OLED，即有機發光二極管OLED（Organic Light-Emitting Diode），又稱為有機電激光顯示（OrganicElectroluminesence Display, OELD）。因為具備輕薄、省電等特性，因此從2003年開始，這種顯示設備在MP3播放器上得到了廣泛應用，而對于同屬數碼類產品的DC與手機，此前只是在一些展會上展示過采用OLED屏幕的工程樣品，還并未走入實際應用的階段。但OLED屏幕卻具備了許多LCD不可比擬的優勢，因此它也一直被業內人士所看好。

OLED顯示技術的起源

早在20世紀60年代，Pope等人首次報道了蒽單晶的電致發光現象，揭開了有機發光器件研究的序幕，但由于當時獲得的亮度和效率均不理想，而未獲得廣泛的關注。

1987年，美國柯達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1.5 lm/W、驅動電壓小于10V的發光器件，這種器件具有輕薄、低驅動電壓、自主發光、寬視角、快速響應等優點，因此得到了廣泛的關注。

1990年，英國劍橋大學Cavendish研究室的R. H. Friend等人以旋涂的方法將聚合物材料聚對苯撐乙烯作為發光材料制備發光器件，開創了聚合物在有機發光領域的應用。這項研究進一步促進了有機發光顯示器件的研究，應用更加廣泛、性能更加優越的器件報道不斷涌現。

1993年曹鏞等人的柔性OLED顯示屏和1994年Kido等人制備的白光OLED器件均具有開創性的意義。

1998年，普林斯頓大學的Forrest等將磷光材料摻入發光層，獲得外量子效率5%的器件。這項研究證明OLED可突破內量子效率25%的限制，使得有機發光器件的效率有望大幅提高。

2003年，Novaled公司制備了PIN結構的磷光器件，在提高發光效率的同時增強了電荷的注入能力，使得器件的效率大幅提高，同年在SID會上，索尼和奇美分別推出了24和20英寸TFT OLED樣品及柯達推出第一部使用OLED顯示器的數碼相機。

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，研究焦點集中在高效率白光器件上。柯尼卡美能達技術中心成功開發了初始亮度1000cd/m2、發光效率64lm/W、亮度半衰期約10000小時的OLED白色發光組件；

2006年，韓國三星電子在IMID大展中，展示了2.4英寸QVGA分辨率的AM-OLED手機屏產品；而臺灣奇晶開發出以LTPS TFT主動式矩陣OLED技術制成的尺寸達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AMOLED產品，并已開始在市場上出售小尺寸(2.0-2.7英寸)顯示器；同年SID會議上，Sony展出了技術成熟的11吋OLED電視。

目前，全球已經有100多家的研究單位和企業投入到OLED的研發和生產中，包括目前市場上的顯示巨頭三星，LG，飛利浦等。

整體上看OLED的應用大致可以分為3個階段。

1、1997年～2001年，OLED的試驗階段。在這段時期OLED開始逐漸走出實驗室，主要應用于汽車音響面板，PDA及手機方面。但產品很有限，產品規格少，均為無源驅動，單色或區域彩色，很大程度上帶有試驗和試銷的性質，2001年OLED的全球銷售額僅約為1.5億美元。

2、2002年～2005年，OLED的成長階段。在這段時期人們開始逐漸接觸到更多帶有OLED的產品，例如車載顯示器，PDA，手機，數碼相機，DC，頭戴顯示器等。但主要以10寸以下的小面板為主，10寸以上的面板也開始投入使用。

3、2005年以后，OLED開始走向一個成熟化的階段。08年后這種成熟化更會加速，包括技術，市場，都將在市場的帶動下突飛猛進。大尺寸及使用壽命將成為今后OLED技術的主要突破方向。

OLED的基本結構及原理

OLED的基本結構是由一薄而透明具半導體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個金屬陰極，包成如三明治的結構。整個結構層中包括了：空穴傳輸層(HTL)、發光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。當電力供應至適當電壓時，正極空穴與陰極電荷就會在發光層中結合，產生光亮，依其配方不同產生紅、綠和藍RGB三原色，構成基本色彩。

OLED的特性是自己發光，不像TFT LCD需要背光，因此可視度和亮度均高，其次是電壓需求低且省電效率高，加上反應快、重量輕、厚度薄，構造簡單，成本低等，被視為21世紀最具前途的產品之一。

OLED的基本結構如圖所示。它由以下各部分組成：

基層(透明塑料，玻璃，金屬箔)——基層用來支撐整個OLED。

陽極(透明)——陽極在電流流過設備時消除電子(增加電子“空穴”)。

有機層——有機層由有機物分子或有機聚合物構成。

導電層——該層由有機塑料分子構成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”。可采用聚苯胺作為OLED的導電聚合物。

發射層——該層由有機塑料分子(不同于導電層)構成，這些分子傳輸從陰極而來的電子;發光過程在這一層進行。可采用聚芴作為發射層聚合物。

陰極(可以是透明的，也可以不透明，視OLED類型而定)——當設備內有電流流通時，陰極會將電子注入電路。

OLED的發光過程通常由以下5個階段完成。

1、在外加電場的作用下載流子的注入：電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能薄膜注入。

2、載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發光層遷移。

3、載流子的復合：電子和空穴復合產生激子。

4、激子的遷移：激子在電場的作用下遷移，能量傳遞給發光分子，并激發電子從基態躍遷到激發態。

5、電致發光：激發態能量通過輻射躍遷，產生光子，釋放出能量。

OLED彩色化技術方法

RGB象素獨立發光

利用發光材料獨立發光是目前采用最多的彩色模式。它是利用精密的金屬蔭罩與CCD象素對位技術，首先制備紅、綠、藍三基色發光中心，然后調節三種顏色組合的混色比，產生真彩色，使三色OLED元件獨立發光構成一個象素。該項技術的關鍵在于提高發光材料的色純度和發光效率，同時金屬蔭罩刻蝕技術也至關重要。

目前，有機小分子發光材料AlQ3是很好的綠光發光小分一于材料，它的綠光色純度，發光效率和穩定性都很好。但OLED最好的紅光發光小分子材料的發光效率只有31m/W，壽命1萬小時，藍色發光小分子材料的發展也是很慢和很困難的。有機小分子發光材料面臨的最大瓶頸在于紅色和藍色材料的純度、效率與壽命。但人們通過給主體發光材料摻雜，已得到了色純度、發光效率和穩定性都比較好的藍光和紅光。

高分子發光材料的優點是可以通過化學修飾調節其發光波長，現已得到了從藍到綠到紅的覆蓋整個可見光范圍的各種顏色，但其壽命只有小分子發光材料的十分之一，所以對高分子聚合物，發光材料的發光效率和壽命都有待提高。不斷地開發出性能優良的發光材料應該是材料開發工作者的一項艱巨而長期的課題。

隨著OLED顯示器的彩色化、高分辨率和大面積化，金屬蔭罩刻蝕技術直接影響著顯示板畫面的質量，所以對金屬蔭罩圖形尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。

光色轉換

光色轉換是以藍光OLED結合光色轉換膜陣列，首先制備發藍光OLED的器件，然后利用其藍光激發光色轉換材料得到紅光和綠光，從而獲得全彩色。該項技術的關鍵在于提高光色轉換材料的色純度及效率。

這種技術不需要金屬蔭罩對位技術，只需蒸鍍藍光OLED元件，是未來大尺寸全彩色OLED顯示器極具潛力的全彩色化技術之一。但它的缺點是光色轉換材料容易吸收環境中的藍光，造成圖像對比度下降，同時光導也會造成畫面質量降低的問題。目前掌握此技術的日本出光興產公司已生產出10英寸的OLED顯示器。

彩色濾光膜

此種技術是利用白光OLED結合彩色濾光膜，首先制備發白光OLED的器件，然后通過彩色濾光膜得到三基色，再組合三基色實現彩色顯示。

該項技術的關鍵在于獲得高效率和高純度的白光。它的制作過程不需要金屬蔭罩對位技術，可采用成熟的液晶顯示器LCD的彩色濾光膜制作技術。所以是未來大尺寸全彩色OLED顯示器具有潛力的全彩色化技術之一，但采用此技術使透過彩色濾光膜所造成光損失高達三分之二。目前日本TDK公司和美國Kodak公司采用這種方法制作OLED顯示器。

RGB象素獨立發光，光色轉換和彩色濾光膜三種制造OLED顯示器全彩色化技術，各有優缺點。可根據工藝結構及有機材料決定。

OLED技術的特點

1、輕薄：超薄是手機的發展趨勢，這對于具有輕薄特點的OLED來說是個巨大商機。

2、響應速度快：OLED的響應速度比LCD快1000倍以上，不存在影像拖尾的現象，特別適用于3G視頻技術。

3、穩定性好：在工作溫度范圍內，OLED的光電參數穩定性非常好。LCD由于液晶在高低溫的固有特性，通常在低溫時顯示變暗、響應速度變慢，在高溫時顯示變亮。而OLED在其所允許的工作范圍內，對比度、響應速度和亮度等光電參數基本上不會變化。

4、壽命短：OLED工作壽命通常定義為器件亮度減少到初始亮度的50％且能正常工作的持續時間。目前，眾多OLED廠商只能保證產品壽命在8000小時左右。這主要是由于有機發光材料衰減的原因，因此開發長壽命的發光材料是解決這個問題的當務之急。

5、功耗大：目前OLED的功耗是同等尺寸LCD的數倍以上，開發高發光效率的有機材料和開發新的驅動方法是解決這個問題的根本。

6、影像殘留：由于亮度的衰減，長期點亮的像素將會有影像殘留下來。

7、戶外可視性差：由于OLED是自身發光的，在戶外的強烈陽光照射下，其可視性很差，要想解決這個問題只能提高表面亮度和對比度。

OLED的電路驅動

根據驅動電路與基板的關系，OLED分為有源驅動和無源驅動有機發光顯示器兩大類。

對于無源驅動有機發光顯示器

基板周邊需要外接驅動電路的有機發光顯示器。顯示基板上的顯示區域僅僅是發光像素（電極，各功能層），所有的驅動和控制功能由集成IC完成，（IC可以置于在基板外或者基板上非顯示區域）。無源矩陣的驅動方式為多路動態驅動，這種驅動方式受掃描電極數的限制，占空比系數是無源驅動的重要參數。

對于有源驅動有機發光顯示器

外圍驅動電路和顯示陣列集成在同一基板上的有機發光顯示器。在顯示基板上的顯示區域內，每個像素至少配備兩個薄膜晶體管和一個電荷存儲電容，用于保證掃描尋址時，掃描一場的周期內，每個像素的發光與否的狀態不變。

靜態驅動

各有機電致發光像素的相同電極（比如陰極）是連在一起引出的，各像素的另一電極（比如陽極）是分立引出的。分立電極上施加的電壓決定對應像素是否發光，在一幅圖像的顯示周期中，像素發光與否的狀態是不變的。

動態驅動

顯示屏上像素的兩個電極做成了矩陣型結構，即水平一組顯示像素的同一性質的電極是共用的，縱向一組顯示像素的相同性質的另一電極是共用的。如果像素可分為N行M列，就可以有N個行電極和M個列電極，我們分別把它們稱為行電極和列電極。為了點亮整屏像素，將采取逐行點亮或者逐列點亮，點亮整屏像素時間小于人眼視覺暫留極限20ms的方法。

有源矩陣的驅動方式屬于靜態驅動方式，有源矩陣OLED具有存儲效應，可進行100%負載驅動，這種驅動不受掃描電極數的限制，可以對各像素獨立進行選擇性調節。

有源矩陣可以實現高亮度和高分辨率。無源矩陣由于有占空比的問題，非選擇時顯示很快消失，為了達到顯示屏一定的亮度，掃描時每列的亮度應為屏的平均亮度乘以列數。如64列時,平均亮度為100cd/m2,則1列的亮度應為6400cd/m2。隨著列數的增加，每列的亮度必須相應增加，相應的必須提高驅動電流密度。由此可以看出，無源矩陣難以實現高亮度和高分辨率。有源矩陣無占空比問題，驅動不受掃描電極數的限制，易于實現高亮度和高分辨率。有源驅動還具有其他許多優點，例如提高了發光亮度、減少了電極引線的功耗、提高了均勻性和壽命，使大面積高分辨率顯示成為可能。

對于OLED驅動控制系統的實現，關鍵技術在于數據的寫入和掃描控制，如上圖所示為單個像素的雙管驅動電路。一個TFT用來尋址，另一個是電流調制晶體管，用來為OLED提供電流。為防止OLED開啟電壓的變化導致電流變化，使用的是P溝器件，這樣OLED處于驅動TFT的漏端，源電壓與有機層上的電壓無關。Data Line與尋址TFT的源級相連，ScanLine使地址TFT選通，數據線上的內容通過漏級寫入到存儲電容CS上，并以電荷的形式暫存。當Power Line為高電平時，驅動TFT的源級為高電平，同時CS上的電荷將選通驅動TFT，其漏電流流過OLED顯示器件，驅動其發光。數據線電平的高低決定了像素的亮暗。

OLED灰階顯示調制方法

幅值調制法

OLED是一種電流驅動器件，亮度正比于電流密度。當發光面積為常數時，亮度正比于電流。通過調制電流幅值來實現灰度顯示。

空間調制法

其基本原理是把每個像素分成為若干個子像素，那么每個像素的灰度將由子像素被點亮的數目來決定。按照這種方法，具體的實現方式為，將OLED顯示屏上的一個顯示單元定義成許多子單元的集合，這些子單元是可獨立控制的；當該單元中不同數量的子單元被選通時，將獲得相應灰度等級；由不同數量的子像素的選通組合而組成的顯示像素，就會顯示出不同的灰度級別。

這種方法是用降低分辨率和增加微細加工的成本來換取一定的灰度級別的，為了保持原有的分辨率，必須在原有的子像素基礎上，對子像素再次進行分割加工起來必將十分困難。

時間調制法

在較短的時間范圍內，人眼對亮度的感覺取決于發光物體的發光強度和發光體點亮的時間，即點亮的時間越長，人眼對發光強度的感覺也就越強，呈現出類似于積分的效果。是常用的灰度顯示方案之一，主要有脈寬調制法、子分場調制法。

脈寬調制法

脈寬調制法是把行掃描周期分段，例如為實現16級灰度級顯示，可以行掃描周期再把分解成16個子段。在各個子段上，由列電極按一定的時間比例加上導通/斷開的電壓。當全部子段上都加上導通電壓時，該單元即處于選通狀態，從而具有最高等級的亮度；反之，當全部都加上斷開電壓時，該單元即處于非選通狀態，從而具有最低等級的亮度；而當一部分子段處于導通狀態、另一部分子段處于斷開狀態時，根據斷開和導通時間的長短，就可以實現不同的灰度顯示。這樣，在每個子段的時間都是很小的時候，從而實現高灰度級的顯示。其缺點是時序關系復雜，電路開銷大，且受到OLED顯示器不能響應過窄的脈沖寬度值的限制。

子分場調制法

子分場調制法也是一種時間灰度調制的方式。如前所述，在一定的時間范圍內，點亮的時間越長，人眼對發光強度的感覺也就越強。子分場調制技術就是利用人眼視覺上的這種暫留特性，將OLED的點亮時間分成若干個子分場，利用點亮的時間不同來區分亮度，以實現灰度級顯示。

將OLED的發光單元只當作“熄滅”和“發光”兩種狀態，將一幀內的輸入信號的顯示時間按1：2：4：8…的比例分成若干個子分場，利用子分場的組合就可以得到任意級別的灰度顯示所對應的像素點亮時間，以此來實現OLED的灰度級顯示。對于全彩色OLED顯示屏，只需將RGB三色像素以各自的方式驅動，然后在屏上進行合成即可。

OLED的種類

OLED的種類主要有：被動矩陣OLED、主動矩陣OLED、透明OLED、頂部發光OLED、可折疊OLED、白光OLED等

被動矩陣OLED（PMOLED）

PMOLED具有陰極帶、有機層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點形成像素，也就是發光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流，從而決定哪些像素發光，哪些不發光。此外，每個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型的OLED，這主要是因為它需要外部電路的緣故。PMOLED用來顯示文本和圖標時效率最高，適于制作小屏幕（對角線2-3英寸），例如人們在移動電話、掌上型電腦以及MP3播放器上經常能見到的那種。即便存在一個外部電路，被動矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設備當前采用的LCD。

主動矩陣OLED（AMOLED）

AMOLED具有完整的陰極層、有機分子層以及陽極層，但陽極層覆蓋著一個薄膜晶體管（TFT）陣列，形成一個矩陣。TFT陣列本身就是一個電路，能決定哪些像素發光，進而決定圖像的構成。

AMOLED的耗電量低于PMOLED，這是因為TFT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的最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（基層、陽極、陰極），并且在不發光時的透明度最高可達基層透明度的85%。當透明OLED顯示器通電時，光線可以雙向通過。透明OLED顯示器既可采用被動矩陣，也可采用主動矩陣。這項技術可以用來制作多在飛機上使用的平視顯示器。

頂部發光OLED

頂部發光OLED具有不透明或反射性的基層。它們最適于采用主動矩陣設計。生產商可以利用頂部發光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電話和掌上型電腦等設備，能夠有效降低設備破損率，而設備破損是退貨和維修的一大誘因。將來，可折疊OLED有可能會被縫合到纖維中，制成一種很“智能”的衣服，舉例來說，未來的野外生存服可將電腦芯片、移動電話、GPS接收器和OLED顯示器通通集成起來，縫合在衣物里面。

白光OLED

白光OLED所發白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光燈發出的白光。白光OLED同時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，使用OLED有望降低照明所需的能耗。

評價OLED性能的主要參數

通常，OLED發光材料及器件的性能可以從發光性能和電學性能兩個方面來評價。發光性能主要包括發射光譜、發光亮度、發光效率、發光色度和壽命；而電學性能則包括電流與電壓的關系、發光亮度與電壓的關系等，這些都是衡量OLED材料和器件性能的主要參數。

發射光譜

發射光譜指的是在所發射的熒光中各種波長組分的相對強度，也稱為熒光的相對強度隨波長的分布。發射光譜一般用各種型號的熒光測量儀來測量，其測量方法是：熒光通過單色發射器照射于檢測器上，掃描單色發射器并檢測各種波長下相對應的熒光強度，然后通過記錄儀記錄熒光強度對發射波長的關系曲線，就得到了發射光譜。

OLED的發光光譜有兩種，即光致發光（PL）光譜和電致發光（EL）光譜。PL光譜需要光能的激發，并使激發光的波長和強度保持不變；EL光譜需要電能的激發，可以測量在不同電壓或電流密度下的EL光譜。通過比較器件的EL光譜與不同載流子傳輸材料和發光材料的PL光譜，可以得出復合區的位置以及實際發光物質的有用信息。

發光亮度

發光亮度的單位是cd/㎡，表示每平方米的發光強度，發光亮度一般用亮度計來測量。最早制作的OLED器件的亮度已超過了1000cd/㎡，而目前最亮的OLED亮度可以超過140000cd/㎡。

發光效率

OLED的發光效率可以用量子效率、功率效率和流明效率來表示。量子效率ηq是指輸出的光子數Nf與注入的電子空穴對數Nx之比。量子效率又分為內量子效率ηqi和外量子效率ηqe。內量子效率ηqi是在器件內部由復合產生輻射的光子數與注入的電子空穴對數之比；其實，器件的發光效率由外量子效率ηqe來反映，可由下式來表示。外量子效率可以用積分球光度計來測量單位時間內發光器件的總光通量，通過計算來得出器件的外量子效率。激發光光子的能量總是大于發射光光子的能量，當激發光波長比發射光波長短很多時，這種能量損失就很大，而量子效率不能反映出這種能量損失，需要用功率效率來反映。功率效率ηp，又稱為能量效率，是指輸出的光功率Pf與輸人的電功率Px之比。衡量一個發光器件的功能時，多用流明效率這個參量。流明效率ηl，也叫光度效率，是發射的光通量L（以流明為單位）與輸入的電功率Px之比。其中，S為發光面積（㎡），B為發光亮度（cd/㎡），I和V分別為測量亮度時所加的偏置電流和電壓，J為相應的電流密度（A/㎡），流明效率的單位是lm/W。

發光色度

發光色度用色坐標（x，y，z）來表示，x表示紅色值，y表示綠色值，Z表示藍色值，通常x，y兩個色品就可表注顏色。

發光壽命

壽命是指為亮度降低到初始亮度的50％所需的時間。對商品化的OLED器件要求連續使用壽命達到10000小時以上，存儲壽命要求5年。在研究中發現影響OLED器件壽命的因素之一是水和氧分子的存在，因此在器件封裝時一定要隔絕水和氧分子。

電流密度－電壓關系

在OLED器件中，電流密度隨電壓的變化曲線反映了器件的電學性質，它與發光二極管的電流密度－電壓的關系類似，具有整流效應。在低電壓時，電流密度隨著電壓的增加而緩慢增加，當超過一定的電壓電流密度會急劇上升。

亮度－電壓關系

亮度-電壓的關系曲線反映的是OLED器件的光學性質，與器件的電流－電壓關系曲線相似，即在低驅動電壓下，電流密度緩慢增加，亮度也緩慢增加，在高電壓驅動時，亮度伴隨著電流密度的急劇增加而快速增加。從亮度－電壓的關系曲線中，還可以得到啟動電壓的信息。啟動電壓指的是亮度為1cd/㎡的電壓。

責任編輯：PSY

原文標題：OLED顯示技術知識全解讀

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