0LED TV

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  一、什么是0LED?
  
  OLED即英文Organic LightEmitting Display的缩写,中文译为“有机发光二极管”,1979年由柯达公司从事科学研究工作的科学家邓青云博士(邓被称为“0LEDP之父”)发现之后,美国、日本、韩国等国的大公司纷纷投资加入OLED的研究行列,大大加快了OLED的研究步伐和实用化进程。2001年,韩国三星公司研制出15.1英寸主动式全彩色OLED显示器样品;2004年日本三洋公司开发研制出2.2英寸全彩色OLED面板;精工爱普生研制成40英寸OLED显示器;2005年韩国三星先后推出21英寸、40英寸OLED电视屏……在近十几时间中,OLED开始迅速发展。
  但是,由于存在寿命、成本、功率等问题,OLED还没有被广泛应用到显示器、电视机领域。从2003年开始,一些厂家正式把OLED技术应用到数码相机、手机、MP3等数字产品的显示屏幕上。到现在已有多家公司纷纷推出带OLED显示屏的手机,其性能超越了LCD显示屏的产品。今年索尼、精工爱普生推出OLED全彩色电视和显示屏,使OLED已开始逐步应用到平板电视和显示器领域。
  
  二、OLED工作原理
  
  OLED的工作原理是有机半导体材料和发光材料在电场驱动下,通过载流子注入和复合导致发光。
  OLED是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件,典型结构如图1所示,它是在玻璃基板上由透明电极、空穴传输层、有机发光层、电子传输层、电极层组成。
  


  其原理是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作为发光层,发光层上有一层低功函数的金属电极。当电极加上电压时,发光层产生光辐射,有机材料的电致发光属于注入式复合发光,即正极和负极产生的空穴和电子在发光材料中复合成激子,激子的能量转移到发光分子,使发光分子中的电子被激发到激发态,而激发态是一个不稳定的状态,受激过程就可产生可见光。为增强电子和空穴的注入和传输能力,通常需要在ITO和发光层间增加一层有机空穴传输材料或在发光层与金属电极之间增加一层电子传输层,以提高发光效率。
  OLED按所使用的载流子传输层和发光层有机薄膜材料的不同,分为两种不同的技术类型:一种是以有机染料和颜料为发光材料的小分子基OLED,另一种是以共轭高分子为发光材料的高分子基OLED。
  有机小分子电致发光的原理是:从阴极注入电子,从阳极注入空穴,被注入的电子和空穴在有机层内传输。第一层的作用是传输空穴和阻挡电子,使得没有与空穴复合的电子不能进入正电极;第二层是电致发光层,被注入的电子和空穴在有机层内传输,并在发光层内复合,从而激发发光层分子产生单重态激子,使单重态激子辐射跃迁而发光。
  聚合物电致发光过程则为:在电场的作用下,将空穴和电子分别注入到共轭高分子的最高占有轨道和最低空轨道,产生正、负极子,极子在聚合物链段上转移,最后复合形成单重态激子,
  单重态激子辐射跃迁而发光。
  单色小型OLED发光器件的有机发光层基本上都是三层结构,全色OLED发光器件则为多层结构,一般都超过三层。
  全彩色OLED显示屏实现方法f主要为以下几种:
  1.发光层发出白光加滤色膜的方法。它是利用LCD形成的一种成熟技术,由R、G、B彩色滤色膜从OLED发射的白光中滤出R、G、B三种基色来实现全彩色显示。
  2.利用与GET类似的方法。由于基采用R、0、B有机发光材料,因此发光层为三层结构,将R、G、B三基色像素为单元相继排列成矩阵,依次激发红色、蓝色和绿色来获得全彩色图像。该方法是最早产业化,也是最为成熟的方法,目前大部分OLED生产线都采用此方案。
  3.采用蓝色有机发光材料及光致发光的颜色转换材料获得全彩色显示。此方法是将OLED的蓝光通过激发光致发光材料,分别获得红色和绿色光,得到R、G、B三基色像素,形成彩色图像。这种方法由于不再使用滤色膜,优点是效率高,缺点是彩色质量比较低。
  从以上分析可以看出:对OLED显示器,可通过改变所使用滤色膜及有机材料的种类,调控OLEO显示器的颜色,通过控制从两端电极注入的电流的大小调节发光的强弱,改变亮度。从而显示高清晰度图像。
  与LCD一样,在驱动方式上,OLED也分为无源驱动型或称为被动驱动型(Passive Matrix PM)和有源驱动型(Active Marx AM)两种,如图2、图3所示。无源驱动型不采用薄膜晶体管(TFT,Thim FilmTransistor)基板,一般适应中小尺寸显示,如手机、MP3等;有源驱动型采用TFT基板以适用于中大显示,特别是大尺寸的彩色电视机或显示器。目前无源驱动型的OLED技术已经比较成熟,有源驱动型OLED技术发展也很快,现已有中小屏的OLED全彩色电视机。
  根据使用基板的材料不同,OLED显示器可以分为硬屏和软屏。与用玻璃作为基板的普通OLED显示器相比,柔软的OLED显示器有许多优点,如,可卷曲,折叠、更轻、更薄,防撞击等。
  


  


  
  三、OLED的特点
  
  OLED是当前平板显示的新宠儿,与LCD、PDP、CRT相比具有诸多优点,因此很多有实力的公司都投入大量的资金、人力进行研究,并已取得显著成效。OLED与LCD相比,具有以下特点:
  1.显示屏的外形设计上,OLED比LCD更薄、更纤细,其厚度一般只有几毫米,仅为LCD显示屏的1/3。
  2.由于OLED可以采用不同材质基板制造,因此在外形设计上可以做出各种各样的弯曲形状的柔软显示设备,像纸一样挂在墙上,甚至可以折叠,携带方便,可以适用各种不同的需要,而目前的LCD做不到。
  3.OLED显示屏单个像素的尺寸可以做得相当小,可以在小屏幕上做到高分辨力像素数,实现高清晰度显示图像。因此可以应用在高速发展的微显示设备中,这是PDP、LCD、CRT等显示器件所不能实现的。
  4.OLED的低温特性好,在-40℃的环境条件下也能正常显示,可以适应严寒的环境。LCD正常使用环境条件下一般在+5℃以上,在0℃以下就不能正常显示;OLED也可在高达+85℃酷热条件下工作,为其在军事国防领域的应用上带来极大便利。
  5.由于OLED显示屏均采用全固态器件,无真空、无液晶体物质,并且薄、柔软,因此抗震性能良好,适应于巨大的加速度、振动等恶劣环境,从而使OLED应用范围更加广泛。
  6.因OLED采用有机发光材料,和CRT、PDP一样能够自发光,而LCD 本身不发光,需要采用外界灯的背光源,因此OLED比目前的LCD屏幕发光亮度高,对比度大,彩色还原性好,显示的彩色柔和、自然真实,具有自发光CRT、PDP的优点。
  7.OLED发光转换效率高,发光效率已经超过16lm/w,而采用的磷光小分子器件的发光效率则已接近3 Olm/w,远远高于PDP、LCD的水平。
  8.由于OLED采用低电压驱动,直流驱动电压在10V以下,因此消耗功率低,这也是LCD、PDP、CRT所不能比拟的。
  9.具有160°以上的宽视角。由于OLED具有主动发光的特性,因此没有视角范围的限制,基本上和CRT相同;而LCD则观看视角小,随着可视角的增大,图像会发生失真,甚至不能观看。
  10.OLED响应速度快,响应时间在微秒级,比普通的LCD高1000倍以上,主要是由于OLED显示器件的单个像素响应速度快,可与CRT的响应速度相媲美。因此可适用于播放快速运动图像的电视节目,无运动图像拖尾现象,能很好地实现高清晰度显示和3D游戏显示。
  11.在重量方面,OLED的设计重量要比LCD轻得多,因为在制造工艺上,OLED所需材料较少,制造工艺也相对简单,因此制造成本相对较低。据有关资料报道,估计OLED量产时的成本要比LCD至少节省20%。
  由于OLED比LCD具有如此多的优点,预计未来现有的LCD技术会被OLED技术所取代。
  OLED与CRT相比,具有驱动电压低,体积小,重量轻,特别是在厚度上薄于任何一种显示器件,可以薄到3mm以下,如纸一样贴在墙上使用,因此是实现壁挂式、可卷式电视最理想的显示器件。
  与PDP相比,OLED驱动电压低,发光效率高,轻、薄,色彩清晰,制造工艺简单,成本低廉。
  OLED技术主要应用在视频显示领域,即OLED电视机或显示器。就其显示功能而言,完全可以代替CRT、LCD、PDP,实现显示器件的轻量化、薄型化、高亮度、快速响应时间、无运动图像拖尾、高清晰度、低电压化、高效率化和低成本化。它可以很容易地设计成曲面,甚至可卷曲、折叠,可大幅度地节省空间,方便携带,可应用于航空、航天的显示器,军事移动的夜间及野外显示器,它的应用领域远远超过CRT、LCD、PDP,因此其市场前景非常广阔。
  
  四、OLED的应用范围与技术攻关
  
  此外,OLED也可以作为光源使用,可以利用它制造出大面积、高亮度平面或曲面光源,以及高色纯度的单色光源,将来甚至可以用它制造出大平面激光光源,高效率偏振光光源;另外通过改变发光材料的化学结构或器件结构,发射波长可以在紫外区到红外区的很宽的波长范围内调控。随着OLED材料及器件的日趋成熟,今后还将开发许多想象不到的新用途。
  虽然在前面介绍了OLED的诸多优点,但对OLED显示器件的研究仅从上世纪60年代才开始,真正大规模开发研究源于1986年美国的EastenKodak(EK)的基本专利(以小分子为对象的器件基本结构)发表之后,前后仅20余年时间,与具有几十年历史的LCD相比还较短,尽管对OLED的研究开发已经取得突破性进展,但要真正实现产业化,大批量OLED电视机(或显示器)上市并最后取代LCD,还需要克服一些技术难题。
  1.实现大屏幕的产业化
  目前已公布的只有索尼11英寸和EPSON 8英寸OLED显示屏,在展览会上展示的中大屏幕的OLED显示屏,只是在实验室里实现的。要实现OILED的大屏幕的产业化,根据目前的技术水平,还存在工艺、材料、设备和驱动技术等方面的问题:如大尺寸OLED基板的镀膜均匀性问题,因有机膜的不均匀性将导致发光亮度和色彩的不均匀;显示面板尺寸增大,则意味着显示器件必须有很高的瞬间亮度和高的发光效率,并在高亮度下有良好的稳定性此外亮度越高,要求透明电极ITO的面板阻抗越小,但更小阻抗的ITO基板的开发生产目前比较困难,因此将影响亮度的进一步提高。
  2.实现全彩色的OLED
  单色黑白OLED的技术相对较成熟,但只显示单色,限制了它的应用范围,因此各厂家致力于全彩色OLED面板的研发。目前以RGB三基色法为实现全彩色的主要方式,但三基色发光材料发展很不平衡,绿光发光材料发展最快,已满足使用条件;红光材料的量子效率较低,色饱和度较差;蓝光发光材料不仅量子效率偏低,稳定性也较差,造成R、G、B发光材料随使用时问的增加而R、G、B三色的衰减程度不同,会造成OLED显示彩色的畸变,同时影响使用寿命。因此解决发光材料的寿命和R、G、B发光材料亮度衰减的一致性是实现全彩色OLED需要进一步解决的问题,并已成为全球研究的重点。
  3.制造工艺改进
  从单色OLED显示到全彩色显示,需将三种不同的发光材料分别镀在同一像素非常接近的三个小区域上也是非常困难的。对用高分子发光材料器件来说问题更为突出。此外,由于OLED中有机功能对水、氧非常敏感,因此OLED对封装工艺的要求比LDC严格得多。
  4.模块驱动IC技术
  OLED显示效果除与OLED显示屏的质量有关以外,与模块驱动IC技术也有很大关系。在实验室研究小面积OLED显示,不需要复杂的驱动IC也可以实现,考虑到OLED的产业化和大屏幕化,复杂的驱动TC技术变得非常重要,因为有机电致发光是一个电流支配过程,不同于LCD的电压支配过程,亮度集成的大电流驱动Ic制做比较困难。 上述仅对OLED的材料、制造工艺和驱动电路等技术进行介绍,分析了在实现全彩色大屏幕OLED过程中存在和需要解决的技术难题。但可喜的是,索尼公司和精工爱普生宣布小批量生小尺寸OLED电视,说明长寿命全彩色OLED的一些关键技术已经突破,实现大屏幕OLED电视已为期不远。
  
  五、结束语
  
  据有关资料报道,OLED,SED等下一代的显示技术暂时没有成为市场的主流,并非是因为在技术、工艺、材料、成本等方面未达到产业化成熟度,很大一部分原因是相关厂商为了使其在液晶、等离子电视产业上的利益最大化,有意放缓新技术投放市场的节奏。而依靠其在平板显示领域的经验积累,在新技术的产业化中将仍然处于有利地位,在竞争技术露头时,以其迅速产业化的实力压制对手。这无疑增大了后来者实现其技术产业化的难度,对我国OLED的发展和产业化相当不利。与美国、日本、韩国等相比,我国在OLED新技术的开发方面处于劣势,特别是在实现产业化、商业化所必须的关键技术方面更比国际先进水平落后较长时间。
  目前全世界有百余家光电厂商和从事有机产业的公司加入到OLED的研发竞争行列中。我国也有30余家研究机构和企业从事OLED的研发和产业化工作,通过实验室研发了大量的专利技术,包括在材料、工艺、结构和驱动电路等技术方面,并进一步向产业化、大屏幕方面迈进!
  因OLED产品在市场还很少,尤其是OLED电视或显示器,只有在展览会上看到展品,它的各项性能还没有经过严格的科学测试和消费者的认可。所分析的各项优点和存在的问题,只是根据其实现原理、材料、工艺等所进行的分析,以及与目前LCD、PDP、CRT显示器件比较而来的,因此仅供读者参考。
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