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e人馆 | 邓青云从一点光发现它,OLED决胜还需要时间

2017/03/04
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阅读需 34 分钟
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OLED 无疑是今年最火的一个话题,三星、华为、OPPO、VIVO、苹果等手机企业都在大力推进“以 OLED 替代液晶”,在电视方面 OLED 与 QLED 对峙的火药味也很强烈,甚至 2017 年是 OLED 与 QLED 两大阵营决一胜负的关键一年。

OLED 到底有什么好处,值得让众多厂商争风吃醋?

OLED 可呈现绝佳的画质;
OLED 可以带来卓越的黑色;
OLED 拥有惊人的响应速度;
OLED 还具有柔和的多种形态。

那么这期《e 人馆》我们就来看看 OLED 背后的那个男人——发明者,邓青云。

一身荣耀,被尊称 OLED 之父

邓青云(Ching W. Tang),现任美国罗切斯特大学化学工程系、化学系、物理天文学系“Doris Johns Cherry”教授。1947 年出生于香港,1970 年在英属哥伦比亚大学获化学理学士学位,1975 年在康奈尔大学获物理化学博士学位。此后,加入美国柯达公司研发部作为一名研究科学家,一直从事有机半导体材料和器件的研究。

1987 年,邓青云发明有机发光显示技术(OLED)。

2006 年,邓青云因为其在有机发光二极管异质结有机太阳能电池上取得的开创性成就而被选为美国工程院院士。同年被罗切斯特大学聘请为 Doris Johns Cherry 教授。

2011 年,邓青云与芝加哥大学的斯图尔特•赖斯教授和卡耐基梅隆大学的克里兹托夫•马特加兹维斯基教授共同获得了由沃尔夫基金会颁发的沃尔夫化学奖,这是在化学领域仅次于诺贝尔奖的国际性大奖。

 

曾获美国柯达公司“杰出发明人”称号,并曾获美国柯达、美国信息显示学会、美国化学学会、罗切斯特知识产权法协会的多个奖项,被尊称为“OLED 之父”。

邓青云博士现任美国物理学会会员,美国信息显示学会的会员。罗切斯特大学化学工程系、化学系和物理天文系教授。

邓青云是怎样发明 OLED 的?

1975 年刚博士毕业的邓青云加入到柯达实验室,邓青云的工作便是投入到有机的太阳能电芯的研究和生产,以解决可再生能源较高需求量的问题。而这是鉴于当时原油价格的上涨凸显了市场对可再生能源的需求的一个背景。

1979 年,某天晚上邓青云在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室,于是就返回实验室。他发现在黑暗中有一个亮亮的东西,原来是一个作实验用的有机蓄电池在发光,这就是 OLED 的前身,邓青云也因此获得一种两层结构的材质的专利。

1982 年,邓青云发明柯达太阳能电池,尽管这是那个时代全球工作效率最高的蓝光 LED。但是存在很多问题。解决显示技术声明周期便是其中重要的一个。

1987 年,邓青云团队制成了双层有机电致发光器件。其论文所讲述的 OLED 结构非常简单,主要包含全透明层及 ALQ 层,其中左边有空气电流,右边有电子电流,两层流量都在中间有机层汇集,所以能量级非常高,再通过选择合适的有机材料,使得 OLED 具有足够的亮度以及非常明显的亮度合适性,同时也带来了更高的能量效率,这篇论文正式开启了 OLED 显示技术的发展。

当时光度只是达到了 25%,效率只有 1%,不过其意识到可以使用一些掺杂物改变光。于是他们使用不同掺杂物放在基材当中就会产生不同颜色的光,这种技术就是生产 RGB 所使用的技术,还有白光灯所使用的技术。接近 2000 年的时候,UDC 团队发现可以使用磷流光,可以不断提升 OLED 效率,这就是磷荧光技源。

 

OLED 的探索之路

每一项技术的发展都不是一蹴而成 的,都要经过数十年的磨练与修行,OLED 也是如此。尽管如今看大有“恍如一夜春风来,OLED 遍地开”的趋势,但最初的落地或者说成为“触地”却是艰难的一个过程。下面我们就看看 OLED 的探索过程是怎样的 ,有哪些吃螃蟹的人,他们是如何提高 OLED 的亮度与寿命的?

接下来要讲的就是 1987 年之后的故事了,邓青云曾教授曾表示:“我们花了 10 年以上时间发展材料后,我们希望让显示更好。”不难猜想材料问题之后,还有一系列文艺,比如工艺。

从无源 OLED 到有源 OLED

无源矩阵 OLED 显示,就是把两个电池图形化,但最终的效果表明这种方式并不是很好。在此方面,邓青云团队挣扎了一段时间,因为他们尚不了解一个好的完整的生产工艺。但是在一段时间后,他们有了一个想法,就是做图形化。先做图形化,然后再加有机层,相当于原位沉降方式。它不是单独的,是完全整合在一起。就是在显示下把有机层层积上,然后从一个角度进行金属的层积,就可以有阴极的隔离,产生显示。

虽然这种方式有效果,但是并没有办法实现。

然而,先锋公司利用相同的方法,生产了无源矩阵显示,并在 90 年代生产了相关的产品,如摩托罗拉的手机。通过无源矩阵可以做到巨大显示就是拼接技术的开始。

随着技术的进步和时间的推移,有源矩阵被认为是才是未来应该聚焦的方向。邓青云表示:“1990 年各大研究机构都意识到了有源矩阵是未来的方向,针对 OLED 的发展,很多公司聚焦于怎么样实施 AMOLED。国防部给我们非常大的赞助开发有源技术,我们可以改进它的均匀性。但是有源矩阵不是低温的,它是高温的。当时美国没有人做低温半导体。还有一些公司跟我们合作,利用高温多晶硅作为背景。但是它是不可扩大的。这只是一个示范显示。”

柯达生产了 OLED 有源矩阵显示,并在 2003 年投入市场中,当然价格也是比较华丽的。

2003 年还有一件大事,Kido 宣布可以利用串级结构可以用低电流产生更高的亮度,这就是串级结构的开始,串级的架构让 OLED 变得更亮以及寿命更长。

2007 年,OLED 的市场化进程有了新进展,索尼开发了有源矩阵电视,这引起不小的轰动。那时,尺寸很小,但是可以做到很薄。之后,索尼对 OLED 的探索主要是要把尺寸做大,索尼选择用印刷技术开发更大尺寸的。但是当时的印刷技术还是比较鸡肋的,所以这场探索并没实现真正的量产。

 

OLED 再后来的故事,我们就熟悉了,三星和 LG 成了主要的推动者。三星是 OLED 中小面板的王者,LG 在大型 OLED 面板成为主要的领航者。

关于 OLED,邓青云说了什么?

2016 年开始,OLED 阵营得到了进一步扩大,上游面板厂商正在逐步增多。2017 一开年,关于 OLED 的消息不断。在 2015 年,邓青云就预言:未来两年,是 OLED 非常关键的两年。未来两到三年,OLED 必然成为显示技术的核心,逐渐取代现有的液晶显示技术。

关于 OLED 的未来,邓青云都说过什么?

- OLED 发展有三个重要的里程碑,一是在 1987 年发表的论文,二是 2003 年的柯达照相机,三是 2013 年的 OELD 电视。

- OLED 是下一代的显示技术,今天大家可以享受这个技术。相信随着不断产业化,价格不断下降,未来 OLED 一定将取代 LCD。

- OLED 与电视是绝配。

- LCD 进步的空间小,LCD 性能提升已经饱和,只能越做越大。但 OLED 还在不断更新,还有更大空间。4K、8K、HDR(高动态范围),LCD 能做,OLED 也能做。最重要的是 OLED 技术平台扩大,应用在不同领域,智能手表、可穿戴产品,也许几年后,OLED 成为穿戴中的一部分,这是 LCD 不能做,这方面 OLED 完胜。

- 印刷式显示现在还不是主流。三星、LG 用的蒸镀 OLED 技术,目前是主流。

- 面板行业发展至今,CRT、TFEL、PDP 已经过时,真正是 LCD、OLED、LED、E-Ink 的天下,我不确定将来是否还会有其他技术,因为 OLED 和 LCD 基本处于主导地位。CRT 太重了,PDP 也消失了,因为没有显示整个频谱全部区域。当时没有人关注 OLED,认为它寿命不够,他们说 OLED 没有什么希望。但是如果你想开发一个技术,它需要把不同组件技术结合在一起,也会花很长时间。OLED 的发展,从 60 年代开始,时间基本上是一样的。经过 30 年的发展,我们 OLED 技术可以用在手机以及大面积显示。事实上,OLED 显示屏在过去一些年发展是非常快的,比如和 LCD 发展相比,OLED 发展速度更快,能够让技术更快的进入市场。


 

谈到这,似乎感觉 OLED 马上就要普及一样。但并非如此。比起传统的液晶显示,OLED 遇到了众多技术难点,目受制于一些关键技术、成本及良品率偏低等因素影响,OLED 面板规模性应用及大尺寸产业化尚有较长一段进程。


除此之外,OLED/QLED/ Micro LED 厮杀战场,OLED 能否全面取胜也是大家关心的一个重要问题。与非网《趣科技》对 OLED/QLED/ Micro LED 进行了趋势分析,可参考本文。
 

本期《e 人馆》就到这里,下期见!

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与非网编辑,网名小老虎。通信工程专业出身,喜欢混迹在电子这个大圈里。曾经身无技术分文,现在可以侃侃电子圈里那点事。喜欢和学生谈谈心情、聊聊理想,喜欢和工程师谈谈生活、聊聊工作。不求技术“上进”,只求结交“贵圈”的朋友!