一文读懂OLED的进阶史.doc
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1、一文读懂OLED的进阶史穿透式与上发光型OLED结构一般OLED器件的光都是经由基板射出,也就是下发光型。而所谓的上发光型就是光不是经过底下基板而是从其反面射出。如果基板之上为高反射的阳极,而阴极是透光的,则光是经由表面的阴电极放光。阳极材料若还是使用传统的透明ITO阳极,搭配透明阴极则器件的两面都会发光,也就是所谓的穿透式器件。(a)上发光型器件;(b)下发光型器件;(c)穿透式器件由于主动式OLED发光器件是有薄膜晶体来控制的,因此如果器件是以下发光形式放光,光经过基板时势必会被建立在基板上的TFT和金属线电路所挡住,所以实际发光的面积就会受到限制,缩减可以发光的面积所占的比率,也就是所谓
2、的开口率。穿透式器件的优势在于,不显示信息时面板是半透明的,显示信息时从两面都可接收到信息。利用此特性,其应用与设计可以更灵活。穿透式与上发光型器件的发展必须先将阴极的透射率提高,因为光是透过阴极发出,因此阴极的透射率决定了器件出光的多少。而阴极通常都是由金属组成,透射率要高则势必要把金属厚度变薄,太薄无法导电,且会影响器件的工作稳定性,因此透光度受到一定的限制。1.1透明阴极发展介绍在穿透式和上发光器件中,最重要的就是透明阴极。要让光从阴极发出,最直接的做法就是将下发光器件的阴极镀薄,这样就不用考虑功函数的问题所以通常会再加上透明导电的ITO做辅助电极并同时增加阴极导电性,然而在有机层上溅镀
3、ITO又不破坏器件不是容易的事,在这方面还需要许多的技术来克服。1996年,Forrest等人率先使用10nm的Mg:Ag(30:1)加上40nm的ITO当成半透明阴极,其透射率在可见光区大约为70。所制成的器件上下都发光,外部量子效率加起来约0.1。同时,溅射ITO的功率只有5W,沉积速率只有0.3nm/min,溅射40nm需要超过2h;而且薄的金属层不足以抵挡溅射过程对有机层的破坏,分子键被打断,能级发生变化。以上溅镀ITO的制程,往往费时又要考虑溅镀时OLED器件可能受到的损坏,就采用热蒸镀的方法。2001年Hung和Tang等人利用热蒸镀金属完全取代ITO的溅镀制程。 2003年,Ha
4、n等人利用半透明的电荷注入层LiF(0.5nm)/Al(3nm)/Al:SiO(30nm)作为上发光型器件的阴极,Al:SiO不但具有好的透射率,更可以当作防止溅镀ITO造成器件损坏的缓冲层。 2004年,Canon发表新的电子输运材料c-ETM,搭配碳酸铯掺杂物作为n-掺杂的电子注入层。综上所述,透明阴极的透明度与导电度是一个重要的考量因素,对穿透式器件来说要达到两边出光亮一致,透明阴极需要有很好的透射性,且避免使用在可见光区有吸收的材料(如金属),而非金属阴极(如ITO)的溅镀需要非常小心地控制,避免OLED器件受到损坏。如果使用热蒸镀的薄金属阴极,太薄则导电度不好,太厚则透射性不佳,对于
5、上发光型器件来说又会造成微共振腔效应,器件的光学设计需要进一步考虑。1.2上发光型器件阳极OLED的阳极通常都是由高功函数的材料所组成的。而上发光型器件中,阳极必须具有反射性。Au(5.1)、Ni(5.15)、Pt(5.65)功函数较高但反射率只有5060,Al(4.28)、Ag(4.26)反射率90以上但功函数稍低,通常要搭配合适功函数的材料,如Al/ITO、Ag/ITO或是Al/Ni、Al/Pt。或使用适合的空穴注入材料。CFx、MoOx、利用UV-ozone处理Ag表面形成薄膜 (4.85.1eV)。虽然高功函数阳极的空穴注入性能较好,但是只要选择适当的空穴注入层,上发光型器件的效率往往
6、由阳极的反射率来决定。显示以不同反射率的金属为阳极与器件效率的关系,其中以高反射的铝和银当作阳极,器件效率可以是下发光型器件的1.6倍。如果以反射率80的镁当作阳极时效率也还超过下发光型器件。而其他反射率较低的金属,效率都比下发光型器件低,因此高反射阳极还是主流。阳极反射率对器件效率影响的模拟图1.3不发生等离子体损伤的溅镀系统为了在有机层上溅镀透明且导电性好的ITO,不少研究者吃尽了苦头。为解决这问题,除了溅镀保护层外,还可以从两方面着手,一是改进电子或空穴输运材料的热稳定性,并使之可以抵挡溅镀时高能量粒子(如反射的Ar原子、电子、带电离子)的破坏;另外则是发展特殊的溅镀系统,使有机膜损伤降
7、到最低。对向靶溅镀系统是近来引人注意的溅镀技术,其结构如图所示,与传统的溅镀腔体不同的是,基板不是面向靶材表面,而是与靶材面成90的关系,高能量的粒子被磁场限制在等离子体内,因此可以使损伤降到最低。Samsung在SDI2004年发表了以此技术溅镀ITO和Al的结果,可以在基板无加热下,得到电阻率为610-4cm,且透射率大于85的ITO薄膜。而与DC溅镀Al阴极的器相比,对向靶溅镀不会造成器件有明显的漏电,与热蒸镀阴极的器件几乎一样。1.4微共振腔效应所谓微共振腔效应就是器件内部的光学干扰,在OLED中,不论是上发光型或是下发光型器件,都存在程度不一的共振腔效应,微共振腔效应主要是指不同能态
8、的光子密度被重新分配,使得只有特定波长的光在符合共振腔模式后,得以在特定的角度射出,因此光波的半高宽(FWHM)也会变窄,在不同角度的强度和光波波长也会不同。但在适当控制下,可使得上发光型器件的色纯度和效率都比下发光型器件大幅提升。下发光型器件:阴极高反射率,阳极高透过率,大部分光直接从透明电极出射,一部分由高反射率的电极全反射,如图8-6(a),此时的干涉现象大致属于广角干涉。上发光型器件:阴极为半透明金属,光的反射增加,造成多光束干涉,微腔效应更明显。发光强度和发光颜色会随视角而改变。(a)广角干涉;(b)多光束干涉示意图1.5阴极覆盖层用“适当厚度”且“折射率相配”的材料作为覆盖层,可提
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