OLED（有机发光二极管）是继TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）之后的新一代平板显示技术。 具有结构简单、无需背光源自发光、对比度高、厚度薄、视角广、响应速度快、可用于柔性面板、工作温度范围广等优点。 1987年，美国柯达公司的CW Tang等人建立了OLED元件和基础材料[1]。 1996年，日本先锋成为第一家量产这项技术的公司，并将OLED面板与其生产的汽车音响显示器相匹配。 近年来，由于前景广阔，日本、美国、欧洲、台湾和韩国的研发团队如雨后春笋般涌现，导致有机发光材料成熟，设备厂商蓬勃发展，不断工艺技术的发展。
然而，OLED技术在原理和工艺上与目前成熟的半导体、LCD、CD-R甚至LED产业相关，但有其独特的诀窍； 因此，OLED量产仍存在诸多瓶颈。 . 台湾热宝科技有限公司于1997年开始研发OLED相关技术，并于2000年成功量产OLED面板，成为继日本东北先锋之后全球第二家量产OLED面板企业； 2002年继续生产OLED面板。 出口出货的单色和面色面板如图1所示，良率和产量都有所提升，成为全球产量最大的OLED面板供应商。
在OLED工艺中，有机膜层的厚度会极大地影响器件的特性。 一般来说，薄膜的厚度误差必须小于5纳米，这是名副其实的纳米技术。 例如，TFT-LCD平板显示器的第三代基板尺寸一般定义为550mm×650mm。 在这种尺寸的基板上，很难控制如此精确的膜厚。 大面积基板的工艺及大面积面板的应用。 目前，OLED应用主要是小型单色和区域彩色显示面板，如手机主屏、手机副屏、游戏机显示屏、汽车音响屏、个人数字助理（PDA）显示屏等。 由于OLED全彩量产工艺尚未成熟，预计2002年下半年后将陆续推出小尺寸全彩OLED产品。由于OLED是自发光显示器，其视觉表现与同级别的全彩液晶显示器相比，极为出色。 它有机会直接切入全彩小尺寸高端产品，如数码相机和掌上型VCD（或DVD）播放器。 至于大面板（13英寸以上），虽然有研发团队展示样品，但量产技术仍有待开发。
OLED由于发光材料不同，一般分为小分子（通常称为OLED）和大分子（通常称为PLED）。 技术许可分别为美国的Eastman Kodak（柯达）和英国的CDT（剑桥显示技术）。 台湾热宝科技有限公司是少数同时开发OLED和PLED的公司之一。 在本文中，我们将主要介绍小分子OLED。 首先介绍OLED的原理，然后介绍相关的关键工艺，最后介绍目前OLED技术的发展方向。
1. OLED的原理
OLED元件由n型有机材料、p型有机材料、阴极金属和阳极金属组成。 电子（空穴）从阴极（阳极）注入，通过n型（p型）有机材料传导到发光层（一般为n型材料），通过复合发光。 一般来说，ITO是在OLED器件制成的玻璃基板上溅射ITO作为阳极，然后通过真空热蒸发依次沉积p型和n型有机材料和低功函数金属阴极。 由于有机材料容易与水蒸气或氧气相互作用，因此会产生黑点，组件不会发光。 因此，本器件的真空镀膜完成后，封装过程必须在没有水分和氧气的环境中进行。
在阴极金属和阳极ITO之间，广泛使用的器件结构一般可分为5层。 如图2所示，从靠近ITO的一侧看，分别是：空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层。 关于OLED器件的进化史，柯达于1987年首次发表的OLED器件由两层有机材料构成，空穴传输层和电子传输层。 空穴传输层是p型有机材料，其特点是空穴迁移率较高，其最高占据分子轨道（HOMO）更接近ITO，允许空穴从ITO的能垒中转移到有机层中降低了。
至于电子传输层，则是n型有机材料，其特点是电子迁移率高。 当电子从电子传输层到达空穴与电子传输层的界面时，电子传输层的最低未占分子轨道最低未占分子轨道（LUMO）远高于空穴传输层的LUMO . 电子很难穿过这个能垒进入空穴传输层并被这个界面阻挡。 此时，空穴从空穴传输层转移到界面附近，与电子复合产生激子（Exciton），激子以发光和不发光的形式释放能量。 就一般的荧光材料体系而言，根据选择性计算（选择规则），只有 25% 的电子-空穴对以发光的形式复合，其余 75% 的能量是由热量释放。 消散形式。 近年来，磷光（Phosphorescence）材料正被积极开发成为新一代OLED材料[2]，此类材料可以突破选择性极限，将内量子效率提高到近100%。
在两层器件中，n型有机材料——电子传输层——也用作发光层，发光波长由HOMO和LUMO的能量差决定。 然而，良好的电子传输层——即具有高电子迁移率的材料——不一定是具有良好发光效率的材料。 因此，目前普遍的做法是掺杂（掺杂）高荧光有机颜料进行电子传输。 靠近空穴传输层的部分，也称为发光层[3]，体积比约为1%～3%。 掺杂技术的发展是提高原材料荧光量子吸收率的关键技术。 一般选用的材料是荧光量子吸收率高的染料（Dye）。 由于有机染料的发展起源于1970年代至1980年代染料激光器，材料体系完备，发射波长可以覆盖整个可见光区域。 OLED器件中掺杂的有机染料的能带较差，一般小于主体（Host）的能带，以利于激子能量从主体转移到掺杂剂（Dopant）。 但是，由于掺杂剂的能带很小，在电学上起到陷阱的作用，如果掺杂剂层太厚，驱动电压会增加； 但如果太薄，能量将从主体转移到掺杂剂。 比率会变差，因此必须优化该层的厚度。
阴极的金属材料传统上使用功函数低的金属材料（或合金），例如镁合金，以促进电子从阴极注入电子传输层。 此外，通常的做法是引入电子注入层。 它由极薄的低逸出功金属卤化物或氧化物组成，如LiF或Li2O，可大大降低阴极与电子传输层之间的能垒[4]，降低驱动电压。
由于空穴传输层材料的HOMO值仍与ITO不同，另外，长时间运行后，ITO阳极可能会释放出氧气，破坏有机层，产生黑斑。 因此，在ITO和空穴传输层之间插入了一个空穴注入层，其HOMO值正好在ITO和空穴传输层之间，有利于空穴注入OLED器件，薄膜的特性可以阻止 ITO。 氧气进入 OLED 元件以延长元件的寿命。
2、OLED驱动方式
OLED的驱动方式分为主动驱动（active drive）和被动驱动（passive drive）。
1) 被动驱动（PM OLED）
分为静态驱动电路和动态驱动电路。
⑴ 静态驱动法：在静态驱动的有机发光显示装置上，一般每个有机电致发光像素的阴极连在一起拉在一起，每个像素的阳极分别拉出。 这是共阴极连接方法。 如果想让像素发光，只要恒流源电压与阴极电压之差大于像素发光值，像素就会在恒流源的驱动下发光。 如果一个像素不发光，把它的阳极接在一个负电压上，它可以被反向阻挡。 但是，当图像变化很大时，可能会出现交叉效应。 为了避免这种情况，我们必须采用交流的形式。 静态驱动电路一般用于驱动段式显示器。
⑵动态驱动方式：在动态驱动的有机发光显示装置上，人们将像素的两个电极做成矩阵结构，即水平组显示像素的相同性质的电极共用，垂直显示像素组相同。 性质的另一个电极是共享的。 如果像素可以分为N行M列，则可以有N行电极和M列电极。 行和列分别对应发光像素的两个电极。 即阴极和阳极。 在实际的电路驱动过程中，要逐行点亮像素或逐列点亮像素，通常采用逐行扫描的方式，列电极就是行扫描中的数据电极。 其实现方法是：对每行电极循环施加脉冲，同时所有列电极给该行像素的驱动电流脉冲，从而实现一行所有像素的显示。 如果该行不再在同一行或同一列中，则向像素施加反向电压以防止“交叉效应”。 这种扫描是逐行进行的，扫描所有行所需的时间称为帧周期。
一帧中每一行的选择时间是相等的。 假设一帧的扫描线数为N，扫描一帧的时间为1，则一条线所占用的选择时间为一帧时间的1/N。 该值称为占空比系数。 在相同电流下，增加扫描线数会降低占空比，导致一帧内有机电致发光像素上的电流注入有效减少，从而降低显示质量。 因此，随着显示像素的增加，为保证显示质量，需要适当增加驱动电流或采用双屏电极机制，增加占空比系数。
除了电极共同形成的交叉效应外，有机电致发光显示屏中正负电荷载流子重新结合形成发光的机制使得任何两个发光像素，只要组成它们的任何一种功能膜结构是直接连接在一起的，两个发光像素之间可能存在串扰，即一个像素发光，另一个像素也可能发出微弱的光。 这种现象主要是由于有机功能膜的厚度均匀性差和膜的横向绝缘性差造成的。 从驱动的角度来看，为了缓解这种不利的串扰，采用反向截止的方法在一条线上也是一种有效的方法。
带灰度控制的显示：显示器的灰度是指黑白图像从黑到白的亮度等级。 灰度等级越多，从黑到白的图像越丰富，细节越清晰。 灰度是图像显示和着色的一个非常重要的指标。 一般用于灰度显示的屏幕多为点阵显示器，其驱动多为动态驱动。 实现灰度控制的几种方法有：控制法、空间灰度调制、时间灰度调制。
2）有源驱动（AM OLED）
有源驱动的每个像素都配备了一个具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管（LTP-Si TFT），每个像素配备了一个电荷存储电容，外围驱动电路和显示阵列集成在一起在整个系统中，在同一个玻璃基板上。 TFT结构与LCD相同，不能用于OLED。 这是因为LCD采用电压驱动，而OLED则依靠电流驱动，其亮度与电流量成正比。 因此，除了需要进行ON/OFF切换的地址选择TFT外，还需要相对较低的导通电阻，以允许足够的电流通过。 低小驱动TFT。
主动驱动是一种具有记忆效应的静态驱动方式，可以100%负载驱动。 这种驱动不受扫描电极数量的限制，每个像素可以有选择地独立调整。
有源驱动没有占空比问题，驱动不受扫描电极数量限制，容易实现高亮度和高分辨率。
主动驱动可以独立调节驱动红蓝像素的亮度，更有利于OLED彩色化的实现。
有源矩阵的驱动电路隐藏在显示屏内，更容易实现集成化和小型化。 另外，由于解决了外围驱动电路与屏幕的连接问题，在一定程度上提高了良率和可靠性。
3) 主动与被动的比较
被动主动
即时高密度发光（动态驱动/选择性） 连续发光（稳态驱动）
面板外附加IC芯片TFT驱动电路设计/内置薄膜驱动IC
逐行扫描 逐行擦除数据
轻松的渐变控制。 有机EL图像像素形成在TFT基板上。
低成本/高电压驱动 低电压驱动/低功耗/高成本
设计变更容易、交货期短（制造简单）、发光元件寿命长（制造工艺复杂）
简易矩阵驱动+OLED LTPS TFT+OLED
2、OLED的优缺点
1）OLED的优势
(1) 厚度可小于1mm，仅为液晶屏的1/3，重量更轻；
(2) 固体中没有液体物质，因此具有更好的抗震性，不怕掉落；
(3) 视角几乎没有问题，即使在大视角观看，画面依然不失真；
(4)响应时间是LCD的千分之一，在显示动态画面时绝对不会出现拖尾现象；
(5)低温特性好，负40度仍能正常显示，但LCD不行；
(6)制造工艺简单，成本较低；
(7)发光效率更高，能耗比LCD低；
(8)可在不同材料的基板上制造，可制成可弯曲的柔性显示器。
2.) OLED 的缺点
(1) 寿命通常只有5000小时，低于LCD至少10,000小时的寿命；
(2) 无法实现大尺寸屏幕的量产，因此目前仅适用于便携式数码产品；
(3)存在色纯度不足的问题，不易显示出鲜艳丰富的色彩。
3、OLED相关关键工艺
氧化铟锡 (ITO) 基板预处理
(1) ITO表面平整度
ITO已广泛应用于商业显示面板的制造。 具有高透光率、低电阻率、高功函数等优点。 一般来说，RF溅射法制造的ITO容易受到工艺控制不良的因素的影响，导致表面不平整，进而在表面产生尖锐的材料或突起。 此外，高温煅烧和再结晶的过程也会产生表面约10～30nm的凸出层。 这些不均匀层的细颗粒之间形成的路径将为空穴直接射向阴极提供机会，而这些复杂的路径会增加漏电流。 一般有三种方法来解决这个表层的影响：一是增加空穴注入层和空穴传输层的厚度，以减少漏电流。 这种方法主要用于具有厚孔层 (~200nm) 的 PLED 和 OLED。 二是对ITO玻璃进行再加工，使表面光滑。 三是采用其他涂装方法，使表面更光滑（如图3所示）。
(2) ITO功函数的增加
空穴从ITO注入HIL时，势能差过大会产生肖特基势垒，使空穴难以注入。 因此，如何减小ITO/HIL界面的势能差成为ITO预处理的重点。 一般我们采用O2-Plasma方法来增加ITO中氧原子的饱和度，以达到增加功函数的目的。 O2-Plasma处理后ITO的功函数可以从原来的4.8eV提高到5.2eV，非常接近HIL的功函数。
① 添加辅助电极
由于OLED是电流驱动器件，当外电路过长或过细时，都会在外电路中造成严重的压降，导致OLED器件上的压降下降，导致面板的发光强度。 由于ITO电阻过大（10欧/平方），容易造成不必要的外部功耗。 添加辅助电极以降低电压梯度成为提高发光效率和降低驱动电压的快捷方式。 铬（Cr：Chromium）金属是辅助电极最常用的材料。 具有对环境因素稳定性好，对蚀刻液选择性更大的优点。 但是，当薄膜为2nm时，其电阻值为100ohm/square，在某些应用中仍然过大。 因此，铝（Al：Aluminum）金属（0.2欧姆/平方）在相同厚度下的电阻值较低。 ) 成为辅助电极的另一个更好的选择。 但是，铝金属的高活性也使其成为可靠性问题； 因此，人们提出了多层辅助金属，如：Cr/Al/Cr或Mo/Al/Mo。但是这样的工艺增加了复杂性和成本，因此辅助电极材料的选择成为了其中的关键点之一。 OLED 工艺。
② 阴极工艺
在高分辨率 OLED 面板中，精细阴极与阴极分离。 一般采用的方法是蘑菇结构方法，类似于印刷技术的负性光刻胶显影技术。 在负光刻胶显影过程中，许多工艺变化会影响阴极的质量和良率。 例如，体积电阻、介电常数、高分辨率、高 Tg、低临界尺寸 (CD) 损失以及与 ITO 或其他有机层的适当粘合界面。
③ 套餐
(1) 吸水材料
一般来说，OLED的生命周期很容易受到周围水汽和氧气的影响而缩短。 水分的来源主要有两种：一是通过外部环境渗透到器件内部，二是OLED工艺中每一层材料吸收的水分。 为了减少水蒸气进入元件或消除过程中吸收的水蒸气，最常用的物质是干燥剂。 干燥剂可以利用化学吸附或物理吸附来捕捉自由运动的水分子，从而达到去除部件中水蒸气的目的。
(2)工艺及设备开发
封装过程如图4所示，为了将干燥剂放置在盖板上并顺利将盖板粘合到基板上，需要在真空环境中进行或腔内充满惰性气体，如作为氮。 值得注意的是，如何让盖板与基板的连接工艺更高效、降低封装工艺成本、缩短封装时间以达到最佳量产率，已成为三大目标。包装工艺和设备技术的发展。
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