OLED顯示技術(shù)近期進(jìn)展及趕超機(jī)遇

作者：北京維信諾科技有限公司 萬博泉

摘要： 新型有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)擁有諸多優(yōu)勢，而成為平板顯示領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，大尺寸、彩色化、白光光源和柔性顯示等已成為有機(jī)發(fā)光顯示器技術(shù)發(fā)展的主流方向。

關(guān)鍵詞： OLED；有機(jī)材料；平板顯示器；柔性顯示

伴隨著有機(jī)發(fā)光材料和器件技術(shù)的不斷成熟，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器逐步進(jìn)入各個顯示領(lǐng)域。1997年，Pioneer公司首次推出了單色OLED車載音響，使得有機(jī)顯示屏首次進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域。時至今日，韓國Samsung和LG、日本Pioneer和SONY、臺灣錸寶和悠景等十多家公司建設(shè)了OLED量產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和銷售。今年在美國舉辦的2007SID(信息顯示協(xié)會)展會上，許多公司紛紛展出了各種應(yīng)用領(lǐng)域的OLED顯示屏，涉及電視、MP3、手機(jī)、車載、白光光源、可彎曲標(biāo)價牌等，展品的顏色豐富細(xì)膩，亮度、對比度、解析度等都達(dá)到了歷史新高，表明OLED在大尺寸、全彩色化、照明、柔性顯示等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面的長足進(jìn)步。

近期OLED顯示技術(shù)的進(jìn)展

OLED是雙載流子注入型顯示器。對OLED的研究工作始于1960年代，1963年P(guān)ope報(bào)道了蒽單晶片在400V電壓的作用下的發(fā)光現(xiàn)象。直到1987年C. W. Tang[2]等人首次采用雙層器件結(jié)構(gòu)得到了高性能的OLED后，OLED技術(shù)才引起各國專家的極大關(guān)注。特別是最近10年里，OLED技術(shù)取得了顯著的進(jìn)展，從2英寸的產(chǎn)品到40英寸的樣品均在陸續(xù)推出。

與液晶顯示器(LCD)相比，OLED具有全固態(tài)、自發(fā)光、寬視角、高清晰、高亮度、高對比度、高響應(yīng)速度、超薄、低成本、低功耗、耐低溫、抗震、可實(shí)現(xiàn)柔性顯示和雙面顯示等特點(diǎn)，被認(rèn)為是理想和有潛力的下一代平板顯示技術(shù)。

OLED按照所采用有機(jī)發(fā)光材料的不同，可分為：小分子OLED(基于小分子有機(jī)發(fā)光材料)和高分子OLED(基于共軛高分子有機(jī)發(fā)光材料，簡稱PLED)。美國柯達(dá)與英國劍橋顯示技術(shù)公司分別為小分子OLED和PLED的先行者，擁有80％以上的專利。

OLED按照驅(qū)動方式的不同，還分為有源矩陣驅(qū)動(AMOLED)和無源矩陣驅(qū)動(PMOLED)。PMOLED技術(shù)比較成熟，已在小尺寸OLED產(chǎn)品中大量采用，但是該技術(shù)受到掃描行數(shù)的限制，不可能用于大尺寸顯示。目前，大尺寸AMOLED驅(qū)動技術(shù)還不成熟，成品率低，仍處于研發(fā)階段。

從長遠(yuǎn)來看，OLED未來的發(fā)展必將沿著小尺寸-超大尺寸、單色-彩色、無源-有源、硬屏-軟屏的方向發(fā)展，最理想的OLED顯示器應(yīng)該是OTFT AMOLED?，F(xiàn)階段OLED技術(shù)研究的熱點(diǎn)主要有：

有機(jī)發(fā)光材料

有機(jī)化合物的豐富多彩為材料的設(shè)計(jì)和選擇提供了廣闊的天地?？梢哉f，有機(jī)材料的不斷進(jìn)步是推動OLED技術(shù)進(jìn)步的重要原因之一。

OLED發(fā)光材料按照發(fā)光激子的種類可分為熒光材料和磷光材料兩種。目前，熒光材料方面，性能最高的是日本出光興產(chǎn)的材料。紅光效率達(dá)到了11cd/A，壽命高達(dá)16萬小時；綠光效率達(dá)到30cd/A，壽命為6萬小時；正在開發(fā)中的高效率、長壽命藍(lán)光材料BD-2 (0.13, 0.22)，效率為8.7 cd/A，壽命2.3萬小時。磷光材料方面，UDC公司開發(fā)的紅光材料色坐標(biāo)為(0.67，0.33)，效率達(dá)到15cd/A，500 cd/m2下工作壽命超過15萬小時；綠光材料色坐標(biāo)為(0.34，0.61)，效率達(dá)到65cd/A，初始亮度為1000 cd/m2時，壽命超過4萬小時；最難得到的藍(lán)色磷光材料效率達(dá)到了30cd/A，在200 cd/m2的初始亮度下，壽命達(dá)到了10萬小時。

總體上講，OLED紅、綠、藍(lán)三色材料的發(fā)光效率和發(fā)光壽命均基本滿足實(shí)用化需求。紅色磷光材料在色純度上優(yōu)于紅色熒光材料，但綠光和藍(lán)光在色純度上還有待進(jìn)一步提高。獲得高色純度、長壽命的藍(lán)色磷光材料，仍然是富有挑戰(zhàn)性的難題。而且對發(fā)光材料的研究而言，新三色發(fā)光材料的開發(fā)和器件色純度、發(fā)光效率、壽命的進(jìn)一步提高依然是今后一段時間內(nèi)的重要工作。

彩色化技術(shù)

目前提高彩色化產(chǎn)品的成品率和壽命是彩色化研究的重點(diǎn)。OLED彩色化實(shí)現(xiàn)的方法主要有三基色發(fā)光法、彩色濾光片法和色轉(zhuǎn)換法。三基色發(fā)光法直接用三基色材料蒸鍍形成RGB三像素，發(fā)光亮度最高，技術(shù)比較成熟，是目前彩色化常用的工藝方法，但蒸鍍對位困難，需要三次蒸鍍發(fā)光材料，導(dǎo)致效率降低，且三基色材料的壽命不一致，會影響顯示屏的整體壽命。彩色濾光片法是將白光透過類似LCD的彩色濾光片來達(dá)到全彩效果，這種全彩方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用LCD的彩色濾光片技術(shù)，且蒸鍍簡單效率高，采用該技術(shù)關(guān)鍵在于白光有機(jī)材料的色域穩(wěn)定性、發(fā)光效率、壽命以及彩色濾光膜的制造成本。色轉(zhuǎn)換法是以藍(lán)光材料為發(fā)光源，通過色轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)變成紅光和綠光，目前色轉(zhuǎn)換層的制備技術(shù)還沒有完全解決?！?/P>

大尺寸技術(shù)的研究

大尺寸顯示最能發(fā)揮OLED高亮度、高對比度、寬視角、高響應(yīng)速度等技術(shù)性能方面的優(yōu)勢，開發(fā)大尺寸技術(shù)已成為OLED今后發(fā)展的方向。自2003年以來，SONY、Samsung、Sanyo、Epson、Philips、奇美、LPL等公司相繼開發(fā)了13~ 40英寸的OLED樣品，Samsung開發(fā)的17英寸LTPS-AMOLED顯示屏達(dá)到UXGA(1600×1200)分辨率、亮度400 cd/m2。三星投資4.5億美元建設(shè)了一條4代AMOLED生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)年內(nèi)量產(chǎn)、銷售中小尺寸AMOLED產(chǎn)品。

最近大尺寸AMOLED技術(shù)又有了新的突破，最引人注目的是SONY公司在2007 CES(國際消費(fèi)電子展)上展出的兩款OLED高清電視產(chǎn)品，其中一款的尺寸為27英寸、分辨率1920×1080、10億色、厚度僅10 mm。另一款尺寸為11英寸、分辨率1024×600、1670萬色、厚度僅為3 mm。兩款電視的對比度都達(dá)到了100萬:1，亮度最高達(dá)到了600cd/m2，色域都超出了NTSC規(guī)范。SONY表示今年年內(nèi)將量產(chǎn)和銷售11英寸產(chǎn)品。這兩款OLED采用的彩色化技術(shù)是RGB三基色發(fā)光方案，使用小分子發(fā)光材料。為實(shí)現(xiàn)1920×1080分辨率，SONY采用了LIPS激光轉(zhuǎn)印法來制備紅、綠、藍(lán)發(fā)光材料薄膜。由于不再使用蔭罩，LIPS能夠防止此前一直妨礙大型面板制造的蔭罩變形所導(dǎo)致的圖案精度降低。SONY表示，激光工藝是一種趨于成熟的、可靠性高的方法。另外，通過采用并排多束激光槍結(jié)構(gòu)，還可加快薄膜制備的速度，提高生產(chǎn)效率。此次SONY新工藝的意義在于從制造方法方面為大尺寸定下了目標(biāo)。另外，還著眼于生產(chǎn)效率的提高，確定了開發(fā)的重心。[!--empirenews.page--]

大尺寸OLED的研究涉及基板技術(shù)、薄膜制備工藝和封裝技術(shù)等各方面，而最為關(guān)鍵的技術(shù)則是有源矩陣(AMOLED)技術(shù)。無源矩陣OLED(PMOLED)和有源矩陣OLED (AMOLED)所用的OLED結(jié)構(gòu)相同，但每個單元的尋址方式不同。PMOLED的像素只在控制器尋址到其所在的行時才被點(diǎn)亮，所以電流占空比反比于行數(shù)，峰值電流正比于行數(shù)，被觀察到的亮度正比于每幀間隔內(nèi)電流的時間積分。由于占空比隨著行數(shù)的增加而減少，PMOLED存在發(fā)光區(qū)域面積的限制，不適于制備大尺寸的顯示器件。AMOLED顯示器利用每個像素的薄膜晶體管(TFT)在幀間隔持續(xù)時間內(nèi)獲得驅(qū)動信號。在一幀之內(nèi)，峰值電流和平均電流一致，不會受到顯示器行數(shù)的限制，可以制備大面積的顯示器，并且能耗更低。

AMOLED的發(fā)展主要取決于TFT在OLED中的應(yīng)用。AMOLED驅(qū)動技術(shù)有三個研發(fā)方向：一是改進(jìn)傳統(tǒng)的非晶硅技術(shù)(a-Si TFT)，二是開發(fā)載流子遷移率高的低溫多晶硅技術(shù)(LTPS TFT)，三是開發(fā)有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。

LTPS TFT擁有較高的載流子遷移率，這對電流驅(qū)動型的OLED器件來說是非常有利的，然而制備技術(shù)還不成熟，成品率還很低。傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光晶化法非常昂貴，而且目前最大的LTPS基板只能做到第4代，器件性能上亮度還不均勻。日前，柯達(dá)開發(fā)了一種GMC的補(bǔ)償技術(shù)，將其應(yīng)用到LTPS TFT驅(qū)動的3英寸OLED面板上，宣稱這一技術(shù)使得AMOLED多年以來的難題―TFT開態(tài)電流誤差引起的亮度不均得到了徹底解決。

a-Si TFT可以延續(xù)液晶的技術(shù)，工藝簡單、成熟、成本低廉，且可以利用現(xiàn)有的液晶生產(chǎn)設(shè)備，基板尺寸可以做到5代線以上，但用于驅(qū)動OLED則存在遷移率低、器件性能穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。從發(fā)展趨勢看，a-Si可能適合大尺寸顯示，LTPS則可能適合中小尺寸顯示。

另外OTFT技術(shù)采用有機(jī)材料代替硅，適合于軟屏制備，相對于硅薄膜晶體管，OTFT的工藝要簡單得多。但是OTFT技術(shù)還處于基礎(chǔ)研究階段。

　　OLED照明技術(shù)

與其它照明光源相比，以平面發(fā)光為特點(diǎn)的OLED具有更容易實(shí)現(xiàn)白光、超薄光源和任意形狀光源的優(yōu)點(diǎn)，同時具有高效、環(huán)保、安全等優(yōu)勢。因此，白光OLED作為一種新型的固態(tài)光源，在照明和平板顯示背光源等方面展示了良好的應(yīng)用前景。市場調(diào)研公司NanoMarkets預(yù)測，使用OLED的照明市場的產(chǎn)值規(guī)模在2014年將擴(kuò)大至10億美元。目前，高效率、長壽命的白光器件的研究是OLED在照明領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。磷光材料由于具有高效特征，因此在白光照明領(lǐng)域被廣泛看好。

2006年7月，Konica Minolta技術(shù)中心成功開發(fā)了在1000 cd/m2初始亮度下，發(fā)光效率64 lm/W，亮度半衰期約1萬小時的白光OLED器件。該器件采用的發(fā)光材料均是磷光材料，且一直為磷光材料瓶頸的藍(lán)光材料實(shí)現(xiàn)了長壽命和高發(fā)光效率，在300 cd/m2初始亮度下，實(shí)現(xiàn)了1.6萬小時的亮度半衰期。2007 SID展會上，日本出光興業(yè)報(bào)道的白光器件效率達(dá)到約16.8 lm/W，壽命超過了4萬小時。
該白光器件采用的發(fā)光材料為熒光材料，是目前效率最高的熒光白光OLED。

白光OLED的發(fā)展目標(biāo)，是成為真正的低成本、高效率、長壽命的平板白光光源。在過去十多年的研究工作中，白光OLED在效率和壽命方面都取得了長足的進(jìn)步，但距實(shí)用化和商品化還有一定的距離。白光OLED面臨的挑戰(zhàn)是提高器件在高電流工作狀態(tài)下的效率和壽命。新材料和新結(jié)構(gòu)的開發(fā)和使用有望解決這兩方面的困難。近年來，歐美各國在OLED照明領(lǐng)域投入相對大的資金。GE、UDC、Osram公司獲得了美國政府的項(xiàng)目支持，開發(fā)OLED照明技術(shù)。美國能源部在OLED照明光源技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中指出：2007年，用于照明的白光OLED效率將達(dá)到50 lm/W、壽命超過5000小時；2012年，其效率將達(dá)到150 lm/W、壽命超過1萬小時、制作成本也會大幅下降。

柔性顯示

柔性OLED顯示是顯示技術(shù)領(lǐng)域的最熱門的研究課題之一。OLED相比其它柔性顯示器具有更多優(yōu)點(diǎn)：它是自發(fā)光顯示、響應(yīng)速度快、視角寬，由有機(jī)材料制備，彎曲能力強(qiáng)等。因此對顯示效果要求高的便攜產(chǎn)品和軍事等特殊領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。

柔性顯示需要解決的主要問題是電極層以及有機(jī)層的附著性能、基板的氣密性、封裝和驅(qū)動技術(shù)。目前，已有CDT、UDC、Samsung、Pioneer、SONY和我國清華大學(xué)等試制了高分子和小分子OLED軟屏樣品，有源驅(qū)動技術(shù)和薄膜封裝技術(shù)的應(yīng)用也極大地豐富了柔性顯示的色彩和延長了OLED的壽命。在2007 SID展會上，SONY公司首次推出了TFT驅(qū)動的2.5英寸柔性O(shè)LED樣品，實(shí)現(xiàn)了約1670萬色的全彩顯示，像素尺寸為318 μm見方，精細(xì)度為80 ppi，實(shí)現(xiàn)了最高的精細(xì)度。

由于OLED對于水、氧非常敏感，如何避免這兩種氣氛對器件的影響是柔性O(shè)LED發(fā)展的首要因素。研究表明，OLED要求水汽的滲透能力在10-5g/m2/day以下，但傳統(tǒng)的金屬或玻璃封裝不適合柔性器件的封裝，如何避免水、氧對器件的影響是柔性O(shè)LED發(fā)展的主要課題。Vitex公司利用聚合物無機(jī)材料交替復(fù)合薄膜(PML)阻隔水氧，其開發(fā)的軟屏基板產(chǎn)品具有與玻璃相媲美的阻隔效果(見表2)。日本先鋒公司計(jì)算，利用這種技術(shù)封裝的器件，在1000 cd/m2的起始亮度下，最長壽命可超過5000小時。不過現(xiàn)階段由于OLED軟屏的封裝技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟，因此柔性O(shè)LED顯示技術(shù)還處于基礎(chǔ)研究階段。

我國內(nèi)地的研發(fā)單位和企業(yè)敏銳地捕捉到了這次機(jī)會，投入了大量的人力、物力和財(cái)力，取得了很好的研究成果。目前我國大陸在OLED研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面所取得的成就主要有：

清華大學(xué)開發(fā)出非摻雜體系的紅色熒光主體材料，色坐標(biāo)為(0.65, 0.35)，初始亮度1000 cd/m2下壽命超過1.5萬小時；吉林大學(xué)率先開展了三線態(tài)磷光材料的性能研究；中科院長春應(yīng)化所設(shè)計(jì)合成的綠光、紅光和藍(lán)光銥配合物的磷光材料，發(fā)光效率分別達(dá)到了57.9 cd/A(57.4 lm/W)、50.0 cd/A(45.2 lm/W)和16.2 cd/A(14.0 lm/W)，達(dá)到先進(jìn)水平；華南理工大學(xué)率先采用噴墨和旋涂新工藝研制出全彩色高分子發(fā)光示屏，像素96×(3)×64；長春光機(jī)物理所與維信諾公司合作開發(fā)了a-Si OLED的320×240點(diǎn)陣彩屏；南開大學(xué)采用金屬誘導(dǎo)技術(shù)、吉林彩晶采用激光退火技術(shù)研發(fā)了2英寸p-Si 160×128點(diǎn)陣彩屏；南開大學(xué)與香港科技大學(xué)合作開發(fā)了金屬誘導(dǎo)的5英寸p-Si 320×234點(diǎn)陣彩屏；北京京東方公司進(jìn)行了2英寸a-Si 176×220點(diǎn)陣AMOLED的開發(fā)。[!--empirenews.page--]

產(chǎn)業(yè)方面，目前維信諾公司正在昆山建設(shè)國內(nèi)第一條PMOLED生產(chǎn)線，基板尺寸為370mm×470mm；信利半導(dǎo)體開發(fā)出可在短時間內(nèi)測試OLED壽命、判斷生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性的OLED 壽命測試方法；上海廣電電子公司目前基本完成了OLED關(guān)鍵技術(shù)的研究和生產(chǎn)技術(shù)的集成，實(shí)現(xiàn)了OLED屏及模塊的小量生產(chǎn)和銷售，開發(fā)了3.5英寸的全彩LTPS TFT-OLED，亮度達(dá)到250 cd/m2；吉林環(huán)宇公司與荷蘭OTB公司簽定了兩條PLED生產(chǎn)線設(shè)備的購買合同，計(jì)劃生產(chǎn)1.1英寸(PM)和2.6英寸(AM)兩款全彩色PLED顯示屏，生產(chǎn)能力600萬片/年。

結(jié)語

OLED技術(shù)正處于一個發(fā)展與調(diào)整的關(guān)鍵時期，目前面臨的狀況類似于90年代上半期的TFT-LCD。TFT-LCD技術(shù)70年代末開始研制，但是由于TFT基板制造及彩色化生產(chǎn)技術(shù)沒能完全突破，產(chǎn)品遲遲進(jìn)入不了市場。日本參與TFT的企業(yè)處于全面虧損狀態(tài)，當(dāng)時只有夏普等極少數(shù)公司堅(jiān)持將TFT-LCD搞下去，并最終取得了成功，90年代末，日本的TFT-LCD企業(yè)開始大幅度獲利，進(jìn)而推動了全球TFT-LCD產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。韓國、中國臺灣地區(qū)90年代中期才開始進(jìn)入TFT-LCD產(chǎn)業(yè)，但他們摒棄了日本廠商的保守觀念，在引進(jìn)日本技術(shù)的基礎(chǔ)上抓住機(jī)遇，大膽創(chuàng)新、大膽投入，最終超過了日本對手。

OLED目前正處于產(chǎn)業(yè)化技術(shù)完全突破的前期，在LCD的打壓下，市場進(jìn)入速度減緩，大部分企業(yè)處于虧損狀態(tài)，許多企業(yè)退出競爭。但是以Samsung、SONY為首的一批有遠(yuǎn)見的企業(yè)卻正在抓住機(jī)遇，加大研發(fā)和投入的力度，使OLED市場出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)機(jī)。我們應(yīng)該學(xué)習(xí)韓國及臺灣的經(jīng)驗(yàn)，我國OLED技術(shù)與國外差距不大，并擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)起步，這是我們在平板顯示領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平的一個很好的機(jī)會，如果我們能抓住這個機(jī)遇、快速發(fā)展，就能在不久的將來成為OLED強(qiáng)國。