有機(jī)發(fā)光二極管OLED及其應(yīng)用

張萬(wàn)奎

(湖南理工學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414006)

有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)發(fā)展中的重要里程碑為20世紀(jì)80年代中期。美國(guó)柯達(dá)公司華人工程師鄧青云于1979年發(fā)現(xiàn)了具有發(fā)光特性的有機(jī)材料，并提出多層結(jié)構(gòu)，引入芳香族胺類為傳遞層,成功建立了高效率及低驅(qū)動(dòng)電壓的元件結(jié)構(gòu)，1987年獲得了OLED設(shè)計(jì)的第一個(gè)專利。之后歷經(jīng)20多年的改進(jìn)，OLED有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由于OLED為平面發(fā)光，而且可在輕薄、可撓式的基材上形成陣列結(jié)構(gòu),所以非常適合用作照明光源。2010年，OLED的發(fā)光效率為80lm/W，目前最好的OLED器件的發(fā)光效率為102lm/W。到2015年有望達(dá)到120lm/W～150lm/W，將有可能與大功率白色LED競(jìng)爭(zhēng)，廣泛應(yīng)用于照明。

1 OLED的基本結(jié)構(gòu)

OLED由銦錫氧化物(ITO)與電源正極相連結(jié)，這種銦錫氧化物(ITO)不僅很薄，而且透明；另一個(gè)金屬作為負(fù)極，OLFD具有半導(dǎo)體特性，其結(jié)構(gòu)層中包括：空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)、電子傳輸層(ETL)。如果電源提供適當(dāng)電壓，OLED中的正極空穴與負(fù)極電荷就能夠在發(fā)光層中結(jié)合，從而產(chǎn)生光亮。按照其配方的不同產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)(RGB)三種原色，組成基本色彩。

有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)是一種薄膜多層器件，由碳分子或聚合物組成。它們的構(gòu)成是：金屬箔、薄膜或平板(剛性或彈性)平臺(tái)；電極層；活性物質(zhì)層；反電極層；保護(hù)層。

2 OLED的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

有機(jī)發(fā)光二極管OLED幾乎具有LED的所有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)镺LED器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝成本低，還具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1)OLED本身為面光源，容易擴(kuò)展成大面積平面光源。

2)OLED可制作在柔性塑膠基板上，在住宅照明設(shè)計(jì)中可結(jié)合墻壁、頂棚、地板及家具進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

3)OLED是自發(fā)光元件，可以大面積掛于室內(nèi)墻壁上，或嵌在窗戶玻璃上。

美國(guó)顯示協(xié)會(huì)制定的照明用OLED成果目標(biāo)如表1所示。

4)OLED幾乎不含藍(lán)光。藍(lán)光是光的三原色之一，當(dāng)紅、綠、藍(lán)三色一起發(fā)光就會(huì)得到白色。醫(yī)學(xué)研究顯示，藍(lán)光在可見光中波長(zhǎng)最短、能量最強(qiáng)。

表1 美國(guó)顯示協(xié)會(huì)制定的OLED應(yīng)用于照明的成果目標(biāo)

藍(lán)光危害是指光源中400nm～500 nm區(qū)間的藍(lán)光波段，人的眼睛或者皮膚在燈光下所積累的藍(lán)光劑量決定了藍(lán)光對(duì)人的危害程度。藍(lán)光會(huì)破壞生物細(xì)胞，對(duì)人的眼睛、皮膚造成傷害。

高能量的藍(lán)光照射到眼睛，會(huì)損傷視網(wǎng)膜細(xì)胞的粒線體，破壞粒線體的DNA，這表明任何暴露在藍(lán)光下的細(xì)胞，包括皮膚細(xì)胞，都有可能受到傷害。如果皮膚經(jīng)常暴露在藍(lán)光下，皮膚將容易老化。

國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)根據(jù)光源藍(lán)光強(qiáng)度制訂出了有關(guān)藍(lán)光的光生物安全標(biāo)準(zhǔn)，包括制定了可能導(dǎo)致藍(lán)光危害的一系列數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。光生物安全標(biāo)準(zhǔn)按照是否有藍(lán)光危害以及危害程度將光源產(chǎn)品分為三大類：零類產(chǎn)品，指沒有藍(lán)光危害的光源產(chǎn)品；一類產(chǎn)品，指具有較小藍(lán)光危害，眼睛不能長(zhǎng)時(shí)間直視的光源產(chǎn)品；二類產(chǎn)品，指具有較大藍(lán)光危害的光源產(chǎn)品。目前LED照明光源基本是零類和一類產(chǎn)品，如果是二類產(chǎn)品，一定要在產(chǎn)品及其使用說明書上強(qiáng)制性寫上“眼睛不能盯著看”的標(biāo)簽。

實(shí)際上，電腦、手機(jī)、白色燈都放射藍(lán)光。目前市場(chǎng)上銷售的LED燈具常用的技術(shù)為“藍(lán)光芯片+黃色熒光粉”，這就表明，白色LED是利用高亮度藍(lán)光LED激發(fā)光源中的黃色熒光粉。LED光源中藍(lán)光的含量比較高，但這并不說明LED光源比其他電光源對(duì)眼睛或皮膚的危害更大。復(fù)旦大學(xué)電光源研究所對(duì)幾種光源中的藍(lán)光作了比對(duì)實(shí)驗(yàn)，色溫相同的情況下，LED燈和熒光燈(節(jié)能燈)的安全性能差不多。

需要特別注意的是，太亮的LED燈具中藍(lán)光的比例可能超過安全數(shù)值。因此，在購(gòu)買LED臺(tái)燈時(shí)，應(yīng)選擇低色溫(2 700K及以下)的燈具，這種LED燈對(duì)人體內(nèi)褪黑激素分泌的影響較小，有利于保證小孩的睡眠；同時(shí)，在購(gòu)買室內(nèi)LED燈具時(shí)，要選擇有擴(kuò)散罩或擴(kuò)散板的產(chǎn)品，這樣就不會(huì)直接看到芯片和發(fā)光點(diǎn)集中的燈具。

3 OLED的應(yīng)用

1)OLED照明

實(shí)驗(yàn)研究表明，防止LED藍(lán)光危害的方法之一是研制低色溫的LED光源和背光源。從光源色溫的角度出發(fā)，夕陽(yáng)光和燭光所呈現(xiàn)的色溫是一天中最低的，它們所放射的藍(lán)光比較少。采用色溫較低或是藍(lán)光較少的光源，對(duì)褪黑激素的分泌影響較小，使人們?cè)谝雇砜梢缘玫椒潘?，入睡也比較安穩(wěn)。

2012年，臺(tái)灣清華大學(xué)材料工程系實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了類夕陽(yáng)光OLED(燭光OLED)光源，這種光源涵蓋了日落前30min的色溫變化，光色如同夕陽(yáng)般溫暖，幾乎沒有放射出藍(lán)光，非常適合做安全的夜間照明光源。

目前，燭光OLED照明光源商業(yè)化產(chǎn)品的規(guī)格為：

①光效>30lm/W；

②色溫<2 000K；

③使用壽命：在亮度為1 000cd/m2的情況下>10 000h；

④顯色性>80。

OLED、LED和熒光燈性能比較見表2。

2014年5月18日，LG化學(xué)為了將OLED照明應(yīng)用到建筑物品，在倫敦與AbRogersDesign進(jìn)行合作項(xiàng)目，其建筑物品被安裝展示在家具博覽會(huì)上(5月18日～21日)。AbRogersDesign一直尋求OLED照明的應(yīng)用產(chǎn)品，近期努力的最終成果是將OLED照明應(yīng)用在展覽館的接待處內(nèi)。

表2 OLED、LED和熒光燈性能比較

2)OLED顯示技術(shù)

OLED顯示器是指有機(jī)半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電流驅(qū)動(dòng)下發(fā)光并實(shí)現(xiàn)顯示的技術(shù)。它具備超輕、超薄(厚度可低于1mm)的特點(diǎn)，而且擁有高清晰度、高亮度、可視角度大、響應(yīng)速度快(約為L(zhǎng)CD速度的1 000倍)、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)。OLED制造成本低且能夠展示完美的視頻，是最具發(fā)展前景的下一代顯示技術(shù)。例如新開發(fā)的OLED電視采用了WRGB顯示方案，在傳統(tǒng)的紅綠藍(lán)三基色基礎(chǔ)上增加白色，使得色彩顯示更加豐富，對(duì)比度則達(dá)到10 000 000∶1，進(jìn)一步降低畫面鋸齒，提升清晰度，并將動(dòng)態(tài)畫面響應(yīng)速度提升至0.001ms以上，比液晶電視快1 000倍，徹底解決了傳統(tǒng)電視動(dòng)態(tài)畫面有拖尾殘影的問題，將影音視聽生活提升到新的層次。

清華大學(xué)和維信諾公司合作建設(shè)OLED生產(chǎn)線，2005年在中國(guó)江蘇昆山建設(shè)了大規(guī)模OLED生產(chǎn)線；隨后幾年，又分別在廣東建設(shè)OLED生產(chǎn)線項(xiàng)目5個(gè)：汕尾信利小尺寸OLED生產(chǎn)線項(xiàng)目，佛山中顯科技的低溫多晶硅TFT(薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管)AMOLED生產(chǎn)線項(xiàng)目，東莞宏威的OLED顯示幕示范生產(chǎn)線項(xiàng)目，惠州茂勤光電公司AM(主動(dòng)式)OLED光電項(xiàng)目，彩虹在佛山建設(shè)的OLED生產(chǎn)線項(xiàng)目。擴(kuò)大了OLED產(chǎn)品的應(yīng)用。

[1] 張萬(wàn)奎,張振.節(jié)電技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[2] 臺(tái)灣區(qū)照明燈具輸出業(yè)同業(yè)公會(huì)、中國(guó)照明學(xué)會(huì)，海峽兩岸第十二屆照明科技與營(yíng)銷研討會(huì)報(bào)告暨論文集[C].2013.