OLED即有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode),又称有机电激光显示、有机发光半导体,是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下,通过载流子注入和复合而导致发光,发光强度与注入的电流成正比,属于一种电流型的有机发光器件。
OLED被称为第三代显示技术,因具有更轻薄、低能耗、高亮度、高对比度、广视角,以及发光效率好,并且还可以做到弯曲等特点,使得OLED技术在当今电视、显示器、手机、平板等领域里广泛应用。
一、OLED的历史
1953年,法国南茜大学André Bernanose(安德烈·贝纳诺斯)等首次在蒽衍生物中发现了电致发光的现象。1963年,美国纽约大学Martin Pope(马丁·鲍勃)博士发表了题为“有机晶体的电致发光”的论文,阐述了蒽单晶的电致发光现象,揭开了有机发光器件研究的序幕,为OLED的诞生奠定了基础,但由于当时获得的亮度和效率均不理想,而未获得广泛的关注。
1979年,美国柯达公司Ching W. Tang(邓青云)意外地发现一块做实验用的有机蓄电池在黑暗中闪闪发光,从而开始了对有机发光二极管(OLED)的研究。这个意外地发现为OLED的诞生拉开了序幕。
1987年,美国柯达公司Ching W. Tang(邓青云)、Steve Van Slyke(史蒂夫·范·斯莱克)通过真空蒸镀方式采用小分子有机材料成功制作出了低电压可驱动的多层式结构OLED器件。由于器件在亮度和效率上发生了质的飞跃,因而获得全球广泛关注,并开创了有机电致发光的新的时代。
1990年,英国剑桥大学Jeremy Burroughes(杰里米·伯勒斯)、Richard Friend(理查德·弗瑞德)等人用旋涂的方法以聚合物材料PPV(聚对苯乙炔)为发光材料制成了高分子聚合物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,不但再次引发研究热潮,更确立了OLED在21世纪产业中所占的重要地位。
1998年,美国普林斯顿大学Stephen Forrest(史蒂芬·福里斯特)等人发现了有机电致磷发光现象,他们将磷光材料掺入发光层,研发出了有机电致磷光器件(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的发展进入了崭新时期。
目前OLED技术已经相对成熟,应用领域也在日益扩大,已在中小尺寸屏幕产品中占据了半壁江山,并开始逐步走向大尺寸应用。随着技术的进一步突破和成本的降低,OLED有望在未来发展出更多种类的应用。
二、OLED的分类
1.按器件结构分类
按器件结构分类,OLED可以分为单层结构、双层结构、三层结构和多层结构。其中多层结构OLED具有更高的功能性和稳定性。
2.按发光材料分类
按发光材料分类,OLED可分为小分子OLED(或称为SMOLED)和高分子OLED(或称为PLED)。小分子OLED主要采用的是真空热蒸镀工艺,主要适用于中小型尺寸显示器;而高分子OLED采用的是旋转涂覆或者是喷涂印刷工艺,以大尺寸显示器为应用目标。小分子OLED的基本专利由美国Kodak公司拥有,高分子OLED的专利由英国的CDT和美国的Uniax公司拥有。
3.按驱动方式分类
按驱动方式分类,OLED可以分为被动式(PMOLED)和主动式(AMOLED)。被动式驱动也称为无源驱动,通常采用矩阵网格的电极结构,主要应用在显示器尺寸比较小的显示器中。主动式驱动也称为有源驱动,通常采用薄膜晶体管(TFT)作为驱动元件,主要用于高分辨率、大尺寸、快速显示的产品。
4.按基板材料分类
按基板材料分类,OLED可以分为刚性OLED和柔性OLED。刚性OLED即传统的OLED,使用的是玻璃基板,制造成本较低,主要应用于传统的显示设备;而柔性OLED使用的是塑料、金属薄膜,玻璃薄片等柔性基板,制造成本较高,多被应用于一些新型的柔性显示设备。
三、OLED的结构
OLED器件的基本结构包括阳极、阴极和夹在两极之间的有机发光层。阳极通常是透明的导电膜,而阴极则是金属或合金。在阳极和阴极之间,可以设置多层有机发光层,这些层由高分子或小分子材料组成。此外,为了提高器件的性能和稳定性,通常还会添加空穴注入层、空穴传输层和电子传输层等辅助层。
四、OLED的原理
OLED核心原理是利用有机材料在电场的作用下产生发光现象。具体来说,当电流通过特定有机材料薄膜时,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到有机发光层,并在有机发光层中相遇,形成激子(电子空穴对),激子辐射退激后发出光子,最终产生可见光。
OLED的发光颜色可以通过选择不同的有机材料来实现,如红色、绿色和蓝色等。OLED发光的亮度或强度取决于发光材料的性能以及施加电流的大小,电流越大,光的亮度就越高。
五、OLED的应用
相比传统的LCD技术,OLED显示技术具有明显的优势,随着OLED技术的不断完善,其应用领域也在不断地延伸。目前,OLED主要应用于高端电视、智能手机、平板电脑等电子产品。由于其出色的色彩表现、高对比度和响应速度快等特点,OLED已成为高端显示市场的首选技术之一。此外,随着柔性电子技术的不断发展,OLED在可穿戴设备、汽车仪表盘和透明显示等领域也有着广泛的应用前景。
1.在商业领域当中,POS机、复印机、ATM机中都可以安装小尺寸的OLED屏幕,既美观又实用。大尺寸的OLED可以用作商务宣传屏,用作车站、机场等广告投放屏幕,视觉效果优于LCD屏。
2.在电子产品领域中,OLED应用最为广泛的就是智能手机,其次是笔记本、显示屏、电视、数码相机等领域,由于OLED显示屏色彩更加浓艳,并且可以对色彩进行调校(不同显示模式),因此在实际应用中非常广泛。
3.在交通领域中,OLED可用作轮船、飞机仪表、GPS、可视电话、车载显示屏等,因OLED优异的广视角性能,即使不直视也能够看清屏幕内容。
4.在工业领域中,随着工业自动化、智能化的快速发展,所引入的智能操作系统越来越多,也对屏幕的性能有了更多的需求。无论是在触屏显示上还是观看显示上,OLED的应用范围要比LCD更广。
5.在医疗领域中,医学诊断影像、手术屏幕监控都离不开屏幕,为了适应医疗显示的广视域要求,OLED屏幕将是一个不错的选择。
Martin Pope(马丁·鲍勃,1918~2022),美国物理化学家, 他在电致发光领域的研究揭开了有机发光器件研究的序幕,为有机发光二极管(OLED)的诞生奠定了基础。为了表彰他的成就,Pope博士被英国科学院授予最杰出化学家,获得了2006年戴维奖章。
Ching W. Tang(邓青云),美籍华裔材料物理学家和化学家,美国国家工程院院士、香港科学院创院院士、香港工程科学院院士,沃尔夫化学奖首位华人得主,香港科技大学赛马会高等研究院东亚银行教授、先进显示与光电子技术国家重点实验室主任。邓青云院士的研究领域是关于有机半导体为基础的电子设备,他发明了有机发光二极管(OLED),被誉为“OLED之父”。
参考资料:
1.https://www.163.com/dy/article/HV5B323905534QJS.html
2.https://tech.hqew.com/fangan_2031117
3.https://zunzheng.com/news/archives/19550
4.https://edisontechcenter.org/LED.html
5.https://www.eepw.com.cn/article/222981.htm