OLED基本原理

快益点技术支持组张吉术2014年9月,OLED基本原理,1,目录,OLED分类,1,OLED概述,2,OLED基本结构及显示原理,3,长虹OLED电视,4,OLED电视故障判断,5,OLED概念,中文名:有机发光二极管（又称为有机电激光显示）外文名OrganicLight-EmittingDiode外语缩写OLED,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，这种显示设备在MP3播放器、手机、电视等领域上得到了广范应用。,OELD发展历程,1936年，Destriau（法国物理学家德斯特里奥）将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最早的电致发光器件。,1987年，香港的柯达公司邓青云博士首次研制出具有实用价值的低驱动电压双层结构OLED器件。,1990年英国剑桥大学开始发展聚合物发光二极管PLED（PolymerLight-emittingDiode）。,1997年单色OLED首先在日本产品化；1999年，日本先锋公司率先推出了多彩OLED面板，用于汽车音视设备及手机。,2002年，东芝公司（Toshiba）在SID2002上发布了采用聚合物发光层所作的17.1英寸全色OLED显示器，让OLED面板尺寸得到突破,2004年，索尼公司(Sony)推出了3.8英寸有源矩阵有机发光二极体面板(AMOLED)，用于PDA。,2007年，Sony在CES展出厚度仅10mm、对比度高达1百万:1，解析度为1,9201,080的27寸OLED电视，,2013年，LG推出55寸OLED电视，并市场化,2,OLED电视现状,OLED电视现状,OLED技术起源于欧美，但实现大规模产业化的国家/地区主要集中在东亚，如日本、韩国、中国大陆和台湾地区等。全球OLED产业还处于产业化初期。全球涉足OLED产业的企业产品主要是小尺寸无源OLED器件，真正对LCD（液晶）构成威胁的有源OLED器件，实现量产的只有少数几家公司。中国虽具有一定的OLED产业基础，但产业链尚不完善，尤其是上游产品竞争力不强。关键设备以及整套设备的系统化技术等大都掌握在日本、韩国和欧洲企业手中。三星在AMOLED市场所占份额曾达90%以上，是AMOLED面板最大的供应商;随后Sony和LG分别推出11英寸、15英寸AMOLEDTV，日本、韩国、中国台湾等厂商在OLED的市场竞争实力越来越强，同时也在AMOLED方面取得了更高的竞争地位。“OLED作为下一代的电视技术，使用它之后可以让电视机屏幕变得更薄（目前可使电视机机身厚度降至约4.3mm），甚至可以做成曲面，但在大尺寸技术上瓶颈需突破。”,2014年OLED显示技术强势进入中国消费者的视野，成为电视行业中最为热门的技术。但由于目前受制于一些关键技术、成本及良品率偏低等因素影响，面板规模性应用及大尺寸产业化仍有较长一段进程。据奥维咨询（AVC）预计，OLED未来两三年仍将处于市场培养阶段，2017年将出现转机。,显示技术概述,中小屏幕方面CRT,被LCD蚕食,大屏幕方面PDP,被LCD赶超,LCD,LCD目前在显示领域的主流地位正在不断巩固但OLED将很快对LCD形成挑战,VFD-只能应用于固定图案的显示,要实现大容量图形显示十分困难,FED-工艺方面还存在问题,尚处于实验室阶段,应用受限或技术不成熟,LED-由于自身性能,无法实现高清晰,高分辨率显示,OLED-,平板显示的今日之星,显示技术优缺点简介,显示技术对比,OLED优点,（1）显示效果出众。OLED具有自发光特性，不需要背光源，在对比度、亮度方面有着无可比拟的优势，它不存在视角和响应时间的问题，可轻松实现真彩色高分辨率显示，而且随着材料技术的不断发展，OLED显示器在图像表现上的潜力将无法估量。（2）实现软屏化。由于OLED器件的核心层厚度很薄，甚至可以小于1毫米，并且可以呈现各种各样的弯曲形状，因此可以在塑料、树脂等不同的材料上生产。如果将有机层蒸镀或涂在塑料基衬上，就可以实现软屏。使可折叠电视、电脑的制造成为可能。可以预见在不久的将来，电视可以像一张纸一样挂在墙壁上，不用时像布一样叠起来，随意携带。（3）屏幕微型化、巨型化。小分子OLED可以制作出小于1英寸的屏幕，使显示屏幕微型化。高分子OLED（PLED）则在超大尺寸、低成本上占有更大的技术优势。小分子材料的分子量一般在数百左右，而高分子则在数万至数百万之间，因此，高分子材料有良好的热稳定性与机械性质，可以使材料完美地均匀分布于超大面积基板上。由于OLED可采用喷墨式的制造工艺，只要喷印技术和面板尺寸许可，显示器尺寸之大将让现有的显示器望尘莫及，实现巨型化的高清晰显示。（4）环境适应能力强。OLED显示技术具有全固态特性，无真空腔，无液态成分。因此它的机械性能好，抗震性强，温度适应能力也很强，在-4080范围内都可正常工作，大大超过了其它显示器件，因此在军事，航天领域将大有作为。（5）环保、省电。同样是自发光，和CRT、PDP、LCD相比，OLED具有低压驱动和低功耗特性，驱动电压在10V以下，且更加省电。高分子PLED有着更低的驱动电压（3V4V），其功耗更低。（6）更低的生产成本。OLED技术的构成简单，无需背光单元，基板选择面广，材料和工艺方面的要求比LCD低近1/3。（7）自发光、可视角大、亮度高，反应快、重量轻、厚度薄，构造简单、.。,4,OLED应用,商业领域：主要应用在POS机和ATM机、复印机、自动售货机、游戏机、公用电话亭、加油站、打卡机、门禁系统、电子秤等产品和设备的显示屏。通信领域：主要应用有3G手机、各类可视对讲系统(可视电话)、移动网络终端、ebook(电子图书)等产品的显示屏。计算机领域：主要有家用和商用计算机(PC/工作站等)、PDA和笔记本电脑的显示屏。工业应用场合：主要应用有各类仪器仪表、手持设备等的显示屏。交通领域：主要应用有GPS、车载音响、车载电话、飞机仪表和设备等各种指示标志性的显示屏。如微显示器，这种技术最早用于战斗机飞行员，现在的穿戴式电脑也用它。有了它，移动设备就不再受显示器体积大、耗电多的限制。消费类电子产品：主要应用有装饰用品(软屏)与灯具、各类音响设备、计算器、数码相机、数码摄像机、便携式DVD、电子钟表、掌上游戏机、各种家用电器(如：OLED电视)等产品的显示屏。,目录,OLED分类,1,OLED概述,2,OLED基本结构及显示原理,3,长虹OLED电视,4,OLED电视故障判断,5,OLED,PLED(高分子OLED),核心专利：美国杜邦、英国剑桥(CDT)优势：可用印刷成膜技术、无需真空环境、可制作大尺寸劣势：技术不成熟，高分子材料困难研发单位：华南理工、吉林环宇,核心专利：美国柯达优势：技术成熟，是目前OLED主流技术,优势：可弯曲、折叠难点：柔性基板的气密性及粘接性,优势：用于普通照明，是目前唯一环保的面光源；用于背光，可显著提高LCD性能；用于显示，可制作大尺寸OLED显示屏难点：发光效率、色坐标的稳定性,特点：用于微显示器、可大规模集成信号处理电路、超高分辨率研发单位：北方奥雷德,AMOLED(主动矩阵OLED),特点：小尺寸、低分辨率,特点：大尺寸、高分辨率难点：TFT基板技术,OLED(小分子OLED),FOLED(柔性OLED),WOLED(白光OLED),uOLED(硅基OLED),OLED(常规显示器件),PMOLED(被动矩阵OLED),PM是AM的基础,FOLED具有独特的应用,可用于照明、背光、大尺寸AM,技术跨度大且非主流,技术跨度大且应用有限,OLED分类,OLED分类-按驱动方式分,主动式ActiveMatrixdrivingAM-OLED，也称有源驱动,每个OLED驱动单元至少有两个TFT（T1、T2）和一个存储电容Cs。当扫描线施加选通脉冲时，T1打开，数据线上的数据写入Cs进行存储；Cs上的电平控制T2的工作状态并实现流过OLED的电流控制；在扫描线施加非选通信号周期内，由Cs来维持T2的工作，直到下一个扫描周期到来。,电源,扫描线,数据线,T1,T2,Cs,OLED,主动式驱动示意图,列扫描,行扫描,OLED,被动式驱动示意图,在某一时刻给某一行电极施加选通择脉冲，其它行电极施加非选通脉冲，同时所有列电极给出驱动脉冲，从而实现一行所有像素的驱动；接着把选通脉冲施加到下一行电极，再给所有列电极施加驱动脉冲；这种扫描是逐行按顺序进行的，循环地给所有行电极扫描一次的时间称为一帧，当帧频足够高时，由于人眼的视觉暂留现象，就可以在显示屏上呈现稳定的图像效果。,被动式PassiveMatrixdrivingPM-OLED，也称无源驱动,PMOLED一帧图像驱动示意图,缺点：屏幕尺寸的加大，其扫描时间就非常短，影响到发光亮度。要想得到高亮度就得加大扫描电压和电流，势必引起功耗的大大增加。因此无源驱动方式仅适合于中小尺寸的OLED。,.,PMOLED与AMOELD对比,OLED分类-按发光方向分,每一个OLED发光单元就像一块汉堡包，发光材料就是夹在中间的蔬菜。,OLED分类-按基板类型分,柔性基板采用柔性材料（如金属箔片、薄玻璃、各种塑料等）结合TFT技术制作驱动电路技术尚未成熟，但前景诱人,Si基板TFT采用硅基集成电路技术，除基本的驱动电路外，还可以把视频解码、A/D、D/A、扫描控制、时钟控制等复杂的模拟/数字电路单元集成在基板中，从而实现无需外围辅助电路情况下的直接应用。但目前受限于Si单晶尺寸的发展，无法满足于大面积显示用基板的要求，仅限于微型显示器基板的应用。,目录,OLED分类,1,OLED概述,2,OLED基本结构及显示原理,3,长虹OLED电视,4,OLED电视故障判断,5,OLED结构,一般使用低功函数的有机金属，制成有机金属薄膜电极，可以使用蒸镀法制备。,玻璃基板要求平整光滑，表面粗糙度小，在封装前需要预处理。,在阳极和发光层间增加一层空穴传输层是为增强电子和空穴的注入和传输能力。,在发光层与阴极之间增加一层电子传输层，以提高发光效率。,玻璃基板,有机发光层采用在荧光基质材料中掺杂百分之几的荧光掺杂剂来制备。,采用铟锡氧化物（ITO）导电玻璃作为阳极,结构简介,1、阴极与电子传输层当电源提供适当的电压时（210V直流），阴极释放出带负电的电子。而电子传输层的作用就是帮助阴极释放的电子能够顺利传输到有机发光材料中去。理想的阴极是以低功函数金属作为注入层，以具有较高功函数的稳定金属作为钝化层。电子传输层采用荧光染料化合物，要求必须热稳定和表面稳定，有机金属络合物具有足够的热稳定性。2、阳极与空穴传输层与阴极不同，通电后阳极释放的是带正电的空穴。空穴传输层的作用就是帮助带正电的空穴移动至有机发光层。阳极是由ITO导电玻璃制成的，其表面电阻较低。空穴输运材料属于一类芳香胺化合物。要求热稳定性要好，大多数采用的是多苯基芳胺类有机化合物（俗称TPD），最稳定的器件采用NPB。3、有机发光层有机发光层采用在荧光基质材料中掺杂百分之几的荧光掺杂剂来制备。基质材料通常与电子传输层或空穴传输层采用的材料相同，荧光掺杂剂是热和光化学稳定的激光染料。荧光染料必须具有较高的量子效率和足够的热稳定性，升华而不会分解。当由电子传输层传来的电子与空穴传输层传来的空穴在有机材料中相遇后，电子就源源不断地从高轨道填充到低轨道的空穴中去，从而释放出能量。,OLED材料简介,有机发光材料有两种:一种是以有机染料和颜料等为发光材料的小分子基OLED，另一种是以共轭高分子为发光材料的高分子基OLED，简称为PLED。它们的差异主要表现在器件的制备工艺不同:小分子器件主要采用真空热蒸发工艺，高分子器件则采用旋转涂覆或喷墨工艺。有机发光材料：机化合物的丰富多彩为材料的设计和选择提供了广阔的天地，可以说有机材料的不断进步是推动OLED技术进步的重要原因之一，OLED发光材料按照发光激子的种类可分为荧光材料和磷光材料两种，目前荧光材料方面，性能最高的是日本出光兴产的材料：红光效率较高，寿命高达16万小时；绿光效率是红光的3倍，寿命为6万小时；蓝光材料BD-2(0.13,0.22)，效率比红光稍低点，寿命2.3万小时；磷光材料方面，UDC公司开发的红光材料色坐标为(0.670.33)，比荧光材料稍高些，工作寿命超过15万小时；绿光材料色坐标为(0.340.61)，效率是荧光材料的2倍，寿命超过4。,OLED发光原理,电子和空穴分别从阴极和阳极注入电子和空穴的传输电子和空穴相遇复合释放出能量发光材料吸收能量后释放出光子（发光）,发光原理：将一个薄而透明的铟锡氧化物(ITO)作为阳极，金属组合物作为阴极，其间夹上有机材料层(包括空穴传输层、发光层、电子传输层等)，形成一个“三明治”结构，接通电流，阳极的空穴与阴极的电子在发光层中结合，产生光亮，根据包夹在其中的有机材料的不同，会发出不同颜色的光。,OLED发光原理,OLED发光过程,5个基本物理过程正负电荷分别从阳极和阴极注入有机层；在电场的作用下正负电荷在有机层内分别朝着对方电极方向移动；正负电荷在有机层内特定位置再结合并释放出能量；特定的有机分子获得该能量后自己受激发或将能量转移给其它分子，使其受激发从基态跃迁到激发态；处于激发态的分子回到基态，释放出光能。由此可以看出，在OLED器件的简单的结构里发生着极其复杂的光电子物理过程。彩色及亮度控制通过改变所使用的薄膜有机材料的种类，可以调控器件发出的光的颜色。通过控制从两端电极注入电流的大小可以调节发光的强弱。为了保证高效率地实现这些基本过程，材料结构、纯度、聚集态及界面状态的严格控制是至关重要的。,OLED结构,OLED结构及发光原理-彩色OLED结构,AMOLED,PMOLED,构造,OLED结构及发光原理-彩色OLED结构,OLED彩色化原理,各有优缺点，目前还没有那种全彩色化技术具有绝对领先的优势,LCD采用三色独立发光方式，只能使用彩色滤光方式，光色转换效率低于OLED,彩色OLED的获取方法-白色发光层加滤色片,这是获得彩色显示最简单的方法，它是在研发LCD和CCD(CCD，英文全称：Charge-coupledDevice，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号)时形成的一种成熟的滤色片技术。像素的每个单元格由白色OLED发光器件和红（R）、绿（G）、蓝（B）三色滤色片组成，白光通过滤色片过滤可获得三基色。驱动电压可分别控制三个白色OLED发光器件的发光亮度，即可显示出各种彩色。每个像素的结构如右图2所示。,白色发光层加滤色片,优点：结构简单、经济、易于实现；缺点是产生的白光要多经过一次彩色滤光层,部分光被滤光层吸收掉,损失掉一些亮度。,彩色OLED的获取方法-红绿蓝三种有机发光材料直接发光,优点：发光利用率得到了提高；缺点是工艺条件要求高，三基色有机发光材料纯度、效率、寿命难以做到一致。,这种模式实现彩色显示的方式不需要光色转换或彩色滤光片，因此提高了发光效率。如图所示。它是利用精密的金属荫罩与CCD像素对位技术，首先制备红、绿、蓝三基色发光中心，然后调节三种颜色组合的混色比，使三色OLED元件独立发光，构成一个象素，产生真彩色。该项技术的关键在于提高发光材料的色纯度和发光效率，同时金属荫罩刻蚀技术也至关重要。,三基色有机发光材料直接发光,彩色OLED的获取方法-蓝色发光层加光色转换层,优点：发光效率高，只需蒸镀蓝色OLED器件，不需要金属荫罩对位技术，不再使用滤色片，是未来大尺寸彩色OLED显示器极具潜力的彩色化技术之一。缺点：光色转换材料容易吸收环境中的蓝光，造成图像对比度下降，同时光导也会造成画面质量降低的问题。,如右图所示。首先制备蓝色OLED的器件，然后利用其蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光，从而获得三基色。蓝色有机电致发光器件是发光能量最高的，所以用蓝光作为激发光。该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效率。,蓝色发光层加光色转换层,PM-OLED应用领域,PM-OLED结构及发光原理,1、当正负两极加一正向电压通电时，空穴/电子分别从阳极/阴极克服势垒注入空穴注入层(HIL)/电子注入层(EIL)；,2、载流子（空穴/电子）在电场作用下,分别通过空穴输运层（HTL)/电子传输层(ETL)传递；,3、载流子（空穴/电子）在发光层（EML）复合形成处于激发态的激子；,4、激子在电场作用下将能量传送给发光分子，并激发其电子从基态跃迁到激发态,5、发光分子的电子将能量主要以光的形式释放出来而回到稳定的基态，从而产生电致发光。,PM-OLED制造流程图示,金属/ITO/玻璃衬底,金属Cr图案成形,.ITO图案成形,绝缘图案成形,隔断图案成形,光刻的图形,1,2,3,4,5,6,PHOTO光刻,Deposition(Evaporation蒸镀),Encapsulation封装,Aging/Module老练/模组,阴极隔离柱,辅助电极Cr,ITO层,绝缘层,主清洗,预清洗,光阻剂SLIT涂布,曝光,曝光后烘干,显影,烘烤,PM-OLED制造工艺,辅助电极Cr,ITO层,绝缘层,阴极隔离柱,辅助电极Cr,ITO制模,绝缘层,阴极隔离柱,同辅助电极,同辅助电极,辅助电极Cr,ITO制模,绝缘体,阴极隔离柱,同辅助电极,同辅助电极,后烘干,PHOTO光刻,Deposition(Evaporation蒸镀),Encapsulation封装,Aging/Module老练/模组,HIL/HTL蒸镀,R/G/B蒸镀,ETL/EIL蒸镀,阴极蒸镀,氧等离子清洗,基板投入,PM-OLED生产设备展示,目录,OLED分类,1,OLED概述,2,OLED基本结构及显示原理,3,长虹OLED电视,4,OLED电视故障判断,5,长虹OLED电视,组件:自带的TCON板，电源板，主板、按键板、RF板和WIFI板。主板采用：5327,近年来，四川虹视显示技术有限公司一直致力于OLED的开发，今年上半年，长虹已生产出OLED电视样机。,长虹OLED电视内部