AM OLED：OLED的“明日之星”

来源：电子产品世界　2022-01-01 14:28:51

摘要：本文对近期平板显示市场的一些变化,如液晶的大幅降价对PMOLED（被动式OLED)的冲击，AMOLED（主动式OLED)的最新变化及技术趋势进行了概括分析。关键词： AMOLED；TFT；LTPS；a-Si

目前OLED市场上占据绝对优势的PM OLED，因局限于中小尺寸显示屏市场，并且在技术与价格上与LCD相比优势不明显，受LCD降价冲击很大，未来并不被业界看好。相反，AMOLED技术却在市场一片叫好声中，日渐成熟，蓄势待发。三星SDI预计在2007年进入市场，开始大规模生产2英寸~2.6英寸AM OLED，大举进军手机主屏市场。而另一手机巨头—诺基亚也声称将于2007年开始在手机主屏上大批量使用AM OLED屏。因此，让我们来了解一下OLED的“明日之星”—AM OLED技术及近期进展情况。

AM OLED VS OLED未来市场趋势比较图

AM OLED技术及应用彩色化技术在彩色化方面，一般说来有三种方式：三色发光法、滤光法(白色法)、色变换法及最新的RGBW，其中三色发光法为采用厂商较多的方式。发光层使用红、绿、蓝三种发光材料分开涂布配置。优点是充分利用三种颜色的发光材料，但缺点则是当三种材料寿命不同时，则整体的寿命受制于较短寿命的材料。另外，在制程中采用光罩分开涂布时，全体光罩将由于受热而引起热膨胀问题，控制颇为困难，因此在追求高精细化时将会遇到一些困难。

图2 AM OLED工作原理图解决三色发光的缺点，近年来开发的新方法有滤光法(白色法)和色变换法。这两种方法毋须使用光罩，精细度也可以大幅提高。滤光法(白色法)的原理为发光层部分涂满白光材料，利用液晶显示器用的彩色滤光片产生红、绿、蓝三种颜色。不过也由于使用彩色滤光片的缘故，使得发光效率减低，因此如何开发高效率白光材料就成了关键。

图3 RGBW的布局目前，学术界讨论最热的是RGBW技术，即通过白光加彩色滤光膜滤出四种光。这种技术的优点是：色彩的真实性和饱和度更高，色彩更加丰富。材料的发展有机电致发光材料根据其发光机制大致可区分为萤光材料与磷光材料(Fluorescence and phosphorescence materials)，其中萤光材料是利用单重态激子放光、组件内部量子效率最高只达到25 %，而磷光材料因可充分利用三重态激子放光、组件内部量子效率可提升至接近100 %。因此，有机电激发光材料也由过去萤光材料之电激发光特性改良，转而朝向新型磷光材料之开发。目前在萤光材料之开发上主要有美国柯达、日本出光兴产公司与国内各材料开发公司，而磷光材料之开发则主要为美国之UDC 公司。当前，产业化最成熟的是荧光发光材料，因为它的发光效率最稳定，但是它的光转换率比较低。目前，各大公司的研究热点还是磷光材料，下面我们就简单介绍一下磷光材料。

图4 RGB与RGBW的显示效果对比由于磷光有机发光材料之发光效率远大于萤光材料，从降低显示面板之功耗方面考虑将是一良好选择。美国Princeton 大学及Southern California 大学研发出一系列以过渡金属铱(Ir)为金属中心之有机金属错合物，经制作成发光组件、可以磷光方式发光，具有相当高的发光效率。如图5所示，即为其所开发之蓝色(Firpic)、绿色(Irppy3)、黄色(Bt2Ir(acac))及红色(BtP2Ir(acac))磷光材料。磷光材料具有优越之色纯度、在低电流驱动下具有高的发光效率，并且在低的起始亮度驱动下具有优越之组件操作寿命。相较于萤光材料而言，磷光材料虽具有较高之发光效率，但在组件寿命方面仍远低于荧光材料。特别是蓝光之磷光材料，在组件效率与操作寿命方面仍有相当大之研究发展空间。2006年7月，柯尼卡美能达技术中心开发成功了1000cd/m2初始亮度下，发光效率64lm/W、亮度半衰期约1万小时的OLED白色发光元件。计划用于液晶面板背照灯和普通照明。可同时实现1万小时寿命和高发光效率的白色OLED发光元件。该公司在OLED发光材料方面，一直在进行比荧光材料发光效率更高的磷光材料的研究。磷光材料的发光效率高于荧光材料，作为发光材料被寄予厚望。但在此之前，能够同时实现1万小时左右亮度半衰期和高发光效率的只有绿色和红色磷光材料。此次，该公司采用蓝色磷光材料开发成功了可同时实现长寿命和高发光效率的发光材料。在300cd/m2初始亮度下，实现了1.6万小时的亮度半衰期。通过组合其他公司已开发并实际应用的红色和绿色磷光材料，试制成功了亮度半衰期约1万小时的白色发光元件。通过改变各种颜色发光材料的比例，可实现从电灯颜色到荧光灯颜色的白色控制。2006年9月，英国剑桥显示科技公司(CDT)和日本Sumation公司共同开发出了初期亮度为400cd/m2、亮度半衰寿命为2万小时(按100cd/m2换算，为32万小时)的蓝色OLED材料。与2005年发表的材料相比，寿命延长到了3倍。

图5 磷光有机发光材料分子结构图在寿命延长的同时色纯度也有所提高。色坐标为x＝0.14、y＝0.21，适用于全彩显示器。发光效率约为9cd/A。 驱动技术主动式有机电激发光显示器是在基板上之象素制作薄膜晶体管(TFT)、再蒸镀上有机发光膜层，藉由晶体管直接驱动各象素达到影像显示。如图6中所示，主动式驱动电路包含一个切换薄膜晶体管(Switch TFT)、电容储存器(Storage Capacitor)及驱动薄膜晶体管(Drive TFT)。藉由切换薄膜晶体管将影像资料储存于电容储存器，并利用驱动薄膜晶体管将电容储存器之电压值转换成电流值，直接驱动有机发光二极管。此驱动方式有别于被动式脉冲扫描方式，所输入于像素之电流值远低于被动式面板，并可呈现相同之画面亮度。也无正电极之线电阻问题，主要应用于高分辨率与大尺寸之显示面板。AM OLED的特色、优点、缺点为；1、特色：面板每一像素皆可独立运作并连续驱动，可搭配TFT 驱动电路，可连续发光，全彩显示。2、优点：驱动电压、耗电力皆低、适合大尺寸发展、发光寿命长及亮度提高容易。3、缺点：需配合LTPS或a-SiTFT LCD 驱动技术，技术障碍较高；材料及生产成本高。低温多晶硅( LTPS) 是一个在制造 TFT OLED 方面的先进制程技术。 LTPS 可以达到极佳的影像品质及反应时间，具备雷射回火技术，可以在低于摄氏 400 度温度下达成硅膜结晶并提供更快的电子反应，使用的接点及组件更少，且功率消耗更低。

图6 AM OLED驱动电路更强的载子率动力让电路可以整合在基板上并且可以缩小 TFT 的尺寸。除此之外， LTPS 也可以将驱动回路整合在基板上。由于外部连接数和基板面积都可以减少，可以以极低的成本来提升整体系统的耐久性。而且由于 LTPS OLED 的 TFT 比 a-Si的 TFT 更小，透光开口率和屏幕的亮度都可以显著增加。

图7 在”KES 2006”上，三星SDI展示的17英寸的AM OLED电视，厚度仅12mm，亮度达400cd，对比度为 1,000:1，170宽视角目前，日本厂商主要是以低温多晶硅(LTPS)技术来驱动，如SK Display、ST LCD、TMD，而东北Pioneer也与Sharp、半导体能源研究所合资ELDis，提供低温多晶硅TFT基板作为主动式OLED的基板。至于采用非晶硅(a-Si)技术方式来驱动，台湾省TFT LCD厂商友达、奇美，也投入相关技术及产品研发。

图8 在CEATEC 2006上，日本东芝推出的3.5寸AM OLED面板友达2002年于德国CeBIT展出全球第一片a-Si全彩AMOLED面板，2003年也曾于美国UDC发表过运用磷光技术的4英寸a-Si全彩AMOLED面板。

图9 BenQ Siemens S88奇美也曾于2003年3月发表过20英寸a-Si驱动的全彩AMOLED面板，并且于2004年1月底将OLED的技术授权给京瓷(Kyocera)，希望藉由技术的授权，促使更多厂商投入相关技术研究。不过以非晶硅驱动的主动式OLED导入商品化，仍存在难以克服的问题。以a-Si驱动的AMOLED最大的问题在于其稳定性(stability)不佳，驱动OLED的临界电压值(VTH)会随着时间增加不断升高，对于决定驱动电压的数值造成很大的困扰。另外，a-Si的物理特性如耐热度也不及p-Si。因此目前面板厂多数仍选择以p-Si低温多晶硅驱动的AMOLED，作为正式商品化的第一步。目前友达L3厂的OLED生产线所计划生产的数码相机面板，也是以p-Si驱动的AM OLED面板。市场应用产品一览

目前OLED应用市场状况，通用型应用占25%，属于较早开发的机种，适合应用在MP3或是手机副面板，相对分辨率比较低；应用在手机主屏占44%，几乎是AMOLED，尺寸在1.8～3.5英寸之间，因此成为2006年OLED的主要应用领域。此外，手机应用如友达AUO两英寸QCIF的AMOLED面板，应用在明基西门子(BenQ Siemens)S88手机，成为AMOLED手机应用里程碑，代表从手机副面板转到手机主面板，预计未来将有更多AMOLED手机主屏导入，如功能性手机与智能型手机，且根据各家量产时程，2006年底到2007年第一季，预计消费者将会有更多的选择。

抵御来自LCD寒流的应对措施

面对来自LCD的猛烈冲击，OLED在工艺技术上，需要提高基板技术和真空技术，才能将产品的良率提高。伴随磷光材料的成熟，材料寿命的提高，以及彩色化RGBW技术的产业化应用，来提高色彩的丰富程度，以对阵来自LCD的冲击，在未来平板显示市场上大展宏图。另外，在市场应用上，OLED应根据自身的一些独特性，比如宽温、超轻薄开发出一些更具特色的便携式OLED产品，应用在医疗、军事、室外作业仪器设备等一些特殊行业领域中，比如在我国的东北或西伯利亚及南北极、高原雪域科学考察所使用的装备等。美国的军方已经开始向一些OLED技术开发商投入巨资，研发军用便携式OLED显示产品。

参考文献：1. 应根裕、胡文波、邱勇等编著，新型平板显示技术，人民邮电出版社2. SID Journal 20063. SID 2006 Seminar Proceeding

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