OLED显示的理论基础及最新进展

OLED地原理OLED基礎理論之OLED種類新一代OLED顯示技術有機電致發光顯示器件基本原理與進展OLED的彩色化技術PM-OLED與LCD面板技術比較分析應用於顯示和照明的OLED技術淺談手機的新型顯示幕OLED教你如何辨別真偽OLED製作全彩色OLED器件採取的方案OLED顯示器顯示原理全彩色化主動式有機電致發光顯示技術的展望OLED基礎理論之OLED優缺點高分子聚合物OLED技術OLEDvsPLEDOLED的原理2006-3-2--------------------------------------------------------------------------------OLED(OrganicLightEmittingDisplay，中文名有機發光顯示器）是指有機半導體材料和發光材料在電場驅動下，通過載流子注入和複合導致發光的現象。其原理是用ITO透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經過電子和空穴傳輸層遷移到發光層，並在發光層中相遇，形成激子並使發光分子激發，後者經過輻射弛豫而發出可見光。輻射光可從ITO一側觀察到，金屬電極膜同時也起了反射層的作用。根據這種發光原理而製成顯示器被稱為有機發光顯示器，也叫OLED顯示器。OLED是如何發現的1979年的一天晚上，在柯達公司從事科學研究工作的華裔科學家鄧青雲（Dr.C.W.Tang）博士在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室。回到實驗室，他發現黑暗中有個亮的東西。打開燈，原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發光。這是怎麼回事？OLED研究就由此開始.鄧博士由此也被稱為OLED之父。OLED的技術特點與LCD相比，OLED具有主動發光，無視角問題；重量輕，厚度小；高亮度，高發光效率；發光材料豐富，易實現彩色顯示；回應速度快，動態畫面質量高；使用溫度範圍廣；可實現柔軟顯示；工藝簡單，成本低；抗震能力強等一系列的優點，因此它被專家稱為未來的理想顯示器。OLED的市場前景OLED具有超輕薄、全固化、自發光、回應速度快、溫度特性好、可實現柔軟顯示等特性，在各種領域有著廣泛的應用。OLED主要應用領域包括：家電及儀錶用段式顯示幕；新型攜帶型裝置如手機、數碼相機、PDA等的顯示終端，攜帶型電腦、壁掛式電視機的顯示終端電子書籍等新型柔軟顯示幕；對環境適應性要求較高的野外作業應用，如低溫環境等。業界普遍認為，OLED的產業化已經開始，今後3－5年是OLED技術走向成熟和市場高速增長的階段。國際上權威的平板顯示器市場分析公司StanfordResource認為，隨著在材料研究、生產工藝、成本控制、市場應用等方面的進展，2002年以後OLED市場的增長勢頭將會更大。2007年，OLED產品的市場規模可達31億美元。OLED基礎理論之OLED種類2006-3-3--------------------------------------------------------------------------------一般來說，OLED顯示器依驅動方式分為被動式（passivematrix，即PM-OLED）與主動式（activematrix，即AM-OLED）兩類，其電路設計原理如圖一所示。被動式適合用在小尺寸的面版，因為其瞬間亮度與陰極掃瞄列數成正比，所以需要在高脈衝電流下操作，會使圖元的壽命縮短。且因為掃瞄的關係也使其解析度受限制，但成本低廉、制程簡單是其一大優點。主動式恰與被動式特性相反，雖然成本較昂貴、制程較複雜（仍比TFT-LCD容易），但每一個圖元皆可連續與獨立驅動，並可記憶驅動信號，不需在高脈衝電流下操作，效率較高，壽命也可延長，適用於大尺寸、高解析度之高資訊容量的全彩化OLED顯示產品。被動式矩陣與主動式矩陣的電路原理新一代OLED顯示技術2006-3-2--------------------------------------------------------------------------------繼純平顯示器陸續取代我們現在所使用的傳統CRT之後，LCD也逐漸走近千家萬戶，然而，在顯示產品領域歷經了一場又一場的波瀾壯闊的革命之後，我們未來在顯示產品上又將會迎接什麼的技術革新，給我們帶來什麼顯示領域的新驚喜呢？這就是下文即將談到的下一代的平板顯示器OLED顯示技術。認識什麼是OLEDOLED即英文OrganicLightEmittingDiode的縮寫，中文譯作：有機發光二極體。自2003年開始正式有廠家把OLED技術應用在數碼相機、手機等數位產品的顯示幕幕上，更進一步推進其加速發展，OLED顯示器的製造和生產被各大廠家提上議事日程。從目前三星、LG、NEC等紛紛推出帶有OLED的顯示幕的手機就能看出OLED在顯示產品的應用上超越了LCD的產品。正是因為價格和成本控制非常優良，並且具備優秀的顯示效果而被很多人稱之為液晶（LCD）的殺手。OLED正是憑藉了某些特殊的碳基分子可以在電荷傳遞過程中發射出不同顏色的光作為基本的工作原理，把這些特殊材料聚合成高分子（塑狀），然後製成可用於顯示的材料。在OLED的生產上，被動短陣技術可以採用低資訊密度顯示設備，而對於電腦、電視等高資訊密度顯示設備就需要使用主動短陣技術了。具有優異性能的OLEDOLED是當前平板顯示器業界的新寵兒，很多公司都正在對此進行研發，並努力將該技術推向市場。這跟它所具有的優勢是分不開的，就以OLED跟現在的LCD螢幕比較起來，我們可以發現OLED確實存在諸多的優點：在機身外形設計上，OLED的顯示幕幕可以做得非常纖細，因為OLED器件的核心層厚度很薄，厚度甚至可以小於1毫米，這樣的厚度僅為目前液晶顯示器的1/3。所以它的厚度要比LCD屏更薄，更纖細。同時，由於OLED還可以在不同材質的基板上製造，令它在外形設計上可以做出各種各樣的彎曲形狀的柔軟顯示設備，來配合各種需要。此外，在OLED器件的單個圖元中，其尺寸可以相當小，並且還預留了很大的空間減幅潛力，令它特別適合應用在今後高速發展的微顯示設備中。我們都知道，液晶材料在比較低溫的環境中，它的顯示效果讓人痛心，不過OLED就沒有這個缺點，OLED的低溫特性尤其好，就算在-40℃的條件下也能正常顯示。除了可以應付嚴寒的環境外，OLED的抗衝擊能力也較強，由於OLED器件均為全固態機構，且採用無真空、液體物質，所以抗震性能良好，可以適應巨大的加速度、振動等惡劣環境，從而使OLED的應用範圍可以更加廣泛。OLED可以自身發光，而LCD則不會發光，這使得OLED比目前的LCD螢幕要光亮很多，並且對比度更大，色彩效果表現也較好。同時，OLED的發光轉化效率也較高，由於現時的LCD需要背景燈光來點亮，而OLED只是需要在添加點亮的單元的時候才加上電源，所以OLED所需要的電壓比較低，比號稱省電的LCD螢幕更加低功耗，更為節電。OLED的失真現象較小，不像現在的LCD螢幕，會有嚴重的水平和垂直的視角失真，由於OLED所具有的主動發光的特性，屬於發射型的設計，令它基本沒有視角範圍的限制，視角一般都可以達到1600以上，這樣在很大的角度內觀看，甚至從側面觀看也不會感覺失真。目前液晶螢幕主要的缺點還表現在它的回應時間較長，對於一些遊戲顯示等快速畫面的顯示會出現“拖影”的現象，而OLED就徹底解決了這個問題，這主要歸功於OLED器件的單個圖元的回應速度得到顯著提升，其速度是目前液晶材料元件的1000倍以上，完全可以實現高質素的視頻重播和3D遊戲顯示，可跟現在的CRT的回應速度相媲美。在重量方面，OLED的設計重量還要比LCD輕得多，因為在製造工藝上，OLED所需材料很少，它只有一個底層，製造工藝也相對簡單，只需要86道工序，而LCD卻要上200道，它對材料和工藝的要求都比LCD減少約1/3，成本將會更加低。據估計OLED量產時的成本要比LCD至少節省20%，這也是將來在顯示幕生產中，現有的LCD技術會被OLED技術所取代，在生產成本和產品性能上的優勢奠定了優厚的基礎。在現階段，OLED面臨的最大的缺點就是壽命比LCD要短，由於OLED只能達到約5000個工作小時，比起現在的LCD可以高達10000個工作小時要明顯遜色。在技術層面上能夠徹底解決這個難題目前仍較困難，而要縮短兩者的工作時間的差距，至少還需要4到5年的時間，這就迫使目前的OLED產品仍只能適合在一些不經常使用的設備上，譬如車載的DVD播放器、掌上電腦PDA、數碼相機、數碼攝像機、攜帶型影碟機等等的數碼產品，對於要真正廣泛應用在桌面型的電腦中，還需尚待時日，所以OLED目前還不太適合作為電腦的顯示輸出設備。此外，由於要適應電腦或者是電視機的顯示要求，OLED必須採用主動矩陣技術，這就使OLED不可避免地要面臨和主動矩陣液晶同樣的合格率偏低問題。OLED技術如何誕生？那麼OLED技術到底是什麼時候出現的呢？其實早在1987年，就已經有人開始對OLED進行研究。這是受聘了Kodak公司的汪根樣博士無意間發現的有機蓄電池所產生的發光現象，並從此開始了關於OLED的研究，為OLED技術邁出了第一步。作為出生在香港的汪根樣博士不愧是我們中國人的驕傲。後來汪根樣繼續研究發現：在小分子有機材料中，它們與金屬半導體類似，可以在電場的作用下產生發光現象，而且這些小分子的有機材料的電光轉換效率非常高。在電路控制下，OLED能快速地點亮和熄滅，每秒可操作60次，亮度很高，工作電壓卻非常之低。與此同時，在英國劍橋大學攻讀博士的JeremyBurroughes也在一年之後證明，大分子的聚合物也有場致發光效應。之後，Jeremy便與他的導師一起創建了劍橋顯示技術公司，同樣走上了研究OLED的道路，開闢了與Kodak公司截然不同的OLED研發路子。特殊的結構造就出OLED優異的性能OLED所具備的優異性能跟它的特殊結構的關係是密不可分的，在OLED顯示幕中，每個OLED單元猶如一塊多層的夾心餅乾，其中的發光材料就是夾在每個單元的中間，好比是餅乾中的餡料，每個單元都能受控地產生3種不同顏色的光，它的結構如圖2所示。在類型上，OLED與LCD一樣，分為主動式和被動式兩大類。被動方式下由行列位址選中的單元被點亮。主動方式下，OLED單元後有一個薄膜電晶體（TFT），發光單元在TFT驅動下點亮。主動式的OLED比較省電，但在顯示性能上，被動式的OLED的顯示效果會更佳。而OLED的關鍵元件包括了ITO導電玻璃、小分子有機材料、封裝相關材料、高純度金屬材料、低溫多晶矽TFT技術及驅動IC等等；而TFT-LCD需要玻璃基板、背光板、偏光板、彩色濾光片及液晶材料等。從材料的需要方面來說，TFT-LCD總的面板厚度約1cm左右，不過OLED的材料則僅包括1片約1.3mm的玻璃基板以及小於0.3mm的高純度金屬材料和ITO導電玻璃等，總厚度小於2mm，兩者相比，OLED的面板厚度只是TFTLCD的10%~20%，因此OLED不但比TFTLCD減少許多材料，也因此可以進一步降低生產成本，此外由於OLED與TFT-LCD的發光源不同，所以也減低了平板顯示幕在視角上的缺陷。OLED技術應用前景廣泛OLED技術除了用於我們日常熟悉的桌面電腦系統中之外，它的另一個應用就是用在微型顯示器上，這裏所說的微顯示器（Microdisplay）一般是指3.3cm以下的顯示器，它目前主要分為LCD和OLED兩大類。微型顯示這種小東西是針對在無線環境中，移動設備小得能裝在衣服口袋裏的設計，同時，如果使用這種小巧的OLED螢幕來欣賞大螢幕的DVD影片時，也無須擔心它的顯示面積過於狹小，只要給這類微顯示器配上一副虛擬的光學系統就可以迎刃而解了。該光學系統可以有單眼用和雙眼用兩種類型，單眼系統使用者在看顯示器的同時也能關注其他事物，但雙眼系統視覺效果更好。微型顯示的技術最早是應用在戰鬥機的飛行員當中，現在的發展趨勢是主要用在穿戴式電腦上。通過這種微型顯