OLED背光源技术研究进展

　　引言

　　液晶显示器（LCD）以其平板化、低功耗、无电磁辐射、高分辨率、高对比度、数字式接口、易集成和轻巧便携等优点，大量应用于电脑显示器、电视机等显示领域，在平板显示器中处于主流地位。液晶显示器作为一种被动显示器件，由于液晶本身并不发光，LCD需要通过外部光源实现透射或反射来显示。背光源是TFT-LCD（薄膜液晶体显示器）光源的提供者，背光源的表现便决定了液晶显示器表现在外的视觉感，因而背光源是液晶显示器件不可或缺的重要组件。

　　目前，液晶TV的背光源主要是冷阴极管（CCFL）光源，由于CCFL光效低、寿命时间短、色域表现差、亮度调整范围小、能耗大、响应时间长、安全系数低、含汞有害气体不环保等缺陷，2006年欧盟的环保法规将导致目前的LCD主流光源CCFL逐渐遭到停用。背光源占液晶显示器所有材料成本的20%~30%，液晶显示器为保持在未来市场的竞争力，开发设计新型的背光源新技术成为一个重要的课题。

　　高亮度白光LED光源不仅使电视厚度和重量均实现大幅度减少，同时还拥有更高的可靠性和稳定性；节能方面，LED的亮度可以随着画面的亮度进行主动调节，相比液晶电视有效节能可以达到30%以上；环保方面，LED背光源其优势在于完全不含铅和汞等有毒有害物质，是真正的绿色环保光源。LCD产业即将进入由LED取代CCFL的革命时期。

　　有机白光OLED除了具有无机LED上述优点以外，相较于无机LED，有机蓝光可以轻易的获得，并且只要在有机发光主体层中掺杂红、黄色的染料（dopant）后，就可以轻易得到白光，或是利用多层发光层来组成白光。另外，由于OLED是利用真空热蒸镀法及印刷、旋转涂布法来沉积薄膜，因此，大面积制程较简单且制造成本较低，较易达到降低成品以与日光灯竞争之目标。由于OLED属于面光源，相较于LED的点光源，更适合液晶显示器的背光源，因此OLED有机会成为新时代液晶显示器背光源的主角。

　　1　背光源技术概况

　　液晶显示器件（LCD）是一种被动式的平板显示器件，由于液晶材料本身不具发光特性，因此，必须在LCD面板后加上一个发光源才能达到显示效果，背光模块即是提供LCD显示器背面光源的关键组件。一个好的LCD器件背光源，一般应具有亮度高、发光均匀、成本低、可调、功耗低、轻薄且不易损坏等性能且最好是面光源。

　　采用CCFL做液晶显示屏的背光源时，其显示品质有很多不足，例如：（１）显示清晰度不高：CCFL总在带电状态照亮屏幕，即使所显示图像的部分内容应该是黑色时CCFL还是处于点亮状态。缺少深黑效果影响了图像的视觉清晰度。（２）色彩饱和度有限：由于荧光物体现的颜色有限，因而显示器色彩饱和度也有限。而采用LED作为液晶显示屏的背光源时，驱动电路复杂，背光整体结构复杂和制备成本高等不足。

　　2　OLED背光源关键技术及其进展

　　OLED和LED一样都是一种半导体电-光转换型器件，上述开发出的LED背光源技术同样适合于OLED背光源。二者也有区别：OLED是有机面光源，采用低成本的真空蒸镀、旋转涂布以及喷墨打印等技术制备；而LED是无机点光源，采用昂贵的MOCVD技术制备。

　　由OLED背光源是一种具有高亮度、广色域、耐冲压、低电压、轻薄和功耗低等特性的反射式二维面光源，其阴极金属层是高反射率的镜面反射层，因此OLED背光源不需要导光板、散光板等导光、匀光辅助光学配件，就可以将光发射层发出的光直接反射到LCD，很好地符合了LCD对背光源的要求。

　　OLED背光源发展虽然不足10年，但是已经取得了长足的进步。经过最近几年的发展，OLED背光源已克服了初期的寿命与光效方面的问题，进入了试验性使用阶段，世界上许多相关厂家已在制定生产LCD用的OLED背光源计划。

　　2.1　白光OLED发光效率的提高白光OLED经过10多年的研究，发光效率一直在不断提升，尤其近两年，器件的发光效率更是突飞猛进。

　　2004年，GE公司展示了16块小面板拼成的白光OLED光源，每块小面板尺寸为50 mm*50mm，色温为4 000 K，显色指数（CRI）为88；功率效率为15 lm/W。

　　2006年，Philips-Nova led联合开发出了在1000 cd/m2亮度下效率为32 lm/W、显色指数为88、寿命为20000 h的白光OLED；Konica M inolta公司展示了亮度1000 cd/m2、功率效率为64 lm/W、寿命达20000 h的白光OLED。

　　2007年，美国环宇UDC制造出在1000 cd/m2亮度下效率为45 lm/W的磷光白光OLED；Novaled取得了在1000 cd/m2亮度下效率为35 lm/W、显色指数为90、寿命100000 h的白光OLED。

　　2008年, Philips-Nova led联合开发出了在1000 cd/m2亮度下效率为50 lm/W、寿命10000 h的白光OLED；美国环宇UDC开发出了在 1000 cd/m2亮度下发光效率可达100 lm/W、显色指数为70、色温3900 K、寿命为8000 h的磷光白光OLED。这是目前白光技术方面的最高效率，超过了传统荧光灯的效率，昭示了白光OLED进入照明市场的迅猛势头。

　　2.2 白光OLED寿命及稳定性提高

　　由于OLED中的有机功能层对水、氧气非常敏感，易与渗入的水汽或氧气反应形成不发光的黑点。另外，有机层别是空穴传输材料在室温下也会发生结晶化，并随着环境温度的升高而加快，导致在较高温度下有机发光器件的寿命大大缩短。所以，寿命是白色OLED光源实用化的一个重要指标。白炽灯的平均寿命为750~2500 h,而荧光灯的平均寿命约20000 h。寿命短一直是OLED光源发展的一大瓶颈，但近两年来白光OLED光源的寿命还是得到比较大的提升。

　　2008年，UDC公布了一款初始亮度1000 cd/m2下寿命为20000 h的全磷光白光OLED 器件。该白光器件寿命很长，说明其中所用的蓝色磷光材料较稳定。Idem itsu公布了一款初始亮度1000 cd/m2下寿命达到70000 h的全荧光白光OLED器件。清华大学与北京维信诺开发出了初始亮度1000 cd/m2下寿命超过100000 h的全荧光白光OLED器件。Nova led公司利用蓝色荧光和绿色、红色磷光材料开发出了初始亮度1000 cd/m2下寿命超过100000 h的叠层白光OLED 器件。

　　2.3 点阵式与面板式大面积OLED的制备

　　一般利用真空热蒸镀法或喷墨印刷、旋转涂布法来沉积有机薄膜，但OLED膜厚通常只有100 nm左右，这样制成的有机膜容易出现不致密不连续，难以实现较大面积OLED均匀发光，如何实现发光均匀的较大面积面光源将是制备LCD用OLED背光源首先要解决的问题。目前，制备较大面积OLED器件通常有两种方法：一种是点阵式发光，一种是整面式发光。

　　现有LCD用OLED背光源大多采用整面式发光方式。由于OLED器件的阳极一般采用的是电阻比较大的透明电极ITO，而且OLED本身为电流注入型器件，致使较大面积光源屏体的电流分布不均匀，从而导致整个屏体发光均匀性比较差，影响LCD显示效果以及OLED背光源本身的发光稳定性。而且，由于整面式发光OLED背光源在LCD显示过程中始终处于亮的状态，这势必导致OLED背光源耗电量也比较大。

　　点阵式发光，就是制备很多相互间隙很小的小发光点，这些小发光点同时发光来达到整面发光的效果。这些小发光点可以全部并联在一起也可以全部串联在一起。小发光点全部并联在一起的优点是容易制备，即采用常用的光刻以及阴极隔离柱制备方法就能达到，缺点就是所有的小发光点中只要有一个小发光点短路将会导致整个器件失效。小发光点全部串联在一起的优点是所有的小发光点中某一个或者几个小发光点短路不会影响整个器件发光,缺点就是要实现这种制备方法工艺上存在很大困难。具有相同有效发光面积的点阵式发光器件发光总体性能高于整面式发光器件。

　　清华大学邱勇团队申请的专利液晶显示器及其背光源，就是采用点阵式OLED背光源。其像素设置为与<