原創(chuàng)

OLED主要可以分為哪些類(lèi)型？

時(shí)間：2023-06-19 12:50:01

關(guān)鍵字： OLED 發(fā)光半導(dǎo)體載流子

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]OLED(Organic Light-Emitting Diode)，又稱(chēng)為有機(jī)電激光顯示、有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體(Organic Electroluminescence Display，OLED)。OLED屬于一種電流型的有機(jī)發(fā)光器件，是通過(guò)載流子的注入和復(fù)合而致發(fā)光的現(xiàn)象，發(fā)光強(qiáng)度與注入的電流成正比。

OLED(Organic Light-Emitting Diode)，又稱(chēng)為有機(jī)電激光顯示、有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體(Organic Electroluminescence Display，OLED)。OLED屬于一種電流型的有機(jī)發(fā)光器件，是通過(guò)載流子的注入和復(fù)合而致發(fā)光的現(xiàn)象，發(fā)光強(qiáng)度與注入的電流成正比。OLED在電場(chǎng)的作用下，陽(yáng)極產(chǎn)生的空穴和陰極產(chǎn)生的電子就會(huì)發(fā)生移動(dòng)，分別向空穴傳輸層和電子傳輸層注入，遷移到發(fā)光層。當(dāng)二者在發(fā)光層相遇時(shí)，產(chǎn)生能量激子，從而激發(fā)發(fā)光分子最終產(chǎn)生可見(jiàn)光。 [1] 2022年，韓國(guó)在有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示領(lǐng)域占有率為81.3%。 [11] 2023年5月，三星展示了一款具有革命性的 12.4 英寸可卷曲 OLED 面板。

根據(jù)中國(guó)電子展的了解，OLED的種類(lèi)主要有：被動(dòng)矩陣OLED、主動(dòng)矩陣OLED、透明OLED、頂部發(fā)光OLED、可折疊OLED、白光OLED等

被動(dòng)矩陣OLED(PMOLED)

PMOLED具有陰極帶、有機(jī)層以及陽(yáng)極帶。陽(yáng)極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽(yáng)極的交叉點(diǎn)形成像素，也就是發(fā)光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽(yáng)極帶施加電流，從而決定哪些像素發(fā)光，哪些不發(fā)光。此外，每個(gè)像素的亮度與施加電流的大小成正比。

PMOLED易于制造，但其耗電量大于其他類(lèi)型的OLED，這主要是因?yàn)樗枰獠侩娐返木壒?。PMOLED用來(lái)顯示文本和圖標(biāo)時(shí)效率較高，適于制作小屏幕(對(duì)角線2-3英寸)，例如人們?cè)谝苿?dòng)電話、掌上型電腦以及MP3播放器上經(jīng)常能見(jiàn)到的那種。即便存在一個(gè)外部電路，被動(dòng)矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設(shè)備當(dāng)前采用的LCD。

主動(dòng)矩陣OLED(AMOLED)

AMOLED具有完整的陰極層、有機(jī)分子層以及陽(yáng)極層，但陽(yáng)極層覆蓋著一個(gè)薄膜晶體管(TFT)陣列，形成一個(gè)矩陣。TFT陣列本身就是一個(gè)電路，能決定哪些像素發(fā)光，進(jìn)而決定圖像的構(gòu)成。

AMOLED的耗電量低于PMOLED，這是因?yàn)門(mén)FT陣列所需電量要少于外部電路，因而AMOLED適合用于大型顯示屏。AMOLED還具有更高的刷新率，適于顯示視頻。AMOLED的較佳用途是電腦顯示器、大屏幕電視以及電子告示牌或看板。

透明OLED

透明OLED只具有透明的組件，并且在不發(fā)光時(shí)的透明度較高可達(dá)基層透明度的85%。當(dāng)透明OLED顯示器通電時(shí)，光線可以雙向通過(guò)。透明OLED顯示器既可采用被動(dòng)矩陣，也可采用主動(dòng)矩陣。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)制作多在飛機(jī)上使用的平視顯示器。

頂部發(fā)光OLED

頂部發(fā)光OLED具有不透明或反射性的基層。它們適于采用主動(dòng)矩陣設(shè)計(jì)。中國(guó)電子展溫馨提醒，生產(chǎn)商可以利用頂部發(fā)光OLED顯示器制作智能卡。

可折疊OLED

可折疊OLED的基層由柔韌性很好的金屬箔或塑料制成。可折疊OLED重量很輕，非常耐用。它們可用于諸如移動(dòng)電話和掌上型電腦等設(shè)備，能夠有效降低設(shè)備破損率，而設(shè)備破損是退貨和維修的一大誘因。將來(lái)，可折疊OLED有可能會(huì)被縫合到纖維中，制成一種很“智能”的衣服，舉例來(lái)說(shuō)，未來(lái)的野外生存服可將電腦芯片、移動(dòng)電話、GPS接收器和OLED顯示器通通集成起來(lái)，縫合在衣物里面。

白光OLED

白光OLED所發(fā)白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光燈發(fā)出的白光。白光OLED同時(shí)具備白熾燈照明的真彩特性。我們可以將OLED制成大面積薄片狀，因此OLED可以取代目前家庭和建筑物使用的日光燈。

將來(lái)，使用OLED有望降低照明所需的能耗。

根據(jù)使用有機(jī)功能材料的不同，OLED器件可以分為兩大類(lèi)：小分子器件和高分子器件。小分子OLED技術(shù)發(fā)展得較早(1987年)，而且技術(shù)已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)水平。高分子OLED又被稱(chēng)為PLED (PolymerLED)，其發(fā)展始于1990 年，由于聚合物可以采用旋涂、噴墨印刷等方法制備薄膜，從而有可能大大降低器件生產(chǎn)成本，但目前該技術(shù)遠(yuǎn)未成熟。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，OLED 器件也可以分為無(wú)源驅(qū)動(dòng)型(Passive Matrix，PM，亦稱(chēng)被動(dòng) 驅(qū)動(dòng))和有源驅(qū)動(dòng)型(Active Matrix，AM，亦稱(chēng)主動(dòng)驅(qū)動(dòng))兩種。無(wú)源驅(qū)動(dòng)型不采用薄膜晶體管(TFT，Thin Film Transistor)基板，一般適用于中小尺寸顯示;有源驅(qū)動(dòng)型則采用TFT基板，適用于中大尺寸顯示，特別是大尺寸全彩色動(dòng)態(tài)圖像顯示。目前，無(wú)源驅(qū)動(dòng)型OLED技術(shù)已經(jīng)比較成熟，商業(yè)化的產(chǎn)品絕大部分是無(wú)源驅(qū)動(dòng)型;有源驅(qū)動(dòng)型OLED技術(shù)發(fā)展很快，但還需要一定時(shí)間才能大批量推出商用產(chǎn)品。

有機(jī)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)一般屬于夾層式結(jié)構(gòu)，即發(fā)光層被兩側(cè)電極夾著并且至少一側(cè)為透明電極以便獲得面發(fā)光。單層有機(jī)薄膜被夾在ITO陽(yáng)極和金屬陰極之間，形成了最簡(jiǎn)單的單層OLED。其中的有機(jī)層，既作發(fā)光層(EML)，又兼作電子傳輸層(ETL)和空穴傳輸層(HTL)。但是，多數(shù)有機(jī)材料主要是單種載流子傳輸?shù)模詥螌悠骷妮d流子注入不平衡;另外，由于載流子遷移率的巨大差距，容易使發(fā)光區(qū)域靠近遷移率小的載流子的注入電極一側(cè)，如果是金屬電極，則容易導(dǎo)致電極對(duì)的發(fā)光淬滅，而使得器件效率降低。有機(jī)層可以是有機(jī)發(fā)光小分子，也可為發(fā)光聚合物或摻雜的發(fā)光小分子。

2.雙層結(jié)構(gòu)

由兩層不同功能的有機(jī)材料共同構(gòu)成OLED，根據(jù)材料的作用不同，可分為兩種類(lèi)型，一種是采用有機(jī)電子傳輸材料既做電子傳輸層ETL又做發(fā)光層ELL，并與有機(jī)空穴傳輸材料做成的空穴傳輸層HTL一起構(gòu)成OLED。另一種是HTL、ELL公用一層有機(jī)材料，ETL單獨(dú)為一層有機(jī)材料。

①雙層A型(doublelayer-A簡(jiǎn)稱(chēng)DL-A)OLED器件是1987年由Kodak研發(fā)的。其分別為空穴傳輸層及電子傳輸層。其中空穴傳輸層為p型有機(jī)材料，其特性為具有較高的空穴遷移率，且其HOMO與ITO較接近，可使空穴由ITO注入有機(jī)層的能障降低。此器件結(jié)構(gòu)的最主要特點(diǎn)是發(fā)光體也具有傳輸電子的能力。雙層A型標(biāo)準(zhǔn)OLED器件的結(jié)構(gòu)由下而上分別為ITO(陽(yáng)極)、HTL、ETL(發(fā)光體)、陰極金屬，最著名的例子為：玻璃基、ITO、NPB、Alq、Mg:Ag。

對(duì)于雙層器件，具體發(fā)光來(lái)自HTL還是ETL，主要取決于其能帶的匹配關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)光多是來(lái)自帶隙相對(duì)較小的材料，例如，典型的TPD/Alq3器件的發(fā)光就是來(lái)自帶隙較小的Alq3。

在后續(xù)的研究中發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的器件的發(fā)光強(qiáng)度和電流密度成線性關(guān)系，這種線性關(guān)系對(duì)發(fā)展OLED成為高性能的顯示元件具有重要作用。其次，器件的電流效率隨亮度的提高呈現(xiàn)先增大后減小的變化，其峰值一般出現(xiàn)在幾千cd/m2處，說(shuō)明OLED可以在很高的亮度下工作并具有良好的工作效率。

②雙層-B型(doublelayer-B簡(jiǎn)稱(chēng)DL-B)OLED器件是由日本九州大學(xué)的Saito教授組提出，其最主要的特點(diǎn)是空穴傳輸材料可當(dāng)發(fā)光層。發(fā)光的區(qū)域不僅在靠近HTL、ETL的接口上，且可由擴(kuò)散方式將發(fā)光區(qū)域擴(kuò)散至整個(gè)HTL。雙層-B型標(biāo)準(zhǔn)OLED器件的結(jié)構(gòu)由下而上分別為玻璃基板、ITO、HTL(發(fā)光體)、ETL/陰極金屬。在雙層-B型器件中，n型有機(jī)材料(電子傳輸層)被當(dāng)作發(fā)光層，其發(fā)光波長(zhǎng)系由HOMO及LUMO的能量差所決定。然而，好的電子傳輸層(電子遷移率高之材料)并不一定為發(fā)光效率佳的材料，目前一般的做法是將高螢光度的有機(jī)色料摻雜于電子傳輸層中靠近空穴傳輸層部分，又稱(chēng)為發(fā)光層，其體積比約為1%～3%。

據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道，2018年，OLED產(chǎn)業(yè)迎來(lái)最好發(fā)展時(shí)期。伴隨著蘋(píng)果公司開(kāi)始在iPhone上使用OLED屏幕，使得整個(gè)OLED產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生了巨大變化，需求迎來(lái)爆發(fā)期。

2017年，OLED行業(yè)景氣度提升，屢屢引發(fā)市場(chǎng)關(guān)注。根據(jù)IHS的估計(jì)，到2020年僅OLED手機(jī)屏幕的市場(chǎng)空間可達(dá)約360億美元。

OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管OLED(Organic Light-Emitting Diode)，又稱(chēng)為有機(jī)電激光顯示(OrganicElectroluminesence Display, OELD)。因?yàn)榫邆漭p薄、省電等特性，因此從2003年開(kāi)始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對(duì)于同屬數(shù)碼類(lèi)產(chǎn)品的DC 與手機(jī)，此前只是在一些展會(huì)上展示過(guò)采用OLED屏幕的工程樣品，還并未走入實(shí)際應(yīng)用的階段。但OLED屏幕卻具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此它也一直被業(yè)內(nèi)人士所看好。

OLED 顯示技術(shù)的起源

早在 20 世紀(jì)60 年代，Pope 等人首次報(bào)道了蒽單晶的電致發(fā)光現(xiàn)象，揭開(kāi)了有機(jī)發(fā)光器件研究的序幕，但由于當(dāng)時(shí)獲得的亮度和效率均不理想，而未獲得廣泛的關(guān)注。

1987 年，美國(guó)柯達(dá)公司鄧青云博士等以真空蒸鍍法制作出含電子空穴傳輸層的多層器件，獲得了亮度大于1000cd/m2、效率超過(guò)1.5 lm/W、驅(qū)動(dòng)電壓小于10V 的發(fā)光器件，這種器件具有輕薄、低驅(qū)動(dòng)電壓、自主發(fā)光、寬視角、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的關(guān)注。

1990 年，英國(guó)劍橋大學(xué)Cavendish 研究室的R. H. Friend 等人以旋涂的方法將聚合物材料聚對(duì)苯撐乙烯作為發(fā)光材料制備發(fā)光器件，開(kāi)創(chuàng)了聚合物在有機(jī)發(fā)光領(lǐng)域的應(yīng)用。這項(xiàng)研究進(jìn)一步促進(jìn)了有機(jī)發(fā)光顯示器件的研究，應(yīng)用更加廣泛、性能更加優(yōu)越的器件報(bào)道不斷涌現(xiàn)。

1993 年曹鏞等人的柔性O(shè)LED 顯示屏和1994 年Kido 等人制備的白光OLED 器件均具有開(kāi)創(chuàng)性的意義。

1998 年，普林斯頓大學(xué)的Forrest 等將磷光材料摻入發(fā)光層，獲得外量子效率5%的器件。這項(xiàng)研究證明OLED 可突破內(nèi)量子效率25%的限制，使得有機(jī)發(fā)光器件的效率有望大幅提高。

2003 年，Novaled 公司制備了PIN 結(jié)構(gòu)的磷光器件，在提高發(fā)光效率的同時(shí)增強(qiáng)了電荷的注入能力，使得器件的效率大幅提高，同年在SID 會(huì)上，索尼和奇美分別推出了24 和20 英寸TFT OLED 樣品及柯達(dá)推出第一部使用OLED顯示器的數(shù)碼相機(jī)。

2004 年5 月，SeicoEpson 在日本展出了40 英寸彩色PLED 面板及三星SDI 展示了小分子OLED 材料蒸鍍形成的17 英寸OLED 顯示屏;

2005-2006 年，研究焦點(diǎn)集中在高效率白光器件上。柯尼卡美能達(dá)技術(shù)中心成功開(kāi)發(fā)了初始亮度1000cd/m2、發(fā)光效率64lm/W、亮度半衰期約10000 小時(shí)的OLED 白色發(fā)光組件;

2006 年，韓國(guó)三星電子在IMID 大展中，展示了2.4 英寸QVGA 分辨率的AM-OLED 手機(jī)屏產(chǎn)品;而臺(tái)灣奇晶開(kāi)發(fā)出以LTPS TFT 主動(dòng)式矩陣OLED 技術(shù)制成的尺寸達(dá)25 英寸的OLED 電視顯示器面板;

2007 年初，奇晶光電正式宣告量產(chǎn)AMOLED 產(chǎn)品，并已開(kāi)始在市場(chǎng)上出售小尺寸(2.0-2.7 英寸)顯示器;同年SID 會(huì)議上，Sony 展出了技術(shù)成熟的11 吋OLED電視。