新型平板显示器件OLED

 

　有机()是一种新型平板显示器件。利用技术制成的显示器具有轻薄、可卷曲、全彩高亮度、省电、视角广及反应时间短等特点，不存在视角小，响应速度慢(毫秒级)、温度特性差(低温下不能使用)、依赖背光源(如冷阴极荧光灯FL)或环境光才能显示等弊端。

　O的结构与工作原理

　OLED是一种利用有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入与复合产生发光现象的型显示器件。根据这种材料和发光原理制成的显示器被称为有机发光显示器(OLED(或OLED显示器。  

　OLED的基本结构如下图所示。

其中，铟锡氧化物(ITO)透明导电玻璃作为器件的阳极，活性金属作为阴极，两个电极之间用有机发光材料作为发光层，厚度仅为数十纳米。当在两个电极之间加一个适当的时，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，并且在发光层中相遇形成激子；使发光分子激发辐射出可见光。辐射光可从ITO的一侧观察到，金属电极膜同时也起到反射层的作用。

　为了提高电子和空穴的注入量和迁移率，通常在发光层与金属电极之间和透明导电玻璃与发光层之间加入一层电子传输和空穴传输层，以提高发光效率，如下图所示。

电子和空穴传输层及发光层均由有机材料制作。OLED性能是由材料性能、器件结构和制作工艺决定的。

　OLED的种类OLED按发光材料可分小分子OLED、高分子聚合物OLED(又称PLED)和镧系金属有机OLED(又称稀土OLED）三类。

　1.小分子OLED小分子OLED的发光体是离散的分子，其中最常用的是8-羟基喹啉铝(Alq3)。(Alq3)化合物易纯化，有良好的成膜性、较高的载流子迁移率和较好的稳定性，缺点是易产生结晶，降低发光效率。Alq3可发出波长范围450~7OOnm(峰值波长为550nm)的带宽绿光辐射，当在其中加入掺杂剂或用其它金属原子(如破)取代铝时，则可产生不同颜色的光辐射。目前采用小分子OLED的厂商有夏普、NEC、先锋和东芝等。

　2.高分子聚合物OLED（又称PLED)  PLED发光材料主要是聚对苯乙炔(PPV)。该材料为难溶性物质，不易加工处理，但PPV的生成物可溶于乙醇、氯芳等溶剂。

　PLED热稳定性优于小分子OLED，不易结晶，但不易控制发光波长和色光纯度。高分子OLED材料除了PPV外，还有聚对苯乙炔等。目前采用高分子PLED的生产公司有杜邦、飞利浦、爱普生和惠普等。

　3.稀土OLED  稀土OLED发光机制与小分子OLED不同。稀土OLED的发光分子由金属核心和外围有机壳层组成。加电后，首先在外围有机壳层中形成激发态。再将其能量传递给金属核心并辐射出颜色较纯正的光。稀土OLED的光谱很窄，但光效较高。

　OLED阵列构成方式及显示性能

　构成OLED像素阵列的方法主要有无源矩阵(PM-OLED)和有源矩阵(AM-OLED)两种。两种OLED显示器的结构相同，但像素寻址方法不同。

　PM-OLED的优点是制作简单，成本低廉，但实用行数受到局限(一般不超过200行)，适用面板尺寸较小。由于瞬间亮度与阴极扫描列数成正比，在高脉冲电流下操作，会缩短像素的寿命，并使分辨率受到限制。

　PM-OLED像素的峰值电流较大，与平均电流之比为n：1(n>1)。

　与PM-OLED相反，AM-OLED的制造工艺比较复杂(但比薄膜TFT-容易)，成本远高于PM-OLED。但是，AM-OLED显示器能利用每个像素TFT在帧间隔持续时间内得到驱动信号，并且可以记忆这些驱动信号，不需要在高脉冲电流下操作，像素峰值电流与平均电流之比降为1/n)故效率高，适用于大尺寸、高分辨率全彩化OLED显示器。因此，AM-OLED技术的应用前景被普遍看好。

　影响OLED显示性能的因素有多种，其中影响作用较大的是发光层厚度和载流子浓度。在发光材料中加入适当的掺杂剂，也可以改变器件的发光光谱。发光层厚度不仅影响发光效率，而且影响起始工作电压。发光层越薄，器件的起始电压越低。载流子浓度及其复合率器件发光亮度之间存在正比关系。

　OLED实现彩色显示的方法有以几种：（1）可用不同材料发出红(R)、绿(G)、蓝(B)三色，像阴极射线管(CRT)一样，由三色素合成彩色像素；（2）像LCD一样，用发白光的材料通过三色滤色镜形成彩色像素；（3）用特殊材料在不同驱动电压下显示不同色彩；（4）用发蓝光的材料激发荧光物质发出各种颜色的光；（5）重叠红、绿、蓝三色发光膜形成彩色像秦；（6）激光共振产生彩色像素。

　OLED的主要特点及其应用领域

　OLED是一种新型平板显示器件。OLED与LCD和体显示板()等比较，其优点是非常明显的。如下表所生意。

	CRT	LCD	OLED	LED
电压特性	X	◎	◎	◎	X	△
亮度	○	○	◎	△	△	○
发光效率	○	○	◎	△	△	○
寿命	◎	○	○	◎	△	△
重量	X	◎	◎	△	○	△
厚度	X	◎	◎	△	○	△
响应速度	◎	△	◎	◎	○	○
视角	◎	△	◎	X	△	○
色彩	◎	○	◎	△	○	○
产量	○	○	○	○	△	△

◎：非常好；○：好；△：普通；X有待改善

　OLED显示器结构比TFT-LCD简单，如下图所示。

　OLED易于制造，生产成本仅为TFT-LCD的30%-40%。OLED的一些主要特点如下：

　（1）OLED在通电后能白行发光)不需要背光照明光源，可以省掉背光模块占用的体积、重量和消费的电能，发光效率高，能耗低。

　(2)工作电压可低至2~1OV，用电池即能驱动。

　(3)产品厚度仅约2mm，核心层厚度可小于1mm(仅为液晶的1/3)。

　(4)OLED显示屏短于1Omm(可低至数十微秒)，远优于TFT-LCD，显示运动图像的质量好。有源OLED视角达160度，亮度可达300cd/平方以上，能在明亮的环境下显示均匀平滑的画面。

　(5)OLED的低温特性好，可在-40℃下正常显示。

　(6)OLED为全固态器件，无液体物质，抗压和抗震能力强，能经受振动和加速度等冲击。

　(7)OLED能在不同材质的基板上制作，甚至可将印刷在弹性材料上做成可弯曲的柔软显示器。

　（8)OLED单个像素尺寸相当小，尤其适合在微型显示设备上应用。

　OLED只要解决寿命较短及稳定性较差等问题，将成为未来较理想的显示器。

　OLED的主要应用在家电及仪表显示屏，手机、数码相机、PDA等便携式电子产品及壁挂电视、便携式电脑、电子书籍等新型显示屏等领域。

　OLED驱动OLED驱动电路分为水平和垂直两种，如下图所示。

　像LED一样，OLED驱动电路实际上是一种DC-DC变换器。像数码相机和移动电话中小尺寸OLED显示器，一般采用单节锂离子电池供电，DC-DC电源变换器的输入电压范围为3~4.2V。数码相机OLED电源通常需要一组3~6V的正电压(Vdd)输出和一组-7～-1OV的负电压(Vss)输出，电源变换器拓朴结构可以为降压也可以为升压电路。移动电话电源的Vdd电压约为25V，而Vss电压范围为-7~-1OV。

　OLED显示器驱动电路有很多升压或降压变换器专用芯片可供选用。

上图所示为采用MAXl836或MAXl837芯片产生负电压输出的Buck电路。该变换器在固定上工作，干扰较小。