OLED显示原理调研

1、OLED 显示原理简介OLED （Organic Light-Emitting Diode, 有机发光二极管）是指有机 半导体材料和发光材料在电场的作用下， 通过载流子注入和复合导致 发光的现象。其原理是用 ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的 阳极和阴极， 在一定电场作用下， 电子和空穴分别从阳极和阴极注入 到电子和空穴传输层， 电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到 发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过 辐射弛豫而发出可见光。OLED与LCD最大的不同在于，LCD技术可以简单的理解为，外 界施加电压使液晶如闸门般地阻隔背光或让背光穿透，进而将光线 投射在不同颜

2、色的彩色滤光片中形成图像。而 OLED是通过电流驱 动有机薄膜本身来发光的，发的光可为红、绿、蓝、白等单色，同 样也可以达到全彩的效果。优点：1厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻;2固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔； 3几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真;4.响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象;5低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到;6.制造工艺简单，成本更低;7.发光效率更高，能耗比LCD要低;8能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。缺点：1寿命通常只有 50

3、00小时，要低于 LCD 至少1万小时的寿命； 2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； 3存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩。基本结构与发光原理OLED 的基本结构如图 1 所示。它由以下各部分组成： 基层（透明塑料，玻璃，金属箔 ）基层用来支撑整个 OLED 。1 阳极（透明 ）阳极在电流流过设备时消除电子 （增加电子“空 穴” ） 。2 有机层有机层由有机物分子或有机聚合物构成。3 导电层该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来 的“空穴”。可采用聚苯胺作为 OLED 的导电聚合物。4 发射层该层由有机塑料分子 （ 不同于导电层 ）构成，这

4、些分子传 输从阴极而来的电子 ;发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射 层聚合物。5 阴极（可以是透明的，也可以不透明，视 OLED 类型而定 ） 设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。结构图1 OLED基本结构阴扱C百桥牙亍诙衆合物如图2所示，OLED的发光过程通常由以下5个阶段完成。1. 在外加电场的作用下载流子的注入：电子和空穴分别从阴极和阳 极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入。2. 载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送 层向发光层迁移。3. 载流子的复合：电子和空穴复合产生激子。4. 激子的迁移：激子在电场的作用下迁移，能量传递给发光分子, 并激发电子从基态跃

5、迁到激发态。5. 电致发光：激发态能量通过辐射跃迁，产生光子，释放出能量。孚邑层曲9希sp有:r.层裁用根流判两根. 电孑从爭电层带5）炭射层导屯层丸窘电7工齐*空1眉 过箜因闢夏用发討屋1的电%的形式痒芯出麥宗RVI豈量C图2 OLED的发光过程&目前在OLED全彩显示器技术方面，实现彩色化的方法主要有 3 种：独立发光材料法，光色转换法以及彩色滤光薄膜法。独立发光材料法：如图3所示，是以红绿蓝三色为独立发光材料进行发光，是目前OLED彩色化最常用的工艺方法。图3独立发光材料法光色转换法光色转换法：如图4所示，主要利用蓝光为发光源，经由光色转 换薄膜将蓝光分别转换成红光或绿蓝光进而实

6、现红绿蓝三色光。彩色滤光膜法：如图5所示，有些类似LCD，采用白色光源透过 类似LCD的彩色滤光片来达到全彩的效果。图5彩色滤光膜法电路驱动根据驱动电路与基板的关系，OLED分为有源驱动和无源驱动有 机发光显示器两大类。对于无源驱动有机发光显示器，基板周边需要外接驱动电路的有 机发光显示器。显示基板上的显示区域仅仅是发光像素（电极，各 功能层），所有的驱动和控制功能由集成IC完成，（IC可以置于在基 板外或者基板上非显示区域）。无源矩阵的驱动方式为多路动态驱 动，这种驱动方式受扫描电极数的限制，占空比系数是无源驱动的 重要参数。对于有源驱动有机发光显示器：外围驱动电路和显示阵列集成在 同一基板

7、上的有机发光显示器。在显示基板上的显示区域内，每个 像素至少配备两个薄膜晶体管和一个电荷存储电容，用于保证扫描 寻址时，扫描一场的周期内，每个像素的发光与否的状态不变。静态驱动：如图6所示，各有机电致发光像素的相同电极（比如阴极）是连在一起引出的，各像素的另一电极（比如阳极）是分立 引出的。分立电极上施加的电压决定对应像素是否发光，在一幅图 像的显示周期中，像素发光与否的状态是不变的。动态驱动：如图7所示，显示屏上像素的两个电极做成了矩阵型结构，即水平一组显示像素的同一性质的电极是共用的，纵向一组显示像素的相同性质的另一电极是共用的。如果像素可分为N行M 列，就可以有N个行电极和M个列电极，我

8、们分别把它们称为行电极和列电极。为了点亮整屏像素，将米取逐行点亮或者逐列点亮，点亮整屏像素时间小于人眼视觉暂留极限20mS勺方法。阴极! "¥ y十一分屯ra极 WI竹T nlrtlf23-f T71 1 图7 动态驱动静态驱动有源矩阵的驱动方式属于静态驱动方式有源矩阵 OLED具有存 储效应，可进行100%负载驱动，这种驱动不受扫描电极数的限制, 可以对各像素独立进行选择性调节。有源矩阵可以实现高亮度和高分辨率。无源矩阵由于有占空比的 问题，非选择时显示很快消失，为了达到显示屏一定的亮度，扫描时每列的亮度应为屏的平均亮度乘以列数。如64列时,平均亮度为100cd/m2,则

9、1列的亮度应为6400cd/m2。随着列数的增加，每列的 亮度必须相应增加，相应的必须提高驱动电流密度。由此可以看出, 无源矩阵难以实现高亮度和高分辨率。 有源矩阵无占空比问题，驱动 不受扫描电极数的限制，易于实现高亮度和高分辨率。有源驱动还具 有其他许多优点，例如提咼了发光亮度、减少了电极引线的功耗、提 高了均匀性和寿命，使大面积高分辨率显示成为可能。图8单个像素的双管驱动电路对于OLED驱动控制系统的实现，关键技术在于 数据的写入和扫描控制，如图8所示为单个像素的双管驱动电路。一个 TFT用来寻 址，另一个是电流调制晶体管，用来为 OLED提供电流。为防止OLED开启电压的变化导致电流变化

10、，使用的是 P沟器件，这样OLED处于驱动TFT的漏端，源电压与有机层上的电压无关。DataLine与寻址TFT的源级相连，Sca n Line使地址TFT选通，数据线上的 内容通过漏级写入到存储电容CSh,并以电荷的形式暂存。当PowerLine为高电平时，驱动TFT的源级为高电平，同时CSh的电荷将选通 驱动TFT,其漏电流流过OLED显示器件，驱动其发光。数据线电平的咼低决定了像素的亮暗。四、灰阶显示OLED灰度调制从原理上讲，可分为三类：幅值调制法，时间调 制法，空间调制法。幅值调制法：OLED是一种电流驱动器件，亮度正比于电流密度。当发光面积为常数时，亮度正比于电流。通过调制电流幅值

11、来实现灰 度显示。空间调制法：如图9所示，其基本原理是把每个像素分成为若干个子像素，那么每个像素的灰度将由子像素被点亮的数目来决定。按 照这种方法，具体的实现方式为，将 OLED显示屏上的一个显示单 元定义成许多子单元的集合，这些子单元是可独立控制的；当该单元 中不同数量的子单元被选通时，将获得相应灰度等级；由不同数量的 子像素的选通组合而组成的显示像素，就会显示出不同的灰度级别。这种方法是用降低分辨率和增加微细加工的成本来换取一定的灰 度级别的，为了保持原有的分辨率，必须在原有的子像素基础上，对子像素再次进行分割加工起来必将十分困难。时间调制法：在较短的时间范围内，人眼对亮度的感觉取决于发

12、光物体的发光强度和发光体点亮的时间，即点亮的时间越长，人眼 对发光强度的感觉也就越强，呈现出类似于积分的效果。是常用的 灰度显示方案之一，主要有脉宽调制法、子分场调制法。脉宽调制法：脉宽调制法是把行扫描周期分段，例如为实现16级灰度级显示，可以行扫描周期再把分解成16个子段。在各个子 段上，由列电极按一定的时间比例加上导通/断开的电压。当全部子 段上都加上导通电压时，该单元即处于选通状态，从而具有最高等 级的亮度；反之，当全部都加上断开电压时，该单元即处于非选通 状态，从而具有最低等级的亮度；而当一部分子段处于导通状态、 另一部分子段处于断开状态时，根据断开和导通时间的长短，就可 以实现不同的灰度显示。这样，在每个子段的时间都是很小的时 候，从而实现高灰度级的显示。其缺点是时序关系复杂，电路开销 大，且受到OLED显示器不能响应过窄的脉冲宽度值的限制。子分场调制法：子分场调制法也是一种时间灰度调制的方式。如 前所述，在一定的时间范围内，点亮的时间越长，人眼对发光强度 的感觉也就越强。子分场调制技术就是利用人眼视觉上的这种暂留 特性，将OLED的点亮时间