有机二极管显示器——OLED

1、信息显示技术OLED显示技术陈实(南京师范大学物理科学与技术学院，江苏南京210046)摘要：有机电激发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)由于同时具备自发 光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、 使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器 新兴应用技术。其根据驱动方式的不同分为主动式OLED (AMOLED)和被动式 OLED (PMOLED)。近年来，OLED因其优势在各领域有了突破性发展，并广泛 应用于MP3显示，在照明领域也有可观的前景。许多公司也于展览会、期刊等展 示了 OLE

2、D的各种先进产品。关键词：OLED显示器、发光原理、AMOLED. OLED发展现主要显示器有CRT、LCD、3D、LED、PDP等。CRT纯平显示器可视角度 大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、多分辨率模式、响应时间短、价格低但体 积大、辐射大、可视面积小、耗电大、散热大。LCD显示器机身薄，占地小，色 彩不够艳，反应速度小。3D显示器，观众必须戴上偏光镜才能消除重影，产生立 体感。PDP (Plasma Display Panel,等离子显示器)是新一代显示设备。厚度薄、 分辨率高、占用空间少。而OLED是一种不同于CRT, LED和液晶技术的全新发光原理。集微电子技 术、计算机技术、信息

3、处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命 长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体。1、OLEDOLED,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)。是基于有机材料的一种电流型 半导体发光器件，它是主动发光器件。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。有机电致发光

4、二极管(OLED)与U前占有市场的主导产品液晶 显示器(LCD)相比，OLED具有工艺简单、视角宽、响应速度快、高亮度、色彩鲜 艳、对比度高、工作温度范围大、重量轻、厚度薄、功耗低的优点。1.1发展简介1979年，柯达公司邓青云博士无意中发现了一种具有发光特性的有机材料，这 就是后来被誉为“继LCD之后的下一代平面显示器”的OLED(OrganicLightEmittingDiode,有机发光二极管)技术的起源。近年来OLED受到了业界的极大关注。从诞生到现在，历经几十年，今天的OLED正已惊人的速 度开始步入产业化阶段，在竞争激烈的平板显示市场上占据了一席之地。1.2神奇的OLED从手机、笔

5、记本电脑、电视到照明灯。它所代表的有机发光二极管灯，也许能够 普遍出现在我们的日常生活中。图1.弯曲的OLED显示器它们能够曲折、弯曲折叠。它们十分结实。即使你用锤子锤它们也不会影响工 作。如图1。简直可以称为是高科技产品的一个飞跃。它们不需要背景照明.屏幕 同驾驶本一样薄厚。屏幕呈现出鲜艳的颜色.无论你从哪个角度来观看它。1.3 OLED 概述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。目前在OLED的二大技术体系中，低分子OLE

6、D技术为日本掌握.而高分子的 PLED,LG手机的所谓OEL就是这个体系，技术及专利则由英国的科技公司CDT 掌握，两者相比PLED产品的彩色化上仍有困难。而低分子OLED则较易彩色 化，不久前三星就发布了 65530色的手机用OLED,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。目前采用OLED的主要是三星如新上市的 SCH-X339就采用了 256色的OLED,至于OEL则主要被LG采用在其CU8180 8280上我们都有见到。OLED与LCD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 单元被点亮。主动方式下，OL

7、ED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应该比被动式OLED省电，且显示性能更佳。2、OLED显示原理及优势2.1发光原理OLED是有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下，通过载流子注入和复 合导致发光的技术。其原理是用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极 和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层和空 穴传输层，然后分别迁移到发光层，相遇后形成激子使发光分子激发，后者经过辐 射后发出可见光。辐射光可从ITO侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作 用。图2是一个简单的OLED器件结构示意图。一 Mi层层层极歸蚪

8、騒扱板玻璃基片基片图蕤镀封装清洗一形制备功能层切割图2.OLED器件结构和制备工艺流程四个主要步骤OLED不像LED那样使用，以单个像素为主，而是要实现平面显示技术。因此需 要大量像素的组合，形成OLED阵列。要点亮这些像素就需要相应的驱动电路，一般通过两种方式来实现：一种是以动 态扫描的方式，也叫无源驱动方式或被动驱动方式(PM OLED)o这种方式都采 用共阴极结构，即把各像素的阴极与行电极相连，而阳极与列电极相接，行列交义 点组成像素矩阵。当需要某一行发光时，与之交义的相应列都加上正电压，无关列 上不加电压，此时该行若接地就可以点壳该行，以此类推形成逐行扫描。随着屏幕 尺寸的加大，其引线

9、也越来越复杂，而且大尺寸其扫描时间就非常短，影响到发光壳度。要想得到高壳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。另一种是静态的驱动方式，也叫有源驱 动方式或主动驱动方式(AM OLED)o这种方式是制作薄膜晶体管(TFvIJ阵列， 每一个晶体管对应一个OLED像素，需要像素点亮时，打开相应的晶体管驱动 OLED,并使之连续发光。图3 .像素驱动示意图每个厂家所采用的TFT阵列有所不同，图3是AuO公司的像素驱动电路示意图。 打开多个晶体管就会使多个OLED同时点亮，无须扫描，供电电流是恒定的，不需 要很高的峰值电流，因此功耗比无源驱动方式

10、低得多，很适合大尺寸OLEDo 2.2 OLED技术优缺点2.2.1优点有机发光显示器件之所以受到人们的青睐，是因为其与LCD为代表的第二代显示 器相比有突岀优点。表1所示。|表1 OLED与LCD对比LCDOLEDOLED产品优势视角受限制接近180度宽视角，侧视画面色彩不失真响应时间10-3 秒10-6 秒更适含动态图像显示，无拖尾现彖发光方式被动发光自主发光色彩更鲜艳，对比度更离，无需背光源温度范囤-20£ 6CTCTLC 80P高低温性能优越'适应严寒等特殊环境工艺过程复杂简单成本更低制造成本中等较低更高的性价比表LCD与OLED比较技术优点低成本其工艺简单，使用原材

11、料少。使人们相信OLED将成为LCD替代性技术的最重要原 因是其在降低加工成本方面的潜力。除了对材料和工艺方面的要求比LCD低近1/3夕卜，OLED 的加工工艺也比LCD简单得多。据相关资料显示，OLED显示屏需要86道加工工序，而 LCD屏则需要200多道工序。在成本决定生命力的未来大屏幕显示领域，这无疑增加了 OLED竞争的確码。自发光不需要背光源。低压驱动和低功耗直流驱动电压在10伏以下，易用于便携式移动显示终端上。全固态无真空腔，无液态成份，机械性能好，抗震动性强，可实现软屏显示。使用塑料、聚 酯薄膜或胶片作为基板，OLED屏可以做到更薄.甚至可以折叠或卷起来。目前由于在软基板 上的涂

12、镀等加工工艺还未成熟，可折叠或卷曲的显示器产品还没有商品化，但这一切都会在不 远的将来实现。快速响应响应时间为微秒级，是普通液晶显示器响应时间的1/1000,适于播放动态图像.具 有宽视角特性，上下、左右的视角宽度超过170度。高效发光可作为新型环保光源。宽温度范围在40C 80°C范围内都可正常工作。高亮度显示效果鲜艳、细腻2.2.2缺点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；存在色彩 纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩。3、OLED应用发展3.1目前部分应用领域发展3.1.1在头戴显示器领域的应用OLED在头戴显示器的应用有非常大的优势：清晰鲜亮的

13、全彩显示、超低的功耗 等，是头戴式显示器发展的一大推动力。率先把OLED应用在视频眼镜上的是美国的eMagin.无论是对于民用消费领域 还是工业应用乃至军事用途都提供了一个极佳的近眼应用解决途径。随之，采用 欧洲的超微OLED显示屏的视频眼镜被推上市场。在国内，iTheater （爱视代）凭 雄厚的研发实力率先推出世界首款高分子超微OLED显示屏的视频眼镜；凭借其 全知识产权的背景顺利打入国内军事领域，为中国数字士兵的建设出一份力。3.1.2 OLED照明技术及产业在半导体照明领域，OLED与LED相比，除了两者共有的高效节能、绿色环保等 特点，还具有一些独特的优势：平面光源、发光柔和。与LE

14、D点光源不同，白光OLED器件是一种发光柔和 的平面光源，尤其适用于室内照明。可实现柔性化。可制备在柔性的基板上，实 现大面积、可弯曲光源。制备工艺相对简单。制备过程无需高温处理，其至可以 釆用卷对卷工艺制备。材料来源广泛。OLED材料可以通过改变分子结构来优 化性能，发光颜色在可见光区域内可任意调节（包括红、绿、蓝和白光）。因此， 白光OLED在未来照明领域中具有诱人的应用前景，有机会成为新一代室内固态 照明的主角。13.1.3在MP3领域的应用在MP3屏幕的应用领域属于新崛起的种类，被誉为“梦幻显示屏”。它无需背光 灯,而是“主动发光”。以BenQ JoybeelSO的OLED液晶屏为例

15、它摒弃了传统 LCD的缺点，每个像素都可自行发光，不管在什么角度什么光线下都可以比传统 LCD显示更加清晰的画面，而且环境越黑屏幕越亮，犹如夜间的莹彩精灵。可以 使MP3做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。OLED应用于 MP3产品上不仅增加了产品绚丽的美感，而且也为图文资讯的表达锦上添花，无 疑将成为MP3显示面板的主流。3.2未来的软性显示技术AMOLED2继TFT_LCD之后，AMOLED被视为下一世代面板的最佳技术，其中OLED为固 态自发光显示器，具有结构简单、自发光、广视角、影像色泽美丽、省电等优势, 在中小面板市场可望得到广泛应用。.321软性AMOLED发展现况前

16、大多数显示器都是采用TFTLCD,若想做到轻薄短小、方便随身携带，屏幕 显示的信息量就不够；若想一次显示足够信息量，体积乂会太大而不易携带，而且 可能耗电太大。对于未来的显示器，消费者希望其能够具有信息量大、收藏方便、 耗电低、摔不破、可弯曲折迭或收卷容易等特性。除了优异的画质表现，山晶体管驱动的AMOLED具备了以上消费者所希望的所 有特质，完全符合未来信息社会对于移动装置显示器的需求。若与TFTLCD技术 比较.AMOLED结构简单，不需背光、散板、配向膜、间隙子等繁复零组件，同 时有机发光层的机械特性较接近软性基板，因此更适合用于制作可弯可卷的软性 示器。U前许多研究单位正致力于开发软性

17、AMOLED面板，并在专业期刊及圉际研讨 会上展示了相关技术。在后面展示中说明。322未来市场发展空间市场研究公司iSuppli最新报告显示.2013年全球OLED电视机出货量将从2007年 的3000台增长到280万台.年复合增长率为212. 3%。从全球销售收入看，2013年 全球OLED电视机的销售收入将从2007年的200万美元增长到14亿美元.年复合增长 率为206. 8%4. OLED最新动态4.1我国全线打通AMOLED制造工艺技术3日前，从有关方面获悉.昆山丁研院新型平板显示技术中心（简称昆山平板显示 中心）和维信诺公司在国内率先全线打通了LTPSTFT背板和OLED显示屏制造

18、工 艺技术.并于2010年12月24日.开发成功28英寸彩色AMOLED显示屏.实现了 RGB三基色显示。这是继维信诺依靠自主技术实现PMOLED技术产业化后，我国 OLED产业的乂一重大技术进展 标志着我国通过自主开发.已初步掌握了 AMOLED核心关键技术，在AMOLED产业化的道路上迈出了坚实的一步。我国的OIED产业起步于本世纪初.2002年清华大学与维信诺公司建成了我国 第一条PMOLED中试线.2003年成了中试丁艺技术开发.并在国内率先实现了 PMOLED产品的小批量生产和销售2008年清华大学与维信诺公司义在昆山建成 了国内第条PMOLED大规模生产线.实现了PMOLED的规模

19、化生产。在实现PMOLED快速发展的同时。2009年9月，在昆山市政府的大力支持下.昆 山工研院、维信诺公司、昆山经济技术开发区共同投资成立了昆山平板显示中心。 2010年6月，昆山平板显示中心建成了国内首条AMOLED中试生产线.经过历时半 年的努力，成功进行了AMOLED关键工艺技术和产品开发，为加速我国AMOLED 的产业化进程打下了良好的基础。此在中试线上全面打通LTPSTFT背板和OLED 显示屏制造工艺技术.为发展中大尺寸AMOLED技术和产品打下了坚实的基础。4.2 OLED展示4421世博会索尼和默克展示最新OLED显示技术索尼设计的OLED笔记本电脑，这种电脑可以卷成一个卷轴

20、，使用时拉开就形成 巨大屏幕，一半空间可虚拟为键盘，也可全部形成平板触控电脑“有了可弯曲的 透明液晶屏幕，许多以往在科幻电影中才可以看到的产品都将成为现实在演示视频中，IIIOLED屏幕制造的柔软的手腕MP4,可弯曲佩戴于手腕或颈部 的手机等等。422韩国NeoViewKolon展示透明0LED显示器Neo View Kolon的透明屏针对于车载前置显示。新展出的显示屏为2. 4寸，采用 点阵式显示模式，最大透明度62%,亮度100流明，可显1600万色，厚度 1. 2mm,分辨率240x320像素。423索尼5. 1发售PVM7407. 4英寸A MOLED显示器索尼近日于美国举行的“NAB Shov2010”中展出了他们的新的专业显示器PVM. 740oPVM740配有74英寸960x 540分辨率的AMOLED显示器。OLED面板是自发 光方式，无背光所以在强光情况下依然可以看清，还采用了提高开口率的自有技术 "SuperTop Emission"nJ以确保高辉度，因此可以实现从零发光的到最高辉度得