PM-OLED技術

PM-OLED（Passive Matrix Organic Light-Emitting Diodes），擁有自發(fā)光、輕薄、高應答速度、廣視角、低驅動電壓、寬廣的操作溫度范圍等特性，適合車用顯示器與強調體積、影音功能的消費性電子產品。然而，發(fā)光效率不足、產品壽命無法與主流的LCD相比以及量產技術不成熟等，都是PM-OLED廠商亟需克服的難題。本文將針對PM-OLED技術發(fā)展現(xiàn)況加以討論。

　　前言
　　有機發(fā)光二極體（Organic Light Emitting Diode；OLED），或稱為有機電激發(fā)光顯示器（Organic Electroluminescent Display；OELD）屬于自發(fā)光性顯示器。
　　依所使用的有機薄膜材料的不同，有機發(fā)光二極體又可分為小分子（Small Molecular；分子量小于1,000）及高分子（Polymer；分子量大于10,000）二大類。
　　另就驅動方式分類，可分為被動式矩陣（Passive Matrix）與主動式矩陣（Active Matrix）兩種。本文之研究范疇為小分子系被動式有機發(fā)光二極體（Passive Matrix Organic Light Emitting Diode；PM-OLED）之發(fā)展現(xiàn)況。
　　商品化過程
　　1997年Pioneer發(fā)表了配備解析度為256x64的單色PM-OLED面板的車用音響；1999年Tohoku Pioneer成功開發(fā)出5.2吋、解析度為320x240 pixels、256色的全彩（Full color）PM-OLED面板；2000年Motorola行動電話「Timeport」采用Tohoku Pioneer之1.8吋多彩（Area color）PM-OLED面板；2001年Samsung推出搭載全彩PM-OLED面板之行動電話；2002年Fujitsu行動電話F505i次螢幕搭配Tohoku Pioneer之1.0吋全彩PM-OLED面板，自此PM-OLED在行動電話次螢幕的應用隨之大量興起。
　　以下我們將針對PM-OLED的基本結構、運作原理、有機發(fā)光材料與全彩顯示技術等方面，簡要探討PM-OLED的技術發(fā)展現(xiàn)況。

　PM-OLED技術發(fā)展現(xiàn)況：
　　基本結構
　　典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO（indium tin oxide；銦錫氧化物）陽極（Anode）、有機發(fā)光層（Emitting Material Layer）與陰極（Cathode）等所組成，其中，薄而透明的ITO陽極與金屬陰極如同三明治般地將有機發(fā)光層包夾其中，當電壓注入陽極的電洞（Hole）與陰極來的電子（Electron）在有機發(fā)光層結合時，激發(fā)有機材料而發(fā)光。
　　而目前發(fā)光效率較佳、普遍被使用的多層PM-OLED結構，除玻璃基板、陰陽電極與有機發(fā)光層外，尚需制作電洞注入層（Hole Inject Layer；HIL）、電洞傳輸層（Hole Transport Layer；HTL）、電子傳輸層（Electron Transport Layer；ETL）與電子注入層（Electron Inject Layer；EIL）等結構，且各傳輸層與電極之間需設置絕緣層，因此熱蒸鍍（Evaporate）加工難度相對提高，制作過程亦變得復雜。
　　由于有機材料及金屬對氧氣及水氣相當敏感，制作完成後，需經過封裝保護處理。PM-OLED雖需由數(shù)層有機薄膜組成，然有機薄膜層厚度約僅1,000～1,500A°（0.10～0.15 um），整個顯示板（Panel）在封裝加乾燥劑（Desiccant）後總厚度不及200um（2mm），具輕薄之優(yōu)勢。
　　運作原理
　　有機發(fā)光二極體的發(fā)光原理和無機發(fā)光二極體相似。當元件受到直流電（Direct Current；DC）所衍生的順向偏壓時，外加之電壓能量將驅動電子（Electron）與電洞（Hole）分別由陰極與陽極注入元件，當兩者在傳導中相遇、結合，即形成所謂的電子-電洞復合（Electron-Hole Capture）。而當化學分子受到外來能量激發(fā)後，若電子自旋（Electron Spin）和基態(tài)電子成對，則為單重態(tài)（Singlet），其所釋放的光為所謂的螢光（Fluorescence）；反之，若激發(fā)態(tài)電子和基態(tài)電子自旋不成對且平行，則稱為三重態(tài)（Triplet），其所釋放的光為所謂的磷光（Phosphorescence）。
　　當電子的狀態(tài)位置由激態(tài)高能階回到穩(wěn)態(tài)低能階時，其能量將分別以光子（Light Emission）或熱能（Heat Dissipation）的方式放出，其中光子的部分可被利用當作顯示功能；然有機螢光材料在室溫下并無法觀測到三重態(tài)的磷光，故PM-OLED元件發(fā)光效率之理論極限值僅25%。
　　PM-OLED發(fā)光原理是利用材料能階差，將釋放出來的能量轉換成光子，所以我們可以選擇適當?shù)牟牧袭斪靼l(fā)光層或是在發(fā)光層中摻雜染料以得到我們所需要的發(fā)光顏色。此外，一般電子與電洞的結合反應均在數(shù)十奈秒（ns）內，故PM-OLED的應答速度非常快。

　有機發(fā)光材料
　　有機材料的特性深深地影響元件之光電特性表現(xiàn)。在陽極材料的選擇上，材料本身必需是具高功函數(shù)（High work function）與可透光性，所以具有4.5eV-5.3eV的高功函數(shù)、性質穩(wěn)定且透光的ITO透明導電膜，便被廣泛應用于陽極。在陰極部分，為了增加元件的發(fā)光效率，電子與電洞的注入通常需要低功函數(shù)（Low work function）的Ag、Al、Ca、In、Li與Mg等金屬，或低功函數(shù)的復合金屬來制作陰極（例如：Mg-Ag鎂銀）。
　　適合傳遞電子的有機材料不一定適合傳遞電洞，所以有機發(fā)光二極體的電子傳輸層和電洞傳輸層必須選用不同的有機材料。目前最常被用來制作電子傳輸層的材料必須制膜安定性高、熱穩(wěn)定且電子傳輸性佳，一般通常采用螢光染料化合物。如Alq、Znq、 Gaq、Bebq、Balq、DPVBi、ZnSPB、PBD、OXD、BBOT等。而電洞傳輸層的材料屬于一種芳香胺螢光化合物，如TPD、TDATA 等有機材料。
　　有機發(fā)光層的材料須具備固態(tài)下有較強螢光、載子傳輸性能好、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性佳、量子效率高且能夠真空蒸鍍的特性，一般有機發(fā)光層的材料使用通常與電子傳輸層或電洞傳輸層所采用的材料相同，例如Alq被廣泛用于綠光，Balq和DPVBi則被廣泛應用于藍光。
　　P-OLED微顯示器即將投入商用
　　研發(fā)暨生產金氏記錄最小P-OLED屏幕的Micr oEmissive Displays（MED）公司，將于今年中由日本數(shù)位相機廠NHJ推出首宗消費電子產品，結合錄音撥放MP3和高解析度數(shù)位相機，MED的ME3203 為低耗電1/4 VGA解析度（3 20 x RGB x 240）P-OLED微顯示器（Microdis play），將用在新產品的電子觀景窗和目鏡上。據(jù)了解，這種全球新產品是由臺灣某數(shù)位相機廠設計研發(fā)出來。
　　MED策略長安德伍（Ian Underwood）表示，針對微顯示器的技術商業(yè)化，MED已投入五年的時間，目前已臻成熟，且做到世界級的獨特技術層級。

　　PM-OLED發(fā)展前景
　　OLED是一種極具發(fā)展前景的平板顯示技術，它具有十分優(yōu)異的顯示性能，特別是自發(fā)光、結構簡單、超輕薄、響應速度快、寬視角、低功耗及可實現(xiàn)柔性顯示等特性，被譽為“夢幻顯示器”，再加上其生產設備投資遠小于TFT-LCD，得到了各大顯示器廠家的青睞，已成為顯示技術領域中第三代顯示器件的主力軍。
　　目前OLED已處于大規(guī)模量產的前夜，可以相信，隨著研究的進一步深入，新技術的不斷涌現(xiàn)，OLED顯示器件必將有一個突破性的發(fā)展。