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平板显示器中的OLED

平板显示器中的OLED
平板显示器中的OLED

第20卷第l期2。05年2月

液晶与显示

ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplays

V01.20.No.1

Feb..2005

文章编号:1007—2780(2005)01—0052一05

平板显示器中的OLED

邵作叶1,郑喜风2,陈宇2

(1.中国人民解放军6396l部队;

2中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033,E一

摘要:随着最新平板显示技术的大量涌现和不断完善.使得平板显示的应用和市场进一步向

难以预测的多元化方向发展。目前,由于()LED技术的日臻成熟和快速产业化,使得原有的

平板显示的均衡将被打破。文章从技术、器件性能、应用和市场前景方面着重分析同()LED

可能发生竞争的主要对手LcD(液晶显示器)与()LED的相应情况,并对平板显示技术的发展

进行了分析预测。

关键词:平板显示}()LED;LCD

中图分类号:TN873.3、文献标识码:A

平板显示器以其完全不同的显示和制造技术使之同传统的视频图像显示器有很大的差别。传统的视频图像显示器主要为阴极射线管(cathoderaytubes)。简称cRT;而平板显示器与之的主要区别在于重量和体积(厚度)方面的变化,通常平板显示器的厚度不超过10cm(4in),当然还有其他的不同,如显示原理、制造材料、工艺以及视频图像显示驱动方面的各项技术等“1。

平板显示器具有完全平面化、轻、薄、省电等特点,符合未来图像显示器发展的必然趋势。目

前主要的平板显示器包括:PDP(Plasmadis—plays)、LCD(Liquidcrystaldisplays)、FED(Fieldemissiondisplays)以及相对较晚出现的

OLED(Organic1ight—emittingdiodedisplays)等口]。在OLED(有机电致发光器件)技术未成熟的情况下,LcD在当时平板显示器中以其体积小、重量轻、功耗低的优点得到较为广泛的应用。

LCD经历了从无源TN—LCD、STN—LCD到有源TFT—LcD的发展历程,其市场已到成熟期,产业化已经形成,特别是高端LcD的生产基地已向我国转移,许多关键材料和技术已过技术封锁期,经过几十年的发展已成为目前最大的平板显示器

收稿日期:2004—1026}修订日期:2004—11—29

基金项目:国家科技创新基金资助项目(No.020262112(0540))产业。

但是由于LcD自身不能发光,显示依赖于背光源或环境光,注定其存在显示视角小的问题;此外,由于LcD自身的其他性质,使之仍然有响应速度慢、低温特性差的缺点o“],因此,LcD技术研究主要集中在这些方面。尽管LcD技术仍然在不断地发展,但LcD的技术发展空间已越来越小,日本已将更多的研究力量向新型平板显示器方向转移,使LcD的垄断地位正受到新的显示技术的挑战。

与LcD相比,OLED的温度特性、发光效率、功耗、发光颜色、响应时间和视角特性均超过了TFT—LCD。因此,OLED被认为是LCD最强有力的竞争者,并将在未来的3~5年内成为一种重要的显示器。由于OLED同LcD在某些制作工艺方面十分类似,使得LcD产业具备生产0LED的能力,所以在产业化方面OLED也对LcD形成很大的冲击,本文的关注点主要在目前最大的平板显示器LcD和其潜在对手OLED上,将从技术、器件性能、应用和市场前景方面着重分析LCD和OLED的相应情况。

2OLED的显示原理和器件结构与LcD相比,OLED也是厚度较薄的显示器

 万方数据

第1期邵作叶,等:平板显示器中的OLED

件,都存在电极和基本显示单位(cells),只不过LcD在基本显示单位中间注入的是电控电极性的液晶分子,其上下两层为透明的极性薄层,两个极性薄层的轴是相互正交的,每个基本显示单位都存在电极以便使电场都能施加到里面的液晶分子上。由于施加电场只能控制液晶分子改变其光透过性,所以LCD不能主动产生任何形式的光。这样,LcD由于光源的不同可以分为两种:依靠外部光源的反射式LcD和有自己背光源的透射式LcD;透射式LcD的背光源一般要消耗提供给透射式LCD能量的50%,这就是透射式LcD能耗较多的原因口]。

oLED基本显示单位由金属阴极、透明阳极和有机薄膜组成,如图1所示。可以看到有机薄膜层是夹在金属阴极、透明阳极之间的,像一个三明治;中间的有机薄膜又分为电子传输层、有机发射层和空穴注入层(有时又分为空穴注人层和空穴传输层)。当电场施加到OLED基本显示单位的两极上,电子和空穴在有机发射层相结合产生出光,这一过程是电致发光的过程。所以OLED同LcD的显示机理是完全不同的,不需要外部光源的支持o]。

图1oLED的结构

Fig.1StructureofOLED

OLED的有机薄膜很薄,仅仅为500nm,而且其可以观察的视角很宽,达到160。以上,同时电场的电压也低,仅为2~10V。

目前OLED薄膜材料制备技术有两个主要趋势,一个是由Eastman_Kodak发展的小分子oLED技术,这种显示产品的制造需要真空环境,因此使之成本昂贵而且灵活度差;而另一个是由CDT(Camb“dgedispIaytechnoIogies)发展的LEP(Light_emittingpolymer)技术,尽管该技术在最近的时间落后于小分子OLED技术的发展,但它不需要真空环境,工艺相对简单。并且可以适合于不同材质的衬底,是非常有前景的OLED技术”。

3OLED同LCD的主要技术性能比较

我们从几个主要的技术方面对0LED与LCD进行比较:

(1)亮度

OLED的发光亮度已经超过100ooocd/m2。而LcD则受其采用的光源及本身的光学特性所限制,还不能同oLED相匹敌。

(2)对比度

OLED的清晰度高的原因不仅在于其亮度高,还在于其有很好的对比度。因为OLED每一个发光元素都像一个小的灯泡,当关闭时可以使对比度趋近无穷大,正是对比度的大小对图像显示的清晰度和质量起了极大的作用,对比度越大则图像显示的清晰度则越高。在这方面LcD尤显不足,因为其不可能显示真正意义上的“黑”,所以对比度要打一定的折扣,从而逊于oLED。

(3)色彩

OLED无须外部光源的帮助可以产生明亮的红、绿、蓝三基色光,所以表现的颜色更鲜明;而LcD则不能在各种情况下产生完全一致的三基色光,颜色情况比较复杂。

(4)显示核心性能

OLED器件的核心层厚度很薄,厚度可以小于1mm,厚度为LCD的1/3;而且OLED器件为全固态机构,无真空、液体物质,抗震性好,可以适应巨大的加速度、振动等恶劣环境;而LcD为液体物质,适应能力较差。

(5)视角问题

主动发光的特性让OLED几乎没有视角问题,在很大的角度内观看,显示画面不失真;而且在环境光照变化的条件下,OLED有着清晰的视觉感受。图2为OLED的视角情况演示,而图3则是OLED同LCD侧面显示时亮度和色彩的对应情况。

(6)响应速度

0LED器件单个像素的响应速度是LcD元件的1000倍,可以实现高速度的视频重放;而LcD则无法真实完成这种流畅的显示效果。

(7)温度特性

OLED器件低温特性好,在零下40℃能正常 万方数据

液晶与显示第20卷

显示;而LcD在低温下显示效果则不理想。

(8)功耗

OLED仅使用了提供给显示器最大能量的25%,能耗比液晶略低一些。

(9)分辨率

OLED器件单个像素尺寸可以相当小,而且还有很大的“减肥”潜力,使得其分辨率很高,非常适合应用在微显示设备。

(10)基板要求

OLED能够在不同材质的基板上制造,可以做成能弯曲的柔软显示器。而LcD目前还达不到这点。

图20LED的视角筒图

Fig2Diagramofviewan91eof()LED

图3【)LED同LCD侧面显示的对比

Fig.3Contrastbetween()LEDandLCDinnankview

4OLED同LCD在生产和应用方面的情况

在新兴的平板显示领域,OLED将是未来显示行业的明星,有着巨大的市场发展潜力和空间。同时在生产方面还具有以下优势。

(1)OLED所需材料很少,制造工艺简单,只需要86道工序,而LcD却有200道。据估计OLED量产时的成本要比LcD至少节省20%。

(2)通过掺杂或增加有机材料可以帮助控制OLED的发光强度和色度,同时生产厂家可以选择小分子OLED技术或LEP技术以更好地适应生产过程。

(3)OLED显示器的输入信号完全可以同LCD兼容。

因此,OLED显示器的应用前景很广阔。

由于oLED具有超轻薄、全固化、自发光、响应速度快、温度特性好、可实现柔软显示等诸多突出的性能,因此它的应用比普通的LcD更丰富,在各种领域都有着广泛的应用前景。

其主要应用领域如下:

商业领域:主要应用在POs机和ATM机、复印机、自动售货机、游戏机、公用电话亭、加油站、打卡机、门禁系统、电子秤等产品和设备的显示屏。

通信领域:主要应用有3G手机、各类可视对讲系统(可视电话)、移动网络终端、ebook(电子图书)等产品的显示屏。

计算机领域:主要有家用和商用计算机(Pc/工作站等)、PDA和笔记本电脑的显示屏。

消费类电子产品:主要应用有装饰用品(软屏)与灯具、各类音响设备、计算器、数码相机、数码摄像机、便携式DvD、便携式电视机、电子钟表、掌上游戏机、各种家用电器(OLED电视)等产品的显示屏。

工业应用场合:主要应用有各类仪器仪表、手持设备等的显示屏。

交通领域:主要应用有GPs、车载音响、车载电话、飞机仪表和设备等各种指示标志性的显示屏。如微显示器,这种技术最早用于战斗机飞行员,现在的穿戴式电脑也用它。有了它,移动设备就不再受显示器体积大、耗电多的限制。

由于OLED的优点和广泛的应用前景,目前全球已有许多大公司投巨资进行OLED的研发与生产。其目标市场将包括:无机LED的市场;VFD(真空荧光显示器)的市场;部分LcD的市场;二维背光源。从1997~1999年,OLED显示器的惟一市场是在车载显示器上,2000年以后,产品的应用范围逐渐扩大到手机显示屏。由于

OLED所具有的彩色显示、快速响应以及良好的 万方数据

第1期邵作叶.等:平板显示器中的oLED

低温特性等特点,oLED将为手机上网提供最佳的显示效果。据悉,2001年国际上将有多家公司推出OLED手机。业界认为OLED在手机上的应用将极大地推动其技术的进一步发展和应用范围的迅速扩大,对现有的LcD、LED和vFD提出强有力的挑战。到2005年,oLED显示器将主要应用在PC机等产品上。

据有关人员预计,在不久的将来,所有的移动电话和掌上电脑都将使用这种新的显示技术。其他的电子产品,包括数码相机、DVD机等也将陆续采用OLED显示技术。与LcD等技术相比,0LED是个不折不扣的后来者。根据美国stan—fordResources资料显示,2004年全球oLED销售金额仅8400万美元,但预估到2007年时产值将突破16亿美元,年增长率高达63%。从产品结构上看,目前销售的OLED器件几乎都是无源的小尺寸产品,而预计到2007年,有源的oLED显示屏会占到30%的份额,而且将稳步增加。《美国工业周刊》主编PatPanchak说:我们及大多数业内分析人士和专家都同意,未来10年,OLED将是图像领域最热门的创新,它有潜力改写当前平面显示器的性能和价格记录。

5对0LED同LCD未来竞争的预测和国内发展情况的分析

0LED是以有机电致发光材料技术为基础的新一代平面显示技术,由于具有许多梦幻般的显示特征,OLED被业界公认为是最理想和最具发展前景的下一代显示技术。与液晶显示相比,这种全新的显示技术具有更薄更轻、主动发光(即不需要背光源)、广视角、高清晰、响应快速、能耗低、低温和抗震性能优异、潜在的低制造成本及柔性与环保设计等显示器件制造所要求的几乎所有优异特征。

2000年以来,全球掀起了OLED研究和开发热潮,原型样品和产品不断推出。目前全球有超过140多家企业涉足OLED相关研发,并且囊括了几乎所有的电子和显示产业的巨头。尽管还处于产业初期,但是OLED产业的成长速度惊人。2000到现在的年均增长超过了100%。2003年世界OLED销售收入达到2.63亿美元,比上年增长7%。未来随着产品逐渐向有源全彩和大尺寸的发展,OLED产业还将保持快速的增长。Displaysearch预测到2008年,世界OLED产业

仍见保持超过60%以上的复合增长率。尽管0LED在许多方面都具有很大的优势,但是目前LCD形成了一个200多亿美元的市场,而OLED的产业化还处于起步阶段,相对处于劣势,而且OLED尚有很多需解决的技术问题,如红色和绿色OLED的寿命目前可以达到20000h,而蓝色OLI∞的寿命则小得多,远不及LcD的10000h,据称要消除这种差距,至少还需要4~5年。这使目前OLED比较适合用于不经常显示的设备,比如车载DVD播放器、掌上电脑PDA、数码相机、数码摄像机和便携式影碟机等等,但还不太适合作为电脑的显示输出装置。

因此现在说oLED成为LcD技术的“终结者”还为时过早[8]。首先,OLED毕竟是一项非常年轻的技术,还需要接受量产和用户的检验。而且,短期内OLED只会在小尺寸屏幕市场中打开突破口,5年内也不会威胁到LcD在台式机和笔记本电脑领域的地位。同时,液晶技术也并非停滞不前,我们不难看到,目前液晶面板厂家也花费了很大的力量来提高产品的可视角度、亮度、对比度、响应速度03。因此,到二者真正在主流市场上展开拼杀的时候,它们的优势和劣势恐怕只在伯仲之间。

研究表明:

?大规模量产技术和寿命效率的提高是OLED向有源全彩和大尺寸发展面临的主要问题,从技术研发最新进展来看,这些问题都有相应的技术解决方案,2005年以后,有源全彩OLED产品的比重将快速增加。

?电子巨人的相继介入,将使得目前OLED制造市场Pioneer、三星sDI(原sNMD)等数强并立的局面很快被打破,特别是随着有源全彩OLED产品的推出,OLED产业格局将会发生深刻的变化。

?欧美企业掌握了绝大部分OLED领域尤其是高分子/聚合物OLED和柔性OLED方面的核心技术,将主要依靠技术授权的方式攫取oLED产业的高端利润,一改在以液晶显示为代表的其他平面显示领域的被动。不过在OLED产品制造方面,以中、日、韩为代表的亚洲企业仍将延续在显示领域的辉煌。

?随着柔性oLED材料、柔性塑料或者玻璃底板、柔性封装、柔性印刷电路、有机TFT晶体管以及卷曲制造技术的相继开发,全柔性OLED

 万方数据

56液晶与显示第20卷

显示器件已经不再是一种梦幻,预计3~5年之内就会有相应的产品推出。

中国OLED产业的发展前景让人既喜又忧。我国在OLED技术方面的研究起步不晚,一些优秀企业还拥有关键技术的专利,可以说OLED是

参考文献中国信息技术领域少数几个具有国际先进水平、拥有自主知识产权而且有可能产业化并实现跨越式发展的突破口。未来2~4年的发展将是中国OLED产业发展的分水岭,政府的相关政策扶持和企业的发展与投资观念的变化必须跟上。

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oLEDinFlatPaneIDisplays

SHAOZuo—yel,ZHENGXi—fen92,CHENYu2

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Abstract

Theapplicationso“latpaneIdisplaywa№tounpredictableandmultitudinoussituationmoreandmorewithnewtechn0109ycomingforthandconsummating.Forthemoment,theformerlybalanceofflatpaneldisplaywillbebrokenwhileOLEDtechnologygrowsupandindustrializesrapidly.Thispa—pergivestheintroductionandanalysisbetweentheOLEDandLCDwhichwillbemainmatchinthefuture,theanalysisincludestechnology,performance,applicationandforeground.Finallythearticlepresentsprudentialforecaston

thedevelopmentofflatpaneldisplaytechnology.

Keywords:flatpaneldisplay;oLED;LCD

作者简介:邵作叶(1956一),男,安徽泗县人,高级工程师,主要从事炮兵指挥自动化研究。

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