OLED顯示原理調(diào)研

1、OLED顯示原理一、簡介OLED（ Organic Light-Emitting Diode, 有機(jī)發(fā)光二極管）是指有機(jī)半導(dǎo)體材料 和發(fā)光材料在電場的作用下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象。其原理是用 ITO 透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極， 在一定電場作用下， 電子和空 穴分別從陽極和陰極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經(jīng)過電子和空穴傳 輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇，形成激子并使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)過輻 射弛豫而發(fā)出可見光。OLEI與 LC最大的不同在于，LC取術(shù)可以簡單的理解為，外界施加電壓使液晶 如閘門般地阻隔背光或讓背光穿透，進(jìn)而將光線投射在不同顏色的彩色濾

2、光片中形 成圖像。而OLE是通過電流驅(qū)動(dòng)有機(jī)薄膜本身來發(fā)光的，發(fā)的光可為紅、綠、藍(lán)、 白等單色，同樣也可以達(dá)到全彩的效果。優(yōu)點(diǎn)：1. 厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，并且重量也更輕；2固態(tài)機(jī)構(gòu)，沒有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔；3 .幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真；4.響應(yīng)時(shí)間是LCD勺千分之一，顯示運(yùn)動(dòng)畫面絕對不會(huì)有拖影的現(xiàn)象； 5.低溫特性好，在零下40度時(shí)仍能正常顯示，而LCDW無法做到;6制造工藝簡單，成本更低； 7.發(fā)光效率更高，能耗比LCD要低；8能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。缺點(diǎn)：1. 壽命通常只有500

3、0小時(shí)，要低于LCD至少1萬小時(shí)的壽命；2. 不能實(shí)現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品；3. 存在色彩純度不夠的問題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。二、基本結(jié)構(gòu)與發(fā)光原理OLED的基本結(jié)構(gòu)如圖1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(gè) OLED。1 陽極（ 透明） 陽極在電流流過設(shè)備時(shí)消除電子 （增加電子“空穴” ）。2 有機(jī)層有機(jī)層由有機(jī)物分子或有機(jī)聚合物構(gòu)成。3 導(dǎo)電層該層由有機(jī)塑料分子構(gòu)成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”?？刹捎镁郾桨纷鳛镺LED的導(dǎo)電聚合物。4 發(fā)射層該層由有機(jī)塑料分子 （不同于導(dǎo)電層 ） 構(gòu)成，這些分子傳輸從

4、陰極而來 的電子 ; 發(fā)光過程在這一層進(jìn)行?？刹捎镁圮套鳛榘l(fā)射層聚合物5陰極（可以是透明的，也可以不透明，視 OLED類型而定）一一當(dāng)設(shè)備內(nèi)有電流流 通時(shí)，陰極會(huì)將電子注入電路。圖 1 OLED 基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，OLE啲發(fā)光過程通常由以下5個(gè)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(jī)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(fā)光層遷 移。3載流子的復(fù)合：電子和空穴復(fù)合產(chǎn)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(fā)光分子，并激發(fā)電子從 基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5電致發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷，產(chǎn)生光

5、子，釋放出能量。圖2OLE啲發(fā)光過程目前在OLE全彩顯示器技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)彩色化的方法主要有3種：獨(dú)立發(fā)光材料法，光色轉(zhuǎn)換法以及彩色濾光薄膜法。獨(dú)立發(fā)光材料法：如圖 3所示，是以紅綠藍(lán)三色為獨(dú)立發(fā)光材料進(jìn)行發(fā)光，是目 前OLE彩色化最常用的工藝方法。圖3獨(dú)立發(fā)光材料法圖4光色轉(zhuǎn)換法光色轉(zhuǎn)換法：如圖 4所示，主要利用藍(lán)光為發(fā)光源，經(jīng)由光色轉(zhuǎn)換薄膜將藍(lán)光分 別轉(zhuǎn)換成紅光或綠藍(lán)光進(jìn)而實(shí)現(xiàn)紅綠藍(lán)三色光。彩色濾光膜法：如圖5所示，有些類似LCD,采用白色光源透過類似LCD勺彩色濾 光片來達(dá)到全彩的效果。圖 5彩色濾光膜法三、電路驅(qū)動(dòng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路與基板的關(guān)系，OLED分為有源驅(qū)動(dòng)和無源驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光顯示器兩大

6、類。對于無源驅(qū)動(dòng) 有機(jī)發(fā)光顯示器，基板周邊需要外接驅(qū)動(dòng)電路的有機(jī)發(fā)光顯示 器。顯示基板上的顯示區(qū)域僅僅是發(fā)光像素（電極，各功能層） ，所有的驅(qū)動(dòng)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(qū)域）。無源矩陣的 驅(qū)動(dòng)方式為多路動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)方式受掃描電極數(shù)的限制，占空比系數(shù)是無源 驅(qū)動(dòng)的重要參數(shù)。對于有源驅(qū)動(dòng) 有機(jī)發(fā)光顯示器：外圍驅(qū)動(dòng)電路和顯示陣列集成在同一基板上的 有機(jī)發(fā)光顯示器。在顯示基板上的顯示區(qū)域內(nèi)，每個(gè)像素至少配備兩個(gè)薄膜晶體管 和一個(gè)電荷存儲(chǔ)電容，用于保證掃描尋址時(shí)，掃描一場的周期內(nèi)，每個(gè)像素的發(fā)光 與否的狀態(tài)不變。靜態(tài)驅(qū)動(dòng) ：如圖 6所示，各有機(jī)電致發(fā)光像素

7、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(yīng)像素是否發(fā)光，在一幅圖像的顯示周期中，像素發(fā)光與否的狀態(tài)是不變 的。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)：如圖7所示，顯示屏上像素的兩個(gè)電極做成了矩陣型結(jié)構(gòu)，即水平一 組顯示像素的同一性質(zhì)的電極是共用的，縱向一組顯示像素的相同性質(zhì)的另一電極 是共用的。如果像素可分為 N亍M列，就可以有Nt行電極和M個(gè)列電極，我們分別把 它們稱為行電極和列電極。為了點(diǎn)亮整屏像素，將采取逐行點(diǎn)亮或者逐列點(diǎn)亮，點(diǎn) 亮整屏像素時(shí)間小于人眼視覺暫留極限 20mS勺方法。圖7動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)圖6靜態(tài)驅(qū)動(dòng)有源矩陣的驅(qū)動(dòng)方式屬于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，有源矩

8、陣OLE具有存儲(chǔ)效應(yīng)，可進(jìn)行 100%負(fù)載驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)不受掃描電極數(shù)的限制，可以對各像素獨(dú)立進(jìn)行選擇性調(diào) 節(jié)。有源矩陣可以實(shí)現(xiàn)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(shí)顯示很快消失，為了達(dá)到顯示屏一定的亮度，掃描時(shí)每列的亮度應(yīng)為屏的平均亮度乘以列數(shù)。如64列時(shí),?平均亮度為100cd/m2,?則1列的亮度應(yīng)為6400cd/m2。隨著列數(shù)的增加，每列的亮度必須相應(yīng)增加，相應(yīng)的必須提高驅(qū)動(dòng)電流密度。由此可以看出，無源矩陣難以實(shí)現(xiàn)高亮度和高分辨率。？有源矩陣無占空比問題，驅(qū)動(dòng)不受掃描電極數(shù)的限制，易于實(shí)現(xiàn)高亮度和高分辨率。有源驅(qū)動(dòng)還具有其他許多優(yōu)點(diǎn)，例如提咼了發(fā)光亮度、減少了電極引線

9、的功耗、提咼了均勻性和壽命，使大面積咼 分辨率顯示成為可能圖 8 單個(gè)像素的雙管驅(qū)動(dòng)電路對于OLED區(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)在于 數(shù)據(jù)的寫入和掃描控制，如圖8所 示為單個(gè)像素的雙管驅(qū)動(dòng)電路。一個(gè) TFT用來尋址，另一個(gè)是電流調(diào)制晶體管，用 來為OLE提供電流。為防止OLE開啟電壓的變化導(dǎo)致電流變化，使用的是P溝器件，這樣OLE處于驅(qū)動(dòng)TFT的漏端，源電壓與有機(jī)層上的電壓無關(guān)。Data Line 與尋址TFT的源級相連，Sean Line使地址TFT選通，數(shù)據(jù)線上的內(nèi)容通過漏級寫入到 存儲(chǔ)電容CSk，并以電荷的形式暫存。當(dāng) Power Line為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)TFT的源級 為高電平，同時(shí)CS

10、k的電荷將選通驅(qū)動(dòng)TFT，其漏電流流過OLE顯示器件，驅(qū)動(dòng)其 發(fā)光。數(shù)據(jù)線電平的高低決定了像素的亮暗。四、灰階顯示OLED灰度調(diào)制從原理上講，可分為三類：幅值調(diào)制法，時(shí)間調(diào)制法，空間調(diào)制 法。幅值調(diào)制法：OLED是一種電流驅(qū)動(dòng)器件，亮度正比于電流密度。當(dāng)發(fā)光面積為 常數(shù)時(shí)，亮度正比于電流。通過調(diào)制電流幅值來實(shí)現(xiàn)灰度顯示。為了空間調(diào)制法 ：如圖 9 所示， 其基本原理是把每個(gè)像素分成為若干個(gè)子像素， 那么 每個(gè)像素的灰度將由子像素被點(diǎn)亮的數(shù)目來決定。按照這種方法，具體的實(shí)現(xiàn)方式 為，將 OLED 顯示屏上的一個(gè)顯示單元定義成許多子單元的集合，這些子單元是可 獨(dú)立控制的；當(dāng)該單元中不同數(shù)量的子單元

11、被選通時(shí)，將獲得相應(yīng)灰度等級；由不 同數(shù)量的子像素的選通組合而組成的顯示像素，就會(huì)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(xì)加工的成本來換取一定的灰度級別的， 保持原有的分辨率，必須在原有的子像素基礎(chǔ)上，對子像素再次進(jìn)行分割加工起來 必將十分困難。圖9空間調(diào)制法時(shí)間調(diào)制法：在較短的時(shí)間范圍內(nèi)，人眼對亮度的感覺取決于發(fā)光物體的發(fā)光 強(qiáng)度和發(fā)光體點(diǎn)亮的時(shí)間，即點(diǎn)亮的時(shí)間越長，人眼對發(fā)光強(qiáng)度的感覺也就越強(qiáng)， 呈現(xiàn)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(diào)制法、子分 場調(diào)制法。脈寬調(diào)制法：脈寬調(diào)制法是把行掃描周期分段，例如為實(shí)現(xiàn)16級灰度級顯示，可以行掃描周期再把分解成 1

12、6個(gè)子段。在各個(gè)子段上，由列電極按一定的時(shí) 間比例加上導(dǎo)通/斷幵的電壓。當(dāng)全部子段上都加上導(dǎo)通電壓時(shí)，該單元即處于選 通狀態(tài)，從而具有最高等級的亮度；反之，當(dāng)全部都加上斷幵電壓時(shí)，該單元即處 于非選通狀態(tài)，從而具有最低等級的亮度；而當(dāng)一部分子段處于導(dǎo)通狀態(tài)、另一部 分子段處于斷幵狀態(tài)時(shí)，根據(jù)斷幵和導(dǎo)通時(shí)間的長短，就可以實(shí)現(xiàn)不同的灰度顯 示。這樣，在每個(gè)子段的時(shí)間都是很小的時(shí)候，從而實(shí)現(xiàn)高灰度級的顯示。其缺點(diǎn) 是時(shí)序關(guān)系復(fù)雜，電路幵銷大，且受到OLED顯示器不能響應(yīng)過窄的脈沖寬度值的限制。子分場調(diào)制法：子分場調(diào)制法也是一種時(shí)間灰度調(diào)制的方式。如前所述，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，點(diǎn)亮的時(shí)間越長，人眼對發(fā)光強(qiáng)度的感覺也就越強(qiáng)。子分場調(diào)制技術(shù)就是利用人眼視覺上的這種暫留特性，將OLED的點(diǎn)亮?xí)r間分成若