OLED基础知识汇总.docx

OLED基础知识汇总.docx

《OLED基础知识汇总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《OLED基础知识汇总.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

OLED基础知识汇总

一、何为OLED

1、OLED知识

由于有机电致发光二极管（OrganicLight-EmittingDiode，OLED）由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术，因此目前全球有多家由于有机电致发光二极管（OrganicLight-EmittingDiode，OLED）由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术，因此目前全球有多家厂商投入研发，根据了解和估计，我国目前手机市场上采用OLED产品的手机共38款[单色OLED10款,区域色15款,256色8款,全色3款]（见表1）,据本人得知目前国内手机设计公司正在着手研发的OLED手机,已有7款.再加上SKD/CKD的产品和国际品牌的产品。

 预计到年底我国手机市场上会有50款OLED产品手机，风骚于我国手机市场（见表2）。

同时在综合表3数据显示,OLED未来可望与STN-LCD及TFT-LCD技术抗衡,至此向大家介绍OLED的相关知识。

一、OLED发展历史

其依材料区分大致可分为小分子系及高分子系两种，小分子系是以染料及颜料为材料，称为OLED，在1987年由美国伊士曼柯达公司（EastmanKodakCo.）的C.W.Tang[邓青云博士,出生于香港,毕业于台湾大学化学系]所发表，高分子系式以共轭性高分子为材料，则称为PLED（PolymerLight-emittingDiode）或LEP（Light-emittingPolymerDevice），是由英国剑桥大学（CambrigeUniv.）所1990年提出。

1992年剑桥成立显示技术公司CDT（CambrigeDisplayTechnology）,使PLED商业化.

 二、OLED的发光原理

OLED的发光原理与LED相似，是利用外加偏压使电洞和电子分别由正、负极出发，并在有机发光层相遇而产生发光作用，其中阳极为ITO导电膜，阴极则含有Mg、Al、Li等金属，其基本结构如（图四）所示。

而OLED发光的颜色取决于有机发光层的材料，故厂商可由改变发光层的材料而得到所需之颜色。

也可以理解为主要发光原理是由电子与电洞结合而产生光，视材料的不同，电子与电洞所具的能阶也有差异，进而产生不同波长（即不同颜色）的光线。

三、OLED/PolymerOLED（高分子OLED）

 OLED为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、反应速度快、较易彩色化、用简单驱动电路即可达到发光、制程简单、可制作成挠曲式面板，符合轻薄短小的原则，应用范围属于中小尺寸面板；但由于OLED驱动电压较高、因此在能量上使用的效益较差。

而PLED由于不需经过薄膜制程及高价的真空装置，组件构造只有2层，较为简单，因此在投资成本上较OLED低很多；但由于PLED在色彩的表现上不如OLED佳，每个颜色衰减常数不同，必须对色彩偏差做补偿，同时频宽又大，发光色彩不易调整，因此产品的寿命亦较短暂，目前PLED主要应用范围以大尺寸面板为主。

从产品的市场区隔来看，OLED的市场利基要往高单价、高附加价值的产品发展，而PLED则往大量而低单价的产品发展。

四、无源OLED和有源OLED

 OLED以驱动方式可分为无源驱动（PassiveMatrix；PMOLED）与有源驱动（ActiveMatrix；AMOLED）两种,OLED的驱动方式是属于电流驱动。

无源方式的构造较于简单，驱动视电流决定灰阶，应用在小尺寸产品上的分辨率及画质表现还算不错，但若要往大尺寸应用产品发展，恐怕会提高消耗电量、寿命降低的问题发生。

最好的对应的则是采用有源驱动方式，因为有源的电流整流性较无源方式佳，不易产生漏电现象，同时使用在低温多晶硅（Poly-si）TFT技术时，电流可以产生阻抗较低的小型TFT，符合大尺寸、大画面OLED显示器的需求。

 五、OLED彩色化方式

 OLED以彩色化的方式区分可分为三种，一,"RGB三色发光结构"、二,"色变换结构[白光＋彩色滤光片]",三,"彩色滤光膜[蓝光＋色转换层]"等3种方式。

由于3色发光结构运用独立发光材料RGB（红绿蓝）3色进行排列，具有发光效率佳的特性，不需再加上彩色滤光片或色彩变换层的薄膜，为目前投入厂商最普遍的使用方式；但由于3色法制程是采用屏蔽（shadowmask）蒸镀法，因此色彩的精细度较差。

而色变换方式则是以蓝色发光材料进行发光，发光时中间隔上一层薄膜，因此发光效率不如3色发光方式佳。

彩色滤光片则是以白光发光材料进行发光，中间加了一层彩色滤光片，因此发光效率亦不如3色发光方式佳，目前拥有白光技术的厂商并不多。

六、OLED与LCD技术的比较

七、手机采用OLED、TFT,CSTN?

a品特性比?

^ 

 八、OLED工艺?

f明

 ITO面板[Array制造工艺]→ITO面板（形成有机膜）→OLED模块封装测试→OLED成品

 因OLED构造简单，所以生产流程不似TFT-LCD制造工艺复杂，生产过程为有机材料、ITO面板（Array制造工艺）、ITO面板（形成有机模）、OLED模块封装测试。

在Array制造工艺上，ITO面板清洁程度为OLED品质的关键因素的一，至此面板的清洗方式也成为各家厂商的商业机密，而OLED分子结构会影响成膜的完整性，若成膜不平整，将造成发光不均匀，适当的有机材料的选择，理所当然成为厂商研究发展与未来竞争利基所在。

另外，在薄膜形成过程中化合物生成反应将产生副产品的杂质，会影响发光效率与产品寿命，因此制造工艺中适度的纯化是必要的。

再者OLED器件的材料易受水气与氧气的影响，而使得器件劣化影响使用寿命，因此镀膜后的封装过程中需隔除空气中水分，封装技术的成败直接影响器件的成败，封装技术可说是在整个制造工艺中相当重要的一环，目前尚未出现最佳的封装方式，虽然OLED生产流程较为简单，但在各个制造工艺阶段仍然面临不同的困难有待克服，因此OLED目前并无标准量产技术，厂商在制造工艺上仍有颇大的发展空间。

总结

OLED在副显示器中用得最多,目前,大约百分之二十的副显示器是使用OLED,在今后两年中,全色OLED将用于主,副显示器OLED,用得最多的将是分辨率96*64/96*96个像素的OLED显示器,这些分辨率比较低的产品使用无源矩阵[passive]OLED技术，制造成本低，功耗小。

无源矩阵OLED技术的上限是128行。

超过128行时，需要使用有源矩阵[Active]OLED技术。

这是因为，无源矩阵在寻址是，阴极总线的电流负载及功耗受到限制。

OLED全色技术虽然技术尚未成熟,但随着全球厂商投入研发的力度不短增加下,OLED技术将会愈来愈成熟,而目前风骚于手机及便携式产品的LCD,将逐步会给OLED让出相当部分市场. 

∙OLED:

OrganicLight-EmittingDiode有机电致发光二极管

∙ITO:

indiumtinoxid[铟锡氧化物]

∙PassiveMatrix:

PMOLED[无源矩阵又称被动驱动OLED]

∙ActiveMatrix；AMOLED[有源矩阵又称主动驱动OLED]

∙LTPS:

LowTemperaturePolySilicon低温多晶硅薄膜晶体管

∙SKD:

SemiKnock-down半散装件

∙CKD:

completeknock-down全散装件

2、OLED的结构和原理

OLED的结构和原理

OLED的基本结构是由一薄而透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。

整个结构层中包括了：

电洞传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL）。

当电力供应至适当电压时，正极电洞与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。

OLED的特性是自己发光，不像TFTLCD需要背光，因此可视度和亮度均高，其次是电压需求低且省电效率高，加上反应快、重量轻、厚度薄，构造简单，成本低等，被视为21世纪最具前途的产品之一。

   有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。

当元件受到直流电（DirectCurrent；DC）所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子（Electron）与电洞（Hole）分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-电洞复合（Electron-HoleCapture）。

而当化学分子受到外来能量激发後，若电子自旋（ElectronSpin）和基态电子成对，则为单重态（Singlet），其所释放的光为所谓的萤光（Fluorescence）；反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态（Triplet），其所释放的光为所谓的磷光（Phosphorescence）。

   当电子的状态位置由激态高能阶回到稳态低能阶时，其能量将分别以光子（LightEmission）或热能（HeatDissipation）的方式放出，其中光子的部分可被利用当作显示功能；然有机萤光材料在室温下并无法观测到三重态的磷光，故PM-OLED元件发光效率之理论极限值仅25%。

   PM-OLED发光原理是利用材料能阶差，将释放出来的能量转换成光子，所以我们可以选择适当的材料当作发光层或是在发光层中掺杂染料以得到我们所需要的发光颜色。

此外，一般电子与电洞的结合反应均在数十奈秒（ns）内，故PM-OLED的应答速度非常快。

   P.S.：

PM-OLEM的典型结构。

典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO（indiumtinoxide；铟锡氧化物）阳极（Anode）、有机发光层（EmittingMaterialLayer）与阴极（Cathode）等所组成，其中，薄而透明的ITO阳极与金属阴极如同三明治般地将有机发光层包夹其中，当电压注入阳极的电洞（Hole）与阴极来的电子（Electron）在有机发光层结合时，激发有机材料而发光。

   而目前发光效率较佳、普遍被使用的多层PM-OLED结构，除玻璃基板、阴阳电极与有机发光层外，尚需制作电洞注入层（HoleInjectLayer；HIL）、电洞传输层（HoleTransportLayer；HTL）、电子传输层（ElectronTransportLayer；ETL）与电子注入层（ElectronInjectLayer；EIL）等结构，且各传输层与电极之间需设置绝缘层，因此热蒸镀（Evaporate）加工难度相对提高，制作过程亦变得复杂。

   由于有机材料及金属对氧气及水气相当敏感，制作完成後，需经过封装保护处理。

PM-OLED虽需由数层有机薄膜组成，然有机薄膜层厚度约仅1,000～1,500A°（0.10～0.15um），整个显示板（Panel）在封装加乾燥剂（Desiccant）後总厚度不及200um（2mm），具轻薄之优势。

3、OLED的优缺点分析

一、OLED的优点     

1、厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻；     

2、固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔；     

3、几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真；     

4、响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象；     

5、低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到；     

6、制造工艺简单，成本更低；     

7、发光效率更高，能耗比LCD要低；     

8、能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。

二、OLED的缺点     

1、寿命通常只有5000小时，要低于LCD至少1万小时的寿命；     

2、不能实现大尺寸屏幕的量产，因此目前只适用于便携类的数码类产品；     

3、存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩。

     对二的修改：

现在的OLED的寿命已经远远超过5000小时了，而且已经生产出了较大尺寸的OLED面板，色彩十分鲜艳。

关注点

LED

OLED

优点

使用寿命长、响应速度快、可视距离远、规格品种多、数字化程度高、亮度高、可视角度大、功耗低。

厚度薄、重量轻、抗震性能好、无可视角度限制、响应时间快、无拖影、低温特性好、发光效率更高、可弯曲。

缺点

可视偏转角度过小、有拖尾现象、亮度与对比度不是很好、“坏点”问题较多。

寿命短、不能实现大尺寸屏幕量产、色彩纯度不够等。

应用终端

显示屏、中大尺寸背光源、汽车车灯、照明设备等。

头戴显示器领域、MP3、照明设备、显示器等。

攻克厂家

以日韩企业为代表。

日本企业暂且退出，韩企抢眼。

OLED全称为有机发光二极管，OLED的工作原理是将有机物质加在两个导体之间，继而加在玻璃面板与底板之间，电流通过两个导体使得OLED发出三原色光。

LED全称为有机发光二极管，OLED的工作原理是将有机物质加在两个导体之间，继而加在玻璃面板与底板之间，电流通过两个导体使得OLED发出三原色光。

OLED电视拥有众多令人向往的优点：

自发光的OLED可以带来液晶电视千分之一的响应时间，绝无拖尾；可发出更纯净亮度更高的光，产生更加显著的深色背景细节；固态结构抗震性能好；拥有178°的广视角；对比度高达100万：

1；且更加节能环保。

并且由于结构简单无需背光，OLED电视的厚度仅在3mm左右，真正做到“纤薄如纸”。

根据DisplaySearch的数据显示，20XX年全球OLED面板出货金额高达8.25亿美元，较20XX年增长35%，而其中绝大多数的出货是应用在手机屏幕上的。

大尺寸应用在电视领域的OLED面板增长速度仍令人沮丧。

拥有如此多优点的OLED为何在大尺寸电视领域的发展脚步如此缓慢？

必然有内外两方面的原因，其内部原因是经过多年的技术发展，OLED在大尺寸领域的技术缺陷仍难以克服：

首先，OLED发光材料通电后抗氧化能力极差，需要真空玻璃密封，因此需要LTPSTFT基板，也因此注定了OLED应用在大尺寸领域的成本将居高不下。

其次，目前大尺寸OLED面板的良品率仍然没有明显提高，从而也大幅提高了OLED产品线的成本，同时也使得产量无法快速提高。

内部的技术缺陷和成本劣势成为制约OLED发展的根本原因，也导致了外部厂商的举步维艰。

4、OLED的驱动方式详解

OLED的驱动方式分为主动式驱动（有源驱动）和被动式驱动（无源驱动）。

一、无源驱动（PMOLED）

其分为静态驱动电路和动态驱动电路。

1、静态驱动方式：

在静态驱动的有机发光显示器件上，一般各有机电致发光像素的阴极是连在一起引出的，各像素的阳极是分立引出的，这就是共阴的连接方式。

若要一个像素发光只要让恒流源的电压与阴极的电压之差大于像素发光值的前提下，像素将在恒流源的驱动下发光，若要一个像素不发光就将它的阳极接在一个负电压上，就可将它反向截止。

但是在图像变化比较多时可能出现交叉效应，为了避免我们必须采用交流的形式。

静态驱动电路一般用于段式显示屏的驱动上。

2、动态驱动方式：

在动态驱动的有机发光显示器件上人们把像素的两个电极做成了矩阵型结构，即水平一组显示像素的同一性质的电极是共用的，纵向一组显示像素的相同性质的另一电极是共用的。

如果像素可分为N行和M列，就可有N个行电极和M个列电极。

行和列分别对应发光像素的两个电极。

即阴极和阳极。

在实际电路驱动的过程中，要逐行点亮或者要逐列点亮像素，通常采用逐行扫描的方式，行扫描，列电极为数据电极。

实现方式是：

循环地给每行电极施加脉冲，同时所有列电极给出该行像素的驱动电流脉冲，从而实现一行所有像素的显示。

该行不再同一行或同一列的像素就加上反向电压使其不显示，以避免“交叉效应”，这种扫描是逐行顺序进行的，扫描所有行所需时间叫做帧周期。

在一帧中每一行的选择时间是均等的。

假设一帧的扫描行数为N，扫描一帧的时间为1，那么一行所占有的选择时间为一帧时间的1/N该值被称为占空比系数。

在同等电流下，扫描行数增多将使占空比下降，从而引起有机电致发光像素上的电流注入在一帧中的有效下降，降低了显示质量。

因此随着显示像素的增多，为了保证显示质量，就需要适度地提高驱动电流或采用双屏电极机构以提高占空比系数。

除了由于电极的公用形成交叉效应外，有机电致发光显示屏中正负电荷载流子复合形成发光的机理使任何两个发光像素，只要组成它们结构的任何一种功能膜是直接连接在一起的，那两个发光像素之间就可能有相互串扰的现象，即一个像素发光，另一个像素也可能发出微弱的光。

这种现象主要是因为有机功能薄膜厚度均匀性差，薄膜的横向绝缘性差造成的。

从驱动的角度，为了减缓这种不利的串扰，采取反向截至法也是一行之有效的方法。

带灰度控制的显示：

显示器的灰度等级是指黑白图像由黑色到白色之间的亮度层次。

灰度等级越多，图像从黑到白的层次就越丰富，细节也就越清晰。

灰度对于图像显示和彩色化都是一个非常重要的指标。

一般用于有灰度显示的屏多为点阵显示屏，其驱动也多为动态驱动，实现灰度控制的几种方法有：

控制法、空间灰度调制、时间灰度调制。

二、有源驱动（AMOLED）

有源驱动的每个像素配备具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管（LowTemperaturePoly-SiThinFilmTransistor,LTP-SiTFT），而且每个像素配备一个电荷存储电容，外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。

与LCD相同的TFT结构，无法用于OLED。

这是因为LCD采用电压驱动，而OLED却依赖电流驱动，其亮度与电流量成正比，因此除了进行ON/OFF切换动作的选址TFT之外，还需要能让足够电流通过的导通阻抗较低的小型驱动TFT。

有源驱动属于静态驱动方式，具有存储效应，可进行100%负载驱动，这种驱动不受扫描电极数的限制，可以对各像素独立进行选择性调节。

有源驱动无占空比问题，驱动不受扫描电极数的限制，易于实现高亮度和高分辨率。

有源驱动由于可以对亮度的红色和蓝色像素独立进行灰度调节驱动，这更有利于OLED彩色化实现。

有源矩阵的驱动电路藏于显示屏内，更易于实现集成度和小型化。

另外由于解决了外围驱动电路与屏的连接问题，这在一定程度上提高了成品率和可靠性。

三、主动式与被动式两者比较

5、OLED技术及其应用

OLED技术及其应用

当OLED显示器件成为主流时，设计工程师也面临着显示技术进步的压力。

       有机发光二极管（Organiclight-emittingdiode，OLED）器件正逐渐进入主流显示市场，它具有厚度薄、功耗低、能够显示亮度高和色彩鲜艳的图像等优点，并具有对任何物体进行全彩色显示的能力。

OLED显示原理

       一个OLED器件由位于金属电极之间的一个或多个有机夹层构成，其中一个夹层必须是透明的。

有机夹层是一个高度无序的非结晶薄膜，通常表现为不同分子能级——占据分子轨道的最高能级（HOMO）和不占据分子轨道的最低能级（LUMO）。

发射电子的阴极应该具有低工函数，这使得它的能量约束在低能级上：

在阴极和LUMO之间的良好能量匹配意味着当发射电子时没有太多的能量损失。

  OLED有厚度薄、功耗低、可视角度宽和显示亮度高、色彩鲜艳等优点

       由于两个电接点之间费米能级的对称，OLED电极之间在热平衡和零偏置时存在一个固有电势差。

当电荷在OLED电极间移动时，HOMO和LUMO是位置的函数。

当电子和空穴从一个点向另一个点跃迁时，它们有时会到达同一个位置，并因此形成激发态，或激发性电子空穴对。

通过选择合适的材料，这种大量的电子空穴对的激发会通过发射光子产生光。

发出光的颜色取决于所用的特殊有机材料。

OLED的类型

       在所有正在开发的技术中，可能会很难区分哪些技术能够真正实用。

目前，OLED器件的实用化制造技术存在两种不同的工艺：

一种是采用高分子有机聚合物，另一种是采用低分子有机聚合物。

       高分子聚合物OLED（或者称为PLED）器件可以使用旋转涂覆，光照蚀刻，以及最终的喷墨沉积技术来制造。

一旦喷墨沉积和塑料衬底技术得以成熟，PLED显示器件将可以被任意定制来满足各种尺寸的需求。

       低分子聚合物OLED（或称为SMOLED）器件可以使用真空蒸镀技术制造。

小的有机分子被装在ITO玻璃衬底上的若干层内。

与基于PLED技术的器件相比，SMOLED不仅制造工艺成本更低，可以提供全部262000种颜色的显示能力，而且有很长的工作寿命。

、

       不像STN或TFTLCD，OLED是自发光器件，它们直接发射光而不是阻挡光。

OLED自发光的特点使得它们在黑暗环境下有极好的视角和显示特性。

由于每个像素自己都会发光，OLED不会有任何通过在包含“暗点”像素区域的偏光器而形成的对比度降低漏光现象。

OLED典型的对比度大于1000:

1，在这个对比度下的视角接近±90°。

由于无须背光，相当厚的背光部件就不需要了，这使得OLED的机械厚度比LCD要薄。

相比较而言，当从垂直显示平面的角度进行测量时，TFTLCD的典型对比度大约是500:

1。

由于LCD依赖偏光器的方向来影响视角，所以当观看角度远离垂直角度时对比度下降得特别快。

TFTLCD的视角是在对比度超过10:

1的情况下定义的，这个角度通常从垂直到大约60°的位置。

OLED的特征

       OLED显示器件的自发光特性在某些情况下会成为不利因素。

因为OLED不会像LCD那样控制反射光，所以在直接的日光照射下会变得更模糊。

目前正在应用的全彩色OLED技术可以使它的峰值亮度达到大约150cd/m2。

当OLED用在没有遮挡的日光直接照射下时，耀眼的日光使即使是最亮的显示都无法识别。

       LCD的响应时间是与温度相关的，当温度降低到0℃以下时，它的响应速度会变得相当慢。

而OLED的响应时间几乎不受温度的影响，当温度达到-20℃时，仍然能够具有10ns以下的响应时间。

OLED也不会像LCD那样在高温时失去显示能力。

一旦LCD达到一定的温度，LC的流动性就不再保持高度有序的结构，也就失去了阻光的能力。

OLED的应用

       电池供电的应用将从OLED技术中直接受益。

既然OLED无须背光，那么它就比LCD消耗更低的能量，因为LCD中的大部分能量是由背光消耗的。

由于OLED仅仅点亮需要显示信息的像素，所以OLED消耗的能量直接受屏幕上显示内容的影响。

相反，当LCD打开的时候，即使是无须显示的区域，也需要背光持续点亮整个面板。

6、OLED技术的发展

OLED技术的发展

有机发光显示技术在过去十多年的时间里取得了巨大的进展。

在发光效率方面，OLED远远高于PDP、CRT的水平，目前荧光小分子器件的发光效率已经超过16lm/W，而磷光小分子器件的发光效率则已接近30lm/W，绿光器件的寿命达到了1万小时以上，红光器件和蓝光器件的寿命也已达到实用化的基本要求。

能够推出全彩色OLED的公司和研究单位越来越多，采用低温多晶硅TFT驱动的全彩色器件也已经被开发出来；白光OLED得到了广泛的重视，目前的白光实验片可以在100cd/m2的亮度下保持10万小时之久。

　　OLED近期的技术发展方向是解决器件的成品率、寿命和彩色化问题。

从长远来看，OLED未来的发展必将沿着小尺寸－中尺寸－大尺寸－超大尺寸、单色－多色－彩色、无源－有源、硬