OLED顯示技術(shù)的進展（上）

March 28, 2019

伴隨著有機發(fā)光材料和器件技術(shù)的不斷成熟，有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器逐步進入各個顯示領(lǐng)域。1997年，Pioneer公司首次推出了單色OLED車載音響，使得有機顯示屏首次進入商業(yè)領(lǐng)域。時至今日，韓國Samsung和LG、日本Pioneer和SONY、臺灣錸寶和悠景等十多家公司建設(shè)了OLED量產(chǎn)線，實現(xiàn)了批量生產(chǎn)和銷售。今年在美國舉辦的2007SID(信息顯示協(xié)會)展會上，許多公司紛紛展出了各種應(yīng)用領(lǐng)域的OLED顯示屏，涉及電視、MP3、手機、車載、白光光源、可彎曲標價牌等，展品的顏色豐富細膩，亮度、對比度、解析度等都達到了歷史新高，表明OLED在大尺寸、全彩色化、照明、柔性顯示等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面的長足進步。

　　近期OLED顯示技術(shù)的進展

　　OLED是雙載流子注入型顯示器。對OLED的研究工作始于1960年代，1963年P(guān)ope報道了蒽單晶片在400V電壓的作用下的發(fā)光現(xiàn)象。直到1987年C. W. Tang[2]等人首次采用雙層器件結(jié)構(gòu)得到了高性能的OLED后，OLED技術(shù)才引起各國專家的極大關(guān)注。特別是最近10年里，OLED技術(shù)取得了顯著的進展，從2英寸的產(chǎn)品到40英寸的樣品均在陸續(xù)推出。

　　與液晶顯示器(LCD)相比，OLED具有全固態(tài)、自發(fā)光、寬視角、高清晰、高亮度、高對比度、高響應(yīng)速度、超薄、低成本、低功耗、耐低溫、抗震、可實現(xiàn)柔性顯示和雙面顯示等特點，被認為是理想和有潛力的下一代平板顯示技術(shù)。

　　OLED按照所采用有機發(fā)光材料的不同，可分為：小分子OLED(基于小分子有機發(fā)光材料)和高分子OLED(基于共軛高分子有機發(fā)光材料，簡稱PLED)。美國柯達與英國劍橋顯示技術(shù)公司分別為小分子OLED和PLED的先行者，擁有80％以上的專利。

　　OLED按照驅(qū)動方式的不同，還分為有源矩陣驅(qū)動(AMOLED)和無源矩陣驅(qū)動(PMOLED)。PMOLED技術(shù)比較成熟，已在小尺寸OLED產(chǎn)品中大量采用，但是該技術(shù)受到掃描行數(shù)的限制，不可能用于大尺寸顯示。目前，大尺寸AMOLED驅(qū)動技術(shù)還不成熟，成品率低，仍處于研發(fā)階段。

　　從長遠來看，OLED未來的發(fā)展必將沿著小尺寸-超大尺寸、單色-彩色、無源-有源、硬屏-軟屏的方向發(fā)展，最理想的OLED顯示器應(yīng)該是OTFT AMOLED。現(xiàn)階段OLED技術(shù)研究的熱點主要有：

　　有機發(fā)光材料

　　有機化合物的豐富多彩為材料的設(shè)計和選擇提供了廣闊的天地?？梢哉f，有機材料的不斷進步是推動OLED技術(shù)進步的重要原因之一。

　　OLED發(fā)光材料按照發(fā)光激子的種類可分為熒光材料和磷光材料兩種。目前，熒光材料方面，性能最高的是日本出光興產(chǎn)的材料。紅光效率達到了11cd/A，壽命高達16萬小時；綠光效率達到30cd/A，壽命為6萬小時；正在開發(fā)中的高效率、長壽命藍光材料BD-2 (0.13, 0.22)，效率為8.7 cd/A，壽命2.3萬小時。磷光材料方面，UDC公司開發(fā)的紅光材料色坐標為(0.67，0.33)，效率達到15cd/A，500 cd/m2下工作壽命超過15萬小時；綠光材料色坐標為(0.34，0.61)，效率達到65cd/A，初始亮度為1000 cd/m2時，壽命超過4萬小時；最難得到的藍色磷光材料效率達到了30cd/A，在200 cd/m2的初始亮度下，壽命達到了10萬小時。

　　總體上講，OLED紅、綠、藍三色材料的發(fā)光效率和發(fā)光壽命均基本滿足實用化需求。紅色磷光材料在色純度上優(yōu)于紅色熒光材料，但綠光和藍光在色純度上還有待進一步提高。獲得高色純度、長壽命的藍色磷光材料，仍然是富有挑戰(zhàn)性的難題。而且對發(fā)光材料的研究而言，新三色發(fā)光材料的開發(fā)和器件色純度、發(fā)光效率、壽命的進一步提高依然是今后一段時間內(nèi)的重要工作。

　　彩色化技術(shù)

　　目前提高彩色化產(chǎn)品的成品率和壽命是彩色化研究的重點。OLED彩色化實現(xiàn)的方法主要有三基色發(fā)光法、彩色濾光片法和色轉(zhuǎn)換法。三基色發(fā)光法直接用三基色材料蒸鍍形成RGB三像素，發(fā)光亮度最高，技術(shù)比較成熟，是目前彩色化常用的工藝方法，但蒸鍍對位困難，需要三次蒸鍍發(fā)光材料，導致效率降低，且三基色材料的壽命不一致，會影響顯示屏的整體壽命。彩色濾光片法是將白光透過類似LCD的彩色濾光片來達到全彩效果，這種全彩方法的最大優(yōu)點是可應(yīng)用LCD的彩色濾光片技術(shù)，且蒸鍍簡單效率高，采用該技術(shù)關(guān)鍵在于白光有機材料的色域穩(wěn)定性、發(fā)光效率、壽命以及彩色濾光膜的制造成本。色轉(zhuǎn)換法是以藍光材料為發(fā)光源，通過色轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)變成紅光和綠光，目前色轉(zhuǎn)換層的制備技術(shù)還沒有完全解決?！　〈蟪叽缂夹g(shù)的研究

　　大尺寸顯示最能發(fā)揮OLED高亮度、高對比度、寬視角、高響應(yīng)速度等技術(shù)性能方面的優(yōu)勢，開發(fā)大尺寸技術(shù)已成為OLED今后發(fā)展的方向。自2003年以來，SONY、Samsung、Sanyo、Epson、Philips、奇美、LPL等公司相繼開發(fā)了13~ 40英寸的OLED樣品，Samsung開發(fā)的17英寸LTPS-AMOLED顯示屏達到UXGA(1600×1200)分辨率、亮度400 cd/m2。三星投資4.5億美元建設(shè)了一條4代AMOLED生產(chǎn)線，預(yù)計年內(nèi)量產(chǎn)、銷售中小尺寸AMOLED產(chǎn)品。

　　最近大尺寸AMOLED技術(shù)又有了新的突破，最引人注目的是SONY公司在2007 CES(國際消費電子展)上展出的兩款OLED高清電視產(chǎn)品，其中一款的尺寸為27英寸、分辨率1920×1080、10億色、厚度僅10 mm。另一款尺寸為11英寸、分辨率1024×600、1670萬色、厚度僅為3 mm。兩款電視的對比度都達到了100萬:1，亮度最高達到了600cd/m2，色域都超出了NTSC規(guī)范。SONY表示今年年內(nèi)將量產(chǎn)和銷售11英寸產(chǎn)品。這兩款OLED采用的彩色化技術(shù)是RGB三基色發(fā)光方案，使用小分子發(fā)光材料。為實現(xiàn)1920×1080分辨率，SONY采用了LIPS激光轉(zhuǎn)印法來制備紅、綠、藍發(fā)光材料薄膜。由于不再使用蔭罩，LIPS能夠防止此前一直妨礙大型面板制造的蔭罩變形所導致的圖案精度降低。SONY表示，激光工藝是一種趨于成熟的、可靠性高的方法。另外，通過采用并排多束激光槍結(jié)構(gòu)，還可加快薄膜制備的速度，提高生產(chǎn)效率。此次SONY新工藝的意義在于從制造方法方面為大尺寸定下了目標。另外，還著眼于生產(chǎn)效率的提高，確定了開發(fā)的重心。

　　大尺寸OLED的研究涉及基板技術(shù)、薄膜制備工藝和封裝技術(shù)等各方面，而最為關(guān)鍵的技術(shù)則是有源矩陣(AMOLED)技術(shù)。無源矩陣OLED(PMOLED)和有源矩陣OLED (AMOLED)所用的OLED結(jié)構(gòu)相同，但每個單元的尋址方式不同。PMOLED的像素只在控制器尋址到其所在的行時才被點亮，所以電流占空比反比于行數(shù)，峰值電流正比于行數(shù)，被觀察到的亮度正比于每幀間隔內(nèi)電流的時間積分。由于占空比隨著行數(shù)的增加而減少，PMOLED存在發(fā)光區(qū)域面積的限制，不適于制備大尺寸的顯示器件。AMOLED顯示器利用每個像素的薄膜晶體管(TFT)在幀間隔持續(xù)時間內(nèi)獲得驅(qū)動信號。在一幀之內(nèi)，峰值電流和平均電流一致，不會受到顯示器行數(shù)的限制，可以制備大面積的顯示器，并且能耗更低。

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