浅谈OLED显示技术进展

2019-11-29薛小利

科技与创新 2019年24期

薛小利

浅谈OLED显示技术进展

薛小利

（厦门天马微电子有限公司，福建厦门 361101）

在过去10年中，OLED显示技术发展迅速，并取得了不小的成就，一时之间风靡全球。在这样的趋势下，诸如三星这样的领军集团率先将核心转向对OLED显示技术的研发。在大环境下，显示技术进入了一个量产大规模化的阶段，强有力地推动了OLED显示技术的产业化进程。在不久的未来，OLED显示技术将迎来更进一步的突破，并且为人类文明进步添上新的色彩。

OLED显示技术；有机发光二极管；电子传输层；有机发光层

1 简述OLED显示技术

OLED是典型的自发光显示技术的代表，最为常见的则是有源矩阵有机发光二极管（AMOLED），这也是其最基本的结构。通常情况下，人们认为OLED可以分为两种，即小分子的OLED和高分子的OLED，这种分类方式是按照发光材料来区别的。全球目前所拥有的与OLED相关的专利就有1 400份之多，这其中有3项最基本的专利。小分子由美国的KODAK公司拥有这项基本专利，而高分子OLED这项专利的拥有者是英国CDT公司与美国的UNIAX公司。将有机气相沉积、喷墨打印技术或者是真空热蒸发等多种工艺运用在玻璃基板上面，形成阴阳级、空穴、电子传输层、有机发光层。

在OLED器材被施加电压时，金属阴极会产生电子，阳极会产生空穴，在电场通过力的作用，电子可以穿过电子的传输层，而空穴也会穿过空穴的传输层，然后两者会在有机发光层相遇见，电子与空穴分数阴阳极，也就是正负电，它们会互相吸引，通过库仑力吸引力的的作用将它们捆绑在一起，便成了人们所知道的激子，激子会形成有机发光，是OLED显示技术的基本要素。

在过去10多年，有机发光的显示技术取得了飞跃式的进展，而OLED的发光效率上也远高于PDP以及CRT两者，迎合市场需求，越来越多的研究单位与研发公司都在积极地进行研发与生产，在这过程中他们不断地优化加强，在整个OLED显示技术的发展中有着至关重要的地位。

2 OLED主要研究战略

2.1 降低成本

支持OLED显示技术的所需耗材成本费用高，如果想要这项技术被更广泛运用，就需要相对降低其成本，比如，削减原本工艺的一些步骤、采用更大型的玻璃基板、降低研发初期的投资费用、降低驱动芯片（C）以及COO的成本费用。通过进行试验研究发现，减少工艺步骤是比较有效的，以下根据这些技术优化进行阐述。

减少制作工艺的步骤，根据目前所掌握的技术，已经可以将有机发光层外侧的掩膜从原来的红绿蓝3层，变成红绿2层，减少了蓝色发光层的这道工艺，即通过把蓝色发光层与空穴的阻挡层进行共通化，二者合一，兼并两者的功效，然后使其他发光层的厚度得到提升，以此来使蓝色光凸显出来。OLED显示屏在三星公司的研发下，已经成功完成从22in到17in的突破。

同时，三星公司在减少工艺步骤的同时，还研发了顶发射器件的步骤简化，顶发射器件是扩大OLED显色区域的工艺，通过本身具有厚度的子像素形成微腔效应，运用空穴的注入层来控制子像素，从而得出了更简便的微腔效应。

通过降低驱动芯片的成本，驱动电路除了在外部安装驱动芯片外，还可以通过低温多晶胿来实现，只要将其作用在玻璃基板上即可，这样驱动线路就可以全部集中在玻璃基板上，从而降低驱动芯片的成本。

到目前为止，以低温多晶硅代替外部驱动芯片已经制作成功，即LTPS-AMOLED显示屏。这项技术除了能够降低驱动芯片的成本，还在一定程度上减少了时间成本的投入，具有多方面的优势。

2.2 减少功耗

如何降低OLED显示技术的功能消耗，一直是此项技术的热门研究，OLED显示技术的功能消耗是从器件的构造、器件所使用的材料、整套显示技术的驱动这三个方面产生的。因此要研究如何减少开发器件时的材料和构造的使用。在材料方面，对于高效的荧光和磷光掺杂材料的研发，各个研发机构都在争前恐后地探索着。其中，波短长蓝色材料受到各研究学者的特别关注，该材料的发光层禁带与其他材料相比更宽，同时，无论是在电子注入效率，还是在一定速度效率方面都相对而言更低。FIrpic是目前蓝色磷光掺杂材料应用最多的主体材料，但一种可以使器件的流明效率达到267 m/W的新型材料被TSAI等人开发出来，该新型主体材料为CzSi，其应用效率受到业界的广泛认可。在器件构造方面，目前OLED显示技术研发人员主要从电子输送层的改善和引入顶发射结构两方面入手来尽可能减少功能消耗。电压的降低是通过改善电子传输层和注入效率来实现的，一般情况下可以将其降至2.0 V以下。同时，可以兼顾高纯色度以及较低功能消耗的微腔效应可以在顶法结构下实现。

2.3 高精密化

高精密化显示制造的工艺技术LTI（激光热打印法）作为OLED显示技术高画质中的一项不可或缺的技术，其开发从来没有停止过，而有机电子发光想要超越先前的平板技术达到2linga的精细度，就需要依靠这种发光层成膜技术（激光热打印法）。

所谓激光热打印法，即当激光照射在玻璃基板上时，蒸发的发光体会在上面形成薄膜，然后处在发光体与基体膜之间的LTHC层会由于激光的热量而膨胀起来，进而使发光体与机体膜分隔开来，让激光成为玻璃基板上的一层膜。LT法的应用可以使加热速度达到每秒7×10 ℃，每in像素的LTHC温度瞬为200 pp左右。此外，掩膜技术针对一些大尺寸基板的应对比较困难。喷墨打印法的的基础精度为±10 μm，其量产化后最高精度可达200 ppi。LII法因为是直接把材料涂写覆盖成一张膜，所以精度可达±3 μm。在此之外，对于如何在大中型玻璃基板上应用掩膜技术有了较好的解答。通过应用LII法，三星已经成功研制了一种有机电致发光显示器，该显示器VGA为265in（对角67 cm）、302pi，像素尺寸为28 μm×84 μm，通过与顶部发射极结构的结合将开口率提到40%。有机电致发光平板显示器的制作正在紧锣密鼓的进行着，其中第二代玻璃基板（370 mm×470 mm）的LI装置已投入使用，而第四代玻璃基板（730 mm×920 mm）使用对应装置在三星公司的努力研制下，在不久的将来也会顺利应用于平板显示器。

2.4 长寿命化

近10年来OLED显示技术发展迅速，与初期相比其寿命有了近百倍的提升。目前OLED技术基本上已经可以满足手机的使用寿命，该技术通过对发光材料、电子传输层、器件结构和封装技术的不断改进提升，已经解决了显示技术的寿命问题。随着OLED 技术的不断突破，其半寿命完全可以达到60 000左右，实现了在电视机上显示的目标。

2.5 柔性化发展

随着封装技术的不断改良，OLED显示屏厚度已经达到1.5 mm以下，在薄型化发展的基础上，OLED同时引入了柔性基板，提升了柔性，使其可以朝着柔性化显示器的方向发展。目前，三星公司已经开发出一种新技术，该技术可以代替原来的封装技术，其主要是将原先栅材料替换成有机和无机材料。相信在不久的将来该技术可以成功应用于社会。在柔性化方面，可卷曲的有机电致发光平板已经开发出来，其原理就是在将有机电致发光膜镀在金属箔上。由此可见，OLED正朝着柔性化快速发展。