有机发光二极管OLED及其应用

张万奎

(湖南理工学院，湖南 岳阳 414006)

有机发光二极管(OLED)发展中的重要里程碑为20世纪80年代中期。美国柯达公司华人工程师邓青云于1979年发现了具有发光特性的有机材料，并提出多层结构，引入芳香族胺类为传递层,成功建立了高效率及低驱动电压的元件结构，1987年获得了OLED设计的第一个专利。之后历经20多年的改进，OLED有了长足的进步。由于OLED为平面发光，而且可在轻薄、可挠式的基材上形成阵列结构,所以非常适合用作照明光源。2010年，OLED的发光效率为80lm/W，目前最好的OLED器件的发光效率为102lm/W。到2015年有望达到120lm/W～150lm/W，将有可能与大功率白色LED竞争，广泛应用于照明。

1 OLED的基本结构

OLED由铟锡氧化物(ITO)与电源正极相连结，这种铟锡氧化物(ITO)不仅很薄，而且透明；另一个金属作为负极，OLFD具有半导体特性，其结构层中包括：空穴传输层(HTL)、发光层(EL)、电子传输层(ETL)。如果电源提供适当电压，OLED中的正极空穴与负极电荷就能够在发光层中结合，从而产生光亮。按照其配方的不同产生红、绿、蓝(RGB)三种原色，组成基本色彩。

有机发光二极管(OLED)是一种薄膜多层器件，由碳分子或聚合物组成。它们的构成是：金属箔、薄膜或平板(刚性或弹性)平台；电极层；活性物质层；反电极层；保护层。

2 OLED的技术优势

有机发光二极管OLED几乎具有LED的所有优点，因为OLED器件结构简单，制造工艺成本低，还具有以下技术优势：

1)OLED本身为面光源，容易扩展成大面积平面光源。

2)OLED可制作在柔性塑胶基板上，在住宅照明设计中可结合墙壁、顶棚、地板及家具进行整体设计。

3)OLED是自发光元件，可以大面积挂于室内墙壁上，或嵌在窗户玻璃上。

美国显示协会制定的照明用OLED成果目标如表1所示。

4)OLED几乎不含蓝光。蓝光是光的三原色之一，当红、绿、蓝三色一起发光就会得到白色。医学研究显示，蓝光在可见光中波长最短、能量最强。

表1 美国显示协会制定的OLED应用于照明的成果目标

蓝光危害是指光源中400nm～500 nm区间的蓝光波段，人的眼睛或者皮肤在灯光下所积累的蓝光剂量决定了蓝光对人的危害程度。蓝光会破坏生物细胞，对人的眼睛、皮肤造成伤害。

高能量的蓝光照射到眼睛，会损伤视网膜细胞的粒线体，破坏粒线体的DNA，这表明任何暴露在蓝光下的细胞，包括皮肤细胞，都有可能受到伤害。如果皮肤经常暴露在蓝光下，皮肤将容易老化。

国际安全标准中，已经根据光源蓝光强度制订出了有关蓝光的光生物安全标准，包括制定了可能导致蓝光危害的一系列数值标准。光生物安全标准按照是否有蓝光危害以及危害程度将光源产品分为三大类：零类产品，指没有蓝光危害的光源产品；一类产品，指具有较小蓝光危害，眼睛不能长时间直视的光源产品；二类产品，指具有较大蓝光危害的光源产品。目前LED照明光源基本是零类和一类产品，如果是二类产品，一定要在产品及其使用说明书上强制性写上“眼睛不能盯着看”的标签。

实际上，电脑、手机、白色灯都放射蓝光。目前市场上销售的LED灯具常用的技术为“蓝光芯片+黄色荧光粉”，这就表明，白色LED是利用高亮度蓝光LED激发光源中的黄色荧光粉。LED光源中蓝光的含量比较高，但这并不说明LED光源比其他电光源对眼睛或皮肤的危害更大。复旦大学电光源研究所对几种光源中的蓝光作了比对实验，色温相同的情况下，LED灯和荧光灯(节能灯)的安全性能差不多。

需要特别注意的是，太亮的LED灯具中蓝光的比例可能超过安全数值。因此，在购买LED台灯时，应选择低色温(2 700K及以下)的灯具，这种LED灯对人体内褪黑激素分泌的影响较小，有利于保证小孩的睡眠；同时，在购买室内LED灯具时，要选择有扩散罩或扩散板的产品，这样就不会直接看到芯片和发光点集中的灯具。

3 OLED的应用

1)OLED照明

实验研究表明，防止LED蓝光危害的方法之一是研制低色温的LED光源和背光源。从光源色温的角度出发，夕阳光和烛光所呈现的色温是一天中最低的，它们所放射的蓝光比较少。采用色温较低或是蓝光较少的光源，对褪黑激素的分泌影响较小，使人们在夜晚可以得到放松，入睡也比较安稳。

2012年，台湾清华大学材料工程系实验室研发了类夕阳光OLED(烛光OLED)光源，这种光源涵盖了日落前30min的色温变化，光色如同夕阳般温暖，几乎没有放射出蓝光，非常适合做安全的夜间照明光源。

目前，烛光OLED照明光源商业化产品的规格为：

①光效>30lm/W；

②色温<2 000K；

③使用寿命：在亮度为1 000cd/m2的情况下>10 000h；

④显色性>80。

OLED、LED和荧光灯性能比较见表2。

2014年5月18日，LG化学为了将OLED照明应用到建筑物品，在伦敦与AbRogersDesign进行合作项目，其建筑物品被安装展示在家具博览会上(5月18日～21日)。AbRogersDesign一直寻求OLED照明的应用产品，近期努力的最终成果是将OLED照明应用在展览馆的接待处内。

表2 OLED、LED和荧光灯性能比较

2)OLED显示技术

OLED显示器是指有机半导体材料和发光材料在电流驱动下发光并实现显示的技术。它具备超轻、超薄(厚度可低于1mm)的特点，而且拥有高清晰度、高亮度、可视角度大、响应速度快(约为LCD速度的1 000倍)、可弯曲等优点。OLED制造成本低且能够展示完美的视频，是最具发展前景的下一代显示技术。例如新开发的OLED电视采用了WRGB显示方案，在传统的红绿蓝三基色基础上增加白色，使得色彩显示更加丰富，对比度则达到10 000 000∶1，进一步降低画面锯齿，提升清晰度，并将动态画面响应速度提升至0.001ms以上，比液晶电视快1 000倍，彻底解决了传统电视动态画面有拖尾残影的问题，将影音视听生活提升到新的层次。

清华大学和维信诺公司合作建设OLED生产线，2005年在中国江苏昆山建设了大规模OLED生产线；随后几年，又分别在广东建设OLED生产线项目5个：汕尾信利小尺寸OLED生产线项目，佛山中显科技的低温多晶硅TFT(薄膜场效应晶体管)AMOLED生产线项目，东莞宏威的OLED显示幕示范生产线项目，惠州茂勤光电公司AM(主动式)OLED光电项目，彩虹在佛山建设的OLED生产线项目。扩大了OLED产品的应用。

[1] 张万奎,张振.节电技术及其应用[M].北京：中国电力出版社，2014.

[2] 台湾区照明灯具输出业同业公会、中国照明学会，海峡两岸第十二届照明科技与营销研讨会报告暨论文集[C].2013.