显示产品行业的一场革命 解析OLED技术

OLED技术的原理

　　类似于LED，OLED是一种固态半导体设备，其厚度为100-500纳米，比头发丝还要细200倍。OLED由两层或三层有机材料构成；依照最新的OLED设计，第三层可协助电子从阴极转移到发射层。本文主要涉及的是双层设计模型。

　　OLED由以下各部分组成：

基层（透明塑料，玻璃，金属箔）——基层用来支撑整个OLED。
阳极（透明）——阳极在电流流过设备时消除电子（增加电子“空穴”）。
有机层——有机层由有机物分子或有机聚合物构成。
导电层——该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”。可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。
发射层——该层由有机塑料分子（不同于导电层）构成，这些分子传输从阴极而来的电子；发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射层聚合物。
阴极（可以是透明的，也可以不透明，视OLED类型而定）——当设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。

　　OLED的制作过程——OLED生产过程中最重要的一环是将有机层敷涂到基层上。完成这一工作，有三种方法：

　　真空沉积或真空热蒸发（VTE）——位于真空腔体内的有机物分子会被轻微加热（蒸发），然后这些分子以薄膜的形式凝聚在温度较低的基层上。这一方法成本很高，但效率较低。

　　有机气相沉积（OVPD）——在一个低压热壁反应腔内，载气将蒸发的有机物分子运送到低温基层上，然后有机物分子会凝聚成薄膜状。使用载气能提高效率，并降低OLED的造价。

　　喷墨打印——利用喷墨技术可将OLED喷洒到基层上，就像打印时墨水被喷洒到纸张上那样。喷墨技术大大降低了OLED的生产成本，还能将OLED打印到表面积非常大的薄膜上，用以生产大型显示器，例如80英寸大屏幕电视或电子看板。

　　OLED发光的方式类似于LED，需经历一个称为电磷光的过程。

　　具体过程如下：

1.OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加一个电压。

2.电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动）。
a阴极向有机分子发射层输出电子。
b阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。（这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果相等）

3.在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合。
a.电子遇到空穴时，会填充空穴（它会落入缺失电子的原子中的某个能级）。
b.这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量。

4.OLED发光。

5.光的颜色取决于发射层有机物分子的类型。生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜，这样就能构成彩色显示器。

6.光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大，光的亮度就越高。

　　小分子OLED与有机聚合物OLED

　　1987年，柯达公司的科研工作者在生产首批OLED时使用的是有机小分子。尽管小分子发出的光线很亮，但科研工作者必须能在真空中将小分子沉积在OLED基层上（这道制造工序成本很高，称为真空沉积——请查阅上一节的内容）。

　　自1990年起，研究人员已经开始采用有机聚合物大分子来发光。有机聚合物成本较低，可制成大型薄片状，因而更适于制造大屏幕显示器。

OLED产品分类

　　以下是几种OLED——被动矩阵OLED、主动矩阵OLED、透明OLED、顶部发光OLED、可折叠OLED、白光OLED等。每一种OLED都有其独特的用途。接下来，我们会逐一讨论这几种OLED。

　　首先是被动矩阵和主动矩阵OLED。

　　被动矩阵OLED（PMOLED）

　　PMOLED具有阴极带、有机层以及阳极带。阳极带与阴极带相互垂直。阴极与阳极的交叉点形成像素，也就是发光的部位。外部电路向选取的阴极带与阳极带施加电流，从而决定哪些像素发光，哪些不发光。此外，每个像素的亮度与施加电流的大小成正比。

　　PMOLED易于制造，但其耗电量大于其他类型的OLED，这主要是因为它需要外部电路的缘故。PMOLED用来显示文本和图标时效率最高，适于制作小屏幕（对角线2-3英寸），例如人们在移动电话、掌上型电脑 以及MP3播放器上经常能见到的那种。即便存在一个外部电路，被动矩阵OLED的耗电量还是要小于这些设备当前采用的LCD。

　　主动矩阵OLED（AMOLED）

　　AMOLED具有完整的阴极层、有机分子层以及阳极层，但阳极层覆盖着一个薄膜晶体管（TFT）阵列，形成一个矩阵。TFT阵列本身就是一个电路，能决定哪些像素发光，进而决定图像的构成。

　　顶部发光OLED

　　顶部发光OLED具有不透明或反射性的基层。它们最适于采用主动矩阵设计。生产商可以利用顶部发光OLED显示器制作智能卡。

OLED技术的优势和不足

　　目前，LCD是小型设备显示器的首选，而大屏幕电视采用LCD的情况也很普遍。常规LED可以用来构成电子表和其他电子设备上的数字。OLED则具备很多LCD与LED所不具备的优势：

　　相较于LED或LCD的晶体层，OLED的有机塑料层更薄、更轻而且更富于柔韧性。

　　OLED的发光层比较轻，因此它的基层可使用富于柔韧性的材料，而不会使用刚性材料。OLED基层为塑料材质，而LED和LCD则使用玻璃基层。

　　OLED比LED更亮。OLED有机层要比LED中与之对应的无机晶体层薄很多，因而OLED的导电层和发射层可以采用多层结构。此外，LED和LCD需要用玻璃作为支撑物，而玻璃会吸收一部分光线。OLED则无需使用玻璃。

　　OLED并不需要采用LCD中的逆光系统（请查阅LCD（液晶显示）工作原理）。LCD工作时会选择性地阻挡某些逆光区域，从而让图像显现出来，而OLED则是靠自身发光。因为OLED不需逆光系统，所以它们的耗电量小于LCD（LCD所耗电量中的大部分用于逆光系统）。这一点对于靠电池供电的设备（例如移动电话）来说，尤其重要。

　　OLED制造起来更加容易，还可制成较大的尺寸。OLED为塑胶材质，因此可以将其制作成大面积薄片状。而想要使用如此之多的晶体并把它们铺平，则要困难得多。

　　OLED的视野范围很广，可达170度左右。而LCD工作时要阻挡光线，因而在某些角度上存在天然的观测障碍。OLED自身能够发光，所以视域范围也要宽很多。

　　OLED的问题

　　OLED似乎是一项完美无缺的技术，适合各类的显示器，但它也存在一些问题：

　　寿命——尽管红色和绿色的OLED薄膜寿命较长（10000-40000小时），但根据目前的技术水准，蓝色有机物的寿命要短的多（仅有约1000小时）。
　　制造——OLED的造价目前还比较高。
　　防水——OLED如果遇水，很容易就会损毁。在下一节中，我们会探讨一下OLED应用的现状与前景。

应用的现状与前景

　　目前，OLED已经在一些小型设备中得到应用，例如移动电话、掌上型电脑以及数码相机等。2004年9月，索尼公司声称，它们已经开始批量生产OLED显示屏，用于CLIE PEG-VZ90型个人娱乐掌上电脑。

Sony Clie的OLED显示屏

　　柯达公司已经在几款数码相机中使用了OLED显示屏。

　　有几家公司已经制成OLED电脑显示器和大屏幕电视机的原始模型。2005年5月，三星电子公司宣布，首部40英寸、基于OLED技术的超薄电视机已经研制成功。

三星公司出品的40英寸OLED电视样机

　　随着OLED领域内研发工作的突飞猛进，未来OLED的应用范围可能会扩大到平视显示器、汽车仪表板、看板式显示器、家庭或办公室照明以及柔性显示器。

　　由于OLED的刷新速率比LCD更高（高出近1000倍），所以使用OLED显示器的设备几乎可以做到信息实时更新。这会使视频图像的逼真度大大提升，还可以不间断地进行图像更新。未来的报纸可能就是一部OLED显示器，它能持续更新突发新闻事件（请回想一下科幻电影少数派报告中描述的场景）；不看的时候，您可以把它卷起来插进您的背包或公文包，就如同普通的报纸一样。