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【技术篇】OLED全彩化技术全解析

来源:数字音视工程网    作者:YSS   编辑:钟诗倩    2018-12-12 08:33:54

显示器全彩色是检验显示器是否在市场上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三种:RGB象素独立发光,彩色滤光膜(Color Filter)和光色转换(Color Conversion)。

  显示器全彩色是检验显示器是否在市场上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三种:RGB象素独立发光,彩色滤光膜(Color Filter)和光色转换(Color Conversion)。

  三种彩色化方式比较

  RGB像素独立发光

  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,然后调节三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,以及提高金属荫罩刻蚀技术。

  作为OLED的核心,有机半导体发光材料通常包含具有刚性平面结构的共轭小分子、金属配合物和聚合物。常用三基色材料特征及其分类如下:

  蓝色发光材料

  蓝光发光波长通常约为450nm,对应光子能量约为2.76 eV。蓝色发光材料的HOMO与LUMO能级差较大,相比于红色发光和绿色发光材料,蓝色发光材料分子的共轭度较小,并且大多呈现扭曲刚性结构。常用蓝光材料为 TMTPEPA、 BDPAS以及ST-G1等。

  CIE坐标系统

  绿色发光材料

  绿光的发光波长约为532nm,对应光子能量约为2.33eV,常用绿色发光材料有Alaq3、 TDETE、 Coumarin、NpGl等。

  红色发光材料

  红光的发光波长约为65nm,对应的光子能量为1.9 ev,在三基色中,红色发光材料的HOMO与LUMO能级差最小,常用红光材料有红荧烯、PTPP、 DCJTB以及Tz-Gl等。

  有机小分子发光材料面临的最大瓶颈在于,RGB材料的寿命差别大,尤其是红色和蓝色材料的纯度、效率与寿命尚需提高。因而,通过对主体发光材料接杂,进而得到色纯度高、发光效率高以及稳定性强的蓝光和红光。相对于具有明确分子结构和分子量的小分子发光材料而言,高分子发光材料的优点是可以通过化学修饰调节其发光波长,得到从蓝到绿到红的覆盖整个可见光范围的各种颜色,但是其寿命比小分子发光材料短很光效率和寿命都有待提高。

  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尺寸精度及定位精度提出了更加苛刻的要求。

  关于RGB像素独立发光,那不得不谈到像素排列问题。目前AMOLED屏幕中以三星为代表的的Pentile RGB排列方式最被人熟知,此排列方式的单个像素点与标准的RGB排列方式不一样,大部分AMOLED屏每个像素使用红绿或蓝绿进行排列,进而并列排列时巧妙地共用子像素,从而使整个屏幕依然达到全色彩显示。

  不足之处

  01

  AMOLED采用Pentile像素排列方式,实际分辨率仅可达到标称的三分之二,在较低dpi的情况下颗粒感会非常重,近看可见很明显的彩点,文字、表格、图形等所有色块边界在显示时需要临近像素协助发光,导致边缘发虚、带杂色等严重不可避免的问题。

  2

  AMOLED强调绿色,造成其过于鲜艳的效果,长时间观看产生视疲劳。AMOLED的色温有问题(还是Pentile的问题)。

  3

  AMOLED的对比度超高,但在显示较暗的画面时,容易出现色块,尤其是动态画面;而且它的超高对比度一定程度上是来自于不发光的黑色。

  4

  AMOLED各像素都是独立的发光体,所以在老化过程中可能会出现不同像素老化程度不一样导致亮度不一样,这样偏色问题将变得更加复杂。

  5

  显示白色时AMOLED耗电量比LCD还要大,所以为什么使用AMOLED屏的手机UI均为深色系。但目前上网、游戏、电子书等应用的画面几乎均为高亮度的色彩,且多数网站的背景色为白色。

  理论上说每个像素缺少一种颜色问题不大,显示驱动可以用临近的进行显示。

  但实践中这对软件要求更高,而且图像很可能会产生伪影、mura。关于AMOLED显示,除了像素的设计还有一个就是驱动技术也是关键技术之一。下面介绍下OLED像素驱动电路的常见设计。

  OLED像素驱动电路设计

  补偿电路设计 1

  工作原理

  补偿电路设计 2

  光色转换

  光色转换是以蓝光OLED 结合光色转换膜阵列为基础的,首先制备蓝光OLED 的器件,然后利用高能量的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光色效率。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的问题。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。

  彩色滤光膜

  此种技术是利用白光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,可采用成熟的液晶显示器LCD 的彩色滤光膜制作技术,在大尺寸全彩色OLED 显示器-电视方面,具有很大潜力。

  但采用此技术使透过彩色滤光膜所造成光损失高达三分之二。目前日本TDK公司和美国Kodak公司采用这种方法制作OLED 显示器。

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