OLED的发展及应用

 伴随着科技的高速发展，显示方面的技术在人们生活中的地位也变得越来越高。

 

现阶段主要的平板显示技术主要应用在以下几个方面：

 

首先，应用最广范和市场占有率最高的液晶显示器，同时也是最早推广的一种显示器件，虽然液晶显示器到目前为止已经非常成熟，但也有很多的缺点和不足，如响应速度慢、不耐低温、低亮度、窄视角、弱对比度、自身不能发光而必须依靠背光源等。

 

其次，应用于大尺寸显示方面的等离子显示器以及无机LED显示屏。等离子显示器的驱动电压非常高，一般情况下电压需要达到100V以上才能驱动，这也使得显示器的能耗非常高，不利于可持续发展。

 

再次，应用于大尺寸显示方面无机LED显示屏。其分辨率非常低，因此通常只能应用于远距离超大尺寸方面的显示，如商场、机场、车站等地的广告牌。

 

第四，就是从21 世纪初期开始脱颖而出的有机发光器件（OLED），它以其极好的自身特性和超低的功耗被大家所认识和接受。

 

OLED具有许多卓越的优点，如抗震性强、超高分辨率、亮度高、视角广、响应速度快、超轻薄、低功耗、低压直流驱动和耐低温等。

 

由于具备上述优点，OLED显示技术方向目前主要应用在手机、电视显示屏以及照明灯等方向，并慢慢扩大着自己的市场占有率。

 

对比有机与无机两种类型的半导体材料，有机半导体材料除了自身所具有的一些优点外，多彩多样的有机化合物也为材料的选择与设计提供了强有力的支持。这一新的领域也慢慢变成为了当下的研究热点。其中有机发光器件被认为是有机半导体产业可取得重大突破的一个研究领域。

 

电致发光现象最开始是由Destriau等人在1936年以ZnS粉末作为发光材料观察得到的。

 

到之后的1963年，Pope等人第一次发现了电致发光现象存在于有机材料中，他们利用5 mm厚的单晶蒽晶体作为发光层材料，制备出的有机发光器件在100V的驱动电压下发光，但是由于器件能耗高、效率低，因此在当时并没有引起人们的广泛关注。

 

经过多年的沉寂后，直到1987年，美国柯达公司的邓青云博士等人以Alq3和NPB两种有机材料作为功能材料，设计出了一组双层的有机发光器件，制备出的器件发光效率非常高，在低于10V的电压驱动下，器件的发光亮度就超过了1000 cd/平方米。

 

此结构的提出，使人们意识到了有机发光器件的潜在应用价值，并开始纷纷加入到该领域的研究中来，有机电致发光器件的研究从此进入了一个崭新的时代。

 

基于OLED技术可观的应用前景与广阔的市场价值，从2000年开始，这一研究热点开始慢慢的从实验研究向工业化生产方向迈进。国内外的众多知名企业开始纷纷投入到这一领域的研究中来。

 

与OLED技术相关的产品也开始慢慢变得丰富起来，并逐步走进了普通消费者的视线：

 

第一款配置OLED显示屏的手机由摩托罗拉公司在2000年推出；

 

时间到了2005年，韩国的三星电子公司在IMID国际数据展览会议上展示了一款可支持1280×800超高分辨率的40英寸OLED显示屏，亮度为600 cd/平方米，对比度达到5000:1，具有令人惊叹的显示效果；

 

2006年，台湾的奇美公司推出首款超薄的AMOLED显示面板；

 

到了2007年的CES展会上，索尼公司展示了两台OLED平板电视，尺寸分别为11英寸和27英寸，厚度分别为3 mm和10 mm，并于年底成功生产出第一款商用OLED电视机；

 

图：索尼推出的首台OLED电视机

 

2012年1月，在国际消费电子展上，三星和LG同时展示出55英寸的全彩OLED电视机。其中LG展示的AMOLED电视的厚度仅有4 mm厚，面板采用白光加彩色滤光片的形式；

 

图：LG 55英寸OLED电视机

 

到2013年，LG公司开始量产型号为55EA9800的曲面OLED电视，该电视机的优点有高对比度、超薄、曲面和高色彩还原度，机身厚度也仅仅只有4.3 mm，并且使用了WRGB四色技术，比传统的RGB三色基础多加入了白色，使画面的颜色更加丰富，响应时间为液晶电视响应时间的200 倍左右，所以不会存在画面拖尾的问题。另外，可视角度近乎完美。但受制于制造成本的问题，售价偏高，达到人民币2万元以上；

 

2014年年初，维信诺公司在中国发布首款低温多晶硅柔性AMOLED全彩显示屏，显示屏如下图所示。这种显示屏用到了LTPS TFT背板技术，并采用了其具有自主知识产权的透明阴极与OLED器件技术，显示屏的显示尺寸为3.5英寸，厚度为22 um，重量不足0.2 g，弯曲半径小于5 ms。

 

图：维信诺柔性AMOLED全彩显示屏

 

2014年11月，日本半导体能源实验室展示了一块8.7英寸的OLED显示屏，如下图所示，该屏幕可以轻松折叠成三层，并且折角处最小弯曲半径可以做到4 mm，拥有1920×1080分辨率，像素密度为254 PPI；可承受超过10万次弯折。

 

图：SEL折叠型OLED显示屏

 

通过前面的介绍，我们可以看出，OLED电视所具备的优势是非常明显的，并且作为新兴产品在市场上的发展潜力也非常巨大。

 

根据Display search的推测，OLED电视机的市场需求从2015年开始会快速增加：至2017年，预计OLED电视机的年复合均增长率会达到361%，并且OLED电视机的出货量会占到全球电视机总出货量的3%。2017年之后，OLED电视的价格会逐渐向普通消费群众靠拢，并占据大部分的市场份额。

 

OLED除了在显示屏方面有大的前景，在照明领域方面也有着巨大的发展空间。

 

就目前来看，有前景的固态照明器件分别是白光OLED（WOLED）与无机白光LED。为达到照明所需要的条件，就要考虑到发光器件各方面的因素，如器件的寿命、显色指数、发光效率和色坐标稳定性等。

 

其中，器件寿命和发光效率格外重要。通常认为，白光OLED要实现商品化，器件效率必须大于50 lm/W且显色指数要大于80，在初始亮度为1000-3000 cd/平方米的工作条件下，工作时间要达到一万小时以上。

 

2008年，J. Kido等人报道的白光OLED在亮度为100 cd/平方米时，器件效率达了53 lm/W，但它的显色指数小于80，只有68；随着工作电流的增大，色坐标也出现了一定的漂移。

 

因此，白光0LED要想实现真正的产业化，仍需加快解决器件寿命、色坐标稳定性和显色指数三大难题。

 

2013年11月，南京第一有机光电有限公司开始正式生产OLED照明灯，这是中国首条线性OLED照明生产线。这条生产线的出现，标志着我国在推动OLED产业化的道路上，已经取得了初步的成绩。

 

2014年4月，宝马旗下的宝马汽车宣布量产OLED车辆照明灯，宣布在其旗下的新款车型上率先使用融入了Organic Light技术的概念性车灯，期望在车辆照明技术上做到更进一步。

 

2015年1月，由多伦多大学研发的世界上首款OLED台灯开始出售，这标志着室内照明技术进入了一个崭新的时代，该台灯的色温为2900K。

 

同年，柯尼卡美能达公司开始量产全新技术的OLED照明面板，该面板厚度仅0.35 mm，与普通纸的厚度相当，运用树脂作为基板，使得照明面板的重量非常轻，并且能够实现一定程度的弯曲。

 

2015年8月，Pioneer和三菱化学联合发布一款新的照明面板，称该面板的制造成本可低于现行面板的1/3以下，且该OLED照明用面板可调节光的强度和光色，预计于2016年初开始量产，最大亮度为2000cd/平方米、色温为3000-5000K、厚度为1.08mm。现阶段，能够量产OLED照明面板的公司还有杜邦、飞利浦等。

 

在我国，目前国内在OLED领域的研发科研单位主要有清华大学、华南理工、北京交通大学、北京大学、中国科学院、上海大学、吉林大学、苏州大学等，研发企业有昆山维信诺、京东方、彩虹股份、南京第一有机光电、四川虹视、天马微电子、广东中显等企业。

 

从发展态势看来，国内OLED产业将来要围绕整个产业链布局发展，加强对OLED上游装备、材料的发展支撑力度，形成一个完整的生态环境，促进产业健康发展。