從OLED技術(shù)原理談OLED顯示器件產(chǎn)業(yè)化需要著重解決的問題

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息顯示技術(shù)也在不斷地更新?lián)Q代。從傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)發(fā)展到了先進(jìn)的液晶屏(LCD)?，F(xiàn)正在向第3代顯示技術(shù)過渡。作為第3代顯示技術(shù)候選的有等離子體放電顯示屏(PDP)、有機(jī)電致發(fā)光屏(OLED)、發(fā)光二極管(LED)、電場激發(fā)發(fā)光(FED)等?，F(xiàn)在在研究開發(fā)方面競爭得最激烈的是PDP、OLED、LCD。它們各有所長，但追求的最終目標(biāo)都是一樣的，即要求達(dá)到質(zhì)輕、體薄、高亮度、快速響應(yīng)、高清析度、低電壓、高效率、長壽命、低成本。本文就當(dāng)前公認(rèn)為最理想的顯示技術(shù)，即OLED做簡單介紹。

OLED的基本原理及器件結(jié)構(gòu)

當(dāng)在由某些特殊的強(qiáng)螢光性有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的薄膜兩表面上鍍上適當(dāng)?shù)碾姌O并加上電壓時(shí)，該薄膜就會發(fā)出光來。此過程被稱為有機(jī)電致發(fā)光(Organic Electroluminescence，簡稱EL)，由于其發(fā)光原理又十分接近無機(jī)發(fā)光二極管，所以又稱為OLED(Organic Light Emitting Diode)，是一個(gè)電變光的過程。

早在上一世紀(jì)三十年代科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了此現(xiàn)象。但由于后來在材料和器件技術(shù)方面的進(jìn)步較慢，沒有受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界太大的重視。圖1是OLED器件的基本結(jié)構(gòu)示意圖，它包括基板、透明電極(陽極)、有機(jī)層、金屬電極(陰極)4大部分。其中有機(jī)層根據(jù)不同情況下的需要，可以是單層，也可以是多層，但總層數(shù)一般不會超過5層，總厚度也不會超過幾百納米，一般是2－3層，100納米左右。

OLED發(fā)光大致包括以下5個(gè)基本物理過程：1．正負(fù)電荷分別從陽極和陰極注入有機(jī)層。2．在電場的作用下正負(fù)電荷在有機(jī)層內(nèi)分別朝著對方電極方向移動。3．正負(fù)電荷在有機(jī)層內(nèi)特定位置再結(jié)合并釋放出能量。4．特定的有機(jī)分子獲得該能量后自己受激發(fā)或?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)移給其它分子，使其受激發(fā)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5．處于激發(fā)態(tài)的分子回到基態(tài)，釋放出光能。從此可以看出，在OLED器件的簡單的結(jié)構(gòu)里發(fā)生著極其復(fù)雜的光電子物理過程。

通過改變所使用的薄膜有機(jī)材料的種類，可以調(diào)控器件發(fā)出的光的顏色。通過控制從兩端電極注入的電流的大小可以調(diào)節(jié)發(fā)光的強(qiáng)弱。從以上的器件結(jié)構(gòu)和發(fā)光所包括的基本物理過程還可以看出，為了保證高效率地實(shí)現(xiàn)這些基本過程，材料結(jié)構(gòu)、純度、聚集態(tài)及界面狀態(tài)的嚴(yán)格控制是至關(guān)重要的。這也是為什么OLED器件的結(jié)構(gòu)雖然簡單，材料也不特殊，但要實(shí)現(xiàn)高性能的發(fā)光卻并不那么容易的原因之所在。

近年來關(guān)于有機(jī)材料的電致發(fā)光方面的研究和產(chǎn)品開發(fā)非常熱門，是國際上競爭得最激烈的前沿科學(xué)領(lǐng)域之一。

OLED特點(diǎn)

現(xiàn)在，巳經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的電子顯示技術(shù)主要有以下幾種：即陰極射線管(CRT)、液晶顯示屏(LCD)、發(fā)光二極管(LED)、無機(jī)電致發(fā)光器件(無機(jī)EL)、等離子體放電顯示屏(PDP)、真空螢光管(VFD)、電場激發(fā)發(fā)光(FED)；圖2是幾種顯示器的基本結(jié)構(gòu)變遷的比較。各種顯示方式的性能比較如表1所示。OLED的主要特點(diǎn)有：

1．與CRT相比較，OLED具有驅(qū)動電壓低、體積小、重量輕；特別是其厚度薄于其它任何一種顯示器件，可以薄如一張紙貼在壁上使用。是實(shí)現(xiàn)壁掛式、可卷可折式電視的最理想的技術(shù)。

2．液晶顯示屏驅(qū)動電壓低、品種多、而且它巳具有大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，特別是日趨成熟的TFT技術(shù)等優(yōu)勢和已形成的市場優(yōu)勢。但是其顯示方式是一種被動式的，必需要有光源。此外、LCD仍然存在響應(yīng)速度慢(出現(xiàn)殘像)，難以實(shí)現(xiàn)高亮度等難題。OLED恰好可以克服這些缺點(diǎn)。其響應(yīng)速度是液晶的1000倍以上，其亮度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于液晶。

3．OLED器件不像LED，要在基板上長單晶，所以LED難以實(shí)現(xiàn)大面積化。而OLED電極間的有機(jī)層是非晶薄膜，很容易實(shí)現(xiàn)大面積，超薄型顯示。其發(fā)光的最小單元可以小至數(shù)十納米。此外，OLED的色彩也更為豐富。

4．無機(jī)電致發(fā)光存在一些難以克服的困難和缺點(diǎn)，比如種類少、顏色可調(diào)性小、發(fā)光強(qiáng)度有限、驅(qū)動電壓高等，這些都可以用OLED來克服。

5．與PDP相比、OLED有驅(qū)動電壓低、發(fā)光效率高、薄、色彩清晰、制作工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

此外、有機(jī)化合物種類繁多，結(jié)構(gòu)多種多樣。可以通過有機(jī)合成手段設(shè)計(jì)和合成出滿足各種色彩和工藝要求的材料。

從器件結(jié)構(gòu)、制作工藝、材料開發(fā)等多方面來考慮，與現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用及正在開發(fā)的各種顯示器件相比可以說OLED是最理想的一種顯示技術(shù)。但也不能忘記現(xiàn)階段OLED在使用壽命方面有待改善，生產(chǎn)技術(shù)也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有成熟。

OLED技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

陰極顯像管被稱為第一代顯示技術(shù)，液晶屏被稱為第二代顯示技術(shù)，而OLED則是第三代顯示技術(shù)的重要候選者之一。

OLED技術(shù)的最典型的應(yīng)用就是作為顯示器。就其顯示功能來講，它完全可以代替CRT、LCD、LED的作用，實(shí)現(xiàn)顯示器件的輕量化、薄型化、高亮度、快速響應(yīng)(與液晶相比)、高清析度、低電壓化、高效率化和低成本化?？梢源蠓鹊毓?jié)省空間，極方便攜帶。如應(yīng)用于航空、航天器的顯示器，軍事移動器的夜間及野外顯示器，就更能顯示其顯示功能的優(yōu)越性。比如在航空航天器上，體積小，重量輕是任何零部件永遠(yuǎn)的追求，顯示器也不例外。在夜間或野外使用時(shí)，由于OLED是自己主動發(fā)光，可以大大提高對比度，獲得更好的顯示質(zhì)量，這是液晶屏很難解決的難題。此外，OLED顯示屏還可以做成柔性的，可以很容易地設(shè)計(jì)成曲面，甚至可卷曲，折疊，這些都是其他顯示技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)的功能。也正因?yàn)镺LED有以上功能，可完全取代CRT、LCD、LED的顯示作用，所以它面向的市場是直接的和非常巨大的。這也是目前國外眾多的研究部門以及各大企業(yè)投入巨大資金和人力進(jìn)行OLED技術(shù)研發(fā)的最重要原因。

除作為顯示器使用以外，OLED也可以作為光源使用，特別是可以用它制造出大面積，高亮度的平面或曲面光源，高色純度的單色光源。將來甚至可以用它制造出大平面激光光源，高效率偏振光光源。通過改變發(fā)光材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)或器件結(jié)構(gòu)，發(fā)射波長可以在紫外區(qū)到紅外區(qū)的很寬的波長范圍內(nèi)調(diào)控。