OLED顯示技術的最新研究進展

    OLED技術的推陳出新一直沒有停止過，2006年，整體矩陣尋址(Total Matrix Addressing，TMA)OLED技術由劍橋顯示器科技推出，據(jù)稱結合了TMA解決方案的小型被動式數(shù)組顯示器，可降低至少50%的功率消耗，或者在相同的功率消耗下，得到二倍的顯示亮度。

    在TMA技術發(fā)表之前，大型OLED顯示器只能用主動式矩陣(AM)技術結合一種昂貴的薄膜晶體管(TFT)才能實現(xiàn)。被動式矩陣(PM)顯示器是由更便宜的外部芯片所驅動，但一向受限于更小的屏幕尺寸。

    TMA是一種可以被包含驅動器芯片，把主動式矩陣功能帶到被動式矩陣顯示器的技術。TMA降低了在被動矩陣顯示器中一給定畫素數(shù)的功率消耗并增強面板的壽命。

    透過TMA技術，生產(chǎn)商提供了一種極具競爭力的替代方案使被動式矩陣顯示器技術拓展到主動式矩陣領域的能力，做法是降低功率消耗或以相同的功率，來增加亮度或提高分辨率。此外，TMA也可以運用被動矩陣驅動器的尋址功能來擴大面板尺寸的范圍。TMA驅動系統(tǒng)適用于聚合物和小分子OLED兩種顯示器。

    同年，彩色OLED“電子紙”取得新突破——LG.Philips LCD借助非晶硅(a-Si)技術研發(fā)成功全球首款全彩色、可變形、主動矩陣(AM)、有機致電發(fā)光二極管(OLED)顯示設備。

    這款新的OLED“電子紙”長4英寸，分辨率為320×240QVGA，可顯示16770000種色彩，其150μm的厚度與人的頭發(fā)絲相差無幾，并采用了一層不銹金屬基板，以保證其可用性和抗熱性，再結合新的生產(chǎn)工藝a-Si，整體穩(wěn)定性大為提高。

    LG.Philips LCD是與美國環(huán)宇顯示技術公司(UDC)合作開發(fā)這種新型顯示設備的，而后者握有磷光OLED技術的原始專利權。

    2006年5月，LG.Philips LCD率先研發(fā)出14.1英寸(A4紙大小)的單色電子紙顯示設備，后又推出了其彩色版本。全彩色可變形AM OLED顯示設備。

    2007年，顯示技術又有新突破：索尼公司開發(fā)出了其自稱為業(yè)界首款采用可折迭塑料底層的全彩色有源矩陣有機LED顯示器，并在國際信息顯示學會的會議上展示了這一產(chǎn)品的原型。

    在實驗室開發(fā)過程中，索尼的工程師先是開發(fā)了一個在玻璃底層上構建有機薄膜晶體管背板的制程，然后在現(xiàn)實中將同樣的結構復制到塑料薄膜上。該制程的溫度不到180℃。索尼采用了C22H14并五苯材料來構建活動性為0.1cm2/Vs的有機晶體管。

    該產(chǎn)品原型是一個2.5英寸的顯示器，具有120×160像素和8位灰度級，以便實現(xiàn)全1680萬色的彩色效果。該顯示器的分辨率為80像素/英寸（每像素大小為318μm×318μm），每個亞像素（紅、綠或藍色）都由一個雙晶體管單電容器PMOS電壓編程電路來驅動，幀率為60Hz，信號電壓12V。

    索尼在這種OLED顯示器上采用了頂部發(fā)光結構，即將驅動晶體管置于底部，從最頂?shù)腛LED層發(fā)光。這種顯示器包括了電極層、有機TFT層、OLED層和陰極層，各層之間由有機絕緣體隔開。據(jù)稱這種結構可以讓工程師在制作有機TFT層之前制作電極層，而不會損壞半導體層。

    柔性OLED顯示技術

    柔性OLED顯示一直是顯示技術領域的最熱門的研究課題之一。OLED相比其他柔性顯示器具有更多優(yōu)點：它是自發(fā)光顯示、響應速度快、視角寬，由有機材料制備，彎曲能力強等。因此對顯示效果要求高的便攜產(chǎn)品和軍事等特殊領域有非常廣泛的應用。

    柔性顯示需要解決的主要問題是電極層以及有機層的附著性能、基板的氣密性、封裝和驅動技術。目前，已有CDT、UDC、Samsung、Pioneer、SONY和我國清華大學等試制了高分子和小分子OLED軟屏樣品，有源驅動技術和薄膜封裝技術的應用也極大地豐富了柔性顯示的色彩和延長了OLED的壽命。在2007SID展會上，SONY公司首次推出了TFT驅動的2.5英寸柔性OLED樣品，實現(xiàn)了約1670萬色的全彩顯示，像素尺寸為318μm見方，精細度為80ppi，實現(xiàn)了最高的精細度。

    由于OLED對于水、氧非常敏感，如何避免這兩種氣氛對器件的影響是柔性OLED發(fā)展的首要因素。研究表明，OLED要求水汽的滲透能力在10～5g/m2/day以下，但傳統(tǒng)的金屬或玻璃封裝不適合柔性器件的封裝，如何避免水、氧對器件的影響是柔性OLED發(fā)展的主要課題。Vitex公司利用聚合物無機材料交替復合薄膜(PML)阻隔水氧，其開發(fā)的軟屏基板產(chǎn)品具有與玻璃相媲美的阻隔效果。日本先鋒公司計算，利用這種技術封裝的器件，在1000cd/m2的起始亮度下，最長壽命可超過5000小時。不過現(xiàn)階段由于OLED軟屏的封裝技術還遠未成熟，因此柔性OLED顯示技術還處于基礎研究階段。

    我國內(nèi)地的研發(fā)單位和企業(yè)敏銳地捕捉到了這次機會，投入了大量的人力、物力和財力，取得了很好的研究成果。目前我國大陸在OLED研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面所取得的成就主要有：清華大學開發(fā)出非摻雜體系的紅色熒光主體材料，色坐標為(0.65,0.35)，初始亮度1000cd/m2下壽命超過1.5萬小時；吉林大學率先開展了三線態(tài)磷光材料的性能研究；中科院長春應化所設計合成的綠光、紅光和藍光銥配合物的磷光材料，發(fā)光效率分別達到了57.9cd/A(57.4lm/W)、50.0cd/A(45.2lm/W)和16.2cd/A(14.0lm/W)，達到先進水平；華南理工大學率先采用噴墨和旋涂新工藝研制出全彩色高分子發(fā)光示屏，像素96×(3)×64；長春光機物理所與維信諾公司合作開發(fā)了a-Si OLED的320×240點陣彩屏；南開大學采用金屬誘導技術、吉林彩晶采用激光退火技術研發(fā)了2英寸p-Si 160×128點陣彩屏；南開大學與香港科技大學合作開發(fā)了金屬誘導的5英寸p-Si 320×234點陣彩屏；北京京東方公司進行了2英寸a-Si 176×220點陣AMOLED的開發(fā)。

    產(chǎn)業(yè)方面，目前維信諾公司在昆山建設的國內(nèi)第一條PMOLED生產(chǎn)線，基板尺寸為370mm×470mm；信利半導體開發(fā)出可在短時間內(nèi)測試OLED壽命、判斷生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性的OLED壽命測試方法；上海廣電電子公司之前基本完成了OLED關鍵技術的研究和生產(chǎn)技術的集成，實現(xiàn)了OLED屏及模塊的小量生產(chǎn)和銷售，開發(fā)了3.5英寸的全彩LTPS TFT-OLED，亮度達到250 cd/m2；吉林環(huán)宇公司與荷蘭OTB公司簽定了兩條PLED生產(chǎn)線設備的購買合同，計劃生產(chǎn)1.1英寸(PM)和2.6英寸(AM)兩款全彩色PLED顯示屏，生產(chǎn)能力600萬片/年。

    從技術上分析，OLED與液晶技術相比，具備面板結構簡單、厚度薄、對比度高、響應速度快、溫度適應范圍寬等特性。而液晶技術近期的進步也正瞄準了這些方面，縮小了技術差距。而從生產(chǎn)而言，OLED的有機發(fā)光材料一直存在壽命問題，特別是在彩色OLED面板中，RGB三色采用不同的有機發(fā)光材料，亮度衰減周期不同，這就會導致顯示屏在使用過程中發(fā)生色彩變化。此前，全彩OLED顯示元件的壽命基本在2萬多小時左右，只能使用在手機等移動設備上，而無法應用于電視等主流平板顯示領域（通常認為，電視屏幕應該具備5萬小時的顯示壽命）。

    OLED技術要如何應對挑戰(zhàn)呢？愛普生、索尼等公司也用一系列技術進步給出了答案——OLED將繼續(xù)自己在顯示性能上的領先地位，并迅速彌補壽命、產(chǎn)品化等不足，再次顯示出OLED作為下一代顯示技術核心代表的地位。

    目前液晶產(chǎn)品對于超薄顯示器的技術開發(fā)也有極為顯著進步，隨著玻璃基板厚度的降低，目前最新的樣品厚度已經(jīng)可以達到1mm以內(nèi)。但如果OLED采用同樣的玻璃基板，厚度還能繼續(xù)降低，在這個指標上會一直領先于液晶。

    技術進展為OLED的未來鋪平了道路。2007年全球OLED產(chǎn)值接近8億美元，相較于2006年成長率超過50%，是所有平板顯示設備中成長最快的領域。隨著產(chǎn)品化的開始，未來幾年OLED營收將會大幅成長。在尺寸方面，2008年仍以11英寸產(chǎn)品為主，到了2011年OLED將擴大到30英寸產(chǎn)品以上，主流產(chǎn)品仍是以11英寸，預估其銷量可望達到100萬臺以上、20英寸銷售量為89萬臺、32英寸TV則是5萬臺左右。由于投資龐大而且周期很長，OLED的研發(fā)已經(jīng)變成了一些技術巨人間的游戲。并且有趣的是，無論索尼還是愛普生，都在液晶顯示技術領域擁有深厚的技術積累和出色的市場份額。2008年北京奧運會開幕式上的OLED令人為之驚艷。相信從現(xiàn)在開始，會越來越多地在身邊看到OLED的身影。我們期待著這種纖薄、亮麗，甚至可以彎曲的顯示設備讓明天的世界更加絢爛多彩。

    另附OLED基本資料：

    有機發(fā)光二極管（Organic light-emitting diode, OLED）器件具有厚度薄、功耗低、能夠顯示亮度高和色彩鮮艷的圖像等優(yōu)點，并具有對任何物體進行全彩色顯示的能力。

    OLED顯示原理

    一個OLED器件由位于金屬電極之間的一個或多個有機夾層構成，其中一個夾層必須是透明的。有機夾層是一個高度無序的非結晶薄膜，通常表現(xiàn)為不同分子能級——占據(jù)分子軌道的最高能級（HOMO）和不占據(jù)分子軌道的最低能級（LUMO）。發(fā)射電子的陰極應該具有低工函數(shù)，這使得它的能量約束在低能級上：在陰極和LUMO之間的良好能量匹配意味著當發(fā)射電子時沒有太多的能量損失。

    由于兩個電接點之間費米能級的對稱，OLED電極之間在熱平衡和零偏置時存在一個固有電勢差。當電荷在OLED電極間移動時，HOMO和LUMO是位置的函數(shù)。當電子和空穴從一個點向另一個點躍遷時，它們有時會到達同一個位置，并因此形成激發(fā)態(tài)，或激發(fā)性電子空穴對。通過選擇合適的材料，這種大量的電子空穴對的激發(fā)會通過發(fā)射光子產(chǎn)生光。發(fā)出光的顏色取決于所用的特殊有機材料。

    OLED的類型

    在所有正在開發(fā)的技術中，可能會很難區(qū)分哪些技術能夠真正實用。目前，OLED器件的實用化制造技術存在兩種不同的工藝：一種是采用高分子有機聚合物，另一種是采用低分子有機聚合物。

    高分子聚合物OLED（或者稱為PLED）器件可以使用旋轉涂覆，光照蝕刻，以及最終的噴墨沉積技術來制造。一旦噴墨沉積和塑料襯底技術得以成熟，PLED顯示器件將可以被任意定制來滿足各種尺寸的需求。

    低分子聚合物OLED（或稱為SMOLED）器件可以使用真空蒸鍍技術制造。小的有機分子被裝在ITO玻璃襯底上的若干層內(nèi)。與基于PLED技術的器件相比，SMOLED不僅制造工藝成本更低，可以提供全部262000種顏色的顯示能力，而且有很長的工作壽命。

    不像STN或TFT LCD，OLED是自發(fā)光器件，它們直接發(fā)射光而不是阻擋光。OLED自發(fā)光的特點使得它們在黑暗環(huán)境下有極好的視角和顯示特性。由于每個像素自己都會發(fā)光，OLED不會有任何通過在包含“暗點”像素區(qū)域的偏光器而形成的對比度降低漏光現(xiàn)象。OLED典型的對比度大于1000:1，在這個對比度下的視角接近±90°。由于無須背光，相當厚的背光部件就不需要了，這使得OLED的機械厚度比LCD要薄。相比較而言，當從垂直顯示平面的角度進行測量時，TFT LCD的典型對比度大約是500:1。由于LCD依賴偏光器的方向來影響視角，所以當觀看角度遠離垂直角度時對比度下降得特別快。TFT LCD的視角是在對比度超過10:1的情況下定義的，這個角度通常從垂直到大約60°的位置。

    OLED的特征

    OLED顯示器件的自發(fā)光特性在某些情況下會成為不利因素。因為OLED不會像LCD那樣控制反射光，所以在直接的日光照射下會變得更模糊。目前正在應用的全彩色OLED技術可以使它的峰值亮度達到大約150cd/m2。當OLED用在沒有遮擋的日光直接照射下時，耀眼的日光使即使是最亮的顯示都無法識別。

    LCD的響應時間是與溫度相關的，當溫度降低到0℃以下時，它的響應速度會變得相當慢。而OLED的響應時間幾乎不受溫度的影響，當溫度達到-20℃時，仍然能夠具有10ns以下的響應時間。OLED也不會像LCD那樣在高溫時失去顯示能力。一旦LCD達到一定的溫度，LC的流動性就不再保持高度有序的結構，也就失去了阻光的能力。

    OLED的應用

    電池供電的應用將從OLED技術中直接受益。既然OLED無須背光，那么它就比LCD消耗更低的能量，因為LCD中的大部分能量是由背光消耗的。由于OLED僅僅點亮需要顯示信息的像素，所以OLED消耗的能量直接受屏幕上顯示內(nèi)容的影響。相反，當LCD打開的時候，即使是無須顯示的區(qū)域，也需要背光持續(xù)點亮整個面板。