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OLED显示技术的进展(下)



 AMOLED的发展主要取决于TFT在OLED中的应用。AMOLED驱动技术有三个研发方向:一是改进传统的非晶硅技术(a-Si TFT),二是开发载流子迁移率高的低温多晶硅技术(LTPS TFT),三是开发有机薄膜晶体管(OTFT)。

  LTPS TFT拥有较高的载流子迁移率,这对电流驱动型的OLED器件来说是非常有利的,然而制备技术还不成熟,成品率还很低。传统的准分子激光晶化法非常昂贵,而且目前最大的LTPS基板只能做到第4代,器件性能上亮度还不均匀。日前,柯达开发了一种GMC的补偿技术,将其应用到LTPS TFT驱动的3英寸OLED面板上,宣称这一技术使得AMOLED多年以来的难题—TFT开态电流误差引起的亮度不均得到了彻底解决。

  a-Si TFT可以延续液晶的技术,工艺简单、成熟、成本低廉,且可以利用现有的液晶生产设备,基板尺寸可以做到5代线以上,但用于驱动OLED则存在迁移率低、器件性能稳定性差等缺点。从发展趋势看,a-Si可能适合大尺寸显示,LTPS则可能适合中小尺寸显示。

  另外OTFT技术采用有机材料代替硅,适合于软屏制备,相对于硅薄膜晶体管,OTFT的工艺要简单得多。但是OTFT技术还处于基础研究阶段。

  OLED照明技术

  与其它照明光源相比,以平面发光为特点的OLED具有更容易实现白光、超薄光源和任意形状光源的优点,同时具有高效、环保、安全等优势。因此,白光OLED作为一种新型的固态光源,在照明和平板显示背光源等方面展示了良好的应用前景。市场调研公司NanoMarkets预测,使用OLED的照明市场的产值规模在2014年将扩大至10亿美元。目前,高效率、长寿命的白光器件的研究是OLED在照明领域发展的重点。磷光材料由于具有高效特征,因此在白光照明领域被广泛看好。

  2006年7月,Konica Minolta技术中心成功开发了在1000 cd/m2初始亮度下,发光效率64 lm/W,亮度半衰期约1万小时的白光OLED器件。该器件采用的发光材料均是磷光材料,且一直为磷光材料瓶颈的蓝光材料实现了长寿命和高发光效率,在300 cd/m2初始亮度下,实现了1.6万小时的亮度半衰期。2007 SID展会上,日本出光兴业报道的白光器件效率达到约16.8 lm/W,寿命超过了4万小时。

  该白光器件采用的发光材料为荧光材料,是目前效率最高的荧光白光OLED。

  白光OLED的发展目标,是成为真正的低成本、高效率、长寿命的平板白光光源。在过去十多年的研究工作中,白光OLED在效率和寿命方面都取得了长足的进步,但距实用化和商品化还有一定的距离。白光OLED面临的挑战是提高器件在高电流工作状态下的效率和寿命。新材料和新结构的开发和使用有望解决这两方面的困难。近年来,欧美各国在OLED照明领域投入相对大的资金。GE、UDC、Osram公司获得了美国政府的项目支持,开发OLED照明技术。美国能源部在OLED照明光源技术发展规划中指出:2007年,用于照明的白光OLED效率将达到50 lm/W、寿命超过5000小时;2012年,其效率将达到150 lm/W、寿命超过1万小时、制作成本也会大幅下降。

  柔性显示

  柔性OLED显示是显示技术领域的最热门的研究课题之一。OLED相比其它柔性显示器具有更多优点:它是自发光显示、响应速度快、视角宽,由有机材料制备,弯曲能力强等。因此对显示效果要求高的便携产品和军事等特殊领域有非常广泛的应用。

  柔性显示需要解决的主要问题是电极层以及有机层的附着性能、基板的气密性、封装和驱动技术。目前,已有CDT、UDC、Samsung、Pioneer、SONY和我国清华大学等试制了高分子和小分子OLED软屏样品,有源驱动技术和薄膜封装技术的应用也极大地丰富了柔性显示的色彩和延长了OLED的寿命。在2007 SID展会上,SONY公司首次推出了TFT驱动的2.5英寸柔性OLED样品,实现了约1670万色的全彩显示,像素尺寸为318 μm见方,精细度为80 ppi,实现了最高的精细度。

  由于OLED对于水、氧非常敏感,如何避免这两种气氛对器件的影响是柔性OLED发展的首要因素。研究表明,OLED要求水汽的渗透能力在10-5g/m2/day以下,但传统的金属或玻璃封装不适合柔性器件的封装,如何避免水、氧对器件的影响是柔性OLED发展的主要课题。Vitex公司利用聚合物无机材料交替复合薄膜(PML)阻隔水氧,其开发的软屏基板产品具有与玻璃相媲美的阻隔效果(见表2)。日本先锋公司计算,利用这种技术封装的器件,在1000 cd/m2的起始亮度下,最长寿命可超过5000小时。不过现阶段由于OLED软屏的封装技术还远未成熟,因此柔性OLED显示技术还处于基础研究阶段。

  我国内地的研发单位和企业敏锐地捕捉到了这次机会,投入了大量的人力、物力和财力,取得了很好的研究成果。目前我国大陆在OLED研发和产业化方面所取得的成就主要有:

  清华大学开发出非掺杂体系的红色荧光主体材料,色坐标为(0.65, 0.35),初始亮度1000 cd/m2下寿命超过1.5万小时;吉林大学率先开展了三线态磷光材料的性能研究;中科院长春应化所设计合成的绿光、红光和蓝光铱配合物的磷光材料,发光效率分别达到了57.9 cd/A(57.4 lm/W)、50.0 cd/A(45.2 lm/W)和16.2 cd/A(14.0 lm/W),达到先进水平;华南理工大学率先采用喷墨和旋涂新工艺研制出全彩色高分子发光示屏,像素96×(3)×64;长春光机物理所与维信诺公司合作开发了a-Si OLED的320×240点阵彩屏;南开大学采用金属诱导技术、吉林彩晶采用激光退火技术研发了2英寸p-Si 160×128点阵彩屏;南开大学与香港科技大学合作开发了金属诱导的5英寸p-Si 320×234点阵彩屏;北京京东方公司进行了2英寸a-Si 176×220点阵AMOLED的开发。

  产业方面,目前维信诺公司正在昆山建设国内第一条PMOLED生产线,基板尺寸为370mm×470mm;信利半导体开发出可在短时间内测试OLED寿命、判断生产工艺稳定性的OLED 寿命测试方法;上海广电电子公司目前基本完成了OLED关键技术的研究和生产技术的集成,实现了OLED屏及模块的小量生产和销售,开发了3.5英寸的全彩LTPS TFT-OLED,亮度达到250 cd/m2;吉林环宇公司与荷兰OTB公司签定了两条PLED生产线设备的购买合同,计划生产1.1英寸(PM)和2.6英寸(AM)两款全彩色PLED显示屏,生产能力600万片/年。

  结语

  OLED技术正处于一个发展与调整的关键时期,目前面临的状况类似于90年代上半期的TFT-LCD。TFT-LCD技术70年代末开始研制,但是由于TFT基板制造及彩色化生产技术没能完全突破,产品迟迟进入不了市场。日本参与TFT的企业处于全面亏损状态,当时只有夏普等极少数公司坚持将TFT-LCD搞下去,并最终取得了成功,90年代末,日本的TFT-LCD企业开始大幅度获利,进而推动了全球TFT-LCD产业的大发展。韩国、中国台湾地区90年代中期才开始进入TFT-LCD产业,但他们摒弃了日本厂商的保守观念,在引进日本技术的基础上抓住机遇,大胆创新、大胆投入,最终超过了日本对手。

  OLED目前正处于产业化技术完全突破的前期,在LCD的打压下,市场进入速度减缓,大部分企业处于亏损状态,许多企业退出竞争。但是以Samsung、SONY为首的一批有远见的企业却正在抓住机遇,加大研发和投入的力度,使OLED市场出现了明显的转机。我们应该学习韩国及台湾的经验,我国OLED技术与国外差距不大,并拥有自己的知识产权,产业化已经起步,这是我们在平板显示领域赶超世界先进水平的一个很好的机会,如果我们能抓住这个机遇、快速发展,就能在不久的将来成为OLED强国。

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