顯示產(chǎn)品行業(yè)的一場革命 解析OLED技術(shù)

OLED技術(shù)的原理

　　類似于LED，OLED是一種固態(tài)半導(dǎo)體設(shè)備，其厚度為100-500納米，比頭發(fā)絲還要細200倍。OLED由兩層或三層有機材料構(gòu)成；依照最新的OLED設(shè)計，第三層可協(xié)助電子從陰極轉(zhuǎn)移到發(fā)射層。本文主要涉及的是雙層設(shè)計模型。

　　OLED由以下各部分組成：

基層（透明塑料，玻璃，金屬箔）——基層用來支撐整個OLED。
陽極（透明）——陽極在電流流過設(shè)備時消除電子（增加電子“空穴”）。
有機層——有機層由有機物分子或有機聚合物構(gòu)成。
導(dǎo)電層——該層由有機塑料分子構(gòu)成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”。可采用聚苯胺作為OLED的導(dǎo)電聚合物。
發(fā)射層——該層由有機塑料分子（不同于導(dǎo)電層）構(gòu)成，這些分子傳輸從陰極而來的電子；發(fā)光過程在這一層進行�？刹捎镁圮套鳛榘l(fā)射層聚合物。
陰極（可以是透明的，也可以不透明，視OLED類型而定）——當設(shè)備內(nèi)有電流流通時，陰極會將電子注入電路。

　　OLED的制作過程——OLED生產(chǎn)過程中最重要的一環(huán)是將有機層敷涂到基層上。完成這一工作，有三種方法：

　　真空沉積或真空熱蒸發(fā)（VTE）——位于真空腔體內(nèi)的有機物分子會被輕微加熱（蒸發(fā)），然后這些分子以薄膜的形式凝聚在溫度較低的基層上。這一方法成本很高，但效率較低。

　　有機氣相沉積（OVPD）——在一個低壓熱壁反應(yīng)腔內(nèi)，載氣將蒸發(fā)的有機物分子運送到低溫基層上，然后有機物分子會凝聚成薄膜狀。使用載氣能提高效率，并降低OLED的造價。

　　噴墨打印——利用噴墨技術(shù)可將OLED噴灑到基層上，就像打印時墨水被噴灑到紙張上那樣。噴墨技術(shù)大大降低了OLED的生產(chǎn)成本，還能將OLED打印到表面積非常大的薄膜上，用以生產(chǎn)大型顯示器，例如80英寸大屏幕電視或電子看板。

　　OLED發(fā)光的方式類似于LED，需經(jīng)歷一個稱為電磷光的過程。

　　具體過程如下：

1.OLED設(shè)備的電池或電源會在OLED兩端施加一個電壓。

2.電流從陰極流向陽極，并經(jīng)過有機層（電流指電子的流動）。
a陰極向有機分子發(fā)射層輸出電子。
b陽極吸收從有機分子傳導(dǎo)層傳來的電子。（這可以視為陽極向傳導(dǎo)層輸出空穴，兩者效果相等）

3.在發(fā)射層和傳導(dǎo)層的交界處，電子會與空穴結(jié)合。
a.電子遇到空穴時，會填充空穴（它會落入缺失電子的原子中的某個能級）。
b.這一過程發(fā)生時，電子會以光子的形式釋放能量。

4.OLED發(fā)光。

5.光的顏色取決于發(fā)射層有機物分子的類型。生產(chǎn)商會在同一片OLED上放置幾種有機薄膜，這樣就能構(gòu)成彩色顯示器。

6.光的亮度或強度取決于施加電流的大小。電流越大，光的亮度就越高。

　　小分子OLED與有機聚合物OLED

　　1987年，柯達公司的科研工作者在生產(chǎn)首批OLED時使用的是有機小分子。盡管小分子發(fā)出的光線很亮，但科研工作者必須能在真空中將小分子沉積在OLED基層上（這道制造工序成本很高，稱為真空沉積——請查閱上一節(jié)的內(nèi)容）。

　　自1990年起，研究人員已經(jīng)開始采用有機聚合物大分子來發(fā)光。有機聚合物成本較低，可制成大型薄片狀，因而更適于制造大屏幕顯示器。

OLED產(chǎn)品分類

　　以下是幾種OLED——被動矩陣OLED、主動矩陣OLED、透明OLED、頂部發(fā)光OLED、可折疊OLED、白光OLED等。每一種OLED都有其獨特的用途。接下來，我們會逐一討論這幾種OLED。

　　首先是被動矩陣和主動矩陣OLED。

　　被動矩陣OLED（PMOLED）

　　PMOLED具有陰極帶、有機層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點形成像素，也就是發(fā)光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流，從而決定哪些像素發(fā)光，哪些不發(fā)光。此外，每個像素的亮度與施加電流的大小成正比。

　　PMOLED易于制造，但其耗電量大于其他類型的OLED，這主要是因為它需要外部電路的緣故。PMOLED用來顯示文本和圖標時效率最高，適于制作小屏幕（對角線2-3英寸），例如人們在移動電話、掌上型電腦 以及MP3播放器上經(jīng)常能見到的那種。即便存在一個外部電路，被動矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設(shè)備當前采用的LCD。

　　主動矩陣OLED（AMOLED）

　　AMOLED具有完整的陰極層、有機分子層以及陽極層，但陽極層覆蓋著一個薄膜晶體管（TFT）陣列，形成一個矩陣。TFT陣列本身就是一個電路，能決定哪些像素發(fā)光，進而決定圖像的構(gòu)成。

　　頂部發(fā)光OLED

　　頂部發(fā)光OLED具有不透明或反射性的基層。它們最適于采用主動矩陣設(shè)計。生產(chǎn)商可以利用頂部發(fā)光OLED顯示器制作智能卡。

OLED技術(shù)的優(yōu)勢和不足

　　目前，LCD是小型設(shè)備顯示器的首選，而大屏幕電視采用LCD的情況也很普遍。常規(guī)LED可以用來構(gòu)成電子表和其他電子設(shè)備上的數(shù)字。OLED則具備很多LCD與LED所不具備的優(yōu)勢：

　　相較于LED或LCD的晶體層，OLED的有機塑料層更薄、更輕而且更富于柔韌性。

　　OLED的發(fā)光層比較輕，因此它的基層可使用富于柔韌性的材料，而不會使用剛性材料。OLED基層為塑料材質(zhì)，而LED和LCD則使用玻璃基層。

　　OLED比LED更亮。OLED有機層要比LED中與之對應(yīng)的無機晶體層薄很多，因而OLED的導(dǎo)電層和發(fā)射層可以采用多層結(jié)構(gòu)。此外，LED和LCD需要用玻璃作為支撐物，而玻璃會吸收一部分光線。OLED則無需使用玻璃。

　　OLED并不需要采用LCD中的逆光系統(tǒng)（請查閱LCD（液晶顯示）工作原理）。LCD工作時會選擇性地阻擋某些逆光區(qū)域，從而讓圖像顯現(xiàn)出來，而OLED則是靠自身發(fā)光。因為OLED不需逆光系統(tǒng)，所以它們的耗電量小于LCD（LCD所耗電量中的大部分用于逆光系統(tǒng)）。這一點對于靠電池供電的設(shè)備（例如移動電話）來說，尤其重要。

　　OLED制造起來更加容易，還可制成較大的尺寸。OLED為塑膠材質(zhì)，因此可以將其制作成大面積薄片狀。而想要使用如此之多的晶體并把它們鋪平，則要困難得多。

　　OLED的視野范圍很廣，可達170度左右。而LCD工作時要阻擋光線，因而在某些角度上存在天然的觀測障礙。OLED自身能夠發(fā)光，所以視域范圍也要寬很多。

　　OLED的問題

　　OLED似乎是一項完美無缺的技術(shù)，適合各類的顯示器，但它也存在一些問題：

　　壽命——盡管紅色和綠色的OLED薄膜壽命較長（10000-40000小時），但根據(jù)目前的技術(shù)水準，藍色有機物的壽命要短的多（僅有約1000小時）。
　　制造——OLED的造價目前還比較高。
　　防水——OLED如果遇水，很容易就會損毀。在下一節(jié)中，我們會探討一下OLED應(yīng)用的現(xiàn)狀與前景。

應(yīng)用的現(xiàn)狀與前景

　　目前，OLED已經(jīng)在一些小型設(shè)備中得到應(yīng)用，例如移動電話、掌上型電腦以及數(shù)碼相機等。2004年9月，索尼公司聲稱，它們已經(jīng)開始批量生產(chǎn)OLED顯示屏，用于CLIE PEG-VZ90型個人娛樂掌上電腦。

Sony Clie的OLED顯示屏

　　柯達公司已經(jīng)在幾款數(shù)碼相機中使用了OLED顯示屏。

　　有幾家公司已經(jīng)制成OLED電腦顯示器和大屏幕電視機的原始模型。2005年5月，三星電子公司宣布，首部40英寸、基于OLED技術(shù)的超薄電視機已經(jīng)研制成功。

三星公司出品的40英寸OLED電視樣機

　　隨著OLED領(lǐng)域內(nèi)研發(fā)工作的突飛猛進，未來OLED的應(yīng)用范圍可能會擴大到平視顯示器、汽車儀表板、看板式顯示器、家庭或辦公室照明以及柔性顯示器。

　　由于OLED的刷新速率比LCD更高（高出近1000倍），所以使用OLED顯示器的設(shè)備幾乎可以做到信息實時更新。這會使視頻圖像的逼真度大大提升，還可以不間斷地進行圖像更新。未來的報紙可能就是一部OLED顯示器，它能持續(xù)更新突發(fā)新聞事件（請回想一下科幻電影少數(shù)派報告中描述的場景）；不看的時候，您可以把它卷起來插進您的背包或公文包，就如同普通的報紙一樣。