解密OLED

楊磊

編者按：從智能手機出現(xiàn)到現(xiàn)今柔性屏幕、透明屏幕等電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)雖然只花費了十年時間，卻讓我們的世界發(fā)生了翻天覆地的變化。OLED產(chǎn)品更新迭代的速度如此之快，而其背后的基礎(chǔ)性研究卻是歷經(jīng)近半個世紀三代人的不懈努力才從實驗室中的偶然發(fā)現(xiàn)走進產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中。產(chǎn)品更新前進的每一小步，無不是產(chǎn)業(yè)工作者們在不斷改良產(chǎn)品材料、工藝制備中精益求精的結(jié)果?？赡芎芏嘧x者對OLED并不是很熟悉，因此，我們將分兩期來介紹OLED的發(fā)展歷程、發(fā)光原理、工藝制備和產(chǎn)品分類，期望為大家描繪出當前OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大致脈絡(luò)。

近幾年來，我們經(jīng)常在股市、商場、展會、電視中聽到各種關(guān)于OLED顯示屏這個概念的新聞，如蘋果、三星等手機廠商研發(fā)出OLED顯示屏的手機，OLED被應(yīng)用在與虛擬現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實游戲、3G、超便攜多媒體設(shè)備相融合的領(lǐng)域等。那究竟什么是OLED呢？今天就給大家扒一扒它的歷史和現(xiàn)狀。

什么是OLED

OLED（Organic Light-Emitting Diode，縮寫為OLED），即有機發(fā)光二極管，也被稱為有機電激光顯示或有機發(fā)光半導(dǎo)體。它是一種基于有機半導(dǎo)體材料制作的器件，其顯示技術(shù)是繼第一代CRT（陰極射線管顯示器，大背頭視）、第二代LCD（薄膜晶體管顯示器，液晶）和第三代PDP（等離子）后的第四代技術(shù)。

OLED的發(fā)展歷程

20世紀50年代，法國南茜大學(xué)的物化學(xué)家安德烈·貝納諾斯（André Bernanose）和他的同事觀察到有機材料中電致發(fā)光的現(xiàn)象，開啟了OLED的研究歷程。60年代，馬丁·鮑勃（Martin Pope）和他在紐約大學(xué)的一些同事研發(fā)出了可與有機晶體接觸的歐姆暗電極（Ohmic dark-injecting Electrode），同時描述了空穴注入電極觸點和電子注入電極觸點的能量需求。這些正是現(xiàn)代OLED器件中電子注入的基礎(chǔ)。鮑勃的小組在400伏特電壓下使用一小塊銀電極，觀察到在真空條件下直流電可使單一純蒽晶體和摻有并四苯的蒽晶體發(fā)光。他們在1965年發(fā)表論文稱，在沒有外部電場的情況下，蒽晶體中的電致發(fā)光是由熱化電子和空穴的重組引起的，蒽晶體中能量的導(dǎo)電能級是高于激子（激發(fā)子，晶結(jié)構(gòu)中受激發(fā)的電子）中能級的。

可以說，這段時間內(nèi)有機電致發(fā)光技術(shù)仍徘徊在高驅(qū)動電壓、低亮度、低效率的實驗室階段。直到20世紀80年代末，OLED的發(fā)光器件發(fā)生質(zhì)的飛越，才具備了早期實用性。1987年，美國柯達公司鄧青云博士和同事史蒂夫·范·斯萊克成功地使用真空蒸鍍法制作出類似半導(dǎo)體PN結(jié)的內(nèi)含電子空穴傳輸層的多層式結(jié)構(gòu)的OLED組件，這是一種亮度大于1000cd/m2、效率超過1.5lm/W、驅(qū)動電壓小于10V的發(fā)光器件，由于器件具有輕薄、低驅(qū)動電壓、自主發(fā)光、寬視角、快速響應(yīng)等商業(yè)應(yīng)用潛力，因而獲得全球廣泛關(guān)注。

1990年，英國劍橋大學(xué)Cavendish

實驗室的R.H.Friend等人用旋涂的方法以聚合物材料聚對苯撐乙烯為發(fā)光材料制成高分子聚合物OLED器件，即Polymer LED（縮寫為PLED），開創(chuàng)了高分子聚合物應(yīng)用在有機發(fā)光領(lǐng)域的先河。聚合物材料同有機小分子材料相比不但有更強的熱穩(wěn)定性、柔韌性和機械加工性能，而且它的制作工藝過程也相對簡單，可以說該項研究為有機發(fā)光顯示器發(fā)展指明了方向。1993年，曹鏞等人用可溶性高導(dǎo)聚苯胺涂覆在聚脂（PET）薄膜上，取代ITO（氧化銦錫）導(dǎo)電玻璃作為透明電極，用薄膜封裝（TFE）代替玻璃封裝，首次在國際上實現(xiàn)可彎曲的大面積塑料發(fā)光二極管，由此開創(chuàng)了柔性O(shè)LED屏的發(fā)展道路。1995年，日本山形大學(xué)的Kido等人發(fā)表了多層白光有機電致發(fā)光器件的技術(shù)。他們采用真空沉積的方法獲得有機薄膜，并在空穴傳輸層TPD（藍光）和電子傳輸層ALQ（綠光）之間插入一層摻雜熒光染料作為發(fā)光中間層。這種結(jié)構(gòu)可同時輸出紅、綠、藍三色光，然后將三種光再組合成白光。白光為燈光照明和裝飾帶來巨大的商業(yè)應(yīng)用價值。1998年，普林斯頓大學(xué)的Forster等人發(fā)現(xiàn)有機電致磷發(fā)光現(xiàn)象，他們將磷光材料摻入發(fā)光層，研發(fā)出外量子效率5%有機電致磷光器件（Phosphorescence OLED，縮寫為PhOLED）。這項研究證明OLED可突破內(nèi)量子效率25%的理論極限，標志著OLED的發(fā)展進入嶄新時期。

2003年，Novaled公司制備了PIN結(jié)構(gòu)的磷光器件，這種結(jié)構(gòu)可以提高發(fā)光效率增強電荷的注入能力，使得器件的效率大幅提高。同年在國際信息顯示學(xué)會（SID）的會議上，索尼和奇美分別推出了24和20英寸TFT OLED樣品，柯達推出第一部使用OLED顯示器的數(shù)碼相機。2004年5月，SeicoEpson在日本展出了40英寸彩色PLED面板，三星旗下SDI公司展示了采用小分子OLED材料蒸鍍方式制成的17英寸OLED顯示屏。2005-2006年，國際研究焦點集中在高效率白光器件上?？履峥滥苓_技術(shù)中心成功開發(fā)了初始亮度1000cd/m2、發(fā)光效率64lm/W、亮度半衰期約10000小時的OLED白色發(fā)光組件，并將該組件用于液晶面板背光源和普通照明中。2006年，韓國三星電子在韓國顯示器產(chǎn)業(yè)展覽會（IMID）上，向大眾展示了2.4英寸QVGA分辨率（即320*240分辨率）的AMOLED手機屏產(chǎn)品；臺灣奇晶開發(fā)出以低溫多晶硅薄膜晶體管（縮寫為LTPS-TFT）主動式矩陣OLED技術(shù)制成的尺寸為25英寸的OLED電視顯示器面板。2007年初，奇晶光電正式宣告量產(chǎn)AMOLED（Active-matrix Organic Light-emitting Diode，中文：有源矩陣有機發(fā)光二極體或主動矩陣有機發(fā)光二極體）產(chǎn)品，并已開始在市場上出售小尺寸（2.0～2.7英寸）顯示器；同年SID大會上，索尼展示了技術(shù)成熟的11英寸OLED電視。

目前，全球已有100多家的研究單位和企業(yè)投入到OLED的研發(fā)和生產(chǎn)中，其中三星、LG和飛利浦占據(jù)著市場份額前三名的位置。