OLED顯示屏技術(shù)發(fā)展歷程及概況（PLED模塊技術(shù)發(fā)展歷程及概況）

OLED（有機(jī)電激發(fā)光體）

一、緒論

OLED 的發(fā)現(xiàn)是在1979年的**晚上，由Kodak 柯達(dá)公司Rochester 實(shí)驗(yàn)室的鄧青雲(yún)博士（Dr. ChingWTang），在回家的路上忽然想起有東西忘記在實(shí)驗(yàn)室，回到實(shí)驗(yàn)室後，他竟發(fā)現(xiàn)在黑暗中的一塊做實(shí)驗(yàn)用的有機(jī)蓄電池在閃閃發(fā)光！為OLED的誕生拉開序幕。1987 年，柯達(dá)公司成功地使用類似半導(dǎo)體PN結(jié)的雙層有機(jī)結(jié)構(gòu)**次作出了低電壓、高效率的光發(fā)射器。1990年，英國(guó)康橋的實(shí)驗(yàn)室也成功研製出高分子有機(jī)發(fā)光原件，然後成立了CDT 顯示技術(shù)公司。這兩家公司研發(fā)出OLED 的材料後，為生產(chǎn)OLED 顯示器奠定了重要的基礎(chǔ)。

二、什麼是OLED（有機(jī)電激發(fā)光體）？

OLED 全名叫做有機(jī)發(fā)光二極體（Organic Light Emitting Diode，OLED）是屬於電激發(fā)光元件（Electroluminescence，EL）領(lǐng)域，為自發(fā)光性質(zhì)顯示技術(shù)之一環(huán)，運(yùn)作原理為透過電氣方式，將載子注入具發(fā)光特性之半導(dǎo)體元件，使其激發(fā)而產(chǎn)生發(fā)光的顯示器，它是電轉(zhuǎn)換成光的光電轉(zhuǎn)換元件。而EL 可依採用之半導(dǎo)體元件性質(zhì)為無機(jī)或有機(jī)材料，而簡(jiǎn)單區(qū)分為無機(jī)EL（Inorganic EL）與有機(jī)EL（Organic EL, OEL），其中，有機(jī)EL 又可稱為OLED（Organic Light EmittingDiode，有機(jī)發(fā)光二極體）。

三、製作OLED 的材料

一般而言，有機(jī)電激發(fā)光顯示器依發(fā)光材料種類分為小分子系發(fā)光材料（Organic Light Emitting Diode，OLED）和高分子系發(fā)光材料（Ploymer Light Emitting Diode，PLED），而這兩種系列材料只是材料特性和成膜方法不同，本質(zhì)上卻無異，兩者比較如表一。目前世界上針對(duì)OLED 研究以及集中到其使用的有機(jī)發(fā)色薄膜材料選擇上，大體上來說可分為兩個(gè)陣營(yíng)，一是以美國(guó)Kodak 公司為首選擇了染料或顔料爲(wèi)主的小分子材料作為OLED 的發(fā)色材，另一則是以共軛高分子為主的英國(guó)Cambridge Display Technology 公司。Kodak 為首的小分子OLED 製造技術(shù)，主要是藉由真空熱蒸鍍的方式，再搭配金屬遮罩技術(shù)將材料塗布於畫素之中，主要訴求中小型尺寸顯示器之應(yīng)用；而高分子材料則是使用離心力均勻塗布或噴墨印刷(Ink Jet Printing)技術(shù)將其分散於畫素之中，以大尺寸顯示器之應(yīng)用為目標(biāo)。

表1 小分子與高分子材料比較表

四、OLED 的原理與結(jié)構(gòu)

OLED 的發(fā)光原理與傳統(tǒng)的發(fā)光二極體LED 很像，LED 是利用三、五族材料(如Ga、In、P 等)的電子及電洞結(jié)合過程之能階轉(zhuǎn)換產(chǎn)生光子（photon）發(fā)光，使不同材料會(huì)釋放不同的能階而產(chǎn)生不同顏色的光。而OLED 發(fā)光的原理為在施加偏壓作用下，載體的電子和電動(dòng)分別地由陰極和陽極注入且在電場(chǎng)的作用下相反方向的移動(dòng)，當(dāng)電子和電洞進(jìn)行再結(jié)合時(shí)將產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。OLED 發(fā)光的色彩取決於元件內(nèi)具有螢光特性的有機(jī)材料，若添加少量的客發(fā)光體（Guest Emitter）於多量的主發(fā)光體（Host Emitter）中將可提昇其發(fā)光效率，並使發(fā)光的色彩涵蓋整個(gè)可見光區(qū)域。OLED材料改用有機(jī)物質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是被有機(jī)材料吸收的光子，其頻率大部分落在可見光頻譜外，故OLED 顯示器在動(dòng)作時(shí)可以產(chǎn)生高效率的光。

OLED 的基本結(jié)構(gòu)(如圖1) 正極為一層薄而透明具導(dǎo)電性質(zhì)的銦錫氧化物（ITO），陰極為金屬組合物，將有機(jī)材料層如同三明治般包夾其中，有機(jī)材料層包括電洞傳輸層（HTL）、發(fā)光層（EL）、與電子傳輸層（ETL）。當(dāng)通入適當(dāng)?shù)碾娏?，注入正極的電洞與陰極來的電荷在發(fā)光層結(jié)合時(shí)，釋放的能量激發(fā)有機(jī)材料產(chǎn)生光線，而不同的有機(jī)材料會(huì)發(fā)出不同顏色的光。

圖1 OLED 的基本結(jié)構(gòu)圖

五、OLED 的驅(qū)動(dòng)方式

有機(jī)發(fā)光顯示器依驅(qū)動(dòng)方式可分為被動(dòng)式(Passive Matrix, PMOLED)與主動(dòng)式(ActiveMatrix,AMOLED)兩種方式。

被動(dòng)矩陣OLED（簡(jiǎn)稱PM-OLED）中，ITO 和金屬電極都是平行的電極條，二者相互正交，在交叉處形成LED。LED 逐行點(diǎn)亮形成一幀可視圖象。由於每一行的顯示時(shí)間都非常短，要達(dá)到正常的圖像亮度，每一行的LED的亮度都要足夠高。這就需要很高的電流和電壓，從而引起功耗增加，顯示效率急劇下降。這就使得PM-OLED 在大面積顯示中的應(yīng)用受到限制。被動(dòng)矩陣的特色、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)為；1 特色：循序掃瞄驅(qū)動(dòng)，瞬間注入較大電流，顯示能力以單色、多彩為主。2、優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、材料生產(chǎn)成本低、易清洗、易變更設(shè)計(jì)。3、缺點(diǎn)：耗電力高、壽命短、顯示元件易劣化、不適合大尺寸發(fā)展。

主動(dòng)矩陣OLED（AM-OLED）採用的是薄膜電晶體陣列（TFT）。利用類似於LCD的製造技術(shù)，在玻璃襯底上製作CMOS 多晶矽TFT，發(fā)光層製作在TFT 之上。驅(qū)動(dòng)電路完成兩個(gè)功能，一是提供受控電流以驅(qū)動(dòng)OLED，其次，在定址期之後繼續(xù)提供電流以保證各象素連續(xù)發(fā)光。和PM-OLED 不同的是，AM-OLED 的各個(gè)象素是同時(shí)發(fā)光的。這樣單個(gè)象素的發(fā)光亮度的要求就降低了，電壓也得到了相應(yīng)的下降。這就意味著AM-OLED 的功耗比PM-OLED 要低得多，適合於大面積顯示。主動(dòng)矩陣的特色、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)為；1、特色：面板每一畫素皆可獨(dú)立運(yùn)作並連續(xù)驅(qū)動(dòng)，可搭配TFT 驅(qū)動(dòng)電路，可連續(xù)發(fā)光，全彩顯示。2、優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)電壓、耗電力皆低、適合大尺寸發(fā)展、發(fā)光壽命長(zhǎng)及亮度提高容易。3、缺點(diǎn)：需配合LTPS 或a-Si TFT LCD 驅(qū)動(dòng)技術(shù)，技術(shù)障礙較高；材料及生產(chǎn)成本高。被動(dòng)式與主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)顯示器特性之比較如

表二所示：

表2 被動(dòng)式與主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)OLED 特性之比較

六、OLED 的特色

顯示器的發(fā)展從早期主要以陰**線管（CRT）爲(wèi)顯示單元。隨著科技不斷進(jìn)步，促成各種新技術(shù)的不斷成熟，新型的顯示技術(shù)如雨後春筍般誕生。目前巳經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的電子顯示技術(shù)主要有以下幾種：即陰**線管（CRT）、液晶顯示幕（TFT-LCD）、有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED）、等離子體放電顯示幕（PDP）、電場(chǎng)激發(fā)發(fā)光(FED)；各種顯示方式的性能比較如表三。OLED 的主要特色有：1、自發(fā)光，不需背光源（Backlight）模組及彩色濾光片（Color Filter）；2、重量輕，厚度薄（1 ~ 2mm）；3、構(gòu)造簡(jiǎn)單，耐用性高，低成本；4、低驅(qū)動(dòng)電壓（3 ~ 9V）並省電；5、廣視角（160 度以上），無視角限制；6、高亮度（100 cd/m2）；7、輝度佳（16 lm/W）；8、對(duì)比高（100:1）；9、暗視與亮視畫質(zhì)皆優(yōu)良；10、反應(yīng)速度快（10μs）；11、可全彩化；12、可大尺寸化；13、可橈性(採用塑膠底材)； 14、使用溫度範(fàn)圍廣: -30℃ ~ 80℃。

表3 各種顯示方式的性能比較

◎：優(yōu)、○：佳、△：可、╳：差

七、OLED 與LCD 的比較

液晶顯示器（LCD）目前可說已經(jīng)取代了陰**線管（CRT）成為顯示器中的主流產(chǎn)品，所以新產(chǎn)品必須有取代LCD 的能力，才能成為下一世代的主流。所以我們針對(duì)OLED 和LCD 兩種產(chǎn)品來做比較如圖二，看看OLED 是否有撼動(dòng)LCD 的條件，與液晶相比，OLED 具有以下突出優(yōu)勢(shì)：

1、OLED 器件的核心層厚度很薄，厚度可以小於1 毫米，厚度爲(wèi)液晶的1/3；

2、OLED 器件爲(wèi)全固態(tài)機(jī)構(gòu)，無真空、液體物質(zhì)，抗震性好，可以適應(yīng)巨大的加速度、振動(dòng)等惡劣環(huán)境；

3、OLED 主要是自體發(fā)光的讓其幾乎沒有視角問題與LCD 相比，即使在大

的角度觀看，顯示畫面依然清晰可見；

4、OLED 的原件主要是依靠電壓來調(diào)整，回應(yīng)速度是液晶元件的1000 倍，比較適合當(dāng)作高畫質(zhì)電視使用；

5、低溫特性好，在零下40 度能正常顯示，而液晶在低溫下顯示效果不好；

6、對(duì)材料和製程設(shè)備的要求比LCD 減少約1/3，成本將會(huì)更低；

7、發(fā)光轉(zhuǎn)化效率高，能耗比液晶略低一些；

8、OLED 能夠在不同材質(zhì)的基板上製造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器；

9、自發(fā)光，不需背光源（Backlight）模組及彩色濾光片（Color Filter）。

OLED 比較LCD 在優(yōu)勢(shì)上佔(zhàn)盡十足，不過其仍有幾個(gè)的缺點(diǎn)：

1、包括使用壽命仍不及LCD，如果要應(yīng)用在電視上必須要能達(dá)到10000 小時(shí)以上的壽命，而現(xiàn)在的OLED 技術(shù)大約剛好跨過這個(gè)門檻；

2、是OLED 的各個(gè)色彩不均的問題，原因是紅綠藍(lán)這三個(gè)畫素都需要不同的驅(qū)動(dòng)電壓，導(dǎo)致色彩平衡性較差，精細(xì)度有待加強(qiáng)。

OLED                          LCD

圖2 OLED 和LCD 兩種產(chǎn)品

八、OLED 的應(yīng)用領(lǐng)域和現(xiàn)況

相較於其他薄型顯示器技術(shù)如LCD、PDP 相比，OLED 是個(gè)不折不扣的後來者，材料和製程技術(shù)都還不是非常成熟。但隨著越來越多的廠商投入相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，OLED技術(shù)可以說正處於蓬勃發(fā)展期，目前已經(jīng)有一些產(chǎn)品量產(chǎn)問世了，*常見的就是手機(jī)市場(chǎng)，現(xiàn)在有許多手機(jī)廠商，都標(biāo)榜擁有OLED 的螢?zāi)粸樾麄魅?/span>BenQ、LG、Motorola、G-PLUS……等，在2002 年度全球總共售出370 萬臺(tái)以上的被動(dòng)矩陣式OLED次螢?zāi)皇謾C(jī)，預(yù)估2003 年度將攀升到1000 萬臺(tái)以上，主螢?zāi)?/span>OLED 機(jī)種將達(dá)到300 萬臺(tái)。數(shù)位相機(jī)和PDA產(chǎn)品也已陸續(xù)出現(xiàn)OLED 的顯示螢?zāi)?。目?/span>OLED 顯示器*大尺寸，是由奇美電子開發(fā)出全功能、全彩之20 吋全球*大OLED 顯示器。OLED 的應(yīng)用領(lǐng)域如圖3。

圖3 OLED 的應(yīng)用領(lǐng)域

九、心得

近年來LCD顯示器隨著價(jià)格下降，民眾接受度越來越高，已打破CRT 獨(dú)大的局面，已躍升為顯示器的主流。值得一提的是OLED 可與塑膠基板相結(jié)合，利用可導(dǎo)電的塑膠、薄膜，就能夠生産可以卷起來的OLED 顯示器，這些都是LCD無法超越的優(yōu)點(diǎn)。

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