OLED显示产业化亟需解决的几个问题

 随着科学技术的发展，信息显示技术也在不断地更新换代。从传统的阴极射线管(CRT)发展到了先进的液晶屏(LCD)。现正在向第3代显示技术过渡。作为第3代显示技术候选的有等离子体放电显示屏(PDP)、有机电致发光屏(OLED)、发光二极管(LED)、电场激发发光(FED)等。现在在研究开发方面竞争得最激烈的是PDP、OLED、LCD。它们各有所长，但追求的最终目标都是一样的，即要求达到质轻、体薄、高亮度、快速响应、高清析度、低电压、高效率、长寿命、低成本。本文就当前公认为最理想的显示技术，即OLED做简单介绍。

OLED的基本原理及器件结构

当在由某些特殊的强萤光性有机物质构成的薄膜两表面上镀上适当的电极并加上电压时，该薄膜就会发出光来。此过程被称为有机电致发光(Organic Electroluminescence，简称EL)，由于其发光原理又十分接近无机发光二极管，所以又称为OLED(Organic Light Emitting Diode)，是一个电变光的过程。

早在上一世纪三十年代科学家就已经发现了此现象。但由于后来在材料和器件技术方面的进步较慢，没有受到学术界和产业界太大的重视。OLED器件包括基板、透明电极(阳极)、有机层、金属电极(阴极)4大部分。其中有机层根据不同情况下的需要，可以是单层，也可以是多层，但总层数一般不会超过5层，总厚度也不会超过几百纳米，一般是2-3层，100纳米左右。

OLED发光大致包括以下5个基本物理过程：1.正负电荷分别从阳极和阴极注入有机层。2.在电场的作用下正负电荷在有机层内分别朝着对方电极方向移动。3.正负电荷在有机层内特定位置再结合并释放出能量。4.特定的有机分子获得该能量后自己受激发或将能量转移给其它分子，使其受激发从基态跃迁到激发态。5.处于激发态的分子回到基态，释放出光能。从此可以看出，在OLED器件的简单的结构里发生着极其复杂的光电子物理过程。

通过改变所使用的薄膜有机材料的种类，可以调控器件发出的光的颜色。通过控制从两端电极注入的电流的大小可以调节发光的强弱。从以上的器件结构和发光所包括的基本物理过程还可以看出，为了保证高效率地实现这些基本过程，材料结构、纯度、聚集态及界面状态的严格控制是至关重要的。这也是为什么OLED器件的结构虽然简单，材料也不特殊，但要实现高性能的发光却并不那么容易的原因之所在。

近年来关于有机材料的电致发光方面的研究和产品开发非常热门，是国际上竞争得最激烈的前沿科学领域之一。

OLED特点

现在，巳经实际应用的电子显示技术主要有以下几种：即阴极射线管(CRT)、液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、无机电致发光器件(无机EL)、等离子体放电显示屏(PDP)、真空萤光管(VFD)、电场激发发光(FED);各种显示方式的性能比较如表1所示。OLED的主要特点有：

1.与CRT相比较，OLED具有驱动电压低、体积小、重量轻;特别是其厚度薄于其它任何一种显示器件，可以薄如一张纸贴在壁上使用。是实现壁挂式、可卷可折式电视的最理想的技术。

2.液晶显示屏驱动电压低、品种多、而且它巳具有大规模生产技术，特别是日趋成熟的TFT技术等优势和已形成的市场优势。但是其显示方式是一种被动式的，必需要有光源。此外、LCD仍然存在响应速度慢(出现残像)，难以实现高亮度等难题。OLED恰好可以克服这些缺点。其响应速度是液晶的1000倍以上，其亮度也远远优于液晶。

3.OLED器件不像LED，要在基板上长单晶，所以LED难以实现大面积化。而OLED电极间的有机层是非晶薄膜，很容易实现大面积，超薄型显示。其发光的最小单元可以小至数十纳米。此外，OLED的色彩也更为丰富。

4.无机电致发光存在一些难以克服的困难和缺点，比如种类少、颜色可调性小、发光强度有限、驱动电压高等，这些都可以用OLED来克服。

5.与PDP相比、OLED有驱动电压低、发光效率高、薄、色彩清晰、制作工艺简单、成本低等优点。

此外、有机化合物种类繁多，结构多种多样。可以通过有机合成手段设计和合成出满足各种色彩和工艺要求的材料。

从器件结构、制作工艺、材料开发等多方面来考虑，与现在实际应用及正在开发的各种显示器件相比可以说OLED是最理想的一种显示技术。但也不能忘记现阶段OLED在使用寿命方面有待改善，生产技术也还远远没有成熟。

OLED技术的应用领域

阴极显像管被称为第一代显示技术，液晶屏被称为第二代显示技术，而OLED则是第三代显示技术的重要候选者之一。

OLED技术的最典型的应用就是作为显示器。就其显示功能来讲，它完全可以代替CRT、LCD、LED的作用，实现显示器件的轻量化、薄型化、高亮度、快速响应(与液晶相比)、高清析度、低电压化、高效率化和低成本化。可以大幅度地节省空间，极方便携带。如应用于航空、航天器的显示器，军事移动器的夜间及野外显示器，就更能显示其显示功能的优越性。比如在航空航天器上，体积小，重量轻是任何零部件永远的追求，显示器也不例外。在夜间或野外使用时，由于OLED是自己主动发光，可以大大提高对比度，获得更好的显示质量，这是液晶屏很难解决的难题。此外，OLED显示屏还可以做成柔性的，可以很容易地设计成曲面，甚至可卷曲，折叠，这些都是其他显示技术很难实现的功能。也正因为OLED有以上功能，可完全取代CRT、LCD、LED的显示作用，所以它面向的市场是直接的和非常巨大的。这也是目前国外众多的研究部门以及各大企业投入巨大资金和人力进行OLED技术研发的最重要原因。

除作为显示器使用以外，OLED也可以作为光源使用，特别是可以用它制造出大面积，高亮度的平面或曲面光源，高色纯度的单色光源。将来甚至可以用它制造出大平面激光光源，高效率偏振光光源。通过改变发光材料的化学结构或器件结构，发射波长可以在紫外区到红外区的很宽的波长范围内调控。

相信随着OLED材料及器件技术的日趋成熟，今后还将开发出许多我们现在想象不到的新用途。

OLED技术现状

关于OLED器件的研究起源于上一世纪的60年代，但大规模的开发研究起源于1986年美国的Easten　Kodak(EK)的基本专利发表之后。现在世界上关于OLED器件的开发主要分布在日本、美国和欧州。欧美主要以高分子材料为主，可望有比较长的寿命。日本则以低分子材料为主，已获得很好的发光亮度，发光效率寿命。就目前的情况来看，在实际应用技术开发方面，日本遥遥领先，己经进入商业应用阶段。欧州居第二位，但在应用技术方面与日本的距离越来越近。美国主要拥有基本专利。

现在有关OLED技术，主要有三大基本专利，它们是：

1. 基于柯达的主要以小分子为对象的器件基本结构专利。

2. 针对高分子材料的材料专利。

3. 实现高效率发光的三线态发光材料专利。

其中第1项和第3项由美国企业控制。第2项由英国控制。而与OLED应用及产业技术相关的绝大多数专利则由日本企业所控制。

现在世界上进行OLED相关技术开发的主要企业有：在日本有SONY、东芝、SHARP、松下、三洋电机、NEC、三菱化学、三菱电机、卡西欧、出光、凸版印刷、先峰音响、出光兴产、住友化学、TDK等。在美国有柯达、Dupont、UDC(Universal Display Corporation)、Dow Chemical Company等。欧洲有Cambridge Display Technology(CDT)、Phillips、Covion等。日本以外的亚洲地区有以RitDisplay为首的台湾省的近10家企业，韩国的三星显示器等。技术上最领先的为先峰音响、出光兴产(材料)、三洋电机、TDK等。特别是先峰音响公司己经开发出三代产品推向市场。

现在国际上小分子OLED器件的最高寿命可以达到：红色和绿色超过万4小时，蓝色达到1万小时，白光达到2万小时。最高发光效率可以达60lm/W。最低电压可以实现只需加上3-4V电压就能接近一般电视的亮度。最大面积400×400 mm2。

我国在OLED方面以大学为中心也开展了一些研究。也有一些企业已经投资或将要投资OLED技术。但从总体技术水平来看至少要比国际先进水平落后5-8年。特别是在要实现商业化所必须的关键技术和重要技术方面几乎是空白，发展趋势与当年的液晶产业极为相似。要想将OLED产业真正培养成为我国的民族产业，道路还十分艰难。

与OLED产业化相关的现存问题

虽然OLED技术可称之为最理想的显示技术。但对它的研究开发历史并不长，要想真正实现其产业化，必须克服以下一些具体的难题;即因大面积化带来的问题，从单色显示到多色显示带来的问题，封装技术与使用寿命的问题，阴极电极微细化的问题，驱动技术问题等。

从实验室到工业化，器件的大面积化将带来工艺、设备技术和驱动技术等方面的问题。比如大面积基板的镀膜均匀性问题。有机膜的不均匀性将导致发光亮度和色彩的不均匀性，影响显示效果。显示面积增大，意味着器件必须有很高的瞬间亮度和高的发光效率，并在高亮度下有良好的稳定性。也就是说，在100cd/m2得到的所谓寿命数据并不能确保实际应用的寿命。透明电极ITO的面阻抗问题也将显得越来越突出。透明度高，阻抗小的ITO基板的开发将是有机电致发光技术工业化过程中的一个重大课题。

从单色显示到多色显示和彩色过渡时，将三种不同的发光材料分别镀在同一象素的非常临近的三个小区域上将是又一大难题。而且，对于用高分子发光材料的器件来说问题更为突出。另外，长期使用过程中的三基色的相对稳定性问题也会显现出来。这些问题必须通过材料、制造工艺和驱动电路技术来综合解决。

要实现商业化，使用寿命问题必须解决，从材料和器件结构着手是途径之一。但是封装技术也不能忽视，甚至更为重要。

驱动技术在实验室研究阶段或器件面积不大时不显得重要。因为不采用复杂的驱动电路也能实现良好的显示效果。但一旦考虑到产业化和大面积化。此问题就会变得非常突出。这是因为有机电致发光是一个电流支配过程，不同于在诸如液晶显示类的电压支配过程。而至今为止，还没有一套成熟地高度集成地大电流驱动IC。

阴极电极(多为活性大的金属)微细化问题也是在有机电致发光技术工业化过程中要遇到且必须解决地一个重要难题。其难就难在由于一旦镀上有机膜后，器件就绝对不能与有机溶剂及活性气体接触，也就是说不能采用二次加工的方式来形成微细阴极电极。

在有机电致发光技术的产业化过程中，虽然会遇到以上诸多难题，但由于OLED是一个划时代的高新技术。在所有的显示技术中，只有它才能真正地把显示屏带到野外，带进严寒地区，带到宇宙，真正地实现显示屏亮、轻、薄、快、低功耗、全方位等理想特性。相信随着研究开发的深入和完善，以上问题是可以得到解决的。

OLED技术将来发展趋势

为薄膜电视的上市可能需3-8年时间(小型的需3年、大型的需5-10年)。从这一点来看，它不如LCD现实，但不管现实是怎样的，从其基本结构和显示效果来判断，它是最理想的显示技术，有非常光明的前途。人们上街去买电视机时，不说买一台，而是说买一张或买一块的时代将不会很遥远。