OLED显示技术的最新研究进展

    OLED技术的推陈出新一直没有停止过，2006年，整体矩阵寻址(Total Matrix Addressing，TMA)OLED技术由剑桥显示器科技推出，据称结合了TMA解决方案的小型被动式数组显示器，可降低至少50%的功率消耗，或者在相同的功率消耗下，得到二倍的显示亮度。

    在TMA技术发表之前，大型OLED显示器只能用主动式矩阵(AM)技术结合一种昂贵的薄膜晶体管(TFT)才能实现。被动式矩阵(PM)显示器是由更便宜的外部芯片所驱动，但一向受限于更小的屏幕尺寸。

    TMA是一种可以被包含驱动器芯片，把主动式矩阵功能带到被动式矩阵显示器的技术。TMA降低了在被动矩阵显示器中一给定画素数的功率消耗并增强面板的寿命。

    透过TMA技术，生产商提供了一种极具竞争力的替代方案使被动式矩阵显示器技术拓展到主动式矩阵领域的能力，做法是降低功率消耗或以相同的功率，来增加亮度或提高分辨率。此外，TMA也可以运用被动矩阵驱动器的寻址功能来扩大面板尺寸的范围。TMA驱动系统适用于聚合物和小分子OLED两种显示器。

    同年，彩色OLED“电子纸”取得新突破——LG.Philips LCD借助非晶硅(a-Si)技术研发成功全球首款全彩色、可变形、主动矩阵(AM)、有机致电发光二极管(OLED)显示设备。

    这款新的OLED“电子纸”长4英寸，分辨率为320×240QVGA，可显示16770000种色彩，其150μm的厚度与人的头发丝相差无几，并采用了一层不锈金属基板，以保证其可用性和抗热性，再结合新的生产工艺a-Si，整体稳定性大为提高。

    LG.Philips LCD是与美国环宇显示技术公司(UDC)合作开发这种新型显示设备的，而后者握有磷光OLED技术的原始专利权。

    2006年5月，LG.Philips LCD率先研发出14.1英寸(A4纸大小)的单色电子纸显示设备，后又推出了其彩色版本。全彩色可变形AM OLED显示设备。

    2007年，显示技术又有新突破：索尼公司开发出了其自称为业界首款采用可折迭塑料底层的全彩色有源矩阵有机LED显示器，并在国际信息显示学会的会议上展示了这一产品的原型。

    在实验室开发过程中，索尼的工程师先是开发了一个在玻璃底层上构建有机薄膜晶体管背板的制程，然后在现实中将同样的结构复制到塑料薄膜上。该制程的温度不到180℃。索尼采用了C22H14并五苯材料来构建活动性为0.1cm2/Vs的有机晶体管。

    该产品原型是一个2.5英寸的显示器，具有120×160像素和8位灰度级，以便实现全1680万色的彩色效果。该显示器的分辨率为80像素/英寸（每像素大小为318μm×318μm），每个亚像素（红、绿或蓝色）都由一个双晶体管单电容器PMOS电压编程电路来驱动，帧率为60Hz，信号电压12V。

    索尼在这种OLED显示器上采用了顶部发光结构，即将驱动晶体管置于底部，从最顶的OLED层发光。这种显示器包括了电极层、有机TFT层、OLED层和阴极层，各层之间由有机绝缘体隔开。据称这种结构可以让工程师在制作有机TFT层之前制作电极层，而不会损坏半导体层。

    柔性OLED显示技术

    柔性OLED显示一直是显示技术领域的最热门的研究课题之一。OLED相比其他柔性显示器具有更多优点：它是自发光显示、响应速度快、视角宽，由有机材料制备，弯曲能力强等。因此对显示效果要求高的便携产品和军事等特殊领域有非常广泛的应用。

    柔性显示需要解决的主要问题是电极层以及有机层的附着性能、基板的气密性、封装和驱动技术。目前，已有CDT、UDC、Samsung、Pioneer、SONY和我国清华大学等试制了高分子和小分子OLED软屏样品，有源驱动技术和薄膜封装技术的应用也极大地丰富了柔性显示的色彩和延长了OLED的寿命。在2007SID展会上，SONY公司首次推出了TFT驱动的2.5英寸柔性OLED样品，实现了约1670万色的全彩显示，像素尺寸为318μm见方，精细度为80ppi，实现了最高的精细度。

    由于OLED对于水、氧非常敏感，如何避免这两种气氛对器件的影响是柔性OLED发展的首要因素。研究表明，OLED要求水汽的渗透能力在10～5g/m2/day以下，但传统的金属或玻璃封装不适合柔性器件的封装，如何避免水、氧对器件的影响是柔性OLED发展的主要课题。Vitex公司利用聚合物无机材料交替复合薄膜(PML)阻隔水氧，其开发的软屏基板产品具有与玻璃相媲美的阻隔效果。日本先锋公司计算，利用这种技术封装的器件，在1000cd/m2的起始亮度下，最长寿命可超过5000小时。不过现阶段由于OLED软屏的封装技术还远未成熟，因此柔性OLED显示技术还处于基础研究阶段。

    我国内地的研发单位和企业敏锐地捕捉到了这次机会，投入了大量的人力、物力和财力，取得了很好的研究成果。目前我国大陆在OLED研发和产业化方面所取得的成就主要有：清华大学开发出非掺杂体系的红色荧光主体材料，色坐标为(0.65,0.35)，初始亮度1000cd/m2下寿命超过1.5万小时；吉林大学率先开展了三线态磷光材料的性能研究；中科院长春应化所设计合成的绿光、红光和蓝光铱配合物的磷光材料，发光效率分别达到了57.9cd/A(57.4lm/W)、50.0cd/A(45.2lm/W)和16.2cd/A(14.0lm/W)，达到先进水平；华南理工大学率先采用喷墨和旋涂新工艺研制出全彩色高分子发光示屏，像素96×(3)×64；长春光机物理所与维信诺公司合作开发了a-Si OLED的320×240点阵彩屏；南开大学采用金属诱导技术、吉林彩晶采用激光退火技术研发了2英寸p-Si 160×128点阵彩屏；南开大学与香港科技大学合作开发了金属诱导的5英寸p-Si 320×234点阵彩屏；北京京东方公司进行了2英寸a-Si 176×220点阵AMOLED的开发。

    产业方面，目前维信诺公司在昆山建设的国内第一条PMOLED生产线，基板尺寸为370mm×470mm；信利半导体开发出可在短时间内测试OLED寿命、判断生产工艺稳定性的OLED寿命测试方法；上海广电电子公司之前基本完成了OLED关键技术的研究和生产技术的集成，实现了OLED屏及模块的小量生产和销售，开发了3.5英寸的全彩LTPS TFT-OLED，亮度达到250 cd/m2；吉林环宇公司与荷兰OTB公司签定了两条PLED生产线设备的购买合同，计划生产1.1英寸(PM)和2.6英寸(AM)两款全彩色PLED显示屏，生产能力600万片/年。

    从技术上分析，OLED与液晶技术相比，具备面板结构简单、厚度薄、对比度高、响应速度快、温度适应范围宽等特性。而液晶技术近期的进步也正瞄准了这些方面，缩小了技术差距。而从生产而言，OLED的有机发光材料一直存在寿命问题，特别是在彩色OLED面板中，RGB三色采用不同的有机发光材料，亮度衰减周期不同，这就会导致显示屏在使用过程中发生色彩变化。此前，全彩OLED显示元件的寿命基本在2万多小时左右，只能使用在手机等移动设备上，而无法应用于电视等主流平板显示领域（通常认为，电视屏幕应该具备5万小时的显示寿命）。

    OLED技术要如何应对挑战呢？爱普生、索尼等公司也用一系列技术进步给出了答案——OLED将继续自己在显示性能上的领先地位，并迅速弥补寿命、产品化等不足，再次显示出OLED作为下一代显示技术核心代表的地位。

    目前液晶产品对于超薄显示器的技术开发也有极为显着进步，随着玻璃基板厚度的降低，目前最新的样品厚度已经可以达到1mm以内。但如果OLED采用同样的玻璃基板，厚度还能继续降低，在这个指标上会一直领先于液晶。

    技术进展为OLED的未来铺平了道路。2007年全球OLED产值接近8亿美元，相较于2006年成长率超过50%，是所有平板显示设备中成长最快的领域。随着产品化的开始，未来几年OLED营收将会大幅成长。在尺寸方面，2008年仍以11英寸产品为主，到了2011年OLED将扩大到30英寸产品以上，主流产品仍是以11英寸，预估其销量可望达到100万台以上、20英寸销售量为89万台、32英寸TV则是5万台左右。由于投资庞大而且周期很长，OLED的研发已经变成了一些技术巨人间的游戏。并且有趣的是，无论索尼还是爱普生，都在液晶显示技术领域拥有深厚的技术积累和出色的市场份额。2008年北京奥运会开幕式上的OLED令人为之惊艳。相信从现在开始，会越来越多地在身边看到OLED的身影。我们期待着这种纤薄、亮丽，甚至可以弯曲的显示设备让明天的世界更加绚烂多彩。

    另附OLED基本资料：

    有机发光二极管（Organic light-emitting diode, OLED）器件具有厚度薄、功耗低、能够显示亮度高和色彩鲜艳的图像等优点，并具有对任何物体进行全彩色显示的能力。

    OLED显示原理

    一个OLED器件由位于金属电极之间的一个或多个有机夹层构成，其中一个夹层必须是透明的。有机夹层是一个高度无序的非结晶薄膜，通常表现为不同分子能级——占据分子轨道的最高能级（HOMO）和不占据分子轨道的最低能级（LUMO）。发射电子的阴极应该具有低工函数，这使得它的能量约束在低能级上：在阴极和LUMO之间的良好能量匹配意味着当发射电子时没有太多的能量损失。

    由于两个电接点之间费米能级的对称，OLED电极之间在热平衡和零偏置时存在一个固有电势差。当电荷在OLED电极间移动时，HOMO和LUMO是位置的函数。当电子和空穴从一个点向另一个点跃迁时，它们有时会到达同一个位置，并因此形成激发态，或激发性电子空穴对。通过选择合适的材料，这种大量的电子空穴对的激发会通过发射光子产生光。发出光的颜色取决于所用的特殊有机材料。

    OLED的类型

    在所有正在开发的技术中，可能会很难区分哪些技术能够真正实用。目前，OLED器件的实用化制造技术存在两种不同的工艺：一种是采用高分子有机聚合物，另一种是采用低分子有机聚合物。

    高分子聚合物OLED（或者称为PLED）器件可以使用旋转涂覆，光照蚀刻，以及最终的喷墨沉积技术来制造。一旦喷墨沉积和塑料衬底技术得以成熟，PLED显示器件将可以被任意定制来满足各种尺寸的需求。

    低分子聚合物OLED（或称为SMOLED）器件可以使用真空蒸镀技术制造。小的有机分子被装在ITO玻璃衬底上的若干层内。与基于PLED技术的器件相比，SMOLED不仅制造工艺成本更低，可以提供全部262000种颜色的显示能力，而且有很长的工作寿命。

    不像STN或TFT LCD，OLED是自发光器件，它们直接发射光而不是阻挡光。OLED自发光的特点使得它们在黑暗环境下有极好的视角和显示特性。由于每个像素自己都会发光，OLED不会有任何通过在包含“暗点”像素区域的偏光器而形成的对比度降低漏光现象。OLED典型的对比度大于1000:1，在这个对比度下的视角接近±90°。由于无须背光，相当厚的背光部件就不需要了，这使得OLED的机械厚度比LCD要薄。相比较而言，当从垂直显示平面的角度进行测量时，TFT LCD的典型对比度大约是500:1。由于LCD依赖偏光器的方向来影响视角，所以当观看角度远离垂直角度时对比度下降得特别快。TFT LCD的视角是在对比度超过10:1的情况下定义的，这个角度通常从垂直到大约60°的位置。

    OLED的特征

    OLED显示器件的自发光特性在某些情况下会成为不利因素。因为OLED不会像LCD那样控制反射光，所以在直接的日光照射下会变得更模糊。目前正在应用的全彩色OLED技术可以使它的峰值亮度达到大约150cd/m2。当OLED用在没有遮挡的日光直接照射下时，耀眼的日光使即使是最亮的显示都无法识别。

    LCD的响应时间是与温度相关的，当温度降低到0℃以下时，它的响应速度会变得相当慢。而OLED的响应时间几乎不受温度的影响，当温度达到-20℃时，仍然能够具有10ns以下的响应时间。OLED也不会像LCD那样在高温时失去显示能力。一旦LCD达到一定的温度，LC的流动性就不再保持高度有序的结构，也就失去了阻光的能力。

    OLED的应用

    电池供电的应用将从OLED技术中直接受益。既然OLED无须背光，那么它就比LCD消耗更低的能量，因为LCD中的大部分能量是由背光消耗的。由于OLED仅仅点亮需要显示信息的像素，所以OLED消耗的能量直接受屏幕上显示内容的影响。相反，当LCD打开的时候，即使是无须显示的区域，也需要背光持续点亮整个面板。