralement appelées OLED) et macromolécules (généralement appelées PLED) en raison de différents matériaux électroluminescents. Les licences technologiques sont Eastman Kodak (Kodak) aux États-Unis et CDT (Cambridge Display Technology) au Royaume-Uni. Taiwan Rebao Technology Co., Ltd. est l'une des rares entreprises à développer simultanément OLED et PLED. Dans cet article, nous présenterons principalement les OLED à petites molécules. Tout d'abord, nous présenterons le principe de l'OLED, puis nous présenterons les processus clés associés, et enfin nous présenterons l'orientation actuelle du développement de la technologie OLED.
1. Principe de l'OLED
Les composants OLED sont composés de matériaux organiques de type n, de matériaux organiques de type p, de métal cathodique et de métal anodique. Des électrons (trous) sont injectés depuis la cathode (anode), sont conduits vers la couche électroluminescente (généralement un matériau de type n) à travers le matériau organique de type n (type p) et émettent de la lumière par recombinaison. De manière générale, l'ITO est pulvérisé sur un substrat de verre constitué d'un dispositif OLED en tant qu'anode, puis un matériau organique de type p et de type n et une cathode métallique à faible travail d'extraction sont déposés séquentiellement par évaporation thermique sous vide. Parce que les matières organiques interagissent facilement avec la vapeur d'eau ou l'oxygène, des taches sombres sont générées et les composants ne brillent pas. Par conséquent, une fois le revêtement sous vide de ce dispositif terminé, le processus d'emballage doit être effectué dans un environnement sans humidité ni oxygène.
Entre le métal de cathode et l'anode ITO, la structure de dispositif largement utilisée peut généralement être divisée en 5 couches. Comme le montre la figure 2, du côté proche de l'ITO, il s'agit de : couche d'injection de trous, couche de transport de trous, couche électroluminescente, couche de transport d'électrons et couche d'injection d'électrons. En ce qui concerne l'histoire de l'évolution des dispositifs OLED, le dispositif OLED publié pour la première fois par Kodak en 1987 est composé de deux couches de matériaux organiques, une couche de transport de trous et une couche de transport d'électrons. La couche de transport de trous est un matériau organique de type p, qui se caractérise par une mobilité des trous plus élevée, et son orbitale moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) est plus proche de l'ITO, permettant aux trous d'être transférés de la barrière énergétique de l'ITO injecté dans la couche organique est réduite.
Quant à la couche de transport d'électrons, il s'agit d'un matériau organique de type n, qui se caractérise par une grande mobilité électronique. Lorsque les électrons se déplacent de la couche de transport d'électrons à l'interface du trou et de la couche de transport d'électrons, l'orbitale moléculaire non occupée la plus basse de la couche de transport d'électrons L'orbitale moléculaire inoccupée la plus basse (LUMO) est beaucoup plus élevée que la LUMO de la couche de transport de trou . Il est difficile pour les électrons de traverser cette barrière énergétique pour entrer dans la couche de transport de trous et sont bloqués par cette interface. À ce stade, les trous sont transférés de la couche de transport de trous au voisinage de l'interface et se recombinent avec des électrons pour générer des excitons (Exciton), et Exciton libère de l'énergie sous forme d'émission lumineuse et d'émission non lumineuse. En termes de système général de matériau de fluorescence, seulement 25 % des paires électron-trou sont recombinées sous forme d'émission lumineuse basée sur le calcul de la sélectivité (règle de sélection), et les 75 % restants de l'énergie sont le résultat de dégagement de chaleur. Forme dissipée. Ces dernières années, les matériaux de phosphorescence (Phosphorescence) sont activement développés pour devenir une nouvelle génération de matériaux OLED [2], de tels matériaux peuvent dépasser la limite de sélectivité pour augmenter l'efficacité quantique interne à près de 100%.
Dans le dispositif à deux couches, le matériau organique de type n - la couche de transport d'électrons - est également utilisé comme couche électroluminescente, et la longueur d'onde électroluminescente est déterminée par la différence d'énergie entre HOMO et LUMO. Cependant, une bonne couche de transport d'électrons, c'est-à-dire un matériau à haute mobilité électronique, n'est pas nécessairement un matériau avec une bonne efficacité d'émission lumineuse. Par conséquent, la pratique générale actuelle consiste à doper (dopé) des pigments organiques à haute fluorescence pour le transport d'électrons. La partie de la couche proche de la couche de transport de trous, également connue sous le nom de couche électroluminescente [3], a un rapport volumique d'environ 1% à 3%. Le développement de la technologie du dopage est une technologie clé utilisée pour améliorer le taux d'absorption quantique de fluorescence des matières premières. Généralement, le matériau choisi est un colorant à haut taux d'absorption quantique de fluorescence (Dye). Depuis le développement des colorants organiques issus des lasers à colorants dans les années 1970 à 1980, le système de matériaux est complet et la longueur d'onde d'émission peut couvrir toute la région de la lumière visible. La bande d'énergie du colorant organique dopé dans le dispositif OLED est pauvre, généralement plus petite que la bande d'énergie de l'hôte (Host), afin de faciliter le transfert d'énergie des excitons de l'hôte au dopant (Dopant). Cependant, étant donné que le dopant a une petite bande d'énergie et agit comme un piège en termes électriques, si la couche de dopant est trop épaisse, la tension d'attaque augmentera ; mais s'il est trop fin, l'énergie sera transférée de l'hôte au dopant. Le rapport va empirer, donc l'épaisseur de cette couche doit être optimisée.
Le matériau métallique de la cathode utilise traditionnellement un matériau (ou alliage) métallique à faible travail d'extraction, tel qu'un alliage de magnésium, pour faciliter l'injection d'électrons de la cathode vers la couche de transport d'électrons. De plus, une pratique courante consiste à introduire une couche d'injection d'électrons. Il est composé d'un halogénure ou d'un oxyde métallique très fin à faible travail d'extraction, tel que LiF ou Li2O, qui peut réduire considérablement la barrière énergétique entre la cathode et la couche de transport d'électrons [4] et réduire la tension de commande.
Étant donné que la valeur HOMO du matériau de la couche de transport de trous est toujours différente de celle de l'ITO, en outre, après une longue période de fonctionnement, l'anode ITO peut libérer de l'oxygène et endommager la couche organique pour produire des taches sombres. Par conséquent, une couche d'injection de trous est insérée entre l'ITO et la couche de transport de trous, et sa valeur HOMO est juste entre l'ITO et la couche de transport de trous, ce qui favorise l'injection de trous dans le dispositif OLED, et les caractéristiques du film peuvent bloquer l'ITO. L'oxygène pénètre dans l'élément OLED pour prolonger la durée de vie de l'élément.
2. Méthode de lecteur OLED
La méthode de conduite de l'OLED est divisée en conduite active (conduite active) et conduite passive (conduite passive).
1) Entraînement passif (PM OLED)
Il est divisé en un circuit d'entraînement statique et un circuit d'entraînement dynamique.
⑴ Méthode d'entraînement statique : sur un dispositif d'affichage électroluminescent organique à entraînement statique, généralement les cathodes de chaque pixel d'électroluminescence organique sont connectées ensemble et dessinées ensemble, et les anodes de chaque pixel sont dessinées séparément. Il s'agit de la méthode de connexion cathodique commune. Si vous voulez qu'un pixel émette de la lumière, tant que la différence entre la tension de la source de courant constant et la tension de la cathode est supérieure à la valeur lumineuse du pixel, le pixel émettra de la lumière sous l'entraînement de la source de courant constant. Si un pixel n'émet pas de lumière, connectez son anode à Sur une tension négative, il peut être bloqué en sens inverse. Cependant, des effets croisés peuvent se produire lorsque l'image change beaucoup. Pour éviter cela, nous devons adopter la forme de la communication. Le circuit de pilotage statique est généralement utilisé pour piloter l'affichage à segments.
⑵ Mode d'entraînement dynamique : sur les dispositifs d'affichage électroluminescents organiques à commande dynamique, les utilisateurs transforment les deux électrodes du pixel en une structure matricielle, c'est-à-dire que les électrodes de la même nature du groupe horizontal de pixels d'affichage sont partagées, et la verticale groupe de pixels d'affichage sont les mêmes. L'autre électrode de la nature est partagée. Si le pixel peut être divisé en N lignes et M colonnes, il peut y avoir N électrodes lignes et M électrodes colonnes. Les lignes et les colonnes correspondent respectivement aux deux électrodes du pixel électroluminescent. A savoir la cathode et l'anode. Dans le processus de pilotage de circuit réel, pour éclairer les pixels ligne par ligne ou pour éclairer les pixels colonne par colonne, la méthode de balayage ligne par ligne est généralement adoptée, et les électrodes de colonne sont les électrodes de données dans le balayage de ligne. Le procédé de mise en oeuvre est le suivant : appliquer cycliquement des impulsions à chaque rangée d'électrodes, et en même temps toutes les électrodes de colonne donnent des impulsions de courant de pilotage des pixels de la rangée, de manière à réaliser l'affichage de tous les pixels d'une rangée. Si la ligne n'est plus dans la même ligne ou dans la même colonne, la tension inverse est appliquée aux pixels pour éviter "l'effet croisé". Cette analyse est effectuée ligne par ligne et le temps requis pour analyser toutes les lignes est appelé période de trame.
Le temps de sélection de chaque ligne dans une trame est égal. En supposant que le nombre de lignes de balayage dans une trame est N et que le temps de balayage d'une trame est 1, alors le temps de sélection occupé par une ligne est 1/N du temps d'une trame. Cette valeur est appelée coefficient de rapport cyclique. Sous le même courant, une augmentation du nombre de lignes de balayage réduira le rapport cyclique, ce qui entraînera une diminution effective de l'injection de courant sur le pixel d'électroluminescence organique dans une trame, ce qui réduira la qualité d'affichage. Par conséquent, avec l'augmentation des pixels d'affichage, afin d'assurer la qualité d'affichage, il est nécessaire d'augmenter de manière appropriée le courant d'entraînement ou d'adopter un mécanisme d'électrode à double écran pour augmenter le coefficient de rapport cyclique.
En plus de l'effet croisé dû à la formation commune d'électrodes, le mécanisme des porteurs de charge positifs et négatifs recombinés pour former une émission de lumière dans les écrans d'affichage électroluminescents organiques fait n'importe quel deux pixels électroluminescents, tant que n'importe quel type de film fonctionnel composant leur la structure est directement connectée. Oui, il peut y avoir une diaphonie entre les deux pixels électroluminescents, c'est-à-dire qu'un pixel émet de la lumière et que l'autre pixel peut également émettre une lumière faible. Ce phénomène est principalement dû à la mauvaise uniformité d'épaisseur du film fonctionnel organique et à la mauvaise isolation latérale du film. Du point de vue de la conduite, afin d'atténuer cette diaphonie défavorable, l'adoption de la méthode de coupure inversée est également une méthode efficace en une seule ligne.
Affichage avec contrôle de l'échelle de gris : L'échelle de gris du moniteur fait référence au niveau de luminosité des images en noir et blanc du noir au blanc. Plus il y a de niveaux de gris, plus l'image est riche du noir au blanc et plus les détails sont clairs. Les niveaux de gris sont un indicateur très important pour l'affichage et la colorisation des images. Généralement, les écrans utilisés pour l'affichage en niveaux de gris sont principalement des affichages matriciels, et leur conduite est principalement une conduite dynamique. Plusieurs méthodes pour obtenir le contrôle des niveaux de gris sont : la méthode de contrôle, la modulation spatiale des niveaux de gris et la modulation temporelle des niveaux de gris.
2) Lecteur actif (AM OLED)
Chaque pixel du lecteur actif est équipé d'un transistor à couche mince Poly-Si à basse température (LTP-Si TFT) avec une fonction de commutation, et chaque pixel est équipé d'un condensateur de stockage de charge, et le circuit de commande périphérique et la matrice d'affichage sont intégrés dans tout le système Sur le même substrat de verre. La structure TFT est la même que celle de l'écran LCD et ne peut pas être utilisée pour l'OLED. En effet, l'écran LCD utilise une commande de tension, tandis que l'OLED repose sur une commande de courant, et sa luminosité est proportionnelle à la quantité de courant. Par conséquent, en plus du TFT de sélection d'adresse qui effectue la commutation ON/OFF, il nécessite également une résistance à l'état passant relativement faible qui permet le passage d'un courant suffisant. TFT de conduite bas et petit.
La conduite active est une méthode de conduite statique avec effet mémoire et peut être conduite à 100 % de charge. Cette commande n'est pas limitée par le nombre d'électrodes de balayage, et chaque pixel peut être ajusté de manière sélective indépendamment.
L'entraînement actif n'a pas de problème de cycle de service, et l'entraînement n'est pas limité par le nombre d'électrodes de balayage, et il est facile d'obtenir une luminosité et une résolution élevées.
La conduite active peut ajuster et piloter indépendamment la luminosité des pixels rouges et bleus, ce qui est plus propice à la réalisation de la colorisation OLED.
Le circuit de pilotage de la matrice active est caché dans l'écran d'affichage, ce qui facilite l'intégration et la miniaturisation. De plus, du fait que le problème de connexion entre le circuit de pilotage périphérique et l'écran est résolu, cela améliore dans une certaine mesure le rendement et la fiabilité.
3) Comparaison entre actif et passif
passif Actif
Émission lumineuse instantanée à haute densité (entraînement dynamique/sélectif) Émission lumineuse continue (entraînement permanent)
Puce IC supplémentaire à l'extérieur de la conception du circuit d'entraînement TFT du panneau/IC d'entraînement à couche mince intégré
Balayage pas à pas de ligne Effacement de données pas à pas de ligne
Contrôle de gradation facile. Des pixels d'image EL organiques sont formés sur le substrat TFT.
Entraînement à faible coût/haute tension Entraînement à basse tension/faible consommation d'énergie/coût élevé
Modifications de conception faciles, délai de livraison court (fabrication simple), longue durée de vie des composants électroluminescents (processus de fabrication complexe)
Lecteur matriciel simple+OLED LTPS TFT+OLED
2. Les avantages et les inconvénients de l'OLED
1) Avantages de l'OLED
(1) L'épaisseur peut être inférieure à 1 mm, ce qui ne représente que 1/3 de l'écran LCD, et le poids est plus léger;
(2) le corps solide n'a pas de matériau liquide, il a donc une meilleure résistance aux chocs et n'a pas peur de tomber;
(3) Il n'y a presque aucun problème avec l'angle de vue, même lorsqu'il est vu à un grand angle de vue, l'image n'est toujours pas déformée ;
(4) Le temps de réponse est un millième de celui de l'écran LCD, et il n'y aura absolument aucun phénomène de traînée lors de l'affichage d'images animées;
(5) Bonnes caractéristiques à basse température, il peut toujours s'afficher normalement à moins 40 degrés, mais l'écran LCD ne peut pas le faire;
(6) Le processus de fabrication est simple et le coût est inférieur ;
(7) L'efficacité lumineuse est plus élevée et la consommation d'énergie est inférieure à celle de l'écran LCD;
(8) Il peut être fabriqué sur des substrats de différents matériaux et peut être transformé en écrans flexibles pouvant être pliés.
2.) Inconvénients de l'OLED
(1) La durée de vie n'est généralement que de 5000 10,000 heures, ce qui est inférieur à la durée de vie de l'écran LCD d'au moins XNUMX XNUMX heures ;
(2) La production de masse d'écrans de grande taille ne peut pas être réalisée, elle ne convient donc actuellement qu'aux produits numériques portables ;
(3) Il y a un problème de pureté de couleur insuffisante, et il n'est pas facile d'afficher des couleurs vives et riches.
3. Processus clés liés à l'OLED
Prétraitement du substrat à l'oxyde d'indium-étain (ITO)
(1) Planéité de la surface ITO
L'ITO a été largement utilisé dans la fabrication de panneaux d'affichage commerciaux. Il présente les avantages d'une transmittance élevée, d'une faible résistivité et d'une fonction de travail élevée. De manière générale, l'ITO fabriqué par la méthode de pulvérisation RF est sensible à de mauvais facteurs de contrôle de processus, ce qui entraîne une surface inégale, qui à son tour produit des matériaux tranchants ou des saillies sur la surface. De plus, le processus de calcination et de recristallisation à haute température produira également une couche saillante avec une surface d'environ 10 ~ 30 nm. Les chemins formés entre les fines particules de ces couches inégales permettront aux trous de tirer directement vers la cathode, et ces chemins complexes augmenteront le courant de fuite. Généralement, il existe trois méthodes pour résoudre l'effet de cette couche de surface : L'une consiste à augmenter l'épaisseur de la couche d'injection de trous et la couche de transport de trous pour réduire le courant de fuite. Cette méthode est principalement utilisée pour les PLED et les OLED avec une couche de trous épaisse (~ 200 nm). La seconde consiste à retraiter le verre ITO pour rendre la surface lisse. La troisième consiste à utiliser d'autres méthodes de revêtement pour rendre la surface plus lisse (comme le montre la figure 3).
(2) Augmentation de la fonction de travail ITO
Lorsque des trous sont injectés dans HIL à partir d'ITO, une trop grande différence d'énergie potentielle produira une barrière Schottky, ce qui rendra difficile l'injection de trous. Par conséquent, comment réduire la différence d'énergie potentielle de l'interface ITO/HIL devient l'objectif du prétraitement ITO. Généralement, nous utilisons la méthode O2-Plasma pour augmenter la saturation des atomes d'oxygène dans l'ITO afin d'atteindre l'objectif d'augmenter le travail de sortie. Le travail de sortie de l'ITO après le traitement O2-Plasma peut être augmenté de 4.8 eV à 5.2 eV d'origine, ce qui est très proche du travail de sortie de HIL.
Ajouter une électrode auxiliaire
Étant donné que l'OLED est un dispositif d'entraînement de courant, lorsque le circuit externe est trop long ou trop fin, une chute de tension importante sera provoquée dans le circuit externe, ce qui entraînera une chute de tension sur le dispositif OLED, entraînant une diminution de l'intensité lumineuse du panneau. Parce que la résistance ITO est trop grande (10 ohms/carré), il est facile de provoquer une consommation d'énergie externe inutile. L'ajout d'une électrode auxiliaire pour réduire le gradient de tension devient un moyen rapide d'augmenter l'efficacité lumineuse et de réduire la tension d'entraînement. Le chrome (Cr : Chrome) métal est le matériau le plus couramment utilisé pour les électrodes auxiliaires. Il présente les avantages d'une bonne stabilité aux facteurs environnementaux et d'une plus grande sélectivité pour les solutions de gravure. Cependant, sa valeur de résistance est de 2 ohm/carré lorsque le film fait 100nm, ce qui est encore trop grand dans certaines applications. Par conséquent, l'aluminium (Al : Aluminium) métal (0.2 ohm/carré) a une valeur de résistance inférieure à la même épaisseur. ) Devient un autre meilleur choix pour les électrodes auxiliaires. Cependant, la forte activité de l'aluminium métal en fait également un problème de fiabilité ; par conséquent, des métaux auxiliaires multicouches ont été proposés, tels que: Cr / Al / Cr ou Mo / Al / Mo. Cependant, de tels procédés augmentent la complexité et le coût, de sorte que le choix du matériau d'électrode auxiliaire est devenu l'un des points clés dans le processus OLED.
Procédé cathodique
Dans un panneau OLED haute résolution, la cathode fine est séparée de la cathode. La méthode générale utilisée est l'approche de la structure en champignon, qui est similaire à la technologie de développement de photoréserve négative de la technologie d'impression. Dans le processus de développement de photoréserve négative, de nombreuses variations de processus affecteront la qualité et le rendement de la cathode. Par exemple, résistance volumique, constante diélectrique, haute résolution, haute Tg, faible perte de dimension critique (CD) et interface d'adhérence appropriée avec l'ITO ou d'autres couches organiques.
Forfait
(1) matériau absorbant l'eau
Généralement, le cycle de vie d'un OLED est facilement affecté par la vapeur d'eau et l'oxygène environnants et est réduit. Il existe deux sources principales d'humidité : l'une est la pénétration dans l'appareil à travers l'environnement extérieur, et l'autre est l'humidité absorbée par chaque couche de matériau dans le processus OLED. Afin de réduire l'entrée de vapeur d'eau dans le composant ou d'éliminer la vapeur d'eau absorbée par le procédé, la substance la plus couramment utilisée est le déshydratant. Le dessiccateur peut utiliser l'adsorption chimique ou l'adsorption physique pour capturer les molécules d'eau en mouvement libre afin d'éliminer la vapeur d'eau dans le composant.
(2) Développement de procédés et d'équipements
Le processus d'emballage est illustré à la figure 4. Afin de placer le dessiccant sur la plaque de couverture et de coller en douceur la plaque de couverture au substrat, il doit être effectué dans un environnement sous vide ou la cavité est remplie d'un gaz inerte, tel sous forme d'azote. Il convient de noter que comment rendre le processus de connexion de la plaque de couverture et du substrat plus efficace, réduire le coût du processus d'emballage et réduire le temps d'emballage pour atteindre le meilleur taux de production de masse, est devenu les trois principaux objectifs du développement des procédés d'emballage et de la technologie des équipements.
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