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1、Flat Panel DisplaysFlat Panel Displays平板显示技术平板显示技术平板显示技术平板显示技术OLED材料、器件与工艺材料、器件与工艺OLEDOLED材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺一一、OLED材料简介材料简介二二、OLED器件电光特性器件电光特性三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺2024/1/272/32一、一、OLED材料简介材料简介OLED多层结构多层结构Materials for OLEDsMaterials for OLEDsOLED材料性能要求材料性能要求2024/1/273/32一、一、OLED材料简介材料简介
2、阳极材料阳极材料:Indium-Tin-Oxide(ITO)阳极材料主要是阳极材料主要是ITO：可见光可见光范围内透光率高；导电性好。正向偏压时，光从该电极出射范围内透光率高；导电性好。正向偏压时，光从该电极出射。ITO中的载流子主要是氧空位和掺杂的中的载流子主要是氧空位和掺杂的Sn+4。薄膜薄膜的电学和光学性能和微观结构的电学和光学性能和微观结构：化学化学组成；晶粒尺寸；缺陷和表面形貌有关。组成；晶粒尺寸；缺陷和表面形貌有关。2024/1/274/32一、一、OLED材料简介材料简介阴极材料阴极材料阴极材料阴极材料：选选用功函数尽可能低的金属材料，因为电子的注入比空穴的注入难度要大些。金属功
3、函数用功函数尽可能低的金属材料，因为电子的注入比空穴的注入难度要大些。金属功函数的大小严重的影响着的大小严重的影响着OLED器件的发光效率和使用寿命，金属功函数越低，电子注入就越容器件的发光效率和使用寿命，金属功函数越低，电子注入就越容易，发光效率就越高；此外，功函数越低，有机易，发光效率就越高；此外，功函数越低，有机/金属界面势垒越低，工作中产金属界面势垒越低，工作中产 生的焦耳生的焦耳热就会越少，器件寿命就会有较大的提高。热就会越少，器件寿命就会有较大的提高。缺点缺点：活泼，易受周围环境影响，使器件失效。活泼，易受周围环境影响，使器件失效。1997年制备，启动电压低，工作寿命长。年制备，启
4、动电压低，工作寿命长。2024/1/275/32一、一、OLED材料简介材料简介空穴注入层材料空穴注入层材料1.优化优化HOMO能级，降低能级，降低ITO和和HTL的能极差。的能极差。2.平滑平滑ITO表面，减少电子缺少的概率。表面，减少电子缺少的概率。3.主要材料有：主要材料有：CuPc（酞菁铜），（酞菁铜），m-MTDATA，PEDT/PSS2024/1/276/32一、一、OLED材料简介材料简介空穴传输层材料空穴传输层材料1.空穴注入和传输性能好（空穴迁移率高可利于空穴空穴注入和传输性能好（空穴迁移率高可利于空穴传输，电子亲和势低有利于空穴注入）；迁移率对传输，电子亲和势低有利于空穴注
5、入）；迁移率对响应速度、量子效率、启动电压有显著影响。空穴响应速度、量子效率、启动电压有显著影响。空穴迁移率必须与电子迁移率匹配，保证载流子的平衡。迁移率必须与电子迁移率匹配，保证载流子的平衡。2.较低的电离能，使电子阻挡能力强；较低的电离能，使电子阻挡能力强；3.具有和阳极相匹配的电离能，和发光层匹配的能级，具有和阳极相匹配的电离能，和发光层匹配的能级，使载流子在发光层聚集，产生复合发光，使器件性使载流子在发光层聚集，产生复合发光，使器件性能最好。能最好。4.良好的成膜性：决定器件性能的重要因素。良好的成膜性：决定器件性能的重要因素。5.热稳定性：器件长期工作的前提。热稳定性：器件长期工作的
6、前提。6.电化学稳定性（因空穴传输过程实际上是传输基元电化学稳定性（因空穴传输过程实际上是传输基元不断被氧化还原的过程，因此小分子应具有可逆的不断被氧化还原的过程，因此小分子应具有可逆的氧化过程）；氧化过程）；2024/1/277/32一、一、OLED材料简介材料简介电子传输层材料电子传输层材料Alq3：用的最多：用的最多电子传输层的要求：电子传输层的要求：在在分子结构上表现出缺电子体系，选用分子结构上表现出缺电子体系，选用Alq3作为电作为电子传输材料。子传输材料。1.高的迁移率（目前比空穴低两个数量级高的迁移率（目前比空穴低两个数量级)，利于电，利于电子传输；子传输；2.较高的电子亲和势，
7、较高的电子亲和势，电子注入容易；电子注入容易；3.较大的电离能，阻挡空穴。较大的电离能，阻挡空穴。4.成膜性和热稳定性。成膜性和热稳定性。2024/1/278/32一、一、OLED材料简介材料简介发光层材料发光层材料1.按颜色分为：按颜色分为：RGB和其他颜色发光材料。和其他颜色发光材料。2.按结构：按结构：有金属配合物材料和纯有机小分子材料。有金属配合物材料和纯有机小分子材料。3.按发光方式分：按发光方式分：主体发光材料和掺杂体发光材料。掺主体发光材料和掺杂体发光材料。掺杂体具有较高的荧光量子效率，主发光体的发射频谱杂体具有较高的荧光量子效率，主发光体的发射频谱与掺杂体的吸收光谱有良好的重叠
8、，才能有较高的能与掺杂体的吸收光谱有良好的重叠，才能有较高的能量传递效率，掺杂体发光的最好是三基色，且色纯好。量传递效率，掺杂体发光的最好是三基色，且色纯好。发光层材料（小分子材料）：发光层材料（小分子材料）：1.成膜性，稳定性，能级匹配，载流子迁移率成膜性，稳定性，能级匹配，载流子迁移率等要好。等要好。2.较高荧光量子效率：溶液荧光效率高，薄膜较高荧光量子效率：溶液荧光效率高，薄膜量子效率也高，且谱峰和峰值相近。若分子量子效率也高，且谱峰和峰值相近。若分子中同时有吸电子和推电子基团，则效率低，中同时有吸电子和推电子基团，则效率低，不适合做发光材料。不适合做发光材料。3.抑制薄膜中聚集体的形成
9、。聚集体中激子的抑制薄膜中聚集体的形成。聚集体中激子的无辐射跃迁几率增加，在分子结构中引入位无辐射跃迁几率增加，在分子结构中引入位阻基团或将分子分散到聚合物中的方法和有阻基团或将分子分散到聚合物中的方法和有效解决。效解决。4.发光层位置。载流子对激子会猝灭，因此，发光层位置。载流子对激子会猝灭，因此，发光层的厚度和位置十分重要，一般使复合发光层的厚度和位置十分重要，一般使复合发光区域远离电极表面。发光区域远离电极表面。5.目前目前，红色发光材料效率和色纯度低于蓝色，红色发光材料效率和色纯度低于蓝色和绿色。和绿色。2024/1/279/32一、一、OLED材料简介材料简介Polymer OLED
10、 MaterialsAnodeHole-injection layerHole-transport layerCathodeEmissive LayerP-OLED deviceLight Tunable spectrum：可调频谱。：可调频谱。（1992年美国化学领域年美国化学领域10大成果之一）大成果之一）1.一般为共轭聚合物：具有隔离发色团结构的主链聚合物：一般为共轭聚合物：具有隔离发色团结构的主链聚合物：PPP，PPV，PAT，PTV，PNV，PPYV。2.在可见光区域具有较高的荧光量子效率；在可见光区域具有较高的荧光量子效率；3.有效传导电子和空穴。有效传导电子和空穴。4.成膜性，稳
11、定性，机加性能好成膜性，稳定性，机加性能好5.低电压，发光波长低电压，发光波长/频谱可调整，响应快，光的输出角度大频谱可调整，响应快，光的输出角度大。2024/1/2710/32一、一、OLED材料简介材料简介PLED材料材料三三大类：大类：一般为共轭聚合物：具有隔离发色团结构的主链聚合物：一般为共轭聚合物：具有隔离发色团结构的主链聚合物：PPP，PPV，PAT，PTV，PNV，PPYV。聚乙烯等非发光材料的侧链悬挂发色团的柔性主链聚合物：聚乙烯等非发光材料的侧链悬挂发色团的柔性主链聚合物：PVK。上述基本聚合物主链中引入电子传输结构或空穴传输结构上述基本聚合物主链中引入电子传输结构或空穴传输
12、结构的所谓多功能聚合物电致发光材料的所谓多功能聚合物电致发光材料。聚合物发光材料的重要优势：发光波长易于调节。聚合物发光材料的重要优势：发光波长易于调节。发光层材料发光层材料按发光方式分：按发光方式分：主体发光材料；主体发光材料；掺杂体发光材料；掺杂体发光材料；主体主体/激发阻挡材料。激发阻挡材料。Polyfluoride 多氟化物多氟化物2024/1/2711/32一、一、OLED材料简介材料简介Blue EmittersImportance of Blue OLEDs2024/1/2712/32OLEDOLED材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺一一、OLED材
13、料简介材料简介二二、OLED器件电光特性器件电光特性三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺2024/1/2713/32二、二、OLED器件电光特性器件电光特性光电特性光电特性Band DiagramDevice Structures of OLED2024/1/2714/32二、二、OLED器件电光特性器件电光特性J-V Characteristics偏置电压和电流密度关系偏置电压和电流密度关系Charge Carrier Density载流子在异质结附近堆积载流子在异质结附近堆积取决于能带间隙的偏置取决于能带间隙的偏置Recombination Rate由于载流子的堆积，复合主要发由于载流
14、子的堆积，复合主要发生在生在HTL/EML的交界处。的交界处。Electric Field由于迁移率低，电场通过由于迁移率低，电场通过Alq3层时要高些。层时要高些。2024/1/2715/32二、二、OLED器件电光特性器件电光特性L-J CharacteristicsHJ2HJ3 HJ4 HJ1 HJ5EL SpectraSpectral Shift2024/1/2716/32OLEDOLED材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺一一、OLED材料简介材料简介二二、OLED器件电光特性器件电光特性三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺2024/1/2717/32
15、三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺AM OLED面板工艺流程面板工艺流程2024/1/2718/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺AM OLED面板发光单元制作面板发光单元制作TFT 基板基板发光单元阵列发光单元阵列1.OLED器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜，薄膜的质量关器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜，薄膜的质量关 系到器件质量和寿命。在高真空腔室系到器件质量和寿命。在高真空腔室中设有多个放置有机材料的蒸发舟，加热蒸发舟蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。中设有多个放置有机材料的蒸发舟，加热蒸发舟蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。ITO 玻
16、璃基板放置在可加热的旋转样品托架上，其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案。玻璃基板放置在可加热的旋转样品托架上，其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案。2.有机材料的蒸发温度一般在有机材料的蒸发温度一般在170400之间、之间、ITO样品基底温度在样品基底温度在100150、蒸发速度在蒸发速度在1晶振点晶振点10晶振点晶振点/秒（即约秒（即约0.1nm1nm/S）、蒸发腔的真空度在）、蒸发腔的真空度在510-4Pa310-4Pa时蒸镀的效果较佳。时蒸镀的效果较佳。3.有机材料的蒸镀目前还存在材料有效使用率低（有机材料的蒸镀目前还存在材料有效使用率低（10）、掺杂物的浓度难以精确控制、蒸镀速率不稳）、
17、掺杂物的浓度难以精确控制、蒸镀速率不稳定、真空腔容易污染等等不足之处，从而导致样片基板的镀膜均匀度达不到器件要求定、真空腔容易污染等等不足之处，从而导致样片基板的镀膜均匀度达不到器件要求。2024/1/2719/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺金属电极制备金属电极制备Small Molecule Thin Film Deposition材料材料利用利用率低率低材料利材料利用率高用率高1.OLED器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜，薄膜的质量关器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜，薄膜的质量关 系到器件质量和寿命。在高真空腔室中设有多个放置有机系到器件质量和寿命。在高真空腔室中
18、设有多个放置有机材料的蒸发舟，加热蒸发舟蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。材料的蒸发舟，加热蒸发舟蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。ITO 玻璃基板放置在可加热的旋转样品托架玻璃基板放置在可加热的旋转样品托架上，其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案。上，其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案。2.金属电极金属电极仍要在真空腔中进行蒸镀。金属电极通常使用低功函数的活泼金属，因此在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀。仍要在真空腔中进行蒸镀。金属电极通常使用低功函数的活泼金属，因此在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀。3.常用的金属电极有常用的金属电极有Mg/Ag、Mg:Ag/Ag、Li/
19、Al、LiF/Al 等。用于金属电极蒸镀的舟通常采用钼、钽和钨等材料制作，以便用等。用于金属电极蒸镀的舟通常采用钼、钽和钨等材料制作，以便用于不同的金属电极蒸镀（主要是防止舟金属与蒸镀金属起化学反应）于不同的金属电极蒸镀（主要是防止舟金属与蒸镀金属起化学反应）。4.金属电极金属电极材料的蒸发一般用加热电流来表示，在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验，实验结果表明，金属电极材料的蒸材料的蒸发一般用加热电流来表示，在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验，实验结果表明，金属电极材料的蒸发加热电流一般在发加热电流一般在70A100A之间（个别金属要超过之间（个别金属要超过100A）、）、ITO样品基底温度在
20、样品基底温度在80左右、蒸发速度在左右、蒸发速度在5晶振点晶振点50晶振晶振点点/秒秒（即约（即约0.5nm5nm/S）、蒸发腔的真空度在）、蒸发腔的真空度在710-4Pa510-4Pa时蒸镀的效果较佳时蒸镀的效果较佳。2024/1/2720/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺PM OLED面板工艺流程面板工艺流程Deposit and pattern anode(ITO)Pattern polymer layers（First conducting emissive）Spin coatingInk Jet printingScreen printingWeb coatingVacu
21、um deposit and pattern cathode(Ba,Ca/Al)2024/1/2721/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺PM PLED面板甩膜工艺面板甩膜工艺影印石版术影印石版术,照相平版照相平版消融消融,切除切除2024/1/2722/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺PM PLED面板喷墨工艺面板喷墨工艺2024/1/2723/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺Manufacture of PLEDs(ink-jet printing to pattern pilymers)Polymer Thin Film Deposition2024/1
22、/2724/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺OLED封装方式封装方式Desiccant:干燥剂干燥剂2024/1/2725/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺Hermetic Package2024/1/2726/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺2024/1/2727/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺Passivation2024/1/2728/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺OLED封装方式比较封装方式比较1.传统方法：传统方法：压力下造成玻璃变形、弯曲，压力下造成玻璃变形、弯曲，成本高，厚度为成本高，厚度为1.5mm以上。玻璃或金属
23、以上。玻璃或金属封装。封装。2.新方法新方法：无机无机-有机多层隔离层结构：有机多层隔离层结构：1mm以以下厚度，下厚度，barix 隔离层隔离层。Hydrid encap by hot roll lamination:热压叠片形成氢化物胶囊密封热压叠片形成氢化物胶囊密封。无机无机钝化填充密封钝化填充密封剂剂.2024/1/2729/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺Vacuum evaporationHybridPrintingWhite stack+CFRGB side-by-sideRG printing+B common evapRGB printingPictureFeat
24、ures-Needs many vacuum chambers-Needs many vacuum chambers-Needs fine metal mask-Needs vacuum chamber-No vacuum necessary-No mask necessary-Simple process&stack-Large size&TE OKIssues-Complicated layer stacks-High power consumption-Difficult for Top-emission-Limited panel size-Complicated process-Difficult for RGB independent-cavity-Material LT-Limited resolutionComparison of OLED fabrication process2024/1/2730/32三、三、OLED面板制造工艺面板制造工艺OLED 与与PLED工艺比较工艺比较2024/1/2731/32OLEDOLED材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺材料、器件与工艺 本节课结束本节课结束 下一节课内容：下一节课内容：OLED驱动技术驱动技术2024/1/2732/32