有機電致發光顯示器的研究進展

摘要：機電致發光顯示器具有功耗小、驅動電壓低、視角寬、響應速度快等優點，是近年來平板顯示技術領域的研究熱點。本文在簡要介紹有機電致發光器件工作原理的基礎上，對有機電致發光材料、有機電致發光顯示器(OLED)面板及其驅動技術的相關進展進行了闡述。最后，論文簡單分析OLED的應用前景，展望了OLED在未來的產業化進程中所面臨的機遇和挑戰。

關鍵詞： 有機電致發光器件；發光材料；顯示面板；驅動；應用

引言

有機電致發光研究最早可追溯到1936年，但早期的發光器件驅動電壓高，發光效率低，沒有引起人們的重視。1987年，C.W.Tang等制備成功低壓驅動(<10V)的小分子發光器件，使有機發光現象再次引起廣泛關注。1990年，J.H.Borroughes等又報道了低壓下高分子器件的發光現象，開辟了高分子材料研究的新領域。

有機電致發光器件又稱為有機發光二極管(0LED)，由透明陽極ITO、金屬陰極和有機薄膜層構成。在直流電壓驅動下，陰極注入的電子和陽極注入的空穴向有機發光層運動，最終在發光層中相遇并復合發光。根據有機發光層制備材料的不同，有機發光器件有小分子和高分子兩種類型。小分子器件的有機薄膜一般為多層結構，高分子器件多為單層結構。目前，小分子器件在性能上占優，基本實現產業化，但成本較高，制作較大尺寸顯示面板有困難；高分子器件發光性能稍差，但穩定性好，成本低，容易制作大面積顯示器，且具備柔軟顯示特性。

與液晶顯示器相比，有機電致發光顯示器具有高亮度、高對比度、寬視角以及快捷的響應速度等優點，被視為下一代最理想的顯示技術，現已開始應用于MP3、手機、PDA、音響顯示面板等小尺寸領域，近期的研發目標是實現較大尺寸的有機顯示，應用于計算機顯示器、大屏幕電視機等方面。

有機電致發光材料

有機電致發光器件的發光顏色和效率基本上取決于有機發光材料，有小分子和高分子兩大類。小分子材料熒光量子效率高，提純容易，在亮度、色純度及顏色表現等方面優于高分子材料；高分子發光材料則在加工性、機械性能、穩定性及成本上占優，通過分子設計還可實現能帶調控，得到全色發光器件。此外，高分子器件質量輕薄且具有柔韌性，更易于制作大尺寸的顯示面板。

由于小分子發光材料容易發生濃度淬滅，所以常常是作為客體材料摻雜進主體材料中，并通過能量轉移得到激發而產生發光。紅光材料較好的是DCM系列的DCJTB、DCJTI等；綠光材料則是香豆素系列的C－545TB、C－545MT；藍光材料有DPVBi、AND、MADN等。其中，綠光材料的性能最好，已達實用化的要求；藍光材料在色彩飽和度和發光穩定性方面有待改善；紅光則需改進其較低的發光效率和亮度。

高分子發光材料主要有聚苯撐乙烯(PPV)和聚噻吩(PAT)兩大類。PPV最早被用來做PLED的發光層，對其的研究也最為充分，其重要的衍生物有MEH-PPV，PPE等；PAT則是繼聚對苯撐乙烯類之后人們研究較多的一類雜環高分子發光材料，它具有較高的熱穩定性。其他的一些重要高分子還有PPP、PF等，兩者都是重要的藍光材料。

OLED顯示面板及驅動技術

OLED面板

1997年，日本Pioneer公司推出多彩汽車音響面板，被認為是有機顯示產業化進程的開始。2001年，Pioneer正式批量生產車載電視機所用的52英寸全彩OLED顯示器。同年，Sony展示了13英寸的全彩OLED顯示器樣機；2004年5月，Epson發布了全球最大的40英寸OLED顯示器樣機，引起了業界的震驚。它采用主動矩陣驅動方式，分辨率為1280×768，支持256K色，面板厚度僅為2.1cm。Epson宣稱在2007年前后將讓該產品達到實用水平。2005年，Samsung也宣布完成40英寸AM-OIND面板原型的開發，面板厚度為2.2cm。Sony則發布了厚度僅為3 mm的11英寸和厚度小于10mm的27英寸OLED電視機，兩款電視的對比度都達到了令人震撼的1000000:1，亮度最高也達到了600cd／m2。在色彩表現上，這兩款產品已經完全超出NTSC的色域范圍，并且在色彩層次上也相當出色。2005年低，Samsung引進第四代高分子PLED生產線，并試產40英寸的PIED顯示面板。2000年10月，三星發布了目前世界上最薄的OLED顯示屏，厚度僅為0.78mm，可顯示26萬色彩，面板為2.2英寸。

可以預見，OLED面板尺寸將由小尺寸發展到中等尺寸，再到大尺寸，顯示顏色則是單色、多色到全彩色。然而，目前眾多廠商選擇使用TFF-LCD面板的LTPS-TET作為OLED基板，成品率不足40％。此外，目前只有第l～3.5代的蒸鍍機臺供應，大尺寸OLED制造所需的4代以上機臺還無供應，嚴重制約了有機顯示技術的發展。

OLED的驅動技術

有機電致發光顯示器的驅動分為有源驅動(Acitive Matrix，即AM)和無源驅動(PassiveMatrix，即PM)兩種方式。在PM驅動中，面板上的ITO和金屬電極通過光刻形成相互正交的平行電極，二者交叉處形成一個發光單元，通過掃描信號逐行點亮形成一幀圖像。由于每一行的顯示時間都非常短，要達到正常的圖像亮度，每一行的亮度都要足夠高。例如，一個100行的器件，每一行的亮度必須比平均亮度高100倍。這需要很高的電流和電壓進行驅動，從而引起功耗增加和顯示效率的急劇下降，還使器件的壽命大幅度縮短。目前，PM-OELD在大面積顯示中的應用受到限制，產品多為2～5英寸的小尺寸面板。

與PM方式不同，AM采用的是薄膜晶體管(TFT)陣列來單獨對每一個像素進行驅動，是實現大面積顯示的理想驅動技術。驅動電路主要完成兩個功能：一是提供受控電流以驅動OELD，其次，在尋址期之后繼續提供電流以保證各像素連續發光。此外，AM-OELD的各個像素是同時發光的，對單個像素發光亮度的要求相對降低，驅動電壓也相應下降，有利于降低功耗和延長器件壽命。

驅動IC芯片是有機電致發光顯示器驅動技術中的重要組成部分，負責產生驅動信號。目前，單色、多色驅動IC已經比較成熟，彩色驅動特別是大尺寸平板顯示器的專用驅動IC技術難度較大，而且大尺寸面板成品率低，仍處于研發階段。

應用及展望

超輕薄、低能耗、寬視角和快響應速度等特點使OLED在筆記本電腦、手機、數碼相機等便攜設備的顯示屏上具有廣泛的應用前景，同時其高質量的顯示畫質也被業界鎖定為下一代的電視技術。在即將到來的3G通信中，手機視頻將會日益普及，而OLED的高速響應和低能耗特點非常適合于播放快速手機視頻，預計OLED將首先在這個小尺寸面板市場對液晶構成強有力的挑戰，有望成為主流的手機顯示屏。市場調查機構DisplaySearch預測，手機用OLED顯示屏的產量將從2006年的239萬個增加到2007年的2484.1萬個，2008達9588.5萬個，到2010年將會突破2億個。

OLED巨大的市場應用前景已引起全世界超過85家公司介入這一領域，其中不乏如三星電子、索尼、東芝、三洋及飛利浦這樣的顯示巨人；我國也有部分小型企業參與OLED的研發，如北京維信諾公司、上海航天上大歐德科技有限公司等。目前，我國的PC及移動通信等消費類電子產品正處于歷史上高速發展的時期，它們對顯示屏有著巨大的需求。而且，OLED與LCD不同，在技術上尚處于起步階段，技術及資金門檻相對較低，比較容易進入。因此，OLED顯示技術在我國有著巨大的發展潛力和市場空間，我們面臨著前所未有的發展機遇，應盡快加大有機顯示技術的研發和產業化進程，避免重蹈等離子和液晶顯示的老路，受制于人。

值得指出的是，有機電致發光顯示在巨大的發展機遇面前，也同時面臨著不小的挑戰。比如，OLED要取代液晶顯示成為市場的主流，仍需突破大尺寸面板及TFT電路的設計與制造技術，延長使用壽命，降低制造成本。大尺寸顯示需要保證大面積基板的鍍膜均勻性，避免發光亮度和色彩的不均勻。顯示面積增大，意味著器件必須有很高的瞬間亮度和高的發光效率，并在高亮度下有良好的穩定性。此外，雖然目前OLED面板一萬小時左右的使用壽命對于手機和MP3等便攜應用產品而言已基本夠用，但對于OLED在桌面顯示器、電視等大尺寸面板上的應用，仍有較大差距。最后，目前業界寄予厚望的低溫多晶硅TFT制作工藝復雜，技術門檻高，且大尺寸有機顯示面板產量較少，成品率低，使得成本居高不下。

總之，有機電致發光顯示雖被視為下一代最理想的顯示技術，但其未來的發展空間仍有賴于業界加大研發力度，克服有機顯示在技術上的致命缺陷，如顯示色彩的豐富性、工作穩定性及壽命等問題，這是其取代目前液晶顯示市場主流地位的必然要求。