一文讀懂OLED產(chǎn)品特性、結(jié)構(gòu)及市場(chǎng)前景

蘋果公司表示今年將在iPhone 8上使用OLED屏幕，其在智能手機(jī)等電子產(chǎn)品領(lǐng)域的示范效應(yīng)將是OLED的一重要推動(dòng)力。隨著VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、可穿戴設(shè)備等新電子產(chǎn)品的爆發(fā)趨勢(shì)，OLED 將帶來新的切入點(diǎn)。 OLED 終端產(chǎn)品市場(chǎng)爆發(fā)迅速，帶動(dòng) OLED 增長(zhǎng)前景可期，綜合來看，今年很有可能成為“OLED元年”。

本文就從OLED入手，介紹下OLED的發(fā)展歷史以及發(fā)展前景等，下面就跟隨小編走進(jìn)OLED的世界。..。..

有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）是一種由柯達(dá)公司開發(fā)并擁有專利的顯示技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)使用有機(jī)聚合材料作為發(fā)光二極管中的半導(dǎo)體材料。聚合材料可以是天然的，也可能是人工合成的，可能尺寸很大，也可能尺寸很小。蛋白質(zhì)和DNA就是有機(jī)聚合物的例子。OLED顯示技術(shù)廣泛的運(yùn)用于手機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、DVD機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、筆記本電腦、汽車音響和電視。OLED顯示器很薄很輕，因?yàn)樗皇褂帽彻?。OLED顯示器還有一個(gè)最大為160度的寬屏視角，其工作電壓為二到十伏特。基于OLED的新技術(shù)有軟性有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)（FOLED），這項(xiàng)技術(shù)有可能在將來使得高度可攜帶、折疊的顯示技術(shù)變?yōu)榭赡堋?/p> 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(yàn)室中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)發(fā)光二極體，也就是OLED，由此展開了對(duì)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(dǎo)電膜作陽極，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(jī)電致發(fā)光器件。1990 年，Burroughes 等人發(fā)現(xiàn)了以共軛高分子PPV為發(fā)光層的OLED，從此在全世界范圍內(nèi)掀起了OLED 研究的熱潮。鄧教授也因此被稱為“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(guó)、中國(guó)臺(tái)灣這三個(gè)地區(qū)，而高分子的PLED主要為歐洲廠家發(fā)展。另外，之前LG手機(jī)的OEL也是利用的OLED技術(shù)。OLED技術(shù)及專利由英國(guó)的科技公司CDT掌握。兩大技術(shù)體系相比，PLED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，雖然將來技術(shù)更優(yōu)秀的OLED會(huì)取代TFT等LCD，但有機(jī)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(qū)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顯示技術(shù)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)有電流通過時(shí)，這些有機(jī)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(jié)省電能，從2003年開始這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了應(yīng)用。

以O(shè)LED使用的有機(jī)發(fā)光材料來看，一是以染料及顏料為材料的小分子器件系統(tǒng)，另一則以共軛性高分子為材料的高分子器件系統(tǒng)。同時(shí)由于有機(jī)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(jī)電致發(fā)光器件亦被稱為OLED（Organic Light EmitTIng Diode），高分子有機(jī)電致發(fā)光器件則被稱為PLED （Polymer Light-emitTIng Diode）。小分子及高分子OLED在材料特性上可說是各有千秋，但以現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展來看，如作為監(jiān)視器的信賴性上，及電氣特性、生產(chǎn)安定性上來看，小分子OLED處于領(lǐng)先地位。當(dāng)前投入量產(chǎn)的OLED組件，全是使用小分子有機(jī)發(fā)光材料。

OLED的基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明具半導(dǎo)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(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)層中包括了：空穴傳輸層（HTL）、發(fā)光層（EL）與電子傳輸層（ETL）。當(dāng)電力供應(yīng)至適當(dāng)電壓時(shí)，正極空穴與陰極電荷就會(huì)在發(fā)光層中結(jié)合，產(chǎn)生光亮，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)RGB三原色，構(gòu)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(yīng)快、重量輕、厚度薄，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低等，被視為 21世紀(jì)最具前途的產(chǎn)品之一。

有機(jī)發(fā)光二極體的發(fā)光原理和無機(jī)發(fā)光二極體相似。當(dāng)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(qū)動(dòng)電子（Electron）與空穴（Hole）分別由陰極與陽極注入元件，當(dāng)兩者在傳導(dǎo)中相遇、結(jié)合，即形成所謂的電子-空穴復(fù)合（Electron-Hole Capture）。而當(dāng)化學(xué)分子受到外來能量激發(fā)后，若電子自旋（Electron Spin）和基態(tài)電子成對(duì)，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(duì)且平行，則稱為三重態(tài)（Triplet），其所釋放的光為所謂的磷光（Phosphorescence）。

當(dāng)電子的狀態(tài)位置由激態(tài)高能階回到穩(wěn)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(dāng)做顯示功能；然有機(jī)熒光材料在室溫下并無法觀測(cè)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，將釋放出來的能量轉(zhuǎn)換成光子，所以我們可以選擇適當(dāng)?shù)牟牧袭?dāng)做發(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(jié)合反應(yīng)均在數(shù)十納秒（ns）內(nèi)，故PM-OLED的應(yīng)答速度非?？臁?/p>

1. S.：PM-OLED的典型結(jié)構(gòu)。典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO（indium TIn oxide；銦錫氧化物）陽極（Anode）、有機(jī)發(fā)光層（Emitting Material Layer）與陰極（Cathode）等所組成，其中，薄而透明的ITO陽極與金屬陰極如同三明治般地將有機(jī)發(fā)光層包夾其中，當(dāng)電壓注入陽極的空穴（Hole）與陰極來的電子（Electron）在有機(jī)發(fā)光層結(jié)合時(shí)，激發(fā)有機(jī)材料而發(fā)光。

而發(fā)光效率較佳、普遍被使用的多層PM-OLED結(jié)構(gòu)，除玻璃基板、陰陽電極與有機(jī)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(jié)構(gòu)，且各傳輸層與電極之間需設(shè)置絕緣層，因此熱蒸鍍（Evaporate）加工難度相對(duì)提高，制作過程亦變得復(fù)雜。

由于有機(jī)材料及金屬對(duì)氧氣及水氣相當(dāng)敏感，制作完成后，需經(jīng)過封裝保護(hù)處理。PM-OLED雖需由數(shù)層有機(jī)薄膜組成，然有機(jī)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（0.2mm），具輕薄之優(yōu)勢(shì)。

有機(jī)材料的特性深深地影響元件之光電特性表現(xiàn)。在陽極材料的選擇上，材料本身必需是具高功函數(shù)（High work function）與可透光性，所以具有4.5eV-5.3eV的高功函數(shù)、性質(zhì)穩(wěn)定且透光的ITO透明導(dǎo)電膜，便被廣泛應(yīng)用于陽極。在陰極部分，為了增加元件的發(fā)光效率，電子與電洞的注入通常需要低功函數(shù)（Low work function）的Ag、Al、Ca、In、Li與Mg等金屬，或低功函數(shù)的復(fù)合金屬來制作陰極（例如：Mg-Ag鎂銀）。

適合傳遞電子的有機(jī)材料不一定適合傳遞空穴，所以有機(jī)發(fā)光二極體的電子傳輸層和空穴傳輸層必須選用不同的有機(jī)材料。目前最常被用來制作電子傳輸層的材料必須制膜安定性高、熱穩(wěn)定且電子傳輸性佳，一般通常采用螢光染料化合物。如Alq、Znq、Gaq、Bebq、Balq、DPVBi、ZnSPB、PBD、OXD、BBOT等。而空穴傳輸層的材料屬于一種芳香胺螢光化合物，如TPD、TDATA等有機(jī)材料。

有機(jī)發(fā)光層的材料須具備固態(tài)下有較強(qiáng)螢光、載子傳輸性能好、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性佳、量子效率高且能夠真空蒸鍍的特性，一般有機(jī)發(fā)光層的材料使用通常與電子傳輸層或電洞傳輸層所采用的材料相同，例如Alq被廣泛用于綠光，Balq和DPVBi則被廣泛應(yīng)用于藍(lán)光。

一般而言，OLED可按發(fā)光材料分為兩種：小分子OLED和高分子OLED（也可稱為PLED）。小分子OLED和高分子OLED的差異主要表現(xiàn)在器件的制備工藝不同：小分子器件主要采用真空熱蒸發(fā)工藝，高分子器件則采用旋轉(zhuǎn)涂覆或噴涂印刷工藝。小分子材料廠商主要有：Eastman、Kodak、出光興產(chǎn)、東洋INK制造、三菱化學(xué)等；高分子材料廠商主要有：CDT、Covin、Dow Chemical、住友化學(xué)等。國(guó)際上與OLED有關(guān)的專利已經(jīng)超過1400份，其中最基本的專利有三項(xiàng)。小分子OLED的基本專利由美國(guó)Kodak公司擁有，高分子OLED的專利由英國(guó)的CDT（Cambridge DisPlay Technology）和美國(guó)的Uniax公司擁有。