显示器和照明应用的OLED技术
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2005-06-10 00:00
前言:
一般来说,OLED技术在未来能否成功,必须要在三个关键性的议题上取得突破,也就是:更高的电力效率、更长的使用寿命,和价格上的竞争性。
在硅制程技术中广为人知并已被Novaled公司成功应用到OLED上的PIN途径,正能够满足上述的三项要求。PIN的缩写在这里的意思是指具有p-doped电洞传输(hole-transport)层、本质性的传导发射区(conductive emission zone)和n-doped电子传输(electron-transport)层的OLED架构。
发光方式关系亮度和使用寿命
p-doped和n-doped的高传导层可以大幅提升接触时的电荷负载注入情况,并减少在这些传输层间的电压下降。因此,PIN途径让在大范围基板上的高效率顶部发光(top-emitting)二极管能够被整合在一起。值得注意的是,红色、绿色和蓝色顶部发光PIN二极管的电力效率在过去几个月中被提升到在先前的报导中都没有达到的新境界。不仅如此,顶部发光二极管的使用寿命目前已可满足或甚至超过许多应用上的需求了。
多数已量产的主动矩阵(active-matrix, AM)显示器,是透过玻璃基板发射光线的底部发光(bottom-emission),这种设计会导致整体开口率(aperture ratio)的下降。相较之下,采用顶部发光几何学的AM显示器可以提供高填充系数(fill factor)和更长的使用寿命。顶部发光设备在整体开口率的增加上,从40%(底部发光显示器的一般数值)到75%都是可达到的区间,这能降低47%的必要画素亮度(pixel brightness),进而增加设备3倍的使用寿命(这是假设顶部和底部发光OLED的寿命和效率相似,不过这是很难达成的情况)。
不过,这正是Novaled研究员最近已能够实现的情况。红、绿、蓝色二极管可以达到的极高效率请参考表1。这些发光设备在环境条件(ambient condition)下以恒定电流来加以驱动,基于Ir(ppy)3磷光放射器的绿色底部发光设备所表现的使用寿命在500cd/m2达20,000小时,相较之下,文献中采用Ir(ppy)3的OLED的最大寿命在600cd/m2只能达到10,000小时。
实现 “顶部发光” 的革命性技术
从图1中可以看到采用Covion公司的深红磷光放射器的顶部发光PIN-OLEDs表现出很长的使用寿命。在光度上,4个不同的起始亮度都展现令人印象深刻的稳定性。500cd/m2起始发光的发射寿命(projected lifetime)在2,500~30,000小时之间,这和相对应的底部发光PIN OLED所能达到的寿命是一样的,而比采用相同发射系统的标准非掺杂式(non-doped)OLED架构来得更长。这个结果显示包含正确的材料合并和OLED技术的掺杂式(doped)PIN-OLED可以达到和基于既有非掺杂式电荷传输层的OLED相同或甚至更长的使用寿命。此外,采用此技术让顶部发光OLED的布局能做到极出色的效率和寿命表现,而正是高孔径(aperture)主动显示器所需要的。
就具有(0.39,0.36)的CIE色彩坐标的白色荧光PIN-OLED来说,我们在500cd/m2达到了16lm/W的效率,并在1,000cd/m2展现了10,000小时的使用寿命。在照明的应用上,产业目标是在1,000cd/m2达到50~80lm/W的效率。要达到这个目标,很显然地只能以更进一步加强设备参数的方式来达成,例如,使用full triplet-emitter系统和应用能强化光学out-coupling的技术。
现在,为了得到更高的热稳定性和更容易的制造性,我们可以用分子式的n-掺杂剂(dopant)来取代碱金属的n-doping。以Novaled新的NDN-1分子式n-掺杂剂取代Cs,可达到同样的效能、却能拥有更高的使用寿命,并能将热稳定性提升到120℃。
因此,这显示了Novaled的研究员已为高效率、长使用寿命和热稳定的顶部发光全彩OLED设备的量产都铺好了路。如今,让背光和照明应用的白光OLED使用性成真的开发承诺已经达成,不久将来的白光PIN OLED的产业使用也开始铺路了。