AM OLED：OLED的“明日之星”

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作者：王力時間：2007-01-02 來源：電子產(chǎn)品世界

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摘要：本文對近期平板顯示市場的一些變化,如液晶的大幅降價對PMOLED（被動式OLED)的沖擊，AM OLED（主動式OLED)的最新變化及技術(shù)趨勢進行了概括分析。

關(guān)鍵詞： AM OLED；TFT；LTPS；a-Si

目前OLED市場上占據(jù)絕對優(yōu)勢的PM OLED，因局限于中小尺寸顯示屏市場，并且在技術(shù)與價格上與LCD相比優(yōu)勢不明顯，受LCD降價沖擊很大，未來并不被業(yè)界看好。相反，AM OLED技術(shù)卻在市場一片叫好聲中，日漸成熟，蓄勢待發(fā)。三星SDI預(yù)計在2007年進入市場，開始大規(guī)模生產(chǎn)2英寸~2.6英寸AM OLED，大舉進軍手機主屏市場。而另一手機巨頭—諾基亞也聲稱將于2007年開始在手機主屏上大批量使用AM OLED屏。因此，讓我們來了解一下OLED的“明日之星”—AM OLED技術(shù)及近期進展情況。

AM OLED VS OLED未來市場趨勢比較圖

AM OLED技術(shù)及應(yīng)用

彩色化技術(shù)

在彩色化方面，一般說來有三種方式：三色發(fā)光法、濾光法(白色法)、色變換法及最新的RGBW，其中三色發(fā)光法為采用廠商較多的方式。發(fā)光層使用紅、綠、藍三種發(fā)光材料分開涂布配置。優(yōu)點是充分利用三種顏色的發(fā)光材料，但缺點則是當三種材料壽命不同時，則整體的壽命受制于較短壽命的材料。另外，在制程中采用光罩分開涂布時，全體光罩將由于受熱而引起熱膨脹問題，控制頗為困難，因此在追求高精細化時將會遇到一些困難。

圖2 AM OLED工作原理圖

解決三色發(fā)光的缺點，近年來開發(fā)的新方法有濾光法(白色法)和色變換法。這兩種方法毋須使用光罩，精細度也可以大幅提高。濾光法(白色法)的原理為發(fā)光層部分涂滿白光材料，利用液晶顯示器用的彩色濾光片產(chǎn)生紅、綠、藍三種顏色。不過也由于使用彩色濾光片的緣故，使得發(fā)光效率減低，因此如何開發(fā)高效率白光材料就成了關(guān)鍵。

圖3 RGBW的布局

目前，學(xué)術(shù)界討論最熱的是RGBW技術(shù)，即通過白光加彩色濾光膜濾出四種光。這種技術(shù)的優(yōu)點是：色彩的真實性和飽和度更高，色彩更加豐富。

材料的發(fā)展

有機電致發(fā)光材料根據(jù)其發(fā)光機制大致可區(qū)分為螢光材料與磷光材料(Fluorescence and phosphorescence materials)，其中螢光材料是利用單重態(tài)激子放光、組件內(nèi)部量子效率最高只達到25 %，而磷光材料因可充分利用三重態(tài)激子放光、組件內(nèi)部量子效率可提升至接近100 %。因此，有機電激發(fā)光材料也由過去螢光材料之電激發(fā)光特性改良，轉(zhuǎn)而朝向新型磷光材料之開發(fā)。目前在螢光材料之開發(fā)上主要有美國柯達、日本出光興產(chǎn)公司與國內(nèi)各材料開發(fā)公司，而磷光材料之開發(fā)則主要為美國之UDC 公司。當前，產(chǎn)業(yè)化最成熟的是熒光發(fā)光材料，因為它的發(fā)光效率最穩(wěn)定，但是它的光轉(zhuǎn)換率比較低。目前，各大公司的研究熱點還是磷光材料，下面我們就簡單介紹一下磷光材料。

圖4 RGB與RGBW的顯示效果對比

由于磷光有機發(fā)光材料之發(fā)光效率遠大于螢光材料，從降低顯示面板之功耗方面考慮將是一良好選擇。美國Princeton 大學(xué)及Southern California 大學(xué)研發(fā)出一系列以過渡金屬銥(Ir)為金屬中心之有機金屬錯合物，經(jīng)制作成發(fā)光組件、可以磷光方式發(fā)光，具有相當高的發(fā)光效率。如圖5所示，即為其所開發(fā)之藍色(Firpic)、綠色(Irppy3)、黃色(Bt2Ir(acac))及紅色(BtP2Ir(acac))磷光材料。

磷光材料具有優(yōu)越之色純度、在低電流驅(qū)動下具有高的發(fā)光效率，并且在低的起始亮度驅(qū)動下具有優(yōu)越之組件操作壽命。相較于螢光材料而言，磷光材料雖具有較高之發(fā)光效率，但在組件壽命方面仍遠低于熒光材料。特別是藍光之磷光材料，在組件效率與操作壽命方面仍有相當大之研究發(fā)展空間。

2006年7月，柯尼卡美能達技術(shù)中心開發(fā)成功了1000cd/m2初始亮度下，發(fā)光效率64lm/W、亮度半衰期約1萬小時的OLED白色發(fā)光元件。計劃用于液晶面板背照燈和普通照明?？赏瑫r實現(xiàn)1萬小時壽命和高發(fā)光效率的白色OLED發(fā)光元件。

該公司在OLED發(fā)光材料方面，一直在進行比熒光材料發(fā)光效率更高的磷光材料的研究。磷光材料的發(fā)光效率高于熒光材料，作為發(fā)光材料被寄予厚望。但在此之前，能夠同時實現(xiàn)1萬小時左右亮度半衰期和高發(fā)光效率的只有綠色和紅色磷光材料。此次，該公司采用藍色磷光材料開發(fā)成功了可同時實現(xiàn)長壽命和高發(fā)光效率的發(fā)光材料。在300cd/m2初始亮度下，實現(xiàn)了1.6萬小時的亮度半衰期。通過組合其他公司已開發(fā)并實際應(yīng)用的紅色和綠色磷光材料，試制成功了亮度半衰期約1萬小時的白色發(fā)光元件。通過改變各種顏色發(fā)光材料的比例，可實現(xiàn)從電燈顏色到熒光燈顏色的白色控制。

2006年9月，英國劍橋顯示科技公司(CDT)和日本Sumation公司共同開發(fā)出了初期亮度為400cd/m2、亮度半衰壽命為2萬小時(按100cd/m2換算，為32萬小時)的藍色OLED材料。與2005年發(fā)表的材料相比，壽命延長到了3倍。

圖5 磷光有機發(fā)光材料分子結(jié)構(gòu)圖

在壽命延長的同時色純度也有所提高。色坐標為x＝0.14、y＝0.21，適用于全彩顯示器。發(fā)光效率約為9cd/A。

驅(qū)動技術(shù)

主動式有機電激發(fā)光顯示器是在基板上之象素制作薄膜晶體管(TFT)、再蒸鍍上有機發(fā)光膜層，藉由晶體管直接驅(qū)動各象素達到影像顯示。如圖6中所示，主動式驅(qū)動電路包含一個切換薄膜晶體管(Switch TFT)、電容儲存器(Storage Capacitor)及驅(qū)動薄膜晶體管(Drive TFT)。藉由切換薄膜晶體管將影像資料儲存于電容儲存器，并利用驅(qū)動薄膜晶體管將電容儲存器之電壓值轉(zhuǎn)換成電流值，直接驅(qū)動有機發(fā)光二極管。此驅(qū)動方式有別于被動式脈沖掃描方式，所輸入于像素之電流值遠低于被動式面板，并可呈現(xiàn)相同之畫面亮度。也無正電極之線電阻問題，主要應(yīng)用于高分辨率與大尺寸之顯示面板。

AM OLED的特色、優(yōu)點、缺點為；1、特色：面板每一像素皆可獨立運作并連續(xù)驅(qū)動，可搭配TFT 驅(qū)動電路，可連續(xù)發(fā)光，全彩顯示。2、優(yōu)點：驅(qū)動電壓、耗電力皆低、適合大尺寸發(fā)展、發(fā)光壽命長及亮度提高容易。3、缺點：需配合LTPS 或a-Si TFT LCD 驅(qū)動技術(shù)，技術(shù)障礙較高；材料及生產(chǎn)成本高。

低溫多晶硅( LTPS ) 是一個在制造 TFT OLED 方面的先進制程技術(shù)。 LTPS 可以達到極佳的影像品質(zhì)及反應(yīng)時間，具備雷射回火技術(shù)，可以在低于攝氏 400 度溫度下達成硅膜結(jié)晶并提供更快的電子反應(yīng)，使用的接點及組件更少，且功率消耗更低。

圖6 AM OLED驅(qū)動電路

更強的載子率動力讓電路可以整合在基板上并且可以縮小 TFT 的尺寸。除此之外， LTPS 也可以將驅(qū)動回路整合在基板上。由于外部連接數(shù)和基板面積都可以減少，可以以極低的成本來提升整體系統(tǒng)的耐久性。而且由于 LTPS OLED 的 TFT 比 a-Si 的 TFT 更小，透光開口率和屏幕的亮度都可以顯著增加。

圖7 在”KES 2006”上，三星SDI展示的17英寸的AM OLED電視，厚度僅12mm，亮度達400cd，對比度為 1,000:1，170寬視角

目前，日本廠商主要是以低溫多晶硅(LTPS)技術(shù)來驅(qū)動，如SK Display、ST LCD、TMD，而東北Pioneer也與Sharp、半導(dǎo)體能源研究所合資ELDis，提供低溫多晶硅TFT基板作為主動式OLED的基板。至于采用非晶硅(a-Si)技術(shù)方式來驅(qū)動，臺灣省TFT LCD廠商友達、奇美，也投入相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)。

圖8 在CEATEC 2006上，日本東芝推出的3.5寸AM OLED面板

友達2002年于德國CeBIT展出全球第一片a-Si全彩AMOLED面板，2003年也曾于美國UDC發(fā)表過運用磷光技術(shù)的4英寸a-Si全彩AMOLED面板。

圖9 BenQ Siemens S88

奇美也曾于2003年3月發(fā)表過20英寸a-Si驅(qū)動的全彩AMOLED面板，并且于2004年1月底將OLED的技術(shù)授權(quán)給京瓷(Kyocera)，希望藉由技術(shù)的授權(quán)，促使更多廠商投入相關(guān)技術(shù)研究。

不過以非晶硅驅(qū)動的主動式OLED導(dǎo)入商品化，仍存在難以克服的問題。

以a-Si驅(qū)動的AMOLED最大的問題在于其穩(wěn)定性(stability)不佳，驅(qū)動OLED的臨界電壓值(VTH)會隨著時間增加不斷升高，對于決定驅(qū)動電壓的數(shù)值造成很大的困擾。另外，a-Si的物理特性如耐熱度也不及p-Si。因此目前面板廠多數(shù)仍選擇以p-Si低溫多晶硅驅(qū)動的AMOLED，作為正式商品化的第一步。目前友達L3廠的OLED生產(chǎn)線所計劃生產(chǎn)的數(shù)碼相機面板，也是以p-Si驅(qū)動的AM OLED面板。

市場應(yīng)用產(chǎn)品一覽

目前OLED應(yīng)用市場狀況，通用型應(yīng)用占25%，屬于較早開發(fā)的機種，適合應(yīng)用在MP3或是手機副面板，相對分辨率比較低；應(yīng)用在手機主屏占44%，幾乎是AMOLED，尺寸在1.8～3.5英寸之間，因此成為2006年OLED的主要應(yīng)用領(lǐng)域。此外，手機應(yīng)用如友達AUO兩英寸QCIF的AMOLED面板，應(yīng)用在明基西門子(BenQ Siemens)S88手機，成為AMOLED手機應(yīng)用里程碑，代表從手機副面板轉(zhuǎn)到手機主面板，預(yù)計未來將有更多AMOLED手機主屏導(dǎo)入，如功能性手機與智能型手機，且根據(jù)各家量產(chǎn)時程，2006年底到2007年第一季，預(yù)計消費者將會有更多的選擇。

抵御來自LCD寒流的應(yīng)對措施

面對來自LCD的猛烈沖擊，OLED在工藝技術(shù)上，需要提高基板技術(shù)和真空技術(shù)，才能將產(chǎn)品的良率提高。伴隨磷光材料的成熟，材料壽命的提高，以及彩色化RGBW技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，來提高色彩的豐富程度，以對陣來自LCD的沖擊，在未來平板顯示市場上大展宏圖。另外，在市場應(yīng)用上，OLED應(yīng)根據(jù)自身的一些獨特性，比如寬溫、超輕薄開發(fā)出一些更具特色的便攜式OLED產(chǎn)品，應(yīng)用在醫(yī)療、軍事、室外作業(yè)儀器設(shè)備等一些特殊行業(yè)領(lǐng)域中，比如在我國的東北或西伯利亞及南北極、高原雪域科學(xué)考察所使用的裝備等。美國的軍方已經(jīng)開始向一些OLED技術(shù)開發(fā)商投入巨資，研發(fā)軍用便攜式OLED顯示產(chǎn)品。