揭開(kāi)OLED鮮為人知的秘密

有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）被視為新一代顯示技術(shù)，目前在手機(jī)、電視上已經(jīng)得到了應(yīng)用。既然OLED是關(guān)注的焦點(diǎn)，那么大家對(duì)OLED的了解足夠多嗎？不管答案是肯定還是否定，都希望您能翻閱本篇文章，相信能讓您對(duì)OLED得到更深入的認(rèn)識(shí)。

OLED之父乃華裔科學(xué)家

由于對(duì)OLED歷史的報(bào)道并不多，加上近年來(lái)OLED產(chǎn)品大多由日韓推出，大家在印象中似乎都認(rèn)為OLED是日本人發(fā)明的，其實(shí)不然，“OLED之父”是華裔科學(xué)家——鄧青云博士。

1947年鄧青云出生在香港，于1970年在英屬哥倫比亞大學(xué)得到化學(xué)理學(xué)士學(xué)位，于1975年在康奈爾大學(xué)獲得物理化學(xué)博士學(xué)位。此后，他成為位于紐約羅切斯特的柯達(dá)研究實(shí)驗(yàn)室的一名研究科學(xué)家，并開(kāi)始了他從事有機(jī)半導(dǎo)體材料和電子應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)的職業(yè)生涯。2006年，鄧青云博士因?yàn)槠湓谟袡C(jī)發(fā)光二極體和異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池上取得的開(kāi)創(chuàng)性的成就被選為美國(guó)工程院院士。2011年，鄧教授與芝加哥大學(xué)的斯圖爾特·賴(lài)斯教授和卡耐基梅隆大學(xué)的克里茲托夫·馬特加茲維斯基教授共同獲得了由沃爾夫基金會(huì)頒發(fā)的沃爾夫化學(xué)獎(jiǎng)，這是在化學(xué)領(lǐng)域僅次于諾貝爾獎(jiǎng)的國(guó)際性大獎(jiǎng)。

科學(xué)新發(fā)現(xiàn)大都是從一些出人意外的小事件開(kāi)始，OLED的發(fā)現(xiàn)也不例外。1979年的一天晚上，在柯達(dá)公司從事科學(xué)研究工作的華裔科學(xué)家鄧青云博士在回家的路上忽然想起自己把東西忘在了實(shí)驗(yàn)室里。等他回到實(shí)驗(yàn)室后，竟發(fā)現(xiàn)一塊做實(shí)驗(yàn)用的有機(jī)蓄電池在黑暗中閃閃發(fā)光！這個(gè)意外驚喜為OLED的誕生拉開(kāi)了序幕，而鄧博士也因此被稱(chēng)為“OLED之父”（圖1）。

在OLED歷史的早期，有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)徘徊在高驅(qū)動(dòng)電壓、低亮度、低效率的水平上，這些方面的困難使得OLED不切實(shí)際，這也就使得OLED的研究工作未引起重視。直到1987年美國(guó)柯達(dá)公司的鄧青云博士等人發(fā)明以真空蒸鍍法制成多層式結(jié)構(gòu)的OLED組件后，大幅提高了組件的性能，其低操作電壓與高亮度的商業(yè)應(yīng)用潛力吸引了全球的目光。

1990年，英國(guó)劍橋大學(xué)的Burroughes、Friend等人發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電高分子材料PPV具有良好的電致發(fā)旋光性能，并成功地開(kāi)發(fā)出以涂布方式將高分子材料應(yīng)用在OLED上，制成聚合物OLED器件，即Polymer LED，亦稱(chēng)為“PLED”（圖2）。由于聚合物材料的熱穩(wěn)定性、柔韌性和機(jī)械加工性能都比有機(jī)小分子材料優(yōu)越，并且器件的制作工藝更加簡(jiǎn)單，因而聚合物正逐漸成為有機(jī)EL領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。

1992年Heeger等第一次發(fā)明了用塑料作為襯底制備可變性的柔性顯示器，將有機(jī)電致發(fā)光顯示器最為迷人的一面展現(xiàn)在人們的面前。1997年，F(xiàn)orrest等發(fā)現(xiàn)磷光電致發(fā)光現(xiàn)象，突破了有機(jī)電子發(fā)光量子效率低于25%的限制。自這時(shí)起，OLED技術(shù)告別了以基礎(chǔ)科學(xué)研究為主的階段，進(jìn)入了以商業(yè)應(yīng)用為主的時(shí)期。

國(guó)外也有稱(chēng)OLED為有機(jī)電激光顯示（Organic Electroluminesence Display，OELD）。其與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無(wú)需背光燈，具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)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，并且能夠顯著節(jié)省電能（圖3）。

OLED技術(shù)發(fā)展至今，分類(lèi)可是多種多樣的，但是它們的結(jié)構(gòu)是類(lèi)似的，而且比較簡(jiǎn)單。為了形象說(shuō)明OLED構(gòu)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3種不同顏色的光。

OLED生產(chǎn)線最貴但理論成本低

OLED生產(chǎn)線投資最貴，這個(gè)大家估計(jì)都能猜到，確實(shí)，其不僅高于CRT、等離子，還高于液晶顯示技術(shù)。我們知道，LG在中國(guó)國(guó)內(nèi)投資最大的項(xiàng)目是LGD廣州8.5代液晶面板線，投資金額高達(dá)40億美元，但同等規(guī)模的OLED生產(chǎn)線投資則可能高達(dá)50億美元以上，其價(jià)格高昂的原因主要在于生產(chǎn)工藝的難點(diǎn)——OLED技術(shù)主要由固體材料構(gòu)成，而這些材料的涂布必須在液態(tài)、溶解態(tài)或者汽化態(tài)下進(jìn)行。

雖說(shuō)生產(chǎn)線最貴，但這是重新建設(shè)的算法，而OLED生產(chǎn)線可以由LCD液晶面板生產(chǎn)線改造而來(lái)，所以其整體產(chǎn)業(yè)投資卻幾乎是最低的。如果一條已經(jīng)幾乎完善的8.5代LCD生產(chǎn)線轉(zhuǎn)產(chǎn)OLED面板，投資通常在20億美元多一些，遠(yuǎn)低于一條新的8.5代液晶面板線投資。

另外，上面已經(jīng)提到，OLED的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單（圖4），相比液晶要簡(jiǎn)單得多。這樣就說(shuō)明了如果OLED顯示技術(shù)一旦大規(guī)模應(yīng)用，必然會(huì)在成本上表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，OLED顯示技術(shù)在理論看來(lái)，也可能是目前為止成本最低的顯示器件。

相比起液晶，OLED的成本是比較低的。首先，液晶顯示需要一個(gè)光源系統(tǒng)，包括發(fā)光器件、驅(qū)動(dòng)電路和導(dǎo)光板，而OLED則不需要；其次，液晶的封裝需要考慮液體材料的特點(diǎn)，例如流動(dòng)性、不可支撐性，而OLED沒(méi)有這些問(wèn)題。隨著噴墨打印材料及設(shè)備工藝的技術(shù)突破，通過(guò)噴墨打印方式制備的顯示面板在成本和性能上將更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

按發(fā)光材料可分為低分子OLED（日本公司掌握核心技術(shù)，更易彩色化）和高分子OLED（由英國(guó)CDT公司掌握核心技術(shù)）；按照驅(qū)動(dòng)方式，又可以將OLED分為無(wú)源驅(qū)動(dòng)OLED（PM-OLED） 和有源驅(qū)動(dòng)OLED （AM-OLED） 2種；按基板材料，OLED的襯底材料可分為玻璃、塑料以及金屬薄膜等，塑料和金屬薄膜主要用于制造柔性O(shè)LED。

眾多分類(lèi)中，最主要的分類(lèi)方法之一是按驅(qū)動(dòng)技術(shù)不同分類(lèi)（圖5）。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(qū)動(dòng)下點(diǎn)亮。被動(dòng)方式下，由行列地址選中的單元被點(diǎn)亮。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(qū)動(dòng)下點(diǎn)亮。主動(dòng)式OLED應(yīng)該比被動(dòng)式OLED省電，且顯示性能更佳。

從全球范圍來(lái)看，手機(jī)、平板電腦、PC、電視等主要顯示設(shè)備均已經(jīng)進(jìn)入向OLED升級(jí)的階段，雖然我國(guó)在OLED產(chǎn)業(yè)中起步并不是很晚，但是在技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)業(yè)資金準(zhǔn)備上嚴(yán)重落后于日本、韓國(guó)和臺(tái)灣。所以，筆者覺(jué)得，我們還需適當(dāng)加大投入，以求日后不再在OLED產(chǎn)業(yè)上出現(xiàn)受制于人的局面。

10.3969/j.issn.1008-892X.2018.01.015

（本文轉(zhuǎn)載自《南方網(wǎng)》2012年7月23日文章——《OLED之父乃華人 揭開(kāi)OLED鮮為人知的秘密》，作者為懿之粹，內(nèi)容有刪減。請(qǐng)作者看到本文后與欄目編輯聯(lián)系，本刊將依據(jù)相關(guān)規(guī)定會(huì)支付稿費(fèi)。）