OLED (有機発光ダイオード) は、TFT-LCD (薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ) に続く新世代のフラット パネル ディスプレイ技術です。 シンプルな構造、自発光のためバックライトが不要、高コントラスト、薄型、広視野角、速い応答速度、フレキシブルパネルに使用可能、広い動作温度範囲などの利点を持っています。 1987 年、米国コダック社の CW Tang 博士らが OLED のコンポーネントと基礎材料を確立しました [1]。 1996 年、日本のパイオニアはこの技術を量産する最初の企業となり、OLED パネルを自社のカーオーディオ ディスプレイに適合させました。 近年、その将来性の高さから、日本、米国、欧州、台湾、韓国の研究開発チームが発足し、有機発光材料の成熟、装置メーカーの精力的な開発、そして継続的な研究開発につながっています。プロセス技術の進化。
しかし、OLED技術は、原理やプロセスの点で現在の成熟した半導体、LCD、CD-R、さらにはLED産業に関連していますが、独自のノウハウを持っています。 したがって、OLEDの量産には依然として多くのボトルネックが存在します。 。 台湾麗宝科技有限公司は1997年にOLED関連技術の開発を開始し、2000年にOLEDパネルの量産に成功した。日本の東北パイオニアに次ぐ世界で2002番目のOLEDパネル量産会社となった。 そして1年にはOLEDパネルの生産を継続しました。 輸出出荷用のモノカラーおよびエリアカラーパネルは図XNUMXに示されており、歩留まりと生産量が増加し、生産量の点で世界最大のOLEDパネルサプライヤーとなっています。
OLEDプロセスでは、有機膜層の厚さがデバイスの特性に大きく影響します。 一般に、フィルムの厚さの誤差は 5 ナノメートル未満でなければならず、これはまさにナノテクノロジーです。 たとえば、TFT-LCD フラット パネル ディスプレイの第 550 世代の基板サイズは、一般的に 650mm x 2002mm と定義されています。 このサイズの基板では、このような正確な膜厚を制御することは困難である。 面積基板のプロセスと大面積パネルの応用。 現在、OLED アプリケーションは主に、携帯電話のメイン画面、携帯電話のサブ画面、ゲーム機のディスプレイ、カーオーディオ画面、携帯情報端末 (PDA) ディスプレイなどの小型の単色およびエリアカラーのディスプレイ パネルです。 OLED フルカラーの量産プロセスはまだ成熟していないため、13 年下半期以降、小型フルカラー OLED 製品が続々と発売されるものと予想されます。OLED は自発光型ディスプレイであるため、その視覚性能は優れています。同レベルのフルカラー液晶ディスプレイと比較して非常に優れています。 デジタル カメラや手のひらサイズの VCD (または DVD) プレーヤーなど、フルカラーの小型ハイエンド製品に直接切り込む機会があります。 大型パネル（XNUMXインチ以上）については、研究開発チームがサンプルを展示しているものの、量産技術はまだ開発されていない。
OLEDは一般に、発光材料の違いにより小分子（通常OLEDと呼ばれます）と高分子（通常PLEDと呼ばれます）に分けられます。 技術ライセンスは米国のEastman Kodak（コダック）と英国のCDT（Cambridge Display Technology）となっている。 台湾 Rebao Technology Co., Ltd. は、OLED と PLED を同時に開発する数少ない企業の XNUMX つです。 この記事では主に低分子有機ELについて紹介します。 まず、OLED の原理を紹介し、次に関連する主要なプロセスを紹介し、最後に OLED 技術の現在の開発方向を紹介します。
1. OLEDの原理
OLED コンポーネントは、n 型有機材料、p 型有機材料、カソード金属、アノード金属で構成されます。 電子（正孔）は陰極（陽極）から注入され、n型（p型）有機材料を通って発光層（通常はn型材料）に伝導し、再結合により発光します。 一般に、OLEDデバイスのガラス基板上にITOを陽極としてスパッタリングし、その後p型およびn型有機材料と低仕事関数の金属陰極を真空熱蒸着によって順次蒸着します。 有機材料は水蒸気や酸素と反応しやすいため、ダークスポットが発生し、成分が光りません。 したがって、本デバイスの真空コーティングが完了した後、パッケージングプロセスは湿気や酸素のない環境で実行する必要があります。
カソード金属とアノード ITO の間で、広く使用されているデバイス構造は一般に 5 つの層に分割できます。 図2に示すように、ITOに近い側から、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層となっています。 OLED デバイスの進化の歴史に関しては、1987 年に Kodak によって初めて発表された OLED デバイスは、正孔輸送層と電子輸送層の XNUMX つの有機材料層で構成されています。 正孔輸送層は、より高い正孔移動度を特徴とする p 型有機材料であり、その最高被占分子軌道 (HOMO) が ITO に近いため、有機層に注入された ITO のエネルギー障壁から正孔を移動できます。削減されます。
電子輸送層はn型有機材料であり、高い電子移動度が特徴です。 電子が電子輸送層から正孔と電子輸送層の界面に移動するとき、電子輸送層の最低非占有分子軌道。最低空分子軌道 (LUMO) は、正孔輸送層の LUMO よりもはるかに高くなります。 。 電子がこのエネルギー障壁を越えて正孔輸送層に入るのは困難であり、この界面によって阻止されます。 このとき、正孔は正孔輸送層から界面近傍に移動し、電子と再結合して励起子（エキシトン）を生成し、励起子は発光および非発光という形でエネルギーを放出する。 一般的な蛍光材料系では、選択性の計算(選択則)に基づいて電子・正孔対のうち25%のみが発光の形で再結合し、残りの75%のエネルギーは次のようになります。熱の放出。 散逸した形。 近年、新世代の OLED 材料となる燐光（Phosphorescent）材料の開発が活発に行われており[2]、このような材料は選択性の限界を突破し、内部量子効率をほぼ 100% まで高めることができます。
3層素子では、電子輸送層であるn型有機材料が発光層としても使用され、発光波長はHOMOとLUMOのエネルギー差によって決まります。 しかしながら、良好な電子輸送層、つまり電子移動度の高い材料が、必ずしも発光効率の良い材料であるとは限らない。 したがって、現在一般的に行われているのは、電子輸送のために高蛍光有機顔料をドープ（ドープ）することです。 発光層[1]としても知られる正孔輸送層に近い層の部分は、約3%から1970%の体積比を持っています。 ドーピング技術の開発は、原料の蛍光量子吸収率を高めるための重要な技術です。 一般に、選択される材料は蛍光量子吸収率の高い色素 (Dye) です。 1980年代からXNUMX年代の色素レーザーに端を発した有機色素の開発以来、材料系が完成し、発光波長は可視光領域全域をカバーすることが可能になりました。 OLED デバイスにドープされた有機色素のエネルギー バンドは貧弱で、ホストからドーパント (ドーパント) への励起子エネルギーの移動を促進するために、一般にホスト (ホスト) のエネルギー バンドよりも小さくなります。 ただし、ドーパントはエネルギーバンドが小さく、電気的にトラップとして作用するため、ドーパント層が厚すぎると駆動電圧が上昇します。 しかし、薄すぎると、エネルギーがホストからドーパントに伝達されてしまいます。 比率が悪くなるため、この層の厚さを最適化する必要があります。
陰極の金属材料には、従来、陰極から電子輸送層への電子の注入を容易にするために、マグネシウム合金などの仕事関数の低い金属材料（または合金）が使用されてきた。 さらに、電子注入層を導入するのが一般的です。 これは、LiF や Li2O などの非常に薄い低仕事関数の金属ハロゲン化物または酸化物で構成されており、カソードと電子輸送層間のエネルギー障壁を大幅に低減し [4]、駆動電圧を低減できます。
正孔輸送層材料のHOMO値はITOのHOMO値とはまだ異なるため、長時間動作させるとITO陽極が酸素を放出し、有機層に損傷を与えてダークスポットが発生する可能性があります。 したがって、正孔注入層はITOと正孔輸送層の間に挿入され、そのHOMO値はちょうどITOと正孔輸送層の間にあり、OLEDデバイスへの正孔注入に役立ち、フィルムの特性を向上させることができます。 ITOをブロックします。 酸素がOLED素子に入り込み、素子の寿命を延ばします。
2. OLEDの駆動方式
OLEDの駆動方式はアクティブ駆動（アクティブ駆動）とパッシブ駆動（パッシブ駆動）に分けられます。
1) パッシブ駆動(PM OLED)
スタティック駆動回路とダイナミック駆動回路に分かれます。
⑴ スタティック駆動方式：スタティック駆動される有機発光表示装置では、一般的に各有機エレクトロルミネッセンス画素の陰極は互いに接続されて引き出され、各画素の陽極は別々に引き出される。 カソードコモン接続方式です。 画素を発光させたい場合、定電流源の電圧とカソードの電圧の差が画素の発光値より大きければ、定電流源の駆動により画素は発光します。 ピクセルが発光しない場合は、そのアノードを負電圧に接続すると、逆にブロックすることができます。 ただし、画像が大幅に変化する場合、クロスエフェクトが発生する可能性があります。 これを避けるためには、コミュニケーションの形をとらなければなりません。 セグメント表示の駆動にはスタティック駆動回路が一般的に使用されます。
⑵ ダイナミック駆動モード: ダイナミック駆動の有機発光ディスプレイデバイスでは、ピクセルの XNUMX つの電極をマトリックス構造にします。つまり、表示ピクセルの水平グループの同じ性質の電極が共有され、垂直グループの電極が共有されます。表示ピクセルのグループは同じです。 自然のもう一方の電極は共有されます。 ピクセルが N 行と M 列に分割できる場合、N 行電極と M 列電極が存在する可能性があります。 行と列はそれぞれ発光画素の XNUMX つの電極に対応します。 つまり、カソードとアノードです。 実際の回路駆動プロセスでは、行ごと、または列ごとに画素を点灯させるために、通常、行ごとの走査方法が採用され、列電極は行走査におけるデータ電極となります。 その実現方法は、各行の電極に周期的にパルスを印加し、同時にすべての列電極がその行の画素の駆動電流パルスを与えることにより、行の全画素の表示を実現する。 行が同じ行または同じ列に存在しなくなった場合、「クロス効果」を防ぐためにピクセルに逆電圧が印加されます。 この走査は行ごとに行われ、すべての行を走査するのに必要な時間をフレーム期間と呼びます。
フレーム内の各行の選択時間は等しいです。 フレーム内の走査線の数をＮ、フレームの走査時間を１とすると、１本の走査線が占める選択時間はフレーム時間の１／Ｎとなる。 この値はデューティ サイクル係数と呼ばれます。 同じ電流の下では、走査線の数が増加するとデューティ サイクルが減少し、1 フレーム内の有機エレクトロルミネッセンス ピクセルへの電流注入が実質的に減少し、表示品質が低下します。 したがって、表示画素の増加に伴い、表示品位を確保するには、駆動電流を適切に増加させたり、二面電極機構を採用してデューティサイクル係数を増加させる必要がある。
電極の共通形成による交差効果に加えて、有機エレクトロルミネッセンス表示画面で発光を形成するために正と負の電荷キャリアが再結合するメカニズムにより、それらを構成する機能性フィルムの種類に関係なく、任意の XNUMX つの発光ピクセルが生成されます。直接接続された構造です。はい、XNUMX つの発光ピクセル間にクロストークが発生する可能性があります。つまり、一方のピクセルが発光し、もう一方のピクセルも微弱な発光をする可能性があります。 この現象は主に、有機機能フィルムの膜厚均一性の悪さとフィルムの横方向の絶縁性の悪さが原因で発生します。 駆動の観点からは、この好ましくないクロストークを軽減するために、XNUMXラインではリバースカットオフ方式を採用することも有効な方法です。
グレースケール制御付きディスプレイ: モニターのグレースケールとは、黒から白までの白黒画像の明るさのレベルを指します。 グレーレベルが多いほど、画像は黒から白までより豊かになり、細部がより鮮明になります。 グレースケールは、画像の表示と色付けにとって非常に重要な指標です。 一般に、階調表示に使用される画面はドットマトリクス表示が多く、その駆動はダイナミック駆動が多い。 グレースケール制御を実現するいくつかの方法には、制御方法、空間グレースケール変調、および時間グレースケール変調があります。
2) アクティブドライブ(AM OLED)
アクティブ駆動の各画素にはスイッチング機能を備えた低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（LTP-Si TFT）が搭載され、各画素には電荷蓄積コンデンサが搭載され、周辺駆動回路とディスプレイアレイが統合されています。システム全体で同じガラス基板上にあります。 TFT構造はLCDと同じであり、OLEDには使用できません。 これは、LCD が電圧駆動であるのに対し、OLED は電流駆動であり、輝度は電流量に比例するためです。 そのため、アドレス選択用のTFTにはON/OFFを切り替えるだけでなく、十分な電流を流せる比較的低いオン抵抗も求められます。 低・小型駆動TFTを採用。
アクティブ駆動はメモリー効果のあるスタティック駆動方式であり、100%負荷での駆動が可能です。 この駆動は走査電極の数に制限されず、各画素を独立して選択的に調整することができる。
アクティブ駆動はデューティサイクルの問題がなく、走査電極数に制限されないため、高輝度・高解像度を実現しやすい。
アクティブ駆動では、赤と青のピクセルの輝度を個別に調整して駆動できるため、OLED のカラー化の実現にさらに役立ちます。
アクティブマトリクスの駆動回路が表示画面内に隠れるため、集積化・小型化が容易になります。 また、周辺駆動回路と画面との接続問題も解決されるため、歩留まりや信頼性もある程度向上する。
3) アクティブとパッシブの比較
パッシブアクティブ
瞬間的高密度発光（ダイナミック駆動/セレクティブ） 連続発光（定常駆動）
パネル外にICチップを追加 TFT駆動回路設計/薄膜駆動IC内蔵
ライン段階スキャン ライン段階消去 データ
階調制御も簡単。 TFT基板上には有機ELの画素が形成されています。
低コスト・高電圧駆動 低電圧駆動・低消費電力・高コスト
設計変更が容易、短納期（製造が簡単）、発光部品の長寿命（製造プロセスが複雑）
単純マトリックス駆動+OLED LTPS TFT+OLED
2. OLEDの長所と短所
1) OLEDの利点
（1）厚さは液晶画面の1/1の3mm以下で軽量です。
(2) 固体には液体材料が含まれていないため、耐衝撃性に優れ、落下の心配がありません。
（３）視野角はほとんど問題なく、広い視野角で見ても画像が歪むことがない。
(4) 応答速度が液晶ディスプレイのXNUMX/XNUMXで、動画表示時のスミア現象が全くありません。
(5) 低温特性が良く、マイナス 40 度でも正常に表示できますが、LCD では表示できません。
（6）製造工程が簡単で、コストが安い。
（７）ＬＣＤよりも発光効率が高く、エネルギー消費量が低い。
（８）異なる材質の基板上に作製することができ、折り曲げることができるフレキシブルディスプレイとすることができる。
2.) OLEDのデメリット
（1）寿命は通常わずか5000時間であり、LCDの寿命である少なくとも10,000時間よりも短い。
（2）大型スクリーンの量産ができないため、現在はポータブルデジタル製品にのみ適しています。
（3）色純度が不十分で、明るく豊かな色を表示しにくいという問題があります。
3. OLED関連の主要プロセス
インジウム錫酸化物 (ITO) 基板の前処理
(1) ITO表面の平坦性
ITO は商業用ディスプレイ パネルの製造に広く使用されています。 高い透過率、低い抵抗率、高い仕事関数という利点があります。 一般に、RFスパッタリング法で製造されるITOは、プロセス制御の影響を受けやすく、表面に凹凸が生じ、鋭利なものや突起物が表面に生じます。 さらに、高温焼成と再結晶化のプロセスにより、表面が約10〜30nmの突出層が生成されます。 これらの不均一な層の微粒子間に形成される経路は、正孔が直接陰極に発射される機会を提供し、これらの複雑な経路により漏れ電流が増加します。 一般に、この表面層の影響を解決するには 200 つの方法があります。3 つは、ホール注入層とホール輸送層の厚さを厚くして、リーク電流を低減することです。 この方法は主に、厚い穴層 (~XNUMXnm) を備えた PLED および OLED に使用されます。 XNUMXつ目は、ITOガラスを再処理して表面を滑らかにすることです。 XNUMX つ目は、他のコーティング方法を使用して表面を滑らかにすることです (図 XNUMX を参照)。
(2) ITOの仕事関数の増加
ITO から HIL に正孔を注入する場合、ポテンシャルエネルギーの差が大きすぎるとショットキー障壁が生じ、正孔が注入されにくくなります。 したがって、ITO/HIL界面のポテンシャルエネルギー差をいかに低減するかがITO前処理の焦点となります。 一般に、仕事関数を高める目的を達成するために、O2 プラズマ法を使用して ITO 内の酸素原子の飽和度を高めます。 O2 プラズマ処理後の ITO の仕事関数は、元の 4.8eV から 5.2eV に増加する可能性があり、これは HIL の仕事関数に非常に近くなります。
①補助電極を追加する
OLEDは電流駆動デバイスであるため、外部回路が長すぎたり薄すぎたりすると、外部回路で深刻な電圧降下が発生し、OLEDデバイスの電圧降下が低下し、その結果、消費電力が低下します。パネルの光度です。 ITOの抵抗が大きすぎる(10Ω/□)ため、不要な外部電力消費が発生しやすくなります。 補助電極を追加して電圧勾配を小さくすることは、発光効率を高め、駆動電圧を下げるための簡単な方法になります。 クロム (Cr: クロム) 金属は、補助電極に最も一般的に使用される材料です。 環境要因に対する優れた安定性と、エッチング溶液に対する優れた選択性という利点があります。 ただし、膜が2nmの場合、その抵抗値は100オーム/平方であり、一部のアプリケーションではまだ大きすぎます。 したがって、同じ厚さではアルミニウム（Al:Aluminum）金属（0.2オーム/スクエア）の方が抵抗値が低くなります。 ) 補助電極のもう XNUMX つのより良い選択肢になります。 ただし、アルミニウム金属は活性が高いため、信頼性の問題も生じます。 そのため、Cr / Al / Cr や Mo / Al / Mo などの多層補助金属が提案されています。しかし、このようなプロセスは複雑さとコストを増大させるため、補助電極材料の選択が重要なポイントの XNUMX つとなっています。 OLEDプロセス。
②カソード工程
高解像度の OLED パネルでは、微細な陰極が陰極から分離されています。 一般的に使用される方法は、印刷技術のネガ型フォトレジスト現像技術に似たマッシュルーム構造アプローチです。 ネガ型フォトレジストの現像プロセスでは、多くのプロセス変動がカソードの品質と歩留まりに影響を与えます。 たとえば、体積抵抗、誘電率、高解像度、高 Tg、低い臨界寸法 (CD) 損失、ITO または他の有機層との適切な接着界面などです。
③パッケージ
(1) 吸水材
一般にOLEDの寿命は周囲の水蒸気や酸素の影響を受けやすく短くなります。 水分の主な発生源は XNUMX つあります。XNUMX つは外部環境を通したデバイスへの侵入で、もう XNUMX つは OLED プロセスで材料の各層に吸収された水分です。 コンポーネントへの水蒸気の侵入を減らしたり、プロセスで吸収された水蒸気を除去したりするために、最も一般的に使用される物質は乾燥剤です。 乾燥剤は、化学吸着または物理吸着を使用して自由に移動する水分子を捕捉し、コンポーネント内の水蒸気を除去するという目的を達成できます。
(2) プロセスおよび装置の開発
パッケージングプロセスを図 4 に示します。カバープレート上に乾燥剤を配置し、カバープレートを基板にスムーズに接着するには、真空環境で実行するか、キャビティを不活性ガスで満たす必要があります。窒素として。 カバープレートと基板を接続するプロセスをより効率的にし、パッケージングプロセスのコストを削減し、パッケージング時間を短縮して最高の量産率を達成する方法が、包装プロセスと装置技術の開発。
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