OLED顯示殘像研究進(jìn)展

翁 樂，史大為，郭 建，喻志農(nóng)*

（1.北京理工大學(xué) 光電學(xué)院，北京市混合現(xiàn)實(shí)與先進(jìn)顯示技術(shù)工程研究中心，北京 100081；2.重慶京東方顯示技術(shù)有限公司，重慶 400714）

1 引 言

近年來，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于柔性顯示、智慧醫(yī)療、輔助駕駛系統(tǒng)、穿戴設(shè)備等領(lǐng)域［1-4］。OLED具有色域大、響應(yīng)速度快、可視角廣、功耗低、可印刷加工等優(yōu)點(diǎn)，其高效節(jié)能的特點(diǎn)滿足當(dāng)前世界的環(huán)保要求，成為了繼液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）后的新一代顯示技術(shù)［5-7］。

OLED通過電子與空穴形成的激子經(jīng)輻射躍遷發(fā)出光子而實(shí)現(xiàn)發(fā)光，與LCD的結(jié)構(gòu)相比，OLED不再需要背光源，是一種自主發(fā)光顯示器件，在有源矩陣（Active-matrix，AM）的驅(qū)動(dòng)下，AMOLED顯示器能夠提供更加鮮艷和高對比度的圖像，同時(shí)，像素間的獨(dú)立控制使得OLED不僅具有寬廣的色域，而且能夠進(jìn)一步降低能耗［8-9］。更重要的是，組成OLED器件的材料均可來源于有機(jī)材料，柔軟且高效的有機(jī)材料使得OLED成為柔性光電子器件的最佳候選者［10］。相較于無機(jī)量子點(diǎn)（Quantum Dots，QDs）的液相噴涂等圖形化制備工藝，OLED的有機(jī)發(fā)光層使用帶有掩模版的真空氣相沉積工藝而圖形化，并與同樣采用真空沉積方法制備的電子/空穴傳輸層相連，使得OLED在大尺寸均勻性上表現(xiàn)更佳［11］，而且OLED的制造成本遠(yuǎn)低于mini-LED，因此OLED仍是目前最具潛力的顯示技術(shù)之一。然而，盡管AMOLED顯示器已被大量應(yīng)用在智能手機(jī)和平板電視領(lǐng)域，其壽命和可靠性問題仍是需要研究和解決的關(guān)鍵技術(shù)［12-13］。

OLED顯示器的壽命通常由某一特定顯示亮度降至初始值的50%所需的時(shí)間確定，而OLED的自主發(fā)光特性決定了各像素間的壽命差異［14］。由于發(fā)光材料的壽命限制等因素的影響，OLED顯示器的電學(xué)性能會(huì)隨著發(fā)光時(shí)間的延長而不斷劣化，而像素間的退化差異會(huì)導(dǎo)致OLED顯示在圖像切換時(shí)，上一幅畫面的亮度信息會(huì)保留在新的畫面上，這種圖像粘連現(xiàn)象很容易被人眼捕捉，稱為OLED顯示的殘像現(xiàn)象［15］。殘像現(xiàn)象一旦發(fā)生，很難或者需要相當(dāng)長的時(shí)間恢復(fù)，甚至?xí)p壞OLED顯示器件，因此OLED顯示殘像是影響OLED壽命和可靠性的重要原因。OLED的亮度降低是由有機(jī)發(fā)光材料和薄膜晶體管（Thin Film Transistor，TFT）的性能退化共同引起，目前大量關(guān)于OLED顯示殘像現(xiàn)象的研究正在開展。本文分析了OLED殘像的發(fā)生機(jī)理，綜述了近年來針對OLED殘像的緩解或解決方案。值得注意的是，本文關(guān)注了剛性和柔性O(shè)LED顯示結(jié)構(gòu)的差異，闡述了剛性和柔性O(shè)LED發(fā)生殘像現(xiàn)象的不同原因，為OLED殘像的抑制和壽命的提升提供了新的思路。

2 OLED殘像現(xiàn)象和影響因素

2.1 OLED殘像現(xiàn)象

圖1所示為OLED的理想顯示效果和實(shí)際發(fā)生的殘像現(xiàn)象示意圖。OLED在顯示黑或白一段時(shí)間后，將這些像素全部切換為灰色顯示。理想狀態(tài)下，OLED應(yīng)該在極短時(shí)間內(nèi)迅速切換為該灰色亮度，如圖1（b）所示，然而由于像素間性能的退化，原先顯示黑色的區(qū)域。切換為灰色后亮度比理想狀態(tài)下高，而原先顯示白色區(qū)域亮度比理想狀態(tài)下低，如圖1（c）所示?；叶蕊@示切換的亮度變化曲線分別如圖1（d）和圖1（e）所示，其中Lmax和Lmin分別表示灰度切換后的最高和最低亮度值。

圖1 OLED顯示的殘像現(xiàn)象Fig.1 Sticking image of OLED display

2.2 OLED殘像的發(fā)生機(jī)制

造成OLED顯示殘像的原因包括有機(jī)發(fā)光材料的可靠性差異、TFT的穩(wěn)定性以及柔性基底對TFT的影響等。構(gòu)成OLED顯示的紅、綠、藍(lán)三色有機(jī)發(fā)光二極管材料中，藍(lán)色OLED的壽命是目前OLED發(fā)展的最大阻礙之一［16］。OLED通過空穴與電子的傳輸與復(fù)合發(fā)光，復(fù)合形成的激子產(chǎn)生用于熒光發(fā)光的單線態(tài)和用于磷光發(fā)光的三重態(tài)，盡管利用磷光和熱活化延遲熒光有機(jī)發(fā)光二極管能夠?qū)崿F(xiàn)深藍(lán)色OLED接近100%的內(nèi)部量子效率，但隨著激子的發(fā)射衰減和發(fā)射壽命變長，藍(lán)光具有的高能激發(fā)態(tài)將會(huì)提高電荷傳輸層或激子阻擋層中化學(xué)鍵斷裂的幾率，導(dǎo)致藍(lán)光OLED器件亮度降低，致使OLED壽命極大縮短［17］。2021年，O.J.Soon等人［18］通過三重態(tài)激子的再循環(huán)過程實(shí)現(xiàn)了深藍(lán)色OLED 33.5%外量子效率和高于5 000 h的壽命。同年，C.Y.Chan等人［19］報(bào)道了利用雙單元堆疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的藍(lán)色OLED，從100 cd·m-2的初始亮度降低至一半的時(shí)間超過10 000 h。然而，為滿足未來顯示高亮度和高穩(wěn)定性的需求，藍(lán)光OLED需要在500～2 000 cd·m-2的亮度下，至少維持10 000 h以上［20］。而現(xiàn)有的OLED在長時(shí)間的高亮顯示下，藍(lán)色子像素比紅色和綠色子像素更早地出現(xiàn)退化，長期靜態(tài)顯示的區(qū)域像素亮度退化明顯，在圖像切換時(shí)，該區(qū)域顯示亮度降低，導(dǎo)致出現(xiàn)殘像現(xiàn)象。

除了OLED的組成材料本身外，有源驅(qū)動(dòng)矩陣薄膜晶體管的性能是影響OLED顯示殘像的另一重要因素。隨著TFT柵極電壓的加載，TFT的閾值電壓（Threshold Voltage，VTH）的漂移是直接引起OLED顯示殘像的原因之一。2008年，J.H.Lee等 人［21］首 次 提 出 了 多 晶 硅（poly-Si）TFT在OLED顯示灰度切換時(shí)發(fā)生的遲滯效應(yīng)，即從低灰度值切換至中間灰度顯示時(shí)，VTH發(fā)生正向偏移，使TFT更早開啟，源漏電流（Source-drain Current，IDS）變大，而當(dāng)OLED顯示從高灰度切換至中間灰度顯示時(shí)，VTH發(fā)生負(fù)向偏移，IDS減小，如圖2所示。由于從不同亮度值切換至中間亮度時(shí)TFT的VTH不一致，導(dǎo)致相同柵壓下，中間灰度值的顯示亮度不一致，發(fā)生與圖1（e）對應(yīng)的殘像現(xiàn)象。此外，不同類型有源層TFT的遲滯現(xiàn)象不完全一致，例如氫化非晶硅（a-Si∶H）在暗環(huán)境下表現(xiàn)出大的滯后效應(yīng)，而非晶銦鎵鋅氧化物（a-IGZO）薄膜晶體管在亮環(huán)境下穩(wěn)定性更差［22］。TFT的遲滯效應(yīng)由有源層內(nèi)部缺陷及其和絕緣層的介面缺陷共同作用引起，即由器件深能級態(tài)密度模型和界面態(tài)密度決定。由TFT自身性能引起的OLED殘像已經(jīng)被研究了很長一段時(shí)間，可測量有源層與柵極間電容在線表征，以此來確定殘像的惡劣程度［23］。

圖2 poly-Si TFT的遲滯現(xiàn)象［21］Fig.2 Hysteresis effect on the drain current of poly-Si TFT［21］

為滿足醫(yī)療、車載、穿戴等領(lǐng)域的顯示需求，柔性顯示技術(shù)成為新型顯示的熱點(diǎn)之一?；侨嵝設(shè)LED顯示與剛性O(shè)LED顯示的本質(zhì)區(qū)別，使用最為廣泛的柔性基底是聚酰亞胺（Polyimide，PI）［24］，然而PI基底的使用給TFT的穩(wěn)定性帶來了新的問題與挑戰(zhàn)。H.J.Kim等［25］研究PI作為柔性基底的IGZO TFT時(shí)發(fā)現(xiàn)，僅改變PI的固化溫度，隨著溫度的升高，TFT的穩(wěn)定性變差，殘像現(xiàn)象變得更加明顯，如圖3所示（圖中NBTS表示負(fù)偏壓溫度應(yīng)力，Negative bias temperature stress）。他們使用具有不同電阻率的PI襯底，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著PI電阻率的增加，IGZO TFT器件穩(wěn)定性變好［26］，說明PI中存在某種電荷的移動(dòng)行為，影響著TFT的電學(xué)性質(zhì)。

圖3 PI襯底IGZO TFT的殘像現(xiàn)象［25］Fig.3 Image sticking of IGZO TFT on PI substrate［25］

2017年J.Kim等人［27］深化對PI襯底上低溫多晶硅（Low Temperature Poly-Silicon，LTPS）TFT性能退化的研究，分別制備玻璃襯底和PI襯底上的LTPS TFT，通過表面形貌和物理形態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，PI襯底上器件退化的原因有以下兩點(diǎn)：一是離子注入后退火溫度不得不降低，低的退火溫度降低了TFT器件的性能；二是PI襯底上的多晶硅在準(zhǔn)分子激光退火過程中反復(fù)地收縮和膨脹，導(dǎo)致器件表面粗糙度增大，致使在多晶硅和柵絕緣層的界面上存在較高的缺陷，電學(xué)性能隨之下降。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在PI中加入SiOx阻擋層有利于增強(qiáng)器件的穩(wěn)定性，且隨著SiOx阻擋層厚度的增加，閾值電壓的偏移范圍減小。說明在背溝道附近可能存在帶正電荷的載流子，這些電荷可能是由勢壘與PI襯底界面處的負(fù)電荷引起的。由于柵負(fù)電壓的電場比后界面負(fù)電荷的電場強(qiáng)度更大，這些正電荷載流子向上漂移，導(dǎo)致前溝道空穴載流子聚集。增加的空穴載流子密度使TFT更早開啟，導(dǎo)致器件的閾值電壓在負(fù)柵壓下正向移動(dòng)。

殘像現(xiàn)象的產(chǎn)生與PI襯底密切相關(guān)，更深層次的研究聚焦在PI襯底偏壓后的理化性質(zhì)上。2019年，W.H.Han等人［15］通過測試無補(bǔ)償電路LTPS TFT驅(qū)動(dòng)的OLED像素切換顯示，提取出殘像的發(fā)生與恢復(fù)時(shí)間（圖4（a）），并首次利用TCAD軟件將PI襯底上LTPS TFT在經(jīng)過黑白灰像素變換時(shí)PI表面的電場分布提取出來，如圖4（b）所示。研究發(fā)現(xiàn)，無論是n型還是p型LTPS均會(huì)發(fā)生殘像現(xiàn)象，但引入3T1C（3個(gè)薄膜晶體管和1個(gè)電容）電路后，p型LTPS OLED的殘像現(xiàn)象被明顯改善，這是由于p型LTPS OLED的PI襯底表面電場方向經(jīng)過電路補(bǔ)償后不再發(fā)生改變。對于n型LTPS，短時(shí)間內(nèi)的殘像可由TFT的遲滯效應(yīng)解釋，而長時(shí)間顯示后的殘像只在有PI襯底存在時(shí)發(fā)生，通過模擬能夠得到PI襯底表面電勢分布，如圖4（b）所示，當(dāng)OLED顯示由黑像素變化為灰像素時(shí)，電場方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，這是因?yàn)槁O電壓固定為恒定值VDD，源電壓隨OLED電流的變化而變化，從而影響聚酰亞胺襯底中的電場分布。反之在p型LTPS驅(qū)動(dòng)的TFT中，無論OLED亮度如何，由于源電壓固定為恒定值VDD，電場的方向都是恒定的，只有大小發(fā)生變化，因此殘像現(xiàn)象得以消除。其本質(zhì)在于，在PI的涂覆過程中，由于化學(xué)雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷的存在，在PI中會(huì)產(chǎn)生電荷，且電荷的分布對電場有很強(qiáng)的依賴性。由于聚酰亞胺中的電場隨亮度的變化而變化，因此在黑、灰、白3種亮度條件下電荷行為不同。n型LTPS TFT在黑色條件下溝道下方有正電荷聚集，而在其他條件下溝道下方有正電荷漂移。因此，OLED顯示白色時(shí)，n型LTPS TFT OLED顯示屏的亮度逐漸下降。此外，PI頂部電荷的極性在黑色顯示為灰色時(shí)由正變?yōu)樨?fù)，導(dǎo)致了嚴(yán)重的殘像現(xiàn)象。H.J.Kim等人［26］在2021年的另一研究證實(shí)了這一結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)PI襯底的p型LTPS TFTs在偏壓溫度應(yīng)力（Bias Temperature Stress，BTS）測試中由于SiO2和PI界面上氟離子的聚集而產(chǎn)生閾值電壓正向偏移，這一結(jié)果通過電容-電壓（C-V）測量和二次離子質(zhì)譜（Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS）表征得到了驗(yàn)證。事實(shí)上，氟離子是在柵極偏置應(yīng)力作用下由PI襯底產(chǎn)生的，且TCAD模擬結(jié)果表明，閾值電壓偏移的方向與SiO2和PI界面上電荷捕獲的極性密切相關(guān)，閾值電壓偏移越大，OLED顯示發(fā)生殘像現(xiàn)象的傾向越高。

圖4 PI襯底LTPS TFT的殘像現(xiàn)象［15］Fig.4 Image sticking of LTPS TFT on PI substrate［15］

3 殘像的緩解和補(bǔ)償

對于OLED顯示的殘像問題，其解決方法一方面是要開發(fā)高性能的OLED發(fā)光材料來延長OLED的壽命，同時(shí)需要優(yōu)化TFT性能，提升有源矩陣驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性，從根本上延緩OLED器件的劣化進(jìn)程；另一方面是采用外部補(bǔ)償技術(shù)，包括外驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和像素亮度補(bǔ)償方法，間接改善OLED顯示殘像問題。

3.1 高性能有機(jī)材料和結(jié)構(gòu)

AMOLED顯示器的壽命問題是影響其顯示殘像的關(guān)鍵因素之一。隨著OLED發(fā)光時(shí)間的延長，OLED顯示像素的亮度逐漸下降，而當(dāng)相鄰像素之間的亮度差異達(dá)到2%～3%時(shí)，OLED顯示殘像現(xiàn)象變得明顯［28］，因此提升AMOLED子像素的發(fā)光效率和壽命有利于緩解殘像現(xiàn)象的發(fā)生［29］。

無論是熒光、磷光還是熱激活延遲熒光OLED，高性能深藍(lán)色OLED的研究仍然是目前具有挑戰(zhàn)性的問題之一。在藍(lán)光OLED材料研究方面，Z.F.Zhao等人［30］利用稀土元素鈰（Ⅲ）絡(luò)合物，研發(fā)出外量子效率高達(dá)20.8%的磷光OLED，且同時(shí)具有納秒級別的短激發(fā)態(tài)壽命（約52 ns，傳統(tǒng)磷光或激活延遲熒光OLED的典型值大于1 μs），工作壽命相較于傳統(tǒng)磷光顯示OLED提 升 了 約70倍。Z.J.Liu等 人［31］研 發(fā) 了一種新型含銥（Ⅲ）配合物的磷光OLED，通過縮短單線態(tài)到三重態(tài)電荷轉(zhuǎn)移躍遷的時(shí)間，改善HOMO能級的穩(wěn)定性，將量子效率提升至84%±5%的水平。F.Rodella等人［32］在研究熱激活延遲熒光OLED時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過合理匹配發(fā)光材料中的供體和受體，例如不同種類的吖啶和嘧啶單元的組合，能夠有效提高三重態(tài)能量值，他們研究的僅含有一個(gè)嘧啶環(huán)的藍(lán)色熱激活延遲熒光OLED，其三重態(tài)能量高達(dá)3.07 eV，實(shí)際亮度超過1 000 cd·m-2。有關(guān)鈣鈦礦材料的藍(lán)光LED也被 報(bào) 道，最 高 發(fā) 光 亮 度 超 過 了1 300 cd·m-2［33］。OLED發(fā)光材料的老化是造成OLED顯示殘像的重要原因，提高OLED顯示子像素的發(fā)光效率、延長其在高亮度顯示狀態(tài)下的壽命，是緩解OLED顯示殘像的直接途徑和方法［34-35］，2016年F.Krujatz等人［36］利用新型衍生物有機(jī)材料，將波長為457 nm藍(lán)光的最大發(fā)光效率提升至1 717 cd·m-2。2018年H.Li等人［37］制備的藍(lán)色磷光OLED，外量子效率達(dá)到15.8%的同時(shí)，電流效率高達(dá)28.7 cd/A，有效緩解了OLED顯示殘像的發(fā)生。

為了提升OLED的壽命和量子效率，達(dá)到緩解OLED顯示殘像的目的，高性能的藍(lán)光OLED發(fā)光材料被研究的同時(shí)，新型OLED的結(jié)構(gòu)也被開發(fā)出來。除了常用增強(qiáng)OLED性能的電荷注入層、傳輸層和阻擋層外，電荷傳輸控制層（Charge Transport Control Layer，CTCL）的加入，能夠分別提升CTCL和空穴傳輸層與電子傳輸層界面間的HOMO與LUMO能級，而將混合中間層（Mixed Interlayer，MI）放在不同發(fā)射材料間則有助于平衡器件中的載流子傳輸，平衡藍(lán)色熒光發(fā)光與其他色磷光發(fā)光之間的電荷載體，使OLED器件能夠產(chǎn)生更高質(zhì)量的白光［38］。

3.2 TFT穩(wěn)定性優(yōu)化

提升TFT的穩(wěn)定性對緩解OLED顯示的殘像現(xiàn)象至關(guān)重要。TFT結(jié)構(gòu)中的界面缺陷、體電荷以及離子濃度等直接影響著VTH的大小和使役條件后的漂移程度。在AMOLED的驅(qū)動(dòng)方面，TFT閾值電壓的漂移是直接導(dǎo)致OLED顯示殘像的關(guān)鍵原因［39］。因此為了提高OLED顯示器的壽命和緩解殘像現(xiàn)象，需要對TFT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，以增強(qiáng)TFT的電學(xué)性能，特別是改善TFT的閾值電壓在高柵壓和長時(shí)間工作條件下的穩(wěn)定性，包括制備工藝的優(yōu)化、TFT結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和襯底阻擋層的研究等方面。

在TFT的制備工藝優(yōu)化方面，D.Y.Won等人［40］通過在氧化硅緩沖層上增加金屬電場屏蔽層制備了柔性a-IGZO TFT。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)退火溫度從250℃升高至325℃時(shí)，殘像現(xiàn)象被明顯改善，這是由于在325℃退火溫度下，a-IGZO TFT的閾值電壓偏移量更小，C.Peng等人［41］對IGZO TFT進(jìn)行二次退火時(shí)發(fā)現(xiàn)，二次退火有利于氫離子填充IGZO中的氧空位，降低有源層與柵絕緣層間的缺陷，抑制了負(fù)偏置照明穩(wěn)定性中的駝峰現(xiàn)象，這與Soonkon Kim［42］等人的研究結(jié)果一致。他們采用高壓水蒸氣退火，改善了LTPS TFT的負(fù)偏壓溫度應(yīng)力不穩(wěn)定性，這是因?yàn)楦邏核魵庵械臍潆x子擴(kuò)散至柵絕緣層及柵絕緣層和有源層的界面，減少了氧空位，使器件保持穩(wěn)定。通過能帶調(diào)節(jié)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)雙有源層結(jié)構(gòu)TFT也能夠有效增強(qiáng)器件穩(wěn)定性。H.Lee［43］等 人 和L.Shi［44］等 人 分 別 采 用ZTO/IGZO和IGZO∶N/IGZO雙溝道，與單溝道TFT相比，不僅遷移率提升，VTH的變化量在負(fù)偏壓光照應(yīng)力下僅分別為1.3 V和1 V。

為了解決柔性襯底，特別是PI對TFT性能產(chǎn)生的影響，一些研究者在PI襯底與TFT之間加入阻擋層，以減緩PI對TFT電學(xué)性能的干擾。2017年J.Kim等人［27］在PI中加入SiOx阻擋層后，LTPS TFT的穩(wěn)定性提升，且隨著SiOx阻擋層厚度的增加，閾值電壓的偏移范圍減小。2018年T.Kinoshita［45］等 人 在PI上 涂 敷 一 層 金屬阻擋層后，IGZO TFT性能得到了改善，這可能是由于金屬層的存在，固定了TFT中有源層的電勢，降低了PI中固定電荷產(chǎn)生的電場的影響。2019年，S.Hong等人［46］在PI的水汽阻擋層間加入電場屏蔽層，將n型多晶硅TFT由黑白顯示切換至灰色顯示的瞬態(tài)漏電流差異從350.60 pA降低至25.70 pA，有效抑制了OLED顯示殘像現(xiàn)象，2020年，D.Y.Won等人［47］采用相似的方法，在a-IGZO TFT中引入金屬電場屏蔽層，減少了OLED顯示的殘余圖像，緩解了殘像現(xiàn)象的發(fā)生。但值得注意的是，準(zhǔn)分子激光退火過程會(huì)使金屬受熱膨脹，破壞膜層質(zhì)量，因此涂敷金屬阻擋層的方案并不適用于LTPS TFT。2021年H.J.Kim等 人［48］設(shè) 計(jì) 并 研 究 了SiOCH/SiO2雙阻擋層，在防止水汽滲透的同時(shí)，能夠消耗PI中的氟離子，并抑制泄漏電流和電容波動(dòng)。隨后，他們將SiOCH/SiO2雙阻擋層應(yīng)用在PI襯底的IGZO TFT器件中［49］，改善了發(fā)生在PI襯底和柔性TFTs阻擋層之間的充電現(xiàn)象。加入阻擋層后，PI襯底IGZO TFT的閾值電壓漂移特征與玻璃襯底上的一致，有效緩解了PI襯底OLED的顯示殘像現(xiàn)象。圖5所示為SiO2/PI和SiO2/SiOCH/PI兩種電容器在NBTS前后的二次離子質(zhì)譜垂直分布圖。在SiOCH/SiO2雙阻擋層下，PI界面F離子濃度維持在相對穩(wěn)定的水平，而SiF化合物濃度上升，說明SiOCH中的硅鍵斷裂，與F離子結(jié)合形成更穩(wěn)定的SiF鍵，抑制了PI界面F離子濃度的積累對TFT性能偏移造成的影響。

圖5 兩種電容器在NBTS前后的SIMS圖（實(shí)線表示初始狀態(tài)，虛線表示NBTS后）［49］。Fig.5 SIMS analysis results of the MIM capacitors before/after NBTS（Solid line：Initial；Dotted line：After NBTS）［49］.

3.3 外部補(bǔ)償電路

OLED顯示由有源矩陣薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)，傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)薄膜晶體管和一個(gè)儲(chǔ)存電容（2T1C）構(gòu)成，如圖6（a）所示。其工作原理可分為位選階段和驅(qū)動(dòng)階段，在位選階段，掃描線電壓（VScan）置高電平，打開晶體管T2，并將數(shù)據(jù)線電壓（VData）儲(chǔ)存在電容Cs中。在驅(qū)動(dòng)階段，VScan置低電平，T2關(guān)閉，此時(shí)儲(chǔ)存在電容Cs內(nèi)的電壓與晶體管T1的VTH的大小關(guān)系決定了T1的開關(guān)與否。因此T1的VTH的偏移將直接引起OLED中電流的變化，導(dǎo)致OLED顯示亮度的差異，最終引發(fā)殘像現(xiàn)象。

圖6 AMOLED的外部驅(qū)動(dòng)電路Fig.6 External drive circuit of AMOLED

為了解決電路設(shè)計(jì)中TFT閾值電壓的不穩(wěn)定以及由此造成的OLED顯示殘像問題，人們設(shè)計(jì)了許多由薄膜晶體管和電容器構(gòu)成的新型電壓穩(wěn)定電路，包括5T2C［50-52］、7T1C［53-54］、7T2C［55］和9T2C［56］電路等。這些電路在長時(shí)間工作后，依然能夠通過電路補(bǔ)償使得通過OLED的電流保持穩(wěn)定，延長OLED的顯示壽命。

利用外部電路來緩解OLED殘像，除了采用新型驅(qū)動(dòng)電路外，還可以使用監(jiān)測反饋電路對OLED顯示亮度進(jìn)行像素級別的補(bǔ)償。華南理工大學(xué)的王俊生等人［57］針對OLED顯示殘像問題設(shè)計(jì)了一種電流補(bǔ)償電路。首先使用亮度計(jì)測算標(biāo)準(zhǔn)灰階信號下各像素的參考亮度值與退化后的實(shí)際亮度值；然后調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓，使實(shí)際亮度值與參考亮度值相等，并記錄驅(qū)動(dòng)電壓的補(bǔ)償值；最后在OLED正常工作時(shí)，利用驅(qū)動(dòng)電壓補(bǔ)償值對該像素顯示進(jìn)行補(bǔ)償，避免各個(gè)像素因TFT閾值電壓的漂移導(dǎo)致在同一灰階信號下的亮度不一致現(xiàn)象，緩解了殘像的產(chǎn)生，有效提升了OLED電視的圖像顯示質(zhì)量。

4 總 結(jié)

OLED材料的壽命和TFT閾值電壓不穩(wěn)定性共同導(dǎo)致了OLED顯示殘像現(xiàn)象的發(fā)生，其本質(zhì)在于，由于器件性能的退化，在驅(qū)動(dòng)電壓相同的情況下，OLED的顯示亮度發(fā)生變化，致使在顯示切換時(shí)，切換前圖像信息會(huì)保留在切換后的圖像中。具體而言，材料性能的惡化主要來自于藍(lán)色OLED，藍(lán)光的高能激發(fā)態(tài)極大縮短了藍(lán)色有機(jī)發(fā)光材料的壽命。薄膜晶體管VTH的漂移則分為剛性基底和柔性基底兩部分。剛性TFT結(jié)構(gòu)中的能級態(tài)密度和界面缺陷態(tài)密度是決定TFT是否穩(wěn)定的重要因素；柔性TFT閾值電壓的變化除上述誘因外，還與襯底的理化性質(zhì)有關(guān)，特別是襯底中的電荷濃度，如PI襯底中的移動(dòng)電荷在柵壓的作用下位移至界面附近后會(huì)導(dǎo)致閾值電壓的飄移。針對這些引發(fā)OLED因素殘像的因素，本文討論一些可行的緩解辦法。首先是開發(fā)高性能的OLED顯示材料，特別是藍(lán)光OLED材料，以提升OLED顯示壽命；其次關(guān)于TFT不穩(wěn)定性的問題，使用等離子體處理、誘導(dǎo)結(jié)晶、多次退火等工藝步驟以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，能夠有效改善閾值電壓在使役條件下的偏移，采用阻擋層則可以抑制PI襯底對TFT穩(wěn)定性的影響。此外，利用外部補(bǔ)償電路，能夠在一定程度上穩(wěn)定流經(jīng)OLED的電流，而監(jiān)測反饋電路的應(yīng)用能夠進(jìn)一步改善殘像現(xiàn)象。截止目前，OLED壽命的提升仍是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)的問題之一，OLED顯示殘像問題的解決需要協(xié)同材料、電子信息和半導(dǎo)體等領(lǐng)域，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些關(guān)于利用計(jì)算機(jī)和深度學(xué)習(xí)解決殘像現(xiàn)象的報(bào)道［58］，這將為OLED顯示性能的提升提供新的方法和思路。