有機(jī)電致發(fā)光顯示彩色化技術(shù)及其發(fā)展＊

劉南柳，彭俊彪

（華南理工大學(xué)高分子光電材料與器件研究所，華南理工大學(xué)特種功能材料及其制備新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

有機(jī)電致發(fā)光顯示彩色化技術(shù)及其發(fā)展＊

劉南柳，彭俊彪

（華南理工大學(xué)高分子光電材料與器件研究所，華南理工大學(xué)特種功能材料及其制備新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

介紹了幾種有機(jī)電致發(fā)光顯示屏彩色化技術(shù)，探討了各種制備技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足以及相應(yīng)的改進(jìn)方案．

有機(jī)電致發(fā)光二極管；平板顯示；彩色化技術(shù)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對信息傳輸?shù)慕K端器件——新型顯示器件的研制越來越引起人們的重視．平板顯示器件（FPD）具有體積小、重量輕、能耗低、屏幕大等優(yōu)勢，是目前顯示器研制的熱點(diǎn)．有機(jī)電致發(fā)光顯示器以其節(jié)能低耗、響應(yīng)快速、能適應(yīng)多種惡劣環(huán)境等優(yōu)勢而嶄露頭角，引起了業(yè)界的重視，目前已發(fā)展到產(chǎn)業(yè)化階段．

1 有機(jī)電致發(fā)光顯示的發(fā)展

自從1987年美國柯達(dá)公司的鄧青云首次用經(jīng)典的三明治結(jié)構(gòu)制備了高性能的有機(jī)電致發(fā)光二極管薄膜器件[1]，掀起了有機(jī)電致發(fā)光的研究熱潮[2－11]．1997年日本先鋒電子首次將有機(jī)電致發(fā)光顯示屏（OLED）用于汽車音響面板上，其后，這種以O(shè)LED為像素單元的有機(jī)電致發(fā)光顯示屏不斷被研發(fā)出來，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3以及電視機(jī)面板．2007年索尼公司首次推出了厚度僅為3 mm的11英寸OLED電視機(jī)，引起了業(yè)界的轟動．目前，全球各大顯示器廠家紛紛投入OLED的研發(fā)，推動了OLED產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的飛速發(fā)展．2005年全球OLED面板出貨量達(dá)5580萬片，比2004年增長了72%，總產(chǎn)值同比增長了8%．目前，OLED產(chǎn)品主要向有源全彩和大尺寸的方向發(fā)展．

我國在OLED顯示器領(lǐng)域也緊跟世界領(lǐng)先水平．維信諾、四川虹視、信利電子以及多家科研機(jī)構(gòu)均開展了OLED材料及其器件的研發(fā)，并取得了一定的成果．華南理工大學(xué)在2002年利用自主創(chuàng)新聚合物材料和旋涂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)單色顯示屏．2004年利用噴墨打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了1．5英寸、分辨率為77 ppi、96×RGB×64點(diǎn)陣全彩色顯示屏[12]．

2 有機(jī)電致發(fā)光彩色化技術(shù)

實(shí)現(xiàn)全彩OLED顯示，常用的彩色化技術(shù)有掩膜技術(shù)、彩色濾光膜技術(shù)、光色轉(zhuǎn)換技術(shù)、激光熱轉(zhuǎn)移技術(shù)、凹版印刷技術(shù)以及噴墨打印技術(shù)等．

2．1 掩膜技術(shù)

掩膜技術(shù)一般用于真空蒸鍍方式制備小分子OLED．通過采用CCD像素對位，精確移動掩膜，分別蒸鍍紅綠藍(lán)三基色發(fā)光層而實(shí)現(xiàn)圖案化．改技術(shù)只適用于容易升華的有機(jī)小分子材料，其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單成熟，操作簡便．但由于在制備高分辨率顯示屏?xí)r需要高精度掩膜及精確的對位，導(dǎo)致低產(chǎn)能高成本．

2．2 彩色濾光膜技術(shù)

彩色濾光膜技術(shù)是通過彩色濾光片（CF）將白光轉(zhuǎn)換為彩色OLED所需要的紅綠藍(lán)三基色．由于可利用LCD成熟的CF技術(shù)，不需要掩膜對位，極大地簡化了蒸鍍過程，因而能降低生產(chǎn)成本，可用于制備大尺寸高分辨率OLED．但是，由于濾光片吸收了大部分的光能，只有約30%的光能透過，所以需要高性能的白光材料，否則器件的效率較低，一般也是用于小分子的OLED顯示屏．同時，由于白光通過CF的光譜半峰寬一般在100 nm以上，使顯示屏的色域較窄．

研究表明，將CF中的子像素由原來的紅綠藍(lán)變?yōu)榧t綠藍(lán)白，可提高顯示屏的發(fā)光效率與壽命，能耗也降低了近50%[13－17]．但是，子像素由三個變?yōu)樗膫€，一般會降低顯示屏的開口率．在設(shè)計(jì)像素結(jié)構(gòu)時適當(dāng)減少紅藍(lán)子像素的頻率可以增加開口率，而且對紅綠藍(lán)三基色而言，由于紅光和藍(lán)光對發(fā)光亮度的貢獻(xiàn)相對較少，人眼對綠光更為敏感，因此，不會影響顯示屏圖像的質(zhì)量[13]．

利用微腔結(jié)構(gòu)中的微腔對諧振波與非諧振波長的自發(fā)輻射的干涉增強(qiáng)與減弱作用，能使光譜的半峰寬變窄．研究發(fā)現(xiàn)采用微腔結(jié)構(gòu)的顯示屏色域高達(dá) NTSC標(biāo)準(zhǔn)的100%[15－17]．

2．3 光色轉(zhuǎn)換技術(shù)

光色轉(zhuǎn)換技術(shù)是通過藍(lán)光激發(fā)紅綠光材料使其發(fā)光而得到紅綠藍(lán)三基色的，是光致發(fā)光與電致發(fā)光相結(jié)合的過程[18－19]．由于這種技術(shù)不需要掩膜對位，因而蒸鍍過程較為簡單，可制備大尺寸器件．藍(lán)光材料是制約這種技術(shù)的瓶頸，現(xiàn)階段一般只能用于制備小分子OLED．傳統(tǒng)的光色轉(zhuǎn)換材料一般是有機(jī)熒光染料與光致抗蝕劑聚合物共混溶液，由于光致抗蝕劑聚合物中的不飽和鍵及光誘發(fā)劑與熒光染料反應(yīng)而產(chǎn)生濃度淬滅，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率較低．為了提高轉(zhuǎn)換效率，一般采取降低溶液濃度并增厚光色轉(zhuǎn)換層的辦法，但厚至10μm的光色轉(zhuǎn)換層增加了光刻的難度，所以這種技術(shù)一直未受到關(guān)注．現(xiàn)在，光色轉(zhuǎn)換材料采用主客體共混材料，主體材料吸收藍(lán)光后將能量轉(zhuǎn)移給客體材料．在這種體系中，光色轉(zhuǎn)換材料的光致發(fā)光性能主要依賴于客體的熒光量子效率及主客體的能量轉(zhuǎn)換效率，這樣膜層可降至0．7μm．2008年SID會議上Fuji電子公司展示了應(yīng)用這種技術(shù)制備的非晶硅TFT驅(qū)動的2．8英寸有源全彩顯示屏，其色域達(dá)NTSC標(biāo)準(zhǔn)的100%[19]．

2．4 激光熱轉(zhuǎn)移成像技術(shù)

三星SDI和3M顯示材料中心共同研發(fā)的激光熱轉(zhuǎn)移成像技術(shù)，是利用光熱轉(zhuǎn)換材料將激光的光能轉(zhuǎn)換為熱能而使旋涂的發(fā)光層圖案化[20－21]．其主要工藝流程為：先將熱轉(zhuǎn)印的供體壓在襯底上，使供體與受體表面緊密接觸，然后用激光束對供體的成像模板進(jìn)行曝光，結(jié)果成像圖案從供體接觸面向傳輸層（光發(fā)射材料）釋放，并附著在傳輸層的受體接觸面上，最后，剝離使用過的供體而得到高分辨率的功能層條紋．其刻蝕精度可達(dá)2．5μm，可制備分辨率高達(dá)302 ppi的顯示屏[21]．但這種技術(shù)需要精確平衡發(fā)光材料與光熱傳遞層間的粘力以得到高質(zhì)量的圖案化高性能器件，同時這種技術(shù)需要分別對紅綠藍(lán)三種材料進(jìn)行激光刻蝕實(shí)現(xiàn)圖案化，因此工藝流程復(fù)雜；同時，采用旋轉(zhuǎn)涂布技術(shù)制備供體層薄膜，材料的利用率較低，浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)成本居高不下．雖然利用該技術(shù)可制作大尺寸顯示屏，但在圖案化襯底上多次旋涂很難得到均勻同一的膜層．

2．5 凹版印刷技術(shù)

凹版印刷技術(shù)通過圖案化的浮雕將功能材料轉(zhuǎn)印在襯底上，而實(shí)現(xiàn)彩色化．浮雕的精度決定了器件的分辨率．2006年SID會議上展出了用這種技術(shù)制作的分辨率為210 ppi的原型產(chǎn)品[25]．由于可連續(xù)性生產(chǎn)，采用凹版印刷技術(shù)有希望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，也可將它用于制備柔性器件[26]．這種技術(shù)需要防止溶液在干燥的過程中形成有可能與相鄰像素相連的不均勻突起，因此，要調(diào)整溶液的粘度，控制好溶液在襯底上的鋪展性及溶劑的揮發(fā)性才能得到均勻的膜層．膜層的厚度也依賴于印在襯底上的溶液量及溶質(zhì)的含量等因素．在制備過程中，每次都應(yīng)對浮雕進(jìn)行徹底的清洗以免浮雕與溶液及襯底間的交叉污染，從而降低器件的發(fā)光性能．

2．6 噴墨打印技術(shù)

噴墨打印技術(shù)是通過打印噴頭將微量溶液（幾皮升）噴射到紅綠藍(lán)子像素坑中實(shí)現(xiàn)三基色發(fā)光圖案化．這種技術(shù)具有操作簡單，節(jié)省材料，能制備大尺寸柔性顯示屏等優(yōu)點(diǎn)，是一種節(jié)能環(huán)保的彩色化技術(shù)．在噴墨打印技術(shù)中，均勻高質(zhì)量的像素內(nèi)薄膜是實(shí)現(xiàn)高性能顯示屏的關(guān)鍵，這要求高精度的噴墨打印設(shè)備，同時需要高性能的可打印的發(fā)光材料溶液，由于聚合物材料提純困難，性能一直難以提高，限制了噴墨打印顯示屏的發(fā)展．近年來，日本的Seiko Epson公司、Fujimi公司以及美國的杜邦顯示等多家研究機(jī)構(gòu)積極研制高性能可溶性小分子發(fā)光材料，采用噴墨打印等方式制備有機(jī)小分子全彩色發(fā)光器件取得了一定的進(jìn)展[27－31]．

噴墨打印技術(shù)是一種非接觸式彩色化技術(shù)，可避免對功能溶液的接觸性污染．同時，這種按需噴墨的技術(shù)可極大地節(jié)省比較昂貴的發(fā)光材料，減少對環(huán)境的污染，而且使用具有多個噴射口（128或256個噴射口）的噴頭打印可以大大縮短制膜時間．因此，噴墨打印彩色圖案化技術(shù)無論是在節(jié)能環(huán)保還是在器件性能上都有較突出的優(yōu)勢．

3 結(jié) 語

隨著有機(jī)發(fā)光材料性能的提高，特別是高性能的可溶性有機(jī)小分子材料的研發(fā)，采用噴墨打印技術(shù)制備的全彩OLED顯示屏產(chǎn)業(yè)化指日可待．

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The development of OLED color patterning technology

LIU Nan－liu，PENG Jun－biao
（Institute of Polymer Optoelectronic Material and Devices，Key Laboratory of Specially Functional Materials and Advanced Manufacturing Technology，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Patterning technologies for full－color organic light－emitting displays（OLEDs）were introduced first in this paper，then the advantages and the improvements of disadvantages of kinds of method were discussed．

organic light－emitting diode；flat－panel display；patterning technology

TN873

A

1673－9981（2010）04－0313－04

2010－09－25

中央高校自然科學(xué)基金（20092M0111）

劉南柳（1970—），女，湖南新化人，博士．