OLED提高藍光壽命的重要專利技術(shù)分析

孫寧寧 丁瑞平

摘要：OLED在大尺寸超高清柔性顯示領域有巨大的應用潛力。目前，OLED藍光壽命遠遠低于其他顏色光壽命，已成為制約OLED發(fā)展的主要因素。基于此，本文梳理OLED提高藍光壽命的重要專利技術(shù)，并總結(jié)出技術(shù)發(fā)展的路線。

關(guān)鍵詞：OLED;藍光;壽命

中圖分類號：TN27;G306文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）30-0057-03

Abstract： OLED devices are promising for application in large-scale ultra-high-definition and flexible display. At present， the lifetime of blue light in OLED is much lower than that of other colors， which is a main limitation for developments of OLED.Based on this， this paper combed the important patented technologies of OLED to improve the lifetime of blue light， and summarized the route of technological development.

Key words： OLED; blue; lifetime

近年來，有機發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示成為各顯示器廠商極力推廣的新興平板顯示技術(shù)，被稱為第三代夢幻顯示技術(shù)。相對于其他類型的平板顯示器，OLED顯示器具有全固態(tài)、自發(fā)光、高清晰度、廣視角、面板超薄和大面積柔性顯示等優(yōu)點，被業(yè)界公認為最具有發(fā)展?jié)摿Φ娘@示裝置[1]。

由于藍光光子的能量較高，容易引起藍光材料的衰變，衰減快的藍光材料亮度下降也快，使藍光材料的壽命最短，屏幕便會產(chǎn)生顏色偏移。另外，藍光材料的發(fā)光效率也遠遠低于紅、綠光材料，使藍光區(qū)域的亮度不高[2]。因此，OLED藍光壽命嚴重影響著顯示器件的使用壽命、亮度及顏色純度等參數(shù)，提高OLED藍光壽命成為研究人員亟待解決的一大難題。

1 OLED提高藍光壽命的主要途徑

OLED提高藍光壽命的主要途徑包括研發(fā)新型藍光材料、優(yōu)化OLED疊層結(jié)構(gòu)、優(yōu)化藍色子像素的像素結(jié)構(gòu)以及其他顏色發(fā)光材料取代藍光材料4個方面。

1.1 研發(fā)新型藍光材料

與紅、綠光材料相比，藍光材料壽命最短的根本原因在于藍光材料容易衰變，因此，研發(fā)新型藍光材料以提高其壽命和發(fā)光效率一直是OLED提高藍光壽命的主要途徑。藍光發(fā)光層中包括藍色主體材料及藍色發(fā)光材料，其中藍色發(fā)光材料又包括藍色磷光材料、藍色熒光材料及藍色無機量子點材料，藍色發(fā)光材料還包括有機小分子材料和有機聚合物材料。通過研發(fā)新型藍色主體材料及藍色發(fā)光材料可以有效改善OLED器件的藍光壽命。另外，還可以使藍光發(fā)光層中包含2種或多種不同顏色的摻雜劑，以優(yōu)化藍光材料的壽命。

1.2 優(yōu)化OLED疊層結(jié)構(gòu)

在整個OLED表面設置一層藍色共通層來增大藍色發(fā)光面積，可以提高藍光壽命;或者設置2層不同藍光波長的藍光層，可以提高其發(fā)光效率。另外，還可以增加一中間層來改善藍光層的電子或空穴的注入能力，以提高藍光壽命;或者在傳輸層、封裝層、平坦化層等結(jié)構(gòu)中摻雜藍光材料來提高藍光壽命。

1.3 優(yōu)化藍色子像素的像素結(jié)構(gòu)

藍光壽命與其電流密度成正比，因此，通過增大藍色子像素的像素面積以及不同的像素排列方式可以有效降低電流密度，以提高藍光壽命。另外，可以采用多個不同藍光波長的藍色子像素交替發(fā)光以提高整體的藍光壽命。

1.4 其他顏色發(fā)光材料取代藍光材料

為了避免使用壽命短的藍光材料，研究人員發(fā)現(xiàn)可以通過使用白色、綠色等發(fā)光材料再配合藍色濾光片、藍色上轉(zhuǎn)換層或基于表面等離子體耦合原理的藍色位移層來實現(xiàn)藍光發(fā)射。另外，可以在封裝層、平坦層中摻雜藍色上轉(zhuǎn)換材料以簡化OLED疊層結(jié)構(gòu)。

2 OLED提高藍光壽命的專利技術(shù)分析

本文采用中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）對涉及OLED提高藍光壽命的專利申請情況進行分析，并將檢索時限截至2018年7月27日。

2.1 專利申請量主要地域分布

圖1給出OLED提高藍光壽命的專利申請量主要地域分布，由圖1可以看出，中國在該領域占據(jù)第一位，份額占到了41%;其次為日本，占28%;再次為韓國，占17%;然后是美國和德國。可見，OLED技術(shù)長期以來呈現(xiàn)三分天下的局面，中國、日本、韓國是申請量主要貢獻者，歐美國家申請量相對較少，反映出了亞洲國家更加重視該領域的專利布局。

2.2 專利技術(shù)申請量分析

圖2顯示了OLED提高藍光壽命的專利技術(shù)分支申請量份額。在OLED提高藍光壽命的中國專利申請中，涉及改進藍光材料的申請量占據(jù)第一位，份額占到了64%，遠遠超過其他技術(shù)分支;其次是改變疊層結(jié)構(gòu)、像素結(jié)構(gòu)以及使用其他顏色取代藍光材料。可見，提高藍光壽命的主要途徑還是改進藍光材料的壽命，但同時研發(fā)人員也在不斷研究通過改進器件結(jié)構(gòu)或?qū)ふ姨鎿Q材料來提高藍光壽命。

2.3 OLED提高藍光壽命的專利技術(shù)路線

為了了解OLED領域提高藍光壽命技術(shù)發(fā)展演變情況，了解主要技術(shù)路線，通過篩選重要專利，然后以技術(shù)分支和時間為坐標，繪制出該技術(shù)路線，如表1所示。

從表1所示的OLED提高藍光壽命專利技術(shù)路線可以看出，通過研發(fā)新型藍光材料或不同顏色發(fā)光材料的組合來提高藍光壽命一直是各大公司研發(fā)的重點。此外，研究人員又相繼提出了改變藍光層的結(jié)構(gòu)、增大藍色子像素的面積、量子點發(fā)光、基于表面等離子體耦合的發(fā)光等提高藍光壽命的技術(shù)方案，以通過改變OLED器件結(jié)構(gòu)或改變發(fā)光材料來獲得高壽命的藍光OLED發(fā)射器件。

2.4 OLED提高藍光壽命專利主要申請人技術(shù)分析

2.4.1 京東方公司。2007年，CN101393924A通過設置至少2個藍色子亞像素交替使用，延長藍色亞像素整體使用壽命;接著CN102655161A通過設置各亞像素的發(fā)光面積的比例關(guān)系與其對應填充因子之間的比例關(guān)系成正比，延長像素結(jié)構(gòu)的使用壽命;然后，CN104409470A設置像素單元包括紅綠藍子像素及深藍子像素，紅綠藍子像素包括同層設置的紅色發(fā)光層、綠色發(fā)光層及天藍色發(fā)光層以及覆蓋在紅色發(fā)光層、綠色發(fā)光層及天藍色發(fā)光層的第一深藍色發(fā)光層，深藍子像素包括第二深藍色發(fā)光層，即每個像素單元包含4種顏色，并將天藍色發(fā)光層及深藍色發(fā)光層的優(yōu)點結(jié)合在一起，提高了像素單元的光色及壽命;CN105679957A設置藍光層包括雙摻雜系統(tǒng)，發(fā)射不同藍色光的不同摻雜劑同時摻入同一發(fā)光層中，由此改進發(fā)光器件的服務壽命;2016年，CN105870354A又提出了藍光微腔結(jié)構(gòu)，使用半透半反層與金屬電極層之間形成的微腔結(jié)構(gòu)代替藍色的彩色濾光片，延長了藍色子像素的壽命。

2.4.2 出光興產(chǎn)株式會社。2000年，CN1939884A中藍色發(fā)光介質(zhì)包含含胺的單、二、三或四苯乙烯基衍生物和一種具有特定結(jié)構(gòu)的蒽衍生物;然后，CN1876610A提出使用具有蒽骨架和不對稱分子結(jié)構(gòu)的新芳香化合物發(fā)射藍光，接著CN102239141A中藍色發(fā)光層使用新型芳香族胺衍生物。

2.4.3 三星公司。2005年，CN1664054A等多篇專利提出了新型的深藍色磷光材料，接著CN1728903A提出電子傳輸層由電子傳輸材料和藍光發(fā)射材料構(gòu)成;CN1780510A提出空穴傳輸層由空穴傳輸材料和藍光發(fā)射材料構(gòu)成;然后，CN102262854A像素結(jié)構(gòu)中設置藍色子像素被排列成與相鄰兩行紅子像素和綠子像素在行方向上重疊，并且藍色子像素具有比其他子像素大的面積，以及US2014124758A設置一層藍色共通層并優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，以提高藍光發(fā)射效率及壽命。

2.4.4 LG公司。2008年，CN101747889A等多篇專利提出了新型的藍色熒光材料;接著CN103187429A設置一層藍光共通層并優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)以提高藍光發(fā)射效率及壽命;然后，CN107275360A改進了像素結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化藍光壽命。

可見，京東方、三星、LG等主要申請人都對OLED提高藍光壽命的技術(shù)進行了比較全面的研究，不僅包括新型藍光材料，還包括器件結(jié)構(gòu)方面的改進。另外，出光興產(chǎn)株式會社等申請人主要研發(fā)新型的藍色基質(zhì)材料或摻雜劑材料，以從根本上改善藍光材料的壽命。

3 結(jié)語

本文梳理了OLED提高藍光壽命的專利技術(shù)及相應的技術(shù)路線，通過分析發(fā)現(xiàn)，提高藍光壽命的最主要途徑仍然是改進藍光材料，而與OLED疊層結(jié)構(gòu)、像素結(jié)構(gòu)以及其他顏色替換藍光材料等相關(guān)的專利技術(shù)相對較少。因此，研究新型的OLED疊層結(jié)構(gòu)、像素結(jié)構(gòu)、其他顏色替換藍光材料以及綜合考慮多個因素的結(jié)構(gòu)仍然是下一步的研究重點。

參考文獻：

[1] 王旭鵬，密保秀，高志強，等.白光有機發(fā)光器件的研究進展[J].物理學報，2011（8）：087808.

[2] Antti Laaperi.OLED lifetime issues from a mobile-phone-industry point of view[J].Journal of the Society for Information Display，2008（11）：1125-1130.