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OLED
来源:深圳市赛亿科技开发有限公司作者:日期:2017-11-22 15:30:39点击:168次
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)又称为有机电激光显示、有机发光半导体(Organic Electroluminesence Display, OED)。与液晶显示(Liquid Crystal Display, LCD)是不同类型的发光原理。OLED由美籍华裔教授邓青云(Ching W. Tang)1983年在实验室中发现,由此展开了对OLED的研究。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。但是,在价格(较大显示面板)、寿命、分辨率暂无法与液晶显示器匹敌。
有机发光二极管依色彩可分为单色、多彩及全彩等种类,其中全彩有机发光二极管的制备最为困难;依驱动方式可分为被动式(Passive Matrix, PMOLED)与主动式(Active Matrix, AMOLED)。
 
 
目录
 
1、OLED简介
2、OLED的基本结构
3、产品特性
4、OLED关键工艺
5、OLED的优点
6、OLED的缺点
7、发展历史
8、OLED应用
9、具体领域
 
 
OLED简介
OLED,即有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode),又称为有机电激光显示(Organic Electroluminesence Display, OELD)。因为具备轻薄、省电等特性,因此从2003年开始,这种显示设备在MP3播放器上得到了广泛应用,而对于同属数码类产品的DC与手机,此前只是在一些展会上展示过采用OLED屏幕的工程样品,还并未走入实际应用的阶段。但OLED屏幕却具备了许多LCD不可比拟的优势。
OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同,无需背光灯,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄,可视角度更大,并且能够显著节省电能。
 
OLED的基本结构
OLED的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO),与电力之正极相连,再加上另一个金属阴极,包成如三明治的结构。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)。当电力供应至适当电压时,正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合,产生光亮,依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色,构成基本色彩。OLED的特性是自己发光,不像TFT LCD需要背光,因此可视度和亮度均高,其次是电压需求低且省电效率高,加上反应快、重量轻、厚度薄,构造简单,成本低等,被视为 21世纪最具前途的产品之一。
有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。当元件受到直流电(Direct Current;DC)所衍生的顺向偏压时,外加之电压能量将驱动电子(Electron)与空穴(Hole)分别由阴极与阳极注入元件,当两者在传导中相遇、结合,即形成所谓的电子-空穴复合(Electron-Hole Capture)。而当化学分子受到外来能量激发後,若电子自旋(Electron Spin)和基态电子成对,则为单重态(Singlet),其所释放的光为所谓的荧光(Fluorescence);反之,若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行,则称为三重态(Triplet),其所释放的光为所谓的磷光(Phosphorescence)。
当电子的状态位置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作显示功能;然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元件发光效率之理论极限值仅25%。
PM-OLED发光原理是利用材料能阶差,将释放出来的能量转换成光子,所以我们可以选择适当的材料当作发光层或是在发光层中掺杂染料以得到我们所需要的发光颜色。此外,一般电子与电洞的结合反应均在数十纳秒(ns)内,故PM-OLED的应答速度非常快。
P.S.:PM-OLEM的典型结构。典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO(indium tin oxide;铟锡氧化物)阳极(Anode)、有机发光层(Emitting Material Layer)与阴极(Cathode)等所组成,其中,薄而透明的ITO阳极与金属阴极如同三明治般地将有机发光层包夹其中,当电压注入阳极的空穴(Hole)与阴极来的电子(Electron)在有机发光层结合时,激发有机材料而发光。
而目前发光效率较佳、普遍被使用的多层PM-OLED结构,除玻璃基板、阴阳电极与有机发光层外,尚需制作空穴注入层(Hole Inject Layer;HIL)、空穴传输层(Hole Transport Layer;HTL)、电子传输层(Electron Transport Layer;ETL)与电子注入层(Electron Inject Layer;EIL)等结构,且各传输层与电极之间需设置绝缘层,因此热蒸镀(Evaporate)加工难度相对提高,制作过程亦变得复杂。
由于有机材料及金属对氧气及水气相当敏感,制作完成後,需经过封装保护处理。PM-OLED虽需由数层有机薄膜组成,然有机薄膜层厚度约仅1,000~1,500A°(0.10~0.15 um),整个显示板(Panel)在封装加干燥剂(Desiccant)後总厚度不及200um(2mm),具轻薄之优势。
 
产品特性
OLED显示技术具有自发光的特性,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光,而且OLED显示屏幕可视角度大,并且能够节省电能,从2003年开始这种显示设备在MP3播放器上得到了应用。
以OLED使用的有机发光材料来看,一是以染料及颜料为材料的小分子器件系统,另一则以共轭性高分子为材料的高分子器件系统。同时由于有机电致发光器件具有发光二极管整流与发光的特性,因此小分子有机电致发光器件亦被称为OLED(Organic Light Emitting Diode),高分子有机电致发光器件则被称为PLED (Polymer Light-emitting Diode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可说是各有千秋,但以现有技术发展来看,如作为监视器的信赖性上,及电气特性、生产安定性上来看,小分子OLED处于领先地位,当前投入量产的OLED组件,全是使用小分子有机发光材料。
 
OLED关键工艺
1、ITO表面平整度:ITO目前已广泛应用在商业化的显示器面板制造,其具有高透射率、低电阻率及高功函数等优点。一般而言,利用射频溅镀法(RF sputtering)所制造的ITO,易受工艺控制因素不良而导致表面不平整,进而产生表面的尖端物质或突起物。另外高温锻烧及再结晶的过程亦会产生表面约10 ~ 30nm的突起层。这些不平整层的细粒之间所形成的路径会提供空穴直接射向阴极的机会,而这些错综复杂的路径会使漏电流增加。一般有三个方法可以解决这表面层的影响?U一是增加空穴注入层及空穴传输层的厚度以降低漏电流,此方法多用于PLED及空穴层较厚的OLED(~200nm)。二是将ITO玻璃再处理,使表面光滑。三是使用其它镀膜方法使表面平整度更好。
2、ITO功函数的增加:当空穴由ITO注入HIL时,过大的位能差会产生萧基能障,使得空穴不易注入,因此如何降低ITO / HIL接口的位能差则成为ITO前处理的重点。一般我们使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的饱和度,以达到增加功函数之目的。ITO经O2-Plasma处理后功函数可由原先之4.8eV提升至5.2eV,与HIL的功函数已非常接近。
加入辅助电极,由于OLED为电流驱动组件,当外部线路过长或过细时,于外部电路将会造成严重之电压梯度,使真正落于OLED组件之电压下降,导致面板发光强度减少。由于ITO电阻过大(10 ohm / square),易造成不必要之外部功率消耗,增加一辅助电极以降低电压梯度成了增加发光效率、减少驱动电压的快捷方式。铬(Cr:Chromium)金属是最常被用作辅助电极的材料,它具有对环境因子稳定性佳及对蚀刻液有较大的选择性等优点。然而它的电阻值在膜层为100nm时为2 ohm / square,在某些应用时仍属过大,因此在相同厚度时拥有较低电阻值的铝(Al:Aluminum)金属(0.2 ohm / square)则成为辅助电极另一较佳选择。但是,铝金属的高活性也使其有信赖性方面之问题因此,多叠层之辅助金属则被提出,如:Cr / Al / Cr或Mo / Al / Mo,然而此类工艺增加复杂度及成本,故辅助电极材料的选择成为OLED工艺中的重点之一。
 
OLED的优点
1、厚度可以小于1毫米,仅为LCD屏幕的1/3,并且重量也更轻;
2、固态机构,没有液体物质,因此抗震性能更好,不怕摔;
3、几乎没有可视角度的问题,即使在很大的视角下观看,画面仍然不失真;
4、响应时间是LCD的千分之一,显示运动画面绝对不会有拖影的现象;
5、低温特性好,在零下40度时仍能正常显示,而LCD则无法做到;
6、制造工艺简单,成本更低;
7、发光效率更高,能耗比LCD要低;
8、能够在不同材质的基板上制造,可以做成能弯曲的柔软显示器。
 
OLED的缺点
1、寿命通常只有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。
 
发展历史
1947年出生于香港的美籍华裔教授邓青云在实验室中发现了有机发光二极体,也就是OLED,由此展开了对OLED的研究,1987年,邓青云教授和Van Slyke 采用了超薄膜技术,用透明导电膜作阳极,Alq3作发光层,三芳胺作空穴传输层,Mg/Ag 合金作阴极,制成了双层有机电致发光器件。1990 年,Burroughes 等人发现了以共轭高分子PPV为发光层的OLED,从此在全世界范围内掀起了OLED 研究的热潮。邓教授也因此被称为“OLED之父”。
在OLED的两大技术体系中,低分子OLED技术主要集中于日本、韩国、中国台湾这三个地区,而高分子的PLED主要为欧洲厂家发展。另外,之前LG手机的OEL也是利用的OLED技术。OLED技术及专利由英国的科技公司CDT掌握。两大技术体系相比,OLED产品的彩色化上仍有困难。而低分子OLED则较易彩色化。
不过,虽然将来技术更优秀的OLED会取代TFT等LCD,但有机发光显示技术还存在使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。
为了形像说明OLED构造,可以将每个OLED单元比做一块汉堡包,发光材料就是夹在中间的蔬菜。每个OLED的显示单元都能受控制地产生三种不同颜色的光。OLED与LCD一样,也有主动式和被动式之分。被动方式下由行列地址选中的单元主动发光。主动方式下,OLED单元后有一个薄膜晶体管(TFT),发光单元在TFT驱动下点亮。主动式OLED比被动式OLED省电,且显示性能更佳。
 
OLED应用
由于上述优点,在商业领域OLED显示屏可以适用于POS机和ATM机、复印机、游戏机等;在通讯领域则可适用于手机、移动网络终端等领域;在计算机领域则可大量应用在PDA、商用PC和家用PC、笔记本电脑上;消费类电子产品领域,则可适用于音响设备、数码相机、便携式DVD;在工业应用领域则适用于仪器仪表等;在交通领域则用在GPS、飞机仪表上等。
 
具体领域
MP3作为一款数字随身听已经在市场上日益成为时尚娱乐的主角,对于它的功能、容量、价格等等都得到了人们广泛的关注,也是各厂家目光的焦点所在,可是对于作为MP3的眼睛的屏幕却很少有人涉及。  除了影音随身看产品之外,不论Flash型还是HDD型的MP3,大多采用黑白单色LCD面板,仅仅停留在能够聆听音乐的简单要求上。但现如今的MP3除了这种最基本的功能外,更多的立足于人们对于个性、时尚追求的心理,表达的是一种生活的观念。所以在面板的设计上,出现了多彩背光设计,就是经常听到的"7色背光"的产品。在此基础上进一步发展,已经有用到区域彩色OLED面板(如:黄、蓝双色等区域各16色阶)的产品,有代表性的有BenQ的Joybee180、iRiver N10等。