OLED背光源技術(shù)研究進(jìn)展

　　引言

　　液晶顯示器（LCD）以其平板化、低功耗、無電磁輻射、高分辨率、高對比度、數(shù)字式接口、易集成和輕巧便攜等優(yōu)點(diǎn)，大量應(yīng)用于電腦顯示器、電視機(jī)等顯示領(lǐng)域，在平板顯示器中處于主流地位。液晶顯示器作為一種被動顯示器件，由于液晶本身并不發(fā)光，LCD需要通過外部光源實(shí)現(xiàn)透射或反射來顯示。背光源是TFT-LCD（薄膜液晶體顯示器）光源的提供者，背光源的表現(xiàn)便決定了液晶顯示器表現(xiàn)在外的視覺感，因而背光源是液晶顯示器件不可或缺的重要組件。

　　目前，液晶TV的背光源主要是冷陰極管（CCFL）光源，由于CCFL光效低、壽命時(shí)間短、色域表現(xiàn)差、亮度調(diào)整范圍小、能耗大、響應(yīng)時(shí)間長、安全系數(shù)低、含汞有害氣體不環(huán)保等缺陷，2006年歐盟的環(huán)保法規(guī)將導(dǎo)致目前的LCD主流光源CCFL逐漸遭到停用。背光源占液晶顯示器所有材料成本的20%~30%，液晶顯示器為保持在未來市場的競爭力，開發(fā)設(shè)計(jì)新型的背光源新技術(shù)成為一個重要的課題。

　　高亮度白光LED光源不僅使電視厚度和重量均實(shí)現(xiàn)大幅度減少，同時(shí)還擁有更高的可靠性和穩(wěn)定性；節(jié)能方面，LED的亮度可以隨著畫面的亮度進(jìn)行主動調(diào)節(jié)，相比液晶電視有效節(jié)能可以達(dá)到30%以上；環(huán)保方面，LED背光源其優(yōu)勢在于完全不含鉛和汞等有毒有害物質(zhì)，是真正的綠色環(huán)保光源。LCD產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入由LED取代CCFL的革命時(shí)期。

　　有機(jī)白光OLED除了具有無機(jī)LED上述優(yōu)點(diǎn)以外，相較于無機(jī)LED，有機(jī)藍(lán)光可以輕易的獲得，并且只要在有機(jī)發(fā)光主體層中摻雜紅、黃色的染料（dopant）后，就可以輕易得到白光，或是利用多層發(fā)光層來組成白光。另外，由于OLED是利用真空熱蒸鍍法及印刷、旋轉(zhuǎn)涂布法來沉積薄膜，因此，大面積制程較簡單且制造成本較低，較易達(dá)到降低成品以與日光燈競爭之目標(biāo)。由于OLED屬于面光源，相較于LED的點(diǎn)光源，更適合液晶顯示器的背光源，因此OLED有機(jī)會成為新時(shí)代液晶顯示器背光源的主角。

　　1　背光源技術(shù)概況

　　液晶顯示器件（LCD）是一種被動式的平板顯示器件，由于液晶材料本身不具發(fā)光特性，因此，必須在LCD面板后加上一個發(fā)光源才能達(dá)到顯示效果，背光模塊即是提供LCD顯示器背面光源的關(guān)鍵組件。一個好的LCD器件背光源，一般應(yīng)具有亮度高、發(fā)光均勻、成本低、可調(diào)、功耗低、輕薄且不易損壞等性能且最好是面光源。

　　采用CCFL做液晶顯示屏的背光源時(shí)，其顯示品質(zhì)有很多不足，例如：（１）顯示清晰度不高：CCFL總在帶電狀態(tài)照亮屏幕，即使所顯示圖像的部分內(nèi)容應(yīng)該是黑色時(shí)CCFL還是處于點(diǎn)亮狀態(tài)。缺少深黑效果影響了圖像的視覺清晰度。（２）色彩飽和度有限：由于熒光物體現(xiàn)的顏色有限，因而顯示器色彩飽和度也有限。而采用LED作為液晶顯示屏的背光源時(shí)，驅(qū)動電路復(fù)雜，背光整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜和制備成本高等不足。

　　2　OLED背光源關(guān)鍵技術(shù)及其進(jìn)展

　　OLED和LED一樣都是一種半導(dǎo)體電-光轉(zhuǎn)換型器件，上述開發(fā)出的LED背光源技術(shù)同樣適合于OLED背光源。二者也有區(qū)別：OLED是有機(jī)面光源，采用低成本的真空蒸鍍、旋轉(zhuǎn)涂布以及噴墨打印等技術(shù)制備；而LED是無機(jī)點(diǎn)光源，采用昂貴的MOCVD技術(shù)制備。

　　由OLED背光源是一種具有高亮度、廣色域、耐沖壓、低電壓、輕薄和功耗低等特性的反射式二維面光源，其陰極金屬層是高反射率的鏡面反射層，因此OLED背光源不需要導(dǎo)光板、散光板等導(dǎo)光、勻光輔助光學(xué)配件，就可以將光發(fā)射層發(fā)出的光直接反射到LCD，很好地符合了LCD對背光源的要求。

　　OLED背光源發(fā)展雖然不足10年，但是已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。經(jīng)過最近幾年的發(fā)展，OLED背光源已克服了初期的壽命與光效方面的問題，進(jìn)入了試驗(yàn)性使用階段，世界上許多相關(guān)廠家已在制定生產(chǎn)LCD用的OLED背光源計(jì)劃。

　　2.1　白光OLED發(fā)光效率的提高白光OLED經(jīng)過10多年的研究，發(fā)光效率一直在不斷提升，尤其近兩年，器件的發(fā)光效率更是突飛猛進(jìn)。

　　2004年，GE公司展示了16塊小面板拼成的白光OLED光源，每塊小面板尺寸為50 mm*50mm，色溫為4 000 K，顯色指數(shù)（CRI）為88；功率效率為15 lm/W。

　　2006年，Philips-Nova led聯(lián)合開發(fā)出了在1000 cd/m2亮度下效率為32 lm/W、顯色指數(shù)為88、壽命為20000 h的白光OLED；Konica M inolta公司展示了亮度1000 cd/m2、功率效率為64 lm/W、壽命達(dá)20000 h的白光OLED。

　　2007年，美國環(huán)宇UDC制造出在1000 cd/m2亮度下效率為45 lm/W的磷光白光OLED；Novaled取得了在1000 cd/m2亮度下效率為35 lm/W、顯色指數(shù)為90、壽命100000 h的白光OLED。

　　2008年, Philips-Nova led聯(lián)合開發(fā)出了在1000 cd/m2亮度下效率為50 lm/W、壽命10000 h的白光OLED；美國環(huán)宇UDC開發(fā)出了在 1000 cd/m2亮度下發(fā)光效率可達(dá)100 lm/W、顯色指數(shù)為70、色溫3900 K、壽命為8000 h的磷光白光OLED。這是目前白光技術(shù)方面的最高效率，超過了傳統(tǒng)熒光燈的效率，昭示了白光OLED進(jìn)入照明市場的迅猛勢頭。

　　2.2 白光OLED壽命及穩(wěn)定性提高

　　由于OLED中的有機(jī)功能層對水、氧氣非常敏感，易與滲入的水汽或氧氣反應(yīng)形成不發(fā)光的黑點(diǎn)。另外，有機(jī)層別是空穴傳輸材料在室溫下也會發(fā)生結(jié)晶化，并隨著環(huán)境溫度的升高而加快，導(dǎo)致在較高溫度下有機(jī)發(fā)光器件的壽命大大縮短。所以，壽命是白色OLED光源實(shí)用化的一個重要指標(biāo)。白熾燈的平均壽命為750~2500 h,而熒光燈的平均壽命約20000 h。壽命短一直是OLED光源發(fā)展的一大瓶頸，但近兩年來白光OLED光源的壽命還是得到比較大的提升。

　　2008年，UDC公布了一款初始亮度1000 cd/m2下壽命為20000 h的全磷光白光OLED 器件。該白光器件壽命很長，說明其中所用的藍(lán)色磷光材料較穩(wěn)定。Idem itsu公布了一款初始亮度1000 cd/m2下壽命達(dá)到70000 h的全熒光白光OLED器件。清華大學(xué)與北京維信諾開發(fā)出了初始亮度1000 cd/m2下壽命超過100000 h的全熒光白光OLED器件。Nova led公司利用藍(lán)色熒光和綠色、紅色磷光材料開發(fā)出了初始亮度1000 cd/m2下壽命超過100000 h的疊層白光OLED 器件。

　　2.3 點(diǎn)陣式與面板式大面積OLED的制備

　　一般利用真空熱蒸鍍法或噴墨印刷、旋轉(zhuǎn)涂布法來沉積有機(jī)薄膜，但OLED膜厚通常只有100 nm左右，這樣制成的有機(jī)膜容易出現(xiàn)不致密不連續(xù)，難以實(shí)現(xiàn)較大面積OLED均勻發(fā)光，如何實(shí)現(xiàn)發(fā)光均勻的較大面積面光源將是制備LCD用OLED背光源首先要解決的問題。目前，制備較大面積OLED器件通常有兩種方法：一種是點(diǎn)陣式發(fā)光，一種是整面式發(fā)光。

　　現(xiàn)有LCD用OLED背光源大多采用整面式發(fā)光方式。由于OLED器件的陽極一般采用的是電阻比較大的透明電極ITO，而且OLED本身為電流注入型器件，致使較大面積光源屏體的電流分布不均勻，從而導(dǎo)致整個屏體發(fā)光均勻性比較差，影響LCD顯示效果以及OLED背光源本身的發(fā)光穩(wěn)定性。而且，由于整面式發(fā)光OLED背光源在LCD顯示過程中始終處于亮的狀態(tài)，這勢必導(dǎo)致OLED背光源耗電量也比較大。

　　點(diǎn)陣式發(fā)光，就是制備很多相互間隙很小的小發(fā)光點(diǎn)，這些小發(fā)光點(diǎn)同時(shí)發(fā)光來達(dá)到整面發(fā)光的效果。這些小發(fā)光點(diǎn)可以全部并聯(lián)在一起也可以全部串聯(lián)在一起。小發(fā)光點(diǎn)全部并聯(lián)在一起的優(yōu)點(diǎn)是容易制備，即采用常用的光刻以及陰極隔離柱制備方法就能達(dá)到，缺點(diǎn)就是所有的小發(fā)光點(diǎn)中只要有一個小發(fā)光點(diǎn)短路將會導(dǎo)致整個器件失效。小發(fā)光點(diǎn)全部串聯(lián)在一起的優(yōu)點(diǎn)是所有的小發(fā)光點(diǎn)中某一個或者幾個小發(fā)光點(diǎn)短路不會影響整個器件發(fā)光,缺點(diǎn)就是要實(shí)現(xiàn)這種制備方法工藝上存在很大困難。具有相同有效發(fā)光面積的點(diǎn)陣式發(fā)光器件發(fā)光總體性能高于整面式發(fā)光器件。

　　清華大學(xué)邱勇團(tuán)隊(duì)申請的專利液晶顯示器及其背光源，就是采用點(diǎn)陣式OLED背光源。其像素設(shè)置為與<