OLED的结构的及工作原理

高科技材料之新一代平面显示器

        续上一讲....大量生产的结果，使得 CRT 阴极射线管显示器价格不断的滑落，许多生产显示器的厂家转而追求利润较高的 LCD市场。同时，也因为LCD本身就有辐射低，节省空间等诸多优点，加上 TFT LCD 的技术日渐成熟；消费者虽不满意 TFT LCD 的速度和色彩，但也逐步增加了使用频率。TFT LCD 不仅成为显示器的主流，更是许多小型消费电子产品显示频幕的首要选择。尽管 LCD 的优点相当多，但相对的 LCD 的反应时间慢、视角范围小、色彩对比低等，还是让一些专业领域的使用者无法去接受 LCD 这样一个产品。为了突破困境，更新一代的显示器技术转而向『材料』领域探询解决的方针和办法，目前最受瞩目的主要有『OLED 有机发光技术』和『PDP 电浆显示技术』。

Dr. Ching W Tang 邓青云博士

　　提到 OLED 技术的研究，就不得不提 邓青云博士（Dr. Ching W Tang），他出生于香港，毕业台湾大学化学系。自 1975年开始加入 Kodak 柯达公司 Rochester实验室从事研究工作直到现在。发现 OLED 本身就是一件意外（在 Mr.OH!  的讲座中，我们提及了许多次科学新发现都是从一些出人意外的小事件开始！）回溯到1979年的一天晚上，邓青云博士（Dr. Ching W Tang）在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室，回到实验室后，他竟发现在黑暗中的一块做实验用的有机蓄电池在闪闪发光！为OLED的诞生拉开序幕。到了1987年，同属柯达公司的汪根样博士和同事 Steven 成功地使用类似半导体 PN结的双层有机结构第一次作出了低电压、高效率的光发射器。 1987年的这项实作，为了 Kodak 生产 OLED 显示器奠定了基础。到了 1990年，英国康桥的实验室也成功研制出高分子有机发光原件。1992年康桥成立的显示技术公司CDT（Cambridge Display Technology），这项发现使得 OLED 的研究走向了一条与柯达完全不同的研发之路。

制作 OLED 的材料

         目前世界上针对 OLED 研究以及集中到其使用的有机发色薄膜材料选择上，大体上来说，以美国为首的 Kodak 公司选择了染料(Dyestuff)或颜料为主的低分子材料作为 OLED发色材，而以共轭高分子为主的研发的则以荷兰飞利浦公司为主导，制作出 PLED（Ploymer Light Emitting Diode）。由于美国柯达公司研发甚早，加上已经拥有多项关键材料专利，柯达已经有能力将这项技术应用到现实产品之中，包括日本的 Pioneer、 SANYO Electric、TDK、国内的铼宝、东元激光以及光宝公司等，都获得 KODAK 授权使用此一技术。

       Kodak 公司擅长的低分子OLED制造技术，主要是藉由热蒸镀 (Evaporating)搭配金属屏蔽技术将材料涂布于画素之中，耗工步数比制作 TFT LCD 少得多，仅需 68步，也因此可以增加良率、降低成本。而 PLED 材料则是使用离心力均匀涂布或喷墨印刷(Ink Jet Printing)技术将其分散于画素之中，两者工法所耗之成本与制造良率其实相差不多。

OLED的结构

　　到底什么是 OLED？ OLED 全名叫做有机发光二极管 (Organic Light-Emitting Diode)与 TFT-LCD「薄膜晶体管液晶显示器」（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）是不同类型的产品。部分国外又称 OLED 为有机电激光显示 (Organic Electroluminesence Display, OELD)。

        OLED的基本结构（详见右图）是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO)，与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。整个结构层中包括了：电洞传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电力供应至适当电压时，正极电洞与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝 RGB 三原色，构成基本色彩。OLED的特性是自己发光，不像 TFT LCD 需要背光，因此可视度和亮度均高，其次是电压需求低且省电效率高，加上反应快、重量轻、厚度薄，构造简单，成本低等，被视为 21世纪最具前途的产品之一。

OLED的驱动方式

         不过，OLED也与 LCD 一样其驱动方式也分为主动和被动式两种。被动式下依照定位发光点亮，类似邮差寄信，主动式则和 TFT LCD 相同在每一个 OLED单元背增加一个薄膜晶体管，发光单元依照晶体管接到的指令点亮。简言之，主动 / 被动矩阵分法，主要指的是在显示器内打开或关闭像素的电子开关型式。

          被动式矩阵的应用
LCD: 开发近30年的技术，现在用途限于黑白字幕的行动电话显示屏、相机状态显示屏等以及某些简单小型的电话及低阶 PDA 的彩色屏幕。
OLED: 1999年首度商业化, 技术仍然非常新。现在用在一些黑白/简单色彩的汽车收音机、行动电话、掌上型电动游乐器等。都属于高阶机种。

          主动式矩阵的应用
LCD:开发近 10 年的成熟技术, 但仍然不断快速更新。几乎都是高分辨率、高质量的彩色平面显示器 (包括所有相机机背、摄影机屏幕、笔记型计算机皆使用)，又称 TFT LCD
OLED: 崭新技术。已经引起巨大的回响, 期望在未来成为主流技术。 Kodak LS633 系第一款商业化数字相机产品。

OLED的特色与关键技术

        过去的市场上 OLED 一直没办法普及，主要的问题在于早先技术发展的 OLED 样品大多是单色居多，即使采用多色的设计，其发色材料和生产技术往往还是限制了 OLED 发色的多样性，特别是『蓝色』这个关卡，让OLED一直无法突破，直到左近才由日本住友化学工业开发出长寿命高分子型蓝色OLED材料，住友化学号称：『这个材料可实现了1万个小时的寿命』，有效提高 OLED 的寿命与实用性。

        实际上 OLED 的影像产生方法和CRT显示是一样，皆是藉由三色 RGB 画素拼成一个彩色画素；因为 OLED 的材料对电压呈线性反应，所以能够在不同的驱动电压下显示不同的色彩强度。 OLED的特色在于其核心可以做得很薄，厚度为目前液晶的1/3，加上 OLED为全固态组件，抗震性好，能适应恶劣环境。OLED 主要是自体发光的让其几乎没有视角问题（见附图）与 TFT LCD 相比，即使在大的角度观看，显示画面依然清晰可见。OLED的原件主要是依靠电压来调整，响应速度要比液晶组件依靠电场反应来得快，比较适合当作高画质电视使用。OLED 的另一项特性是对低温的适应能力，旧有的液晶技术在零下75度时，即会破裂故障，OLED 只要电路未受损仍能正常显示。此外，OLED 的效率高，耗能较液晶略低还可以在不同材质的基板上制造，甚至能成能可弯曲的显示器，应用范围日渐增广。

        虽然，OLED 比较 LCD 在优势上占尽十足，不过其仍有几个的缺点包括使用寿命仍不及LCD，如果要应用在电视上必须要能达到 10000小时以上的寿命，而现在的 OLED 技术大约刚好跨过这个门坎，另一项问题则是 OLED 的各个色彩不均的问题，原因是红绿蓝这三个画素都需要不同的驱动电压，导致色彩平衡性较差，精细度有待加强。这些因素使得目前OLED比较适合不经常使用的消费电子设备，例如：PDA、数位相机、行动手机等等。

OLED的未来发展

Kodak 自 LS633 之后，就再也没有推出过 OLED 的数位相机了，除了手机族群外
哈苏 Ixpress CFH 数字机背突破传统以 2.2英吋OLED，24 bit Color的新设计使其更适合在户外使用打开了OLED新的一页

　　目前从事OLED的商业开发全世界约 100多家厂商，先前提过 OLED 目前的技术发展方向分成两大类，日、韩和台湾倾向 Kodak 的低分子OLED技术，欧洲厂商则以 PLED为主。两大集团中除了 KODAK 联盟之外，另一个以高分子聚合物为主的飞利浦公司现在也联合了 EPSON、DuPont、东芝等公司全力开发自己的产品。