解密OLED

杨磊

编者按：从智能手机出现到现今柔性屏幕、透明屏幕等电子产品不断涌现虽然只花费了十年时间，却让我们的世界发生了翻天覆地的变化。OLED产品更新迭代的速度如此之快，而其背后的基础性研究却是历经近半个世纪三代人的不懈努力才从实验室中的偶然发现走进产业化生产中。产品更新前进的每一小步，无不是产业工作者们在不断改良产品材料、工艺制备中精益求精的结果。可能很多读者对OLED并不是很熟悉，因此，我们将分两期来介绍OLED的发展历程、发光原理、工艺制备和产品分类，期望为大家描绘出当前OLED产业发展的大致脉络。

近几年来，我们经常在股市、商场、展会、电视中听到各种关于OLED显示屏这个概念的新闻，如苹果、三星等手机厂商研发出OLED显示屏的手机，OLED被应用在与虚拟现实、虚拟现实游戏、3G、超便携多媒体设备相融合的领域等。那究竟什么是OLED呢？今天就给大家扒一扒它的历史和现状。

什么是OLED

OLED（Organic Light-Emitting Diode，缩写为OLED），即有机发光二极管，也被称为有机电激光显示或有机发光半导体。它是一种基于有机半导体材料制作的器件，其显示技术是继第一代CRT（阴极射线管显示器，大背头视）、第二代LCD（薄膜晶体管显示器，液晶）和第三代PDP（等离子）后的第四代技术。

OLED的发展历程

20世纪50年代，法国南茜大学的物化学家安德烈·贝纳诺斯（André Bernanose）和他的同事观察到有机材料中电致发光的现象，开启了OLED的研究历程。60年代，马丁·鲍勃（Martin Pope）和他在纽约大学的一些同事研发出了可与有机晶体接触的欧姆暗电极（Ohmic dark-injecting Electrode），同时描述了空穴注入电极触点和电子注入电极触点的能量需求。这些正是现代OLED器件中电子注入的基础。鲍勃的小组在400伏特电压下使用一小块银电极，观察到在真空条件下直流电可使单一纯蒽晶体和掺有并四苯的蒽晶体发光。他们在1965年发表论文称，在没有外部电场的情况下，蒽晶体中的电致发光是由热化电子和空穴的重组引起的，蒽晶体中能量的导电能级是高于激子（激发子，晶结构中受激发的电子）中能级的。

可以说，这段时间内有机电致发光技术仍徘徊在高驱动电压、低亮度、低效率的实验室阶段。直到20世纪80年代末，OLED的发光器件发生质的飞越，才具备了早期实用性。1987年，美国柯达公司邓青云博士和同事史蒂夫·范·斯莱克成功地使用真空蒸镀法制作出类似半导体PN结的内含电子空穴传输层的多层式结构的OLED组件，这是一种亮度大于1000cd/m2、效率超过1.5lm/W、驱动电压小于10V的发光器件，由于器件具有轻薄、低驱动电压、自主发光、宽视角、快速响应等商业应用潜力，因而获得全球广泛关注。

1990年，英国剑桥大学Cavendish

实验室的R.H.Friend等人用旋涂的方法以聚合物材料聚对苯撑乙烯为发光材料制成高分子聚合物OLED器件，即Polymer LED（缩写为PLED），开创了高分子聚合物应用在有机发光领域的先河。聚合物材料同有机小分子材料相比不但有更强的热稳定性、柔韧性和机械加工性能，而且它的制作工艺过程也相对简单，可以说该项研究为有机发光显示器发展指明了方向。1993年，曹镛等人用可溶性高导聚苯胺涂覆在聚脂（PET）薄膜上，取代ITO（氧化铟锡）导电玻璃作为透明电极，用薄膜封装（TFE）代替玻璃封装，首次在国际上实现可弯曲的大面积塑料发光二极管，由此开创了柔性OLED屏的发展道路。1995年，日本山形大学的Kido等人发表了多层白光有机电致发光器件的技术。他们采用真空沉积的方法获得有机薄膜，并在空穴传输层TPD（蓝光）和电子传输层ALQ（绿光）之间插入一层掺杂荧光染料作为发光中间层。这种结构可同时输出红、绿、蓝三色光，然后将三种光再组合成白光。白光为灯光照明和装饰带来巨大的商业应用价值。1998年，普林斯顿大学的Forster等人发现有机电致磷发光现象，他们将磷光材料掺入发光层，研发出外量子效率5%有机电致磷光器件（Phosphorescence OLED，缩写为PhOLED）。这项研究证明OLED可突破内量子效率25%的理论极限，标志着OLED的发展进入崭新时期。

2003年，Novaled公司制备了PIN结构的磷光器件，这种结构可以提高发光效率增强电荷的注入能力，使得器件的效率大幅提高。同年在国际信息显示学会（SID）的会議上，索尼和奇美分别推出了24和20英寸TFT OLED样品，柯达推出第一部使用OLED显示器的数码相机。2004年5月，SeicoEpson在日本展出了40英寸彩色PLED面板，三星旗下SDI公司展示了采用小分子OLED材料蒸镀方式制成的17英寸OLED显示屏。2005-2006年，国际研究焦点集中在高效率白光器件上。柯尼卡美能达技术中心成功开发了初始亮度1000cd/m2、发光效率64lm/W、亮度半衰期约10000小时的OLED白色发光组件，并将该组件用于液晶面板背光源和普通照明中。2006年，韩国三星电子在韩国显示器产业展览会（IMID）上，向大众展示了2.4英寸QVGA分辨率（即320*240分辨率）的AMOLED手机屏产品；台湾奇晶开发出以低温多晶硅薄膜晶体管（缩写为LTPS-TFT）主动式矩阵OLED技术制成的尺寸为25英寸的OLED电视显示器面板。2007年初，奇晶光电正式宣告量产AMOLED（Active-matrix Organic Light-emitting Diode，中文：有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体）产品，并已开始在市场上出售小尺寸（2.0～2.7英寸）显示器；同年SID大会上，索尼展示了技术成熟的11英寸OLED电视。

目前，全球已有100多家的研究单位和企业投入到OLED的研发和生产中，其中三星、LG和飞利浦占据着市场份额前三名的位置。