全色无源矩阵有机EL显示器

全色无源矩阵有机EL显示器

全色无源矩阵有机EL显示器 2011： 摘 要 日本NEC公司的全色无源矩阵5.7inQVGA（320×240像素）有机EL显示现已达到实用化目的。显示器贴装有一层消反射滤光片，透射为70%。采用了双扫描方案来提高显示器的性能，有效像素开口率为70%，亮度为140cd/m2。 一、引言以LCD为代表的平板显示器其性能仍将不断提高，近几年来仍是人们关注的焦点。PDP，FED以及EL也是人们看好的重点，其研发甚为活跃。特别是有机EL尤为业内人士所关注，这主要是因为它是自发光型显示器，而且响应快，驱动电压低。二、全色有机EL显示器的结构与制造工艺全色有机EL显示器为一多层结构，如图1所示。多层结构厚度小于3000牛性谘艏胍跫洌煽昭ㄗ⑷氩悖℉IL）、空穴输送层（HTL）、发光层（EL）和电子输送层（ETL）组成。红绿兰发光层有六层：HIL，HTL，红绿兰三层发光层和ETL层。层中材料有的是通用化合物，有的是新研发的材料。阳极由ITO制成，片电为10-15Ω；阴极由Al-Li合金制制成成。其片为康宁1737号无碱玻璃。当加上正常的偏压时，在阴极（行）和阳极（列）交叉点发光层即可发光。

获得全色有机EL显示器的方法有三种：（1）采用白色发光层加滤色片。这是获得全色显示最简单的方法，它是在研发LCD和CCD时形成的一种成熟的滤色片技术。 （2）采用红绿兰三种EL发光材料，因此发光层为三层结构。（3）采用兰色EL发光材料，及光致发光的颜色转换材料获得全色显示。除兰色外，再由兰色光通过激发光致发光材料分别获得绿色和红色光。这种方法的优点是效率高，可不再使用滤色片。滤色片效率低，大致要浪费三分之二的发射光。采用溅射和湿法蚀刻工艺即可将ITO阳极制备在玻璃基片上。ITO线宽及其间隙分别为0.105和0.015mm。采用真空蒸发工艺，将各种有机材料沉积在净化的ITO阳极上，沉积室真空度不得低于1×10-4Pa。对于各个于像素，HIL，HTL和ETL是公用的，沉积过程使用的金属掩模上制有整个显示屏所应具备的膜孔。采用制有320条狭缝的金属掩模，三种颜色（RGB）的子像素即可予以依次沉积。如图2所示，采用掩模滑动方法与沉积工艺，就可制成各个发光层。采用狭缝掩模滑动法还可制成各个0.36×0.36mm2像素矩阵，如图3所示。每个像素的有效开口率约为70%。万为重要的是应保持基片与掩膜能尽可能靠近，但它们间的距离也不是零距离（因为有机薄膜层是容易被擦伤的）。而且，掩模有得松动，因此是将它“绷紧”的。

图2 采用隙缝掩模制备各个发光层

图3 用狭缝掩模滑动法制成的子像素

将制有240条狭缝的掩模置于ETL之上，条纹形阴极的制备方法是在ETL表面分别采用各自的蒸发源，蒸发沉积铝和锂金属。为使有机EL与湿气隔离，玻璃封离帽应紧贴在玻璃基片上。将显示器与驱动电路板（柔性印制电路）相联，即可制成有机EL显示器。三、像素特性图4示出有机EL显示器的亮度—电压特性。当外加电压＜20V时，每种颜色的器件所能达到的亮度均＞10,000cd/m2。图5示出跟图4相同的有机EL器件其亮度—电流密特性。由图可知，亮度—电流密度呈线性关系。因此显示器的亮度可用法入电流来控制。在低电压高亮度区，以及快的响应时间，就可使120线无源矩阵具有实际应用的价值。当其占空比为1/120的情况下且电流密度为500mA/cm2时，绿兰红三种器件亮度计算值，大致分别为330，150和180cd/m2。这些结果意味着：就彩色QVGA显示而言，纵便贴装有消反射膜，亮度为200cd/m2是足够的。

图4 有机EL器件的亮度—外加电压特性

图5 有机EL器件亮度—电流密度特性

寿命，是指将恒定的DC电流注入到显示器中其亮度的半衰期时间（半衰期寿命），对所有颜色均约为20,000小时，如图6所示。考虑到白色平衡，有效开口率，及初始亮度和寿命的关系，也可对寿命予以计算。当显示颜色为白色且初始亮度为150 cd/m2（未加消反射滤色片）时，寿命计算值为7,000小时。对于实际应用目的，跟LCD背光源有机EL发光板总是处于工作状态相比，显示颜色为黑色的像素却是不发光的；因此，有机EL显示器的寿命则可超过7,000小时。

图6 有机EL器件的亮度衰减

四、工作方式如图7所示，采用双扫描无源矩阵驱动方式的有机EL显示器，由一信号控制器，一个行驱动器，两个列驱动器和显示器件组成。

图7 双扫描无源矩阵有机EL显示器的驱动电路

为了提高亮度，采用双扫描工作方式，因此显示器上下两部份是独立工作的。信号控制器的信号是NTSC制复合彩色同步信号，并可输出EL显示器的驱动信号，行驱动器由带有移位寄存器的电流驱动器IC和锁存器组成。列驱动器由电源驱动器IC和电压—电流变换器（将电流注入到像素中）组成。信号控制器中的NTSC解码器可将复合彩色同步信号转换成模拟RGB信号，并再将其送入电源驱动器IC。复合彩色同步信号也可经由自动频率控制器（AFC）传送，AFC从输入复合信号中分离出水平和垂直同步信号（Hsync,Vsync），再由销相环电路（PLL）将Hsync和Vsync转换成定时信号，并将其馈送给行驱动器和电源驱动器IC。行驱动器用来自信号控制器定时信号逐一扫描有机EL显示器的120个阴极。120个阴极中的一个是接在地电位上的，其余则接有一反向偏压，因为电流是不会流通来自列线的像素的。只有阴极接地的像素才会发光。帧频为60Hz，占空比为1/120。电源驱动器IC有移位寄存器和取样—保持电路（Sample-and-hald Circuit）。这些电路以串—并联变换器方式工作，可将模拟RGB信号变换成R，G和B并联信号（每种颜色320线）。这960个信号是输出给各条水平线的。电压—电流变换器IC跟电源驱动器IC相联，其输出电流跟来自电源电压驱动器IC的输出电压成正比。RGB信号经取样变换成模拟电压，因此可获得连续的灰度电平。采用上述电路，有机EL显示器就可按视频速率来显示全色图像。五、显示器的性能全色有机EL显示器的技术规范如表1所示。表1中给出的显示重量只是全色有机EL显示板的重量。最大亮度是指在显示板上贴装有消反射滤光片情况下的亮度（滤光片透过率为70%）。如图8所示，全色有机EL显示器的色域跟广泛使用的TFT-LCD相同。由于有机EL显示器响应快，显示器的视频图像亮度是足够高的，而且发光均匀，现已达到实用化目的。

图8 有机EL显示器的色域

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