OLED-工艺

OLED照明工艺之真空蒸镀

1.OLED技术简介

2.OLED一般工艺流程

3.OLED真空蒸镀

4.OLED发展及前景

1.OLED技术简介

有机电致发光（OrganicElectroluminescentLight）简称为OEL。它有两个技术分支，一个是分子量在500～2000之间的小分子有机发光二极管（OrganicLightEmittingDiode）简称为OLED或SM-OLED；另一个是分子量在10000～100000之间的高分子（又称聚合物）有机发光二极管

（PolymerLight-EmittingDiode）简称为PLED或P-OLED。

OLED的研究产生起源于一个偶然的发现。1979年的一天晚上，在Kodak公司从事科研工作的华裔科学家邓青云博士在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室里，回去以后，他发现黑暗中有个亮的东西。打开灯发现原来是一块做实验的有机蓄电池在发光。这是怎么回事？OLED研究就此开始，邓博士由此也被称为OLED之父。

OLED显示器件是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件。其典型结构是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层，发光层上方有一层低功函数的金属电极。当电极上加有电压时，发光层就产生光辐射。OLED的发光机理和过程是从阴、阳两极分别注入电子和空穴，被注入的电子和空穴在有机层内传输，并在发光层内复合，从而激发发光层分子产生单态激子，单态激子辐射衰减而发光。

作为新技术OLED有很多优点：

1、厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻；

2、固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔；

3、几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真；

4、响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象；

5、低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到；

6、发光效率更高，能耗比LCD要低；

7、能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。

2.OLED一般工艺流程

OLED器件的制备工艺包括：ITO玻璃清洗→光刻→再清洗→前处理→真空蒸镀有机层→真空蒸镀背电极→真空蒸镀保护层→封装→切割→测试→模块组装→产品检验及老化实验等十几道工序，其几个关键工序的工艺如下:

（1）ITO玻璃的洗净及表面处理

ITO作为阳极其表面状态直接影响空穴的注入和与有机薄膜层间的界面电子状态及有机材料的成膜性。如果ITO表面不清洁，其表面自由能变小，从而导致蒸镀在上面的空穴传输材料发生凝聚、成膜不均匀。也有可能导致击穿，使面板短路。

ITO表面的处理过程为：洗洁精清洗→乙醇清洗→丙酮清洗→纯水清洗，均用超声波清洗机进行清洗，每次洗涤采用清洗5分钟，停止5分钟，分别重复3次的方法。然后再用红外烘箱烘干待用。对洗净后的ITO玻璃还需进行表面活化处理，以增加ITO表面层的含氧量，提高ITO表面的功函数。也可以用比例为水:双氧水:氨水=5:1:1混合的过氧化氢溶液处理ITO表面，使ITO表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加，以提高ITO表面的功函数来增加空穴注入的几率，可使OLED器件亮度提高一个数量级。

ITO玻璃在使用前还应经过“紫外线－臭氧”或“等离子”表面处理，主要目的是去除ITO表面残留的有机物、促使ITO表面氧化、增加ITO表面的功函数、提高ITO表面的平整度。未经处理的ITO表面功函数约为4.6 eV，经过紫外线－臭氧或等离子表面处理后的ITO表面的功函数为5.0 eV以上，发光效率及工作寿命都会得到提高。对ITO玻璃表面进行处理一定要在干燥的真空环境中进行，处理过的ITO 玻璃不能在空气中放置太久，否则ITO表面就会失去活性。

（2）ITO的光刻处理工艺

光刻工序是从基板投片开始，经过清洗、涂胶、烘干、曝光、显影、蚀刻、脱膜等工艺手段，在基板上形成Cr等金属辅助电极图案、ITO图案、绝缘层（Insulator）图案、阴极隔离柱（Seperator）图案四部分图案成形组成，具体如下：

以上工序中的涂胶、软烘、对准曝光、显影、硬烘一般需要在100级，温度23±3℃，湿度50±10%RH 的黄光区中进行；预/主清洗、Cr/ITO蚀刻在净房洁净度1000级，温度23±3℃，湿度50±10%RH的白光区进行。上述是OLED显示基板。用于OLED 照明的基板工序可以简化些，主要是对ITO层进行处理形成电极图案。

（3）有机薄膜的真空蒸镀工艺

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坩埚，加热坩埚蒸镀有机材料，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上，其下面放置的金属Mask控制蒸镀图案。

在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验，实验结果表明，有机材料的蒸发温度一般在170℃～400℃之间、ITO样品基底温度在40℃～60℃、蒸发速度在1晶振点～5晶振点/秒（即约1Å～5Å）、蒸发腔的真空度在5×10-4Pa～3×10-4Pa时蒸镀的效果较佳。

但是，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。

（4）金属电极的真空蒸镀工艺

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。常用的金属电极有Mg/Ag、Mg:Ag/Ag、Li/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）。

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，金属电极材料的蒸发加热电流一般在20A～50A之间、ITO样品基底温度在60℃左右、蒸发速度在5～10晶振点/秒（即约5Å～10Å）、蒸发腔的真空度在7×10-4Pa～5×10-4Pa时蒸镀的效果较佳。

(5）器件封装工艺

OLED器件的有机薄膜及金属薄膜遇水和空气后会立即氧化，使器件性能迅速下降，因此在封装前决不能与空气和水接触。因此，OLED的封装工艺一定要在无水无氧的、通有惰性气体（如氩气、氮气）的手套箱中进行。封装材料包括粘合剂和覆盖材料。粘合剂使用紫外固化环氧固化剂，覆盖材料则采用玻璃封盖，在封盖内加装干燥剂来吸附残留的水分。主要工艺流程如下：