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          OLED車載應用基礎技術介紹

          2023-02-17
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          OLED意為有機發光二極管。目前主要應用于顯示以及照明領域,其中與OLED顯示不同,OLED照明技術目前主要用于通用照明和汽車應用。就這些應用領域而言,OLED具備發光均勻、外形超薄、可柔性、可分區控制等優勢。本文將從OLED發展背景、OLED制備工藝、OLED光源在汽車應用中的優勢三個方面來介紹OLED車載應用基礎技術。

          OLED發展背景

          1人造照明發展歷程

          目前OLED技術已經應用在顯示及照明行業上,不僅成為繼顯像管(CRT)、液晶(LCD)之后的新一代顯示技術。而且由于其面光源、輕薄、光品質高等特點成為繼白熾燈、熒光燈、LED之后的新一代照明光源。

          2OLED的結構與特點

          有機發光二極管(Organic Light-Emitting Diode,OLED ),是利用有機半導體材料在電場作用下發光的技術。由于有機發光各層材料及器件制備特性,OLED器件為多層二維面型結構。OLED器件每層材料層的厚度極薄(一般小于500nm),因此OLED器件可以制作的非常輕薄。OLED產品形態取決于基板的形態,采取不同基板,OLED可實現透明、彎曲、卷折等特殊形態。

          OLED器件結構圖

          3. OLED結構簡介

          基板:采用玻璃材質或者聚合物薄膜材料,其主要作為整個OLED的載體。

          陽極:采用ITO(氧化銦錫)等透明導電氧化物,通過物理濺射的方式沉積而成。

          有機功能材料:采用小分子有機材料,通過不同材料的搭配(十余種有機材料)調整OLED的發光顏色、壽命等。一般通過熱蒸鍍的方式逐層沉積而成。

          陰極:采用鋁、銀等金屬導電材料,通過熱蒸鍍的方式形成。

          封裝層:通常采用玻璃材質或者金屬箔,對有機功能材料進行封裝保護,避免外界水氧的侵蝕。

          主體結構示意圖-屏體整體厚度小于2mm

          4OLED發光原理

          OLED (organic light emitting diode):有機發光二極管,是一種基于有機材料的電致發光器件。其發光原理如下:

          1.在外加電場的作用下載流子的注入:電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能薄膜注入。
          2.載流子的遷移:注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發光層遷移。
          3.載流子的復合:電子和空穴復合產生激子。
          4.激子的遷移:激子在電場的作用下遷移,能量傳遞給發光分子,并激發電子從基態躍遷到激發態。
          5.電致發光:激發態能量通過輻射躍遷,產生光子,釋放出能量。

          OLED發光原理

          有機材料一般分為熒光材料和磷光材料

          熒光材料受激輻射會由單重激發態躍遷到基態,從而形成熒光發射。但基于泡利不相容原理以及量子力學的選擇定則,在熒光材料中從三重激發態躍遷到基態的過程是自選禁止的,且由于在器件中形成單重激發態和三重激發態的比例為1:3,所以在一般熒光材料體系最高內量子效率只有25%。為了突破25%的效率限制,在有機材料基礎上引入重金屬元素(如Ir、Pt等),通過重原子效應可以使電子三重激發態躍遷到基態,從而發射出磷光,且最高內量子效率可以達到100%。

          發光材料單重與三重態發光狀態途徑示意圖

          發光的顏色取決于發射光子的能量,即激發態和基態的能量差,能量差越大,發射的光子能量越大,發光顏色越往短波方向移動。

          要想改變發光的顏色,可以用不同的有機分子作為發光體,或者通過設計有機材料的激發態和基態的能量差來實現。

          5OLED結構的演化
          始于1963年Pope等人發現的單層蒽晶體。20世紀80年代,柯達鄧青云等提出了雙層OLED結構,采用NPB為空穴傳輸層,Alq3為發光層兼電子傳輸層。第一次看到OLED的應用前景,直接推動OLED研究和應用的興起。1988年,日本Kyushu大學Saito等人發表了三層器件。激子被限制在EML中,產生強烈的發光。增加了HIL和EIL等功能層,OLED的器件性能進一步改善。

          6. LED與OLED的制造差異

          LED芯片需要在晶圓上外延生長

          OLED發光層可以玻璃、塑料等基板上蒸鍍

          OLED發光層可以玻璃、塑料等基板上蒸鍍

          7OLED的制造流程

          有機發光二極管OLED制備工序更少,結構更簡單。

          OLED制備工藝

          光刻工藝

          蒸鍍工藝

          封裝工藝

          切割

          邦定

          通過ACF各項異形導電膠通過綁定設備將柔性電路板(FPC)綁定到屏體引線區,從而實現與外部的電連接。

          控制方案

          控制方式:OLED為直流驅動器件(電流與單個發光面積成正比,電壓4V-12V),需采用共陰極恒流驅動芯片控制。

          OLED光源在汽車應用中的優勢

          光源作為車燈的重要設計元素,其特征、形態一定程度上提升了車燈的外觀與功能。OLED光源是一種面光源,其發光均勻、無熱量集中點、發光區可分區控制、對比度高、分區之間的間隙極小,可實現弱顯示功能。OLED還具有輕薄、易集成的特性,屏體厚度小于2mm,質量更輕,重量相較其他光源減輕50%且無需勻光板,組裝更為簡單,空間占用減少80%。

          數字化OLED技術

          OLED屏體圖形化是采用光刻技術實現的,通過mask設計在一片OLED屏體上可以實現任意圖形及數量的設計(精度﹤10um)。

          [1]Audi MediaInfo Technology Ingolstadt(08/29/19)
          OLED 2.0   數字化OLED技術

          在尾燈中可通過簡單的數字化信號改變尾燈的發光形狀和外觀,在不改變尾燈硬件規格的前提下實現個性化定制。與常規顯示技術相比:

          特定的圖形可以直接設計,而無需控制大量的規則小像素實現。非掃描模式,屏體亮度可達到2000cd/m²,滿足法規要求。

          [2]Audi MediaInfo Technology Ingolstadt(08/29/19)

          利用多分區可獨立控制的特點,可以通過尾燈向跟隨車輛以及行人傳遞信息,使尾燈成為原本僅有信號指示功能的媒介轉變為可呈現不同類型內容的媒介。

          如奧迪Q5數字化OLED尾燈提供了Singnature1~3種預設發光模式,每組模式都有專屬的Leaving home與Coming home的發光顯示。

          DIGITAL OLED=Most flexible Display Technology for Personalisation and Car-to-X communication in Taillighting

           

          數字化OLED是目前在尾燈中體現個性化以及實現車聯網通信最靈活的顯示技術。

           

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