OLED的显示原理及其发展前景

1、 Oled的显示原理及发展前景Oled display principle and development prospects姓名： 卢 浩 单位：北京化工大学电子 科学与技术专业 1001班Name: Hao LuBeijing University of Chemical Technology摘要随着生活水平的提高，消费电子产品的需求量越来越高，智能手机、平板电脑、显示屏等都需要屏幕显示，并且大家要求的图像颜色、清晰度等不断提高，更加促进光电行业的发展。OLED显示技术与传统的TFT-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，

2、而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显着节省电能。OLED 显示技术依驱动方式不同，分为无源驱动OLED(PMOLED)和有源驱动OLED(AMOLED)两种。作为一种新的显示技术，OLED 发展还面临着材料、设备、制程尚未成熟的制约。论文选择了OLED 显示原理及发展前景作为研究方向，收集和分析了大量的国内外关于OLED 显示原理及发展的资料和案例，阐述了国内外OLED 显示技术及发展的历程/现状，并在工作中对OLED 显示技术应用/工作原理/架构/主要制程进行研究，总结国内外OLED 显示技术应用/发展现况，展望国内OLED 显示技术发展机遇。关键词：Oled显示技

3、术；原理；发展前景； 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；目录1.1 论文研究的背景及意义 ·······················11.2 OLED 显示技术的发展

9、状况 ····················11.3 OLED 显示原理及其分类··························21.

10、4 OLED 显示技术的特点·······················31.4.1 OLED 显示技术的优点 ·····················31

11、.4.2 OLED 显示技术的不足 ·····················41.5 OLED 显示技术发展前景······················4 1.5.

12、1 OLED 显示技术发展难点···················41.5.2 OLED 显示技术应用前景···················51.6总结·····&

13、#183;·························51.7 参考文献······················

14、3;·····66 1.1论文研究的背景及意义随着生活水平的提高，消费电子产品的需求量越来越高，智能手机、平板电脑、显示屏等都需要屏幕显示，并且大家要求的图像颜色、清晰度等不断提高，更加促进光电行业的发展。OLED显示技术与传统的TFT-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，并且能够显着节省电能。OLED 显示技术依驱动方式不同，分为无源驱动OLED(PMOLED)和有源驱动OLED(AMOLED)两种。与之相比，AMOLED

15、 具有更多的优势，如采用TFT 基板作为显示基板，理论上可以做任意大的彩色OLED 面板，并且可以实现OLED电视、超薄显示和柔性显示等。但是作为一种新的显示技术，OLED 发展还面临着材料、设备、制程尚未成熟的制约，OLED 是一种自发光显示技术，因此OLED 屏上长期点亮的地方时间一长亮度就容易降低，而别的地方可能还很好。而且OLED 封装时特别怕水，大尺寸OLED 良品率低，OLED 寿命通常只有5000 小时，要低于TFT-LCD 至少1 万小时的寿命且存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩,这些难题也是制约该产业发展的关键。1.2 OLED 显示技术的发展状况早在 20

16、 世纪60 年代，Pope 等人首次报道了蒽单晶的电致发光现象，揭开了有机发光器件研究的序幕,但由于当时获得的亮度和效率均不理想，而未获得广泛的关注。1987 年，美国柯达公司邓青云博士等报道了以真空蒸镀法制作出含电子空穴传输层的多层器件，获得了亮度大于1000cd/m2、效率超过1.5 lm/W、驱动电压小于10V 的发光器件，这种器件具有轻薄、低驱动电压、自主发光、宽视角、快速响应等优点，因此得到了广泛的关注。1990 年，英国剑桥大学Cavendish 研究室的R. H. Friend 等人以旋涂的方法将聚合物材料聚对苯撑乙烯作为发光材料制备发光器件，开创了聚合物在有机发光领域的应用。这

17、项研究进一步促进了有机发光显示器件的研究，应用更加广泛、性能更加优越的器件报道不断涌现。1993 年曹镛等人报道的柔性OLED 显示屏和1994 年Kido 等人制备的白光OLED 器件均具有开创性的意义。1997 年，日本先锋公司率先推出OLED 车载显示器并实现了产业化。1998 年，普林斯顿大学的Forrest 等将磷光材料掺入发光层，获得外量子效率5%的器件。这项研究证明OLED 可突破内量子效率25%的限制，使得有机发光器件的效率有望大幅提高。2003 年，Novaled 公司制备了PIN 结构的磷光器件，在提高发光效率的同时增强了电荷的注入能力，使得器件的效率大幅提高，同年在SID

18、 会上，索尼和奇美分别推出了24 和20 英寸TFT OLED 样品及柯达推出第一部使用OLED 显示器的数码相机。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 材料蒸镀形成的17 英寸OLED 显示屏；2005-2006 年，研究焦点集中在高效率白光器件上。柯尼卡美能达技术中心成功开发了初始亮度1000cd/m2、发光效率64lm/W、亮度半衰期约10000 小时的OLED 白色发光组件；2006 年，韩国三星电子在IMID 大展中，展示了2.4 英寸QVGA 分辨率的AM-OLED 手机屏产品；而台湾奇晶开发出以LTP

19、S TFT 主动式矩阵OLED 技术制成的尺寸达25 英寸的OLED 电视显示器面板； 2007 年初，奇晶光电正式宣告量产AMOLED 产品，并已开始在市场上出售小尺寸(2.0-2.7 英寸)显示器；同年SID 会议上，Sony 展出了技术成熟的11 吋OLED电视；同时，SONY 还展示了号称业界首款，采用可挠式塑料基板(flexible plastic substrate) 的全彩主动矩阵OLED 显示器的原型机。目前，全球已经有 100 多家的研究单位和企业投入到OLED 的研发和生产中，包括目前市场上的显示巨头，如三星，LG，飞利浦，索尼等公司。整体上讲，OLED的产业化目前已经开始

20、，其中单色，多色和彩色器件已经达到批量生产水平，大尺寸全彩色器件目前尚处在研究开发阶段。整体上看 OLED 的应用大致可以分为3 个阶段。11997 年2001 年，OLED 的试验阶段。在这段时期OLED 开始逐渐走出实验室，主要应用于汽车音响面板，PDA 及手机方面。但产品很有限，产品规格少，均为无源驱动，单色或区域彩色，很大程度上带有试验和试销的性质，2001 年OLED 的全球销售额仅约为1.5 亿美元。22002 年2005 年，OLED 的成长阶段。在这段时期人们开始逐渐接触到更多带有OLED 的产品，例如车载显示器，PDA，手机，数码相机，DC，头戴显示器等。但主要以10 寸以下

21、的小面板为主，10 寸以上的面板也开始投入使用。32005 年以后，OLED 开始走向一个成熟化的阶段。08 年后这种成熟化更会加速，包括技术，市场，都将在市场的带动下突飞猛进。大尺寸及使用寿命将成为今后OLED 技术的主要突破方向。 1.3 OLED 显示原理及结构 OLED，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）。OLED器件的结构如下图所示。在外界电压的驱动下，由阴极诸如的电子和阳极诸如的空穴分别从电子传输层和空穴传输层向有机发光层迁移，在有机层

22、中复合，释放能量，有机发光物质分子受到激发，跃迁到激发态，受激分子从激发态回到基态时产生发光现象。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。 OLED (Organic Light Emitting Display)结构如图所示分类：OLED的驱

23、动方式分为主动式驱动(有源驱动AMOLED)和被动式驱动(无源驱动PMOLED)。被动矩阵OLED（PMOLED）PMOLED具有阴极带、有机层以及阳极带。阳极带与阴极带相互垂直。阴极与阳极的交叉点形成像素，也就是发光的部位。外部电路向选取的阴极带与阳极带施加电流，从而决定哪些像素发光，哪些不发光。此外，每个像素的亮度与施加电流的大小成正比。PMOLED易于制造，但其耗电量大于其他类型的 OLED，这主要是因为它需要外部电路的缘故。PMOLED用来显示文本和图标时效率最高，适于制作小屏幕（对角线2-3英寸），例如人们在移动电话、掌 上型电脑 以及MP3播放器上经常能见到的那种。即便存在一个外部

24、电路，被动矩阵OLED的耗电量还是要小于这些设备当前采用的LCD。主动矩阵OLED（AMOLED）AMOLED具有完整的阴极层、有机分子层以及阳极层，但阳极层覆盖着一个薄膜晶体管（TFT）阵列，形成一个矩阵。TFT阵列本身就是一个电路，能决定哪些像素发光，进而决定图像的构成。AMOLED的耗电量低于PMOLED，这是因为TFT阵列所需电量要少于外部电路，因而AMOLED适合用于大型显示屏。AMOLED还具有更高的刷新率，适于显示视频。AMOLED的最佳用途是电脑显示器、大屏幕电视以及电子告示牌或看板。1.4 OLED 显示技术的特点现在，巳经实际应用的电子显示技术主要有以下几种：即阴极射线管(

25、CRT)、液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、无机电致发光器件(无机EL)、等离子体放电显示屏(PDP)、真空萤光管(VFD)、电场激发发光(FED)；1.4.1 OLED 显示技术的优点：相较于LED或LCD的晶体层，OLED的有机塑料层更薄、更轻而且更富于柔韧性。OLED的发光层比较轻，因此它的基层可使用富于柔韧性的材料，而不会使用刚性材料。OLED基层为塑料材质，而LED和LCD则使用玻璃基层。OLED比LED更亮。OLED有机层要比LED中与之对应的无机晶体层薄很多，因而OLED的导电层和发射层可以采用多层结构。此外，LED和LCD需要用玻璃作为支撑物，而玻璃会吸收一部分光线。

26、OLED则无需使用玻璃。OLED并不需要采用LCD中的逆光系统（请查阅LCD（液晶显示）工作原理）。LCD工作时会选择性地阻挡某些逆光区域，从而让图像显现出来，而OLED则是靠自身发光。因为OLED不需逆光系统，所以它们的耗电量小于LCD（LCD所耗电量中的大部分用于逆光系统）。这一点对于靠电池供电的设备（例如移动电话）来说，尤其重要。OLED制造起来更加容易，还可制成较大的尺寸。OLED为塑胶材质，因此可以将其制作成大面积薄片状。而想要使用如此之多的晶体并把它们铺平，则要困难得多。OLED的视野范围很广，可达170度左右。而LCD工作时要阻挡光线，因而在某些角度上存在天然的观测障碍。OLED

27、自身能够发光，所以视域范围也要宽很多。1.4.2 OLED显示技术的缺点1、寿命通常只有5000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。4、制造OLED的造价目前还比较高。5、防水OLED如果遇水，很容易就会损毁。1.5 OLED 显示技术发展前景 1.5.1 OLED 显示技术发展难点我们有幸生活在一个显示技术革命的时代，自从1979年柯达公司华裔研究员邓青云发现了有机电致发光现象以来，OLED技术得到了长足的发展，它被科学家们程之为未来显示技术的明星，这是由于OLED的

28、性能远远超过了LCD,PDP。但是，这项技术仍然有很多的难点，站在发展的角度，我认为OLED技术尚存在以下问题亟须解决：1. 尺寸问题：按照驱动方式，小分子OLED可分为PM-OLED和AM-OLED，无源OLED尺寸上无法做大，有源OLED可以做到一定大尺寸的面板，其TFT基板一般有非结晶硅、低温多晶硅和OFTT三种，就目前来看，大尺寸的AMOLED主要采用a-Si作为TFT基板，而a-Si-TFT本身由于其阈值电压飘移以及自身衰减等问题导致面板亮度不均匀成为其量产的最大障碍。2. 寿命问题：目前市场上见到的手机副屏的寿命一般在30005000小时左右，对手机来讲已经可以满足其寿命要求，但是

29、对TV终端显示却差得很远，当然，随着材料提纯技术的发展，寿命问题也会逐步得到解决。3. 工艺问题：就目前来看，OLED量产工艺还不是很成熟，产品的良率不高。三星、先锋、LG这三家公司可以说是目前OLED产品的最大供货商，但他们的产品也仅限于小尺寸的手机面板、mp3面板、数码相机面板等领域。4. 知识产权问题：小分子OLED核心专利主要为柯达公司所掌握，而该公司在知识产权授予方面并不积极，这给OLED生产商造成了一定的困难。在这方面，CDT所掌握的高分子PLED技术比柯达公司要好。并且，很多专家认为，应用喷墨打印技术的PLED在大尺寸方面具有很大有先天优势，目前量产技术也不成熟。5.成本问题：由

30、于目前TFT-IC驱动不能代替OLED专用IC,成本上有所增加。 1.5.2 OLED 显示技术应用前景 1、OLED屏幕MP3、MP4 OLED显示技术目前已经广泛运用到MP3、MP4当中，在面板的设计上，出现了多彩背光设计，在此基础上进一步发展，已经有部分区域开始采用彩色OLED面板。2、OLED屏幕手机手机屏幕运用OLED已经开始尝试，但并未部分广泛应用的阶段。三星面板公司已经将主动式OLED(AMOLED)屏幕运用于手机当中。多款带有AMOLED显示屏的手机已经在市面上销售，显示精度较高，比如三星多款就采用的是AMOLED屏幕。现在，三星和LG都推出了柔软的OLED屏幕，配合内部芯片的柔软化改造，手机已经能出现可以小角度卷曲的手机，并且将更加超