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OLED显示技术的进展(上)



伴随着有机发光材料和器件技术的不断成熟,有机发光二极管(OLED)显示器逐步进入各个显示领域。1997年,Pioneer企业首次推出了单色OLED车载音响,使得有机显示屏首次进入商业领域。时至今日,韩国Samsung和LG、日本Pioneer和SONY、台湾铼宝和悠景等十多家企业建设了OLED量产线,实现了批量生产和销售。今年在美国举办的2007SID(信息显示协会)展会上,许多企业纷纷展出了各种应用领域的OLED显示屏,涉及电视、MP3、手机、车载、白光光源、可弯曲标价牌等,展品的颜色丰富细腻,亮度、对比度、解析度等都达到了历史新高,表明OLED在大尺寸、全彩色化、照明、柔性显示等技术和产业化方面的长足进步。

  近期OLED显示技术的进展

  OLED是双载流子注入型显示器。对OLED的研究工作始于1960年代,1963年Pope报道了蒽单晶片在400V电压的作用下的发光现象。直到1987年C. W. Tang[2]等人首次采用双层器件结构得到了高性能的OLED后,OLED技术才引起各国专家的极大关注。特别是最近10年里,OLED技术取得了显著的进展,从2英寸的产品到40英寸的样品均在陆续推出。

  与液晶显示器(LCD)相比,OLED具有全固态、自发光、宽视角、高清晰、高亮度、高对比度、高响应速度、超薄、低成本、低功耗、耐低温、抗震、可实现柔性显示和双面显示等特点,被认为是理想和有潜力的下一代平板显示技术。

  OLED按照所采用有机发光材料的不同,可分为:小分子OLED(基于小分子有机发光材料)和高分子OLED(基于共轭高分子有机发光材料,简称PLED)。美国柯达与英国剑桥显示技术企业分别为小分子OLED和PLED的先行者,拥有80%以上的专利。

  OLED按照驱动方式的不同,还分为有源矩阵驱动(AMOLED)和无源矩阵驱动(PMOLED)。PMOLED技术比较成熟,已在小尺寸OLED产品中大量采用,但是该技术受到扫描行数的限制,不可能用于大尺寸显示。目前,大尺寸AMOLED驱动技术还不成熟,成品率低,仍处于研发阶段。

  从长远来看,OLED未来的发展必将沿着小尺寸-超大尺寸、单色-彩色、无源-有源、硬屏-软屏的方向发展,最理想的OLED显示器应该是OTFT AMOLED。现阶段OLED技术研究的热点主要有:

  有机发光材料

  有机化合物的丰富多彩为材料的设计和选择提供了广阔的天地。可以说,有机材料的不断进步是推动OLED技术进步的重要原因之一。

  OLED发光材料按照发光激子的种类可分为荧光材料和磷光材料两种。目前,荧光材料方面,性能最高的是日本出光兴产的材料。红光效率达到了11cd/A,寿命高达16万小时;绿光效率达到30cd/A,寿命为6万小时;正在开发中的高效率、长寿命蓝光材料BD-2 (0.13, 0.22),效率为8.7 cd/A,寿命2.3万小时。磷光材料方面,UDC企业开发的红光材料色坐标为(0.67,0.33),效率达到15cd/A,500 cd/m2下工作寿命超过15万小时;绿光材料色坐标为(0.34,0.61),效率达到65cd/A,初始亮度为1000 cd/m2时,寿命超过4万小时;最难得到的蓝色磷光材料效率达到了30cd/A,在200 cd/m2的初始亮度下,寿命达到了10万小时。

  总体上讲,OLED红、绿、蓝三色材料的发光效率和发光寿命均基本满足实用化需求。红色磷光材料在色纯度上优于红色荧光材料,但绿光和蓝光在色纯度上还有待进一步提高。获得高色纯度、长寿命的蓝色磷光材料,仍然是富有挑战性的难题。而且对发光材料的研究而言,新三色发光材料的开发和器件色纯度、发光效率、寿命的进一步提高依然是今后一段时间内的重要工作。

  彩色化技术

  目前提高彩色化产品的成品率和寿命是彩色化研究的重点。OLED彩色化实现的方法主要有三基色发光法、彩色滤光片法和色转换法。三基色发光法直接用三基色材料蒸镀形成RGB三像素,发光亮度最高,技术比较成熟,是目前彩色化常用的工艺方法,但蒸镀对位困难,需要三次蒸镀发光材料,导致效率降低,且三基色材料的寿命不一致,会影响显示屏的整体寿命。彩色滤光片法是将白光透过类似LCD的彩色滤光片来达到全彩效果,这种全彩方法的最大优点是可应用LCD的彩色滤光片技术,且蒸镀简单效率高,采用该技术关键在于白光有机材料的色域稳定性、发光效率、寿命以及彩色滤光膜的制造成本。色转换法是以蓝光材料为发光源,通过色转换层转变成红光和绿光,目前色转换层的制备技术还没有完全解决。  大尺寸技术的研究

  大尺寸显示最能发挥OLED高亮度、高对比度、宽视角、高响应速度等技术性能方面的优势,开发大尺寸技术已成为OLED今后发展的方向。自2003年以来,SONY、Samsung、Sanyo、Epson、Philips、奇美、LPL等企业相继开发了13~ 40英寸的OLED样品,Samsung开发的17英寸LTPS-AMOLED显示屏达到UXGA(1600×1200)分辨率、亮度400 cd/m2。SAMSUNG投资4.5亿美金建设了一条4代AMOLED生产线,预计年内量产、销售中小尺寸AMOLED产品。

  最近大尺寸AMOLED技术又有了新的突破,最引人注目的是SONY企业在2007 CES(国际消费电子展)上展出的两款OLED高清电视产品,其中一款的尺寸为27英寸、分辨率1920×1080、10亿色、厚度仅10 mm。另一款尺寸为11英寸、分辨率1024×600、1670万色、厚度仅为3 mm。两款电视的对比度都达到了100万:1,亮度最高达到了600cd/m2,色域都超出了NTSC规范。SONY表示今年年内将量产和销售11英寸产品。这两款OLED采用的彩色化技术是RGB三基色发光方案,使用小分子发光材料。为实现1920×1080分辨率,SONY采用了LIPS激光转印法来制备红、绿、蓝发光材料薄膜。由于不再使用荫罩,LIPS能够防止此前一直妨碍大型面板制造的荫罩变形所导致的图案精度降低。SONY表示,激光工艺是一种趋于成熟的、可靠性高的方法。另外,通过采用并排多束激光枪结构,还可加快薄膜制备的速度,提高生产效率。此次SONY新工艺的意义在于从制造方法方面为大尺寸定下了目标。另外,还着眼于生产效率的提高,确定了开发的重心。

  大尺寸OLED的研究涉及基板技术、薄膜制备工艺和封装技术等各方面,而最为关键的技术则是有源矩阵(AMOLED)技术。无源矩阵OLED(PMOLED)和有源矩阵OLED (AMOLED)所用的OLED结构相同,但每个单元的寻址方式不同。PMOLED的像素只在控制器寻址到其所在的行时才被点亮,所以电流占空比反比于行数,峰值电流正比于行数,被观察到的亮度正比于每帧间隔内电流的时间积分。由于占空比随着行数的增加而减少,PMOLED存在发光区域面积的限制,不适于制备大尺寸的显示器件。AMOLED显示器利用每个像素的薄膜晶体管(TFT)在帧间隔持续时间内获得驱动信号。在一帧之内,峰值电流和平均电流一致,不会受到显示器行数的限制,可以制备大面积的显示器,并且能耗更低。

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