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标题: 最薄OLED屏已突破到0.3毫米,但它已准备好代替TFT-LCD屏了吗？ [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 07:19
标题: 最薄OLED屏已突破到0.3毫米,但它已准备好代替TFT-LCD屏了吗？
在所有先进的显示技术中，没有哪种显示技术的未来比有机发光二极管(OLED)更让人兴奋的了。OLED具有目前任何显示技术的所有优点，它们的不足或弱点则根本没有或基本没有，至少目前还没有。

      例如，OLED不像其它显示技术(如LCD)那样需要背光。OLED可以产生明亮、清晰的视频和图像(亮度水平超过1000根烛光/平方米，对比度大于10000:1)，而且几乎可从任何角度轻松看清图像。OLED的功耗也很小，并且具有快速开关速率。它们的响应时间在几十个微秒范围内，再加上其色彩生成能力(超过1600万种颜色)，使得它们非常适合成为电视的显示技术。OLED显示技术已经在NTSC制式兼容电视机上成功进行了演示。

      另外，OLED材料特别轻也特别薄。在今年的显示2008大会上，索尼公司展示了一款业内最薄的0.2mm厚原型OLED屏产品。它的制造成本也有低于其它显示技术的潜力。这方面的工作正在顺利进行，而且有迹象显示非常乐观。一些公司已尝试了精密卷绕对位生产，并取得了不同程度的成功。

      不过，OLED也有一些缺点。最大的问题是寿命有限，特别是蓝色和绿色OLED。部分原因是需要防水，因为水会损害OLED中的有机材料，这使得在它们的制造过程中必须做到非常紧的密封等级。

      寿命接近20万小时的实验性绿色OLED已经实现。到目前为止，实验性蓝色OLED的最长寿命约为6.2万小时。由东芝、松下和Idemitsu Kosan公司采用薄膜晶体管(TFT)衬底联合开发的蓝色OLED也有相似的结果。他们的研发工作主要集中在手机使用的2.2英寸、240×320像素的QVGA显示屏上，功耗只有100mW。

      OLED的单位面积发光强度一般要比无机固态LED低，后者通常设计用作点光源。事实上，爱普生公司开发的OLED材料消除了有机材料的一些早期失效因素，因此具有较长的寿命。

      基于以上这些事实，以及研究人员对OLED显示屏光明前景的预测，设计工程师应该对OLED有更多的了解：它们的工作原理、如何应用、可望达到怎样的性能水平、以及这种令人兴奋的技术的当前状态等，而这种技术肯定能够满足未来各种显示屏的要求。

基本结构

      OLED由一个金属阴极(一般是铝或钙)和一个位于玻璃衬底上的阳极(一般是氧化铟锡或ITO)组成。在这两个电极之间沉积着由有机分子或聚合体组成的发光和导电层(图1)。通过“印刷”工艺在扁平的承载板上进行行列沉积，形成的像素矩阵可以发出不同颜色的光，如红、绿、蓝或白色。几个层可以相互堆叠在一起。

图1：基本的OLED结构由金属阴极(一般是铝或钙)和位于玻璃衬底上的阳极(一般是氧化铟锡或ITO)组成。在这两个极之间沉积着由有机分子和聚合物组成的发光和导电层。

      OLED依靠正电荷颗粒(空穴)和负电荷颗粒(电子)之间的吸引原理工作。当两极加上电压时，有个层将相对于另一透明层变成负电荷层。当能量从负电荷(阴极)层传送到另一(阳极)层时，它将激发这两层之间的有机材料发出可见光，并从玻璃的最外层透射出来。

   静电力使电子和空穴相互吸引并再次结合。这种再结合的地方非常靠近发光层，因为在有机半导体材料中，空穴比电子更具移动性。这种再结合会造成电子能量等级的下降，同时伴随着电磁波的发射，其频率正好在可见光范围内。

   如果阳极的电位比阴极低，OLED将无法工作。在这种条件下，空穴将移向阳极，电子移向阴极，因此它们是相互远离，不会发生再结合现象。

   掺杂或增强型有机材料有助于控制光的亮度和颜色。有机材料可以由小的单结构或分子、或复杂的分子链(聚合物)组成，以便最适合它们生产的方式。

   Eastman-Kodak公司在20世纪80年代开发的原始OLED使用的是小型有机分子。虽然小分子能发出很亮的光，但它们必须采用成本极高的真空沉积工艺制造。最近使用的则是较大的聚合物分子，其制造成本较低，可以做出很大的薄板，因此非常适合大屏幕显示器使用。

主动和被动矩阵OLED

   就像LCD一样，OLED也分为主动和被动矩阵两种类型，每种类型适合不同的应用。在主动矩阵OLED(AM OLED)中，阴极、有机和阳极层堆叠在包含TFT电路的低温多晶硅层衬底上方(图2)。相应电路向阴极和阳极提供电压，以激励有机层。

图2：在有源矩阵OLED中，阴极、有机和阳极层堆叠在由薄膜晶体管(TFT)电路组成的低温金晶硅衬底层上。

      像素通过以连续的分立点图案方式沉积有机材料定义。每个像素通过电子背板中相关的TFT和电容被直接并独立地激活。

      AM OLED像素的开关速度比传统的动作电影快三倍以上，这使得AM OLED非常适合流畅、全动作的视频和图形显示。衬底传送电流的效率非常高，其集成的电路减少了AM OLED的重量和成本。AM OLED对像素数量没有内在的限制，因此商业前景非常好。

      被动矩阵OLED(PM OLED)的结构要比AM OLED简单，因此生产成本较低，这使得它非常适合低成本、低信息量的应用，如字符显示器。PM OLED是由一个OLED像素阵列构成的，这些像素通过交叉阴极和阳极导体连接在一起(图3)。有机材料和阴极金属被沉积在由基板和支柱组成的肋状结构中。这种结构可以自动生成OLED显示面板，并且阴极线路可得到理想的电气隔离。

图3：无源矩阵OLED具有一个通过交叉阳极和阴极导体连接的OLED像素阵列。有机材料和阴极金属被沉积在由基板和支柱组成的肋状结构中。

      PM OLED的一个主要优点是可以用传统制造技术做出各种图案，其整个面板制造工艺可以很容易地适应大尺寸和高吞吐量的制造。

      通过连接每个行和列的驱动器给对应行列施加电压、使电流流过选中的像素就能使PM OLED工作。外部控制器电路提供必要的输入电源、视频数据信号和复用开关。数据信号一般提供给列线，并同步于行线扫描信号。当特定行被选中时，由列和行数据线确定哪些像素被点亮。这样，通过在一帧时间内连续扫描所有行就能在屏幕上显示视频输出，通常一帧时间为1/60秒。

      剑桥显示器技术(CDT)公司已经开发出了一种称为全矩阵寻址的技术，该技术融合了无源和有源矩阵寻址的最佳特性，而且几乎没有什么缺点。CDT正在努力实现该技术的商用化。

      PM OLED显示器拥有一些支持者。Dialog半导体公司的SmartXtend显示器驱动技术能让移动设备的主屏(特别是要求提供W-QVGA和QVGA分辨率的主屏)以比AM OLED低得多的成本使用PM OLED，它仍将提供相同的视频质量和性能。与传统的PM OLED驱动方案相比，该技术可以将PM OLED的峰值电流和功耗减少30%之多。

      Intersil公司的ISL97702升压稳压器IC设计用于给便携式和移动设备中使用的PM OLED显示器供电。得益于软启动控制和输入电压断开功能，该芯片可以最小化OLED功耗。

      尽管PM OLED结构相对简单，但AM OLED来势凶猛，几乎所有主要的OLED显示器制造商，包括索尼、三星SDI、台湾的奇晶(CMEL)、先锋、eMagin和LG Displays，都在采用AM OLED技术。AM OLED还正被用于诺基亚、三洋和东芝的高端3G和4G移动电话中。在数码相机、数码相框、便携式多媒体播放机、以及手持式和独立式电视机中也能看到它们的身影。

      市场研究公司DisplaySearch预测，随着AM OLED显示屏将在消费类电子产品中找到更多的用武之地，OLED今年的销售增长率将突破69%，销量超过8.265亿美元，明年将达到83%，2010年则将下降到53%。其它市场预测报告也基本看好AM OLED。例如，iSuppli公司认为，到2014年全球AM OLED市场将从去年的6700万美元上升到46亿美元，尤其是电视市场(图4)。

图4：全球OLED电视机交付量和收入到2013年有望超过250万台和14亿美元。

   针对移动和便携式产品OLED显示屏的设计工具也正在浮出水面。CDT联合Silvaco公司开发出了一种新的通用有机薄膜晶体管(UOTFT)Spice软件模型，LG Philips公司则牵头在为氢化非晶硅(a-Si:H)TFT和OLED器件设计精确的Spice模型。

      Osram Opto半导体公司为2.7英寸和1.6英寸、128×64像素的OLED显示器提供了一种OLED参考设计套件。该套件允许用户快速上载图案，并评估该技术在他们应用中的可行性。

未来的OLED电视？

      基于对LCD和等离子显示屏(PDP)作出的巨大投资，许多专家想知道OLED电视是否能赶超LCD和PDP电视。目前最好的回答是有潜力。然而，几乎每个OLED专家都认为OLED电视技术仍处于早期成型阶段。

      去年索尼公司1.1mm超薄XL-1型对角线长11英寸的OLED电视的推出就是这种潜力的征兆(图5)。今年，索尼公司推出了更薄的0.3mm OLED电视监视器原型机，该机对角线长27英寸，可显示1920×1080像素格式的视频图像。

图5：索尼去年推出的1.1mm超薄OLED电视机，屏幕对角线尺寸为11英寸。随后的XL-1型机厚度又减少到0.3mm，对角线长度增加到27英寸。

      索尼并不孤单。三星SDI公司计划在2010年前生产对角线长40英寸的OLED电视。奇晶公司声称在明年上半年开始生产笔记本电脑用的12.1英寸OLED显示器，到2009年下半年批量生产对角线长32英寸的OLED电视。

      最大的挑战之一是掌握电视用大尺寸显示器所需的AM OLED制造工艺。AM OLED制造工艺的效率仍然比较低下，其产品良率随着屏幕尺寸增加而下降。因此至少在今后几年内，我们希望OLED能在便携式和移动电子消费产品用的显示器市场中普及开来。

OLED的发展潜力

      OLED技术最有前途的属性之一是其作为高效白光源的潜力。事实上，显示器专家预测，OLED可能成为无机LED的有力(甚至毁灭性)竞争者，虽然无机LED自身作为高效光源也在快速发展。但这种情况只有在目前仍陷于OLED层中的大部分光(大约60%)被释放出来才有可能。

      目前看来这方面的工作似乎很有希望。一种实现方法是使用由低指数网格和微透镜组成的嵌入式级联系统。密歇根大学的研究人员正在尝试使用这种方法发出比目前产品亮度强得多的光(图6)。在Universal Display(UDC)公司和美国能源部(DOE)的资助下，这些研究人员与普林斯顿大学进行了联合开发，结果产品功效达到了70流明/瓦，相比之下白炽灯只有15流明/瓦。

图6：这是密歇根大学开发的由低指数网格微透镜组成的嵌入式系统，它通过释放平时陷于有机层中的大部分光来提高OLED的白光输出。

UDC公司最近宣布白色OLED技术取得了重大突破。使用UDC公司磷光OLED(PHOLED)技术生产的OLED器件在1000烛光/平方米条件下的功效可达102流明/瓦。这种器件在50%初始亮度条件下的工作寿命可达8000小时。Konica Minolta公司最近获得了UDC的PHOLED技术许可，用于制造和销售高能效的白色OLED照明产品。

Osram公司也开发出了一款透明的白色OLED片。原型在1000烛光/平方米的亮度等级下可取得20流明/瓦的发光效率(图7)。Osram公司已经在德国Losche Design公司设计的家庭落地灯中使用了它的OLED，这些OLED还被用于Ingo Maurer公司设计的台灯照明。

图7：Osram公司开发的原型透明白色OLED片在1000cm/m2亮度等级下可提供20流明/瓦的发光效率。

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