莊筱磊　李榮玉　施　展　劉　暢　張　浩　余　峰　張建華

摘要：近來主要通過使用彩色濾色膜(CF)與使用RGB三色排列的方法來實(shí)現(xiàn)有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED)的全彩化、本文比較兩種方式實(shí)現(xiàn)OLED全彩化的亮度以及表面平整度等光電參數(shù)后得出結(jié)論：CF在OLED實(shí)現(xiàn)全彩化的應(yīng)用上依然面臨一些問題，需要進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，才能更好地實(shí)現(xiàn)OLED全彩化。

關(guān)鍵詞：OLED；ITO；CF；

平面粗糙度

自1987年Tang等首次制成低壓直流驅(qū)動的有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED)以來，其性能得到長足進(jìn)步?，F(xiàn)在OLED已從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了生產(chǎn)廠房，各種單色、全彩的器件應(yīng)用于手機(jī)、MP3等便攜式數(shù)碼產(chǎn)品上，其批量制造工藝日臻完善。而目前實(shí)現(xiàn)全彩OLED的顯示技術(shù)主要有：RGB三色排列：白光+彩色濾色膜(CF)；藍(lán)光+色變換層(CCF)。而作為基于液晶全彩化的方式，白光+彩色濾色膜CF技術(shù)已經(jīng)投入了大量的研究開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)了部分商品化。

OLED全彩化技術(shù)

實(shí)現(xiàn)OLED彩色化的主要方法有三種(如圖1所示)：RGB三色排列發(fā)光法、白光OLED L31+CF法、藍(lán)光+色變換層(CCF)法。

目前OLED量產(chǎn)化中采用較多的是RGB三色排列發(fā)光技術(shù)，但對設(shè)備要求較高，對位精度的誤差要求也十分嚴(yán)格，制造成本較高。此外由于三種RGB發(fā)光材料的不同，發(fā)光材料的衰減周期不同，導(dǎo)致了RGB三基色壽命長短不一、三基色色彩飽和度間的差異和解像度高低的不同。

白光+CF法制造工藝相對簡單，白光OLED技術(shù)和現(xiàn)已在液晶應(yīng)用上已非常成熟的CF技術(shù)結(jié)合起來，被認(rèn)為是較容易和較經(jīng)濟(jì)的OLED彩色化方法。由于采用單一白色光源，因此理論上RGB三原色的亮度壽命相同，沒有色彩失真的現(xiàn)象。制程上則不需要考慮屏蔽對位的問題。并增加了畫面精細(xì)度，回避了OLED的RGB三色排列發(fā)光法生產(chǎn)過程中的種種困難，把難題轉(zhuǎn)移到已經(jīng)相對成熟的CF上，簡化了生產(chǎn)制程，從而使投資減小，使經(jīng)濟(jì)和性能良好的彩色OLED的實(shí)現(xiàn)成為可能。

藍(lán)光+色變換層法是以制備藍(lán)光為發(fā)光主體，而后再加色變換層陣列使部分光轉(zhuǎn)換成紅色和綠色，從而獲得全彩色。該方法制程在材料的選擇上也較容易。但該方法的缺點(diǎn)是需要發(fā)光效率和色彩度都好的藍(lán)光，目前還未進(jìn)入到生產(chǎn)化階段。

OLED器件除了ITO陽極，包括有機(jī)材料等和金屬陰極僅有200～300nm左右厚度，其間沉積了注入層、傳輸層和發(fā)光層等小分子有機(jī)膜，這些有機(jī)膜和金屬膜都是在ITO表面上通過真空蒸發(fā)方式依次沉積的(圖2)。

而作為白光+CF的方式，其基板要把RGB像素陣列、OC層、ITO膜、金屬輔助電極膜依次旋涂和磁控濺射沉積到玻璃基板上，這比玻璃基板上直接沉積ITO膜和金屬輔助電極膜難度大很多，降低表面粗糙度上更是困難。一般應(yīng)用于液晶的CF的基本規(guī)格如下，BM層為1.6±0.3μm，RGB層為2.3±0.3μm，OC層為2±0.3μm，可以看到對于其厚度已經(jīng)有了近300nm的均勻性的誤差，由于一般液晶層厚只有10μm左右，基片不平整對于液晶層厚度的不均勻來說，對整個(gè)液晶顯示器的質(zhì)量沒有太大的直接影響；而對于OLED器件，其薄膜也只有約200nm左右的厚度，即使最后的濺射ITO可以對其表面進(jìn)行一定程度的修飾，并進(jìn)行拋光處理，整個(gè)CF表面仍有一定程度不均勻性，很難滿足OLED苛刻的表面平整度的要求。

另一方面，OLED器件對潮氣特別敏感，防潮問題對壽命影響非常明顯。如果有水氣聚集在電極附近，那么電流驅(qū)動的OLED器件中的有機(jī)層和金屬電極都將會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生劇烈變化，結(jié)果是器件迅速老化，因此OLED防潮問題比LCD嚴(yán)重得多。對于CF來說，其RGB BM層使用的就是有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，就必須要采取相應(yīng)的措施方法來阻隔來自ITO層下面的有機(jī)層上所脫出的水氣。這對應(yīng)用于OLED的CF制造技術(shù)又是一個(gè)新的課題。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

將RGB三色排列的矩陣基板和CF基板按照同樣生產(chǎn)流程進(jìn)行清洗、光刻、刻蝕等光刻工藝，達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入鍍膜工藝，對兩種類型的基板按照其相應(yīng)生產(chǎn)工藝分別制作實(shí)現(xiàn)彩色化RGB三色排列的器件和白光器件，進(jìn)行老化過程后再進(jìn)行光電參數(shù)特性的比較。各器件鍍膜工藝如下，材料均為作為生產(chǎn)使用所購置的商品化量產(chǎn)材料。

RGB三色排列結(jié)構(gòu)：HIL/NPB(25nm)/Red/Green/Blue/Alq3(30nm)/LiF(1nm)/A1(150nm)。

白光+CF結(jié)構(gòu)：HIL/NPB(25nm)/Blue/Orange/Alq3(30nm)/LiF(1nm)/A1(150nm)。

光刻工藝為標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)備：清洗，涂膠，曝光，顯影，刻蝕，脫膜等工藝流程。并分別進(jìn)行UV O_zone紫外臭氧處理；真空條件下RF plasma O₂處理。有機(jī)材料蒸發(fā)速率為0.1～0.5nm/s不等，陰極蒸發(fā)速率為0.5nm/s；成膜真空度大約為8×10⁵pa。

將上述不同方式制作完成的OLED顯示器件進(jìn)行光電性能參數(shù)的測試：同時(shí)對兩者的ITO基板和CF基板表面進(jìn)行表面平整度的測試。然而在進(jìn)行測試過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)在工作中的所有的白光+CF器件樣品表面都不同程度地出現(xiàn)了黑點(diǎn)、而且隨著點(diǎn)亮和存儲時(shí)間的增加，器件表面出現(xiàn)的黑點(diǎn)越來越多，也越來越大；從最初的小黑點(diǎn)缺陷到后來的黑洞直至占到整個(gè)發(fā)光像素一半以上的面積(圖3)。

對于出現(xiàn)這樣的缺陷或瑕疵(delect)，針對OLED的器件還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)來限定、而對于一般的顯示器件來說，例如液晶顯示器件，瑕疵的定義：“在工作或非工作的狀態(tài)下，有效屏幕上的缺陷即為屏幕瑕疵?！逼渲袑﹁Υ玫拇笮￠L短等等都有明確的界定。當(dāng)瑕疵達(dá)到一定程度，就可以認(rèn)定其為不合格的產(chǎn)品，不能上市使用。因此在這里沿用LCD的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，那么白光+CF的OLED器件是屬于不合格的產(chǎn)品。

而RGB三色排列的OLED器件經(jīng)過點(diǎn)亮測試以及存儲的過程中，并沒有出現(xiàn)上述嚴(yán)重的黑點(diǎn)瑕疵。兩者基本的材料、制作工藝和制造設(shè)備都一樣，不同之處也只有兩處。

兩者的發(fā)光層的結(jié)構(gòu)有所區(qū)別：一個(gè)是RGB并列蒸鍍，一個(gè)B+O疊加蒸鍍。然而使用的這些有機(jī)材料都是經(jīng)過測試合格的同一家供應(yīng)商提供，且通過了各自的壽命穩(wěn)定性測試，并沒有發(fā)現(xiàn)類似的黑點(diǎn)瑕疵情況?？梢曰九懦鲈撛?。

兩者使用的基板有所區(qū)別：一個(gè)是鍍有金屬電極和ITO薄膜基板，一個(gè)是CFC鍍ITO薄膜的基板。

在隨后對這兩種不同基板進(jìn)行表面粗糙度的AFM測試中，發(fā)現(xiàn)了引起黑點(diǎn)瑕疵的主要原因(圖4，圖5)。

在AFM-SPA-400的測試下，可以觀察到，在同樣的4μm×4μm的區(qū)域內(nèi)，CF基板表面的粗糙度是ITO基板表面粗糙度的s倍；而在2μm×2μm的區(qū)域內(nèi)，可以更明顯的觀察到CF基板表面凹凸不平的起伏，其尖峰甚至可以達(dá)到40-50nm。所有發(fā)光的有機(jī)薄膜層都蒸鍍在ITO上，由于其較差的傳導(dǎo)率，一股有機(jī)薄膜層的厚度大約為100nm。在基板表面遍布著有機(jī)薄膜厚度一半的尖峰(Spike)，其表面的形態(tài)會直接影響到有機(jī)層的表面結(jié)構(gòu)。那么會導(dǎo)致OLED器件的陽極ITO和陰極AI之間很容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的界面，這樣的有機(jī)材料和電極之間界面或者有機(jī)層和有機(jī)層之間界面會降低器件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，也是形成壞點(diǎn)和性能低下的一個(gè)因素。

對這兩塊基板的光電參數(shù)的測試也同樣驗(yàn)證了所存在的尖峰對于OLED器件的性能有著很大的影響。器件完成后的I-V測試，用來測試基于基板是不同材質(zhì)的CF和ITO基板上的器件，而且其結(jié)構(gòu)也不同，他們的I-L沒有辦法作比較。但cF基板有著比ITO的基板更高的電流級別。我們認(rèn)為這是由于CF基板中類似尖峰的表面有比一般平整的ITO上制作的樣品更多注入空穴的效果。

而尖峰較多的表面會比一般平整的ITO上制作的器件更容易集中注入空穴，所以表面形態(tài)和OLED器件的漏電流有著直接的聯(lián)系。因?yàn)镮TO表面的粗糙引尖峰會成為漏電流的途徑。存在的異物等突起，會使這些部位電流密度增高，漏電流加大，功耗增加，嚴(yán)重時(shí)造成局部短路，產(chǎn)生黑點(diǎn)，結(jié)果是顯示器的發(fā)光效率降低、壽命縮短，甚至因出現(xiàn)嚴(yán)重黑點(diǎn)而報(bào)廢。

對于ITO的規(guī)格比較統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是10μm×10μm方形面積內(nèi)的AFM測得的平均粗糙度Ra≤1～3nm、Rp-v≤10～30nm。這樣的要求高于普通STN的ITO基板、LCD用CF的ITO表面沒有提過如此嚴(yán)格的要求，因?yàn)槠淝昂箅姌O距離有6000nm之多、幾十nm的Spike(突起)與之相比可以忽略。OLED器件會由于ITO基板表面的粗糙引起的器件像素區(qū)域出現(xiàn)黑點(diǎn)，漏電流過大，壽命較短等一系列的問題。

結(jié)論

對于將CF應(yīng)用于OLED全彩化顯示的技術(shù)，目前還有很多課題需要解決。如何解決CF表面的粗糙度，以及阻隔ITO層下面的有機(jī)層上水氣方面，目前業(yè)內(nèi)還沒有滿意的解決方案。以上這些ITO薄膜的粗糙不平屬于納米級別的不平問題，灰塵和針孔等缺陷引起的凸凹不平將引起更嚴(yán)重的問題，屬于微米級別的不平問題，所以必須嚴(yán)格控制各種灰塵和針眼等缺陷。因此，對于OLED的材料開發(fā)也提出了新的課題，同時(shí)也需要對OLED的器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。