有機發光二極管(organic light-emitting diode,OLED)是一種由柯達公司開發并擁有專利的顯示技術,這項技術使用有機聚合材料作為發光二極管中的半導體(semiconductor)材料。聚合材料可以是天然的,也可能是人工合成的,可能尺寸很大,也可能尺寸很小。蛋白質和DNA就是有機聚合物的例子。
OLED顯示技術廣泛的運用于手機、數碼攝像機、DVD機、個人數字助理(PDA)、筆記本電腦、汽車音響和電視。OLED顯示器很薄很輕,因為它不使用背光。OLED顯示器還有一個最大為160度的寬屏視角,其工作電壓為二到十伏特(volt,用V來表示)。基于OLED的新技術有軟性有機發光顯示技術(FOLED),這項技術有可能在將來使得高度可攜帶、折疊的顯示技術變為可能。
oled的生產制造
OLED生產過程中最重要的一環是將有機層敷涂到基層上。完成這一工作,有三種方法:
1、真空沉積或真空熱蒸發(VTE)
位于真空腔體內的有機物分子會被輕微加熱(蒸發),然后這些分子以薄膜的形式凝聚在溫度較低的基層上。這一方法成本很高,但效率較低。
2、有機氣相沉積(OVPD)
在一個低壓熱壁反應腔內,載氣將蒸發的有機物分子運送到低溫基層上,然后有機物分子會凝聚成薄膜狀。使用載氣能提高效率,并降低OLED的造價。
3、噴墨打印
利用噴墨技術可將OLED噴灑到基層上,就像打印時墨水被噴灑到紙張上那樣。噴墨技術大大降低了OLED的生產成本,還能將OLED打印到表面積非常大的薄膜上,用以生產大型顯示器,例如80英寸大屏幕電視或電子看板。
OLED的分類
根據使用有機功能材料的不同,OLED器件可以分為兩大類:小分子器件和高分子器件。小分子OLED技術發展得較早(1987年),而且技術已經達到商業化生產水平。高分子OLED又被稱為PLED (PolymerLED),其發展始于1990 年,由于聚合物可以采用旋涂、噴墨印刷等方法制備薄膜,從而有可能大大降低器件生產成本,但目前該技術遠未成熟。
根據驅動方式的不同,OLED 器件也可以分為無源驅動型(Passive Matrix,PM,亦稱被動 驅動)和有源驅動型(Active Matrix,AM,亦稱主動驅動)兩種。無源驅動型不采用薄膜晶體 管(TFT,Thin Film Transistor)基板,一般適用于中小尺寸顯示;有源驅動型則采用TFT基板,適用于中大尺寸顯示,特別是大尺寸全彩色動態圖像顯示。目前,無源驅動型OLED技術已經比較成熟,商業化的產品絕大部分是無源驅動型;有源驅動型OLED技術發展很快,但還需要一定時間才能大批量推出商用產品。
以下是幾種OLED:被動矩陣OLED、 主動矩陣OLED、透明OLED、頂部發光OLED、可折疊OLED、白光OLED等。
每一種OLED都有其獨特的用途。接下來,我們會逐一討論這幾種OLED。首先是被動矩陣和主動矩陣OLED。
被動矩陣OLED(PMOLED)
被動矩陣OLED結構
PMOLED具有陰極帶、有機層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點形成像素,也就是發光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流,從而決定哪些像素發光,哪些不發光。此外,每個像素的亮度與施加電流的大小成正比。
PMOLED易于制造,但其耗電量大于其他類型的OLED,這主要是因為它需要外部電路的緣故。
PMOLED用來顯示文本和圖標時效率最高,適于制作小屏幕(對角線2-3英寸),例如人們在移動電話、掌上型電腦
以及MP3播放器上經常能見到的那種。即便存在一個外部電路,被動矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設備當前采用的LCD。
主動矩陣OLED(AMOLED)
主動矩陣OLED結構
AMOLED具有完整的陰極層、有機分子層以及陽極層,但陽極層覆蓋著一個薄膜晶體管(TFT)陣列,形成一個矩陣。TFT陣列本身就是一個電路,能決定哪些像素發光,進而決定圖像的構成。
AMOLED的耗電量低于PMOLED,這是因為TFT陣列所需電量要少于外部電路,因而AMOLED適合用于大型顯示屏。AMOLED還具有更高的刷新率,適于顯示視頻。AMOLED的最佳用途是電腦顯示器、大屏幕電視以及電子告示牌或看板。
透明OLED
透明OLED結構
透明OLED只具有透明的組件(基層、陽極、陰極),并且在不發光時的透明度最高可達基層透明度的85%。當透明OLED顯示器通電時,光線可以雙向通過。透明OLED顯示器既可采用被動矩陣,也可采用主動矩陣。這項技術可以用來制作多在飛機上使用的平視顯示器。
頂部發光OLED
頂部發光OLED具有不透明或反射性的基層。它們最適于采用主動矩陣設計。生產商可以利用頂部發光OLED顯示器制作智能卡。
頂部發光OLED結構
可折疊OLED
可折疊OLED的基層由柔韌性很好的金屬箔或塑料制成。可折疊OLED重量很輕,非常耐用。它們可用于諸如移動電話和掌上型電腦等設備,能夠有效降低設備破損率,而設備破損是退貨和維修的一大誘因。將來,可折疊OLED有可能會被縫合到纖維中,制成一種很“智能”的衣服,舉例來說,未來的野外生存服可將電腦芯片、移動電話、GPS接收器和OLED顯示器通通集成起來,縫合在衣物里面。
白光OLED
白光OLED所發白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光燈發出的白光。白光OLED同時具備白熾燈照明的真彩特性。我們可以將OLED制成大面積薄片狀,因此OLED可以取代目前家庭和建筑物使用的日光燈。將來,使用OLED有望降低照明所需的能耗。
OLED顯示技術的分類之大分子、小分子
目前,OLED器件的實用化制造技術存在兩種不同的工藝:一種是采用高分子有機聚合物,另一種是采用低分子有機聚合物。
高分子聚合物,也稱為高分子發光二極管(PLED),由英國劍橋大學的杰里米伯勒德及其同事首先發現。PLED為polymer light-emitting diode的縮寫,即第二種有機發光材料為高分子聚合物。聚合物大多由小的有機分子以鏈狀方式結合在一起,以旋涂法形成高分子有機發光二極管。
1990年,英國劍橋大學的Friend研究小組首先利用聚對苯乙炔(PPV)制作PLED器件,14 V電壓下發出黃綠色光,開創了聚合物電致發光材料研究的新時代。PPV類聚合物作為電致發光材料最早被提出,而經過修飾和改性的PPV衍生物,因其綜合性能優秀,也是目前研究得最多的一類導電高分子發光材料。
小分子OLED(OLED) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 大分子OLED(PLED)
高質量聚合物薄膜的制備是PLED器件制作的關鍵。相對于小分子材料,高分子可以通過結構調整制得可溶的材料,成膜的手段較多,如旋涂、印刷、打印等技術,可以使用造價較低的印刷型設備,因此相對于小分子LED,PLED具有低成本的優勢。可以設想,隨著高性能聚合物材料的不斷研發和薄膜制備技術的進一步完善,PLED的產業化將會加速發展,并呈現更好的比較優勢。
劍橋大學的科學家首先發現導電高分子材料PPV具有良好的電致發旋光性能,并制成PLED器件,就深刻認識到PLED的發展潛力,并于于1992年成立CDT(Cambridge Display Technology)公司。導電高分子的奠基人之一的Heeger教授(2000年度諾貝爾化學獎得主)于1990年創立Uniax公司。1992年該公司的曹鏞等以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為柔性透明襯底材料,通過溶液旋涂把聚苯胺(PANI)或聚苯胺類的混合物的導電材料在上面形成導電膜,制得了柔性PLED,將有機電致發光顯示器最為迷人的一面展現在世人的面前。兩家公司為最主要的OLED高分子技術的專利持有者。
低分子聚合物OLED(或稱為SMOLED),是一種小分子OLED技術。主要器件可以使用真空蒸鍍技術制造。小的有機分子被裝在ITO玻璃襯底上的若干層內。與基于PLED技術的器件相比,SMOLED不僅制造工藝成本更低,可以提供全部262 000種顏色的顯示能力,而且有很長的工作壽命。
有機小分子材料以金屬鰲合物和稀土配合物為代表。1987年Tang C W首先采用此種化合物Alq3實現較高效率的有機電致發光器件。常見的此類物質有:Alq3, Al mqs , Zn( 5 Fa) 2, Be Bq2等。此類發光物質的缺點是制作過程中難分離。其它性能比較優越的發光薄膜材料有Perylene , Aromaticdiamine , TAD, TAP,T AZ,TPA, TPB, TPD, TPP等。
目前小分子技術的核心專利被其主要發現者柯達公司掌握。伊斯曼柯達公司的專利許可對象開始以日本廠商為主,之后伊斯曼柯達公司逐步將其許可范圍轉向中國***省和香港的廠商,包括***的錸寶、東元激光、光磊、聯宗光電以及香港的Truly International與精電國際等。這些得到Eastern Kodak公司OLED專利許可的亞洲廠商大多具有LCD產業背景,如三洋、三星等,因而在產品開發和市場渠道方面具有相當的優勢。Eastern Kodak公司選擇這些廠商作為專利許可對象,很好地促進了小分子OLED技術的商品化。
目前小分子OLED比高分子OLED的技術和工藝都更加成熟,并已進入市場化階段。因而市場上的OLED絕大多數是小分子、中小尺寸的產品,主要用于MP3、手機、車載設備、儀器儀表上。
OLED的特性特點
OLED顯示技術具有自發光的特性,采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板,當有電流通過時,這些有機材料就會發光,而且OLED顯示屏幕可視角度大,并且能夠節省電能,從2003年開始這種顯示設備在MP3播放器上得到了應用。
以OLED使用的有機發光材料來看,一是以染料及顏料為材料的小分子器件系統,另一則以共軛性高分子為材料的高分子器件系統。同時由于有機電致發光器件具有發光二極管整流與發光的特性,因此小分子有機電致發光器件亦被稱為OLED(Organic Light Emitting Diode),高分子有機電致發光器件則被稱為PLED (Polymer Light-emitting Diode)。
小分子及高分子OLED在材料特性上可說是各有千秋,但以現有技術發展來看,如作為監視器的信賴性上,及電氣特性、生產安定性上來看,小分子OLED處于領先地位。當前投入量產的OLED組件,全是使用小分子有機發光材料。
有機發光顯示器件之所以受到人們的青睞,是因為其與LCD 為代表的第二代顯示器相比,有著突出的技術優點:
●具有低成本特性,工藝簡單,使用原材料少;
●具有自發光特性,不需要背光源;
●具有低壓驅動和低功耗特性,直流驅動電壓在10 伏以下,易于用在便攜式移動顯示終端上;
●具有全固態特性,無真空腔,無液態成份,機械性能好,抗震動性強,可實現軟屏顯示;
●具有快速響應特性,響應時間為微秒級,比普通液晶顯示器響應時間快1000 倍,適于播放動態圖像;具有寬視角特性,上下、左右的視角接近180 度;
●具有高效發光特性,可作為新型環保光源;
●具有寬溫度范圍特性,在零下40 攝氏度至零上85 攝氏度范圍內都可正常工作;
●具有高亮度特性,顯示效果鮮艷、細膩。
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