近年来,以LCD为首的平板显示器有长足发展,而且种类日益繁多,如象过去鲜为人知的场发射显示器FEO、有机电致发光显示器OELD都开始露出头角。特别是最近,时值便携式信息处理设备需求高涨,新产品层出不穷,如集成无线访问Internet,MP3播放机等诸多功能的PDA问世就是典型的事例。这些小巧玲珑的电子产品出现,对平板显示器提出新的要求。固然它们可以利用小屏幕的彩色TFT-LCD,但是消耗的电力可观。于是,人们把目光转向具备快速响应,宽视野角和更轻便的OELD。在我国,早在实施863计划时已将OELD开发项目列入,前不久的863高技术展览会上已可看到可喜的研究成果。其实,世界各国的平板显示器厂家也都是刚刚把OELD实现商品化,有待改进的余地很大。这对于我国电子元器件产业是大好机遇。在OELD开发方面迎头赶上去是完全可能的。
1 OELD的非凡特点
有机电致发光显示器OELD是直流电致发光的显示器件,而且因为它是自发光型固体器件,具有如下的独到之处:(1)宽视野角度—这是OELD为自发光器件具备宽阔的可视角度;(2)轻薄、便于携带—OELD是薄膜层叠结构,显示屏幕最外层为透明玻璃基板,紧贴其内壁为阳极,在阳极内表面层上依次分别层叠有空穴传输层、发光层、电子运输层和Al、Mg合金阴极层,包括密封空隙在内总厚度仅为2mm以下,可以说它是世界上最轻便的显示器板。显然,OELD板非常适合用于便携式电子设备;(3)响应速度高—OELD显示器的响应速度在10ns左右,然而液晶显示器的响应速度通常是几十毫秒(ms),两者相差悬殊。因此OELD显示器更适合于显示各种活动图像,如用于便携电视和游戏机等领域。而且,在高亮度场合下应用时容易实现高对比度。OELD响应快、在光亮处实现高对比度显示等特点,非常适合于多功能PDA的需求;(4)耐低温—即使是在低温下也能工作,适合用于高寒地带的显示;(5)低压驱动且自发光,驱动电路简单,噪声低,最值得称道的是OELD容易实现低功耗化。
有机电致发光显示器OELD的这些独到的特点十分珍贵,所以世界各国的平板显示器厂家竞相开发新技术,竭尽全力推进OELD实用化。
2 OELD的彩色显示技术
现在世界各个平板显示器厂家开发的OELD彩色显示技术各不相同,概括起来大体上有三种全色显示技术:(1)三原色独立发光技术;(2)彩色变换技术;(3)彩色滤光技术。这三种彩色显示技术都各有短长,就目前而论都在加紧探索之中,其中已取得实用化进展的技术仅有3原色独立发光和彩色滤光技术。究竟采用哪种彩色显示技术,很大程度上取决于开发厂家的实际条件而定。例如,日本NEC公司宁愿采用3原色独立发光技术后在微细工艺加工方面下工夫,并且认为同彩色变换和利用滤光的方法相比,前者优点在于不容易使发光层的彩色调配和发光效率恶化。实际上,NEC走元色独立发光的技术道路,也要克服很多困难。例如,通过利用掩模板,对红绿蓝(RGB)发光层进行微细加工;随着显示器向高精细化方向发展,必须改用更高精确度的掩模板。而且,由于3原色独立发光,需要用RGB分别都具备高性能的有机发光材料。幸好,最近在有机材料开发方面,有很大进展。例如,各色的发光材料在亮度和使用寿命方面都已达到实用化水平。
3 OELD产品实例
以NEC开发的全彩色有机电致发光显示器为实例,扼要介绍三原色独立发光技术。
3.1 彩色OELD板结构
三原色独立发光的OELD板结构。OELD板是纵横交叉的透明电极之间夹着多层叠层有机薄膜的薄板结构。纵向排列的条状透明电极是阳极,横向排列的条状电极是阴极,纵横电极交叉的地方形成一个像素点。为了使OELD不受潮湿侵蚀,将整个OELD密封,其内部充入不活泼的干燥气体。
3.2 OELD制造工艺
第一步是玻璃基板上形成纵列的条状电极(透明阳极),第二步在其上面用真空蒸发工艺逐次沉积各种有机薄膜以及横行排列的透明阴电极。沉积各种有机薄膜的次序很关键:首先,在透明阳极表面上全面蒸发有空穴注入层,依次是蒸发空穴传输层;然后,开始在上道工序基础上形成RGB发光层。发光层图形复杂,需要利用三套(R.G.B)金属掩模板、对准相应的透明阳极位置。第一次是利用红(R)色发光层掩模蒸发沉积出各个像素点的红色发光层条纹,第2次绿(G)色,第3次蓝色(B)的,RGB各条状发光层条纹与条状阳极上下对齐,沿纵向呈平行状态。
这种方法分别制造出RGB的发光层,它们的膜厚和成膜条件可以独立控制,所以能够获得最佳膜厚和保证各色膜的质量。实际进行发光膜制造时,只要掩膜精确又能很好对准,实现蒸发工艺是非常简单的,因此,可实现低成本的大批量生产。
但是,随着要求RGB发光层条纹间距和宽度越来越窄,必须开发高精度的金属掩模板。例如,NEC开发的5.7英寸QVGA规格OELD时,沉积RGB发光层条纹用金属掩模板上条纹孔间距和宽度若有几个m的错位,将导致相邻的发光层之间产生重叠,从而出现混色显示现象。为此,必须使金属掩模各方向保持均匀的张力,不能出现任何松弛的地方。利用这样的掩模板作为掩蔽,可蒸发出三色发光层间隙约为20m的条纹图形,像素的开口率可达70%以上。
3.3 彩色显示材料
现有的RGB发光材料中,蓝色发光材料的发光特性最好,绿色次之,红色最差。测试表明,在外加电压由0~5伏连续变化时,蓝色和绿色发光材料的亮度随电压变化呈现线性特性,而红色发光材料的线性最不好。当电压超过5伏连续增加时,各色发光材料的亮度均出现非性线特性。也就是说,利用现行的有机发光材料制造OELD板时,很难利用电压驱动控制发光。
对RGB发光材料进行电流测试时发现,各色发光材料的发光亮度随流入的电流密度增加呈现出很好的线性增长特性。这意味着,当现行发光材料由电流驱动时,很容易获得超过20Kcd/m2的亮度;即使是利用单纯的矩阵驱动,也能获得较好的显示效果。
此外,NEC选用耐高热的空穴注入材料,使之在高亮度发光条件下延长使用寿命,而且用提高空穴注入效率的方法改善发光效率。在此基础上,通过优化各有机材料层的膜厚度,改善了色度。事实上,OELD的色度不亚于现行的LCD的水平。
这些RGB发光材料的半发光寿命均超过10000小时。具备这样的亮度寿命,已达到实用化的水平。例如,红色发光材料的初始绝对亮度为100cd/m2,其初始相对亮度为1,当相对亮度衰减到0.5时,其绝对亮度为50cd/m2;而绿色的初始绝对亮度为200cd/m2,当超过10000小时相对亮度衰减到0.5时,绝对亮度仍保持在100cd/m2。
3.4 OELD模块
它是由控制器、OELD板、纵列驱动部、横行驱动部件以及电源部件构成的。以下仅就驱动电路,作稍许说明。
驱动电路OELD板可用简单矩阵结构实现驱动。但为了提高亮度,对OELD板分上下两部分进行双扫描方式驱动显示画面。控制电路的工作情况,详见如下所述:
输入的视频信号可分离成RGB信号、水平驱动(HD)和垂直驱动(VO)信号。对于RGB信号,可分别变换成所期望的电压信号后,向模拟电路进行输入。在模拟电路里,利用分时方法把串行输入的RGB信号进行采样,再把采样电压信号保持在电容器上,利用这个信号指定的定时功能,一次并行输出960条信号(包括RGB全部)。输出的960条信号,分别都由电压变换成相对的电流值,通过恒流电路形成恒定电流驱动OELD板的纵列输入端。由于OELD内的RGB各色发光材料的发光亮度与流入的电流呈线性关系,通过电流驱动控制OELD发光亮度。