OLED背光源技術研究進展

　　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，大量應用于電腦顯示器、電視機等顯示領域，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、壽命時間短、色域表現(xiàn)差、亮度調(diào)整范圍小、能耗大、響應時間長、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)設計新型的背光源新技術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現(xiàn)大幅度減少，同時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行主動調(diào)節(jié)，相比液晶電視有效節(jié)能可以達到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)即將進入由LED取代CCFL的革命時期。

　　有機白光OLED除了具有無機LED上述優(yōu)點以外，相較于無機LED，有機藍光可以輕易的獲得，并且只要在有機發(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，較易達到降低成品以與日光燈競爭之目標。由于OLED屬于面光源，相較于LED的點光源，更適合液晶顯示器的背光源，因此OLED有機會成為新時代液晶顯示器背光源的主角。

　　1　背光源技術概況

　　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)光源才能達到顯示效果，背光模塊即是提供LCD顯示器背面光源的關鍵組件。一個好的LCD器件背光源，一般應具有亮度高、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，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)容應該是黑色時CCFL還是處于點亮狀態(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，驅動電路復雜，背光整體結構復雜和制備成本高等不足。

　　2　OLED背光源關鍵技術及其進展

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

　　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背光源不需要導光板、散光板等導光、勻光輔助光學配件，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，進入了試驗性使用階段，世界上許多相關廠家已在制定生產(chǎn)LCD用的OLED背光源計劃。

　　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。

　　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中的有機功能層對水、氧氣非常敏感，易與滲入的水汽或氧氣反應形成不發(fā)光的黑點。另外，有機層別是空穴傳輸材料在室溫下也會發(fā)生結晶化，并隨著環(huán)境溫度的升高而加快，導致在較高溫度下有機發(fā)光器件的壽命大大縮短。所以，壽命是白色OLED光源實用化的一個重要指標。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下壽命達到70000 h的全熒光白光OLED器件。清華大學與北京維信諾開發(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、旋轉涂布法來沉積有機薄膜，但OLED膜厚通常只有100 nm左右，這樣制成的有機膜容易出現(xiàn)不致密不連續(xù)，難以實現(xiàn)較大面積OLED均勻發(fā)光，如何實現(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)，這勢必導致OLED背光源耗電量也比較大。

　　點陣式發(fā)光，就是制備很多相互間隙很小的小發(fā)光點，這些小發(fā)光點同時發(fā)光來達到整面發(fā)光的效果。這些小發(fā)光點可以全部并聯(lián)在一起也可以全部串聯(lián)在一起。小發(fā)光點全部并聯(lián)在一起的優(yōu)點是容易制備，即采用常用的光刻以及陰極隔離柱制備方法就能達到，缺點就是所有的小發(fā)光點中只要有一個小發(fā)光點短路將會導致整個器件失效。小發(fā)光點全部串聯(lián)在一起的優(yōu)點是所有的小發(fā)光點中某一個或者幾個小發(fā)光點短路不會影響整個器件發(fā)光,缺點就是要實現(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。

　　清華大學邱勇團隊申請的專利液晶顯示器及其背光源，就是采用點陣式OLED背光源。其像素設置為與<