OLED_柔性_透明化显示技术及有机发光材料的发展和挑战.pdf
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1、Jun.,2009,总第101期现代显示Advanced DisplayOLED、柔性、透明化显示技术及有机发光材料的发展和挑战摘要:OLED显示因符合未来显示技术发展的要求而引起越来越多的关注和重视,柔性及透明化显示是未来显示发展的趋势。综述了OLED、柔性、透明化显示技术发展历程,并对现状进行了分析,指出目前这些技术所面临的挑战及可能的解决途径。有机发光材料的发展是这些显示技术发展的基础,有机材料主要存在的问题包括载流子迁移率低、不稳定等,不利于其在显示技术的应用。关键词:有机电致发光;柔性显示;透明显示;有机;发光材料中图分类号:TN911.73文献标识码:AThe Developmen
2、ts and Challenges in OLED,Flexible and See-through Display Technologies,and Organic Luminescent MaterialsXU Zheng1,SONG Dan-dan1,ZHAO Su-ling1,ZHANG Fu-jun1,ZHAN Hong-ming1,2,YUAN Guang-cai1,2(1.Key Laboratory of Luminescence and Optical Information(Beijing Jiaotong University),Ministry of Education
3、,Beijing 100044,China;Institute of Optoelectronics Technology,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China;2.BOE Technology Group Co.,Ltd,Beijing 100016,China)Abstract:OLED has attracting increasing attentions and regards for its potential advantagesin future display.Future displays are supposed
4、 to be flexible and see-through.In this paper,developments in above-mentioned display technologies were briefly summarized.Also,thecurrent level and challenges were analyzed.Organic luminescent materials play fundamentalrole in the developments of these technologies.Organic luminescent materials sti
5、ll sufferfrom low carrier mobility and low operational stability,which hamper their application indisplay technology.Keywords:OLED;flexible display;see-through display;organic;luminescent material徐 征等:O L E D、柔性、透明化显示技术及有机发光材料的发展和挑战徐征1,宋丹丹1,赵谡玲1,张福俊1,占红明1,2,袁广才1,2(1.北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室,北京100044;北
6、京交通大学光电子技术研究所,北京100044;2.北京京东方科技集团股份有限公司,北京100016)文章编号:1 0 0 6-6 2 6 8(2 0 0 9)0 6-0 0 0 5-0 6收稿日期:2009-04-28专家的思考基金项目:863 计划(2006AA03Z0412);国家自然科学基金(10774013);国家自然科学基金(10804006);教育部博士点基金(20070004024)和博士点新教师基金(20070004031);北京市科技新星计划(2007A024);教育部留学回国科研启动基金;高等学校学科创新引智计划(B08002);第三世界科学院基金资助5Jun.,2009,
7、总第101期现代显示Advanced Display引言凯文正夹着一卷 4ft(约 1.2m)长像纸一样薄且微微闪光的物品大步往家走,当他走进家门时,传感器探测到了他的出现,墙面开始微微发光并渐渐照亮整个房间。他取出臂下的物品,将它展开在墙壁上,对家人喊到:这就是我们新的 8ft(约 2.4m)的电视。能发光的墙壁?能卷折的电视?不,当然不是发生在今天,所有这些都将发生在 2007 年。这段描述摘自 PhotonicsSpeetra 上刊登的题为 有机电致发光(OLED)的黄金时代 一文。在科技飞速发展的今天,显示技术也在发生着日新月异的变化,旧的技术在不断被改进,新的技术被提出和实现。虽然
8、OLED 面板几毫米的厚度已让其他平板显示技术难以匹敌,但是 OLED 的发展不会停滞,技术的发展总会向着人类友好的方向发展。伴随着柔性及透明显示技术的发展,可以想象,不久的将来,我们可以在旅途中欣赏自己携带的电视播放的节目,也可以在车窗上随意更换自己喜欢的画面和颜色,当然也许我们可以将电视贴在车窗上。虽然时至今日这些仍只是美丽的设想,但很多开拓性的研究工作为这个设想的实现奠定了理论与实验基础。显示技术的发展与发光材料的发展是分不开的,有机发光材料的发展为多彩、柔性及透明显示提供了途径。另一方面,显示技术的发展方向与趋势也对发光材料的寿命、效率等性能提出了更高的要求。1OLED显示技术1.1O
9、LED研究进展OLED 具有以下几个特点:主动发光,不需要背光源,可以做得像纸张一样薄;低功耗;无视角问题;所使用的有机发光材料发光光谱较窄,发光的颜色能做到色饱和度纯正,实现真彩色;响应速度很快,它可以做到毫秒级甚至是微秒级;高对比度,目前可以达到 1,000,0001。另外,它在-45到+80的状态下都可以工作,不像液晶,随着温度的变化,色彩会发生变化。OLED 的这些特点符合未来发展的要求,而被认为是未来显示器的主流。第一个 OLED 于 1987 年问世,它采用类似三明治结构,发光层为小分子材料 Alq3,外量子效率只有约 1%1。1990 年,Friend 及其合作者2发现了聚合物的
10、电致发光,聚合物材料可采用旋涂法制备,这一发现为喷墨打印的 OLED 制备提供了条件。1998 年 Thompson 等3在 Nature 上发表文章,报道了磷光电致发光的研究结果,将 OLED 内量子效率及外量子效率分别提高到 23%和 4%。在这些开创性研究的基础上,小分子及聚合物OLED 的研究目前已取得了重大进展,红光和绿光的寿命从最初的少于 1min 发展到现在 200,000hr 及100,000hr(亮度为 150nit 情况下),亮度可以达到107 cd/m2以上48。在效率方面,据最新报道,2009年 3 月来自日本的研究小组采用高折射率的玻璃基板,将磷光绿光 OLED 的效
11、率从 94.3lm/W 提高到210lm/W,提高了一倍多9。1.2OLED产业化进程1997 年日本先锋发布了采用分辨率为 256x64的单色 PM-OLED 面板的车用音响;2001 年三星推出应用全彩 PM-OLED 面板的手机;2002 年 富 士 通 手 机 F505i 副 屏 采 用TohokuPioneer 生产的 1.0in 全彩 PM-OLED 面板,自此 PM-OLED 在手机副屏的应用随之大量兴起。根据权威调查机构 Displaysearch 发布的报告,AMOLED 的收益在 2008 年增长了 110%。未来OLED 出货量会从 2008 年的 7,600 万片增长到
12、2015 年的 3.3 亿片,年复合增长率可以达到 23%。从长远来看手机应用的出货量是逐年增长的,到2015 年有 1.4 亿片出货量的预测。从金额来看,2008年 OLED 总产值不到 6 亿美元,而到 2015 年将达到64 亿美元,2008 年 OLED 产值占整个平板显示产业产值的不足 1%,而到 2015 年将增加至 5%。因此OLED 市场有着很大的发展空间和很好的前景。OLED 在小尺寸显示如手机副屏、车载显示、电子产品的小屏幕显示等已经占据了很大的市场份额,但在大尺寸显示如电视、电脑显示器方面,目前仅有三星和索尼推出了尺寸在 30in 以上的 OLED 电视,仍处于起步阶段。
13、2007 年索尼发布了第一款 OLED 电视 XEL-1,1,000,0001 的对比度及 3mm 的厚度令人惊叹,它的出现刺激了 OLED 产业。之后索尼公司又在 2009徐 征等:O L E D、柔性、透明化显示技术及有机发光材料的发展和挑战专家的思考6Jun.,2009,总第101期现代显示Advanced Display年推出 21inOLED 电视,分辨率为 1,366x768,对比度为 1,000,0001,厚度仅为 1.4 mm。三星 SDI也于 2009 年展示了其 40in 的 OLED 电视,LG、柯达等也先后展示了其 OLED 产品。1.3OLED显示面临的主要问题1.3
14、.1OLED的优势逐渐被削弱厚度上,OLED 与液晶的差距越来越小:OLED显示设备相对于液晶的一大特点是超薄,如 XEL-01OLED 电视的厚度仅为 3mm,而普通液晶显示器厚度为几个厘米。不过从 2007 年开始,如三星 SDI、友达光电、奇美等各大液晶面板厂商都推出了超薄液晶面板,而采用这些超薄面板的液晶电视自然也拥有非常薄的机身。在 2009 年举行的 CES 2009 展会上,三星等厂商都展示了最新的超薄液晶电视,厚度都能控制在 1cm 之内。OLED 电视虽然比这些液晶电视依然要薄一些,但对于电视这种非便携式产品而言,这么小的厚度差距不会给 OLED 电视在市场竞争中带来多大的优
15、势。对比度优势也逐渐不明显:OLED 电视的对比度自出现就能够轻易的达到 1,000,0001,这也是OLED电视的一大卖点。相比之下,两年前液晶电视的动态对比度比值普遍只有 10,0001 或 20,0001。不过经过两年的发展,液晶电视的对比度比值同样能够达到 1,000,0001,而 OLED 电视的对比度比值仍然 1,000,000111。如果没有进一步提高,OLED电视在对比度方面的优势基本消失。1.3.2OLED还存在很多问题需要解决目前基于 OLED 的研究和技术已日趋完善和成熟,但是相比其他显示技术来说,OLED 的基础研究还需要提高:(1)OLED 中很多决定器件性能的基本物
16、理问题还不清楚。OLED 采用有机材料,而现有有机材料的相关理论和知识基本都是移植自无机材料,因而不能可靠地解决 OLED 中涉及的问题。(2)在效率方面仍面临着巨大的挑战。目前制约OLED 效率的主要因素包括电子空穴比例不平衡、跃迁选择定则的存在、ITO 玻璃的光损耗等,发展高迁移率的电子传输材料提高电子的比例,提高输出耦合效率是提高 OLED 效率的关键。同时,短激子寿命、高效磷光材料的合成、打破跃迁禁阻也是提高 OLED效率的重要途径。(3)OLED 的稳定性仍需进一步提高。OLED 稳定性主要由内在老化机制决定,这些老化机制由有机和电极材料、器件结构及驱动方式决定。有机材料的不稳定性、
17、化学反应、载流子不平衡分布等都是引起OLED 老化的原因。在产业化过程中,OLED 也存在很多问题:首先,OLED 背板的良品率太低,这是 OLED 生产面临的最大问题,希望能提高到 80%以上;其次,目前OLED 产品价格非常高,如索尼多款 OLED 电视售价均在 2,000 美元及以上。如果把价格降到合理的区间里,市场的空间是很大的。再次,提高 OLED 产品的寿命,达到 LCD 的水平之上。根据 Displaysearch检测报告,XEL-1 电视经过 17,000hr 后亮度就下降到原来的一半,而目前液晶显示器普遍的寿命可以达到 50,000hr 左右。除了要解决这些问题,在市场方面,
18、OLED 如果能开辟一个 LCD 无法进入的市场,如柔性显示、透明显示方面等等,而且在技术上比较成熟的话,OLED的市场前景将非常广阔。2柔性显示技术2.1柔性显示发展历程随着社会的发展,柔性显示技术的优势日益突出,由于其轻薄、可弯曲、便于携带的优点在手机、笔记本电脑、电子书等显示方面的应用研究也越来越多。目前,主要有 LCD、OLED、EPD 三种技术可以用于柔性显示。针对 OLED 比较薄,能够在柔性基板上制造这一特点,自 OLED 出现以来,就被认为在可弯曲、柔性显示方面具有潜在优势。1992 年,美国加州大学Heeger 研究小组,在 Nature 上首次报道了柔性OLED,他们采用聚
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