1、OLED顯示原理一、簡介OLED（ Organic Light-Emitting Diode, 有機發光二極管）是指有機半導體材料 和發光材料在電場的作用下，通過載流子注入和復合導致發光的現象。其原理是用 ITO 透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極， 在一定電場作用下， 電子和空 穴分別從陽極和陰極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經過電子和空穴傳 輸層遷移到發光層，并在發光層中相遇，形成激子并使發光分子激發，后者經過輻 射弛豫而發出可見光。OLEI與 LC最大的不同在于，LC取術可以簡單的理解為，外界施加電壓使液晶 如閘門般地阻隔背光或讓背光穿透，進而將光線投射在不同顏色的彩色濾

2、光片中形 成圖像。而OLE是通過電流驅動有機薄膜本身來發光的，發的光可為紅、綠、藍、 白等單色，同樣也可以達到全彩的效果。優點：1. 厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，并且重量也更輕；2固態機構，沒有液體物質，因此抗震性能更好，不怕摔；3 .幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真；4.響應時間是LCD勺千分之一，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現象； 5.低溫特性好，在零下40度時仍能正常顯示，而LCDW無法做到;6制造工藝簡單，成本更低； 7.發光效率更高，能耗比LCD要低；8能夠在不同材質的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。缺點：1. 壽命通常只有500

3、0小時，要低于LCD至少1萬小時的壽命；2. 不能實現大尺寸屏幕的量產，因此目前只適用于便攜類的數碼類產品；3. 存在色彩純度不夠的問題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。二、基本結構與發光原理OLED的基本結構如圖1所示。它由以下各部分組成：基層（ 透明塑料，玻璃，金屬箔 ） 基層用來支撐整個 OLED。1 陽極（ 透明） 陽極在電流流過設備時消除電子 （增加電子“空穴” ）。2 有機層有機層由有機物分子或有機聚合物構成。3 導電層該層由有機塑料分子構成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”。可采用聚苯胺作為OLED的導電聚合物。4 發射層該層由有機塑料分子 （不同于導電層 ） 構成，這些分子傳輸從

4、陰極而來 的電子 ; 發光過程在這一層進行。可采用聚芴作為發射層聚合物5陰極（可以是透明的，也可以不透明，視 OLED類型而定）一一當設備內有電流流 通時，陰極會將電子注入電路。圖 1 OLED 基本結構如圖2所示，OLE啲發光過程通常由以下5個階段完成。1在外加電場的作用下載流子的注入：電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極 之間的有機功能薄膜注入。2載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發光層遷 移。3載流子的復合：電子和空穴復合產生激子。4激子的遷移：激子在電場的作用下遷移，能量傳遞給發光分子，并激發電子從 基態躍遷到激發態。5電致發光：激發態能量通過輻射躍遷，產生光

5、子，釋放出能量。圖2OLE啲發光過程目前在OLE全彩顯示器技術方面，實現彩色化的方法主要有3種：獨立發光材料法，光色轉換法以及彩色濾光薄膜法。獨立發光材料法：如圖 3所示，是以紅綠藍三色為獨立發光材料進行發光，是目 前OLE彩色化最常用的工藝方法。圖3獨立發光材料法圖4光色轉換法光色轉換法：如圖 4所示，主要利用藍光為發光源，經由光色轉換薄膜將藍光分 別轉換成紅光或綠藍光進而實現紅綠藍三色光。彩色濾光膜法：如圖5所示，有些類似LCD,采用白色光源透過類似LCD勺彩色濾 光片來達到全彩的效果。圖 5彩色濾光膜法三、電路驅動根據驅動電路與基板的關系，OLED分為有源驅動和無源驅動有機發光顯示器兩大

6、類。對于無源驅動 有機發光顯示器，基板周邊需要外接驅動電路的有機發光顯示 器。顯示基板上的顯示區域僅僅是發光像素（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）。無源矩陣的 驅動方式為多路動態驅動，這種驅動方式受掃描電極數的限制，占空比系數是無源 驅動的重要參數。對于有源驅動 有機發光顯示器：外圍驅動電路和顯示陣列集成在同一基板上的 有機發光顯示器。在顯示基板上的顯示區域內，每個像素至少配備兩個薄膜晶體管 和一個電荷存儲電容，用于保證掃描尋址時，掃描一場的周期內，每個像素的發光 與否的狀態不變。靜態驅動 ：如圖 6所示，各有機電致發光像素

7、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，在一幅圖像的顯示周期中，像素發光與否的狀態是不變 的。動態驅動：如圖7所示，顯示屏上像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。如果像素可分為 N亍M列，就可以有Nt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。為了點亮整屏像素，將采取逐行點亮或者逐列點亮，點 亮整屏像素時間小于人眼視覺暫留極限 20mS勺方法。圖7動態驅動圖6靜態驅動有源矩陣的驅動方式屬于靜態驅動方式，有源矩

8、陣OLE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。有源矩陣可以實現高亮度和高分辨率。？無源矩陣由于有占空比的問題，非選擇時顯示很快消失，為了達到顯示屏一定的亮度，掃描時每列的亮度應為屏的平均亮度乘以列數。如64列時,?平均亮度為100cd/m2,?則1列的亮度應為6400cd/m2。隨著列數的增加，每列的亮度必須相應增加，相應的必須提高驅動電流密度。由此可以看出，無源矩陣難以實現高亮度和高分辨率。？有源矩陣無占空比問題，驅動不受掃描電極數的限制，易于實現高亮度和高分辨率。有源驅動還具有其他許多優點，例如提咼了發光亮度、減少了電極引線

9、的功耗、提咼了均勻性和壽命，使大面積咼 分辨率顯示成為可能圖 8 單個像素的雙管驅動電路對于OLED區動控制系統的實現，關鍵技術在于 數據的寫入和掃描控制，如圖8所 示為單個像素的雙管驅動電路。一個 TFT用來尋址，另一個是電流調制晶體管，用 來為OLE提供電流。為防止OLE開啟電壓的變化導致電流變化，使用的是P溝器件，這樣OLE處于驅動TFT的漏端，源電壓與有機層上的電壓無關。Data Line 與尋址TFT的源級相連，Sean Line使地址TFT選通，數據線上的內容通過漏級寫入到 存儲電容CSk，并以電荷的形式暫存。當 Power Line為高電平時，驅動TFT的源級 為高電平，同時CS

10、k的電荷將選通驅動TFT，其漏電流流過OLE顯示器件，驅動其 發光。數據線電平的高低決定了像素的亮暗。四、灰階顯示OLED灰度調制從原理上講，可分為三類：幅值調制法，時間調制法，空間調制 法。幅值調制法：OLED是一種電流驅動器件，亮度正比于電流密度。當發光面積為 常數時，亮度正比于電流。通過調制電流幅值來實現灰度顯示。為了空間調制法 ：如圖 9 所示， 其基本原理是把每個像素分成為若干個子像素， 那么 每個像素的灰度將由子像素被點亮的數目來決定。按照這種方法，具體的實現方式 為，將 OLED 顯示屏上的一個顯示單元定義成許多子單元的集合，這些子單元是可 獨立控制的；當該單元中不同數量的子單元

11、被選通時，將獲得相應灰度等級；由不 同數量的子像素的選通組合而組成的顯示像素，就會顯示出不同的灰度級別。這種方法是用降低分辨率和增加微細加工的成本來換取一定的灰度級別的， 保持原有的分辨率，必須在原有的子像素基礎上，對子像素再次進行分割加工起來 必將十分困難。圖9空間調制法時間調制法：在較短的時間范圍內，人眼對亮度的感覺取決于發光物體的發光 強度和發光體點亮的時間，即點亮的時間越長，人眼對發光強度的感覺也就越強， 呈現出類似于積分的效果。是常用的灰度顯示方案之一，主要有脈寬調制法、子分 場調制法。脈寬調制法：脈寬調制法是把行掃描周期分段，例如為實現16級灰度級顯示，可以行掃描周期再把分解成 1

12、6個子段。在各個子段上，由列電極按一定的時 間比例加上導通/斷幵的電壓。當全部子段上都加上導通電壓時，該單元即處于選 通狀態，從而具有最高等級的亮度；反之，當全部都加上斷幵電壓時，該單元即處 于非選通狀態，從而具有最低等級的亮度；而當一部分子段處于導通狀態、另一部 分子段處于斷幵狀態時，根據斷幵和導通時間的長短，就可以實現不同的灰度顯 示。這樣，在每個子段的時間都是很小的時候，從而實現高灰度級的顯示。其缺點 是時序關系復雜，電路幵銷大，且受到OLED顯示器不能響應過窄的脈沖寬度值的限制。子分場調制法：子分場調制法也是一種時間灰度調制的方式。如前所述，在一定的時間范圍內，點亮的時間越長，人眼對發光強度的感覺也就越強。子分場調制技術就是利用人眼視覺上的這種暫留特性，將OLED的點亮時間分成若