有機發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode, OLED）又稱(chēng)為有機電激光顯示、有機發(fā)光半導體（Organic Electroluminesence Display, OED）。與液晶顯示（Liquid Crystal Display, LCD）是不同類(lèi)型的發(fā)光原理。OLED由美籍華裔教授鄧青云（Ching W. Tang）1983年在實(shí)驗室中發(fā)現，由此展開(kāi)了對OLED的研究。OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光、廣視角、幾乎無(wú)窮高的對比度、較低耗電、極高反應速度等優(yōu)點(diǎn)。但是，在價(jià)格（較大顯示面板）、壽命、分辨率暫無(wú)法與液晶顯示器匹敵。

有機發(fā)光二極管依色彩可分為單色、多彩及全彩等種類(lèi)，其中全彩有機發(fā)光二極管的制備最為困難；依驅動(dòng)方式可分為被動(dòng)式（Passive Matrix, PMOLED）與主動(dòng)式（Active Matrix, AMOLED）。

 

 

目錄

 

1、OLED簡(jiǎn)介

2、OLED的基本結構

3、產(chǎn)品特性

4、OLED關(guān)鍵工藝

5、OLED的優(yōu)點(diǎn)

6、OLED的缺點(diǎn)

7、發(fā)展歷史

8、OLED應用

9、具體領(lǐng)域

 

 

OLED簡(jiǎn)介

OLED，即有機發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode），又稱(chēng)為有機電激光顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。因為具備輕薄、省電等特性，因此從2003年開(kāi)始，這種顯示設備在MP3播放器上得到了廣泛應用，而對于同屬數碼類(lèi)產(chǎn)品的DC與手機，此前只是在一些展會(huì )上展示過(guò)采用OLED屏幕的工程樣品，還并未走入實(shí)際應用的階段。但OLED屏幕卻具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢。

OLED顯示技術(shù)與傳統的LCD顯示方式不同，無(wú)需背光燈，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過(guò)時(shí)，這些有機材料就會(huì )發(fā)光。而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄，可視角度更大，并且能夠顯著(zhù)節省電能。

 

OLED的基本結構

OLED的基本結構是由一薄而透明具半導體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個(gè)金屬陰極，包成如三明治的結構。整個(gè)結構層中包括了：空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。當電力供應至適當電壓時(shí)，正極空穴與陰極電荷就會(huì )在發(fā)光層中結合，產(chǎn)生光亮，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍RGB三原色，構成基本色彩。OLED的特性是自己發(fā)光，不像TFT LCD需要背光，因此可視度和亮度均高，其次是電壓需求低且省電效率高，加上反應快、重量輕、厚度薄，構造簡(jiǎn)單，成本低等，被視為 21世紀最具前途的產(chǎn)品之一。

有機發(fā)光二極體的發(fā)光原理和無(wú)機發(fā)光二極體相似。當元件受到直流電（Direct Current；DC）所衍生的順向偏壓時(shí)，外加之電壓能量將驅動(dòng)電子（Electron）與空穴（Hole）分別由陰極與陽(yáng)極注入元件，當兩者在傳導中相遇、結合，即形成所謂的電子-空穴復合（Electron-Hole Capture）。而當化學(xué)分子受到外來(lái)能量激發(fā)後，若電子自旋（Electron Spin）和基態(tài)電子成對，則為單重態(tài)（Singlet），其所釋放的光為所謂的熒光（Fluorescence）；反之，若激發(fā)態(tài)電子和基態(tài)電子自旋不成對且平行，則稱(chēng)為三重態(tài)（Triplet），其所釋放的光為所謂的磷光（Phosphorescence）。

當電子的狀態(tài)位置由激態(tài)高能階回到穩態(tài)低能階時(shí)，其能量將分別以光子（Light Emission）或熱能（Heat Dissipation）的方式放出，其中光子的部分可被利用當作顯示功能；然有機熒光材料在室溫下并無(wú)法觀(guān)測到三重態(tài)的磷光，故PM-OLED元件發(fā)光效率之理論極限值僅25%。

PM-OLED發(fā)光原理是利用材料能階差，將釋放出來(lái)的能量轉換成光子，所以我們可以選擇適當的材料當作發(fā)光層或是在發(fā)光層中摻雜染料以得到我們所需要的發(fā)光顏色。此外，一般電子與電洞的結合反應均在數十納秒（ns）內，故PM-OLED的應答速度非?？?。

P.S.：PM-OLEM的典型結構。典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO（indium tin oxide；銦錫氧化物）陽(yáng)極（Anode）、有機發(fā)光層（Emitting Material Layer）與陰極（Cathode）等所組成，其中，薄而透明的ITO陽(yáng)極與金屬陰極如同三明治般地將有機發(fā)光層包夾其中，當電壓注入陽(yáng)極的空穴（Hole）與陰極來(lái)的電子（Electron）在有機發(fā)光層結合時(shí)，激發(fā)有機材料而發(fā)光。

而目前發(fā)光效率較佳、普遍被使用的多層PM-OLED結構，除玻璃基板、陰陽(yáng)電極與有機發(fā)光層外，尚需制作空穴注入層（Hole Inject Layer；HIL）、空穴傳輸層（Hole Transport Layer；HTL）、電子傳輸層（Electron Transport Layer；ETL）與電子注入層（Electron Inject Layer；EIL）等結構，且各傳輸層與電極之間需設置絕緣層，因此熱蒸鍍（Evaporate）加工難度相對提高，制作過(guò)程亦變得復雜。

由于有機材料及金屬對氧氣及水氣相當敏感，制作完成後，需經(jīng)過(guò)封裝保護處理。PM-OLED雖需由數層有機薄膜組成，然有機薄膜層厚度約僅1,000～1,500A°（0.10～0.15 um），整個(gè)顯示板（Panel）在封裝加干燥劑（Desiccant）後總厚度不及200um（2mm），具輕薄之優(yōu)勢。

 

產(chǎn)品特性

OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過(guò)時(shí)，這些有機材料就會(huì )發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，并且能夠節省電能，從2003年開(kāi)始這種顯示設備在MP3播放器上得到了應用。

以OLED使用的有機發(fā)光材料來(lái)看，一是以染料及顏料為材料的小分子器件系統，另一則以共軛性高分子為材料的高分子器件系統。同時(shí)由于有機電致發(fā)光器件具有發(fā)光二極管整流與發(fā)光的特性，因此小分子有機電致發(fā)光器件亦被稱(chēng)為OLED(Organic Light Emitting Diode)，高分子有機電致發(fā)光器件則被稱(chēng)為PLED (Polymer Light-emitting Diode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可說(shuō)是各有千秋，但以現有技術(shù)發(fā)展來(lái)看，如作為監視器的信賴(lài)性上，及電氣特性、生產(chǎn)安定性上來(lái)看，小分子OLED處于領(lǐng)先地位，當前投入量產(chǎn)的OLED組件，全是使用小分子有機發(fā)光材料。

 

OLED關(guān)鍵工藝

1、ITO表面平整度：ITO目前已廣泛應用在商業(yè)化的顯示器面板制造，其具有高透射率、低電阻率及高功函數等優(yōu)點(diǎn)。一般而言，利用射頻濺鍍法(RF sputtering)所制造的ITO，易受工藝控制因素不良而導致表面不平整，進(jìn)而產(chǎn)生表面的尖端物質(zhì)或突起物。另外高溫鍛燒及再結晶的過(guò)程亦會(huì )產(chǎn)生表面約10 ~ 30nm的突起層。這些不平整層的細粒之間所形成的路徑會(huì )提供空穴直接射向陰極的機會(huì )，而這些錯綜復雜的路徑會(huì )使漏電流增加。一般有三個(gè)方法可以解決這表面層的影響?U一是增加空穴注入層及空穴傳輸層的厚度以降低漏電流，此方法多用于PLED及空穴層較厚的OLED(~200nm)。二是將ITO玻璃再處理，使表面光滑。三是使用其它鍍膜方法使表面平整度更好。

2、ITO功函數的增加：當空穴由ITO注入HIL時(shí)，過(guò)大的位能差會(huì )產(chǎn)生蕭基能障，使得空穴不易注入，因此如何降低ITO / HIL接口的位能差則成為ITO前處理的重點(diǎn)。一般我們使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的飽和度，以達到增加功函數之目的。ITO經(jīng)O2-Plasma處理后功函數可由原先之4.8eV提升至5.2eV，與HIL的功函數已非常接近。

加入輔助電極，由于OLED為電流驅動(dòng)組件，當外部線(xiàn)路過(guò)長(cháng)或過(guò)細時(shí)，于外部電路將會(huì )造成嚴重之電壓梯度，使真正落于OLED組件之電壓下降，導致面板發(fā)光強度減少。由于ITO電阻過(guò)大(10 ohm / square)，易造成不必要之外部功率消耗，增加一輔助電極以降低電壓梯度成了增加發(fā)光效率、減少驅動(dòng)電壓的快捷方式。鉻(Cr：Chromium)金屬是最常被用作輔助電極的材料，它具有對環(huán)境因子穩定性佳及對蝕刻液有較大的選擇性等優(yōu)點(diǎn)。然而它的電阻值在膜層為100nm時(shí)為2 ohm / square，在某些應用時(shí)仍屬過(guò)大，因此在相同厚度時(shí)擁有較低電阻值的鋁(Al：Aluminum)金屬(0.2 ohm / square)則成為輔助電極另一較佳選擇。但是，鋁金屬的高活性也使其有信賴(lài)性方面之問(wèn)題因此，多疊層之輔助金屬則被提出，如：Cr / Al / Cr或Mo / Al / Mo，然而此類(lèi)工藝增加復雜度及成本，故輔助電極材料的選擇成為OLED工藝中的重點(diǎn)之一。

 

OLED的優(yōu)點(diǎn)

1、厚度可以小于1毫米，僅為L(cháng)CD屏幕的1/3，并且重量也更輕；

2、固態(tài)機構，沒(méi)有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔；

3、幾乎沒(méi)有可視角度的問(wèn)題，即使在很大的視角下觀(guān)看，畫(huà)面仍然不失真；

4、響應時(shí)間是LCD的千分之一，顯示運動(dòng)畫(huà)面絕對不會(huì )有拖影的現象；

5、低溫特性好，在零下40度時(shí)仍能正常顯示，而LCD則無(wú)法做到；

6、制造工藝簡(jiǎn)單，成本更低；

7、發(fā)光效率更高，能耗比LCD要低；

8、能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。

 

OLED的缺點(diǎn)

1、壽命通常只有5000小時(shí)，要低于LCD至少1萬(wàn)小時(shí)的壽命；

2、不能實(shí)現大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類(lèi)的數碼類(lèi)產(chǎn)品；

3、存在色彩純度不夠的問(wèn)題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。

 

發(fā)展歷史

1947年出生于香港的美籍華裔教授鄧青云在實(shí)驗室中發(fā)現了有機發(fā)光二極體，也就是OLED，由此展開(kāi)了對OLED的研究，1987年，鄧青云教授和Van Slyke 采用了超薄膜技術(shù)，用透明導電膜作陽(yáng)極，Alq3作發(fā)光層，三芳胺作空穴傳輸層，Mg/Ag 合金作陰極，制成了雙層有機電致發(fā)光器件。1990 年，Burroughes 等人發(fā)現了以共軛高分子PPV為發(fā)光層的OLED，從此在全世界范圍內掀起了OLED 研究的熱潮。鄧教授也因此被稱(chēng)為“OLED之父”。

在OLED的兩大技術(shù)體系中，低分子OLED技術(shù)主要集中于日本、韓國、中國臺灣這三個(gè)地區，而高分子的PLED主要為歐洲廠(chǎng)家發(fā)展。另外，之前LG手機的OEL也是利用的OLED技術(shù)。OLED技術(shù)及專(zhuān)利由英國的科技公司CDT掌握。兩大技術(shù)體系相比，OLED產(chǎn)品的彩色化上仍有困難。而低分子OLED則較易彩色化。

不過(guò)，雖然將來(lái)技術(shù)更優(yōu)秀的OLED會(huì )取代TFT等LCD，但有機發(fā)光顯示技術(shù)還存在使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。

為了形像說(shuō)明OLED構造，可以將每個(gè)OLED單元比做一塊漢堡包，發(fā)光材料就是夾在中間的蔬菜。每個(gè)OLED的顯示單元都能受控制地產(chǎn)生三種不同顏色的光。OLED與LCD一樣，也有主動(dòng)式和被動(dòng)式之分。被動(dòng)方式下由行列地址選中的單元主動(dòng)發(fā)光。主動(dòng)方式下，OLED單元后有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），發(fā)光單元在TFT驅動(dòng)下點(diǎn)亮。主動(dòng)式OLED比被動(dòng)式OLED省電，且顯示性能更佳。

 

OLED應用

由于上述優(yōu)點(diǎn)，在商業(yè)領(lǐng)域OLED顯示屏可以適用于POS機和ATM機、復印機、游戲機等；在通訊領(lǐng)域則可適用于手機、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )終端等領(lǐng)域；在計算機領(lǐng)域則可大量應用在PDA、商用PC和家用PC、筆記本電腦上；消費類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，則可適用于音響設備、數碼相機、便攜式DVD；在工業(yè)應用領(lǐng)域則適用于儀器儀表等；在交通領(lǐng)域則用在GPS、飛機儀表上等。

 

具體領(lǐng)域

MP3作為一款數字隨身聽(tīng)已經(jīng)在市場(chǎng)上日益成為時(shí)尚娛樂(lè )的主角，對于它的功能、容量、價(jià)格等等都得到了人們廣泛的關(guān)注，也是各廠(chǎng)家目光的焦點(diǎn)所在，可是對于作為MP3的眼睛的屏幕卻很少有人涉及。 　除了影音隨身看產(chǎn)品之外，不論Flash型還是HDD型的MP3，大多采用黑白單色LCD面板，僅僅停留在能夠聆聽(tīng)音樂(lè )的簡(jiǎn)單要求上。但現如今的MP3除了這種最基本的功能外，更多的立足于人們對于個(gè)性、時(shí)尚追求的心理，表達的是一種生活的觀(guān)念。所以在面板的設計上，出現了多彩背光設計，就是經(jīng)常聽(tīng)到的"7色背光"的產(chǎn)品。在此基礎上進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)有用到區域彩色OLED面板(如：黃、藍雙色等區域各16色階)的產(chǎn)品，有代表性的有BenQ的Joybee180、iRiver N10等。