OLED基本原理PPT課件

1、快益點技術支持組 張吉術 2014年9月,OLED基本原理,1,目 錄,OLED分類,1,OLED概述,2,OLED基本結構及顯示原理,3,長虹OLED電視,4,OLED電視故障判斷,5,OLED概念,中文名 :有機發(fā)光二極管（又稱為有機電激光顯示） 外文名 Organic Light-Emitting Diode 外語縮寫 OLED,OLED顯示技術具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，并且能夠節(jié)省電能，這種顯示設備在MP3播放器、手機、電視等領域上得到了廣范應用。,OELD發(fā)展歷程,1936年，Destr

2、iau（法國物理學家德斯特里奧）將有機熒光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最早的電致發(fā)光器件 。,1987年，香港的柯達公司鄧青云博士首次研制出具有實用價值的低驅動電壓雙層結構OLED器件 。,1990年英國劍橋大學開始發(fā)展聚合物發(fā)光二極管PLED（Polymer Light-emitting Diode）。,1997年單色OLED首先在日本產品化；1999年，日本先鋒公司率先推出了多彩OLED面板，用于汽車音視設備及手機。,2002年，東芝公司（ Toshiba）在SID2002上發(fā)布了采用聚合物發(fā)光層所作的17.1英寸全色OLED顯示器，讓OLED面板尺寸得到突破,2004年，索尼公司(

3、Sony)推出了3.8英寸有源矩陣有機發(fā)光二極體面板 (AMOLED)，用于PDA 。,2007年， Sony在CES展出厚度僅10mm、對比度高達1百萬:1，解析度為1,9201,080的27寸OLED電視，,2013年， LG推出55寸OLED電視，并市場化,2,OLED電視現狀,OLED電視現狀,OLED技術起源于歐美，但實現大規(guī)模產業(yè)化的國家/地區(qū)主要集中在東亞，如日本、韓國、中國大陸和臺灣地區(qū)等。 全球OLED產業(yè)還處于產業(yè)化初期。全球涉足OLED產業(yè)的企業(yè)產品主要是小尺寸無源OLED器件，真正對LCD（液晶）構成威脅的有源OLED器件，實現量產的只有少數幾家公司。 中國雖具有一定的

4、OLED產業(yè)基礎，但產業(yè)鏈尚不完善，尤其是上游產品競爭力不強。關鍵設備以及整套設備的系統(tǒng)化技術等大都掌握在日本、韓國和歐洲企業(yè)手中。 三星在AMOLED市場所占份額曾達90%以上，是AMOLED面板最大的供應商;隨后Sony和LG分別推出11英寸、15英寸AMOLEDTV，日本、韓國、中國臺灣等廠商在OLED的市場競爭實力越來越強，同時也在AMOLED方面取得了更高的競爭地位。 “OLED作為下一代的電視技術，使用它之后可以讓電視機屏幕變得更薄（目前可使電視機機身厚度降至約4.3mm），甚至可以做成曲面，但在大尺寸技術上瓶頸需突破?！?2014年OLED顯示技術強勢進入中國消費者的視野，成為電

5、視行業(yè)中最為熱門的技術。但由于目前受制于一些關鍵技術、成本及良品率偏低等因素影響，面板規(guī)模性應用及大尺寸產業(yè)化仍有較長一段進程。據奧維咨詢（AVC）預計，OLED未來兩三年仍將處于市場培養(yǎng)階段，2017年將出現轉機。,顯示技術概述,中小屏幕方面CRT,被LCD蠶食,大屏幕方面PDP,被LCD趕超,LCD,LCD目前在顯示領域的主流地位正在不斷鞏固 但OLED將很快對LCD形成挑戰(zhàn),VFD - 只能應用于固定圖案的顯示, 要實現大容量圖形顯示十分困難,FED - 工藝方面還存在問題, 尚處于實驗室階段,應用受限或技術不成熟,LED - 由于自身性能,無法實現高清晰,高分辨率顯示,OLED -,平

6、板顯示的今日之星,顯示技術優(yōu)缺點簡介,顯示技術對比,OLED優(yōu)點,（1）顯示效果出眾。OLED 具有自發(fā)光特性，不需要背光源，在對比度、亮度方面有著無可比擬的優(yōu)勢，它不存在視角和響應時間的問題，可輕松實現真彩色高分辨率顯示，而且隨著材料技術的不斷發(fā)展，OLED 顯示器在圖像表現上的潛力將無法估量。 （2）實現軟屏化。由于OLED 器件的核心層厚度很薄，甚至可以小于1 毫米，并且可以呈現各種各樣的彎曲形狀，因此可以在塑料、樹脂等不同的材料上生產。如果將有機層蒸鍍或涂在塑料基襯上，就可以實現軟屏。使可折疊電視、電腦的制造成為可能?？梢灶A見在不久的將來，電視可以像一張紙一樣掛在墻壁上，不用時像布一樣

7、疊起來，隨意攜帶。 （3）屏幕微型化、巨型化。小分子OLED 可以制作出小于1 英寸的屏幕，使顯示屏幕微型化。高分子OLED（PLED）則在超大尺寸、低成本上占有更大的技術優(yōu)勢。小分子材料的分子量一般在數百左右，而高分子則在數萬至數百萬之間，因此，高分子材料有良好的熱穩(wěn)定性與機械性質，可以使材料完美地均勻分布于超大面積基板上。由于OLED 可采用噴墨式的制造工藝，只要噴印技術和面板尺寸許可，顯示器尺寸之大將讓現有的顯示器望塵莫及，實現巨型化的高清晰顯示。 （4）環(huán)境適應能力強。OLED 顯示技術具有全固態(tài)特性，無真空腔，無液態(tài)成分。因此它的機械性能好，抗震性強，溫度適應能力也很強，在-4080

8、范圍內都可正常工作，大大超過了其它顯示器件，因此在軍事，航天領域將大有作為。 （5）環(huán)保、省電。同樣是自發(fā)光，和CRT、PDP、LCD相比，OLED 具有低壓驅動和低功耗特性，驅動電壓在10V 以下，且更加省電。高分子PLED 有著更低的驅動電壓（3V4V），其功耗更低。 （6）更低的生產成本。OLED 技術的構成簡單，無需背光單元，基板選擇面廣，材料和工藝方面的要求比LCD 低近1/3。 （7）自發(fā)光、可視角大、亮度高，反應快、重量輕、厚度薄，構造簡單、 .。,4,OLED應用,商業(yè)領域：主要應用在POS 機和ATM 機、復印機、自動售貨機、游戲機、公用電話亭、加油站、打卡機、門禁系統(tǒng)、電子

9、秤等產品和設備的顯示屏。 通信領域：主要應用有3G 手機、各類可視對講系統(tǒng)(可視電話)、移動網絡終端、ebook(電子圖書)等產品的顯示屏。 計算機領域：主要有家用和商用計算機(PC/工作站等)、PDA 和筆記本電腦的顯示屏。 工業(yè)應用場合：主要應用有各類儀器儀表、手持設備等的顯示屏。 交通領域：主要應用有GPS、車載音響、車載電話、飛機儀表和設備等各種指示標志性的顯示屏。如微顯示器，這種技術最早用于戰(zhàn)斗機飛行員，現在的穿戴式電腦也用它。有了它，移動設備就不再受顯示器體積大、耗電多的限制。 消費類電子產品：主要應用有裝飾用品(軟屏)與燈具、各類音響設備、計算器、數碼相機、數碼攝像機、便攜式DV

10、D、電子鐘表、掌上游戲機、各種家用電器(如：OLED 電視)等產品的顯示屏。,目 錄,OLED分類,1,OLED概述,2,OLED基本結構及顯示原理,3,長虹OLED電視,4,OLED電視故障判斷,5,OLED,PLED (高分子OLED),核心專利：美國杜邦、英國劍橋(CDT) 優(yōu)勢：可用印刷成膜技術、無需真空環(huán)境、可制作大尺寸 劣勢：技術不成熟，高分子材料困難 研發(fā)單位：華南理工、吉林環(huán)宇,核心專利：美國柯達 優(yōu)勢：技術成熟，是目前OLED主流技術,優(yōu)勢：可彎曲、折疊 難點：柔性基板的氣密性及粘接性,優(yōu)勢：用于普通照明，是目前唯一環(huán)保的面光源；用于背光，可顯著提高LCD性能；用于顯示，可制

11、作大尺寸OLED顯示屏 難點：發(fā)光效率、色坐標的穩(wěn)定性,特點：用于微顯示器、可大規(guī)模集成信號處理電路、超高分辨率 研發(fā)單位：北方奧雷德,AMOLED (主動矩陣OLED),特點：小尺寸、低分辨率,特點：大尺寸、高分辨率 難點：TFT基板技術,OLED (小分子OLED),FOLED (柔性OLED),WOLED (白光OLED),uOLED (硅基OLED),OLED (常規(guī)顯示器件),PMOLED (被動矩陣OLED),PM是AM的基礎,FOLED具有獨特的應用,可用于照明、背光、大尺寸AM,技術跨度大且非主流,技術跨度大且應用有限,OLED分類,OLED分類-按驅動方式分,主動式 Acti

12、ve Matrix driving AM-OLED，也稱有源驅動,每個OLED驅動單元至少有兩個TFT（T1、T2）和一個存儲電容Cs。當掃描線施加選通脈沖時，T1打開，數據線上的數據寫入Cs進行存儲；Cs上的電平控制T2的工作狀態(tài)并實現流過OLED的電流控制；在掃描線施加非選通信號周期內，由Cs來維持T2的工作，直到下一個掃描周期到來。,電源,掃 描 線,數 據 線,T1,T2,Cs,OLED,主動式驅動示意圖,列掃描,行掃描,OLED,被動式驅動示意圖,在某一時刻給某一行電極施加選通擇脈沖，其它行電極施加非選通脈沖，同時所有列電極給出驅動脈沖，從而實現一行所有像素的驅動；接著把選通脈沖施加

13、到下一行電極，再給所有列電極施加驅動脈沖；這種掃描是逐行按順序進行的，循環(huán)地給所有行電極掃描一次的時間稱為一幀，當幀頻足夠高時，由于人眼的視覺暫留現象，就可以在顯示屏上呈現穩(wěn)定的圖像效果。,被動式 Passive Matrix driving PM-OLED，也稱無源驅動,PMOLED一幀圖像驅動示意圖,缺點：屏幕尺寸的加大，其掃描時間就非常短，影響到發(fā)光亮度。要想得到高亮度就得加大掃描電壓和電流，勢必引起功耗的大大增加。因此無源驅動方式僅適合于中小尺寸的OLED。,.,16,PMOLED與AMOELD對比,OLED分類-按發(fā)光方向分,每一個OLED發(fā)光單元就像一塊漢堡包，發(fā)光材料就是夾在中間

14、的蔬菜。,OLED分類-按基板類型分,柔性基板 采用柔性材料（如金屬箔片、薄玻璃、各種塑料等） 結合TFT技術制作驅動電路 技術尚未成熟，但前景誘人,Si基板TFT 采用硅基集成電路技術，除基本的驅動電路外，還可以把視頻解碼、A/D、D/A、掃描控制、時鐘控制等復雜的模擬/數字電路單元集成在基板中，從而實現無需外圍輔助電路情況下的直接應用。 但目前受限于Si單晶尺寸的發(fā)展，無法滿足于大面積顯示用基板的要求，僅限于微型顯示器基板的應用。,目 錄,OLED分類,1,OLED概述,2,OLED基本結構及顯示原理,3,長虹OLED電視,4,OLED電視故障判斷,5,OLED結構,一般使用低功函數的有機

15、金屬，制成有機金屬薄膜電極，可以使用蒸鍍法制備。,玻璃基板要求平整光滑，表面粗糙度小，在封裝前需要預處理。,在陽極和發(fā)光層間增加一層空穴傳輸層是為增強電子和空穴的注入和傳輸能力。,在發(fā)光層與陰極之間增加一層電子傳輸層，以提高發(fā)光效率。,玻璃基板,有機發(fā)光層采用在熒光基質材料中摻雜百分之幾的熒光摻雜劑來制備。,采用銦錫氧化物（ITO）導電玻璃作為陽極,結構簡介,1、陰極與電子傳輸層 當電源提供適當的電壓時（210V 直流），陰極釋放出帶負電的電子。而電子傳輸層的作用就是幫助陰極釋放的電子能夠順利傳輸到有機發(fā)光材料中去。理想的陰極是以低功函數金屬作為注入層，以具有較高功函數的穩(wěn)定金屬作為鈍化層。電

16、子傳輸層采用熒光染料化合物，要求必須熱穩(wěn)定和表面穩(wěn)定，有機金屬絡合物具有足夠的熱穩(wěn)定性。 2、陽極與空穴傳輸層 與陰極不同，通電后陽極釋放的是帶正電的空穴?？昭▊鬏攲拥淖饔镁褪菐椭鷰д姷目昭ㄒ苿又劣袡C發(fā)光層。陽極是由ITO 導電玻璃制成的，其表面電阻較低。空穴輸運材料屬于一類芳香胺化合物。要求熱穩(wěn)定性要好，大多數采用的是多苯基芳胺類有機化合物（俗稱TPD），最穩(wěn)定的器件采用NPB。 3、有機發(fā)光層 有機發(fā)光層采用在熒光基質材料中摻雜百分之幾的熒光摻雜劑來制備?；|材料通常與電子傳輸層或空穴傳輸層采用的材料相同，熒光摻雜劑是熱和光化學穩(wěn)定的激光染料。熒光染料必須具有較高的量子效率和足夠的熱穩(wěn)定

17、性，升華而不會分解。當由電子傳輸層傳來的電子與空穴傳輸層傳來的空穴在有機材料中相遇后，電子就源源不斷地從高軌道填充到低軌道的空穴中去，從而釋放出能量。,OLED材料簡介,有機發(fā)光材料有兩種: 一種是以有機染料和顏料等為發(fā)光材料的小分子基OLED，另一種是以共軛高分子為發(fā)光材料的高分子基OLED，簡稱為PLED。它們的差異主要表現在器件的制備工藝不同:小分子器件主要采用真空熱蒸發(fā)工藝，高分子器件則采用旋轉涂覆或噴墨工藝。 有機發(fā)光材料：機化合物的豐富多彩為材料的設計和選擇提供了廣闊的天地，可以說有機材料的不斷進步是推動OLED 技術進步的重要原因之一，OLED 發(fā)光材料按照發(fā)光激子的種類可分為熒

18、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的材料： 紅光效率較高，壽命高達16 萬小時；綠光效率是紅光的3倍 ，壽命為6萬小時； 藍光材料BD-2 (0.13, 0.22) ，效率比紅光稍低點，壽命2.3萬小時； 磷光材料方面，UDC公司開發(fā)的紅光材料色坐標為(0.67 0.33)，比熒光材料稍高些，工作壽命超過15萬小時； 綠光材料色坐標為(0.34 0.61) ，效率是熒光材料的2倍 ，壽命超過4。,OLED發(fā)光原理, 電子和空穴分別從陰極和陽極注入 電子和空穴的傳輸 電子和空穴相遇復合釋放出能量 發(fā)光材料吸收能量后釋放出光子（發(fā)光）,發(fā)光原理：將一個薄而透明的銦錫氧

19、化物(ITO)作為陽極，金屬組合物作為陰極，其間夾上有機材料層(包括空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層等)，形成一個“三明治”結構，接通電流，陽極的空穴與陰極的電子在發(fā)光層中結合，產生光亮，根據包夾在其中的有機材料的不同，會發(fā)出不同顏色的光。,OLED發(fā)光原理,OLED發(fā)光過程,5 個基本物理過程 正負電荷分別從陽極和陰極注入有機層； 在電場的作用下正負電荷在有機層內分別朝著對方電極方向移動； 正負電荷在有機層內特定位置再結合并釋放出能量； 特定的有機分子獲得該能量后自己受激發(fā)或將能量轉移給其它分子，使其受激發(fā)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)； 處于激發(fā)態(tài)的分子回到基態(tài)，釋放出光能。由此可以看出，在OLED 器

20、件的簡單的結構里發(fā)生著極其復雜的光電子物理過程。 彩色及亮度控制 通過改變所使用的薄膜有機材料的種類，可以調控器件發(fā)出的光的顏色。通過控制從兩端電極注入電流的大小可以調節(jié)發(fā)光的強弱。為了保證高效率地實現這些基本過程，材料結構、純度、聚集態(tài)及界面狀態(tài)的嚴格控制是至關重要的。,OLED結構,OLED結構及發(fā)光原理-彩色OLED結構,AMOLED,PMOLED,構造,OLED結構及發(fā)光原理-彩色OLED結構,OLED彩色化原理,各有優(yōu)缺點，目前還沒有那種全彩色化技術具有絕對領先的優(yōu)勢,LCD采用三色獨立發(fā)光方式，只能使用彩色濾光方式，光色轉換效率低于OLED,彩色OLED 的獲取方法-白色發(fā)光層加濾

21、色片,這是獲得彩色顯示最簡單的方法，它是在研發(fā)LCD 和CCD(CCD，英文全稱：Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件?？梢苑Q為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數字信號) 時形成的一種成熟的濾色片技術。像素的每個單元格由白色OLED 發(fā)光器件和紅（R）、綠（G）、藍（B）三色濾色片組成，白光通過濾色片過濾可獲得三基色。驅動電壓可分別控制三個白色OLED 發(fā)光器件的發(fā)光亮度，即可顯示出各種彩色。每個像素的結構如右圖2所示。,白色發(fā)光層加濾色片,優(yōu)點：結構簡單、經濟、易于實現；缺點是產生的白光要多經過一次彩色濾光層,部分光被濾光層吸收掉,

22、損失掉一些亮度。,彩色OLED 的獲取方法-紅綠藍三種有機發(fā)光材料直接發(fā)光,優(yōu)點：發(fā)光利用率得到了提高；缺點是工藝條件要求高，三基色有機發(fā)光材料純度、效率、壽命難以做到一致。,這種模式實現彩色顯示的方式不需要光色轉換或彩色濾光片，因此提高了發(fā)光效率。如圖 所示。它是利用精密的金屬蔭罩與CCD 像素對位技術，首先制備紅、綠、藍三基色發(fā)光中心，然后調節(jié)三種顏色組合的混色比，使三色OLED元件獨立發(fā)光，構成一個象素，產生真彩色。該項技術的關鍵在于提高發(fā)光材料的色純度和發(fā)光效率，同時金屬蔭罩刻蝕技術也至關重要。,三基色有機發(fā)光材料直接發(fā)光,彩色OLED 的獲取方法-藍色發(fā)光層加光色轉換層,優(yōu)點：發(fā)光效

23、率高，只需蒸鍍藍色OLED 器件，不需要金屬蔭罩對位技術，不再使用濾色片，是未來大尺寸彩色OLED 顯示器極具潛力的彩色化技術之一。 缺點：光色轉換材料容易吸收環(huán)境中的藍光，造成圖像對比度下降，同時光導也會造成畫面質量降低的問題。,如右圖所示。首先制備藍色OLED 的器件，然后利用其藍光激發(fā)光色轉換材料得到紅光和綠光，從而獲得三基色。藍色有機電致發(fā)光器件是發(fā)光能量最高的，所以用藍光作為激發(fā)光。該項技術的關鍵在于提高光色轉換材料的色純度及效率。,藍色發(fā)光層加光色轉換層,PM-OLED應用領域,PM-OLED結構及發(fā)光原理,1、當正負兩極加一正向電壓通電時，空穴/電子分別從陽極/陰極克服勢壘注入空

24、穴注入層(HIL)/電子注入層(EIL)；,2、載流子（空穴/電子）在電場作用下,分別通過空穴輸運層（HTL)/電子傳輸層(ETL)傳遞；,3、載流子（空穴/電子）在發(fā)光層（EML） 復合形成處于激發(fā)態(tài)的激子；,4、激子在電場作用下將能量傳送給發(fā)光分子，并激發(fā)其電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),5、發(fā)光分子的電子將能量主要以光的形式釋放出來而回到穩(wěn)定的基態(tài)，從而產生 電致發(fā)光。,PM-OLED制造流程圖示,金屬/ ITO /玻璃襯底,金屬Cr圖案成形,. ITO圖案成形,絕緣圖案成形,隔斷圖案成形,光刻的圖形,1,2,3,4,5,6,PHOTO光刻,Deposition (Evaporation蒸鍍),

25、Encapsulation封裝,Aging/Module老練/模組,陰極隔離柱,輔助電極Cr,ITO層,絕緣層,主清洗,預清洗,光阻劑SLIT涂布,曝光,曝光后烘干,顯影,烘烤,PM-OLED制造工藝,輔助電極Cr,ITO層,絕緣層,陰極隔離柱,輔助電極Cr,ITO制模,絕緣層,陰極隔離柱,同輔助電極,同輔助電極,輔助電極Cr,ITO制模,絕緣體,陰極隔離柱,同輔助電極,同輔助電極,后烘干,PHOTO光刻,Deposition (Evaporation蒸鍍),Encapsulation封裝,Aging/Module老練/模組,HIL/HTL蒸鍍,R/G/B 蒸鍍,ETL/EIL蒸鍍,陰極蒸鍍,氧等離子清洗,基板投入,PM-OLED生產設備展示,目 錄,OLED分類,1,OLED概述,2,OLED基本結構及顯示原理,3,長虹OLED電視,4,OLED電視故障判斷,5,長虹OLED電視,組件:自帶的TCON板，電源板，主板、按鍵板、RF板和WIFI板。 主板采用：5327,近年來，四川虹視顯示技術有限公司一直致力于OLED的開發(fā)，今年上半年，長虹已生產出OLED電視樣機。,長虹OLED電視內部實物圖,電源板,主板,驅動板,正面圖,顯示屏背面圖,長虹OLED電視