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什么是OLED屏幕?OLED的结构及发光原理

什么是OLED屏幕?OLED的全名为OrganicLight-EmittingDiode,中文名为有机发光二极管。它是LED的一种,由美籍华裔教授登青云在实验室中发现。与目前被广泛使用的平板显示器LCD相比,OLED具有主动发光、高对比度、超轻薄、耐低温、响应速度快、功耗低、视角广、抗震能力强等特点,而且更适合柔性显示和3D显示。具有以上众多优势的OLED显示器,不存在从侧面看不清楚的问题;也不会有LCD影像残留及画面跳动的情况;不但便宜,而且省电;相对于LCD,颜色更鲜艳,对比更鲜明,而厚度小于2mm的全彩面板更是只能用OLED才能做到。  OLED与LED的屏幕结构  要想知道OLED为何会有如此多的优点,还要从它的工作原理说起。OLED是如何发光的?OLED的典型结构如图所示,用ITO(氧化铟锡)导电薄膜做阳极,金属做阴极,中间沉淀一层有机发光材料作为发光层。为了形象的理解,我们可以把它看成一块三明治,下面的一块面包是金属材料,上面的一块面包是有机透明材料ITO导电膜,把中间的电子传输层和空穴传输层分别看成鸡蛋和香肠,有机发光层是中间的一层面包。  OLED的典型结构及发光原理  当OLED接通电源后,金属阴极产生电子,ITO阳极产生空穴,在电场力的做用下,电子穿过电子传输层,空穴穿过空穴传输层,来到有机发光层相会,电子和空穴分别带正电和负电,它们相互吸引,在吸引力(库仑力)的作用下被束缚在一起,阴阳结合,形成了激子。激子激发发光分子,使得发光分子的能量提高,处于激发状态,而处于激发状态的分子是不稳定的,它想回到稳定状态,在极短的时间内,它放出能量回到稳定状态,而放出的能量就以光的形式发出,由于ITO阳极段是透明的,人们就可以看到它发出的光了。电视机屏幕给我们带来视觉盛宴,绝不仅仅只有一个颜色,而颜色的不同是由有机发光层的不同材料所引起的。  OLED有如此优异的性能,它又是被如何制造出来的呢?这里简要介绍一下这毫厘之间的加工工艺。制备性能良好的有机发光器件需要使用许多复杂的设备,需要有清洁的环境,如有可能,应尽量在超净实验室或厂房中进行。首先准备好导电和透光性能良好的导电玻璃,通常用的ITO玻璃,并对ITO玻璃进行光刻,得到高性能的ITO玻璃基片;其次必须对ITO基片进行严格清洗。然后蒸发沉积有机薄膜和阴极;最后对取出的器件做封装测试。其中,蒸发沉积有机薄膜是关键技术。蒸发沉积有机薄膜的方法有真空热蒸镀法,有机气相沉淀法,旋涂法和喷墨打印法。  真空热蒸镀  真空热蒸镀是小分子OLED的标准淀积工艺。直到现在,寿命最长的OLED都是由真空热蒸镀工艺制成的。正是由于这个原因,今天的小分子OLED决定了OLED显示器的商业化前景。ITO玻璃基片在被清洗干净后,需要放置在真空腔内的样品托上,对准束源,此时,ITO玻璃片相当于靶子,在束源中蒸发出来的有机分子就是子弹,这里,子弹不能打在靶子中央,而是要均匀地打在靶子上。这个方法有点像把一块玻璃放到盛有热水的杯子的杯口处,渐渐会看到玻璃上有一层白雾,不过这里所需要的条件要苛刻得多。  真空热蒸镀原理图  在沉积薄膜之前要先获理真空,真空度通常必须高于10-3Pa,如果低于该真空度,真空腔内有一定的空气浓度,会有一些气体分子,当有机分子射出后,部分有机分子会碰撞到气体分子,如同两个小球相碰,有机分子会被弹开,改变原来的运动路径,从而无法击中ITO玻璃基片。使有机分子沉积到基底上的速率不均匀,易形成不规则排列,导致缺陷或针孔。与此同时还造成其他麻烦:浪费材料,散射出去的有机分子导致腔体污染,薄膜会有空气分子杂质等。如果需要更高性能的OLED,就需要超高真空的有机分子束沉积(OMBD)系统,在这种系统中,真空度达到10-6Pa或10-7Pa数量级。但是蒸发热蒸镀由于受真空腔体尺寸的限制,不能制备大面积的OLED屏幕。  有机气相淀积  有机气相淀积可用来淀积高质量的有机薄膜。该方法比蒸发热蒸镀发多了一个喷嘴。在有机气相淀积法中,有机小分子材料置于一个外部单独的、热可控的容器中,惰性气体携带蒸发的有机分子从一个喷口喷出,喷向喷口下方的ITO玻璃基片,有机分子遇到温度较低的基片后附着其上,渐渐形成薄膜,由于附着在基片上的分子数量由气体流速、蒸发温度和压强决定,所以通过精确控制这三个参数,可以较好地控制薄膜的厚度。  与真空热蒸镀相比,有机气相淀积可以提供更好的薄膜厚度控制和更大面积下的均匀性。除了提高了器件的性能,材料的可能利用率大于50%,从而减少了原材料的消耗,使停产期更短,产量更高,这些都是有机气相淀积对于传统真空热蒸镀的重要优势。由于旋涂法和喷墨打印法大多被用于制造单色显示器,且旋涂法很难做出较大OLED屏幕,在此不再做详细介绍。  每种工艺手法都有其优缺点,这正是制约大尺寸OLED屏幕发展的原因之一,目前,大型电子公司中只有一家韩国公司在坚持做OLED,已经到了产业化阶段,市场上也有OLED电视机发售,但是OLED技术还是有些不成熟,OLED电视机在厚度及色彩方面表现得很好,但是在个别方面表现得不尽如人意,同时由于技术问题,良品率还是较低,导致产品价格较高,所以消费者并不买账。不过,这家公司为了争取市场,OLED电视机的价格已经降低了很多。相信随着科技的发展,生产大尺寸OLED屏幕的成本会越来越低,其画面效果会越来越好,OLED屏幕将成为下一代主流显示技术,进入千家万户。