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【中心議題】
【解決方案】
OLED具有自發光、低功耗、響應速度快、視角寬、分辨力高、寬溫度特性、高亮度、高對比度、抗振性能好、耗等性能,并且抗彎曲能力強,非常適合作柔性顯示器件。
OLED適用于對顯示效果要求高的便攜產品及軍事等特殊領域。
技術原理
OLED是基于有機材料的一種電流型半導體發光器件,由銦錫氧化物半導體薄膜(Indium Tin Oxides,ITO)透明電極、空穴傳輸層、有機發光層、電子傳輸層、電極層組成。原理是用ITO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,并在發光層中相遇,形成激子使發光分子激發,經過輻射發出可見光。OLED用紅、藍、綠像素并置法、轉換法(Color Conversion Method,CCM)、白光加彩色濾光片法、微共振腔調色法和多層堆疊法來實現彩色化。
OLED顯示屏驅動方式依驅動方式可分為被動式(Passive Matrix OLED,PMOLED)與主動式(Active MatrixOLED,AMOLED)。PMOLED是屬于電流驅動,結構簡單,驅動電流決定灰階,應用在小尺寸產品上。AMOLED在每一個OLED單元(即像素)后面都有一組薄膜晶體管和電容器,形成一個薄膜場效應晶體管(Thin Film Transistor,TFT)驅動網絡,每一個像素都可以在控制芯片的操作下驅動TFT的激發像素點,這種方式能獲得極速的響應時間而且省電,顯示效果好,適合大屏幕全彩色OLED的需要。OLED按所使用的載流子傳輸層和發光層有機薄膜材料的不同,分為兩種不同的技術類型:一種是以機染料和顏料為發光材料的小分子聚合物OLED,另一種是以共軛高分子為發光材料的PLED(高分子聚合物OLED)。目前研究表明,PLED十分適合用于柔性顯示,采用Int-Jet(噴墨)印刷,涂布有機材料物質,不需薄膜制程、真空裝置,元件構成只有2層,投資成本低,但是其噴墨技術的墨滴均一化及RGB三基色定位精度不易控制,影響全彩化產品進程,壽命與產品良率也有待提高。
研發進展
1987年由柯達公司科學家鄧青云博士發表以真空蒸鍍法制成多層式結構的OLED器件后,其低工作電壓與高亮度的商業應用潛力吸引了全世界的目光,美國、日本、韓國等國的大公司紛紛投資加入OLED的研究行列。
1989年劍橋大學Cavendish實驗室發現了在某些聚合物中通過電流會激發出光,這就是高分子OLED的工作原理。1992年,劍橋顯示技術公司(Cambridge Display Technology,CDT)成立,開始研究這項發現,并獲得了基礎知識產權。CDT在PLED研究中取得的另一個重要的革新是采用噴墨印刷(Ink-Jet Print)的方式,將發射出光的聚合物印刷在玻璃或塑料上來制成PLED顯示器。這一革新提供了一種低成本的彩色顯示器制作方法,不但為PLED的產業化提供了可能,還使它可以以柔軟的塑料作為基底層,甚至可以是在一個不平整的表面上。目前從事PLED研究的公司有:Philips、Toshiba-Matsushita顯示器、DuPont、Microemissive顯示器、Samsung SDI和Seiko-Epson等。國內從事高分子OLED研究的單位還比較少,中國科學院化學研究所、復旦大學、華南理工大學已取得了這方面研究的一些專利。高分子OLED技術領導商CDT采取較開放的專利授權態度,降低投入廠商門檻和成本。
2008年5月“SID”展會上,索尼稱已經開發出首款基于柔性塑料基底的、全彩色的有源矩陣OLED顯示器。索尼采用了C22H14并五苯材料來制造遷移率為0.1 cm2/Vs的有機晶體管。其原型為120×160像素、8位灰階的2.5 in顯示器,可以顯示全部的1 680萬色,電極
裝在有機TFT層前面,不會損壞半導體層。UniversalDisplay公司聲明他所開發的業界最薄柔性的活動矩陣式OLED(AMOLED)顯示屏原型機面世將指日可待。從Universal Display公司和Kyung Hee大學金江教授的合作結果來看,該公司的研究演示了其意義深遠的柔性度提高,以及當內置超薄金屬鉑片基底后AMOLED的韌性。
2008年12月臺灣工業技術研究院展示厚度僅為0.2 cm、彎曲半徑<1.5 cm、亮度達100 cd/m2、分辨力為320×240柔性主動式OLED面板,在任意卷曲彎折過程中,動畫仍能持續播映;三星展示了2.2 in AMOLED顯示屏,厚度0.52 mm、分辨力320×240、色彩262K、對比度10 000∶1,在200 cd/m2的亮度下可以使用長達50 000 h。
下一步研究方向
盡管柔性OLED器件自身具備很多優勢,而且柔性OLED器件在材料壽命、驅動、亮度、彩色化和柔性等方面均有較大的進展,但其產業化進程低,其原因主要是壽命問題和高效率問題還未徹底解決。而要解決這些問題,還需靠在器件結構的設計與材料合成、實驗條件設計與加工、驅動與封裝技術等多方面的共同努力。對于OLED的基礎研究主要集中在提高器件的效率和壽命等性能以及尋找新的、改進的材料上。