液晶显示器有机发光显示与柔性显示技术.doc

液晶显示器有机发光显示与柔性显示技术

摘要:
自电子显示器主导产品CRT（阴极射线管）问世以来, 已经整整1了。而现在, 新平板显示器不停被推出, 逐步在各个领域得到应用。这种改变也反应了时代本身蕴育着改变。
显示器是以视觉形式将信息传达给人类媒体, 在已进入高度信息化社会今天, 人类和社会比以往任何时候都离不开它。从电子工业发展情况也能够看出它关键性。日本中国电子工业生产量增加率也显示出, 显示器增加仅次于个人电脑和移动通信设备。在显示领域, 令人吃惊是平板显示器, 尤其是现在已经占有大部分市场液晶显示器急剧增加。不分男女或工作场所, 在日常生活中随地可见液晶显示器。现在挂壁电视、 大面积彩色等离子电视已经开始得到应用, 大家从把电子报纸作为实现目标反射型彩色液晶显示器开发烧已看到了成功范例。相关液晶显示器多种变革正融入社会多媒体化发展大热潮中。

关键词: OLED, 柔性显示, EPD, 电子纸显示技术

在很多显示器技术中, 液晶显示器因为其尺寸适应性广等很多优点发展最为成熟, 逐步成为主流技术。但显示技术进步并未止步于液晶。但液晶显示器也存在部分缺点和不足: 1一般液晶屏视角较小。2对应速度慢, 在显示快速图像时有拖尾现象。3 液晶显示技术采取是被动发光模式, 大屏幕显示器中背光源成本很高。4 液晶显示器使用温度范围比较窄, 不适应较为苛刻环境（如室外）。一些显示技术在原理上优于液晶显示技术。甚至在有些特定应用领域其她显示技术比液晶显示技术能愈加好适应需求。所以即使在液晶显示技术占据平板显示支配今天, 大家对其她显示技术研究仍然是非常关键。此文中技术是今年发展较快技术。
有机发光二极管显示技术
一、 OLED介绍
有机材料能够经过化学方法进行多种配比合成, 从而易于对其材料进行调整。所以, 利用有机材料研制发光二极管是一个很有诱惑想法, 早在20世纪中期, 大家就分别实现了交流和直流模式下有机发光。随即很快, 聚合物发光也很快实现。1987年柯达企业宣告10V直流驱动小分子有机发光二极管OLED器件结构组成了小分子OLED器件结构雏形。1990年, 剑桥大学开发出基于高分子聚合物OLED技术。1991年, 美国加州大学开发出基于溶液技工艺可回旋转涂敷高分子聚合物发光材料。1997年日本先锋企业首家将OLED技术量产化应用于车载音响显示器。1999年, 柯达企业公布了首款全彩有源矩阵AMOLED, , 索尼企业将全彩AMOLED像素数目提升到800*600SVGA格式。今年来, 在日本、 美国、 欧洲、 韩国等部分国家和中国台湾地域学术界河工业界, OLED研发力量快速增强, 使得OLED技术日益成熟, 制造工艺和生产设备技术不停进步。
OLED被认为是继TFT-LCD以后下一代平面显示技术。相对TFT-LCD, 它有以下特点:
1.1 OLED
OLED结构简单, 厚度薄, 可用于挠曲性面板。这些特点使得OLED显示器能够含有紧凑设计和很薄形状, 也增加了OLED显示器结构设计灵活性。OLED是自发光器件, 不需要背光源。这一点带来多个好处:
1.11 使得OLED显示器结构能够较薄, 同时因为TFT-LCD中背光源光透过率很低, 故OLED比TFT-LCD功耗更低。
1.12 视角宽, 不存在视角问题。
高亮对比度。
1.13 OLED工作温度比LCD更宽。相对LCD而言, 低温下响应时间显著变慢, 高温下其光调制能力减弱, 漏光现象轻易发生, 对比度下降。而OLED在低温-40°情况下依旧能够很好工作, 高温只受OLED材料玻璃化转变温度限制。
1.14 反应速度快。OLED反应速度在微妙数量级, 在显示动态画面是不存在困难。而LCD响应时间为毫秒数量级, 动态画面显示效果差。
1.15 理论上生产成本更低。OLED制造包含到材料比TFT-LCD少, 制造工序也少, 而且有可能利用基于溶液低成本工艺进行生产。
1.2 OLED器件
一个OLED单元由多层膜组成。其中, 玻璃基板上第一层是阳极, 通常由透明导电ITO
组成单层或多层有机材料就是沉积在这个透明板上。不管是小分子还是聚合物高分子材料, 适宜多层结构能增强器件性能。阴极通常由低功函数金属组成（如Ca, 2.87eV）, 在有些情况下, 在阴极金属与有机材料之间还会加入适宜缓冲材料层。采取低功函数材料关键是为了降低驱动所需电压。夹在阴极和阳极之间有机层分别是空穴传输层、 电子传输层和发光层。
用于有机发光器件材料种类众多, 大家最关注有
1.21 阳极材料: 氧化铟锡（ITO）组成了多数OLED器件阳极。ITO是一个透明导电材料。OLED通常是在阳极基板上生长, 多数情况下这种阳极基板就是ITO玻璃。ITO评价指标通常包含光透过率、 方块电阻与表面平整度。这些指标都能直接影响着OLED器件性能。通常而言, ITO采取溅射方法形成, 假如工艺控制不好, 可能造成表面不平整, 会增加空穴直接射向阴极几率。所以通常要采取某种方法对ITO进行清洗和处理, 使得表面光滑。
1.22 HTL材料: 用于HTL材料有很多个, 其中应用范围包含酞菁铜CuPc和TPD
1.23 EML材料有制取OLED所用发射材料有机共轭多聚物1.4-苯乙烯（PPV）、 多聚物n-乙烯基氮杂苟（PVK）和三聚铝等。
1.3 基础OLED发光能够描述为以下多个过程:
1.31 电子从金属电极注入到ETL最低未被占据原子轨道状态, 空穴则从阳极注入到HTL最高电子占据轨道状态。在室温下, 热激发载流子注入数量过少, 不足以有效发光。但在外加电场作用下, 注入载流子数量将大大增加。电子从金属阴极向ETL层中注入效率通常低于空穴从ITO中向ETL层中注入效率, 即载流子注入效率是不对称, 这种不对称性会降低OLED器件发光效率, 这既是为了保持器特征, 阴极往往做在器件顶层原因。
1.32 电子和空穴分别在ETL和HTL中传输。与半导体不一样, 载流子注入在有机材料中传输时经过在局域能态间跳跃、 迁移进行。这种跳迁几率与两个能态能级差以及二者之间空间间距相关。外加电场也会增加跳迁几率。
1.33 电子空穴复合产生激子, 激子发光。
1.4 全彩色OLED实现基础路径有:
1.41 用OLED得到白光, 白光经过彩色滤光片输出, 得到红绿蓝三色光
1.42 采取蓝色光OLED发光, 经过红绿蓝三种颜色转换媒质, 在蓝光激发下分别发出红绿蓝三色光
1.43 直接形成红绿蓝三色OLED子像素。此种实现方法出光率很高。
1.5 OLED制备工艺
OLED生产过程分为驱动工艺（ITO面板或TFT阵列模板）、 有机膜层沉积工艺、 OLED模块封装测试工艺。
驱动面板工艺中主驱动方法产品与TFT-LCD阵列基板结构相同有机沉积工艺是OLED器件与LCD产品区分。OLED模块封装因为OLED有几层性能对水分敏感性而受到制约, 设备材料要求达成封装工艺至今没有最好封装方案。
1.6 OLED技术展望
因为现有技术设备限制, 采取大尺寸基底极难确保稳定成品率。故多数从事OLED产业化企业都还在关键开发中小尺寸应用, 且还限于单色或区域多彩小尺寸产品。除了未有完整产业链, 还有对应研发投入、 市场支持, 成本, 原材料及设备问题都应处理。这些问题都是制约OLED大规模应用原因。总来说OLED技术经过很长时间大家研究热点技术, 其产业发展, 新产品都处于起步状态。但因为TFT-LCD产业已经非常成熟, 原材料与配套也非常完善, 所以在比较长时间内TFT-LCD任将居于显示器产业支配性技术地位。

二、 柔性显示技术
2.1 柔性技术介绍
柔性显示技术没有统一、 严格定义。从广义角度, 柔性显示能够包含制作与柔性基板上显示器件, 制作过程中能够被弯曲形成某种形状但使用过程中无需变换形状显示器件, 使用过程中需要变换形状（如弯曲、 卷起或折叠）显示器件, 或者是在制造过程中衬底需要经历卷曲（如卷到卷制造工艺）显示器件。
显然不管哪一个情况, 衬底能够发生形变是基础条件。能够用于柔性显示衬底材料除了塑料之外, 还有减薄玻璃, 不锈钢薄皮也常常作为柔性显示研究用衬底。不一样衬底材料能够承受最高温度差异很大, 直接影响着器件制作工艺温度条件。除了温度原因, 还要求衬底材料热膨胀系数小、 光透率高、 耐化学腐蚀, 当然尽可能廉价最好。
相比其她技术柔性显示技术特点是能够做很轻、 很薄、 不易碎, 而且有一定形变能力, 能够弯曲、 扭曲甚至卷曲、 折叠。使用柔性显示技术产品也对应地含有这些优点, 在一定特定应用场所发挥柔性显示技术优势。比如使用柔性显示技术制作柔性电子线路集成智能卡, 就能够实现体积很小、 很薄显示, 而且耐用, 不易碎。再比如, 柔性显示假如利用于交通工具, 在发生事故时能够免去显示器件破碎玻璃对人产生潜在伤害。
可用作柔性基板材料

最高耐温
/°
材料
特征
光透过率
热胀系数
抗腐蚀性
价格
500
不锈钢
不透明
通常
通常
通常
275
聚酰亚胺(Polyimide)
带橙色
高
好
贵
250
聚醚醚酮（PEEK）
琥珀色
通常
好
贵
200
聚醚酰亚胺（PEI）
带颜色
通常
好
贵
174
聚醚砜（PES）
透明
通常
好
贵
150
聚奈二甲酸乙二醇脂
透明
通常
好
通常
120
聚酯（PET）
透明
通常
好
廉价

实现柔性显示技术能够分为主动发光柔性OLED显示和反射式其她显示技术。后者基础上能够归类为类似纸张显示器, 或者电子纸显示技术。柔性OLED跟玻璃基板上OLED一样, 只是需要低温工艺制作, 并需要应对基板柔性特点。电子纸显示则又能够经过多个技术实现。
2.2 电子纸技术介绍
顾名思义, 电子纸张显示（EPD）器件兼具了电子显示技术和纸张显示优势。EPD含有与纸张图文画质部分共同特点。它是一个反射式显示器, 含有高对比度、 强光下能够阅读、 功耗极低、 薄如纸张等优异特征。EPD能给阅读者带来纸介质印刷物阅读感受, 且显示内容能够更新, 这比一般印刷物固定显示带来了更多便捷性。
纸张特征和电子纸显示技术特征

纸张特征
电子纸需要技术特征
轻易阅读
1 在较宽亮度范围有稳定亮度和对比度 2 高反射特征显示 3 宽视角 4 高分辨率
薄, 轻, 牢靠, 能够弯曲
1 薄玻璃基板显示 2 塑料基板显示 3 能够弯曲范围有: 可变形-可弯曲-可卷起-可折叠
廉价, 可丢弃
1 高生产率制造方法 2 卷到卷制造工艺 3 打印工艺电子部件 4 合适材料和劳动力成本 5 电子部件集成于基板
大阅读面积
1 大面积显示器 2 可拼接显示器 3 隶属（可隐藏/展开）显示器
固定画面无需供电。可归档保留
1 多稳态显示 2 低功耗, 反射式显示 3 与非易失性存放或网络结合
可直接书写
1 触摸屏（电话, PDA, Tablet PC）
2.3电子纸技术原理
EPD技术实现关键在于一个被称为“电子墨水”物质。E-ink颗粒带有电荷, 使得用电路驱动实现显示方法成为可能。E-ink颗粒能够反射光, 所以无需额外电源, 在很广照亮条件下既能够阅读, 包含在强日光下。另外, 在画面固定不变时候, 无需电源维持显示内容。只是在画面改变时候, 需要加更新画面。所以, 只是在大家翻页时, 才用到通电驱动。
现在, 电子纸张大致能够分为含液晶模式和非液晶模式两类:
2.31 含液晶模式包含:
2.311 铁电式液晶（Ferroelectric LCD）
2.312 胆甾型液晶（Choleseric LCD）
2.313 双稳态层列液晶（Bi-stable nematic LCD）。
2.32 非液晶模式包含:
2.321 电致变色薄膜（Electrochromic films）
2.322 切换式微机电反射板（MEMS switchable reflector）
2.323 微粒子薄膜（Particle based films）。

三、 对未来显示技术展望

显示器之梦从过去一直做到现在。其中一个梦想是“壁挂式显示器”, 最近伴随彩色PDP（等离子体显示器）惊人发展, 这个梦想已经成为了现实。下个梦想显示器则是被大家常常提及电子报纸。大家期望是像纸一样读起来方便, 薄而更轻, 搬运也轻易显示器。另外立体显示器也是多年来梦想。即使现在能够在带眼镜条件下能实用化。但要普及到家庭或商业领域还有很多问题, 实现这些显示技术是我们以后面临挑战。
那么, 以后显示器之梦又是什么呢？描述这个梦想也是极难。尽管如此, 若改变着眼点, 做出不用眼睛“梦般显示器”是不可能吗？即闭上眼睛也能看到梦一样显示器。假如这一梦想得到实现, 那么就能边睡觉边欣赏电影, 能够发明真实世界与虚拟世界混杂新空间。这么, 盲人也能够体验视觉世界。从现实而言, 梦想技术是含有实质困难, 正因为如此, 我们需要更多工作者去研究和实践, 我们更需要要用更多热情去关注显示器技术发展。

参考文件
[1] Pope M, H P Kallmann,P Magnante. Electroluminescence in organic crystals [J]. J Chen Phys,1963,38:2042-2043
[2] Joseph Shinar. Organic Light-emitting Devices: a survey [B].Springer-Verlag,, New York
[3] :