oled显示技术特点分析图_OLED显示技术特点分析

在众多平板显示技术中，如果用一种简单的方法分类，可以分为非自发光和自发光两大类。比如目前生产技术比较成熟的液晶显示器，就属于非自发光平板显示技术，但是液晶显示器需要一个靠背模块来发光，耗能很大，这也是其为人诟病的地方。因此，无需靠背模块即可显示图像的“自发光”显示技术成为显示行业一直大力发展的关键技术，其中“有机发光二极管”(有机发光二极管)最受欢迎。

进化有机发光二极管属于EL(电致发光器件)领域，是一种自发光显示技术。它主要是在具有发光特性的半导体器件中施加电流，注入载流子，达到发光效果。根据发光特性，EL的半导体成分属于有机化合物材料或无机化合物材料，可分为有机EL(有机EL)和无机EL(无机EL)。其中，有机EL又称有机发光二极管，是目前发展较快的一种显示器。一般认为有机EL显示器在分辨率和使用寿命上有优势，而无机EL显示器在色彩上表现更好。

这种有机EL显示技术起源于1963年Pope和Kallmann在蒽分子单晶上施加高压电流时产生的发光现象。1987年，柯达实验室用蒸镀法制作了具有电子空穴传输层的有机薄膜模块。该模块的外量子效率为1%(亮度1000cd/m)，在特性大幅提升的情况下备受关注。另一方面，剑桥大学使用分子聚合物作为有机发光二极管的发光材料，黄色和绿色，量子效率为0.05%。由于其巨大的发展潜力，CDT(剑桥显示技术)得以建立，由其开发的有机发光二极管相关技术也被称为PLED。

近年来，越来越多的厂商投入到有机发光二极管元器件的研发中，研发速度发展相当迅速。1993年，先锋宣布开发出10万cd/m2的高亮度绿色面板，外量子效率达到3.8%。1995年，16*16像素产品研制成功，TDK小型全彩屏成果发布会召开。同年，聚合物有机电致发光模块也展示了小面板的成果发布会，其产业发展速度令人瞩目。探究主要原因，应该与其自身特点有很大关联。如果对其特点进行总结，可以分为以下几点：

1.在有机发光二极管工艺中，不需要制造长晶体和晶粒，而是大面积的镀膜工艺，所以制造工艺更容易，投资金额也比TFT-LCD低很多(背光滤色片占TFT-LCD成本的1/4，有机发光二极管不需要背光，所以成本更低)。

2.有机发光二极管适合在汽车、工业显示器等耐冲击性高、温度范围宽的地方使用，具有柔性(聚合物优于小分子)。

3.可视角度超过170度，反应速度优于TFT-LCD和STN-LCD，所以在动作画面的呈现上表现更好。

4.有机发光二极管不需要背光，所以面板的厚度可以薄到2mm。此外，低电压驱动(5英寸试片功耗仅为4W)和良好的发光效率(先锋窗彩有机发光二极管产品为16lm/W)相当适合未来大尺寸的发展方向。

有机发光二极管的发光原理和结构与LED的发光原理和显示驱动方式非常相似。电子和空穴主要通过电流从正极和负极发射出来，注入到两个电极之间的有机薄膜区域(阳极采用ITO导电玻璃模具，阴极采用Mg、Al、Li等金属)，产生发光现象(发光颜色取决于有机发光层的材料)。有机薄膜区包括电子传输层、有机发光层、空穴传输层和空穴注入层。有些厂商加入“空穴传输层”来增加高效发光现象，在负极和发光层之间加入“电子传输层”来增加有机材料的发光亮度和量子效率，降低启动电压。

图一、有机发光二极管内部主要结构

有机电致发光器件根据所使用的有机薄膜材料大致可以分为两类，即基于分子的器件和基于聚合物的器件。小分子组分由染料和颜料组成，分子量一般几百，而高分子组分由共轭聚合物组成，分子量高达几万到几百万。其中小分子有机电致发光器件称为有机发光二极管，高分子有机电致发光器件称为PLED。

表一、小分子组分和聚合物组分的特性比较

以上两种体系各有利弊。有机发光二极管使用低分子量染料和颜料作为材料，主要技术是通过真空蒸发在玻璃上蒸发有机化学材料。因其易着色、自动蒸发工艺技术成熟、易与材料合成提纯等特点，更多厂家投入。

PLED中以共轭聚合物为材料，工艺上涂有有机化学物质，能否稳定获得材料是最大的关键技术。PLED在工艺上类似于半导体工艺，所以量产能力优于有机发光二极管。如果PLED的良率达到一个稳定的水平，就会在成本上获得很大的优势。

全色和驱动模式有机电致发光平板显示器可分为单色、多色和全色。多色主要由几个单色显示区域组成，每个区域还是单色。全彩显示就有机发光二极管技术而言还是很难的，但只有当全彩显示(大尺寸)可以和LCD媲美时，才是所有投资厂商不得不面对的目标。

有机发光二极管的驱动方式可分为无源矩阵(PMOLED)和有源矩阵(AMOLED)。由于无源有机发光二极管架构相对简单(有源有机发光二极管架构需要低温多晶硅技术)且生产成本相对较低，商业化步伐相对较快(开发尺寸大多在5英寸以下)，手机在应用产品初期仍占最大比重(见图2)。然而，有源有机发光二极管架构具有低功耗和高分辨率的潜在优势，可用于开发适合大尺寸(多晶硅TFT中电荷移动更快，更容易获得一致的驱动，这对于大尺寸面板尤为重要)或强调性能差距的产品(预计2002年推出商用产品)。此外，整流器对有机发光二极管也很重要。有源有机发光二极管结构的每个像素由独立的TFT电路驱动。因为整流器比无源有机发光二极管架构好，所以不容易漏电。

图二、被动有机发光二极管应用市场分析

目前，有机发光二极管全彩色显示技术有三种，包括光色转换法、滤色片法和独立发光材料法。因为有机发光二极管全彩显示技术还在发展中，以上三种方法都不是最终的解决方案。CCM阵列蓝色有机发光二极管主要以蓝光为光源，通过光色转换膜将光色转换为红、绿、蓝三色光。虽然蓝光发光材料不需要制作相应的像素图案，但是光色转换膜需要制作相应的像素图案。这种方法的转化率是一个重要的关键(光输出可以达到30%)，光输出拥有相关技术的专利权。虽然这种方法优于滤色片法，但其发光效率更好。具有彩色滤光片阵列的白色有机发光二极管使用白色作为背光材料，并通过类似于LCD的彩色滤光片来实现全色效果。这种全彩方式最大的优势是可以直接套用LCD的彩色滤光片，其技术关键在于白光光源的纯度(这也是目前最大的瓶颈)和彩色滤光膜的成本，TDK是主要的参与厂商。

蓝绿色红色EL方法是在像素中精确地涂覆三种发光材料。小分子发光材料采用热蒸发和金属掩膜技术，高分子发光材料采用旋涂或喷墨印刷的方法。该方法涉及的厂商有先锋、NEC、三洋、东芝、环球显示、精工-爱普生等。总的来说，这种方法的问题在于红色材料的纯度和寿命，而聚合物有机发光二极管存在RGB定位的问题。此外，掩模有其尺寸限制，这是有机发光二极管尺寸今后向大型化发展必须解决的重要问题。另外，在精细度上，这种方式略逊于另外两种方式，但发光效率更好，所以仍然是厂商最常用的主流方式。

厂商的投入都在以上两个材料体系：小分子有机电致发光器件(有机发光二极管)和聚合物有机电致发光器件(PLED)。目前小分子器件的技术由日本厂商(三洋、先锋)和柯达掌握。高分子模块技术方面，飞利浦和Unax都是从CDT转移过来的。

两年前，柯达担心PLED未来的发展速度会超过有机发光二极管，因此改变了在专利权问题上的保守态度。目前已授权全球八家公司，包括东北先锋、日本精工、三洋、TDK、日本罗门(前几天刚授权)、东源激光、瑞博和一家美国公司，在有机发光二极管R&D投资生产。获得柯达授权后，先锋开始加速有机发光二极管的研发。目前拥有被动式和多彩汽车音响面板产品。去年还接到了摩托罗拉手机面板(被动)的订单，多家国际厂商相继推出了许多相关产品。

国内厂商方面，平均技术比日本厂商落后三年左右。目前正式公布在台面上的有热宝、东源激光、光磊、优晶科技、PLED等厂商。其中，热宝动作较快，已有少量产品出货。东源激光近日与美国伊士曼柯达公司签约，获得授权。光磊宣布与材料科学技术研究所合作开发了2.5英寸和3.3英寸有机发光二极管面板。以ITRI团队为核心的优景科技，由于拥有材料净化、蒸发、封装、测试等自有技术，不存在相关专利技术授权问题。目前，基板尺寸为100mm * 100mm(最大可调整到200mm * 200mm)的有机发光二极管试产线已经搭建完成，少量样品已经投入试产。预计明年会进行少量量产。韩立光电与英国CDT签约，建立生产线小批量生产PLED。

结论随着科学技术的快速发展，轻、薄、高质量的平板显示器将成为显示器的主流。目前，LCD仍然是最成熟的显示技术。但由于自然光、广视角、制造工艺简单、温度稳定等优势，有机发光二极管很有机会成为下一代中小尺寸显示器的主流。