揭开OLED鲜为人知的秘密

2018-04-23懿之粹

新材料产业 2018年1期

有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）被视为新一代显示技术，目前在手机、电视上已经得到了应用。既然OLED是关注的焦点，那么大家对OLED的了解足够多吗？不管答案是肯定还是否定，都希望您能翻阅本篇文章，相信能让您对OLED得到更深入的认识。

OLED之父乃华裔科学家

由于对OLED历史的报道并不多，加上近年来OLED产品大多由日韩推出，大家在印象中似乎都认为OLED是日本人发明的，其实不然，“OLED之父”是华裔科学家——邓青云博士。

1947年邓青云出生在香港，于1970年在英属哥伦比亚大学得到化学理学士学位，于1975年在康奈尔大学获得物理化学博士学位。此后，他成为位于纽约罗切斯特的柯达研究实验室的一名研究科学家，并开始了他从事有机半导体材料和电子应用设备开发的职业生涯。2006年，邓青云博士因为其在有机发光二极体和异质结有机太阳能电池上取得的开创性的成就被选为美国工程院院士。2011年，邓教授与芝加哥大学的斯图尔特·赖斯教授和卡耐基梅隆大学的克里兹托夫·马特加兹维斯基教授共同获得了由沃尔夫基金会颁发的沃尔夫化学奖，这是在化学领域仅次于诺贝尔奖的国际性大奖。

科学新发现大都是从一些出人意外的小事件开始，OLED的发现也不例外。1979年的一天晚上，在柯达公司从事科学研究工作的华裔科学家邓青云博士在回家的路上忽然想起自己把东西忘在了实验室里。等他回到实验室后，竟发现一块做实验用的有机蓄电池在黑暗中闪闪发光！这个意外惊喜为OLED的诞生拉开了序幕，而邓博士也因此被称为“OLED之父”（图1）。

在OLED历史的早期，有机电致发光技术徘徊在高驱动电压、低亮度、低效率的水平上，这些方面的困难使得OLED不切实际，这也就使得OLED的研究工作未引起重视。直到1987年美國柯达公司的邓青云博士等人发明以真空蒸镀法制成多层式结构的OLED组件后，大幅提高了组件的性能，其低操作电压与高亮度的商业应用潜力吸引了全球的目光。

1990年，英国剑桥大学的Burroughes、Friend等人发现导电高分子材料PPV具有良好的电致发旋光性能，并成功地开发出以涂布方式将高分子材料应用在OLED上，制成聚合物OLED器件，即Polymer LED，亦称为“PLED”（图2）。由于聚合物材料的热稳定性、柔韧性和机械加工性能都比有机小分子材料优越，并且器件的制作工艺更加简单，因而聚合物正逐渐成为有机EL领域新的研究热点。

1992年Heeger等第一次发明了用塑料作为衬底制备可变性的柔性显示器，将有机电致发光显示器最为迷人的一面展现在人们的面前。1997年，Forrest等发现磷光电致发光现象，突破了有机电子发光量子效率低于25%的限制。自这时起，OLED技术告别了以基础科学研究为主的阶段，进入了以商业应用为主的时期。

国外也有称OLED为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display，OELD）。其与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能（图3）。

OLED技术发展至今，分类可是多种多样的，但是它们的结构是类似的，而且比较简单。为了形象说明OLED构造，可以将每个OLED单元比做一块汉堡包，发光材料就是夹在中间的蔬菜。每个OLED的显示单元都能受控制地产生3种不同颜色的光。

OLED生产线最贵但理论成本低

OLED生产线投资最贵，这个大家估计都能猜到，确实，其不仅高于CRT、等离子，还高于液晶显示技术。我们知道，LG在中国国内投资最大的项目是LGD广州8.5代液晶面板线，投资金额高达40亿美元，但同等规模的OLED生产线投资则可能高达50亿美元以上，其价格高昂的原因主要在于生产工艺的难点——OLED技术主要由固体材料构成，而这些材料的涂布必须在液态、溶解态或者汽化态下进行。

虽说生产线最贵，但这是重新建设的算法，而OLED生产线可以由LCD液晶面板生产线改造而来，所以其整体产业投资却几乎是最低的。如果一条已经几乎完善的8.5代LCD生产线转产OLED面板，投资通常在20亿美元多一些，远低于一条新的8.5代液晶面板线投资。

另外，上面已经提到，OLED的结构比较简单（图4），相比液晶要简单得多。这样就说明了如果OLED显示技术一旦大规模应用，必然会在成本上表现出一定的优势。事实上，OLED显示技术在理论看来，也可能是目前为止成本最低的显示器件。

相比起液晶，OLED的成本是比较低的。首先，液晶显示需要一个光源系统，包括发光器件、驱动电路和导光板，而OLED则不需要；其次，液晶的封装需要考虑液体材料的特点，例如流动性、不可支撑性，而OLED没有这些问题。随着喷墨打印材料及设备工艺的技术突破，通过喷墨打印方式制备的显示面板在成本和性能上将更具竞争优势。

按发光材料可分为低分子OLED（日本公司掌握核心技术，更易彩色化）和高分子OLED（由英国CDT公司掌握核心技术）；按照驱动方式，又可以将OLED分为无源驱动OLED（PM-OLED）和有源驱动OLED （AM-OLED） 2种；按基板材料，OLED的衬底材料可分为玻璃、塑料以及金属薄膜等，塑料和金属薄膜主要用于制造柔性OLED。

众多分类中，最主要的分类方法之一是按驱动技术不同分类（图5）。主动方式下，OLED单元后有一个薄膜晶体管（TFT），发光单元在TFT驱动下点亮。被动方式下，由行列地址选中的单元被点亮。主动方式下，OLED单元后有一个薄膜晶体管（TFT），发光单元在TFT驱动下点亮。主动式OLED应该比被动式OLED省电，且显示性能更佳。

从全球范围来看，手机、平板电脑、PC、电视等主要显示设备均已经进入向OLED升级的阶段，虽然我国在OLED产业中起步并不是很晚，但是在技术储备和产业资金准备上严重落后于日本、韩国和台湾。所以，笔者觉得，我们还需适当加大投入，以求日后不再在OLED产业上出现受制于人的局面。