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歷史

有機發(fā)光二極管技術的研究，起源于鄧青云博士。鄧青云自1975年開始加入柯達公司Rochester實驗室從事有機發(fā)光二極管的研究工作，在意外中發(fā)現有機發(fā)光二極管。1979年的一天晚上，他在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室，回到實驗室后，他發(fā)現在黑暗中的一塊做實驗用的有機蓄電池在閃閃發(fā)光從而開始了對有機發(fā)光二極管的研究。到了1987年，鄧青云和同事 Steven 成功地使用類似半導體PN結的雙層有機結構第一次作出了低電壓、高效率的光發(fā)射器。為柯達公司生產有機發(fā)光二極管顯示器奠定了基礎。由此被譽為OLED之父。OLED英文名為Organic Light-Emitting Diode，縮寫：OLED），中文名(有機發(fā)光二極管)更是鄧青云命名的。

到了1990年，英國劍橋的實驗室也成功研制出高分子有機發(fā)光原件。1992年劍橋成立的顯示技術公司CDT（Cambridge Display Technology），這項發(fā)現使得有機發(fā)光二極管的研究走向了一條與柯達完全不同的研發(fā)之路。 OLED最大的優(yōu)勢是無需背光源，可以自發(fā)光可做得很薄，可視角度更大、色彩更富、節(jié)能顯著、可柔性彎曲等等?？蓮V泛利用在各個領域，目前OLED更多使用AMOLED技術，在2013年的柏林國際電子消費品展（IFA）上，更有曲面OLED電視機種出現并引起注意。

結構

  OLED基本結構：1. 陰極 (?)；2. 發(fā)光層（Emissive Layer, EL）；3. 陽極空穴與陰極電子在發(fā)光層中結合，產生光子；4. 導電層（Conductive Layer）；5. 陽極 (+)

有機發(fā)光二極管基本結構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，包成如三明治的結構。整個結構層中包括了：電洞傳輸層（HTL）、發(fā)光層（EL）與電子傳輸層（ETL）。當電力供應至適當電壓時，正極電洞與陰極電子便會在發(fā)光層中結合，產生光子，依其材料特性不同，產生紅、綠和藍三原色，構成基本色彩。OLED的特性是自發(fā)光，不像薄膜晶體管液晶顯示器需要背光，因此可視度和亮度均高，且無視角問題，其次是驅動電壓低且省電效率高，加上反應快、重量輕、厚度薄，構造簡單，成本低等，被視為 21世紀最具前途的產品之一。

驅動方式

不過，有機發(fā)光二極管也與 LCD 一樣其驅動方式也分為主動和被動式兩種。被動式下依照定位發(fā)光點亮，類似郵差寄信；主動式則和薄膜晶體管液晶顯示器相同，在每一個有機發(fā)光二極管單元背增加一個薄膜晶體管，發(fā)光單元依照晶體管接到的指令點亮。簡言之，主動／被動矩陣分法，主要指的是在顯示器內打開或關閉像素的電子開關型式。

典型的有機發(fā)光二極管由陰極、電子傳輸層、發(fā)光層、電洞輸運層和陽極組成。電子從陰極注入到電子輸運層，同樣，電洞由陽極注入進空穴輸運層，它們在發(fā)光層重新結合而發(fā)出光子。與無機半導體不同，有機半導體（小分子和聚合物）沒有能帶，因此電荷載流子輸運沒有廣延態(tài)。受激分子的能態(tài)是不連續(xù)的，電荷主要通重載流子在分子間的躍遷來輸運。因此，在有機半導體中，載流子的移動能力比在硅、砷化鎵、甚至無定型硅的無機半導體中要低幾個數量級。 在實際的OLED中，有機半導體典型的載流子移動能力為10 ~10 cm /V?S。因為載流子移動能力太差，OLED器件需要較高的工作電壓。如一個發(fā)光強度為1000cd/m 的OLED，其工作電壓約為7~8V。因為同樣的原因，OLED受空間電荷限制，其注入的電流密度較高。

通過一厚度為ｄ的薄膜的電流密度由下式定義：

在一般的機發(fā)光二極管中，全部有機膜的厚度約為1000囝 。實際上，有機發(fā)光二極管的發(fā)光功率與電流有J?Vm的關系，其中m 2。Burrows和Forrest制得的TPD/Alq器件的ｍ高達９，他們認為，ｍ值大是因為“阱”（或稱極化子）的緣故。最近，他們又證實ｍ具有很強的溫度依賴性，并且電荷是通過“阱”來輸運的。 在發(fā)光層中，摻雜客體螢光染料能極大地提高OLED的性能和特性。例如，只要摻雜1%的紅色螢光染料DCM、Alq式機發(fā)光二極管的最大發(fā)射峰即可從520nm遷移到600nm；摻雜少量的MQA（一種綠色染料）將使機發(fā)光二極管的效率提高2至3倍，在同樣的亮度下工作壽命可提高10倍。

有機發(fā)光二極管所用的物料是有機分子或高分子材料。將來可望應用于制造平價可彎曲顯示幕、照明設備、發(fā)光衣或裝飾墻壁。2004年開始，有機發(fā)光二極管已廣泛應用于隨身MP3播放器。

器件效率

  有機發(fā)光二極管的示意圖

迄今為止，發(fā)綠光的有機發(fā)光二極管是最有效的器件，這是因為人眼對綠光最為敏感。Tang曾報導，用香豆素摻雜Alq的器件具有5~6lｍ／Ｗ的效率。據文獻報導，效率最大的發(fā)綠光的有機發(fā)光半導體是由Sano制成的，用Bebq作為HTM，其效率為15lｍ／Ｗ。與發(fā)綠光的OLED比較，對發(fā)紅光和藍光的OLED的研究工作少得多。 目前已知的，效率最好的發(fā)藍光的OLED是由Idemitsu的Hosokawa等人研制的，其發(fā)光效率為5.0lｍ／Ｗ，對應的表面量子效率為2.4%。據Tang等人報導，將DCM染料攙入Alq制成了發(fā)紅光的OLE器件，其發(fā)光效率為2.5lｍ／Ｗ。 需要說明的是，上述文獻所報導的發(fā)光效率，都是在發(fā)光強度約為100cd/m 或更小的條件下測得的。而實際應用的有機發(fā)光半導體是由多路驅動的，最大的發(fā)光強度要高一些。因此，顯示象素會被驅動到很高的發(fā)光強度，導致發(fā)光效率下降。也就是說，隨著發(fā)光亮度增加，發(fā)光效率將因驅動電壓的增加而降低。發(fā)綠光的有機發(fā)光半導體，在發(fā)光亮度為10,000cd／m 時，其發(fā)光效率降為2lm/W，只有低亮度下的30%。發(fā)紅光和藍光的有機發(fā)光半導體，其發(fā)光效率隨著發(fā)光亮度的增加降低得更多。因此，有機發(fā)光半導體技術可能更適用于不需要有源矩陣驅動的小尺寸、低顯示容量的顯示器件。

器件的壽命和衰變

在過去的幾年中，對有機發(fā)光半導體器件的壽命有過一些報導。但由于每個實驗室測量器件壽命的方法不同，無法對這些數據進行有意義的比較。在報導中，應用最多的測量器件壽命的方法，是在器件維持一恒定電流的條件下，測量從初始亮度下降至一半亮度的時間。據柯達公司的VanSlyke報導，亮度在2000cd/ｍ 時，器件的工作壽命達到了1000小時。Sano也報導了，在TPD中摻雜紅熒烯得到的器件，其初始亮度為500cd/m 、半亮度壽命為3000小時。對壽命進行比較的最佳量值是亮度和半亮度壽命的乘積。據報導，該量值對使用壽命最長的器件是：綠光為7,000,000cd/m -hr；藍光為300,000cd/m -hr；紅─橙色為1,600,000cd/m -hr。一個雙倍密封的有機發(fā)光半導體器件的存儲壽命約為５年。

特色與關鍵技術

過去的市場上有機發(fā)光半導體一直沒辦法普及，主要的問題在于早先技術發(fā)展的有機發(fā)光半導體樣品大多是單色居多，即使采用多色的設計，其發(fā)色材料和生產技術往往還是限制了有機發(fā)光半導體發(fā)色的多樣性。實際上有機發(fā)光半導體的視頻產生方法和CRT顯示一樣，皆是借由三色RGB像素拼成一個彩色像素；因為有機發(fā)光半導體的材料對電流接近線性反應，所以能夠在不同的驅動電流下顯示不同的色彩與灰階。 OLED的特色在于其核心可以做得很薄，厚度為目前液晶的1/3，加上有機發(fā)光半導體為全固態(tài)組件，抗震性好，能適應惡劣環(huán)境。有機發(fā)光半導體主要是自體發(fā)光的，讓其幾乎沒有視角問題；與LCD技術相比，即使在大的角度觀看，顯示畫面依然清晰可見。有機發(fā)光半導體的組件為自發(fā)光且是依靠電壓來調整，反應速度要比液芯片件來得快許多，比較適合當作高清電視使用。2007年底SONY推出的11吋O有機發(fā)光半導體電視XEL-1，反應速度就比LCD快了1000倍。

有機發(fā)光半導體的另一項特性是對低溫的適應能力，舊有的液晶技術在零下75度時，即會破裂故障，有機發(fā)光半導體只要電路未受損仍能正常顯示。此外，有機發(fā)光半導體的效率高，耗能較液晶略低還可以在不同材質的基板上制造，甚至能成制作成可彎曲的顯示器，應用范圍日漸增廣。

有機發(fā)光半導體與LCD比較之下較占優(yōu)勢，數年前OLED的使用壽命仍然難以達到消費性產品（如PDA、移動電話及數碼相機等）應用的要求，但近年來已有大幅的突破，許多移動電話的屏幕已采用OLED，然而在價格上仍然較LCD貴許多，這也是未來量產技術等待突破的。

材料技術

小分子

 Alq 3, 常被用在小分子OLED。

小分子的高效有機發(fā)光二極管首先被在伊士曼柯達公司的鄧青云博士等人的開發(fā) 。雖然該術語的SM-OLED中也使用，術語OLED傳統(tǒng)特指這種類型的器件 。

聚合物發(fā)光二極管

 poly( p -phenylene vinylene),被用于第一個PLED 。

高分子發(fā)光二極管（PLED），也是發(fā)光聚合物（LEP），包含當連接到外部電壓而發(fā)光的電致發(fā)光導電聚合物。它們被用作全光譜彩色顯示器里面的薄膜。聚合物OLED是相當有效率的，并且對于光產生的量只需要一個相對較小的的功率。

磷光材料

  Ir(mppy) 3 , 一種磷光摻雜劑發(fā)出綠色的光 。

PHOLED ，全名Phosphorescent organic light-emitting diode, 是指 磷光有機電激發(fā)光二極管 。OLED的發(fā)光模式之一，近年來隨著PHOLED的蓬勃發(fā)展，目前許多學術研究單位積極研發(fā)的對象。

PHOLED 具有高亮度及高效率 ，有較長的生命期，內部量子效率接近100% , 大量降低顯示器的功耗。與磷光材質相比，摻雜螢光材質的面板電光轉化效率只有25%，因此磷光材質在平面顯示器應用上極具潛力。

潛在應用

有機發(fā)光半導體技術的主要優(yōu)點是主動發(fā)光?，F在，發(fā)紅、綠、藍光的有機發(fā)光半導體都可以得到。在過去的幾年中，研究者們一直致力于開發(fā)有機發(fā)光半導體在從背光源、低容量顯示器到高容量顯示器領域的應用。下面，將對OLED的潛在應用進行討論，并將其與其它顯示技術進行對比。

有機發(fā)光半導體在1999年首度商業(yè)化，技術仍然非常新?，F在用在一些黑白／簡單色彩的汽車收音機、移動電話、掌上型電動游樂器等。都屬于高級機種。 目前全世界約有100多家廠商從事OLED的商業(yè)開發(fā)，有機發(fā)光半導體目前的技術發(fā)展方向分成兩大類：日、韓傾向柯達公司的低分子有機發(fā)光半導體技術，歐洲廠商則以PLED為主。兩大集團中除了柯達聯盟之外，另一個以高分子聚合物為主的飛利浦公司現在也聯合了EPSON、DuPont、東芝等公司全力開發(fā)自己的產品。2007年第二季全球有機發(fā)光半導體市場的產值已達到1億2340萬美元。

而早在2005年，清華大學和維信諾公司決定開始OLED大規(guī)模生產線建設，并最終在昆山建設了OLED大規(guī)模生產線；廣東省也積極馬上有機發(fā)光半導體項目，截至2009年12月，廣東已建、在建和籌建的有機發(fā)光半導體生產線項目有5個，分別是汕尾信利小尺寸有機發(fā)光半導體生產線、佛山中顯科技的低溫多晶硅TFT（薄膜場效應晶體管）AMOLED生產線項目、東莞宏威的有機發(fā)光半導體顯示幕示范生產線項目、惠州茂勤光電的AMOLED光電項目、彩虹在佛山建設的有機發(fā)光半導體生產線項目。在有機發(fā)光半導體微型顯示器方面，云南北方奧雷德光電科技股份有限公司是世界第二家、中國第一家具備批量生產能力的AMOLED微型顯示器的生產廠商，微型顯示器多與光學組件配合，進行便攜的近眼式應用，可應用于紅外系統(tǒng)、工業(yè)檢測、醫(yī)療器械、消費電子等多個領域。根據調研公司DisplaySearch的報告，全球有機發(fā)光半導體產業(yè)2009年的產值為8.26億美元，比2008年增長35%。中國成為全球有機發(fā)光半導體應用最大的市場，中國的手機、移動顯示設備及其他消費電子產品的產量都超過全球產量的一半。 OLED面板的生產廠商主要集中于日本、韓國、中國這三個國家。 2013年1月，LG電子在CES上全球首次發(fā)布LG曲面OLED電視，這表明全球進入了大尺寸OLED時代。9月13日，LG電子在北京召開電視新品發(fā)布會，推出中國第一款LG曲面OLED電視——LG55EA9800-CA，這標志著中國的OLED電視時代正式來臨。

參看

顯示技術的比較

場發(fā)射顯示器

新興技術列表

印刷電子學

分子電子學 （ 英語 ： Molecular electronics ）

表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器

發(fā)光二極管(LED)

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