OLED的顯示原理及其發(fā)展前景

1、 Oled的顯示原理及發(fā)展前景Oled display principle and development prospects姓名： 盧 浩 單位：北京化工大學(xué)電子 科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 1001班Name: Hao LuBeijing University of Chemical Technology摘要隨著生活水平的提高，消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求量越來越高，智能手機(jī)、平板電腦、顯示屏等都需要屏幕顯示，并且大家要求的圖像顏色、清晰度等不斷提高，更加促進(jìn)光電行業(yè)的發(fā)展。OLED顯示技術(shù)與傳統(tǒng)的TFT-LCD顯示方式不同，無需背光燈，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過時，這些有機(jī)材料就會發(fā)光，

2、而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄，可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能。OLED 顯示技術(shù)依驅(qū)動方式不同，分為無源驅(qū)動OLED(PMOLED)和有源驅(qū)動OLED(AMOLED)兩種。作為一種新的顯示技術(shù)，OLED 發(fā)展還面臨著材料、設(shè)備、制程尚未成熟的制約。論文選擇了OLED 顯示原理及發(fā)展前景作為研究方向，收集和分析了大量的國內(nèi)外關(guān)于OLED 顯示原理及發(fā)展的資料和案例，闡述了國內(nèi)外OLED 顯示技術(shù)及發(fā)展的歷程/現(xiàn)狀，并在工作中對OLED 顯示技術(shù)應(yīng)用/工作原理/架構(gòu)/主要制程進(jìn)行研究，總結(jié)國內(nèi)外OLED 顯示技術(shù)應(yīng)用/發(fā)展現(xiàn)況，展望國內(nèi)OLED 顯示技術(shù)發(fā)展機(jī)遇。關(guān)鍵詞：Oled顯示技

3、術(shù)；原理；發(fā)展前景； ABSTRACTWith the improvement of living standards, the demand of consumer electronics more and more high, smart phones, tablets, screen and so on all need the screen, and all the requirements of the image color, clarity, enhances unceasingly, more promote the development of photovoltaic in

4、dustry. Organic Light-Emitting Diode (OLED) display technology is different from traditional TFT-LCD display usage: no back light ,adopt super thinnest organic material coat and glass board, when current through the organic material will emit light, and OLED display can do more lightness & thinn

5、ess, more view angle, and more energy saving.According to different drive mode, OLED differentiate to passive OLED (PMOLED)and active OLED (AMOLED). as a new display technology，OLED development is faced with restricted of material、equipment、manufacture still immaturity. This paper chooses this point

6、 as study OLED display technology and development trend，collects and analyzes a lot of materials and cases about OLED display technology and development. In the paper, the author gives an illustration on the developing history and the current situations of OLED display technology and development in

7、our country and areas abroad. After certain study, the author process a practical method for OLED display technology application/work principle/construct/main manufacture process, sum up OLED display technology application/ the current situations in our country and areas abroad .except the developme

8、nt opportunity of OLED display technology in our country.Key words：OLED display technology；Principle；OLED development prospects；目錄1.1 論文研究的背景及意義 ·······················11.2 OLED 顯示技術(shù)的發(fā)展

9、狀況 ····················11.3 OLED 顯示原理及其分類··························21.

10、4 OLED 顯示技術(shù)的特點·······················31.4.1 OLED 顯示技術(shù)的優(yōu)點 ·····················31

11、.4.2 OLED 顯示技術(shù)的不足 ·····················41.5 OLED 顯示技術(shù)發(fā)展前景······················4 1.5.

12、1 OLED 顯示技術(shù)發(fā)展難點···················41.5.2 OLED 顯示技術(shù)應(yīng)用前景···················51.6總結(jié)·····&

13、#183;·························51.7 參考文獻(xiàn)······················

14、3;·····66 1.1論文研究的背景及意義隨著生活水平的提高，消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求量越來越高，智能手機(jī)、平板電腦、顯示屏等都需要屏幕顯示，并且大家要求的圖像顏色、清晰度等不斷提高，更加促進(jìn)光電行業(yè)的發(fā)展。OLED顯示技術(shù)與傳統(tǒng)的TFT-LCD顯示方式不同，無需背光燈，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過時，這些有機(jī)材料就會發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄，可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能。OLED 顯示技術(shù)依驅(qū)動方式不同，分為無源驅(qū)動OLED(PMOLED)和有源驅(qū)動OLED(AMOLED)兩種。與之相比，AMOLED

15、 具有更多的優(yōu)勢，如采用TFT 基板作為顯示基板，理論上可以做任意大的彩色OLED 面板，并且可以實現(xiàn)OLED電視、超薄顯示和柔性顯示等。但是作為一種新的顯示技術(shù)，OLED 發(fā)展還面臨著材料、設(shè)備、制程尚未成熟的制約，OLED 是一種自發(fā)光顯示技術(shù)，因此OLED 屏上長期點亮的地方時間一長亮度就容易降低，而別的地方可能還很好。而且OLED 封裝時特別怕水，大尺寸OLED 良品率低，OLED 壽命通常只有5000 小時，要低于TFT-LCD 至少1 萬小時的壽命且存在色彩純度不夠的問題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩,這些難題也是制約該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。1.2 OLED 顯示技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r早在 20

16、 世紀(jì)60 年代，Pope 等人首次報道了蒽單晶的電致發(fā)光現(xiàn)象，揭開了有機(jī)發(fā)光器件研究的序幕,但由于當(dāng)時獲得的亮度和效率均不理想，而未獲得廣泛的關(guān)注。1987 年，美國柯達(dá)公司鄧青云博士等報道了以真空蒸鍍法制作出含電子空穴傳輸層的多層器件，獲得了亮度大于1000cd/m2、效率超過1.5 lm/W、驅(qū)動電壓小于10V 的發(fā)光器件，這種器件具有輕薄、低驅(qū)動電壓、自主發(fā)光、寬視角、快速響應(yīng)等優(yōu)點，因此得到了廣泛的關(guān)注。1990 年，英國劍橋大學(xué)Cavendish 研究室的R. H. Friend 等人以旋涂的方法將聚合物材料聚對苯撐乙烯作為發(fā)光材料制備發(fā)光器件，開創(chuàng)了聚合物在有機(jī)發(fā)光領(lǐng)域的應(yīng)用。這

17、項研究進(jìn)一步促進(jìn)了有機(jī)發(fā)光顯示器件的研究，應(yīng)用更加廣泛、性能更加優(yōu)越的器件報道不斷涌現(xiàn)。1993 年曹鏞等人報道的柔性O(shè)LED 顯示屏和1994 年Kido 等人制備的白光OLED 器件均具有開創(chuàng)性的意義。1997 年，日本先鋒公司率先推出OLED 車載顯示器并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。1998 年，普林斯頓大學(xué)的Forrest 等將磷光材料摻入發(fā)光層，獲得外量子效率5%的器件。這項研究證明OLED 可突破內(nèi)量子效率25%的限制，使得有機(jī)發(fā)光器件的效率有望大幅提高。2003 年，Novaled 公司制備了PIN 結(jié)構(gòu)的磷光器件，在提高發(fā)光效率的同時增強(qiáng)了電荷的注入能力，使得器件的效率大幅提高，同年在SID

18、 會上，索尼和奇美分別推出了24 和20 英寸TFT OLED 樣品及柯達(dá)推出第一部使用OLED 顯示器的數(shù)碼相機(jī)。2004 年5 月，SeicoEpson 在日本展出了40 英寸彩色PLED 面板及三星SDI 展示了小分子OLED 材料蒸鍍形成的17 英寸OLED 顯示屏；2005-2006 年，研究焦點集中在高效率白光器件上。柯尼卡美能達(dá)技術(shù)中心成功開發(fā)了初始亮度1000cd/m2、發(fā)光效率64lm/W、亮度半衰期約10000 小時的OLED 白色發(fā)光組件；2006 年，韓國三星電子在IMID 大展中，展示了2.4 英寸QVGA 分辨率的AM-OLED 手機(jī)屏產(chǎn)品；而臺灣奇晶開發(fā)出以LTP

19、S TFT 主動式矩陣OLED 技術(shù)制成的尺寸達(dá)25 英寸的OLED 電視顯示器面板； 2007 年初，奇晶光電正式宣告量產(chǎn)AMOLED 產(chǎn)品，并已開始在市場上出售小尺寸(2.0-2.7 英寸)顯示器；同年SID 會議上，Sony 展出了技術(shù)成熟的11 吋OLED電視；同時，SONY 還展示了號稱業(yè)界首款，采用可撓式塑料基板(flexible plastic substrate) 的全彩主動矩陣OLED 顯示器的原型機(jī)。目前，全球已經(jīng)有 100 多家的研究單位和企業(yè)投入到OLED 的研發(fā)和生產(chǎn)中，包括目前市場上的顯示巨頭，如三星，LG，飛利浦，索尼等公司。整體上講，OLED的產(chǎn)業(yè)化目前已經(jīng)開始

20、，其中單色，多色和彩色器件已經(jīng)達(dá)到批量生產(chǎn)水平，大尺寸全彩色器件目前尚處在研究開發(fā)階段。整體上看 OLED 的應(yīng)用大致可以分為3 個階段。11997 年2001 年，OLED 的試驗階段。在這段時期OLED 開始逐漸走出實驗室，主要應(yīng)用于汽車音響面板，PDA 及手機(jī)方面。但產(chǎn)品很有限，產(chǎn)品規(guī)格少，均為無源驅(qū)動，單色或區(qū)域彩色，很大程度上帶有試驗和試銷的性質(zhì)，2001 年OLED 的全球銷售額僅約為1.5 億美元。22002 年2005 年，OLED 的成長階段。在這段時期人們開始逐漸接觸到更多帶有OLED 的產(chǎn)品，例如車載顯示器，PDA，手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，DC，頭戴顯示器等。但主要以10 寸以下

21、的小面板為主，10 寸以上的面板也開始投入使用。32005 年以后，OLED 開始走向一個成熟化的階段。08 年后這種成熟化更會加速，包括技術(shù)，市場，都將在市場的帶動下突飛猛進(jìn)。大尺寸及使用壽命將成為今后OLED 技術(shù)的主要突破方向。 1.3 OLED 顯示原理及結(jié)構(gòu) OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode），又稱為有機(jī)電激光顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。OLED器件的結(jié)構(gòu)如下圖所示。在外界電壓的驅(qū)動下，由陰極諸如的電子和陽極諸如的空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向有機(jī)發(fā)光層遷移，在有機(jī)層

22、中復(fù)合，釋放能量，有機(jī)發(fā)光物質(zhì)分子受到激發(fā)，躍遷到激發(fā)態(tài)，受激分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。OLED的發(fā)光過程通常由以下5個階段完成。1在外加電場的作用下載流子的注入：電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機(jī)功能薄膜注入。2載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發(fā)光層遷移。3載流子的復(fù)合：電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生激子。4激子的遷移：激子在電場的作用下遷移，能量傳遞給發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5電致發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷，產(chǎn)生光子，釋放出能量。 OLED (Organic Light Emitting Display)結(jié)構(gòu)如圖所示分類：OLED的驅(qū)

23、動方式分為主動式驅(qū)動(有源驅(qū)動AMOLED)和被動式驅(qū)動(無源驅(qū)動PMOLED)。被動矩陣OLED（PMOLED）PMOLED具有陰極帶、有機(jī)層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點形成像素，也就是發(fā)光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流，從而決定哪些像素發(fā)光，哪些不發(fā)光。此外，每個像素的亮度與施加電流的大小成正比。PMOLED易于制造，但其耗電量大于其他類型的 OLED，這主要是因為它需要外部電路的緣故。PMOLED用來顯示文本和圖標(biāo)時效率最高，適于制作小屏幕（對角線2-3英寸），例如人們在移動電話、掌 上型電腦 以及MP3播放器上經(jīng)常能見到的那種。即便存在一個外部

24、電路，被動矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設(shè)備當(dāng)前采用的LCD。主動矩陣OLED（AMOLED）AMOLED具有完整的陰極層、有機(jī)分子層以及陽極層，但陽極層覆蓋著一個薄膜晶體管（TFT）陣列，形成一個矩陣。TFT陣列本身就是一個電路，能決定哪些像素發(fā)光，進(jìn)而決定圖像的構(gòu)成。AMOLED的耗電量低于PMOLED，這是因為TFT陣列所需電量要少于外部電路，因而AMOLED適合用于大型顯示屏。AMOLED還具有更高的刷新率，適于顯示視頻。AMOLED的最佳用途是電腦顯示器、大屏幕電視以及電子告示牌或看板。1.4 OLED 顯示技術(shù)的特點現(xiàn)在，巳經(jīng)實際應(yīng)用的電子顯示技術(shù)主要有以下幾種：即陰極射線管(

25、CRT)、液晶顯示屏(LCD)、發(fā)光二極管(LED)、無機(jī)電致發(fā)光器件(無機(jī)EL)、等離子體放電顯示屏(PDP)、真空螢光管(VFD)、電場激發(fā)發(fā)光(FED)；1.4.1 OLED 顯示技術(shù)的優(yōu)點：相較于LED或LCD的晶體層，OLED的有機(jī)塑料層更薄、更輕而且更富于柔韌性。OLED的發(fā)光層比較輕，因此它的基層可使用富于柔韌性的材料，而不會使用剛性材料。OLED基層為塑料材質(zhì)，而LED和LCD則使用玻璃基層。OLED比LED更亮。OLED有機(jī)層要比LED中與之對應(yīng)的無機(jī)晶體層薄很多，因而OLED的導(dǎo)電層和發(fā)射層可以采用多層結(jié)構(gòu)。此外，LED和LCD需要用玻璃作為支撐物，而玻璃會吸收一部分光線。

26、OLED則無需使用玻璃。OLED并不需要采用LCD中的逆光系統(tǒng)（請查閱LCD（液晶顯示）工作原理）。LCD工作時會選擇性地阻擋某些逆光區(qū)域，從而讓圖像顯現(xiàn)出來，而OLED則是靠自身發(fā)光。因為OLED不需逆光系統(tǒng)，所以它們的耗電量小于LCD（LCD所耗電量中的大部分用于逆光系統(tǒng)）。這一點對于靠電池供電的設(shè)備（例如移動電話）來說，尤其重要。OLED制造起來更加容易，還可制成較大的尺寸。OLED為塑膠材質(zhì)，因此可以將其制作成大面積薄片狀。而想要使用如此之多的晶體并把它們鋪平，則要困難得多。OLED的視野范圍很廣，可達(dá)170度左右。而LCD工作時要阻擋光線，因而在某些角度上存在天然的觀測障礙。OLED

27、自身能夠發(fā)光，所以視域范圍也要寬很多。1.4.2 OLED顯示技術(shù)的缺點1、壽命通常只有5000小時，要低于LCD至少1萬小時的壽命;2、不能實現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品;3、存在色彩純度不夠的問題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。4、制造OLED的造價目前還比較高。5、防水OLED如果遇水，很容易就會損毀。1.5 OLED 顯示技術(shù)發(fā)展前景 1.5.1 OLED 顯示技術(shù)發(fā)展難點我們有幸生活在一個顯示技術(shù)革命的時代，自從1979年柯達(dá)公司華裔研究員鄧青云發(fā)現(xiàn)了有機(jī)電致發(fā)光現(xiàn)象以來，OLED技術(shù)得到了長足的發(fā)展，它被科學(xué)家們程之為未來顯示技術(shù)的明星，這是由于OLED的

28、性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了LCD,PDP。但是，這項技術(shù)仍然有很多的難點，站在發(fā)展的角度，我認(rèn)為OLED技術(shù)尚存在以下問題亟須解決：1. 尺寸問題：按照驅(qū)動方式，小分子OLED可分為PM-OLED和AM-OLED，無源OLED尺寸上無法做大，有源OLED可以做到一定大尺寸的面板，其TFT基板一般有非結(jié)晶硅、低溫多晶硅和OFTT三種，就目前來看，大尺寸的AMOLED主要采用a-Si作為TFT基板，而a-Si-TFT本身由于其閾值電壓飄移以及自身衰減等問題導(dǎo)致面板亮度不均勻成為其量產(chǎn)的最大障礙。2. 壽命問題：目前市場上見到的手機(jī)副屏的壽命一般在30005000小時左右，對手機(jī)來講已經(jīng)可以滿足其壽命要求，但是

29、對TV終端顯示卻差得很遠(yuǎn)，當(dāng)然，隨著材料提純技術(shù)的發(fā)展，壽命問題也會逐步得到解決。3. 工藝問題：就目前來看，OLED量產(chǎn)工藝還不是很成熟，產(chǎn)品的良率不高。三星、先鋒、LG這三家公司可以說是目前OLED產(chǎn)品的最大供貨商，但他們的產(chǎn)品也僅限于小尺寸的手機(jī)面板、mp3面板、數(shù)碼相機(jī)面板等領(lǐng)域。4. 知識產(chǎn)權(quán)問題：小分子OLED核心專利主要為柯達(dá)公司所掌握，而該公司在知識產(chǎn)權(quán)授予方面并不積極，這給OLED生產(chǎn)商造成了一定的困難。在這方面，CDT所掌握的高分子PLED技術(shù)比柯達(dá)公司要好。并且，很多專家認(rèn)為，應(yīng)用噴墨打印技術(shù)的PLED在大尺寸方面具有很大有先天優(yōu)勢，目前量產(chǎn)技術(shù)也不成熟。5.成本問題：由

30、于目前TFT-IC驅(qū)動不能代替OLED專用IC,成本上有所增加。 1.5.2 OLED 顯示技術(shù)應(yīng)用前景 1、OLED屏幕MP3、MP4 OLED顯示技術(shù)目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用到MP3、MP4當(dāng)中，在面板的設(shè)計上，出現(xiàn)了多彩背光設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)有部分區(qū)域開始采用彩色OLED面板。2、OLED屏幕手機(jī)手機(jī)屏幕運(yùn)用OLED已經(jīng)開始嘗試，但并未部分廣泛應(yīng)用的階段。三星面板公司已經(jīng)將主動式OLED(AMOLED)屏幕運(yùn)用于手機(jī)當(dāng)中。多款帶有AMOLED顯示屏的手機(jī)已經(jīng)在市面上銷售，顯示精度較高，比如三星多款就采用的是AMOLED屏幕。現(xiàn)在，三星和LG都推出了柔軟的OLED屏幕，配合內(nèi)部芯片的柔軟化改造，手機(jī)已經(jīng)能出現(xiàn)可以小角度卷曲的手機(jī)，并且將更加超