來自韓國漢陽大學(xué)、延世大學(xué)和西江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型硅氧烷集成的小分子空穴傳輸材料與光刻工藝相結(jié)合的技術(shù)方案，成功解決了高分辨率OLED顯示器中的像素串?dāng)_問題。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《自然 電子學(xué)》期刊。
研究背景及問題
隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)微型高精度顯示器的需求速度日益迫切。由于OLED顯示屏具有響應(yīng)快、刷新高、自發(fā)光等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是下一代微型顯示器的理想候選技術(shù)。
然而，在實(shí)現(xiàn)超高像素密度（>3000 ppi）時(shí)，傳統(tǒng)的OLED像素設(shè)計(jì)面臨嚴(yán)重的串?dāng)_問題，尤其是由于共享空穴傳輸層（HTL）引發(fā)的像素間電荷泄漏，進(jìn)一步導(dǎo)致顯示器的色彩失真和畫質(zhì)下降。雖然增加HTL厚度或降低摻雜濃度等方法能夠在一定程度上緩解串?dāng)_現(xiàn)象，但這些方法通常會(huì)顯著提高驅(qū)動(dòng)電壓，從而限制了顯示性能的進(jìn)一步提升。為此，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通過對(duì)HTL進(jìn)行像素化微圖案化的新方法，從根本上抑制像素串?dāng)_問題，并顯著改善器件性能。
研究方法
1.材料設(shè)計(jì)與制備
通過共價(jià)鍵合的方式，將偶聯(lián)（Si-O-Si）結(jié)構(gòu)引入到小分子有機(jī)半導(dǎo)體材料（QUPD）中，研究偶聯(lián)集成的空穴傳輸層（SI-HTL）。這種設(shè)計(jì)利用了偶聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)和物理魯棒性，使得SI-HTL能夠耐受光刻和干法刻蝕工藝，同時(shí)保持小分子材料優(yōu)異的繼電器傳輸特性。
2.圖案化與刻蝕工藝
SI-HTL可通過傳統(tǒng)的光刻和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)實(shí)現(xiàn)高分辨率微圖案化。在RIE刻蝕過程中,集成的硅氧烷網(wǎng)絡(luò)會(huì)在刻蝕溝槽側(cè)壁形成不易揮發(fā)的SixOy刻蝕抑制劑。這種刻蝕抑制劑可以有效降低橫向化學(xué)刻蝕速率,使垂直方向的離子轟擊刻蝕占主導(dǎo),從而實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕輪廓。
3.器件制備與性能測(cè)試
在OLED器件中，研究團(tuán)隊(duì)采用ITO作為陽極，PEDOT:PSS作為空穴注入層，SI-HTL作為空穴傳輸層，CBP:Ir(ppy)?作為發(fā)光層，TPBi作為電子傳輸層，并通過蒸鍍技術(shù)形成陰極（LiF/Al）。不同濃度（4 mol%、8 mol%、16 mol%）的SI-HTL被集成到OLED器件中，評(píng)估其對(duì)光電傳輸和光電性能的影響。
4.像素串?dāng)_抑制效果評(píng)估
為評(píng)估SI-HTL微圖案化對(duì)像素串?dāng)_的抑制效果，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了不同像素間距(5 μm、10 μm、15 μm、20 μm)的測(cè)試器件，對(duì)比研究了未圖案化的HTL和微圖案化SI-HTL兩種結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)
1.SI-HTL的微圖案化能力
SI-HTL通過光刻和RIE工藝實(shí)現(xiàn)了超高分辨率（10062 ppi）的微圖案化，解決了遠(yuǎn)超當(dāng)前其他小分子有機(jī)半導(dǎo)體的圖案化技術(shù)（如模板生長、妊娠打印和金屬掩膜等）。微圖案化后的SI-HTL具有極高的圖案結(jié)構(gòu)，線寬變化（LWV）和粗糙度其邊緣度（LER）較傳統(tǒng)HTL顯著降低。
2.電荷傳輸增強(qiáng)與能級(jí)優(yōu)化
SI-HTL在保持優(yōu)異的缺陷傳遞特性的同時(shí)，通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的濃度優(yōu)化了能級(jí)結(jié)構(gòu)，特別是空穴傳遞層（HOMO能級(jí)）與發(fā)光層（EML）之間的能級(jí)匹配。采用4 mol%官能團(tuán)交聯(lián)劑的SI-HTL器件表現(xiàn)出了最佳性能，其外量子效率（EQE）達(dá)到了6.9%，高于傳統(tǒng)HTL的5.7%。
3.串?dāng)_抑制效果顯著
在所有像素間距條件下（例如5 μm、10 μm、15 μm等），微圖案化SI-HTL器件展現(xiàn)出顯著的串?dāng)_抑制效果。以5 μm像素間距的器件為例，使用未圖案化的HTL結(jié)構(gòu)時(shí)，相鄰非激活像素的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度約為激活像素的80%，表現(xiàn)出明顯的串?dāng)_效應(yīng)。而采用微圖案化SI-HTL結(jié)構(gòu)后，相鄰像素的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度降至約20%，證實(shí)了SI-HTL微圖案化在抑制像素串?dāng)_方面的顯著效果。
（來源：甬江視界）
