OLED显示器

OLED显示器     显示器的革命――浅谈OLED显示器   有机发光二极管显示面板(Organic Light-Emitting Diode；OLED)，又称为有机电致发光显示器(Organic Electroluminesence；OEL)是一门相当年轻的显示技术。它利用有机半导体材料和发光材料在电流的驱动下产生发光来实现显示。OLED与LCD相比有很多优点：超轻、超薄、高亮度、大视角、像素自身发光、低功耗、快响应、高清晰度、低发热量、优异的抗震性能、制造成本低、可弯曲等。已被业界普遍认为是最具有发展前途的新一代显示技术。   各国显示器厂商目光投向OLED 随着OLED研究开发的进展，OLED已经进入了产业化的萌动期，目前国际上从事OLED研究开发与生产的公司有近百家，如：美国Eastman Kodak、英国CDT等。其中一部分公司已经开始进行批量生产。   欧美 日本 韩国 我国台湾 Eastman Kodak Pioneer SNMD Ritech Display CDT TDK Samsung SDI Teco UDC SK LG Univision EMagin Toshiba Ness Delta Opsys Sony Eli-Tech AU Optronics Philips Epson   Chi Mei Dupont/Uniax Rohm   WinDell   Tanley Electric       Nippon seiki     （1 各国家地区部分OLED厂商）   目前我国从事OLED研究开发和产业化的机构有清华大学、北京维信诺、上海欧德公司等30家左右。   OLED将进入市场快速增长时期 说到OLED，业内人士几乎众口一词：“OLED是最理想、最具发展潜力的下一代显示技术”。 作为一个新兴市场来说，OLED产业的成长速度十分惊人。根据市场调研公司Display Search的分析和预测，虽然2003年OLED的全球产值只有3亿美元，但2006年的OLED市场规模可望达到40亿美元。iSuppli/Stanford Resources执行副总裁Paul Semenza也表示：“从2003年到2009年，OLED市场的年复合成长率将达到56%。”   我国大陆申请OLED专利情况 目前显示器以CRT、LCD为市场主流,我国是CRT的生产大国，在LCD市场也将具有举足—轻重的地位，但由于我国在CRT和 LCD的发展初期没有及时介入，结果导致缺乏核心技术和竞争力。我国没有享受到世界显示器件市场在成长过程中所带来的高额利润，只能靠代工的方式参与产业链中低利润区间的竞争。OLED的出现，使我们在其技术上与世界基本处于同一水平，从而为中国显示器件产业提供一个难得的发展机遇。 但从我国专利情况来看，我国OLED核心技术和竞争力的在世界OLED发展中的地位已不容乐观，由表2可以看出，目前国外机构在我国大陆的OLED发明专利在数量上占有优势，且我国的发明专利多集中于材料和工艺上。   （单位：件） 材料 驱动 结构 结构/工艺 工艺 设备 合计 大陆机构 19 5 5 2 11 / 42 大陆外机构 51 20 58 24 14 2 169 合计 70 25 63 26 25 2 211 （表2 国内外机构在我国大陆申请OLED发明专利的情况） 工作原理 您能想象有这样一部高清晰度电视么？它宽80英寸，厚度却不足四分之一英寸，而耗电量比当今市面上大多数电视机还要低，不用的时候还可以折叠起来。倘若在您的座车内安装一部“平视”显示器会如何呢？将显示器集成在衣服里又会怎样呢？借助一种称为有机发光二极管（OLED）的技术，这些设备在不久的将来就有可能面世。 三星公司出品的40英寸OLED电视原型机 OLED是一种由有机分子薄片组成的固态设备，施加电力之后就能发光。OLED能让电子设备产生更明亮、更清晰的图像，其耗电量小于传统的发光二极管（LED），也小于当今人们使用的液晶显示器（LCD）。 在本文中，您将了解到OLED技术的工作原理，OLED有哪些类型，OLED同其他发光技术相比的优势与不足，以及OLED需要克服的一些问题。 类似于LED，OLED是一种固态半导体设备，其厚度为100-500纳米，比头发丝还要细200倍。OLED由两层或三层有机材料构成；依照最新的OLED，第三层可协助电子从阴极转移到发射层。本文主要涉及的是双层设计模型。 OLED由以下各部分组成： ​ 基层（透明塑料，玻璃，金属箔）——基层用来支撑整个OLED。 ​ 阳极（透明）——阳极在电流流过设备时消除电子（增加电子“空穴”）。 ​ 有机层——有机层由有机物分子或有机聚合物构成。 ​ 导电层——该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”。可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。 ​ 发射层——该层由有机塑料分子（不同于导电层）构成，这些分子传输从阴极而来的电子；发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射层聚合物。 ​ 阴极（可以是透明的，也可以不透明，视OLED类型而定）——当设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。 制造OLED 实验室工作人员正在调试一部 用来生产OLED显示屏的高精度 喷墨打印机。 OLED生产过程中最重要的一环是将有机层敷涂到基层上。完成这一工作，有三种方法： ​ 真空沉积或真空热蒸发（VTE）——位于真空腔体内的有机物分子会被轻微加热（蒸发），然后这些分子以薄膜的形式凝聚在温度较低的基层上。这一方法成本很高，但效率较低。 ​ 有机气相沉积（OVPD）——在一个低压热壁反应腔内，载气将蒸发的有机物分子运送到低温基层上，然后有机物分子会凝聚成薄膜状。使用载气能提高效率，并降低OLED的造价。 - ​ 喷墨打印——利用喷墨技术可将OLED喷洒到基层上，就像打印时墨水被喷洒到纸张上那样。喷墨技术大大降低了OLED的生产成本，还能将OLED打印到表面积非常大的薄膜上，用以生产大型显示器，例如80英寸大屏幕电视或电子看板。 --OLED发光的方式类似于LED，需经历一个称为电磷光的过程。 具体过程如下： 1.​ OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加一个电压。 2.​ 电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动）。 ​ 阴极向有机分子发射层输出电子。 ​ 阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。（这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果相等。） 3.​ 在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合。 ​ 电子遇到空穴时，会填充空穴（它会落入缺失电子的原子中的某个能级）。 ​ 这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量。（请查阅光的原理一文）。 4.​ OLED发光。 5.​ 光的颜色取决于发射层有机物分子的类型。生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜，这样就能构成彩色显示器。 6.​ 光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大，光的亮度就越高。 小分子OLED与有机聚合物OLED 1987年，柯达公司的科研工作者在生产首批OLED时使用的是有机小分子。尽管小分子发出的光线很亮，但科研工作者必须能在真空中将小分子沉积在OLED基层上（这道制造工序成本很高，称为真空沉积——请查阅上一节的内容）。 自1990年起，研究人员已经开始采用有机聚合物大分子来发光。有机聚合物成本较低，可制成大型薄片状，因而更适于制造大屏幕显示器。 以下是几种OLED： ​ 被动矩阵OLED ​ 主动矩阵OLED ​ 透明OLED ​ 顶部发光OLED ​ 可折叠OLED ​ 白光OLED 每一种OLED都有其独特的用途。接下来，我们会逐一讨论这几种OLED。首先是被动矩阵和主动矩阵OLED。 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。 透明OLED 透明OLED只具有透明的组件（基层、阳极、阴极），并且在不发光时的透明度最高可达基层透明度的85%。当透明OLED显示器通电时，光线可以双向通过。透明OLED显示器既可采用被动矩阵，也可采用主动矩阵。这项技术可以用来制作多在飞机上使用的平视显示器。 顶部发光OLED 顶部发光OLED具有不透明或反射性的基层。它们最适于采用主动矩阵设计。生产商可以利用顶部发光OLED显示器制作智能卡。 可折叠OLED 可折叠OLED的基层由柔韧性很好的金属箔或塑料制成。可折叠OLED重量很轻，非常耐用。它们可用于诸如移动电话和掌上型电脑等设备，能够有效降低设备破损率，而设备破损是退货和维修的一大诱因。将来，可折叠OLED有可能会被缝合到纤维中，制成一种很“智能”的衣服，举例来说，未来的野外生存服可将电脑芯片、移动电话、GPS接收器和OLED显示器通通集成起来，缝合在衣物里面。 白光OLED 白光OLED所发白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光灯发出的白光。白光OLED同时具备白炽灯照明的真彩特性。我们可以将OLED制成大面积薄片状，因此OLED可以取代目前家庭和建筑物使用的日光灯。将来，使用OLED有望降低照明所需的能耗。 下一节，我们会带来一场有关OLED技术优缺点的论争，还会将OLED与常规LED和LCD技术做以比较。 目前，LCD是小型设备显示器的首选，而大屏幕电视采用LCD的情况也很普遍。常规LED可以用来构成电子表和其他电子设备上的数字。OLED则具备很多LCD与LED所不具备的优势： ​ 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。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自身能够发光，所以视域范围也要宽很多。 OLED的问题 OLED似乎是一项完美无缺的技术，适合各类的显示器，但它也存在一些问题： ​ 寿命——尽管红色和绿色的OLED薄膜寿命较长（10000-40000小时），但根据目前的技术水准，蓝色有机物的寿命要短的多（仅有约1000小时）。 ​ 制造——OLED的造价目前还比较高。 ​ 水——OLED如果遇水，很容易就会损毁。 在下一节中，我们会探讨一下OLED应用的现状与前景。 目前，OLED已经在一些小型设备中得到应用，例如移动电话、掌上型电脑以及数码相机等。2004年9月，索尼公司声称，它们已经开始批量生产OLED显示屏，用于CLIE PEG-VZ90型个人娱乐掌上电脑。 索尼公司供图 Sony Clie的OLED显示屏 柯达公司已经在几款数码相机中使用了OLED显示屏。 Shopping.com供图 采用OLED显示屏的Kodak LS633 EasyShare 有几家公司已经制成OLED电脑显示器和大屏幕电视机的原始模型。2005年5月，三星电子公司宣布，首部40英寸、基于OLED技术的超薄电视机已经研制成功。 三星电子公司供图 三星公司出品的40英寸OLED电视样机 随着OLED领域内研发工作的突飞猛进，未来OLED的应用范围可能会扩大到平视显示器、汽车仪表板、看板式显示器、家庭或办公室照明以及柔性显示器。由于OLED的刷新速率比LCD更高（高出近1000倍），所以使用OLED显示器的设备几乎可以做到信息实时更新。这会使视频图像的逼真度大大提升，还可以不间断地进行图像更新。未来的报纸可能就是一部OLED显示器，它能持续更新突发新闻事件（请回想一下科幻电影少数派报告中描述的场景）；不看的时候，您可以把它卷起来插进您的背包或公文包，就如同普通的报纸一样。   美国陆军研制可佩戴的柔性OLED显示器 柔性OLED显示器     中国国防科技信息网10月26日报道据美国《西部防务》2009年10月20日报道，美国通用显示器公司（Universal Display）是一家磷光OLED显示器和照明技术知名开发商。10月20日，该公司宣布获得了美国陆军授予的一份小型企业创新研究（SBIR）第III阶段的延长合同。根据这份价值33万美元的延长合同，通用显示器公司将继续进行柔性OLED显示器的开发工作，并为美国陆军交付一种制作在金属箔片上的柔性显示器样机。     通用显示器公司与韩国LG显示器公司和美国L-3显示系统公司展开了合作，将致力于改善基于金属箔基底的柔性有源矩阵OLED（AMOLED）显示器样机的设计和性能。目前美国国防部正在针对军事用途对该技术进行评估，其中包括一种士兵在野外使用的腕带式轻型显示器。这份延长合同的内容包括一种新型样机的设计和制造，该样机采用非晶态硅底板和金属箔基底，由LG显示器公司设计。这种新型样机还将采用一种由通用显示器公司设计并制造的磷光OLED面板。这种OLED显示器将被装入一种更薄的新型外壳，该外壳由L-3显示系统公司设计并制造。这种新型外壳与早期样机相比尺寸更小、更加耐用，在未来的单兵使用中将具有更加灵活的可佩戴性和便携性。     据通用显示器公司高官称，在柔性OLED显示器的开发过程中，美国陆军的支持是不可或缺的。三家公司将继续就该项目进行合作，为士兵和类似客户展示更轻、更小、性能更先进的柔性OLED显示器产品。   OLED与LCD相比的优点 与LCD技术相比，OLED的优点是： 第一，OLED可以自身发光，而LCD则不能。所以OLED比LCD要亮得多，另外OLED对比度更大，色彩效果更加丰富; 第二，LCD需要背景灯光点亮，而OLED在需要点亮的单元才加电，并且电压很低，因此更加节能; 第三，OLED所需材料很少，制造工艺简单，量产时的成本要比LCD节省20%; 第四，OLED没有视角范围的限制，可视角度一般可达到160度，重量也比LCD轻得多。 同时OLED还可弯曲，应用范围极广。 关于对比，我们也可以看下下表 OLED与LCD比较   OLED LCD OLED产品与技术优势 视角宽度 不受限制 受限制 视角宽，侧视画面色彩不失真 响应时间 10-6秒 10-3秒 更适合播放动态图像，无拖尾现象 发光方式 主动发光 被动发光 无需背光源，器件更薄，对比度更高，色彩更鲜艳 温度范围 -40oC－80oC -20oC－60oC 高低温性能优越，适应严寒等特殊环境 工艺过程 简单 复杂 制作成本更低，性价比更高   资料   o​ Antoniadis, Homer, Ph.D. "Overview of OLED Display Technology."Osram Optical Semiconductors. http://www.ewh.ieee.org/soc/cpmt/presentations/cpmt0401a.pdf o​ "Brilliant Plastics."Siemen's Webzine. http://w4.siemens.de/FuI/en/archiv/pof/heft2_03/artikel18/) o​ Howard, Webster E. "Better Displays with Organic Films."Scientific American. http://www.sciam.com/print_version.cfm?articleID=0003FCE7-2A46 -1FFB-AA4683414B7F0000 o​ Kodak:OLED Tutorial. http://www.kodak.com/eknec/PageQuerier.jhtml?pq-path=1473/1481 /1489andpq-locale=en_US o​ Michael J. Felton (2001) "Thinner lighter better brighter, Today's Chemist at Work."10 (11): 30-34 http://pubs.acs.org/subscribe/journals/tcaw/10/i11/html /11felton.html o​ "OLED."AUO. http://www.auo.com/auoDEV/technology.php?sec=OLED o​ Universal Display Corporation:Technology. http://www.universaldisplay.com/tech.htm o​ Wave Report:OLED Tutorial. http://www.wave-report.com/tutorials/oled.htm o​  ​ 博闻网：http://electronics.bowenwang.com.cn/oled.htm   http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=735 参考文献