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OLED发展历史及发光工作原理

技术交流2019年10月08日 11:20来源: 电子产品世界
  有机发光二极管可简单分为OLED(Organic Light-Emitting Diodes)和PLED(Polymer Light-Emitting Diodes)两种类型,目前均已开发出成熟产品。PLED主要优势相对于OLED是其柔性大面积显示。但由于产品寿命问题,目前市面上的产品仍以OLED为主要应用。
 
  OLED发展历史
 
  OLED技术的研究,起源于邓青云博士(Dr.Ching Wan Tang),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年在康奈尔大学获得物理化学博士学位。
 
  邓青云自1975年开始加入柯达公司Rochester实验室从事研究工作,在意外中发现OLED —— 1979年的一天晚上,他在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室,回到实验室后,他发现在黑暗中的一块做实验用的有机蓄电池在闪闪发光从而开始了对OLED的研究。到了1987年,同属柯达公司的汪根样博士和同事 Steven成功地使用类似半导体PN结的双层有机结构第一次作出了低电压、高效率的光发射器。
 
  1987年的这项实作,为柯达公司生产 OLED 显示器奠定了基础。到了1990年,英国剑桥的实验室也成功研制出高分子有机发光原件。1992年剑桥成立的显示技术公司CDT(Cambridge Display Technology),这项发现使得 OLED 的研究走向了一条与柯达不同的研发之路。
 
  OLED结构及发光原理
 
  OLED的基本结构是在铟锡氧化物(ITO)玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层,发光层上方有一层低功函数的金属电极,构成如三明治的结构。
 
  OLED的基本结构主要包括:
 
  基板(透明塑料、玻璃、金属箔)—— 基层用来支撑整个OLED。
  阳极(透明)—— 阳极在电流流过设备时消除电子(增加电子“空穴”)。
  空穴传输层 —— 该层由有机材料分子构成,这些分子传输由阳极而来的“空穴”。
  发光层 —— 该层由有机材料分子(不同于导电层)构成,发光过程在这一层进行。
  电子传输层 ——该层由有机材料分子构成,这些分子传输由阴极而来的“电子”。
  阴极(可以是透明的,也可以不透明,视OLED类型而定)—— 当设备内有电流流通时,阴极会将电子注入电路。
 
  OLED的发光过程通常有以下5个基本阶段:
 
  载流子注入:在外加电场作用下,电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能层注入。
  载流子传输:注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移。
  载流子复合:电子和空穴注入到发光层后,由于库伦力的作用束缚在一起形成电子空穴对,即激子。
  激子迁移:由于电子和空穴传输的不平衡,激子的主要形成区域通常不会覆盖整个发光层,因而会由于浓度梯度产生扩散迁移。
  激子辐射退激发出光子:激子辐射跃迁,发出光子,释放能量。
 
  OLED发光的颜色取决于发光层有机分子的类型,在同一片OLED上放置几种有机薄膜,就构成彩色显示器。光的亮度或强度取决于发光材料的性能以及施加电流的大小,对同一OLED,电流越大,光的亮度就越高。
 
  OLED的驱动方式
 
  PMOLED(英文全称为Passive Matrix OLED被动驱动式OLED),PMOLED单纯地以阴极、阳极构成矩阵状,以扫描方式点亮阵列中的像素,每个像素都是操作在短脉冲模式下,为瞬间高亮度发光。优点是结构简单,可以有效降低制造成本,然而驱动电压高,使PMOLED不适合应用在大尺寸与高分辨率面板上,与现在的发展有所出入。
 
  AMOLED(英文全称为Active Matrix OLED,就是主动驱动式OLED)AMOLED则是采用独立的薄膜电晶体去控制每个像素,每个像素皆可以连续且独立的驱动发光,可以使用低温多晶硅或者氧化物TFT驱动,优点是驱动电压低,发光元件寿命长。不过高成本以及制作工艺更为复杂,在成本上更难以控制。
 
  OLED特色与关键技术
 
  过去的市场上OLED一直没办法普及,主要的问题在于早先技术发展的OLED样品大多是单色居多,即使采用多色的设计,其发色材料和生产技术往往还是限制了OLED发色的多样性。实际上OLED的影像产生方法和CRT显示一样,皆是借由三色RGB画素拼成一个彩色画素,因为OLED的材料对电流接近线性反应,所以能够在不同的驱动电流下显示不同的色彩与灰阶。
 
  OLED的特色在于其核心可以做得很薄,厚度为目前液晶的三分之一,加上OLED为全固态组件,抗震性好,能适应恶劣环境。OLED主要是自体发光的让其几乎没有视角问题,与LCD技术相比,即使在大的角度观看,显示画面依然清晰可见。OLED的元件为自发光且是依靠电压来调整,反应速度要比液芯片件来得快许多,比较适合当作高画质电视使用。
 
  OLED的另一项特性是对低温的适应能力,旧有的液晶技术在零下75度时,即会破裂故障,OLED 只要电路未受损仍能正常显示。此外,OLED的效率高,耗能较液晶略低还可以在不同材质的基板上制造,甚至能成制作成可弯曲的显示器,应用范围日渐增广。
 
  OLED与LCD比较之下较占优势,数年前OLED的使用寿命仍然难以达到消费性产品(如PDA、移动电话及数码相机等)应用的要求,但近年来已有大幅的突破,许多移动电话的屏幕已采用 OLED,然而在价格上仍然较LCD贵许多,这也是未来量产技术等待突破的。
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