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OLED的发光原理,开展前史及现状

OLED具有自发光性、广视角、高对比、低耗电、高反应速率、全彩化、制程简单等优点,OLED显示器的种类可分单色、多彩及全彩等种类,而其中以全彩制作技

机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,简称OLED)与 TFT-LCD“薄膜晶体管液晶显现器”(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)是不同类型的产品。部分国外又称 OLED 为有机电激发光显现(Organic Electroluminesence Display, OELD)。

OLED具有自发光性、广视角、高比照、低耗电、高反响速率、全彩化、制程简略等长处,OLED显现器的品种可分单色、多彩及全彩等品种,而其间以全彩制作技能最为困难,OLED显现器依驱动办法的不同又可分为被迫式(Passive Matrix,PMOLED)与自动式(active matrix,AMOLED)。

有机发光二极管可简略分为OLED(organic light-emitting diodes)和聚合物发光二极管(polymer light-emitting diodes, PLED)两品种型,现在均已开宣布老练产品。PLED首要优势相对于OLED是其柔性大面积显现。但由于产品寿数问题,现在市面上的产品仍以OLED为首要运用。

OLED前史

OLED 技能的研讨,起源于邓青云博士(Dr.Ching Wan Tang),他出生于香港,于英属哥伦比亚大学得到化学理学士学位,于1975年在康奈尔大学取得物理化学博士学位。邓青云自1975年开端参加柯达公司Rochester试验室从事研讨作业,在意外中发现OLED。1979年的一天晚上,他在回家的路上遽然想起有东西忘记在试验室,回到试验室后,他发现在黑私自的一块做试验用的有机蓄电池在闪闪发光然后开端了对OLED的研讨。到了1987年,同属柯达公司的汪根样博士和搭档 Steven 成功地运用相似半导体 PN结的双层有机结构第一次作出了低电压、高功率的光发射器。 1987年的这项实作,为柯达公司出产 OLED 显现器奠定了根底。到了1990年,英国剑桥的试验室也成功研发出高分子有机发光原件。1992年剑桥建立的显现技能公司CDT(Cambridge Display Technology),这项发现使得 OLED 的研讨走向了一条与柯达彻底不同的研发之路。

OLED结构

OLED的根本结构是由一薄而通明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO),与电力之正极相连,再加上另一个金属阴极,包成如三明治的结构。整个结构层中包含了:电洞传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电力供应至恰当电压时,正极电洞与阴极电子便会在发光层中结合,发生光子,依其资料特性不同,发生红、绿和蓝 RGB 三原色,构成根本颜色。OLED的特性是自发光,不像 TFT LCD 需求背光,因而可视度和亮度均高,且无视角问题,其次是驱动电压低且省电功率高,加上反响快、重量轻、厚度薄,结构简略,本钱低一级,被视为 21世纪最具出路的产品之一。

OLED的驱动办法

不过,OLED 也与 LCD 相同其驱动办法也分为自动和被迫式两种。被迫式下按照定位发光点亮,相似邮差寄信,自动式则和 TFT LCD 相同在每一个 OLED 单元背添加一个薄膜晶体管,发光单元按照晶体管接到的指令点亮。简言之,自动/被迫矩阵分法,首要指的是在显现器内翻开或封闭像素的电子开关型式。

典型的OLED由阴极、电子传输层、发光层、电洞输运层和阳极组成。电子从阴极注入到电子输运层,相同,电洞由阳极注入进空穴输运层,它们在发光层从头结合而宣布光子。与无机半导体不同,有机半导体(小分子和聚合物)没有能带,因而电荷载流子输运没有广延态。受激分子的能态是不接连的,电荷首要经过载流子在分子间的跃迁来输运。因而,在有机半导体中,载流子的移动才能比在硅、砷化镓、乃至无定型硅的无机半导体中要低几个数量级。 在实践的OLED中,有机半导体典型的载流子移动才能为10-3~10-6cm2/VS。由于它太小,OLED器材就需求较高的作业电压。如一个发光强度为1000cd/m2的OLED,其作业电压约为7~8V。由于相同的原因,OLED受空间电荷约束,其注入的电流密度较高。

经过一厚度为d的薄膜的电流密度由下式界说:

J=(9 / 8)e M (V2/d3)

式中e是荷常怠M是d流子w移率、V楸∧啥说碾骸

在一般的OLED中,悉数有机膜的厚度约为1000囝 。实践上,OLED的发光功率与电流有J·Vm的联系,其间m 2。Burrows和Forrest制得的TPD/Alq器材的m高达9,他们以为,m值大是由于“阱”(或称极化子)的原因。最近,他们又证明m具有很强的温度依赖性,而且电荷是经过“阱”来输运的。 在发光层中,掺杂客体萤光染料能极大地进步OLED的功能和特性。例如,只需掺杂1%的赤色萤光染料DCM、Alq式OLED的最大发射峰即可从520nm迁移到600nm;掺杂少数的MQA(一种绿色染料)将使OLED的功率进步2~3倍,在相同的亮度下作业寿数可进步10倍。

有机发光二极管所用的物料是有机分子或高分子资料。将来可望运用于制作平价可曲折显现幕、照明设备、发光衣或装修墙面。2004年开端, OLED 已广泛运用于随身MP3播放器。

器材功率

迄今为止,发绿光的OLED是最有用的器材,这是由于人眼对绿光最为灵敏。Tang曾报导,用香豆素掺杂Alq的器材具有5~6lm/w的功率。据文献报导,功率最大的发绿光的OLED是由Sano制成的,用Bebq作为HTM,其功率为15lm/w。与发绿光的OLED比较,对发红光和蓝光的OLED的研讨作业少得多。

现在已知的,功率最好的发蓝光的OLED是由Idemitsu的Hosokawa等人研发的,其发光功率为5.0lm/w,对应的外表量子功率为2.4%。据Tang等人报导,将DCM染料搀入Alq制成了发红光的OLE器材,其发光功率为2.5lm/W。 需求阐明的是,上述文献所报导的发光功率,都是在发光强度约为100cd/m2或更小的条件下测得的。而实践运用的OLED是由多路驱动的,最大的发光强度要高一些。因而,显现象素会被驱动到很高的发光强度,导致发光功率下降。也就是说,跟着发光亮度添加,发光功率将因驱动电压的添加而下降。发绿光的OLED,在发光亮度为10,000cd/m2时,其发光功率降为2lm/W,只需低亮度下的30%。发红光和蓝光的OLED,其发光功率跟着发光亮度的添加下降得更多。因而,OLED技能或许更适用于不需求有源矩阵驱动的小尺度、低显现容量的显现器材。

器材的寿数和衰变

在曩昔的几年中,对OLED器材的寿数有过一些报导。但由于每个试验室丈量器材寿数的办法不同,无法对这些数据进行有意义的比较。在报导中,运用最多的丈量器材寿数的办法,是在器材保持一恒定电流的条件下,丈量从初始亮度下降至一半亮度的时刻。据柯达公司的VanSlyke报导,亮度在2000cd/m2时,器材的作业寿数达到了1000小时。Sano也报导了,在TPD中掺杂红荧烯得到的器材,其初始亮度为500cd/m2、半亮度寿数为3000小时。对寿数进行比较的最佳量值是亮度和半亮度寿数的乘积。据报导,该量值对运用寿数最长的器材是:绿光为7,000,000cd/m2-hr;蓝光为300,000cd/m2-hr;红─橙色为1,600,000cd/m2-hr。一个双倍密封的OLED器材的贮存寿数约为5年。

特征与关键技能

曩昔的商场上OLED一向没办法遍及,首要的问题在于新近技能发展的OLED样品大多是单色居多,即便选用多色的规划,其发色资料和出产技能往往仍是约束了OLED发色的多样性。实践上OLED的印象发生办法和CRT显现相同,皆是借由三色RGB画素拼成一个五颜六色画素;由于OLED的资料对电流挨近线性反响,所以能够在不同的驱动电流下显现不同的颜色与灰阶。

OLED的特征在于其中心能够做得很薄,厚度为现在液晶的三分之一,加上OLED为全固态组件,抗震性好,能习惯恶劣环境。OLED首要是自体发光的让其几乎没有视角问题,与LCD技能比较,即便在大的视点观看,显现画面依然清晰可见。OLED的元件为自发光且是依托电压来调整,反响速度要比液芯片件来得快许多,比较合适当作高画质电视运用,2007年末SONY推出的11OLED电视XEL-1 反响速度就比LCD快了1000倍。

OLED的另一项特性是对低温的习惯才能,旧有的液晶技能在零下75度时,即会决裂毛病,OLED 只需电路未受损仍能正常显现。此外,OLED的功率高,耗能较液晶略低还能够在不同原料的基板上制作,乃至能成制作成可曲折的显现器,运用规模日渐增广。

OLED与LCD比较之下较占优势,数年前OLED的运用寿数依然难以达到消费性产品(如PDA、移动电话及数码相机等)运用的要求,但近年来已有大幅的打破,许多移动电话的屏幕已选用 OLED,然而在价格上依然较LCD贵许多,这也是未来量产技能等候打破的。

潜在的运用

OLED技能的首要长处是自动发光。现在,发红、绿、蓝光的OLED都能够得到。在曩昔的几年中,研讨者们一向致力于开发OLED在从背光源、低容量显现器到高容量显现器范畴的运用。下面,将对OLED的潜在运用进行评论,并将其与其它显现技能进行比照。

OLED在1999年首度商业化,技能依然非常新。现在用在一些是非/简略颜色的轿车收音机、移动电话、掌上型电动游乐器等。都归于高阶机种。

现在全国际约有100多家厂商从事OLED的商业开发,OLED现在的技能发展方向分红两大类:日、韩和台湾倾向柯达公司的低分子OLED技能,欧洲厂商则以PLED为主。两大集团中除了柯达联盟之外,另一个以高分子聚合物为主的飞利浦公司现在也联合了EPSON、DuPont、东芝等公司全力开发自己的产品。2007年第二季全球OLED商场的产值已达到1亿2340万美元。

在我国企业方面,早在2005年,清华大学和维信诺公司决议开端OLED大规模出产线建造,并终究在昆山建造了OLED大规模出产线;广东省也活跃上马OLED专案,到2009年12月,广东已建、在建和筹建的OLED出产线项目有5个,分别是汕尾信利小尺度OLED出产线、佛山中显科技的低温多晶硅TFT(薄膜场效应晶体管)AMOLED出产线专案、东莞宏威的OLED显现幕演示出产线项目、惠州茂勤光电公司的AMOLED光电项目、彩虹在佛山建造的OLED出产线项目。在OLED微型显现器方面,云南北方奥雷德光电科技股份有限公司是国际第二家、我国第一家具有批量出产才能的AMOLED微型显现器的出产厂商,微型显现器多与光学组件合作,进行便携的近眼式运用,可运用于红外体系、工业检测、医疗器械、消费电子等多个范畴。依据调研公司DisplaySearch的陈述,全球OLED工业2009年的产值为8.26亿美元,比2008年增加35%。我国成为全球OLED运用最大的商场,我国的手机、移动显现设备及其他消费电子产品的产值都超越全球产值的一半。

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