OLED显示原理调研

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1、OLED显示原理一、简介OLED（ Organic Light-Emitting Diode, 有机发光二极管）是指有机半导体材料 和发光材料在电场的作用下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。其原理是用 ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极， 在一定电场作用下， 电子和空 穴分别从阳极和阴极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传 输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐 射弛豫而发出可见光。OLEI与 LC最大的不同在于，LC取术可以简单的理解为，外界施加电压使液晶 如闸门般地阻隔背光或让背光穿透，进而将光线投射在不同颜色的彩色滤

2、光片中形 成图像。而OLE是通过电流驱动有机薄膜本身来发光的，发的光可为红、绿、蓝、 白等单色，同样也可以达到全彩的效果。优点：1. 厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻；2固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔；3 .几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真；4.响应时间是LCD勺千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象； 5.低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCDW无法做到;6制造工艺简单，成本更低； 7.发光效率更高，能耗比LCD要低；8能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。缺点：1. 寿命通常只有500

3、0小时，要低于LCD至少1万小时的寿命；2. 不能实现大尺寸屏幕的量产，因此目前只适用于便携类的数码类产品；3. 存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩。二、基本结构与发光原理OLED的基本结构如图1所示。它由以下各部分组成：基层（ 透明塑料，玻璃，金属箔 ） 基层用来支撑整个 OLED。1 阳极（ 透明） 阳极在电流流过设备时消除电子 （增加电子“空穴” ）。2 有机层有机层由有机物分子或有机聚合物构成。3 导电层该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”。可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。4 发射层该层由有机塑料分子 （不同于导电层 ） 构成，这些分子传输从

4、阴极而来 的电子 ; 发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射层聚合物5阴极（可以是透明的，也可以不透明，视 OLED类型而定）一一当设备内有电流流 通时，阴极会将电子注入电路。图 1 OLED 基本结构如图2所示，OLE啲发光过程通常由以下5个阶段完成。1在外加电场的作用下载流子的注入：电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极 之间的有机功能薄膜注入。2载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁 移。3载流子的复合：电子和空穴复合产生激子。4激子的迁移：激子在电场的作用下迁移，能量传递给发光分子，并激发电子从 基态跃迁到激发态。5电致发光：激发态能量通过辐射跃迁，产生光

5、子，释放出能量。图2OLE啲发光过程目前在OLE全彩显示器技术方面，实现彩色化的方法主要有3种：独立发光材料法，光色转换法以及彩色滤光薄膜法。独立发光材料法：如图 3所示，是以红绿蓝三色为独立发光材料进行发光，是目 前OLE彩色化最常用的工艺方法。图3独立发光材料法图4光色转换法光色转换法：如图 4所示，主要利用蓝光为发光源，经由光色转换薄膜将蓝光分 别转换成红光或绿蓝光进而实现红绿蓝三色光。彩色滤光膜法：如图5所示，有些类似LCD,采用白色光源透过类似LCD勺彩色滤 光片来达到全彩的效果。图 5彩色滤光膜法三、电路驱动根据驱动电路与基板的关系，OLED分为有源驱动和无源驱动有机发光显示器两大

6、类。对于无源驱动 有机发光显示器，基板周边需要外接驱动电路的有机发光显示 器。显示基板上的显示区域仅仅是发光像素（电极，各功能层） ，所有的驱动和控 制功能由集成IC完成，（IC可以置于在基板外或者基板上非显示区域）。无源矩阵的 驱动方式为多路动态驱动，这种驱动方式受扫描电极数的限制，占空比系数是无源 驱动的重要参数。对于有源驱动 有机发光显示器：外围驱动电路和显示阵列集成在同一基板上的 有机发光显示器。在显示基板上的显示区域内，每个像素至少配备两个薄膜晶体管 和一个电荷存储电容，用于保证扫描寻址时，扫描一场的周期内，每个像素的发光 与否的状态不变。静态驱动 ：如图 6所示，各有机电致发光像素

7、的相同电极（比如阴极）是连在一 起引出的，各像素的另一电极（比如阳极）是分立引出的。分立电极上施加的电压 决定对应像素是否发光，在一幅图像的显示周期中，像素发光与否的状态是不变 的。动态驱动：如图7所示，显示屏上像素的两个电极做成了矩阵型结构，即水平一 组显示像素的同一性质的电极是共用的，纵向一组显示像素的相同性质的另一电极 是共用的。如果像素可分为 N亍M列，就可以有Nt行电极和M个列电极，我们分别把 它们称为行电极和列电极。为了点亮整屏像素，将采取逐行点亮或者逐列点亮，点 亮整屏像素时间小于人眼视觉暂留极限 20mS勺方法。图7动态驱动图6静态驱动有源矩阵的驱动方式属于静态驱动方式，有源矩

8、阵OLE具有存储效应，可进行 100%负载驱动，这种驱动不受扫描电极数的限制，可以对各像素独立进行选择性调 节。有源矩阵可以实现高亮度和高分辨率。？无源矩阵由于有占空比的问题，非选择时显示很快消失，为了达到显示屏一定的亮度，扫描时每列的亮度应为屏的平均亮度乘以列数。如64列时,?平均亮度为100cd/m2,?则1列的亮度应为6400cd/m2。随着列数的增加，每列的亮度必须相应增加，相应的必须提高驱动电流密度。由此可以看出，无源矩阵难以实现高亮度和高分辨率。？有源矩阵无占空比问题，驱动不受扫描电极数的限制，易于实现高亮度和高分辨率。有源驱动还具有其他许多优点，例如提咼了发光亮度、减少了电极引线

9、的功耗、提咼了均匀性和寿命，使大面积咼 分辨率显示成为可能图 8 单个像素的双管驱动电路对于OLED区动控制系统的实现，关键技术在于 数据的写入和扫描控制，如图8所 示为单个像素的双管驱动电路。一个 TFT用来寻址，另一个是电流调制晶体管，用 来为OLE提供电流。为防止OLE开启电压的变化导致电流变化，使用的是P沟器件，这样OLE处于驱动TFT的漏端，源电压与有机层上的电压无关。Data Line 与寻址TFT的源级相连，Sean Line使地址TFT选通，数据线上的内容通过漏级写入到 存储电容CSk，并以电荷的形式暂存。当 Power Line为高电平时，驱动TFT的源级 为高电平，同时CS

10、k的电荷将选通驱动TFT，其漏电流流过OLE显示器件，驱动其 发光。数据线电平的高低决定了像素的亮暗。四、灰阶显示OLED灰度调制从原理上讲，可分为三类：幅值调制法，时间调制法，空间调制 法。幅值调制法：OLED是一种电流驱动器件，亮度正比于电流密度。当发光面积为 常数时，亮度正比于电流。通过调制电流幅值来实现灰度显示。为了空间调制法 ：如图 9 所示， 其基本原理是把每个像素分成为若干个子像素， 那么 每个像素的灰度将由子像素被点亮的数目来决定。按照这种方法，具体的实现方式 为，将 OLED 显示屏上的一个显示单元定义成许多子单元的集合，这些子单元是可 独立控制的；当该单元中不同数量的子单元

11、被选通时，将获得相应灰度等级；由不 同数量的子像素的选通组合而组成的显示像素，就会显示出不同的灰度级别。这种方法是用降低分辨率和增加微细加工的成本来换取一定的灰度级别的， 保持原有的分辨率，必须在原有的子像素基础上，对子像素再次进行分割加工起来 必将十分困难。图9空间调制法时间调制法：在较短的时间范围内，人眼对亮度的感觉取决于发光物体的发光 强度和发光体点亮的时间，即点亮的时间越长，人眼对发光强度的感觉也就越强， 呈现出类似于积分的效果。是常用的灰度显示方案之一，主要有脉宽调制法、子分 场调制法。脉宽调制法：脉宽调制法是把行扫描周期分段，例如为实现16级灰度级显示，可以行扫描周期再把分解成 1

12、6个子段。在各个子段上，由列电极按一定的时 间比例加上导通/断幵的电压。当全部子段上都加上导通电压时，该单元即处于选 通状态，从而具有最高等级的亮度；反之，当全部都加上断幵电压时，该单元即处 于非选通状态，从而具有最低等级的亮度；而当一部分子段处于导通状态、另一部 分子段处于断幵状态时，根据断幵和导通时间的长短，就可以实现不同的灰度显 示。这样，在每个子段的时间都是很小的时候，从而实现高灰度级的显示。其缺点 是时序关系复杂，电路幵销大，且受到OLED显示器不能响应过窄的脉冲宽度值的限制。子分场调制法：子分场调制法也是一种时间灰度调制的方式。如前所述，在一定的时间范围内，点亮的时间越长，人眼对发光强度的感觉也就越强。子分场调制技术就是利用人眼视觉上的这种暂留特性，将OLED的点亮时间分成若干个子分 场，利用点亮的时间不同来区分亮度，以实现灰度级显示将OLED的发光单元只当作“熄灭”和“发光”两种状态，将一帧内的输入信号 的显示时间按1 : 2： 4： 8的比例分成若干个子分场，利用子分场的组合就可以 得到任意级别的灰度显示所对应的像素点亮时间，以此来实现OLED勺灰度级显示。对于全彩色 OLED显示屏，只需将RGBE色像素以各自的方式驱动，然后在屏 上进行合成即可。