Introduction to OLED technology for automotive applications

2023-02-27
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OLED意为有机发光二极管。目前主要应用于显示以及照明领域,其中与OLED显示不同,OLED照明技术目前主要用于通用照明和汽车应用。就这些应用领域而言,OLED具备发光均匀、外形超薄、可柔性、可分区控制等优势。本文将从OLED发展背景、OLED制备工艺、OLED光源在汽车应用中的优势三个方面来介绍OLED车载应用基础技术。

OLED发展背景

1人造照明发展历程

目前OLED技术已经应用在显示及照明行业上,不仅成为继显像管(CRT)、液晶(LCD)之后的新一代显示技术。而且由于其面光源、轻薄、光品质高等特点成为继白炽灯、荧光灯、LED之后的新一代照明光源。

2OLED的结构与特点

有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED ),是利用有机半导体材料在电场作用下发光的技术。由于有机发光各层材料及器件制备特性,OLED器件为多层二维面型结构。OLED器件每层材料层的厚度极薄(一般小于500nm),因此OLED器件可以制作的非常轻薄。OLED产品形态取决于基板的形态,采取不同基板,OLED可实现透明、弯曲、卷折等特殊形态。

OLED器件结构图

3. OLED结构简介

基板:采用玻璃材质或者聚合物薄膜材料,其主要作为整个OLED的载体。

阳极:采用ITO(氧化铟锡)等透明导电氧化物,通过物理溅射的方式沉积而成。

有机功能材料:采用小分子有机材料,通过不同材料的搭配(十余种有机材料)调整OLED的发光颜色、寿命等。一般通过热蒸镀的方式逐层沉积而成。

阴极:采用铝、银等金属导电材料,通过热蒸镀的方式形成。

封装层:通常采用玻璃材质或者金属箔,对有机功能材料进行封装保护,避免外界水氧的侵蚀。

主体结构示意图-屏体整体厚度小于2mm

4OLED发光原理

OLED (organic light emitting diode):有机发光二极管,是一种基于有机材料的电致发光器件。其发光原理如下:

1.在外加电场的作用下载流子的注入:电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入。
2.载流子的迁移:注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁移。
3.载流子的复合:电子和空穴复合产生激子。
4.激子的迁移:激子在电场的作用下迁移,能量传递给发光分子,并激发电子从基态跃迁到激发态。
5.电致发光:激发态能量通过辐射跃迁,产生光子,释放出能量。

OLED发光原理

有机材料一般分为荧光材料和磷光材料

荧光材料受激辐射会由单重激发态跃迁到基态,从而形成荧光发射。但基于泡利不相容原理以及量子力学的选择定则,在荧光材料中从三重激发态跃迁到基态的过程是自选禁止的,且由于在器件中形成单重激发态和三重激发态的比例为1:3,所以在一般荧光材料体系最高内量子效率只有25%。为了突破25%的效率限制,在有机材料基础上引入重金属元素(如Ir、Pt等),通过重原子效应可以使电子三重激发态跃迁到基态,从而发射出磷光,且最高内量子效率可以达到100%。

发光材料单重与三重态发光状态途径示意图

发光的颜色取决于发射光子的能量,即激发态和基态的能量差,能量差越大,发射的光子能量越大,发光颜色越往短波方向移动。

要想改变发光的颜色,可以用不同的有机分子作为发光体,或者通过设计有机材料的激发态和基态的能量差来实现。

5OLED结构的演化
始于1963年Pope等人发现的单层蒽晶体。20世纪80年代,柯达邓青云等提出了双层OLED结构,采用NPB为空穴传输层,Alq3为发光层兼电子传输层。第一次看到OLED的应用前景,直接推动OLED研究和应用的兴起。1988年,日本Kyushu大学Saito等人发表了三层器件。激子被限制在EML中,产生强烈的发光。增加了HIL和EIL等功能层,OLED的器件性能进一步改善。

6. LED与OLED的制造差异

LED芯片需要在晶圆上外延生长

OLED发光层可以玻璃、塑料等基板上蒸镀

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OLED发光层可以玻璃、塑料等基板上蒸镀

7OLED的制造流程

有机发光二极管OLED制备工序更少,结构更简单。

OLED制备工艺

光刻工艺

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蒸镀工艺

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封装工艺

切割

邦定

通过ACF各项异形导电胶通过绑定设备将柔性电路板(FPC)绑定到屏体引线区,从而实现与外部的电连接。

控制方案

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控制方式:OLED为直流驱动器件(电流与单个发光面积成正比,电压4V-12V),需采用共阴极恒流驱动芯片控制。

OLED光源在汽车应用中的优势

光源作为车灯的重要设计元素,其特征、形态一定程度上提升了车灯的外观与功能。OLED光源是一种面光源,其发光均匀、无热量集中点、发光区可分区控制、对比度高、分区之间的间隙极小,可实现弱显示功能。OLED还具有轻薄、易集成的特性,屏体厚度小于2mm,质量更轻,重量相较其他光源减轻50%且无需匀光板,组装更为简单,空间占用减少80%。

数字化OLED技术

OLED屏体图形化是采用光刻技术实现的,通过mask设计在一片OLED屏体上可以实现任意图形及数量的设计(精度﹤10um)。

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

在尾灯中可通过简单的数字化信号改变尾灯的发光形状和外观,在不改变尾灯硬件规格的前提下实现个性化定制。与常规显示技术相比:

特定的图形可以直接设计,而无需控制大量的规则小像素实现。非扫描模式,屏体亮度可达到2000cd/m²,满足法规要求。

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

利用多分区可独立控制的特点,可以通过尾灯向跟随车辆以及行人传递信息,使尾灯成为原本仅有信号指示功能的媒介转变为可呈现不同类型内容的媒介。

如奥迪Q5数字化OLED尾灯提供了Singnature1~3种预设发光模式,每组模式都有专属的Leaving home与Coming home的发光显示。

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

 

数字化OLED是目前在尾灯中体现个性化以及实现车联网通信最灵活的显示技术。