引子
▲天马SID上集成CFOT的AMOLED屏
▲天马8.3寸CFOT柔性AMOLED屏
▲京东方SID上集成LTPO和COE的智能手表
可见,COE技术并不是一种全新的概念,但是这种技术为何没有更早进入到大众的视野呢?
▲常见环境的光照亮度
通过贴附线偏光片加圆偏光片可以有效降低OLED电极对环境光的反射,提升OLED屏幕的对比度。
其原理如下图所述,偏光片对入射光和反射光的偏振态进行调制,使反射光通过圆偏光片后又变成线偏振光,但是其偏振方向与线偏光片的透光轴方向垂直,因此不能够透过而进入到人眼中。
▲AMOLED偏光片原理
偏光片贴附技术在LCD屏工艺中非常成熟,因此研发的成本会较低。
偏光片贴附在OLED盖板表面,这个方案不会对OLED器件本身造成影响,这也降低了研发的技术难度。
但贴偏光片的方案也不是没有缺点,主要的缺点包括如下:
需要额外的偏光片材料,增加了总体成本。
由于线偏光片的存在,在理论上OLED器件发出的光至少会有50%不能透过,从而使出光的效率下降
偏光片的厚度较大,弯折特性也不够好,不容易实现更薄、弯折性能更好的柔性屏。
但在AMOLED最初阶段,成本(只要不是特别离谱)、高亮度和柔性等均不是最优先考虑的,快速量产才是。因此偏光片方案以其成熟、有效,而成为一种理性的选择。
也正是由于这样的原因,工厂生产出来的AMOLED的屏幕,从此都贴上了一层偏光片面纱,它虽然遮住了AMOLED脸上的一些瑕疵,但也让AMOLED的美丽打了一个折扣。
2001年,Hung等人报道了一种在阴极上生长一层氧化锌薄膜的方案,薄膜中的氧含量要低于ZnO2的化学计量比。在他们的方案中制作了一种LiF(0.3 nm)/Al (0.6 nm)/Zinc Oxide (90 nm)/Al (100 nm)结构的电极,可以显著降低环境光的反射[3]。
2004年F.L. Wong等研究人员采用的Al/SiO+Al/Al/LiF的电极结构,因为有报道不完全氧化的AlO薄膜具有好的吸光特性,因此他们采用在Al薄膜中掺杂SiO,通过这层薄膜来实现对光的吸收[5,6]。
Feng等人报道了一种金属-有机-金属结构的电极方案,称为MOM结构。采用在金属中嵌入有机层,有机层的材料为OLED的ETL层,可以利用蒸镀线完成电极的制作[7]。
2005年,Yen等人通过特别的设计,将电极的三明治结构中间层设计为绝缘层,这种结构采用通常所用的阴极金属,而主要通过绝缘层的光学性质及膜厚设计来吸收和降低反射[8]。
Li等研究人员采用Al/Ag的交叠层来制作OLED的电极,这种交叠层的纳米结构可以显著提升器件的对比度[9]。
Kang等人制作了采用黑色电极层的1.5寸全彩OLED屏,其电极结构为四层,其中三层为不同SiO浓度掺杂的Al和一层厚的Al膜。这种方案和前面Wong等人的方案类似[10]。
2006年,吉林大学的W. F. Xie等研究人员报道了一种黑色电极,采用的是Sm:Ag电极。香港的Lau等人的工作也采用了Sm:Ag来制作黑色电极[11,12]。
长春应化所的Xie等人报道了一种Al,Ag, Sm和有机的不同叠层结构的黑色电极方案[13]。
2013年,Hou等人报道了采用Ag/V2O5等交叠层制作的Black Layer[18].
2014年,Chen等研究人员报道了采用Sputter工序调节Ar/O的流量,来得到黑色导电的电极,得到的反射率为28.1%,导电率为4.6e-5Ω[19]。
2017年Man等人采用了如下图所示的结构来做阴极,称为相位变化阴极(PC-Cathode)。其相位变化层可以采用C60,PbPc,SubPc等材料[20]。
2.4 小结
从前面可以看出,业界对于提升OLED屏的对比度以去除偏光片的研究主要集中在采用黑色电极的方案。黑色电极的实现是通过采用合适的吸光材料或设计合理的电极叠层结构,通过吸收或干涉的原理来降低对环境光的反射。
采用黑色电极可以在OLED器件制造的过程中就将环境光的影响去除掉,因此如果工艺成熟的化,有利于工艺的集成。并且电极的膜层结构厚度很低,可以显著降低OLED屏的厚度。
但是目前我们看到的资料,要实效果良好的黑色电极并不容易。一是工艺过程的复杂程度大大增加,二是这些材料和目前量产线的工艺大多不匹配,三是这些电极层作为OLED器件结构的一部分,必须在减反射和实现良好的OLED效率之间进行优化,这也影响到工艺的开发。
除了前面说到的去偏光片的方案,下一部分我们来专门介绍COE方案,来看看为什么现在COE技术开始得到重视,各大厂商都开始推出原型机来。
(未完待续...)
参考文献
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[19] Chen, Shuming; Yu, Jianning (2014): High-contrast top-emitting organic light-emitting diodes with AlO 1.086 dark-and-conductive electrodes. In Organic Electronics 15 (12), pp. 3552–3557.
[20]Jia-Xiu Man, Shou-Jie He, Tao Zhang, Deng-Ke Wang, Nan Jiang, and Zheng-Hong Lu (2017): Black Phase-changing Cathodes for High-contrast Organic Light-Emitting Diodes.
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