有機(jī)二極管顯示器——OLED

1、信息顯示技術(shù)OLED顯示技術(shù)陳實(shí)(南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210046)摘要：有機(jī)電激發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)由于同時(shí)具備自發(fā) 光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、 使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異之特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器 新興應(yīng)用技術(shù)。其根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同分為主動(dòng)式OLED (AMOLED)和被動(dòng)式 OLED (PMOLED)。近年來(lái)，OLED因其優(yōu)勢(shì)在各領(lǐng)域有了突破性發(fā)展，并廣泛 應(yīng)用于MP3顯示，在照明領(lǐng)域也有可觀的前景。許多公司也于展覽會(huì)、期刊等展 示了 OLE

2、D的各種先進(jìn)產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：OLED顯示器、發(fā)光原理、AMOLED. OLED發(fā)展現(xiàn)主要顯示器有CRT、LCD、3D、LED、PDP等。CRT純平顯示器可視角度 大、無(wú)壞點(diǎn)、色彩還原度高、色度均勻、多分辨率模式、響應(yīng)時(shí)間短、價(jià)格低但體 積大、輻射大、可視面積小、耗電大、散熱大。LCD顯示器機(jī)身薄，占地小，色 彩不夠艷，反應(yīng)速度小。3D顯示器，觀眾必須戴上偏光鏡才能消除重影，產(chǎn)生立 體感。PDP (Plasma Display Panel,等離子顯示器)是新一代顯示設(shè)備。厚度薄、 分辨率高、占用空間少。而OLED是一種不同于CRT, LED和液晶技術(shù)的全新發(fā)光原理。集微電子技 術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息

3、處理于一體，以其色彩鮮艷、動(dòng)態(tài)范圍廣、亮度高、壽命 長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢(shì)的新一代顯示媒體。1、OLEDOLED,即有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode),又稱為有機(jī)電激光 顯示(Organic Electroluminesence Display, OELD)。是基于有機(jī)材料的一種電流型 半導(dǎo)體發(fā)光器件，它是主動(dòng)發(fā)光器件。因?yàn)榫邆漭p薄、省電等特性，因此從2003年 開(kāi)始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對(duì)于同屬數(shù)碼類產(chǎn)品的 DC與手機(jī)，此前只是在一些展會(huì)上展示過(guò)采用OLED屏幕的工程樣品，還并未走 入實(shí)際應(yīng)用的階段。有機(jī)電致發(fā)光

4、二極管(OLED)與U前占有市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品液晶 顯示器(LCD)相比，OLED具有工藝簡(jiǎn)單、視角寬、響應(yīng)速度快、高亮度、色彩鮮 艷、對(duì)比度高、工作溫度范圍大、重量輕、厚度薄、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。1.1發(fā)展簡(jiǎn)介1979年，柯達(dá)公司鄧青云博士無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了一種具有發(fā)光特性的有機(jī)材料，這 就是后來(lái)被譽(yù)為“繼LCD之后的下一代平面顯示器”的OLED(OrganicLightEmittingDiode,有機(jī)發(fā)光二極管)技術(shù)的起源。近年來(lái)OLED受到了業(yè)界的極大關(guān)注。從誕生到現(xiàn)在，歷經(jīng)幾十年，今天的OLED正已驚人的速 度開(kāi)始步入產(chǎn)業(yè)化階段，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的平板顯示市場(chǎng)上占據(jù)了一席之地。1.2神奇的OLED從手機(jī)、筆

5、記本電腦、電視到照明燈。它所代表的有機(jī)發(fā)光二極管燈，也許能夠 普遍出現(xiàn)在我們的日常生活中。圖1.彎曲的OLED顯示器它們能夠曲折、彎曲折疊。它們十分結(jié)實(shí)。即使你用錘子錘它們也不會(huì)影響工 作。如圖1。簡(jiǎn)直可以稱為是高科技產(chǎn)品的一個(gè)飛躍。它們不需要背景照明.屏幕 同駕駛本一樣薄厚。屏幕呈現(xiàn)出鮮艷的顏色.無(wú)論你從哪個(gè)角度來(lái)觀看它。1.3 OLED 概述OLED顯示技術(shù)與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無(wú)需背光燈，采用非常薄的有機(jī) 材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。而且OLED顯 示屏幕可以做得更輕更薄.可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能。目前在OLED的二大技術(shù)體系中，低分子OLE

6、D技術(shù)為日本掌握.而高分子的 PLED,LG手機(jī)的所謂OEL就是這個(gè)體系，技術(shù)及專利則由英國(guó)的科技公司CDT 掌握，兩者相比PLED產(chǎn)品的彩色化上仍有困難。而低分子OLED則較易彩色 化，不久前三星就發(fā)布了 65530色的手機(jī)用OLED,雖然將來(lái)技術(shù)更優(yōu)秀的OLED會(huì)取代TFT等LCD,但有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)還存在 使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。目前采用OLED的主要是三星如新上市的 SCH-X339就采用了 256色的OLED,至于OEL則主要被LG采用在其CU8180 8280上我們都有見(jiàn)到。OLED與LCD樣，也有主動(dòng)式和被動(dòng)式之分。被動(dòng)方式下由行列地址選中的 單元被點(diǎn)亮。主動(dòng)方式下，OL

7、ED單元后有一個(gè)薄膜晶體管(TFT),發(fā)光單元在 TFT驅(qū)動(dòng)下點(diǎn)亮。主動(dòng)式OLED應(yīng)該比被動(dòng)式OLED省電，且顯示性能更佳。2、OLED顯示原理及優(yōu)勢(shì)2.1發(fā)光原理OLED是有機(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī)發(fā)光材料在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)載流子注入和復(fù) 合導(dǎo)致發(fā)光的技術(shù)。其原理是用ITO玻璃透明電極和金屬電極分別作為器件的陽(yáng)極 和陰極，在一定電壓驅(qū)動(dòng)下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極注入到電子傳輸層和空 穴傳輸層，然后分別遷移到發(fā)光層，相遇后形成激子使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)過(guò)輻 射后發(fā)出可見(jiàn)光。輻射光可從ITO側(cè)觀察到，金屬電極膜同時(shí)也起了反射層的作 用。圖2是一個(gè)簡(jiǎn)單的OLED器件結(jié)構(gòu)示意圖。一 Mi層層層極歸蚪

8、騒扱板玻璃基片基片圖蕤鍍封裝清洗一形制備功能層切割圖2.OLED器件結(jié)構(gòu)和制備工藝流程四個(gè)主要步驟OLED不像LED那樣使用，以單個(gè)像素為主，而是要實(shí)現(xiàn)平面顯示技術(shù)。因此需 要大量像素的組合，形成OLED陣列。要點(diǎn)亮這些像素就需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，一般通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種是以動(dòng) 態(tài)掃描的方式，也叫無(wú)源驅(qū)動(dòng)方式或被動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(PM OLED)o這種方式都采 用共陰極結(jié)構(gòu)，即把各像素的陰極與行電極相連，而陽(yáng)極與列電極相接，行列交義 點(diǎn)組成像素矩陣。當(dāng)需要某一行發(fā)光時(shí)，與之交義的相應(yīng)列都加上正電壓，無(wú)關(guān)列 上不加電壓，此時(shí)該行若接地就可以點(diǎn)殼該行，以此類推形成逐行掃描。隨著屏幕 尺寸的加大，其引線

9、也越來(lái)越復(fù)雜，而且大尺寸其掃描時(shí)間就非常短，影響到發(fā)光殼度。要想得到高殼度就得加大掃描電壓和電流，勢(shì)必引起功耗的大大增加。因此 無(wú)源驅(qū)動(dòng)方式僅適合于中小尺寸的OLED。另一種是靜態(tài)的驅(qū)動(dòng)方式，也叫有源驅(qū) 動(dòng)方式或主動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(AM OLED)o這種方式是制作薄膜晶體管(TFvIJ陣列， 每一個(gè)晶體管對(duì)應(yīng)一個(gè)OLED像素，需要像素點(diǎn)亮?xí)r，打開(kāi)相應(yīng)的晶體管驅(qū)動(dòng) OLED,并使之連續(xù)發(fā)光。圖3 .像素驅(qū)動(dòng)示意圖每個(gè)廠家所采用的TFT陣列有所不同，圖3是AuO公司的像素驅(qū)動(dòng)電路示意圖。 打開(kāi)多個(gè)晶體管就會(huì)使多個(gè)OLED同時(shí)點(diǎn)亮，無(wú)須掃描，供電電流是恒定的，不需 要很高的峰值電流，因此功耗比無(wú)源驅(qū)動(dòng)方式

10、低得多，很適合大尺寸OLEDo 2.2 OLED技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)2.2.1優(yōu)點(diǎn)有機(jī)發(fā)光顯示器件之所以受到人們的青睞，是因?yàn)槠渑cLCD為代表的第二代顯示 器相比有突岀優(yōu)點(diǎn)。表1所示。|表1 OLED與LCD對(duì)比LCDOLEDOLED產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)視角受限制接近180度寬視角，側(cè)視畫(huà)面色彩不失真響應(yīng)時(shí)間10-3 秒10-6 秒更適含動(dòng)態(tài)圖像顯示，無(wú)拖尾現(xiàn)彖發(fā)光方式被動(dòng)發(fā)光自主發(fā)光色彩更鮮艷，對(duì)比度更離，無(wú)需背光源溫度范囤-20£ 6CTCTLC 80P高低溫性能優(yōu)越'適應(yīng)嚴(yán)寒等特殊環(huán)境工藝過(guò)程復(fù)雜簡(jiǎn)單成本更低制造成本中等較低更高的性價(jià)比表LCD與OLED比較技術(shù)優(yōu)點(diǎn)低成本其工藝簡(jiǎn)單，使用原材

11、料少。使人們相信OLED將成為L(zhǎng)CD替代性技術(shù)的最重要原 因是其在降低加工成本方面的潛力。除了對(duì)材料和工藝方面的要求比LCD低近1/3夕卜，OLED 的加工工藝也比LCD簡(jiǎn)單得多。據(jù)相關(guān)資料顯示，OLED顯示屏需要86道加工工序，而 LCD屏則需要200多道工序。在成本決定生命力的未來(lái)大屏幕顯示領(lǐng)域，這無(wú)疑增加了 OLED競(jìng)爭(zhēng)的確碼。自發(fā)光不需要背光源。低壓驅(qū)動(dòng)和低功耗直流驅(qū)動(dòng)電壓在10伏以下，易用于便攜式移動(dòng)顯示終端上。全固態(tài)無(wú)真空腔，無(wú)液態(tài)成份，機(jī)械性能好，抗震動(dòng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)軟屏顯示。使用塑料、聚 酯薄膜或膠片作為基板，OLED屏可以做到更薄.甚至可以折疊或卷起來(lái)。目前由于在軟基板 上的涂

12、鍍等加工工藝還未成熟，可折疊或卷曲的顯示器產(chǎn)品還沒(méi)有商品化，但這一切都會(huì)在不 遠(yuǎn)的將來(lái)實(shí)現(xiàn)?？焖夙憫?yīng)響應(yīng)時(shí)間為微秒級(jí)，是普通液晶顯示器響應(yīng)時(shí)間的1/1000,適于播放動(dòng)態(tài)圖像.具 有寬視角特性，上下、左右的視角寬度超過(guò)170度。高效發(fā)光可作為新型環(huán)保光源。寬溫度范圍在40C 80°C范圍內(nèi)都可正常工作。高亮度顯示效果鮮艷、細(xì)膩2.2.2缺點(diǎn)不能實(shí)現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品；存在色彩 純度不夠的問(wèn)題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。3、OLED應(yīng)用發(fā)展3.1目前部分應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展3.1.1在頭戴顯示器領(lǐng)域的應(yīng)用OLED在頭戴顯示器的應(yīng)用有非常大的優(yōu)勢(shì)：清晰鮮亮的

13、全彩顯示、超低的功耗 等，是頭戴式顯示器發(fā)展的一大推動(dòng)力。率先把OLED應(yīng)用在視頻眼鏡上的是美國(guó)的eMagin.無(wú)論是對(duì)于民用消費(fèi)領(lǐng)域 還是工業(yè)應(yīng)用乃至軍事用途都提供了一個(gè)極佳的近眼應(yīng)用解決途徑。隨之，采用 歐洲的超微OLED顯示屏的視頻眼鏡被推上市場(chǎng)。在國(guó)內(nèi)，iTheater （愛(ài)視代）憑 雄厚的研發(fā)實(shí)力率先推出世界首款高分子超微OLED顯示屏的視頻眼鏡；憑借其 全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的背景順利打入國(guó)內(nèi)軍事領(lǐng)域，為中國(guó)數(shù)字士兵的建設(shè)出一份力。3.1.2 OLED照明技術(shù)及產(chǎn)業(yè)在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，OLED與LED相比，除了兩者共有的高效節(jié)能、綠色環(huán)保等 特點(diǎn)，還具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：平面光源、發(fā)光柔和。與LE

14、D點(diǎn)光源不同，白光OLED器件是一種發(fā)光柔和 的平面光源，尤其適用于室內(nèi)照明?？蓪?shí)現(xiàn)柔性化?？芍苽湓谌嵝缘幕迳?，實(shí) 現(xiàn)大面積、可彎曲光源。制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。制備過(guò)程無(wú)需高溫處理，其至可以 釆用卷對(duì)卷工藝制備。材料來(lái)源廣泛。OLED材料可以通過(guò)改變分子結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu) 化性能，發(fā)光顏色在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)可任意調(diào)節(jié)（包括紅、綠、藍(lán)和白光）。因此， 白光OLED在未來(lái)照明領(lǐng)域中具有誘人的應(yīng)用前景，有機(jī)會(huì)成為新一代室內(nèi)固態(tài) 照明的主角。13.1.3在MP3領(lǐng)域的應(yīng)用在MP3屏幕的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)儆谛箩绕鸬姆N類，被譽(yù)為“夢(mèng)幻顯示屏”。它無(wú)需背光 燈,而是“主動(dòng)發(fā)光”。以BenQ JoybeelSO的OLED液晶屏為例

15、它摒棄了傳統(tǒng) LCD的缺點(diǎn)，每個(gè)像素都可自行發(fā)光，不管在什么角度什么光線下都可以比傳統(tǒng) LCD顯示更加清晰的畫(huà)面，而且環(huán)境越黑屏幕越亮，猶如夜間的瑩彩精靈?？梢?使MP3做得更輕更薄，可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能。OLED應(yīng)用于 MP3產(chǎn)品上不僅增加了產(chǎn)品絢麗的美感，而且也為圖文資訊的表達(dá)錦上添花，無(wú) 疑將成為MP3顯示面板的主流。3.2未來(lái)的軟性顯示技術(shù)AMOLED2繼TFT_LCD之后，AMOLED被視為下一世代面板的最佳技術(shù)，其中OLED為固 態(tài)自發(fā)光顯示器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自發(fā)光、廣視角、影像色澤美麗、省電等優(yōu)勢(shì), 在中小面板市場(chǎng)可望得到廣泛應(yīng)用。.321軟性AMOLED發(fā)展現(xiàn)況前

16、大多數(shù)顯示器都是采用TFTLCD,若想做到輕薄短小、方便隨身攜帶，屏幕 顯示的信息量就不夠；若想一次顯示足夠信息量，體積乂會(huì)太大而不易攜帶，而且 可能耗電太大。對(duì)于未來(lái)的顯示器，消費(fèi)者希望其能夠具有信息量大、收藏方便、 耗電低、摔不破、可彎曲折迭或收卷容易等特性。除了優(yōu)異的畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)，山晶體管驅(qū)動(dòng)的AMOLED具備了以上消費(fèi)者所希望的所 有特質(zhì)，完全符合未來(lái)信息社會(huì)對(duì)于移動(dòng)裝置顯示器的需求。若與TFTLCD技術(shù) 比較.AMOLED結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需背光、散板、配向膜、間隙子等繁復(fù)零組件，同 時(shí)有機(jī)發(fā)光層的機(jī)械特性較接近軟性基板，因此更適合用于制作可彎可卷的軟性 示器。U前許多研究單位正致力于開(kāi)發(fā)軟性

17、AMOLED面板，并在專業(yè)期刊及圉際研討 會(huì)上展示了相關(guān)技術(shù)。在后面展示中說(shuō)明。322未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展空間市場(chǎng)研究公司iSuppli最新報(bào)告顯示.2013年全球OLED電視機(jī)出貨量將從2007年 的3000臺(tái)增長(zhǎng)到280萬(wàn)臺(tái).年復(fù)合增長(zhǎng)率為212. 3%。從全球銷售收入看，2013年 全球OLED電視機(jī)的銷售收入將從2007年的200萬(wàn)美元增長(zhǎng)到14億美元.年復(fù)合增長(zhǎng) 率為206. 8%4. OLED最新動(dòng)態(tài)4.1我國(guó)全線打通AMOLED制造工藝技術(shù)3日前，從有關(guān)方面獲悉.昆山丁研院新型平板顯示技術(shù)中心（簡(jiǎn)稱昆山平板顯示 中心）和維信諾公司在國(guó)內(nèi)率先全線打通了LTPSTFT背板和OLED顯示屏制造

18、工 藝技術(shù).并于2010年12月24日.開(kāi)發(fā)成功28英寸彩色AMOLED顯示屏.實(shí)現(xiàn)了 RGB三基色顯示。這是繼維信諾依靠自主技術(shù)實(shí)現(xiàn)PMOLED技術(shù)產(chǎn)業(yè)化后，我國(guó) OLED產(chǎn)業(yè)的乂一重大技術(shù)進(jìn)展 標(biāo)志著我國(guó)通過(guò)自主開(kāi)發(fā).已初步掌握了 AMOLED核心關(guān)鍵技術(shù)，在AMOLED產(chǎn)業(yè)化的道路上邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。我國(guó)的OIED產(chǎn)業(yè)起步于本世紀(jì)初.2002年清華大學(xué)與維信諾公司建成了我國(guó) 第一條PMOLED中試線.2003年成了中試丁藝技術(shù)開(kāi)發(fā).并在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了 PMOLED產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)和銷售2008年清華大學(xué)與維信諾公司義在昆山建成 了國(guó)內(nèi)第條PMOLED大規(guī)模生產(chǎn)線.實(shí)現(xiàn)了PMOLED的規(guī)模

19、化生產(chǎn)。在實(shí)現(xiàn)PMOLED快速發(fā)展的同時(shí)。2009年9月，在昆山市政府的大力支持下.昆 山工研院、維信諾公司、昆山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)共同投資成立了昆山平板顯示中心。 2010年6月，昆山平板顯示中心建成了國(guó)內(nèi)首條AMOLED中試生產(chǎn)線.經(jīng)過(guò)歷時(shí)半 年的努力，成功進(jìn)行了AMOLED關(guān)鍵工藝技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，為加速我國(guó)AMOLED 的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程打下了良好的基礎(chǔ)。此在中試線上全面打通LTPSTFT背板和OLED 顯示屏制造工藝技術(shù).為發(fā)展中大尺寸AMOLED技術(shù)和產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4.2 OLED展示4421世博會(huì)索尼和默克展示最新OLED顯示技術(shù)索尼設(shè)計(jì)的OLED筆記本電腦，這種電腦可以卷成一個(gè)卷軸

20、，使用時(shí)拉開(kāi)就形成 巨大屏幕，一半空間可虛擬為鍵盤(pán)，也可全部形成平板觸控電腦“有了可彎曲的 透明液晶屏幕，許多以往在科幻電影中才可以看到的產(chǎn)品都將成為現(xiàn)實(shí)在演示視頻中，IIIOLED屏幕制造的柔軟的手腕MP4,可彎曲佩戴于手腕或頸部 的手機(jī)等等。422韓國(guó)NeoViewKolon展示透明0LED顯示器Neo View Kolon的透明屏針對(duì)于車載前置顯示。新展出的顯示屏為2. 4寸，采用 點(diǎn)陣式顯示模式，最大透明度62%,亮度100流明，可顯1600萬(wàn)色，厚度 1. 2mm,分辨率240x320像素。423索尼5. 1發(fā)售PVM7407. 4英寸A MOLED顯示器索尼近日于美國(guó)舉行的“NAB Shov2010”中展出了他們的新的專業(yè)顯示器PVM. 740oPVM740配有74英寸960x 540分辨率的AMOLED顯示器。OLED面板是自發(fā) 光方式，無(wú)背光所以在強(qiáng)光情況下依然可以看清，還采用了提高開(kāi)口率的自有技術(shù) "SuperTop Emission"nJ以確保高輝度，因此可以實(shí)現(xiàn)從零發(fā)光的到最高輝度得