1979年,柯达公司邓青云博士无意中发现了一种具有发光特性的有机材料,这就是后来被誉为“继LCD之后的下一代平面显示器”的OLED(Organic Light Emitting Diode,有机发光二极管)技术的起源。近年来,OLED受到了业界的极大关注。从诞生到现在,历经几十年,今天的OLED正已惊人的速度开始步入产业化阶段,在竞争激烈的平板显示市场上占据了一席之地。

        OLED技术原理

        OLED是指有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下,通过载流子注入和复合导致发光的技术。其原理是用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压驱动下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层和空穴传输层,然后分别迁移到发光层,相遇后形成激子使发光分子激发,后者经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到,金属电极膜同时也起了反射层的作用。下图是一个简单的OLED器件结构示意图。

        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(Polymer LED),其发展始于1990年,目前该技术尚未成熟。

        根据驱动方式的不同,OLED器件可以分为无源驱动型(又称被动驱动PM,Passive Matrix)和有源驱动型(又称主动驱动AM,Active Matrix)两种。无源驱动型不采用薄膜晶体管(TFT)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的显示。目前,无源驱动型OLED技术已经比较成熟,商业化的产品都是无源驱动型;有源驱动型OLED技术发展很快,但还需要几年的时间才能推出商用产品。

        OLED显示屏的制备工艺流程主要包括四个步骤,如下图所示。

        OLED技术主要特点

        有机发光显示器件之所以受到人们的青睐,是因为其与LCD为代表的第二代显示器相比,有着突出的技术优点(见表1):

        ● 低成本 其工艺简单,使用原材料少。使人们相信OLED将成为LCD替代性技术的最重要原因是其在降低加工成本方面的潜力。除了对材料和工艺方面的要求比LCD低近1/3外,OLED的加工工艺也比LCD简单得多。据相关资料显示,OLED显示屏需要86道加工工序,而LCD屏则需要200多道工序。在成本决定生命力的未来大屏幕显示领域,这无疑增加了OLED竞争的砝码。

        ● 自发光 不需要背光源

        ● 低压驱动和低功耗 直流驱动电压在10伏以下,易用于便携式移动显示终端上。

        ● 全固态 无真空腔,无液态成份,机械性能好,抗震动性强,可实现软屏显示。使用塑料、聚酯薄膜或胶片作为基板,OLED屏可以做到更薄,甚至可以折叠或卷起来。目前由于在软基板上的涂镀等加工工艺还未成熟,可折叠或卷曲的显示器产品还没有商品化,但这一切都会在不远的将来实现。

        ● 快速响应 响应时间为微秒级,是普通液晶显示器响应时间的1/1000,适于播放动态图像,具有宽视角特性,上下、左右的视角宽度超过170度。

        ● 高效发光 可作为新型环保光源。

        ● 宽温度范围 在-40℃~80℃范围内都可正常工作。

        ● 高亮度 显示效果鲜艳、细腻。

        技术瓶颈

       影响OLED技术发展的最大障碍是器件寿命和材料稳定性问题。目前,彩色OLED的寿命还只能达到5000小时,这使应用受到了限制。不过,由于其发展前景被看好,目前全球从事OLED研究的机构和厂商多达90多家。由于各家技术之间存在着很大差异,材料有小分子和高分子OLED两种,驱动方式分为主动和被动,而彩色显示的实现原理又有采用三色不同材料、采用三色滤色膜、采用色变换等多达6种方式,再加上涂镀、喷绘等多种加工工艺,OLED技术的实现可谓是真正意义上的百花齐放。对于一种萌芽期的技术,尽管这有利于技术的健康发展,但研发力量的分散和技术的争议在一定程度上会延缓技术发展的步伐。

        根据全球权威平板显示器(FPD)市场调研和咨询机构Display Search 在2004年12月的最新统计(见表2),OLED行业2004年全年总收入为3.28亿美元,比2003年增长了41%。上图为Display Search 2004年2月对全球OLED市场的预测。

        OLED已进入的产品领域包括手机主屏和副屏、汽车音响、MP3、工业仪表、PDA、车载仪表、数码相机和微显示器(Microdisplay for Near Eye Application)等领域。其中,手机副屏约为2.2亿美元,占67%,汽车音响约为0.38亿美元,占11.6%,MP3屏为0.37亿美元,占11.3%,这三者共占了约90%。