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导电层--该层由有机塑料分子构成,这些分子传输由阳极而来的“空穴”.可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。

发射层--该层由有机塑料分子(不同于导电层)构成,这些分子传输从阴极而来的电子;发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射层聚合物。

阴极(可以是透明的,也可以不透明,视OLED类型而定)--当设备内有电流流通时,阴极会将电子注入电路。

二、OLED的制造

OLED生产过程中最重要的一环是将有机层敷涂到基层上。完成这一工作,有三种方法:

1、真空沉积或真空热蒸发(VTE)

位于真空腔体内的有机物分子会被轻微加热(蒸发),然后这些分子以薄膜的形式凝聚在温度较低的基层上。这一方法成本很高,但效率较低。

2、有机气相沉积(OVPD)

在一个低压热壁反应腔内,载气将蒸发的有机物分子运送到低温基层上,然后有机物分子会凝聚成薄膜状。使用载气能提高效率,并降低OLED的造价。

3、喷墨打印

利用喷墨技术可将OLED喷洒到基层上,就像打印时墨水被喷洒到纸张上那样。喷墨技术大大降低了OLED的生产成本,还能将OLED打印到表面积非常大的薄膜上,用以生产大型显示器,例如80英寸大屏幕电视或电子看板。

三、OLED的发光过程

OLED发光的方式类似于LED,需经历一个称为电磷光的过程。

具体过程如下:

1、OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加一个电压。

2、电流从阴极流向阳极,并经过有机层(电流指电子的流动)。

3、阴极向有机分子发射层输出电子。

4、阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。(这可以视为阳极向传导层输出空穴,两者效果相等。

5、在发射层和传导层的交界处,电子会与空穴结合。

6、电子遇到空穴时,会填充空穴(它会落入缺失电子的原子中的某个能级)。

7、这一过程发生时,电子会以光子的形式释放能量。8、OLED发光。

9、光的颜色取决于发射层有机物分子的类型。生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜,这样就能构成彩色显示器。

10、光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大,光的亮度就越高。

四、OLED的分类

以下是几种OLED:被动矩阵OLED、主动矩阵OLED、透明OLED、顶部发光OLED、可折叠OLED、白光OLED等。

OLED的制备工艺

OLED显示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。

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

(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上,其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案。

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100℃~150℃、蒸发速度在1晶振点~10晶振点/秒(即约0.1nm~1nm/S)、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70A~100A之间(个别金属要超过100A)、ITO样品基底温度在80℃左右、蒸发速度在5晶振点~50晶振点/秒(即约0.5nm~5nm/S)、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)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。

AMOLED生产工艺

由于AMOLED占据了OLED绝大部分市场份额,因此我们主要阐述AMOLED的制作工艺。

背板段

无论是AMOLED还是TFT-LCD,其制作过程的第一步是背板段工艺,即制作TFT基板。由于OLED属于电流驱动器件,对电流的稳定性要求很高,而电流的稳定性又与电子的迁移率有关,因此LTPS是适合做OLED用TFT的最佳半导体薄膜,一般来说AMOLED均采用LTPS基板搭载TFT。而LCD中由于成本及工艺的原因,采用a-Si的最多。

值得注意的是,TFT指薄膜晶体管,在LCD中起驱动开关的作用,通过TFT开关控制液晶的电压大小,进而控制液晶分子的旋转角度,通过遮光和透光来达到显示的目的;在OLED中同样起开关的作用,通过TFT开关控制电流大小进而控制发光亮度。LCD和OLED在制备TFT阵列中的不同点:1)OLED对TFT需求数量较多,LCD中一个像素只需要一个TFT,而OLED中至少需要4个TFT;2)OLED对TFT的制备工艺要求极高,同样是TFT,OLED中的TFT良率要远低于LCD中的TFT。

背板段工艺主要通过成膜,曝光,蚀刻叠加不同图形不同材质的膜层以形成LTPS,技术难点在于微米级的工艺精细度以及对于电性指标的极高均一度要求,具体流程见下图。背板段流程中涉及的设备有:光刻机、湿刻机、干刻机、ICP-干刻机、PVD、CVD、TEOSCVD、HF清洗机、激光晶化机、离子注入机、快速热退火机等。

前板段

前板段制程是整个AMOLED工艺中的最重要的环节。具体流程为:对LTPS-TFT基板进行不同方式的清洗、干燥之后,送入氮气环境中进行降温,并反转基板,使膜面朝下。对于处理后的基板,送入5x10—5Mpa的真空室内进行各功能层、发光层的蒸镀。蒸镀之后对AMOLED进行功能性和外观性的检测以及偏光片的贴附,最后进入模组段制程。前板段涉及到的主要设备有:基板转移设备、基板清洗设备、蒸镀机、张紧机、老化机、固化机等设备。

与盖板玻璃核心工艺在于“雕”字类似,AMOLED制备工艺的核心在于“蒸”字,也即AMOLED的像素点全部都是蒸镀到LTPS上的。所谓蒸镀,就是真空中通过电流加热,电子束轰击加热和激光加热等方法,使被蒸材料蒸发成原子或分子,它们随即以较大的自由程作直线运动,碰撞基片表面而凝结,进而形成薄膜。可以说,蒸镀是OLED制造工艺的精华部分,而且不仅是发光材料,金属电极等等之类也是蒸镀上去的。

蒸镀工艺难度极高,需要专用的蒸镀机才能够完成。目前业界公认日本Canon旗下子公司Tokki的技术能力最佳,全球范围内拥有大规模量产实际业绩的蒸镀设备也仅有日本Tokki一家,实际上Tokki基本垄断了全球蒸镀机的供应。Tokki公司于1986年由三家公司合并成立,于1993年研制出中小尺寸蒸镀机,1996年研发出用于量产的蒸镀机,2007年被Canon公司收购。

模组段

对制作好的AMOLED面板进行模组装配是产品面向应用的最后一道工序,也是检测面板品质的最后一道环节。AMOLED模组段和LCM模组段相似,但由于LCD需要与背光源进行组装,且LCD需要贴合彩色滤光片而AMOLED不需要等,总体来看在模组段的工序上AMOLED要比LCM简单。基本流程为:首先对面板进行切割、裂片、清洗和干燥,然后再进行面板的ACF贴附,接着做COG、FOG、TAB的绑定,经模组电测之后,涂保护胶并固化,最后完成外引线和驱动板装配,进行包装入库。其中涉及到的设备主要有:清洗机、板材切合机、粒子检测机、偏光片贴合机、ACF贴附机(贴附异向导电胶膜的机器)、COG邦定机(绑定控制IC的机器)、FOG邦定机(绑定FPC的机器)、OLB邦定机(绑定外引脚TAB的机器)、老化测试机、AOI自动检测机等等。

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