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OLED技术,OLED概述,一,OLED应用,二,OLED封装,三,OLED光电特性自动测试系统设计,四,目录,第一节,OLED的发展,第二节,OLED定义及发光原理,第三节,OLED的基本结构,第四节,OLED的两种驱动方式,第五节,OLED的制备过程,OLED概述,OLED的发展,1987年，美国柯达公司的Tang等人获得了亮度大于1000cd/m2、效率超过1.5lm/W、驱动电压小于10V的有机发光二极管的发光器件。（第一个里程碑）,1988年，日本九州大学Adachi等提出了三明治式多层机构的OLED模型，进一步提高了器件的性能，大大丰富了有机材料和电极材料的选择范围。1990年，英国剑桥大学的Burroughes等研制了聚合物电致发光器件，并将结果发表在自然杂志上。（从小分子到聚合物）1998年，美国普林斯顿大学的Forrest小组研发了磷光OLED，使OLED的内量子效率理论上可达到100%，接着该小组还研发了内量子效率理论上可达到100%的蓝光器件，2006年在自然杂志上发表了流明效率达到37.6lm/W的白光器件。Pfeiffer等对载流子传输层采用P型或者N型掺杂的方法使有机材料的载流子迁移率提高了一个数量级以上。,OLED在短短的二十年间得到了突飞猛进的发展目前已到达使用阶段，形成了产业。,OLED的发展,国内OLED量产的公司：1、京东方科技集团股份有限公司。京东方建鄂尔多斯第5.5代AMOLED生产线于2013年四季度投产。另外京东方的第8.5代生产线也计划在生产TFT-LCD的同时生产OLED面板。2、北京维信诺科技有限公司。2002年建成国内第一条OLED中试生产线，2011建设一条4.5代以上AMOLED生产线，并在2013年投产。同时拥有自主设计 的PMOLED和AMOLED生产线的企业。,OLED定义及发光原理,OLED定义：Organic Light-Emitting Diode的简称，又称有机EL。与太阳能电池相反，OLED是将电能转化为光能，同时使有机物质这种材料发光。OLED发光原理：OLED属于双载流子注入型发光器件，其主要功能层的材料为有机半导体。在施加一正向电压驱动时，阳极和阴极分别向发光层注入空穴和电子，空穴和电子在发光层内传输并在在某个分子上相遇，由于库仑力作用两者束缚在一起形成激子。激子不带电荷因此在电场下不会进行定向移动，但其会产生扩散或漂移。激子在发光层中迁移到合适的位置后就会发生复合，而激子其本身是一种激发态，因此激子复合一定会释放能量。激子释放能可以以辐射形式而发出光子，也可以以非辐射形式而释放热量。,OLED基本结构,OLED的三明治的夹层式结构,一层或者多层有机薄膜沉积在两个电极之间。OLED的三明治结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO)，与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。整个结构层中包括了：空穴传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电力供应至适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，光的颜色取决于发射层有机分子类型，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。,OLED的基本结构,OLED的两种驱动方式,OLED的驱动方式分为有源驱动(AMOLED)和无源驱动(PMOLED)。可以看出PMOLED仅仅是由导电ITO玻璃（阳极）、阴极，以及它们中间夹着有机发光层构成；AMOLED是在PMOLED之下垫上一层薄膜晶体管（TFT）。PMOLED较不适合用于显示动态影像，反应速度相对较慢，较难发展中大尺寸面板，不过相对较为省电；AMOLED则是反应速度较快，并可发展各种尺寸应用，最大可达电视面板需求，但相对被动式较为耗电。,OLED的制备方法及过程,1.小分子材料的真空蒸镀成膜法。定义：在真空腔体的基板座上，将已经图案化的ITO基板放置好，然后将准备好的小分子材料放入坩埚内，开始抽真空。通过对坩埚高温加热，使材料开始气化，并附着在放置好的ITO基板表面。镀膜顺序：1）空穴注入层（ITO的电极上）2）空穴传输层（空穴注入层的薄膜上面）3）发光层（空穴传输层的薄膜上面）4）电子传输层（兼有电子注入层的功能，在发光层的薄膜上面）5）阴极（电子传输层的薄膜上面）,OLED的制备方法及过程,OLED制备方法及过程,OLED制备方法及过程,2.高分子材料的旋涂法成膜定义：将高分子材料在溶液中溶解，然后将溶液一滴一滴的滴落在ITO基板上，然后，旋转基板固定台，利用旋涂工艺将液膜全面均匀的覆盖在ITO基板上成膜。特点：不需要传输层和注入层，不需要高温，不需要真空,OLED应用-显示技术,左边的图是OLED显示技术市场2006-2016年的预测，可以看出整个显示市场OLED的发展是非常迅猛的。其中AMOLED（有源矩阵OLED）市场发展最好，现在市场上已经有了三星AMOLED的手机出售。我国的相关企业也在做积极的准备，推进AMOLED显示技术。预计不久的将来各种显示产品会进入家庭，新型显示技术将会给人们的生活带来美好的生活。,19寸透明AMOLED显示,三星AMOLED的手机,和辉光电OLED显示,OLED应用-显示技术,与液晶显示（LCD）相比，OLED具有以下优点：,1.OLED是自身发光，LCD不是，OLED比LCD亮的多，对比度也较高，色彩更加丰富；2.LCD需要背景灯光点亮，而OLED只要在需要点亮的单元加电压，并且电压很低，因此更加的节能；3.OLED需要的材料很少，制造工艺简单，量产时的成本要节约20%左右；4.OLED没有视角范围的限制，一般的可视范围可以达到160,LCD显示,OLED显示,OLED应用-固态照明技术,最早的照明灯碳化竹纤维（1987年）,低压荧光灯,高压荧光灯,金属卤化灯,无机LED固态照明灯,OLED固态照明灯,0LED应用-固态照明技术,特点：(1)OLED灯不是点光源，而是分布式(散布式)平面固体光源，它重量轻、超薄、柔软、明亮、少阴影；(2)能耗低、工作电压低(3-5V），使用与维护安全；(3)能效高、寿命长。没有灯丝断裂，因而耐用；(4)环保、无污染、不发热，仅有少量紫外与红外辐射：(5)可沉积到任何衬底：玻璃、陶瓷、金属、薄塑料板、织物等柔软和相适应的衬底。能制成任意形状和式样，能调节发光灯任何想要的颜色以及任意色的深浅和强度，包括白色光；(6)具有良好的色坐标、实现接近100的高显色指数(CRI)，能从冷色到暖色调节自光；(7)电流驱动型器件，亮度可在10000 cdm2的动态范围内变化，并且它们均匀发光、不闪烁：(8)较少的插入元器件，能大规模、大面积、低成本制造等，因为它们发光时不发热。从这种固态光源的优点是：效率高、能耗低、工作电压低从而比较安全、没有灯丝断裂因而耐用寿命长、维护价格低。预计到2020年。固态光源产生同样的光输出，比现有照明技术可节省能源50，这意味着可减少能耗。因而较少产生空气和水的污染达到节能、环保和减排的综合效果。,OLED灯,CONTENTS,封装,1,2,3,OLED的老化失效,玻璃为基底，玻璃或金属为盖板的封装技术,薄膜封装技术,新型封装技术,5,OLED的老化失效,OLED失效方式-黑斑,随机出现、形状多种多样、随工作时间黑斑的面积增大。黑斑出现的情况与器件所处温度、环境有关。封装的主要目的是保护器件除了一般的机械伤害外，主要的是防止水汽和氧气的侵入。,黑斑形成主要原因水、氧进入,形成机理和原理复杂，主要有两个方面的原因:1.金属阴极氧化，在阴极和有机功能层之间形成一层绝缘层，形成一个电子注入势垒，导致器件此处的不发光，从而使器件整个亮度迅速降低。2.OLED在工作中大量的焦耳热，局部的高热可能会使界面处吸附的气体脱附形成气泡、器件局部击穿，产生大的电流，形成黑斑、高温将周围的有机材料重新蒸发或者晶化，使此处不能发光，而形成黑斑。,玻璃为基底，玻璃或金属为盖板的封装技术,环氧树脂胶作为粘接剂将基板和盖板粘接起来，这个过程必须是在充满惰性气体或者在真空环境下进行的，以此来隔离外界有害气体的影响。为了去除残留在器件内部空间的水蒸气和氧气，通常在器件内部加入干燥剂，不仅要在封装玻璃上蒸镀CaO和BaO干燥剂薄膜，并且要在封装玻璃片上粘贴CaO和BaO干燥剂，使器件结构变得更复杂。并且这种封装方法是以金属或者玻璃为盖板，所以很难实现柔性封。使用环氧树脂粘接剂对盖板和基板进行粘接，但是环氧树脂对水蒸气和氧气的阻隔性能较差，降低了封装效果，环氧树脂粘接剂在固化后形成的固化膜柔性较差，脆性高，从而影响柔性器件的性能和使用寿命。,1.有机胶封装,玻璃为基底，玻璃或金属为盖板的封装技术,2.激光封装共分为以下四个步骤：玻璃浆料的配置、玻璃浆料的丝网印刷、预烧结、激光键合。,激光封装工艺流程图,丝网印刷,封接样品包括两个基板，上玻璃基板和下玻璃基板，上玻璃基板沉积玻璃料，下玻璃基板沉积功能结构或材料，丝网印刷是将配制好的玻璃浆料均匀的印刷到上基板上。,预烧结,预烧结工艺是将丝网印刷之后的玻璃浆料熔融固化在玻璃上基板上。印刷的玻璃浆料放置于陶瓷纤维马弗炉中进行预烧结工艺。印刷的玻璃料在接近熔融状态达到表面平整。采用多种分段保温的陶瓷纤维马弗炉中进行预烧结，并通过精确控制升降温速率获得最佳的预烧结效果。,激光键合,经过丝网印刷和预烧结后，得到了平整、均匀的玻璃料层，然后在自行研发设计的激光封接原型样机上完成激光封接工艺过程。按照激光束二维扫描封接样品表面的路径扫描形成样品的密封体。在实验中，根据激光封接工艺实验结果分析，并不断优化激光封接工艺参数，如激光功率、夹持力大小、扫描速度等实现最佳的气密性封接。,薄膜封装技术,由于密封胶对水蒸气和氧气的阻隔性能较差，薄膜封装技术克服了这个缺点，较好地改善了封装效果。单层薄膜封装方法是用薄膜作为阻挡层封装OLED器件，采用柔性衬底后，运用薄膜封装技术可实现柔性显示。单层薄膜中，对水蒸气和氧气阻隔性能较好的有SiO2和SiNX薄膜，可以使水蒸气和氧气的渗透率降低个数量级，并且能够提高衬底表面的光洁度。薄膜封装的基本结构如图。,多层薄膜封装技术,单层薄膜封装技术可以在一定程度上阻挡水蒸气和氧气渗透进入器件内部，但是它的阻隔性能还是不够理想，单层薄膜封装的器件寿命也只能维持在数百小时，所以人们把目标转向了具有更好的阻隔性能的多层薄膜封装技术上。多层薄膜封装器件的基本结构与单层薄膜基本相同。依靠薄膜技术进行器件的封装易于实现柔性显示，虽然多层薄膜对水蒸气和氧气的阻隔性能远远高于单层薄膜，但是薄膜封装的器件的寿命仍然不能满足商业化的需求。,以有机物和无机物交替的Barix薄膜封装技术,Barix薄膜封装技术就是在基板和OLED器件上采用多层薄膜包覆密封，将有机高密度介电层与无机聚合物在真空中交替迭加，总厚度仅为 左右，Barix封装基本结构示意图如图所示。盖封装层直接加在OLED工作层上，无需使用其他的封装材料和机械封装原件，减少器件的体积和质量，并且能很好地减少水蒸气和氧气的渗透。Barix封装技术的封装性能良好，可以用于柔性显示。,新型封装技术,李军建提出的一种新型的柔性有机发光二极管的封装结构和封装方法。此方法是以柔性和透明的云母单晶薄片为基板，以低熔点的铟或者铟合金对盖板和基板进行封接。云母是一种晶体结构的天然矿物，容易剥离成为很薄的薄片，并且剥离面较光滑。选择云母做衬底的原因是，云母具有较高的透光率，耐受温度高，有较高的抗电性能，化学稳定性好，机械强度高，收缩率小。云母对水蒸气和氧气的阻隔性能可以与玻璃相媲美，表面平整度可以达到分子级，并且云母的柔韧性较强，可以用于实现柔性显示。,OLED技术应用-固态照明技术,优点：(1)OLED灯不是点光源，而是分布式(散布式)平面固体光源，它重量轻、超薄、柔软、明亮、少阴影；(2)能耗低、工作电压低(3-5V）使用与维护安全；(3)能效高、寿命长。没有灯丝断裂，因而耐用；(4)环保、无污染、不发热，仅有少量紫外与红外辐射：(5)可沉积到任何衬底：玻璃、陶瓷、金属、薄塑料板、织物等柔软和相适应的衬底。能制成任意形状和式样，能调节发光灯任何想要的颜色以及任意色的深浅和强度，包括白色光；(6)具有良好的色坐标、实现接近100的高显色指数(CRI)，能从冷色到暖色调节自光；(7)电流驱动型器件，亮度可在10000 cdm2的动态范围内变化，并且它们均匀发光、不闪烁：(8)较少的插入元器件，能大规模、大面积、低成本制造等，因为它发光时不发热。这种固态光源的优点是：效率高、能耗低、工作电压低从而比较安全、没有灯丝断裂因而耐用寿命长、维护价格低。预计到2020年。固态光源产生同样的光输出，比现有照明技术可节省能源50，这意味着可减少能耗。因而较少产生空气和水的污染达到节能、环保和减排的综合效果。,OLED光电特性测试技术,器件通过测试OLED器件的电流-电压特性、发光亮度-电压特性、发光效率-电压特性、色坐标以及发光光谱等，可判断OLED发光性能和电学性能的好坏，并计算出其能量转换效率。通过相关OLED光电特性测试方法进行检索，总结分析国内外的研究状况，概括起来，OLED光电特性测试方法模式可分四类:一、分立设备手动测试模式性较普遍采用的方法。此模式采用直流电压表、电流表分别手动测试OLED器件的电流特性和电压特性;利用微弱光亮度/色度计手动对焦OLED器件并测试样品的发光亮度及色坐标。然后将数据手动输入到计算机进行后续分析处理，获得OLED样品的光电性能。优点：操作简单、对测试仪器性能要求不高，价格低廉，性价比较高。主要应用于单件或小批量的OLED光电特性测试。缺点：误差大、测试效率低。不适合应用在批量及频繁测试OLED光电特性的场合。,OLED光电特性测试技术,二、以微控制器为核心的模拟电路测试系统模式组成：以微控制器为核心的单片机、可编程控制电源、LCD显示器和光电测试单元。工作原理:以微控制器为核心作为控制系统，控制可编程控制电源和光电测试电路单元实现通过LCD显示出来，同时通过RS-232接口将数据传输给PC机(上位机)进行数据分析和处理，并绘制出电压一亮度、电压一电流关系曲线。优点：电压、电流、亮度、温度等物理量实现同时测试、采集及存储;人为误差小，测试精度较分立设备手动测试模式高;数据采集量及采集密度无限制，能准确地反映样品的光电特性。自动化程度高，测试效率高，适合应用在批量测试OLED的光电特性。缺点：较难选取测量波长范围与OLED发光相匹配的光敏电阻或硅光电池，降低了测试精度;不可以测试样品发光的色坐标光电特性;测试系统电路复杂，开发周期较长，难度较大。,OLED光电特性测试技术,三、亮度均匀度测试系统模式 亮度均匀度也是OLED光电特性的一个重要指标。目前亮度均匀度测试大多数采用手动测试OLED显示屏上均布的9个点发光亮度，并求其均匀度的方法。CDD成像间接测试亮度均匀度模式工作原理：依据CCD成像特点，建立CCD感光像素与OLED显示像素的关系，用CCD采集图像间接分析OLED显示屏亮度均匀度。优点：测试速度快、大大节省测试的时间，增加测试点提高了数据的准确性、数据存储方便，适用于批量亮度均匀度测试。缺点：只能用于评估OLED亮度均匀度，功能单一。四、多通道OLED寿命分析测试系统模式自动采集光电特性的数据、数据采集周期可调、测试效率高，适用于OLED批量寿命分析测试。,测试系统结构设计,为实现OLED光电特性的自动检测，本文搭建了一个测试平台，测试平台包括XY两轴运动平台、亮度色度计和可编程电源。亮度色度计安置于XY两轴运动平台上，通过手动旋钮，可以聚焦于OLED产品的不同部位进行光学检测;可编程电源为OLED产品点亮提供所需的电信号;人机交互界面程序可以设置对OLED产品施加所需不同条件的电信号，选择对OLED任意部位进行光电测试，并同步记录所有测试信息值。,测试系统软件设计,测试系统的软件设计，是通过Visual C+的MFC设计一个人机交互界面程序，实现测试模式选择、电信号设置，自动测试并记录OLED的电流、电压、亮度、色坐标等数据并生成L-V曲线图。最终通过VC的MFC编程实现了OLED光电特性自动测试。测试系统的两个主要任务：IVL测试模式和均匀度测试模式。测试系统包括数据管理、实时监测、和系统设置三个功能块。测试系统软件设计框图,测试系统软件设计-系统操作界面设计,测试系统界面,测试系统软件设计-系统功能模块设计,测试系统程序流程图,测试系统功能模块包括系统设置模块、实时监测模块和数据管理模块。,测试系统软件设计-系统功能模块设计,系统设置模块程序设计框图 系统设置模块程序流程图设置模块设计,测试系统软件设计-系统功能模块设计,实时检测模块设计,测试系统软件设计-系统功能模块设计,数据管理模块设计,数据管理模块程序流程图,数据管理模块程序设计框图块,系统实验与结果分析-模拟实验,一、对0.95英寸绿色的OLED屏进行IVL测试实验。,IVL测试结果,系统实验与结果分析,二、对切割好的发光面积尺寸为5 0 x50mm的绿色OLED照明进行亮度均匀性测试实验。,均匀度测试结果,系统实验与结果分析-结果分析,一、对两组0.95英寸OLED屏的A和B两器件进行IVL测试，把测试所得的电压、电流、亮度数据导入Excel并自动生成曲线。L-V曲线、J-V曲线、曲线、L-J曲线如图所示。,系统实验与结果分析-结果分析,总结与展望,2.封装技术 FOLED器件的商业化对器件的寿命有严格的要求。目前，FOLED器件所选用的衬底和封装技术对水蒸气和氧气的阻隔能力有一定的局限性。尺寸稳定性、耐受温度等方面的问题都严重影响着器件的寿命。所以，要制作长寿命的，具有较好的器件性能的FOLED器件，必须寻找新的更适合做FOLED衬底的材料以及新的封装方法来研制新型的FOLED器件。,1.显示技术AMOLED显示的TFT技术是现在的主流研究方向，国外技术较好，国内也在积极开展相关技术研究。AMOLED显示大概会分为三个部分：顶发射OLED器件技术、TFT技术和大尺寸的AMOLED装备技术。,3.OLED照明OLED照明的成本降低是推广的关键，目前是市场上流行的LED照明的成本问题也是大面积应用的壁垒，同时降低磷光材料的成本也是极为重要。,4.OLED带动有机光伏产业有机光伏（OPV）所用的材料和OLED有很多的相似之处，所以在opv设备与OLED的制作可以共用，opv产业也将会成为未来又一个新产业。,参考文献,【1】郭业祥.OLED光电特性自动测试系统设计D.大连理工大学.2012.4【2】城户淳二.有机电致发光-从材料到器件M.北京大学出版.2012.2【3】郭业祥.OLED光电特性自动测试系统设计D.大连理工大学.2012.4【4】周志敏，纪爱华.OLED驱动电源设计与应用M.北京:人民邮电出版社.2010.【5】滕枫，侯延冰，印寿根等.有机电致发光材料及应用M.北京:化学工业出版社.2006.【6】王云景，方勇军.OLED显示器件的原理及应用J.仪表技术，2007,8:32-34.【7】张玉杰，宋孟华.OLED光电性能综合测试系统的设计J.液晶与显示，2011,26(1):64-67.【8】JUAN.C.J,TSAI.M.J.Implementation of a novel system for measuring the lifetime of OLED panelsJ.IEEE Consume Electronics,2003,