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：自电子显示器的主导产品CRT（阴极射线管）问世以来，已经整整100年了。而现在，新的平板显示器不断的被推出，逐渐在各个领域得到应用。这种变化也反映了时代本身蕴育着的变化。显示器是以视觉的形式将信息传达给人类的媒体，在已进入高度信息化社会的今天，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可以看出它的重要性。日本国内电子工业生产量的增长率也显示出，显示器的增长仅次于个人电脑和移动通信设备。在显示领域，令人吃惊的是平板显示器，尤其是现在已经占有大部分市场的液晶显示器的急剧增长。不分男女或工作场合，在日常的生活中随处可见液晶显示器。现在挂壁电视、大面积彩色等离子电视已经开始得到应用，人们从把电子报纸作为实现目标的反射型彩色液晶显示器的开发热已看到了成功的范例。有关液晶显示器的各种变革正融入社会多媒体化发展的大热潮中。关键词：OLED，柔性显示，EPD，电子纸显示技术在诸多显示器技术中，液晶显示器由于其尺寸适应性广等诸多优点发展最为成熟，逐渐成为主流技术。但显示技术的进步并未止步于液晶。但液晶显示器也存在一些缺点和不足：1普通液晶屏视角较小。2相应速度慢，在显示快速图像时有拖尾现象。3 液晶显示技术采用的是被动发光模式，大屏幕显示屏中背光源的成本很高。4 液晶显示器使用温度范围比较窄，不适应较为苛刻的环境（如室外）。某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他的显示技术比液晶显示技术能更好的适应需求。因此即使在液晶显示技术占据平板显示支配的今天，人们对其他显示技术的研究依然是非常重要。此文中技术是今年发展较快的技术。有机发光二极管显示技术一、OLED简介有机材料可以通过化学方法进行各种配比的合成，从而易于对其材料进行调整。因此，利用有机材料研制发光二极管是一个很有诱惑的想法，早在20世纪中期，人们就分别实现了交流和直流模式下的有机发光。随后不久，聚合物发光也很快实现。1987年柯达公司宣布10V直流驱动的小分子有机发光二极管OLED器件结构构成了小分子OLED器件结构的雏形。1990年，剑桥大学开发出基于高分子聚合物的OLED技术。1991年，美国加州大学开发出基于溶液技工艺的可回旋转涂敷的高分子聚合物发光材料。1997年日本先锋公司首家将OLED技术量产化应用于车载音响显示器。1999年，柯达公司发布了首款全彩有源矩阵AMOLED，2001年，索尼公司将全彩AMOLED像素数目提高到800*600的SVGA格式。今年来，在日本、美国、欧洲、韩国等一些国家和中国台湾地区的学术界河工业界，OLED研发力量迅速增强，使得OLED技术日益成熟，制造工艺和生产设备技术不断进步。OLED被认为是继TFT-LCD之后下一代平面显示技术。相对TFT-LCD，它有以下特点：1.1 OLEDOLED构造简单，厚度薄，可用于挠曲性面板。这些特点使得OLED显示器可以具有紧凑的设计和很薄的形状，也增加了OLED显示器的结构设计的灵活性。OLED是自发光器件，不需要背光源。这一点带来几个好处：1.11 使得OLED显示器结构可以较薄，同时由于TFT-LCD中背光源的光透过率很低，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，漏光现象容易发生，对比度下降。而OLED在低温-40情况下依旧可以很好的工作，高温只受OLED材料的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制造涉及到的材料比TFT-LCD少，制造工序也少，并且有可能利用基于溶液的低成本工艺进行生产。1.2 OLED器件一个OLED单元由多层膜构成。其中，玻璃基板上的第一层是阳极，一般由透明导电的ITO构成单层或多层的有机材料就是沉积在这个透明板上的。不管是小分子还是聚合物高分子材料，合适的多层结构能增强器件的性能。阴极一般由低功函数的金属构成（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合适的缓冲材料层。采用低功函数的材料主要是为了降低驱动所需电压。夹在阴极和阳极之间的有机层分别是空穴传输层、电子传输层和发光层。用于有机发光器件的材料种类众多，人们最关注的有1.21 阳极材料：氧化铟锡（ITO）构成了多数OLED器件的阳极。ITO是一种透明的导电材料。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的评价指标通常包括光透过率、方块电阻与表面平整度。这些指标都能直接的影响着OLED器件的性能。一般而言，ITO采用溅射方法形成，如果工艺控制不好，可能导致表面不平整，会增加空穴直接射向阴极的几率。因此一般要采取某种方法对ITO进行清洗和处理，使得表面光滑。1.22 HTL材料：用于HTL的材料有很多种，其中应用范围包括酞菁铜CuPc和TPD1.23 EML材料有制取OLED所用发射材料的有机共轭多聚物1.4-苯乙烯（PPV）、多聚物n-乙烯基氮杂苟（PVK）和三聚铝等。1.3 基本的OLED发光可以描述为以下几个过程：1.31 电子从金属电极注入到ETL的最低未被占据的原子轨道状态，空穴则从阳极注入到HTL的最高的电子占据轨道状态。在室温下，热激发的载流子注入数量过少，不足以有效发光。但在外加电场的作用下，注入的载流子数量将大大增加。电子从金属阴极向ETL层中的注入效率一般低于空穴从ITO中向ETL层中的注入效率，即载流子的注入效率是不对称的，这种不对称性会降低OLED器件的发光效率，这既是为了保持器特性，阴极往往做在器件顶层的原因。1.32 电子和空穴分别在ETL和HTL中传输。与半导体不同，载流子注入在有机材料中的传输时通过在局域能态间跳跃、迁移进行的。这种跳迁的几率与两个能态能级差以及二者之间的空间间距有关。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的实现基本途径有： 1.41 用OLED得到白光，白光通过彩色滤光片输出，得到红绿蓝三色光 1.42 采用蓝色光OLED发光，通过红绿蓝三种颜色转换媒质，在蓝光的激发下分别发出红绿蓝三色光 1.43 直接形成红绿蓝三色的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式产品与TFT-LCD阵列基板构造相似有机沉积工艺是OLED器件与LCD产品的区别。OLED模块封装由于OLED有几层性能对水分的敏感性而受到制约，设备材料要求达到的封装工艺至今没有最佳的封装方案。1.6 OLED技术展望由于现有技术设备的限制，采用大尺寸基底很难保证稳定的成品率。故多数从事OLED的产业化公司都还在重点开发中小尺寸应用，且还限于单色或区域多彩的小尺寸产品。除了未有完整的产业链，还有相应的研发投入、市场支持，成本，原材料及设备的问题都应解决。这些问题都是制约OLED大规模应用的原因。总的来说OLED技术经过很长时间人们研究的热点技术，其产业发展，新产品都处于起步状态。但由于TFT-LCD产业已经非常成熟，原材料与配套也非常完善，因此在比较长的时间内TFT-LCD任将居于显示器产业的支配性技术的地位。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、严格的定义。从广义的角度，柔性显示可以包括制作与柔性基板上的显示器件，制作过程中可以被弯曲形成某种形状但使用过程中无需变换形状的显示器件，使用过程中需要变换形状（如弯曲、卷起或折叠）的显示器件，或者是在制造过程中衬底需要经历卷曲（如卷到卷的制造工艺）的显示器件。显然无论哪一种情况，衬底可以发生形变是基本的条件。可以用于柔性显示衬底的材料除了塑料之外，还有减薄的玻璃，不锈钢薄皮也经常作为柔性显示研究用的衬底。不同的衬底材料可以承受的最高温度差别很大，直接影响着器件制作工艺的温度条件。除了温度因素，还要求衬底材料热膨胀系数小、光透率高、耐化学腐蚀，当然尽量的廉价最好。相比其他技术柔性显示技术的特点是可以做的很轻、很薄、不易碎，并且有一定的形变能力，可以弯曲、扭曲甚至卷曲、折叠。使用柔性显示技术的产品也相应地具有这些优点，在一定特定的应用场合发挥柔性显示技术的优势。比如使用柔性显示技术制作的柔性电子线路集成智能卡，就可以实现体积很小、很薄的显示，并且耐用，不易碎。再比如，柔性显示如果利用于交通工具，在发生事故时可以免除显示器件破碎的玻璃对人产生的潜在伤害。可用作柔性基板的材料最高耐温/材料特征光透过率热胀系数抗腐蚀性价格500不锈钢不透明一般一般一般275聚酰亚胺(Polyimide)带橙色高好贵250聚醚醚酮（PEEK）琥珀色一般好贵200聚醚酰亚胺（PEI）带颜色一般好贵174聚醚砜（PES）透明一般好贵150聚奈二甲酸乙二醇脂透明一般好一般120聚酯（PET）透明一般好便宜实现柔性显示的技术可以分为主动发光的柔性OLED显示和反射式的其他显示技术。后者基本上可以归类为类似纸张的显示器，或者电子纸显示技术。柔性OLED跟玻璃基板上的OLED一样，只是需要低温工艺制作，并需要应对基板柔性的特点。电子纸显示则又可以通过多种技术实现。2.2 电子纸技术简介顾名思义，电子纸张显示（EPD）器件兼具了电子显示技术和纸张的显示优势。EPD具有与纸张图文画质的一些共同特点。它是一种反射式显示器，具有高对比度、强光下可以阅读、功耗极低、薄如纸张等优异的特性。EPD能给阅读者带来纸介质印刷物的阅读感受，且显示内容可以更新，这比普通印刷物的固定显示带来了更多的便捷性。纸张特性和电子纸显示技术特征纸张特性电子纸需要的技术特征容易阅读1 在较宽亮度范围有稳定的亮度和对比度 2 高反射特征的显示 3 宽视角 4 高分辨率薄，轻，牢固，可以弯曲1 薄玻璃基板显示 2 塑料基板显示 3 可以弯曲范围有：可变形-可弯曲-可卷起-可折叠便宜，可丢弃1 高生产率制造方法 2 卷到卷的制造工艺 3 打印工艺的电子部件 4 适当材料和劳动力成本 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 从属（可隐藏/展开）显示器固定画面无需供电。可归档保存1 多稳态显示 2 低功耗，反射式显示 3 与非易失性存储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技术实现的关键在于一种被称为“电子墨水”的物质。E-ink颗粒带有电荷，使得用电路驱动的实现显示方式成为可能。E-ink颗粒能够反射光，因此无需额外电源，在很广的照亮条件下既可以阅读，包括在强日光下。另外，在画面固定不变的时候，无需电源维持显示内容。只是在画面变化的时候，需要加更新画面。因此，只是在人们翻页时，才用到通电驱动。目前，电子纸张的大致可以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、对未来显示技术的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”，最近随着彩色PDP（等离子体显示器）的惊人发展，这个梦想已经成为了现实。下个梦想的显示器则是被人们经常提及的电子报纸。人们期望的是像纸一样的读起来方便，薄而更轻，搬运也容易的显示器。另外立体显示器也是多年来的梦想。虽然现在可以在带眼镜的条件下能实用化。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的挑战。那么，以后的显示器之梦又是什么呢？描述这个梦想也是很难的。尽管如此，若改变着眼点，做出不用眼睛的“梦般的显示器”是不可能的吗？即闭上眼睛也能看到梦一样的显示器。如果这一梦想得到实现，那么就能边睡觉边欣赏电影，可以创造真实世界与虚拟世界混杂的新空间。这样，盲人也能够体验视觉世界。从现实而言，梦想的技术是具有实质困难的，正因为如此，我们需要更多的工作者去研究和实践，我们更需要要用更多的热情去关注显示器技术的发展。参考文献