OLED顯示技術(shù)的進(jìn)展（上）

March 28, 2019

伴隨著有機(jī)發(fā)光材料和器件技術(shù)的不斷成熟，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器逐步進(jìn)入各個(gè)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(jī)顯示屏首次進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域。時(shí)至今日，韓國(guó)Samsung和LG、日本Pioneer和SONY、臺(tái)灣錸寶和悠景等十多家公司建設(shè)了OLED量產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和銷售。今年在美國(guó)舉辦的2007SID(信息顯示協(xié)會(huì))展會(huì)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(jī)、車載、白光光源、可彎曲標(biāo)價(jià)牌等，展品的顏色豐富細(xì)膩，亮度、對(duì)比度、解析度等都達(dá)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(zhǎng)足進(jìn)步。

　　近期OLED顯示技術(shù)的進(jìn)展

　　OLED是雙載流子注入型顯示器。對(duì)OLED的研究工作始于1960年代，1963年P(guān)ope報(bào)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(guó)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(jìn)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(duì)比度、高響應(yīng)速度、超薄、低成本、低功耗、耐低溫、抗震、可實(shí)現(xiàn)柔性顯示和雙面顯示等特點(diǎn)，被認(rèn)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(jī)發(fā)光材料的不同，可分為：小分子OLED(基于小分子有機(jī)發(fā)光材料)和高分子OLED(基于共軛高分子有機(jī)發(fā)光材料，簡(jiǎn)稱PLED)。美國(guó)柯達(dá)與英國(guó)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(dòng)方式的不同，還分為有源矩陣驅(qū)動(dòng)(AMOLED)和無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)(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(dòng)技術(shù)還不成熟，成品率低，仍處于研發(fā)階段。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，OLED未來(lái)的發(fā)展必將沿著小尺寸-超大尺寸、單色-彩色、無(wú)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?，F(xiàn)階段OLED技術(shù)研究的熱點(diǎn)主要有：

　　有機(jī)發(fā)光材料

　　有機(jī)化合物的豐富多彩為材料的設(shè)計(jì)和選擇提供了廣闊的天地?？梢哉f(shuō)，有機(jī)材料的不斷進(jìn)步是推動(dòng)OLED技術(shù)進(jìn)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(dá)到了11cd/A，壽命高達(dá)16萬(wàn)小時(shí)；綠光效率達(dá)到30cd/A，壽命為6萬(wàn)小時(shí)；正在開(kāi)發(fā)中的高效率、長(zhǎng)壽命藍(lán)光材料BD-2 (0.13, 0.22)，效率為8.7 cd/A，壽命2.3萬(wàn)小時(shí)。磷光材料方面，UDC公司開(kāi)發(fā)的紅光材料色坐標(biāo)為(0.67，0.33)，效率達(dá)到15cd/A，500 cd/m2下工作壽命超過(guò)15萬(wàn)小時(shí)；綠光材料色坐標(biāo)為(0.34，0.61)，效率達(dá)到65cd/A，初始亮度為1000 cd/m2時(shí)，壽命超過(guò)4萬(wàn)小時(shí)；最難得到的藍(lán)色磷光材料效率達(dá)到了30cd/A，在200 cd/m2的初始亮度下，壽命達(dá)到了10萬(wàn)小時(shí)。

　　總體上講，OLED紅、綠、藍(lán)三色材料的發(fā)光效率和發(fā)光壽命均基本滿足實(shí)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(lán)光在色純度上還有待進(jìn)一步提高。獲得高色純度、長(zhǎng)壽命的藍(lán)色磷光材料，仍然是富有挑戰(zhàn)性的難題。而且對(duì)發(fā)光材料的研究而言，新三色發(fā)光材料的開(kāi)發(fā)和器件色純度、發(fā)光效率、壽命的進(jìn)一步提高依然是今后一段時(shí)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(diǎn)。OLED彩色化實(shí)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(duì)位困難，需要三次蒸鍍發(fā)光材料，導(dǎo)致效率降低，且三基色材料的壽命不一致，會(huì)影響顯示屏的整體壽命。彩色濾光片法是將白光透過(guò)類似LCD的彩色濾光片來(lái)達(dá)到全彩效果，這種全彩方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用LCD的彩色濾光片技術(shù)，且蒸鍍簡(jiǎn)單效率高，采用該技術(shù)關(guān)鍵在于白光有機(jī)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(lán)光材料為發(fā)光源，通過(guò)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(méi)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(duì)比度、寬視角、高響應(yīng)速度等技術(shù)性能方面的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)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(lái)，SONY、Samsung、Sanyo、Epson、Philips、奇美、LPL等公司相繼開(kāi)發(fā)了13~ 40英寸的OLED樣品，Samsung開(kāi)發(fā)的17英寸LTPS-AMOLED顯示屏達(dá)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(jì)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(guó)際消費(fèi)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(wàn)色、厚度僅為3 mm。兩款電視的對(duì)比度都達(dá)到了100萬(wàn):1，亮度最高達(dá)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(shí)現(xiàn)1920×1080分辨率，SONY采用了LIPS激光轉(zhuǎn)印法來(lái)制備紅、綠、藍(lán)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(dǎo)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(guò)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(biāo)。另外，還著眼于生產(chǎn)效率的提高，確定了開(kāi)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(wú)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(gè)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(shí)才被點(diǎn)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(shí)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(gè)像素的薄膜晶體管(TFT)在幀間隔持續(xù)時(shí)間內(nèi)獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在一幀之內(nèi)，峰值電流和平均電流一致，不會(huì)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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