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[导读]OLED(Organic Light-Emitting Diode),又称为有机电激光显示、有机发光半导体(Organic Electroluminescence Display,OLED)。OLED属于一种电流型的有机发光器件,是通过载流子的注入和复合而致发光的现象,发光强度与注入的电流成正比。

OLED(Organic Light-Emitting Diode),又称为有机电激光显示、有机发光半导体(Organic Electroluminescence Display,OLED)。OLED属于一种电流型的有机发光器件,是通过载流子的注入和复合而致发光的现象,发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下,阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动,分别向空穴传输层和电子传输层注入,迁移到发光层。当二者在发光层相遇时,产生能量激子,从而激发发光分子最终产生可见光。 [1] 2022年,韩国在有机发光二极管(OLED)显示领域占有率为81.3%。 [11] 2023年5月,三星展示了一款具有革命性的 12.4 英寸可卷曲 OLED 面板。

根据中国电子展的了解,OLED的种类主要有:被动矩阵OLED、 主动矩阵OLED、透明OLED、顶部发光OLED、可折叠OLED、白光OLED等

被动矩阵OLED(PMOLED)

PMOLED具有阴极带、有机层以及阳极带。阳极带与阴极带相互垂直。阴极与阳极的交叉点形成像素,也就是发光的部位。外部电路向选取的阴极带与阳极带施加电流,从而决定哪些像素发光,哪些不发光。此外,每个像素的亮度与施加电流的大小成正比。

PMOLED易于制造,但其耗电量大于其他类型的OLED,这主要是因为它需要外部电路的缘故。PMOLED用来显示文本和图标时效率较高,适于制作小屏幕(对角线2-3英寸),例如人们在移动电话、掌上型电脑以及MP3播放器上经常能见到的那种。即便存在一个外部电路,被动矩阵OLED的耗电量还是要小于这些设备当前采用的LCD。

主动矩阵OLED(AMOLED)

AMOLED具有完整的阴极层、有机分子层以及阳极层,但阳极层覆盖着一个薄膜晶体管(TFT)阵列,形成一个矩阵。TFT阵列本身就是一个电路,能决定哪些像素发光,进而决定图像的构成。

AMOLED的耗电量低于PMOLED,这是因为TFT阵列所需电量要少于外部电路,因而AMOLED适合用于大型显示屏。AMOLED还具有更高的刷新率,适于显示视频。AMOLED的较佳用途是电脑显示器、大屏幕电视以及电子告示牌或看板。

透明OLED

透明OLED只具有透明的组件,并且在不发光时的透明度较高可达基层透明度的85%。当透明OLED显示器通电时,光线可以双向通过。透明OLED显示器既可采用被动矩阵,也可采用主动矩阵。这项技术可以用来制作多在飞机上使用的平视显示器。

顶部发光OLED

顶部发光OLED具有不透明或反射性的基层。它们适于采用主动矩阵设计。中国电子展温馨提醒,生产商可以利用顶部发光OLED显示器制作智能卡。

可折叠OLED

可折叠OLED的基层由柔韧性很好的金属箔或塑料制成。可折叠OLED重量很轻,非常耐用。它们可用于诸如移动电话和掌上型电脑等设备,能够有效降低设备破损率,而设备破损是退货和维修的一大诱因。将来,可折叠OLED有可能会被缝合到纤维中,制成一种很“智能”的衣服,举例来说,未来的野外生存服可将电脑芯片、移动电话、GPS接收器和OLED显示器通通集成起来,缝合在衣物里面。

白光OLED

白光OLED所发白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光灯发出的白光。白光OLED同时具备白炽灯照明的真彩特性。我们可以将OLED制成大面积薄片状,因此OLED可以取代目前家庭和建筑物使用的日光灯。

将来,使用OLED有望降低照明所需的能耗。

根据使用有机功能材料的不同,OLED器件可以分为两大类:小分子器件和高分子器件。小分子OLED技术发展得较早(1987年),而且技术已经达到商业化生产水平。高分子OLED又被称为PLED (PolymerLED),其发展始于1990 年,由于聚合物可以采用旋涂、喷墨印刷等方法制备薄膜,从而有可能大大降低器件生产成本,但目前该技术远未成熟。

根据驱动方式的不同,OLED 器件也可以分为无源驱动型(Passive Matrix,PM,亦称被动 驱动)和有源驱动型(Active Matrix,AM,亦称主动驱动)两种。无源驱动型不采用薄膜晶体 管(TFT,Thin Film Transistor)基板,一般适用于中小尺寸显示;有源驱动型则采用TFT基板,适用于中大尺寸显示,特别是大尺寸全彩色动态图像显示。目前,无源驱动型OLED技术已经比较成熟,商业化的产品绝大部分是无源驱动型;有源驱动型OLED技术发展很快,但还需要一定时间才能大批量推出商用产品。

根据使用有机功能材料的不同,OLED器件可以分为两大类:小分子器件和高分子器件。小分子OLED技术发展得较早(1987年),而且技术已经达到商业化生产水平。高分子OLED又被称为PLED (PolymerLED),其发展始于1990 年,由于聚合物可以采用旋涂、喷墨印刷等方法制备薄膜,从而有可能大大降低器件生产成本,但目前该技术远未成熟。

根据驱动方式的不同,OLED 器件也可以分为无源驱动型(Passive Matrix,PM,亦称被动 驱动)和有源驱动型(Active Matrix,AM,亦称主动驱动)两种。无源驱动型不采用薄膜晶体 管(TFT,Thin Film Transistor)基板,一般适用于中小尺寸显示;有源驱动型则采用TFT基板,适用于中大尺寸显示,特别是大尺寸全彩色动态图像显示。目前,无源驱动型OLED技术已经比较成熟,商业化的产品绝大部分是无源驱动型;有源驱动型OLED技术发展很快,但还需要一定时间才能大批量推出商用产品。

有机发光器件的结构一般属于夹层式结构,即发光层被两侧电极夹着并且至少一侧为透明电极以便获得面发光。单层有机薄膜被夹在ITO阳极和金属阴极之间,形成了最简单的单层OLED。其中的有机层,既作发光层(EML),又兼作电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)。但是,多数有机材料主要是单种载流子传输的,所以单层器件的载流子注入不平衡;另外,由于载流子迁移率的巨大差距,容易使发光区域靠近迁移率小的载流子的注入电极一侧,如果是金属电极,则容易导致电极对的发光淬灭,而使得器件效率降低。有机层可以是有机发光小分子,也可为发光聚合物或掺杂的发光小分子。

2.双层结构

由两层不同功能的有机材料共同构成OLED,根据材料的作用不同,可分为两种类型,一种是采用有机电子传输材料既做电子传输层ETL又做发光层ELL,并与有机空穴传输材料做成的空穴传输层HTL一起构成OLED。另一种是HTL、ELL公用一层有机材料,ETL单独为一层有机材料。

①双层A型(doublelayer-A简称DL-A)OLED器件是1987年由Kodak研发的。其分别为空穴传输层及电子传输层。其中空穴传输层为p型有机材料,其特性为具有较高的空穴迁移率,且其HOMO与ITO较接近,可使空穴由ITO注入有机层的能障降低。此器件结构的最主要特点是发光体也具有传输电子的能力。双层A型标准OLED器件的结构由下而上分别为ITO(阳极)、HTL、ETL(发光体)、阴极金属,最著名的例子为:玻璃基、ITO、NPB、Alq、Mg:Ag。

对于双层器件,具体发光来自HTL还是ETL,主要取决于其能带的匹配关系。一般来说,发光多是来自带隙相对较小的材料,例如,典型的TPD/Alq3器件的发光就是来自带隙较小的Alq3。

在后续的研究中发现,这种结构的器件的发光强度和电流密度成线性关系,这种线性关系对发展OLED成为高性能的显示元件具有重要作用。其次,器件的电流效率随亮度的提高呈现先增大后减小的变化,其峰值一般出现在几千cd/m2处,说明OLED可以在很高的亮度下工作并具有良好的工作效率。

②双层-B型(doublelayer-B简称DL-B)OLED器件是由日本九州大学的Saito教授组提出,其最主要的特点是空穴传输材料可当发光层。发光的区域不仅在靠近HTL、ETL的接口上,且可由扩散方式将发光区域扩散至整个HTL。双层-B型标准OLED器件的结构由下而上分别为玻璃基板、ITO、HTL(发光体)、ETL/阴极金属。在双层-B型器件中,n型有机材料(电子传输层)被当作发光层,其发光波长系由HOMO及LUMO的能量差所决定。然而,好的电子传输层(电子迁移率高之材料)并不一定为发光效率佳的材料,目前一般的做法是将高萤光度的有机色料掺杂于电子传输层中靠近空穴传输层部分,又称为发光层,其体积比约为1%~3%。

据有关媒体报道,2018年,OLED产业迎来最好发展时期。伴随着苹果公司开始在iPhone上使用OLED屏幕,使得整个OLED产业链发生了巨大变化,需求迎来爆发期。

2017年,OLED行业景气度提升,屡屡引发市场关注。根据IHS的估计,到2020年仅OLED手机屏幕的市场空间可达约360亿美元。

OLED,即有机发光二极管OLED(Organic Light-Emitting Diode),又称为有机电激光显示(OrganicElectroluminesence Display, OELD)。因为具备轻薄、省电等特性,因此从2003年开始,这种显示设备在MP3播放器上得到了广泛应用,而对于同属数码类产品的DC 与手机,此前只是在一些展会上展示过采用OLED屏幕的工程样品,还并未走入实际应用的阶段。但OLED屏幕却具备了许多LCD不可比拟的优势,因此它也一直被业内人士所看好。

OLED 显示技术的起源

早在 20 世纪60 年代,Pope 等人首次报道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,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。

1987 年,美国柯达公司邓青云博士等以真空蒸镀法制作出含电子空穴传输层的多层器件,获得了亮度大于1000cd/m2、效率超过1.5 lm/W、驱动电压小于10V 的发光器件,这种器件具有轻薄、低驱动电压、自主发光、宽视角、快速响应等优点,因此得到了广泛的关注。

1990 年,英国剑桥大学Cavendish 研究室的R. H. Friend 等人以旋涂的方法将聚合物材料聚对苯撑乙烯作为发光材料制备发光器件,开创了聚合物在有机发光领域的应用。这项研究进一步促进了有机发光显示器件的研究,应用更加广泛、性能更加优越的器件报道不断涌现。

1993 年曹镛等人的柔性OLED 显示屏和1994 年Kido 等人制备的白光OLED 器件均具有开创性的意义。

1998 年,普林斯顿大学的Forrest 等将磷光材料掺入发光层,获得外量子效率5%的器件。这项研究证明OLED 可突破内量子效率25%的限制,使得有机发光器件的效率有望大幅提高。

2003 年,Novaled 公司制备了PIN 结构的磷光器件,在提高发光效率的同时增强了电荷的注入能力,使得器件的效率大幅提高,同年在SID 会上,索尼和奇美分别推出了24 和20 英寸TFT OLED 样品及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 面板及三星SDI 展示了小分子OLED 材料蒸镀形成的17 英寸OLED 显示屏;

2005-2006 年,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;

2006 年,韩国三星电子在IMID 大展中,展示了2.4 英寸QVGA 分辨率的AM-OLED 手机屏产品;而台湾奇晶开发出以LTPS TFT 主动式矩阵OLED 技术制成的尺寸达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 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 会议上,Sony 展出了技术成熟的11 吋OLED电视。

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