OLED（有機發光二極管）是繼TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）之後的新一代平板顯示技術。 它具有結構簡單、無需背光源自發光、對比度高、厚度薄、視角廣、響應速度快、可用於柔性面板、工作溫度範圍寬等優點。 1987年，美國柯達公司的CW Tang等人建立了OLED元件和基礎材料[1]。 1996年，日本先鋒成為第一家量產這項技術的公司，並將OLED面板與其生產的汽車音響顯示器相匹配。 近年來，由於前景廣闊，日本、美國、歐洲、台灣和韓國的研發團隊如雨後春筍般湧現，導致有機發光材料成熟，設備廠商蓬勃發展，不斷工藝技術的發展。
然而，OLED技術在原理和工藝上與目前成熟的半導體、LCD、CD-R甚至LED產業相關，但有其獨特的訣竅； 因此，OLED量產仍存在諸多瓶頸。 . 台灣熱寶科技有限公司於1997年開始研發OLED相關技術，並於2000年成功量產OLED面板，成為繼日本東北先鋒之後全球第二家量產OLED面板企業； 2002年繼續生產OLED面板。 出口出貨的單色和麵色面板如圖1所示，良率和產量都有所提升，成為全球產量最大的OLED面板供應商。
在OLED工藝中，有機膜層的厚度會極大地影響器件的特性。 一般來說，薄膜的厚度誤差必須小於5納米，這是名副其實的納米技術。 例如，TFT-LCD平板顯示器的第三代基板尺寸一般定義為550mm×650mm。 在這種尺寸的基板上，很難控制如此精確的膜厚。 大面積基板的工藝及大面積面板的應用。 目前，OLED應用主要是小型單色和區域彩色顯示面板，如手機主屏、手機副屏、遊戲機顯示屏、汽車音響屏、個人數字助理（PDA）顯示屏等。 由於OLED全彩量產工藝尚未成熟，預計2002年下半年後將陸續推出小尺寸全彩OLED產品。由於OLED是自發光顯示器，其視覺表現與同級別的全彩液晶顯示器相比，極為出色。 它有機會直接切入全彩小尺寸高端產品，如數碼相機和掌上型VCD（或DVD）播放器。 至於大面板（13英寸以上），雖然有研發團隊展示樣品，但量產技術仍有待開發。
OLED由於發光材料不同，一般分為小分子（通常稱為OLED）和大分子（通常稱為PLED）。 技術許可分別為美國的Eastman Kodak（柯達）和英國的CDT（劍橋顯示技術）。 台灣熱寶科技有限公司是少數同時開發OLED和PLED的公司之一。 在本文中，我們將主要介紹小分子OLED。 首先介紹OLED的原理，然後介紹相關的關鍵工藝，最後介紹目前OLED技術的發展方向。
1. OLED的原理
OLED組件由n型有機材料、p型有機材料、陰極金屬和陽極金屬組成。 電子（空穴）從陰極（陽極）注入，通過n型（p型）有機材料傳導到發光層（一般為n型材料），通過複合發光。 一般來說，ITO是在OLED器件製成的玻璃基板上濺射ITO作為陽極，然後通過真空熱蒸發依次沉積p型和n型有機材料和低功函數金屬陰極。 由於有機材料容易與水蒸氣或氧氣相互作用，因此會產生黑點，組件不會發光。 因此，本器件的真空鍍膜完成後，封裝過程必須在沒有水分和氧氣的環境中進行。
在陰極金屬和陽極ITO之間，廣泛使用的器件結構一般可分為5層。 如圖2所示，從靠近ITO的一側看，分別是：空穴注入層、空穴傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層。 關於OLED器件的進化史，柯達於1987年首次發表的OLED器件由兩層有機材料構成，空穴傳輸層和電子傳輸層。 空穴傳輸層是p型有機材料，其特點是空穴遷移率較高，其最高佔據分子軌道（HOMO）更接近ITO，允許空穴從ITO的能壘中轉移到有機層中降低了。
至於電子傳輸層，則是n型有機材料，其特點是電子遷移率高。 當電子從電子傳輸層到達空穴與電子傳輸層的界面時，電子傳輸層的最低未佔分子軌道最低未佔分子軌道（LUMO）遠高於空穴傳輸層的LUMO . 電子很難穿過這個能壘進入空穴傳輸層並被這個界面阻擋。 此時，空穴從空穴傳輸層轉移到界面附近，與電子復合產生激子（Exciton），激子以發光和不發光的形式釋放能量。 就一般的熒光材料體係而言，根據選擇性計算（選擇規則），只有 25% 的電子-空穴對以發光的形式複合，其餘 75% 的能量是由熱量釋放。 消散形式。 近年來，磷光（Phosphorescence）材料正被積極開發成為新一代OLED材料[2]，此類材料可以突破選擇性極限，將內量子效率提高到近100%。
在兩層器件中，n型有機材料——電子傳輸層——也用作發光層，發光波長由HOMO和LUMO的能量差決定。 然而，良好的電子傳輸層——即具有高電子遷移率的材料——不一定是具有良好發光效率的材料。 因此，目前普遍的做法是摻雜（摻雜）高熒光有機顏料進行電子傳輸。 靠近空穴傳輸層的部分，也稱為發光層[3]，體積比約為1%～3%。 摻雜技術的發展是提高原材料熒光量子吸收率的關鍵技術。 一般選用的材料是熒光量子吸收率高的染料（Dye）。 由於有機染料的發展起源於1970年代至1980年代染料激光器，材料體系完備，發射波長可以覆蓋整個可見光區域。 OLED器件中摻雜的有機染料的能帶較差，一般小於主體（Host）的能帶，以利於激子能量從主體轉移到摻雜劑（Dopant）。 但是，由於摻雜劑的能帶很小，在電學上起到陷阱的作用，如果摻雜劑層太厚，驅動電壓會增加； 但如果太薄，能量將從主體轉移到摻雜劑。 比率會變差，因此必須優化該層的厚度。
陰極的金屬材料傳統上使用功函數低的金屬材料（或合金），例如鎂合金，以促進電子從陰極注入電子傳輸層。 此外，通常的做法是引入電子注入層。 它由極薄的低逸出功金屬鹵化物或氧化物組成，如LiF或Li2O，可大大降低陰極與電子傳輸層之間的能壘[4]，降低驅動電壓。
由於空穴傳輸層材料的HOMO值仍與ITO不同，另外，ITO陽極在長時間運行後，可能會釋放出氧氣，破壞有機層，產生黑斑。 因此，在ITO和空穴傳輸層之間插入了一個空穴注入層，其HOMO值正好在ITO和空穴傳輸層之間，有利於空穴注入OLED器件，薄膜的特性可以阻止 ITO。 氧氣進入 OLED 元件以延長元件的壽命。
2、OLED驅動方式
OLED的驅動方式分為主動驅動（active drive）和被動驅動（passive drive）。
1) 被動驅動（PM OLED）
分為靜態驅動電路和動態驅動電路。
⑴靜態驅動法：在靜態驅動的有機發光顯示裝置上，一般每個有機電致發光像素的陰極連接在一起並拉在一起，每個像素的陽極單獨拉出。 這是共陰極連接方式。 如果想讓像素發光，只要恆流源電壓與陰極電壓之差大於像素發光值，像素就會在恆流源的驅動下發光。 如果一個像素不發光，把它的陽極接在一個負電壓上，它可以被反向阻擋。 但是，當圖像變化很大時，可能會出現交叉效應。 為了避免這種情況，我們必須採用交流的形式。 靜態驅動電路一般用於驅動段式顯示器。
⑵動態驅動方式：在動態驅動的有機發光顯示裝置上，人們將像素的兩個電極做成矩陣結構，即水平組顯示像素的相同性質的電極共用，垂直顯示像素組相同。 性質的另一個電極是共享的。 如果像素可以分為N行M列，則可以有N行電極和M列電極。 行和列分別對應發光像素的兩個電極。 即陰極和陽極。 在實際的電路驅動過程中，要逐行點亮像素或逐列點亮像素，通常採用逐行掃描的方式，列電極就是行掃描中的數據電極。 其實現方法是：對每行電極循環施加脈衝，同時所有列電極給該行像素的驅動電流脈衝，從而實現一行所有像素的顯示。 如果該行不再在同一行或同一列中，則向像素施加反向電壓以防止“交叉效應”。 這種掃描是逐行進行的，掃描所有行所需的時間稱為幀週期。
一幀中每一行的選擇時間是相等的。 假設一幀的掃描線數為N，掃描一幀的時間為1，則一條線所佔用的選擇時間為一幀時間的1/N。 該值稱為佔空比係數。 在相同電流下，增加掃描線數會降低佔空比，從而導致一幀內有機電致發光像素上的電流注入有效減少，從而降低顯示質量。 因此，隨著顯示像素的增加，為保證顯示質量，需要適當增加驅動電流或採用雙屏電極機制，增加佔空比係數。
除了電極共同形成的交叉效應外，有機電致發光顯示屏中正負電荷載流子重新結合形成發光的機制使得任何兩個發光像素，只要組成它們的任何一種功能膜結構是直接連接在一起的，兩個發光像素之間可能存在串擾，即一個像素發光，另一個像素也可能發出微弱的光。 這種現象主要是由於有機功能膜的厚度均勻性差和膜的橫向絕緣性差造成的。 從驅動的角度來看，為了緩解這種不利的串擾，採用反向截止的方法在一條線上也是一種有效的方法。
帶灰度控制的顯示：顯示器的灰度是指黑白圖像從黑到白的亮度等級。 灰度等級越多，從黑到白的圖像越豐富，細節越清晰。 灰度是圖像顯示和著色的一個非常重要的指標。 一般用於灰度顯示的屏幕多為點陣顯示器，其驅動多為動態驅動。 實現灰度控制的幾種方法有：控制法、空間灰度調製、時間灰度調製。
2）有源驅動（AM OLED）
有源驅動的每個像素都配備了一個具有開關功能的低溫多晶矽薄膜晶體管（LTP-Si TFT），每個像素配備了一個電荷存儲電容，外圍驅動電路和顯示陣列集成在一起在整個系統中，在同一個玻璃基板上。 TFT結構與LCD相同，不能用於OLED。 這是因為LCD採用電壓驅動，而OLED則依靠電流驅動，其亮度與電流量成正比。 因此，除了需要進行ON/OFF切換的地址選擇TFT外，還需要相對較低的導通電阻，以允許足夠的電流通過。 低小驅動TFT。
主動驅動是一種具有記憶效應的靜態驅動方式，可以100%負載驅動。 這種驅動不受掃描電極數量的限制，每個像素可以有選擇地獨立調整。
有源驅動沒有佔空比問題，驅動不受掃描電極數量限制，容易實現高亮度和高分辨率。
主動驅動可以獨立調節驅動紅藍像素的亮度，更有利於OLED彩色化的實現。
有源矩陣的驅動電路隱藏在顯示屏內，更容易實現集成化和小型化。 另外，由於解決了外圍驅動電路與屏幕的連接問題，在一定程度上提高了成品率和可靠性。
3) 主動與被動的比較
被動主動
即時高密度發光（動態驅動/選擇性） 連續發光（穩態驅動）
面板外附加IC芯片TFT驅動電路設計/內置薄膜驅動IC
逐行掃描 逐行擦除數據
輕鬆的漸變控制。 有機EL圖像像素形成在TFT基板上。
低成本/高電壓驅動 低電壓驅動/低功耗/高成本
設計變更容易、交貨期短（製造簡單）、發光元件壽命長（製造工藝複雜）
簡易矩陣驅動+OLED LTPS TFT+OLED
2、OLED的優缺點
1）OLED的優勢
(1) 厚度可小於1mm，僅為液晶屏的1/3，重量更輕；
(2) 固體中沒有液體物質，因此具有更好的抗震性，不怕掉落；
(3) 視角幾乎沒有問題，即使在大視角觀看，畫面依然不失真；
(4)響應時間是LCD的千分之一，在顯示動態畫面時絕對不會出現拖尾現象；
(5)低溫特性好，負40度仍能正常顯示，但LCD不行；
(6)製造工藝簡單，成本較低；
(7)發光效率更高，能耗比LCD低；
(8)可在不同材料的基板上製造，可製成可彎曲的柔性顯示器。
2.) OLED 的缺點
(1) 壽命通常只有5000小時，低於LCD至少10,000小時的壽命；
(2) 無法實現大尺寸屏幕的量產，因此目前僅適用於便攜式數碼產品；
(3)存在色純度不足的問題，不易顯示出鮮豔豐富的色彩。
3、OLED相關關鍵工藝
氧化銦錫 (ITO) 基板預處理
(1) ITO表面平整度
ITO已廣泛應用於商業顯示面板的製造。 具有高透光率、低電阻率、高功函數等優點。 一般來說，RF濺射法製造的ITO容易受到工藝控制不良的因素的影響，導致表面不平整，進而在表面產生尖銳的材料或突起。 此外，高溫煅燒和再結晶的過程也會產生表面約10～30nm的凸出層。 這些不均勻層的細顆粒之間形成的路徑將為空穴直接射向陰極提供機會，而這些複雜的路徑會增加漏電流。 一般有三種方法來解決這個表面層的影響：一是增加空穴注入層和空穴傳輸層的厚度，以減少漏電流。 這種方法主要用於具有厚孔層 (~200nm) 的 PLED 和 OLED。 二是對ITO玻璃進行再加工，使表面光滑。 三是採用其他塗裝方法，使表面更光滑（如圖3所示）。
(2) ITO功函數的增加
空穴從ITO注入HIL時，勢能差過大會產生肖特基勢壘，使空穴難以注入。 因此，如何減小ITO/HIL界面的勢能差成為ITO預處理的重點。 一般我們採用O2-Plasma方法來增加ITO中氧原子的飽和度，以達到增加功函數的目的。 O2-Plasma處理後ITO的功函數可以從原來的4.8eV提高到5.2eV，非常接近HIL的功函數。
① 添加輔助電極
由於OLED是電流驅動器件，當外電路過長或過細時，都會在外電路造成嚴重的壓降，導致OLED器件上的壓降下降，導致面板的發光強度。 由於ITO電阻過大（10歐/平方），容易造成不必要的外部功耗。 添加輔助電極以降低電壓梯度成為提高發光效率和降低驅動電壓的快捷方式。 鉻（Cr：Chromium）金屬是輔助電極最常用的材料。 具有對環境因素穩定性好，對蝕刻液選擇性更大的優點。 但是，當薄膜為2nm時，其電阻值為100ohm/square，在某些應用中仍然過大。 因此，鋁（Al：Aluminum）金屬（0.2歐姆/平方）在相同厚度下的電阻值較低。 ) 成為輔助電極的另一個更好的選擇。 但是，鋁金屬的高活性也使其成為可靠性問題； 因此，人們提出了多層輔助金屬，如：Cr/Al/Cr或Mo/Al/Mo。但是這樣的工藝增加了複雜性和成本，因此輔助電極材料的選擇成為了關鍵點之一OLED 工藝。
② 陰極工藝
在高分辨率 OLED 面板中，精細陰極與陰極分離。 一般採用的方法是蘑菇結構方法，類似於印刷技術的負性光刻膠顯影技術。 在負光刻膠顯影過程中，許多工藝變化會影響陰極的質量和良率。 例如，體積電阻、介電常數、高分辨率、高 Tg、低臨界尺寸 (CD) 損失以及與 ITO 或其他有機層的適當粘合界面。
③ 套餐
(1) 吸水材料
一般來說，OLED的生命週期很容易受到周圍水汽和氧氣的影響而縮短。 水分的來源主要有兩種：一是通過外部環境滲透到器件內部，二是OLED工藝中每一層材料吸收的水分。 為了減少水蒸氣進入元件或消除過程中吸收的水蒸氣，最常用的物質是乾燥劑。 乾燥劑可以利用化學吸附或物理吸附來捕捉自由運動的水分子，從而達到去除部件中水蒸氣的目的。
(2)工藝及設備開發
封裝過程如圖4所示，為了將乾燥劑放置在蓋板上並順利將蓋板粘合到基板上，需要在真空環境中進行或腔內充滿惰性氣體，如作為氮。 值得注意的是，如何讓蓋板與基板的連接工藝更高效、降低封裝工藝成本、縮短封裝時間以達到最佳量產率，已成為三大目標。包裝工藝和設備技術的發展。
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