OLED制造过程

至于电子传输层则采用N型有机材料，其特点是电子迁移率高，当电子从电子传输层移动到空穴传输层时，由于电子传输层的最低未占据分子轨道(LUMO)远高于空穴传输层的LUMO，电子不易跨越这个能垒进入空穴传输层，因此被阻挡在这一层。此时空穴便从空穴传输层传输到界面附近，与电子复合产生激子(Exciton)，激子会以发射和非发射的形式释放能量。

以一般的荧光材料体系为例，只有25%的电子空穴对以发光形式复合，其余75​​%的能量则以放热形式耗散。近年来人们积极开发磷光材料作为新一代OLED材料，可突破选择性的限制，将内量子效率提高到接近100%。

在双层元件中，还采用N型有机材料(电子传输层)作为发光层，其发光波长由HOMO和LUMO的能量差决定。但好的电子传输层，即电子迁移率高的材料，并不一定是发光效率好的材料。因此，目前一般的做法是在电子传输层，又称发光层中空穴传输层附近掺杂荧光性高的有机颜料，其体积比例约为1%~3%。掺杂技术开发是提升原料荧光量子吸收率的关键技术，一般选用的材料都是荧光量子吸收率高的材料。

阴极的金属材料，传统上采用低功函数的金属（或合金），例如镁合金。它有利于电子从阴极注入到电子传输层。此外，一种常见的做法是引入由极薄的低功函数金属卤化物或氧化物（例如LiF或Li2O）组成的电子注入层。这样可以大大降低阴极和电子传输层之间的能垒，从而降低驱动电压。

空穴传输层的HOMO值与ITO值有差距，另外TO阳极在长时间工作后可能会释放氧气破坏有机层产生暗斑，因此在ITO与空穴传输层之间插入一层空穴注入层，其HOMO值介于ITO与空穴传输层之间，有利于OLED元件的空穴注入，而且该薄膜可以阻挡TO中的氧气进入OLED器件，从而延长器件的寿命。

3、OLED制备技术

3.1、ITO基板预处理

首先需要制备导电性好、透过率高的导电玻璃，通常采用ITO玻璃。高性能ITO玻璃加工工艺复杂，但可在市场上直接购买。ITO作为电极，需要特定的形状、尺寸和图案才能满足器件设计要求。可根据需要委托厂商通过光刻技术切割形成图案，也可在实验室中对ITO玻璃进行蚀刻，得到需要的基板和电极图案。基板表面的平整度和清洁度会影响有机薄膜材料的生长和OLED性能，因此必须对ITO表面进行彻底的清洁。

ITO薄膜典型的表面预处理方法有化学法（酸碱处理）和物理法（O2等离子处理、惰性气体溅射）。

3.2、酸碱处理

固体表面的结构和组成与内部不同。表面的原子或离子表现出配位不饱和性，这是由于固体表面形成过程中化学键被切断所致。这也正是固体表面容易吸附外来原子，使表面受到污染的原因。由于周围空气中含有大量的水，所以水是固体表面最常见的污染物。

由于金属氧化物表面被切断的化学键都是离子键或者强极性键，容易和极性较强的水分子结合，导致大多数金属氧化物洁净的表面被水吸附而造成污染。大多数情况下，水最终解离并吸附在金属氧化物表面，形成OH-和H+，其吸附中心分别是表面的金属离子和氧离子。

按照酸碱理论，M+为酸中心，O-为碱中心，此时水解吸附是在一对酸碱中心上进行的。水在ITO表面解离后，酸中的H+和碱中的OH-分别被碱中心和酸中心吸附，形成偶极层，改变了ITO表面的功函数。

3.3、等离子处理

等离子体可以改变表面粗糙度，提高功函数，研究发现等离子体对表面粗糙度的影响不显著，仅使TO的均方根粗糙度由1.8nm降低到1.6nm，但对功函数的影响显著，利用等离子体处理提高功函数的方法也各有不同。

氧等离子体处理可以通过补充ITO表面的氧空位来增加表面氧含量。操作方法包括如下步骤：

将ITO基板在清洗液、去离子水、乙醇和丙酮混合液中清洗，在去离子水中进行超声波清洗，以除去表面的物理吸附和化学吸附的污染物；然后将清洗干净的基板放置在洁净工作台中，用高速喷射的氮气烘烤或干燥ITO表面；最后用氧等离子体轰击ITO表面或用紫外臭氧处理ITO表面。ITO玻璃的预处理有利于除去ITO表面可能存在的污染物，从而提高ITO表面的功函数，降低ITO电极到有机功能材料的空穴注入势垒。

3.4、薄膜技术

制备OLED的材料包括有机小分子、高分子聚合物、金属、合金等。有机小分子薄膜大多采用真空热气相沉积法制备，更简便、快速、成本更低的溶液法可以制备可溶性有机小分子和聚合物薄膜，旋涂、喷涂、丝网印刷、激光转印等技术已相继开发成功。金属和合金薄膜通常采用真空热气相沉积法制备。为了采用全溶液法制备OLED，还开发了基于液态金属的溶液制备方法，如导电银浆刷涂法。

3.5、真空沉积

传统热蒸发的真空度大致在10-4Pa或更高，真空度越高，薄膜中形成的缺陷越少，薄膜中材料的纯度越高。有机材料在真空条件下加热时，有些材料会液化气化，有些则直接升华，这取决于材料性质。然后材料以一定的初速度脱离表面向外飞到TO表面，在TO表面冷却沉积形成薄膜。假设真空度低于10-4Pa，真空腔内会充满水分子、氧分子等杂质气体，在蒸发过程中与有机小分子材料发生碰撞，严重降低成膜质量，甚至降低器件性能，甚至失效。

在OLED研究初期，一般采用机械泵和分子泵联动的两级抽真空系统来保证较高的真空度。近年来，采用分子泵加溅射离子泵来建立超高真空环境，用于制备高性能的OLED。检测腔体真空度的装置有两种：测量0.1Pa以下低真空的热导真空计，即热电偶计和电阻计；测量0.1Pa以上的高真空的电离计。振荡晶片检测功能层厚度，有机材料的蒸发速率一般为0.5~2A/s；金属的蒸发速率通常为2~5A/s，厚度为80~100nm。

3.6、旋涂

制备有机小分子OLED及小分子、金属的蒸发需要采用真空热蒸发技术，设备成本高，维护复杂。有机聚合物分子量大，受热易分解，因此必须采用溶液法制备聚合物薄膜，成本相对较低，且成膜工艺简单、快速，薄膜均匀致密。

旋涂法是将基片预先吸附在旋涂机的旋转台上，然后将预先配制好的溶液滴在基片的中心部位或覆盖整个基片，在基片高速旋转时产生的离心力的作用下，大部分溶液被甩出基片，由于溶液与基片间的摩擦力以及溶液的粘度，在基片上留下一层薄膜。

旋涂法制备的薄膜厚度主要取决于溶液的浓度和粘度、溶剂的挥发速度以及旋转的速度和时间。溶剂的性质，如沸点、极性等对聚合物薄膜的形貌影响很大。旋涂法具有溶液法的优点，但旋涂过程中会浪费大量溶液，不适用于大面积器件，无法实现全色显示，因此该技术不适用于量产。

3.7、喷墨打印

与旋涂相比，喷墨打印技术大大减少了材料浪费，并可实现图案化、全彩色打印，适合制备大面积器件。例如，卷对卷喷墨打印设备允许制备大面积器件，而不受基板尺寸的限制。

喷墨印刷是一种非接触、无压力、无版材的印刷技术，将多种不同的功能材料预先装入墨盒中，计算机将图文信息转换成数字脉冲信号，控制喷嘴运动和墨滴形成，墨滴在外力作用下挤出并沉积在相应位置形成所需图案，实现精准、定量、定位沉积，完成最终印刷品。

喷墨打印技术的关键在于墨水的开发、打印头与打印系统的设计以及溶剂挥发的控制。其中，聚合物墨水的开发最为重要。这是因为喷出的液滴的均匀性主要取决于墨水的物理性质，例如合适的粘度和表面张力。借助喷墨打印技术，OLED平板显示器的尺寸可以更大。

3.8、阴极过程

常规阴极制备方法是利用金属掩模板，通过真空沉积固体块状、条状或丝状的银、镁、铝等金属来获得所需的薄膜图案。

近年来，湿法制备技术发展迅速，由于制备工艺简单、设备成本低廉，正走向工业化规模生产。要实现OLED的全湿法制备，阴极湿法制备工艺需与有机功能层湿法制备工艺同步发展。

通过油墨配置、成膜及后处理得到的阴极导电性已接近真空蒸镀阴极水平，其中银纳米粒子是湿法制备电极的热门研究课题。

3.9、封装技术

提高OLED寿命达到商业化水平是实现OLED产业化发展的关键问题之一。水和灰尘与电极乃至有机层的接触会导致OLED电极中产生气泡，导致工作状态下发光区域出现黑点，从而加速器件的老化，降低OLED的稳定性。通过器件封装隔离水和灰尘是提高OLED寿命的有效方法。常用的封装技术有玻璃或金属盖板密封、薄膜密封、钢化密封、熔合块密封等。

传统的盖板封接是在充满惰性气体的手套箱内，用环氧树脂紫外固化胶将玻璃基板与玻璃或金属盖板粘接在一起，从而将有机层和电极密封在盖板和基板之间，与大气中的氧气、水蒸气、灰尘等隔绝。可以预先加入干燥剂，避免在密封环境中残留少量的水和氧气。

薄膜封接是利用一定的薄膜沉积技术制备保护层来代替盖板与封接剂的组合，目前的薄膜封接有无机薄膜封接、有机薄膜封接、有机/无机交替复合薄膜封接等。Gu封接是电真空器件行业常用的软金属真空封接方法，主要通过连接玻璃、陶瓷等材料来完成器件的封接。Gu的熔点低、可塑性好等特点，为Gu封接带来了封接温度低、兼容性好、封接过程中应力小、精度高等诸多优势。

融合阻隔密封在OLED封装中应用越来越广泛。该技术是在下基板上制作OLED像素阵列，在上基板上制作面积相当的不透明融合阻隔层。随后，将上基板与下基板相对放置，中间留有间隙。最后，通过掩模板定点对融合阻隔密封部位照射激光或红外线，使融合阻隔层与下基板熔化连接，同时环绕电致发光阵列。固化后，融合阻隔密封部件与融合阻隔层及下方基板形成密封区域，保护其中的发光阵列。

4、OLED蒸镀技术

蒸镀到底是什么？这得从OLED的结构说起。典型的结构是在ITO玻璃上做一层几十纳米厚的发光材料，也就是我们俗称的OLED屏幕像素自发光材料。发光层上面有一个金属电极，当在电极上加电压后，发光层就产生光辐射。电子和空穴分别从阴极和阳极注入，注入的电子和空穴在有机层中传播，在发光层复合，激发发光层中的分子产生单线态激子，激子辐射衰变发光。

从某种程度上来说，这个解释比较复杂，粗略的说就是红、绿、蓝三个子像素会自己发光，当然整个面板的结构就复杂很多，包括子像素之间需要隔离柱、绝缘层等。

这种复杂的结构，不可能靠手工刻出来，如何将这些结构付诸实践，就是制造工艺的问题了。OLED的制造过程涉及到ITO玻璃清洗、光刻，需要常人未曾见过的高科技。总之，光刻可以在基板上形成电极图案、ITO图案、隔离柱图案等。

OLED面板制造的后续工序非常关键，那就是蒸镀。将ITO玻璃基板放在真空室内可加热的旋转样品盘上，然后下面点火烧灯泡（当然不是真火），发光材料就被蒸镀了，红、绿、蓝三个灯泡（当然不是真灯泡）就被蒸镀了。

说白了，蒸发就是在真空中利用电流加热、电子束轰击加热、激光加热等方式将材料蒸发成原子或分子，然后它们以较大的自由程做直线运动，与基片表面发生碰撞而凝聚，形成薄膜。

可以说蒸镀是OLED制造工艺的精髓，不仅要蒸镀发光材料，还要蒸镀金属电极。看似蒸镀就像蒸馒头，实际操作却非常复杂，比如如何控制像素面积、对位像素，以及控制蒸镀膜厚度、预处理、蒸镀室真空度等，超出了普通人的理解范围。除了蒸镀，还有点胶、封装、老化、切割、测试等工序。