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OLED的结构以及发光原理

基本结构

目前OLED分小分子和高分子两种类型。以染料或颜料为材料的小分子OEL器件一般称为OLED,而以共轭性高分子为材料的0EL器件则被称为PLED(Polymer Light Emiting Displayor Diode)。

无论是小分子 OLED还是高分子OLED(即 PLED),都利用一个薄而透明的、具有导电性质的钢锡氧化物(ITO)为阳极,如同三明治结构,有机发光材料层被阳极和金属阴极夹在中间。小分子 OLED的有机薄膜(发光层)为多层结构,即空穴传输层(HTL)、发光层(EL)及电子传输层(ETL),如图1所示;PLED的有机薄膜为单层结构,如图2。

 

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(图1)





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(图2)


发光原理

在一定的电压驱动下,OLED的阴极产生的电子和阳极产生的空穴分别注入到发光层(对小分子 OLED来说,电子和空穴先分别注人到电子和空穴传输层,再经过电子和空穴传输层迁移到发光层),在发光层中电子和空穴相遇而复合,由于发生能带跃变而发出可见光。辐射光可透过玻璃(或塑料)基板从ITO透明阳极一侧观察到,光亮的金属板阴极同时起反射镜作用。发光层材料成分不同、所发出光的颜色也就不同,因此通过选择不同的发光材料,可获得红、蓝、绿光,实现全彩显示。

 

OLED的发光过程可概括为以下4个步骤。

(1)载流子的注人(电子和空穴分别从阴极和阳极注入)。

(2)载流子的传输(注人的电子和空穴传输到发光层)。

(3)载流子复合与激子的形成。

(4)激子衰减而发出光子

 

OLED的实际结构非常简单:首先是在玻璃或透明塑料基板上蒸镀一层透明的ITO阳极上面覆盖上增加稳定性的钝化层;在钝化层上面就是P型和N型有机半导体材料(电子、空穴传输层),它们的接触面就是有机发光层;最顶部是镁银合金阴极。这些涂层都是热蒸镀到基板上的,厚度非常小,仅为100-150nm,小于一根头发丝的1%,而传统LED的厚度至少在微米级。只要在OLED的两个电极之间加上2~10V的直流电压,这种有机PN结就可以发出比较明亮的光。目前OLED发出的绿光亮度比较高,达7~10lm/W,与白炽灯泡相差无几。

 

OLED 色化的实现

显示器全彩色是检验显示器在市场上是否具有竞争力的重要标志,因此许多全彩色化技术也应用到了 OLED显示器上。按面板的类型通常有下面3种:RGB像素独立发光、光色转换(Color Conversion)和彩色滤光膜(Color Filter Layer)。

 

   1.RGB像素独立发光(RGB三基色发光法)利用发光材料独立发光是目前采用最多的彩色模式。

      它是利用精密的金属荫罩与CCD像素对位技术,首先制备红、绿、蓝三基色发光中心,然后调节3种颜色组合的混色比,产生真彩色,使三色OLED元件独立发光构成一个像素。该项技术的关键在于提高发光材料的色纯度和发光效率,同时金属荫罩刻蚀技术也至关重要。

随着OLED显示器的彩色化、高分辨率和大面积化,金属荫罩刻蚀技术直接影响着显示板画面的质量,所以对金属荫罩图形的尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。


2.光色转换法

      光色转换是以蓝光OLED结合光色转换膜阵列的方法,首先制备发蓝光OLED的器件,然后利用其蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光,从而获得全彩色。该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效率。这种技术不需要金属荫罩对位技术,只需蒸镀蓝光OLED元件,是未来大尺寸全彩色OLED显示器极具潜力的全彩色化技术之一。但它的缺点是光色转换材料容易吸收环境中的蓝光,造成图像对比度下降,同时光导也会造成画面质量降低。

目前掌握此技术的日本出光兴产公司已生产出10英寸的 OLED 显示器。

 

   3.彩色滤光膜法

  此种技术利用白光 OLED结合彩色滤光膜,首先制备发白光OLED的器件,然后通过彩色滤光膜得到三基色,再组合三基色实现彩色显示。该项技术的关键在于获得高效率和高纯度的白光。它的制作过程不需要金属荫罩对位技术,可采用成熟的LCD的彩色滤光膜制作技术,所以是未来大尺寸全彩色OLED显示器具有潜力的全彩色化技术之一。但采用此技术,透过彩色滤光膜所造成的光损失高达2/3。目前日本TDK公司和美国柯达公司都采用这种方法制作OLED显示器。

RGB像素独立发光、光色转换和彩色滤光膜3种制造OLED显示器的全彩色化技术各有优缺点。

 

以下表格列示了OLED实现彩色化的3种方法的比较。

方法

三基色发光法

彩色滤光膜法

光色转换法

色纯度

发光效率

一般

尺寸

一般

可大尺寸

可大尺寸

精细度

一般

成本

中等



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128x64 2.4 英寸单色显示屏蓝色 OLED 图形 OLED 模组 SSD1309

?型号: HTM-OLED2.42-SPI-B

?尺寸:对角线2.42英寸

image.png?显示格式:128x64像素

?显示器类型:图形OLED模块

?显示颜色:单色蓝色

?外观(mm):72x43x7.02

?AA(mm):55.01x27.49

?电源电压:3.3V

?接口:SPI

?背光亮度:90cd/m2

?兼容性:Arduino

?控制器型号:SSD1309

?工作温度:-40°C~80°C

?储存温度:-40°C~90°C

?新功能:EMI屏蔽

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1.5 英寸 128x128 黄色图形 OLED 模块单色显示屏 SH1107

?型号: HTM-OLED 1.5-SPI-Y

?尺寸:1.50 英寸对角线

image.png?显示格式:128x128 像素

?显示类型:图形OLED模块

?显示颜色:单色黄

?外形(mm):33.9x37.3x1.44

?AA(毫米):26.855x26.855

?电源电压:3.3V

?接口:SPI

?背光亮度:100cd/m2

?兼容性:Arduino

?控制器型号:SH1107

? 工作温度:-40°C ~ 85°C

? 储存温度:-40°C ~ 90°C

? 新增功能:EMI 屏蔽

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1.3英寸128x64蓝色图形OLED模块单色显示器SSD1306

image.png? 型号: HTM-OLED1.30-SPI-B

? 尺寸:1.30 英寸对角线

? 显示格式:128x64 像素

? 显示类型:图形OLED模块

? 显示颜色:单色蓝色

? 外形(mm):35.4x33.5x5.0

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? 电源电压:3.3V

? 接口:SPI

? 兼容性:Arduino及类似开发板

? 控制器型号:SSD1306/SH1106

? 工作温度:-40°C ~ 85°C

? 储存温度:-40°C ~ 90°C

? 特殊功能:EMI 屏蔽

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0.66 英寸 64x48 白色图形 OLED 单色显示屏 SSD1315

image.png? 型号: OLED-H066-SPI-W

? 尺寸:0.66 英寸对角线

? 显示格式:64x48 像素

? 显示类型:图形OLED

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? 外形(mm):16.42x16.9x1.25

? AA(毫米):13.42x10.06

? 电源电压:3.3V

? 背光亮度:190cd/m2

? 接口:8位8080并行、4线SPI、I2C

? 兼容性:Arduino及类似开发板

? 控制器类型:SSD1315

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? 储存温度:-40°C ~ 85°C

? 新增功能:EMI 屏蔽

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