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1、2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,1,Research status on OLED 報告者:張永政,OLED疑問與顯示名詞釋義,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,2,螢光與磷光之定義 ?,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,3,螢光與磷光之定義,螢光= 一般所見的光都是原子受激發時，電子的能階躍遷 的產物 。而螢光必須是物質受光線照射，該物質吸收 能量後，以物質本身特性的能階將光線釋放出來。 當釋放出的光線在可見光範圍，便是我們眼中所見到 的螢光。 當沒有光線照射時，便沒有光線激發出來。 (螢光物質不是主
2、動的發光體，而是受光線激發產生能階躍遷) 磷光= 若是該物質的能階有較長的生命期，向低能階躍遷發 光的事件發生於光線照射一段時間後 ， 則是所謂的磷光物質，但是經過一短時間後也會消失。 一般言之，激發源除去後物質繼續發光稱磷光，若激發源除去後瞬間即滅者則稱螢光。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,4,螢光與磷光之定義,從第3階下降的螢光(fluorescence)與從第2階下降的磷光(phosphorescence)= OLED發光為”自高能量狀態(激發狀態)跳躍至下方之狀態，釋出能量時所呈現的現象。” 躍遷發光的方式分為兩種:自第3階直接下降(一重項激發狀態:螢
3、光) ；以及從第3階下降一階，移至第2階，接著自第2階下降至基底狀態(三重項激發狀態:磷光)的兩種不同情況。 一般而言，能發出磷光的有機材料較少，且於室溫中磷光不易被觀察到。故至第2階下降的能量，一般皆以熱的型式釋出而未見其發出磷光。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,5,螢光與磷光之定義( 由OLED發光原理來說明 ),OLED ( Organic Light Emitting Diode 有機發光二極體 ) ，又可稱為有機電激發光（Organic Electroluminescence，簡稱OEL）， 其基本原理為: 加入一外加偏壓，使電子電洞分別經過電洞傳輸
4、層（Hole Transport Layer）與電子傳輸層（Electron Transport Layer）後，進入一具有發光特性的有機物質，在其內發生再結合時，形成一“激發光子“（exciton）後，再將能量釋放出來而回到基態（ground state），而這些釋放出來的能量當中，通常由於發光材料的選擇及電子自旋的特性（spin state characteristics），只有25%（單重態到基態，singlet to ground state）的能量可以用來當作OLED的發光，其餘的75%（三重態到基態，triplet to ground state）是以磷光或熱的形式回歸到基態。由於
5、所選擇的發光材料能階（band gap）的不同，可使這25%的能量以不同顏色的光的形式釋放出來，而形成OLED的發光現象（圖一）。 圖一、 OLED發光原理,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,6,為什麼 LCD 會有視角問題, 而OLED沒有 ?,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,7,為什麼 LCD 會有視角問題,而OLED沒有 ?,在傳統的 CRT 顯示器或電視機中，圖像的顯示是通過發光物體 - 磷來實現的，光線從這一層向各個方向發射，只是強弱稍有不同而已。因此，你可以從一個很大的可視角範圍來看螢幕，無論從哪個角度去觀察，顯示亮度、
6、色彩都和正視效果相近。 LCD和其他大多數顯示技術，都需要強的背景光線穿過液晶層或者其他顯示層來形成圖像，從而完成圖像的傳遞過程。 LCD 的特性決定了它所需的背景光是定向的。 舉一個形象的例子來說，就好比你手中握有一把吸管，它們的一端對準光源。如果你通過另一端直視吸管，你將會看到光源射出的光線。但是如果你稍微移開眼睛，從其他的方向去看的話，你就無法觀察到光線了。 LCD 技術正是如此。雖然液晶分子並不像吸管一樣是中空的，但是它們的有序排列阻止了光線向其他方向發射。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,8,為什麼 LCD 會有視角問題,而OLED沒有 ?,OLED螢
7、幕前聚光(即自發光) 。液晶螢幕以屏幕後面之背光模組射出光， 液晶本身不發光。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,9,為什麼 LCD 會有視角問題,而OLED沒有 ?,OLED具自發光性，即OLED本身就是光源。在LCD中，輸入的電壓不同，微小的液晶會改變方向。它們會使得背景光源發出的白色光穿過或擋住，這一原理使得LCD的視角受到限制。以側面看的效果很差，或看不到畫面。液晶顯示器如果由於發光的顏色錯誤會出現像素差錯，而在有機發光二極體中這種錯誤幾乎不會出現。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,10,為什麼 LCD 會有視角問題,而OL
8、ED沒有 ?,解決視角問題=(1)直接在顯示器外面附加一層漫射膜，漫射膜 可以將特定傳播方向的光線散射向各個方 向，從而增大可視角度。不過這種方法只能達到一定程度的改善。 (2)改變通過液晶的電流方向來增大可視角度。 電流不再是從頂端流向底端，而是從側面方 向流過。這就使得液晶分子在水平方向上有 序排列，從而增大了傳遞光線的可視角度。 (3)將每個液晶單元分割成大量微小的部分，事 先將這些微小子單元以不同的方向傾斜，這 就使得傳播光線在到達這些微小面板的時候 向各個方向散射，從而增大可視角度。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,11,OLED發光效能僅25% ?,
9、2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,12,OLED發光效能僅25% ?,(1)在研究當中發現，OLED可藉由在發光層中摻雜一不等濃度的摻雜 （dopant），使得主發光體（host）的能量得以轉移至摻雜物上而改變原 本主發光體的光色以及發光的效率。 (2)在1998年，美國的Baldo等人研究出以銥金屬錯合物（iridium complex） 製成的元件，可以把原先三重態中流失的能量補救回來，將OLED元件的 發光效率大幅提昇三倍以上，是近來OLED技術開發上的一大突破。 (3)NEWS= 採用磷光材料之OLED面板 年底將進入量產階段 2003/11/26 據悉，
10、採用磷光(phosphorescent)材料的OLED面板即將要進入大量生產的階段。在1999率先推出OLED面板的日本先鋒旗下的公司Tohoku Pioneer，已經與Universal Display(UDC)公司簽署了供應OLED面板的磷光材料協議。 Tohoku Pioneer將使用UDC公司的PHOLED原料製造passive-matrix OLED顯示螢幕，以提高顯示器紅色的純淨度，據稱2003年底將會開始量產。傳統的OLED面板使用螢光材料以產生紅、綠和藍光，但摻雜螢光材料的面板電光轉化效率只有25%。而據UDC介紹，採用磷光材料的面板電光使用率有可能達到100%。 UDC已經和
11、多個合作夥伴共同開發磷光材料OLED面板，其中最密切的合作夥伴是SONY公司。雙方在2001年4月就簽署了合作協議，SONY已經利用這種材料開發出大螢幕電視。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,13,OLED發光效能僅25% ?,(4)NEWS=友達光電展示採用磷光發光技術之非晶矽主動式OLED 2003/05/23 友達光電(Au Optronics)與美國環宇顯示技術(Universal Display Corporation，UDC)公司合作，開發出首次採用磷光發光技術於非晶矽(a-Si)的主動式全彩OLED。該產品將於5月2022日於美國馬里蘭州巴爾的摩市
12、舉辦之國際資訊顯示學會展覽會(SID 2003，Society for Information Display Intl Exhibition)中首度展出。 友達光電表示，有別於過去利用螢光發光之技術，此磷光(Phosphorescent)發光技術的OLED可降低40%的功率消耗，因此更強化了產品的省電功能及攜帶性，更符合目前行動通訊的需求。 此次展出之4吋以磷光發光的OLED面板，主要的特色在於採用紅色磷光材料，運用此技術可讓其呈現的色彩飽和度大幅提高，且大幅節省產品40%以上的電力。友達光電OLED處長利錦洲博士表示，未來磷光在OLED市場上將有相當的重要性。 此外，由於低耗電率為此產品的
13、最大優勢，因此該顯示技術將可有效應用在行動電話、PDA、SMART PHONE等行動通訊產品上，不但可延長電池壽命，同時可使電池朝向更輕薄化設計。而此新技術的開發，加上原本非晶矽主動式全彩OLED的高亮度、無視角、輕薄、快速反應無殘影等特性，使得OLED在產品應用上將更為廣泛。 問題:請回想一下磷光的定義? 磷光於激發後段時間才出現，是否會有如LCD之殘影產生?亦或是採用生命期較短之磷光材料克服呢?,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,14,顯示技術名詞釋義,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,15,顯示技術名詞釋義,CRT顯示器（Cat
14、hode Ray Tube；CRT）： CRT為我們現在家庭裡常看到的電視。CRT屬於電子激發顯示器（Cathodoluminescence），其原理為電子束因高壓加速，打到鍍上一層磷光質材料的映像管上，電子束經過磁場，使得路徑產生偏折而打在映像管的不同位置上，而螢幕塗佈一層螢光質材質，分別以三束電子槍撞擊而產生RGB三色。由於偏轉線圈（yoke）不易使電子束做大幅度的偏轉，所以螢幕越大，電子束就需要更長的距離偏移，所以CRT顯示器體積大且螢幕成弧形，全平面電視則是用電磁透鏡組將電子束做修正。CRT顯示器解析度高，但體積大重量重、採取類比介面、輻射線更有害視力健康，故不符合未來消費性電子的發展
15、趨勢。 (2-1)薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD）： 液晶（Liquid Crystal）是一種液態的有機化合物，但是其分子排列和晶體一樣具有規則性。液晶基於折射率的異向性，入射光的偏光狀態會隨著液晶長軸的方向而偏轉。另外，TFT-LCD屬於被動發光，主動式驅動。由於液晶本身不會發光所以必須外加光源，也由於需要背光源的設計，所以TFT-LCD的耗電量比自發光的OLED來的大且重，為了將光源均勻地分布在螢幕的每個角落，所以要有導光板的協助。所謂主動驅動，是利用一個薄膜電晶體作為控制液晶的開關元件，直接製作在後透明基板上（被動模式是另外製作在電路板上），主動式驅動可使畫素間的影響降低，並提昇
16、畫質與解析度。,2004/05/11,國立彰化師範大學物理系藍光實驗室 張永政,16,顯示技術名詞釋義,(2-2)TFT (Thin Film Transistor)主動式矩陣液晶。薄膜電晶體。 TFT的部份製程，例如玻璃基版、ITO膜、配向膜、偏光板等，與TN有些類似，同樣是在兩夾層間衝灌液晶分子的設計，但TFT改變的部分是，上部夾層的電極改成FET電晶體，下部夾層改成共通電極，由於共通電極具有電容效應，可以保持電位狀態，因此透過光的液晶分子將因此而保持排列方式，直到下一次EFT通電，才會再次改變其排列方式；相對的TN就沒有這個特性，一但電極不再加壓，液晶法上恢復原本排列方式。 由於TFT能讓液晶排列方式具有保持與記憶性，因此TFT又可稱為主動式矩陣液晶；TN/STN/DSTN則稱為被動式矩陣液晶。此外，TFT也具有較好的顯示畫質，應答時間可在40ms以下，觀賞角度可達160度，對比率也可超過150:1以上，應用範圍包括數位相機、液晶投影機、高階筆記型
