材料器件推進有機發(fā)光顯示向大尺寸突進

作者：劉嵩 高裕弟



OLED應(yīng)用前景廣闊

有機發(fā)光顯示技術(shù)(OLED)是雙載流子注入型的顯示器，與傳統(tǒng)的顯示技術(shù)相比具有超輕、超薄、廣視角、高清晰、耐低溫、抗震性能好等一系列優(yōu)點。因此，有機發(fā)光顯示技術(shù)(OLED)在近20年時間內(nèi)取得了長足的進步，各種高性能、長壽命的有機發(fā)光材料和器件不斷問世。

有機發(fā)光顯示技術(shù)的進展使得OLED顯示器快速進入了商業(yè)化。1997年，日本先鋒公司率先推出第一個商品化車載文字信息OLED接收裝置。如今，色彩豐富的彩色OLED顯示器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于MP3、手機等領(lǐng)域， 日本、韓國和我國臺灣已有多個廠家建立了大規(guī)模量產(chǎn)線。OLED產(chǎn)品的對比度可以達到10000∶1，厚度可以低于0.8毫米，視角接近180°，在圖像顯示狀態(tài)下，平均功耗低于同尺寸TFT-LCD顯示器產(chǎn)品。

隨著有機發(fā)光顯示技術(shù)的進一步發(fā)展，信息量更加豐富的有源驅(qū)動OLED顯示器、柔軟的OLED顯示屏以及可用于照明的OLED光源將在不久的未來給我們創(chuàng)造更加豐富多彩的世界。

OLED具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在顯示領(lǐng)域，OLED不僅可以用于手機、MP3/MP4、數(shù)碼相機、GPS、PDA、3G通信終端、壁掛電視、臺式和筆記本電腦、家電、工業(yè)儀表等民用產(chǎn)品領(lǐng)域。OLED更是一種理想的顯示器，有著更加廣泛的應(yīng)用前景。

與此同時，OLED是目前所有顯示技術(shù)中，唯一可制作大尺寸、高亮度、高分辨率軟屏的顯示技術(shù)，器件的厚度只有兩層塑料片厚。屆時，幕布式電視、可卷曲攜帶的電子報紙等“夢幻般的顯示器”將逐漸成為現(xiàn)實。

在照明領(lǐng)域，OLED不僅可以用作室內(nèi)外通用照明、背光源、裝飾照明等領(lǐng)域，甚至可以制備富有藝術(shù)性的柔性發(fā)光墻紙、可單色或彩色發(fā)光的窗戶、可穿戴的發(fā)光警示牌等夢幻般的產(chǎn)品。

器件效率改善幾十倍

作為時尚產(chǎn)品的MP3和手機對其顯示屏有以下要求：輕薄、小巧；高對比度；低驅(qū)動電壓；寬溫度范圍；快速響應(yīng)；豐富的色彩。以上要求都是OLED所具備的，因此OLED在這些領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。OLED性能的提高也為其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了必備條件，從1987年～2006年，OLED器件效率改善了幾十倍。

目前，產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)OLED的彩色化有兩種方式：一種是RGB三發(fā)光像素獲得彩色顯示；另一種是白光OLED+濾色片實現(xiàn)彩色顯示。

RGB方式實現(xiàn)的彩色顯示器的色純度、效率和壽命主要取決于有機材料和器件結(jié)構(gòu)。近年來，有機材料的發(fā)光顏色、效率和壽命已得到了很大提高。以日本出光公司的材料為例，在2005-2006年一年的時間內(nèi)，紅、綠、藍三色材料的色坐標、效率和壽命都取得了飛速的進展。紅光材料的效率提高了接近3倍，壽命提高了20倍；綠光材料的壽命提高了3倍；藍光壽命也提高了70%。這些材料技術(shù)的進展使得OLED器件的性能也隨之改善和提高。

通過濾色片實現(xiàn)彩色化是液晶領(lǐng)域常用的技術(shù)方案，OLED同樣可以利用該技術(shù)實現(xiàn)彩色化，其效率和壽命主要取決于白光OLED性能，可以通過材料的改進、器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)。由于熒光材料具有很好的穩(wěn)定性，被更廣泛的應(yīng)用在該領(lǐng)域。日本出光興產(chǎn)在橫濱舉辦的“FPD International 2006論壇”會上宣布，通過組合最新的藍、綠、紅三色熒光型OLED材料，可確保白光發(fā)光長達7萬個小時，同時發(fā)光效率高達16cd/A。

縱觀OLED發(fā)展可知，OLED是一個充滿生機的新興產(chǎn)業(yè)。OLED材料和器件的技術(shù)仍然在飛速發(fā)展，OLED技術(shù)也在不斷改進，大尺寸、高品質(zhì)的OLED產(chǎn)品必將隨著材料和器件技術(shù)進一步發(fā)展而逐漸進入人們的日常家居生活。

OLED技術(shù)標準至關(guān)重要

隨著高科技領(lǐng)域技術(shù)競爭的日益激烈，技術(shù)標準對國家發(fā)展的意義變得越來越重要。如何在標準制定中實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)利益的最大化，是必須認真考慮的問題。

中國OLED國家標準的制定工作始于2002年，在研的標準項目有《有機發(fā)光二極管顯示器名詞和術(shù)語標準》和《有機發(fā)光二極管顯示器測試方法標準》兩項。根據(jù)國家標準化管理委員會[2002]41號文件下達的編制任務(wù)，該兩項標準均由清華大學(xué)、維信諾公司承擔(dān)其制定工作。截至2006年11月，《有機發(fā)光二極管顯示器名詞和術(shù)語標準》已經(jīng)通過報批，《有機發(fā)光二極管顯示器測試方法標準》也計劃在2007年初修訂后通過報批。

2002年底，國際OLED標準的制定工作積極展開。國際電工委員會平板顯示器標準化工作組(IEC/TC110)在2002年第63屆IEC年會上，正式成立有機發(fā)光顯示器標準化項目組(OLED-G，后在2005年9月荷蘭會議上更改為WG05)。

TC110/WG05工作組成立至今，已經(jīng)開始立項和制定的OLED標準共有5項。分別為PT62341-1-2(名詞和術(shù)語)、PT62341-1-1(一般性總規(guī)范)、PT62341-6(光學(xué)及光電參數(shù)測試方法)、PT62341-5(環(huán)境和機械耐久性實驗測試方法)、PT62341-6-2(圖像質(zhì)量測試方法)，前三個標準計劃在2008年進入發(fā)布階段。清華大學(xué)和維信諾公司代表中國參與并負責(zé)62341-6光學(xué)及光電參數(shù)測試方法標準的制定工作。

OLED未來應(yīng)用不斷升級

有源驅(qū)動OLED(AM-OLED)

構(gòu)成OLED像素陣列的方法基本上有兩種，即無源矩陣OLED顯示器(PM-OLED)和有源矩陣OLED顯示器(AM-OLED)。這兩種方法所用OLED結(jié)構(gòu)相同，但對每個單元的尋址方式各異。

對于PM-OLED而言，像素只是在控制器尋址到其所在的行時才被點亮，所以電流占空因素反比于行數(shù)，而峰值電流則正比于行數(shù)，被觀察到的亮度正比于幀間隔內(nèi)電流的時間積分。由于占空數(shù)隨著行數(shù)的增加而減少，PM-OLED必定存在發(fā)光區(qū)域面積的限制，因而不適于制備大尺寸的顯示器件。在AM-OLED中，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是一樣的，因此不會受到顯示器行數(shù)的限制，可以獲取更多的顯示信息，制備大面積的顯示器。PM-OLED和AM-OLED雖然尋址方式不同，但原材料、器件、工藝等方面都是一致的，隨著前期PM-OLED技術(shù)的積累，AM-OLED逐漸成為研究和發(fā)展的重點。

韓國三星電子在IMID 2006大展中，向世人展示了2.4英寸QVGA分辨率的AM-OLED手機屏產(chǎn)品。這塊AM-OLED屏幕，色數(shù)為1600萬，亮度是200 cd/m2，對比度高達10000∶1。與此同時，這塊屏幕的耗電量卻只有245mW，并能夠達到31000小時的理論壽命。在SID2006上，三星電子又報道了14.1英寸的WXGA的AM-OLED顯示器，證明利用有源驅(qū)動技術(shù)可以實現(xiàn)大面積顯示。 [!--empirenews.page--]

OLED柔軟顯示器(FOLED)

使用塑料或金屬片等柔軟基板代替硬邦邦的玻璃基板，可以制備彎曲的顯示器。與普通的硬屏顯示器相比，柔性顯示器具有諸多優(yōu)點：耐沖擊，抗震能力更強；重量輕、體積小，攜帶更加方便；采用類似于報紙印刷工藝的卷帶式工藝，成本更加低廉等，能夠滿足未來顯示需要。因而，柔性顯示器成為近年來的研究熱點，OLED以其獨有的特性為這個目標的實現(xiàn)帶來了極大希望，這也被認為是OLED的最大優(yōu)勢所在。

由于OLED對于水、氧非常敏感，尋找適合FOLED要求的封裝方法是其發(fā)展的首要因素。Vitex公司利用聚合物無機材料交替復(fù)合薄膜阻隔水、氧，具有很好的效果，其開發(fā)的軟屏基板產(chǎn)品具有與玻璃相媲美的阻隔水、氧能力。2003年，UDC公司率先利用該基板和封裝技術(shù)制備了600 cd/m2的初始亮度下，實際工作壽命超過3000小時的實驗片。根據(jù)計算，利用這種技術(shù)封裝的器件，在1000cd/m2的起始亮度下，最長壽命可超過5000小時。

除了封裝技術(shù)的差別，實現(xiàn)柔軟點陣屏的另一個重要原因在于軟屏顯示器制備中涉及工藝問題。聚合物基板只能承受100℃以下的加工溫度，在高溫狀況下容易變形，這使得軟屏所需要的低溫制備工藝同絕緣層、隔離柱高溫固化工藝存在一定沖突。此外，軟屏中如果采用柔韌性相對較差的金屬材料作為陰極結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動過程中容易產(chǎn)生新的缺陷。杜邦帝人公司改進基板性能，使得聚合物基板的熱穩(wěn)定性提高到180℃～220℃，并改善了機械性能。日本先鋒公司于2004年率先推出了彩色的柔軟顯示器。利用金屬基板的熱穩(wěn)定性也有利于實現(xiàn)彩色化，在2006SID會議上，UDC和三星公司展示了利用聚合物無機交替復(fù)合薄膜封裝技術(shù)，制備在金屬基板上的OLED柔軟顯示器。

OLED照明光源

照明要消耗大量的能源，目前最為常用的兩種傳統(tǒng)白光光源是白熾燈和熒光管，但這兩種光源的效率都不高，需要開發(fā)性能更優(yōu)的白光光源。預(yù)計白光OLED的能量效率將在2008年超過60lm/W，到2015年則要超過100lm/W，并同時擁有很高的亮度和壽命，可以用于取代室內(nèi)和室外的傳統(tǒng)光源。因而成為OLED研究的熱點之一，并得到了迅速的發(fā)展。

有機磷光材料能夠同時利用單線態(tài)和三線態(tài)的全部激子，實現(xiàn)理論上100%內(nèi)量子效率，獲得高效率器件，成為光源產(chǎn)品研究的重點。2005年的SID會議上，日本豐田自動織機展示了一種采用熒光與磷光材料的“混合型”的白色OLED光源，引進了高效率紅光和綠光磷光材料，器件在3000 cd/m2的初始亮度下，亮度半衰期為5000小時，電流效率比全熒光材料的白光器件提高了50%左右。2006年4月，NATURE上報道了S. R.Forrest等人采用三發(fā)光中心白光器件結(jié)構(gòu)，發(fā)光染料分別為藍色熒光染料、綠色磷光染料和紅色磷光染料，最大外量子效率達到18.7%，流明效率達到37.6lm/W，染色指數(shù)為85。2006年7月，柯尼卡美能達技術(shù)中心開發(fā)成功了1000cd/m2初始亮度下，發(fā)光效率64lm/W、亮度半衰期約10000小時的OLED白色發(fā)光元件，該器件采用的發(fā)光材料均為磷光材料，一直為磷光材料瓶頸的藍光材料實現(xiàn)了長壽命和高效率。

另一種實現(xiàn)高效率的白光OLED器件的方法是制作疊層結(jié)構(gòu)。Kido認為，含有N個結(jié)構(gòu)單元的白光OLED的亮度可以達到單個OLED的N倍，進而大幅提高器件的效率。