从OLED技术原理谈OLED显示器件产业化需要着重解决的问题

随着科学技术的发展，信息显示技术也在不断地更新换代。从传统的阴极射线管(CRT)发展到了先进的液晶屏(LCD)。现正在向第3代显示技术过渡。作为第3代显示技术候选的有等离子体放电显示屏(PDP)、有机电致发光屏(OLED)、发光二极管(LED)、电场激发发光(FED)等。现在在研究开发方面竞争得最激烈的是PDP、OLED、LCD。它们各有所长，但追求的最终目标都是一样的，即要求达到质轻、体薄、高亮度、快速响应、高清析度、低电压、高效率、长寿命、低成本。本文就当前公认为最理想的显示技术，即OLED做简单介绍。

OLED的基本原理及器件结构

当在由某些特殊的强萤光性有机物质构成的薄膜两表面上镀上适当的电极并加上电压时，该薄膜就会发出光来。此过程被称为有机电致发光(Organic Electroluminescence，简称EL)，由于其发光原理又十分接近无机发光二极管，所以又称为OLED(Organic Light Emitting Diode)，是一个电变光的过程。

早在上一世纪三十年代科学家就已经发现了此现象。但由于后来在材料和器件技术方面的进步较慢，没有受到学术界和产业界太大的重视。图1是OLED器件的基本结构示意图，它包括基板、透明电极(阳极)、有机层、金属电极(阴极)4大部分。其中有机层根据不同情况下的需要，可以是单层，也可以是多层，但总层数一般不会超过5层，总厚度也不会超过几百纳米，一般是2－3层，100纳米左右。

OLED发光大致包括以下5个基本物理过程：1．正负电荷分别从阳极和阴极注入有机层。2．在电场的作用下正负电荷在有机层内分别朝着对方电极方向移动。3．正负电荷在有机层内特定位置再结合并释放出能量。4．特定的有机分子获得该能量后自己受激发或将能量转移给其它分子，使其受激发从基态跃迁到激发态。5．处于激发态的分子回到基态，释放出光能。从此可以看出，在OLED器件的简单的结构里发生着极其复杂的光电子物理过程。

通过改变所使用的薄膜有机材料的种类，可以调控器件发出的光的颜色。通过控制从两端电极注入的电流的大小可以调节发光的强弱。从以上的器件结构和发光所包括的基本物理过程还可以看出，为了保证高效率地实现这些基本过程，材料结构、纯度、聚集态及界面状态的严格控制是至关重要的。这也是为什么OLED器件的结构虽然简单，材料也不特殊，但要实现高性能的发光却并不那么容易的原因之所在。

近年来关于有机材料的电致发光方面的研究和产品开发非常热门，是国际上竞争得最激烈的前沿科学领域之一。

OLED特点

现在，巳经实际应用的电子显示技术主要有以下几种：即阴极射线管(CRT)、液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、无机电致发光器件(无机EL)、等离子体放电显示屏(PDP)、真空萤光管(VFD)、电场激发发光(FED)；图2是几种显示器的基本结构变迁的比较。各种显示方式的性能比较如表1所示。OLED的主要特点有：

1．与CRT相比较，OLED具有驱动电压低、体积小、重量轻；特别是其厚度薄于其它任何一种显示器件，可以薄如一张纸贴在壁上使用。是实现壁挂式、可卷可折式电视的最理想的技术。

2．液晶显示屏驱动电压低、品种多、而且它巳具有大规模生产技术，特别是日趋成熟的TFT技术等优势和已形成的市场优势。但是其显示方式是一种被动式的，必需要有光源。此外、LCD仍然存在响应速度慢(出现残像)，难以实现高亮度等难题。OLED恰好可以克服这些缺点。其响应速度是液晶的1000倍以上，其亮度也远远优于液晶。

3．OLED器件不像LED，要在基板上长单晶，所以LED难以实现大面积化。而OLED电极间的有机层是非晶薄膜，很容易实现大面积，超薄型显示。其发光的最小单元可以小至数十纳米。此外，OLED的色彩也更为丰富。
4．无机电致发光存在一些难以克服的困难和缺点，比如种类少、颜色可调性小、发光强度有限、驱动电压高等，这些都可以用OLED来克服。

5．与PDP相比、OLED有驱动电压低、发光效率高、薄、色彩清晰、制作工艺简单、成本低等优点。
此外、有机化合物种类繁多，结构多种多样。可以通过有机合成手段设计和合成出满足各种色彩和工艺要求的材料。

从器件结构、制作工艺、材料开发等多方面来考虑，与现在实际应用及正在开发的各种显示器件相比可以说OLED是最理想的一种显示技术。但也不能忘记现阶段OLED在使用寿命方面有待改善，生产技术也还远远没有成熟。

OLED技术的应用领域

阴极显像管被称为第一代显示技术，液晶屏被称为第二代显示技术，而OLED则是第三代显示技术的重要候选者之一。

OLED技术的最典型的应用就是作为显示器。就其显示功能来讲，它完全可以代替CRT、LCD、LED的作用，实现显示器件的轻量化、薄型化、高亮度、快速响应(与液晶相比)、高清析度、低电压化、高效率化和低成本化。可以大幅度地节省空间，极方便携带。如应用于航空、航天器的显示器，军事移动器的夜间及野外显示器，就更能显示其显示功能的优越性。比如在航空航天器上，体积小，重量轻是任何零部件永远的追求，显示器也不例外。在夜间或野外使用时，由于OLED是自己主动发光，可以大大提高对比度，获得更好的显示质量，这是液晶屏很难解决的难题。此外，OLED显示屏还可以做成柔性的，可以很容易地设计成曲面，甚至可卷曲，折叠，这些都是其他显示技术很难实现的功能。也正因为OLED有以上功能，可完全取代CRT、LCD、LED的显示作用，所以它面向的市场是直接的和非常巨大的。这也是目前国外众多的研究部门以及各大企业投入巨大资金和人力进行OLED技术研发的最重要原因。

除作为显示器使用以外，OLED也可以作为光源使用，特别是可以用它制造出大面积，高亮度的平面或曲面光源，高色纯度的单色光源。将来甚至可以用它制造出大平面激光光源，高效率偏振光光源。通过改变发光材料的化学结构或器件结构，发射波长可以在紫外区到红外区的很宽的波长范围内调控。

相信随着OLED材料及器件技术的日趋成熟，今后还将开发出许多我们现在想象不到的新用途。