有機發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)又稱為有機電激光顯示、有機發(fā)光半導體(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年在實驗室中發(fā)現(xiàn)，由此展開了對OLED的研究。OLED顯示技術具有自發(fā)光、廣視角、幾乎無窮高的對比度、較低耗電、極高反應速度等優(yōu)點。但是，在價格(較大顯示面板)、壽命、分辨率暫無法與液晶顯示器匹敵。

 

　　OLED簡介

　　OLED，即有機發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode)，又稱為有機電激光顯示(Organic Electroluminesence Display, OELD)。因為具備輕薄、省電等特性，因此從2003年開始，這種顯示設備在MP3播放器上得到了廣泛應用，而對于同屬數(shù)碼類產(chǎn)品的DC與手機，此前只是在一些展會上展示過采用OLED屏幕的工程樣品，還并未走入實際應用的階段。但OLED屏幕卻具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢。

　　OLED顯示技術與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無需背光燈，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發(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體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。整個結(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)。當電力供應至適當電壓時，正極空穴與陰極電荷就會在發(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，加上反應快、重量輕、厚度薄，構(gòu)造簡單，成本低等，被視為 21世紀最具前途的產(chǎn)品之一。

　　有機發(fā)光二極體的發(fā)光原理和無機發(fā)光二極體相似。當元件受到直流電(Direct Current;DC)所衍生的順向偏壓時，外加之電壓能量將驅(qū)動電子(Electron)與空穴(Hole)分別由陰極與陽極注入元件，當兩者在傳導中相遇、結(jié)合，即形成所謂的電子-空穴復合(Electron-Hole Capture)。而當化學分子受到外來能量激發(fā)後，若電子自旋(Electron Spin)和基態(tài)電子成對，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，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作顯示功能;然有機熒光材料在室溫下并無法觀測到三重態(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，將釋放出來的能量轉(zhuǎn)換成光子，所以我們可以選擇適當?shù)牟牧袭斪靼l(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)合反應均在數(shù)十納秒(ns)內(nèi)，故PM-OLED的應答速度非常快。

　　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)陽極(Anode)、有機發(fā)光層(Emitting Material Layer)與陰極(Cathode)等所組成，其中，薄而透明的ITO陽極與金屬陰極如同三明治般地將有機發(fā)光層包夾其中，當電壓注入陽極的空穴(Hole)與陰極來的電子(Electron)在有機發(fā)光層結(jié)合時，激發(fā)有機材料而發(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、陰陽電極與有機發(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置絕緣層，因此熱蒸鍍(Evaporate)加工難度相對提高，制作過程亦變得復雜。

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

　　產(chǎn)品特性

　　OLED顯示技術具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發(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年開始這種顯示設備在MP3播放器上得到了應用。

　　以OLED使用的有機發(fā)光材料來看，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)。同時由于有機電致發(fā)光器件具有發(fā)光二極管整流與發(fā)光的特性，因此小分子有機電致發(fā)光器件亦被稱為OLED(Organic Light Emitting Diode)，高分子有機電致發(fā)光器件則被稱為PLED (Polymer Light-emitting Diode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可說是各有千秋，但以現(xiàn)有技術發(fā)展來看，如作為監(jiān)視器的信賴性上，及電氣特性、生產(chǎn)安定性上來看，小分子OLED處于領先地位，當前投入量產(chǎn)的OLED組件，全是使用小分子有機發(fā)光材料。

　　OLED關鍵工藝

　　1、ITO表面平整度：ITO目前已廣泛應用在商業(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。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致表面不平整，進而產(chǎn)生表面的尖端物質(zhì)或突起物。另外高溫鍛燒及再結(jié)晶的過程亦會產(chǎn)生表面約10 ~ 30nm的突起層。這些不平整層的細粒之間所形成的路徑會提供空穴直接射向陰極的機會，而這些錯綜復雜的路徑會使漏電流增加。一般有三個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：當空穴由ITO注入HIL時，過大的位能差會產(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。一般我們使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的飽和度，以達到增加功函數(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)動組件，當外部線路過長或過細時，于外部電路將會造成嚴重之電壓梯度，使真正落于OLED組件之電壓下降，導致面板發(fā)光強度減少。由于ITO電阻過大(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，它具有對環(huán)境因子穩(wěn)定性佳及對蝕刻液有較大的選擇性等優(yōu)點。然而它的電阻值在膜層為100nm時為2 ohm / square，在某些應用時仍屬過大，因此在相同厚度時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雜度及成本，故輔助電極材料的選擇成為OLED工藝中的重點之一。

　　OLED的優(yōu)點

　　1、厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，并且重量也更輕;

　　2、固態(tài)機構(gòu)，沒有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔;

　　3、幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真;

　　4、響應時間是LCD的千分之一，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)象;

　　5、低溫特性好，在零下40度時仍能正常顯示，而LCD則無法做到;

　　6、制造工藝簡單，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

　　1、壽命通常只有5000小時，要低于LCD至少1萬小時的壽命;

　　2、不能實現(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驗室中發(fā)現(xiàn)了有機發(fā)光二極體，也就是OLED，由此展開了對OLED的研究，1987年，鄧青云教授和Van Slyke 采用了超薄膜技術，用透明導電膜作陽極，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的兩大技術體系中，低分子OLED技術主要集中于日本、韓國、中國臺灣這三個地區(qū)，而高分子的PLED主要為歐洲廠家發(fā)展。另外，之前LG手機的OEL也是利用的OLED技術。OLED技術及專利由英國的科技公司CDT掌握。兩大技術體系相比，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，雖然將來技術更優(yōu)秀的OLED會取代TFT等LCD，但有機發(fā)光顯示技術還存在使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。

　　為了形像說明OLED構(gòu)造，可以將每個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，也有主動式和被動式之分。被動方式下由行列地址選中的單元主動發(fā)光。主動方式下，OLED單元后有一個薄膜晶體管(TFT)，發(fā)光單元在TFT驅(qū)動下點亮。主動式OLED比被動式OLED省電，且顯示性能更佳。

　　OLED應用

　　由于上述優(yōu)點，在商業(yè)領域OLED顯示屏可以適用于POS機和ATM機、復印機、游戲機等;在通訊領域則可適用于手機、移動網(wǎng)絡終端等領域;在計算機領域則可大量應用在PDA、商用PC和家用PC、筆記本電腦上;消費類電子產(chǎn)品領域，則可適用于音響設備、數(shù)碼相機、便攜式DVD;在工業(yè)應用領域則適用于儀器儀表等;在交通領域則用在GPS、飛機儀表上等。

　　具體領域

　　MP3作為一款數(shù)字隨身聽已經(jīng)在市場上日益成為時尚娛樂的主角，對于它的功能、容量、價格等等都得到了人們廣泛的關注，也是各廠家目光的焦點所在，可是對于作為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音樂的簡單要求上。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于個性、時尚追求的心理，表達的是一種生活的觀念。所以在面板的設計上，出現(xiàn)了多彩背光設計，就是經(jīng)常聽到的"7色背光"的產(chǎn)品。在此基礎上進一步發(fā)展，已經(jīng)有用到區(qū)域彩色OLED面板(如：黃、藍雙色等區(qū)域各16色階)的產(chǎn)品，有代表性的有BenQ的Joybee180、iRiver N10等。