OLED發光原理和OLED面板結構及OLED關鍵技術深度圖文解析

作者: 51Touch     時間:2018-08-28     源于:傳感器技術    總點擊:
【導讀】:OLED的原文是Organic Light Emitting Diode,中文意思就是“有機發光顯示技術”。其原理是在兩電極之間夾上有機發光層,當正負極電子在此有機材料中相遇時就會發光,其組件結構比目前流行的TFT LCD簡單,生產成本只有TFT LCD的三到四成左右。

深度解析OLED結構及發光原理關鍵技術。OLED的原文是Organic Light Emitting Diode,中文意思就是“有機發光顯示技術”。其原理是在兩電極之間夾上有機發光層,當正負極電子在此有機材料中相遇時就會發光,其組件結構比目前流行的TFT LCD簡單,生產成本只有TFT LCD的三到四成左右。除了生產成本便宜之外,OLED還有許多優勢,比如自身發光的特性,目前LCD都需要背光模塊(在液晶后面加燈管),但OLED通電之后就會自己發光,可以省掉燈管的重量體積及耗電量(燈管耗電量幾乎占整個液晶屏幕的一半),不僅讓產品厚度只剩兩厘米左右,操作電壓更低到2至10伏特,加上OLED的反應時間(小于10ms)及色彩都比TFT LCD出色,更有可彎曲的特性,讓它的應用范圍極廣。

OLED結構及發光原理

OLED的基本結構是在銦錫氧化物(ITO)玻璃上制作一層幾十納米厚的有機發光材料作發光層,發光層上方有一層低功函數的金屬電極,構成如三明治的結構。

OLED的基本結構主要包括: 

基板(透明塑料、玻璃、金屬箔)——基層用來支撐整個OLED。

陽極(透明)——陽極在電流流過設備時消除電子(增加電子“空穴”)。

空穴傳輸層——該層由有機材料分子構成,這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”。

發光層——該層由有機材料分子(不同于導電層)構成,發光過程在這一層進行。

電子傳輸層——該層由有機材料分子構成,這些分子傳輸由陰極而來的“電子”。

陰極(可以是透明的,也可以不透明,視OLED類型而定)——當設備內有電流流通時,陰極會將電子注入電路。

OLED是雙注入型發光器件,在外界電壓的驅動下,由電極注入的電子和空穴在發光層中復合形成處于束縛能級的電子空穴對即激子,激子輻射退激發發出光子,產生可見光。為增強電子和空穴的注入和傳輸能力,通常在ITO與發光層之間增加一層空穴傳輸層,在發光層與金屬電極之間增加一層電子傳輸層,從而提高發光性能。其中,空穴由陽極注入,電子由陰極注入。空穴在有機材料的最高占據分子軌道(HOMO)上跳躍傳輸,電子在有機材料的最低未占據分子軌道(LUMO)上跳躍傳輸。

OLED的發光過程通常有以下5個基本階段:

載流子注入:在外加電場作用下,電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能層注入。

載流子傳輸:注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發光層遷移。

載流子復合:電子和空穴注入到發光層后,由于庫倫力的作用束縛在一起形成電子空穴對,即激子。

激子遷移:由于電子和空穴傳輸的不平衡,激子的主要形成區域通常不會覆蓋整個發光層,因而會由于濃度梯度產生擴散遷移。

激子輻射退激發出光子:激子輻射躍遷,發出光子,釋放能量。

OLED發光的顏色取決于發光層有機分子的類型,在同一片OLED上放置幾種有機薄膜,就構成彩色顯示器。光的亮度或強度取決于發光材料的性能以及施加電流的大小,對同一OLED,電流越大,光的亮度就越高。

OLED的制造原理

OLED組件系由n型有機材料、p型有機材料、陰極金屬及陽極金屬所構成。電子(空穴)由陰極(陽極)注入,經過n型(p型)有機材料傳導至發光層(一般為n型材料),經由再結合而放光。一般而言,OLED元件制作的玻璃基板上先濺鍍ITO作為陽極,再以真空熱蒸鍍之方式,依序鍍上p型和n型有機材料,及低功函數之金屬陰極。由于有機材料易與水氣或氧氣作用,產生暗點(Dark spot)而使元件不發亮。因此此元件于真空鍍膜完畢后,必須于無水氣及氧氣之環境下進行封裝工藝。

在陰極金屬與陽極ITO之間,目前廣為應用的元件結構一般而言可分為5層。如圖所示,從靠近ITO側依序為:空穴注入層、空穴傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層。

而至于電子傳輸層,系為n型之有機材料,其特性為具有較高之電子遷移率,當電子由電子傳輸層至空穴電子傳輸層介面時,由于電子傳輸層之最低非占據分子軌域較空穴傳輸層之LUMO高出甚多,電子不易跨越此一能障進入空穴傳輸層,遂被阻擋于此介面。此時空穴由空穴傳輸層傳至介面附近與電子再結合而產生激子(Exciton),而Exciton會以放光及非放光之形式進行能量釋放。以一般螢光材料系統而言,由選擇率之計算僅得25%之電子空穴對系以放光之形式做再結合,其余75%之能量則以放熱之形式散逸。近年來,正積極被開發磷光材料成為新一代的OLED材料,此類材料可打破選擇率之限制,以提高內部量子效率至接近100%。

在兩層元件中,n型有機材料-即電子傳輸層-亦同時被當作發光層,其發光波長系由HOMO及LUMO之能量差所決定。然而,好的電子傳輸層-即電子遷移率高之材料-并不一定為放光效率佳之材料,因此目前一般之做法,系將高螢光度的有機色料,摻雜(Doped)于電子傳輸層中靠近空穴傳輸層之部分,又稱為發光層,其體積比約為1%至3%。摻雜技術開發系用于增強原材料之螢光量子吸收率的重點技術,一般所選擇的材料為螢光量子吸收率高的染料。

陰極之金屬材料,傳統上系使用低功函數之金屬材料(或合金),如鎂合金,以利電子由陰極注入至電子傳輸層,此外一種普遍之做法,系導入一層電子注入層,其構成為一極薄之低功函數金屬鹵化物或氧化物,如LiF或Li2O,此可大幅降低陰極與電子傳輸層之能障,降低驅動電壓。

由于空穴傳輸層材料之HOMO值與ITO仍有差距,此外ITO陽極在長時間操作后,有可能釋放出氧氣,并破壞有機層產生暗點。故在ITO及空穴傳輸層之間,插入一空穴注入層,其HOMO值恰介于ITO及空穴傳輸層之間,有利于空穴注入OLED元件,且其薄膜之特性可阻隔ITO中之氧氣進入OLED元件,以延長元件壽命。

OLED的制備工藝

OLED因其構造簡單,所以生產流程不像LCD制造程序那樣繁復。但由于現今OLED制程設備還在不斷改良階段,并沒有統一標準的量產技術,而主動與被動驅動以及全彩化方法的不同都會影響OLED的制程和機組的設計。但是,整個生產過程需要潔凈的環境和配套的工藝和設備。改善器件的性能不僅要從構成器件的基礎,即材料的化學結構入手,提高材料性能和豐富材料的種類;還要深入了解器件的物理過程和內部的物理機制,有針對性地改進器件的結構以提高器件的性能。兩者相輔相成,不斷推進OLED技術的發展。

ITO基板預處理工藝

首先需要準備導電性能好和透射率高的導電玻璃,通常使用ITO玻璃。高性能的ITO玻璃加工工藝比較復雜,市面上可以直接買到。ITO作為電極,需要特定的形狀、尺寸和圖案來滿足器件設計的要求,可委托廠家按要求進行切割和通過光刻形成圖案,也可在實驗室自己進行ITO玻璃的刻蝕,得到所需的基片和電極圖形。基片表面的平整度、清潔度都會影響有機薄膜材料的生長情況和OLED性能,必須對ITO表面進行嚴格清洗。

常用的ITO薄膜表面預處理方法為:化學方法(酸堿處理)和物理方法(O2等離子體處理、惰性氣體濺射)。

酸堿處理

固體表面的結構和組成都與內部不同,處于表面的原子或離子表現為配位上的不飽和性,這是由于形成固體表面時被切斷的化學鍵造成的。

正是由于這一原因,固體表面極易吸附外來原子,使表面產生污染。因環境空氣中存在大量水份,所以水是固體表面最常見的污染物。

由于金屬氧化物表面被切斷的化學鍵為離子鍵或強極性鍵,易與極性很強的水分子結合,因此,絕大多數金屬氧化物的清潔表面,都是被水吸附污染了的。

在多數情況下,水在金屬氧化物表面最終解離吸附生成OH-及H+,其吸附中心分別為表面金屬離子以及氧離子。

根據酸堿理論,M+是酸中心,O-是堿中心,此時水解離吸附是在一對酸堿中心進行的。

在對ITO表面的水進行解離之后,再使用酸堿處理ITO金屬氧化物表面時,酸中的H+、堿中的OH-分別被堿中心和酸中心吸附,形成一層偶極層,因而改變了ITO表面的功函數。

等離子體處理

等離子體的作用通常是改變表面粗糙度和提高功函數。研究發現,等離子作用對表面粗糙度的影響不大,只能使ITO的均方根粗糙度從1.8nm降到1.6nm,但對功函數的影響卻較大。用等離子體處理提高功函數的方法也不盡相同。

氧等離子處理是通過補充ITO表面的氧空位來提高表面氧含量的。

操作方法為:將ITO基片依次在清洗液、去離子水、乙醇和丙酮的混合液、去離子水超聲清洗以除去基片表面物理吸附和化學吸附的污染物,然后將清洗干凈的基片放到潔凈工作臺內,烘烤或者用高速噴出的氮氣吹干ITO表面,最后對ITO表面進行氧等離子體轟擊或者紫外臭氧處理。ITO玻璃的預處理有利于除去ITO表面可能的污染物,提高ITO表面的功函數,減小ITO電極到有機功能材料的空穴注入勢壘。

成膜技術

制備OLED材料包括有機小分子、高分子聚合物、金屬及合金等。大部分有機小分子薄膜通過真空熱蒸鍍來制備,可溶性有機小分子和聚合物薄膜可通過更為簡單、快速和低成本的溶液法制備,先后開發出了旋涂法、噴涂法、絲網印刷、激光轉印等技術。金屬及合金薄膜通常采用真空熱蒸鍍來制備,為了實現全溶液法制備OLED,也開發了基于液態金屬如導電銀漿刷涂的溶液制備方法。

真空熱蒸鍍

傳統熱蒸鍍的真空度大致在10-4 Pa以上,真空度越高,形成薄膜的缺陷越少,膜中材料純度越高。有機材料在真空下加熱,依材料特性不同,有些材料會先液化再氣化,有些則直接升華,然后以一定的初始速度脫離材料表面向外飛散,運動到ITO表面,冷卻沉積下來形成一層薄膜。如果真空度低于10-4 Pa,真空腔內充斥著水分子、氧分子和其他雜質氣體在蒸發過程中與有機小分子材料相互碰撞,將嚴重降低成膜質量,甚至使器件性能降低乃至失效。在OLED研究初期,一般使用機械泵、分子泵聯動的兩級抽真空系統保證高真空度。近年來,在分子泵之后用濺射離子泵可抽到超高真空來制備高性能OLED。檢測腔體真空度的設備有兩種:用于測量0.1 Pa以下低真空的熱傳導真空規,即熱偶規和電阻規,用于測量0.1 Pa以上高真空的電離規。功能層的厚度用振蕩晶片檢測,有機材料的蒸鍍速率一般為0.5~2 Å/s;金屬的蒸鍍速率一般為2~5 Å/s,厚度為80~100 nm。

旋轉涂覆

制備有機小分子OLED,蒸鍍小分子和金屬需要采用真空熱蒸鍍技術,設備的成本高、維護復雜。有機聚合物的分子量較大且加熱時容易分解,因而須采用溶液法制備聚合物薄膜,成本相對較低,且成膜過程簡單、快速、薄膜均勻、致密。旋轉涂覆法是預先將基片吸附在旋涂儀的旋轉臺上,然后將預先配制好的溶液滴在基片中央局部或覆蓋整個基片,通過基片高速旋轉產生的離心力將大部分溶液甩出基片,由于溶液與基片的摩擦力以及溶液本身的黏度,在基片上留下一層薄膜。旋轉成膜的厚度主要取決于溶液的濃度、黏度,溶劑的揮發速度,以及旋轉速度、旋轉時間。溶劑的性質,如沸點、極性等,對聚合物薄膜的形貌有很大影響。旋涂法具備溶液法成膜的優勢,但大量的溶液在旋涂的過程中被甩出基片外浪費了,不太適合大面積器件,無法實現全彩顯示,因而該技術在大規模量產中并不適用。

噴墨打印

與旋涂相比,噴墨打印技術大大減少了材料的浪費,并能實現圖案化、全彩打印,適用于制備大面積器件。例如卷對卷(roll-to-roll, R2R)噴墨印刷設備可以不受基片尺寸的限制,實現大面積器件的制備。噴墨打印是一種非接觸、無壓力、無印版的印刷技術,預先將各種不同的功能材料制成墨水灌裝到墨盒,通過計算機將圖文信息轉化為數字脈沖信號,然后控制噴嘴移動和墨滴形成,并利用外力將墨滴擠出,墨滴噴射沉積到相應位置形成所需圖案,實現精確、定量、定位沉積,完成最終的印制品。噴墨打印技術的關鍵有墨水的研制、打印頭與打印系統的設計、溶劑揮發控制等。其中,高分子聚合物墨水的研制最為重要,因為噴出液滴的均勻性主要取決于墨水的物理特性,如適當的黏性和表面張力。通過噴墨打印技術,可將PLED平板顯示器帶入大尺寸領域。

激光熱轉印

激光熱轉印是一種全彩色AMOLED像素圖形制備技術,具有精度高、分辨率高、可靠性好、轉印的薄膜厚度均勻、可實現多層薄膜轉移、適用于大尺寸基板的優勢,是制備高分辨率、大尺寸、全彩色AMOLED的理想方法。激光熱轉印技術制備AMOLED,是通過一套供體膠片、一組高精度激光成像系統和一副襯底完成。具體過程包括:首先將熱轉印的供體壓在襯底上,供體與襯底受體表面必須緊密接觸;然后用激光對供體的成像模板曝光,使成像圖案從供體與受體接觸的表面向受體傳輸層釋放,最終附著在受體的表面傳輸層上;最后將供體剝離,完成曝光區域內的高分辨率條紋的印制。大環境下進行的激光熱轉印技術制備的OLED的效率和色純度可與真空熱蒸鍍的小分子OLED相媲美。

陰極工藝

傳統的陰極制備方法是將固體塊狀、條狀或絲狀銀、鎂、鋁等金屬通過真空熱蒸鍍搭配金屬掩膜板得到所需薄膜圖形。近年來,由于制備工藝簡單、設備成本低,快速發展的濕法制備技術正不斷向產業化方向的大規模生產邁進。要實現全濕法制備OLED,陰極的濕法制備工藝需要緊跟有機功能層濕法制備的發展步伐。經過配置墨水、成膜和后處理得到的陰極導電率正逐步逼近真空蒸鍍陰極的水平。其中,銀納米顆粒是濕法制備電極的研究熱點。

封裝技術

提高OLED的壽命達到商業化水平是實現OLED產業化發展的關鍵問題之一,而水氧和灰塵接觸電極甚至有機層會導致OLED的電極出現氣泡,工作狀態下發光區域出現黑斑,加速器件老化,降低OLED的穩定性。通過器件封裝隔絕水氧和灰塵是提高OLED壽命的有效途徑。目前常用的封裝技術有玻璃或金屬蓋板封裝、薄膜封裝、銦封接、熔塊熔接密封等。傳統的蓋板封裝是在充滿惰性氣體的手套箱內,用環氧樹脂紫外固化膠將玻璃基板和玻璃或金屬蓋板粘接,從而將夾在蓋板、基板間的有機層和電極密封,隔絕外界大氣中的氧氣、水汽和灰塵。為了防止密封環境中仍殘留少量水氧,可提前加入干燥劑。薄膜封裝是采用一定的薄膜沉積技術制備保護層來替代蓋板加密封膠的組合。目前薄膜封裝包括無機薄膜封裝、有機薄膜封裝以及有機/無機交替的復合薄膜封裝等。銦封接是電真空器件工業中常用的一種軟金屬真空封接方法,主要用于連接玻璃、陶瓷等材料來完成對器件的密封。銦具有熔點低、塑性好等特點,使銦封接具有許多優勢,如封接溫度低、兼容性好、封接應力小、精度高等。目前銦封接應用于OLED的封接還處于探索階段。熔塊熔接密封在OLED的封接中得到越來越廣泛的應用,是在底層基板上制作OLED像素陣列,在頂層基板上制作面積相當的不透明的熔塊層,隨后將頂層基板和底層基板面對面放置,中間留有空隙,最后用激光或紅外射線通過掩膜板定點照射熔塊密封部件,使其熔融連接熔塊層和底層基板,同時環狀包圍電致發光陣列。熔塊密封部件再固化后與熔塊層以及底層基板形成密封區域,將其中的發光陣列保護。

OLED的彩色化技術

顯示器全彩色是檢驗顯示器是否在市場上具有競爭力的重要標志,因此許多全彩色化技術也應用到了OLED顯示器上,按面板的類型通常有下面三種:RGB象素獨立發光,光色轉換(Color Conversion)和彩色濾光膜(Color Filter)。

RGB象素獨立發光

利用發光材料獨立發光是目前采用最多的彩色模式。它是利用精密的金屬蔭罩與CCD象素對位技術,首先制備紅、綠、藍三基色發光中心,然后調節三種顏色組合的混色比,產生真彩色,使三色OLED元件獨立發光構成一個象素。該項技術的關鍵在于提高發光材料的色純度和發光效率,同時金屬蔭罩刻蝕技術也至關重要。

目前,有機小分子發光材料AlQ3是很好的綠光發光小分一于材料,它的綠光色純度,發光效率和穩定性都很好。但OLED最好的紅光發光小分子材料的發光效率只有31m/W,壽命1萬小時,藍色發光小分子材料的發展也是很慢和很困難的。有機小分子發光材料面臨的最大瓶頸在于紅色和藍色材料的純度、效率與壽命。但人們通過給主體發光材料摻雜,已得到了色純度、發光效率和穩定性都比較好的藍光和紅光。

高分子發光材料的優點是可以通過化學修飾調節其發光波長,現已得到了從藍到綠到紅的覆蓋整個可見光范圍的各種顏色,但其壽命只有小分子發光材料的十分之一,所以對高分子聚合物,發光材料的發光效率和壽命都有待提高。不斷地開發出性能優良的發光材料應該是材料開發工作者的一項艱巨而長期的課題。

隨著OLED顯示器的彩色化、高分辨率和大面積化,金屬蔭罩刻蝕技術直接影響著顯示板畫面的質量,所以對金屬蔭罩圖形尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。

光色轉換

光色轉換是以藍光OLED結合光色轉換膜陣列,首先制備發藍光OLED的器件,然后利用其藍光激發光色轉換材料得到紅光和綠光,從而獲得全彩色。該項技術的關鍵在于提高光色轉換材料的色純度及效率。這種技術不需要金屬蔭罩對位技術,只需蒸鍍藍光OLED元件,是未來大尺寸全彩色OLED顯示器極具潛力的全彩色化技術之一。但它的缺點是光色轉換材料容易吸收環境中的藍光,造成圖像對比度下降,同時光導也會造成畫面質量降低的問題。

彩色濾光膜

此種技術是利用白光OLED結合彩色濾光膜,首先制備發白光OLED的器件,然后通過彩色濾光膜得到三基色,再組合三基色實現彩色顯示。該項技術的關鍵在于獲得高效率和高純度的白光。它的制作過程不需要金屬蔭罩對位技術,可采用成熟的液晶顯示器LCD的彩色濾光膜制作技術。所以是未來大尺寸全彩色OLED顯示器具有潛力的全彩色化技術之一,但采用此技術使透過彩色濾光膜所造成光損失高達三分之二。

RGB象素獨立發光,光色轉換和彩色濾光膜三種制造OLED顯示器全彩色化技術,各有優缺點。可根據工藝結構及有機材料決定。

OLED蒸鍍技術

究竟什么是蒸鍍?這得從OLED的結構講起。典型結構是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的發光材料——也就是人們通常所說OLED屏幕像素自發光材料,發光層上方有一層金屬電極,電極加電壓,發光層產生光輻射;從陰陽兩級分別注入電子和空穴,被注入的電子和空穴在有機層傳輸,并在發光層復合,激發發光層分子產生單態激子,單態激子輻射衰減發光。

這解釋得有些復雜了,不過大致上就是你看到的紅綠藍三個次像素會自己發光就對了。當然了,具體到整塊面板,結構也就復雜很多,包括次像素間需要隔離柱、絕緣層之類。AMOLED則還有TFT backplane這種控制每個像素開關的東西。

這種復雜的結構,靠人手用小刀去微雕是不可能的。如果將這些結構付諸實現,就是制造工藝的問題了。OLED的制造工藝涉及到ITO玻璃洗凈、光刻處理之類的東西,都需要很高科技、我們一般人沒見過的技術去搞定,總之就是通過光刻就能在基板上形成電極圖案、ITO圖案、隔離柱圖案等等。

隨后的工藝部分,在OLED面板的制造上才顯得至關重要,即蒸鍍。真空腔室內,把ITO玻璃基板放置在可加熱的旋轉樣品托架上,然后放把火在下面燒坩堝(當然不是真的放把火),你看到的發光材料就這么蒸上去了。是的,紅綠藍三色燈泡(當然不是真的燈泡)就這么蒸上去了。

說得高大上一點,蒸鍍就是真空中通過電流加熱,電子束轟擊加熱和激光加熱等方法,使被蒸材料蒸發成原子或分子,它們隨即以較大的自由程作直線運動,碰撞基片表面而凝結,形成薄膜。

可以說,蒸鍍是OLED制造工藝的精華部分,而且不僅是發光材料,金屬電極等等之類也是這么蒸上去的。雖然我們把蒸鍍說得跟蒸饅頭一樣,但實際操作還是非常復雜的,比如如何控制像素區域,像素要怎么對齊,還有控制蒸上去的薄膜厚度,什么前處理、蒸鍍室的真空度等,都不是我們一般人可以參透的。除了蒸鍍之外,隨后還有點膠、封裝、老化、切割、測試等等過程。

實際上,蒸鍍也的確是OLED屏幕成本高的一個重要原因, LG就是因為買不到太多蒸鍍機,所以才沒有搞定iPhone 8訂單的。

OLED驅動技術

除了在制程工藝、設備、原材料及器件結構設計上進行優化改進以外,最重要的措施是需要在驅動方式及驅動電路設計上進行改善。

PMOLED驅動技術

無源驅動矩陣的像素由陰極和陽極單純基板構成,陽極和陰極的交叉部分可以發光,驅動用IC需要由TCP或COG等連接方式進行外裝。顯示基板上的顯示區域僅僅是發光象素(電極,各功能層),所有的驅動和控制功能由集成IC完成(IC 可以置于在基板外或者基板上非顯示區域),PMOLED面板電路如圖所示。無源驅動分為靜態驅動電路和動態驅動電路。

靜態驅動

各有機電致發光像素的相同電極(比如,陰極)是連在一起引出的,各像素的另一電極(比如,陽極)是分立引出的;分立電極上施加的電壓決定對應像素是否發光。在一幅圖象的顯示周期中,像素發光與否的狀態是不變的。若要一個像素發光只要讓恒流源的電壓與陰極的電壓之差大于像素發光值的前提下,像素將在恒流源的驅動下發光,若要一個像素不發光就將它的陽極接在一個負電壓上,就可將它反向截止。但是在圖像變化比較多時可能出現交叉效應,為了避免這一現象,必須采用交流驅動的形式。靜態驅動電路一般用于段式顯示屏的驅動上。

動態驅動

顯示屏上象素的兩個電極做成了矩陣型結構,即水平一組顯示像素的同一性質的電極是共用的,縱向一組顯示像素的相同性質的另一電極是共用的。如果象素可分為N行和M列,就可有N個行電極和M個列電極,我們分別把它們稱為行電極和列電極。 為了點亮整屏象素,將采取逐行點亮或者逐列點亮、點亮整屏象素時間小于人眼視覺暫留極限20 ms的方法,該方法對應的驅動方式就叫做動態驅動法。在實際電路驅動的過程中,要逐行點亮或者要逐列點亮像素,通常采用逐行掃描的方式,行掃描,列電極為數據電極。實現方式是:循環地給每行電極施加脈沖,同時所有列電極給出該行像素的驅動電流脈沖,從而實現一行所有像素的顯示。該行不再同一行或同一列的像素就加上反向電壓使其不顯示,以避免“交叉效應”,這種掃描是逐行順序進行的,掃描所有行所需時間叫做幀周期。

在一幀中每一行的選擇時間是均等的。假設一幀的掃描行數為N,掃描一幀的時間為1,那么一行所占有的選擇時間為一幀時間的1/N該值被稱為占空比系數。在同等電流下,掃描行數增多將使占空比下降,從而引起有機電致發光像素上的電流注入在一幀中的有效下降,降低了顯示質量。因此隨著顯示像素的增多,為了保證顯示質量,就需要適度地提高驅動電流或采用雙屏電極機構以提高占空比系數。

除了由于電極的共用形成交叉效應外,OLED顯示屏中像素發光的機理是正負電荷載流子復合形成發光,只要組成它們結構的任何一種功能膜是直接連接在一起的,那兩個發光像素之間就可能有相互串擾的現象,即一個像素發光,另一個像素也可能發出微弱的光。這種現象主要是因為有機功能薄膜厚度均勻性差,薄膜的橫向絕緣性差造成的。從驅動的角度,為了減緩這種不利的串擾,采取反向截止法也是一行之有效的方法。

帶灰度控制的顯示:顯示器的灰度等級是指黑白圖像由黑色到白色之間的亮度層次。灰度等級越多,圖像從黑到白的層次就越豐富,細節也就越清晰。灰度對于圖像顯示和彩色化都是一個非常重要的指標。一般用于有灰度顯示的屏多為點陣顯示屏,其驅動也多為動態驅動,實現灰度控制的幾種方法有:控制法、空間灰度調制、時間灰度調制。

AMOLED驅動技術

與PMOLED不同,AMOLED是在每一個像素單元布置了2個晶體管及1個電容(即2T1C),這是AMOLED最基本的像素驅動電路方式,考慮到亮度均勻性等性能補償,也可以設計更多的晶體管和電容。有源驅動的每個像素配備具有開關功能的薄膜晶體管,而且每個像素配備一個電荷存儲電容,外圍驅動電路和顯示陣列整個系統集成在同一玻璃基板上。有源矩陣的驅動電路藏于顯示屏內,更易于實現集成度和小型化。另外由于解決了外圍驅動電路與屏的連接問題,這在一定程度上提高了成品率和可靠性。有源驅動突出的特點是恒流驅動電路集成在顯示屏上,而且每一個發光像素對應其矩陣尋址用薄膜晶體管,驅動發光包含薄膜晶體管、電荷存儲電容等。

有源驅動屬于靜態驅動方式,具有存儲效應,可進行100%負載驅動,這種驅動不受掃描電極數的限制,可以對各像素獨立進行選擇性調節,無占空比問題,易于實現高亮度和高分辨率。有源驅動由于可以對低亮度的紅色和藍色像素獨立進行灰度調節驅動,這更有利于OLED彩色化實現。OLED顯示器件具有二極管特性,因此原則上為單向直流驅動。但是由于有機發光薄膜的厚度在納米量級,發光面積尺寸一般大于100微米,器件具有很明顯的電容特性,為了提高顯示器件的刷新頻率,對不發光的像素對應的電容進行快速放電。目前很多驅動電路采用正向恒流反向恒壓的驅動模式。

在實際產品中,各種影響AMOLED圖像質量的因素更復雜,有的是某一種因素起主導作用,有的可能是多種因素共同作用的結果,針對導致AMOLED圖像質量劣化的因素,業界研究了各種驅動補償技術及相應的補償電路,可大致分為電壓補償法、電流補償法、數字驅動補償法、外部補償法等。相對于工藝技術和設備技術改進AMOLED圖像質量劣化,采用電路改進的手段更為快捷。驅動補償技術是AMOLED驅動的關鍵和難點,也是AMOLED驅動相比TFT LCD驅動的特別之處。
 


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