OLED(Organic Light Emitting Diode)는 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)에 이은 차세대 평판 디스플레이 기술입니다. 구조가 간단하고 자체 발광을 위해 백라이트가 필요하지 않으며, 고대비, 얇은 두께, 넓은 시야각, 빠른 응답 속도, 유연한 패널에 사용할 수 있으며 넓은 작동 온도 범위의 장점이 있습니다. 1987년 미국 Kodak Corporation의 Dr. CW Tang 등이 OLED 부품과 기초재료를 설립하였다[1]. 1996년 일본의 Pioneer는 이 기술을 양산한 최초의 회사가 되었고, OLED 패널을 생산한 카 오디오 디스플레이에 맞추었습니다. 최근 몇 년 동안 유망한 전망으로 인해 일본, 미국, 유럽, 대만 및 한국의 R & D 팀이 생겨 유기 발광 재료의 성숙, 장비 제조업체의 활발한 개발 및 지속적인 프로세스 기술의 진화.
그러나 OLED 기술은 원리 및 프로세스 측면에서 현재 성숙한 반도체, LCD, CD-R 또는 LED 산업과 관련이 있지만 고유한 노하우가 있습니다. 따라서 OLED의 대량 생산에는 여전히 많은 병목 현상이 있습니다. . Taiwan Rebao Technology Co., Ltd.는 1997년 OLED 관련 기술 개발에 착수하여 2000년 OLED 패널 양산에 성공했습니다. 2002년에는 OLED 패널을 계속 생산했습니다. 그림 1은 수출용 단색과 면적색 패널로 수율과 생산량이 높아져 생산량 기준으로 세계 최대 OLED 패널 공급업체가 됐다.
OLED 공정에서 유기막층의 두께는 소자의 특성에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 필름의 두께 오차는 5나노미터 미만이어야 하며 이는 진정한 나노기술이다. 예를 들어, TFT-LCD 평판 디스플레이의 550세대 기판 크기는 일반적으로 650mm x 2002mm로 정의됩니다. 이 크기의 기판에서는 이러한 정밀한 막 두께를 제어하기가 어렵습니다. 면적 기판의 공정 및 대면적 패널의 적용. 현재 OLED 응용 분야는 주로 휴대폰 메인 화면, 휴대폰 보조 화면, 게임 콘솔 디스플레이, 카 오디오 화면 및 개인용 디지털 비서(PDA) 디스플레이와 같은 소형 단색 및 영역 컬러 디스플레이 패널입니다. OLED full color의 양산 공정이 아직 성숙하지 않았기 때문에 13년 하반기 이후에 소형 full color OLED 제품이 잇달아 출시될 것으로 예상된다. OLED는 자발광 디스플레이이기 때문에 시각적 성능이 같은 수준의 풀 컬러 LCD 디스플레이에 비해 매우 우수합니다. 디지털 카메라와 손바닥 크기의 VCD(또는 DVD) 플레이어와 같은 풀 컬러 소형 고급 제품으로 직접 절단할 수 있는 기회가 있습니다. 대형 패널(XNUMX인치 이상)의 경우 샘플을 보여주는 연구개발팀이 있지만 양산 기술은 아직 개발 단계다.
OLED는 일반적으로 발광 물질이 다르기 때문에 소분자(보통 OLED라고 함)와 거대분자(보통 PLED라고 함)로 나뉩니다. 기술 라이선스는 미국의 Eastman Kodak(Kodak)과 영국의 CDT(Cambridge Display Technology)입니다. Taiwan Rebao Technology Co., Ltd.는 OLED와 PLED를 동시에 개발하는 몇 안되는 회사 중 하나입니다. 이 기사에서는 주로 저분자 OLED를 소개합니다. 먼저 OLED의 원리를 소개하고 관련 핵심 공정을 소개하고 마지막으로 OLED 기술의 현재 발전 방향을 소개한다.
1. OLED의 원리
OLED 부품은 n형 유기물, p형 유기물, 음극 금속, 양극 금속으로 구성된다. 전자(정공)는 음극(양극)에서 주입되어 n형(p형) 유기물을 통해 발광층(일반적으로 n형 물질)으로 전도되어 재결합하여 빛을 방출합니다. 일반적으로 유기발광다이오드(OLED) 소자로 이루어진 유리기판에 ITO를 양극으로 스퍼터링한 후, 진공열증착법에 의해 p형, n형 유기물과 일함수가 낮은 금속 음극을 차례로 증착한다. 유기물은 수증기나 산소와 쉽게 상호작용하기 때문에 검은 반점이 생기고 성분이 빛나지 않습니다. 따라서 본 기기의 진공 코팅이 완료된 후에는 수분과 산소가 없는 환경에서 포장 공정을 진행해야 합니다.
음극 금속과 양극 ITO 사이에서 널리 사용되는 소자 구조는 일반적으로 5개의 층으로 나눌 수 있습니다. 그림 2와 같이 ITO에 가까운 쪽부터 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층이다. OLED 장치의 진화 역사와 관련하여 1987년 Kodak에서 처음으로 발표한 OLED 장치는 정공 수송층과 전자 수송층의 두 가지 유기 재료 층으로 구성됩니다. 정공수송층은 p형 유기물로서 정공이동도가 높은 것이 특징이며, HOMO(Highest Occuped Molecular Orbital)가 ITO에 가까워 유기층에 주입된 ITO의 에너지 장벽으로부터 정공을 전달할 수 있다. 줄어들었다.
전자수송층은 n형 유기물질로 전자이동도가 높은 것이 특징이다. 전자가 전자 수송층에서 정공과 전자 수송층의 계면으로 이동할 때, 전자 수송층의 가장 낮은 비점유 분자 궤도(LUMO)는 정공 수송층의 LUMO보다 훨씬 높습니다. . 전자가 이 에너지 장벽을 가로질러 정공 수송층으로 들어가는 것이 어렵고 이 계면에 의해 차단됩니다. 이때 정공은 정공수송층에서 계면 부근으로 이동하여 전자와 재결합하여 엑시톤(Exciton)을 생성하고 엑시톤은 발광과 비발광의 형태로 에너지를 방출한다. 일반적인 형광물질계의 경우 선택도(Selection rule)의 계산에 따라 전자-정공 쌍의 25%만이 발광 형태로 재결합되고, 나머지 75%의 에너지는 다음과 같은 결과이다. 열 방출. 분산된 형태. 최근 몇 년 동안 인광(phosphorescence) 재료는 차세대 OLED 재료가 되기 위해 활발히 개발되고 있으며[2], 이러한 재료는 선택성의 한계를 깨고 내부 양자 효율을 거의 100%까지 높일 수 있습니다.
3층 소자에서는 n형 유기물인 전자수송층도 발광층으로 사용하며, HOMO와 LUMO의 에너지 차이에 의해 발광 파장이 결정된다. 그러나 전자 수송층, 즉 전자 이동도가 높은 물질이 반드시 발광 효율이 좋은 물질은 아니다. 따라서, 현재 일반적인 관행은 전자 수송을 위해 고형광 유기 안료를 도핑(도핑)하는 것입니다. 발광층[1]이라고도 하는 정공 수송층에 가까운 층의 부피 비율은 약 3%~1970%입니다. 도핑 기술의 개발은 원료의 형광 양자 흡수율을 높이는 핵심 기술입니다. 일반적으로 선택된 재료는 형광 양자 흡수율이 높은 염료(Dye)입니다. 1980년대에서 XNUMX년대에 염료 레이저에서 시작된 유기 염료의 개발 이후, 재료 시스템이 완성되었으며 방출 파장은 전체 가시광선 영역을 커버할 수 있습니다. OLED 소자에 도핑된 유기 염료의 에너지 밴드는 열악하고 일반적으로 호스트(Host)의 에너지 밴드보다 작으며, 이는 호스트에서 도펀트(Dopant)로의 여기자 에너지 전달을 용이하게 하기 위함이다. 그러나 도펀트는 에너지 밴드가 작고 전기적 측면에서 트랩 역할을 하기 때문에 도펀트 층이 너무 두꺼우면 구동 전압이 증가합니다. 그러나 너무 얇으면 에너지가 호스트에서 도펀트로 전달됩니다. 비율이 더 나빠지므로 이 레이어의 두께를 최적화해야 합니다.
음극의 금속 재료는 전통적으로 마그네슘 합금과 같이 일함수가 낮은 금속 재료(또는 합금)를 사용하여 음극에서 전자 수송층으로 전자를 쉽게 주입할 수 있습니다. 또한, 일반적인 관행은 전자 주입층을 도입하는 것입니다. 그것은 음극과 전자 수송층 사이의 에너지 장벽을 크게 감소시키고 구동 전압을 감소시킬 수 있는 LiF 또는 Li2O와 같은 매우 얇은 낮은 일함수 금속 할로겐화물 또는 산화물로 구성됩니다.
정공수송층 재료의 HOMO 값은 여전히 ITO의 값과 다르기 때문에, 또한 장시간 작동 후 ITO 양극은 산소를 방출하고 유기층을 손상시켜 암점을 생성할 수 있다. 따라서 ITO와 정공수송층 사이에 정공주입층을 삽입하고 그 HOMO값이 ITO와 정공수송층 사이에 위치하여 OLED 소자에 정공주입에 도움이 되는 필름의 특성을 가질 수 있다. ITO를 차단합니다. OLED 소자에 산소가 유입되어 소자의 수명이 연장됩니다.
2. OLED 구동 방식
OLED의 구동 방식은 능동 구동(능동 구동)과 수동 구동(수동 구동)으로 구분된다.
1) 패시브 드라이브(PM OLED)
정적 구동 회로와 동적 구동 회로로 구분됩니다.
⑴ 정적 구동 방식: 정적으로 구동되는 유기 발광 표시 장치에서 일반적으로 각 유기 전계 발광 픽셀의 캐소드를 연결하여 함께 끌어 당기고 각 픽셀의 애노드를 별도로 드로잉합니다. 이것은 일반적인 음극 연결 방법입니다. 픽셀이 빛을 발하도록 하려면 정전류 소스의 전압과 음극 전압의 차이가 픽셀 발광 값보다 큰 한 픽셀은 정전류 소스의 구동에서 빛을 방출합니다. 픽셀이 빛을 방출하지 않는 경우 양극을 음의 전압에 연결하면 역으로 차단될 수 있습니다. 그러나 이미지가 많이 변경되면 교차 효과가 발생할 수 있습니다. 이를 피하기 위해 우리는 의사 소통의 형식을 채택해야 합니다. 정적 구동 회로는 일반적으로 세그먼트 디스플레이를 구동하는 데 사용됩니다.
⑵ 동적 구동 모드: 동적 구동 유기 발광 표시 장치에서 사람들은 픽셀의 두 전극을 매트릭스 구조로 만듭니다. 즉, 디스플레이 픽셀의 수평 그룹과 동일한 성질의 전극을 공유하고 수직 디스플레이 픽셀 그룹은 동일합니다. 자연의 다른 전극은 공유됩니다. 화소가 N개의 행과 M개의 열로 분할될 수 있다면, N개의 행 전극과 M개의 열 전극이 있을 수 있다. 행과 열은 각각 발광 화소의 두 전극에 해당한다. 즉, 음극과 양극. 실제 회로 구동 과정에서 행 단위로 픽셀을 조명하거나 열 단위로 픽셀을 조명하기 위해 일반적으로 행 단위 스캔 방법이 채택되고 열 전극은 행 스캔에서 데이터 전극입니다. 구현 방법은 전극의 각 행에 주기적으로 펄스를 적용하고 동시에 모든 열 전극이 행의 픽셀의 구동 전류 펄스를 제공하여 행의 모든 픽셀의 표시를 실현하는 것입니다. 행이 더 이상 동일한 행 또는 동일한 열에 없으면 "교차 효과"를 방지하기 위해 역 전압이 픽셀에 적용됩니다. 이 스캔은 행 단위로 수행되며 모든 행을 스캔하는 데 필요한 시간을 프레임 기간이라고 합니다.
프레임에서 각 행의 선택 시간은 동일합니다. 한 프레임의 주사선의 수를 N개, 한 프레임을 주사하는 시간을 1이라고 하면, 한 행이 차지하는 선택시간은 프레임 시간의 1/N이 된다. 이 값을 듀티 사이클 계수라고 합니다. 동일한 전류에서 주사선 수가 증가하면 듀티 사이클이 줄어들어 한 프레임에서 유기 전계 발광 픽셀에 대한 전류 주입이 효과적으로 감소하여 표시 품질이 저하됩니다. 따라서 디스플레이 픽셀의 증가와 함께 디스플레이 품질을 보장하기 위해서는 구동 전류를 적절하게 증가시키거나 듀얼 스크린 전극 메커니즘을 채택하여 듀티 사이클 계수를 증가시켜야 합니다.
전극의 일반적인 형성으로 인한 교차 효과 외에도 유기 전계 발광 디스플레이 화면에서 발광을 형성하기 위해 재결합된 양전하 및 음전하 캐리어의 메커니즘은 두 개의 발광 픽셀을 만듭니다. 구조는 함께 직접 연결됩니다. 예, 두 개의 발광 픽셀 사이에 혼선이 있을 수 있습니다. 즉, 한 픽셀이 빛을 방출하고 다른 픽셀도 약한 빛을 방출할 수 있습니다. 이러한 현상은 주로 유기기능막의 두께 균일성이 좋지 않고 막의 측면 절연이 불량하기 때문에 발생한다. 주행의 관점에서 이러한 불리한 크로스토크를 완화하기 위해 역차단 방식을 채택하는 것도 한 라인에서 효과적인 방식이다.
그레이 스케일 컨트롤이 있는 디스플레이: 모니터의 그레이 스케일은 검은색에서 흰색까지의 흑백 이미지의 밝기 수준을 나타냅니다. 그레이 레벨이 높을수록 검은색에서 흰색으로 이미지가 더 풍부해지고 디테일이 더 선명해집니다. 회색조는 이미지 표시 및 채색에 있어 매우 중요한 지표입니다. 일반적으로 그레이 스케일 디스플레이에 사용되는 화면은 대부분 도트 매트릭스 디스플레이이며 구동은 대부분 동적 구동입니다. 계조 제어를 달성하는 몇 가지 방법은 제어 방법, 공간 계조 변조 및 시간 계조 변조입니다.
2) 액티브 드라이브(AM OLED)
능동 드라이브의 각 픽셀에는 스위칭 기능이 있는 LTP-Si TFT(LowTemperature Poly-Si Thin Film Transistor)가 장착되어 있으며 각 픽셀에는 전하 저장 커패시터가 장착되어 있으며 주변 구동 회로와 디스플레이 어레이가 집적되어 있습니다. 전체 시스템에서 동일한 유리 기판에. TFT 구조는 LCD와 동일하며 OLED에는 사용할 수 없습니다. LCD는 전압 구동 방식이고 OLED는 전류 구동 방식으로 밝기는 전류량에 비례하기 때문이다. 따라서 ON/OFF 스위칭을 수행하는 어드레스 선택 TFT 외에도 충분한 전류가 흐를 수 있도록 상대적으로 낮은 온 저항이 필요합니다. 낮고 작은 구동 TFT.
능동 운전은 메모리 효과가 있는 정적 운전 방식으로 100% 부하로 운전할 수 있다. 이 구동은 주사 전극의 수에 의해 제한되지 않으며, 각 화소는 독립적으로 선택적으로 조정될 수 있다.
능동 드라이브는 듀티 사이클 문제가 없으며 드라이브는 주사 전극의 수에 제한되지 않으며 고휘도 및 고해상도를 달성하기 쉽습니다.
능동 구동은 빨강 및 파랑 픽셀의 밝기를 독립적으로 조정하고 구동할 수 있으므로 OLED 착색 구현에 더 도움이 됩니다.
능동 매트릭스의 구동 회로는 디스플레이 화면에 숨겨져 있어 집적화 및 소형화를 더 쉽게 달성할 수 있습니다. 또한, 주변 구동회로와 스크린 간의 연결 문제가 해결되어 수율 및 신뢰성이 어느 정도 향상된다.
3) 능동태와 수동태의 비교
패시브 액티브
순간 고밀도 발광(다이나믹 드라이브/선택) 연속 발광(정상 드라이브)
패널 외부에 추가 IC 칩 TFT 구동 회로 설계/박막 구동 IC 내장
라인 단계적 스캐닝 라인 단계적 데이터 지우기
쉬운 그라데이션 제어. 유기 EL 화상 화소는 TFT 기판 상에 형성된다.
저비용/고전압 구동 저전압 구동/저소비전력/고비용
설계변경 용이, 납기단축(제작단순), 발광부품의 장수명(제조공정 복잡)
단순 매트릭스 구동+OLED LTPS TFT+OLED
2. OLED의 장점과 단점
1) OLED의 장점
(1) 두께는 LCD 화면의 1/1에 불과한 3mm 미만일 수 있으며 무게는 더 가볍습니다.
(2) 고체에는 액체 물질이 없으므로 내충격성이 우수하고 낙하를 두려워하지 않습니다.
(3) 시야각에 거의 문제가 없으며 큰 시야각으로 보아도 그림이 여전히 왜곡되지 않습니다.
(4) 응답 시간은 LCD의 XNUMX분의 XNUMX이며 동영상을 표시할 때 번짐 현상이 전혀 없습니다.
(5) 좋은 저온 특성, 그것은 여전히 영하 40도에서 정상적으로 표시 될 수 있지만 LCD는 할 수 없습니다.
(6) 제조 공정이 간단하고 비용이 저렴합니다.
(7) 발광 효율이 높고 에너지 소비가 LCD보다 낮습니다.
(8) 다양한 재질의 기판에 제작이 가능하며 휘어지는 플렉서블 디스플레이 제작이 가능하다.
2.) OLED의 단점
(1) 수명은 일반적으로 5000시간으로 LCD 수명이 10,000시간 이상인 것보다 짧습니다.
(2) 대형 스크린의 대량 생산이 불가능하므로 현재 휴대용 디지털 제품에만 적합합니다.
(3) 색순도가 불충분한 문제가 있으며, 밝고 풍부한 색을 표현하기가 쉽지 않다.
3. OLED 관련 핵심 공정
인듐 주석 산화물(ITO) 기판 전처리
(1) ITO 표면 평탄도
ITO는 상업용 디스플레이 패널 제조에 널리 사용되었습니다. 높은 투과율, 낮은 저항률, 높은 일함수의 장점이 있습니다. 일반적으로 RF 스퍼터링 방식으로 제조된 ITO는 공정 제어 요인이 열악하기 때문에 표면이 고르지 않아 표면에 날카로운 물질이나 돌출부가 발생합니다. 또한, 고온 소성 및 재결정화 과정에서도 약 10~30nm의 표면을 가진 돌출층이 생성됩니다. 이러한 고르지 않은 층의 미세 입자 사이에 형성된 경로는 정공이 음극으로 직접 발사될 수 있는 기회를 제공하고 이러한 복잡한 경로는 누설 전류를 증가시킵니다. 일반적으로 이 표면층의 효과를 해결하는 세 가지 방법이 있습니다. 하나는 누설 전류를 줄이기 위해 정공 주입층과 정공 수송층의 두께를 늘리는 것입니다. 이 방법은 주로 두꺼운 홀층(~200nm)이 있는 PLED 및 OLED에 사용됩니다. 두 번째는 ITO 유리를 재처리하여 표면을 매끄럽게 만드는 것입니다. 세 번째는 다른 코팅 방법을 사용하여 표면을 더 매끄럽게 만드는 것입니다(그림 3 참조).
(2) ITO 작업 기능의 증가
ITO에서 HIL로 정공을 주입할 때 위치 에너지 차이가 너무 크면 쇼트키 장벽이 생성되어 정공 주입이 어려워집니다. 따라서 ITO/HIL 계면의 위치 에너지 차이를 줄이는 방법이 ITO 전처리의 초점이 됩니다. 일반적으로 우리는 일함수를 증가시키는 목적을 달성하기 위해 ITO에서 산소 원자의 포화도를 증가시키기 위해 O2-플라즈마 방법을 사용합니다. O2-Plasma 처리 후 ITO의 일함수는 원래의 4.8eV에서 5.2eV로 증가할 수 있으며 이는 HIL의 일함수에 매우 가깝다.
① 보조전극 추가
OLED는 전류 구동 장치이기 때문에 외부 회로가 너무 길거나 너무 얇으면 외부 회로에 심각한 전압 강하가 발생하여 OLED 장치의 전압 강하가 저하되어 결과적으로 전압 강하가 감소합니다. 패널의 광도. ITO 저항이 너무 커서(10ohm/square) 불필요한 외부 전력 소모를 일으키기 쉽습니다. 전압 구배를 줄이기 위해 보조 전극을 추가하면 발광 효율을 높이고 구동 전압을 줄이는 빠른 방법이 됩니다. 크롬(Cr: Chromium) 금속은 보조전극으로 가장 많이 사용되는 재료이다. 그것은 환경 요인에 대한 우수한 안정성과 에칭 용액에 대한 더 큰 선택성의 장점이 있습니다. 그러나 필름이 2nm일 때 저항 값은 100ohm/square이며 일부 응용 분야에서는 여전히 너무 큽니다. 따라서 알루미늄(Al:Aluminum) 금속(0.2ohm/square)은 동일한 두께에서 더 낮은 저항값을 갖습니다. ) 보조 전극에 대한 또 다른 더 나은 선택이 됩니다. 그러나 알루미늄 금속의 높은 활성도는 신뢰성의 문제를 야기합니다. 따라서 Cr / Al / Cr 또는 Mo / Al / Mo와 같은 다층 보조 금속이 제안되었습니다. 그러나 이러한 공정은 복잡성과 비용을 증가 시키므로 보조 전극 재료의 선택이 핵심 포인트 중 하나가되었습니다. OLED 공정.
② 음극 공정
고해상도 OLED 패널에서 미세 음극은 음극에서 분리됩니다. 사용되는 일반적인 방법은 인쇄 기술의 네거티브 포토레지스트 개발 기술과 유사한 버섯 구조 접근 방식입니다. 네거티브 포토레지스트 현상 공정에서 많은 공정 변화가 음극의 품질과 수율에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 체적 저항, 유전 상수, 고해상도, 높은 Tg, 낮은 임계 치수(CD) 손실 및 ITO 또는 기타 유기 층과의 적절한 접착 인터페이스.
③ 패키지
(1) 흡수성 재료
일반적으로 OLED의 수명은 주변의 수증기와 산소에 쉽게 영향을 받아 수명이 단축된다. 수분의 두 가지 주요 소스가 있습니다. 하나는 외부 환경을 통해 장치로 침투하는 것이고 다른 하나는 OLED 공정에서 각 재료 층에 의해 흡수되는 수분입니다. 구성 요소로의 수증기 유입을 줄이거나 공정에 의해 흡수된 수증기를 제거하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 물질은 건조제입니다. 건조제는 화학적 흡착 또는 물리적 흡착을 사용하여 자유롭게 움직이는 물 분자를 포착하여 구성 요소의 수증기를 제거하는 목적을 달성할 수 있습니다.
(2) 공정 및 장비 개발
포장 공정은 그림 4에 나와 있습니다. 커버 플레이트에 건조제를 놓고 커버 플레이트를 기판에 원활하게 접착하려면 진공 환경에서 수행하거나 캐비티를 불활성 가스로 채워야 합니다. 질소로. 커버 플레이트와 기판을 연결하는 프로세스를 보다 효율적으로 만드는 방법, 패키징 프로세스 비용을 줄이는 방법, 최상의 대량 생산 속도를 달성하기 위해 패키징 시간을 줄이는 방법이 XNUMX가지 주요 목표가 되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 패키징 공정 및 장비 기술 개발.
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