OLED(有機(jī)電激發(fā)光體)

1、OLED（有機(jī)電激發(fā)光體）一、緒論OLED 的發(fā)現(xiàn)是在1979年的一天晚上，由Kodak 柯達(dá)公司Rochester 實(shí)驗(yàn)室的鄧青云博士（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)室后，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)第一次作出了低電壓、高效率的光發(fā)射器。1990年，英國康橋的實(shí)驗(yàn)室也成功研制出高分子有機(jī)發(fā)光原件，然后成立了CDT 顯示技術(shù)公司。這兩家公司研發(fā)出OLED 的材料后，為生產(chǎn)OLED 顯示器奠定了重要的基礎(chǔ)。二、什么是OLED（有機(jī)電激

2、發(fā)光體）？OLED 全名叫做有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light Emitting Diode，OLED）是屬于電激發(fā)光組件（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)體組件，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)換組件。而EL 可依采用之半導(dǎo)體組件性質(zhì)為無機(jī)或有機(jī)材料，而簡單區(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)光二極管）。三、制作OLED 的

3、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陣營，一是以美國Kodak 公司為首選擇了染料或顏料為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Cambridge Display Technology 公司。Kodak 為首的小分子

4、OLED 制造技術(shù)，主要是藉由真空熱蒸鍍的方式，再搭配金屬屏蔽技術(shù)將材料涂布于畫素之中，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涂布或噴墨印刷(Ink Jet Printing)技術(shù)將其分散于畫素之中，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小分子（OLED）高分子（PLED）有機(jī)材料分子數(shù)量約數(shù)百萬個，其染料及顏料為小分子組件。分子數(shù)量約數(shù)萬至數(shù)百萬個，以共軛性高分子為材料的高分子組件。制程設(shè)備、技術(shù)采真空蒸鍍技術(shù)，真空蒸鍍及封裝為關(guān)鍵技術(shù)。采Ink-Jet(噴墨)印刷，涂布有機(jī)材料物質(zhì)。應(yīng)用范疇高單價小尺寸面板。低單價的大尺寸面板。特色易彩色化、簡單

5、驅(qū)動電路即可發(fā)光，制程簡單、可制成可撓式面板、符合OA 輕薄短小原則。不需薄膜制程、真空裝置，組件構(gòu)成只有二層，投資成本低，色彩表現(xiàn)不如OLED 佳，需對色彩偏差做補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)1、容易彩色化。2、蒸鍍制程自動化技術(shù)較成熟。3、材料的合成及純化度、精制容易。1、制程設(shè)備(采溶液旋轉(zhuǎn)涂布)成本較低。2、可利于噴墨技術(shù)，易大尺寸化。3、組件特性簡單，并可容忍較高的電流密度與溫度環(huán)境(耐熱性)。缺點(diǎn)1、使用真空設(shè)備，成本偏高。2、對水份、氧的耐受性不佳。3、大尺寸基本均一化技術(shù)未成熟，發(fā)展大型面板受限。4、熱穩(wěn)定性較高分子為差，須要較高驅(qū)動電壓。1、噴墨技術(shù)之墨滴均一化及RGB三畫素定位精度不易控制，影

6、響全彩化產(chǎn)品進(jìn)程。2、制程設(shè)備尚在實(shí)驗(yàn)階段。四、OLED 的原理與結(jié)構(gòu)OLED 的發(fā)光原理與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管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，載體的電子和電動分別地由陰極和陽極注入且在電場的作用下相反方向的移動，當(dāng)電子和電洞進(jìn)行再結(jié)合時將產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。OLED 發(fā)光的色彩取決于組件內(nèi)具有熒光特性的有機(jī)材料，若添加少量的客發(fā)光體（Guest Emitter）于多量的主發(fā)光體（Host Emitter）中將可提升其發(fā)光效率

7、，并使發(fā)光的色彩涵蓋整個可見光區(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 顯示器在動作時可以產(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，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)動方式有機(jī)發(fā)光顯示器依驅(qū)動方式可分為被動式(

8、Passive Matrix, PMOLED)與主動式(ActiveMatrix,AMOLED)兩種方式。被動矩陣OLED（簡稱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。由于每一行的顯示時間都非常短，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。被動矩陣的特色、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)為；1 特色：循序掃瞄驅(qū)動，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)造簡單、材料生產(chǎn)成本低、易清洗、易變更

9、設(shè)計。3、缺點(diǎn)：耗電力高、壽命短、顯示組件易劣化、不適合大尺寸發(fā)展。主動矩陣OLED（AM-OLED）采用的是薄膜晶體管數(shù)組（TFT）。利用類似于LCD的制造技術(shù)，在玻璃襯底上制作CMOS 多晶硅TFT，發(fā)光層制作在TFT 之上。驅(qū)動電路完成兩個功能，一是提供受控電流以驅(qū)動OLED，其次，在尋址期之后繼續(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 的各個象素是同時發(fā)光的。這樣單個象素的發(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，適合于大面積顯示。主動矩陣的特色、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)為；1、特色：面板每一畫素皆可

10、獨(dú)立運(yùn)作并連續(xù)驅(qū)動，可搭配TFT 驅(qū)動電路，可連續(xù)發(fā)光，全彩顯示。2、優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動電壓、耗電力皆低、適合大尺寸發(fā)展、發(fā)光壽命長及亮度提高容易。3、缺點(diǎn)：需配合LTPS 或a-Si TFT LCD 驅(qū)動技術(shù)，技術(shù)障礙較高；材料及生產(chǎn)成本高。被動式與主動式矩陣驅(qū)動顯示器特性之比較如表二所示：表2 被動式與主動式矩陣驅(qū)動OLED 特性之比較被動式主動式瞬間高亮度發(fā)光(動態(tài)驅(qū)動/有選擇性)連續(xù)發(fā)光(穩(wěn)態(tài)驅(qū)動)面板外附加IC芯片TFT 驅(qū)動電路設(shè)計/內(nèi)藏薄膜型驅(qū)動IC線逐步式掃描線逐步式抹寫數(shù)據(jù)階調(diào)控制容易在TFT 基板上形成有機(jī)EL 畫像素低成本/高電壓驅(qū)動低電壓驅(qū)動/低耗電能/高成本設(shè)計變更容易、交貨

11、期短(制程簡單)簡單式矩陣驅(qū)動+OLED發(fā)光組件壽命長(制程復(fù)雜)LTPS TFT+OLED六、OLED 的特色顯示器的發(fā)展從早期主要以陰極射線管（CRT）為顯示單元。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)如雨后春筍般誕生。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：即陰極射線管（CRT）、液晶顯示屏（TFT-LCD）、有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED）、等離子體放電顯示屏（PDP）、電場激發(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）模塊及彩色濾光片（Color Filter）；2、重量輕，厚度?。? 2mm

12、）；3、構(gòu)造簡單，耐用性高，低成本；4、低驅(qū)動電壓（3 9V）并省電；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、對比高（100:1）；9、暗視與亮視畫質(zhì)皆優(yōu)良；10、反應(yīng)速度快（10s）；11、可全彩化；12、可大尺寸化；13、可橈性(采用塑料底材)； 14、使用溫度范圍廣: -30 80。表3 各種顯示方式的性能比較種類CRTPDPTFT-LCDOLEDFED薄型化大型化視野角響應(yīng)速度亮度高分辨率低耗電壽命低成本對比色階調(diào)性優(yōu)點(diǎn)色彩鮮明，壽命長，低成本生產(chǎn)，對比及色階調(diào)優(yōu)發(fā)射光技術(shù)，簡單構(gòu)造，大型化，影像清晰成熟技術(shù)，多項(xiàng)選

13、擇性最小畫素尺寸：之15m（反射式）、50m（穿透式），可橈曲式基版發(fā)射光的，明亮，輕薄，可橈曲式基版，影像清晰，最小畫像素尺寸m發(fā)射光的，大視野角，溫度區(qū)間大，影像清晰最小畫像素尺寸10m瓶頸不易薄型占空間，耗能且有輻射線復(fù)雜驅(qū)動程序，重量，耗能，價格高，對比及最小畫像素尺寸300m非發(fā)射的，大投資金額，大面積，低良率，溫度區(qū)間壽命與色彩有關(guān)，額外的封包制程，電流驅(qū)動高電壓，真空，壽命，低良率，色彩范圍應(yīng)用電視機(jī)、計算機(jī)監(jiān)視器數(shù)字電視、集會用信息系統(tǒng)計算機(jī)監(jiān)器、桌上監(jiān)視器、全彩汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、筆記型計算機(jī)、PDA手機(jī)、汽車用面版、微型顯示器、全彩視訊、背光版汽車、航空器用途、耐用型顯示器：優(yōu)、

14、：佳、：可、：差七、OLED 與LCD 的比較液晶顯示器（LCD）目前可說已經(jīng)取代了陰極射線管（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OLED 和LCD 兩種產(chǎn)品來做比較如圖二，看看OLED 是否有撼動LCD 的條件，與液晶相比，OLED 具有以下突出優(yōu)勢：1、OLED 器件的核心層厚度很薄，厚度可以小于1 毫米，厚度為液晶的1/3；2、OLED 器件為全固態(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

15、晰可見；4、OLED 的原件主要是依靠電壓來調(diào)整，響應(yīng)速度是液晶組件的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、對材料和制程設(shè)備的要求比LCD 減少約1/3，成本將會更低；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)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器；9、自發(fā)光，不需背光源（Backlight）模塊及彩色濾光片（Color Filter）。OLED 比較LCD 在優(yōu)勢上占盡十足，不過其仍有幾個的缺點(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 小時以上的壽命，而現(xiàn)

16、在的OLED 技術(shù)大約剛好跨過這個門坎；2、是OLED 的各個色彩不均的問題，原因是紅綠藍(lán)這三個畫素都需要不同的驅(qū)動電壓，導(dǎo)致色彩平衡性較差，精細(xì)度有待加強(qiáng)。八、OLED 的應(yīng)用領(lǐng)域和現(xiàn)況相較于其它薄型顯示器技術(shù)如LCD、PDP 相比，OLED 是個不折不扣的后來者，材料和制程技術(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)可以說正處于蓬勃發(fā)展期，目前已經(jīng)有一些產(chǎn)品量產(chǎn)問世了，最常見的就是手機(jī)市場，現(xiàn)在有許多手機(jī)廠商，都標(biāo)榜擁有OLED 的屏幕為宣傳如BenQ、LG、Motorola、G-PLUS等，在2002 年度全球總共售出370 萬臺以上的被動矩陣式OLED次屏幕手機(jī)，預(yù)估2003 年度將攀升到1000 萬臺以上，主屏幕OLED 機(jī)種將達(dá)到300 萬臺。數(shù)字相機(jī)和PDA產(chǎn)品也已陸續(xù)出現(xiàn)OLED 的顯示屏幕。