有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)又稱為有機(jī)電激光顯示、有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體(Organic Electroluminesence Display, OED)。與液晶顯示(Liquid Crystal Display, LCD)是不同類型的發(fā)光原理。OLED由美籍華裔教授鄧青云(Ching W. Tang)1983年在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)，由此展開(kāi)了對(duì)OLED的研究。OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光、廣視角、幾乎無(wú)窮高的對(duì)比度、較低耗電、極高反應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)。但是，在價(jià)格(較大顯示面板)、壽命、分辨率暫無(wú)法與液晶顯示器匹敵。

 

　　OLED簡(jiǎn)介

　　OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode)，又稱為有機(jī)電激光顯示(Organic Electroluminesence Display, OELD)。因?yàn)榫邆漭p薄、省電等特性，因此從2003年開(kāi)始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對(duì)于同屬數(shù)碼類產(chǎn)品的DC與手機(jī)，此前只是在一些展會(huì)上展示過(guò)采用OLED屏幕的工程樣品，還并未走入實(shí)際應(yīng)用的階段。但OLED屏幕卻具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　OLED顯示技術(shù)與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無(wú)需背光燈，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄，可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能。

　　OLED的基本結(jié)構(gòu)

　　OLED的基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明具半導(dǎo)體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個(gè)金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)層中包括了：空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。當(dāng)電力供應(yīng)至適當(dāng)電壓時(shí)，正極空穴與陰極電荷就會(huì)在發(fā)光層中結(jié)合，產(chǎn)生光亮，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)RGB三原色，構(gòu)成基本色彩。OLED的特性是自己發(fā)光，不像TFT LCD需要背光，因此可視度和亮度均高，其次是電壓需求低且省電效率高，加上反應(yīng)快、重量輕、厚度薄，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低等，被視為 21世紀(jì)最具前途的產(chǎn)品之一。

　　有機(jī)發(fā)光二極體的發(fā)光原理和無(wú)機(jī)發(fā)光二極體相似。當(dāng)元件受到直流電(Direct Current;DC)所衍生的順向偏壓時(shí)，外加之電壓能量將驅(qū)動(dòng)電子(Electron)與空穴(Hole)分別由陰極與陽(yáng)極注入元件，當(dāng)兩者在傳導(dǎo)中相遇、結(jié)合，即形成所謂的電子-空穴復(fù)合(Electron-Hole Capture)。而當(dāng)化學(xué)分子受到外來(lái)能量激發(fā)後，若電子自旋(Electron Spin)和基態(tài)電子成對(duì)，則為單重態(tài)(Singlet)，其所釋放的光為所謂的熒光(Fluorescence);反之，若激發(fā)態(tài)電子和基態(tài)電子自旋不成對(duì)且平行，則稱為三重態(tài)(Triplet)，其所釋放的光為所謂的磷光(Phosphorescence)。

　　當(dāng)電子的狀態(tài)位置由激態(tài)高能階回到穩(wěn)態(tài)低能階時(shí)，其能量將分別以光子(Light Emission)或熱能(Heat Dissipation)的方式放出，其中光子的部分可被利用當(dāng)作顯示功能;然有機(jī)熒光材料在室溫下并無(wú)法觀測(cè)到三重態(tài)的磷光，故PM-OLED元件發(fā)光效率之理論極限值僅25%。

　　PM-OLED發(fā)光原理是利用材料能階差，將釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)換成光子，所以我們可以選擇適當(dāng)?shù)牟牧袭?dāng)作發(fā)光層或是在發(fā)光層中摻雜染料以得到我們所需要的發(fā)光顏色。此外，一般電子與電洞的結(jié)合反應(yīng)均在數(shù)十納秒(ns)內(nèi)，故PM-OLED的應(yīng)答速度非?？臁?/p>

　　P.S.：PM-OLEM的典型結(jié)構(gòu)。典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO(indium tin oxide;銦錫氧化物)陽(yáng)極(Anode)、有機(jī)發(fā)光層(Emitting Material Layer)與陰極(Cathode)等所組成，其中，薄而透明的ITO陽(yáng)極與金屬陰極如同三明治般地將有機(jī)發(fā)光層包夾其中，當(dāng)電壓注入陽(yáng)極的空穴(Hole)與陰極來(lái)的電子(Electron)在有機(jī)發(fā)光層結(jié)合時(shí)，激發(fā)有機(jī)材料而發(fā)光。

　　而目前發(fā)光效率較佳、普遍被使用的多層PM-OLED結(jié)構(gòu)，除玻璃基板、陰陽(yáng)電極與有機(jī)發(fā)光層外，尚需制作空穴注入層(Hole Inject Layer;HIL)、空穴傳輸層(Hole Transport Layer;HTL)、電子傳輸層(Electron Transport Layer;ETL)與電子注入層(Electron Inject Layer;EIL)等結(jié)構(gòu)，且各傳輸層與電極之間需設(shè)置絕緣層，因此熱蒸鍍(Evaporate)加工難度相對(duì)提高，制作過(guò)程亦變得復(fù)雜。

　　由于有機(jī)材料及金屬對(duì)氧氣及水氣相當(dāng)敏感，制作完成後，需經(jīng)過(guò)封裝保護(hù)處理。PM-OLED雖需由數(shù)層有機(jī)薄膜組成，然有機(jī)薄膜層厚度約僅1,000～1,500A°(0.10～0.15 um)，整個(gè)顯示板(Panel)在封裝加干燥劑(Desiccant)後總厚度不及200um(2mm)，具輕薄之優(yōu)勢(shì)。

　　產(chǎn)品特性

　　OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，并且能夠節(jié)省電能，從2003年開(kāi)始這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了應(yīng)用。

　　以O(shè)LED使用的有機(jī)發(fā)光材料來(lái)看，一是以染料及顏料為材料的小分子器件系統(tǒng)，另一則以共軛性高分子為材料的高分子器件系統(tǒng)。同時(shí)由于有機(jī)電致發(fā)光器件具有發(fā)光二極管整流與發(fā)光的特性，因此小分子有機(jī)電致發(fā)光器件亦被稱為OLED(Organic Light Emitting Diode)，高分子有機(jī)電致發(fā)光器件則被稱為PLED (Polymer Light-emitting Diode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可說(shuō)是各有千秋，但以現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展來(lái)看，如作為監(jiān)視器的信賴性上，及電氣特性、生產(chǎn)安定性上來(lái)看，小分子OLED處于領(lǐng)先地位，當(dāng)前投入量產(chǎn)的OLED組件，全是使用小分子有機(jī)發(fā)光材料。

　　OLED關(guān)鍵工藝

　　1、ITO表面平整度：ITO目前已廣泛應(yīng)用在商業(yè)化的顯示器面板制造，其具有高透射率、低電阻率及高功函數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。一般而言，利用射頻濺鍍法(RF sputtering)所制造的ITO，易受工藝控制因素不良而導(dǎo)致表面不平整，進(jìn)而產(chǎn)生表面的尖端物質(zhì)或突起物。另外高溫鍛燒及再結(jié)晶的過(guò)程亦會(huì)產(chǎn)生表面約10 ~ 30nm的突起層。這些不平整層的細(xì)粒之間所形成的路徑會(huì)提供空穴直接射向陰極的機(jī)會(huì)，而這些錯(cuò)綜復(fù)雜的路徑會(huì)使漏電流增加。一般有三個(gè)方法可以解決這表面層的影響?U一是增加空穴注入層及空穴傳輸層的厚度以降低漏電流，此方法多用于PLED及空穴層較厚的OLED(~200nm)。二是將ITO玻璃再處理，使表面光滑。三是使用其它鍍膜方法使表面平整度更好。

　　2、ITO功函數(shù)的增加：當(dāng)空穴由ITO注入HIL時(shí)，過(guò)大的位能差會(huì)產(chǎn)生蕭基能障，使得空穴不易注入，因此如何降低ITO / HIL接口的位能差則成為ITO前處理的重點(diǎn)。一般我們使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的飽和度，以達(dá)到增加功函數(shù)之目的。ITO經(jīng)O2-Plasma處理后功函數(shù)可由原先之4.8eV提升至5.2eV，與HIL的功函數(shù)已非常接近。

　　加入輔助電極，由于OLED為電流驅(qū)動(dòng)組件，當(dāng)外部線路過(guò)長(zhǎng)或過(guò)細(xì)時(shí)，于外部電路將會(huì)造成嚴(yán)重之電壓梯度，使真正落于OLED組件之電壓下降，導(dǎo)致面板發(fā)光強(qiáng)度減少。由于ITO電阻過(guò)大(10 ohm / square)，易造成不必要之外部功率消耗，增加一輔助電極以降低電壓梯度成了增加發(fā)光效率、減少驅(qū)動(dòng)電壓的快捷方式。鉻(Cr：Chromium)金屬是最常被用作輔助電極的材料，它具有對(duì)環(huán)境因子穩(wěn)定性佳及對(duì)蝕刻液有較大的選擇性等優(yōu)點(diǎn)。然而它的電阻值在膜層為100nm時(shí)為2 ohm / square，在某些應(yīng)用時(shí)仍屬過(guò)大，因此在相同厚度時(shí)擁有較低電阻值的鋁(Al：Aluminum)金屬(0.2 ohm / square)則成為輔助電極另一較佳選擇。但是，鋁金屬的高活性也使其有信賴性方面之問(wèn)題因此，多疊層之輔助金屬則被提出，如：Cr / Al / Cr或Mo / Al / Mo，然而此類工藝增加復(fù)雜度及成本，故輔助電極材料的選擇成為OLED工藝中的重點(diǎn)之一。

　　OLED的優(yōu)點(diǎn)

　　1、厚度可以小于1毫米，僅為L(zhǎng)CD屏幕的1/3，并且重量也更輕;

　　2、固態(tài)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔;

　　3、幾乎沒(méi)有可視角度的問(wèn)題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真;

　　4、響應(yīng)時(shí)間是LCD的千分之一，顯示運(yùn)動(dòng)畫面絕對(duì)不會(huì)有拖影的現(xiàn)象;

　　5、低溫特性好，在零下40度時(shí)仍能正常顯示，而LCD則無(wú)法做到;

　　6、制造工藝簡(jiǎn)單，成本更低;

　　7、發(fā)光效率更高，能耗比LCD要低;

　　8、能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。

　　OLED的缺點(diǎn)

　　1、壽命通常只有5000小時(shí)，要低于LCD至少1萬(wàn)小時(shí)的壽命;

　　2、不能實(shí)現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品;

　　3、存在色彩純度不夠的問(wèn)題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。

　　發(fā)展歷史

　　1947年出生于香港的美籍華裔教授鄧青云在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)發(fā)光二極體，也就是OLED，由此展開(kāi)了對(duì)OLED的研究，1987年，鄧青云教授和Van Slyke 采用了超薄膜技術(shù)，用透明導(dǎo)電膜作陽(yáng)極，Alq3作發(fā)光層，三芳胺作空穴傳輸層，Mg/Ag 合金作陰極，制成了雙層有機(jī)電致發(fā)光器件。1990 年，Burroughes 等人發(fā)現(xiàn)了以共軛高分子PPV為發(fā)光層的OLED，從此在全世界范圍內(nèi)掀起了OLED 研究的熱潮。鄧教授也因此被稱為“OLED之父”。

　　在OLED的兩大技術(shù)體系中，低分子OLED技術(shù)主要集中于日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣這三個(gè)地區(qū)，而高分子的PLED主要為歐洲廠家發(fā)展。另外，之前LG手機(jī)的OEL也是利用的OLED技術(shù)。OLED技術(shù)及專利由英國(guó)的科技公司CDT掌握。兩大技術(shù)體系相比，OLED產(chǎn)品的彩色化上仍有困難。而低分子OLED則較易彩色化。

　　不過(guò)，雖然將來(lái)技術(shù)更優(yōu)秀的OLED會(huì)取代TFT等LCD，但有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)還存在使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。

　　為了形像說(shuō)明OLED構(gòu)造，可以將每個(gè)OLED單元比做一塊漢堡包，發(fā)光材料就是夾在中間的蔬菜。每個(gè)OLED的顯示單元都能受控制地產(chǎn)生三種不同顏色的光。OLED與LCD一樣，也有主動(dòng)式和被動(dòng)式之分。被動(dòng)方式下由行列地址選中的單元主動(dòng)發(fā)光。主動(dòng)方式下，OLED單元后有一個(gè)薄膜晶體管(TFT)，發(fā)光單元在TFT驅(qū)動(dòng)下點(diǎn)亮。主動(dòng)式OLED比被動(dòng)式OLED省電，且顯示性能更佳。

　　OLED應(yīng)用

　　由于上述優(yōu)點(diǎn)，在商業(yè)領(lǐng)域OLED顯示屏可以適用于POS機(jī)和ATM機(jī)、復(fù)印機(jī)、游戲機(jī)等;在通訊領(lǐng)域則可適用于手機(jī)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端等領(lǐng)域;在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域則可大量應(yīng)用在PDA、商用PC和家用PC、筆記本電腦上;消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，則可適用于音響設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、便攜式DVD;在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域則適用于儀器儀表等;在交通領(lǐng)域則用在GPS、飛機(jī)儀表上等。

　　具體領(lǐng)域

　　MP3作為一款數(shù)字隨身聽(tīng)已經(jīng)在市場(chǎng)上日益成為時(shí)尚娛樂(lè)的主角，對(duì)于它的功能、容量、價(jià)格等等都得到了人們廣泛的關(guān)注，也是各廠家目光的焦點(diǎn)所在，可是對(duì)于作為MP3的眼睛的屏幕卻很少有人涉及。 　除了影音隨身看產(chǎn)品之外，不論Flash型還是HDD型的MP3，大多采用黑白單色LCD面板，僅僅停留在能夠聆聽(tīng)音樂(lè)的簡(jiǎn)單要求上。但現(xiàn)如今的MP3除了這種最基本的功能外，更多的立足于人們對(duì)于個(gè)性、時(shí)尚追求的心理，表達(dá)的是一種生活的觀念。所以在面板的設(shè)計(jì)上，出現(xiàn)了多彩背光設(shè)計(jì)，就是經(jīng)常聽(tīng)到的"7色背光"的產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)有用到區(qū)域彩色OLED面板(如：黃、藍(lán)雙色等區(qū)域各16色階)的產(chǎn)品，有代表性的有BenQ的Joybee180、iRiver N10等。