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OLED的制備工藝實(shí)際上是功能薄膜工藝和表面處理工藝的結(jié)合。制備該類(lèi)器件的關(guān)鍵技術(shù)有功能層薄膜,金屬電極及透明導(dǎo)電薄膜和保護(hù)膜等的制備技術(shù),有機(jī)電致發(fā)光器件的制備過(guò)程決定了器件性能優(yōu)劣,不同的發(fā)光材料需要不同的器件制備工藝、下面我們就以有機(jī)小分子OLED為例,簡(jiǎn)單描述有機(jī)電致發(fā)光器件的制備方法及工藝流程。
有機(jī)小分子OLED一般采用真空熱蒸鍍的方法進(jìn)行制備,此類(lèi)器件(以 PMOLED為例)的陽(yáng)極通常是采用ITO或者ITO導(dǎo)電玻璃,其制備流程如下:
對(duì)ITO玻璃進(jìn)行處理
ITO表面的處理過(guò)程為:洗潔精清洗→乙醇清洗→丙酮清洗→純水清洗,均用超聲波清洗機(jī)(如騰盛工業(yè)所制造的超聲波清洗設(shè)備)進(jìn)行清洗,每次洗滌采用清洗5分鐘,停止5分鐘,分別重復(fù)3次的方法。然后再用紅外烘箱烘干待用。
對(duì)ITO玻璃表面進(jìn)行處理一定要在干燥的真空環(huán)境中進(jìn)行,處理過(guò)的ITO玻璃不能在空氣中放置太久,否則 ITO表面就會(huì)失去活性。
對(duì)ITO玻璃進(jìn)行蝕刻,制備所需要的陽(yáng)極圖形
作用:線路成型。
蝕刻分為干蝕刻與濕蝕刻,其區(qū)別如下:
干蝕刻:利用不易被物理、化學(xué)作用破壞的物質(zhì)光阻來(lái)阻擋不欲去除的部分,利用電漿的離子轟擊效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)去掉想去除的部分,從而將所需要的線路圖形留在玻璃基板上。干蝕刻等向性蝕刻與異向性蝕刻同時(shí)存在。
濕蝕刻:利用化學(xué)藥液將需要蝕刻掉的物質(zhì)蝕刻掉。濕蝕刻為等向性蝕刻。濕蝕刻機(jī)臺(tái)便宜,蝕刻速度快,但難以精確控制線寬和 獲得極其精細(xì)的圖形并且需要大量用水,污染大 ;干蝕刻機(jī)臺(tái)價(jià)格昂貴,蝕刻速度速度慢,但可以精確控制線寬能獲得極其精細(xì)的圖形,而且 不需要用水,污染小。
進(jìn)行圖案化后的清洗工作
因?yàn)槠骷δ軐雍穸葍H為幾十納米,粒徑為微米級(jí)的灰塵或異物會(huì)造成有機(jī)材料無(wú)法形成連續(xù)薄膜并且影響薄膜表面的平整性,造成器件短路或者擊穿:另外,ITO表面一些無(wú)機(jī)或有機(jī)沾染物會(huì)影響有機(jī)材料在ITO表面的附著性,降低器件性能。所以,OLED器件對(duì)TO表面的潔凈程度要求很高。
基片清洗的方法有很多,如化學(xué)清洗法、超聲波清洗法、真空烘烤法和離子擊法等。將基片放入含有5%左右洗滌劑的去離子水溶液中,加熱至40℃,在70Hz頻率下超聲波振蕩15min,再用40°C去離子水在超聲清洗基片15min,然后在常溫相同頻率下用丙超聲振蕩基片15min,最后在常溫相同頻率下用異丙醇超聲振蕩基片15min。
把經(jīng)過(guò)超聲處理后的ITO玻璃從異丙醇中拿出用N2吹干待用。同時(shí),為了提高ITO陽(yáng)極的功函數(shù),通常把吹干待用的基片放入紫外烘箱中進(jìn)行紫外光照射處理或進(jìn)行等離子體轟擊處理,在真空情況下送到蒸鍍?cè)O(shè)備進(jìn)行器件制備。
然后把處理好的ITO玻璃村底放入真空蒸鍍腔中
當(dāng)真空度達(dá)到3×10-4Pa以下時(shí)開(kāi)始蒸鍍各個(gè)有機(jī)半導(dǎo)體功能層,最后在有機(jī)層的上面蒸鍍金屬陰極。在有機(jī)材料的蒸鍍過(guò)程中,當(dāng)有機(jī)材料從蒸發(fā)源中被加熱蒸發(fā)出來(lái)之后,有機(jī)材料分子或金屬原子將以一定的初速度脫離材料表面向外飛散,如果這些分子或原子在飛散過(guò)程中遇上其他分子,這些被蒸發(fā)出來(lái)的分子將可能被散射;如果沒(méi)有碰到氣體分子,則一部分被蒸發(fā)出的分子將從材料表面勻速直線運(yùn)動(dòng)到基板表面,并沉積下來(lái)形成一層致密薄膜,薄膜的厚度分布與束源和樣品的相對(duì)位置及發(fā)散角等因素有關(guān)。
一般而言,有機(jī)小分子在ITO導(dǎo)電玻璃上是均勻?qū)訝钌L(zhǎng)的,而且形成的是無(wú)定形薄膜,但是也有島狀生長(zhǎng)和類(lèi)似于傳統(tǒng)的分子?xùn)|外延生長(zhǎng)中的準(zhǔn)分子束外延生長(zhǎng)的有序有機(jī)薄膜。
在薄膜的淀積過(guò)程中,控制厚度均勻的薄膜和恒定的蒸發(fā)速率是非常重要的,通常有機(jī)分子的蒸發(fā)速率控制在一定范圍,如果沉積速率太快,沉積上去的有機(jī)分子還來(lái)不及通過(guò)熱振動(dòng)弛豫能量,便被隨后沉積上去的分子覆蓋,這樣很容易導(dǎo)致分子排列出現(xiàn)缺陷,使薄膜很容易產(chǎn)生針孔現(xiàn)象,因此需要優(yōu)化設(shè)計(jì)好蒸鍍?cè)吹男螤睢⒊叽绾团c樣品之間的距離。
事實(shí)上,真空蒸發(fā)是在一定壓強(qiáng)的殘余氣體中進(jìn)行的。真空室內(nèi)存在兩種粒子,種是蒸發(fā)物質(zhì)的原子或分子,另外一種是殘余氣體分子。這些殘余氣體分子會(huì)對(duì)薄膜形成過(guò)程乃至薄膜性質(zhì)產(chǎn)生影響。
ITO表面之原子力顯微鏡照片
如果真空度過(guò)低,殘余氣體分子的量很大,真空蒸發(fā)物質(zhì)原子或分子將與大量空氣分子碰撞,會(huì)使膜層受到嚴(yán)重污染,甚至被氧化燒毀。如果此時(shí)沉積的是金屬薄膜,那么這層金屬薄膜往往沒(méi)有金屬光澤,表面粗糙,薄膜不均勻不連續(xù)。
因此要獲得高純度的薄膜,必須要求殘余氣體分子很少,宏觀上表現(xiàn)為真空腔室的背景壓強(qiáng)非常低(高真空度)為了保證現(xiàn)質(zhì)量,蒸發(fā)源到基片的距離為25cm,壓強(qiáng)則需低于3x10-3Pa,因此,在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中蒸各功能層時(shí),體壓強(qiáng)均保在在真空蒸鏡過(guò)程中,蒸發(fā)速率和薄膜厚度是最重要的兩個(gè)參數(shù)。蒸發(fā)速率除與蒸發(fā)物質(zhì)的分子量、絕對(duì)溫度和蒸發(fā)物質(zhì)在溫度了時(shí)的飽和蒸氣壓有關(guān)外,還與材料自身的表面清潔度有關(guān)。蒸發(fā)源溫度變化對(duì)蒸發(fā)速率影響極大,下方公式描述了蒸發(fā)速率G隨溫度了的變化關(guān)系:
其中,B為常數(shù)。對(duì)于金屬而言,B/T值通常在20~30,即:
因此,在進(jìn)行真空蒸發(fā)時(shí),蒸鍛源溫度的微小變化即可引起蒸發(fā)速率發(fā)生很大變化。因而在沉積薄膜過(guò)程中,必須精確控制蒸發(fā)源溫度,以控制合適的蒸發(fā)速率,同時(shí)加熱過(guò)程中應(yīng)避免過(guò)大溫度梯度的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)室常用的通過(guò)真空蒸制備OLED的蒸鍍系統(tǒng)設(shè)備如下圖所示。
真空蒸鍍系統(tǒng),來(lái)源:OLED顯示技術(shù)導(dǎo)論,于軍勝
(備注:1、儀器控制臺(tái),2、傳送桿,3、O2儲(chǔ)氣罐,4、離子轟擊室,5/8/10、擋板閥,6、有機(jī)薄膜蒸鍍腔,7、渦輪分子泵,9、金屬薄膜蒸鍍腔,11、器件封裝室,12、膜厚動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀,13,機(jī)械泵)
蒸鍍?cè)O(shè)備
1為儀器控制臺(tái),由真空顯示臺(tái)、溫控電源、樣品架升降電源、機(jī)械泵電源,分子泵電源、離子菱擊電源、金屬蒸發(fā)源、快門(mén)控制電源組成,主要功能是在整個(gè)器件制各過(guò)程中顯示和調(diào)控蒸發(fā)速度與蒸發(fā)溫度等參數(shù);
2是傳送桿。
4室為離子轟擊室,主要功能是對(duì)ITO玻璃基片進(jìn)行O2離子菱擊,完成預(yù)處理;
6室為有機(jī)薄膜蒸腔,配備渦輪分子泵7作為主泵、機(jī)械泵1、機(jī)械泵3作為分子泵前級(jí),主要功能是在高真空條件下將有機(jī)小分子材料蒸被到ITO基片上;
9室為金屬薄膜蒸鈹腔,主要功能是將金屬蒸到有機(jī)功能層上,形成金屬或合金電極;
11室為器件封裝室,在充滿高純N2的環(huán)境下對(duì)器件進(jìn)行封裝。
12是膜厚動(dòng)態(tài)監(jiān)控儀。
13是機(jī)械泵。
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