专题三：有机发光二极管(oled)显示技术.ppt

专题三：有机发光二极管（OLED）显示技术,OLED概述OLED的结构及发光原理0LED的特点0LED的分类0LED的发展应用 OLED的材料选用 OLED的彩色化技术 OLED的驱动技术 新型0LED显示技术,3.1.1 OLED的结构及发光原理,OLED本质上属于电致发光（EL）显示器件通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子能级的跃迁、变化、复合导致发光的一种物理现象这种现像称为电致发光或场至发光（EL）电致发光（EL）按激发光过程的不同分为二大类： （1）注入式电致发光：直接由装在晶体上的电极注入少数载流子（电子和空穴），当电子与空穴在晶体内再复合时，以光的形式释放出多余的能量 LED和OLED都属于注入式电致发光 （2）本征型电致发光：不伴随少数载流子注入而发光又分为高场电致发光与低能电致发光其中高场电致发光是荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速，碰撞发光中心并使其激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光低能电致发光是指某些高电导荧光粉在低能电子注入时的激励发光现象3.1.1 OLED的结构及发光原理,发光原理：在外界电压驱动下，由阴极注入的电子和阳极注入的空穴在有机材料中复合放出能量，并将能量传递给有机发光物质的分子，有机发光物质的分子受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁产生了发光现象。

OLED属于载流子双注入型发光器件OLED（Organic Light-Emitting Diode有机发光二极管）的基本结构是由一薄而透明具有半导体特性的铟锡氧化物(ITO)，与电源正极相连， 再加上另一个金属阴极，构成如右图所示的三明治的结构整个结构层中包括了：空穴传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)一种常见 OLED结构,发光过程通常由５个阶段完成： （１）载流子的注入：在外加电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入 （２）载流子迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁移 （３）载流子复合：电子和空穴复合产生激子 （４）激子迁移：激子在电场作用下迁移，能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态 （５）电致发光：当电子由激态高能阶回到稳态低能阶时，其能量将分别以光子（Light Emission）或热能（Heat Dissipation）的方式放出，其中光子的部分可被利用当做显示功能；然而有机荧光材料在室温下并无法观测到三重态的磷光，故PM-OLED（无源矩阵）元件发光效率之理论极限值仅25%3.1.1 OLED的结构及发光原理,优点： 1、自发光器件，高亮度，高发光效率； 2、全固态组件，抗震性好，能适应恶劣环境，工作温度范围大（-40℃～80℃ ）； 3、超薄，厚度为目前液晶的1/3； 4、高对比度，低成本其工艺简单，使用原材料少； 5、响应速度快（微秒级）； 6、超广视角，几乎不受限制； 7、低功率消耗； 8、可挠曲面板。

3.1.2 OLED的特点,缺点： 1、寿命短，通常只有5000 小时，要低于LCD至少1万小时的寿命； 2、不能实现大尺寸屏幕的量产，因此目前只适用于便携类的数码类产品； 3、存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩现在的OLED 的寿命已经远远超过5000小时了，而且已 经生产出了较大尺寸的OLED 面板，色彩十分鲜艳截止07 年7月前后，荧光材料方面，性能最高的是日本出光兴产(Idemitsu Kosan)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，效率为8.7cd/A，寿命2.3万小时3.1.2 OLED的特点,磷光材料方面，UDC公司开发的红光材料色度坐标为(0.67，0.33)，效率达到15cd/A，500cd/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1000cd/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200cd/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。

3.1.2 OLED的特点,根据使用有机材料的不同，OLED器件可以分为两大类：小分子器件和高分子器件小分子OLED技术发展较早（1987年），而且技术已经达到商业化生产水平；高分子OLED又被称为PLED（PolymerLED），其发展始于1990年，目前该技术尚未成熟根据驱动方式的不同，OLED器件可以分为无源驱动型（PM-OLED）和有源驱动型（AM-OLED）两种无源驱动型不采用薄膜晶体管（TFT）基板，一般适用于中小尺寸显示；有源驱动型则采用TFT基板，适用于中大尺寸显示，特别是大尺寸全彩色动态图像的显示目前，无源驱动型OLED技术已经比较成熟，商业化的产品都是无源驱动型；有源驱动型OLED技术发展很快，已经有产品推出了3.1.3 OLED的分类,3.1.4 OLED的发展,有机电致发光现象在1936年被人发现，但直到1987年柯达公司才推出了OLED双层器件OLED才作为一种可商业化和性能优异的平板显示技术而引得人们的重视 1990年英国剑桥大学的Friend等人成功的开发出以涂布方式将多分子应用在OLED上，即Polymer（多聚物，聚和物）LED，亦称PLED不但再次引发第二次研究热潮，更确立了OLED在二十一世纪产业中所占的重要地位。

后来相继有一些公司（大多是日本的，如先锋、NEC、SONY等）推出自己的产品，主要是一些小尺寸的目前，全球已经有100多家的研究单位和企业投入到OLED的研发和生产中，包括目前市场上的显示巨头，如三星，LG，飞利浦，索尼等公司整体上讲，OLED的产业化目前已经开始，其中单色，多色和彩色器件已经达到批量生产水平，大尺寸全彩色器件目前尚处在研究开发阶段3.1.4 OLED的发展,整体上看OLED的应用大致可以分为3个阶段：1．1997年～2001年，OLED的试验阶段在这段时期OLED开始逐渐走出实验室，主要应用于汽车音响面板，PDA及方面但产品很有限，产品规格少，均为无源驱动，单色或区域彩色，很大程度上带有试验和试销的性质，2001年OLED的全球销售额仅约为1.5亿美元2．2002年～2005年，OLED的成长阶段在这段时期人们开始逐渐接触到更多带有OLED的产品，例如车载显示器、PDA、、DVD、数码相机、头戴用微显示器和家电产品等仍以无源驱动、单色或多色显示、10寸以下的小面板为主，但有源驱动的全彩色10寸以上的面板也开始投入使用3．2005年以后，OLED的成熟阶段随着OLED产业化技术的日渐成熟，OLED将全面出击显示器市场并拓展属于自己的应用领域。

其各项技术优势将得到充分发掘和发挥国内的发展情况：从1996年开始，清华大学就成立了OLED项目组，并以实现产业化为目标开展了持续的技术攻关2001年，基于清华大学的OLED技术，成立了（北京）维信诺公司 2002年，维信诺公司在北京建成国内第一条OLED中试生产线2008年，在江苏昆山建成第一条PMOLED大规模生产线，成功实现了OLED产品的规模化生产目前维信诺已成为国际上最主要的OLED生产企业之一，产品远销欧美、韩、日及台湾地区据国际权威显示行业调研与咨询机构DisplaySearch公司最新统计，2012年维信诺公司小尺寸OLED产品出货量位居全球第一3.1.4 OLED的发展,国内的发展情况：2010年6月，维信诺建成了国内首条AMOLED中试生产线；2010年12月，全线打通LTPS-TFT背板制造工艺技术，并先后研制成功2.8英寸和3.5英寸AMOLED全彩显示屏；2011年11月，成功开发出国内首款7.6英寸AMOLED全彩显示屏和12英寸AMOLED全彩显示屏2013年8月，维信诺公司发布3.5英寸单色柔性AMOLED显示器，该显示器采用薄膜封装技术，是中国大陆首款柔性AMOLED显示器，弯曲半径小于10毫米。

正在紧张建设的5.5代AMOLED量产线进展顺利，预计于2014年下半年正式投产3.1.4 OLED的发展,截至目前，维信诺和清华大学拥有OLED相关专利520多项，负责制定2项OLED国际标准，主导制定OLED 3项国家标准、5项OLED行业标准，并荣获国家技术发明一等奖等多项荣誉目前OLED技术发展的重要趋势： （1）开发新型OLED有机材料； （2）改善生产工艺，提高成品率，以保证产品推向市场后的竞争力； （3）研制彩色显示屏及相关驱动电路； （4）为了实现大屏幕，研发低温多晶硅TFT方式驱动的OLED显示器3.1.4 OLED的发展,目前的OLED电视机面临的几大问题（2013.08）：虽然OLED电视机的显示效果很好，而且很有前景，但短期内仍然面临一些问题 （1）价格太贵，短期内也难以降价 三星S9 OLED电视的价格仍然高达8999美元 ；LG 55EM9800的价格更是高达14999美元 ；但OLED的生产难度远高于LED液晶电视考虑到OLED面临的生产问题，这类产品短期内仍然无法实现亲民的价格至于两年或五年后的情况，现在还不好说 （2）表面不平 美国市场销售的首批OLED电视机，并不像其他电视机那样采用平板设计，而是设计成了曲面。

边角似乎比中央部分更宽，与传统平板电视相比似乎有一点梯形效果水平边缘处也更宽，在顶端出现了轻微的U形，底部则是倒转的U形3.1.4 OLED的发展,3、容易烧屏 OLED很容易烧屏与等离子电视和CRT显示器一样，如果图像静止时间过长，OLED会将图像在屏幕上短暂保留一段时间，甚至可能永久保留虽然具体受影响的概率目前还不确定三星OLED电视机设计了烧屏保护功能 4、可选尺寸少，只有55英寸可选 OLED电视最早是在2008年亮相的，当时的索尼XEL-1尺寸只有11英寸，但之后再也没有在亚洲之外推出其他产品虽然55英寸对电视而 言是个很好的尺寸，但如果你想寻找更大或更好的屏幕，目前别无选择虽然其他尺寸迟早会推出，但由于生产难度很大，可能还要等上一段时间3.1.4 OLED的发展,（5）OLED技术尚不成熟 虽然这并非第一代OLED显示屏，但与液晶和等离子相比仍是新兴技术OLED的量产仍然面临两大问题，即蓝像素的相对寿命较短和较低的良品率与红、绿像素相比，蓝像素效率低得多——有研究显示，蓝像素仅为4%，另外两种高达20%蓝像素还有可能降低屏幕的寿命，之前有研究显示，索尼XEL-1使用1000小时后，屏幕的亮度就降低了12%。

随着技术的进步，这种情况或许已经改善，但没有一家公司给出过确切数据3.1.4 OLED的发展,（5）OLED技术尚不成熟低良品率指的是每生产一台能够上架销售的OLED电视，都要有很多面板因为缺陷被废弃数据显示，2012年的OLED良品率只有10%然而，三星号称最近已经大幅提升了良品率，这也是该公司将首款OLED电视机降价6000美元的原因这并不意味着良品率问题得到解决，但在该问题正式解决前，OLED仍将是一款小众产品这两家公司都没有发布新款OLED电视机的官方寿命，但LG和三星的OLED电视机都提供12个月的质保3.1.4 OLED的发展,（6）技术并不统一 三星和LG在生产OLED屏幕时采用了截然不同的像素技术，而目前还很难判断孰优孰劣三星的方法是像等离子电视或LED液晶电视一样，整合了离散的红、绿、蓝三种子像素由于蓝像素存在不确定性，所以长期可靠性难以判断 LG针对蓝像素问题设计的方法可能更具成本效率该公司使用了一个网格来制成白色OLED(其实质是压缩过的红、绿、蓝OLED层)，之后再在上面覆盖一系列滤光镜来生成四种不同的子像素：红、绿、蓝、白LG表示，这种方法的优势是可以实现更高的亮度。