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【科普】OLED设备制造厂商及常用材料

编辑:chinafpd 2016-05-13 11:12 浏览 评论 评论 1 赞    来源:  中华显示网

  面板厂积极降低生产成本 OLED技术是继CRT、PDP及LCD之后的新一代平板显示技术,具有显著的新兴产业特征。OLED是利用有机半导体材料在电场作用下发光的显示技术,是一种新型的纯固体(CRT和PDP等离子都拥有真空技术,LCD液晶则拥有液态技术)显示技术,OLED兼具CRT和LCD两种显示技术的优势。

  OLED多层结构如图一所示,可包括阳极(Anode)、空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、有机发光层(EL)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)、及阴极(Cathode),在设计上究竟选用多少层材料,须视各层材料能阶分布状况而定。采用多层结构的目的是为了造成如阶梯形式的能阶状态,如图二所示,使分别从阳极和阴极所提供的空穴和电子,更容易传输至发光层结合而后放出光子。而在材料的使用上,会适量加入Dopant来调节所需的能阶状态。各层材料及Dopant,请参阅表一及表二。

【科普】OLED设备制造厂商及常用材料
【科普】OLED设备制造厂商及常用材料

  全球主要OLED设备制造商

  就OLED设备制造商而言,主要包括:有机蒸镀和封装等无源有机发光显示(PM-OLED)用关键设备,溅镀台、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统、真空热蒸发系统(VTE)等AM-OLED用薄膜晶体管(TFT)薄膜沉积设备,涂胶机、曝光机、干湿法刻蚀机等AM-OLED用TFT图形制作设备,退火炉、退火气体管道、激光退火设备等AM-OLED用TFT退火设备,TFT电学测试设备、OLED光学测试设备等AM-OLED用检测设备,激光修补机等AM-OLED用缺陷检测修补设备等。目前,全球主要的设备商集中在韩日两国,如图所示。

【科普】OLED设备制造厂商及常用材料

图为全球OLED设备主要制造商一览表

  组成OLED的五大材料

【科普】OLED设备制造厂商及常用材料
【科普】OLED设备制造厂商及常用材料

  1、阳极材料

  OLED的阳极材料主要作器件的阳极之用,要求其功函数尽可能的高,以便提高空穴的注入效率。OLED器件要求电极必须有一侧是透明的,因此通常选用功函数高的透明材料ITO导电玻璃作阳极。ITO(氧化铟锡)玻璃在400nm~1000nm的波长范围内透过率达80%以上,而且在近紫外区也有很高的透过率。

  作为显示器件还要求阳极透明,一般采用的有Au、透明导电聚合物(如聚苯胺)和ITO导电玻璃,常用ITO玻璃。

  2、阴极材料

  OLED的阴极材料主要作器件的阴极之用,为提高电子的注入效率,应该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。金属功函数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,工作中产生的焦耳热就会越少,器件寿命就会有较大的提高。

  OLED的阴极通常采用以下几种:

  (1)单层金属阴极。如Ag、Al、Li、Mg、Ca、In等,但它们在空气中很容易被氧化,致使器件不稳定、使用寿命缩短,因此选择合金做阴极或增加缓冲层来避免这一问题。

  (2)合金阴极。为了既能提高器件的发光效率,又能得到稳定的器件,通常采用金属合金作为阴极。在蒸发单一金属阴极薄膜时,会形成大量的缺陷,造成耐氧化性变差;而蒸镀合金阴极时,少量的金属会优先扩散到缺陷中,使整个有机层变得很稳定。将性质活泼的低功函数金属和化学性能较稳定的高功函数金属一起蒸发形成金属阴极、如Mg:Ag(10:1),Li:Al (0.6%Li) 合金电极,功函数分别为3.7eV和3.2eV。)

  优点:提高器件量子效率和稳定性;能在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜。

  (3)层状阴极。这种阴极是在发光层与金属电极之间加入一层阻挡层,如LiF、CsF、RbF等,它们与Al形成双电极,可得到更高的发光效率和更好的I-V特性曲线。阻挡层可大幅度的提高器件的性能。

  (4)掺杂复合型电极

  将掺杂有低功函数金属的有机层夹在阴极和有机发光层之间,可大大改善器件性能,其典型器件是ITO/NPD/AlQ/AlQ(Li)/Al,最大亮度可达30000cd/m2,如无掺Li层器件,亮度为3400 cd/m2。

  3、缓冲层材料

  在OLED中空穴的传输速率约为电子传输速率的两倍,为了防止空穴传输到有机/金属阴极界面引起光的猝灭,在制备器件时需引入缓冲层CuPc。CuPc 作为缓冲层,不仅可以降低ITO/有机层之间的界面势垒,而且还可以增加ITO/有机界面的粘合程度,增大空穴注入接触,抑制空穴向HTL层的注入,使电子和空穴的注入得以平衡。

  4、载流子传输材料

  OLED器件要求从阳极注入的空穴与从阴极注入的电子能相对平衡的注入到发光层中,也就是要求空穴和电子的注入速率应该基本相同,因此有必要选择合适的空穴与电子传输材料。在器件的工作过程中,由于发热可能会引起传输材料结晶,导致OLED器件性能衰减,所以我们应选择玻璃化温度(Tg)较高的材料作为传输材料。试验中通常选用NPB作为空穴传输层,而选用Alq3作为电子传输材料。

  1)空穴输送材料(HTM)

  要求HTM有高的热稳定性,与阳极形成小的势垒,能真空蒸镀形成无针孔薄膜。最常用的HTM均为芳香多胺类化合物,主要是三芳胺衍生物。

  TPD:N,N′-双(3-甲基苯基)-N,N′-二苯基-1,1′-二苯基-4,4′-二胺* d#

  NPD: N,N′-双(1-奈基)-N,N′-二苯基-1,1′-二苯基-4,4′-二胺; C% \

  2)电子输运材料(ETM)

  要求ETM有适当的电子输运能力,有好的成膜性和稳定性。ETM一般采用具有大的共扼平面的芳香族化合物

  如8-羟基喹啉铝(AlQ),1,2,4一三唑衍生物(1,2,4-Triazoles,TAZ),PBD,Beq2,DPVBi等,它们同时又是好的发光材料。.?3

  5、发光材料

  发光材料是OLED器件中最重要的材料。一般发光材料应该具备发光效率高、最好具有电子或空穴传输性能或者两者兼有、真空蒸镀后可以制成稳定而均匀的薄膜、它们的HOMO和LUMO能量应该与相应的电极相匹配等特性。

  在小分子发光材料中,Alq3是直接单独使用作为发光层的材料。还有的是本身不能单独作为发光层,掺杂在另一种基质材料中才能发光,如红光掺杂剂DCJTB,绿光掺杂剂DMQA,蓝光掺杂剂BH1,BD1等。Alq3是一种既可以作为发光层材料,又可以兼做电子传输层材料的一种有机材料。

  选择发光材料应满足下列条件:

  A.高量子效率的荧光特性,荧光光谱主要分布400nm~700nm可见光区域。

  B.良好的半导体特性,即具有高的导电率,能传导电子或空穴或两者兼有。

  C.好的成膜性,在几十纳米的薄层中不产生针孔。

  D.良好的热稳定性。

  按化合物的分子结构,有机发光材料一般分为两大类:

  (1)高分子聚合物,分子量10000~100000,通常是导电共轭聚合物或半导体共轭聚合物,可用旋涂方法成膜,制作简单,成本低,但其纯度不易提高,在耐久性,亮度和颜色方面比小分子有机化合物差。

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